KOLOM JEMBATAN BETON BERTULANG BERPENAMPANG PERSEGI BERLUBANG DIBAWAH PEMBEBANAN SIKLIK DENGAN REACTIVE POWDER CONCRETE

Prosiding Konferensi Nasional Pascasarjana Teknik Sipil (KNPTS) 2011, 20 Desember 2011, ISSN 2089-3051

PENINGKATAN KINERJA PILAR/KOLOM JEMBATAN BETON BERTULANG BERPENAMPANG PERSEGI BERLUBANG DIBAWAH PEMBEBANAN SIKLIK DENGAN REACTIVE POWDER CONCRETE (RPC) Mohammad Junaedy Rahman1, Bambang Budiono2, Awal Surono2, Ivindra Pane2 1

Mahasiswa S3 Program Pascasarjana Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung, Email: [email protected] 2 Staf Pengajar Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung, Email: [email protected], [email protected], [email protected]

ABSTRAK Pilar/kolom merupakan elemen pemikul yang befungsi menjaga kestabilan jembatan terhadap pengaruh beban aksial tekan yang besar dan gaya-gaya lateral. Penggunaan Holow Rectangular Section Reinforced Concrete Pier (HRSRCP) ditujukan untuk mereduksi kontribusi massa pilar/kolom terhadap respon seismik pada jembatan dengan kekakuan lentur dan torsi yang lebih baik dibanding pilar solid. Secara teoritis diyakini bahwa daktilitas kolom/pilar akan menurun seiring dengan meningkatnya beban aksial tekan, sehingga diperlukan upaya agar elemen struktur tersebut mampu berperilaku inelastik yang lebih unggul dalam memencarkan energi seismik dengan daktilitas yang tinggi. Reactive Powder Concrete (RPC) adalah jenis beton yang berbasis semen Portland dengan kinerja kekuatan yang ultra tinggi, terbuat dari material-material penyusun yang berukuran mikron untuk meminimalisir heterogenitasnya.Pada penelitian ini diperkenalkan suatu inovasi baru dalam meningkatkan kinerja HRSRCP dengan memadukan keunggulan model geometrik elemen pilar/kolom dengan material RPC.Tujuan umum penelitian ini adalah untuk memperoleh beberapa parameter kinerja penting yang memberikan kontribusi terhadap peraturan penggunaan HRSRCP pada jembatan dan memberi informasi inovasi teknologi pada industri beton pracetakserta mengoptimalkan efektifitas penggunaan RPC sebagai material yang memiliki sustainabilitas yang tinggi sebagai elemen struktur tahan gempa.Investigasi secara eksperimental terhadap beban siklik dengan model yang diskalakan 1:6 dilakukan untuk mengetahui kinerja dan mekanisme penyerapan energi pada HRSRCP-RPC dengan variasi rasio volumetrik tulangan transversal (confinement).Evaluasi secara numerik dengan menggunakan analisis non linearfinite element pada program ANSYS diharapkan memberi informasi yang akurat pada pengujian eksperimental mengenai perilaku HRSRCP-RPC, berdasarkan beberapa parameter yang secara signifikan mempengaruhi peningkatan kinerja elemen struktur tersebut. Kata kunci:Holow Rectangular Section Reinforced Concrte Pier (HRSRCP), Reactive Powder Concrete (RPC), non linearfinite element, pengujian eksperimental siklik, confinement.

1.

PENDAHULUAN

Sebagian besar wilayah Indonesia memiliki intensitas kegempaan yang menengah sampai tinggi sehingga sudah seharusnya bangunan-bangunan gedung maupun infrastruktur fisik lainnya dibangun dengan mengikuti kaidah-kaidah bangunan tahan gempa, sehingga dapat mereduksi sebesar mungkin resiko korban jiwa yang ditimbulkannya.Keruntuhan progresif pada bangunanbangunan beton bertulang seperti gedung ataupun jembatan akibat gempa-gempa besar yang telah terjadi selama ini terutama diakibatkan oleh ketidakmampuan elemen-elemen strukturalnya untuk berperilaku daktail dalam simpangan inelastiknya dan pembentukan sendi plastis yang diharapkan tidak terjadi.Pada pilar jembatan, keadaan ini teridentifikasi terutama pada kondisi beban aksial



