## SIMULASI NUMERIK & UJI EKSPERIMENTAL PEMBEBANAN PRE-KOMPRESI DAN LATERAL PADA PASANGAN BATA TRIPLET
oleh: M. Aswanto
Dosen Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Jakarta M_aswanto@yahoo.com
ABSTRAK  : Kajian  ini  mencoba  menggunakan  kapabilitas  perangkat  lunak  elemen  hingga  untuk melakukan  analisis  struktur    pasangan  bata  triplet.  Diantaranya  penggunaan,  aplikasi  kriteria keruntuhan  pada  Elemen  Concrete  (William  &  Warnke),  pada  bata  merah.  Perangkat  lunak  yang digunakan ANSYS. Parameter mekanik sebagai input, diambil dari test individual terhadap masing-masing material penyusun.  Sebagai pembanding adalah test uji pembebanan pasangan bata triplet dengan beban prekompresi dan lateral. Bata merah dipakai jenis bata tradisional dari Cikarang.
Kata kunci : Bata Triplet, elemen hingga, kompresi, lateral
ABSTRACT :  This  study  attempted  to  use  the  software  capability  to  perform  finite  element  analysis  of masonry structures  triplet. Including the use, application  criteria collapse  in Concrete Elements (William and Warnke), the red brick. ANSYS software is used. Mechanical parameters as input, taken from the test individually  to  each  constituent  material.  For  comparison  is  loading  test  test  masonry  triplet  with prekompresi and lateral loads. Red brick used traditional brick type of Cikarang.
Keywords: Brick Triplet, finite element, compression, lateral

## PENDAHULUAN
Konstruksi  batu  bata  mendominasi  hampir kebanyakan  material  konstruksi  yang digunakan di Indonesia. Konstruksi perumahan  rata-rata  penduduk  Indonesia menjadikan  batu-bata  merah  sebagai elemen  utama  struktur.  Baik  sebagai struktur pemikul maupun sebagai dinding.Walaupun  demikian  riset-riset  di negara  kita  yang  menyelidiki  sifat  dan karakteristik  mekaniknya  masih  terasa kurang. Termasuk simulasi numerik dengan menggunakan  perangkat  lunak  elemen hingga (MEH) untuk memodelisasi pasangan  bata  merah.  Kesulitannya  adalah ketidaktersediaan parameter-parameter mekaniknya.
Sebagai  subyek  penelitian  ini  adalah Simulasi  Numerik  perilaku  model-model ekperimen  pasangan  bata  Triplet  ketika mendapat  beban  Prekompresi  dan  Lateral. Besaran Input parameter mekanik bata dan mortar didapatkan dari hasil
eksperimental.

## Model Elemen Hingga
Permodelan  pasangan  Triplet  dengan pendekatan  hubungan interface (antar muka)  bata  dan  mortar  yang kontinyu sebagai  Solid3D,    yaitu  elemen    bata  dan mortar  menggunakan  nodal  yang  sama.
Tegangan/stress diantara dua solid kontinyu,  dan  meshing  harus  dibuat  sama diantara  dua  bagian  solid  tersebut.Hal  ini diterapkan  untuk  memodelkan  triplet dalam  kondisi  batas bond  strength belum terlewati,  sehingga  triplet  merupakan  satu kesatuan  material  solid  gabungan  antara bata dan mortar yang utuh.
Gambar  1  :  Geometri  Struktur  Aktual  dan Diskritisasi Elemen Hingga.
Untuk itu permodelan geometri bentuk asli struktur  kedalam  bentuk  elemen  hingga harus  dapat  mempresentasikan  dengan baik nodal-nodal, elemen-elemen, konektivitas  nodal  dan  elemen,  material properti,  kondisi  batas  dan  berbagai besaran  enginering  lain  yang  merupakan presentasi  dari  kondisi  fisikal  struktur. Secara  khusus,  pembuatan  model  elemen hingga  adalah  mendefinisikan  nodal  dan elemen  struktur  yang  akan  membentuk geometri struktur aktual (gambar 1).

