Penggunaan Baja U-50 dan Permasalahannya

Penggunaan Baja U-50 dan Permasalahannya Hadi Rusjanto T

1

PENDAHULUAN Sehubungan dengan meningkatnya harga baja tulangan hampir 200 % dari harga awal yang semula hanya Rp. 5000/kg, para perencana struktur di tuntut untuk merencanakan struktur dengan penggunaan baja yang optimum dan effisien. Dewasa ini pada umumnya dipergunakan baja tulangan mutu U- 40 atau baja tulangan yang mempunyai tegangan leleh fy = 400 MPa. Mengingat peningkatan harga baja tulangan mutu lebih tinggi misalnya baja mutu U-50 atau yang memp;unyai fy = 500 MPa relatip tidak begitu signifikan maka salah upaya penghematan biaya struktur adalah dengan meningkatkan mutu bajanya, di samping upaya lain dengan menggunakan beton mutu tinggi ( f c' > 40 MPa ) khususnya untuk elemen struktur vertikal seperti halnya kolom dan dinding beton. Kendala utama penggunaan baja mutu tinggi tersebut di atas tanpa didukung oleh pemenuhan syarat-syarat tertentu yang ketat supaya mempunyai sifat lebih daktail seperti umumnya baja lunak dengan fy ≤ 400 MPa tidak dapat dipergunakan untuk perencanan struktur beton bertulang pemikul gaya gempa. Tidak banyak produsen atau pabrik baja di Indonesia yang secara konsisten dapat memenuhi persyaratan baja mutu tinggi yang cukup daktail, sehingga Himpunan Ahli Konstruksi Indonesia (HAKI) induk organisasi perkumpulan perencana struktur di negara kita sampai perlu mengeluarkan surat edaran untuk himbauan/larangan atau peringatan bagi para anggotanya agar tidak diperkenankan menggunakan baja mutu yang lebih tinggi dari fy = 400 MPa. Tulisan ini merupakan upaya penulis menjelaskan secara lebih rinci tentang penggunaan baja mutu tinggi dengan fy > 400 MPa tanpa mengabaikan syarat-syarat daktilitas sesuai peraturan ACI 318-08 pasal 21.1.5 sebagai syarat khusus untuk penggunaan baja tulangan pada perencanaan struktur beton bertulang bangunan pemikul gaya gempa. Beberapa contoh penggunaan baja mutu tinggi dengan fy ≤ 500 MPa yang harus memenuhi syarat daktilitas secara explisit masih diperkenankan seperti halnya dalam NZS, AS dan CSA. Jepang yang dikenal sebagai negara dengan intensitas gempa yang paling tinggi di dunia sejak tahun 1990 melalui program lima tahunan sudah merintis penggunaan baja mutu tinggi dengan fy ≤ 700 MPa untuk baja tulangan utama dan fy ≤ 1000 MPa untuk baja tulangan sengkang/pengekang, Aoyama (2001). Bagaimana dengan peraturan beton Indonesia untuk persyaratan perencanaan bangunan pemikul gaya gempa - SNI 7247-02, jelas secara spesifik mengikuti peraturan ACI 318-02 pasal 21.2.5 atau ACI 318-08 pasal 21.1.4. Untuk jelasnya dikutip persyaratan khusus ini dengan terjemahan bebas sbb : Pasal 21.1.4 – Baja tulangan untuk Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dan Struktur Dinding Khusus ((SDK) :

1

Dosen Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Universitas Trisakti Jakarta; Presiden Direktur PT Haerte Widya Konsultan Engineer Jakarta

Seminar dan Pameran HAKI 2008 - “Pengaruh Gempa dan Angin terhadap Struktur”