S - 59

tekan dominan, dimana peningkatan beban aksial tekan pada pilar/kolom cenderung akan menurunkan daktilitasnya secara signifikan. Untuk itu diperlukan suatu langkah strategis mengembangkan inovasi elemen-elemen struktur kolom/pilar beton pada jembatan yang sustainable untuk menjamin memiliki daya tahan yang baik pada kondisi layan (service) maupun pada kondisi batas (ultimate). Tidak jarang dijumpai penggunaan dimensi elemen struktur pilar/kolom beton bertulang solid dengan dimensi penampang yang besarsebagai konsekuensi dalam mencapai kriteria keamanan. Ini akan berdampak pada masalah sifat thermal dan susut (shringkage) beton pada awal pelaksanaan dan terjadi peningkatan massa inersia elemen struktur saat merespon guncangan gempa kuat.Elemen struktur kolom beton bertulang yang berongga dalam arah longitudinal telah banyak diaplikasikan sebagai pilar jembatan dan umumnya dalam bentuk penampang pier berlubang persegi (Hollow Rectangular Section Reinforced Concrete Pier, disingkat HRSRCP) pada inti kolom.Penggunaan HRSRCP memiliki keuntungan berupa reduksi volume material dan reduksi beban mati yang cukup signifikan, serta memiliki kekakuan lentur dan torsi yang besar. (Priestly et al., 1996, Takahashi, Y. and Iemura, H., 2000,Yeh, Y-K., et al. 2002, Maria, H.S., 2006,Sheikh, M.N., et al. 2007, Delgado, R. et al., 2009). Persyaratan geometrik untuk stabilitas tipe elemen struktur ini juga telah diatur dalam ACI 343R 1995 Analysis and Design RC Bridge Structure maupun dalam AASHTO-LRFD 2005, Bridge Design Specification, meskipun masih dalam batasan beton mutu normal sampai mutu tinggi. Penggunaan beton mutu ultra tinggi telah menjadi alternatif solusi dari tingginya tuntutan kinerja mekanik dan durabilitas struktur bangunan-bangunan beton modern saat ini, terutama dalam menghadapi berbagai fenomena alam yang semakin ekstrim.Reactive Powder Concrete (RPC) merupakan jenis beton yang berbasis semen Portland dengan material-material berukuran mikron untuk meminimalisir heterogenitas betonnya, sehingga mampu mencapai kekuatan tekan yang bervariasi dari 200 MPa sampai 800 MPa (Richard P., and Cheyrezy, M., 1995, Dugat, J., et al., 1996, Bonneau, O., et al 1996, Shaheen, E., and Shrive, N.G., 2006). Sifat RPC yang getas diatasi dengan penambahan serat-serat baja mikro (micro steel fibers) sekitar 1.8% dari volume campuran RPC untuk meningkatkan daktilitas materialnya (Dallaire,, et.al, 1998 dan Prabha, S.L., 2010). Penelitian RPC yang banyak berkembang sekarang ini masih terfokus pada skala material dan telah berhasil memperoleh material beton yang memiliki kinerja yang superior.Upaya untuk mengaplikasikannya secara praktis sebagai elemen struktur belum banyak dilakukan dan bahkan belum pernah diuji sebelumya di Indonesia. Perpaduan keunggulan geometris HRSRCP dengan superioritas material RPC pada model pilar/kolom, merupakan inovasi baru yang akan diuji dalam penelitian ini. Kekuatan RPC yang cukup tinggi dan kapasitas penyerapan energi fraktur yang cukup besar mengindikasikan potensi untuk dapat meningkatkan kinerja pilar dengan kebutuhan tulangan longitudinal dan transversal pier berlubang yang lebih efisien.Namun demikian, ketika kekuatan beton meningkat, jumlah tulangan pengekang harus ditingkatkan untuk mencapai suatu daktilitas dengan level konstan pada kolom yang diberibeban aksial yang sama (Sheikh, M.N. et al., 2007). Takahashi, Y. and Iemura, H., (2000) juga menyebutkan bahwa dinding badan (web) pilar berlubang persegi yang lebih tipis menyebabkan deteriorasi ketahanan geser beton, sehingga perilaku pada keadaan ultimit menjadi kompleks.Hipotesis ini perlu dikaji lebih jauh, baik secara numerik melalui Non-Linear FEM-3D maupun dengan uji eksperimental model kolom/pilar dibawah pembebanan siklik dengan skala pengecilan 1:6.Perilaku elemen strukturHRSRCP-RPC dibawah pembebanan siklik akanmemberi informasi kinerja kekakuan, kekuatan, daktilitas dan disipasi energi pilar. Variasi rasio volumetrik tulangan pengekang (confinement) badan pada pilar/kolom berlubang RPC merupakan aspek yang sangat penting untuk diperhatikan sehubungan dengan perilaku lentur dan geser serta pola retak yang akan diinvestigasi dalam penelitian ini.Manfaat penting yang diperoleh adalah memberi informasi bagi industri beton di Indonesia, khususnya pada penggunaannya sebagai beton pracetak serta akan memberi masukan terhadap peraturan yang ada khususnya dalam hal penggunaan beton yang berkinerja ultra tinggi.



S - 60

2.

KAJIAN LITERATUR

Reaktive Powder Concrete (RPC) Reactive powder concrete (RPC) merupakan material beton tipe khusus dari ultra high performance concrete (UHPC) yang memiliki kekuatan antara 200 sampai 800 MPa dengan prinsip utama yang berbeda dengan beton berkinerja tinggi konvensional, yaitu peningkatan homogenitas material dengan mengeliminasi agregat kasar, membatasi kandungan pasir, meningkatkan properti mekanik pasta serta mereduksi kelemahan zona transisi pada interface antara matriks dan agregat (Dallaire, E. et al. 1998) serta menambah serat sebagai upaya meningkatkan daktilitasnya. RPC terbuat dari semen Portland dengan panas hidrasi rendah, mikrosilika (silicafume), bubuk kuarsa (crushed quartz), pasir kuarsa, superplasticizer, serat baja mikro dan air, sehingga dapat disebut sebagai “mortar” dengan kandungan pasta semen dan mikrosilika yang sangat tinggi serta dengan rasio air semen (w/c) yang sangat rendah (Bonneau,O., et al., 1997).Peningkatan homogenitas beton dilakukan dengan menggantikan agregat kasar dan pasir konvensional dengan pasir kuarsa yang sangat halus yang berukuran partikel kurang dari 600 m (Dallaire, E., et al. 1998) atau sekitar 100 sampai 400 m (Shaheen, E., and Shrive, N.G., 2006). Kekompakan matriks butiran ditingkatkan dengan menyeleksi ukuran-ukuran butiran bubuk.Penggunaan mikrosilika sebesar 25% bertujuan untuk memperbaiki mikrostruktur beton.Steam curingpada suhu 90 ºC selama 48 jam merupakan upaya untuk mempercepat reaksi bahan pozolanik dari mikrosilika dengan semen, meskipun produk hidrasinya masih dalam kategori amorphous. (Richard, P., and Cheyrezy, M., 1995). Komposisi Campuran RPC Pengembangan proporsi campuran yang ditawarkan oleh Richard P., and Cheyrezy, M., (1995) mengacu pada metode optimasi campuran granular yang dicapai dengan menggunakan packing models yang telah diuji oleh De Larrard (1994). Dalam upaya untuk memperoleh kekuatan berdasarkan komposisi dan homogenitas material-material penyusun RPC serta mengatasi tuntutan daktilitas beton yang memiliki kekuatan ultra tinggi maka Richard, P., and Cheyrezy, M., (1995), merekomendasikan komposisi campuran yang dapat dilihat pada Tabel 1 dalam dua jenis campuran yaitu RPC200 dan RPC800. Tabel 1 Komposisi campuran RPC untuk RPC 200 dan 800 (by weight)

