37 BAB III
METODE PENELITIAN
A. Tinjauan Umum
Metode yang dilakukan pada penelitian ini merupakan metode eksperimental laboratorium, dimana eksperimen yang dilakukan memiliki tujuan untuk dapat mengetahui perilaku geser yang diterima benda uji berupa struktur balok beton bertulang yang diperbaiki dengan menggunakan material unsaturated polyester resin (UPR)-mortar pada saat melakukan pengujian di laboratorium. Variabel bebas yang digunakan adalah aplikasi perbaikan UPR-Mortar dan rasio bentang geser terhadap tinggi efektif balok. Variabel terikat berupa material properties dan konfigurasi penampang balok.
Adapun tempat dan waktu penelitian adalah sebagai berikut:
1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Bahan dan Struktur program studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
2. Waktu Penelitian
Waktu penelitian yang digunakan untuk melaksanakan penelitian dan penyususnan tesis ini dimulai pada bulan Januari 2021. Adapun detail waktu untuk pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan tertera pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Waktu Penelitian
B. Instrumen Penelitian
1. Material Penyusun
Beton yang digunakan dalam penelitian ini adalah beton dengan mutu kuat tekan rencana (fc’) sebesar 25 MPa. Untuk menghasilkan kuat tekan tersebut adapun campuran material berupa semen, agregat halus, agregat kasar, dan air.
Semua material yang digunakan telah memenuhi standar yang berlaku, data detail perhitungan campuran material (mix design) berdasarkan SNI-7656-2012 dapat dilihat pada Lampiran, sedangkan untuk hasil perancangan mix design beton dapat dilihat pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Hasil Perhitungan Mix Design beton/m3 Kebutuhan Bahan Agregat Halus
(Kg)
Agregeat Kasar (Kg)
Semen (Kg)
Air (L)
639 1043 451 205
No. Jenis Kegiatan
Bulan (2021)
Januari Februari Maret April Mei Juni Juli 1 Persiapan
Penelitian a. Pengajuan
Judul b. Pembuatan
proposal 2 Ujian Proposal 3 Pelaksanaan
Penelitian a. Pengujian
Bahan b. Pembuatan
Benda Uji c. Pengujian Benda Uji d. Analisis
Data 4. Penyusunan
Tesis
Selanjutnya untuk material unsaturated polyester resin (UPR)-mortar yang digunakan dalam penelitian ini memiliki mutu kuat tekan sebesar 67 MPa.
Dengan kuat tarik dan modulus elastisitas yakni sebesar 21,5 MPa dan 12.500 MPa (Kristiawan, 2021). Untuk menghasilkan kuat tekan tersebut adapun campuran material berupa agregat halus, semen, fly ash, dan Unsaturated Polyester Resin (UPR) yang digunakan adalah Yukalac 157® BQTN-EX Series dari PT. Justus Kimia Raya Semarang. Untuk rancangan campuran Unsaturated Polyester Resin (UPR)-mortar dapat dilihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Hasil Perhitungan Mix Design UPR-Mortar/m3 Kebutuhan Bahan Agregat
Halus (Kg)
Semen (Kg)
Fly Ash (Kg)
UPR (Kg)
Hardener (Kg)
860,7 731,6 129,1 430,4 12,9
2. Benda Uji Penelitian
Untuk mendukung penelitian yang dilakukan dan memahami pokok permasalahan yang dibahas, maka diperlukan adanya bukti-bukti yang mendukung. Dalam hal ini dibuatlah benda uji yang nantinya akan dilakukan pengujian. Benda uji yang dibuat dianggap dapat mewakili suatu populasi yang kemudian akan diselidiki.
