STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat...

14
Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4) Sanur-Bali, 2-3 Juni 2010 Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 1 STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL EKSTERNAL TUNGGAL DENGAN PROGRAM KOMPUTER Andang Widjaja 1 dan Nuroji 2 1 Mahasiswa Program Pascasarjana DTS, Universitas Diponegoro, Jl. Hayamwuruk, Semarang Email: [email protected] 2 Program Pascasarjana DTS, Universitas Diponegoro, Jl. Hayamwuruk, Semarang Email:[email protected] ABSTRAK Karya tulis ini membahas hasil eksperimental balok beton dengan lips channel eksternal tunggal yang mendukung beban lentur terpusat telah dilakukan oleh Widjaja, A. dan Nuroji (2010). Pembahasan dilakukan dengan menganalisis model balok sejenis yang disimulasikan dengan program bantu komputer, dan mempelajari juga hasil penelitian eksperimen terdahulu. Metoda analisis dengan bantuan program komputer, dengan tahapan pemodelan balok sesuai data balok eksperimen, simulasikan pembebanan, menjalankan program untuk mendapatkan gambar distribusi tegangan yang bekerja pada balok model. Semua gambar distribusi tegangan balok model dianalisis, dibandingkan dengan perilaku dan pola pengujian balok eksperimen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tegangan geser terbesar di ujung kiri dan kanan balok model dan bernilai sama, di tengah bentang bernilai 0. Sedangkan tegangan tarik terbesar di sisi bawah balok model di antara dua beban terpusat ½P. Tegangan tarik semakin mengecil sampai dengan 0 ke arah tumpuan kiri dan kanan. Lips channel pada balok model di sisi bawah sudah berfungsi sebagai salah satu material yang mampu mendukung gaya tarik akibat beban lentur. Nilai beban lentur terpusat pada pengujian eksperimen balok beton lips channel eksternal masih dapat ditingkatkan. Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip pada lips channel, serta penambahan tulangan pada beton. Kata kunci: balok, beton, lips channel, program komputer 1. PENDAHULUAN Artikel ini bertujuan untuk memberikan informasi atas tulisan sebelumnya tentang balok beton dengan perkuatan baja lips channel rangkap eksternal yang mendukung beban lentur terpusat di tengah bentang dengan pembahasan melalui program bantu komputer. Pada karya terdahulu membahas hasil eksperimen di laboratorium, dan saat ini mempelajari hasil eksperimen terdahulu melalui program bantu komputer, dan kemungkinan penyempurnaannya. Selain itu masukan yang menddiharapkan masukan untuk penyempurnaan. Pemahaman perilaku struktur beton bertulang pada umumnya diperoleh dari hasil pengujian eksperimental di laboratorium. Studi eksperimental ini sangat penting untuk mendapatkan gambaran tentang respon elemen struktur beton bertulang dalam menerima beban secara nyata. Data eksperimental yang akurat diperoleh dari hasil pengujian yang banyak. Jika semua data informasi harus diperoleh melalui pengujian eksperimental, maka diperlukan jumlah benda uji yang cukup banyak pula. Hal ini tentu membawa konsekuensi pada besarnya biaya dan lama waktu yang diperlukan. Selain itu, keterbatasan kemampuan alat dalam mendeteksi perilaku elemen struktur beton bertulang mengakibatkan informasi yang diperoleh melalui studi eksperimental juga masih terbatas. Penjelasan di atas menunjukkan bahwa selain diperlukan biaya dan waktu yang cukup besar, informasi yang diperoleh melalui pengujian eksperimental terbatas. Oleh karena itu untuk mereduksi biaya dan waktu serta melengkapi informasi yang tidak diperoleh dari studi eksperimental perlu dilakukan studi lain dengan bantuan program komputer (Nuroji, 2008). Lips channel dipasang di tepi luar balok beton sisi atas dan bawah. Pemasangan lips channel dilakukan untuk mendapatkan nilai jarak antara garis kerja gaya tarik di sisi bawah dan gaya tekan di sisi atas relatif lebih besar daripada balok beton bertulang. Saran perbaikan demi kesempurnaan sangat diharapkan agar pemanfaatan lips channel pada balok beton optimal. Elemen struktur beton bertulang telah dikembangkan melalui berbagai penelitian, agar memperoleh jenis struktur beton yang kuat, efisien, dan ramah lingkungan. Tujuan penelitian dalam sudut pandang yang lebih luas adalah untuk mencapai kesejahteraan (Suhendro, 2003), dan mempertahankan kehidupan manusia (Besari, 2007). Beton dipergunakan sebagai bahan struktur pada bangunan sipil, karena bahan penyusun mudah didapatkan sehingga relatif lebih murah, dibentuk sesuai dengan rencana (Abadjieva, T., 2005), awet, masif, berkekuatan tekan tinggi dan memiliki kekakuan lebih tinggi daripada baja(Spacone, Enrico, dan El-Tawil, Sherif, 2004).

Transcript of STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat...

Page 1: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4)

Sanur-Bali, 2-3 Juni 2010

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 1

STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL EKSTERNAL TUNGGAL

DENGAN PROGRAM KOMPUTER

Andang Widjaja1 dan Nuroji

2

1Mahasiswa Program Pascasarjana DTS, Universitas Diponegoro, Jl. Hayamwuruk, Semarang

Email: [email protected] 2 Program Pascasarjana DTS, Universitas Diponegoro, Jl. Hayamwuruk, Semarang

Email:[email protected]

ABSTRAK

Karya tulis ini membahas hasil eksperimental balok beton dengan lips channel eksternal tunggal yang

mendukung beban lentur terpusat telah dilakukan oleh Widjaja, A. dan Nuroji (2010). Pembahasan

dilakukan dengan menganalisis model balok sejenis yang disimulasikan dengan program bantu

komputer, dan mempelajari juga hasil penelitian eksperimen terdahulu. Metoda analisis dengan bantuan

program komputer, dengan tahapan pemodelan balok sesuai data balok eksperimen, simulasikan

pembebanan, menjalankan program untuk mendapatkan gambar distribusi tegangan yang bekerja pada

balok model. Semua gambar distribusi tegangan balok model dianalisis, dibandingkan dengan perilaku

dan pola pengujian balok eksperimen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tegangan geser terbesar di

ujung kiri dan kanan balok model dan bernilai sama, di tengah bentang bernilai 0. Sedangkan tegangan

tarik terbesar di sisi bawah balok model di antara dua beban terpusat ½P. Tegangan tarik semakin

mengecil sampai dengan 0 ke arah tumpuan kiri dan kanan. Lips channel pada balok model di sisi

bawah sudah berfungsi sebagai salah satu material yang mampu mendukung gaya tarik akibat beban

lentur. Nilai beban lentur terpusat pada pengujian eksperimen balok beton lips channel eksternal masih

dapat ditingkatkan. Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip

pada lips channel, serta penambahan tulangan pada beton.

Kata kunci: balok, beton, lips channel, program komputer

1. PENDAHULUAN

Artikel ini bertujuan untuk memberikan informasi atas tulisan sebelumnya tentang balok beton dengan perkuatan baja

lips channel rangkap eksternal yang mendukung beban lentur terpusat di tengah bentang dengan pembahasan melalui

program bantu komputer. Pada karya terdahulu membahas hasil eksperimen di laboratorium, dan saat ini mempelajari

hasil eksperimen terdahulu melalui program bantu komputer, dan kemungkinan penyempurnaannya. Selain itu masukan

yang menddiharapkan masukan untuk penyempurnaan.