1

Pasal 21.1.4.1 – Persyaratan yang tercantum dalam pasal 21.1.4 ini hanya berlaku untuk SRPMK (R = 8.5) dan SDK (R = 6.5) dan Balok Perangkai (BP). Pasal 21.1.4.2.- Baja tulangan ulir pemikul gaya aksial dan momen lentur akibat beban gempa untuk SRPMK, SDK dan BP; harus memenuhi syarat ASTM A706. Baja tulangan ASTM A615 grade 275 dan 415 MPa dapat dipakai jika : (a). Tegangan leleh yang terjadi hasil uji pabrik (mill – tests) tidak melebihi harga fy sebesar 125 MPa (test ulang tidak boleh melebihi tambahan harga ini sebesar 20 MPa); dan (b) Perbandingan harga tegangan putus dan tegangan leleh yang terjadi tidak boleh kurang dari 1.25. Pasal 21.1.5.4 – Harga tegangan leleh baja tulangan sengkang fyt untuk menghitung jumlah luas tulangan pengekang tidak boleh melampaui 700 MPa. Pasal 21.1.5.5 - Harga tegangan leleh baja tulangan utama atau tulangan sengkang fy atau fyt untuk perhitungan perencanaan tulangan geser harus tidak melampaui 415 MPa terkecuali untuk baja tulangan welded wire mesh (WWM) tidak boleh melampaui 550 MPa. Perlu di catat bahwa terdapat perbedaan mendasar mengenai harga tegangan leleh baja tulangan yang terjadi sehubungan dengan kecepatan pemberian peningkatan regangan bajanya. Pada umumnya harga tegangan leleh ataupun tegangan putus baja yang terjadi pada uji percobaan laboratorium karena sifat kecepatan pemberian peningkatan regangan yang lebih cepat jika dibandingkan dengan peningkatan beban yang terjadi pada strtuktur bangunan, maka akan menghasilkan harga tegangan-tegangan tersebut kearah yang lebih besar. Menurut hasil penelitian yang dilakukan oleh MacGregor dkk (1979) harga tegangan leleh hasil yang di dapat dari hasil uji laboratorium akan selalu 5 % lebih tinggi jika dibandingkan dengan tegangan yang sebenarnya terjadi pada struktur bangunan yang sifatnya bekerja secara perlahan-lahan.

ASTM A706 DAN ASTM A615 Penggunaan baja tulangan di negara Amerika di atur melalui peraturan yang dikeluarkan oleh American Society of Material Testings (ASTM); ASTM A615 untuk baja tulangan billet dan ASTM A705 untuk baja tulangan beralloy-rendah. Secara umum baja tulangan tersebut di bagi menjadi 3 melalui ketentuan dan syarat teknis seperti terlihat dalam Tabel 1 : (a). Baja tulangan lunak dengan mutu 40,000 psi atau fy = 275 MPa di atur melalui ASTM A 615; biasanya untuk baja tulangan berdiameter kecil ≤ 19 mm. (b).ASTM A615 juga mengatur ketentuan dan syarat untuk baja tulangan dengan mutu lebih tinggi yaitu 60,000 psi atau fy = 415 MPa dan mutu 75,000 psi atau fy = 515 MPa yang lebih khusus untuk diameter tulangan besar > 35 mm. (c). ASTM A 706 untuk mutu baja 60,000 – 78,000 psi atau 415 ≤ fy ≤ 535 MPa .


2

ACI 318-08. peraturan beton negara Amerika yang terbaru dan baru dikeluarkan Januari 2008 y.l., membatasi penggunaan mutu baja tulangan untuk perencanaan struktur yang hanya memikul beban gravitasi saja (kombinasi beban mati dan beban hidup) sampai fy ≤ 80,000 psi atau 600 MPa., sedangkan untuk struktur utama pemikul gaya gempa (SRPK, SDK dan balok perangkai) pasal 21.1.5 hanya memperkenankan mutu baja yang memenuhi ketentuan ASTM 706; dan ASTM A 615 (dengan catatan harus memenuhi ketentuan dalam pasal 21.1.4.2 tersebut di atas). Perbedaan mendasar yang spesifik antara ASTM A 706 dan A 615 adalah dimaksudkan untuk mengatur cara pengendalian persyaratan mengenai sifat karakteristik bahan terhadap beban siklus akibat gempa dan komposisi kimiawi bahan untuk kelayakan terhadap pekerjaan pengelasan.. Tabel 1, menjelaskan secara rinci mengenai sifat karakteristik kedua mutu baja tersebut di atas. ASTM A 706 mensyaratkan harga minimum pertambahan panjang (elongasi) 50 % yang lebih besar daripada A 615. Persyaratan untuk uji kelengkungan ASTM A 706 juga lebih ketat dibandingkan dengan A 615, khususnya uji kelengkungan 180o pada baja tulangan diameter ≤ 35 mm.