Spesifikasi benda uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah benda uji balok beton bertulang dengan luas penampang 15 cm x 30 cm detail speseimen benda uji dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Spesifikasi Benda Uji
No. Benda Uji Bentang Geser (a)
Tinggi Efektif (d)
Rasio a/d
1 NC2,2-1 520 mm 236,5 mm 2,2
2 NC2,2-2 520 mm 236,5 mm 2,2
3 PR2,2-1 520 mm 236,5 mm 2,2
4 PR2,2-2 520 mm 236,5 mm 2,2
5 NC3,08-1 730 mm 236,5 mm 3,08
6 NC3,08-2 730 mm 236,5 mm 3,08
7 PR3,08-I-1 730 mm 236,5 mm 3,08
8 PR3,08-I-2 730 mm 236,5 mm 3,08
9 PR3,08-II-1 730 mm 236,5 mm 3,08
10 PR3,08-II-2 730 mm 236,5 mm 3,08
Pencetakan benda uji menggunakan bekisting dan proses mixing menggunakan beton readymix dengan perencanaan nilai slump 10 ± 2 cm. Proses pelepasan cetakan dilakukan setelah beton berumur 1 hari, setelah itu dilakukan proses perawatan (curing) pada benda uji balok beton dengan cara diselimuti dengan karung goni yang dibasahi air secara berkala agar mendapatkan kelembaban yang cukup. Proses curing berlangsung sampai benda uji berusia 28 hari.
Setelah benda uji mencapai umur 28 hari, dilakukan proses perbaikan dengan metode penambalan (patching) menggunakan material Unsaturated Polyester Resin (UPR)-Mortar pada lokasi perbaikan yang telah direncanakan. Model benda uji dapat dilihat pada Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.6.
Sebagai data pendukung dibuat benda uji untuk mengetahui kuat desak dan modulus elastisitas dari beton dan UPR-mortar, yaitu:
a. Silinder beton diameter 15 cm dan tinggi 30 cm untuk uji kuat desak b. Untuk benda uji UPR-mortar berupa kubus berukuran 5cm x 5cm x 5cm
untuk uji kuat desak UPR-mortar
Gambar 3.1 Model Benda Uji Kontrol Rasio a/d =2,2
Gambar 3.2 Model Benda Uji Kontrol Rasio a/d =3,08
Gambar 3.3 Model Benda Uji Perbaikan Rasio a/d =2,2
Gambar 3.4 Model Benda Uji Perbaikan Rasio a/d =3,08-I
Gambar 3.5 Model Benda Uji Perbaikan Rasio a/d =3,08-II
Estimasi nilai kuat geser yang direncanakan pada tiap spesimen benda uji dihitung berdasarkan pada kriteria persamaan-persamaan yang telah dipaparkan pada kajian pustaka. Untuk lebih detailnya dapat dilihat pada Tabel 3.5 dan Tabel 3.6 dibawah ini:
Tabel 3.5 Estimasi Beban Maksimal
No
. Benda Uji Rasio a/d
Kapasitas Lentur Zsutty ACI Niwa
Kapasitas Geser
SF (2/4)
Kapasitas Geser SF (2/8)
Kapasitas Geser SF (2/
10)
1 2 3 4 7 8 9 10
Mn (kN.m)
Pn (kN)
Vn
(kN) Pn (kN) Vn
(kN) Pn (kN) Vn
(kN) Pn (kN) 1 NC2,2-1
2.19 74,976 288,36
9 63,115 126,231 2,2 44,141 88,282 3,2 84,42 8
168,85 6 1,7 2 NC2,2-2
3 PR2,2-1 4 PR2,2-2 5 NC3,08-1
3,08
A 74,976 205,41
4 49,574 99,146 2,0 44,141 88,282 2,3 53,18 0
106,36 1 1,9 6 NC3,08-2
7 PR3,08-I-1 8 PR3,08-I-2 9 PR3,08-II-1 10 PR3,08-II-2
3. Teknik Pengumpulan Data
Dalam penelitian ini dijelaskan bahwa yang dijadikan variabel dalam penelitian ini yaitu variasi rasio bentang geser terhadap tinggi efektif benda uji. Sedangkan yang dijadikan parameter penelitian yakni perilaku geser dan pola retak serta jenis keruntuhan pada benda uji.
