Abstract
Reinforced concrete beam can crack caused of load which is bigger than it’s capacity. It need an effort to repair the beam, so the crack appearance and beam failure can be prevented. One of the ways to repair is by installation of angel steel beam on out side of beam.
The aim of research is to analyze flexural behavior of repaired reinforced concrete beam. The behavior contents : flexural strength, crack pattern, and displacement. The dimension of beam is 120 mm x 185 mm x 1550 mm which was charged until crack and failed. There are 3 types of angel steel beam : (50 x 50 x 5) mm, (40 x 40 x 4) mm, (30 x 30 x 3), that are installed in 3 positions based on the eccentricity angel steel beam : behind of beam, inside of beam on bottom side, and beside of beam. Dynabolt, 6.5 cm of length and 8 mm of diameter, is installed 3 pieces in 500 mm of distance. The sample is charged on 2 points at 1/3 of span.
The results show up that the installation of angel steel beam can increase the flexural strength compared to flexural strength rest in reinforced concrete beam which had failed, even the original one. The new crack are appear at around of dynabolt placed that descript there is force transfer from concrete beam to angel steel beam. The displacement is less than original beam that show up the toughness also increase.
Abstrak
Balok beton dapat mengalami retak akibat beban yang berlebihan dari kapasitasnya. Diperlukan suatu upaya untuk memperbaikinya sehingga penyebaran retak dan kehancuran balok dapat dicegah. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah memasang baja siku dengan dynabolt pada sisi luar balok beton.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis perilaku lentur balok beton bertulang yang telah diperbaiki. Prilaku tersebut terdiri dari : pola retak, kuat lentur dan lendutan. Balok beton bertulang yang digunakan berdimensi 120 mm x 185 mm x 1550 mm dan telah diberi beban hingga tidak mampu lagi menahan beban (beban puncak). Ada 3 macam baja siku yang digunakan , yaitu :50 x 50 x 5 mm, 40 x 40 x 4 mm, dan 30 x 30 x 3 mm) yang dipasang pada 3 posisi berdasarkan eksentrisitas baja siku, yaitu : di bawah balok, di dalam balok sisi bawah, dan di samping balok. Dynabolt yang digunakan berdiameter 8 mm dan panjang 65 mm yang dipasang sebanyak 3 buah sejarak 500 mm. Pengujian dilakukan dengan 2 beban terpusat pada jarak 1/3 bentang.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa pemasangan baja siku dapat meningkatan kekuatan lentur dibandingkan kekuatan sisa balok yang telah retak bahkan melebihi kekuatan balok sebelum retak. Muncul retak-retak baru disekitar pemasangan dynabolt yang menunjukkan adanya transfer gaya dari balok beton ke baja siku. . Lendutan yang terjadi lebih kecil dibandingkan balok original yang menunjukkan bahwa kapasitas penyerapan energi (toughness) juga meningkat.
1. PENDAHULUAN
Balok beton bertulang merupakan salah satu bagian struktur yang sangat penting pada suatu bangunan. Balok berfungsi menahan gaya lentur akibat beban yang bekerja di atas lantai dan mendistribusikan beban tersebut ke kolom-kolom penopangnya. Setelah gedung dibangun dan digunakan, balok tersebut dapat juga mengalami kerusakan yang disebabkan kapasitas kekuatan tidak mencukupi akibat kesalahan perhitungan dalam perencanaan, terjadi kekurangan dalam pelaksanaan, perubahan fungsi ruang dalam penggunaannya serta adanya gempa yang tidak diperhitungkan dalam perencanaan. Kerusakan yang dibiarkan dan tidak segera ditanggulangi dapat menyebabkan keruntuhan gedung secara keseluruhan.
Berbagai bentuk perbaikan balok beton sebenarnya sudah banyak dilakukan penelitian dan aplikasinya, baik secara konvensional maupun dengan teknologi tinggi. Perbaikan balok secara konvensional umumnya menggunakan bahan beton atau baja dengan cara memperbesar dimensi balok dan menambah tulangan (Kadir dkk 2002) dan (Helmi, 2004), mengangkurkan tulangan baja membentuk semacam jahitan pada bagian yang retak (Hamous and Ahmad, 1997), melekatkan pelat baja dengan bahan resin atau baut (Oehlers, 1999) atau dengan mengecor kembali (Hossain, 2000), dan memasang tulangan tendon pada bagian luar balok ( Tjandra and Tan, 2000).