Portland Cement Silica Fume Sand 150 – 600 µm Crushed Quartz d50 = 10 µm Superplasticizer (Polyacrylite) Steel Fiber L = 12 mm Steel Fiber L = 12 mm Steel Aggregates < 800 µm Water Compacting Pressure Heat Treatment Temperature

RPC200 Non Fibred Fibred 1 1 1 1 0.25 0.23 0.25 0.23 1.1 1.1 1.1 1.1 0.39 0.39 0.016 0.019 0.016 0.019 0.175 0.175 0.15 0.17 0.17 0.19 20C 90C 20C 90C

RPC800 Silica Aggregate Steel Aggregate 1 1 0.23 0.23 0.5 0.39 0.39 0.019 0.019 0.63 0.63 1.49 0.19 0.19 50 MPa 50 MPa 250 – 400 C 250 – 400 C

sumber: Richard et.al, 1995

PropertiMekanik RPC Perbandingan hasil properti mekanik RPC dengan beton normal (OC) dan beton mutu tinggi (HSC) ditampilkan pada Tabel 2.Karakteristik hubungan tegangan-regangan tekan beton RPC dengan berbagai perlakuan dibandingkan dengan beton non-RPC diperlihatkan pada Gambar 1, dimana terlihat bahwa NSC (Normal Strength Concrete) memiliki kekuatan puncak yang lebih rendah dariHPC (High Performance Concrete), namun perbedaan regangan ultimitnya tidak begitu signifikan. Dengan suatu perlakuan khusus berupa penambahan serat, pemberian pressurepada saat



S - 61

setting dan pengekangaan, kekuatann tekan RPC meningkat hampir emppat kali lipatt dari kekuattan wa RPC memiiliki ragangaan ultimit yanng lebih panjjang yang meengindikasikkan HPC.Juga teerlihat bahw daktilitas material m yang lebih unggul. Tabel 2 P Properti mekan nik antara RPC C, dibandingkkan dengan orrdinary concreete (OC) dan high h strength concreete (HSC) C Compressive streength (MPa) F Flexural strength h (MPa) F Fracture energyy (J/m2) U Ultimate tensile strain (10-6)

OC C 20 – 50 4–8 1300 100 – 150

HSC 60 – 80 6 – 10 140 100 – 150

RPC 200 – 8000 15 – 1440 1000 – 40,,000 2000 – 80000

Suumber: Dugat, J et al. (1996)

Gambar 1K Kurva hubungaan tegangan reegangan tekann NSC, HPC dan d RPC (darii Aïtcin, P.C., 2008, courtessy of Eyrolles) E

Pilar/Kolom m Berpenam mpang Perseegi Berluban ng (HRSRC CP) dan KritteriaDesain Kolom Keuntungann dari peng ggunaan pilaar/kolom beerlubang ini adalah kem mampuannyaa untuk dappat memaksimaalkan efisiennsi strukturaal dalam hall rasio kekuuatan/massa dan kekakuuan/massa dan d mereduksi kontribusi massa m kolom m terhadap respon seissmik serta mereduksi kecenderung k gan mperatur pannas pengaruh reetak thermall beton padaa umur mudda yang diakkibatkan olehh variasi tem hidrasi. (Prriestley, M.JJ.N. et al. 1996).Sesuai 1 i dengan araah penelitiann ini, makaa uraian ditiitik beratkan paada pilar/koloom berlubangg persegi sep perti yang dipperlihatkan pada p Gambarr 2(b)

Gambar 2 Hollow-secttion untuk pilaar/kolom jembbatan, (a) holllow circular seection RC pieer, (b) hollow rectangular section RC piier

Pilar/kolom m persegi berlubang terdirri dari bagian n badan (web part) yangg searah denggan arah bebban lateral dan bagian sayaap (flens parrt) yang teggak lurus daalam arah beeban tersebuut. Dalam tarraf m retak diagonal paada pembebanann siklik, retaak lentur horrisontal padaa bagian flenns menjalar mejadi bagian padda bagian web, w sehinggga perlu unntuk membeeri pengekangan pada beton denggan aransemen ttulangan tran nsversal yangg tepat (Takaahashi, Y. annd Iemura, H., H 2000). Peran tulanggan transverrsal di sini saangat pentingg dalam menngantisipasi regangan akksial dan lateeral yang terjadi pada betonn dan menceegah tulangaan longitudinnal mengalam mi tekuk. Paada saat koloom uga berfunggsi dalam memberikan m tahanan gesser memikul gaya lateral, tulangan trransversal ju l minimu um tulangann transversaal (Ash) denngan sengkaang terhadap penampang.Persyaratan luas AASHTO LRFD L 2005dditetapkan sesuai s Persam maan (1) daan (2) denggan tertutup perrsegi dalamA memperhituungkan pengaruh gaya akksial Pu.



