PENGARUH JARAK SENGKANG DENGAN VARIASI KUAT TEKAN PADA KOLOM
EFFECT OF CROSS BAR SPACING WITH VARIATION COMPRESSIVE STRENGTH TO THE COLUMN
ST. Nur Insani, Wihardi Tjaronge, Jonie Tanijaya Teknik Sipil Universitas Hasanuddin, Makassar
Alamat Korespondensi: ST. Nur Insani Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Hasanuddin Makassar, 90245 HP: 085343555889 Email:
[email protected]
Abstrak Pada umumnya kolom dikatakan langsing, jika beban aksialnya menyebabkan kolom berdefleksi secara lateral sebesar Δ sehingga menambah kapasitas momen sebesar PΔ yang dapat mereduksi kapasitas beban aksial dari kolom. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh jarak sengkang terhadap kuat tekan kolom rencana dan hasil penelitian serta menganalisis regangan dan model kegagalan yang terjadi pada kolom. penelitian dilakukan dengan membuat 18 buah sampel, dimana dibuat 2 variasi kuat tekan yaitu 25 MPa dan 30 MPa. Pada setiap variasi kuat tekan dibuat 3 buah benda uji dengan jarak sengkang 60 mm, 80 mm dan 100 mm dengan dimensi kolom 12,5 x 12,5 x 100 cm. Dari hasil analisis dalam penelitian ini diperoleh Persentase peningkatan beban aksial maksimum untuk kuat tekan 25 MPa untuk jarak sengkang 60 mm sebesar 29.21%,80 mm sebesar 23.59% dan 100 mm sebesar 12.36%, untuk kuat tekan 30 MPa diperoleh persentase peningkatan beban aksial maksimum sebesar 23.13% untuk jarak sengkang 60 mm, 18.21% untuk jarak sengkang 80 mm dan 13.28% untuk jarak sengkang 100 mm. hasil pengujian menunjukkan kolom dengan kuat tekan 25 MPa dengan variasi jarak sengkang 60 mm, 80 mm, dan 100 mm mempunyai regangan aksial 0.0024 - 0.0027 Sedang Untuk kuat tekan 30 MPa mempunyai regangan aksial 0.0026 – 0.003. sehingga semakin rapat jarak sengkang, maka akan semakin besar pula nilai regangannya. Model kegagalan yang sering terjadi pada kolom dengan Kuat tekan rencana 25 MPa dan 30 MPa adalah kegagalan material, ini akibat kuatnya pengaruh pengekangan dari sengkang yang mengurangi kemungkinan terjadinya tekuk. Dari penelitian ini dapat ditarik kesimpulan bahwa Semakin Tinggi Mutu beton dan Jarak sengkang yang Semakin rapat maka peningkatan kuat tekan dan regangan pada kolom akan semakin besar. Kata kunci : Kuat Tekan, jarak sengkang, kekuatan kolom
Abstract
In general, the column said to slender, if axial load cause deflection on the lateral column of Δ thus increasing capacity of PΔ moments that can reduce axial load capacity of the column. This research aims to evaluate effect of cross bar spacing on compressive strength columns plans and compressive strength column field research , analyze strain and model failure in the column. This research making 18 pieces of samples, in which making 2 variation of compressive strength 25 MPa and 30 MPa. In each variation of compressive strength test specimens made of 3 pieces with cross bar spacing of 60 mm, 80 mm and 100 mm with dimension of column 12.5 x 12.5 x 100 cm. From the research analysis results obtained percentage increase in the maximum axial load for compressive strength 25 MPa for each variations of cross bar spacing is 29.21%, 23:59% 12:36%, for compressive strength 30 MPa for each variations of cross bar spacing percentage increase obtained 23,13%, 18,21% and 13,28%. So the spacing cross bar up closer, then increase the compressive