PEMODELAN BALOK BETON MUTU TINGGI DENGAN PERANGKAT LUNAK (Elia Ae Faridha AeIchwa.
PEMODELAN BALOK TINGGI PADA BETON MUTU TINGGI DENGAN PENGEKANGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS METODE
ELEMEN HINGGA 3D
Elia Anggarini Prodi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Banjarmasin Email : lia.
teweh@gmail.
Faridha Hayati Prodi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Banjarmasin Email : faridhahayati@gmail.
Ichwan Setiawan Prodi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Banjarmasin Email : ichwansetiwan83@gmail.
Abstrak: Sampai saat ini, pengekangan adalah cara yang paling efektif untuk meningkatkan daktilitas pada beton mutu tinggi.
Pengekangan dibutuhkan untuk mengantisipasi timbulnya retak langsung pada balok tinggi yang diakibatkan oleh gaya geser yang cukup besar.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pola keruntuhan dan daktilitas balok tinggi beton mutu tinggi akibat pengekangan.
Penelitian ini melakukan pengujian secara bertahap menggunalan metode elemen hingga dengan bantuan program komputasi ANSYS.
Tahapan permodelan dilakukan secara 3D full scale untuk menunjukan pola tegangan khususnya pada tulangan.
Pengujian model balok tinggi beton mutu tinggi dilakukan secara bertahap dengan memberikan variasi jarak dan letak tulangan sengkang.
Beban yang diaplikasikan adalah two point loads dengan nilai pembebanan yang sama pada setiap model.
Keseluruhan analisa untuk mendapatkan nilai daktilitas Ou 4 yang merupakan syarat daktilitas untuk beban gravitasi.
Hasil menunjukan keruntuhan yang terjadi hampir semuanya adalah keruntuhan lentur .
pada daerah loading plate, sehingga pola keruntuhan akhir ditentukan oleh keruntuhan geser yang bersifat getas.
Kata Kunci : pengekangan, balok tinggi, beton mutu tinggi, full scale, daktilitas Abstract: Until now, confinement is the most effective way to improve the ductility of the concrete.
It is needed to anticipate the emergence of direct crack in deep beam caused by a huge shearing force.
This research aimed to analyse the collapseAos pattern and ductility of high strength concrete beam as the result of This research has conducted a gradually test by finite element method using ANSYS.
Modelling stage has been done in 3D full scale to show the stress pattern especially on reinforcement.
The modelling stage were distance between confinement and the position of confinement.
The applied loads were two point loads with the same loads value in each model.
The overall analysis was done to get the ductility values Ou 4 which is the requirement for gravity load.
The result shows the collapseAos pattern in each model is flexural failure in the area of loading plat, therefore the final collapseAos pattern is determine by the brittle shear Keywords: confinement, deep beam, high strength concrete, full scale, ductility 31 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 9 Nomer 2 | Juli 2018 Pendahuluan Sasaran Penelitian Pada balok tinggi akan dominan terjadi keruntuhan geser, dimana keruntuhan bersifat getas .
tanpa adanya peringatan berupa lendutan yang berarti.
Keruntuhan geser diakibatkan oleh gaya geser yang mengakibatkan terjadinya retak miring pada balok, dan setelah retak ini terjadi, mekanisme transfer gaya geser akan disumbangkan oleh aksi pelengkung .
rching actio.
Aksi ini dapat memberikan cadangan kapasitas yang cukup besar pada balok dalam memikul beban (Sudarsana.
Sampai saat ini, cara yang paling efektif untuk meningkatkan daktilitas dari pengekangan .
(Park dan Paulay, 1.
Pengekangan dibutuhkan untuk mengantisipasi timbulnya retak secara langsung pada balok yang diakibatkan oleh gaya geser yang cukup Beton mutu tinggi memiliki kekuatan yang tinggi namun daktilitasnya rendah, sehingga perlu upaya khusus untuk meningkatkan kinerja daktilitasnya agar lebih tahan gempa.
Oleh karena itu untuk mempelajari perilaku balok tinggi beton mutu tinggu dengan pengekangan maka menggunakan analisis metode elemen hingga dengan bantuan program software Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis perilaku balok tinggi beton mutu tinggi menggunakan permodelan metode elemen hingga dengan bantuan program software komputasi dan untuk menganalisis nilai daktilitas kurvatur serta ketahanan pada balok tinggi beton mutu tinggi yang dipengaruhi oleh pengekangan.
