PERBAIKAN BALOK BETON PRA TEGANG PARSIAL YANG MENGALAMI KERUNTUHAN GESER DENGAN SISTEM GROUTING BAHAN POLIMER1 BambangBudiono2,DickyR. Munaf, Liliana' ARSTRAK PERBAIKAN BALOK BETON PRATEGANG PARSIAL YANG MENGALAMI KERUNTUHAN GESER DENGAN SISTEM GROUTING BAHAN POLIMER Mekanisme keruntuhan geser balok beton prategang parsial yang mempunyai mutu beton normal (fc'=30 MPa) menunjukkan bahwa material ini dapat diperbaiki. Hal ini dimungkinkan untuk lebar retak yang terjadi relatif kecil sebagai akibat dari pemberian tegangan awal. Indikasi untuk mencapai hal tersebut, pertama-tama adalah rasio prategang lebih besar dari 60 % dan rasio bentang geser (aid) lebih besar dari 3.00. Dibawah kondisi ini,pola retak geser dikembangkan melalui mekanisme geser lentur. Mekanisme ini diawali oleh berkurangnya tegangan lekat pada daerah perletakan. Perbaikan dilakukan dengan menggunakan bahan polimer menunjukkan bahwa kerusakan dapat diperbaiki. Ternyata kapasitas beban balok setelah mengalami perbaikan mencapai di ata~ 70 '!iodari kapasitas beban balok origin. Namun keruntuhan lebih getas dibandingkan dengan balok uji origin. ARSTRA(:T PARTIALLY PRESTRESSED CONCRETE BEAMS UPGRADE CAUSED SHEAR FAILURE BY POLYMER MATERIALS GROUTING SYSTEM. Shear failure mechanism of partially prestressed concrete beams using normal strength concrete ( fc'=30 MPa) showed that the members are repairable. This can be done as the crack width is quite small due to te effect of relatively high prestressing. To achieve this indication, firstly the prestressing ratio should be more than 60 percent and shear span ratio (aid) should be greater than 3.00 .Under these condition the shear crack pattern is developed through flexure-shear mechanism. The mechanism is initiated by the failure of bond stress in vicinity of the support. Repair using polymer showed that the damage is repairable. The reloading after repair reached the strength up 70% of its original strength. However, the failure is more brittle as compared to the original specimen.
KEY WORD,\'
Shearfailure, polymer,flexure-shearmechanisme.
.untuk mengetahuifaktor daktilitas dari struktur balokprategangparsial. .untuk mengetahuikapasitasbebanbalok beton Beton adalah material konstruksi yang prategang parsial yang telah mengalami umurnnya digunakan dalam bidang teknik sipil, keruntuhan dan diperbaiki dengan sistem karenasifatnya yang mudah untuk dikerjakan serta groutingdenganbahanpolimer. relatifbebaspemeliharaan.Sifatyang regasmembuat Analisis dilakukan dengan meninjauhubungan bahan ini tidak sanggupmemberikanresponyang momen dengan kelengkungan (moment-curvature) baik. atau hubungan beban dengan defleksi (loadDi bawah kondisi tarik, daktilitas akan semakin deflection).
PENDAHULUAN
berkurang hila tarik yang antara lain disebabkan oleh lentur dikombinasikan dengan gaya geser daD akhimya timbul keruntllhan. SalaJl satu keruntuhan yang sangat dihindari adaJah keruntuhan geser. karena keruntuhan yang terjadi bersifat getas dan tiba-tiba tanpa peringatan awal serta mengurangi daktilitas struktur ba.lok. Perkembangan teknologi beton saat ini mampu menghasilkan bahan-bahan lain sebagai konstruksi yang mampu meningkatkan daktiI itas misalnya dengan bahan polimer. Kapasitas penarnpang terhadap terhadap runtuh geser dapat ditingkatkan sclain dengan carn pcrbaikan daktilitas, juga dapat dilaktJkan dengan memberikan pemberian tegangan awal pada penulangan agar tegangan tarik yang timbul akibat beban luar dapat dihilangkan . Tujuan Pcnclitian T"juCllJdari penelitian yang dilakukan adalah : ."ntuk mengetahui perilaku geser balok beton prategang parsial tanpa tulangan sengkang yang mcngalami keruntuhan akibat geser. 'Oisampaikan padaPertemuan ~h
S;insMateri1997-10-09
METODOLOGI. Material Materialyangdigunakanyaitu Beton Beton adalah campuran dari semen portland atau semen hidrolis lainnya dengan agregat halos, agregat kasar dan air dengan atau tanpa bahan tambahan lainnya. Semen yang digunakan adalah semen portland dengan merk dagang tiga roda yang mempunyai berat jenis relatip 3.15 gr/cm3 dan ekuivalen dengan ASTM C150. Agregat halos yang digunakan merupakan pasir Galunggang yang berasal dari daerah Tasik, Jawa Barat.Sedangkan agregat kasar berasal daTiBanjaraJt. Karaktersitik daTi agregat yang digunakan dapat dilihat pada tabel 1. Dan untuk perhitungan komposisi campuran digunakan metoda ACI (ACI 211.1.91) dan dapat dilihat pada tabel 2. .