Perbaikan balok atau kolom beton dengan teknik modern menggunakan bahan berteknologi tinggi sudah banyak diteliti serta diaplikasikan, yaitu dengan Fiber
Reinforced Polimer (Oehlers et al, 2002, ) dengan berbagai keunggulannya (Nanni and
Lopez, 2004), Carbon Fiber Reinforced Polimer (Al-Mahaidi et al, 1999),
Steel-Reinforced Polymer (SRP) and Steel Steel-Reinforced Grout (SRG) composites ( Woppe, et.
al., 2004). Penggunaan carbon fiber strips dan carbon wrapping juga dapat digunakan
untuk perkuatan lentur dan geser pada struktur beton setelah mengalami kebakaran (Purwanto dkk, 2002).
Meskipun perbaikan dengan bahan polimer ini lebih praktis dalam pelaksanaannya namun ketersediaan bahan di Indonesia masih sedikit dan relatif lebih mahal dibandingkan bahan-bahan lokal. Dengan keterbatasan bahan dan biaya perbaikan balok beton tersebut maka perlu dikaji lebih lanjut teknik perbaikan dengan pemanfaatan bahan lokal, misalnya dengan baja siku. Kelebihan baja siku ini diantaranya banyak tersedia di pasar lokal dan bentuk penampang sikunya memberikan tambahan kekakuan sehingga dapat mengurangi lendutan. Pelaksanaan perbaikannya juga relatif mudah menggunakan dynabolt untuk mengaitkannya dengan balok beton. Dengan demikian baja siku memiliki potensi digunakan sebagai bahan untuk perbaikan balok beton bertulang.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis perilaku lentur balok beton bertulang setelah diperbaiki dengan baja siku terhadap kuat lentur, lendutan dan pola kehancuran yang terjadi.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Balok Beton Akibat Beban Lentur
½ P
½ P
L/3
L/3
L/3
Gambar 1. Pengujian lentur 2 beban terpusat
Kuat lentur balok dapat dihitung dengan rumus :
� = 2
. . h b
l P
dengan :
� = Kuat lentur benda uji (Mpa)
P = Beban maksimum ( N )
L = Jarak antara dua perletakkan (mm)
b = Lebar tampang lintang patah arah horizontal (mm) h = Lebar tampang lintang patah arah vertikal (mm)
2.2 Balok Beton Bertulang Akibat Beban Lentur
Balok beton bertulang dibuat dari kombinasi kekuatan beton dan baja tulangan. Balok beton bertulang adalah balok yang tidak homogen namun demikian prinsip prinsip yang digunakan pada pokoknya adalah sama dengan yang homogen. Pada setiap penampang terdapat gaya dalam yang dapat diuraikan menjadi komponenkomponen gaya tegak lurus penampang berfungsi untuk menahan momen lentur dan komponen gaya yang menyinggung permukaan penampang dan berfungsi untuk menahan gaya geser atau gaya transversal (Winter, 1993).
x
�cu
�s T
C C
T
a
d
b
Mekanisme lentur balok homogen berbada dengan balok beton bertulang. Menurut Winter (1993) pada balok beton bertulang, tegangan tekan yang terjadi di bagian atas balok akan ditahan oleh beton sedangan tegangan tarik di bagian bawah balok akan ditahan oleh tulangan baja. Peningkatan beban pada balok akan menyebabkan tulangan meleleh secara tibatiba dan muncul deformasi berupa lendutan. Pada bagian bawah balok yang mengalami tarik akana muncul retak yang terus menjalar ke bagian atas balok seiring dengan makin besarnya lendutan yang terjadi.
Pada saat tulangan sudah meleleh maka kekuatan sepenuhnya tergantung pada kesetimbangan gaya yang dihasilkan dari beton yang tertekan dan tulangan baja yang
Sedangkan momen yang tercipta dari kestimbangan tersebut adalah :
Mn = T (d-c/2) .( Pers. 3 )
Balok beton bertulang akan mengalami kehancuran secara perlahan. Sebelum balok beton bertulang mengalami hancur total, ketahanan lentur yang ada akan menyerap
energi kehancuran (toughness) terlebih dahulu. Nilai toughness dapat dihitung dari hasil
pengujian balok berupa luas daerah dibawah kurva hubungan beban dan lendutan hingga suatu titik tertentu. Nilai Toughness dapat juga merupakan indikator kekuatan beton dibawah pembebanan lentur.
