PENGUJIAN LENTUR BALOK BETON BERTULANG
DENGAN MENGGUNAKAN MODIFIKASI ALAT UJI TEKAN
Oleh :
Riza Aryanti 1) & Zulfira Mirani 2)
1)
Jurusan Teknik Sipil Universitas Andalas
2)
Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Padang
ABSTRACT
Flexural test equipment is commonly found in laboratory. Hence, compressive stress machine or Universal Testing Machine (UTM) is being modified. So we can conduct the test on flexural test equipment. Reinforced concrete beam which will be tested is designed beam base on under reinforced condition.
Beam sample is assumed as simple beam and the weight is on the beam axis. To be able to use compressive stress machine or UTM referring to the needs of model so that modification and setting up are implemented. After we do the test in under reinforced condition is show that concrete beam has failure after the steel bar yield.
Keywords: reinforced concrete, flexural test equipment under reinforced, compressive stress machine / universal testing machine (UTM)
1. PENDAHULUAN
Beton merupakan material yang masih
mendominasi pemakaian bahan konstruksi. Hal
inii disebabkan bahan pembuat beton mudah
dicari dan didapat, lebih murah dan lebih praktis
dalam pengerjaan serta mampu memikul beban
yang cukup besar. Disamping itu, beton juga
dapat dibentuk sedemikian rupa sehingga
dapat memperindah bentuk suatu bangunan.
Balok sebagai elemen struktur yang
sekarang dijumpai, dalam aplikasi di lapangan
merupakan elemen yang cukup besar
peranannya dalam memikul beban, terutama
untuk memikul beban lentur.
Pada perencanaan lentur balok beton
bertulang, penampang balok dapat
direncanakan bertulangan kurang, lebih dan
seimbang yang akan mengakibatkan
keruntuhan tarik, keruntuhan tekan dan
keruntuhan seimbang.
Secara teoritis sangat mudah melihat
perbedaan dari ketiga jenis perencanaan
tersebut, yaitu hanya dengan membatasi nilai
rasio tulangan tarik terhadap nilai rasio
tulangan seimbang. Tetapi sangat sulit
membayangkan bentuk keruntuhan yang terjadi
dari ketiga jenis perencanaan tersebut.
Untuk itu diperlukan suatu proses yang
nyata untuk melihat secara langsung
keruntuhan tarik, keruntuhan tekan dan
keruntuhan seimbang ini.
Dalam tulisan ini akan dibahas
bagaimana melakukan modifikasi terhadap alat
uji tekan untuk digunakan pada pengujian lentur
balok beton bertulang, sehingga alat uji tekan
yang ada juga dapat dimanfaatkan untuk
pengujian lentur balok beton bertulang.
2. MATERI DAN METODA 2.1. Perencanaan Dimensi Balok
Berdasarkan Tata Cara Perhitungan
Struktur Beton untuk Bangunan Gedung SNI
03-2847-2002 (tabel 8, hal 63) dengan bentang
balok yang diambil 1 m maka direncanakan
dimensi balok sebagai berikut :
1) tebal balok (h) :
16
Gambar 1. Penampang balok
2.2. Perencanaan Tulangan
Pada Gambar 2 berturut-turut
disajikan sebuah penampang melintang beton
dengan tulangan lentur tunggal, diagram
regangan dan diagram tegangan. Diagram
regangan tersebut berdasarkan = 0,3% dan
tegangan tarik baja
cu
Diagram ini menyatakan bahwa
regangan tekan beton dan batas leleh baja
yang disyaratkan tercapai bersamaan.
2.3. Persyaratan Kekuatan Lentur
Menurut Tata Cara Perhitungan Struktur Beton
untuk Bangunan Gedung SNI 03-2847-2002,
persyaratan kekuatan lentur adalah :
u
n M
M ≥
φ ……….(1) dimana φ untuk lentur murni adalah 0,8.