20osen Jurusan Teknik Sipit FTSP-ITB dan Peneliti di Lab. Struktur dan Bahan, Jurusan Teknik SipillTB 'Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITB daD Kepala Lab. Struktur daD Bahan, Jurusan Teknik SipillTB .Maha..iswa PascaSarjana Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITB dan Oosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Palangkaraya
369
~~ ~
Karaktersitik Agregat Kasar clan
tulangan geser yang mempunyai penampang persegi panjang seperti terlihat pada Gambar I dan dimensinya dapat dilihat pada Tabel 4.
Halus
Tabel4. DimensiElememStruktur
KomposisiCampuranBeton per m3untukfc'=30 Mpa No.
Berat(kg)
Jenis Material
Pembuatanbalok prategangparsial dilakukan dengan sistem pretensioned dimana strnnds ditegangkanterlebih dahuludengangaya pmtegang 50000N setelahitu balok dicorkandan setiap balok uji tersebutdibuat silinder uji dengan diameter 100 mm dan tinggi 200 mm untuk mengetahuikuattekan dan untuk mengetahuimoduluselastisitasdigunakan silinder dengan diameter 150 rum dan tinggi 300 rum.
758.995 914.288 377.360
163.896 0.48
Baja Non Prategang Ba.ja tulangan yang digunakan adalah baja ulir untuk tulangan tank dengan diameter 10 mm dan baja polos digunakan untuk tulangan pengaku dan penulangan end block daTi balok prategang dengan diameter 8 mm. Hasil pengtljian tarik dari baja tcrsebut dapat dilihat daTi label 3. Tabe\3
Setelah berumur 14 hari, kabel prategang (strands) balok uji diputuskan daD kemudian
Hasi.l PengujilUl Tarik Baja Non Prate/!lUlg
No
Kuat Lu\uh
(kgimm')
Kuat Max (kpjrnrn
42345
57073
~
~ 52319
~
35577
Strands
53574
Gambar
Baja Pratc~ang Rf1.ja pralegang yang digunakan untaian kawat (.'itrand.'i)dengan 7 kawat dianteter 0.50 inchi (12.5 rom) dari Freyssineet dengan kardkteristik strands
sbb: Tegangan balas (ultimate),fpu= 18085.10kg/cm2 Modnlus E1astjsitas,Ep = 1950000 kg/cm2 Gaya Paratcgang, F = 5000 kg Benda Uji .Balok Uji dengan rasio prategang (pPR=Partial Prestressed Ratio) 60 % dan 100%. Balok uji merupakan balok beton prategang parsial tanpa
Demil dam struktur clan dimensi penampang
bekislingdibuka. Pengujiandilakukan setelahbalok uji bemmur 28 hari. Balok uji yang diperbaiki Balok uji yang diperbaiki adalah balok dengan PPR=60% yang mengalami keruntuhan yang retaknya relatif kecil dantidak kehilangankelekatan anta..~ beton dengan tulangan yang digunakan. Perbaikanpactabalok yang telah mengalami retak dilakukan dengan sistem grouting yang
370
Laboratory
Untuk mengukur putaran sudut yang teljadi pada balok benda uji selarna pembebanan berlangsung, digunakan inklinometer yang diletakkanpadaujungperletakansendi.
