Download KAPASITAS LENTUR BALOK BETON ... - jurnalsmartek

ekSIPIL MESIN ARSITEKTUR ELEKTROKapasitas Lentur Balok Beton Bertulang dengan StyrofoamSebagai Pengganti Agregat KasarI Wayan Suarnita *AbstractRequirement of concrete for structure in civil works increase in recent years, that is need moreconcrete technology. Mixing aggregate with Styrofoam, will produce lightweight concretewhich is mixed with aggregate, concrete light in weight. With low density of concrete, the weightof structure can be reduced which will reduce the basic seismic force of the structure; the suchsophisticate will minimized the effect of earthquake’s damage. Result from tests of concrete giveaverage value of compression strength of concrete cylinder (fc’) = 1.6 MPa, modulus of elasticity(Ec) = 443 MPa, and specific gravity = 727. The average yield stress (fy) of the16 mm deformedsteel bar and the 8 mm non deformed steel bars were 512 MPa and 370 MPa, respectively. Theanalizys shows that nominal moment capacity (Mn) of the beams is not increased along with theaddition of tension reinforcement since the failure of the beam was caused by bond failurebetween shear reinforcement bars and the surrounding concrete. The existing crack contour isthe shear crack is focusing at the areas that have an initial crack. This crack becomes wide alongincreasing loading up to failure of the beam.Keywords: lightweight concrete, Styrofoam, flexural capacity.AbstrakKebutuhan beton untuk struktur dalam bidang teknik sipil khususnya, saat ini terus bertambah,sehingga menuntut teknologi beton yang lebih baik. Mencampur agregat dengan Styrofoamakan menghasilkan beton yang ringan. Dengan beton berberat jenis ringan berat struktur akanberkurang sehingga terjadi pengurangan gaya gempa dasar pada bangunan. Kondisi ini akanmembantu memperkecil kerusakan bangunan akibat gempa. Dari hasil dari pengujian diperolehnilai rata-rata kuat tekan silinder beton (fc’) = 1.6 Mpa, modulus elastisitas (Ec) = 443 MPa, danberat jenis = 727. Tegangan leleh rata-rata untuk baja tulangan ulir diameter 16 mm adalah 512Mpa, sedangkan untuk baja tulangan polos diameter 8 mm adalah 370 Mpa. Hasil analisismenunjukkan bahwa kapasitas momen nominal (Mn) balok tidak meningkat seiring denganpenambahan tulangan tarik dikarenakan keruntuhan pada balok ditentukan oleh kegagalanrekatan antara tulangan geser dengan beton disekelilingnya. Pola retak yang terjadi umumnyaadalah retak yang terfokus pada satu daerah di mana terjadi retak awal. Retak ini makinmelebar seiring dengan penambahan beban sampai pada keruntuhan balok.Kata kunci: beton ringan, styrofoam, kapsitas lentur1. PendahuluanKebutuhan beton untuk strukturdalam bidang teknik sipil khususnya,saat ini terus bertambah, sehinggamenuntut teknologi beton yang lebihbaik. Banyak penelitian yang telahdilakukan oleh para peneliti untukmemvariasikan bahan-bahan betonyang dapat digunakan untuk tujuantertentu. Salah satu tujuan tersebutadalah menurunkan berat totalbangunan dan strukturnya, dengancara penggunaan bahan bangunanyang mempunyai massa rendah. Sepertitelah diketahui bahwa penggunaanbahan bangunan dengan massarendah akan menjadikan berat strukturmenurun yang akan membawaberbagai macam keuntungan.Pemakaian agregat ringan dalampembuatan beton merupakan salahsatu upaya untuk memenuhi keinginantersebut di atas. Dengan berat jenisbeton yang rendah, maka berat struktur* Staf Pengajar Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Tadulako, Palu