Sumber data dalam pelaksanaan penelitian ini dikelompokkan menjadi dua yaitu:
a. Data primer merupakan data yang diperoleh dari hasil eksperimen dan pengamatan di laboratorium
b. Data sekunder merupakan data yang diperoleh dari referensi penunjang yang berkaitan dengan penelitian yang dilaksanakan, yang berupa buku- buku penunjang maupun hasil penelitian yang terdahulu atau yang relevan dengan penelitian yang dilaksanakan.
Data yang digunakan dalam analisis hasil penelitian ini adalah data primer, sedangkan data sekunder digunakan untuk penunjang analisis data. Adapun untuk mendapatkan data primer dilakukan beberapa pengujian, antaralain:
a. Pengujian Kuat Desak Beton dan Moduus Elastisitas Beton
Langkah-langkah pengujian kuat desak beton adalah sebagai berikut:
1) Silinder beton ditimbang dan diukur dimensinya terlebih dahulu
2) Pada saat pengujian, benda uji diletakkan pada alas pembebanan mesin uji kuat desak beton dengan ditambah ring dan dial modulus elastisitas
3) Mesin uji kuat desak beton dihidupkan, kemudian pembebanan diberikan secara berangsur-angsur dengan laju permbebanan per-1 ton hingga benda uji tersebut hancur pada pembebanan maksimal. Setiap pertambahan beban dicatat pembacaan dial pada ring modulus elastisitas. Setelah benda uji hancur, kemudian mesin dimatikan dan besar pembebanan maksimal dicatat sesuai jarum penunjuk pembebanan sebagai nilai kuat desak beton.
b. Pengujian Kuat Desak UPR-Mortar
Langkah-langkah pengujian kuat desak UPR-Mortar adalah sebagai berikut:
1) Kubus UPR-Mortar dilepas dari bekisting setelah 3 jam dan didiamkan selama umur pengujian 6 jam, 1 hari, 3 hari, 7 hari, 14 hari dan 28 hari.
2) Selama pengujian, benda uji ditempatkan pada alas pembebanan dari mesin uji tekan.
3) Nyalakan mesin penguji kuat tekan beton, dan kemudian secara bertahap menerapkan beban sampai beban maksimum menghancurkan sampel.
Kemudian matikan mesin dan catat jumlah pemuatan sesuai dengan jarum pemuatan.
c. Pengujian Perilaku Geser Balok
Benda uji yang sudah siap ditempatkan pada loading frame yang kuat dan ditumpu sendi pin dan rol pada kedua ujungnya. Pengujian dilakukan malalui tahapan sebagai berikut :
1) Tahap Persiapan
Tahap persiapan ini disebut juga tahap setting alat; adapun langkah- langkahnya adalah sebagai berikut :
a) Memasang Linear Variable Displacement Transducer (LVDT) pada bagian samping tengah benda uji dan menghubungkannya ke data logger.
b) Menghubungkan kabel strain gauges ke P3 Strain Indicator dan recorder.
c) Memasang Demec Points secara diagonal pada salah satu sisi balok, kemudian mengaturnya sejauh 200mm menggunakan batang pengatur Demec Gauges.
d) Menghubungkan kabel Power Supply Tranducer ke travo 110 volt e) Menghidupkan Trafo sehingga pada Tranducer muncul angka.
f) Memompa Hydraulic Pump perlahan-lahan sehingga terbaca suatu angka pada Tranducer.
