Uploaded by User37729

PENINGKATAN KINERJA PILAR KOLOM JEMBATAN

advertisement
Prosiding Konferensi Nasional Pascasarjana Teknik Sipil (KNPTS) 2011,
20 Desember 2011, ISSN 2089-3051
PENINGKATAN KINERJA PILAR/KOLOM JEMBATAN BETON
BERTULANG BERPENAMPANG PERSEGI BERLUBANG
DIBAWAH PEMBEBANAN SIKLIK DENGAN REACTIVE POWDER
CONCRETE (RPC)
Mohammad Junaedy Rahman1, Bambang Budiono2, Awal Surono3, Ivindra Pane 4
1
Mahasiswa S3 Program Pascasarjana Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut
Teknologi Bandung, Email: [email protected]
2
Staf Pengajar Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung,
Email: [email protected]
3
Staf Pengajar Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung,
Email: [email protected]
4
Staf Pengajar Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung,
Email: [email protected]
ABSTRAK
Pilar/kolom merupakan elemen pemikul yang befungsi menjaga kestabilan jembatan terhadap
pengaruh beban aksial tekan yang besar dan gaya-gaya lateral. Penggunaan Holow Rectangular
Section Reinforced Concrete Pier (HRSRCP) ditujukan untuk mereduksi kontribusi massa
pilar/kolom terhadap respon seismik pada jembatan dengan kekakuan lentur dan torsi yang
lebih baik dibanding pilar solid. Secara teoritis diyakini bahwa daktilitas kolom/pilar akan
menurun seiring dengan meningkatnya beban aksial tekan, sehingga diperlukan upaya agar
elemen struktur tersebut mampu berperilaku inelastik yang lebih unggul dalam memencarkan
energi seismik dengan daktilitas yang tinggi. Reactive Powder Concrete (RPC) adalah jenis
beton yang berbasis semen Portland dengan kinerja kekuatan yang ultra tinggi, terbuat dari
material-material penyusun yang berukuran mikron untuk meminimalisir heterogenitasnya.
Pada penelitian ini diperkenalkan suatu inovasi baru dalam meningkatkan kinerja HRSRCP
dengan memadukan keunggulan model geometrik elemen pilar/kolom dengan material RPC.
Tujuan umum penelitian ini adalah untuk memperoleh beberapa parameter kinerja penting
yang memberikan kontribusi terhadap peraturan penggunaan HRSRCP pada jembatan dan
memberi informasi inovasi teknologi pada industri beton pracetak serta mengoptimalkan
efektifitas penggunaan RPC sebagai material yang memiliki sustainabilitas yang tinggi sebagai
elemen struktur tahan gempa. Investigasi secara eksperimental terhadap beban siklik dengan
model yang diskalakan 1:6 dilakukan untuk mengetahui kinerja dan mekanisme penyerapan
energi pada HRSRCP-RPC dengan variasi rasio volumetrik tulangan transversal
(confinement). Evaluasi secara numerik dengan menggunakan analisis non linear finite element
pada program ANSYS diharapkan memberi informasi yang akurat pada pengujian
eksperimental mengenai perilaku HRSRCP-RPC, berdasarkan beberapa parameter yang secara
signifikan mempengaruhi peningkatan kinerja elemen struktur tersebut.
Kata kunci: Holow Rectangular Section Reinforced Concrte Pier (HRSRCP), Reactive Powder
Concrete (RPC), non linear finite element, pengujian eksperimental siklik, confinement.
1.
PENDAHULUAN
Sebagian besar wilayah Indonesia memiliki intensitas kegempaan yang menengah sampai tinggi
sehingga sudah seharusnya bangunan-bangunan gedung maupun infrastruktur fisik lainnya dibangun
dengan mengikuti kaidah-kaidah bangunan tahan gempa, sehingga dapat mereduksi sebesar mungkin
resiko korban jiwa yang ditimbulkannya. Keruntuhan progresif pada bangunan-bangunan beton
bertulang seperti gedung ataupun jembatan akibat gempa-gempa besar yang telah terjadi selama ini
terutama diakibatkan oleh ketidakmampuan elemen-elemen strukturalnya untuk berperilaku daktail
dalam simpangan inelastiknya dan pembentukan sendi plastis yang diharapkan tidak terjadi. Pada
pilar jembatan, keadaan ini teridentifikasi terutama pada kondisi beban aksial tekan dominan, dimana
peningkatan beban aksial tekan pada pilar/kolom cenderung akan menurunkan daktilitasnya secara
S-59
signifikan. Untuk itu diperlukan suatu langkah strategis mengembangkan inovasi elemen-elemen
struktur kolom/pilar beton pada jembatan yang sustainable untuk menjamin memiliki daya tahan
yang baik pada kondisi layan (service) maupun pada kondisi batas (ultimate).
Tidak jarang dijumpai penggunaan dimensi elemen struktur pilar/kolom beton bertulang solid
dengan dimensi penampang yang besar sebagai konsekuensi dalam mencapai kriteria keamanan. Ini
akan berdampak pada masalah sifat thermal dan susut (shringkage) beton pada awal pelaksanaan dan
terjadi peningkatan massa inersia elemen struktur saat merespon guncangan gempa kuat. Elemen
struktur kolom beton bertulang yang berongga dalam arah longitudinal telah banyak diaplikasikan
sebagai pilar jembatan dan umumnya dalam bentuk penampang pier berlubang persegi (Hollow
Rectangular Section Reinforced Concrete Pier, disingkat HRSRCP) pada inti kolom. Penggunaan
HRSRCP memiliki keuntungan berupa reduksi volume material dan reduksi beban mati yang cukup
signifikan, serta memiliki kekakuan lentur dan torsi yang besar. (Priestly et al., 1996, Takahashi, Y.
and Iemura, H., 2000, Yeh, Y-K., et al. 2002, Maria, H.S., 2006, Sheikh, M.N., et al. 2007, Delgado,
R. et al., 2009). Persyaratan geometrik untuk stabilitas tipe elemen struktur ini juga telah diatur
dalam ACI 343R 1995 Analysis and Design RC Bridge Structure maupun dalam AASHTO-LRFD
2005, Bridge Design Specification, meskipun masih dalam batasan beton mutu normal sampai mutu
tinggi.