Pemahaman perilaku struktur beton bertulang pada umumnya diperoleh dari hasil pengujian eksperimental di

laboratorium. Studi eksperimental ini sangat penting untuk mendapatkan gambaran tentang respon elemen struktur

beton bertulang dalam menerima beban secara nyata. Data eksperimental yang akurat diperoleh dari hasil pengujian

yang banyak. Jika semua data informasi harus diperoleh melalui pengujian eksperimental, maka diperlukan jumlah

benda uji yang cukup banyak pula. Hal ini tentu membawa konsekuensi pada besarnya biaya dan lama waktu yang

diperlukan. Selain itu, keterbatasan kemampuan alat dalam mendeteksi perilaku elemen struktur beton bertulang

mengakibatkan informasi yang diperoleh melalui studi eksperimental juga masih terbatas. Penjelasan di atas

menunjukkan bahwa selain diperlukan biaya dan waktu yang cukup besar, informasi yang diperoleh melalui pengujian

eksperimental terbatas. Oleh karena itu untuk mereduksi biaya dan waktu serta melengkapi informasi yang tidak

diperoleh dari studi eksperimental perlu dilakukan studi lain dengan bantuan program komputer (Nuroji, 2008).

Lips channel dipasang di tepi luar balok beton sisi atas dan bawah. Pemasangan lips channel dilakukan untuk

mendapatkan nilai jarak antara garis kerja gaya tarik di sisi bawah dan gaya tekan di sisi atas relatif lebih besar daripada

balok beton bertulang. Saran perbaikan demi kesempurnaan sangat diharapkan agar pemanfaatan lips channel pada

balok beton optimal.

Elemen struktur beton bertulang telah dikembangkan melalui berbagai penelitian, agar memperoleh jenis struktur beton

yang kuat, efisien, dan ramah lingkungan. Tujuan penelitian dalam sudut pandang yang lebih luas adalah untuk

mencapai kesejahteraan (Suhendro, 2003), dan mempertahankan kehidupan manusia (Besari, 2007). Beton

dipergunakan sebagai bahan struktur pada bangunan sipil, karena bahan penyusun mudah didapatkan sehingga relatif

lebih murah, dibentuk sesuai dengan rencana (Abadjieva, T., 2005), awet, masif, berkekuatan tekan tinggi dan memiliki

kekakuan lebih tinggi daripada baja(Spacone, Enrico, dan El-Tawil, Sherif, 2004).

Page 2: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Andang Widjaja dan Nuroji

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 2

Penggunaan baja dan beton menjadi satu kesatuan yang masif dilakukan untuk mendapatkan bahan struktur yang lebih

baik. Bahan beton memiliki sifat tidak mampu menahan tarik, kuat tarik beton hanya 10% dari kuat tekannya, dan getas

(Brooks, 1987; Mahasneh Bassam Z. dan Gharaibeh Emhaidy S., 2005; ACI Committee 446, 2006). Sedangkan baja

bersifat elastoplastik, dengan kuat tarik 100 kali kuat tarik beton (McCormac, Jack C., 2001), daktilitas relatif lebih

tinggi, memiliki tegangan residu (Spacone, Enrico, dan El-Tawil, Sherif, 2004), tahan terhadap retak, dan tidak getas

(Zhang, Jun , Leung, Christopher K.Y., Cheung Yin Nee, 2006). Bahan gabungan atau komposit baja dan beton dapat

berbentuk: beton berserat, baja profil dengan plat lantai beton beralas plat baja, pelat balok atau kolom beton bertulang,

baja profil dalam beton, dan beton berselimut pipa baja atau concrete filled steel tubes-CFST (Tong, 1994; Gourley,

Brett C. et al., 2001; Samhal, Erkan, 2005).

Gambar.1. Potongan melintang elemen struktur beton (Widjaja, A. dan Nuroji, 2009)

Balok beton bertulang terdiri atas tulangan arah longitudinal dan sengkang arah tranversal sebagai pengikat tulangan.

Nilai regangan dan gaya yang timbul pada penampang balok dapat dihitung dari nilai momen batas akibat beban luar

pada saat balok hancur. Nilai regangan dan tegangan dalam balok dapat ditentukan melalui gaya dalam seperti resultan

gaya tekan C (Compression) , di atas garis netral, dan resultan gaya tarik T (Tension) di bawah garis netral. Pada

keadaan setimbang gaya horizontal C=T, tetapi keduanya berlawanan arah, jarak antara C dan T adalah jd. Gaya C dan

T dikaikan dengan jaraknya jd membentuk momen tahanan dalam. Nilai momen tahanan dalam maksimum sama

dengan nilai kuat lentur atau momen tahanan penampang komponen struktur terlentur, yaitu

(1)

; ; adalah rasio maksimum antara luasan tulangan dengan luasan balok beton. Sedangkan luas

minimum baja tulangan pada 5000 psi; ACI 10-3 [13] yaitu: , atau .

Kekuatan maksimum pada serat beton tercapai, bila regangan mencapai regangan hancur beton yaitu 0,003, pada saat

yang sama regangan baja tulangan yang berada di sisi bawah lebih besar daripada regangan beton. Kapasitas momen

ultimit diperhitungkan dengan mengabaikan kuat tarik beton, seluruh gaya tarik dianggap diterima oleh tulangan pokok

balok beton. Titik tangkap resultan gaya tarik segaris dengan tulangan baja, dengan menganggap baja terregang

serempak dengan nilai regangan diukur terhadap titik beratnya. Jika regangan baja tulangan, εs, belum mencapai nilai

regangan luluh, εy, nilai tegangan baja tulangan adalah Esfs. Nilai regangan baja tulangan bernilai sama atau lebih besar

dari εy, menyebabkan perbandingan antara tegangan baja dan regangan tidak linier.

Gambar 2. Diagram balok beton bertulangan tunggal (Park, R. dan Pauley, T., 1975)

v. concrete filled steel tube (CFST)

iii. kolom berlapis ii. kolom komposit baja beton

iv. komposit plat

i.balok beton bertulang

i. Potongan

memanjang

ii.Potongan

melintang

=

d

Mu

bw

baja tulangan As T

jd

C

c

garis

netral

iii.diagram

regangan iv.diagram

tegangan

Page 3: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Studi Balok Beton Bertulangan Lips Channel Eksternal Tunggal Dengan Program Komputer

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 3

Analisis kapasitas tampang balok beton beton bertulangan tunggal pada keadaan setimbang . Jarak titik tangkap

garis kerja gaya tarik di sisi bawah (tarik atau T) dan resultan garis kerja gaya tekan C di sisi atas adalah jd’. Kapasitas

tampang balok dalam momen nominal adalah

atau (Park, R. dan Pauley, T., 1975) (2)

Bond slip

Bond atau lekatan adalah gaya aksi komposit antara beton dan tulangan, tanpa lekatan maka kekakuan beton dan

kekakuan tulangan tidak dapat digabungkan menjadi kekakuan struktur beton bertulang. Beton dan baja tulangan

memiliki perbedaan perilaku yang sangat mencolok. Modulus elastisitas dan kapasitas regangan baja tulangan lebih

tinggi dibanding modulus elastisitas dan kapasitas regangan beton. Nilai regangan baja tulangan, εs = 0,01 lima kali

lebih besar daripada regangan beton, εc = 0,002. Nilai modulus elastisitas beton =20 N/mm2 adalah =

21153,2 N/mm2

(Park R. dan Paulay T., 1975). Nilai modulus elastisitas baja tulangan 210000 N/mm2. Perbedaan

karakteristik material menyebabkan beton tidak mampu mengikuti deformasi baja tulangan, sehingga beton retak,

diikuti slip diantara beton dan tulangan. Fenomena tersebut disebut bond slip.

