STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BAJA RINGAN PROFIL U

STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BAJA RINGAN PROFIL U Loliandy1, Sanci Barus2 dan Rahmi Karolina3 1

Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan Medan Email: [email protected] 2 Staff Pengajar Departemen Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan Medan Email: [email protected] 3 Staff Pengajar Departemen Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan Medan Email: [email protected]

ABSTRAK Jika struktur beton bertulang memikul beban melebihi daya pikulnya, maka struktur beton tersebut akan mengalami ketidakmampuan dalam memikul beban. Ketidakmampuan ini berwujud pada penurunan kapasitas lentur yang akan mengakibatkan struktur beton menjadi hancur (failure). Oleh karena itu, perbaikan atau perkuatan dilakukan pada bagian-bagian yang dominan dalam mendukung lentur. Pada penelitian ini digunakan baja ringan profil u sebagai bahan alternatif untuk perkuatan lentur pada balok beton bertulang yang diharapkan dapat meningkatkan kekuatan struktur tersebut. Perkuatan dilakukan pada daerah tarik dengan menggunakan baja ringan profil u dengan sambungan baut. Penelitian ini dilakukan dengan 3 (tiga) balok beton bertulang, dimana 1 (satu) balok beton bertulang normal dan 2 (dua) lainnya berupa balok beton bertulang dengan perkuatan baja ringan profil U. Pengujian balok dilakukan di atas 2 (dua) perletakan sendi dan rol untuk pengujian kuat lentur, regangan, lendutan dan retak. Hasil pengujian balok dengan perkuatan baja ringan profil U menunjukkan terjadi penurunan lendutan sebesar 20,04 %, penurunan regangan beton (Ɛc) sebesar 8,38 % dan penurunan regangan tulangan baja tarik (Ɛs) sebesar 7,55 %. Kata kunci: balok, lentur, baja ringan, lendutan, regangan, retak

ABSTRACT If reinforced concrete structure bears the load over its capacity, the structure will undergo disability in bearing the load. This disability is formed by the decreasing of bending capacity which will cost the structure to failure. Therefore, refinement or strengthening is done to the dominant components in supporting the bending. In this experiment, cold-formed steel is used as alternative material in strengthening bending for reinforced concrete that is expected to strengthen capacity of the structure. This strengthening is done in tensile area by using the u-profile cold-formed steel with the connection of bolts. This experiment is implemented with 3 (three) reinforced concrete beam, which 1 (one) of them is normal reinforced concrete beam while the other 2 (two) are reinforced concrete beam with u-profile cold-formed steel. The beam is tested on the hinge and roller for bending experiment. The result shows that beam reinforced with u-profile cold-formed steel comes through the decrease of the deflection by 20,04 %, the decrease of the concrete strain by 8,38 % and the tensile steel bar by 7,55 %. Keyword: beam, bending, cold-formed steel, deflection, strain, crack

1.

PENDAHULUAN

Latar belakang Seiring dengan berkembangpesatnya pembangunan, terkadang dalam suatu bangunan perlu diadakan peningkatan fungsi dan perubahan dalam sistem struktur walaupun belum sampai batas waktu dalam perencanaan sebelumnya. Dengan berubahnya fungsi bangunan, akan terjadi perubahan pada struktur bangunan tersebut, salah satunya perubahan beban yang terjadi yaitu dapat semakin kecil atau semakin besar. Jika beban yang terjadi semakin

kecil, maka bangunan tersebut akan aman. Akan tetapi jika beban yang bekerja semakin besar, hal ini dapat menimbulkan permasalahan dalam kemampuan struktur tersebut untuk memikul beban yang diterimanya karena lebih besar dari beban yang direncanakan semula. Apabila hal ini terjadi, maka tidak tertutup kemungkinan struktur tersebut akan mengalami kerusakan. Kerusakan yang terjadi pada bangunan juga dapat diakibatkan oleh suatu kesalahan dalam perencanaan desain, pelaksanaan konstruksi yang salah di lapangan, pemberian beban yang berlebihan, akibat gempa, kebakaran, korosi, usia konstruksi yang bertambah dan lain-lain. Kerugian yang timbul akan sangat besar apabila, bangunan yang mempunyai masalah tersebut kemudian tidak digunakan lagi (diruntuhkan). Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu metode perbaikan pada struktur bangunan sehingga bangunan tersebut dapat difungsikan kembali. Ada beberapa metode yang dapat dilakukan dalam menyelesaikan permasalahan tersebut, antara lain dengan memperpendek bentang dari struktur, menambah jumlah tulangan pada balok, memperbesar dimensi dari beton, atau pembongkaran serta penggantian dengan struktur bangunan baru. Metode penyelesaian di atas dianggap kurang efisien serta terdapat beberapa kendala yang dijumpai di lapangan, seperti : waktu pelaksanaan yang lama (menunggu proses pengeringan dari material perkuatan hingga mampu memikul beban), perlunya ruang kerja yang cukup luas sehingga harus menghentikan aktivitas yang ada, dan perlunya alat bantu seperti penyanggah sementara. Dengan adanya kemajuan teknologi di bidang konstruksi khususnya teknologi bahan kini telah ditemukan metode baru dalam melakukan perkuatan struktur, dengan ide dasarnya memberikan tulangan pada balok beton bertulang dari bagian luar pada daerah tarik, dengan menggunakan baja ringan profil u dengan sambungan baut.

