Kontribusi Kekang pada Perilaku Mekanik Struktur Kolom yang Terbuat dari Beton Mutu Tinggi dengan Gradasi Bercelah

Perilaku kekuatan dan daktilitas merupakan masalah dalam kolom beton mutu tinggi yang hingga kini masih terus diteliti di berbagai negara. Pemasangan tulangan lateral sebagai pengekang pada penampang inti kolom dimaksudkan untuk meningkatkan tegangan lateral sehingga menambah kekuatan dan memperlambat proses keruntuhan kolom beton mutu tinggi terkekang sehingga menjadi lebih daktil. Semakin besar kuantitas tulangan lateral yang dipasang, semakin tinggi kekuatan dan daktilitas kolom beton mutu tinggi. Beberapa penelitian mengenai perilaku kekangan pada kolom beton mutu tinggi umumnya dilakukan pada beton mutu tinggi yang terdiri atas bahan butiran (agregat) dan kontinu (well graded aggregates). Sementara di Indonesia, tidak semua daerah memiliki bahan butiran yang kontinu, sehingga perlu diteliti pengekangan beton mutu tinggi yang terbuat dari bahan butiran yang bercelah (gap graded aggregates). Penelitian ini bertujuan (1) mengamati perilaku beton mutu tinggi yang terkekang dan tidak terkekang, baik dengan bahan butiran kontinu maupun butiran bercelah, (2) mengamati perilaku beton mutu tinggi terkekang dengan meninjau parameter nisbah tulangan lateral untuk mengetahui efektivitasnya dalam memperlambat pengembangan lateral beton, dan (3) mengamati perilaku kolom beton mutu tinggi dengan menggunakan bahan lokal yang ada di Indonesia. Pada penelitian beton dengan gradasi butiran bercelah ini, dicari porsi atau besar gap yang diperlukan agar kekuatan dan kemudahan dalam pengerjaan tetap dapat dipertahankan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa butiran bergradasi diskontinu mempunyai perilaku kekangan yang sama dengan kolom yang terbuat dari gradasi butiran kontinu. Hal ini berarti bahwa beton mutu tinggi yang terbuat dari bahan butiran bercelah dapat juga diaplikasikan pada struktur kolom beton mutu tinggi. Penelitian ini dilakukan pada benda uji silinder dan kolom pendek yang dipasangi tulangan lateral sebagi pengekang, yang merupakan dasar bagi penelitian kolom beton mutu tinggi. Penelitian ini dapat terus dikembangkan pada struktur kolom, terutama dengan beban eksentris yang lebih aplikatif di lapangan.

Beton Agregat Prepak untuk Perbaikan dan Produksi Struktur Beton Bertulang

Pembangunan struktur beton seringkali menghasilkan cetakan komponen struktur beton bertulang yang kurang sempurna, sehingga terjadi bagian-bagian yang keropos, berbentuk seperti sarang lebah (honey comb) atau malah berongga sepenuhnya. Struktur beton dengan bagian-bagian yang kurang sempurna tentunya tidak dapat diterima karena tidak akan dapat memenuhi persyaratan kekuatan dalam masa layannya. Tidak jarang terjadi struktur yang cacat demikian tidak diterima dan diruntuhkan, untuk kemudian dibangun kembali dengan lebih baik. Hal ini berarti terbuangnya dana yang sangat besar. Tujuan penelitian ini ialah mencari cara memperbaiki struktur beton tulang yang mengandung sarang lebah atau cacat lainnya tanpa meruntuhkan terlebih dahulu seluruh atau sebagian besar struktur tersebut. Bagian struktur yang bercacat terlebih dahulu dipahat untuk membuang bagian-bagian yang lepas serta membentuk ruangan atau lubang yang cukup besar.  Kemudian, bila dianggap perlu, tulangan dapat diperbaiki atau ditambahkan sebagaimana mestinya lalu diisikan agregat kasar ke dalam lubang tersebut.  Sesudah diberi penutup cetakan secukupnya, ke dalam lubang tersebut diinjeksikan (grouting) cairan campuran semen dengan berbagai bahan tambahan (additives). Beton yang diproduksi dengan cara demikian disebut beton Agregat-Prepak (A-P Concrete). Teknik pembuatan beton untuk perbaikan kerusakan struktur tersebut kemudian dikembangkan mejadi teknologi baru dalam produksi bangunan atau komponen struktur beton baru. Namun bersamaan dengan perkembangan teknologi tersebut, berkembang pula berbagai masalah yang harus diatasi, antara lain mutu dan sifat bahan beton yang diproduksi dengan cara injeksi, kecuali mutu agregatnya, sangat dipengaruhi oleh mutu cairan semennya (grout). Dalam penelitian ini grout didapat dari campuran air dan semen yang dibubuhi bahan tambahan seperti abu terbang dari limbah pembangkit listrik tenaga uap dan gerusan berbagai terak dari industri baja dan nikel. Selain itu, untuk memperbaiki viskositasnya kendati dengan menggunakan air sedikit, ditambahkan pula aditif kimia seperti superplasticizer. Teknologi produksi beton A-P dengan abu terbang ini dapat menghasilkan beton dengan kekuatan 52.7 MPa pada umur 90 hari, yaitu lebih dari 2 kali beton yang biasa digunakan dalam struktur beton tulang biasa dan masih jauh di atas kekuatan beton pratekan yang biasa dipersyaratkan, yaitu kuat tekan 35-45 MPa.

