Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017

SK-43

MODEL ANALISIS 3 DIMENSI PADA SEGMEN BATA KERAMIK BETON

Sunarjo Leman1

1Jurusan Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Let. Jend. S. Parman No.1, Jakarta

Email: sunarjo@ft.untar.ac.id

ABSTRAK

Bata Keramik Beton atau Bata Keraton, merupakan salah satu bahan inovatif pengganti pelat lantai

beton bertulang. Bata keraton terbuat dari material tanah liat merah yang dicetak dengan

menggunakan cetakan khusus berbentuk menyerupai trapesium dengan pola rongga-rongga tertentu

di bagian tengahnya. Melalui proses pemanasan pada suhu tertentu akan menyebabkan terjadi reaksi

kimia yang akan merubah sifat material tanah liat merah menjadi keramik. Bentuk penampang pola

rongga bata keraton yang umum ada dipasaran menyerupai huruf “V” dan “W” dengan ukuran

tertentu sesuai dengan penggunaannya. Dengan semakin berkembangnya perangkat lunak untuk

menganalisis benda secara 3Dimensi, maka penggunaan perangkat lunak Autodesk Inventor

Professional 2017 merupakan salah satu cara untuk dapat menganalis kekuatan bata keraton dengan

metode analisa numerik menggunakan metode elemen hingga. Keuntungan metode analisis ini

adalah dapat mengetahui kekuatan bata keraton yang sudah ada di pasaran dan melakukan analisis

beberapa bentuk “V” dan “W” masing-masing sebanyak 5 macam varian. Dari analisis numerik

masing-masing varian tersebut dapat diperoleh bentuk rongga yang optimal dari bentuk “V” dan

“W”. Pada bentuk “V” diperoleh berat yang paling ringan pada varian “V5” dan pada bentuk “W”

varian “W5”. Sedangkan untuk tegangan yang terkecil pada model “V” varian “V2” dan model “W”

varian “W3”. Untuk tegangan terbesar model “V” varian “V5” dan model “W” varian “W1”.

Lendutan terkecil terjadi pada model “V” varian “V1”dan model “W” varian “W1”, sedangkan

lendutan terbesar model “V” varian “V4” dan model “W” varian “W5”. Metode ini cukup baik

untuk mengetahui pola distribusi tegangan pada penampang bata keraton tanpa melakukan testing

benda uji secara fisik si laboratorium. Dengan simulasi analisis beberapa bentuk varian rongga-

rongga tersebut dapat diperoleh pola bentuk yang paling ekonomis dan efisien.

Kata kunci: bata keraton, keramik beton, analisis numerik, elemen hingga, finite element

1. PENDAHULUAN

Kebutuhan lahan perumahan di daerah sekitar perkotaan untuk pemukiman masyarakat semakin hari bertambah

sempit dan mahal. Kondisi demikian membuat pertumbuhan bangunan menjadi bertingkat ke arah vertikal untuk

dapat memenuhi kebutuhan akan jumlah penduduk yang terus bertambah. Komponen bagian strukur bangunan yang

menyumbangkan biaya cukup besar salah satunya adalah pelat lantai beton. Beberapa alternatif pengganti pelat

beton yang dapat digunakan saat ini adalah menggunakan Bata Keraton. Bata Keraton (Keramik Komposit Beton)

terbuat dari bahan tanah liat dengan melalui proses pembakaran pada suhu tertentu akan merubah sifatnya menjadi

keramik.

Sejarah Bata Keraton ini lahir atas kerjasama beberapa Negara di Eropah (diantaranya Jerman dan Belanda) sekitar

seratus tahun yang lalu. Teknologi material ini kemudian dibawa ke Indonesia melalui proyek Bantuan Teknis

Pembangunan Industri Bahan Bangunan yang diawasi oleh UNIDO/ UNDP (PBB Project INS/740/034). Proyek

penelitian ini berlangsung sekitar tahun 1977 pada penggunaan pada sebuah rumah contoh di Puslitbangkim Cipta

Karya Pekerjaan Umum. (www.solodakkeraton.com)

