Studi Pemodelan Backbone Curve Untuk Kolom Beton Bertulang

(1)

COVER HALAMAN

STUDI PEMODELAN BACKBONE CURVE UNTUK KOLOM BETON BERTULANG

(Study of Backbone Curve Modeling for Reinforced Concrete Column)

TESIS

Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung

Disusun Oleh:

WIDOWATI TITIS PARATRI 25017325

(Program Studi Magister Teknik Sipil)

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2021

Koleksi digital milik UPT Perpustakaan ITB : Hanya di pergunakan di area kampus ITB untuk keperluan pendidikan dan penelitian

(2)

ii

LLEMBAR PENGESAHAN

STUDI PEMODELAN BACKBONE CURVE UNTUK KOLOM BETON BERTULANG

Disusun Oleh:

WIDOWATI TITIS PARATRI 25017325

(Program Studi Magister Teknik Sipil) Institut Teknologi Bandung

Menyetujui, Tim Pembimbing Tanggal : 20 Juni 2021

Dosen Pembimbing

Erwin Lim S.T., M.S., Ph.D.

(3)

ABSTRAK

STUDI PEMODELAN BACKBONE CURVE UNTUK KOLOM BETON BERTULANG

Disusun Oleh:

WIDOWATI TITIS PARATRI 25017325

(Porgram Studi Magister Teknik Sipil)

Pesatnya pembangunan infrastruktur di Indonesia saat ini, memacu berbagai ahli teknik sipil untuk terus berinovasi dalam menciptakan bangunan yang aman, nyaman dan berestetika. Dewasa ini banyak ahli teknik sipil mulai merencanakan bangunan dengan memperkecil dimensi elemen strukturnya yaitu dengan menggunakan material berkekuatan tinggi (high strength materials; fc > 70 MPa untuk beton, dan fy > 420 MPa untuk besi tulangan), tentunya tidak mengabaikan aturan-aturan yang berlaku dalam mendesain bangunan.

Dalam merencanakan penggunaan material berkekuatan tinggi dan dimensi elemen struktur yang diperkecil, dibutuhkan analisis lanjutan seperti Pushover Analysis dan/atau Non-Linear Time History Analysis (NLTHA). Analisis tersebut membutuhkan suatu model struktur yang dapat menangkap keadaan kerusakan utama pada elemen struktur selama response seismic yang disebut model histeresis.

Model histeresis tersebut digunakan untuk memperkirakan penyimpangan akibat beban pada elemen struktur yang nantinya menghasilkan suatu gambar kurva yang disebut backbone curve. Backbone curve ini merupakan gambar kurva yang menghubungkan titik – titik pada nilai – nilai tertinggi (extreme value) di setiap hasil gerakan siklik atau gerakan bolak balik pada respon seismik.

Pemodelan backbone curve ini dapat dilakukan dengan cara empiris yang mana sudah diatur dalam peraturan ASCE 41-13. Pada ASCE 41-13, data-data parameter yang digunakan merupakan kumpulan data statistik hasil pengujian- pengujian kolom terdahulu. Dimana model-model kolom yang digunakan memiliki material berkekuatan normal (normal strength materials / NSM).

Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan studi mengenai pemodelan backbone curve yang dimodelkan secara empiris (ASCE 41-13) apakah masih applicable untuk high strength material’s column atau tidak, dengan judul “Studi Pemodelan Backbone Curve Untuk Kolom Beton Bertulang”. Selanjutnya, hasil

(4)

iv analisis dari pemodelan empiris ini juga akan dibandingkan dengan pemodelan backbone curve secara rasional yaitu dengan menggunakan analisis penampang (sectional analysis) sebagai validasi dari analisis secara empiris.

Hasil pengumpulan data berdasarkan ruang lingkup penelitian, didapatkan jumlah spesimen sebanyak 95 spesimen dari 19 authors. Dimana untuk kolom High Strength Material (HSM) sebanyak 41 spesimen, yang diantaranya 11 spesimen dengan kegagalan lentur, 2 spesimen dengan kegagalan lentur-geser, dan 28 spesimen dengan kegagalan geser. Selain itu untuk kolom Normal Strength Material (NSM) sebanyak 54 spesimen, yang diantaranya 37 spesimen dengan kegagalan lentur, 8 spesimen dengan kegagalan lentur-geser, dan 9 spesimen dengan kegagalan geser.

Berdasarkan hasil analisis-analisis yang dilakukan pada penelitian ini di dapatkan hasil bahwa pemodelan backbone curves secara empiris (ASCE 41-13) kurang representatif dalam shear failure baik itu pada kolom HSM maupun kolom NSM. Kemudian pada pemodelan backbone curve secara rasional (berdasarkan analisis penampang) lebih representatif dengan data base baik itu untuk kolom HSM maupun kolom NSM, dibandingkan dengan pemodelan backbone curve secara empiris. Selain itu dalam pemodelan backbone curves secara empiris memerlukan interpolasi dibeberapa kondisi, sehingga akurasi perameter yang digunakan masih kurang representatif bila dibandingkan dengan pemodelan backbone curves secara rasional.