Penggunaan beton mutu ultra tinggi telah menjadi alternatif solusi dari tingginya tuntutan kinerja
mekanik dan durabilitas struktur bangunan-bangunan beton modern saat ini, terutama dalam
menghadapi berbagai fenomena alam yang semakin ekstrim. Reactive Powder Concrete (RPC)
merupakan jenis beton yang berbasis semen Portland dengan material-material berukuran mikron
untuk meminimalisir heterogenitas betonnya, sehingga mampu mencapai kekuatan tekan yang
bervariasi dari 200 MPa sampai 800 MPa (Richard P., and Cheyrezy, M., 1995, Dugat, J., et al.,
1996, Bonneau, O., et al 1996, Shaheen, E., and Shrive, N.G., 2006). Sifat RPC yang getas diatasi
dengan penambahan serat-serat baja mikro (micro steel fibers) sekitar 1.8% dari volume campuran
RPC untuk meningkatkan daktilitas materialnya (Dallaire,, et.al, 1998 dan Prabha, S.L., 2010).
Penelitian RPC yang banyak berkembang sekarang ini masih terfokus pada skala material dan telah
berhasil memperoleh material beton yang memiliki kinerja yang superior. Upaya untuk
mengaplikasikannya secara praktis sebagai elemen struktur belum banyak dilakukan dan bahkan
belum pernah diuji sebelumya di Indonesia.
Perpaduan keunggulan geometris HRSRCP dengan superioritas material RPC pada model
pilar/kolom, merupakan inovasi baru yang akan diuji dalam penelitian ini. Kekuatan RPC yang cukup
tinggi dan kapasitas penyerapan energi fraktur yang cukup besar mengindikasikan potensi untuk
dapat meningkatkan kinerja pilar dengan kebutuhan tulangan longitudinal dan transversal pier
berlubang yang lebih efisien. Namun demikian, ketika kekuatan beton meningkat, jumlah tulangan
pengekang harus ditingkatkan untuk mencapai suatu daktilitas dengan level konstan pada kolom
yang diberi beban aksial yang sama (Sheikh, M.N. et al., 2007). Takahashi, Y. and Iemura, H., (2000)
juga menyebutkan bahwa dinding badan (web) pilar berlubang persegi yang lebih tipis menyebabkan
deteriorasi ketahanan geser beton, sehingga perilaku pada keadaan ultimit menjadi kompleks.
Hipotesis ini perlu dikaji lebih jauh, baik secara numerik melalui Non-Linear FEM-3D maupun
dengan uji eksperimental model kolom/pilar dibawah pembebanan siklik dengan skala pengecilan
1:6. Perilaku elemen struktur HRSRCP-RPC dibawah pembebanan siklik akan memberi informasi
kinerja kekakuan, kekuatan, daktilitas dan disipasi energi pilar. Variasi rasio volumetrik tulangan
pengekang (confinement) badan pada pilar/kolom berlubang RPC merupakan aspek yang sangat
penting untuk diperhatikan sehubungan dengan perilaku lentur dan geser serta pola retak yang akan
diinvestigasi dalam penelitian ini. Manfaat penting yang diperoleh adalah memberi informasi bagi
industri beton di Indonesia, khususnya pada penggunaannya sebagai beton pracetak serta akan
memberi masukan terhadap peraturan yang ada khususnya dalam hal penggunaan beton yang
berkinerja ultra tinggi.
S - 60
2.
KAJIAN LITERATUR
2.1 Reaktive Powder Concrete (RPC)
Reactive powder concrete (RPC) merupakan material beton tipe khusus dari ultra high performance
concrete (UHPC) yang memiliki kekuatan antara 200 sampai 800 MPa dengan prinsip utama yang
berbeda dengan beton berkinerja tinggi konvensional, yaitu peningkatan homogenitas material
dengan mengeliminasi agregat kasar, membatasi kandungan pasir, meningkatkan properti mekanik
pasta serta mereduksi kelemahan zona transisi pada interface antara matriks dan agregat (Dallaire,
E. et al. 1998) serta menambah serat sebagai upaya meningkatkan daktilitasnya.
RPC terbuat dari semen Portland dengan panas hidrasi rendah, mikrosilika (silicafume), bubuk
kuarsa (crushed quartz), pasir kuarsa, superplasticizer, serat baja mikro dan air, sehingga dapat
disebut sebagai “mortar” dengan kandungan pasta semen dan mikrosilika yang sangat tinggi serta
dengan rasio air semen (w/c) yang sangat rendah (Bonneau,O., et al., 1997). Peningkatan
homogenitas beton dilakukan dengan menggantikan agregat kasar dan pasir konvensional dengan
pasir kuarsa yang sangat halus yang berukuran partikel kurang dari 600 m (Dallaire, E., et al. 1998)
atau sekitar 100 sampai 400 m (Shaheen, E., and Shrive, N.G., 2006). Kekompakan matriks butiran
ditingkatkan dengan menyeleksi ukuran-ukuran butiran bubuk. Penggunaan mikrosilika sebesar 25%
bertujuan untuk memperbaiki mikrostruktur beton. Steam curing pada suhu 90 ºC selama 48 jam
merupakan upaya untuk mempercepat reaksi bahan pozolanik dari mikrosilika dengan semen,
meskipun produk hidrasinya masih dalam kategori amorphous. (Richard, P., and Cheyrezy, M.,
1995).