Azizinamini et al. (1993) dan MacGregor (1992) dalam Nuroji (2008) mengatakan bahwa secara umum mekanisme

bond slip antara beton dan baja tulangan dipengaruhi oleh: 1)adhesi, yaitu reaksi kimiawi antara air dan semen, yang

berpengaruh pada bidang kontak beton dan tulangan, 2)friksi pada permukaan yang tidak beraturan antara bidang

kontak beton dan tulangan, 3)interlocking, yaitu interaksi tonjolan (rib) pada baja tulangan ulir dengan matriks beton di

sekitarnya. Mekanisme ini sangat bergantung pada kekuatan material beton, geometri tulangan dan diameter tulangan.

Mekanisme bond berperan penting dalam struktur beton bertulang. Kerusakan bond menyebabkan transfer tegangan

dari beton ke tulangan atau sebaliknya menjadi berkurang, sehingga peranan tulangan dalam membentuk struktur

komposit berkurang. Kerusakan bond sering ditandai dengan terjadinya slip antara beton dan tulangan. Pada struktur

beton bertulang yang belum mengalami slip, mekanisme bond pada struktur dalam keadaan fully bonded. Jika beban

ditingkatkan, slip diantara beton dan tulangan akan terjadi. Slip menghilangkan adhesi, yang merupakan salah satu

komponen pembentuk bond secara keseluruhan, pada kondisi demikian dapat dikatakan bahwa sebagian mekanisme

bond telah rusak. Pembebanan pada balok bertulang ulir yang meningkat akan memperbesar slip, mekanisme interlock

antara rib tulangan dan beton di sekitarnya akan rusak. Pada saat adhesi dan interlock telah hilang, slip berkembang

sangat besar, sehingga mengakibatkan slippage, dan selanjutnya mekanisme bond hanya diperankan oleh friksi. Lekatan

antara beton dan baja tulangan polos hanya dibentuk oleh adhesi dan friksi akibat kekasaran permukaan. Sedangkan

pada tulangan ulir lekatan antara beton dan tulangan dibentuk oleh adhesi, friksi dan interlocking.

Lips Channel

i. Potongan lips channel 125 50 20 tebal 2 mm

Gambar 3. Lips channel jenis 125 50 20 tebal 2 mm

Penggantian baja tulangan digantikan dengan baja lips channel pada balok beton akan mengakibatkan jarak jd relatif

lebih besar daripada beton dengan rangkaian baja tulangan di sisi dalam. Nilai jd yang lebih besar menghasilkan momen

nominal yang lebih besar. Faktor lain yang mendukung aplikasi lips channel dalam balok beton adalah nilai regangan

baja lebih besar daripada beton, sehingga retak awal di perimeter balok beton dapat dihindarkan.

Pengujian tarik baja lips channel berdasarkan pengujian yang dilakukan Widjaja, A. dan Nuroji (2010) adalah 434,78

MPa pada sisi sayap, badan sebesar 437,5 MPa, dan nilai rata-rata 436,14 MPa. Gambar 4. di atas menunjukkan kurva

hubungan Beban dan Perpanjangan pada baja lips channel sayap yang tidak sempurna. Nilai modulus baja lips channel

ditentukan oleh nilai tangen sudut kurva dengan sumbu X, sudut yang dibentuk antara kurva tegangan-regangan dan

garis horisontal hampir 90° atau tegak lurus sepertinya berimpit pada sumbu Y. Jadi nilai modulus elastisitas baja lips

channel yang diperoleh dari gambar di atas ditentukan dari perhitungan pada titik tertentu pada kurva, yaitu membagi

115,32 mm

Garis berat 169 mm

Page 4: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Andang Widjaja dan Nuroji

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 4

nilai tegangan dengan regangannya; atau disesuaikan dengan baja pada umumnya yaitu 210000 MPa. Hal tersebut

disebabkan oleh skala beban pada mesin terlalu besar, pada hal nilai beban sudah terkecil. Selain itu berkas garis yang

terlalu tebal, karena permukaan kertas yang dipergunakan terlalu menyerap tinta. Nilai berat jenis sebesar 6830 kg/m3.

Gambar 4. Hubungan antara beban dan perpanjangan lips channel (Widjaja dan Nuroji, 2010)

Kuat tekan beton

Kemampuan beton dalam mendukung beban diketahui melalui kuat tekan benda uji silinder pada umur 28 hari, setelah

masa perawatan dalam air. Kuat tekan, didefinisikan beban tekan (P) tepat searah sumbu vertikal silinder beton

dibagi dengan luas permukaan tampang silinder (A) berdimensi tinggi 12 in dan diameter 6 in (ASTM Standard C 39-

93a) . Hasil pengujian tekan rata-rata dari tiga silinder beton bernilai 37,80 MPa. Kuat tekan silinder masing-

masing adalah 37,90 MPa, 37,33 MPa, dan 38,18 MPa (Widjaja dan Nuroji, 2010).

Gambar 5. Kuat tekan beton silinder

Regangan beton

Regangan maksimum beton bernilai kira-kira 0,002 (Park, R. dan Pauley, T., 1975). Regangan, ε, adalah perbandingan

antara perpendekan (∆) tinggi silinder akibat beban dan tinggi awal (l), . Nilai regangan maksimum masing-

masing silinder beton yaitu 0,002806, 0,002784, dan 0,002773; dan nilai rata-rata dari ke tiganya adalah 0,002788. Nilai

nilai regangan tersebut 39% lebih besar daripada nilai regangan beton pada kurva Park, R. dan Pauley, T., (1975). Nilai

regangan yang lebih besar disebabkan oleh material yang tidak sama dengan material penyusun beton acuan, selain itu

nilai yang diambil adalah nilai pada saat beban maksimum (Widjaja, A. dan Nuroji, 2010)

Gambar kurva berikut memperlihatkan hubungan regangan dan tegangan dari 3 silinder beton dengan berbagai nilai

beban tekan-regangan lebih kecil dari 0,0025 dan sampai dengan silnder beton uji hancur. Kurva yang tergambar

didekati melalui bantuan program dengan berbagai persamaan. Persamaan garis lengkung pada Gambar 6.i. yang

mendekati yaitu persamaan polynomial berderajad 3, y = 0,0007x3 + 20315x

2 + 552,1; nilai derajad kepercayaan R² =

0,99. Persamaan garis singgung y = -120000000x2 + 40.630x+552,1. Nilai modulus elastisitas silinder beton dengan

kuat tekan 38,18 MPa adalah 20,727 MPa (Widjaja, A. dan Nuroji, 2009).

