Tinjauan Teoritis dan Eksperimen Terhada

Tinjauan Teoritis dan Eksperimen Terhadap Kolom Segiempat yang
Berlubang pada Beton Mutu Tinggi
Oleh:

Darmansyah Tjitradi
Eliatun
Staff Pengajar Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, UNLAM Banjarmasin

Abstract
Practically, it is often used the reinforced concrete installed with hard plastic pipes for water drains from upstairs to
downstairs, without noticing the influence of the column strength as long as it is based on the ACI 318-95 chapter
6.3.4 with a hole diameter of no more than 4 percent of the cr oss section used in strength calculations. This regulation
is applied only for Normal-Strength Concrete and has nothing to do with ductility. Until recently, the regulation is
used more on High-Strength Concrete, therefore, this research aim is to know of flexural strength of reinforced
concrete columns with the High-Strength Concrete (60 MPa) that has a hole. The experiment is done on seven short
column tested specimens with the size of 200x200 mm and hole ratio 0 %, 4.52 %, 7.07 % and 11.04 % with single
stirrup reinforcement and double stirrup reinforcement that has different degrees of confinement. Each tested

specimen is loaded with a constant axial load of 50 tons or 0.21 fc’.Ag and a transversal load that gradually
increases up to its flexural failure. The result of column experiment test showed that the bigger hole percentage the
lower flexural strength of columns, and the usage of double stirrup reinforcement on the hollow column can improve

the maximum flexural strength to around 14 % compared with a single stirrup reinforcement column. The result of
flexural strength theoretical analysis and the ACI 318-95 is on the conservative side or safe enough to use for flexural
capacity calculation on hollow section columns.

Keyword: hollowed rectangular section column, double stirrup reinforcement, high-strength concrete

Abstrak
Dalam praktek sering dijumpai pipa pralon yang dimasukkan kedalam kolom beton bertulang untuk menyalurkan air
dari lantai atas ke lantai dasar. Hal ini diijinkan oleh ACI 318-95 pasal 6.3.4 selama diameter lubang tidak lebih dari
4 persen dari penampang melintang yang dipergunakan dalam perhitungan kekuatan. Peraturan tersebut hanya
berlaku untuk beton mutu normal saja sedangkan untuk beton mutu tinggi belum ada peraturannya. Saat ini mulai

1

banyak digunakan beton mutu tinggi karena itu penelitian ini mencoba mengetahui kapasitas lentur kolom beton

bertulang dengan mutu tinggi (fc’=60 MPa) yang berlubang. Eksperimen dilakukan pada tujuh benda uji kolom
pendek berukuran 200 x 200 x 1120 mm dengan rasio lubang 0 %, 4,52 %, 7,07 % dan 11,04 % dengan sengkang
tunggal dan sengkang rangkap yang berbeda tingkat pengekangannya. Masing-masing benda uji dikenakan beban
aksial tetap sebesar 50 ton atau 0,21 .fc’.Ag dan beban lentur yang secara berangsur-angsur meningkat sampai benda

uji runtuh. Hasil dari pengujian laboratorium menunjukkan bahwa

semakin besar

persentase lubang, maka

kekuatan lentur kolom akan semakin rendah. Penggunaan sengkang rangkap pada kolom yang berlubang dapa t
meningkatkan kekuatan lentur maksimum sebesar 14% dibandingkan dengan kolom dengan sengkang tunggal.
Momen lentur nominal dari hasil pengujian semua kolom menunjukkan nilai yang lebih besar dibandingkan dengan
momen lentur nominal teoritis menurut peraturan ACI 318-95 sehingga cukup aman digunakan untuk perhitungan
kapasitas lentur pada kolom berlubang.

Kata kunci: kolom segiempat berlubang, sengkang rangkap, beton mutu tinggi

1. Pendahuluan
Banyak kasus pemasangan saluran pipa air hujan yang terbuat dari pralon yang tertanam pada kolom (alasan estitika)
tanpa memperhatikan pengaruh pengurangan kekuatan kolom. ACI 318-95 pasal 6.3.4 memperkenankan ini asalkan
luas lubang tidak lebih dari 4 persen dari penampang melintang yang dipergunakan dalam perhitungan kekuatan.
Peraturan tersebut berlaku untuk beton mutu normal (fc’ 55 MPa) dan tidak menyinggung masalah daktilitasnya.

Penelitian terhadap kolom segiempat yang berlubang pada beton mutu rendah telah dilakukan oleh Supriyadi
(1997) yaitu meneliti mengenai pengaruh rasio lubang dengan dimensi kolom terhadap kuat batas kolom beton
bertulang dan didapat hasil bahwa dengan rasio lubang sebesar 9,43% kolom belum menunjukkan keruntuhan
tekuk (buckling failure) sampai beban batasnya dicapai.