Komposisi campuran RPC
Pengembangan proporsi campuran yang ditawarkan oleh Richard P., and Cheyrezy, M., (1995)
mengacu pada metode optimasi campuran granular yang dicapai dengan menggunakan packing
models yang telah diuji oleh De Larrard (1994). Dalam upaya untuk memperoleh kekuatan
berdasarkan komposisi dan homogenitas material-material penyusun RPC serta mengatasi tuntutan
daktilitas beton yang memiliki kekuatan ultra tinggi maka Richard, P., and Cheyrezy, M., (1995),
merekomendasikan komposisi campuran yang dapat dilihat pada Tabel 1 dalam dua jenis campuran
yaitu RPC200 dan RPC800.
Tabel 1 Komposisi campuran RPC untuk RPC 200 dan 800 (by weight)
Portland Cement
Silica Fume
Sand 150 – 600 µm
Crushed Quartz d50 = 10 µm
Superplasticizer (Polyacrylite)
Steel Fiber L = 12 mm
Steel Fiber L = 12 mm
Steel Aggregates < 800 µm
Water
Compacting Pressure
Heat Treatment Temperature
RPC200
Non Fibred
Fibred
1
1
1
1
0.25
0.23
0.25
0.23
1.1
1.1
1.1
1.1
0.39
0.39
0.016
0.019
0.016
0.019
0.175
0.175
0.15
0.17
0.17
0.19
20C
90C
20C
90C
RPC800
Silica Aggregate
Steel Aggregate
1
1
0.23
0.23
0.5
0.39
0.39
0.019
0.019
0.63
0.63
1.49
0.19
0.19
50 MPa
50 MPa
250 – 400 C
250 – 400 C
sumber: Richard et.al, 1995
Property Mekanik RPC
Perbandingan hasil properti mekanik RPC dengan beton normal (OC) dan beton mutu tinggi (HSC)
ditampilkan pada Tabel 2. Karakteristik hubungan tegangan-regangan tekan beton RPC dengan
berbagai perlakuan dibandingkan dengan beton non-RPC diperlihatkan pada Gambar 1, dimana
terlihat bahwa NSC (Normal Strength Concrete) memiliki kekuatan puncak yang lebih rendah dari
HPC (High Performance Concrete), namun perbedaan regangan ultimitnya tidak begitu signifikan.
Dengan suatu perlakuan khusus berupa penambahan serat, pemberian pressure pada saat setting dan
S - 61
pengekangan, kekuatan tekan RPC meningkat hampir empat kali lipat dari kekuatan HPC. Juga
terlihat bahwa RPC memiliki ragangan ultimit yang lebih panjang yang mengindikasikan daktilitas
material yang lebih unggul.
Tabel 2 Properti mekanik antara RPC, dibandingkan dengan ordinary concrete (OC) dan high strength
concrete (HSC)
Compressive strength (MPa)
Flexural strength (MPa)
Fracture energy (J/m2)
Ultimate tensile strain (10-6)
OC
20 – 50
4–8
130
100 – 150
HSC
60 – 80
6 – 10
140
100 – 150
RPC
200 – 800
15 – 140
1000 – 40,000
2000 – 8000
Sumber: Dugat, J et al. (1996)
Gambar 1 Kurva hubungan tegangan regangan tekan NSC, HPC dan RPC (dari Aïtcin, P.C., 2008, courtesy
of Eyrolles)
2.2 Pilar/kolom berpenampang persegi berlubang (HRSRCP) dan kriteria desain kolom
Keuntungan dari penggunaan pilar/kolom berlubang ini adalah kemampuannya untuk dapat
memaksimalkan efisiensi struktural dalam hal rasio kekuatan/massa dan kekakuan/massa dan
mereduksi kontribusi massa kolom terhadap respon seismik serta mereduksi kecenderungan
pengaruh retak thermal beton pada umur muda yang diakibatkan oleh variasi temperatur panas
hidrasi. (Priestley, M.J.N. et al. 1996). Sesuai dengan arah penelitian ini, maka uraian dititik beratkan
pada pilar/kolom berlubang persegi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2(b)
Gambar 2 Hollow-section untuk pilar/kolom jembatan, (a) hollow circular section RC pier, (b) hollow
rectangular section RC pier
Pilar/kolom persegi berlubang terdiri dari bagian badan (web part) yang searah dengan arah beban
lateral dan bagian sayap (flens part) yang tegak lurus dalam arah beban tersebut. Dalam taraf
pembebanan siklik, retak lentur horisontal pada bagian flens menjalar mejadi retak diagonal pada
bagian pada bagian web, sehingga perlu untuk memberi pengekangan pada beton dengan aransemen
tulangan transversal yang tepat (Takahashi, Y. and Iemura, H., 2000).