S - 62

 f '  1.25 Pu Ash  0.12 shc  c  0.5   f  Ag f c '  yh 

deengan

  0.5  1.25 Pu  Ag f c ' 

  1  

   

(mm2)

(1) (2)

diimana fc’ ad dalah kuat teekan beton, Ashdan fyh masing-masi m ing adalah luas l dan teggangan leleh h tuulangan transsversal, s adaalah jarak veertikal as ke as tulangann transversal dan hc adalah lebar intii terrkekang dan Agadalah luaas penampanng gross. Dalam tinjauaan kestabilaan, AASHTO O LRFD 20005 Sectionn 5.7.4.7mem mberi batasaan kapasitass g dihitung berdasarkan b perosedur desain stand dar untuk kemungkinan k n terjadinyaa noominal yang innstabilitas lokkal pada pieer berlubang pada rasio kelangsingan k n 15 sampai 35 dengan suatu faktorr reduksi w pad da Pers.(3). w  1.0 if w  15 w  1.0  0.025w  15 if 15  w  25 w  0.75 if 25  w  35

(3)

Raasio lelangsiingan tersebuut adalah paanjang maksiimum penam mpang melinntang dindingg yang tidak k diitopang Xu dibagi d dengaan ketebalan n dinding t, atauw = Xu/t seperti yang ditunjjukkan padaa Gambar 3.

Gambar 3 Rasio R kelangsiingan dinding g untuk penam mpang persegi berlubang(Ma aria, 2006, merujuk m ke AASHTO O LRFD Bridgee Spesificationn 1998)

ACI 343R 955 Analysis and Design of o Reinforceed Concrete Bridge Struucture juga memberikan m n baatasan ketebalan dindingg voided boxx section piiers minimall 750 mm dengan d rasioo lebar pilarr terrhadap tingggi total sebesar L/16, deengan tinggi pilar (L) paada kisaran 27 – 60 m. Untuk pilarr beerlubang yanng digunakann untuk multy tystory bent piersketebala p an minimal juga j diberi batasan b yang g saama, namun sisi panjang penampang luar pilar diisyaratkan deengan rasio L/16 L dan sissi pendeknyaa seebesar L/20, dengan d tingggi pilar (L) anntara 36 – 800 m. Peenggunaan diagram d inteeraksi momeen (M) dan gaya aksial (P) digunak kan mengeceek kapasitass peenampangdenngan rasio tulangan t lonngitudinal (g) yang meemenuhi kritteria SNI-03 2847 2002 2 233.4.3.1 antarra 1% samppai 6% dari luas penam mpang (Ag).M Model pilar yang akan diuji dalam m peenelitian ini dibatasi untuk kolom m pendek tippe kantileveer dengan single s curvaature, makaa keeangsingan kolom k dibatasi memenuhii Pers.(4) sessuai AASHT TO-LRFD 5.77.4.3. KLu  22 r

(4)

diimana K = 2, 2 r adalah raadius girasi penampang dan d Luadalah tinggi level pembebanan p n lateral. Daktilitas Pilaar/Kolom dan Mekanissme Disipasii Energi s inelasstik dengan baik ketikaa Daktilitas adaalah kemamppuan struktuur untuk berrdeformasi secara m mengalami beeberapa sikllus beban laateral tanpa mengalami kerusakan yang signifi fikan. Untuk k keebutuhan tersebut maka pilar/kolom jembatan haarus didesainn untuk berpperilaku dakktail, melaluii pllastifikasi (kkerusakan) pada sendi plastis (pllastic hingee) yang meerupakan saarana untuk k m mendisipasi ennergi gempa,, seperti yangg ditunjukkaan pada Gambbar 4(a).



S - 63 3

Gambar 4(bb) menunjukkkan respon aktual akibaat beban laterral siklik paada pilar. Sam mpai pada saaat leleh pertam ma terjadi regangan tekkan beton paada daerah sendi plastiss masih lebih rendah dari d regangan yaang menyebaabkan crushiing dengan crackyang c m masih lebih kecil akibat pengaruh p bebban aksial tekann yang cendeerung menutuup retak dan softening paada tulangan yang mengaalami pelelehhan pada saat respon balik sebagai hassil dari efek Baushinger.. Ketika keaadaan inelasttik telah muulai y lebih beesar, energi potensial p struuktur sebagiaan dipencarkkan terjadi denggan perpindahan lateral yang pada daerahh sendi plastiis, sehingga energi kinetiik mengecil saat respon balik b terjadi. Saat reganggan tekan betonn pada daerahh sendi plastis sudah meelampaui reggangan ultim mit, terjadi sppalling, seiriing dengan penningkatan reggangan tulanngan. Jika strruktur pilar didesain d secaara wajar, maka m kerusakkan pada level inni masih bisaa dilakukan perbaikan p seetelah gempaa besar terjaddi.