Modulus elastisitas beton

Modulus elastisitas beton, dapat dihitung sesuai (Park, R. dan Pauley, T., 1975), psi, (Pauw) (3)

psi atau N/mm2 (4)

Page 5: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Studi Balok Beton Bertulangan Lips Channel Eksternal Tunggal Dengan Program Komputer

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 5

, N/mm2 ASTM 469 (5)

atau N/mm2 , SNI 2847-02 pasal 10.5 (6)

w = kerapatan beton berkisar 90 - 155 lb/ft3,

, = kuat tekan beton silinder,

S1 = tegangan pada saat nilai regangan 0,0005

S2 = 40% dari tegangan maksimum

= regangan saat tegangan 40% dari maksimum

i. regangan lebih kecil dari 0,0025 ii. regangan sampai dengan 0,0028

Gambar 6. Regangan dan tegangan beton (Widjaja, A. dan Nuroji, 2010)

Pada Gambar 6.ii. menampilkan kurva masing-masing nilai regangan dan tegangan dari beton silinder. Salah satu

persamaan yang diperoleh dari program adalah y=-2E+09x3+2E+6x

2+21853x-0,452, dengan nilai R² = 0,850. Nilai

modulus elastisitas, E, berdasarkan hasil uji regangan-tegangan silinder beton sesuai dengan ASTM masing-masing

adalah 28,252 MPa, 28,116 MPa, dan 28,476 MPa. Nilai E rata-rata sebesar 28,281 N/mm2. Selanjutnya nilai modulus

elastisitas E masing-masing silinder beton sesuai dengan rumus SNI yaitu 28,935 MPa, 28,870 MPa, 29,041 MPa; dan

E silinder beton rata-rata 28,948 MPa. Nilai E dari formula ASTM lebih kecil 2,5% daripada SNI. Perbedaan tersebut

boleh jadi dapat diterima atau tidak signifikan atau dapat dianggap sama. Nilai E sebesar 20,427 MPa yang lebih kecil

daripada EASTM rata-rata 28,281 MPa dan lebih kecil juga dari ESNI rata-rata 28,948 MPa. Nilai E pada Gambar 6.i lebih

mendekati nilai E sebenarnya.

Regangan balok beton

Hasil penelitian Widjaja, A. dan Nuroji (2010) menyebutkan bahwa pembebanan terpusat pada balok komposit beton

lips channel tunggal sebesar 0,1 kN menyebabkan regangan baja sisi bawah 0,000002, regangan beton pada jarak 6 cm

dari bawah dan 18 cm (perimeter atas) balok sebesar 0. Beban ditingkatkan menjadi 5 kN mengakibatkan regangan baja

sisi bawah 0,000122, regangan beton pada jarak 6 cm dari bawah sebesar 0,000024 dan, regangan beton di perimeter

atas balok sebesar 0,000158. Kedua garis menampakkan hubungan persamaan linear. Komposit baja lips channel dan

beton yang mendukung beban masih menunjukkan ikatan yang kuat, atau tidak ada slip diantara beton dan baja.

Gambar 7. Diagram regangan balok beton bertulangan lips channel tunggal (Widjaja, A. dan Nuroji, 2009)

Page 6: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Andang Widjaja dan Nuroji

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 6

Pada beban 10 kN mengakibatkan regangan baja sisi bawah 0,000303, regangan beton pada ketinggian 6 cm dari bawah

sebesar 0,000064 dan, regangan beton di perimeter atas balok sebesar 0,000308; Garis yang menghubungkan ketiga

titik tersebut mulai berbelok (tidak linier) pada koordinat (0,000064,6). Garis yang patah menunjukkan bahwa ada

indikasi retak pada balok beton. Selanjutnya beban maksimum yang mampu didukung 18,7 kN dan regangan baja sisi

bawah 0,000997, regangan beton pada jarak 6 cm dari bawah 0,000261, dan regangan pada 18 cm sebesar 0,000732.

Sebagai pembanding, pada pembebanan terpusat pada balok komposit beton lips channel rangkap sebesar 0,1 kN

menyebabkan regangan baja sisi bawah 0,000002, regangan beton pada jarak 6 cm dari bawah dan 18 cm (perimeter

atas) balok sebesar 0. Beban ditingkatkan menjadi 5,5 kN mengakibatkan regangan baja sisi bawah 0,000177, regangan

beton pada jarak 6 cm dari bawah sebesar 0,000025 dan, regangan baja di perimeter atas balok sebesar 0,000229. Garis

yang menghubungkan titik-titik nilai regangan dan posisinya akibat pembebanan 0,1 kN dan 5,5 kN memiliki

persamaan linear. Pada beban 10,1 kN mengakibatkan regangan baja sisi bawah 0,000250, regangan beton pada

ketinggian 6 cm dari bawah sebesar 0,000036 dan, regangan baja di perimeter atas balok sebesar 0,000229. Garis yang

menghubungkan nilai regangan dan posisinya akibat pembebanan 10,1 kN memiliki persamaan yang tidak linier.

Beban lentur

Nilai pembebanan lentur pada balok komposit beton dengan perkuatan baja lips channel rangkap di sisi bawah dan atas

menunjukkan bahwa beban terpusat P terbesar adalah 18,8 kN, dengan nilai displacement rata-rata 2,87 mm, nilai

regangan rata-rata pada lips channel sisi tarik (bawah) 0,001008, nilai regangan beton di tengah 0,000008, dan nilai

regangan baja di atas 0,000381. Nilai rata-rata regangan baja sisi tarik 0,001008 lebih kecil dari regangan maksimum

baja 0,02 (Widjaja, A. dan Nuroji, 2010).

Balok beton dengan perkuatan baja lips channel tunggal di sisi bawah, ternyata mampu mendukung beban lentur P

terbesar 18,7 kN. Nilai regangan rata-rata pada lips channel sisi bawah 0,000997, nilai regangan beton di tengah

0,000261, dan nilai regangan beton di atas 0,000732. Nilai rata-rata regangan baja sisi bawah 0,000997 lebih kecil dari

regangan maksimum.

Kedua nilai beban lentur terpusat hampir sama 18,8 kN dan 18,7 kN, lebih kecil dari beban lentur pada balok bertulang

tunggal dalam penelitian Nuroji (2008), dengan 2D13 seluas As = 2,653 cm2 dengan beban terbesar 47,5 kN. Balok

beton bertulang eksternal lips channel berdeformasi lentur, mengalami retak awal hingga maksimum, selanjutnya

terbelah menjadi dua bagian pada retakan yang berkembang sampai dengan maksimal. Pengamatan saat pengujian

menunjukkan bahwa lekatan permukaan baja lips channel dan beton yang tidak sempurna, regangan beton terlampaui,

dan deformasi beton ke arah vertikal bawah memisahkan baja sampai dengan mengubah bentuk lips baja dari beton.

2. METODOLOGI

Tahapan dalam studi adalah pembuatan balok model yang disesuaikan data balok bertulang lips channel eksternal oleh

Widjaja, A. dan Nuroji (2010). Pemodelan dilakukan dengan bantuan program komputer. Kemudian mensimulasikan

pembebanan, menjalankan program untuk mendapatkan gambar distribusi tegangan yang bekerja pada balok model.

Semua gambar distribusi tegangan balok model dianalisis, dibandingkan dengan perilaku dan pola kerusakan setelah

pengujian eksperimen balok.

Gambar 8. Sketsa pengujian lentur balok beton berlips channel eksternal tunggal (Widjaja, A. dan Nuroji, 2009)

Kemampuan alat pada laboratorium struktur untuk mendeteksi perilaku elemen struktur beton bertulang terbatas,

sehingga informasi yang diperoleh melalui studi eksperimental juga terbatas. Selain itu diperlukan biaya dan waktu

yang cukup besar untuk mendapatkan data informasi yang banyak. Salah satu cara untuk mereduksi biaya dan waktu

serta melengkapi informasi yang tidak diperoleh dari studi eksperimental perlu dilakukan studi lain yaitu studi numerik

dengan bantuan program komputer (Nuroji, 2008).