Persyaratan di atas dapat juga dituliskan
Mu≤φMn……….(2)
100 mm
150 mm
Dengan persyaratan perencanaan
n M φ ≤
u
M , dapat diselesaikan permasalahan
analisa dan perencanaan balok lentur beton
bertulangan tunggal.
Batasan Nilai Rasio Tulangan Minimum
Pertambahan tegangan baja tiba-tiba
dapat mengakibatkan baja mendadak putus.
Untuk mencegahnya, penampang beton
bertulang yang dibebani lentur harus diberi
sejumlah tulangan minimum tertentu. Ini dapat
dinyatakan dengan “nilai rasio tulangan
minimum” ρmin.
b
As
Gambar 2. Penampang, diagram regangan dan tegangan dalam keadaan seimbang
Nilai rasio tulangan minimum ini harus
dipilih sedemikian rupa sehingga, terdapat
perbedaan yang kecil antara momen lentur
yang dapat ditahan oleh penampang yang tak
retak dan momen lentur yang dapat ditahan
oleh penampang yang retak.
Nilai menurut Tata Cara
Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan
Gedung SNI 03-2847-2002 adalah : min
ρ
y min
f 1,4
ρ = ………(3)
2.3.1. Jenis Keruntuhan Lentur berdasarkan Rasio Tulangan
Menurut Tata Cara Perhitungan
Struktur Beton untuk Bangunan Gedung SNI
03-2847-2002, pada perencanaan lentur balok
beton bertulang, ada tiga jenis keruntuhan yang
dapat terjadi, yaitu keruntuhan tarik, keruntuhan
seimbang dan keruntuhan tekan.
• Keruntuhan Tarik
Keruntuhan tarik adalah keruntuhan
yang terjadi akibat tegangan baja telah
mencapai fy terlebih dahulu sebelum beton
hancur (mencapai Mu). Atau dengan kata lain
baja leleh terlebih dahulu sebelum beton
hancur. Keruntuhan tarik ini disebut juga
keruntuhan “under reinforced”.
Pada perencanaan tulangan lentur
balok beton bertulang, keruntuhan tarik ini
terjadi bila :
………(4) b
ρ ρ<
Pada perencanaan lentur beton
bertulang, jenis keruntuhan tarik ini dipilih
supaya tidak terjadi keruntuhan yang tiba-tiba.
• Keruntuhan Seimbang
Keruntuhan seimbang adalah
keruntuhan terjadi akibat tegangan baja telah
mencapai fy bersamaan dengan beton hancur
(mencapai Mu). Atau dengan kata lain baja
leleh bersamaan dengan beton hancur.
Keruntuhan tarik ini disebut juga keruntuhan
“balanced”.
Pada perencanaan tulangan lentur
balok beton bertulang, keruntuhan seimbang ini
terjadi bila :
b ρ
ρ= ………(5)
• Keruntuhan Tekan
Keruntuhan tekan adalah keruntuhan
yang terjadi akibat beton hancur terlebih dahulu
(mencapai Mu) sebelum tegangan baja
mencapai fy. Atau dengan kata lain beton
hancur sebelum baja leleh. Keruntuhan tekan
ini disebut juga keruntuhan “over reinforced”.
Pada perencanaan tulangan lentur
balok beton bertulang, keruntuhan tekan ini
terjadi bila :
………..(6) b
ρ ρ>
2.2. PEMODELAN BENDA UJI
Benda uji dimodelkan sebagai balok
sederhana dua tumpuan dengan beban
terpusat di tengah bentang seperti Gambar 3.
Benda uji direncanakan terhadap balok yang
mengalami keruntuhan tarik.
P
L/2 L/2
Gambar 3. Model Benda Uji
Tulangan Lentur Balok
• Tulangan Lentur Balok untuk Keruntuhan Tarik
Persyaratan kekuatan lentur adalah :
u
n M
M ≥
dimana φ untuk lentur murni adalah 0,8.