Dalam penelitian ini hanya membahas mengenai pengaruh penggunaan sengkang rangkap terhadap kapasitas lentur
kolom yang dibandingkan dengan kolom dengan sengkang tunggal baik secara teoritis (analisis menurut ACI 318-95
untuk beton mutu normal) dan eksperimen terhadap beton mutu tinggi terdiri dari 4 (empat) kolom dengan sengkang
tunggal dan 3 (tiga) kolom dengan sengkang rangkap. Mutu

beton

yang

digunakan

sebagai

verifikasi

eksperimental untuk mewakili beton mutu tinggi (fc’  55 MPa) adalah 60 MPa.
2

2. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
a.

Mengetahui pengaruh lubang terhadap kapasitas lentur kolom, terutama kolom yang menggunakan pipa dengan
persentase lubang melebihi 4%.

b.

Mengetahui persentase pertambahan kekuatan lentur dari kolom segiempat berlubang dengan tulangan
sengkang rangkap.

c.

Mengetahui apakah analisis kapasitas lentur kolom secara teoritis menurut ACI 318-95 yang biasanya digunakan
untuk menganalisis beton mutu normal masih cocok digunakan untuk menganalisis kapasitas lentur kolom beton
mutu tinggi.

3. Tinjauan Pustaka
3.1 Analisis Kapasitas Momen Lentur Menurut ACI 318-95
Untuk menganalisis kekuatan lentur penampang kolom beton bertulang mutu normal dibutuhkan hubungan stressstrain beton maupun tulangan. Peraturan yang digunakan untuk menganalisis kekuatan lentur kolom dalam bentuk

diagram interaksi kolom adalah ACI 318-95, yaitu dengan menggunakan blok tegangan segiempat ekivalen pada
tegangan 0,85.fc’ dan regangan maksimum pada serat tekan beton sebesar 0,003 serta tinggi blok tegangan segiempat
ekivalen tergantung dari mutu beton, yaitu sebesar a = 1.c. Kemudian dengan menetapkan nilai garis netral (c)
terlebih dahulu dan selanjutnya diproses dengan menghitung nilai gaya tekan beton (Cc) yang sudah
memperhitungkan lubang dan persamaan kesetimbangan gaya aksial (P) serta Momen lentur (M) maka didapatkan
nilai P dan M, dengan nilai P dan M yang didapat maka dapat dibuat diagram interaksi kolom.
Sketsa diagram tegangan-regangan beton pada penampang kolom dapat dilihat pada Gambar 1. Nilai 1 dapat

ditetapkan bahwa nilai reduksi adalah sebesar 0,08 untuk setiap kenaikan 10 MPa dari fc’=30 MPa. Ketentuan 1 ini
dapat dirumuskan sebagai berikut:
1 = 0,85

untuk 0  fc’  30 MPa .......................................................................... (1)

1 = 0,65

untuk fc’  55 MPa ................................................................................. (3)

1 = 0,85 – 0,008 . (fc’ – 30)

untuk 30  fc’  55 MPa .......................................................................... (2)

3

0,85.fc’

0,003

s4

s3

c
P

bw

s1

M

a = 1.c

Ts4

Cc
Ts3

s2

Ts2
Ts1

ht

Gambar 1. Analisis Kapasitas Momen Lentur Kolom menurut ACI 318-95

4. Metode Penelitian
4.1 Rencana Benda Uji Kolom
Dalam penelitian ini dibuat tujuh benda uji kolom yang akan diuji kekuatan lentur dan daktilitasnya, rincian benda uji
kolom dapat dilihat pada Tabel 1 (Darmansyah, 2001). Pemilihan kolom dengan sengkang tunggal dimaksudkan
untuk mengetahui nilai daktilitas kolom yang menggunakan persyaratan jarak spasi sengkang menurut ACI 318-95
dan sebagai data pembanding untuk kolom dengan sengkang rangkap. Sedangkan pemilihan kolom dengan sengkang
rangkap dimaksudkan untuk meningkatkan mutu pengekangan agar diharapkan kolom dapat lebih berperilaku daktail
sehingga dapat diketahui persentase pertambahan kekuatan lentur dan daktilitasnya, disamping itu penelitian ini juga
ingin mengetahui pengaruh persentase lubang yang melebihi 4% terhadap kekuatan lentur dan daktilitasnya.
Tabel 1. Perincian Rencana Benda Uji Kolom Segiempat
Ukuran 200 x 200 mm (t = 12,68 mm, s = 7 mm)
Kode
Rasio
lub
Benda
Lubang
t
s