Jurnal SMARTek, Vol. 3, No. 1, Pebruari 2005 : 1- 11secara keseluruhan akan menjadiberkurang.Pada penelitian ini dipakai betonstyrofoam ringan pada balok betonbertulang, untuk diteliti sifatmekanikanya. Pemakaian styrofoam inidipilih karena bahan ini mempunyaiberat sendiri yang relatif sangat ringanbila dibandingkan dengan jenis bahanbeton ringan lainnya. Sifat mekanikabeton styrofoam ringan yangdiaplikasikan pada balok betonbertulang belum pernah diteliti. Sifatmekanika yang dimaksud adalahkapasitas lentur balok, kapasitas geserbalok, kuat lekat tulangan denganbeton, serta pola retak. Tujuanpenelitian ini adalah mengetahui sifatsifatmekanika beton bertulang denganmemakai styrofoam sebagai penggantiaggregat kasar.2. Tinjauan PustakaKuat Tekan BetonKuat tekan beton (fc’) dihitungberdasarkan besarnya beban persatuanluas, menurut Persamaan 1:P' maksfc= …….............……(1)AcDimana:fc’ = kuat tekan beton, MPa,Pmaks = beban maksimum, NAc = luas penampang, mm 2 .2.2 Kuat Tarik BajaTegangan baja dapat dihitungdengan menggunakan Persamaan 2:Pyfy= ................................(2)AsDimana :fy = tegangan tarik baja, NPy =besarnya gaya tarik padasaat leleh, MPaAs = luas tulangan, mm 23. Metode PenelitianTahapan-tahapanyangdilakukan dalam pelaksanaanpenelitian ini dapat dikelompokkandalam beberapa tahap, yaitu tahappersiapan bahan dan peralatanpenelitian , tahap pembuatan benda ujidan tahap pelaksanaan/pengujian.Persiapan bahan dan peralatanBahan yang digunakan dalampenelitian ini terdiri dari bahan betonbertulang adalah:a. Pasir. Pasir yang digunakan adalahpasir dari Kali Krasak. Pasir tersebutmempunyai bentuk yang bulat, bersihdan mempunyai butir-butir yang halus.b. Semen. Semen yang digunakanadalah semen portland type I, merkdagang Semen Nusantara yangdiproduksi oleh PT. Semen Cibinongdengan berat 50 kg/zak.c. A i r . Air yang dipakai untukpembuatan beton dalam penelitian inidiambil dari Laboratorium BahanBangunan, Jurusan Teknik Sipil, FakultasTeknik, Universitas Gadjah Mada (UGM),Yogyakarta.d. Baja tulangan. Tulangan yangdigunakan adalah tulangan deform D16mm untuk tulangan utama dantulangan polos D8 mm untuk tulangansengkang. Tulangan diperoleh dari salahsatu toko bahan bangunan yang ada diYogyakarta.e. Styrofoam. Styrofoam yangdigunakan mempunyai berat jenis 15kg/m 3 , dengan diameter butiran 1 – 4mm. Styrofoam ini diperoleh dari salahsatu toko yang ada di YogyakartaPeralatan yang digunakan untukpembuatan dan pengujian benda ujipada penelitian ini adalah:a. alat pengaduk beton dan cetakanbenda uji,b. load frame (dilengkapi denganrangka untuk tumpuan, peratabeban),c. hidraulik jack (kapasitas 60 ton),d. load cell + tranducer (kapasitas 60ton),e. dial gauge,f. alat uji kuat tarik baja , kuat tekanbeton dan uji kuat lekatanSilinder betonSilinder beton yang dibuat diambildari campuran beton yang akandigunakan dalam balok benda uji.2

