KUAT LENTUR BALOK KOMPOSIT BAJA-BETONPASCA BAKAR

Lilis Indriani, ST, MT ,Ahmad Tohir, ST E-mail: indrianililis@yahoo.com

AbstrakBangunan sipil terutama bangunan gedung dan jembatan yang mengalami kebakaran akhir – akhir ini menjadi suatu permasalahan yang harus diselesaikan. Dan untuk menyelesaikan permasalahan ini, salah satunya adalah dengan mengestiminasi kekuatan sisa yang ada akibat kebakaran tersebut.Penelitian kuat lentur balok komposit baja-beton pasca bakar tidak lain bertujuan untuk mengetahui kekuatan sisa yang dimaksud meliputidegredasi kuat lentur dan perilaku balok komposit baja-beton setelah mengalami kebakaran. Nilai kekakuan (P/Δ), factor kekaukan (EI) dan kapasitas lentur (Mn) balok komposit baja- beton yang diperoleh dari grafik hubungan beban –lendutan dan grafik momen kelengkungan dapat memberikan gambaran yang jelas untuk tujuan itu.Dengan memperhatikan grafik hubungan beban-lendungan dan momen-kelengkungan menunjukkan bahwa balok komposit baja-beton (concrete-encased beam) yang dibakar pada suhu konstan selama 3 jam akan terjadi penurunan nilai kekakuan pada suhu 200C sebesar 20% dan terus meningkat dengan bertambahnya temperature. Faktor kekakuan (EI) turun lebih dari 50% pada suhu 200 C sampai 400C, sedangkan kuat lentur(Mn) mengalami penurunan sebesar 13,33% pada suhu 300C dan 16,67% pada suhu 400C, akan tetapi pada suhu 200C kuat lentur maksimum masih dapat dipertahankan (kuat lentur maksimal masih 100%).Dengan demikian dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa balok komposit baja-beton (concrete-encased beam) pasca bakar akan mengalami degradrasi kuat lentur seiring dengan kenaikan suhu dan lama pembakaran. Selain itu dengan bertambahnya temperature, faktor daktilitas balok komposit menjadi turun terutama daktilitas kelengkungan menunjukkan penurunan yang sangat tajam. Namun demikian pada kondisi tertentu, balok seperti ini masih memiliki kekuatan dan kekakuan yang memadai sehingga masih layak untuk difungsikan kembali asalkan deformasi pada beton tidak menunjukkan penurunan yang besar dan masih dapat diperbaiki.

Keyword: balok komposit, temperature, faktor daktilitas

I. PENDAHULUANDewasa ini, baja komposit lebih sering digunakan untuk struktur gedung berlantai banyak dan sebagian untuk struktur jembatan. Bangunan gedung dan jembatan tersebut tidak terlepas dari permasalahan – permasalahan karena faktor alam maupun kesalahan dari manusia (human error) seperti timbulnya kebakaran. Struktur dengan baja komposit yang mengalami kebakaran akan mengakibatkan kerusakan pada struktur dari tingkat yang paling rendah hingga tingkat yang (collape). Hal ini dikarenakan temperature yang tinggi dapat mempengaruhi sifat dan perilaku dari elemen balok atau kolom yang pada akhirnya dapat mempengaruhi perilaku struktur secara keseluruhan.

1.1 PERUMUSAN MASALAHBalok komposit baja-beton merupakan salah satu elemen struktur yang tersusun dari berbagai macam material seperti baja, pasir, kerikil, semen dan air. Masing – masing material ini apabila terkena panas yang tinggi akan bereaksi sesuai dengan kemampuan menahan panas yang mengakibatkan perubahan masing – masing zat penyusun materail tersebul dan pada akhirnya akan mempengaruhi kekuatan elemen struktur secara keseluruhan.Elemen struktur komposit baja-beton yang terkena suhu tinggi akan mengalami penurunan mutu bahan terutama kekuatan desak beton yang sangat berpengaruh pada kekuatan lentur balok. Hal ini terjadi karena kekuatan lentur balok komposit sangat tergantung dari seberapa besar kuat desak beton yang terjadi pada tepi atas

balok selain pengaruh lekatan yang terjadi antara baja dan beton.