mcnggunakan bahan polimer. Bagian-bagian yang mcngalami retak diplester terlcbih dahulu untuk mcllcegah keluar cairan grouting pada saatdilakukan penggroutingan dan dibuat lubang dengan cara dibor unt.IIk memasukkan cairan grouting. Setelah it", balok dibiarkan selama I llari sebelum dilakukan pengujian. Cetakan daD Perawatan Untuk membuat balok uji dipersiapkan cet.akan yang dibuat dari multiblock 18 rnm dan kayu kaso Ukltran 5/7. Cetakan dibuat sedemikian rupa sehingga dapat digunakan berulang kali. Setelah beberapajam selesai melakukan pengecoran maka balok uji yang telah agak kering dirawat dengan cara dibungkus Inengglmakan karung basah. Dernikian juga halnya dengan silinder uji,setelah dibongkar dari cet.akan dilakukan cara perawatan yang sarna dengan cara perawatan balok uji. Setelah balok uji berumur 14 hari. kabel prategang dipotong dan dibongkar dari cetakan.
Gambar 3. Penempatan Strain Gage
Semuaalat tersebutdihubungkanke datalogger untuk mencatatdan mencetakbasil pembacaandari setiappenambahan beban.
Pen~.iian. Pengujian dilakukan setelah balok uji berumur
BASIL DAN PEMBABASAN
28 hari
Hubungan Momen dengan Kelengkungan (Moment-Curvature) Analisis momen kelengkungan memungkinkan untuk mengetahui sifat -sifat beton secara keseluruhan. Secara umum dari gambar momen kelengkungan pada balok prategang parsial dapat dibedakan alas 3 daerahyaitu:
Sistem pembebanan balok uji dilakukan dengan sistem pembebanan monotonik yang diturnpu pada perletakan sederhanadan secarabenahap sebesar 0.5 kN, dimonitor dengan menggunakan layar komputer setiap peruballan yang terjadi selama penambahan beban dicatat dan dicetak dengan menggunakan data logger sampai terjadi keruntuhan. Untuk mengetahui perpindahan yang terjadi pada balok uji selama pembebanan,digunakan L VDT(Linier Variable Displacement Tranducers) yang diletakkan pada bagian bawah benda uji . L VDTs diletakkan di tengah bentang dan pada kedua
Daerah (1):
Daerah (2) : Daerah (3) :
GmnbM2
Beam LoaTest
titik pembcbanan, sedangkan pengtlkuran regangan ~'})ngtctjadi pada balok uji, dipasang strain gage pada pcnllukaan beton bagian atas, baja tulangan pada salah S})tu tulangan tank dan baja prategang . Penempatanstrain gage dapat dilihat pada Gambar 3.
371
Sebelum penampang retak penampang masih berperilaku elastis) atau dari kondisi awal sampai kondisi dekompresi. Nilai kelengkungan awal (\1/0) negatif karena pada saat itu yang bekerja hanya gaya prategang daD beban luar belum bekerja (Mo=O). Sesudahpenampang retak sampai baja mengalami leleh. Dari kondisi leleh sampai penampang pada keadaan barns (ultimate)
Faktordaktilitasyang ditinjau yaitu : .Dak/ili/as
~ t
E
[~~~;~
~ 20 ..c
PPR~IOOO/. PPR~OO/..
E
---Repair~
~ 10
20
~'II =~'Vy
30
Curvature (x 1E-6 rad/mm)
(:Jambar5.
Hubungan Momen-Kelengkungan
.Daktilitas
~6 = 8u By
Hubun~an Deban dengan Detleksi Hubungan beban dan defleksi mempunyai bentuk seperti momen kelengkungan pada penampang .Dari hubungan beban dan defleksi dapat dilihat sifat struktur. Dari Gambar 6 terlihat bahwa semakin besar ratio prategang maka lendutan yang terjadi semakin besar. Dan terlihat balok yang diperbaiki berperilaku lebih getas dan kekakuan balok yang ditunjukkan dengan kemiringan garis daTi hubungan beban dan dcfleksi yang lebih landai berarti kekakuan balok itu Icbih kecil. Daktilitas Suatu struktur dikatakan berperilaku daktil apabila mampu mengaiarni deforrnasi yang cukup besardaTi kondisi leleh hingga terjadi keruntuhan. Daktilitas menggambarkan ukurnn kemampuan material, penampang, elemen struktur atau sistem struktur untuk menga.larni deformasi inelastik setelah leleh dan sebelum runtuh. Deformasi yang terjadi dapat berupa regangan material. kelengkungan penampang, rotasi atau defleksi daTi komponen struktur. .
!fi a ~..
Perpindahan
Adalah perbandingan perpindahan struktur maksimum terhadap perpindahan struktur pacta saat leleh.
