Purnamasari, E (2019) Studi Perilaku Balok Beton Bertulang  Dengan Variasi Letak Bukaan Menggunakan Metode Elemen Hingga. [Edisi Khusus]. Buletin Profesi Insinyur 2(3): 111-114

## Studi Perilaku Balok Beton Bertulang Dengan Variasi Letak Bukaan Menggunakan Metode Elemen Hingga
Jaringan  utilitas  pada  konstruksi  gedung  bertingkat yaitu  seperti  saluran  kabel  listrik,  perpipaan,  kabel telepon,  pendingin  ruangan  dan  lain-lain,  biasanya ditempatkan   pada   ruang   dibagian atas   plafon   atau dipasang menempel pada balok.  Dengan meletakkan utilitas pada balok  dapat  meminimalisasi  tinggi  atau space dari  ruang, juga akan mereduksi volume beton yang  digunakan  serta  lebih  rapi.  Maka  akan memungkinkan untuk mendesain bukaan pada balok beton  bertulang,  dimana  selain  berfungsi  sebagai struktur  yang  menahan    dan    menyalurkan    beban- beban    yang  bekerja  di  atasnya,  tapi  juga  berfungsi sebagai  pendukung  utilitas.  Pelaksanaan  penelitian ini  di  program  Finite  Elemen  Method  dikondisikan sama  dengan  keadaan  di  lapangan.  Dalam  penelitian dibuat  3  (tiga)  variasi  letak  bukaan  ,  sehingga  total model  menjadi  3  buah.  Dimensi  lubang  yang digunakan    yaitu  luas    lubang    270  cm 2 atau    ukuran perseginya yaitu 16,43 x 16,43 cm 2 . Variasi letak bukaan pada  balok  mempengaruhi  kemampuan  balok menahan  beban.  Semakin  banyak  jumlah  lubang semakin kecil kemampuan balok menahan beban dan letak bukaan pada daerah lapangan lebih  baik dalam menahan  beban  daripada  didaerah  tumpuan.  Hal  ini terlihat dari perilaku deformasi yang terjadi sebelum keruntuhan  terjadi.  Retak  yang  terjadi  pada  semua model  kebanyakan  adalah  retak  vertikal,  hal  ini mengindikasikan bahwa
sangat diperlukan penambahan  tulangan  tarik  untuk  mencegah  lebih awal keruntuhan lentur beton yang bersifat getas.
Kata kunci : balok, beton, bukaan, finite elemen method
DIpresentasikan: 30 Agustus 2019 Direvisi: 14 September 2019 Diterima: 2 Oktober 2019 Dipublikasikan online: 5 Oktober 2019

## Eka Purnamasari
Dosen  Jurusan  Teknik  Sipil,  Fakultas  Teknik  Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al-Banjari Banjarmasin.
 eka.ftsuniska@gmail.com

## Pendahuluan
Pada konstruksi gedung bertingkat biasanya membutuhkan  jaringan  utilitas  yaitu  seperti  saluran kabel  listrik,  perpipaan,  kabel  telepon,  pendingin ruangan  dan  lain-lain.  Pada  umumnya  jaringan  ini ditempatkan   pada   ruang   dibagian atas   plafon   atau dipasang menempel pada balok.  Penempatan untilitas ini dapat   mengurangi  tinggi atau  luas  ruangan  pada bangunan  serta  terlihat  tidak  rapi  jika  dilihat  dari  segi estetika,   sehingga   diperlukan   alternatif desain yang diantaranya  dengan  memanfaatkan  ruang-ruang  pada balok  struktur.  Maka  akan  memungkinkan  untuk mendesain lubang pada balok beton bertulang, dimana selain  berfungsi  sebagai  struktur  yang  menahan    dan menyalurkan    beban-beban    yang  bekerja  di  atasnya, tapi  juga  berfungsi  sebagai  pendukung  utilitas.  Selain itu,pada balok  dapat  meminimalisasi  tinggi  atau  space dari  ruang,  juga  akan  mereduksi  volume  beton  yang digunakan serta lebih rapi.
Studi secara eksperimental maupun analitis tentang balok  beton  bertulang  dengan  satu  bukaan  sudah banyak  dilakukan.    Bahkan  studi  tersebut  sudah menghasilkan  prosedur  desain  untuk  balok  beton bertulang dengan satu bukaan (Mansur dkk., 1985; Tan
& Mansur, 1996; Mansur, 1999). Balok dengan bukaan dapat  direncanakan  dengan  baik  sesuai  kebutuhan sebelum  struktur  bangunan  didirikan  di  lapangan. Untuk mencegah kerusakan bukaan akibat beban yang bekerja  pada  balok.  Pada  balok  beton  bertulang berlubang akan  terjadi  pengurangan  kekuatan struktur balok  atau  terjadi  perlemahan  pada  balok  akibat pengurangan dimensi penampang. Selain itu, pembuatan  lubang  pada  balok  dapat  mengurangi kekakuan  dari  balok  tersebut.  Agar  stabilitasnya terjamin,  diperlukan  analisis  yang  tepat  untuk mengetahui  pengaruh  lubang  pada  penulangan  balok beton bertulang.
Dalam  penelitian  dibuat  tiga  variasi  letak  bukaan dimana satu bukaan diletakkan di daerah lapangan, dua bukaan di daerah tumpuan dan tiga bukaan diletakkan pada  daerah  lapangan  dan  tumpuan  sehingga  total model menjadi 3 buah. Dimensi lubang yang digunakan yaitu luas  lubang  270 cm 2 atau  ukuran perseginya yaitu 16,43 x 16,43 cm 2 . Masing-masing model akan diberikan beban  hingga  terjadi  keruntuhan,  sehingga  dapat dibandingkan kemampuan masing-masing model dalam menahan beban. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perilaku balok beton mutu normal dengan
variasi  letak  bukaan  menggunakan  metode  elemen hingga.

