PERILAKU GESER BALOK TINGGI BETON SERAT BAGU TANPA TULANGAN TRANSVERSAL

(1)

Jurnal Spektran http://ojs.unud.ac.id/index.php/jsn/index Vol. 8, No. 1, Januari 2020, Hal. 84 - 94

e-ISSN: 2302-2590

Jurnal Spektran, Vol. 8, No. 1, Januari 2020 84

PERILAKU GESER BALOK TINGGI BETON SERAT BAGU TANPA TULANGAN TRANSVERSAL

I Ketut Sudarsana, Ida Bagus Rai Widiarsa, dan Marselinus Anggur Ngganggus Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Udayana Denpasar

Email: [email protected]

ABSTRAK

Mekanisme geser pada balok tinggi penting untuk diperhatiakan karena keruntuhan geser bersifat getas (brittle). Gaya geser umumnya kombinasi dengan lentur, torsi, atau gaya normal. Untuk mengatasi keruntuhan yang getas (brittle), perlu untuk meningkatkan persentase tulangan horizontal dan vertikal atau menggantinya dengan beton bertulangan serat (FRC). Serat Bagu merupakan serat alami yang kuat dan awet, serat Bagu banyak ditemukan dipasaran daerah Bali karena merupakan bahan yang dibutuhkan secara berkontinuitas setiap tahun pada saat perayaan Nyepi dengan harga yang terjangkau . Tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi prilaku geser balok tinggi beton serat Bagu akibat variasi serat berupa pola dan beban retaknya dan untuk mengetahui tingkat keakuratan prediksi geser dari SNI. 2847.2013 dan Strut and Tie Mode (STM) bila diterapkan pada balok tinggi beton serat Bagu. Hasil penelitian menunjukan bahwa penambahan 0,75 % serat Bagu menyebabkan terjadi penurunan persentase retak lentur sebesar 75 % , ini berarti penambahan serat Bagu cukup signifikan untuk menaikan tahanan lentur balok terhadap momen karena mampu memperbaiki ikatan antar agregat (interlock). Penambahan serat Bagu optimum sebesar 0,75% mampu menambah daktailitas balok sebesar 6,92% pada kondisi sebelum retak pertama dan 0,26%

pada kondisi setelah retak pertama. Tingkat keakuratan prediksi kapasitas geser balok tinggi beton serat Bagu tanpa tulangan transversal antara hasil eksperimen dan teori menunjukan bahwa kapasitas geser hasil eksperimen lebih tinggi dari prediksi berdasarkan teori STM dan SNI dengan ratio terkecil terjadi pada balok dengan persentase serat Bagu 0,75 % yakni sebesar 1.07 untuk teori STM dan 2,39 untuk teori SNI.

Kata kunci: perilaku geser balok tinggi, balok tinggi beton serat, serat Bagu

SHEAR BEHAVIOR DEEP BEAM BAGU-FIBER-REINFORCED CONCRETE WITHOUT STRIRUP

ABSTRACT

The shear mechanism at deep beams is important to be observed because shear failure is brittle.

Shear force is generally a combination with bending, torque, or normal force. To overcome brittle collapse, it is necessary to increase the percentage of horizontal and vertical reinforcement or replace it with fiber reinforced concrete (FRC). Bagu fiber is a natural fiber that is strong and durable, Bagu fiber is commonly found in the market of Bali because it is a material that is needed continuously every year during the Nyepi celebrations at affordable prices. The purpose of this study was to evaluate the shear behavior of deep beam of Bagu fiber concrete, due to variations in fiber in the form of patterns and load cracks and to determine the accuracy of the shear predictions of Indonesian National Standard SNI 2847: 2013 and Strut and Tie Mode (STM) when applied to concrete high beams of Bagu fiber. The results showed that the addition of 0.75% Bagu fiber resulted in a decrease in the percentage of flexural cracks by 75%, this means that the addition of Bagu fiber was significant enough to increase the bending resistance of the beam to the moment because it is able to improve interlocking bonds. The addition of optimum Bagu fiber of 0.75% was able to increase the ductility of the beam by 6.92% in the condition before the first crack and 0.26% in the condition after the first crack. The level of accuracy of predictions of shear capacity of the high beam of concrete fibers of Bagu without stirrup between experimental results and theory shows that the shear capacity of experimental results is higher than the prediction based on STM and SNI theory with the smallest ratio occurring in the beam with a percentage of 0.75% Bagu fiber which is 1.07 for STM theory and 2.39 for SNI theory.

Keywords: shear behavior high beam , deep beam fiber concrete, Bagu fiber

(2)

1 PENDAHULUAN

Pada balok tinggi beton bertulang, keruntuhan yang terjadi dominan diakibatkan oleh gaya geser , yang menyebabkan retak miring dan setelah retak ini terjadi, mekanisme transfer gaya geser akan disumbangkan oleh aksi pelengkung (arch action). Beberapa variable penting sebagai penentu mekanisme aksi pelengkung yang mempengaruhi kinerja balok adalah, bentuk dan dimensi balok, jenis tulangan utama dan tulangan badan, serta kekuatan tekan dan Tarik beton (Russo et al., 2005,).