Peran tulangan transversal di sini sangat penting dalam mengantisipasi regangan aksial dan lateral
yang terjadi pada beton dan mencegah tulangan longitudinal mengalami tekuk. Pada saat kolom
memikul gaya lateral, tulangan transversal juga berfungsi dalam memberikan tahanan geser terhadap
penampang. Persyaratan luas minimum tulangan transversal (Ash) dengan sengkang tertutup persegi
dalam AASHTO LRFD 2005 ditetapkan sesuai Pers.(1) dan (2) dengan memperhitungkan pengaruh
gaya aksial Pu.
S - 62
 f ' 
1.25 Pu
Ash  0.12 shc  c  0.5 
 f 
Ag f c '
 yh 
dengan

 0.5  1.25 Pu

Ag f c '






 1


(mm2)
(1)
(2)
dimana fc’ adalah kuat tekan beton, Ash dan fyh masing-masing adalah luas dan tegangan leleh tulangan
transversal, s adalah jarak vertikal as ke as tulangan transversal dan hc adalah lebar inti terkekang
dan Ag adalah luas penampang gross.
Dalam tinjauan kestabilan, AASHTO LRFD 2005 Section 5.7.4.7 memberi batasan kapasitas
nominal yang dihitung berdasarkan perosedur desain standar untuk kemungkinan terjadinya
instabilitas lokal pada pier berlubang pada rasio kelangsingan 15 sampai 35 dengan suatu faktor
reduksi w pada Pers.(3).
 w  1.0 if w  15
 w  1.0  0.025w  15 if 15  w  25
 w  0.75 if 25  w  35
(3)
Rasio lelangsingan tersebut adalah panjang maksimum penampang melintang dinding yang tidak
ditopang Xu dibagi dengan ketebalan dinding t, atau w = Xu/t seperti yang ditunjukkan pada Gambar
3.
Gambar 3 Rasio kelangsingan dinding untuk penampang persegi berlubang (Maria, 2006, merujuk ke
AASHTO LRFD Bridge Spesification 1998)
ACI 343R 95 Analysis and Design of Reinforced Concrete Bridge Structure juga memberikan
batasan ketebalan dinding voided box section piers minimal 750 mm dengan rasio lebar pilar
terhadap tinggi total sebesar L/16, dengan tinggi pilar (L) pada kisaran 27 – 60 m. Untuk pilar
berlubang yang digunakan untuk multystory bent piers ketebalan minimal juga diberi batasan yang
sama, namun sisi panjang penampang luar pilar disyaratkan dengan rasio L/16 dan sisi pendeknya
sebesar L/20, dengan tinggi pilar (L) antara 36 – 80 m.
Penggunaan diagram interaksi momen (M) dan gaya aksial (P) digunakan mengecek kapasitas
penampang dengan rasio tulangan longitudinal (g) yang memenuhi kriteria SNI-03 2847 2002
23.4.3.1 antara 1% sampai 6% dari luas penampang (Ag). Model pilar yang akan diuji dalam
penelitian ini dibatasi untuk kolom pendek tipe kantilever dengan single curvature, maka
keangsingan kolom dibatasi memenuhi Pers.(4) sesuai AASHTO-LRFD 5.7.4.3.
KLu
 22
r
(4)
dimana K = 2, r adalah radius girasi penampang dan Lu adalah tinggi level pembebanan lateral.
2.3 Daktilitas pilar/kolom dan mekanisme disipasi energi
Daktilitas adalah kemampuan struktur untuk berdeformasi secara inelastik dengan baik ketika
mengalami beberapa siklus beban lateral tanpa mengalami kerusakan yang signifikan. Untuk
kebutuhan tersebut maka pilar/kolom jembatan harus didesain untuk berperilaku daktail, melalui
plastifikasi (kerusakan) pada sendi plastis (plastic hinge) yang merupakan sarana untuk mendisipasi
energi gempa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4(a).
Gambar 4(b) menunjukkan respon aktual akibat beban lateral siklik pada pilar. Sampai pada saat
leleh pertama terjadi regangan tekan beton pada daerah sendi plastis masih lebih rendah dari
S - 63
regangan yang menyebabkan crushing dengan crack yang masih lebih kecil akibat pengaruh beban
aksial tekan yang cenderung menutup retak dan softening pada tulangan yang mengalami pelelehan
pada saat respon balik sebagai hasil dari efek Baushinger. Ketika keadaan inelastik telah mulai terjadi
dengan perpindahan lateral yang lebih besar, energi potensial struktur sebagian dipencarkan pada
daerah sendi plastis, sehingga energi kinetik mengecil saat respon balik terjadi. Saat regangan tekan
beton pada daerah sendi plastis sudah melampaui regangan ultimit, terjadi spalling, seiring dengan
peningkatan regangan tulangan. Jika struktur pilar didesain secara wajar, maka kerusakan pada level
ini masih bisa dilakukan perbaikan setelah gempa besar terjadi.
(a)
(b)
Gambar 4 Pendisipasian energi pada pilar jembatan dari siklus beban lateral (a) Pembentukan sendi plastis
pada pilar beton, (b) Respon struktur dalam domain gaya-perpindahan dan idealisasi bilinear kurva histerisis
dalam menentukan daktilitas perpindahan (PriestleyM.J.N., et al, 1996)
Hubungan respon histeresis gaya lateral dan perpindahan seperti pada Gambar 4(b), dapat
diidealisasikan sebagai kurva bilinear ekuivalen melalui ekstrapolasi respon elastis sampai mencapai
kekuatan Vd yang diharapkan untuk memperoleh perpindahan saat leleh y (yield displacement). Jika
perpindahan maksimum dinyatakan sebagai u (ultimate displacement) maka faktor daktilitas
perpindahan struktur adalah  = u/y. Ketersediaan kapasitas rotasi plastis pada daerah tersebut
ditentukan oleh geometri penampang, jumlah tulangan longitudinal dan distribusi tulangan
transversal pada daerah sendi plastis (PriestleyM.J.N., et al, 1996). Dari berbagai hasil analisis dan
pengetesan Priestley, M.J.N., et al, (1996) merekomendasikan penentuan panjang sendi plastis untuk
pilar kantilever dengan Pers.(5).