Dari hubungan momen -kelengkungan terlihat bahwa balok beton prategang yang diperbaiki mempunyai kernampuan untuk berdeformasi yang paling rendah.
Dari kurva hubungan momen -kelengkungan daD hubungan beban -defleksi, faktor daktilitas dapat dihitung. ( Tabel 5)
Kckuatan Lcntur daDKckuatan Gcscr Balok PrategangParsial Momen nominal adalah momen dalam yang diberikan oleh penampangpada saatreganganserat tekanterluar(&c.)mencapaireganganpuncak(&co). Dalam perhitungan desain awal, regatlgan puncak pada beton dihitung dengan menggunakan persamaan Hognested. Kekuatan geserdidasarkanatas tegangangeser rata-rata dari bagian penampang efektif bwd. Kekuatangeserdari balok tanpatulangan(Vu) Satna denganbebanyang dibutuhkanuntuk menyebabkan retak miring pertama kali pada balok tersebut. Transfergayageserpadabalokberupa: .Bagian dari balok betonyang mengalamitekan , Vc .Bagian yang dipikul oleh tumpuan dan gesekanantara dua permukaan retak miring ,Va.
.c
If)
Deneksi (mm) Gambar 6.
Kelengkungan
Adalah perbandingan antara sudut kelengkungan (putaran sudut per unit panjang) maksimumdengan sudut kelengkuogan leleh dari suatuclemenstrukturakibat momenlentur.
20
30
Hubungan Beban clanDefleksi
.Bagian yang dipikul oleh dowel action dari tulanganlongitudinal,Yd. Kapasitasgeser beton Vc dari masing-masing bagiantersebutberdasarkan perumusanempiris yaitu Vci d:m Vcw, dan dipilih yang terkecil sebagai kekuatangeserbeton. Dari beberapapenelitianyang dilakukan, menyatakan bahwa kontribusi beton
372
ISSN 1410-2897
Pro.fidingPerlemuanIlmiah Sai-'!3Maten 1997
terhadapkekuatan geser adalah tidak kurang dari gaya geser yang terjadi yang menyebabkan terbentuknyaretak diagonalpertamakali. Maka Vc secarakonvensionalditentukan sebagaigaya geser yang dibutuhkanuntuk men~silkan salah satudari retak geser lentur atau retak geser badan, diambil yang terkecil Kekuatangeserdihitung denganmenggunakan SK.SNIT-15-1991-03: .Kekuatan terhadapGeserLentur Adalah kekuatanjumlah gaya geseryang ada ketika retak lentur pertama kali mengalami perambatandan gaya geser tambahanyang dibutuhkanuntuk men~silkan retakmiring. yc; = 0.05bwd & + Vcr,ck+ Vd diInana
v, Mcrack
.Kekuatan
Gambar II
GeserBadan
Pola Retakdari Balok Pmtegang ParsiaJuntuk PPR = 100 %
V cw=0.3(.1£: + fp )bwd Untuk meninjau kekuatan lentur daTi balok prategang parsial untuk perhitungan teroritis dan hasil eksperimental dapat dilihat dari hubungan momen dan kelengkungan .Hasil kekuatan lentur dapat dilihal dari label (6) berikut ini.
Gambar 12.
rota Retak dari Balok Prntegang Parsial untuk PPR :0 60 % yang
diperbaiki
Dari Tabel 6 dapat dilihat, bahwa bila kuat lentur ditinjau dari kemampuan 'daTi beban yang dapat dipikul oleh struktur balok prategang parsial (momen nominal dibagi jarak ke titik beban) lebih besar dari kekuatan geser lentur maka struktur lebih dominan mengalami retak geser lentur yang akhimya akan mengakibatkan keruntuhan geser. Perilaku Balok Prategan2 Parsial Perilaku beton tidaklah homogen, kekuatan tarik beton berkisar 1/10 dari kekuatan tekannya, sehingga mudah terjadi retak akibat adanya tegangan utama tarik. Karena kekuatan tarik beton sangat rendah. timbul retak t.arik diagonal yang terjadi pada daerah tumpuan, maka diperlukan penulangan khusus yaitu penulangan tarik longitudinal. Dan pengaru1\ adanya gaya tekan yang dihasilkan oleh
yang terjadi pacta struktur balok tersebut. Terbentuk retak yang tergantung dari besarnya roomeD daD geser yang bekerja. Retak yang terjadi pacta balok pmtegang dibedakan atas 3 macam yaitu retak lentur ,geser lentur dan geserbadan. Untuk balok yang tanpa tulangan sengkang, pola retak seperti ditunjukkan pactaGambar 10. Pola retak dari balok prategang parsial untuk PPR = 60 % merupakan pola retak dari keruntuhan geser lentur, clan pacta di dekat titik terjadi kehancuran beton akibat tekan dan terjadi keruntultan tarik pactadi dekat tumpuan sendi. Pola retak dari balok prategang parsial untuk PPR = 100 %, Gambar 11, sarna dengan dengan PPR =60 % merupakan pola retak dari keruntuhan geser lentur, dan pacta di dekat titik terjadi kehancutan beton akibat tekan yang agak besar dan terjadi keruntuhan tarik pacta di dekat tumpuan sendi daD lebar retak yang lebih besar , Wmax= 15 mm sehingga tulangan pengaku yang dipasang kehilangan kelekatan dengan beton dan terjadi slip.