Studi literatur Perkuatan struktur atau elemen-elemen struktur diperlukan apabila terjadi kerusakan yang menyebabkan degradasi yang berakibat tidak terpenuhi lagi persyaratan-persyaratan yang bersifat teknik yaitu kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), stabilitas (stability), daktilitas (ductility) dan ketahanan terhadap kondisi lingkungan (durability). Tidak terpenuhinya persyaratan-persyaratan dapat pula disebabkan perubahan kode dengan persyaratan yang lebih ketat, sehingga diperlukan tindakan perkuatan (Triwiyono, 2004). Iswari (2004) melakukan penelitian tentang perkuatan lentur balok tampang persegi dengan penambahan tulangan longitudinal menggunakan perekat epoxy-resin. Tiga macam variasi perkuatan dilakukan yaitu dua balok dengan penambahan tulangan dan satu sebagai balok kontrol (BK). Penelitian ini memberikan hasil bahwa kekuatan lentur yang dapat didukung balok meningkat secara signifikan sebesar 63,04%, 139,95% dan 124,14% terhadap BK. Juhaini (2007) dalam penelitiannya tentang perkuatan murni balok beton bertulang tampang persegi dengan penambahan profil baja kanal menyimpulkan, bahwa perkuatan lentur dengan penambahan profil baja kanal 70 x 30 x 1,2mm , 100 x 50 x 2mm , dan 125 x 50 x 2mm menyebabkan kenaikan kapasitas lentur berturut-turut sebesar 14,29%, 43,25%, dan 53,03% terhadap balok kontrol. Besarnya momen maksimum yang dapat ditahan balok berdasarkan SK SNI 03-2847-2002 berturut-turut untuk BK, BP-PC-1, BP-PC-2 dan BP-PC-3 adalah 25,78 kNm , 29,02 kNm , 37,52 kNm dan 39,45 kNm.

2.

METODOLOGI PENELITIAN

Bahan penelitian Bahan pembuatan benda uji yaitu agregat halus, agregat kasar, semen portland tipe I, baja tulangan, baja ringan profil u, dan baut dynabolt.

Perencanaan benda uji Benda uji balok beton bertulang direncanakan memiliki mutu beton K-225 (18,675 MPa), sehingga dilakukan perencanaan campuran (mix design). Kuat tekan rata-rata yang didapat dari pengujian kuat tekan silinder beton sebesar 19,73 MPa.

Pembuatan benda uji Pembuatan benda uji dimulai dengan pembuatan cetakan balok, perakitan tulangan, persiapan bahan dan alat, kemudian dilanjutkan dengan pengecoran, perawatan benda uji. Untuk balok perkuatan, dilakukan pengeboran lubang baut pada balok, pemasangan dynabolt dan baja ringan profil u. Balok uji dibuat sebanyak 3 buah, dimana 1 berupa balok beton normal dan 2 lainnya berupa balok beton perkuatan. Ukuran balok uji dengan lebar 15 cm, tinggi 25 cm, dan panjang 320 cm. Bentuk benda uji dapat dilihat pada Gambar 1-2.

Gambar 1. Penampang memanjang dan melintang balok normal

Gambar 2. Penampang memanjang dan melintang balok perkuatan

Perkuatan benda uji Perkuatan benda uji dilakukan dengan memasang baja ringan profil u TS.40.45 pada balok perkuatan sepanjang 220 cm pada sisi bawah balok dengan sambungan baut dynabolt.

Gambar 3. Baja ringan profil u TS.40.45

Pengujian benda uji Pengujian benda uji silinder beton dilakukan untuk mengetahui kuat tekan beton sedangkan data yang akan diperoleh dari pengujian lentur benda uji balok meliputi besarnya beban saat terjadi retak pertama kali, besarnya lendutan dan regangan selama pembebanan, dan pola retak. Pengujian dilakukan dengan cara meletakkan benda uji balok di atas 2 tumpuan, sendi dan rol. Kemudian diberi beban statik dengan menggunakan Hydraulic Jack sampai benda uji balok runtuh. Pembebanan dilakukan dengan dua beban statik di sepertiga bentang balok. Beban P diberikan secara bertahap dan pada tiap tahap pembebanan dicatat lendutan yang terjadi pada titik-titik dimana dial gauge terpasang. Retak yang terjadi diberi tanda dan dicatat.