L p  0.08 L  0.022 f ye d bl

0.044 f ye d bl
(5)
dimana L adalah jarak dari penampang kritis sendi plastis ke titik lawan lentur (contraflexure) dan
dbl sebagai diameter tulangan longitudinal.
2.4 Perilaku kolom/pilar dalam beban aksial tekan dan lentur
Keruntuhan yang progresif pada pilar/kolom terjadi terutama pada kondisi kolom memikul
kombinasi beban lateral gempa besar dengan beban tekan aksial yang dominan. Pada keadaan
tersebut, beban aksial tekan akan mereduksi kapasitas lentur penampang kolom seiring dengan
mengecilnya nilai kurvatur, dimana tegangan tekan pada beton menjadi meningkat cukup signifikan
sedangkan tulangan tarik belum mencapai regangan lelehnya. Apabila tulangan transversal tidak
memadai untuk memberikan pengekangan pada daerah beton yang tertekan, maka beton akan
mengalami kehancuran (crushing) prematur sebelum regangan tekan ultimitnya tercapai.
Perilaku kurvatur penampang antara beton biasa (NSC), beton mutu tinggi (HSC) dan beton bubuk
reaktif (RPC) pada keadaan saat leleh pertama (first yield) dan pada kondisi ultimit ketika mengalami
kombinasi beban lentur dan aksial tekan diillustrasikan seperti pada Gambar 5. Dengan asumsi
tulangan longitudinal menyebar simetris pada keempat sisi kolom maka pada saat beban aksial tekan
bekerja pada titik plastic centroid penampang (berimpit dengan center line) maka kesetimbangan
gaya-gaya tarik dan tekan memenuhi Pers. (6),
S - 64
n
(6)
Po  0.85 f c ' ab   f si Asi
i 1
dimana b adalah lebar penampang, a adalah tinggi blok tekan beton dan fsiAsi = Tsi yang merupakan
gaya tekan atau tarik tulangan longitudinal. Momen yang bersesuaian dengan regangan pada
penampang seperti pada Pers. (7),
n
(7)
M  0.85 f c ' abd  a 2    f si Asi d i  Po h 2 
i 1
dengan d sebagai jarak serat tekan terluar penampang beton ke titik berat tulangan tarik terluar dan
di adalah lengan momen dari titik tinjauan ke titik berat baris tulangan ke-i.
ce NSC
ce HSC
ce RPC
 cu RPC
cu HSC
cu NSC
c e RPC
c e NSC c e HSC
c u RPC
c u NSC c u HSC
N.A -RPC
N.A -HSC
0.85fc' NSC
0.85fc'HSC
0.85fc' RPC
a NSC
Cs
aHSC aRP C
N.A -RPC
N.A -HSC
Ts
N.A -NSC
N.A -NSC
 y NSC
 u NSC
Ts
 y HSC
u HSC
Ts
y RPC
u RPC
Ts
s = y
 (a)
 kurvatur 1st yield : NSC >  HSC > NSC
 kekakuan 1st yield : K NSC < K HSC < K NSC
s > y
 (b)
Cc -NSC
Cc -HSC
Ts or Cs
Po
C.L
M
Ts
 (c)
 kurvatur ultimit : NSC <  HSC <  NSC
 kekakuan ultimit : K NSC > K HSC > K NSC
Gambar 5 Perbandingan regangan penampang beton dan gaya-gaya internal pada penampang kolom NSC,
HSC dan RPC, (a) kondisi saat leleh pertama, (b) kondisi ultimit (c) aksi gaya-gaya internal akibat gaya
aksial dan lentur pada keadaan ultimit
Ketika tulangan pada serat tarik mengalami leleh pertama, tegangan tekan pada beton diasumsikan
masih berperilaku elastis (Park, R and Paulay, T., 1975). Pada Gambar 5(a) terlihat regangan tekan
beton RPC masih lebih kecil dibanding HSC, sedangkan NSC telah mengalami regangan yang lebih
besar dari yang lainnya, sehingga kurvatur leleh (y =y/(d-kd) ) RPC masih lebih kecil, yang
menunjukkan RPC masih memiliki kekakuan yang lebih besar untuk berdeformasi lebih lebih lanjut.
Pada saat regangan ultimit beton tertekan telah tercapai dan regangan baja tulangan telah melampaui
regangan leleh seperti pada Gambar 5(b), sifat material RPC yang lebih daktail mampu mencapai
regangan yang lebih panjang dibandingkan dengan beton HSC dan NSC, sehingga kurvatur
ultimitnya (u =cu/cu) meningkat cukup signifikan. Keadaan ini mengindikasikan kemampuan RPC
sebagai elemen struktur kolom yang dapat berdeformasi inelastik lebih baik dengan daktilitas rotasi
dan reduksi kekakuan struktur yang lebih besar. Kapasitas daktilitas rotasi penampang dinyatakan
sebagai  = u/y yang merupakan perbandingan kurvatur saat leleh pertama dengan kurvatur
ultimit. Pada Gambar 5(c), kekuatan RPC yang tinggi dan dengan regangan ultimit yang panjang
sebagai indikasi material yang daktail, akan menghasilkan blok tekan yang lebih besar dalam
mengimbangi peningkatan regangan pada tulangan sebelum terjadinya crushing.