Untuk menjamin mekanisme aksi pelengkung dapat mengurangi sifat getas balok tinggi, maka perlu untuk meningkatkan daktailitas beton. Seperti yang ditunjukkan dalam makalah Campione, (2012), peningkatan daktilitas yang signifikan dapat dicapai dengan menggunakan FRC, yang juga memungkinkan tulangan longitudinal utama dimanfaatkan sepenuhnya sebelum terjadi keruntuhan.

Penelitian eksperimental ini bertujuan untuk mengevaluasi perilaku geser balok tinggi beton serat Bagu tanpa tulangan transversal berupa pola dan beban retak serta deformasi yang terjadi juga untuk mengetahui tingkat keakuratan dari SNI.2847:2013 dan metode Strut and Tie bila diterapkan pada balok tinggi beton serat Bagu.

Serat Bagu merupakan serat alami yang kuat dan awet dengan kuat tarik sebesar 35,4 MPa (Yasa dan Wati,2015). Pada penelitian ini digunakan balok tinggi beton serat Bagu tanpa tulangan transversal dengan dimensi 150 x 450 x 1500 mm dengan variasi serat (persentase berat serat terhadap berat semen) sebesar 0% ; 0,25%; 0,50%; 0,75% dan 1%. Tulangan tarik digunakan baja deform -D16 dengan fy= 500 MPa, sedangkan mutu beton direncanakan f’c = 23 MPa. Adapun dimensi serat Bagu yang digunakan adalah , panjang 20 mm dan diameter 0,3 mm.

Tahanan geser beton serat berdasarkan hasil eksperimen akan disandingkan dengan hasil perhitungan berdasarkan SNI.2847.2013 dan Strut and Tie Mode (STM). Berdasarkan hasil perbandingannya akan ditarik kesimpulan tingkat keakuratan analisa geser balok tinggi beton serat Bagu antara hasil eksperimen dan hasil teoritis.

2 TEORI 2.1 Beton Serat

Menurut ACI ( American Concrete Institute ) Committee 544 beton berserat diartikan sebagai beton yang terbuat dari semen hidrolis, agregat halus, agregat kasar dan sejumlah kecil serat yang tersebar secara acak, yang mana masih dimungkinkan untuk diberi bahan-bahan additive. Maksud utama penambahan serat dalam beton adalah untuk menambah kuat tarik beton, mengingat kuat tarik beton sangat rendah. Dengan adanya serat, ternyata beton menjadi lebih tahan retak. Perlu diperhatikan bahwa pemberian serat tidak banyak menambah kuat tekan beton, namun hanya menambah daktilitas. (Tjokrodimulyo, 1996)

Ada beberapa variabel penting yang berpengaruh terhadap beton serat yang dihasilkan, yakni perbandingan antar panjang fiber ( l ) dan diameter (d), volume fiber yang ditambahkan pada tiap satuan volume beton, mutu beton, Daya lekat (bond) antara fiber dan beton, Metode / Cara Pencampuran.

Perilaku mekanik beton berserat berbeda dengan beton tanpa serat dimana serat pada beton akan berfungsi sebagai tulangan mikro yang disebarkan secara merata dengan orientasi acak, sehingga dapat mencegah atau mengurangi terjadinya retakan - retakan beton akibat pembebanan maupun panas hidrasi. Penambahan serat akan mengakibatkan penambahan kekuatan lentur beton. Bila dibandingkan dengan penambahan kuat tekan dan tarik umumnya penambahan kuat lentur lebih besar prosentasenya (Ananta,A,2007). Penambahan kuat lentur tersebut disebabkan karena beton berserat terdapat tulangan mikro berupa serat / fiber sehingga beton akan menjadi lebih lentur.

Hubungan tegangan – regangan pada beton serat tidak persis sama dengan beton tanpa serat. Ezeeldin &

Balagou mengusulkan persamaan tegangan – regangan beton berserat mutu normal sebagai berikut :

𝑓𝑐 𝛽[𝜀⁄𝜀𝑜]

dimana : 𝑓′𝑐 =

(𝛽 − 1) + [𝜀⁄𝜀𝑜] (2.1)

(3)

I Ketut Sudarsana, Ida Bagus Rai Widiarsa, dan Marselinus Anggur Ngganggus

𝑦

𝑉 = (3,5 − 2,5 ^𝑢 √

ε = 2,1 x 10⁶kg/cm²; εo = 0,002+0,5 x 10^-6. R < 0,003 ; β = 1,09 + 0,71 ( R )^-0,93 R = ^{𝑉𝑓.𝐿}

∅

khusus untuk fiber berbentuk hooked 𝛽 = 1.09 + 7.5 (𝑅)^−1.39 2.2 Serat Bagu

Serat Bagu berasal dari tumbuhan seperti pandan yang dapat dilihat pada Gambar 2.1, adapun ciri-ciri tumbuhan ini adalah seperti pandan yang memiliki ruas-ruas daun sejajar, daunnya tebal seperti daun nanas, dan terdapat duri di pinggir daun. Tumbuhan ini memiliki banyak sebutan di Bali yaitu gebang dan manas perau

(Kecamatan Kubu, Karangasem), serta pandan (Kabupaten Singaraja). Serat Bagu yang berkualitas baik dapat dihasilkan jika umur tumbuhan yang daunnya diolah menjadi serat sudah mencapai + 1,5 tahun.