Diharapkan kuat tekan silinder betondapat mewakili kekuatan beton padabenda uji. Jumlah sampel sebanyak 3buah. Prosedur uji tekan dilaksanakanberdasarkan SNI : 03 – 1974 – 1990,benda uji diletakkan pada mesin tekansecara sentris, dan mesin uji tekandijalankan dengan penambahanbeban antara 2 sampai 4 kg/cm 2perdetik. Pembebanan dilakukansampai benda uji hancur.Tabel 1 : Bentuk dan ukuran benda ujiNo.NamaLebar(mm)Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang dengan Styrofoam SebagaiPengganti Aggregat Kasar(I Wayan Suarnita)Tinggi(mm)3. 3 Pembuatan benda uji balokBalok beton styrofoam yangditeliti pada penelitian ini dibuatdengan proporsi campuran antara :semen ; pasir ; styrofoam dan air, adalah: 350 kg semen, 200 kg pasir, 15 kgstyrofoam (1 M 3 ) dan air sebanyak 157,5liter (nilai fas = 0,45).Dalam penelitian ini jumlahbenda uji yang dibuat sebanyak 6 buahdengan variasi tulangan, sepertinampak pada Tabel 1 dan Gambar 1.Panjang(mm)TulanganSengkangJumlahTulanganTekan/Tarik1 BL 2A 250 400 2.100 D8 - 100 2D16/2D162 BL 2 B 250 400 2.100 D8 – 100 2D16/2D163 BL 3 A 250 400 2.100 D8 – 100 3D16/3D164 BL 3 B 250 400 2.100 D8 – 100 3D16/3D165 BL 4 A 250 400 2.100 D8 – 100 4D16/4D166 BL 4 B 250 400 2.100 D8 – 100 4D16/4D16φ 8 − 1003 φ16 3 φ1650 mm3 φ16φ8-100400 mm3 φ16φ 8 − 102.100 mm(a) . Balok BL 2A dan BL 2B2 φ16 2 φ1650 mm250 mm2 φ16φ8-100400 mm 2 φ16φ 8 − 1002.100 mm(b) . Balok BL 3A dan BL 3B4 φ16 34φ1650 mm400 mm250 mm4 φ16φ8-1004 φ162.100(c) . Balok BL 4A dan BL 4BGambar 1 Detail benda uji250 mm3

Jurnal SMARTek, Vol. 3, No. 1, Pebruari 2005 : 1- 113. 4 Pengujian Benda UjiPengujian benda uji dilakukansetelah benda uji berumur lebih dari 28hari. Setelah benda uji siap maka balokbenda uji ditempatkan pada loadingframe yang kuat dan ditumpu sendi – rolpada kedua ujungya. Bentang bersihbalok 1.950 mm. Untuk mengetahuiapakah pada balok beton styrofoamringan ada pengaruh dariperbandingan bentang geser (a)dengan tinggi efektif (d), makapembebanan pada balok dilaksanakanset up pengujian dengan dua macamtype pembebanan, yaitu ;a. Set Up pengujian type A, beban Psimetris pada titik-titik sejauh 750 mmdari masing-masing tumpuan,dengan jarak beban P = 450 mm.(a/d > 2).b. Set Up pengujian type B, beban Psimetris pada titik-titik sejauh 600 mmdari masing-masing tumpuan,dengan jarak beban P = 750 mm(a/d < 2).Untuk mengetahui pola retakyang terjadi pada benda uji,permukaannya akan dilapisi cat putih.Untuk lebih jelasnya lihat set uppengujian pada Gambar 2aPddial75 mm 750 mm 450 mm 750 mm75 mma2.100 mm(a). Sketsa set up pengujian type APd75 mm 75 mm600 mm 750 mm 600 mmdial2.100 mm(b). Sketsa set up pengujian type BGambar 2. Set-up pengujian4

