PERBAIKAN BALOK BETON PRA TEGANG P ARSIAL YANG MENGALAMIKERUNTUHAN GESER DENGAN SISTEM GROUTING BAHAN POLIMER1

Bambang Budiono2, Dicky R. Munaf, Liliana'

ARSTRAKPERBAIKAN BALOK BETON PRATEGANG PARSIAL YANG MENGALAMI KERUNTUHAN GESER DENGAN

SISTEM GROUTING BAHAN POLIMER Mekanisme keruntuhan geser balok beton prategang parsial yang mempunyai mutu betonnormal (fc'=30 MPa) menunjukkan bahwa material ini dapat diperbaiki. Hal ini dimungkinkan untuk lebar retak yang terjadi relatifkecil sebagai akibat dari pemberian tegangan awal. Indikasi untuk mencapai hal tersebut, pertama-tama adalah rasio prategang lebih besardari 60 % dan rasio bentang geser (aid) lebih besar dari 3.00. Dibawah kondisi ini,pola retak geser dikembangkan melalui mekanismegeser lentur. Mekanisme ini diawali oleh berkurangnya tegangan lekat pada daerah perletakan. Perbaikan dilakukan dengan menggunakanbahan polimer menunjukkan bahwa kerusakan dapat diperbaiki. Ternyata kapasitas beban balok setelah mengalami perbaikan mencapai diata~ 70 '!io dari kapasitas beban balok origin. Namun keruntuhan lebih getas dibandingkan dengan balok uji origin.

ARSTRA(:TPARTIALLY PRESTRESSED CONCRETE BEAMS UPGRADE CAUSED SHEAR FAILURE BY POLYMER

MATERIALS GROUTING SYSTEM. Shear failure mechanism of partially prestressed concrete beams using normal strength concrete( fc'=30 MPa) showed that the members are repairable. This can be done as the crack width is quite small due to te effect of relativelyhigh prestressing. To achieve this indication, firstly the prestressing ratio should be more than 60 percent and shear span ratio (aid) shouldbe greater than 3.00 .Under these condition the shear crack pattern is developed through flexure-shear mechanism. The mechanism isinitiated by the failure of bond stress in vicinity of the support. Repair using polymer showed that the damage is repairable. The reloadingafter repair reached the strength up 70% of its original strength. However, the failure is more brittle as compared to the original specimen.

KEY WORD,\'Shear failure, polymer, flexure-shear mechanisme.

PENDAHULUAN

Beton adalah material konstruksi yangumurnnya digunakan dalam bidang teknik sipil,karena sifatnya yang mudah untuk dikerjakan sertarelatifbebas pemeliharaan. Sifat yang regas membuatbahan ini tidak sanggup memberikan respon yangbaik.

.untuk mengetahui faktor daktilitas dari strukturbalok prategang parsial.

.untuk mengetahui kapasitas beban balok betonprategang parsial yang telah mengalamikeruntuhan dan diperbaiki dengan sistemgrouting dengan bahan polimer.Analisis dilakukan dengan meninjau hubungan

momen dengan kelengkungan (moment-curvature)atau hubungan beban dengan defleksi (load-deflection).

METODOLOGI.

Material

Material yang digunakan yaitu

BetonBeton adalah campuran dari semen portland

atau semen hidrolis lainnya dengan agregat halos,agregat kasar dan air dengan atau tanpa bahantambahan lainnya.

Semen yang digunakan adalah semen portlanddengan merk dagang tiga roda yang mempunyaiberat jenis relatip 3.15 gr/cm3 dan ekuivalen denganASTM C150.

Agregat halos yang digunakan merupakan pasirGalunggang yang berasal dari daerah Tasik, JawaBarat.Sedangkan agregat kasar berasal daTi BanjaraJt.Karaktersitik daTi agregat yang digunakan dapatdilihat pada tabel 1. Dan untuk perhitungankomposisi campuran digunakan metoda ACI (ACI211.1.91) dan dapat dilihat pada tabel 2.

Di bawah kondisi tarik, daktilitas akan semakinberkurang hila tarik yang antara lain disebabkan olehlentur dikombinasikan dengan gaya geser daDakhimya timbul keruntllhan.

SalaJl satu keruntuhan yang sangat dihindariadaJah keruntuhan geser. karena keruntuhan yangterjadi bersifat getas dan tiba-tiba tanpa peringatanawal serta mengurangi daktilitas struktur ba.lok.