(mm)
Uji
(%)

S
(mm)

KST.1.0

0

0

0,0455

0,0184

50

KST.1.1

48

4,52

0,0455

0,0184

50

KST.1.2

60

7,07

0,0455

0,0184

50

KST.1.3

75

11,04

0,0455

0,0184

50

KSR.2.0

0

0

0,0455

0,0220

75

KSR.2.2

60

7,07

0,0455

0,0220

75

KSR.2.3

75

11,04

0,0455

0,0220

75

Keterangan notasi benda uji:
- KST berarti Kolom Sengkang Tunggal
- KSR berarti Kolom Sengkang Rangkap
4

Angka pertama menunjukkan 2 arti:
- Angka 1 berarti jarak spasi sengkang 50 mm
- Angka 2 berarti jarak spasi sengkang 75 mm
Angka kedua menunjukkan 4 arti:
- Angka 0 berarti rasio lubang 0 % atau tanpa lubang
- Angka 1 berarti rasio lubang 4,52 % atau diameter lubang 48 mm
- Angka 2 berarti rasio lubang 7,07 % atau diameter lubang 60 mm
- Angka 3 berarti rasio lubang 11,04 % atau diameter lubang 75 mm
Perlu diketahui bahwa menurut persyaratan ACI 318-95 pasal 21.4.4.2 dengan jarak sengkang 10-100 memberikan

nilai s = 0,0209, sehingga s pada sengkang tunggal nilainya lebih kecil dari s ACI, sedangkan s pada
sengkang rangkap nilainya lebih besar dari s minimum yang disyaratkan oleh ACI. Gambar sketsa penulangan
benda uji diperlihatkan pada Gambar 2 s.d. 5.
I 47-100

237-50

II

1212,68

47-100

I 47-100
100

237-50

II

1212,68

47-100
100

200
100

II
I
250

200

I

L = 1630
190

1120

190

L = 1630

250 190

250

100

II

1120

20 43,6 20

250

400

400

200

200
200
Pot I-I

200
Pot II-II

200
Pot I-I

1212,68
47-100

II

47-100

2x157-75

200
Pot II-II

Gambar 3. Sketsa penulangan benda uji KST.1.1,
KST.1.2 dan KST.1.3

Gambar 2. Sketsa penulangan benda uji KST.1.0

I

190

20 43,6 20

1212,68

I
47-100

100

II

47-100

2x157-75

100
200

200

I
250

II

100

II

I

L = 1630
190

1120

190

250

250

L = 1630
190

1120

250

400

400

200

200

Pot I-I

190

20 43,6 20

20 43,6 20

200

100

200
Pot II-II

Gambar 4. Sketsa penulangan benda uji KSR.2.0

200
Pot I-I

200
Pot II-II

Gambar 5. Sketsa penulangan benda uji KSR.2.2 dan KSR.2.3

5

4.2 Setup Pengujian Kolom
Untuk memberikan beban aksial tetap digunakan alat Hidraulick Jack kapasitas 200 ton, dan beban arah transversal
digunakan Hidraulick Jack kapasitas 50 ton yang besarnya beban dikontrol dengan Load Cell kapasitas 60 ton.
Sedangkan untuk pengukuran lendutan digunakan dial gauge 100 mm, dan untuk pengukuran kurvatur digunakan alat
yokes yang dipasang LVDT pada serat tekan dan tarik (Pendyala, et. al., 1996). Setup peralatan percobaan tersebut

diilustrasikan pada Gambar 6. Detail pemasangan Yokes, LVDT dan Dial Gauge dijelaskan oleh Gambar 7 yang
berguna untuk mengetahui kurvatur kolom. Untuk memperhitungkan kurvatur kolom hasil eksperimen digunakan
rumus yang berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Pendyala, dkk. (1996), yaitu:



c   t
................................................................................................................................................... (4)
lh

Keterangan :
1. Hidraulic Jack 200 ton
2. Hidraulic Jack 50 ton
3. Load Cell 60 ton
4. Besi as  40 mm
5. Besi Yokes
6. Benda uji kolom
7. Balok penyebar beban
transversal
8. 6 bh Besi as  25 mm
9. Baja Profil I
10. LVDT 100 mm

3

2

8

4

c/2

9

5
10

1

LVDT



7

h = 300

6

9

t/2

Dial Gauge
l = 300

Gambar 6. Setup pembebanan benda uji kolom

Gambar 7. Pemasangan Yokes, LVDT dan Dial gauge

6

4.3 Rencana Pembebanan
Setup pembebanan benda uji kolom dilakukan seperti pada Gambar 8. Masing-masing benda uji kolom dikenakan
beban aksial tetap sebesar N=50 ton atau 0,21.fc’.Ag, dan beban lentur yang secara berangsur-angsur meningkat
sampai benda uji runtuh.