Balok beton bertulang
posisi (1) posisi (2) posisi (3) Baja siku
Gambar 3. Penempatan baja siku
3.2 Pemasangan Baja Siku
Baja siku yang dipotong sepanjang 1400 mm dan dilubangi menggunakan mesin bor berdiameter 8 mm pada jarak 65 cm dari as ke as. Baja siku yang telah dilubangi diplotkan pada sisi balok beton, kemudian dilakukan pengeboran pada balok tersebut. di bagian samping sisi bawah balok. Untuk membantu proses pengeboran maka bagian beton yang dibor disiram air hingga jenuh. Lubang yang dihasilkan sebaiknya tidak terlalu besar dari diameter dynabolt agar tercipta ikatan kuat dengan betonnya.
Pemasangan dynabolt dapat dilakukan setelah lubang pada beton dibersihkan dari
sisa-sisa pengeboran beton. Dynabolt dimasukkan kedalam lubang beton dan kemudian
murnya dikencangkan sementara agar baut dynabolt keluar dari lubang. Setelah itu baja
siku dipasang dan dikencangkan. Pengencangan ini sangat penting agar transfer gaya dari
balok beton ke baja siku melalui dynabolt dapat berfungsi dengan baik.
3.3 Pengujian
Pengujian balok beton dengan sistem dua beban terpusat pada sepertiga bentang seperti pada Gambar 1. Dial gauge dipasang pada bagian sepertiga bentang atau segaris dengan garis kerja beban terpusat. Pembebanan dilakukan secara bertahap dan setiap 500 kg dibaca lendutan yang terjadi dan diamati pola retak yang muncul. Pembebanan terus dilakukan sampai balok tidak lagi dapat menahan beban.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kekuatan Sisa Balok Beton Bertulang
bila diuji kembali. Namun hasil pengujian terhadap balok beton bertulang yang telah mengalami beban puncak dan retak menunjukkan penurunan kekuatan (Tabel 3). Pengujian kembali balok beton dengan posisi yang sama seperti posisi pada saat sebelum retak menghasilkan momen maksimum sebesar 1646,748 kgm atau menurun sebesar 19,43 % dibandingkan balok beton mula-mula. Hal ini menunjukkan bahwa balok beton yang pernah mengalami beban puncak dan retak masih memiliki kekuatan sebesar 80,57 % dari kekuatan balok beton mula-mula. Dengan demikian kekuatan sisa dari balok beton tidak hanya dipengaruhi material penyusunnya tapi juga dipengaruhi oleh retak-retak pada balok dimana terjadi penurunan inersia penampang balok beton.
P
Gambar 4. Pembuatan retak awal pada silinder
Tabel 1. Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton Silinder
No Kode Benda Uji Berat
Tabel 2. Hasil Uji Tarik Baja Tulangan
Kondisi Leleh Kondisi Puncak
Tabel 3. Hasil pengujian kembali balok beton
Balok awal Balok diuji kembali Selisih
Kode
Mmaks
(Kg m) Mmaks (Kg m) (Kg m) (%) Ket.
4.2 Proses pemasangan dynabolt dan baja siku
Dynabolt dipasang pada kedua sisi balok sepanjang bentang besih balok sebesar 1,3 m.
Sebelum pemasangan dynabolt, dilakukan pengeboran lubang dynabolt baik pada balok
maupun baja siku. Untuk balok yang diperbaiki dengan baja siku pada posisi 1 (Gambar 5.3) dengan dimensi 30 x 30 x 3 mm tidak dilaksanakan pada penelitian ini. Hal ini
disebabkan karena pada saat pengeboran pada balok, lubang dynabolt hancur terlebih
dahulu dikarenakan letak posisi lubang sangat dekat dengan tepi balok sehingga pengeboran tidak dapat dilaksanakan. Dalam pelaksanaannya terdapat kesulitan dalam
melakukan pengeboran lubang dynabolt pada balok terutama untuk baja siku pada posisi
1. Namun, dalam pelaksanaannya sangat sulit memasang dynabolt sekaligus pada kedua
sisi baja siku karena pada balok sudah tidak membentuk sudut siku lagi, maka dynabolt
hanya dipasang pada salah satu sisi baja siku saja. Kesulitan lainnya pada pengeboran
lubang dynabolt pada posisi 2. Hal ini disebabkan karena selimut beton pada balok hanya
25 mm sedangkan kedalaman lubang yang diinginkan 40 mm, sehingga sebelum mencapai kedalaman lubang yang diinginkan mata bor lebih dahulu mengenai baja tulangan. Solusi yang dilakukan adalah dengan menaikkan baja siku sebesar 6 cm sehingga baja siku ditempatkan lebih tinggi dibandingkan posisi tulangan baja tarik pada balok original.