Polaretakdari balokprategangparsialPPR = 60% yang diperbaiki dengan sistem grouting yang menggunakanbahan polimer merupakanpola retak dari keruntuhan geser lentur mengikuti pola retak dari balok mula-mulanyadan pada di dekat titik teljadi kehancuranbeton akibat tekan yang sangat besar daDkeruntuhangeseryang sangatbrittle dan teljadi keruntuhantarik padadi dekattumpuansendi , tulangan memanjangyang dipasangpada balok tersebutmengalamikehilangan kelekatandan lebar retakyang sangatbesar(Gambar12). KESIMPULAN Dari ketiga balok tersebut, balok prategang parsial dengan ratio prategang 60% yang diperbaiki menga.larni keruntldlan geser yang lebih brittle dengan pola retaknya sarna dengan pola retak geser balok prategang awal daD tingkat kemsakannya lebih besar, kehilangan tegangan lekat antara beton dengan tulangan tinggi pacta daerah dekat tumpuan dan pacta daerall titik beban terjadi keruntuhan geser tekan (beton mengalarni kehancuran). Pacta balok yang diperbaiki tersebut terjadi penumnan kapasitas beban sebesar 20,36% dari kapasitas balok awal . Faktor daktilitas dari kelengkungan untuk balok yang diperbaiki mengalarni penumnan daD hubungan beban daD defleksi untuk balok prategang parsial dengan rasio prategang 60 % yang diperbaiki, menunjukan hubungan yang linier.
[3] GILBERT,R.I. and N.C MICKLEBOROUGH (1990), Design of Pretensioned Concrete,Sydney, Australia. [4] LIN,T.Y., BURNS. H, (1982), Design of PretensionedConcrete Structure, 3rdedition, John Wiley & Sons,Inc,Singapore. [5] NAWY,E.G.,(1995). Prestressed Concrete: A Fundamentill Approach, Second Edition, Prentice Hall International series in Civil Engineering and EngineeringMechnanics. [6] PARK, R., and PAULAY,T.,(1975), Reinfoeced Concrete Structures.,John Wiley & Sons. [7J WINTER, G., and ARnruR H. NILSON (1993). Perencanaan Struktur Beton Bertulang : Tim Editor dan Peneljemah ITB, PT. Pradnya Paramitil,Jakarta.
UCAPAN TERIMA KASm Penelitian ini dilaksanakan di bawah program Hibah Tim Penelitian Pasca sarjana No. 015/HTPP1lI/URGE/1997 tertanggal 17 Maret 1997, Dcpdikbud, Dirjen Pendidikan Tinggi, Proyek Pcnclitian untuk Pengembangan Pasca Sarjana/URGE Loan IBRD No. 37)4-IND dan dana Riset Unggulan Kemitraan Kontrak no SPK/OO5/RUK/BPPT/X/1996. Atas terselenggaranya penelitian ini, para penulis mengucapkan tcrirna kasih kepada proyek penel.itian untuk pengembanganPasca Sarjana/URGE tersebut di alas.
DAFTAR PITSTAKA (I)
[2]
Building Code Requirement for structural Concrete ( ACI 318-95) and Commentary (ACI 318R-95), American ConcreteInstitute. Dcpartemen Pekerjaan Umum(1991), Standar Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk BangunanGedung,SK.SNIT-15-1991-03.
374