Menurut hasil uji kuat tarik sederhana yang dilakukan oleh Yasa dan Wati (2015), beban yang mampu ditahan serat Bagu (dalam judul penelitian disebut serat nanas) sampai kondisi putus tercapai adalah + 250 gr atau + 0,25 kg. Diameter serat Bagu yang digunakan dalam uji kuat tarik sederhana adalah 0,03 cm atau 0,3 mm.

Berdasarkan nilai tersebut, serat Bagu memiliki kuat tarik sebesar 35,4 MPa 2.3 Kekuatan Geser dan Lentur Balok Tinggi Tanpa Serat

a) Persyaratan Lentur Balok Tinggi

Pada skema distribusi tegangan balok tinggi homogen yang mempunyai angka perbandingan bentang bersih terhadap tinggi (ln/h) = 1,0, dari penyelidikan secara eksperimen dapat diketahui bahwa lengan momennya tidak begitu banyak berubah meskipun sudah terjadi retak awal. Karena itu momen tahanan nominalnya adalah:

𝑀_𝑛= 𝐴_𝑠𝑓_𝑦. (𝑙𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛; 𝑗𝑑) (2.2)

Maka luas penulangan As untuk lentur adalah (SNI 2847-2013.10.5.1).:

𝑀_𝑢 𝐴_𝑠=

∅. 𝑓 . 𝑗𝑑 ≥

√𝑓′𝑐

200. 𝑏. 𝑑

(2.3) 𝑓𝑦

𝐴_𝑠= 1.4

4. 𝑓 𝑏^𝑤. 𝑑 ≥

𝑓𝑦 𝑏_𝑤. 𝑑 (2.4)

Lengan momen yang direkomendasikan oleh CEB adalah :

𝑗𝑑 = 0.2(𝑙 + 2ℎ) 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 1 ≤ 𝑙⁄ℎ < 2 (2.5)

Dan

𝑗𝑑 = 0.6 𝑙 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑙⁄ℎ < 1 (2.6)

b) Persyaratan Geser Balok Tinggi Konvensional

Jika x adalah jarak antara bidang keruntuhan dari muka perletakan, ln adalah bentang bersih untuk beban terdistribusi merata, dan a adalah lengan geser atau bentang untuk beban terpusat, maka persamaan untuk jarak ini adalah:

Beban terdistribusi merata : x = 0,15 ln Beban terpusat : x = 0,50 a

Dalam kedua hal, jarak x ini tidak boleh melebihi tinggi efektif d . Gaya geser rencana Vu harus memenuhi kondisi:

SNI 2847: 2013 (11.7.3)

𝑉𝑢 ≤ ∅(0,83√𝑓^′𝑐. 𝑏𝑤. 𝑑) (2.7)

Jika tidak memenuhi keadaan ini, penampang harus diperbesar. Faktor reduksi kekuatan ∅=0,85 𝐴_𝑠

𝜌_𝑤=

𝑤

(2.8) . 𝑑

Gaya geser nominal Vc untuk beton juga dapat diambil sebagai:

𝑀 1 ) ( 𝑓′𝑐 + 120. 𝜌 𝑉_𝑢.𝑑 ) 𝑏 . 𝑑 ≤ 6√𝑓^′𝑐. 𝑏 . 𝑑 (2.9)

𝑐 𝑉_𝑢. 𝑑 7 ^𝑤𝑀_𝑢 ^𝑤 ^𝑤

Dimana, 1,0 < 3,5 − 2,5 (^𝑀^𝑢) ≤ 2,5

𝑉𝑢.𝑑

Faktor ini merupakan pengali dari persamaan dasar Vc dari balok biasa untuk memperhitungkan besarnya kapasitas tahanan balok tinggi. Peraturan ACI mengizinkan kapasitas tahanan yang tinggi apabila retak minor pada keadaan Vu melebihi beban retak geser pertama masih dapat ditoleransi. Apabila tidak demikian, dapat digunakan:

𝑉𝑐 = 2√𝑓′𝑐. 𝑏_𝑤. 𝑑 (2.10)

2.4 Kuat Geser Balok - Tinggi Beton Bertulang Berdasarkan Strut And Tie Model

Ada tiga elemen pokok dalam pembentukan keseimbangan dalam model strut and tie, yaitu batang tekan (penunjang atau strut), batang tarik (pengikat atau tie) dan titik simpul (joints atau nodes). Nodal pada STM sering

𝑦

𝑏

(4)

Perilaku Geser Balok Tinggi Beton Serat Bagu Tanpa Tulangan Transversal juga disebut “hydrostatic element”.

2.4.1 Elemen Strut

Kekuatan dari strut ditentukan oleh kuat hancur beton pada strut. Kuat hancur beton ini tidak sama dengan kuat hancur beton hasil pengujian silinder. ACI 318- 2002 memperhitungkan kekuatan hancur strut beton sebagai kekuatan efektif (effective strength), yang dihitung berdasarkan persamaan:

𝑓𝑐𝑢 = 0,85. 𝛽𝑠. 𝑓^′𝑐 (2.11)

Dimana

(5)

a) βs = 1,0 untuk strut prismatis di daerah tekanan yang tidak mengalami retak atau untuk strut yang mempunyai wilayah menyilang yang sama panjang tanpa kontrol retak pada daerah penulangan.

b) βs = 0,75 untuk strut yang berbentuk botol dan terdapat kontrol retak pada daerah penulangan.