Mekanis Balok Beton Bertulang Hibrid dengan Bukaan pada Badan

Penelitian ini bertujuan mengetahui ciri beton normal dan beton ringan serta perilaku mekanis balok-T beton bertulang hibrid dengan bukaan serta  pengaruh dimensi dan lokasi bukaan pada balok tersebut akibat beban monotonik dan siklik. Dalam penelitian ini, studi teoretis dan eksperimental dilaksanakan untuk menentukan pengaruh bukaan pada respons balok-T beton bertulang hibrid. Pengaruh bukaan pada perilaku mekanik statik dari balok-balok ini pada tahapan pembebanan yang berbeda œ tahap beban kerja; tahap beban leleh; dan tahap beban batas œ akibat pembebanan  siklik, juga disajikan. Percobaan eksperimental mencakup pengujian dan penelitian respons struktur dari delapan balok-T beton bertulang hibrid, yang sebagian dibangun dengan beton ringan.  Spesimen-spesimen didesain dengan dimensi dan letak penulangan yang sama. Bukaan diletakkan dalam badan setiap balok, masing-masing pada daerah lentur murni, daerah geser tinggi, dan daerah lentur-geser tinggi. Balok-balok ini dibebani secara monotonik dan siklik, di bawah pembebanan lentur murni dan kombinasi lentur dan geser. Variabel utama penelitian adalah dimensi bukaan dan lokasi horisontal sepanjang panjang balok. Perilaku spesimen dibahas dalam perumusan performansnya terhadap beban batas, pola retak, model keruntuhan, daktilitas, degradasi kekuatan, dan kekakuan, serta kapasitas disipasi energi. Hasil dari analisis statik elemen hingga non-linear disesuaikan dengan hasil pengujian monotonik dari tiga balok-T beton bertulang hibrid. Pengaruh dimensi bukaan dan lokasi horizontal pada perilaku monotonik diselidiki terhadap deformasi, tegangan, retak, model keruntuhan, dan kapasitas kekuatan batas. Kecocokan  antara hasil analisis teoritis dan eksperimental diperlihatkan. Lebih jauh, suatu studi parametrik juga dilakukan pada balok-T dengan bukaan untuk  mendapatkan nisbah distribusi gaya geser di antara chord-chord bukaan; untuk menentukan domain yang pengaruh kelangsingan dalam chord tekannya dapat diabaikan; untuk mengembangkan prosedur desain terhadap retak chord-chord bukaan; dan untuk mengestimasi lendutan maksimum balok; juga untuk memperoleh kapasitas batas dari balok-T beton bertulang hibrid.          Dari keseluruhan rangkaian penelitian diketahui kurva korelasi kuat tekan dengan modulus elastisitas dari beton normal dan beton ringan; persamaan distribusi gaya geser yang diterima oleh chord atas dan chord bawah bukaan; prosedur perencanaan untuk mengestimasi keretakan chord-chord bukaan; prosedur sederhana untuk menentukan defleksi relatif antara sisi-sisi bukaan; serta metode untuk mengestimasi kapasitas batas balok-T beton bertulang hibrid dengan bukaan terhadap berbagai model keruntuhan.         Direkomendasikan bahwa penempatan bukaan sebaiknya diletakkan pada daerah yang didominasi oleh lentur. Geometri bukaan diletakkan secara mendatar dengan sisi panjang bukaan searah sumbu panjang balok. Untuk mengatasi kebutuhan bukaan yang terlampau besar, alternatifnya dapat digunakan multibukaan. Disarankan agar dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mempelajari pengaruh variasi jumlah dan susunan tulangan sengkang sekitar bukaan, jarak efektif antara bukaan dan tumpuan dan bukaan dengan beban aplikasi.