Selain itu dilakukan pula analisis terhadap pengaruh perbandingan Hoops Ratio (Ashex/ Ash ACI) pada kondisi drift ratio di 80% Pmax. Dimana hasil yang didapatkan adalah spesimen dengan hoops ratio yang kecil tidak selalu memiliki drift ratio yang besar, begitu pula sebaliknya. Penggunaan hoops ratio yang ditentukan oleh ACI 318-14 pada kolom NSM disemua kondisi kegagalan sudah cukup konservatif karena spesimen yang berada dikuadran IV sangat sedikit.

Sementara itu pada kolom HSM sudah konservatif di kondisi kegagalan lentur dan lentur-geser, namun berbeda hasil untuk spesimen kegagalan geser walaupun beberapa sudah memenuhi hoops ratio yang ditentukan oleh ACI 318-14 akan tetapi deformabilitasnya masih dibawah 3%.

Kata kunci: Backbone curve, reinforced concrete column, kegagalan pada kolom, analisis empiris, analisis rasional, High strength material’s column, dan Normal strength material’s column, hoops ratio.

(5)

v

ABSTRACT

STUDY OF BACKBONE CURVE MODELING FOR REINFORCED CONCRETE COLUMN

By:

WIDOWATI TITIS PARATRI 25017325

(Master’s Program in Civil Engineering)

The rapid development of infrastructure in Indonesia at this time has spurred the civil engineers to innovate in creating safe, comfortable and aesthetically buildings. Nowadays, many civil engineers are starting to design buildings by reducing the dimensions of their structural elements, where is by using high strength materials (fc > 70 MPa for concrete, and fy > 420 MPa for reinforcing steel), of course, not ignoring the applicable rules in designing buildings.

In planning the use of high-strength materials and reduced dimensions of structural elements, further analysis such as Pushover Analysis and/or Non-Linear Time History Analysis (NLTHA). The analysis requires a structural model that can capture the state of the main damage to the structural elements during the seismic response which is called the hysteresis model. The hysteresis model is used to estimate the deviation due to the load on the structural elements which will produce a curve image called the backbone curve. This backbone curve is an image of a curve that connects the points at the highest values (extreme values) in each result of cyclic motion or back and forth motion in seismic response.

This backbone curve modeling can be done in an empirical way which is regulated in ASCE 41-13 regulations. In ASCE 41-13, the parameter data used is a collection of statistical data from the previous column tests. Where the column models used are normal strength materials (NSM).

Therefore, in this study a study of the empirically modeled backbone curve (ASCE 41-13) was conducted whether it was still applicable to high strength material's column or not, with the title "Study of Backbone Curve Modeling for Reinforced Concrete Columns". Furthermore, the analysis results from this empirical modeling will also be compared with rational backbone curve modeling by using sectional analysis as validation of the empirical analysis.

(6)

vi The results of data collection based on the scope of the study, obtained the number of specimens as many as 95 specimens from 19 Authors. Where for the High Strength Material's (HSM) column as many as 41 specimens, of which 11 specimens with flexural failure, 2 specimens with shear-flexural failure, and 28 specimens with shear failure. In addition to the Normal Strength Material's (NSM) column as many as 54 specimens, including 37 specimens with flexural failure, 8 specimens with flexural-shear failure, and 9 specimens with shear failure.

Based on the results of the analyzes carried out in this study, it was found that the empirical modeling of backbone curves (ASCE 41-13) was less representative in shear failure in both the HSM column and the NSM column. Then the backbone curve modeling rationally (based on cross-sectional analysis) is more representative with the data base for both the HSM column and the NSM column, compared to the empirical backbone curve modeling (ASCE 41-13). In addition, empirical modeling of backbone curves (ASCE 41-13) requires interpolation in several conditions, so that the parameter accuracy used is still less representative when compared to rational modeling of backbone curves.

In addition, the author also do an analysis the effect of the Hoops Ratio (Ashex/ Ash ACI) comparison on the drift ratio condition at 80% Pmax. Where the results obtained are specimens with a small hoops ratio do not always have a large drift ratio, and vice versa. The use of the hoops ratio determined by ACI 318-14 on the NSM column in all failure conditions is quite conservative because there are very few specimens in the IV quadrant. Meanwhile, the HSM column was conservative in flexural and flexural-shear failure conditions, but the results were different for the shear failure specimens, although some had qualify the hoops ratio determined by ACI 318-14 but the deformability was still below 3%.

Keywords: Backbone curve, reinforced concrete column, type of column failure, rational analysis, empirical analysis, High strength material’s column, and Normal strength material’s column, hoops ratio.