## Modelisasi Material
Perilaku material didasarkan atas
hubungan  kurva  tegangan-regangan  dan berbagai parameter mekanik yang didapatkan dari uji tes tekan dan tarik, yang dilakukan  mahasiswa  UI  dan  dari  studi Literatur.
Grafik1 : Hubungan Stress-Strain Mortar.[file: gambar aniso.xls]
Grafik  2  :  Hubungan  Stress-Strain  Bata Merah.[file: gambar aniso.xls]
Untuk  mendapatkan  data  input  parameter mekanik, dilakukan pengujian di laboratorium  terhadap  material  penyusun Pasangan Triplet.Yaitu Mortar dan Bata.
 Guruh  Sakti  [ 2 ],  melakukan  pengujian mortar untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas, kuat tekan dan tarik, hubungan tegangan regangan dan tegangan maksimum tekan tarik.
strain stress  MPa tension region 27 20 0.01974 0.03061 0.6 0.0019 compression region E =   1013,31 E = 882.08 strain stress  MPa tension region 6 0.01338 0.6 0.015 compression region E =   460
 DB.  Satrio  [ 3 ],  melakukan  pengujian  bata merah untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas, kuat tekan dan tarik,
hubungan tegangan regangan dan tegangan maksimum tekan tarik.
 Material  propertiseperti  sudut  geser dalam  ( θ ),  kohesi  ( c )  didapatkan  dari studi literatur [ 4,5 ].
Hasil  yang  diperoleh  dari  tes  laboratorium diatas,  dijadikan  sebagai  parameter  input untuk permodelan Numerik.
Selengkapnyaparameter  mekanik  material dapat dilihat pada Tabel 1.

## Kriteria Keruntuhan
Kriteria keruntuhan yang digunakan dan  sudah  terprogramasi  dalam  perangkat lunak  (ANSYS)  yaituelemen  yang  dapat mengakomodasi  perilaku  material non- duktile .Elemen yang mempunyai kapabilitas memodelkan crack dan crush ini  disebut SOLID65.  Dalam  formulasinya  elemen  ini menggunakan  kriteria  keruntuhan William KJ  &    Warnke  ED .  Elemen  ini  dapat digunakan  untuk  memprediksi  kapan terjadinya crack dan  propagasinya.  Secara visual, crack ditandai  dengan  bulatan  pada titik integrasi elemen.
 Warna    merah  mengindikasikan crack pertama ( initial crack ).
 Hijau sebagai crack kedua.
 Biru sebagai crack ketiga.
 Tanda  silang sebagai crack yang tertutup kembali.
 Crushing ditandai dengan bentuk hexagonal merah di titik integrasi. Kriteria  ini  awalnya  digunakan untuk model respon non-linier dari reinforcement concrete ketika
mendapat beban statik. Model ini memodelkan  retak/ crack yang  diakibatkan oleh  kelemahan  beton  dalam  menahan kekuatan tarik, dan algoritma plasticitylaw ( bertambahnya  regangan  pada  kondisi tegangan  yang  tetap)    ketika crush dalam kondisi  lingkungan  tekan  dan  dalam diskripsi  orientasi  dari  masing-masing bidang crack dan crush .
Ansys  [ 11 ],  menyediakan  elemen khusus 3 dimensi 8 nodal solid isoparametrik,  untuk  memodelkan  respon non  linier  material  brittle  berdasarkan model konstitutif  dari perilaku uji triaksial material  beton  oleh William  KJ  &    Warnke ED .
Tabel 1 : Modelisasi Material dan Nilai Batas Kriteria Keruntuhan
Linier Material Propeties Bata Mortar Elastic ModuliCompresive (uji destruktif) 460 [3 ] 1013,3 [ 2] Elastic ModuliTensile (uji destruktif) 39 [3 ] 314 [ 2] Major Poisson Ratios 0,15 [ 1] 0,23 [1 ] Non Ductile Material  Model (kriteria keruntuhan William KJ &  Warnke ED ) Bata Mortar Shear Transfer Coefficients for open crack 0,1 0,3
Shear Transfer Coefficients for closed crack 0,5 0,7 Ultimate uniaxial tensile strength 0,6 [3] 0,75 [2] Ultimate uniaxial compressive strength 6 [3] 20 [2] Ultimate biaxial compressive strength(1.2 f c ) 7,2 24 Ambient Hydrostatic Stress State (3 1/2 f c ) 10,392 34,641
Ultimate compressive strength for a state of biaxial
compression superimposed on hidrostatik stress state (1.45 f c ) 8,7 29
Ultimate compressive strength for a state of
uniaxialcompression superimposed on hidrostatik stress state (1.725 f c ) 10,35 34,5 Stiffness multiplier for crack ed tensile condition (0.6) 0,6 0,6 Tiap  elemen  mempunyai  8  titik  integrasi yang  akan  dievaluasi  apakah  terjadi crack- crush ditiap  titik  tersebut  selama  beban diberikan.  Dalam  rutin-rutin  programnya, dapat dilakukan modifikasi relasi tegangan- regangan ketika terjadi crack (Bab II, 2.5.1), sehingga  bisa  dilakukan  penyesuaian shear transfer pada  bidang crack .  Dengan  variasi antara full  shear  transfer sampai no  shear transfer . Setelah crack awal  terjadi, bila  masih  ada  tegangan  tangensial  kearah bidang crack , dapat menyebabkan timbulnya crack kedua  dan  ketiga,    yang dievaluasi pada titik-titik  integrasi.
Kapabilitas  elemen  diatas,  diterapkan dalam  kajian  ini  untuk  memprediksi keruntuhan material britel, khususnya bata dan mortar dalam pasangan Triplet.

