PERILAKU LENTUR BALOK BETON BERTULANG DENGAN KEBERADAAN LUBANG PADA BENTANG GESER

ABSTRACT

FLEXURAL BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE BEAMS WITH OPENINGS IN THE MIDDLE OF SHEAR SPAN

By

Rio Anggoro

In a high rise building, utilities and pipelines network is usually placed above ceiling below the floor beams. With this channel pass through transverse holes in the floor beams will eliminate a significant amount of unused space, so resulting in a compact building design and economical. However, making an openings in the beam will give effect to the flexural behavior of beams. This research was conducted to determine the flexural behavior of reinforced concrete beams which are openings in the shear span with and without reinforcement bars around the openings, compared with solid beam.

This study used 3 specimens of beam, namely a solid beam (BU), a beam with openings that uses reinforcement bars (BB I) and one beam with openings without reinforcement bars (BB II) with sample size 150 mm x 270 mm x 3000 mm. Web openings is made horizontally and vertically symmetrical and located in the middle of shear span. Dimensions of the openings is 270 mm long and 90 mm high. Testing was conducted on a simply supported with the imposition of a third-point loading, which is done in stages.

The results show that BB II had decreased stiffness and its capacity is reduced 1.83% compared to BU, while the BB I had a little increase in stiffness and its capacity rises 9.23% against BU. Fracture patterns that occur in all beams is bending crack. The phenomenon of increased stiffness and load capacity on the BB I was due to additional reinforcement bars which resulted tension and modulus of elasticity of the beam increased, while decreasing stiffness in the BB II was due the moment of inertia of the beam around the openings decreased. Key words : reinforced concrete beam, flexural behavior, openings, third-point

ABSTRAK

PERILAKU LENTUR BALOK BETON BERTULANG DENGAN KEBERADAAN LUBANG PADA BENTANG GESER

Oleh

Rio Anggoro

Dalam gedung bertingkat, jaringan utilitas dan pemipaan biasanya ditempatkan di atas plafond di bawah balok lantai. Dengan melewatkan saluran ini melalui lubang melintang pada balok lantai akan mengeliminir sejumlah ruang tak terpakai, sehingga menghasilkan perencanaan gedung yang kompak dan ekonomis. Namun pembuatan lubang pada balok akan memberikan pengaruh terhadap perilaku lentur balok. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui perilaku lentur balok beton bertulang yang diberi lubang pada bentang gesernya dengan dan tanpa adanya tulangan perkuatan di sekitar lubang, dibandingkan dengan balok utuh. Dalam penelitian ini digunakan 3 buah benda uji balok yaitu satu balok utuh (BU), satu balok berlubang dengan tulangan perkuatan (BB I) dan satu balok berlubang tanpa tulangan perkuatan (BB II) dengan ukuran balok 150 mm x 270 mm x 3000 mm. Lubang dibuat simetris secara horizontal dan vertikal dan terletak di tengah-tengah bentang geser. Dimensi lubang adalah panjang 270 mm dan tinggi 90 mm. Pengujian balok dilakukan di atas tumpuan sederhana dengan pembebanan secara third-point loading yang dilakukan secara bertahap.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa BB II mengalami penurunan kekakuan dan kapasitasnya berkurang 1,83 % dibandingkan dengan BU, sedangkan BB I mengalami sedikit peningkatan kekakuan dan kapasitasnya naik 9,23 % terhadap BU. Pola retak yang terjadi pada ketiga balok adalah retak lentur. Fenomena meningkatnya kekakuan dan kapasitas beban pada BB I disebabkan karena adanya tulangan tambahan yang mengakibatkan tegangan tarik dan modulus elastisitas pada balok tersebut meningkat, sedangkan penurunan kekakuan pada BB II dikarenakan momen inersia balok menurun di daerah lubang.

Kata Kunci : balok beton bertulang, perilaku lentur, lubang bukaan, third-point loading, kekakuan, kapasitas beban.

I.