(a)

(b)

Gambar 4P Pendisipasian energi pada pilar p jembatan dari siklus beeban lateral (a) Pembentukaan sendi plastiis pada pilar beeton, (b) Resp pon struktur daalam domain gaya-perpindaahan dan idealisasi bilinear kurva histerissis dalam menentukan m d daktilitas perpindahan (PriestleyM.J.N., et e al, 1996)

Hubungan respon histeresis gaya lateral dan n perpindahaan seperti pada p Gambaar 4(b), dappat diidealisasikkan sebagaii kurva biliinear ekuivaalen melaluui ekstrapolaasi respon elastis samppai mencapai kkekuatanVdyang y diharappkan untuk memperoleeh perpindahhan saat leeleh y (yieeld displacemennt). Jika perppindahan maaksimum din nyatakan sebbagai u (ulttimate displa acement) maaka faktor daktiilitas perpind dahan struktuur adalah = u/y. Ketersediaan kapasitas k rotaasi plastis paada daerah terseebut ditentukkan oleh geoometri penam mpang, jumlah tulangan longitudinall dan distribuusi tulangan traansversal pada daerah seendi plastis (PriestleyM..J.N., et al, 1996). Dari berbagai haasil analisis dann pengetesan Priestley, M.J.N., M et al, (1996) ( merekkomendasikaan penentuann panjang senndi plastis untukk pilar kantillever dengann Pers.(5). L p  0.08 L  0.022 f ye d bl



0.0444 f ye d bl

(5)

dimana L addalah jarak dari d penampaang kritis sen ndi plastis ke k titik lawan n lentur (contraflexure) dan d dblsebagai ddiameter tulanngan longituudinal. Perilaku Kolom/Pilar K D Dalam Bebaan Aksial Teekan dan Leentur Keruntuhann yang proggresifpada pilar/kolom p terjadi teruutama pada kondisi koolom memikkul kombinasi bbeban lateraal gempa beesar dengan beban tekann aksial yan ng dominan. Pada keadaaan tersebut, beeban aksial tekan akan mereduksi kapasitas k lenntur penamppang kolomsseiring denggan mengecilnyya nilai kurrvatur, dimaana tegangann tekan paada beton menjadi m men ningkat cukkup signifikan sedangkan tulangan taarik belum mencapai regangan r lelehnya. Apaabila tulanggan transversal ttidak memaddai untuk meemberikan peengekangan pada daerah beton yang tertekan, maaka beton akan mengalami kehancuran k ( (crushing) prrematur sebeelum regangaan tekannya tercapai. t mpang antaraa beton biasaa (NSC), betoon mutu tingggi (HSC) daan beton bubbuk Perilaku kurrvatur penam reaktif (RP PC) pada keeadaan saat leleh pertam ma (first yiield) dan paada kondisi ultimit ketiika mengalami kombinasi beban b lentur dan aksial teekan diillustrrasikan seperrti pada Gam mbar 5. Denggan mpat sisi kollom maka paada saat bebban asumsi tulaangan longituudinal menyyebar simetris pada keem aksial tekann bekerja paada titik plastic centroidd penampangg (berimpit dengan center line) maaka kesetimbanggan gaya-gayya tarik dan tekan t memen nuhi Pers. (66),



S - 64

n

Po  0.85 f c ' ab   f si Asi

(6)

i 1

dimana b adalah lebar penampang, a adalah tinggi blok tekan beton dan fsiAsi = Tsi yang merupakan gaya tekan atau tarik tulangan longitudinal. Momen yang bersesuaian dengan regangan pada penampang seperti pada Pers. (7), n

M  0.85 f c ' abd  a 2    f si Asi d i  Po h 2 

(7)

i 1

dengan d sebagai jarak serat tekan terluar penampang beton ke titik berat tulangan tarik terluar dan di adalah lengan momen dari titik tinjauan ke titik berat baris tulangan ke-i. ce NSC ce HSC ce RPC

cu RPC cu HSC cu NSC

ce RPC ce NSC c e HSC

c u RPC c u NSC cu HSC

N.A ‐RPC N.A ‐HSC

0.85fc'NSC 0.85fc'HSC 0.85fc' RPC

a NSC

Cs

a HSC a RPC

N.A ‐RPC N.A ‐HSC N.A ‐NSC

N.A ‐NSC

Ts

 y NSC

 u NSC

Ts

 y HSC

u HSC

Ts

 y RPC

 u RPC

Ts

s = y

 (a)  kurvatur  1st yield :    NSC   >  HSC  >  NSC   kekakuan 1st yield :   K NSC   < K HSC  < K NSC 

s > y  (b)

Cc ‐NSC Cc ‐HSC

Ts  or  Cs Po

C.L M

Ts  (c)  kurvatur  ultimit  :     NSC   <  HSC  <  NSC   kekakuan ultimit  :   K NSC   > K HSC  > K NSC 

Gambar 5 Perbandingan regangan penampang beton dan gaya-gaya internal pada penampang kolom NSC, HSC dan RPC, (a) kondisi saat leleh pertama, (b) kondisi ultimit (c) aksi gaya-gaya internal akibat gaya aksial dan lentur pada keadaan ultimit

Ketika tulangan pada serat tarik mengalami leleh pertama, tegangan tekan pada beton diasumsikan masih berperilaku elastis (Park, R and Paulay, T., 1975). Pada Gambar 5(a) terlihat regangan tekan beton RPC masih lebih kecil dibanding HSC, sedangkan NSC telah mengalami regangan yang lebih besar dari yang lainnya, sehingga kurvatur leleh (y =y/(d-kd)) RPC masih lebih kecil, yang menunjukkan RPC masih memiliki kekakuan yang lebih besar untuk berdeformasi lebih lebih lanjut. Pada saat regangan ultimit beton tertekan telah tercapai dan regangan baja tulangan telah melampaui regangan leleh seperti pada Gambar 5(b), sifat material RPC yang lebih daktail mampu mencapai regangan yang lebih panjang dibandingkan dengan beton HSC dan NSC, sehingga kurvatur ultimitnya (u =cu/cu) meningkat cukup signifikan. Keadaan ini mengindikasikan kemampuan RPC sebagai elemen struktur kolom yang dapat berdeformasi inelastik lebih baik dengan daktilitas rotasi dan reduksi kekakuan struktur yang lebih besar. Kapasitas daktilitas rotasi penampang dinyatakan sebagai  = u/y yang merupakan perbandingan kurvatur saat leleh pertama dengan kurvatur ultimit. Pada Gambar 5(c), kekuatan RPC yang tinggi dan dengan regangan ultimit yang panjang sebagai indikasi material yang daktail, akan menghasilkan blok tekan yang lebih besar dalam mengimbangi peningkatan regangan pada tulangan sebelum terjadinya crushing. Perkembangan risetRPC dan HRSRCP Penelitian yang banyak dikembangkan dewasa ini mengenai RPC masih terfokus pada skala material.Beberapa penelitian terbaru mengenai Reactive Powder Concrete diuraikan sebagai berikut: Graybeal, B.A. (2007), menginvestigasi perilaku uniaksial tekan ultra-high-performance fiberreinfoeced concrete (UHPFRC). Dari hasil analisisi yang dilakukandiperoleh persamaan modulus elasisitas beton UHPFRC yaitu E = 3840(fc’)1/2 (dalam MPa) yang memberi kontribusi penting terhadap peraturan yang ada.