½P

½P

N = 50 ton

N = 50 ton
Benda uji kolom

1/3 L

1/3 L

1/3 L

Gambar 8. Skema pembebanan benda uji kolom

5. Pengujian Eksperimental
5.1 Pengujian Mutu Bahan
Pengujian kuat tarik tulangan baja ini dilakukan dengan menggunakan mesin UTS (United Testing System), dan
untuk tulangan baja ulir D12,68 didapat data hasil dari pengujian kuat tarik adalah fy = 340 MPa, y = 0,0017, sh =

0,021, dan su = 0,1731. Sedangkan untuk tulangan baja polos 7 didapat data hasil dari pengujian kuat tarik adalah

fy = 360 MPa, y = 0,0018, dan su = 0,1218.

Sedangkan pengujian kuat tekan silinder beton dilakukan dengan menggunakan mesin UTM (Universal Testing
Machine) kapasitas 200 ton. Benda uji silinder yang direncanakan adalah benda uji silinder standar dengan ukuran

150 x 300 mm, sebanyak 20 buah. Hasil pengujian kuat tekan benda uji silinder didapat kuat tekan rata-rata 60
MPa. Pengujian mutu bahan ini dilakukan di Laboratorium Mekanika Bahan PAU UGM Yogyakarta.

5.2 Pengujian Kombinasi Gaya Aksial dan Lentur Benda Uji Kolom
Dalam pengujian eksperimen pembebanan arah transversal dikontrol dalam 2 tahap, yaitu:
1.

Kontrol beban (Force Controlled Loading), yaitu

peningkatan

pembebanan

sebelum

mencapai beban

maksimum dikontrol dengan penetapan interval beban yang diberikan.
2.

Kontrol Lendutan (Displacement Controlled Loading), yaitu setelah pembebanan melewati beban maksimum
dan memasuki tahap perlemahan (softening) maka program pembebanan dikontrol berdasarkan penambahan
7

lendutan yang ditetapkan dan melalui Load Cell atau manometer Hydraulick Jack dapat dicatat nilai beban
transversal.
Proses selama pelaksanaan pengujian setiap benda uji dijelaskan sebagai berikut:
a.

Sebelum melakukan pengujian, dilakukan pengukuran jarak antara yokes (l) dan tinggi antara LVDT (h).

b.

Pengujian dimulai dengan memberikan beban aksial tetap sebesar N = 50 ton kemudian dilanjutkan dengan
pembebanan transversal yang dimulai dari beban P = 0 s.d. 30 ton dengan penambahan beban 1 ton. Selama
penambahan beban transversal ini beban aksial tetap dikontrol terus agar tidak terjadi penurunan beban (N <
50 ton).

c.

Selama

pembebanan dibawah

beban

maksimum

pengujian

berdasarkan

kontrol

pembebanan (Force

Controlled Loading), dicatat beban pada saat retak pertama, saat beban beban maksimum dan pada saat beton
spalling, serta nilai dari lendutan dicatat dari pembacaan alat dial gauge, dan nilai kurvatur dicatat dari alat

LVDT yang datanya direkam oleh alat strain indicator .
d.

Setelah

dicapai beban maksimum maka

cara pengujian dirubah menjadi kontrol lendutan (Displacement

Controlled Loading) karena jika tetap berdasarkan kontrol beban maka tidak dapat dicatat besarnya lendutan
yang bergerak sangat cepat, sehingga dengan kontrol terhadap lendutan yang ditetapkan penurunannya
terlebih dahulu dapat dicatat besarnya beban pada saat lendutan tersebut, begitu seterusnya sampai benda uji
tidak mampu lagi menahan beban transversal dan pengujian dihentikan. Pola retak hasil pengujian dapat dilihat di
Lampiran pada Gambar 13 s.d. 19.

6. Hasil dan Pembahasan
6.1 Pengaruh Besar Lubang Pipa yang Tertanam pada Kolom
Tabel 2 menunjukkan perbandingan momen lentur maksimum analisa teoritis menurut ACI 318-95 dan hasil uji
eksperimen, dan Gambar 9 s.d. 10 memperlihatkan hubungan Mmax-Rasio Lubang hasil uji eksperimen kolom
dengan sengkang tunggal dan sengkang rangkap. Berdasarkan hasil uji eksperimen dapat disimpulkan bahwa
semakin besar persentase lubang maka nilai momen maksimumnya akan semakin menurun sampai maksimum
sebesar 9,0 %. Sedangkan penggunaan sengkang rangkap ternyata mampu meningkatkan kapasitas lentur kolom
sebesar 14 % dan hal ini terjadi pada persentase lubang yang besar, yaitu 11,04 %.