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pekerjaan struktur seringkali ditekankan pada aspek estetika dan kenyamanan selain dari pada aspek keamanan. Untuk mempertahankan aspek tersebut maka perlu adanya solusi yang terbaik tanpa mengurangi tingkat keamanan dari struktur itu sendiri. Pada bangunan bertingkat, banyak dijumpai instalasi untuk pemasangan pipa yang dibutuhkan untuk suplai air, pembuangan air kotor, instalasi AC sentral, listrik, telepon, jaringan komputer dan sebagainya. Peralatan-peralatan untuk instalasi tersebut biasanya ditempatkan di bawah balok. Dengan demikian ketinggian plafond pun akan berkurang sehingga dapat mengurangi tinggi efektif ruangan.

Untuk mengatasi hal ini maka balok harus diberi lubang (web opening) untuk tempat instalasi pipa-pipa tersebut. Dengan demikian pemasangan pipa dapat menembus pada badan balok sehingga pengurangan ketinggian ruangan dapat dihindari. Akan tetapi masalah yang timbul akibat adanya lubang pada beton bertulang tersebut adalah bagaimana distribusi tegangan dan deformasi pada balok berlubang akan berpengaruh terhadap kekuatannya, dimana pada badan yang berlubang tersebut memikul gaya geser di samping gaya lentur dan torsi yang dapat mengakibatkan retak dan keruntuhan pada balok.

2

SNI 03 – 2847 – 2002 menyatakan bahwa saluran, pipa dan selubung yang menembus pelat, dinding atau balok tidak boleh menurunkan kekuatan konstruksi secara berlebihan. Jika luasan dari penampang balok berkurang akibat adanya lubang tersebut maka kapasitas balok dalam menahan beban juga akan berkurang. Untuk itu, pengaruh lubang terhadap kekuatan balok perlu diperhitungkan mengingat elemen struktur balok adalah penting dalam struktur.

Lisantono dan Wigroho (2005) telah melakukan penelitian untuk mengetahui kapasitas lentur dan geser balok beton bertulang dengan bukaan ganda pada badan balok dengan tinjauan terhadap variasi lokasi bukaan. Selain itu, Lisantono dan Wigroho (2007) juga telah melakukan penelitian untuk mengetahui kapasitas lentur dan geser balok beton bertulang dengan bukaan ganda pada badan balok dengan tinjauan terhadap variasi dimensi bukaan.

Penelitian yang telah dilakukan oleh Lisantono dan Wigroho, keduanya menggunakan tulangan tambahan di daerah sekitar lubang. Hal ini mendorong peneliti untuk meneliti perilaku lentur dan kapasitas dari balok yang diberi lubang di daerah geser dengan adanya tulangan tambahan dan tanpa adanya tulangan tambahan di sekitar lubang dibandingkan dengan perilaku lentur balok utuh akibat adanya beban vertikal.

B. Rumusan Masalah

Penerapan balok berlubang (web opening) pada bangunan yang digunakan untuk instalasi air, instalasi listrik dan sebagainya semakin banyak digunakan, namun dalam hal ini kurang diperhatikan efek yang terjadi yaitu kemampuan

3

balok dalam menahan beban. Pada penelitian – penelitian terdahulu telah dilakukan penelitian untuk mengetahui kapasitas lentur dan geser pada balok beton bertulang yang diberi lubang bukaan ganda dengan tinjauan terhadap variasi lokasi lubang dan variasi dimensi lubang dengan menggunakan tulangan tambahan di sekitar lubang bukaan. Berdasarkan uraian di atas maka dapat dirumuskan masalah yang akan diteliti yaitu bagaimana perilaku lentur balok beton bertulang dengan adanya lubang di bentang geser yang dibebani dengan beban vertikal dengan tulangan tambahan dan tanpa tulangan tambahan di sekitar lubang dibandingkan dengan balok utuh.

C. Batasan Masalah

Mengingat luasnya cakupan penelitian beton, maka perlu adanya pembatasan masalah. Adapun batasan masalah tersebut adalah sebagai berikut :

1. Jumlah benda uji adalah tiga balok, yaitu satu balok utuh, satu balok yang diberi lubang (web opening) dengan tulangan perkuatan dan satu balok berlubang tanpa tulangan perkuatan.