Batasan nilai rasio tulangan minimum adalah :
y
Luas tulangan minimum (As min) yang diambil :
bd
Dari persamaan kesetimbangan
menurut Gambar 2.d, diperoleh persamaan
untuk menghitung besarnya momen nominal
penampang seperti persamaan berikut :
⎟
Dari persyaratan kekuatan lentur,
n
Besarnya Momen ultimit yang menentukan
untuk balok sederhana dengan beban terpusat
sebesar Pu adalah :
4
Karena keterbatasan alat di Laboratorium maka
modifikasi alat hanya akan dilakukan terhadap
keruntuhan tarik.
2.3. PELAKSANAAN EKSPERIMENTAL 2.3.1. Persiapan Pengujian
Perencanaan Campuran Beton
Campuran beton direncanakan
sedemikian rupa berdasarkan standar yang
telah ditetapkan untuk mendapatkan komposisi
komponen (unsur) beton basah dengan
ketentuan kekuatan tekan karakteristik dan
slump rencana. Pada eksperimen ini digunakan
mutu beton f’c = 15 MPa.
2.3.2. Pembuatan Benda Uji : • Pembuatan Bekisting
Bekisting dibuat sesuai dengan pemodelan
benda uji, yaitu dimensi balok 100 mm x 150
mm dengan panjang bentang balok 1 m.
• Pelaksanaan Campuran Beton • Pembuatan Benda Uji Balok
Setelah campuran beton disiapkan maka
campuran beton tadi dituangkan ke cetakan
balok yang telah disiapkan.
Campuran dituangkan 1/3 bagian pertama,
kemudian ditusuk-tusuk agar tidak terjadi
pemisahan agregat (segregasi). Kemudian
dituangkan lagi 1/3 bagian kedua dan di
tusuk-tusuk. Lalu dituangkan 1/3 bagian
terakhir dan ditusuk-tusuk. Kemudian
permukaan balok tersebut diratakan.
2.3.3. Pengujian
• Uji Kuat Tekan Beton
Setelah beton berumur 28 hari, dilakukan uji
kuat tekan terhadap benda uji silinder dan
benda uji kubus yang telah di buat.
Peralatan yang digunakan adalah Alat Uji
Tekan Beton UTM (Universal Testing
Machine).
• Pengujian Keruntuhan Tarik pada Balok Lentur
Sesuai dengan pemodelan benda uji,
pengujian yang bisa dilakukan adalah
pengujian keruntuhan tarik. Alat yang
digunakan adalah Alat Uji Tekan Beton UTM
(Universal Testing Machine).
Untuk dapat menggunakan alat Uji Tekan
Beton UTM sesuai keperluan model (seperti
Gambar 3) maka dilakukan modifikasi dan
penyesuaian seperlunya, seperti yang terlihat
di Gambar 6.
Gambar 5. Modifikasi Alat Tekan
P
Baja I tebal 7 cm
Baja I tebal 7 cm
Beton bertulang
Gambar 6. Model Modifikasi Alat Tekan
Balok disusun sesuai dengan model modifikasi
seperti Gambar 5. Tongkat piston bagian
bawah alat tekan yang bergerak berfungsi
sebagai beban terpusat P. Perletakan
sederhana terdiri atas dua potongan pendek
baja profil I tebal 7 cm. Dan sebagai landasan
adalah baja profil I yang ditempatkan
memanjang untuk menahan kedua perletakan
terhadap bagian atas alat UTM.
Setelah balok beton ditempatkan,
kemudian alat UTM dihidupkan, beban tekan
Bacaan beban dapat dilihat pada Dial Gauge.
Ketika beton hancur, jarum tidak bergerak naik
lagi, maka didapat nilai beban pada saat beton
hancur.