Setting up alat pengujian dapat dilihat pada Gambar 3.7 sebagai berikut :
a) Tampak memanjang
b) Tampak melintang
Gambar 3.6 Setting Up Alat Pengujian Balok
2) Tahap Pelaksanaan Pengujian
Langkah-langkah pelaksanaan pengujian kuat geser adalah sebagai berikut :
a) Pembebanan dilakukan berangsur angsur dan dinaikkan perlahan- lahan pada interval pembebanan tertentu dengan menggunakan Hydraulic Jack dan Tranducer. Setiap kenaikan pembebanan, dilakukan pembacaan demec gauge untuk mengetahui regangan yang terjadi, serta mencatat besarnya regangan yang terjadi di excel.
b) Mengamati adanya retak pertama yang muncul. Kemudian setelah ada retak digambar dengan spidol dan ditulis nomor pembebanannya, demikian juga untuk retakan selanjutnya.
c) Mengukur dan mencatat lebar retakan dengan menggunakan demec gauge yang mempunyai tingkat ketelitian 0,001 mm.
d) Melanjutkan penambahan beban hingga mencapai beban maksimal yaitu ditandai dengan terjadinya retak runtuh di bagian lentur balok.
e) Mungukur lebar retak akhir pembebanan.
Data yang akan dicatat dalam pengujian balok ini meliputi:
a) Defleksi selama pembebanan berlangsung yang ditunjukkan oleh data logger yang tersambung dengan LVDT.
b) Besarnya lebar retakan setiap pembebanan.
c) Besarnya beban pada saat terjadi retak
d) Besarnya beban maksimum yang mampu dipikul oleh balok
e) Besarnya beban pada saat defleksi maksimum dan pola retak yang terjadi pada balok benda uji tersebut akibat pembebanan.
C. Tahap dan Prosedur Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode kuantitatif dengan pendekatan eksperimen untuk mendapatkan data, maka penelitian harus dilaksanakan dalam sistematika yang jelas sehingga hasilnya dapat dipertanggungjawabkan. Selain itu, hal ini dapat membantu pelaksanaan eksperimen saat di laboratorium. Untuk pelaksanaan penelitian dibagi kedalam beberapa tahapan, yaitu:
1. Tahap I (Studi Literatur dan Pengadaan Bahan)
Pada tahap ini dilakukan studi literatur dengan referensi dari buku, jurnal, hasil penelitian maupun website internet yang menunjang jalannya penelitian. Segala bentuk alat dan bahan penelitian juga dipersiapkan demi kelancaran penelitian.
Persiapan bahan juga dilakukan untuk digunakan pada tahap selanjutnya.
2. Tahap II (Pengujian Pendahuluan dan Perencanaan Benda Uji)
Pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap baja yang akan digunakan dalam penelitian yang bertujuan untuk mengetahui karakteristik baja tersebut, seperti kuat tarik leleh dan kuat tarik maksimal. Berikut merupakan prosedur pengujian kuat tarik untuk material baja tulangan.
a. Pengujian Kuat Tarik Baja (ASTM E8M – 13a)
Pengujian kuat tarik baja tulangan dan baja plat strip menggunakan aturan yang sama, yaitu ASTM E8M – 13a. Pengujian kuat tarik bertujuan untuk mengetahui grafik tegangan regangan dari material, juga untuk mengetahui kuat leleh dan kuat maksimal material. Berikut adalah prosedur pengujian.
1) Persiapan spesimen yang akan diuji sesuai dengan standar pada ASTM E8M – 13a.
2) Spesimen yang sudah siap, ditandai dengan correction tape per jarak tertentu untuk mempermudah pengamatan regangan pada material. Dilakukan pengukuran dimeni spesimen.
3) Pengujian kuat tarik menggunakan alat Universal Testing Machine (UTM) Laboratorium Bahan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Spesimen dijepit pada alat tarik, kemudian dilakukan pembebanan.
4) Pencatatan beban dilakukan pada saat spesimen mengalami leleh, dan saat spesimen mengalami putus.
5) Dilakukan analisis grafik tegangan regangan, dan perhitungan untuk mendapatkan kuat tarik spesimen.
b. Perencanaan Desain Benda Uji (Balok)
Berdasarkan hasil pengujian pendahuluan, data kuat tarik spesimen digunakan untuk mendesain benda uji balok beton bertulang. Perencanaan desain benda uji bertujuan untuk menghitung kapasitas spesimen, sehingga pada saat dilakukan pengujian diperoleh keruntuhan geser terlebih dahulu sebelum keruntuhan lentur terjadi.