2. Benda uji yang digunakan adalah balok dengan penampang persegi. 3. Dimensi balok adalah b = 150 mm dan h = 270 mm dengan panjang

bentang 270 cm.

4. Tulangan tarik yang dipakai adalah tulangan baja ulir yaitu 2 D13 mm, sedangkan untuk tulangan geser dipakai tulangan baja polos Ø6 – 150 mm. 5. Asumsi tumpuan pada balok adalah sendi - rol.

6. Mutu baja yang dipakai untuk sengkang adalah fy = 240 MPa, sedangkan

4

7. Mutu beton yang dipakai adalah f’c= 20 MPa.

8. Pengujian dilakukan pada saat beton berumur 28 hari.

9. Pembebanan vertikal secara third - point loading dengan besarnya beban masing-masing adalah ½ P.

10.Dimensi lubang adalah; tinggi ( t ) = 1/3 h dan panjang ( L ) = 3 t (tanpa tulangan perkuatan dan dengan tulangan perkuatan)

11.Letak lubang di antara tumpuan dan beban terpusat yaitu pada ruas balok dengan gaya geser maksimum dan terletak di tengah secara vertikal. 12.Jumlah lubang pada masing – masing balok berlubang adalah dua, yaitu di

sisi kiri dan sisi kanan balok.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian perilaku lentur balok beton bertulang dengan keberadaan lubang (web opening) di daerah geser ini mempunyai tujuan antara lain :

1. Mengetahui besarnya kapasitas beban maksimum pada balok berlubang dengan tulangan perkuatan dan tanpa tulangan perkuatan dibandingkan dengan besarnya kapasitas beban maksimum pada balok utuh.

2. Mengetahui kurva hubungan antara besarnya beban ( P ) dengan lendutan

( Δ ) yang terjadi pada balok beton bertulang.

3. Mengetahui grafik hubungan antara momen dan kurvatur dari balok beton bertulang.

4. Mengetahui pola retak pada balok beton bertulang.

5. Membandingkan hasil pengujian dengan hasil perhitungan teoritis. 6. Mengembangkan penelitian terdahulu tentang balok berlubang.

5

E. Manfaat Penelitian

Penelitian perilaku lentur balok beton bertulang dengan keberadaan lubang (web opening) di daerah geser ini diharapkan mempunyai manfaat antara lain :

1. Sebagai bahan pertimbangan bagi para engineer bidang teknik sipil dalam pelaksanaan di lapangan untuk penerapan struktur balok beton bertulang dengan lubang.

2. Memberikan informasi kepada kalangan akademisi dan sebagai bahan masukan untuk penelitian – penelitian yang lebih lanjut.

F. Sistematika Penulisan

Bab I Pendahuluan yang meliputi latar belakang, rumusan masalahan, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan pustaka memberi penjelasan mengenai data, sifat mekanik dari beton bertulang dan memberi penjelasan mengenai landasan teori yang berhubungan dengan penelitian tentang balok beton bertulang.

Bab III Prosedur pengujian di laboratorium yang memberi penjelasan tentang objek penelitian, bahan dan peralatan yang digunakan serta menjelaskan tentang prosedur percobaan yang akan dilakukan di laboratorium.

6

Bab IV Data, analisis dan diskusi membahas tentang kapasitas beban dari hasil penelitian dan kapasitas beban berdasar analisis teoritis.

Bab V Kesimpulan dan saran memberi kesimpulan dari hasil analisis penelitian yang dilakukan dan saran-saran yang perlu untuk penelitian selanjutnya.

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian pada benda uji balok beton bertulang dengan keberadaan lubang (web opening) di bentang geser didapat beberapa simpulan sebagai berikut :

1. Keberadaan tulangan perkuatan di daerah lubang pada balok beton bertulang (BB I) mengakibatkan kapasitas balok meningkat sebesar 9,23 % dibandingkan dengan BU, sedangkan dengan tidak adanya tulangan perkuatan di sekitar lubang (BB II) mengakibatkan kapasitas balok menurun 1,83 % dibandingkan dengan BU.