Perkembangan teknologi beton saat ini mampumenghasilkan bahan-bahan lain sebagai konstruksiyang mampu meningkatkan dakti I itas misalnyadengan bahan polimer.

Kapasitas penarnpang terhadap terhadap runtuhgeser dapat ditingkatkan sclain dengan carnpcrbaikan daktilitas, juga dapat dilaktJkan denganmemberikan pemberian tegangan awal padapenulangan agar tegangan tarik yang timbul akibatbeban luar dapat dihilangkan .

Tujuan Pcnclitian

T"juCllJ dari penelitian yang dilakukan adalah :."ntuk mengetahui perilaku geser balok beton

prategang parsial tanpa tulangan sengkang yangmcngalami keruntuhan akibat geser.

'Oisampaikan pada Pertemuan ~h S;insMateri 1997-10-09 .

20osen Jurusan Teknik Sipit FTSP-ITB dan Peneliti di Lab. Struktur dan Bahan, Jurusan Teknik SipillTB'Dosen Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITB daD Kepala Lab. Struktur daD Bahan, Jurusan Teknik SipillTB.Maha..iswa Pasca Sarjana Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITB dan Oosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Palangkaraya

369

Karaktersitik Agregat Kasar clanHalus

tulangan geser yang mempunyai penampangpersegi panjang seperti terlihat pada Gambar Idan dimensinya dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel4. Dimensi Elemem Struktur

Komposisi Campuran Beton perm3untuk fc'=30 Mpa

Jenis Material Berat (kg)758.995914.288377.360163.896

0.48

No. Pembuatan balok prategang parsial dilakukandengan sistem pretensioned dimana strnndsditegangkan terlebih dahulu dengan gaya pmtegang50000 N setelah itu balok dicorkan dan setiap balokuji tersebut dibuat silinder uji dengan diameter 100mm dan tinggi 200 mm untuk mengetahui kuat tekandan untuk mengetahui modulus elastisitas digunakansilinder dengan diameter 150 rum dan tinggi 300rum.

~

Baja Non Prategang

Ba.ja tulangan yang digunakan adalah baja uliruntuk tulangan tank dengan diameter 10 mm danbaja polos digunakan untuk tulangan pengaku danpenulangan end block daTi balok prategang dengandiameter 8 mm. Hasil pengtljian tarik dari bajatcrsebut dapat dilihat daTi label 3.

Setelah berumur 14 hari, kabel prategang(strands) balok uji diputuskan daD kemudian

Tabe\ 3 Hasi.l PengujilUl Tarik Baja Non

Prate/!lUlgKuat

Lu\uh

(kgimm')

KuatMax

(kpjrnrn

No

57073

~5231953574

~~

42345

~35577~

Strands

Gambar Demil dam struktur clan dimensi

penampang

bekisling dibuka.Pengujian dilakukan setelah balok uji bemmur

28 hari.

Baja Pratc~angRf1.ja pralegang yang digunakan untaian kawat(.'itrand.'i) dengan 7 kawat dianteter 0.50 inchi (12.5rom) dari Freyssineet dengan kardkteristik strandssbb:Tegangan balas (ultimate),fpu= 18085.10 kg/cm2Modnlus E1astjsitas, Ep = 1950000 kg/cm2Gaya Paratcgang, F = 5000 kg

Balok uji yang diperbaikiBalok uji yang diperbaiki adalah balok dengan

PPR=60% yang mengalami keruntuhan yangretaknya relatif kecil dan tidak kehilangan kelekatananta..~ beton dengan tulangan yang digunakan.Perbaikan pacta balok yang telah mengalami retakdilakukan dengan sistem grouting yang

Benda Uji.Balok Uji dengan rasio prategang (pPR=Partial

Prestressed Ratio) 60 % dan 100%. Balok ujimerupakan balok beton prategang parsial tanpa

370

Untuk mengukur putaran sudut yang teljadipada balok benda uji selarna pembebananberlangsung, digunakan inklinometer yangdiletakkan pada ujung perletakan sendi.

Gambar 3. Penempatan Strain Gage

Semua alat tersebut dihubungkan ke data loggeruntuk mencatat dan mencetak basil pembacaan darisetiap penambahan beban.