strength will be greater. The columns results show for compressive strength 25 MPa, with various of cross bar spacing have a strain 0.0024 - 0.002.7 Is being to 30 MPa have axial strain 0.0026 - 0003. cross bar spacing up closer, strain will be greater. Model failures that often occur in column with compressive strength 25 MPa and 30 MPa is a material failure, is due to strong influence of the cross bar restraints that reduce the possibility of buckling. From this research can be concluded that more High Quality concrete and Distance cross bar which more tightly then the increase compressive strength and strain in columns will be greater. Keywords: Compressive Strength, cross bar spacing, column strength
PENDAHULUAN Kolom merupakan komponen struktur yang sangat penting dalam menjamin suatu struktur tidak mengalami keruntuhan total (collapse). Dalam mendesain struktur tahan gempa, kolom harus memiliki kekuatan yang cukup dan memadai untuk berprilaku daktail dalam menyerap dan memencarkan energi gempa. Kekuatan dan daktilitas kolom dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya pengaturan tulangan longitudinal dan transversal.( I K. Sudarsana, 2010) Pada umumnya, kolom dikatakan langsing, jika beban aksialnya menyebabkan kolom melentur atau berdefleksi secara lateral sebesar Δ dengan besaran tertentu sehingga menambah kapasitas momen sebesar PΔ yang dapat mereduksi kapasitas beban aksial dari kolom secara signifikan (Jack C. McCormac, 2004). Semakin langsing atau semakin panjang suatu kolom, maka efek kelangsingan tidak dapat diabaikan karena rasio kelangsingan terus bertambah besar dan kekuatan penampangnya akan berkurang bersamaan dengan timbulnya masalah tekuk yang dihadapi. Keruntuhan kolom langsing lebih ditentukan oleh kegagalan tekuk lateral daripada kuat lentur penampangnya. Tulangan lateral atau sengkang diperlukan untuk mencegah terkelupasnya (spalling) penutup beton dan terjadinya tekuk local (local buckling) pada batang-batang longitudinal akibat beban aksial.
Sehingga sengkang
sangat efektif
untuk meningkatkan kekuatan dan
memperlambat proses keruntuhan kolom beton terkekang agar menjadi lebih daktail. Tulangan lateral yang biasa digunakan adalah tulangan dalam bentuk pengikat (ties) yang didistribusikan sepanjang ketinggian kolom pada interval yang ditentukan. Semakin pendek atau rapat jarak sengkang pada kolom, maka semakin besar pula kekuatan kolom tersebut dalam memikul beban aksial. Beberapa penelitian sebelumnya mengenai model persamaan tegangan-regangan beton terkekang pada beton berpenampang persegi telah diusulkan oleh Mander et al. (1988), Cusson dan Paultre (1993), Antonius (2010), Legeron dan Paultre (2003),Tavio dan P. D. S. Pamenia (2009). Para Peneliti diatas mengusulkan kurva tegangan-regangan dengan perumusan teganganregangan puncak yang berbeda. Analisis untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan pun bervariasi bergantung pada parameter-parameter yang ditinjau. Pada penelitian ini menggunakan persamaan dari penelitian Mander et.al. (1988) karena lebih mendekati hasil penelitian eksperimental. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh jarak sengkang terhadap
kuat tekan kolom rencana dan kuat tekan hasil penelitian, serta menganalisis tegangan - regangan yang terjadi pada kolom.