Pembebanan dilakukan denganbantuan hydraulik jack yangmempunyai kapasitas 60 ton dan loadcell yang mempunyai kapasitas 60 ton.Pembebanan dilakukan secarabertahap dengan interval kenaikkansebesar 500 kg. Pembebanan akandihentikan apabila defleksi yang terjadisudah cukup besar. Data yang akandicatat dalam pengujian balok inimeliputi :a. defleksi selama pembebananberlangsung yang ditunjukkan olehdial gauge,b. besarnya beban pada saat terjadiretak,c. besarnya beban maksimum yangmampu dipikul oleh balok,d. besarnya beban pada saat defleksimaksimum,pola retak yang terjadi pada balokbenda uji tersebut akibat pembebanan4. Hasil dan Pembahasan4.1 Silinder betonBenda uji silinder beton diujisetelah berumur 28 hari. Setelahdilakukan koreksi pada data hasil ujisilinder beton dan kurva hubungantegangan-regangan beton dikoreksidengan persamaan (Carreira dan Chu),maka diperoleh grafik tegangan -regangan beton seperti Gambar 3.Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang dengan Styrofoam SebagaiPengganti Aggregat Kasar(I Wayan Suarnita)Dari Gambar 3 dapat dilihatbahwa tegangan maksimum rata-ratadari silinder adalah 1.60 MPa denganbesarnya regangan pada saattegangan maksimum rata-rata adalahsebesar 0.0143. Modulus beton (Ec) yangdiperoleh dari kemiringan garis padakurva daerah elastis (1/2 fc’) adalahsebesar 443 MPa. Berat silinder rata-rata3.9 kg, volume rata-rata 0.005359 m 3 ,sehingga berat satuan beton styrofoam= 727 kg/m 3 .4.2 Kuat Tarik TulanganDari hasil uji tarik baja tulangandeform D16 mm, diperoleh gambargrafik seperti Gambar 4.Dari gambar 4 tersebut , dapat dilihatbahwa baja tulangan D16 mmmempunyai tegangan leleh (fy ) = 512MPa, tegangan tarik maksimum (fu) =653 MPa, regangan pada saat leleh (εy)= 0.0026 sampai 0.0154. Reganganputusnya = 0.1807.Sedangkan untuk baja polos D8mm diperoleh grafik seperti padaGambar 4. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa baja tulangan D8 mmpolos, mempunyai tegangan leleh (fy) =370 MPa, tegangan tarik maksimum (fu)= 522 MPa, regangan pada saat leleh =0.00185 sampai 0.0146. Reganganputusnya = 0.1897.1.81.61.4Tegangan (MPa)1.21.00.80.60.40.20.0Data AwalKurva TerkoreksiCarreira0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035ReganganGambar 3 Hubungan tegangan regangan silinder beton5

Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang dengan Styrofoam SebagaiPengganti Aggregat Kasar(I Wayan Suarnita)65.0060.0055.0060.6854.38Balok BL 2ABalok BL 2B50.00Beban P (kN)45.0040.0035.0030.0025.0020.0036.6842.3828.3831.6815.0010.005.000.000.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00Defleksi (mm)Gambar 5. Hubungan beban dan defleksi balok BL 2A dan BL 2B65.0060.0055.0050.0045.0049.1354.1340.6840.0040.68Beban P (kN)35.0030.0025.0020.0021.6815.0010.005.00Balok BL 3ABalok BL 3B0.000.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00Defleksi (mm)Gambar 6. Hubungan beban dan defleksi balok BL 3A dan BL 3B7

Jurnal SMARTek, Vol. 3, No. 1, Pebruari 2005 : 1- 11Beban P (kN)65.0060.0060.6855.0050.0051.9345.0040.0040.6835.0035.6830.0030.0325.0020.0015.0010.00Balok BL 4A5.00Balok BL 4B0.000.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00Defleksi (mm)Gambar 7. Hubungan beban dan defleksi balok BL 4A dan BL 4BTabel 4 Perbandingan beban analisis metode pias dengan beban pengujianTeoritis Pengujian Pengujian/TeoritisMetode Pias Metode SNINo. Nama BalokPLentur(kN)PGeser α =0.75Pmaks(kN)PMaks/PLentur(%)PMaks/PGeser(%)(kN)1 Balok BL 2A 159.30 137.60 56.27 35.32 40.892 Balok BL 2B 199.30 135.98 60.68 30.45 44.623 Balok BL 3A 238.88 135.98 40.68 17.03 29.924 Balok BL 3B 298.97 137.95 52.93 17.70 38.375 Balok BL 4A 317.97 138.70 60.68 19.08 43.756 Balok BL 4B 397.83 137.95 51.93 13.05 37.64Tabel 5. Perbandingan beban geser balok dengan α = 0.30No. Nama BalokPgeser dgn α = 0.30 Pmaks pengujian Pengujian/Teoritis(kN) (kN) (%)1 Balok BL 2A 55.04 56.27 102.232 Balok BL 2B 54.39 60.68 111.563 Balok BL 3A 54.39 40.68 74.794 Balok BL 3B 55.18 52.93 95.925 Balok BL 4A 55.48 60.68 109.376 Balok BL 4B 55.18 51.93 94.114.5 Perbandingan hasil analisis teoritisdan pengujianDengan data beban pengujianpada Tabel 3 di atas, kemudiandibandingkan dengan beban analisismetode pias (Tabel 2), maka nampakseperti dalam Tabel 4.8