BASIL DAN PEMBABASAN

Hubungan Momen dengan Kelengkungan

(Moment-Curvature)Analisis momen kelengkungan memungkinkan

untuk mengetahui sifat -sifat beton secarakeseluruhan. Secara umum dari gambar momenkelengkungan pada balok prategang parsial dapatdibedakan alas 3 daerah yaitu:

Daerah (1): Sebelum penampang retakpenampang masih berperilakuelastis) atau dari kondisi awalsampai kondisi dekompresi. Nilaikelengkungan awal (\1/0) negatifkarena pada saat itu yang bekerjahanya gaya prategang daD bebanluar belum bekerja (Mo=O).

Daerah (2) : Sesudah penampang retak sampaibaja mengalami leleh.

Daerah (3) : Dari kondisi leleh sampaipenampang pada keadaan barns

(ultimate)

mcnggunakan bahan polimer. Bagian-bagian yangmcngalami retak diplester terlcbih dahulu untukmcllcegah keluar cairan grouting pada saat dilakukanpenggroutingan dan dibuat lubang dengan cara diborunt.IIk memasukkan cairan grouting. Setelah it",balok dibiarkan selama I llari sebelum dilakukan

pengujian.Cetakan daD Perawatan

Untuk membuat balok uji dipersiapkan cet.akanyang dibuat dari multiblock 18 rnm dan kayu kasoUkltran 5/7. Cetakan dibuat sedemikian rupa sehinggadapat digunakan berulang kali. Setelah beberapa jamselesai melakukan pengecoran maka balok uji yangtelah agak kering dirawat dengan cara dibungkusInengglmakan karung basah. Dernikian juga halnyadengan silinder uji,setelah dibongkar dari cet.akandilakukan cara perawatan yang sarna dengan caraperawatan balok uji. Setelah balok uji berumur 14hari. kabel prategang dipotong dan dibongkar daricetakan.

Pen~.iian.Pengujian dilakukan setelah balok uji berumur

28 hariSistem pembebanan balok uji dilakukan dengan

sistem pembebanan monotonik yang diturnpu padaperletakan sederhana dan secara benahap sebesar 0.5kN, dimonitor dengan menggunakan layar komputersetiap peruballan yang terjadi selama penambahanbeban dicatat dan dicetak dengan menggunakan datalogger sampai terjadi keruntuhan.

Untuk mengetahui perpindahan yang terjadipada balok uji selama pembebanan,digunakanL VDT(Linier Variable Displacement Tranducers)yang diletakkan pada bagian bawah benda uji .L VDTs diletakkan di tengah bentang dan pada kedua

GmnbM 2

Laboratory

Beam LoaTest

titik pembcbanan, sedangkan pengtlkuran regangan~'})ng tctjadi pad a balok uji, dipasang strain gage padapcnllukaan beton bagian atas, baja tulangan padasalah S})tu tulangan tank dan baja prategang .Penempatan strain gage dapat dilihat pada Gambar 3.

371

~tE

~ 20c..E

~

Faktor daktilitas yang ditinjau yaitu :.Dak/ili/as Kelengkungan

Adalah perbandingan antara sudutkelengkungan (putaran sudut per unit panjang)maksimum dengan sudut kelengkuogan leleh darisuatu clemen struktur akibat momen lentur.

~ =~'II 'Vy

[~~~;~ PPR~IOOO/. -PPR~OO/..

---Repair~

(:Jambar 5. Hubungan Momen-Kelengkungan .Daktilitas PerpindahanAdalah perbandingan perpindahan struktur

maksimum terhadap perpindahan struktur pacta saatleleh.

8u~6 =

By

Dari kurva hubungan momen -kelengkungan daDhubungan beban -defleksi, faktor daktilitas dapatdihitung. ( Tabel 5)

Dari hubungan momen -kelengkungan terlihatbahwa balok beton prategang yang diperbaikimempunyai kernampuan untuk berdeformasi yangpaling rendah.

Hubun~an Deban dengan Detleksi

Hubungan beban dan defleksi mempunyaibentuk seperti momen kelengkungan padapenampang .Dari hubungan beban dan defleksidapat dilihat sifat struktur.

Dari Gambar 6 terlihat bahwa semakin besarratio prategang maka lendutan yang terjadi semakinbesar.

Dan terlihat balok yang diperbaiki berperilakulebih getas dan kekakuan balok yang ditunjukkandengan kemiringan garis daTi hubungan beban dandcfleksi yang lebih landai berarti kekakuan balok ituIcbih kecil.