1.2 TUJUAN PENELITIANTujuan dari penelitian ini adalah untuk:

a. Mengetahui kuat lentur balok komposit baja-beton pasca bakar dan membandingkan dengan kuat lentur balok komposit baja-beton yang tidak tebakar.

b. Mengetahui hubungan momen-kelengkungan dan beban-lendutan pada balok komposit baja-beton pasca bakar.

1.3 BATASAN MASALAHPada penelitian ini dilakukan pembatasan yaitu:

a. Penelitian yang dilakukan merupakan uji kuat lentur struktur balok baja komposit diselimuti beton.

b. Balok baja tanpa tulangan sengkang.c. Penutup beton minimal

2. TINJAUAN PUSTAKA2.1Pengertian Balok Komposit

Gere & Timoshenko (1984), menyatakan bahwa batang struktural yang didesain untuk menahan gaya – gaya yang bekerja dalam arah transversal terhadap sumbunya disebut balok (beam)Menurut Salmon & Johnson (1991), aksi struktur komposit pada balok baja yang dicor secara monolit dalam bentuk memilik interaksi yang baikantara balok baja dan beton, selain itu lekatan ini tergantung pada interaksi antara baja dan beton.Dengan demikian yang dimaksud balok komposit (composite beam) adalah batang struktural yang mendukung gaya – gaya arah trasversal terhadap sumbunya dimana kekuatannya tergantung pada interaksi mekanis diantara dua atau lebih bahan yang berbeda.

2.2Perilaku Baja Dan Beton Pada Temperatur TinggiSifat – sifat baja dan beton dipengaruhi oleh suhu. Pada suhu yang sama dengan yang dijumpai pada kebakararan., kekuatan dan modulus elastisitas berkurang (Mark fintel, 1987). Pada temperatur tinggi sekitar 430C

sampai dengan 540C, modulus elastisitas, kekuatan leleh, dan kekuatan tarik baja mengalami laju penurunan maksimum (Salmon-Johnson, 1992). Selain itu, daya tahan baja terhadap api dari tulangan yang telindung diperlemah oleh konduktifitasnya yang tinggi terhadap panas dan kenyataannya bahwa kekuatan tulangan akan berkurang banyak pada temperatur tinggi (Wilter, 1987 via Ibadilhaq dan Jauhari, 1998). Disisi lai, menurut Neville (1987) via Qolyubi dan Rahmani (1998), beton menunjukkan kenaikan kuat desak pada temperatur 200C - 300C, tetapi diatas 400C kuat desak hanya mencapai 90% dari kuat desak normal dan maksimum 40% pada suhu 700C. Oleh Mindess hal tersebut dibuktikan bahwa kuat desak beton dapat dipertahankan sampai dengan 300C, lebih dari itu kuat desak beton akan menurun. Qolyubi dan Rahmani (1998), juga mengatakan penelitian yang dilakukan oleh Carlos Castile dan A.J. durrani (1990), menyimpulkan bahwa pemanasan pada temperatur 100C sampai 400C akan menyebabkan kuat tekan beton berkurang 15% sampai 20%. Pemanasan antara suhu 400C sampai 600C akan menyebabkan kekuatan beton naik sekitar 8% sampai 13%. Pemanasan diatas 600C menyebabkan kekuatan beton akan turun kembali sekitar 30%.

2.3Pengaruh Lekatan Pada Balok KompositPerubahan temperatur pada balok komposit dapat menyebabkan sifat lekatan antara baja dan beton menjadi berkurang. Perbedaan angka muai yang tidak terlalu besar antara bja dan beton pada suhu kamar akan sangat berpengaruh bila suhu terus dinaikkan sampai kedua bahan mengalami degradasi yang maksimum. Sebab pada suhu yang relatif tinggi, baja akan mengalami pemuaian yang lebih besar dibandingkan yang terjadi pada beton. Angka muai yang besar akibat kenaikan suhuini menyebabkan baja dan beton akan mengalami slip relatif seiring dengan pertambahan beban yang pada akhirnya mempengaruhi kekuatan balok komposit. Selain pengaruh suhu, lakatan yang terjadi pada baja dan beton juga dipengaruhi oleh adhesi bahan dan luas bidang lekatan.Supaya sebuah gelagar dan slab beton dapat menjadi satu kesatuan, kedua material harus disambung sedemikian rupa sehingga geseran

longitudinal (membujur) bisa disalurkan diantara keduanya. Apabila gelagar baja dibungkus sepenuhnya dengan beton (concrete-encased beam), maka tidak perlu dipakai alat penyambung mekanis, karena geseran membujur bisa disalurkan sepenuhnya oleh ikatan antara baja dan beton dan jika gelagar baja tidak dibungkus sepenuhnya dengan beton maka perlu dipakai penghubung geser (shear connector)