2. Dari grafik hubungan beban dan lendutan (Gambar 19), keberadaan lubang dapat menurunkan kekakuan pada balok beton bertulang sedangkan dengan adanya tulangan perkuatan di sekitar lubang dapat meningkatkan kekakuan pada balok.

3. Pada tingkat beban yang sama, BB II memiliki nilai kurvatur paling besar, sehingga BB II mengalami lendutan dan regangan yang paling besar dibandingkan balok BU dan BB I pada tahap beban yang sama. 4. Retak yang terjadi pada ketiga balok yaitu BU, BB I dan BB II

merupakan retak lentur dan keruntuhan yang terjadi adalah keruntuhan akibat gagal lentur.

84

5. Beban maksimum dan beban retak hasil perhitungan teoritis berdasarkan SNI-2874-2002 untuk balok BU, BB I dan BB II lebih besar dibandingkan dengan hasil pengujian.

B. Saran

Saran yang dapat diberikan oleh peneliti adalah sebagai berikut :

1. Mengingat fenomena yang memperlihatkan bahwa kapasitas balok BB II yang hampir sama dengan kapasitas BU walaupun BB II tidak menggunakan tulangan tambahan di sekitar lubang, maka untuk penelitian selanjutnya perlu diuji balok tanpa tulangan perkuatan yang sama dengan penelitian ini namun dengan dimensi lubang yang lebih besar.

2. Perlu dilakukan penelitian untuk balok yang didesain untuk hancur geser dengan keberadaan lubang di daerah geser.

3. Dalam penerapan tentang balok berlubang di lapangan, sebaiknya letak lubang bukaan berada di daerah geser atau daerah yang memikul momen lentur rendah.

4. Dalam pembuatan lubang pada balok eksisting di lapangan harus dilakukan dengan hati-hati, karena lubang tersebut mengakibatkan kekakuan balok tersebut menurun.

5. Pengujian kuat tarik baja merupakan hal yang penting untuk mengetahui besarnya mutu baja yang digunakan, untuk itu sebaiknya pada penelitian-penelitian yang selanjutnya dilakukan uji kuat tarik baja.

85

6. Pada proses pembuatan, pengangkutan dan perawatan benda uji harus dilakukan dengan hati-hati agar benda uji tidak rusak sebelum di uji. Selain itu besarnya beban pada setiap tahap pembebanan sebaiknya diperkecil agar data yang diperoleh semakin banyak, lebih akurat dan lebih detil.

4

7. Mutu beton yang dipakai adalah f’c= 20 MPa.

8. Pengujian dilakukan pada saat beton berumur 28 hari.

9. Pembebanan vertikal secara third - point loading dengan besarnya beban masing-masing adalah ½ P.

10.Dimensi lubang adalah; tinggi ( t ) = 1/3 h dan panjang ( L ) = 3 t (tanpa tulangan perkuatan dan dengan tulangan perkuatan)

11.Letak lubang di antara tumpuan dan beban terpusat yaitu pada ruas balok dengan gaya geser maksimum dan terletak di tengah secara vertikal. 12.Jumlah lubang pada masing – masing balok berlubang adalah dua, yaitu di

sisi kiri dan sisi kanan balok.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian perilaku lentur balok beton bertulang dengan keberadaan lubang (web opening) di daerah geser ini mempunyai tujuan antara lain :

1. Mengetahui besarnya kapasitas beban maksimum pada balok berlubang dengan tulangan perkuatan dan tanpa tulangan perkuatan dibandingkan dengan besarnya kapasitas beban maksimum pada balok utuh.

2. Mengetahui kurva hubungan antara besarnya beban ( P ) dengan lendutan ( Δ ) yang terjadi pada balok beton bertulang.

3. Mengetahui grafik hubungan antara momen dan kurvatur dari balok beton bertulang.

4. Mengetahui pola retak pada balok beton bertulang.

5. Membandingkan hasil pengujian dengan hasil perhitungan teoritis. 6. Mengembangkan penelitian terdahulu tentang balok berlubang.

E. Manfaat Penelitian

Penelitian perilaku lentur balok beton bertulang dengan keberadaan lubang (web opening) di daerah geser ini diharapkan mempunyai manfaat antara lain :

1. Sebagai bahan pertimbangan bagi para engineer bidang teknik sipil dalam pelaksanaan di lapangan untuk penerapan struktur balok beton bertulang dengan lubang.