Penggunaan bata keraton saat ini baru sebatas untuk bangunan bertingkat 2 atau 3 lantai saja dan belum banyak

digunakan secara umum. Untuk dapat dipergunakan secara lebih luas dibutuhkan penelitian lebih lanjut mengenai

standarisasi material dan kekuatan dari bata keraton ini. Sampai saat ini belum ada standar mutu nasional yang

mejadi acuan untuk pembuatan bata keraton untuk segi kekuatan, material dan juga bentuknya. Setiap pabrikan bata

keraton dapat membuat dengan menggunakan pengalaman yang mereka gunakan selama ini.

Bentuk geometri penampang segmental Bata Keraton mempunyai bagian tengah berlubang-lubang. Keberadaan

lubang atau rongga-rongga tersebut dapat mengurangi berat material Bata Keraton dibandingkan dengan pelat beton

masif konvensional. Terdapat dua tipe Bata Keraton yang umum ada di pasaran bahan bangunan yaitu tipe CB9

SK-44

dengan tebal 9 cm hingga 10 cm dan tipe CB12 dengan tebal 12 cm hingga 13 cm. dimensi panjang 24 cm hingga

25 cm dan lebar 21 cm hingga 22 cm seperti ditunjukan Gambar 1.0. (Hazarin dkk.)

Gambar 1. Penampang segmental bata keraton (sumber: http://bajaringankeraton.blogspot.com/)

Dengan adanya rongga-rongga atau lubang dengan pola tertentu pada Bata Keraton memberikan efek khusus dan

spesifik pada kekuatan dan distribusi tegangan untuk masing-masing ukuran dan pola rongga tersebut. Sesuai

dengan peruntukannya, Bata Keraton di desain untuk menggantikan pelat lantai beton yang masif agar dapat

mereduksi beratnya pelat lantai dibandingkan dengan pelat beton konvensional, tapi mampu memikul beban yang

cukup untuk kebutuhan beban standar bangunan kantor atau rumah tinggal.

Bentuk geometri dan dimensi ukuran rongga dari bata keraton dengan tipe CB9 dan CB12 akan menghasilkan pola

dan bentuk distribusi tegangan yang berbeda, sehingga memberikan sumbangan kekuatan yang berbeda pula.

Pengujian uji kekuatan untuk mendapatkan pola lubang atau rongga pada Bata Keraton yang efisien dengan metode

Non Distructive Test (NDT)/ Pengujian tanpa merusak benda uji belum banyak dilakukan saat ini. Salah satu cara

analisis pola rongga dan bentuk geometri pada Bata Keraton dengan metode NDT ini dapat dilakukan dengan

menggunakan cara analisis penampang menggunakan metode numerik dengan teknik analisis metode elemen hingga

(Finite Element Method). Dengan metode ini dapat dilakukan bermacam-macam simulasi model rongga untuk

mendapatkan bentuk-bentuk rongga yang efektif dan efisien dari kekuatan dan berat material yang digunakan.

2. BATASAN PENELITIAN MODEL SIMULASI

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Model Bata Keraton yang digunakan untuk model analisis adalah Bata Keraton yang ada di pasaran.

2. Model rongga yang dianalisis terdapat dua jenis model rongga “V” dan “W”.

3. Hasil Analisis pada Besi Tulangan dan Beton Pengisi tidak diperhitungkan dan diikutsertakan dalam hasil

penelitian.

Gambar 2. Model tampak 2 dimensi rongga bata keraton tipe “V” dan “W”

SK-45

Gambar 3. Model tampak 3 dimensi rongga bata keraton tipe “V” dan “W”

3. TUJUAN DAN MANFAAT MODEL SIMULASI

Tujuan:

1. Mengetahui letak konsentrasi tegangan pada penampang dari Bata Keraton tipe “V” dan “W”.

2. Mengetahui kekuatan material pada Bata Keraton.

3. Melakukan simulasi rongga untuk mendapatkan penampang Bata Keraton yang efisien tipe “V” dan “W”.

Manfaat:

1. Dengan penelitian ini akan diperoleh konsentrasi tegangan maksimum pada penampang segmen Bata Keraton.

2. Dengan mengetahui konsentrasi tegangan yang terjadi, dapat dilakukan optimalisasi bentuk rongga yang ada

pada Bata Keraton.

4. METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan menggunakan simulasi model numerik pada penampang segmen Bata Keraton model

rongga berbentuk “V” dan “W”. Banyaknya variasi model rongga untuk setiap model berjumlah masing-masing

sebanyak 5 macam varian untuk bentuk “V” dan 5 macam varian untuk model “W”. Pemodelan diskritisasi pada

model bata keraton “V” dan “W” ini menggunakan metode elemen hingga dengan analisis secara 3 dimensi.

Tabel 1. Bentuk pola rongga bata keraton model “V” dan model “W”

Model “V” Bentuk Rongga Model “W” Bentuk Rongga

V1

W1

V2

W2

V3

W3

V4

W4

V5

W5

Simulasi model dilakukan dengan memodelkan bentuk syarat batas dari kondisi yang hampir sama dengan kondisi

di lapangan pada pemasangan pelat lantai yang menggunakan Bata Keraton. Kondisi syarat batas pada pemasangan

di lapangan dimodelkan dengan memasukan adanya besi tulangan yang menyanggah atau mendukung Bata Keraton

secara segmental dan adukan beton pengisi yang merekatkan antara besi tulangan dan Bata Keraton.

SK-46

Gambar 4. Skema segmental dan pemasangan pelat dengan bata keraton (Sumber: http://www.pt-ltf.com/?JENIS_USAHA%26nbsp%3B/D.Trading)

(Sumber: https://solusi-dak.blogspot.co.id/2016/)

Analisis numerik dilakukan menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak Autodesk

Inventor Professional 2017.

5. PEMODELAN SIMULASI DISKRITISASI BATA KERATON

Simulasi pemodelan bata keraton terbagi menjadi 2 bagian yaitu untuk bentuk rongga berbentuk “V” dan ronggga

berbentuk “W” dengan variasi setiap bentuk rongga masing-masing dalam bentuk 5 variasi. Bentuk simulasi model

bata keraton dimodelkan dengan diskritisasi batasan sebagai berikut:

Kondisi syarat batas yang digunakan pada pemodelan bata keraton:

Model dimensi geometri penampang bata keraton

Dimensi tipe “V” (panjang=250mm, L. bawah=210mm, L. atas=170mm, tinggi=100mm)

Gambar 6. Dimensi penampang bata keraton tipe “V” (dalam mm)

Dimensi tipe “W” (panjang=250mm, L. bawah=210mm, L. atas=170mm, tinggi=100mm)

Gambar 7. Dimensi penampang bata keraton tipe “W” (dalam mm)

SK-47

Syarat batas model bata keraton

Batasan simulasi model segmen Bata Keraton dengan memodelkan sedekat mungkin pada kondisi saat terpasang

sebagai pelat lantai bangunan sebagai berikut:

Memasukan kondisi segmen Bata Keraton terletak di atas dua buah besi dalam arah memanjang sebagai

tumpuan yang disambungkan ke balok beton struktur.

Hubungan antara besi dan Bata Keraton dihubungkan/ dilekatkan dengan menggunakan adukan cor-an beton.

Kondisi ujung besi tulangan pemikul segmen Bata Keraton dengan syarat kondisi batas jepit.

Hubungan antara besi, cor-an beton dan bata keraton dalam simulasi ini dianggap terekat dengan sempurna.

Bentuk simulasi model Bata Keraton adalah sebagai berikut:

Tampak Depan Tampak Samping

Tampak Atas Tampak Bawah

Gambar 8. Simulasi model tampak 2 dimensi bata keraton tipe “V”

Gambar 9. Simulasi model tampak 3 dimensi bata keraton tipe “V”

Pembebanan pada bata keraton dan kondisi batas ujung perletakan

Untuk analisis model segmen Bata Keraton pembebanan dimodelkan dengan menggunakan beban merata/ pressure

load 0.01 Mpa (1.0 ton/m2) pada bagian atas segmen dan besi tulangan pemikul dimodelkan dengan kondisi jepit

sempurna pada keempat ujung besi.