S - 65

Cwirzen, A., et al. (2008), Melakukan pengujian RPC yang meliputi sifat-sifat mekanik, durabilitas dan penggunaan secara hibrida dengan semen Portland biasa. Dengan rasio air semen 0.22, diperoleh kekuatan tekan 28 hari bervariasi dari 170 sampai 200 MPa untuk perawatandengan steam curing, dan antara 130 sampai 150 MPa tanpa steam curing. Juga dilaporkan bahwa penyusutan awal untuk RPC (UHS-mortar) lebih tinggi dua kali lipat dari UHS-concrete. Chang, T.P., et al. (2009), Menguji kinerja RPC dengan kondisi perawatan campuran yang berbeda dan pengaruhnya sebagai material perbaikan elemen struktur. Hasil menunjukkan bahwa dengan steam curing pada empat umur beton yang berbeda secara substansial meningkatkan durabilitasnya. Perbaikan benda uji (retrofit specimen) dengan membungkus silinder beton dengan RPC setebal 10 dan 15 mm dapat meningkatkan rasio kekuatan tekan 9.5 sampai 38%. Prabha, S.L.,et al.(2010), Melakukan studi perilaku hubungan tegangan-regangan RPC dibawah pembebanan tekan uniaksial pada benda uji silinder diameter 100 mm dan tinggi 200 mm. Dengan variasi kandungan dan dimensi serat pada beton, diperoleh kekuatan tekan RPC yang mampu mencapai 171.3 MPa dengan serat baja ukuran diameter 0.16 mm dan panjang 13 mm sebanyak 2%. Campuran RPC memiliki kekuatan 38% sampai 63% lebih besar dengan modulus elastisitas antara 21% sampai 24% lebih tinggi jika menggunakan serat baja.Perkembangan riset kolom persegi berlubangdirangkum pada Tabel 3. Tabel 3 Perkembangan Riset pilar/kolom persegi berlubang Peneliti/tahun

Skala benda uji

Mutu beton

Metode pengujian

Jenis pembebanan

Takahashi, Y., and Iemura, H. (2000)

reduced scale

34 Mpa

Eksperimental

Yeh, Y.-K., et al. (2002)

full scale

32-34 MPa

Eksperimental

Calvi, G.M., et al. (2005)

1/4 scaled

23.6 -35 MPa

Numerik dan eksperimental

Kombinasi aksial tekan dan lateral siklik

Maria, H.S., et al. (2006)

1/5 scaled

27-43 MPa

Eksperimental

statik monotonik, lentur biaksial

Sheikh, M.N., et al. (2007)

Kombinasi aksial dan lateral siklik, pseudo dynamic test Kombinasi aksial tekan dan lateral siklik

Model analitik

Zhao, G.Y. et al. (2008)

reduced scale

140 MPa

Model analitik dan eksperimental

Lateral siklik

Delgado, R., et al. (2009)

1/4 scaled

28 MPa

Numerik FEM 3D dan eksperimental

Kombinasi aksial tekan dan lateral siklik

3.

Investigasi Kinerja inelastik pilar tinggi, keruntuhan lentur dan geser Daktilitas lentur, disipasi energi dan kapasitas geser. Kapasitas geser dari berbagai kombinasi momen dan geser, shear deformability Kestabilan tekuk lokal dinding pier beton bertulang persegiempat Mengkomparasikan model analitik dengan hasil-hasil eksperimen yang ada Pola retak, faktor daktilitas dan disipasi energi perilaku lentur dan geser

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini ditujukan untuk menginvestigasi kinerja mekanik komponen struktur kolom beton bertulang berpenampang berlubang dengan material RPC. Untuk tujuan tersebut, maka akan dilakukan pengamatan melalui program eksperimen yang terbagi dalam dua tahap yaitu: 1) Kajian secara numerik parameter-parameter yang dianggap berpengaruh signifikan terhadap perilaku dan kinerja kolom RPC berlubang, 2) Trial mix beton RPC untuk mencapai target kekuatan tekan yang melampaui 120 MPa; 2) Pengujian eksperimental HRSRCP-RPC dengan pembebanan lateral siklik. Tahapan penelitian akan diuraikan sebagai berikut:



