Analisa Lentur dan Peningkatan Mutu Beton pada Balok Beton Bertulang

Abstrak diawali dengan pengantar mengenai pentingnya penelitian dalam menciptakan konstruksi yang kuat, aman, dan murah. Disebutkan bahwa penelitian ini berfokus pada peningkatan kapasitas lentur balok beton bertulang. Penelitian terdahulu telah menunjukkan bahwa balok beton bertulang mengalami lentur murni saat diberi beban hingga mencapai batas runtuhnya. Tegangan tekan ditahan oleh beton dari garis netral ke serat atas balok, sementara tegangan tarik ditahan oleh tulangan baja. Oleh karena itu, penelitian ini berhipotesis bahwa penambahan mutu beton pada bagian tekan akan meningkatkan kapasitas lentur balok beton bertulang. Hal ini didasarkan pada pemahaman bahwa pada balok beton bertulang, daerah tarik ditahan oleh tulangan baja, sedangkan daerah tekan ditahan oleh beton. Meningkatkan mutu beton di daerah tekan diharapkan mampu meningkatkan daya dukung keseluruhan balok terhadap beban lentur.

Bagian ini menjelaskan metodologi penelitian yang digunakan. Pengujian lentur dilakukan pada dua buah balok beton bertulang. Satu balok merupakan balok beton bertulang normal, dengan mutu beton yang seragam di seluruh penampang. Balok kedua merupakan balok beton bertulang berlapis, yang terdiri dari dua lapisan beton dengan mutu yang berbeda. Lapisan pertama, pada bagian tarik, memiliki mutu beton yang sama dengan balok normal. Lapisan kedua, pada bagian tekan, memiliki mutu beton yang lebih tinggi. Penggunaan dua jenis balok ini memungkinkan perbandingan kinerja lentur antara balok dengan mutu beton seragam dan balok dengan mutu beton yang ditingkatkan pada daerah tekan. Deskripsi singkat mengenai proses pembuatan beton, mulai dari pencampuran semen, air, agregat halus (pasir), dan agregat kasar (batu pecah atau kerikil), hingga proses pemadatan dan perawatan (curing) juga disampaikan. Perawatan beton ini bertujuan menjaga kelembaban beton agar ikatan antara semen dan agregat semakin kuat dan kualitas beton semakin baik, menghasilkan permukaan beton yang bagus dan melindungi tulangan baja dari korosi.

Tinjauan pustaka dimulai dengan menjelaskan sifat dasar beton sebagai material konstruksi. Beton memiliki kekuatan tekan yang tinggi tetapi kekuatan tarik yang rendah. Kelemahan ini diatasi dengan penambahan tulangan baja, membentuk beton bertulang. Tulangan baja berfungsi untuk menahan gaya tarik, sementara beton menahan gaya tekan. Penjelasan ini menekankan sifat komposit beton bertulang, di mana kedua material saling melengkapi untuk meningkatkan kekuatan keseluruhan struktur. Bagian ini juga membahas beberapa hal terkait beton, seperti waktu pengikatan semen (setting time), yang dibagi menjadi waktu ikat awal dan waktu ikat akhir, serta karakteristik agregat yang digunakan dalam campuran beton, seperti persyaratan kebersihan, kekuatan, ketahanan, dan distribusi ukuran agregat. Kemudian, dibahas pula beberapa admixture yang dapat memperbaiki kualitas beton, seperti air-entraining admixture untuk meningkatkan ketahanan terhadap pembekuan dan pencairan, serta superplasticizer untuk meningkatkan workabilitas beton tanpa memisahkan campuran.

Selanjutnya, tinjauan pustaka membahas beton berlapis, di mana setiap lapisan memiliki mutu yang berbeda. Ini berbeda dengan beton bertulang normal yang memiliki mutu seragam. Contoh yang diberikan adalah penggunaan mutu beton K-175 dan K-300 pada lapisan berbeda dalam satu balok. Bagian ini juga menjelaskan bagaimana menentukan kuat tekan beton (f'c) melalui pengujian standar, biasanya dengan menggunakan silinder beton berdiameter 150 mm dan tinggi 300 mm pada umur 28 hari. Metode pengujian standar yang umumnya digunakan adalah ASTM C39-86. Kuat tarik beton juga dibahas, seringkali dihitung menggunakan pengujian split cylinder, yang hasilnya mendekati kuat tarik sebenarnya. Nilai kuat tarik beton normal biasanya dihitung sebagai 0,57√f'c. Fenomena rangkak (creep) dan susut pada beton juga dijelaskan. Rangkak adalah deformasi yang terjadi setelah deformasi awal, dan dipengaruhi oleh tegangan yang diberikan. Susut merupakan berkurangnya volume beton akibat penguapan air dan dipengaruhi oleh luas permukaan elemen beton.

Bagian ini mengulas analisis balok beton bertulang, termasuk diagram tegangan-regangan pada kondisi regangan seimbang (saat regangan tekan lentur beton maksimum mencapai 0,003 dan tegangan tarik baja tulangan mencapai tegangan leleh). Untuk mempermudah perhitungan, distribusi tegangan tekan beton sering disederhanakan menjadi bentuk persegi panjang (metode Whitney), seperti yang disarankan dalam SNI 03-2847-2002. Analisis dibagi menjadi balok terlentur tulangan tarik tunggal dan tulangan tekan-tarik rangkap. Pada balok tulangan rangkap, tegangan tulangan baja tekan (fs') diperhitungkan sebagai fungsi dari regangannya. Tinjauan pustaka juga membahas perencanaan tulangan geser, di mana beton menahan sebagian gaya geser dan sisanya ditahan oleh tulangan baja geser, biasanya berupa sengkang. Terakhir, dibahas pula tentang retak pada balok beton bertulang, termasuk retak lentur, dan lendutan (defleksi) yang dapat disebabkan oleh beban yang berlebihan. Lendutan yang berlebihan dapat merusak estetika dan fungsi bangunan. Standar SNI 03-2847-2002 memberikan batasan lendutan maksimum yang diperbolehkan.