Fondasi Cakar Ayam pada Model di Laboratorium

Fondasi cakar ayam diciptakan oleh Sediyatmo pada tahun 1961, ketika membangun menara listrik tegangan tinggi dengan kondisi tanah yang berawa. Fondasi ini telah banyak digunakan untuk bangunan gedung, landasan pacu, menara, dan lainnya. Masih banyak pertanyaan yang belum terjawab oleh para ahli geoteknik di Indonesia terutama tentang penggunaannya yang cocok di lapangan. Untuk merancang struktur fondasi cakar ayam, beberapa faktor harus dipertimbangkan, yaitu modulus reaksi subgrade tanah (   hk   dan k  v), jarak, panjang, dan diameter cakar (pipa beton) serta tebal pelat. Masalah yang dihadapi oleh para perancang fondasi cakar ayam saat ini ialah belum adanya formula yang dapat dipahami dan dapat dipertanggungjawabkan. Pengujian dilakukan pada model 2-dimensi, semi-3-dimensi, dan 3-dimensi. Pada model 2-dimensi, pelat cakar ayam dimodelkan dengan pelat Plexiglass tebal 3-5 mm dan pipa cakar ayam dimodelkan dengan besi U tebal 2 mm. Pada model semi 3-dimensi dan 3-dimensi juga dipakai bahan yang sama tetapi tebalnya 2 cm dan cakar dimodelkan dengan pipa polivinil klorida berdiameter 10.5 cm yang ditempelkan pada pelat Plexiglass tersebut. Penelitian dilakukan dengan meragamkan jarak, diameter, panjang cakar, tebal pelat fondasi, jenis tanah dasar, dll.            Dari hasil pengujian perilaku sistem cakar ayam di laboratorium dan analisis hitungan yang telah dilakukan dapat disimpulkan hal-hal berikut. Cakar berfungsi sebagai pengaku pelat. Saat sistem cakar ayam dibebani, pelat melendut. Lendutan mengakibatkan cakar berotasi. Rotasi cakar mengakibatkan bekerjanya tekanan tanah di sekitar cakar yang melawan lendutan pelat. Hasilnya, kekakuan pelat bertambah sehingga lendutan lebih kecil bila dibandingkan lendutan pelat tanpa cakar. Kekakuan sistem cakar ayam bergantung pada kerapatan cakar atau jarak cakar, panjang cakar, diameter cakar, tebal pelat. Bila jarak cakar mengecil, ketiga parameter membesar, maka pelat menjadi kaku. Pada umumnya, lendutan pelat maksimum terjadi di bawah beban dan penyebaran lendutan bergantung pada besarnya beban. Untuk sistem cakar ayam dengan jarak cakar 2.5 m (pada prototipe yang sudah ada), lendutan menyebar sampai radius 4-5 meter. Oleh sebab itu pada kondisi tanah dan geometri sistem cakar ayam yang mendekati tempat-tempat tersebut, sistem cakar ayam cukup dianalisis untuk luasan pelat 10 m þ 10 m atau diameter 10 m. Lendutan bertambah bila beban bertambah besar. Hal ini mengoreksi pendapat Sediyatmo bahwa bila beban bertambah 2 kalinya, besar lendutan atau tekanan kontak antara tanah dan pelat sama, hanya penyebaran lendutan bertambah (juga 2 kalinya). Pada pembebanan ganda (beban dua kali beban tunggal) diperoleh lendutan maksimum yang lebih besar dan penyebaran lendutan lebih melebar bila dibandingkan dengan beban tunggal. Rotasi cakar terbesar ialah cakar yang terletak di dekat titik beban. Hitungan penurunan tanah dasar akibat konsolidasi tanah perlu diperhitungkan pada perancangan sistem cakar ayam. Hitungan penurunan dilakukan sama seperti hitungan penurunan untuk fondasi rakit, yaitu dengan menganggap dasar cakar sebagai dasar fondasi rakit. Penurunan sistem cakar ayam yang terletak pada timbunan ialah penurunan total akibat kompresi tanah dasar, kompresi tanah bahan timbunan di bawah cakar, dan lendutan pelat akibat beban. Bila hasil analisis penurunan memberikan nilai penurunan yang berlebihan, maka tanah di bawah sistem cakar ayam harus diperbaiki lebih dahulu dengan menggunakan cara-cara perbaikan tanah yang lazim digunakan untuk penanganan tanah yang lunak (preloading, vertical drain, dll.). Rotasi cakar tidak sampai meruntuhkan tanah sehingga tekanan tanah di sekitar cakar lebih cocok bila tanah ditinjau masih dalam kondisi elastis. Gaya perlawanan tanah lebih dipengaruhi oleh nilai modulus subgrade horizontal   ( hk )  dan rotasi cakar. Semakin besar rotasi cakar, semakin besar gaya perlawanan tanah. Hitungan dengan metode elemen finit pada lokasi yang sama, untuk analisis 3-dimensi lendutan pelat cocok dengan lendutan di lapangan bila k  h = 10 k v. Metode perancangan yang diusulkan cukup baik digunakan untuk  menganalisis lendutan pelat cakar ayam. Analisis hitungan lendutan pada landasan pacu Polonia, Medan, dengan metode yang diusulkan yang dilakukan dengan menganggap k h = 2 k  v memberikan hasil yang cukup memuaskan ditinjau dari segi alur lendutan yang dihasilkan dari hitungan. Nilai lendutan hasil hitungan yang lebih besar dinilai logis karena pelat cakar ayam yang di dalam praktik merupakan masalah 3-dimensi, dianggap sebagai masalah 2-dimensi. Hasil hitungan tersebut menunjukkan bahwa bila sistem cakar ayam dirancang dengan metode hitungan yang diusulkan maka tidak diperlukan faktor aman yang besar. Faktor aman cukup diambil 1 sampai 1.5. Faktor aman ini dapat diambil dengan membagi k  v di lapangan yang dapat diperoleh dari uji pembebanan pelat.