## Prosedur Test Eksperimental
Uji  test  pembebanan  pasangan  bata  triplet (dengan  variasi  warna-warna  bata,  mutu komposisi mortar dan beban prekompresi) di  Lab,  dilakukan  dengan  memberikan beban  pra-tekan  yang  konstan  dan  beban lateral  yang  semakin  meningkat  sampai tercapai keruntuhan triplet.
Gambar 2. Pengujian Pasangan Bata Triplet [file metodologi.doc]
Beban  pra-tekan  merepresentasikan  beban veritikal  yang  bekerja  pada  dinding bata.Nilai-nilai  beban  pra-tekan  yang diberikan diperoleh dari perhitungan beban yang  bekerja  pada    pasangan  dinding  bata merah  dalam  struktur  gedung.  Umumnya pasangan  bata  merah  memiliki  tinggi  4  m dengan  tebal  pasangan  90  mm  –  100  mm. Maka  beban  yang  bekerja  per  1  m’  adalah sebesar 250 kg/m 2 x 4 m x 1 m = 1000 kg.
Luas bidang permukaan atas pasangan bata adalah  sebesar  1000  mm  x  100  mm  = 100000  mm 2 .  Oleh  karena  itu  beban  yang bekerja  dalam  luasan  pasangan  bata tersebut sebesar 0.01 kg/mm 2 = 1 kg/cm 2 .
Penulisan  ini  mengaplikasikan    itensitas beban 5 kg/cm 2 , yang dianggap mewakili ketinggian pasangan dinding bata lebih  dari  4  m,  maka  beban  prekompresi yang diberikan jack kepada Triplet adalah : 5 kg/cm 2 x 10 cm  x 10 cm = 500 kg.

## Pola Sekuen Pembebanan
0 100 200 300 400 500 600 0 2 4 6 8 10 Time Step - Load Step B e b a n k g f lateral
Gambar 3. Pola Pembebanan, Kondisi Batas dan Dimensi Triplet. [file metodologi.doc]
Sedangkan beban lateral
merepresentasikan  beban  geser/horizontal yang  bekerja  pada  pasangan  dinding  bata. Beban  ini  diberikan  dengan  kenaikan ( increment )  per  100  kg  meningkat  sampai pasangan bata tersebut runtuh ( failure ).