S - 66

An nalisisNumeerik Ujji numerik teerhadap HRS SRCP-RPC akan a dilakukan dengan Non N Linear FE EM 3D melaalui softwaree AN NSYS. Mateerial beton dimodelkan d men solid deengan 3 derrajat kebebassan translasii sebagai elem paada kedelapaan titik nodaalnya (brick element), sedangkan baaja tulangan n dimodelkann terkoneksii deengan elemenn solid secarra diskrit sebbagai elemenn yang berupa link dengan satu derajaat kebebasan n traanslasi arah aksial pada tiap titik nod dalnya. Moddel konstitutiif beton RPC C diidealisasikan dengan n peersamaan Hoognestad sepeerti yang rek komendasikaan oleh Zhaoo, et.al (2008). Model konnstitutif bajaa tuulangan mengggunakan model m tegangaan – regangaan yang menngakomodassi efek strainn hardening.. Unntuk keperlu uan analsis, model m tersebuut dimodifikasi dengan persamaan p Raamberg – Ossgood. M Model benda uji untuk annalisis numeerik dibuat dalam d skala 1:6. Metodee pengujian pada modell yaaitu dengan load controll method, yaaitu model sttruktur diberri beban lateeral secara siiklik dengan n increment yanng diatur menjadi m beberrapa step peembebanan sampai rasio drift yangg ditagetkan n terrcapai, sedanngkan beban aksial tekan n bekerja secaara konstan. Trrial Mix RP PC Dalam upaya untuk mencapai kekuataan beton ultrra high stren ngth concrette, maka akaan dilakukan n beeberapa trial mix campuran RPC den ngan kompoosisi campuran yang sesuuai dengan rekomendasi r i Duugat, J., et al 1997 sebbagai campuuran pembannding, kemu udian dilanjuutkan dengaan membuatt caampuran yang komposisinnya disesuaikan dengan karakteristik k k material yanng tersedia secara lokal. Karena belum m adanya mettode standar yang dapat dipakai dalaam mix desiggn RPC makka komposisii caampuran yang akan dibuaat berikutnyaa masih bersiifat trialand error dengann penekanan pada: 1. Penggunaaan rasio airr semen (w/ w/c ratio) renndah namunn tetap mem miliki workaabilitas yang g memenuhhi dan target kekuatan diaatas 120 MPaa. 22. Mengoptiimalkandenssity agregat gabungan antara frakksi pasir kuarsa k yangg berukuran n maksimum m 300 m deengan fraksi hasil crushinng yang beruukuran makssimum 50m m. Dari kedua prrinsip di atass maka pendekatan dengan prinsipvoolume absolu ute (Nevile, A.M., A 1995)) dasarkanPers.(8) unntuk 1 m3 betton dapat dillakukan berd A1 A2 W C   1  10000 1000 c 10001 11000 2

(8)

diimana Wadallah berat airr, C adalah kebutuhan semen s dan A1 dan A2maasing-masingg adalah duaa masing materrial. Dengan n fraaksi agregatt serta  yaang menyataakan spesik grafity darri masing-m m menetapkan rasio air/seemen dan rasio agreggat/semen maka m komp posisi mateerial-materiall peenyusunnya dapat ditentuukan.Pengujiian sifat mekkanik hasil trial t mix dilaakukan denggan sejumlah h beenda uji silinnder standar 15cm x 30 cm untuk m memperoleh kekuatan k tekkan, kekuatann tarik belah h daan hubungann tegangan regangan r uniiaxial beton yang akan diverifikasi d ulang dalam m pemodelan n nuumerik. Peengujian Ek ksperimentaal HRSRCP--RPC M Model kolom didesain dengan kombinnasi momenn dan beban aksial tekan n (Pn) yang m melebihi 0.1 fc’Agdan disessuaikan denggan kapasitaas aktuator dari loadingg frame yanng tersedia. Bentuk dan n diimensi penam mpang bendaa uji diperlihaatkan pada G Gambar. 6

Gambar 6 Diimensi penamppang kolom, penulangan p loongitudinal dan n potongan



S - 67 7

b ng berlubangg dibuat dalam m empat moodel yaitu: Benda uji kkolom RPC berpenampan a) b) c) d)

HR RSRCP-RPC dengan jarakk sengkang 50 5 mm HR RSRCP-RPC dengan jarakk sengkang 100 1 mm HR RSRCP-RPC dengan jarakk sengkang 150 1 mm tanppa pendetailan pada sendii plastis HR RSRCP-RPC dengan jarakk sengkang 150 1 mm denggan pendetailan sendi plaastis

Gambaran ssetup rencanaa pengujian kolom k dengaan beban sikllik diperlihattkan pada Gaambar 7(a).

(aa) (b) Gambar 7 Loading L framee dan pembebaan (a) Setup pengujian p koloom berongga, (b) Pola pem mbebanan Bendda Uji (sesuuai FEMA 4550 P9 dan ACII 3741 - 05)

Pengujian dilakukan d deengan sistem m penambahaan defleksi (displacemen ( nt control) secara s bertahhap dengan beban lateral sik klik quasi-staatic yang akan diaplikasiikan pada ujuung kolom yang y mengikkuti ACI 3741 - 05. 0 Sistem Pembebanan ini rekomendassi yang diisyyaratkan olehh FEMA 450 P9 dan A ditujukan uuntuk mengettahui perilakku sistem kolom RPC beerongga dalaam menahan beban gemppa. Pola pembeebanan bendaa uji dapat diilihat pada Gambar G 7(b).

4.

KESIM MPULAN

Dari beberaapa argumenttasi teoritis dan d rancangaan metodologgi penelitian yang telah diuraikan, d maaka dapat ditarikk kesimpulan numum dari makalah ranncangan peneelitian ini seb bagai berikutt: 1.

Dalam rangka upaaya menghassilkan elemeen struktur pilar p beton jembatan j yaang sustainabble HRSRCP-RP PC dapat menjadi altern natif plihan inovasi yang g memadukaan keunggullan maka H geomettrik dan supeerioritas mateerial.