8

Tabel 2. Perbandingan Momen Lentur Maksimum Analisa Teoritis
Menurut ACI 318-95 dan Hasil Uji Eksperimen
Momen Maksimum
(KN.m)
Analisa Teoritis
Eksperimen
(ACI 318-95)

Kode
Benda Uji

Rasio
Lubang
(%)

KST.1.0

0,00

65,186

85,530

1,31

KST.1.1

4,52

65,186

83,470

1,28

KST.1.2

7,07

65,186

80,620

1,24

KST.1.3

11,04

65,186

77,970

1,20

KSR.2.0

0,00

65,186

84,020

1,29

KSR.2.2

7,07

65,186

82,350

1,26

KSR.2.3

11,04

65,186

88,780

1,36

M max Eksp.
M max Analitis

Sumber (Darmansyah, 2001)

Gambar 9. Hubungan Mmax-Rasio Lubang hasil uji
eksperimen kolom dengan sengkang tunggal

Gambar 10. Hubungan Mmax-Rasio Lubang hasil uji
eksperimen kolom dengan sengkang rangkap
9

6.2 Pengaruh Penggunaan Sengkang Rangkap
Dari hasil uji eksperimen pada Tabel 3 terlihat bahwa penggunaan sengkang rangkap untuk menambah mutu
pengekangan pada kolom yang berlubang ternyata dapat meningkatkan kekuatan lentur sampai dengan 14 % dan nilai
daktilitas kurvaturnya juga meningkat sampai dengan 34 % dibandingkan kolom dengan sengkang tunggal.

Tabel 3 Perbandingan Momen Maksimum-Daktilitas Kurvatur hasil uji eksperimen kolom dengan
sengkang tunggal dan sengkang rangkap
Rasio
Lubang
(%)

Momen Maksimum
(KN.m)

Daktilitas Kurvatur ()
Pada 0,80.Mmax

Mmax(KSR)

μ

(KSR)

μ  (KST)

Sengkang
Tunggal

Sengkang
Rangkap

Mmax(KST)

Sengkang
Tunggal

Sengkang
Rangkap

0

85,53

84,02

0,98

5,15

5,20

1,01

4,52

83,47

-

-

4,64

-

-

7,07

80,62

82,35

1,02

2,90

3,80

1,31

11,04

77,97

88,78

1,14

2,80

3,75

1,34

Sumber (Darmansyah, 2001)

6.3 Validitas Hasil Analisa Teoritis Menurut ACI 318-95 dibandingkan dengan Hasil Uji
Eksperimen
Dari Tabel 2 dapat disimpulkan bahwa momen lentur maksimum yang didapat dari perhitungan analisa teoritis
menurut ACI 318-95 nilainya lebih kecil daripada momen lentur hasil uji eksperimen, ini berarti bahwa kapasitas
momen lentur maksimum hasil analisa teoritis menurut ACI 318-95 untuk beton mutu normal berada pada sisi yang
konservatif atau cukup aman digunakan untuk perhitungan kapasitas momen pada kolom beton mutu tinggi.
300

Rasio lub. 0%
Rasio lub. 4,52%

250

Uji
Uji
Uji
Uji

Beban Aksial (Ton)

200
150

Eksperimen KST.1.0
Eksperimen KST.1.1
Eksperimen KST.1.2
Eksperimen KST.1.3

Rasio lub. 7,07%
Rasio lub. 11,04%

100
50
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-50
-100
Momen (KN.m)

Gambar 11. Diagram interaksi kolom menurut ACI 318-95 dan hasil uji
eksperimen kolom dengan sengkang tunggal
10

300

Uji Eksperimen KSR.2.0
Uji Eksperimen KSR.2.2
Uji Eksperimen KSR.2.3

Rasio lub. 0%
Rasio lub. 7,07%

250

Beban Aksial (Ton)

200

Rasio lub. 11,04%
150
100
50
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-50
-100
Momen (KN.m)

Gambar 12. Diagram interaksi kolom menurut ACI 318-95 dan hasil uji
eksperimen pada kolom dengan sengkang rangkap
Secara teoritis dapat diketahui bahwa pada taraf beban aksial P < 75 ton (P