## Hasil Eksperimental

## Displacement
Test pembebanan triplet di Lab. menghasilkan data-data perpindahan ( displacement ) pada berbagai titik dipemukaan  Triplet.  Tinjauan  ini  lebih ditujukan  pada  titik  pengukuran  LVDT  6 dan 5 seperti dalam gambar 3.
Simulasi  numerik  dilakukan  dengan  pola pembebanan,  kondisi  batas  dan  material yang  diasumsikan  mendekati  kesamaan dengan kondisi test Lab. Hasil dari simulasi berupa  pola displacement ,  dan  pada  lokasi titik-titik  yang  sama  dibandingkan  dengan hasil pengukuran LVDT.
Hasil  perbandingan  ini  diplotkan bersama  dalam  satu  grafik  (Grafik    3).  Bila diamati  dari  grafik  tersebut , perbandingan
Beban Prekompresi
Beban Lateral
40 cm
100 cm
prekompresi
hasill  komputasi  numerik  dengan  uji  test, maka displacement hasil  uji  test  Lab menunjukkan  riwayat  perpindahan  yang cukup jauh dibandingkan komputasi numerik. Hal ini disebabkan selain
kekurang akurasian peralatan uji
Laboratorium, juga fenomena fissure lossing
(pemampatan  rongga  pada  bata  ketika mulai mendapat beban) belum terakomodasi.
Grafik 3 : Hubungan Stress-Strain Bata Merah.[file: gambar aniso.xls]
Gambar 4 : Awal crush pada bagian depan pada bata, ditunjukkan dengan munculnya bulatan- hexagonal merah pada titik-titik integrasi. Kondisi (1) pada Grafik 3.
Gambar 5 : Keruntuhan aktual pada bagian depan bata pada pengujian pasangan bata Triplet.
titik pengukuran
Hasil  prediksi  keruntuhan  menunjukkan bahwa pada saat penambahan beban lateral mencapai 750 kgf  (1.7544  MPa),  akan terjadi crushing pada  muka  bata  triplet bagian tengah (hidung).
Saat  keruntuhan  tercapai,  program akan berhenti karena konvergensi numerik
tidak  tercapai.  Keruntuhan  triplet  terjadi saat  beban  lateral  mencapai  sekitar 1700 kgf  (3,9766  MPa).  Keruntuhan  ini  sesuai dengan  beberapa  hasil  uji  laboratorium seperti  ditunjukkan  pada  rekaman  LVDT berikut ini.
Grafik 6 : Batas Keruntuhan Berkisar 17.000 N atau 1700 kgf

## Gambar 7 : Titik Keruntuhan

## Kesimpulan
1. Hasil prediksi keruntuhan menunjukkan bahwa pada saat penambahan  beban  lateral  mencapai 750 kgf  (1.7544  MPa),  akan  terjadi crushing pada muka bata triplet bagian tengah (hidung).
2. Saat  keruntuhan  tercapai,  program akan  berhenti  karena  konvergensi numerik  tidak  tercapai.  Keruntuhan triplet  terjadi  saat  beban  lateral mencapai  sekitar 1700 kgf  (3,9766 MPa).
3. perbandingan hasill komputasi numerik dengan uji test, maka displacement hasil uji test Lab menunjukkan  riwayat  perpindahan yang
cukup jauh dibandingkan komputasi numerik.

## Daftar Pustaka
(1) ACI 212-3R-4, Chemical Admixture For Concrete, 2004
(2) ACI  363R-92, State  of  the  Art
Report  on  High  Strength  Concrete, 1997 (3) ASTM C 150-02a, Standart
Specification  For  Portland  Cement ,
2002 (4) ASTM C 33-03, Standart Specification For Concrete Aggregat , 2003 (5) ASTM  C  494/C494M-99a, Standart Specification For Chemical Admixtures For Concrete, 1999 (6) Digilib.its.ac.id/public/ITS- Undergraduate-10030-Paper.pdf (7) Edward G. Nawy, Concrete Construction Engineering Handbook, 2n d ed., Ch. 12. Longman, United Kingdom, 2008.