SK-48

Gambar 10. Simulasi model 3 dimensi pembebanan merata dan jepit pada ujung besi tulangan pemikul bata keraton

Diskritisasi elemen pada bata keraton

Diskritisasi model 3 dimensi segmen Bata Keraton dimodelkan sekaligus dengan memasukan model besi tulangan

sebagai pemikul dan cor-an beton sebagai penghubung/ pelekat antara Bata Keraton dan besi tulangan. Pemodelan

dibuat dengan menggunakan model 3 dimensi untuk sebuah segmen Bata Keraton. Pembagian diskritisasi elemen

hingga menggunakan jenis elemen tetrahedron 3 dimensi dengan ukuran elemen disesuaikan dengan pembagian

elemen pada program Autodesk Inventor Professional 2017.

Gambar 11. Diskritisasi Elemen Tetrahedron Pada Model 3 Dimensi Bata Keraton

6. SIMULASI MODEL ANALISIS NUMERIK PADA BATA KERATON

Material penampang segmen bata keraton

Dalam simulasi model analisis Bata Keraton digunakan material properties bata merah untuk penampang adalah

sebagai berikut (Redha Sadhu Leksono):

Modulus Elastisitas (E) = 2200 Mpa

Kuat Tekan (Fbk) = 7.0 Mpa

Kuat Tarik (Ftr) = 0.7 Mpa (diambil 10% dari kuat tekan)

Berat Jenis (BJ) = 1700 Kg/m3

SK-49

Hasil analisis segmen bata keraton

Tabel 2. Hasil simulasi analisis properties penampang dan diskritisasi elemen tipe “V”

No. Varian Tipe “V” Jumlah Volume

[mm2]

Berat

[Kg] Nodal Elemen

V1

94410 51858 2643545.69 4.494

V2

105632 57340 2504287.534 4.257

V3

92327 50272 2522730.149 4.289

V4

90714 49187 2383471.996 4.052

V5

199406 124068 2238982.201 3.806

Tabel 3. Hasil simulasi analisis properties penampang dan diskritisasi elemen tipe “W”

No. Varian Tipe “W” Jumlah Volume

[mm2]

Berat

[Kg] Nodal Elemen

W1

173770 107083 2590569.869 4.404

W2

187356 115371 2496452.222 4.244

W3

92327 50272 2413392.055 4.103

W4

90714 49187 2333216.928 3.966

W5

85073 45748 2156039.623 3.665

SK-50

Tabel 4. Hasil simulasi analisis tegangan dan lendutan tipe “V”

No. Contour Tegangan

Von Mises

Tegangan

[Mpa] Contour Lendutan

Lendutan

[mm]

V1

0.4521

0.009687

V2

0.4195

0.01024

V3

0.4579

0.01102

V4

0.4483

0.01195

V5

0.6020

0.01171

Tabel 5. Hasil simulasi analisis tegangan dan lendutan tipe “W”

No. Contour Tegangan

Von Mises

Tegangan

[Mpa] Contour Lendutan

Lendutan

[mm]

W1

0.6747

0.009848

W2

0.6260

0.009998

W3

0.4958

0.01336

W4

0.6284

0.01022

W5

0.4978

0.01384

SK-51

Berdasarkan hasil simulasi kedua model rongga bata keraton bentuk “V” dan “W” konsentrasi tegangan

pada material bata keraton terjadi pada daerah sekitar besi penyanggah atau tumpuan tempat bata keraton.

Sedangkan pola lendutan terjadi sangat tergantung dari bentuk rongga pada bata keraton dimana lendutan

di tengah bata keraton akan besar apabila bentuk pola rongga berbentuk V, sedangkan apabila pola

rongga mempunyai penyokong berbentuk Λ(V terbalik) maka lendutan pada pinggir bata keraton yang

menjadi besar. Simulasi berat bata keraton juga akan menjadi ringan apabila semakin sedikit sekat-sekat

rongga yang ada dalam bata keraton seperti yang terdapat pada model varian “V5” dan “W5”, tetapi

terjadi peningkatan tegangan terutama untuk model varian “V5”. Dengan semakin sedikitnya material

pembentuk pola rongga akan menyebabkan semakin besarnya lendutan yang terjadi.

7. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi numerik kedua model Bata Keraton Tipe “V” dan “W” dengan variasi masing-masing 5

rongga/ lubang diperoleh hasil sebagai berikut:

1. Bata Keraton tipe “V” dan “W” dengan masing-masing variasi 5 macam rongga secara umum mempunyai

konsentrasi tegangan tertinggi pada daerah penyanggah bagian bawah yaitu pada pertemuan adukan mortar

penyambung besi tulangan dan Bata Keraton.

2. Lendutan maksimum yang terjadi pada segmen Bata Keraton tipe “V” dan “W” terjadi pada bagian tengah dan

bagian pinggir segmen Bata Keraton, sangat tergantung dari bentuk rongga pada bagian dalamnya.

3. Semua tegangan yang terjadi pada segmen Bata Keraton tipe “V” dan “W” tidak ada yang melebihi 7 Mpa untuk

kuat tekan dan 0.7 Mpa untuk kuat tarik dengan beban merata yang bekerja sebesar 0.01 Mpa (1.0 ton/m2).

Saran

Beberapa saran untuk melengkapi penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Optimasi bentuk segmen Bata Keraton dan variasi rongga yang efisien.

2. Melanjutkan penelitian untuk model analisis numerik berikutnya dengan bentuk struktur pelat yang terbuat dari

segmen-segmen Bata Keraton.

DAFTAR PUSTAKA

Hazarin, Bernardinus Herbudiman dan Mukhammad Abduh Arrasyid, “Kajian Perilaku Lentur Pelat Keramik

Beton (Keraton)”, Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 KoNTekS 7, 24-26 Oktober 2013.

Sadhu, Redha Leksono, Data Iranata dan Heppy Kristijanto, “Studi Pengaruh kekuatan dan Kekakuan Dinding Bata

Pada Bangunan Bertingkat”, Jurnal Teknik ITS Vol. 1, ISSN: 2301-9271, September 2012.

Sehonanda, Olivia, Bonny M. M. Ointu, Winny J. Tamboto, Ronny R. Pandeleke, “Kajian Uji Laboratorium Nilai

Modulus Elastisitas Bata Merah Dalam Sumbangan Kekakuan Pada Struktur Sederhana”, Jurnal Sipil Statik

Vol. 1, ISSN: 2337-6732, November 2013.

http://arafuru.com/material/keunggulan-dan-kelemahan-dak-keraton-keramik-beton.html

http://dkklaten.com/sample-page/

http://www.ceilingbrick.com/faq/

https://untungwidodo.wordpress.com/2012/09/18/bata-keraton/

http://dak-keraton-kediri-jawa-timur.blogspot.com/

http://dak-keraton-kediri-jawa-timur.blogspot.co.id/2015/07/ngedak-pelat-lantai-cepat-dengan-dak-kediri.html

http://dak-keraton-kediri-jawa-timur.blogspot.co.id/2015/07/dak-keraton-dingin-sebagai-isolator-kediri.html

http://dak-keraton-kediri-jawa-timur.blogspot.co.id/2015/07/prinsip-kerja-one-way-slab-pada-dak-kediri.html

http://ceilingbrickkia.indonetwork.co.id/product/product-3023485

http://artiamitrapersada.blogspot.co.id/2016/06/mengenal-lebih-dekat-dengan-dak-keraton.html

http://pusatbataexpose.com/index.php/bata-expose/

http://keratondakbeton.com/lantai-tingkat-kuat-berkat-pemakaian-dak-beton-keraton/

http://epuljayadakbetonkeraton.com/tag/dak-keraton

http://www.solodakkeraton.com/media.php?utama=detail-artikel&id=27

http://bajaringankeraton.blogspot.com/