Page 7: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Studi Balok Beton Bertulangan Lips Channel Eksternal Tunggal Dengan Program Komputer

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 7

iii.diagram

tegangan

i.Potongan

melintang

ii.diagram

regangan

bw

C

As

d garis

netral

1,3 2D13 3 4,65 3,481

bw

d

1,69

J’d

Garis

berat

iv. Potongan melintang

balok berlips channel

=16,39

=13,35

ii. Balok model pada program komputer

i. Pengujian lentur balok eksperimental

Gambar 9. Pengujian lentur balok beton bertulangan eksternal lips channel

Pengujian spesimen balok eksperimen telah dilakukan sebagaimana Gambar 9.i. Berdasarkan gambaran tersebut dibuat

balok model dengan menggunakan program bantu komputer, seperti Gambar 9.ii. Simulasi bertujuan untuk mengetahui

distribusi tegangan-tegangan pada bidang atau area dari balok beton bertulang eksternal lips channel. Hasil simulasi

berupa distribusi tegangan tarik, tegangan geser, dan tegangan-tegangan yang bekerja pada balok bertulang lips channel

akibat beban lentur terpusat. Besar tegangan direalisasikan dalam skala warna.

Pembahasan hasil eksperimental yang telah dilakukan. Hasil tersebut dibandingkan dengan hasil simulasi dengan

menggunakan program bantu komputer untuk mengetahui mekanisme yang terjadi pada pengujian eksperimental.

Analisis perilaku eksperimental dan simulasi program dibutuhkan untuk memberikan usulan konstruksi tambahan yang

bertujuan memperkuat struktur balok komposit lips channel.

Pada tulisan ini disajikan hasil analisis kemampuan tampang balok beton bertulang sebagai acuan balok beton bertulang

eksternal berdasarkan rumusan Park, R. dan Pauley, T., (1975). Analisis tampang balok beton bertulang ulir 2 D 13

dilakukan dengan perhitungan manual. Analisis kapasitas tampang balok beton dipergunakan untuk memperkirakan

kemampuan dukung balok secara teori. Selanjutnya hasil analisis kemampuan tampang balok dibandingkan dengan

hasil beban lentur aktual yang didapatkan dari hasil eksperimen Nuroji (2008), dan dibandingkan dengan beban lentur

pada Widjaja, A. dan Nuroji (2010). Perbandingan keduanya diharapkan menemukan faktor yang memperbesar beban.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Lips Channel

Lips Channel seperti Gambar 3. memiliki luas tampang (102,44+2x21,93+4x6,4)x1,78=170,3x1,78= 303,134mm2

=

3,03 cm2. Luas tampang baja tulangan ulir 2 D 13 mm 265,33 mm

2 adalah 2,6533 cm

2. Luasan tampang lips channel

lebih besar 0,12% daripada luas tampang baja tulangan ulir 2 D 13 mm. Panjang balok beton uji 175 cm, sama dengan

panjang baja tulangan ulirnya. Luas permukaan baja tulangan ulir 2 D 13 mm sepanjang 175 cm adalah

2(3,14x1,3)175= 2(4,082x175)= 1428,7 mm2 = 14,29 cm

2, dan luas permukaan sisi dalam lips channel panjang 175 cm

sebesar 170,3x175= 2980,25 mm2 = 29,80 cm

2. Bidang kontak antara baja tulangan beton ulir dan beton lebih kecil

52% daripada lips channel dan beton, tetapi kekasaran permukaan lips channel lebih rendah daripada baja tulangan ulir

yang memiliki rib atau tonjolan.

Gambar 10. Sketsa perbandingan Jd pada balok beton bertulang tunggal dan berlips channel

Straingage baja

Straingage beton

Straingage beton

lips channel

beton

Beban terpusat ½P

Beban terpusat ½P

tumpuan

tumpuan

Straingage baja

Straingage beton

Straingage beton

lips channel

beton

Beban terpusat ½P

Beban terpusat ½P

tumpuan

tumpuan

Page 8: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Andang Widjaja dan Nuroji

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 8

Tebal selimut atau lindungan beton 3 cm, maka jarak garis berat baja tulangan ulir D 13 dari sisi bawah adalah

3+(½x1,3)=4,65 cm, lihat Gambar 10.i. Garis berat pada lips channel 125 50 20 berjarak 1,69 cm dari dasar bawah,

lihat Gambar 10.iv. Jarak titik berat lips channel dengan perimeter balok atas 18-1,69=16,31 cm, lebih besar 2,96 cm

daripada balok beton bertulang ulir. Jika luas bidang tekan pada beton sisi atas dianggap sama dengan luas bidang tekan

pada beton bertulang (Gambar 10.iii.), maka nilai Jd pada balok beton berlipschannel lebih besar daripada beton

bertulang ulir.

Regangan beton silinder

Kurva tegangan dan regangan beton diperoleh dari pengujian beban uniaksial pada beberapa silinder beton. Kurva

hampir linier pada beban satu setengah kali beban tekan. Bentuk kurva tidak tepat sama dengan kurva tegangan

regangan beton Park, R. dan Pauley, T. (1975). Beton mutu tinggi memiliki puncak kurva yang tajam, atau gradien garis

singgung yang besar. Sedangkan beton mutu rendah memiliki puncak yang mendatar, atau garis singgung pada kurva

parabola hubungan tegangan – regangan bergradien rendah, seperti yang terlihat pada Gambar 6.

Nilai regangan maksimum masing-masing silinder beton yaitu 0,002806, 0,002784, dan 0,002773; dan nilai rata-rata

dari ke tiganya adalah 0,002788. Nilai rata-rata regangan beton silinder hampir 4 kali lebih besar daripada regangan

maksimum balok beton pada beban 18,7 kN yaitu sebesar 0,000732. Berdasarkan nilai regangan silinder dapat

disimpulkan bahwa, beban maksimum yang didukung balok mestinya dapat ditingkat lagi sampai dengan mendekati

nilai regangan 0,002.

Beban lentur

Hasil perhitungan momen nominal berdasarkan rumusan analisis kapasitas tampang balok beton dengan baja tulangan

ulir 2 D 13 adalah 13068625 Nmm = 13,068625 kNm. Jika jarak beban ½P dan tumpuan 550 mm, maka nilai ½P

adalah 23761,14 N = 23,76114 kN. Selanjutnya nilai beban P = 47522,27 N = 47,52227 kN. Beban lentur teoritis

tersebut hampir sama dengan beban lentur hasil eksperimen yang telah dilakukan Nuroji (2008) yaitu 47,5 kN. Beban

lentur pada balok beton bertulang eksternal lips channel tunggal hanya 18,7 kN atau 40% dari beban lentur teoritis.

Padahal jarak titik tangkap gaya tarik T dengan gaya tekan C pada balok bertulangan lips channel lebih besar daripada

beton bertulangan ulir.

Salah satu penyebab adalah terreduksi lekatan permukaan baja lips channel dan beton. Selanjutnya diikuti retak pada

permukaan beton daerah tarik, dan di sekitar bagian lips yang masuk ke dalam massa beton. Baja lips channel sisi

bawah balok beton tidak mengalami putus, melainkan bersama-sama mengalami deformasi akibat beban lentur.