BAHAN DAN METODE Lokasi dan Rancangan penelitian Penelitian ini dilakukan di laboratorium struktur dan bahan Universitas Hasanuddin Kota Makassar. Penelitian ini berlangsung selama 6 (enam) bulan, yakni Maret - Agustus 2012 Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental, Desain penelitian ini berupa kolom beton bertulang dengan ukuran 12,5cm x 12,5cm x 100 cm dengan tebal selimut beton 2 cm. Tulangan yang dipakai adalah 4 D10 untuk tulangan utama, ∅6 untuk tulangan sengkang dengan variasi jarak 60 mm, 80 mm, dan 100 mm. Percobaan dibuat dalam 2 variasi kuat tekan yaitu 25 MPa dan 30 MPa seperti ditunjukkan dalam Tabel 1. Pembebanan pada Pengujian Kolom dilakukan dengan meletakan beton pada frame pengujian dengan memberi perletakan Jepit - bebas dan diberi beban aksial sampai kolom mengalami failure seperti terlihat pada Gambar 1. Metode Pengumpulan Data Metode pengumpulan data diambil dengan melakukan serangkaian pengujian di laboratorium dan analisa data pada program Microsoft excel. Pengujian material terdiri dari pengujian kuat tarik tulangan, pengujian kuat tekan, pengujian kuat tarik belah, dan modulus elastisitas. Nilai kuat tarik tulangan baja D10 adalah 295,54 sedangkan baja Φ6 memiliki nlai kuat tarik baja sebesar 442,3. Pengambilan sampel control untuk kolom dilakukan sesuai dengan waktu pengecoran benda uji. Sampel control yang diuji berupa silinder beton berdiameter 15 cm setinggi 30 cm. Pada pengecoran kolom, jumlah sampel silinder yang dibuat sebanyak 6 buah silinder untuk pengujian kuat tekan, modulus elastisitas 2 buah untuk kuat tekan f’c = 25 MPa. Demikian pula pada pengecoran kolom dengan mutu f’c = 30 MPa jumlahnya sama pada setiap variasi. Dari pengujian karakteristik beton diperoleh nilai kuat tekan rata –rata setelah 28 hari yaitu 24.32 untuk Kuat tekan rencana f’c = 25 MPa dan 33.10 untuk Kuat tekan rencana f’c = 30 MPa , dan modulus elastisitas beton sebesar 26652.26 untuk Kuat tekan rencana f’c = 25 MPa dan untuk Kuat tekan rencana f’c = 30 MPa didapat modulus elastisitas sebesar 26097.58 .Hasil penelitian kolom dianalisis menggunakan rumus berdasarkan pesamaan Mander et.al (1988).
Analisis Data Analisa hasil pengujian kuat tekan dilakukan untuk mengetahui seberapa besar bebab maksimum yang mampu diterima oleh benda uji beton hingga mengalami failure. Rumus yang digunakan untuk perhitungan kuat tekan beton adalah: ′
=
P A
f’c adalah kuat tekan beton, P adalah beban maksimum, A adalah luas penampang benda uji. Analisis Modulus elastisitas dihitung dengan menggunakan persamaan = adalah Modulus elastisitas (MPa), S2 adalah Tegangan pada 40 % beban runtuh S1 adalah Tegangan pada regangan awal ε2 adalah Regangan pada S2, ε1 adalah Regangan awal Model analitis kekangan pada prinsipnya menyatakan hubungan antara kuat tekan aksial beton yang terkekang dengan tegangan lateral yang timbul pada beton akibat kekangan yang diberikan tulangan sengkang tertutup. Persamaan dasar yang menggambarkan hubungan tersebut dirumuskan sebagai berikut (Imran dkk, 2005): f 'cc= f’c. ke f 'cc adalah Nilai kuat tekan kolom beton bertulang yang terkekang, ke adalah Faktor kenaikan kuat tekan beton, tergantung dari tekanan biaksial yang disebabkan oleh kekangan lateral efektif. Faktor kekangan efektif tersebut dirumuskan sebagai berikut: ke
Ae A cc
Ke adalah koefisien efektifitas kekangan, Ae adalah luas efektif inti beton yang terkekang Acc = Ac (1-ρcc) ρcc adalah rasio luas tulangan longitudinal dengan luas inti penampang; dan Ac adalah luas inti dari penampang yang ditutupi oleh keliling garis tengah spiral atau sengkang ikat. n w 'i 2 1 i1 6b c dc ke
s' 1 2b c 1 ρ cc
s' 1 2d c
bc dan dc adalah dimensi inti dihitung terhadap garis pusat tulangan terhadap arah X dan Y, s' adalah Jarak tulangan transversal pada kolom(as-as), jarak bersih sengkang ,Ws adalah Jarak
bersih antara dua sudut berdekatan pada sengkang setengah, ρcc adalah Ratio dari luas tulangan longitudinal terhadap luas daerah inti beton.
