PENGARUH BEBAN TEKAN AKSIAL TERHADAP PERILAKU
GESER KOLOM BERSENGKANG CROSSTIES
Taufiq Saidi
1, Rudiansyah Putra
2, Munawir
31
Anggota HPJI, Dr, stafpengajarpadaFak.TeknikUnsyiah Banda Aceh
2 ST, M.Sc, stafpengajarpadaFak.TeknikUnsyiah Banda Aceh 3
ST, mahasiswapascasarjanapada Magister TeknikSipilUnsyiah Banda Aceh
Abstrak
Makalah ini memaparkan hasil penelitian terhadap tiga buah benda uji kolom dengan tulangan sengkang extra crossties. Masing-masing benda uji diberikan beban tekan aksial konstan yang berbeda dan beban geser diberikan secara bertahap hingga hancur. Ketiga benda uji memperlihatkan pola kehancuran geser, dimana untuk benda uji dengan beban aksial 0,4P0 memperlihatkan kehancuran geser tarik dan benda uji 0,3P0 dan 0,4P0 memperlihatkan pola kehancuran geser tekan. Kapasitas geser hasil pengujian lebih besar dari hasil perhitungan, hal ini diperkirakan merupakan sumbangan dari tulangan sengkang extra crosstie merupakan effek dari peningkatan kekangan inti beton. Benda uji dengan beban aksial konstan yang lebih besar memperlihatkan mampu menahan beban geser yang lebih besar pula.
Kata kunci: kolom beton bertulang, sengkang crosties, beban tekan aksial, perilaku geser, efek kekangan beton.
1. Pendahuluan
Pada saat terjadi gempa kolom beton bertulang akan memberikan respon inelastis. Agar kolom dapat bertahan selama memberikan respon inelastis, perlu direncanakan beton bertulang yang memiliki daktilitas yang cukup dan mampu menyerap energi secara baik. Secara umum telah diketahui bahwa tulangan sengkang memberi effek kekangan terhadap beton yang dapat meningkatkan daktilitas dan kapasitas penyerapan energi kolom beton bertulang. Sejumlah penelitian telah dilakukan untuk mempelajari pengaruh variasi sengkang tambahan terhadap kapasitas geser kolom beton bertulang dan efek kekangan yang diberikan terhadap beton inti kolom. Tulisan ini bertujuan untuk mengkaji efek kekangan terhadap beton inti kolom dengan penambahan tulangan sengkang ekstra crossties. Benda uji kolom beton bertulang diberikan beban aksial secara konstan dan beban lateral yang diberikan secara bertahap hingga benda uji hancur.
Beberapa peneliti telah mempelajari pengaruh kekangan yang diberikan oleh tulangan sengkang terhadap inti beton kolom. Mander et al. (1988 a,b) mempelajari perilaku tegangan-regangan beton terkekang kolom dengan pemberian beban tekan aksial secara konsentris. Kolom dengan penampang bulat menggunakan tulangan spiral, sedangkan kolom persegi menggunakan
sengkang segi empat dan ortogonal. Parameter yang sangat menentukan bentuk kurva tegangan-regangan beton adalah jumlah tulangan sengkang, dimana dengan peningkatan rasio tulangan sengkang dapat meningkatan kekuatan dan slope kurva tegangan-regangan setelah melewati beban puncak mengecil. Hoshikuma J., et al. (1997) mengusulkan model tegangan-regangan beton terkekang untuk pier jembatan, dengan mempertimbangkan pier beton bertulang jembatan yang dibangun di Jepang memiliki penampang beto yang lebih besar sehingga rasio tulangan sengkang menjadi lebih kecil.
Kedua peneliti di atas fokus terhadap effek kekangan yang ditimbulkan dengan adanya tulangan sengkang dengan beban tekan aksial. Oleh karena itu perlu diketahui peningkatan kemampuan geser kolom beton bertulang dengan adanya tulangan sengkang extra dengan variasi besaran beban tekan aksial.
2. Metoda Penelitian
Tiga buah benda uji kolom beton bertulang dengan penampang 20 x 20 cm²dan tinggi 58 cm dibebani dengan beban aksial konstan yang berbeda, masing-masing sebesar 0,2P0 (217,78 kN); 0,3P0 (324,71 kN) dan 0,4 P0 (434,58
kN), dimana P0 kapasitas maksimum kolom dengan beban aksial. Ketiga benda
uji menggunakan tulangan longitudinal 12D11,6 dengan fy= 356,5 MPadan
tulangan sengkang Ø5,4 mm dengan fy= 611,3 MPa serta mutu beton 24
MPa.Ujung bawah kolom ditumpu secara jepit pada balok beton bertulang 30 x 30 cm²sepanjang 60 cm sedangkan bagian tepi atas dihubungkan ke bearing pemberi beban yang dapat berperilaku sebagai tumpuan rol dan terhubung ke
loadcell beban aksial. Selama pengujian dilakukan pencatatan dan pengamatan
terhadap besarnya defleksi, pola retak, regangan tulangan sengkang dan tulangan memanjang yang terjadi pada setiap peningkatan pemberian beban lateral hingga benda uji mengalami kegagalan dalam geser.