Jurnal SMARTek, Vol. 3, No. 1, Pebruari 2005 : 1- 11400350300Beban P(kN)250200150P Lentur (Metode Pias)ααP Geser dgn = 0.75P Geser dgn = 0.30P maks Pengujian10050-BL 2A BL 2B BL 3A BL 3B BL 4A BL 4BNama BalokGambar 9 Kapasitas Kuat Lentur Balok4. 6 Pola retak balokRetak awal yang terjadi padabalok adalah retak geser (retak halus)yang terjadi pada daerah bentanggeser. Seiring dengan penambahanbeban, retak halus merambat miringmenuju titik pembebanan pada sisitekan beton (retak geser). Setelahbeban maksimum, retak geser tadimelebar diikuti dengan lendutan balokyang cukup besar sehingga bebanhidraulik turun dengan drastis. Retakhanya terfokus pada satu tempat, yaitupada daerah retak awal tadi.5. Kesimpulan dan Saran5.1 KesimpulanDari hasil analisis teoritis danpengujian yang dilakukan padat ditariksuatu kesimpulan sebagai berikut:1. Pengujian silinder beton styrofoammenghasilkan kuat tekan beton ratarata(fc’) = 1.60 MPa, moduluselastisitas rata-rata beton styrofoam(Ec) = 443 MPa, regangan ultimaterata-rata beton styrofoam (εc’) =0.0143, dengan berat jenis rata-rata= 727 kg/m 3 .2. Beton styrofoam bersifat daktail,sehingga analisis kapasitas momen10nominal balok (Mn) teori betonnormal (SNI) yang mengasumsikanregangan beton (εc’) = 0.003 tidakrelefan digunakan.3. Hasil pengujian menunjukkan bahwa,penambahan tulangan tarik tidakmenaikkan kapasitas momennominalnya, karena pada balokterjadi keruntuhan geser.4. Untuk mengalisis kapasitas geserbalok beton styrofoam ringanbertulang digunakan koefisien (α) =0,305. Pengaruh dari perbandinganbentang geser (a) dengan tinggiefektif (d), tidak nampak secarasignifikan pada balok betonstyrofoam ringan ini.6. Pola retak yang terjadi umumnyaadalah retak yang terfokus padasatu daerah di mana terjadi retakawal. Retak ini makin melebar seiringdengan penambahan bebansampai pada keruntuhan balok.5.2 SaranDari penelitian ini saran yang dapatdiberikan adalah :1. Styrofoam yang digunakan dalammembuat beton ringan, perlu

diperhatikan berat jenis dan ukuranbutirannya.2. Perlu diadakan studi lanjut tentangbeton styrofoam ringan ini, terutamauntuk menaikkan kuat tekan beton,ketahanan terhadap api, zat kimiadan lain sebagainya.6. Daftar PustakaCowd. M.A., 1991, Kimia Polimer,Penerbit ITB, BandungDipohusodo. I., 1994, Struktur BetonBertulang, PT, GramediaPustaka Utama, JakartaNawy Edward. G, 1998, BetonBertulang suatu PendekatanDasar, Cetakan II, P.T.Aditama, Bandung,Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang dengan Styrofoam SebagaiPengganti Aggregat Kasar(I Wayan Suarnita)Park. R and Paulay. T, 1975, ReinforcedConcrete Structures, A Wiley -Interscience Publication, NewYork – London – Sydney _TonrontoTjokrodimuljo. K., 1996, Teknologi Beton,Nafiri, Yogyakarta,Wahyudi. L dan Rahim. S. A., 1999,Struktur Beton Bertulang, PT.Gramedia Pustaka Umum,JakartaWang, Chu-Kia and Salmon .C.G, 1985,Disain Beton Bertulang, JilidI, Edisi IV, Erlangga, Jakarta,Winter. G. dan Nilson. A.H.,1993,Perencanaan Struktur BetonBertulang, PT. PradnyaParamita, Jakarta11