4.3 Kuat Lentur Balok Beton
Pengujian lentur yang dilakukan adalah dengan menempatkan 2 (dua) buah beban terpusat pada jarak 1/3 bentang dari tumpuan. Hasil pengujian berupa beban ultimit dan deformasi vertikal yang mampu ditahan oleh balok. Deformasi vertikal lebih dikenal sebagai lendutan yang dialami balok pada saat mengalami pembebanan. Hubungan antara beban dan lendutan digambarkan dalam bentuk kurva beban-lendutan. Perhitungan beban maksimum teoritis menggunakan prinsip balok beton bertulang dengan kesetimbangan gaya horizontal dan momen perlawanan.
Hasil dari pengujian lentur berupa beban maksimum yang mampu ditahan oleh balok (BR) kemudian dibandingkan dengan beban maksimum teoritis dan beban maksimum balok original (BBO) yang dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Beban maksimum balok original dan bBalok yang Diperbaiki
Beban maks. balok awal (kN) Beban maks. balok setelah
Keterangan :
BBO = Balok beton original.
BRA 1 = Balok yang diperbaiki dengan baja siku 50 x 50 x 5 mm posisi 1.
Pada perhitungan beban maksimum teoritis, keberadaan dimensi baja siku mempengaruhi besarnya nilai a (tinggi blok tegangan beton). Semakin besar dimensi baja siku maka luas penampangnya semakin besar sehingga menghasilkan nilai a (tinggi blok tegangan beton) yang lebih besar pula.
Secara teoritis, balok yang diperbaiki dengan posisi 3 mampu menahan beban yang lebih besar. Hal ini karena balok pada posisi 3 mempunyai tinggi efektif balok terhadap baja
siku (d2) lebih besar dibandingkan posisi yang lain. Dengan bertambahnya d2 (tinggi
efektif balok terhadap baja siku) maka momen yang ditahan oleh balok semakin besar, sehingga makin besar pula beban yang mampu ditahan oleh balok tersebut. Namun, dalam pelaksanaan penelitian ternyata balok yang diperbaiki dengan posisi 3 mengalami
kehancuran (terkelupas) pada beton sehingga mekanisme dynabolt tidak mampu bekerja
secara optimal.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa balok yang diperbaiki dengan posisi 2 mampu menahan beban maksimum yang lebih besar dibandingkan balok-balok yang lain, terutama balok BRB 3. Hal ini disebabkan karena dalam pelaksanaan pengeboran lubang
dynabolt mata bor tidak mengenai tulangan tarik pada balok, sehingga dynabolt lebih kuat mengikat baja siku dan dapat bekerja dengan baik yang ditunjukkan dengan melelehnya
dynabolt, maka kekuatan balok dalam menahan beban menjadi lebih besar.
Sedangkan pada balok BRB 1 dan BRB 2 sebelumnya dipasang baja siku sama tinggi dengan tulangan baja tarik pada balok original. Namun pada saat pembebanan
dynaboltnya terlepas dari beton karena dalam pelaksanaan pengeboran mata bor
mengenai baja tulangan sehingga kekuatan dynabolt dalam mengikat baja siku lebih
kecil. Solusi yang dilakukan adalah dengan menempatkan baja siku sama seperti pada balok BRB 3, sehingga beban maksimum pada balok BRB 1 dan BRB 2 lebih kecil dibandingkan pada balok BRB 3 karena telah mengalami pembebanan sebelumnya.
4.4 Penyerapan Energi (Toughness)
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Lendutan ( x 0,01 mm)
Gambar 5 Grafik hubungan beban dan lendutan pada BBO 1 dan BRA 1
0
0
Gambar 7 Grafik hubungan beban dan lendutan pada BBO 6 dan BRC 1
Pada grafik terlihat bahwa nilai lendutan semakin bertambah seiring dengan bertambahnya beban. Balok beton bertulang yang diperbaiki mempunyai kekakuan yang lebih besar dibandingkan balok original. Hal ini dapat dilihat bahwa pada balok yang diperbaiki menunjukkan kemiringan grafik yang lebih tegak dibandingkan balok original, dimana pada level beban yang sama lendutan yang dialami pada balok yang diperbaiki lebih kecil daripada balok original. Secara teoritis, dari hasil perhitungan inersia total pada masing-masing posisi baja siku menunjukkan bahwa posisi 3 mempunyai nilai inersia total (Ix) lebih besar sehingga lebih kaku dibandingkan posisi yang lain. Hal ini
terjadi disebabkan pada posisi 3 memiliki jarak efektif (d2) yang lebih besar sehingga
menghasilkan nilai yc (jarak baja siku terhadap garis netral) yang lebih besar pula.