2.4Grafik Hubungan Beban – Lendutan Balok KompositHubungan beban – lendutan balok komposit berdasarkan penelitian Brian Uy & Mark Andrew Bradford (1995), ditunjukkan pada Gambar 2.1 .

Gambar 2.1 Hubungan Beban (P) dan Lendutan () Balok Komposit

Berdasarkan landasan teori yang ada maka dapat dibuat suatu hipotesa grafik hubungan beban lendutan seperti pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Hubungan Beban (P) dan Lendutan () Balok Komposit Pasca Bakar

Akibat dari naiknya temperatur pada balok komposit mengakibatkan kekuatan dan kekakuan balok komposit pasca bakar dalam menerima beban menjadi berkurang. Ini dapat terjadi karena kekuatan balok komposit sangat tergantung pada kekuatan beton yang menerima tekan atau bergantung pada niali fc’ yang dipengaruhi oleh perubahan temperatur. Dari hubungan persamaan kekauan balok dapat diketahui bahwa semakin besar lendutan yang terjadi maka nilai kekakuan balok menjadi berkurang dengan demikian kekuatan balok dalam menerima beban juga semakin kecil.

3. METODE PENELITIANPenelitian kuat lentur balok komposit baja-beton pasca bakar menggunakan benda uji berupa delapan buah balok komposit dengan variasi suhu 200ºC, 300ºC, 400ºC dan tanpa pembakaran sebagai pembanding.

3.1 Bahan – Bahan PenelitianBahan-bahan yang digunakan secara umum adalah:

a. Pasir

Digunakan pasir dengan berat jenis 2,74 Kg/cm³ dengan Modulus Halus Butir (MHB) sebesar 2,64.

b. Semen

Digunakan semen Portland Tipe I Merk Gresik dengan berat jenis 3,15 Kg/cm³.

c. Air

Air diambil dari Laboratorium Beton.

d. Agregat

Digunakan Agregat batu belah dengan berat jenis 2,63 Kg/cm³

e. Baja Profil

Digunakan profil INP 10, dengan ukuran h = 100 mm, bf = 55 mm, tw = 4 mm, tf = 5 mm, dengan mutu baja A36.

3.2 Benda UjiDigunakan balok skala penuh dengan ukuran (14x18x200) cm, dibuat sebanyak delapan buah dengan perlakuan sebagai berikut:a. Dua buah dibakar selama 3 jam pada

temperature 400ºC

b. Dua buah dibakar selama 3 jam pada temperature 300ºC

c. Dua buah dibakar selama 3 jam pada temperature 200ºC

d. Dua buah tanpa melalui proses pembakaran (sebagai pembanding)

3.3 Peralatan Penelitian Untuk kelancaran penelitian diperlukan beberapa peralatan penelitian yang digunakan sebagai sarana untuk mencapai maksud dan tujuan penelitian.

Adapun alat – alat yang digunakan adalah:a. Hidraulic Jackb. Dukungan roll dan sendic. Mesin uji kuat desakd. Mesin uji kuat tarike. Timbanganf. Penggetarg. Ayakanh. Mesin Pengaduk Betoni. Loading Framej. Dial Gaugek. Mistar dan Kaliperl. Cetok dan talam bajam. Tungku Pemanasn. Thermokopelo. Kerucut Abramsp. Cetakan benda uji

3.4 Tahap Pelaksanaan PenelitianTahapan dalam pelaksanaan ini adalah:

a. Persiapanb. Pembuatan benda ujic. Tahap perawatand. Persiapan peralatane. Pembakaran model balokf. Pengujian kuat desak betong. Pengujian kuat tarik baja profilh. Pengujian model balok

4. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Hasil Pembakaran Balok Komposit