Selanjutnya terjadi slip antara permukaan baja lips channel dan beton, seperti Gambar 10. Lekatan permukaan baja lips

channel dan beton yang tidak sempurna, regangan beton terlampaui, dan deformasi beton ke arah vertikal bawah

memisahkan baja sampai dengan mengubah bentuk lips baja dari beton.

Gambar 11. Kerusakan pada balok beton bertulang lips channel setelah pembebanan lentur terpusat

Tegangan tarik

Tegangan tarik terbesar pada balok eksternal lips channel tunggal yang mendukung beban lentur terpusat digambar

dengan skala warna biru tua. Tegangan tarik terbesar berada di sisi bawah balok di antara dua terpusat ½P. Selanjutnya

tegangan tarik semakin mengecil sampai dengan 0 ke arah tumpuan kiri dan kanan. Nilai tegangan yang mengecil

diperlihatkan pada skala warna biru tua biru muda, hijau, hijau muda, dan kuning yang merepresentasikan nilai 0. Pada

sisi atas balok diantara beban lentur terpusat mengalami tekan terbesar, yang diperlihatkan dengan warna coklat muda.

Page 9: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Studi Balok Beton Bertulangan Lips Channel Eksternal Tunggal Dengan Program Komputer

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 9

i. tampak perspektif

ii. penampang tumpuan iii. penampang lapangan iv. penampang lapangan beton

v. skala warna v. penampang lapangan lips channel

Gambar 12. Tegangan tarik arah memanjang balok lips channel tunggal eksternal

Pada ujung balok material beton dan lips channel tidak mengalami gaya tarik ataupun tekan, sebagaimana terlihat pada

Gambar 12.i. dan ii. Gambar 12. iii. Potongan penampang balok di lapangan menunjukkan bahwa sisi atas menerima

gaya tekan, gaya di sisi tengah bernilai 0, dan beton di sisi bawah menerima beban tarik skala warna hijau yang lebih

kecil daripada gaya tarik skala warna biru muda sampai biru tua di lips channel (Gambar 12. iv. dan v.). Gaya tarik pada

material beton di penampang lapangan sisi tepi lebih besar daripada di sisi tengah.

i. tampak perspektif

ii. skala warna

Gambar 13. Tegangan tarik arah memanjang balok beton yang mendukung beban lentur terpusat

Seluruh beban terpusat diterima dan disebarkan ke bagian-bagian balok beton seperti digambarkan pada Gambar 13.

Volume elemen balok beton yang menerima gaya tekan (skala warna coklat) di sisi atas sama besarnya dengan volume

elemen balok beton yang menerima gaya tarik (skala warna hijau muda) di sisi bawah balok beton. Sedangkan pada

daerah lainnya tidak menerima gaya tekan maupun tarik. Pada Gambar 12.i. skala warna biru tua nampak di tengah

bentang, kemudian skala warna hijau muda kira-kira 5 cm mendekati masing-masing tumpuan. Sedangkan pada

Gambar 13. Skala warna hijau di tengah bentang, kemudian menipis sampai kira-kira 25 cm mendekati masing-masing

tumpuan. Berdasarkan pada perbandingan luasan dan skala warna gaya tarik pada Gambar 12.i. dan Gambar 13. dapat

dinyatakan bahwa fungsi lips channel yang terpasang di sisi perimeter bawah balok beton ternyata mampu memberikan

dukungan distribusi gaya tarik di sisi bawah balok beton yang lebih besar.

Retak lentur yang muncul di permukaan samping balok beton di atas lips channel, dipicu oleh regangan beton yang

lebih kecil daripada regangan di serat tarik balok spesimen. Distribusi gaya tarik di beton di daerah tersebut relatif lebih

besar pada daerah beton lainnya. Nilai gaya tarik digambarkan dengan skala warna biru kemudian bergeser ke hijau

(Gambar 12. iv.). Gaya tarik yang bekerja pada bagian beton tersebut lebih besar dari bagian beton yang lain.

Distribusi gaya tarik pada bagian lips channel lebih besar daripada beton. Retak tidak terjadi pada bagian lips channel

karena regangannya lebih besar dari regangan yang ditimbulkan oleh beban. Selain itu daerah perbatasan antara dua

material berbeda yang disatukan atau komposit, boleh jadi daerah tersebut menjadi daerah terlemah.

Page 10: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Andang Widjaja dan Nuroji

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 10

Tegangan geser

Tegangan geser adalah tegangan dari bidang horisontal ke arah tinggi balok. Tegangan geser pada balok eksternal lips

channel tunggal yang mendukung beban lentur terpusat ditunjukkan pada Gambar 14. Tegangan geser ini dapat juga

disebut sebagai tegangan lekat antara bidang permukaan lips channel yang mendatar arah memanjang balok (sumbu x)

dengan material beton di atasnya. Pembebanan pada balok tersebut mengakibatkan lips channel terlepas dari balok

beton, seolah-olah lips channel bergerak ke bawah dan beton bergerak ke atas.

Hasil simulasi program bantu komputer menunjukkan bahwa tegangan geser terbesar di ujung kiri dan kanan balok

bernilai sama, yang digambarkan dengan skala warna biru tua di sisi ujung kanan balok dan warna ungu di sisi ujung

kiri, nilai minus atau plus hanya menunjukkan dua tempat yang berlawanan yaitu kiri dan kanan.Tegangan geser pada

balok spesimen di antara dua beban terpusat (sisi tengah) bernilai 0, atau digambarkan dengan skala warna kuning,

sebagaimana Gambar 14.

i. Tegangan geser pada balok beton dengan lips channel

skala warnaGambar 14. Tegangan geser pada balok eksternal lips channel tunggal yang dibebani lentur terpusat

Gambar 11. memperlihatkan retak lentur (vertikal) di atas lips channel diantara beban terpusat, retak arah horisontal

yang ditandai juga dengan terlepas lips (bagian lips channel) dari jepitan beton, slip antara lips channel dan balok

beton. Secara keseluruhan tampak juga displacement pada balok berlipschannel. Gaya tarik di sisi bawah balok beton

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14. menyebabkan perpanjangan lips channel. Lips channel mampu menahan

gaya tarik dengan memperpanjang dirinya, sedangkan kemampuan beton terbatas. Peningkatan beban memperbesar

regangan beton, regangan yang terjadi melampaui kemampuan beton, sehingga timbul retak. Selain itu tegangan lekatan

permukaan keduanya terlewati, sehingga terjadi slip.

ii. Tegangan geser pada

bagian beton dari balok

beton dengan lips channel

iv.Tegangan geser bagian

lips channel dari balok

beton dengan lips channel

iii. Potongan A-A

v. Potongan B-B

vi.Skala warna gaya

Page 11: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Studi Balok Beton Bertulangan Lips Channel Eksternal Tunggal Dengan Program Komputer

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 11

Perbedaan karakteristik material menyebabkan balok beton tidak mampu mengikuti displacement lips channel, sehingga

beton retak, diikuti slip diantara beton dan lips channel. Local slip antara beton dan lips channel karena perbedaan

displacement material penyusun.