Gambar 4. Penempatan beban dan dial pada benda uji balok

3.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian kuat tekan silinder beton dilakukan pada umur 28 hari. Jumlah silinder beton sebanyak 3 buah. Hasil uji kuat tekan silinder beton ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil pengujian kuat tekan silinder beton Beban f'c f'c Benda Uji Kode Tekan Rata-Rata 2 (N/mm ) (Ton) (N/mm2) I 54 30,558 Silinder II 45,2 25,578 19,73 Beton III 40,1 22,692 Pengujian kuat tarik untuk baja ringan profil u ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil uji tarik perkuatan baja ringan profil u Kode

Fy (N)

Fu (N)

σy (N/mm2)

Pelat-1 Pelat-2 Pelat-3

4095 3395 3605 Rata-rata

5850 4850 5150

552,9 488,3 492,4 511,2

σu (N/mm2) 789,793 697,59 703,407 730,264

Pengujian balok dibatasi pada lelehnya tulangan tarik balok dan beban maksimum balok dicapai jika lendutan bertambah besar tanpa terjadinya penambahan beban lagi. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil pengujian lendutan balok Beban P (kg)

Balok Normal Lendutan (x 10-2 mm)

0

0

500

31

Kondisi

Sebelum Retak

Balok I Perkuatan Lendutan (x 10-2 mm)

Kondisi

Balok II Perkuatan Lendutan (x 10-2 mm)

0

0

17.5

14

1000

44

1500

64

50

2000

118

112

128

2500

242

259

255

3000

314

366

3500

478

472

504

4000

515

595

596

697

682

Retak Awal

Setelah Retak

33

4500

738

5000

900

765

5500

1126

945

6000

1300

Sebelum Retak

Retak Awal

Setelah Retak

27 56

302

817 901

1020

1059

6500

1114

1201

7000

1239

1288

Kondisi

Sebelum Retak

Retak Awal

Setelah Retak

Jenis retak yang terjadi adalah retak lentur, karena retak yang terjadi hampir tegak lurus terhadap sumbu balok. Pada balok normal, retak awal terjadi pada pembebanan 2500 kg sedangkan pada balok perkuatan, retak awal terjadi pada pembebanan 3000 kg.

4.

KESIMPULAN    

Dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut : Balok beton bertulang normal runtuh pada pembebanan 6000 kg. Balok beton bertulang dengan perkuatan baja ringan profil U TS.40.45 runtuh pada pembebanan 7000 kg. Beban runtuh pada penelitian ini diidentifikasi jika pembacaan pada Manometer Jack yang tidak naik lagi jika diberi beban. Lendutan yang terjadi akibat perkuatan baja ringan profil U TS.40.45 pada daerah tarik balok mengalami penurunan pada pembebanan yang sama, P = 6000 kg, sebesar 20,04 %. Dengan perkuatan baja ringan profil U TS.40.45 pada daerah tarik balok beton bertulang dapat menyebabkan penurunan regangan beton (Ɛc) sebesar 8,38 % dan penurunan regangan tulangan baja tarik (Ɛs) sebesar 7,55 %.

DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2002. SK SNI 03-2847-2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. Bandung. Dipohusodo, Istimawan. 1994. Struktur Beton Bertulang. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Macgregor, James G. 1997. Reinforced Concrete - Mechanics and Design. USA. McCormac, Jack C. Desain Beton Bertulang Jilid 1. Penerbit: Erlangga. Jakarta. 2003. McCormac, Jack C. Desain Beton Bertulang Jilid 2. Penerbit: Erlangga. Jakarta. 2003. Miswar, Khairul. Perbaikan dan Perkuatan Balok Beton Bertulang dengan Cara Penambahan Profil Baja Kanal. Teknik Sipil Politeknik Negeri Lhoksemawe, NAD. Kusuma, Wira. 2012. Penelitian Balok Beton Bertulang Dengan dan Tanpa Pemakaian Sikafibre. Fakultas Teknik USU, Medan. Laboratorium Beton, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. 2009. Panduan Praktikum Bahan Rekayasa. Medan. Sihotang, Yessica. 2013. Analisa dan Kajian Eksperimental Pengaruh Penambahan Serat Ijuk Aren Pada Daerah Tarik Balok Beton Bertulang. Fakultas Teknik USU, Medan. VIs, W.C. dan R.Sagel. Perhitungan Perencanaan Sederhana untuk Beton Bertulang. Penerbit: Stuvo. 1987. Winter, George dan Arthur H. Nilson. Perencanaan Struktur Beton Bertulang. Penerbit: PT. Pradnya Paramita. Jakarta. 1993.