c) βs = 0,60λ untuk strut yang berbentuk botol dan tidak terdapat tanpa tulangan, dimana λ adalah suatu faktor koreksi.

d) βs = 0,40 untuk strut di dalam komponen tarik e) βs = 0,60 untuk kasus-kasus yang lain

Pada model strut and tie, gaya tekan dari strut kemudian dapat dihitung dengan menggunakan kuat tekan nominal dari strut, yaitu:

𝐹_𝑛𝑠= 𝑓_𝑐𝑢. 𝐴_𝑐 (2.12)

Dimana Ac adalah :

𝐴_𝑐= 𝑏_𝑤𝑤_𝑠 (2.13)

2.4.2 Elemen Tie

Gaya tarik dari ties, dapat mengakibatkan keruntuhan pada daerah penjangkaran (nodal zone).

Pengangkeran ties di daerah nodal merupakan hal sangat penting untuk meyakinkan ties mencapai kekuatan lelehnya. Kekuatan nominal dari ties :

𝐹_𝑛𝑡= 𝐴_𝑠𝑡𝑓_𝑦 (2.14)

Pada metode STM, baja tulangan sebagai elemen pemikul tarik dianggap bekerja dalam sebuah grup sehingga komponen ties memiliki suatu lebar efektif (wt). Lebar wt memiliki nilai terbatas dan tergantung dari pendistribusian tulangan tarik balok. Pembatasan nilai wt ini berdasarkan atas beban luar dan reaksi-reaksi tumpuan serta semua titik simpul berada dalam kesetimbangan (ΣV = 0; Σ H = 0; ΣM = 0). Pada perhitungan nilai wt, faktor yang harus diperhatikan adalah kekuatan dari tie itu sendiri (Fnt = As.fy) dan kekuatan dari nodal zone akibat penjangkaran tulangan (Fnn = 0,85βn.f’c.bwt). Agar komponen ties dapat mencapai leleh, maka keseimbangan kedua gaya tersebut dapat dipakai dasar untuk menghitung lebar effktif elemen tie .

𝐹_𝑛𝑡= 𝐹_𝑛𝑛 (2.15)

𝐴_𝑠𝑓_𝑦 𝑤_𝑡=

0,85. 𝛽 . 𝑓′ . 𝑏 (2.16)

𝑛 𝑐

Gambar 2 .1 Model rangka batang yang ditinjau setengah bentang (Sumber : ACI 318-02 Appendix A, 2002) Dari Gambar (2.1) dapat dilihat, dengan mengambil kesetimbangan momen di titik A (ΣMA = 0) akan didapat suatu persamaan:

𝑤_𝑡= 1,25𝑤_𝑐 (2.17)

𝑤_𝑐 𝑤_𝑡 𝑗_𝑑= ℎ −

2 −

2 (2.18)

2.4.3 Elemen Nodal

Suatu titik dimana gaya-gaya pada strut dan tie dari suatu model strut-and-tie bertemu. Secara konsep dalam rangka batang, titik-titik ini diidealisasikan sebagai sendi. Beton yang berada pada titik pertemuan dan sekelilingnya disebut nodal zone. Gaya-gaya yang bekerja pada daerah nodal harus memenuhi kesetimbangan:

∑ 𝐹_𝑥= 0 ; ∑ 𝐹_𝑦= 0 ; 𝑑𝑎𝑛 ∑ 𝑀 = 0 (2.19)

Kondisi ∑ 𝑀 = 0 menunjukkan bahwa garis aksi dari semua gaya yang bekerja harus melalui suatu titik umum (common point).

Nodal zone dapat dikelompokkan berdasarkan gaya-gaya dalam yang bertemu pada daerah tersebut:

a) C-C-C : bila tiga buah gaya tekan bertemu pada titik nodal b) C-C-T : bila satu dari ketiga gaya yang bertemu adalah gaya tarik c) C-T-T : bila salah satu dari ketiga gaya yang bertemu adalah gaya tekan d) T-T-T : bila ketiga gaya yang betemu adalah gaya tarik

(6)

Perilaku Geser Balok Tinggi Beton Serat Bagu Tanpa Tulangan Transversal

Kekuatan tekan pada daerah nodal dapat dihitung dengan persamaan berikut:

𝐹_𝑛𝑛= 𝑓_𝑐𝑢. 𝐴_𝑛 (2.10)

Dimana ,

Untuk daerah tekan :

𝐴_𝑛= 𝑏_𝑤𝑤_𝑐 (2.20)

Untuk Daerah Tarik :

𝐴_𝑛= 𝑏_𝑤. 𝑤_𝑡 (2.21)

Nilai tegangan efektif beton pada nodal ditentukan seperti halnya pada elemen strut yaitu:

𝑓𝑐𝑢 = 0,85. 𝛽𝑛𝑓′𝑐 (2.22)

Ada beberapa nilai βn yang telah diusulkan untuk menghitung tegangan-tegangan yang terjadi pada daerah nodal.