## Metode
Penelitian ini  dilaksanakan  dengan  metode  analisis  yaitu dengan  perhitungan  dan  program  software  Finite  Elemen Method  (FEM).  Tiga  model  dibuat  dalam  program  metode elemen hingga, dengan input data material beton dan baja. Kemudian  model  diberikan  beban  maksimum  sampai mengalami keruntuhan. Hasil running FEM dikumpulkan dan disimpulkan  agar  dapat  melihat  perilaku  yang  terjadi  pada setiap model balok beton.

## Hasil  dan Analisa

## Perilaku Lendutan dan Tegangan pada Balok Beton dengan Variasi Letak Bukaan
Terlihat  pada  Gambar  1,  pada  balok  dengan  variasi  letak bukaan.  Besarnya  lendutan  pada  balok  dengan  satu  buah bukaan  didaerah  lapangan  yaitu  4,6657  mm,  model  balok dengan dua bukaan didaerah tumpuan yaitu 4,6673 mm dan
model  balok  dengan  tiga  bukaan  didaerah  lapangan  dan tumpuan  yaitu  4,6800  mm.  Dari  hasil  tersebut  dapat disimpulkan  nilai  lendutan  akan  semakin  besar  apabila jumlah  lubang  pada  balok  semakin  banyak.  Hilangnya sejumlah  luasan  penampang  efektif  balok  mempengaruhi kekakuan balok sehingga memperbesar nilai lendutan yang terjadi.
Pada model dengan variasi letak bukaan, perbandingan  tegangan  dapat  dilihat  pada  Gambar  2. Pada  model yang  memiliki satu buah bukaan didaerah lapangan memiliki tegangan paling besar yaitu 14,4633 Mpa, model yang memiliki dua buah bukaan di daerah tumpuan memiliki tegangan sebesar 14,0901 Mpa dan model  yang  memiliki  tiga  buah  bukaan  didaerah lapangan  dan  tumpuan  memiliki  tegangan  sebesar 14,1300 Mpa. Penempatan lubang pada daerah momen lapangan  dan  tumpuan  ternyata  mempengaruhi tegangan  yang  terjadi  pada  balok,  lubang  yang ditempatkan  ditumpuan  memiliki  rasio  tegangan 0,9742  lebih  kecil  daripada  balok  dengan  lubang didaerah lapangan.
Gambar 1. Perbandingan Lendutan pada Balok Berlubang dengan Variasi Bukaan
Gambar 2. Perbandingan Tegangan pada Balok Berlubang dengan Variasi Bukaan
Kurva  Tegangan  dan  Lendutan  yang  terjadi  pada semua model balok dapat terlihat pada Gambar 3.  Pada model  dengan  satu  buah  bukaan  didaerah  lapangan memiliki  hasil  yang  paling  baik,  bahkan  pada  model yang  memiliki  tiga  buah  bukaan  yang  ditempatkan  di daerah  lapangan  dan  tumpuan  memiliki  kekuatan mendekati dengan model dengan satu bukaan didaerah lapangan.  Sedangkan  model  yang  memiliki  dua  buah bukaan  yang  ditempatkan  pada  daerah  tumpuan ternyata  memiliki  hasil  yang  paling  rendah.  memiliki tegangan  lebih  besar  dari  model  yang  dilubangi didaerah tumpuan.