Panjang slip yang terjadi antara lips channel dan beton pada ujung kiri dan kanan spesimen balok seharusnya bernilai

sama yaitu 4/2=2 cm, sebagaimana Gambar 14.iv. yang menunjukkan tegangan geser terbesar di lips channel ujung kiri

dengan skala warna ungu, dan warna biru tua di ujung kanan. Nilai slip hasil eksperimental menunjukkan 4 cm

(Widjaja, A. dan Nuroji, 2010), seperti Gambar 11. Perbedaan nilai tersebut dapat terjadi karena pada sisi kanan telah

terjadi retak awal di sisi bawah sampai dengan sisi atas balok beton. Pada sisi kanan balok dapat dikatakan lebih lemah

daripada sisi kiri, sehingga slip terjadi di sisi kanan spesimen. Penyebab lain adalah faktor bahan penyusun balok beton

sisi kiri dan kanan yang tidak homogen, sedangkan material balok simulasi pada program bersifat homogen.

Bagian lips dari lips channel terkelupas dari balok beton, berawal dari retak pertama yang berjarak 2,5 cm dari beban

terpusat ½ P, kemudian merambat sejauh 12,5 cm sebelum tumpuan, seperti Gambar 10. Tampaknya kerusakan hanya

terjadi di permukaan samping setinggi lips channel 34,81 mm dengan kedalaman 8,22 mm (lebar lips 6,44 mm

ditambah tebal lips channel 1,78 mm). Kerusakan diantara lips channel dan beton tersebut karena gaya geser terbesar

yang digambarkan dengan skala warna ungu di sisi kiri balok dan warna biru tua di sisi kanan berada di daerah tepi atau

permukaan terluar balok, diantara beban ½ P dan tumpuan, seperti pada Gambar 13.i. Jadi ikatan bagian lips dari lips

channel pada beton tidak mampu menahan gaya geser.

Hasil analisis program pada potongan balok A-A seperti pada Gambar 15.iii. menunjukkan bahwa tegangan geser pada

badan beton diantara bagian lips dari lips channel yang berskala warna merah di tengah yang dikelilingi jingga di tepi

lips channel, setinggi 0% sampai 20% dari tinggi balok. Tegangan geser pada beton yang diselimuti lips channel lebih

kecil daripada beton di atas lips channel. Selanjutnya tegangan geser terbesar berskala warna ungu di tengah badan

balok, dengan ketinggian 20% sampai 70% dari tinggi balok. Kemudian makin ke sisi atas tegangan geser mengecil dari

skala warna merah menuju jingga, dengan ketinggian 70% sampai 100% dari tinggi balok.

Tegangan geser di ujung balok pada beton yang diselimuti lips channel lebih besar daripada beton di atasnya,

sebagaimana terlukis pada Gambar 15. Pada sisi ujung terdiri atas material beton dan lips channel. Jika lekatan

keduanya tidak sempurna, maka slip terjadi di ujung balok beton, sebagaimana Gambar 11.

i. Tegangan geser pada balok beton

ii.Pot. A iii.Pot. B iv. Pot. C v. Pot. D

vi. Skala warna

warnaGambar 15. Tegangan geser pada balok beton yang dibebani lentur terpusat

Hasil simulasi program bantu komputer menunjukkan bahwa distribusi tegangan geser pada balok beton yang dibebani

lentur terpusat (Gambar 15.i.) hampir sama seperti balok beton dengan lips channel tunggal (Gambar 14.i). Tegangan

geser terbesar berada kira-kira 5 cm sebelum tumpuan ujung kiri (skala warna ungu) dan kanan (skala warna biru tua),

tegangan geser bernilai sama.Tegangan geser pada balok spesimen di antara dua beban terpusat lebih kecil, dan bernilai

0 atau digambarkan dengan warna kuning di tengah bentang, sebagaimana Gambar 14.i. Tegangan geser di potongan

balok pada tumpuan balok berskala warna merah, dan sebagian warna ungu di sisi samping dengan ketinggian separuh

balok (Gambar 15.iii). Tegangan geser di potongan balok pada daerah beban terpusat berskala warna merah, nilai

tegangan geser membesar di bagian tengan balok (bersakala warna ungu), lihat Gambar 15.iv. Tegangan geser di

potongan balok diantara beban terpusat atau tengah atas maupun bawah bernilai 0, lihat Gambar 15.v.

B A

C D

Page 12: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Andang Widjaja dan Nuroji

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 12

Regangan balok beton lips channel tunggal

Straingage dipasang di tengah bentang balok spesimen oleh Widjaja, A. dan Nuroji (2010). Gambar distribusi tegangan

tarik Gambar 12.i. menunjukkan tegangan tarik maksimal berada di tengah bentang sisi bawah balok. Jadi straingage

yang dipergunakan untuk mengukur regangan lips channel dapat dikatakan berfungsi maksimal, seperti pada Gambar 9.

Demikian juga straingage yang dipergunakan untuk mengukur regangan beton dipasang di bentang tengah sisi atas

balok spesimen.

i. Balok beton dengan lips channel ii. Balok beton bertulang (Park, R. dan Pauley, T., (1975)

Gambar 16. Perbandingan regangan balok yang mendukung beban lentur

Gambar 16. menunjukkan perbedaan regangan balok dengan lips channel dan balok beton bertulang tunggal. Gambar

15.i. diperoleh dari hasil pengujian Widjaja, A. dan Nuroji (2010) sesuai Gambar 7., sedangkan Gambar 16.ii. dari Park,

R. dan Pauley, T., (1975). Pembebanan terpusat pada balok komposit beton lips channel tunggal sebesar 0,1 kN, 5 kN,

10 kN, dan 18,7 kN menyebabkan regangan baja lips channel sisi bawah berturut-turut 0,000002, 0,000122, 0,000303,

dan 0,000997. Regangan terbesar 0,000997, nilai tersebut masih jauh di bawah regangan maksimum baja 0,02.

Regangan baja tesebut tidak dapat dicapai karena slip di kedua permukaan beton dan lips channel. Tanda-tanda slip

ditunjukkan garis yang menghubungkan nilai regangan lips channel dan beton di sisi atas pada pembebanan 10 kN

sampai 18,7 kN sudah tidak lurus.

Bond slip

Pengamatan mekanisme bond slip antara beton dan lips channel tidak dibahas lebih mendalam, pembahasan hanya

sebatas analisis pustaka. Kerusakan bond menyebabkan transfer tegangan dari lips channel ke beton menjadi berkurang,

sehingga peranan struktur komposit berkurang. Kerusakan bond ditandai dengan terjadinya slip antara beton dan lips

channel. Peningkatan beban menyebabkan slip berkembang. Slip menghilangkan adhesi, yang merupakan salah satu

komponen pembentuk bond. Slip yang berkelanjutan dapat mengurangi mekanisme bond.

Salah satu faktor perilaku bond slip pada balok beton bertulang yang dikemukakan Azizinamini et al. (1993) dan

MacGregor (1992) dalam Nuroji (2008) yang mungkin dijumpai pada hasil eksperimental Widjaja A. dan Nuroji (2010)

adalah adhesi dan friksi. Faktor pengaruh pertama adhesi, tampak pada bidang kontak lips channel dan beton,

gumpalan-gumpalan beton yang menempel pada permukaan lips channel sisi dalam. Faktor pengaruh ke dua adalah

friksi; Kekasaran permukaan lips channel tidak didefinisikan, tetapi pengamatan dengan ujung jari dan mata biasa

menunjukkan bahwa permukaan lips channel hamper sama dengan baja tulangan polos. Selanjutnya faktor pengaruh ke

tiga adalah interlocking, yang tidak terbukti. Permukaan dalam lips channel tidak memiliki tonjolan (rib), sehingga

tidak ditemukan interaksi antara permukaan lips channel dengan matriks beton.