HASIL Hasil analisis penelitian meliputi: Hubungan antara beban aksial terhadap jarak sengkang, Pengaruh Jarak sengkang terhadap perilaku kurva tegangan - regangan, dan model kegagalan kolom Dari pengujian laboratorium diperoleh hasil beban aksial maksimum yang didapat pada Kuat tekan rencana f’c = 25 MPa untuk Jarak Sengkang 60 mm didapatkan 22 ton, jarak sengkang 80 mm diperoleh beban aksial sebesar 20 ton,dan jarak sengkang 100 mm didapatkan beban aksial sebesar 19 ton. Sedangkan, untuk Kuat tekan rencana f’c = 30 MPa diperoleh beban aksial sebesar 25 ton untuk jarak sengkang 60 mm, 23 ton untuk jarak sengkang 80 mm dan 21 ton untuk jarak sengkang 100 mm. Nilai regangan maksimum pada hasil pengujian kolom menunjukkan bahwa kolom dengan variasi jarak sengkang 60 mm mempunyai regangan sebesar 0.00278, 80 mm mempunyai regangan sebesar 0.00261, dan 100 mm mempunyai regangan sebesar 0.00241 pada kuat tekan rencana f’c = 25 MPa. Sedang Untuk f’c = 30 MPa dengan variasi jarak sengkang yang sama mempunyai regangan aksial
0.00298 untuk jarak sengkang 60 mm, 0.00278 untuk jarak
sengkang 80 mm dan 0.00268 untuk jarak sengkang 100 mm. Tabel 2. memperlihatkan perbandingan desain dan hasil penelitian pada kolom Berdasarkan Tabel 3. Didapatkan persentase peningkatan beban Aksial desain dan Hasil eksperimen Berdasarkan Gambar 2. dapat dilihat pengaruh jarak sengkang yang dipasang pada kolom beton terkekang dapat meningkatkan kekuatan dan daktilitas regangan beton terkekang. Model kegagalan kolom yang terjadi pada penelitian ini adalah kegagalan material dan kegagalan tekuk.
PEMBAHASAN Dalam penelitian ini Hubungan antara beban aksial terhadap jarak sengkang untuk kuat tekan rencana 25 MPa dan 30 MPa menunjukkan bahwa semakin tinggi mutu beton bertulang
dengan jarak sengkang yang lebih rapat dapat menghasilkan peningkatan beban yang lebih besar. Ini disebabkan karena jarak sengkang yang lebih rapat dapat mengekang inti beton dengan baik. Hasil analisa hubungan regangan dan jarak sengkang yang dapat ditarik pembahasan yaitu Semakin rapat jarak sengkang, maka nilai regangan yang dihasilkan semakin besar. Hal ini dikarenakan jarak sengkang yang semakin kecil akan lebih efektif daerah yang terkekangnya daripada jarak sengkang yang besar.Dapat dilihat pada benda uji dengan kuat tekan rencana f’c = 25 MPa maupun f’c = 30 MPa yang menggunakan sengkang yang lebih rapat yaitu 60 mm mempunyai regangan yang lebih besar dibanding jarak sengkang 80 mm dan 100 mm. Pada kolom, selimut beton yang terlepas terjadi setelah retak di sepanjang permukaan dari penutup dan inti diawali oleh sebuah kondisi tegangan pengujian triaksial. Retakan terjadi sebelum beton mencapai kuat tekan uniaksial dan mengarah pada kondisi awal penutup spalling. Jika ikatan yang cukup disediakan, dan rinci untuk menyediakan pengekangan yang efisien dan efektif di wilayah lokal, kolom dapat mempertahankan tingkat yang cukup daktilitas (Foster BE, 1999). Model Kegagalan material dapat dilihat pada kolom yang mengalami retak dan spalling pada bagian ujung kolom, pada kolom selama proses pengujian berlangsung, daerah kolom yang mengalami retak terjadi pada arah longitudinal(Kusuma et.al, 2009). Awalnya permukaan kolom mengalami retak rambut (hair crack), dengan meningkatnya beban, penjalaran dan lebar retak permukaan makin banyak dan membesar hingga selimut beton terlepas (spalling), saat beban maksimum terjadi keruntuhan mendadak (Sudden Failure) disertai dengan suara ledakan yang keras akibat energi disipasi, pada beton selama mengalami pembebanan. Dan untuk model Kegagalan tekuk dapat dilihat pada kolom yang mengalami runtuh (failure) pada bagian tengah bentang kolom. Pada kegagalan ini lebih cenderung terjadi akibat besarnya beban eksentris yang dialami pada kolom, sehingga kekuatan kolom yang sebenarnya masih mampu menahan pada beban lebih tinggi akan mengalami kegagalan lebih awal.
KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil penelitian dilaboratorium, kami menyimpulkan bahwa Persentase peningkatan beban aksial untuk kuat tekan f’c = 25 MPa untuk jarak sengkang 60 mm sebesar 29.21%,80 mm sebesar 23.59% dan 100 mm sebesar 12.36%, untuk kuat tekan rencana f’c = 30 MPa diperoleh persentase peningkatan sebesar 23.13% untuk jarak sengkang 60 mm, 18.21%
untuk jarak sengkang 80 mm dan 13.28% untuk jarak sengkang 100 mm.. Jadi semakin tinggi mutu beton bertulang dengan jarak sengkang yang lebih rapat dapat menghasilkan peningkatan beban yang lebih besar. Nilai Regangan juga dipengaruhi oleh kuat tekan rencana dan juga jarak sengkang. Pada Kuat tekan rencana f’c = 25 MPa lebih tinggi nilai regangannya dibanding kuat tekan rencana 30 MPa. Pada jarak sengkang 60 mm menghasilkan nilai regangan tertinggi serta 100 mm yang terendah, sehingga semakin rapat jarak sengkang, maka akan semakin besar pula nilai regangannya. Untuk model kegagalan yang sering terjadi pada kolom dengan Kuat tekan rencana f’c = 25 MPa dan 30 MPa adalah kegagalan material, ini akibat kuatnya pengaruh pengekangan dari sengkang yang mengurangi kemungkinan terjadinya tekuk. Adapun kolom yang terjadi kegagalan tekuk itu dikarenakan adanya eksentrisitas pada kolom. Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan maka dapat disarankan beberapa hal yaitu Pada saat pengujian berlangsung, perlu diperhatikan pengamanan yang lebih pada benda uji, hal ini disebabkan benda uji yang ditekan / diuji memiliki resiko untuk runtuh mendadak yang dapat mengenai orang di sekitar, Pada penelitian lebih lanjut, ada baiknya dilakukan penambahan benda uji berupa kolom beton normal dengan variasi jarak sengkang yang sama agar dapat dilihat juga perbandingan dari beton normal dan beton SCC, atau penambahan sampel dengan memperbesar jarak sengkang agar dapat lebih diperhatikan pada daerah pengekangan, Perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap regangan beton dan regangan tulangan dengan menggunakan alat strain gauge untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA Antonius. (2010). Evaluasi Persamaan Konstitutif Beton Mutu Normal Dan Mutu Tinggi Terkekang Yang Diturunkan Berdasarkan Kriteria Leleh. Dinamika Teknik Sipil,Vol.10, No.2, hlm: 159-167 Kusuma, Benny.,Tavio.,Suprobo, Priyo., & Tanijaya, Jonie. (2009) Pemanfaatan Jaring Baja Kawat – Las Mutu-Tinggi Sebagai Tulangan Pengekang Pada Kolom Beton Bertulang. Makassar : Universitas Kristen Indonesia Paulus. Cusson, D.& Paultre, P.(2008). Prediction of Effective Confinement Pressure in High-Strength Concrete Columns. CSCE. Annual Conference Structural Specialty, 2008 June 10-13, Quebec City, QC pp. 10
Foster.J. Stephen.(1999). Design and Detailing of High Strength Concrete Columns, UNICIV Report No. R375, Australia Imran,I.&Cornelis, R.(2005). Pengaruh permodelan zona terkekang terhadap prediksi hubungan momen - kurvatur kolom persegi beton mutu tinggi. Jurnal Ilmiah Teknik Sipil,Vol.12 No.2, hlm 75 – 86 McCormac, Jack C. (2004). DesainBetonBertulang, Erlangga. Jakarta. Mander, J.B., Priestley, M.J.N., & Park, R.(1988). Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete diunduh 24 February 2009. Available from http://www.asce.org/ Paultre, P.& Légeron, F.(2008).Confinement Reinforcement Design for Reinforced Concrete Columns. Journal of Structural Engineering,134(5): 738–749 Sudarsana,IK.(2010).Analisis Pengaruh Konfigurasi Tulangan Terhadap Kekuatan Dan Daktilitas Kolom Beton Bertulang. Jurnal Ilmiah Teknik Sipil, Vol. 14, No.1, hlm 57 – 68 Tavio. &. Pamenia, P. D. S. (2009). Pengaruh Pengekangan Pada Analisis Momen Nominal Untuk Pengamanan Kolom Beton Bertulang Terhadap Kegagalan Getas Geser. Dinamika Teknik Sipil, Vol. 9, Nomor 2, Hlm 155 – 162
Tabel 1.