Menurut ACI 318 – 02 Appendix A, nilai n ditentukan sebagai berikut:

a) βn = 1,0 pada daerah nodal yang terjadi oleh tekanan struts dan daerah landasan (CCC nodes).

b) βn = 0,8 pada daerah nodal dimana terdapat penjangkaran oleh tarikan tie hanya pada satu arah (CCT nodes).

c) βn = 0,6 pada daerah nodal dimana terdapat penjangkaran oleh tarikan tie dalam banyak arah (CTT atau TTT nodes)

3 METODE

Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Udayana. Perencanaan proporsi campuran beton normal merujuk pada referensi Tavio dan Lasino (2015), dengan mutu beton rencana f’c = 23 MPa. Pencampuran adukan beton dilakukan dengan menggunakan concrete mixer .

Data penelitian berupa benda uji dalam bentuk silinder dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm sebanyak 30 buah dan balok dengan dimensi 150 x 450 x 1500 mm sebanyak 10 buah (Tabel 3.1). Mutu beton (f’c) = 23 MPa dengan tulangan tarik baja ulir As = 2-D16, fy sebesar 500 MPa. Benda uji Selinder dan balok didesain dalam 5 (lima) variasi persentase berat serat terhadap berat semen yakni 0%, 0,25% , 0,50% , 0,75%, 1,00% .

Pengujian kuat lentur balok menggunakan alat Hydraulic Jack . Pengujian ini dilakukan pada umur beton 28 hari. Kuat lentur diteliti dengan membebani balok dengan beban titik 1/2P pada jarak bentang geser (a) 370 mm sebesar 75 kN. Selanjutnya, diberikan beban tekan berulang dengan kenaikan 2,5 kN dari Hydarulic Jack dengan sistem pompa, sampai kondisi balok mengalami keruntuhan atau sampai batas kapasitas mesin sebesar 150 kN.Pengujian kuat lentur balok dengan menggunakan benda uji balok beton serat dengan dimensi 150 x 450 x 1500 mm.

Gambar 3.2 Model Pengujian lentur Balok

Data yang terkumpul dari penelitian ini berupa data kuat tekan beton dari uji tekan selinder beton, data kuat tarik dari uji kuat tarik belah beton selinder, data uji kuat tarik tulangan, uji kuat putus serat Bagu dan data kuat geser balok dari uji lentur balok beton bertulangan serat Bagu tanpa tulangan transversal.

4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pola dan Lebar Retak Balok

4.1.1. Pola Retak Balok Kontrol (serat Bagu 0%)

Pola retak yang terjadi pada balok kontrol (B0-1) didahului oleh retak pertama yang terjadi pada saat beban mencapai  30 kN atau  20% dari beban max pada jarak  383 mm (area lentur) dari tumpuan kiri berupa retak lentur (Gambar 5.4)

Pada saat beban mencapai beban maksimum sebesar  150 kN , pada daerah lentur jumlah retakan bertambah yakni berjumlah 4,0 retakan sedangkan retak miring/retak geser pertama kali terjadi pada saat beban

(7)

mencapai 50 kN dengan sudut kemiringan  44 dan bertambah lagi setelah beban mencapai 135 kN dan mengalami perpanjangan retak geser sampai beban mencapai nilai maksimum dengan jumlah retak geser 2,0 retakan.

Gambar 4.1 Pola retak balok kontrol (serat Bagu 0%) 4.1.2. Pola Retak Balok B1-1 (serat Bagu 0.25%)

Pola retak yang terjadi pada balok B1-1 didahului oleh retak pertama yang terjadi pada saat beban mencapai

 115 kN atau  76,7% dari beban max pada jarak  480 mm (area lentur) dari tumpuan kiri berupa retak lentur (Gambar 5.5).

Pada saat beban mencapai beban maksimum sebesar  150 kN , pada daerah lentur jumlah retakan bertambah yakni berjumlah 2,0 retakan sedangkan retak miring/retak geser pertama kali terjadi pada saat beban mencapai 120 kN dengan sudut kemiringan  44 dan bertambah lagi setelah beban mencapai 130,0 kN, 132,5 kN,140 kN dan mengalami perpanjangan retak geser sampai beban mencapai nilai maksimum dengan jumlah retak geser 4,0 retakan.

Gambar 4. 2 Pola retak balok B1-1 (serat 0,25%) 4.1.3. Pola Retak Balok B2-1 ( serat Bagu 0,50%)

 120 kN atau  80% dari beban max pada jarak  463 mm (area lentur) dari tumpuan kanan berupa retak lentur (Gambar 5.6).

Pada saat beban mencapai beban maksimum sebesar  150 kN , pada daerah lentur jumlah retakan bertambah yakni berjumlah 4,0 retakan sedangkan retak miring/retak geser pertama kali terjadi pada saat beban mencapai 130 kN dengan sudut kemiringan  57 dan bertambah lagi setelah beban mencapai 150 kN dan mengalami perpanjangan retak geser sampai beban mencapai nilai maksimum dengan jumlah retak geser 3,0 retakan.

Gambar 4.3 Pola retak balok B2-1 (serat 0,50%) 4.1.4. Pola Retak Balok B3-1 (serat Bagu 0,75%)

 132,5 kN atau  88,3% dari beban max pada jarak  573 mm dari tumpuan kanan (area lentur) berupa retak lentur (Gambar 5.7).