2.5 Perkembangan riset RPC dan HRSRCP
Penelitian yang banyak dikembangkan dewasa ini mengenai RPC masih terfokus pada skala material.
Beberapa penelitian terbaru mengenai Reactive Powder Concrete diuraikan sebagai berikut:
Graybeal, B.A. (2007), menginvestigasi perilaku uniaksial tekan ultra-high-performance fiberreinfoeced concrete (UHPFRC). Dari hasil analisisi yang dilakukan diperoleh persamaan modulus
elasisitas beton UHPFRC yaitu E = 3840(fc’)1/2 (dalam MPa) yang memberi kontribusi penting
terhadap peraturan yang ada.
Cwirzen, A., et al. (2008), Melakukan pengujian RPC yang meliputi sifat-sifat mekanik, durabilitas
dan penggunaan secara hibrida dengan semen Portland biasa. Dengan rasio air semen 0.22, diperoleh
kekuatan tekan 28 hari bervariasi dari 170 sampai 200 MPa untuk perawatan dengan steam curing,
S - 65
dan antara 130 sampai 150 MPa tanpa steam curing. Juga dilaporkan bahwa penyusutan awal untuk
RPC (UHS-mortar) lebih tinggi dua kali lipat dari UHS-concrete.
Chang, T.P., et al. (2009), Menguji kinerja RPC dengan kondisi perawatan campuran yang berbeda
dan pengaruhnya sebagai material perbaikan elemen struktur. Hasil menunjukkan bahwa dengan
steam curing pada empat umur beton yang berbeda secara substansial meningkatkan durabilitasnya.
Perbaikan benda uji (retrofit specimen) dengan membungkus silinder beton dengan RPC setebal 10
dan 15 mm dapat meningkatkan rasio kekuatan tekan 9.5 sampai 38%.
Prabha, S.L., et al.(2010), Melakukan studi perilaku hubungan tegangan-regangan RPC dibawah
pembebanan tekan uniaksial pada benda uji silinder diameter 100 mm dan tinggi 200 mm. Dengan
variasi kandungan dan dimensi serat pada beton, diperoleh kekuatan tekan RPC yang mampu
mencapai 171.3 MPa dengan serat baja ukuran diameter 0.16 mm dan panjang 13 mm sebanyak 2%.
Campuran RPC memiliki kekuatan 38% sampai 63% lebih besar dengan modulus elastisitas antara
21% sampai 24% lebih tinggi jika menggunakan serat baja.
Perkembangan riset kolom persegi berlubang dirangkum pada Tabel 3.
Tabel 3 Perkembangan Riset pilar/kolom persegi berlubang
Peneliti/tahun
Skala
benda uji
Mutu beton
Metode
pengujian
Jenis pembebanan
Takahashi, Y., and
Iemura, H. (2000)
reduced scale
34 Mpa
Eksperimental
Yeh, Y.-K., et al.
(2002)
full scale
32-34 MPa
Eksperimental
Calvi, G.M., et al.
(2005)
1/4 scaled
23.6 -35 MPa
Numerik dan
eksperimental
Kombinasi aksial tekan
dan lateral siklik
Maria, H.S., et al.
(2006)
1/5 scaled
27-43 MPa
Eksperimental
statik monotonik, lentur
biaksial
Sheikh, M.N., et
al. (2007)
Kombinasi aksial dan
lateral siklik, pseudo
dynamic test
Kombinasi aksial tekan
dan lateral siklik
Model analitik
Zhao, G.Y. et al.
(2008)
reduced scale
140 MPa
Model analitik
dan eksperimental
Lateral siklik
Delgado, R., et al.
(2009)
1/4 scaled
28 MPa
Numerik FEM 3D
dan eksperimental
Kombinasi aksial tekan
dan lateral siklik
3.
Investigasi
Kinerja inelastik pilar
tinggi, keruntuhan lentur
dan geser
Daktilitas lentur, disipasi
energi dan kapasitas
geser.
Kapasitas geser dari
berbagai kombinasi
momen dan geser, shear
deformability
Kestabilan tekuk lokal
dinding pier beton
bertulang persegiempat
Mengkomparasikan
model analitik dengan
hasil-hasil eksperimen
yang ada
Pola retak, faktor
daktilitas dan disipasi
energi
perilaku lentur dan geser
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini ditujukan untuk menginvestigasi kinerja mekanik komponen struktur kolom beton
bertulang berpenampang berlubang dengan material RPC. Untuk tujuan tersebut, maka akan
dilakukan pengamatan melalui program eksperimen yang terbagi dalam dua tahap yaitu: 1) Kajian
secara numerik parameter-parameter yang dianggap berpengaruh signifikan terhadap perilaku dan
kinerja kolom RPC berlubang, 2) Trial mix beton RPC untuk mencapai target kekuatan tekan yang
melampaui 120 MPa; 2) Pengujian eksperimental HRSRCP-RPC dengan pembebanan lateral siklik.
