EFEKTIVITAS PRATEGANG PARSIAL
PADA SUB ASSEMBLAGE
ABSTRAK
EFEKTIVITAS PRATEGANG PARSIAL PADA SUB ASSEMBLAGE
BALOK PERANGKAI DINDING GESER GANDA Oleh:
AWAL SURONO NIM. 35099031
Penggunaan dinding geser beton bertulang sangat populer dipakai dalam perencanaan gedung bertingkat agar memiliki ketahanan terhadap pergerakan lateral akibat gempa. Keuntungan yang diberikan oleh adanya dinding geser adalah terjadinya peningkatan kekakuan gedung yang dapat mengurangi terjadinya kerusakan pada elemen non-struktural dan juga meningkatkan keamanan terhadap terjadinya keruntuhan. Keuntungan lain adalah bahwa dinding masih memiliki kemampuan untuk mempertahankan daya dukungnya walaupun sebagian besar pada bagian bawahnya sudah retak.
Di dalam praktek, karena alasan arsitektural, seringkali dibutuhkan lubang yang menembus dinding untuk keperluan pintu, jendela atau untuk keperluan lain. Apabila ukuran lubang cukup luas dan letaknya teratur, maka dinding dapat dianggap sebagai dua dinding yang lebih kecil yang dihubungkan pada setiap lantainya dengan balok-balok yang pendek dan kaku, seringkali berupa balok tinggi yang disebut balok perangkai, menghasilkan suatu sistim dinding penahan gempa yang baru yang disebut dinding geser ganda.
Sistim dinding geser ganda yang direncanakan dengan baik memiliki kekuatan, kekakuan dan kapasitas mendisipasikan energi yang lebih besar dibandingkan dengan dinding geser tunggal. Pada dinding geser tunggal, perilaku plastis dari seluruh dinding bergantung pada daerah sendi plastis pada bagian bawah dinding, dimana didaerah ini terjadi rotasi yang besar dan kelelehan tulangan.
Sebagai akibatnya, kekakuan, kekuatan dan kapasitas pendisipasian energi dari seluruh sistim struktur bergantung pada respon didaerah ini.
Balok perangkai yang menghubungkan dua dinding, karena letaknya teratur dapat lebih baik dalam mendistribusikan beban dan kebutuhan deformasi melalui seluruh bagian sistim stuktur dibandingkan dengan hanya terkonsentrasi pada satu daerah sendi plastis. Balok perangkai memberikan kemampuan pada struktur untuk memindahkan gaya vertikal dari satu dinding ke dinding lainnya, menimbulkan efek rangkai yang akan menahan sebagian momen guling total yang disebabkan oleh beban gempa. Efek rangkai ini akan mengurangi momen guling yang seharusnya diterima oleh masing-masing dinding dan dengan perilaku plastisnya dapat mendisipasikan energi pada seluruh ketinggian dari sistim dinding geser ganda. Agar diperoleh hasil yang optimum, mekanisme pendisipasian energi harus dapat terjadi melalui terbentuknya sendi plastis pada hampir semua balok perangkai dan kedua dasar dinding.
Balok perangkai harus cukup kuat dan kaku tetapi harus leleh lebih dahulu sebelum dindingnya, berperilaku daktail dan menunjukan karakteristik pendisipasian energi yang baik. Aksi rangkai antar dinding terjadi melalui gaya geser pada balok perangkai mengakibatkan balok mengalami gaya geser dan momen lentur yang besar. Keruntuhan geser yang seringkali terjadi pada balok perangkai hams dicari pemecahannya.
Beberapa penelitian yang telah dilakukan untuk mendapatkan perencanaan balok perangkai yang ideal dilakukan sejak 35 tahun yang lalu, Paulay (1971); Harries (2000); Tawil dan Kuenzli (2000); Canbolat, Montesinos dan Wight (2005). Sistem penulangan dan material yang digunakan untuk balok perangkai adalah yang menjadi topik penelitian.
Telah diketahui bahwa kapasitas geser dari balok beton bertulang akan meningkat apabila ada gaya tekan yang bekerja pada penampang balok, dan juga telah dikenal bahwa gaya tekan dapat diberikan pada penampang balok dengan menggunakan sistim prategang. Balok yang ditulangi dengan kombinasi penulangan biasa dan penulangan prategang disebut balok prategang parsial. Tujuan dari disertasi ini adalah melakukan penelitian mengenai penggunaan sistem parsial prategang untuk meningkatkan kekuatan balok perangkai terutama terhadap gaya geser yang besar.
Untuk mendapatkan kajian yang lebih mendalam mengenai efektifitas gaya prategang pada balok perangkai, dilakukan uji eksperimental terhadap 4 buah model benda uji.
Dalam program eksperimental dibuat dua buah benda uji yang diberi tulangan lentur dan geser dengan salah satunya diberi gaya prategang dan dua buah benda uji lagi yang diberi tulangan lentur, geser dan tulangan diagonal dengan salah satunya diberi gaya prategang, sehingga total dibuat 4 buah benda uji.