Pada saat beban mencapai beban maksimum sebesar  150 kN , pada daerah lentur jumlah retakan tidak bertambah yakni berjumlah 1,0 retakan sedangkan retak miring/retak geser pertama kali terjadi pada saat beban mencapai 135 kN dengan sudut kemiringan  44 dan bertambah lagi setelah beban mencapai 145 kN dan

(8)

mengalami perpanjangan retak geser sampai beban mencapai nilai maksimum dengan jumlah retak geser 2,0 retakan.

Gambar 4.4 Pola retak balok B3-1 (serat 0,75%) 4.1.5. Pola Retak Balok B4-1 (serat Bagu 1,0%)

 102,5 kN atau  68,3 % dari beban max pada jarak  596 mm di daerah tengah bentang berupa retak lentur (Gambar 5.8).

Pada saat beban mencapai beban maksimum sebesar  150 kN , pada daerah lentur jumlah retakan bertambah yakni berjumlah 4,0 retakan sedangkan retak miring/retak geser pertama kali terjadi pada saat beban mencapai 117,5 kN dengan sudut kemiringan  65 dan bertambah lagi setelah beban mencapai 135 kN, 140 kN dan mengalami perpanjangan retak geser sampai beban mencapai nilai maksimum dengan jumlah retak geser 3,0 retakan.

Gambar 4.5 Pola retak balok B4-1 (serat Bagu 1,0%)

Mengamati pola retak balok tinggi dengan berbagai variasi serat Bagu dalam kaitannya dengan persentase jumlah retak & posisi retak, dapat digambarkan suatu hubungan yang dapat dilihat pada Tabel 4.6.

Tabel 4.6 Persentase Jumlah Retak Variasi Serat

Jumlah Retak % terhadap Balok Kontrol Kode % Serat

Balok Daerah

Lentur

Daerah

Geser Total Daerah

Lentur Daerah Geser

B0-1 0.00 4 2 6 0.00 0.00

B1-1 0.25 2 4 6 -0.50 1.00

B2-1 0.50 4 3 7 0.00 0.50

B3-1 0.75 1 2 3 -0.75 0.00

B4-1 1.00 4 3 7 0.00 0.50

Dari tabel 4.6 dapat dilihat bahwa dengan penambahan serat Bagu telah terjadi perubahan jumlah retak pada pada masing-masing variasi serat. Perubahan maksimal terjadi pada persentase serat Bagu sebesar 0,75%

yang mampu mengurangi retak pada daerah lentur sebesar 75 % tetapi tidak berpengaruh terhadap retak pada daerah geser.

Terhadap retak pada daerah lentur penurunan persentase retak lentur sebesar 75 % menunjukan bahwa penambahan serat Bagu cukup signifikan untuk menaikan tahanan lentur balok terhadap momen karena serat Bagu mampu memperbaiki ikatan antar agregat (interlock) sehingga mampu menghambat terjadinya retak lentur , hal ini didukung oleh data kuat tarik beton serat 0,75% yang meningkat sebesar 6,98% menjadi 2,17 MPa.

Terhadap retak geser penambahan serat 0,75% tidak mempengaruhi jumlah retaknya hal ini menunjukan bahwa penambahan serat Bagu tidak berpengaruh untuk menahan gaya geser pada balok tinggi.

4.2. Beban Retak Pertama (Pcr)

Pada Tabel 4.7 dapat dilihat bahwa akibat variasi serat Bagu pada balok tinggi telah terjadi peningkatan beban retak pertama lentur dan geser jika dibandingkan balok normal. Peningkatan beban retak lentur pertama

(9)

Jurnal Spektran, Vol. 8, No. 1, Januari 2020 92 yang paling besar terjadi pada variasi serat 0,75% yakni sebesar 341,67% diikuti berturut-turut variasi serat 0,50%, 0,25% dan 1,0% dengan beban retak lentur pertama masing-masing sebesar 300%, 283,33% dan 241,67% , sedangkan pada beban retak geser pertama yang paling besar terjadi pada variasi serat 0,75% yakni sebesar 170 % diikuti berturut-turut variasi serat 0,50%, 0,25% dan 1,0% dengan beban retak geser pertama masing-masing sebesar 160 %, 140 % dan 135 % ,dengan demikian dapat dikatakan bahwa penambahan serat Bagu optimum agar mampu memperlambat terjadinya retak pertama lentur dan geser adalah konsentarsi serat Bagu 0,75 %.

Tabel 4.7 Beban Retak Pertama (Pcr)

No Kode Balok

Pcr

Lentur (kN)

Pcr Geser

(kN) % to Lentur % to Geser Keterangan

1 B0-1 30.00 50.00 0.00 0.00 Balok beton tanpa serat

2 B1-1 115.00 120.00 283.33 140.00 Balok beton serat 0,25 %

4.3. Hubungan Beban dan Lendutan

Lendutan vertikal pada tengah-tengah bentang balok dicatat pada setiap peningkatan beban 2,5 kN.

Hubungan beban dan lendutan yang terjadi dalam dilihat pada Gambar 4.6.

(a) Variasi Serat 0% dan 0,25% (b) Variasi Serat 0% dan 0,50%

(c) Variasi Serat 0% dan 0,75% (d) Variasi Serat 0% dan 1,00%

Gambar 4.6 Hubungn beban-lendutan pada balok beton dengan Variasi serat

Dari Gambar 4.6 dapat dilihat pengaruh variasi serat Bagu terhadap defleksi pada tengah bentang tersebut menunjukkan bahwa pada penambahan 0,25% serat Bagu maka kurva beban-defleksi semakin pendek yang berarti semakin getas atau semakin mudah runtuh. Hal ini dikarenakan retak yang terjadi adalah retak geser tanpa melalui retak lentur terlebih dahulu, sehingga retak mudah bertambah panjang dan lebar.