Dengan semakin besarnya nilai yc maka inersianya semakin besar dan menghasilkan nilai
tegangan lentur yang lebih kecil. Nilai lendutan maksimum yang terjadi pada tengah
bentang balok mempengaruhi nilai ketahanan lentur (toughness). Toughness dihitung
berdasarkan Persamaan 4. Nilai toughness merupakan indikator kekuatan beton dibawah pembebanan lentur. (Wang, Salmon, 1993).
Tabel 5 Nilai Ketahanan Lentur (Toughness)
Berdasarkan Tabel 5 terlihat bahwa adanya pengaruh pemasangan baja siku yang
dikaitkan dengan dynabolt terhadap kemampuannya memikul beban dan ketahanannya
terhadap lentur. Balok BRB 3 memiliki ketahanan lentur yang lebih tinggi dibandingkan dengan balok yang lainnya karena kemampuannya dalam memikul beban lebih besar dibandingkan balok yang lain.
5. SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian perbaikan balok beton bertulang dengan baja siku, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Kekuatan bahan dasar balok (beton dan tulangan tarik) setelah mengalami
pembebanan tidak mengalami perubahan yang signifikan sedangkan kekuatan balok menurun hingga mencapai 19 % dari kekuatan awalnya
2. Beban maksimum dari balok beton bertulang setelah diperbaiki mengalami
peningkatan dibandingkan balok original sebesar 2 sampai 15 %, dan peningkatan terbesar pada balok BRB3 (sebesar 15 %).
3. Secara teori balok yang diperbaiki dengan posisi 3 mampu menahan beban yang
paling besar dikarenakan mempunyai tinggi efektif balok terhadap baja siku (d2)
yang lebih besar dibandingkan posisi lain sehingga menghasilkan momen nominal yang besar, maka beban yang dihasilkan menjadi lebih besar.
4. Balok yang diperbaiki dengan baja siku lebih besar kekakuannya daripada balok
original, dilihat dari kemiringan grafik hubungan beban-lendutan dimana pada level beban yang sama balok yang diperbaiki mengalami lendutan yang lebih kecil.
5. Jumlah energi yang diserap oleh balok hingga mencapai keruntuhan (toughness)
pada balok beton bertulang yang diperbaiki pada posisi 2, BRC 1 dan BRC 3 lebih
besar daripada toughness pada balok beton bertulang original, sedangkan balok
beton bertulang yang diperbaiki dengan posisi 1 dan BRC 2 mengalami penurunan karena lendutan yang dialami lebih kecil.
6. Penyebab utama kehancuran balok adalah retak-retak lentur yang terjadi dalam
daerah 1/3 tengah bentang (momen lentur).
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada Saudara Melynda yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Al-Mahaidi, R. and Susa, John. 1999. Strengthening of Shear Damage Reinforced
Concrete T-Beam Bridges with CFRP Strips. Department of Civil Engineering Monash University.Clayton, Australia.
Hamous, Sameer and Ahmad, S.H. August-September. 1997. Concrete Crack Repair
by Stitches. Structural Journal. Pp 418-423.
Handayani,W.D. 2003. Perbaikan Balok Beton Bertulang dengan Menambah
Dimensi dan Tulangan Tarik. Skripsi Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Morisco. 1992. Pengetahuan Dasar Struktur Baja. Edisi ke-2. Padosbajayo, Yogyakarta.
Murdock, J.J and Brooks,K.M. 1991. Bahan dan Praktikum Beton. Alih Bahasa Stephanus Hendarko, 1991. Erlangga, Jakarta 1986.
Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia. 1984.Yayasan Lembaga Pendidikan Masalah Bangunan.Bandung. 1983.
Shantoso, Pendi. 2001. Kuat Lentur dan Kuat Geser pada Konstruksi Balok Beton Abu Ketel Mutu Tinggi. Skripsi. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Standar SK SNI T-15-1991. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung.
Vis, W.C. and Salmon, C.G. 1990. Desain Beton Bertulang. Edisi ke-4. Erlangga, Jakarta.
Wang, C.K. and Salmon, C.G. 1990. Desain Beton Bertulang. Edisi ke-4. Erlangga, Jakarta.