3. Tahap III (Pembuatan Benda Uji) Pada tahap pembuatan benda terdiri dari :
a. Pembuatan cetakan (bekisting) benda uji. Pada satu sisi balok dibuat model kerusakan beton untuk kemudian diperbaiki dengan UPR-Mortar.
b. Perakitan tulangan balok.
c. Pemesanan beton ready-mix dengan mutu beton sesuai dengan perencanaan desain benda uji.
d. Pengujian slump beton sebagai kontrol parameter terhadap beton segar, kemudian dilakukan pengecoran pada bekisting.
Pembuatan benda uji dilakukan di Laboratorium Struktur Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
4. Tahap IV (Perawatan Benda Uji)
Setelah dilakukan proses pengecoran, kemudian disimpan di Laboratorium Struktur Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Benda uji disimpan dalam ruangan, dan dilakukan perawatan spesimen (curing) untuk menjaga kestabilan suhu benda uji dan antisipasi terhadap penyusutan akibat kehilangan air berlebih. Benda uji disimpan hingga berumur 28 hari.
5. Tahap V (Pengaplikasian Penambalan (Patching) UPR-Mortar)
Proses penambalan benda uji menggunakan bahan UPR-mortar dilakukan saat beton telah mencapai usia 28 hari, dimana langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
a. Permukaan balok yang akan ditambal terlebih dahulu dibuat kasar permukaannya dengan membuat groove di area yang ingin di perbaiki, hal ini dimaksudkan agar pada saat beban bekerja terjadi gesekan antara permukaan beton lama dengan UPR-mortar sehingga terbentuk lekatan yang erat antara beton baru dengan beton lama, setelah itu dibersihkan debunya.
b. Kemudian adukan UPR-mortar ditambalkan pada bagian permukaan balok yang akan dijadikan lokasi repair. Kemudian ditekan dengan batang besi agar adukan UPR- mortar lebih padat.
6. Tahap VI (Pengujian)
Pada tahap ini dilakukan beberapa pengujian. Pengujian ini dilaksanakan di Laboratorium Bahan dan Struktur Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret.
a. Pengujian Kuat Desak Beton
Pengujian kuat desak pada silinder beton dilakukan setelah benda uji berumur 28 hari.
b. Pengujian Kuat Desak UPR
Pengujian kuat desak kubus UPR dilakukan pada umur 6 jam, 1 hari, 3 hari, 7 hari, 14 hari dan 28 hari setelah pembuatan benda uji.
c. Pengujian Perilaku Geser Benda Uji Balok
Pengujian perilaku geser dilakukan pada umur 28 hari. Pengujian dilakukan menggunakan mesin uji BTM (Bending Testing Machine).
7. Tahap VII (Analisis Data dan Pembahasan)
Dalam tahap ini merupakan tahap untuk mengolah data yang didapatkan dari hasil pengujian sehingga dapat ditarik kesimpulan hubungan antar variabel dalam penelitian. Data yang didapatkan dari hasil pembacaan strain gauge yang terpasang dibagian tengah bentang tulangan longitudinal dapat digunakan sebagai dukungan analisis geser.
8. Tahap VIII (Kesimpulan dan Saran)
Setelah dilakukan analisis data beserta pembahasannya, dibuat beberapa simpulan representatif berdasarkan hasil dari penelitian, sesuai dengan rumusan masalah dan tujuan penelitian.
Tahap-tahap penelitian dapat dilihat secara skematis dalam bentuk bagan alir pada Gambar 3.7 berikut ini:
Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian
Tahap I
Tahap II
Tahap III
Tahap IV
Tahap V
Tahap VI
Tahap VII
Tahap VIII
Pengujian Slump Beton
10 ± 2 cm
Tidak
Ya