Variasi serat Bagu 0,75% menunjukan hubungan kurva beban-defleksi yang lebih landai yang berarti semakin daktail. Hal ini dikarenakan retak yang terjadi adalah retak geser badan yang menunjukan bahwa telah terjadi mekanisme aksi pelengkung sebagai cadangan kapasitas pada balok yang berkontribusi dalam menahan gaya geser yang terjadi pada balok.

(10)

Bentuk dari kurva hubungan beban dan lendutan pada balok tinggi beton tersebut dapat mengidentifikasi kekakuan (k) dari balok selama dilakukan pembebanan. Hubungan antara beban-lendutan dan kekakuan dapat dihitung dengan persamaan =P/δ , dimana k= besar kekakuan (gaya per satuan perpindahan), P= besar gaya yang diterima balok,  = besar perpindahan yang terjadi.

Kode No

Tabel 4.8 Perbandingan Kekakuan Balok

Kekakuan sebelum retak pertama (Ke) Kekakuan setelah retak pertama (Kp)

Melihat bentuk diagram P-, maka kekakuan dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu kekakuan pada kondisi elastis (ke) dan kekakuan pada kondisi Plastis (kp). kekakuan terkecil/ paling daktail dibandingkan dengan balok kontrol diberikan oleh balok dengan konsentrasi serat 0,75% yakni sebesar 6,92% pada kondisi elastis atau sebelum retak pertama terjadi dan 0,26% pada kondisi plastis atau setelah retak pertama terjadi. Dengan demikian penambahan serat Bagu optimum sebesar 0,75% mampu menambah daktailitas balok beton tanpa tulangan transversal.

4.4. Beban Maksimum Balok & Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Teoritis

Pada Tabel 4.9 diuraikan beban maksimum (Pmax) dan gaya geser maksimum (Vmax) berdasarkan hasil pengujian yang diamati pada masing-masing benda uji balok beton bertulang. Adapun hasil data pengujian dibandingkan dengan hasil perhitungan teoritis untuk gaya geser maksimum (Vmax).

Dari Tabel 4.9 dapat dilihat bahwa kapasitas geser balok tinggi beton serat Bagu tanpa tulangan transversal lebih tinggi dari prediksi berdasarkan teori STM dan SNI dengan ratio terkecil terjadi pada balok dengan persentase serat Bagu 0,75 % yakni sebesar 1,07 untuk teori STM dan 2,39 untuk teori SNI.

Tabel 4.9 Perbandingan beban maksimum hasil eksperimen dengan teoritis

Gaya Geser No Variasi Balok Kode f’c (MPa) Beban Max

Eksperimen

Max.Teoritis (Vmax)

V /V V /V

Balok STM SNI

(kN) (kN) (kN)

n(exp) n(STM) n(exp) n(SNI)

1 Tanpa Serat B0-1 21.68 150 132.18 61.22 1.13 2.45

2 Serat Bagu 0,25 % B1-1 20.93 150 127.59 60.31 1.18 2.49

3 Serat Bagu 0,50 % B2-1 20.93 150 127.59 60.31 1.18 2.49

4 Serat Bagu 0,75 % B3-1 23.00 150 140.23 62.76 1.07 2.39

5 Serat Bagu 1,0 % B4-1 21.68 150 122.99 61.22 1.22 2.45

5 KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Penambahan 0.75 % serat Bagu dapat meningkatkan kuat tekan beton menjadi sebesar 23.00 MPa, terjadi peningkatan sebesar 6.09 % terhadap beton polos tanpa serat dan meningkatkan kuat tarik beton menjadi sebesar 2.17 MPa, terjadi peningkatan sebesar 6.98 % terhadap beton polos tanpa serat.

2. Penambahan 0.75 % serat bagu berdampak terhadap retak pada daerah lentur dimana terjadi penurunan persentase retak lentur sebesar 75 % , hal ini menunjukan bahwa penambahan serat Bagu cukup signifikan untuk menaikan tahanan lentur balok terhadap momen karena serat Bagu mampu memperbaiki ikatan antar agregat (interlock) sehingga mampu menghambat terjadinya retak pada daerah lentur , hal ini didukung oleh data kuat tarik beton serat 0,75% yang meningkat sebesar 6,98% menjadi 2,17 MPa.

Balok P/

Persentase (%) P/

Persentase (%)

(kN/mm) (kN/mm)

1 B0-1 41.38 0.00 47.77 0.00

2 B1-1 57.36 38.61 48.94 0.02

3 B2-1 43.01 3.94 42.13 -0.12

4 B3-1 38.52 -6.92 35.50 -0.26

5 B4-1 48.93 18.24 41.27 -0.14

(11)

Jurnal Spektran, Vol. 8, No. 1, Januari 2020 94 3. Peningkatan beban retak lentur pertama yang paling besar terjadi pada variasi serat 0,75% yakni sebesar

341,67% , sedangkan pada beban retak geser pertama yang paling besar terjadi pada variasi serat 0,75%

yakni sebesar 170 %, dengan demikian dapat dikatakan bahwa penambahan serat Bagu optimum agar mampu memperlambat terjadinya retak pertama lentur dan geser adalah konsentarsi serat Bagu 0,75

%.Variasi serat Bagu 0.75% menunjukan hubungan kurva beban-defleksi yang lebih landai yang berarti semakin daktail.