Sasaran dari penelitian ini yaitu dapat mengetahui kriteria desain yang tepat untuk balok tinggi beton bertulang mutu tinggi yang digunakan dan memberikan suatu konsep pemodelan yang tepat dan ekonomis dari segi biaya apabila melakukan pengujian eksperimental di laboratorium.
32 | K o n s t r u k s i a Tinjauan Pustaka Penggunaan sengkang akan meningkatkan kekuatan balok karena sengkang akan memikul sebagian besar gaya geser penampang, sengkang akan menahan perkembangan lebar retak tarik diagonal dan sengkang yang cukup rapat akan mengikat beton.
Beton bertulang akan meningkat kekuatannya apabila dilakukan Salah satu faktor yang daktilitas kurvatur adalah pengekangan (Whittaker, 2.
, dimana pengekangan berhubungan erat dengan rasio tulangan.
Balok Tinggi Pengertian balok tinggi menurut ACI Code 318-2008 adalah suatu balok yang memiliki nilai perbandingan bentang bersih .
sama dengan atau kurang dari empat kali tinggi keseluruhan balok .
untuk pembebanan merata atau dua kali tinggi efektif balok .
dari muka perletakan untuk balok dengan pembebanan terpusat (Wight, 2.
Atau balok yang memiliki bentang geser yang pendek dengan angka perbandingan bentang geser/tinggi efektif .
kurang dari 2,0 untuk balok dengan tumpuan sederhana .
imply supported bea.
atau kurang dari 2,5 untuk balok yang memiliki bentang yang panjang .
ontinous bea.
(Park, 1.
Sedangkan menurut Nawy pengertian balok tinggi adalah balok yang PEMODELAN BALOK BETON MUTU TINGGI DENGAN PERANGKAT LUNAK (Elia Ae Faridha AeIchwa.
geser/tinggi efektif .
tidak melebihi dari 2,0 dan 2,5 di mana bentang geser adalah bentang bersih balok untuk beban terdistribusi merata beban terpusat dan kurang dari 5,0 untuk beban merata.
keretakan yang terjadi pada kondisi retak pertama .
irst crac.
dan retak ultimit .
ltimit crac.
Pendeskripsian element types untuk input ANSYS balok tinggi dapat dilihat pada Gambar 2.
Beton Bertulang Mutu Tinggi Beton mutu tinggi adalah beton yang mempunyai kuat tekan tinggi, ketahanan dan kemampuan yang tinggi terhadap berbagai keadaan lingkungan.
Beton mutu tinggi juga memiliki modulus elistisitas yang tinggi, rendah permeabilitas dan ketahanan terhadap serangan dari beberapa kerusakan (Neville dan Aitcin, 1.
Menurut klasifikasi kekuatannya, beton mutu tinggi dengan kuat tekan 50 MPa sampai 80 MPa dan beton mutu sangat tinggi dengan kuat tekan lebih dari 80 MPa.
Grafik hubungan tegangan dan regangan beton mutu tinggi usulan Popovics dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 2.
Element Types untuk Input
ANSYS
Tabel 1.
Data Model Elemen Balok Beton Bertulang di ANSYS Material Elemen Beton Balok Tulangan Tarik Baja Tulangan Tekan Baja Baja Gambar 1.
Grafik Tegangan-Regangan Beton Mutu Tinggi Usulan Popovics .
Tulangan Geser
Tumpuan Tumpuan Beban
Dimensi
800 mm x 400mm
1D22
(As=628 1D12
(As=628 A6-125
200 mm mm x 50
Element
Type
SOLID 65
SOLID 45
SOLID 45
SOLID 45
Konfigurasi model balok beton bertulang dapat dilihat pada Tabel 2.
Metodologi Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan bantuan software komputasi ANSYS versi 9.
Pada permodelan akan dilakukan secara 3D full scale solid element untuk seluruh bagian Hasil analisis yang akan diperoleh berupa nodal displacement, elements forces and moments, deflection, dan diagram stress Selain itu juga akan diperoleh pola 33 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 9 Nomer 2 | Juli 2018 Tabel 2.
Konfigurasi Model Elemen Balok Beton Bertulang (L= 1600 m.