Daktilitas

Suatu struktur dikatakan berperilaku daktilapabila mampu mengaiarni deforrnasi yang cukupbesar daTi kondisi leleh hingga terjadi keruntuhan.

Daktilitas menggambarkan ukurnn kemam-puan material, penampang, elemen struktur atausistem struktur untuk menga.larni deformasi inelastiksetelah leleh dan sebelum runtuh.

Deformasi yang terjadi dapat berupa reganganmaterial. kelengkungan penampang, rotasi ataudefleksi daTi komponen struktur. .

!fia.c..~

Kckuatan Lcntur daD Kckuatan Gcscr BalokPrategang Parsial

Momen nominal adalah momen dalam yangdiberikan oleh penampang pada saat regangan serattekan terluar (&c.) mencapai regangan puncak (&co).

Dalam perhitungan desain awal, regatlganpuncak pada beton dihitung dengan menggunakanpersamaan Hognested .

Kekuatan geser didasarkan atas tegangan geserrata-rata dari bagian penampang efektif bwd.Kekuatan geser dari balok tanpa tulangan (Vu) Satnadengan beban yang dibutuhkan untuk menyebabkanretak miring pertama kali pada balok tersebut.Transfer gaya geser pada balok berupa :.Bagian dari balok beton yang mengalami tekan

, Vc.Bagian yang dipikul oleh tumpuan dan

gesekan antara dua permukaan retak miring, Va.

.Bagian yang dipikul oleh dowel action daritulangan longitudinal, Yd.

Kapasitas geser beton Vc dari masing-masingbagian tersebut berdasarkan perumusan empiris yaituVci d:m Vcw, dan dipilih yang terkecil sebagaikekuatan geser beton. Dari beberapa penelitian yangdilakukan, menyatakan bahwa kontribusi beton

If) 20 30Deneksi (mm)

Hubungan Beban clan DefleksiGambar 6.

372

10 20 30

Curvature (x 1E-6 rad/mm)

ISSN 1410-2897Pro.fiding Perlemuan Ilmiah Sai-'!3 Maten 1997

terhadap kekuatan geser adalah tidak kurang darigaya geser yang terjadi yang menyebabkanterbentuknya retak diagonal pertama kali. Maka Vcsecara konvensional ditentukan sebagai gaya geseryang dibutuhkan untuk men~silkan salah satu dariretak geser lentur atau retak geser badan, diambilyang terkecil

Kekuatan geser dihitung dengan menggunakanSK.SNI T-15-1991-03 :.Kekuatan terhadap Geser Lentur

Adalah kekuatan jumlah gaya geser yang adaketika retak lentur pertama kali mengalamiperambatan dan gaya geser tambahan yangdibutuhkan untuk men~silkan retak miring.yc; = 0.05 bw d & + Vcr,ck + Vd

v,diInana

Mcrack Pola Retak dari Balok PmtegangParsiaJ untuk PPR = 100 %

Gambar II

.Kekuatan Geser Badan

V cw =0.3(.1£: + fp )bwd

Untuk meninjau kekuatan lentur daTi balokprategang parsial untuk perhitungan teroritis danhasil eksperimental dapat dilihat dari hubunganmomen dan kelengkungan .Hasil kekuatan lenturdapat dilihal dari label (6) berikut ini.

Gambar 12. rota Retak dari Balok PrntegangParsial untuk PPR :0 60 % yang

diperbaiki

yang terjadi pacta struktur balok tersebut. Terbentukretak yang tergantung dari besarnya roomeD daDgeser yang bekerja. Retak yang terjadi pacta balokpmtegang dibedakan atas 3 macam yaitu retaklentur ,geser lentur dan geser badan.

Untuk balok yang tanpa tulangan sengkang,pola retak seperti ditunjukkan pacta Gambar 10.

Pola retak dari balok prate gang parsial untukPPR = 60 % merupakan pola retak dari keruntuhangeser lentur, clan pacta di dekat titik terjadikehancuran beton akibat tekan dan terjadi keruntultantarik pacta di dekat tumpuan sendi.

Pola retak dari balok prategang parsial untukPPR = 100 %, Gambar 11, sarna dengan dengan PPR=60 % merupakan pola retak dari keruntuhan geserlentur, dan pacta di dekat titik terjadi kehancutanbeton akibat tekan yang agak besar dan terjadikeruntuhan tarik pacta di dekat tumpuan sendi daDlebar retak yang lebih besar , Wmax= 15 mm

sehingga tulangan pengaku yang dipasangkehilangan kelekatan dengan beton dan terjadi slip.