Regangan yang terjadi baik pada tulangan maupun beton diukur dengan
strain gauges. Strain gauges dipasang pada tulangan memanjang, tulangan
sengkang, tulanga sengkang extra dan pada beton daerah tekan. Detail benda uji dan lokasi penempatan strain gauges dapat dilihat pada Gambar 1.
Pada saat pengecoran benda uji kolom, juga dilakukan pengecoran benda uji kubus untuk mengetahui kuat tekan beton pada saat pengujian. Penomoran benda uji, besarnya beban aksial konstan yang diberikan untuk masing-masing benda uji dan jumlah benda uji dapat dilihat pada Tabel 1.
Beban Aksial Beban Lateral 30 50 50 100 100 150 100 100 100 100 580 300 Ø5,4 - 100 Ø7,8 - 50 Ø7,6 - 100 Ø5,4 - 150 Ø5,4 - 100 12 D 11,6 2 D 11,6 Strain Gage Tulangan Utama Strain Gage Sengkang Normal 4 D 15,8 Beban Aksial 200 200 Ø7,6 - 100 12D11,6 Ø5,4 Strain Gage Sengkang Normal Strain Gage Sengkang Ekstra Ø7,6 - 100 I I Potongan I-I 600 Beban Aksial Beban Lateral Baut Pengikat 300 580 Strain Gage Beton 200 Ø7,6 - 100
Gambar 1. Detail Benda Uji dan Lokasi Penempatan Strain Gauges Tabel 1. Penomoran Benda Uji
No.
Bendauji Bebantekanaksial Jumlahbendauji Jumlahbendauji
Paks Kolom Kubus
SCP1 0,2 P0 1 3
SCP2 0,3 P0 1 3
SCP3 0,4 P0 1 3
Gambar 2. Setup Benda Uji
Benda ujidipasangsecarakakupadabalokbaja (frame) bagianbawah yang
terhubungkandenganlantai (strength floor)
sebagaimanadiperlihatkanpadaGambar 2.Besarnyabeban,
baikbebanaksialtekanmaupunbebangeser yang diberikandiukurload cell yang ditempatkanpadatitikpemberianbeban.
Bebandiberikandenganmenggunaknhydraulic jack yang
bertumpupadaframebaja.Padaujungataskolomdimanabebantekanaksialdiberika nbearingyang berperilaku sebagai tumpuan rol, sehingga ujung atas kolom dapat bergerak bebas sesuai arah pemberian beban geser. Bebangeserbarudiberikansetelahbebantekanaksialtelahmencapaisebesarbeban
yang diinginkan.Denganmenjagabebantetapaksialtetapkonstan,
bebangeserdiberikansecarabertahaphinggabendaujimencapaikegagalan.Besarn
yabebangeser, perkembanganretakdanregangan yang
terjadibaikpadatulanganmaupunbetondicatatdandiamatipadasetiaptahappemberi anbebangeser
3. Hasil dan Pembahasan
Ketiga benda uji memperlihatkan pola kehancuran geser, dimana untuk benda uji dengan beban aks.ial 0,4P0 memperlihatkan kehancuran geser tarik
dan benda uji 0,3P0 dan 0,4P0 memperlihatkan pola kehancuran geser tekan.
Pola retak untuk ketiga benda uji dapat dilihat berturut-turut dalam Gambar 3, 4 dan 5 masing-masing untuk benda uji SCP1, SCP2, dan SCP3.
Balok Frame Baja bawah Kolom Frame Baja Balok Frame Baja atas B enda Uji Trans du cer 10 cm Load Cell Beban Lateral Strong Floor
Hidr au lic Jack
Hidr au lic Jack
Load Cell Beban Tekan Aksial
Strong wall, susunan frame
baja Transducer
Sisi Kanan Sisi Kiri
Gambar 3. Pola Retak Uji SCP1
Sisi Kanan Sisi Kiri
Sisi Kanan Sisi Kiri Gambar 5. Pola Retak Uji SCP3
Gambar 6 memperlihat kurva hubungan beban geser dan defleksi arah beban geser yang terjadi pada ujung atas kolom. Terlihat bahwa untuk benda uji SCP2 dan SCP3 memiliki kekakuan yang relatif sama pada awal pembebanan
geser dan sedikit berbeda pada saat mendekati beban puncak. Hal ini diperkirakan karena benda uji SCP2 dengan beban tekan aksial yang kecil
dibandingkan dengan SCP3 memungkinkan retak melebar secara cepat
sehingga kekakuan cendrung mengecil. Sedangkan untuk benda uji SCP1
dengan beban aksial tekan yang paling kecil memiliki kekakuan yang rendah sejak awal pembebanan. Dengan beban tekan aksial yang lebih besar, perkembangan retak geser dapat dihambat perkembangannya. Hal ini terlihat dengan regangan yang lebih kecil yang terjadi pada tulangan sengkang pada benda uji dengan beban aksial tekan yang lebih besar, sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 7.