Tahapan penelitian akan diuraikan sebagai berikut:
3.1 Analisis numerik
Uji numerik terhadap HRSRCP-RPC akan dilakukan dengan Non Linear FEM 3D melalui software
ANSYS. Material beton dimodelkan sebagai elemen solid dengan 3 derajat kebebasan translasi pada
kedelapan titik nodalnya (brick element), sedangkan baja tulangan dimodelkan terkoneksi dengan
elemen solid secara diskrit sebagai elemen yang berupa link dengan satu derajat kebebasan translasi
arah aksial pada tiap titik nodalnya. Model konstitutif beton RPC diidealisasikan dengan persamaan
S - 66
Hognestad seperti yang rekomendasikan oleh Zhao, et.al (2008). Model konstitutif baja tulangan
menggunakan model tegangan – regangan yang mengakomodasi efek strain hardening. Untuk
keperluan analsis, model tersebut dimodifikasi dengan persamaan Ramberg – Osgood.
Model benda uji untuk analisis numerik dibuat dalam skala 1:6. Metode pengujian pada model yaitu
dengan load control method, yaitu model struktur diberi beban lateral secara siklik dengan increment
yang diatur menjadi beberapa step pembebanan sampai rasio drift yang ditagetkan tercapai,
sedangkan beban aksial tekan bekerja secara konstan.
3.2 Trial Mix RPC
Dalam upaya untuk mencapai kekuatan beton ultra high strength concrete, maka akan dilakukan
beberapa trial mix campuran RPC dengan komposisi campuran yang sesuai dengan rekomendasi
Dugat, J., et al 1997 sebagai campuran pembanding, kemudian dilanjutkan dengan membuat
campuran yang komposisinya disesuaikan dengan karakteristik material yang tersedia secara lokal.
Karena belum adanya metode standar yang dapat dipakai dalam mix design RPC maka komposisi
campuran yang akan dibuat berikutnya masih bersifat trial and error dengan penekanan pada:
1. Penggunaan rasio air semen (w/c ratio) rendah namun tetap memiliki workabilitas yang
memenuhi dan target kekuatan di atas 120 MPa.
2. Mengoptimalkan density agregat gabungan antara fraksi pasir kuarsa yang berukuran
maksimum 300 m dengan fraksi hasil crushing yang berukuran maksimum 50m.
Dari kedua prinsip di atas maka pendekatan dengan prinsip volume absolute (Nevile, A.M., 1995)
untuk 1 m3 beton dapat dilakukan berdasarkan Pers.(8)
A1
A2
W
C



1
1000 1000 c 10001 1000 2
(8)
dimana W adalah berat air, C adalah kebutuhan semen dan A1 dan A2 masing-masing adalah dua
fraksi agregat serta  yang menyatakan spesik grafity dari masing-masing material. Dengan
menetapkan rasio air/semen dan rasio agregat/semen maka komposisi material-material
penyusunnya dapat ditentukan. Pengujian sifat mekanik hasil trial mix dilakukan dengan sejumlah
benda uji silinder standar 15 cm x 30 cm untuk memperoleh kekuatan tekan, kekuatan tarik belah
dan hubungan tegangan regangan uniaxial beton yang akan diverifikasi ulang dalam pemodelan
numerik.
3.3 Pengujian eksperimental HRSRCP-RPC
Model kolom didesain dengan kombinasi momen dan beban aksial tekan (Pn) yang melebihi 0.1 fc’Ag
dan disesuaikan dengan kapasitas aktuator dari loading frame yang tersedia. Bentuk dan dimensi
penampang benda uji diperlihatkan pada Gambar. 6
Gambar 6 Dimensi penampang kolom, penulangan longitudinal dan potongan
Benda uji kolom RPC berpenampang berlubang dibuat dalam empat model yaitu:
a) HRSRCP-RPC dengan jarak sengkang 50 mm
b) HRSRCP-RPC dengan jarak sengkang 100 mm
c) HRSRCP-RPC dengan jarak sengkang 150 mm tanpa pendetailan pada sendi plastis
S - 67
d) HRSRCP-RPC dengan jarak sengkang 150 mm dengan pendetailan sendi plastis
Gambaran setup rencana pengujian kolom dengan beban siklik diperlihatkan pada Gambar 7(a).
(a)
(b)
Gambar 7 Loading frame dan pembeban (a) Setup pengujian kolom berongga, (b) Pola pembebanan Benda
Uji (sesuai FEMA 450 P9 dan ACI 3741 - 05)
Pengujian dilakukan dengan sistem penambahan defleksi (displacement control) secara bertahap
dengan beban lateral siklik quasi-static yang akan diaplikasikan pada ujung kolom yang mengikuti
rekomendasi yang diisyaratkan oleh FEMA 450 P9 dan ACI 3741 - 05. Sistem Pembebanan ini
ditujukan untuk mengetahui perilaku sistem kolom RPC berongga dalam menahan beban gempa.
Pola pembebanan benda uji dapat dilihat pada Gambar 7(b).
4.
KESIMPULAN
Dari beberapa argumentasi teoritis dan rancangan metodologi penelitian yang telah diuraikan, maka
dapat ditarik kesimpulan umum dari makalah rancangan penelitian ini sebagai berikut:
1.
Dalam rangka upaya menghasilkan elemen struktur pilar beton jembatan yang sustainable maka
HRSRCP-RPC dapat menjadi alternatif plihan inovasi yang memadukan keunggulan geometrik
dan superioritas material.
2.
Karakteristik hubungan tegangan-regangan material RPC yang lebih unggul dari beton akan
memberikan perilaku elemen struktur HRSRCP yang lebih daktail jika aransemen tulangan
transversal dan longitudinal didesain secara wajar.
3.
Melalui analisis numerik dengan FEM maka dapat diperoleh gambaran awal mengenai
parameter-parameter penting yang menentukan kinerja struktur dan hasilnya dapat menjadi
masukan dalam tahapan pengujian eksperimental.