Dari Tabel 6 dapat dilihat, bahwa bila kuatlentur ditinjau dari kemampuan 'daTi beban yangdapat dipikul oleh struktur balok prategang parsial(momen nominal dibagi jarak ke titik beban) lebihbesar dari kekuatan geser lentur maka struktur lebihdominan mengalami retak geser lentur yang akhimyaakan mengakibatkan keruntuhan geser.

Perilaku Balok Prategan2 Parsial

Perilaku beton tidaklah homogen, kekuatantarik beton berkisar 1/10 dari kekuatan tekannya,sehingga mudah terjadi retak akibat adanya teganganutama tarik. Karena kekuatan tarik beton sangatrendah. timbul retak t.arik diagonal yang terjadi padadaerah tumpuan, maka diperlukan penulangankhusus yaitu penulangan tarik longitudinal. Danpengaru1\ adanya gaya tekan yang dihasilkan oleh

Pola retak dari balok prategang parsial PPR =60% yang diperbaiki dengan sistem grouting yangmenggunakan bahan polimer merupakan pola retakdari keruntuhan geser lentur mengikuti pola retakdari balok mula-mulanya dan pada di dekat titikteljadi kehancuran beton akibat tekan yang sangatbesar daD keruntuhan geser yang sangat brittle danteljadi keruntuhan tarik pada di dekat tumpuan sendi, tulangan memanjang yang dipasang pada baloktersebut mengalami kehilangan kelekatan dan lebarretak yang sangat besar (Gambar 12).

[3]

[4]

[5]

[6]

GILBERT,R.I. and N.C MICKLEBOROUGH(1990), Design of Pretensioned Concrete, Sydney,Australia.LIN,T.Y., BURNS. H, (1982), Design ofPretensioned Concrete Structure, 3rd edition, JohnWiley & Sons,Inc, Singapore.NAWY,E.G.,(1995). Prestressed Concrete: AFundamentill Approach, Second Edition, PrenticeHall International series in Civil Engineering andEngineering Mechnanics.PARK, R., and PAULAY,T.,(1975), ReinfoecedConcrete Structures., John Wiley & Sons.WINTER, G., and ARnruR H. NILSON (1993).Perencanaan Struktur Beton Bertulang : TimEditor dan Peneljemah ITB, PT. PradnyaParamitil, Jakarta.

[7JKESIMPULAN

Dari ketiga balok tersebut, balok prategangparsial dengan ratio prategang 60% yangdiperbaiki menga.larni keruntldlan geser yanglebih brittle dengan pola retaknya sarna denganpola retak geser balok prategang awal daDtingkat kemsakannya lebih besar, kehilangantegangan lekat antara beton dengan tulangantinggi pacta daerah dekat tumpuan dan pactadaerall titik beban terjadi keruntuhan geser tekan(beton mengalarni kehancuran).Pacta balok yang diperbaiki tersebut terjadipenumnan kapasitas beban sebesar 20,36% darikapasitas balok awal .Faktor daktilitas dari kelengkungan untuk balokyang diperbaiki mengalarni penumnan daDhubungan beban daD defleksi untuk balokprategang parsial dengan rasio prategang 60 %

yang diperbaiki, menunjukan hubungan yanglinier.

UCAPAN TERIMA KASm

Penelitian ini dilaksanakan di bawah programHibah Tim Penelitian Pasca sarjana No. 015/HTPP-1lI/URGE/1997 tertanggal 17 Maret 1997,Dcpdikbud, Dirjen Pendidikan Tinggi, ProyekPcnclitian untuk Pengembangan PascaSarjana/URGE Loan IBRD No. 37)4-IND dan danaRiset Unggulan Kemitraan Kontrak noSPK/OO5/RUK/BPPT/X/1996. Atas terseleng-garanya penelitian ini, para penulis mengucapkantcrirna kasih kepada proyek penel.itian untukpengembangan Pasca Sarjana/URGE tersebut di alas.

DAFTAR PITSTAKA

(I)

[2]

Building Code Requirement for structuralConcrete ( ACI 318-95) and Commentary (ACI318R-95), American Concrete Institute.Dcpartemen Pekerjaan Umum(1991), StandarTata Cara Perhitungan Struktur Beton untukBangunan Gedung, SK.SNIT-15-1991-03.

374