Pembakaran balok uji dilakukan dengan variasi suhu 200ºC, 300ºC dan 400ºC dibakar selama 3 jam, terdapat juga balok uji tanpa bakar (suhu ruang) sebagai pembanding. Kemudian dilakuakn pengamatan visual untuk mengetahui perubahan fisik benda uji, yaitu ditandai dengan adanya perubahan warna dan retak –retak yang terjadi pada benda uji, haasilnya disajikan dalam table 4.1

Tabel 4.1 Pengamatan Visual

4.2 Hasil Uji Kuat Lentur Balok Komposit Baja-Beton (Hubungan Beban dengan Lendutan)Dari data – data yang dihasilkan dari pengujian balok komposit, dibuat grafik hubungan beban dan lendutan dengan variasi suhu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Hubungan Beban Lendutan Balok Komposit

Dengan grafik beban (P) dan lendutan () maka dapat diperoelh nilai kekuatan dan kekakuan balok normal dan balok komposit pasca bakar. Selain itu, untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas mengenai penurunan atau peningkatan kekuatan pada kondisi plastis terhadap kondisi elastis maupun keliatan (ductility) balok komposit dibuat grafik hubungan beban-lendutan non-dimensional seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2

Gambar 4.2 Hubungan Beban Lendutan Non Demensional Balok Komposit

Dari hasil pengamatan grafik hubungan beban dan lendutan pada Gambar 4.1 dapat disimpulkan dalam Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Analisa data hubungan beton dengan lendutan

4.3 Kuat Lentur Sisa Ditinjau dari Hubungan Beban dan LendutanHubungan beban (P) dan lendutan () yang diperoleh dari penelitian merupakan nilai kekakuan dari balaok komposit. Nilai kekakuan ini didapat dari perbandingan P dan (P/). Besarnya nilai kekakuan yang berbeda-beda yang menunjukkan bahwa balok komposit yang mengalami kebakaran secara umum memiliki perilaku yang berbeda-beda pula.Untuk memperoleh kuat lentur sisa yang diakibatkan oleh kebakaran dengan beberapa variasi suhu, maka sebagai nilai banding digunakan balok komposit yang tidak dibakar dan diuji pada temperature ruang dianggap mempunyai nilai kekuatan lentur dan kekakuan 100%. Sedangkan balok yang mengalami kebakaran akan diketahui nilai kuat lentur dan kekakuannya dalam prosen (%). Dari hasil perhitungan tersebut dapat diperoleh angka kenaikan atau penurunan

kuat lentur dan nilai kekakuan dari balok komposit yang mengalami kebakaran.Kekuatan balok komposit baja-beton pasca bakar dengan variasi suhu dan pembakaran selama 3 jam dapat dijabarkan sebagai berikut:a. Pada suhu 200ºC yang dijaga konstan

selama 3 jam mengalami penurunan kuat luluh sebesar 10% dan penurunan nilai kekakuan sebesar 20,08%. Akan tetapi pada kondisi plastis (ultimate) masih memiliki kekuatan 100%

b. Pada suhu 300ºC yang dijaga konstan selama 3 jam mengalami penurunan kuat luluh sebesar 20% dan penurunan nilai kekakuan sebesar 30,77%.

c. Pada suhu mencapai 400ºC kemudian dibiarkan menurun selama 3 jam sehingga mencapai suhu 125ºC mengalami penurunan kekuatan sebesar 20% dan penurunan nilai kekakuan sebesar 23,94%.

Kejadian ini menunjukkan bahwa balok komposit baja-beton (concrete-encased beam) pasca bakar akan mengalami degradasi kekuatan dan kekakuan yang terus meningkat dengan bertambahnya temperature akibat kebakaran. Selain itu, balok seperti ini akan menunjukkan nilai kekakuan yang relatifnlebih besar pada suhu 400ºC yang bekerja dalam tempo relative singkat dibandingkan pada suhu 300ºC tetapi bekerja dalam tempo yang cukup lama (3 jam)

5. PENUTUP5.1 Kesimpulan

Balok komposit baja-beton (concrete-encased beam) yang mengalami kebakaran pada suhu 200ºC sampai dengan 400ºC selama tiga jam dari penelitian ini mempunyai prilaku sebagai berikut:

1. Balok komposit baja-beton akan mengalami retak yang disebabkan oleh temperature. Retak rambut mulai terjadi pada suhu 200ºC kemudian terus meningkat menjadi retak struktur dengan arah cenderung vertical terhadap sumbu balok akibat berat sendiri pada suhu 300ºC dan 400ºC.