Jarak sengkang dan jumlah benda uji tiap kolom Kuat Tekan Rencana
Jarak Sengkang (cm)
f’c (MPa)
6
8
10
25
3
3
3
30
3
3
3
Tabel 2. Perbandingan Desain dan Hasil Penelitian No. Jarak Sengkang Sampel (mm) 1 2 60 3 1 2 80 3 1 100
60
80
100
f'c Rencana (MPa) 25 25 25 25 25 25
kc
f'cc (MPa)
1.40 1.40 1.40 1.21 1.21 1.21
34.64 34.64 34.64 30.05 30.05 30.05
Pc Teoritis (Ton) 22.26 22.26 22.26 19.97 19.97 19.97
P Hasil (Ton)
εcu
σ(MPa)
20.00 22.00 22.00 19.00 20.00 18.00
0.003167 0.00309 0.00301 0.00261 0.00288 0.0027
12.8 14.08 14.08 12.16 12.8 11.52
25
1.10
27.43
18.67
14.00
0.00245
8.96
2
25
1.10
27.43
18.67
19.00
0.00257
12.16
3
25
1.10
27.43
18.67
19.00
0.00263
12.16
1
30
1.33
39.70
25.14
17.00
0.00342
10.88
2
30
1.33
39.70
25.14
18.00
0.00302
11.52
3
30
1.33
39.70
25.14
25.00
0.00329
16.00
1
30
1.17
34.96
22.78
14.00
0.00262
8.96
2
30
1.17
34.96
22.78
23.00
0.00299
14.72
3
30
1.17
34.96
22.78
20.00
0.00294
12.8
1
30
1.08
32.31
21.45
21.00
0.00292
13.44
2
30
1.08
32.31
21.45
19.00
0.00266
12.16
3
30
1.08
32.31
21.45
21.00
0.00276
13.44
Tabel 3. Perbandingan Beban Aksial Desain Dan Hasil Eksperimen
Jarak Sengkang (mm) 60 80 100 60 80 100
f'c Rencana (MPa) 25 25 25 30 30 30
P Normal (Ton) 17.80 17.80 17.80 20.30 20.30 20.30
P Hasil (Ton) 22.00 20.00 19.00 25.00 24.00 23.00
Gambar 1. Set-up pengujian pada loading Frame
Persentase Perkuatan (%) 29.21 23.59 12.36 23.13 18.21 13.28
25
Beban (ton)
20
Kolom25/6-1 Kolom25/6-2 Kolom25/6-3 Kolom25/8-1 Kolom25/8-2 Kolom25/8-3 Kolom25/10-1 Kolom25/10-2 Kolom25/10-3
15
10
5
0 0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
Regangan (a) Kuat Tekan Rencana 25 MPa
0.0035
30
25
Kolom30/6-1 Kolom30/6-2
Beban (ton)
20
Kolom30/6-3 Kolom30/8-1
15
Kolom30/8-2 Kolom30/8-3
10
Kolom30/10-1 Kolom30/10-2
5
Kolom30/10-3 0 0
0.001
0.002
0.003
0.004
Regangan (b) Kuat Tekan Rencana 30 MPa Gambar 2. Grafik Pengaruh Jarak sengkang terhadap perilaku tegangan regangan beton terkekang