Pemodelan Gambar Kode: EFI-BTMTVal000 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-215 Balok Validasi Kode: EFI-BTMTVal001 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-215 Balok Validasi Kode: EFI-BTMT-90-M1 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-215 Kode: EFI-BTMT-90-M2 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-144 .
34 | K o n s t r u k s i a PEMODELAN BALOK BETON MUTU TINGGI DENGAN PERANGKAT LUNAK (Elia Ae Faridha AeIchwa.
Tabel 2.
Konfigurasi Model Elemen Balok Beton Bertulang (L= 1600 m.
Pemodelan Gambar Kode: EFI-BTMT-90-M3 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-75 Kode: EFI-BTMT-90-M4 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-22 Kode: EFI-BTMT-90-M5 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-75 Kode: EFI-BTMT-90-M6 fcAo : 90 MPa Tulangan tarik: 1D22 Tulangan Tekan: 1D12 Tulangan Sengkang: yo6-22 35 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 9 Nomer 2 | Juli 2018 Tabel 3.
Input material model SOLID65 .
Stress Linear Isotropic Modulus Elastisitas 30374 MPa Rumus Modifikasi Usulan Dr.
Nemati Poisson Rasio
0,20
HSC
Multininear Kinematic Hardening Stress .
Grafik Strain (Au.
0,00042 12,756 0,00055 17,003 0,00083 25,454 0,00111 33,741 0,00137 41,621
0,00149
45,292
0,00160
48,702
0,00170
51,782
0,00179
54,461
0,00160
48,702
0,00170
51,782
0,00179
54,461
0,00186
56,67
0,00192
58,35
0,00195
59,456
0,00252
59,964
0,00266
58,344
Strain
0,00294
50,101
0,00042
12,756
Concrete65
Open shear transfer coefficient 0,20 Closed shear transfer
1,00
Uniaxial cracking stress
4,5701
59 x Oofc' Uniaxial crushing stress
Tensile crack factor
0,60
Tabel 4.
Input material model SOLID45 (Baja Tulanga.
Linear Isotropic Modulus Elastisitas Baja
Poisson Rasio
0,30
Bilinear Isotropic Hardening Tegangan leleh Baja, fy (Tul.
Utama yo 22 m.
Tegangan leleh Baja, fy (Tul.
Utama yo 12 m.
Tegangan leleh Baja, fy (Tul.
Sengkang yo 6 m.
36 | K o n s t r u k s i a PEMODELAN BALOK BETON MUTU TINGGI DENGAN PERANGKAT LUNAK (Elia Ae Faridha AeIchwa.
Tabel 5.
Input material model SOLID45 (Tumpuan dan Loading Pla.
Linear Isotropic Modulus
Elastisitas Baja
Poisson Rasio
Kondisi
Linier
0,30
Hasil Pengujian Lendutan Beban Terpusat .
N) Hasil dari pengujian lendutan balok tinggi beton beton mutu tinggi menggunakan FEA ANSYS yang dilakukan dengan variasi jarak sengkang dan letak tulangan sengkang menghasilkan nilai lendutan yang variasi Lendutan terkecil didapatkan pada model EFI-BTMT90-M4 dengan beban ultimit yang mampu ditahan hanya 170 kN sedangkan lendutan terbesar didapatkan pada model EFI-BTMT90-M2 dengan beban yang mampu ditahan adalah sebesar 210 kN.
Hasil dari pengujian balok tinggi model 1 sampai dengan model 6 dapat dilihat pada Gambar 3 berikut.
EFI-BTMT90-M1
EFI-BTMT90-M2
EFI-BTMT90-M3
EFI-BTMT90-M4
EFI-BTMT90-M5
EFI-BTMT90-M6
Lendutan .
Gambar 3.
Diagram P-Lendutan Beton Pengujian (Midspa.
Berdasarkan Gambar 3 diagram beban dan lendutan, dapat dilihat bahwa pada model 2 sangat daktail dengan nilai lendutan sebesar 11,0 mm.
Hasil Pengujian Daktilitas Kurvatur Hubungan momen-kurvatur dapat dicari setelah nilai beban dan lendutan didapat.
Peningkatan kurvatur terjadi bila nilai lendutan bertambah besar, kondisi tersebut menentukan sifat daktail balok, semakin besar nilai kurvatur menyebabkan balok semakin bersifat daktail.