DAFTAR PUSTAKA
AASHTO-LRFD, 2005,”Bridge Design Specification”
ACI-ASCE Committee 343, 1995, “Analisis and Design of Reiforced Concrete Bridge Structure” ACI 343R
95
ACI Committee 374.1-05 “Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing and
Commentary”
Aïtcin, P-C, 2008 “Binders for durable and sustainable concrete,(Modern Concrete Technology Series)” ,
ISBN 0-203-94048-2, Taylor & Francis Group, London and New York.
Badan Standardisasi Nasional, SNI 2847 2002, “Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan
Gedung”
Bonneau, O., Poulin, C., Dugat, J., Richard, P., and Aitcin, PC., 1996, “Reactive Powder Concretes: From
Theory to Practice”, Concrete International.
S - 68
Calvi, G.M., Pavese, A., Rasulo, A., and Bolognini, D., 2005, “Experimental and Numerical Studies, on the
Seismic Response of R.C Hollow Bridge Piers”, Springer, Bulletin of Earthquake Engineering, 3: 367297.
Chang, T.P., Chen, B.T., Wang, J.J., and Wu, C.S., , 2009 “Performance of Reactive Powder Concrete (RPC)
with Different Curing Conditions and Its Retrofitting Effects on Concrete Member”, Concrete Repair,
Rehabilitation and Retrofitting II – Alexander et al (eds), Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0415-46850-3.
Chen, W-F. and Duan, L., 2003, “Bridge Engineering, Substructure Design”, CRC Press LLC, Florida.
Cwirsen, A., Pettala, V., and Vornanen, C. 2008, “Reactive Powder Based Concretes : Mechanical Properties,
Durability, and Hybrid Use with OPC”, Cement and Concrete Research, 38 (2008), 1217-1266, Content
lists available at ScienceDirect.
Dallaire, E., Aitcin, PC., and Lachemi, M., 1998, “High-Performance Powder”, Civil Engineering.
Delgado, R., Delgado, P., Pouca, N.V., Arede, A., Rocha, P., and Costa, A., 2009, “Shear Effect on Hollow
Section Piers under Seismic Action: Experimental and Numerical Analysis”, Springer Science, Bull
Earthquake Eng. 7:377-389.
Dugat, J., Roux, N., and Bernier, G., 1996, “Mechanical Properties of Reactive Powder Concretes “ Material
and Structures, Vol 29, May 1996, 233-240.
FEMA 450 “The 2003 NEHRP Recommended Provisions For New Buildings And Other Structures Part 1:
Provisions (FEMA 450)”
Graybeal, A.B., 2007, “Compressive Behavior of Ultra-High-Performance Fibre-Reinforced Concrete”, ACI
Materials Journal, Vol. 104, No. 2 March-April 2007.
Maria, H.S., Wood, S.L., Breen. J.E., 2006, “Behavior of Hollow Rectangular Reinforced Piers Subjected to
Biaxial Loading”, ACI Materials Journal, Vol. 103, No. 3 May-June 2006.
Nevile, A.M., 1995, “Properties of concrete” ISBN 0-582-23070-5, Logman Group Limited, England.
Park, R. and Paulay, T. 1975 “Reinforced Concrete Structure”, John Wiley & Son. Inc., Canada.
Prabha, S.L., Dattatreya, J.K., Neelamegam, M., and Rao, M.V.S., 2010, “Study on Stress-Strain Properties of
reactive Powder Concrete under Uniaxial Compression”, International Journal of Engineering Science
and Technology, Vol. 2(11), 2010, 6408-6416.
Priestley, M.J.N., Seible, F., and Calvi, G.M., 1996, “Seismic Design and Retrofit of Bridge”, John Wiley &
Sons Inc, Canada.
Richard, P., and Cheyrezy, M., 1995, “Composition of Reactive Powder Concrete”, Cement and Concrete
Research, Vol. 25, No. 7, 1501-1511. Pergamon, Scientific Division BOUYGUES, St Quentin en
Yvelines, France
Shaheen, E., and Shrive, N.G, 2006, “Optimization of Mechanical Properties and Durability of Reactive
Powder Concrete”, ACI Materials Journal, Vol. 103, No. 6 November-December 2006
Sheikh, M.N., Vivier, A., and Legeron, F., 2007, “Seismic Vulnearability of Hollow core Concrete Bridge
Piers”, Proceeding of the 5th International Conference on Concrete under Severe Condition of
Environment and Loading (CONSEC07), France, 2007, 1445-1454.
Takahashi, Y., and Iemura, H., 2000, “Inelastic Seismic Performance of Tall Piers With Hollow Section”,
12WCEE 2000.
Zhao. G.Y. Yan, G.P., and Hao. W.X., 2008., “ Seismic Performance of RPC Hollow Rectangular Bridge
Column”, The 14th Word Conference on Earthquake Engineering, October 12-17, 2008, Beijing, China.
Yeh, Y.K., Mo, Y.L., and Yang, C.Y., 2002, “Full-Scale Test on Rectangular Hollow Bridge Piers”, Materials
and Structures, Vol 35, pp. 117-125.
S - 69
Download
Random flashcards
hardi

0 Cards oauth2_google_0810629b-edb6-401f-b28c-674c45d34d87

Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Nomor Rekening Asli Agen De Nature Indonesia

2 Cards denaturerumahsehat

Secuplik Kuliner Sepanjang Danau Babakan

2 Cards oauth2_google_2e219703-8a29-4353-9cf2-b8dae956302e

Create flashcards