4. KESIMPULAN

Kesimpulan yang diperoleh dari uraian di atas adalah sebagai berikut:

1. Jarak titik berat lips channel dengan perimeter balok atas 16,31 cm, lebih besar 2,96 cm daripada balok beton

bertulang ulir. Nilai Jd pada balok beton berlipschannel lebih besar daripada beton bertulang ulir.

2. Regangan maksimum beton pada balok lips channel tunggal di sisi atas sebesar 0,000732 lebih kecil dari nilai

regangan beton maksimum 0,003.

3. Nilai regangan lips channel belum dapat diketahui, karena data hasil pengujian tarik lips channel belum sempurna.

4. Beban yang mampu didukung balok beton lips channel tunggal ekternal di sisi bawah adalah 18,7 kN. Beban

tersebut belum mencapai nilai optimal. Beban lentur berdasarkan analisis kapasitas tampang pada balok beton

bertulang 2 D 13 yang memiliki luas tampang dan luas permukaan hampir sama dengan luas lips channel adalah

47,5 kN.

5. Perilaku balok beton lips channel tunggal ekternal yang menerima beban lentur terpusat sesuai dengan analisis

hasil program komputer. Slip pada satu sisi balok spesimen setelah pengujian lentur eksperimental disebabkan oleh

lurus

tidak lurus

lurus

Page 13: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Studi Balok Beton Bertulangan Lips Channel Eksternal Tunggal Dengan Program Komputer

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 13

susunan material balok yang tidak homogen; Sedangkan susunan material balok model pada program komputer

homogen.

6. Lips channel pada balok beton lips channel tunggal ekternal di sisi bawah sudah berfungsi sebagai salah satu

material yang mampu mendukung gaya tarik akibat beban lentur, meskipun belum berperan sempurna dalam

mendukung beban yang lebih tinggi dari 10 kN. Ketidaksempurnaan disebabkan karena berkurangnya lekatan

permukaan antara beton dan lips channel.

7. Faktor perilaku bond slip pada balok beton bertulang yang mungkin dijumpai pada hasil eksperimental Widjaja A.

dan Nuroji (2010) adalah adhesi dan friksi. Faktor interlocking tidak dijumpai, tetapi sangat berperan untuk

mencegah slip. Permukaan dalam lips channel pada struktur balok beton bertulang lips channel eksternal

disarankan memiliki tonjolan (rib), atau konstruksi lain yang berfungsi untuk meningkatkan interlocking, sehingga

kapasitas balok meningkat. Penempatan konstruksi rib disesuaikan dengan distribusi tegangan geser sesuai hasil

pemodelan dengan program komputer.

8. Kapasitas struktur balok beton yang menerima tarik dapat ditingkatkan dengan menambahkan tulangan.

Penambahan tulangan dapat mencegah retak pada beton.

DAFTAR PUSTAKA

Abadjieva, T., 2005, Introducing High Performance Concrete to Botswana Construction Industry, Exploring Innovation

in Education and Research © iCEER - 2005 Tainan, Taiwan, 1-5 March 2005, Tainan, Taiwan,

http://www.iaalab.ncku.edu.tw/iceer2005 /Form/PaperFile/23-0015.pdf

ACI Committee 446, 2006 dalam Manual Concrete Practice, 2006

ASTM Standard C 39-93a,

Besari, Mohamad Sahari, 2007, Review of Some Physical and Mechanical, Parameters of Concrete, Proceeding of

International Conference on Material Development in the Construction Industri November 21, 2007, Four Season

Hotel Jakarta

Brooks, 1987, Teknologi dan Praktik Beton, Jakarta: Erlangga

Gourley, Brett C. et al., 2001, A Synopsis of Studies of the Monotonic and Cyclic Behavior of Concrete-Filled Steel

Tube Beam-Columns, Structural Engineering Reports No. ST-01-4, Minneapolis, Minnesota: Department of Civil

Engineering Institute of Technology University of Minnesota, pp 1-2, 10.

Mahasneh Bassam Z. dan Gharaibeh Emhaidy S., 2005, Enhancing Filled-tube Properties by Using Fiber Polymers in

Filling Matrix, Journal of Applied Sciences 5 ISSN 1812-5654, © 2005 Asian Network for Scientific Information,

pp 232-235, http://www.ansijournals.com/jas/2005/232-235.pdf, 5 Juni 2008

McCormac, Jack C., 2001, Desain Beton Bertulang Jilid 1, Jakarta: Erlangga

McCormac, Jack C., 2001, Desain Beton Bertulang Jilid 2, Jakarta: Erlangga

Nuroji, 2008, Pemodelan Retak dan Bond Slip pada Struktur Beton Bertulang dengan menggunakan Nonlinier FEM,

Laporan Penelitian, Semarang

Park, Robert dan Pauley, Thomas, 1975, Reinforced Concrete Structure, Toronto Canada: John Wiley & Sons, Inc.

Samhal, Erkan, 2005, Lecture 1.1: Composite Construction from SSEDTA ( European Steel Computer Aided Learning,

http://atlas.cc.itu.edu.tr/~haluk/COMPOSITE%201.pdf

Spacone, Enrico, dan El-Tawil, Sherif, 2004, Nonlinear Analysis of Steel-Concrete Composite Structures: State of the

Art, Journal of Structural Engineering Vol. 130, No. 2, February 1, 2004, pp. 159–168, http://www-

personal.umich.edu/~eltawil/CHS-State-of-the-art.pdfACI Committee 446, 2006, Manual Concrete Practice

(MCP) 2006, American Concrete Institute (ACI)

Suhendro, Bambang, 2003, Pidato Pengukuhan Guru Besar Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta: Fakultas Teknik

UGM.

Tong, 1994, Proceedings of the 4th Association for International Cooperation and Research in Steel-Concrete

Composite Structure (ASCCS) International Conference, Slovakia: Expertcentrum, pp 1-3.

Widjaja Andang dan Nuroji, 2009, Perkuatan Eksternal Tunggal Lips Channel Pada Balok Beton, Prosiding Seminar

Nasional di ITS Prodi D3, Surabaya:Prodi D3 FTSP ITS, halaman 70-74.

Page 14: STUDI BALOK BETON BERTULANGAN LIPS CHANNEL …konteks.id/p/04-097.pdf · Peningkatan dapat dilakukan dengan penambahan rib atau konstruksi penahan slip ... dengan kuat tarik 100 kali

Andang Widjaja dan Nuroji

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 14

Widjaja Andang dan Nuroji, 2010, Balok beton bertulang eksternal Lips Channel, Prosiding Seminar Nasional Teknik

Sipil VI–2010, Pengembangan Infrastruktur dalam menunjang Pembangunan Ekonomi Nasional,

Surabaya:Program Pascasarjana Fakultas Teksnik Sipil dan Perencanaan Jurusan Teknik Sipil ITS, halaman A 23.

Zhang, Jun , Leung, Christopher K.Y., Cheung Yin Nee, 2006, Flexural performance of layered ECC-concrete

composite beam, Composites Science and Technology 66 (2006) 1501–1512,

http://www.engineeredcomposites.com/publications/2005-2006/Zhang(CompSciTech).pdf