## Perilaku Retak pada Balok Beton dengan Variasi Letak Bukaan
Pada  hasil  FINITE  ELEMEN  METHOD,  dapat  dilihat  sebaran tegangan,  deformasi  dan  retak  yang  terjadi  pada  model. Tegangan  dan  deformasi  yang  terjadi  pada  balok  dengan satu  bukaan  pada  daerah  lapangan  dapat  dilihat  pada Gambar  4(a).  Terlihat  bahwa  tegangan  maksimum terjadi  pada  daerah  pembebanan,  pada  bukaan,  dan menyebar  hingga  ke  daerah  tumpuan.  Pada  Gambar 4(b) dapat dilihat pola retak yang terjadi, retak pertama terjadi  pada  daerah  tumpuan  yang  selanjutnya  terjadi menyebar  disepanjang  badan  balok,  terutama  pada daerah bukaan.
Tegangan  dan  deformasi  yang  terjadi  pada  balok dengan dua bukaan pada daerah tumpuan dapat dilihat pada Gambar 4 (c), terlihat bahwa tegangan maksimum berada  pada  daerah  pembebanan  dan  pada  daerah tumpuan.  Pada  Gambar  4(d)  dapat  dilihat  pola  retak yang  terjadi,  retak  pertama  terjadi  pada  daerah tumpuan yang selanjutnya terjadi didaerah lapangan.
Tegangan  dan  deformasi  yang  terjadi  pada  balok dengan  tiga  bukaan  pada  daerah  lapangan  dan tumpuan  dapat  dilihat  pada  Gambar  4(e),  terlihat bahwa  tegangan  maksimum  berada  pada  daerah pembebanan  menyebar  hingga  pada  bukaan  didaerah lapangan dan daerah tumpuan. Pada Gambar 4(f) dapat dilihat  pola  retak  yang  terjadi,  retak  pertama  terjadi pada daerah tumpuan yang selanjutnya terjadi didaerah
lapangan, terutama pada bukaan yang berada didaerah lapangan.

## Kesimpulan
Jumlah bukaan pada balok beton bertulang mempengaruhi  kemampuan  balok  menahan  beban. Semakin  sedikit  jumlah  lubang  semakin  optimal  balok menahan  beban.  Balok  dengan  bukaan  didaerah tumpuan  memiliki  rasio  tegangan  0,9742  lebih  kecil daripada  bukaan  didaerah  lapangan.  Penempatan bukaan  pada  daerah  lapangan  lebih  baik  dalam menahan  beban  namun  akan  terjadi  retak  disekitar bukaan.  Berbeda  dengan  bukaan  yang  ditempatkan  di daerah  tumpuan,  walaupun  kekuatan  balok  menjadi kurang optimal namun tidak terjadi retak pada daerah bukaan.  Retak yang dihasilkan kebanyakan adalah retak vertikal,  ini  menunjukkan  bahwa  sangat  diperlukan penambahan tulangan tarik untuk mencegah lebih awal keruntuhan lentur beton yang bersifat getas.

## Ucapan Terimakasih
Terima  kasih  kepada  Universitas  Islam  Kalimantan Muhammad  Arsyad  Al-Banjari  Banjarmasin  atas bantuan biaya dalam penelitian ini.

## Referensi
Mansur,  M.A,  (1999)  Design  of  reinforced  concrete beams with small opening under combined loading, ACI  Structural  Journal,  Vol.  96,  No.  5,  September- October, 675682.
Mansur, M.A., Tan,  K.H.,  and  Lee,  S.L., (1984)    Collapse loads of R/C beam with large opening, Journal of the Structural  Division,  ASCE,  Vol.  110,  No.  11, November, 2602-2618.
Mansur,  M.A.,  Tan,  K.H.,  and  Lee,  S.L.,  (1985)    Design methods for reinforced concrete beams with large opening, ACI Journal, Vol. 82, July-August, 517-524.
Setiawan,  A.  (2016).  Perancangan  Struktur  Beton Bertulang  berdasarkan  SNI  2847  :  2013.  Jakarta: Erlangga
Gambar 3 . Kurva Tegangan dan Lendutan Beton pada Balok Berlubang dengan Variasi Bukaan
(a) Tegangan Pada Model Satu Bukaan
(b) Pola Retak Pada Model Satu Bukaan
(c) Tegangan Pada Model Dua Bukaan
(d) Pola Retak pada Model Dua Bukaan
(e) Tegangan Pada Model Tiga Bukaan
(f) Pola Retak Pada Model Tiga Bukaan
Gambar 4. Tegangan dan Pola Retak pada Model