2.

Karaktteristik hubu ungan teganggan-regangann material RP PC yang leb bih unggul dari d beton akkan membeerikan perilaaku elemen strukturHRS SRCP yang lebih daktaiil jika aranseemen tulanggan transveersal dan longitudinal diddesain secaraa wajar.

3.

Melaluui analisis numerik n denngan FEM maka m dapat diperoleh gambaran awal a mengennai parameeter-parameter penting yang y menenttukan kinerjaa struktur daan hasilnya dapat menjaadi masukaan dalam tahhapan pengujjian eksperim mental.

DAFTAR PUSTAKA A AASHTO-LR RFD, (2005),B Bridge Designn Specificationn ACI-ASCE Committee C 3443, (1995), Annalisis and Deesign of Reifoorced Concretee Bridge Stru ucture ACI 3443R 95 ACI Commiittee 374.1-05 5 Acceptancee Criteria for Moment Frames F Basedd on Structurral Testing and a Commeentary



S - 68

Aïtcin, P-C, (2008) Binders for durable and sustainable concrete,(Modern Concrete Technology Series, ISBN 0-203-94048-2, Taylor & Francis Group, London and New York. Badan Standardisasi Nasional, SNI 2847 (2002), Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung Bonneau, O., Poulin, C., Dugat, J., Richard, P., and Aitcin, PC., (1996), Reactive Powder Concretes: From Theory to Practice, Concrete International. Calvi, G.M., Pavese, A., Rasulo, A., and Bolognini, D., (2005), “Experimental and Numerical Studies, on the Seismic Response of R.C Hollow Bridge Piers”, Springer, Bulletin of Earthquake Engineering, 3: 367297. Chang, T.P., Chen, B.T., Wang, J.J., and Wu, C.S., , (2009) “Performance of Reactive Powder Concrete (RPC) with Different Curing Conditions and Its Retrofitting Effects on Concrete Member”, Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting II – Alexander et al (eds), Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-415-46850-3. Chen, W-F. and Duan, L., (2003), “Bridge Engineering, Substructure Design”, CRC Press LLC, Florida. Cwirsen, A., Pettala, V., and Vornanen, C. (2008), “Reactive Powder Based Concretes : Mechanical Properties, Durability, and Hybrid Use with OPC”, Cement and Concrete Research, 38 (2008), 12171266, Content lists available at ScienceDirect. Dallaire, E., Aitcin, PC., and Lachemi, M., (1998), “High-Performance Powder”, Civil Engineering. Delgado, R., Delgado, P., Pouca, N.V., Arede, A., Rocha, P., and Costa, A., 2009, “Shear Effect on Hollow Section Piers under Seismic Action: Experimental and Numerical Analysis”, Springer Science, Bull Earthquake Eng. 7:377-389. Dugat, J., Roux, N., and Bernier, G., (1996), “Mechanical Properties of Reactive Powder Concretes” Material and Structures, Vol 29, May 1996, 233-240. FEMA 450 The 2003 NEHRP Recommended Provisions For New Buildings And Other Structures Part 1: Provisions (FEMA 450) Graybeal, A.B., (2007), “Compressive Behavior of Ultra-High-Performance Fibre-Reinforced Concrete”, ACI Materials Journal, Vol. 104, No. 2 March-April 2007. Maria, H.S., Wood, S.L., Breen. J.E., (2006), “Behavior of Hollow Rectangular Reinforced Piers Subjected to Biaxial Loading”, ACI Materials Journal, Vol. 103, No. 3 May-June 2006. Nevile, A.M., (1995), Properties of concrete ISBN 0-582-23070-5, Logman Group Limited, England. Park, R. and Paulay, T. (1975)Reinforced Concrete Structure, John Wiley & Son. Inc., Canada. Prabha, S.L., Dattatreya, J.K., Neelamegam, M., and Rao, M.V.S., (2010), “Study on Stress-Strain Properties of reactive Powder Concrete under Uniaxial Compression”, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 2(11), 2010, 6408-6416. Priestley, M.J.N., Seible, F., and Calvi, G.M., (1996), Seismic Design and Retrofit of Bridge, John Wiley & Sons Inc, Canada. Richard, P., and Cheyrezy, M., (1995), “Composition of Reactive Powder Concrete”, Cement and Concrete Research, Vol. 25, No. 7, 1501-1511. Pergamon, Scientific Division BOUYGUES, St Quentin en Yvelines, France Shaheen, E., and Shrive, N.G, (2006), “Optimization of Mechanical Properties and Durability of Reactive Powder Concrete”, ACI Materials Journal, Vol. 103, No. 6 November-December 2006 Sheikh, M.N., Vivier, A., and Legeron, F., (2007), “Seismic Vulnearability of Hollow core Concrete Bridge Piers”, Proceeding of the 5th International Conference on Concrete under Severe Condition of Environment and Loading (CONSEC07), France, 2007, 1445-1454. Takahashi, Y., and Iemura, H., (2000), Inelastic Seismic Performance of Tall Piers With Hollow Section, 12WCEE 2000. Zhao. G.Y. Yan, G.P., and Hao. W.X., (2008)., “ Seismic Performance of RPC Hollow Rectangular Bridge Column”, The 14th Word Conference on Earthquake Engineering, October 12-17, 2008, Beijing, China. Yeh, Y.K., Mo, Y.L., and Yang, C.Y., (2002), “Full-Scale Test on Rectangular Hollow Bridge Piers”, Materials and Structures, Vol 35, pp. 117-125.



S - 69