2. Degradasi kekuatan balok komposit baja-beton dipengaruhi oleh temperature dan lama pembakaran. Semakin tinggi

temperature, kuat lentur dan kekakuan balok dalam menerima beban juga semakin kecil.

3. Kuat lentur balok komposit baja-beton (Concrete-encased) pasca bakar masih dapat dipertahankan ssmpai suhu 200ºC selama 3 jam kemudian akan terus menurun sesuai dengan kenaikan temperature dan lama pembakaran.

4. Lama pembakaran sangat mempengaruhi nilai kekakuan balok komposit baja-beton, seperti yang ditunjukkan balok komposit yang dibakar pada suhu 400ºC menunjukkan kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan balok komposit yang dibakar pada suhu 300ºC, hal ini disebabkan pada saat mencapai suhu 400ºC lama pembakaran hanya dipertahankan kurang lebih selama 15 menit sedangkan balok yang dibakar pada suhu 300ºC dipertahankan selama 3 jam.

5. Balok komposit baja-beton (concrete-encased beam) pasca bakar yang tidak dikekang (unconfind) akan mengalami penurunan factor kekakuan rata – rata lebih dari 50%.

6. Dengan bertambahnya temperature, balok komposit baja-beton akan mengalami penurunan faktor daktilitas yang menyebabkan kemampuan balok dalam menerima beban juga semakin kecil.

5.2 SaranUntuk memperoleh gambaran yang lebih luas tentang kuat lentur balok komposit baja diselimuti beton pasca bakar, dikemukakan saran ebagai berikut:

1. Pada waktu pembuatan sampel atau pengecoran perlu diperhatikan nilai slump dan perbandingan jumlah material yang telah ditentukan serta pengawasan yang ketat pada waktu pengecoran sehingga diperoleh kuat tekan beton yang diharapkan.

2. Pada saat pembakaran, balok diberi beban sehingga mendekati keadaan struktur yang sebenarnya.

3. Pada penelitian ini hanya menggunakan data lendutan balok, sehingga belum dapat diketahui diagram regangan dan tegangan yang terjadi pada balok pasca bakar. Disarankan pada penelitian yang akan dating,

dipasang strain gauge pada balok untuk mengetahuidistribusi tegangan dan regangan yang terjadi.

4. Pada saat pengujian perlu diperhatikan ketelitian dan kecermatan pengamatan dalam membaca dial pembebanan dan munculnya retak sehingga didapat data yang valid.

5. Disarankan untuk penelitian selanjutnya untuk balok komposit baja-beton (concrete-encased beam) agar menggunakan tulangan sengkang minimal sehingga dapat mencegah terjadinya spalling pada beton lebih awal.

6. Perlu diteliti lebih lanjut perilaku balok komposit baja-beton pasca bakar terutama kuat geser dan kemampuannya menahan punter (torsi).

DAFTAR PUSTAKA

Amat Qolyubi, (1998), Pengaruh Variasi Suhu Pembakaran dan Perlakuan Beton Pasca Bakar Terhadap Penurunan Kuat Desak Beton, FTSP-UII, Yogyakarta.

Anas Ibadilhaq, (1998), Pengaruh Pembakaran Terhadap Kuat Lentur Balok Beton Bertulang dengan Variasi Tebal Selimut Beton, FTSP-UII, Yogyakarta.

Bryan Uy, Mark Andrew Bradford (1995), Ductility of Profiled Composite Beam, Journal of Structural Engineering.

Charles G. Salmon, John E. Johnson (1991), Struktur Baja Desain dan Perilaku, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

E.P.Popov, (1984), Mekanika Teknik, Erlangga, Jakarta

F. Chen, T.Atsuta, (1976), Theory of Beam-Columns, McGraw-Hill, Inc.

Gere, Timoshenko, (1987), Mekanika Bahan, Erlangga, Jakarta.

Istimawan Dipohusodo, (1994), Struktur Beton Bertulang, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta

Kardiyono Tjokro Dimulyo, (1995), Teknologi Beton, FTSP-UGM, Yogyakarta

Mark Fintel, (1987), Buku Pegangan Tentang Teknik Beton, Pradnya Paramita