Metodologi penelitian ini menggunakan pendekatan eksperimental di laboratorium. Sebanyak dua buah balok beton bertulang dibuat sebagai benda uji. Satu balok mewakili balok beton bertulang normal, dengan mutu beton yang konsisten di seluruh penampang. Balok lainnya merupakan balok beton bertulang berlapis, yang unik karena terdiri dari dua lapisan beton dengan mutu yang berbeda. Lapisan pertama, pada bagian tarik, memiliki mutu yang sama dengan balok normal, sementara lapisan kedua, di bagian tekan, mempunyai mutu beton yang lebih tinggi. Selain dua balok utama, penelitian ini juga menggunakan delapan buah silinder beton sebagai benda uji untuk menentukan kuat tekan dan kuat tarik belah beton. Pemilihan jumlah dan jenis benda uji ini dirancang untuk memungkinkan perbandingan yang komprehensif antara kinerja lentur balok beton bertulang normal dan balok beton bertulang berlapis. Seluruh pembuatan benda uji dilakukan di Laboratorium Bahan Rekayasa Program S1 Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Pengujian kuat tekan dan kuat tarik belah beton menggunakan silinder beton dilakukan di Laboratorium Bahan Rekayasa Program S1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Sementara itu, pengujian kuat lentur balok beton bertulang, baik yang normal maupun berlapis, dilakukan di Laboratorium Struktur Program Magister (S2) Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Pengujian lentur dilakukan dengan meletakkan balok pada dua tumpuan sederhana (sendi dan rol). Beban statis diberikan secara bertahap menggunakan Hydraulic Jack hingga balok mencapai titik runtuh. Umur beton saat pengujian telah mencapai 28 hari. Untuk mengukur lendutan balok selama pengujian, dipasang tiga buah Dial Indicator pada jarak 75 cm. Dial Indicator ini dipastikan menyentuh dasar balok dan berada pada posisi nol sebelum pembebanan dimulai. Seluruh proses pengujian dilakukan dengan memperhatikan standar prosedur laboratorium dan keselamatan kerja.

Bagian hasil dan pembahasan akan menyajikan data hasil pengujian kuat lentur dari kedua jenis balok beton bertulang yang diuji, yaitu balok beton bertulang normal dan balok beton bertulang berlapis. Data ini akan meliputi beban yang diberikan hingga titik runtuh (failure load), lendutan maksimum yang terjadi sebelum runtuh, dan titik awal terjadinya retak pada masing-masing balok. Data tersebut akan dianalisis secara komparatif untuk mengetahui peningkatan kapasitas lentur yang dihasilkan oleh penggunaan beton berlapis dengan mutu beton yang ditingkatkan pada daerah tekan. Perbandingan ini akan menjadi fokus utama analisis untuk menjawab hipotesis penelitian. Selain itu, analisis akan memperhatikan perilaku retak yang terjadi pada kedua jenis balok, baik dari segi lokasi maupun sebaran retak. Pengamatan visual ini akan melengkapi data kuantitatif yang diperoleh dari pengukuran beban dan lendutan.

Hasil pengujian eksperimental akan dibandingkan dengan hasil perhitungan teoritis. Perhitungan teoritis akan didasarkan pada standar SNI 03-2847-2002 dan metode analisis yang sesuai untuk balok beton bertulang. Perbandingan ini bertujuan untuk memvalidasi hasil eksperimen dan mengkaji tingkat akurasi model teoritis dalam memprediksi perilaku lentur balok beton bertulang, khususnya pada balok beton bertulang berlapis. Analisis akan mempertimbangkan faktor-faktor yang dapat menyebabkan perbedaan antara hasil eksperimen dan teori, seperti variasi sifat material beton dan tulangan baja, serta akurasi dalam proses pengujian. Perbedaan yang signifikan antara hasil eksperimen dan perhitungan teoritis akan dibahas lebih lanjut dan dicari penyebabnya. Pembahasan ini akan memberikan pemahaman yang lebih komprehensif mengenai perilaku lentur balok beton bertulang dan validitas model analisis yang digunakan.

Selain kuat lentur, hasil dan pembahasan juga akan mencakup analisis lendutan pada kedua jenis balok. Data lendutan yang diukur dengan Dial Indicator akan dianalisis untuk membandingkan deformasi yang terjadi pada balok normal dan balok berlapis pada berbagai tingkat pembebanan. Analisis ini akan memberikan informasi tambahan mengenai perilaku lentur balok, khususnya mengenai kekakuan relatif balok. Selanjutnya, perhitungan regangan akan dilakukan berdasarkan hubungan antara lendutan dan jari-jari kelengkungan, mengacu pada teori yang dikemukakan Gideon (1993). Hal ini dikarenakan pengujian regangan langsung menggunakan Strain Gauge tidak dilakukan. Perhitungan regangan ini akan memberikan gambaran lebih detail mengenai distribusi regangan pada penampang balok dan hubungannya dengan kuat lentur. Analisis regangan akan melengkapi pemahaman mengenai perilaku material dan kemampuan daya dukung balok beton bertulang.