3. HASIL PENGUJIAN DAN DISKUSI • Hasil Uji Kuat Tekan Beton
Hasil uji kuat tekan beton pada benda
uji silinder dan kubus dapat dilihat pada Tabel
1. berikut.
Tabel 1. Hasil Uji Kuat Tekan Beton
No Benda Uji
Luas Bidang Tekan (A)
Beban (P)
Tegangan (P/A) (mm2) (N) (Mpa)
1 Silinder 1 17662.5 250000 14.15
2 Silinder 2 17662.5 275000 15.57
3 Kubus 1 22500 410000 15.12
4 Kubus 2 22500 420000 15.49
f'c 15.09
• Hasil Pengujian Keruntuhan Tarik pada Balok Lentur
Data yang diperoleh pada pengujian
tekan balok lentur dapat dilihat pada Tabel 2.
berikut.
Tabel 2. Hasil Uji Tekan Balok
No. Keterangan Beban (P)
(kN)
1 Retak Pertama 25
2 Beton Hancur 30
Keruntuhan tarik ditandai oleh lelehnya
baja terlebih dahulu baru beton hancur. Pada
perhitungan perencanaan, baja leleh pada saat
beban 7,5 kN. Pada pengamatan secara
visual, tidak terlihat kapan persisnya baja
mengalami leleh. Pada pengamatan pengujian
pada saat beban 7,5 kN, tidak terlihat adanya
retak dan perubahan lainnya. Dari hasil
pengujian didapat retak pertama terjadi pada
beban 25 kN. Dapat dikatakan bahwa pada
pengujian ini baja mengalami leleh terlebih
dahulu, baru kemudian beton hancur. Atau
dengan kata lain, kelelehan baja terjadi pada
saat beban lebih kecil dari 25 kN tersebut.
Dari hasil yang tertera pada tabel di
atas, kuat tekan beton hasil pengujian sesuai
dengan kuat tekan beton rencana, yaitu f’c = 15
MPa.
Gambar 7. Keadaan balok pada saat beban 7,5 kN
Gambar 9. Tahapan Retak Balok Selanjutnya
Gambar 10. Balok pada saat beton hancur
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan
Dengan modifikasi alat uji tekan, maka
bisa dilakukan uji letur balok beton bertulang
dengan model benda uji balok sederhana. Pada
uji beton yang dilakukan, dengan kondisi
keruntuhan tarik terlihat bahwa retak pertama
beton terjadi pada saat beban 25 kN, ini berarti
baja sudah mengalami leleh pada saat beban
dibawah 25 kN. Sementara dari hasil
perhitungan perencanaan pada kondisi
keruntuhan tarik didapat leleh pertama terjadi
pada saat beban 7,5 kN.
4.2 Saran
Penelitian ini dapat dilakukan lebih teliti
dengan memasang strain gauge pada baja
tulangan yang dihubungkan ke data logger (alat
pembacaan regangan) sehingga didapat
gambaran kapan terjadi leleh baja yang
sebenarnya.
DAFTAR PUSTAKA
1. ___________, “Tata Cara Perhitungan
Struktur Beton untuk Bangunan Gedung
SNI 03-2847-2002”, BSN, 2002.
2. Dipohusodo, Istimawan, “Struktur Beton
Bertulang berdasarkan SK-SNI
T-15-1991-03, Departemen Pekerjaan Umum
RI”, PT. Gramedia Jakarta, 1999.
3. Ferguson, P. M., “Dasar-dasar Beton
Bertulang”, Erlangga, Jakarta, 1986.
4. Kusuma, G., Vis WC, “Dasar-dasar
Perencanaan Beton Bertulang
berdasarkan SK SNI T-15-1991-03”,
Erlangga, Jakarta, 1997.
5. Kusuma, G., Kole P., “Pedoman
Pengerjaan Beton berdasarkan SK SNI
T-15-1991-03”, Erlangga, Jakarta, 1997
6. Wang, Chu-Kia & Salmon, C.G., “Desain
Beton