Kajian eksperimental yang dilakukan meliputi evaluasi terhadap peningkatan kekuatan balok dengan adanya gaya prategang, pola retak yang terjadi, distribusi tegangan dan kurva histeretik yang diperoleh.
Hasil eksperimen menunjukan bahwa gaya prategang sebesar 40 ton ( 8%.fc'.Ag) memberikan peningkatan kekuatan menahan gaya geser sebesar 27% pada benda uji tanpa tulangan diagonal.
Dilihat dari terjadinya retak, pada balok yang diberi gaya prategang retak barn terjadi pada tingkat pembebanan yang lebih tinggi dengan bidang distribusi tegangan yang lebih luas. Dari kurva histeretik hasil pengujian, besarnya perpindahan yang terjadi tidak menunjukan adanya penurunan kemampuan benda uji untuk mengalami deformasi plastis.
Hasil perhitungan dengan menggunakan metoda push-over menunjukan bahwa besarnya prategang yang diberikan sebaiknya tidak melebihi 20%.fc'.Ag agar tidak terjadi kehancuran akibat tekan tetapi juga jangan kurang dari 8%.fc'.Ag karena kontribusinya terlalu sedikit. Pemberian prategang sebesar 10%-12% memberikan hasil yang optimum, baik untuk balok tanpa atau dengan tulangan diagonal.
Kata kunci : dinding geser, dinding geser ganda, balok perangkai, prategang parsial, keruntuhan geser, dan disipasi energi.
ABSTRACT
EFFECTIVENESS OF PARTIALLY PRESTRESSED COUPLING BEAM IN SUB-ASSEMBLAGE
COUPLED WALL SYSTEM By:
AWAL SURONO NIM. 35099031
The use of reinforced concrete shear walls is a very popular scheme in the design of multistorey buildings to provide resistance to horizontal movement from earthquake motion. The main advantage offered by walls is the significant increase in the stiffness of the building, which leads to reduce degree of damage of non-structural elements and also increase the safety against collapse. Another advantage of structural walls is that, even after their extensive craking, they are able to maintain most of their bearing capacity.
In practical construction, due to architectural reason, openings are frequently required to accommodate doors, windows, or even utility ducts. Whenever the relative area of the openings is not small and their arrangement is uniform, the wall may be thought of as two smaller walls interconnected to each other at the floor level by short, often deep, beams called coupling beams, and resulting a new system of seismic resistant structural walls called coupled shear wall.
Properly designed coupled shear wall systems posses significantly higher strength, stiffness, and energy dissipation capacity than isolated structural walls. In isolated shear walls, inelastic behavior of the entire wall is dependent on the plastic hinge zone at the wall base, where large rotations and yielding of reinforcement take place. As a result, the stiffness, strength and energy dissipation capacity of the entire structural system are depend on the the response of this region.
Reinforced coupling beams that connect two walls in series are employed to better distribute load and deformation demands throughout the wall system rather concentrate it at the plastic hinge region. Coupling beam provides a transfer of vertical forces between adjacent walls, which creates a coupling action that resists a portion of the total overturning moment induced by the base shear. This coupling action will reduce the moments that must be resisted by the individual walls and by its inelastic behavior the energy is dissipated over the entire height of the wall system. For optimum performance, the energy dissipating mechanism should involve formation of plastic hinges in most of coupling beams and at the base of each wall. The coupling beams must be sufficiently strong and stiff but must yield before the wall, behave in a ductile manner, and exhibit significant energy absorbing characteristics.
The coupling action between wall is developed through shear in the coupling beam causing high shear and also high moment. The shear failure which frequently occurrs in coupling beam must be solved.
Some research have been conducted to obtain an ideal design of coupling beam since 35 years ago, Paulay (1971); Harries (2000); Tawil and Kuenzli (2002); Canbolat, Montesinos and Wight (2005). The reinforcement system and material to be used for coupling beam are the focus of their research.
It is well known that shear capacity of reinforced concrete beam increases if there is a compression force acts on the beam section, and it is also known that the compression force can be given to the beam section by using prestressing system. A beam that is reinforced by both ordinary reinforcement and prestressing reinforcement is called partially prestressed beam.
The objective of this dissertation is to perform a research about the use of partially prestressed system to improve the strength of coupling beam especially against high shear force. In order to obtain plain behavior illustration, this research carries out experimental test toward some models of partially prestressed coupling beam.
Four models of coupling beam was carried out to be tested, two models without diagonal reinforcement and the rest two models with diagonal reinforcement. For each type of reinforcements, one of the model is prestressed with 40 tons axial force or about 8%.fc'Ag. The experimental results of partially prestressed beam show that the strength of beam against shear increase about 27%, crack happened at higher load and compression stress was distributed on the larger area.
From the hysteretic curves resulted from test, there is no indication of decreasing ability of the models to deform plastically.
Push over analysis shows that the optimum prestressing force was obtain at the level 10% to 12 % fc'Ag. The analysis also shows that the prestressing force of 20%fc'Ag is the maximum value that can be given to the beam to prevent crushing failure and do not less than 8%fcAg in order to get a significant contribution.
Key words : shear wall, coupled shear wall, coupling beam, partially prestressed, shear failure, and energy dissipation.