Tabel 1 Sifat-sifat Mekanis Baja Tulangan Sesuai ASTM A 615 dan ASTM A 706

Untuk kemudahan kelayakan terhadap pekerjaan las, ada batasan jumlah kandungan unsure-unsur bahan kimiawi yang dinyatakan dalam bentuk carbon equivalent (CE) pada ASTM A 706 maksimum 0.55 %; persyaratan yang sama terdapat di dalam peraturan pengelasan American Welding Society (AWS) D1.4-05 : C.E. = % C + % Mn/6 + % Cu/40 + % Ni/20 + %/Cr/10 - % Mo/50 - % V/10 ……. (1)


3

Sebaliknya ASTM A 615 tidak mensyaratkan hal tersebut di atas hanya memberikan catatan kecil berupa rekomendasi baja tulangan yang di las harus memenuhi syarat peraturan pengelasan (AWS) D1.4. Sejak bulan Januari 1995, California Department of Transportation (Caltrans) mensyaratkan penggunaan ASTM A 706 untuk baja tulangan utama pada setiap perencanaan struktur bangunan beton bertulang, baja karbon ASTM A 615 penggunaannya hanya dibatasi untuk elemen-elemen struktur sekunder yang tidak penting (perkerasan jalan, struktur bangunan penunjang sementara dll). November 2005, Ilinois Department of Transporation (IDOT) mensyaratkan secara spesifik untuk penggunaan baja tulangan ASTM A 706 untuk setiap perencanaan struktur beton bertulang, kebijakan ini kemudian diikuti oleh DOT negara-negara bagian lain seperti Nevada, Alaska, South Carolina, Tennessee dan Virginia. Peningkatan biaya sehubungan dengan penggunaan baja mutu ASTM A 706 relatip tidak signifikan terhadap biaya total keseluruhan konstruksi dari sebuah bangunan. Harga baja ASTM A 706, 6 – 10 % lebih tinggi dari baja lunak biasa ASTM A 615.

PERATURAN NEGARA MAJU Peraturan-peraturan beton di negara maju (Australia, New Zealand dan Canada) terkecuali Jepang untuk perencanaan struktur pemikul gaya gempa, termasuk Indonesia; pada dasarnya mengikuti sepenuhnya ketentuan yang terdapat di dalam bab 21 dari peraturan ACI 318. Namun demikian secara ekspilisit sepanjang syarat-syarat daktilitas dari baja tulangan secara konsisten dapat dipenuhi maka penggunan mutu baja sampai dengan fy = 500 MPa. masih dapat diperkenankan. Peraturan beton Canada, CSA A23.3-04; pasal 8.5.1 , memberikan persyaratan secara umum bahwasanya baja tulangan harus mempunyai tegangan leleh tidak boleh melampaui fy = 500 MPa.; sedangkan pasal 21.2.7.1 dan 21.4.4.2 mengatur persyaratan khususnya untuk perencanaan struktur pemikul beban gempa dan baja tulangan yang dipakai untuk tulangan geser, sengkang supaya tidak boleh melampaui fy = 500 MPa. Untuk perencanaan elemen struktur utama pemikul beban gempa penggunaan mutu baja tulangan lebih besar dari fy = 400 MPa.; harus memperhatikan terjadinya peningkatan regangan baja yang lebih besar. Peraturan beton New Zealand, NZS 3101-1995, pasal 3.8.2.1 secara spesifik dan jelas mensyaratkan bahwa untuk baja tulangan utama tidak diperkenankan melampaui fy = 500 MPa. dan untuk baja tulangan geser, sengkang tidak diperkenankan melampaui fy = 800 MPa.. Setelah menjalani serangkaian uji-coba hasil penelitian, kualitas produksi pabrik dan pelaksanaan lapangan saat ini hanya negara Jepang yang secara lebih seksama dan rinci telah mengeluarkan syarat, ketentuan, pembatasan dan cara pembuatan baja tulangan struktur pemikul gempa yang masih mempunyai daktilitas memadai meskipun dengan mutu sangat tinggi yaitu fy ≤ 700 MPa. untuk baja tulangan utama; dan fy ≤ 1000 MPa. untuk baja tulangan geser atau sengkang. Pendekatan serupa dari ACI 31808 pasal 21.1.4.2 juga dilakukan di sini, hanya hal tersebut dinyatakan dalam bentuk perbandingan harga tegangan leleh dengan tegangan putusnya tidak boleh kurang dari nilai 0.80. Seminar dan Pameran HAKI 2008 - “Pengaruh Gempa dan Angin terhadap Struktur”