2. Memberikan informasi kepada kalangan akademisi dan sebagai bahan masukan untuk penelitian – penelitian yang lebih lanjut.

F. Sistematika Penulisan

Bab I Pendahuluan yang meliputi latar belakang, rumusan masalahan, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan pustaka memberi penjelasan mengenai data, sifat mekanik dari beton bertulang dan memberi penjelasan mengenai landasan teori yang berhubungan dengan penelitian tentang balok beton bertulang.

Bab III Prosedur pengujian di laboratorium yang memberi penjelasan tentang objek penelitian, bahan dan peralatan yang digunakan serta menjelaskan tentang prosedur percobaan yang akan dilakukan di laboratorium.

6

Bab IV Data, analisis dan diskusi membahas tentang kapasitas beban dari hasil penelitian dan kapasitas beban berdasar analisis teoritis.

Bab V Kesimpulan dan saran memberi kesimpulan dari hasil analisis penelitian yang dilakukan dan saran-saran yang perlu untuk penelitian selanjutnya.

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian pada benda uji balok beton bertulang dengan keberadaan lubang (web opening) di bentang geser didapat beberapa simpulan sebagai berikut :

1. Keberadaan tulangan perkuatan di daerah lubang pada balok beton bertulang (BB I) mengakibatkan kapasitas balok meningkat sebesar 9,23 % dibandingkan dengan BU, sedangkan dengan tidak adanya tulangan perkuatan di sekitar lubang (BB II) mengakibatkan kapasitas balok menurun 1,83 % dibandingkan dengan BU.

2. Dari grafik hubungan beban dan lendutan (Gambar 19), keberadaan lubang dapat menurunkan kekakuan pada balok beton bertulang sedangkan dengan adanya tulangan perkuatan di sekitar lubang dapat meningkatkan kekakuan pada balok.

3. Pada tingkat beban yang sama, BB II memiliki nilai kurvatur paling besar, sehingga BB II mengalami lendutan dan regangan yang paling besar dibandingkan balok BU dan BB I pada tahap beban yang sama. 4. Retak yang terjadi pada ketiga balok yaitu BU, BB I dan BB II

merupakan retak lentur dan keruntuhan yang terjadi adalah keruntuhan akibat gagal lentur.

84

5. Beban maksimum dan beban retak hasil perhitungan teoritis berdasarkan SNI-2874-2002 untuk balok BU, BB I dan BB II lebih besar dibandingkan dengan hasil pengujian.

B. Saran

Saran yang dapat diberikan oleh peneliti adalah sebagai berikut :

1. Mengingat fenomena yang memperlihatkan bahwa kapasitas balok BB II yang hampir sama dengan kapasitas BU walaupun BB II tidak menggunakan tulangan tambahan di sekitar lubang, maka untuk penelitian selanjutnya perlu diuji balok tanpa tulangan perkuatan yang sama dengan penelitian ini namun dengan dimensi lubang yang lebih besar.

2. Perlu dilakukan penelitian untuk balok yang didesain untuk hancur geser dengan keberadaan lubang di daerah geser.

3. Dalam penerapan tentang balok berlubang di lapangan, sebaiknya letak lubang bukaan berada di daerah geser atau daerah yang memikul momen lentur rendah.

4. Dalam pembuatan lubang pada balok eksisting di lapangan harus dilakukan dengan hati-hati, karena lubang tersebut mengakibatkan kekakuan balok tersebut menurun.

5. Pengujian kuat tarik baja merupakan hal yang penting untuk mengetahui besarnya mutu baja yang digunakan, untuk itu sebaiknya pada penelitian-penelitian yang selanjutnya dilakukan uji kuat tarik baja.

6. Pada proses pembuatan, pengangkutan dan perawatan benda uji harus dilakukan dengan hati-hati agar benda uji tidak rusak sebelum di uji. Selain itu besarnya beban pada setiap tahap pembebanan sebaiknya diperkecil agar data yang diperoleh semakin banyak, lebih akurat dan lebih detil.