Hasil analisa daktilitas kurvatur pada pemodelan ii dapat dilihat pada gambar 4 berikut.
Syarat Beban Gravitasi yuNyuc Ou4 Gambar 4.
Grafik Daktilitas Kurvatur pada Semua Model Balok Dari Gambar 4 dapat diketahui bahwa pada balok tinggi pada dasarnya mempunyai nilai daktilitas kurvatur kurang dari 4 .
yarat untuk beban gravitas.
yang menyebabkan balok tinggi bersifat getas.
Namun dengan merapatkan jarak tulangan sengkang menyebabkan kenaikan nilai daktilitas secara signifikan.
Hasil Pengujian Tegangan Beton dan Tulangan Baja
Hasil dari pengujian tegangan pada Balok
Tinggi Beton
Beton
Mutu
Tinggi FEA
ANSYS
disimpulkan bahwa tegangan beton dan tulangan baja pada balok tinggi mempunyai nilai tegangan yang di dominasi oleh tegangan tekan sehingga pola keruntuhan 37 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 9 Nomer 2 | Juli 2018 akhir ditentukan oleh keruntuhan geser yang bersifat getas.
Hasil analisis tegangan pada balok tinggi beton mutu tinggi dapat dilihat pada Tabel 6 Retak Tekan dan Geser (Pertama dan Kedu.
Tabel 6.
Nilai Tegangan Ultimit Pada Model
Balok Tinggi Kode
Benda Uji
EFIBTMT90M1
EFIBTMT90M2
EFIBTMT90M3
EFIBTMT90M4
EFIBTMT90M5
EFIBTMT90M6
Tegangan Retak Pertama (MP.
Teganga n Retak Ultimit (MP.
33,870 84,525 7,055 84,080 11,511 64,711 9,480 27,851 5,679 20,671
9,114
36,536
Mutu Beton fcAo (MP.
Dapat dilihat pada Tabel 6 dengan tegangan pada model yang tulangan sengkangnya tersebar sepanjang bentang balok memiliki nilai yang tertinggi, sedangkan untuk nilai tegangan yang terendah dimiliki oleh model balok yang tulangan sengkangnya hanya diberikan pada daerah lentur.
Hasil Pengujian Pola Retak Balok Untuk penjelasan pola retak yang umumnya terjadi pada balok tinggi dapat dilihat pada Gambar 5 berikut.
38 | K o n s t r u k s i a Retak Lentur (Pertama.
Kedua dan Ketig.
Gambar 5.
Pola Retak pada saat Beban Ultimit pada Pengujian Tahap I Dapat dilihat pada Gambar 8 retak mulamula terjadi pada daerah tarik tengah bentang berupa retak lentur dan pada daerah tekan pada posisi loading plat berupa bertambahnya beban secara bertahap .
oad ste.
retak pada daerah geser balok terjadi retak geser, retak berangsur menjalar menyudut yang terjadi antara perletakan menuju loading plat, pola retak menyudut pada saat beban ultimit membentuk sudut antara 45o sampai 65o yang menimbulkan keruntuhan berupa keruntuhan geser yang menyebabkan keruntuhan bersifat getas.
Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan terhadap model balok tinggi beton mutu tinggi dengan variasi jarak dan diameter sengkang dapat disimpulkan sebagai Hasil dari perilaku balok tinggi beton mutu tinggi berupa nilai lendutan, nilai tegangan, pola retak dan kekuatan suatu balok tinggi berdasarkan analisis menggunakan FEA ANSYS meningkat pada balok uji yang tulangan sengkang diberikan sepanjang bentang balok.
Pemberian tulangan sengkang pada derah geser dan lentur tidak memberikan pengaruh yang signifikan pada kekuatan balok tinggi beton mutu PEMODELAN BALOK BETON MUTU TINGGI DENGAN PERANGKAT LUNAK (Elia Ae Faridha AeIchwa.
Nilai daktilitas tidak akan meningkat secara signifikan dengan hanya memberikan tulangan sengkang pada daerah geser dan lentur, sedangkan tulangan sengkang sepanjang bentang baok akan sangat mempengaruhi dalam meningkatkan nilai daktlitas.
Jadi, sepanjang bentang balok adalah paling efektif dalam menambah daktilitas pada balok tinggi.
Daftar Pustaka