4

Tabel 2 dan gambar 1, memberikan detail sifat karateristik baja tulangan yang diperlukan untuk perencanaan struktur beton bertulang dan illustrasi mengenai grafik hubungan tegangan-regangan dari berbagai variasi mutu baja tulangan tersebut. TABEL -2 SYARAT TEKNIS MUTU BAJA TULANGAN SUPER-TINGGI Deskripsi

Tegangan Leleh (MPa) Tegangan Putus (MPa)

Mutu Baja Tulangan Tulangan Utama Tulangan Sengkang USD 685 USD 980 USD 785 USD 1275 A B 685 - 785 685 - 755

tidak perlu dispesifikasikan

Regangan Leleh saat proses pengerasan

> 1.4 %

Regangan Putus

> 10 %

Ratio Tegangan Leleh Jari-jari dalam untuk o lengkung 90 Rentang Ukuran Diameter (mm)

> 980

< 85 %

> 1275

> 930

> 1420


< 80 %

2 kali diameter

> 785

>7%

>8%

< 90 %


4 kali diameter 1.5 x diameter

D 10 - 51

>7%

2.5 x diameter

diameter 6 - 13

Gb. 1 – Grafik hubungan tegangan-regangan berbagai mutu baja tulangan

PENGGUNAAN BAJA MUTU TINGGI Penggunaan baja tulangan dengan mutu tinggi fy = 520 MPa dipakai untuk mengurangi kesulitan pemasangan dan pelaksanaan akibat banyaknya jumlah tulangan yang di pakai pada balok-balok outrigger yang menghubungkan perimeter kolom luar dengan dinding geser di tengah dari sistim struktur utama pemikul gaya lateral bangunan Trumph International Hotel & Tower (2006) Chicago; sebuah bangunan beton bertulang 92 lantai di rencanakan selesai pada tahun 2009 yang merupakan bangunan beton tertinggi yang pernah di bangun USA..


5

Penggunaan baja mutu super tinggi fy = 700 MPa akan banyak mengurangi jumlah tulangan yang diperlukan khususnya pada perencanaan elemen struktur kolom, balok dan dinding geser khususnya pada perencanaan bangunan beton bertulang untuk memikul gaya lateral akibat angina/gempa sehingga akan meningkatakan kemudahan fabrikasi perakitan, pengangkutan, penempatan, pelaksanaan pemasangan tulangan serta pengecoran di lapangan jika dibandingkan dengan baja tulangan konvensional fy = 400 -500 MPa . Hal ini telah dibuktikan oleh perencana struktur kondang Cary Kopczynski & Company untuk perencanaan struktur bangunan beton bertingkat 31, Escala Condominium di Seatle Washington, USA. Badan Pengawas Bangunan kota Seatle (The Seatle Building Department) telah menyetujui penggunaan baja tulangan mutu super tinggi tersebut mendahului peraturan yang berlaku ACI 318-08. Menurut pengamatan penulis akhir-akhir penggunaan baja tulangan mutu fy = 500 MPa sudah mulai lazim dipergunakan pada perencanaan beberapa bangunan multi-guna bertingkat banyak di beberapa tempat di Jakarta, Bandung dan Surabaya. Pengalaman penulis untuk mensukseskan proses perencanaan value engineering design pada perencanaan struktur beberapa bangunan super blok di kota Muscat, Oman (Timur Tengah) juga menggunakan mutu baja dengan fy ≥ 460 MPa.