4. Kekakuan beton yang paling daktail diberikan oleh balok dengan konsentrasi serat 0,75% dengan persentase terhadap balok kontrol sebesar 6,92% pada kondisi sebelum retak pertama terjadi dan 0,26%

pada kondisi setelah retak pertama terjadi. Dengan demikian penambahan serat Bagu optimum sebesar 0,75% mampu menambah daktailitas balok beton tanpa tulangan transversal.

5. Tingkat keakuratan prediksi kapasitas geser balok tinggi beton serat Bagu tanpa tulangan transversal antara hasil eksperimen dan teori menunjukan bahwa kapasitas geser hasil eksperimen lebih tinggi dari prediksi berdasarkan teori STM dan SNI dengan ratio terkecil terjadi pada balok dengan persentase serat Bagu 0,75 % yakni sebesar 1.07 untuk teori STM dan 2,39 untuk teori SNI.

DAFTAR PUSTAKA

ACI Committee 544, 1988, Design Consideration For Steel Fiber Reinforced Concrete,Report : ACI 544.4R – 88 Ariatama, Ananta . Pengaruh Pemakaian Serat Kawat Berkait Pada Kekuatan Beton Mutu Tinggi Berdasarkan

Optimasi Diameter Serat. Universitas Diponegoro. 2007

ASTM C-33. Standard Specification for Concrete Aggregates. United States.

Badan Standarisasi Nasional .2013. SNI 03-2847-2013 : Persyaratan beton Struktural untuk Bangunan Gedung.Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta

Campione, G.2012. Flexural Behavior of Steel Fibrous Reinforced Concrete Deep Beams. (journal of structural engineering © asce), Feb., (cited 2018 okt.18). Available from: ascelibrary.org by Udayana University on 10/18/17. Copyright ASCE.

Campione, G.2013. Flexural and Shear Resistance of Steel Fiber–Reinforced Lightweight Concrete Beams.

(journal of structural engineering © asce), Apr., (cited 2018 okt.18). Available from: ascelibrary.org by Udayana University on 10/18/17. Copyright ASCE.

Kia wang C dan Salmon C.1995. Disain Beton Bertulang. (Binsar Harianja, Pentj).Bandung:ITB

Lumantarna, B. 2002. Merencanakan Beton Bertulang Secara Rasional,Dari Strut and Tie Sampai Modified Compression Field (Materi Kuliah Tamu di Program Teknik Sipil Unud),Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan,Universitas Kristen Petra,Surabaya.

MacGregor, James G. 1997. Reinforced Concrete Mechanics and Design. New Jersey : Prentice-Hall,Inc.

Ndoen, VG .,Sina D., Bunganaen, W.2015. Pengaruh Penambahan Serat Daun Gewang (Corypha Utan Lam) Terhadap Kuat Lentur Dan Kuat Tarik Belah Beton. ( Jurnal Teknik Sipil), April.,(cited 2018 okt.18).Available from : http://puslit2.petra.ac.id/ ejournal/ index.php/jurnal-teknik-sipil/article/view/19448 Russo, G.,Venir, R. and Pauletta,M.2005.Reinforced Concrete Deep Beams-Shear Strength Model and Design

Formula.(ACI Structural Journal/may-june 2005)

Badan Standardisasi Nasional (BSN). 2013. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Bertulang Untuk Bangunan Gedung. SNI 2847-2013. Jakarta:BSN

Badan Standardisasi Nasional (BSN). 1991. Metode Pengujian Kuat Tarik – Beban Beton. SNI 03-2491-1991.

Jakarta: BSN.

Sudarsana, IK.2016. Prediksi Kuat Geser Balok - Tinggi Beton Bertulang Berdasarkan Strut And Tie Model.balok tinggi. ( Jurnal Teknik Sipil), okt.,(cited 2018 okt.18).Available from : https:// www.researchgate.net /publication/ 265011700_Prediksi_Kuat_Geser

Suhardiman, M.2011. Kajian Pengaruh Penambahan Serat Bambu Ori Terhadap Kuat Tekan Dan Kuat Tarik Beton. ( Jurnal Teknik Sipil), okt.,(cited 2018 okt.18).Available from : https://media.neliti.com/

media/publications/187939-ID-pengaruh-penambahan-ser

Tavio dan Lasino.2015. Tata Cara Penentuan Proporsi Campuran Untuk Beton dengan Semen Portland Biasa, Semen Portland Pozzolan, dan Semen Portland Komposit (Berdasarkan SNI 7656;2012 dan ACI 211.1-91).

CIPTA DEA PUSTAKA, Bandung.

Tjokrodimuljo, Kardiyono, 1996, Teknologi Beton. Yogyakarta : Nafiri.

Wati,Y .2016. Pengaruh Variasi Kadar Lightweight Expanded Clay Aggregate (LECA) Terhadap Karakteristik Beton Serat Bagu.

Yasa dan Wati .2015. Pemanfaatan serat nanas sebagai Material Penyusun Beton.