Kapasitas geser experimantal yang didapat lebih besar dari kapasitas geser hasil perhitungan, sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 8. Perbedaan ini diperkirakan akibat faktor keamanan yang di cover oleh formula maupun merupakan pengaruh dari adanya tulangan sengkang extra yang dapat meningkatkan kekangan beton inti kolom.
Gambar 6. Kurva Hubungan Beban Geser dan Defleksi
Gambar 7. Grafik Regangan Tulangan Sengkang Pada Beban Geser 86, 33 kN Gaya geser yang diberikan secara bertahap diimbangi oleh gaya geser dalam yang merupakan konstribusi dari gaya geser yang ditahan oleh penampang beton dan tulangan sengkang. Dalam tulisan ini, konstribusi gaya geser dalam yang diberikan oleh aggregate interlock dan dowel action diabaikan atau merupakan bagian dari konstribusi yang diberikan oleh beton. Dari data regangan tulangan sengkang dan dangan mengetahui Modulus Elastisitas nya maka dapat dihitung gaya geser yang ditahan oleh tulangan sengkang. Gambar 9 memperlihatkan distribusi gaya geser dalam. Dapat dilihat bahwa tuluang sengkang mulai berkerja pada saat beban yang diberikan mendekati 80 kN.
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 Beba n (kN ) Defleksi (mm)
Grafik Hubungan Kapasitas Geser terhadap Defleksi
(Atas) Sengkang Crosstie
ScP1 ScP2 ScP3 0.00132 0.000489 0.000326 0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014 P1 P2 P3 Re ga n ga n Benda Uji regangan tulangan sengkang normal
Pada kondisi ini retak geser mulai terbentuk secara jelas, sebagaimana dapat dilihat dalam Gambar 4. Sementara itu dengan terjadinya retak, kemampuan beton dalam menahan geser menjadi mengecil.
Gambar 8. PerbandinganKapasitasGeser Experimental denganKapasitasGeserTeoritis
Gambar 9. DistribusiGaya GeserDalam(Benda UjiSCP1)
4. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
a) Dengan adanya beban tekan aksial dapat meningkatkan kapasitas geser kolom beton bertulang. Hal ini disebabkan perkembangan retak terkekang dengan adanya beban tekan aksial tersebut.
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 K ap asit as G eser eks p er imen
Kapasitas Geser Teoritis
ScP1(0,2P0) ScP2(0,3P0) ScP3(0,4P0) 86.385 -20.00 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 0.00 50.00 100.00 150.00 G aya G eser D al am (kN )
Gaya Geser Luar (kN)
Vn Vca Vs
b) Terdapat perbedaan yang cukup siknifikan terhadap kapasitas geser antara hasil perhitungan dengan pengujian. Hal ini disebabkan oleh faktor keamanan yang di cover oleh formula dan juga dimungkinkan sumbangan kekangan inti beton tembahan dari tulangan sengkang extra yang dapat meningkatkan kuat tekan beton.
Ucapan Terima Kasih:
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Purwandi, ST selaku anggota Tim Peneliti yang telah banyak berkerja sehingga terlaksana penelitian ini. Rasa terima kasih juga kami sampaikan kepada Ketua dan Staf Laboratorium Konstruksi dan Bahan Bangunan Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala dan Saudara Rizky Wardhana mahasiswa S1 pada Jurusan Teknik Sipil Unsyiah yang telah banyak membantu sehingga terlaksana penelitian ini.
Referensi:
1. Hoshikuma, J., Kawashima, K., Nagaya, K., and Taylor, A. W. (1997). “Stress-strain model for confined reinforced concrete in bridge piers.” J. Struct. Div., ASCE, 123(5), 624-633.
2. Mander, J.B., Priestly, M. J., and Park, R. (1988a). “Theoretical stress-strain model for confine concrete.” J. Struct. Div., ASCE, 114(8), 1804-1826. 3. Mander, J.B., Priestly, M. J., and Park, R. (1988a). “Observed stress-strain
behavior of confine concrete.” J. Struct. Div., ASCE, 114(8), 1827-1849. 4. Saidi, T., Samsunan (2010). “Pengaruh variasi beban tekan aksial terhadap
gaya geser pada kolom beton bertulang.” Prosiding Seminar Nasional II Teknologi da Rekayasa, Fakultas Teknik UISU, pp. 244-237