KESIMPULAN Dari uraian tersebut di atas selanjutnya dapat diberikan kesimpulan sbb : (a). Penggunaan mutu baja f c' > 40 MPa diperbolehkan untuk perancangan struktur beton bertulang dengan daktilitas terbatas seperti halnya sistim struktur SRPMM, SRPMB dan SDB. (b) Penggunaan mutu baja f c' > 40 MPa masih diperbolehkan untuk perancangan struktur beton bertulang pemikul gaya gempa sepanjang syarat-syarat yang tercantum dalam pasal 21.1.5 ACI 318-08 untuk baja mutu ASTM A 706 dapat dipenuhi sepenuhnya. (c) Harga tegangan leleh baja tulangan yang diperoleh dari hasil uji coba laboratorium harus selalu lebih besar ± 5 % dari harga tegangan leleh yang sebenarnya terjadi didalam struktur bangunan. Hal ini dikarenakan oleh karena peningkatan regangan sehubungan dengan penambahan tegangan yang diberikan dalam uji laboratorium selalu lebih cepat dibandingkan dengan keadaan sebenarnya yang terjadi dalam struktur bangunan. (d). Jepang dan Amerika sebagai negara pelopor perencanaan struktur pemikul gaya gempa memperkenankan penggunaan baja tulangan mutu tinggi fy ≤ 700 MPa. dan fy ≤ 1000 MPa., masing-masing untuk baja tulangan utama pemikul momen lentur dan baja tulangn sengkang.pemikul gaya geser. (e). Diharapkan penggunaan mutu baja tinggi untuk masa mendatang perlu digalakan di Indonesia supaya tercapainya optimisasi dan effisiensi penggunaan baja tulangan dalam perencanaan struktur beton bertulang modern.


6

KEPUSTAKAAN Sher Al Merza and MacGreegor J.G., (1979) , “Variability of Mechanical Properties of Reinforcing Bars“,Proceedings ASCE, Journal American Society of Civil Engineers, vol. 105, No. ST5, May, pp. 921-937. New Zealand Standard (1995), “Concrete Structures Standard NZS 3101 – The Design of Concrete Structures,” 256 pp. Aoyama, Hiroyuki (2001), “Design of Modern Highrise Reinforced Concrete Structures,” Imperial College Press, London., 442 pp. Standar Nasional Indonesia, (2002), “Persyaratan Minimum Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Gedung,” SNI-1726-02, 63 pp. Badan Standarisasi Nasional, (2002), “Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung,” draft SKSNI 03-2847-2002, 272 pp. Canada Standards Association (2004), “CSA Standard A23.3-04 – Design of Concrete Structures,” 214 pp. MacGregor J.G., Wright (2005), ”Reinforced Concrete : Mechanics and Design,” 4rd Edition, Prentice Hall Inc, Copy right Pearson Education, Englewood Cliffs, NJ, 1111 pp. Baker et al (2006), “Trumph International Hotel and Tower;” Concrete International , Vol. 28, No. 7, pp. 28 -32 . Portland Cement Association (2006, 2007, 2008), “PCA Buildings News,” Orchard Road, Skokie, Illinois.

5240 Old

American Concrete Institute, (2008), “Building Code Requirements for Structural Concrete (318-08) and Commentary,” Farmington Hills, MI, 463 pp.


7

Penggunaan Baja U-50 dan Permasalahannya

Recommend Documents