Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.031.09
PROPERTI MEKANIK TARIK BAJA WIRE  3.2 MM DAN PC BAR  7.1 MM SEBAGAI TULANGAN PADA TIANG PANCANG BETON PRATEKAN SPUN PILE
Candra Irawan 1, a) , I Gusti Putu Raka 1, b) , Faimun 1, c) , Rudy Djamaluddin 2, d) ,
Priyo Suprobo 1, e) , Gambiro Soeprapto 3, f)
1 Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, Indonesia.
2 Universitas Hasanuddin, Kampus Fakultas Teknik UNHAS, Jalan Poros Malino Km. 6, Gowa, Indonesia.
3 PT Wijaya Karya Beton, Tbk., Jakarta, Indonesia.
Email: a) chandra@ce.its.ac.id, candra.irawan.its@gmail.com, b) raka@ce.its.ac.id, c) faimunf@gmail.com,
d) rudy0011@gmail.com, e) priyo@ce.its.ac.id, f) gambiro.s@wika-beton.co.id

## Abstrak
Paper  ini  menyajikan  properti  mekanik  tarik  baja  tulangan  wire  berdiameter  3.2  mm  dan  PC  bar berdiameter 7.1 mm yang digunakan sebagai tulangan transversal dan longitudinal untuk tiang pancang beton  pratekan  spun  pile.  Pembebanan  aksial  tarik  dilakukan  menggunakan  mesin  Universal  Testing Machine (UTM). Regangan tarik yang terjadi pada baja tulangan dibaca oleh sensor strain gauge yang ditempel  pada  bagian  sisi  luar  baja  tulangan.  Beban  tarik  dan  regangan  baja  tulangan  direkam menggunakan  alat  data  logger.  Hasil  pengujian  tarik  ini  berupa  kurva  hubungan  antara  tegangan  dan regangan.  Analisis  kurva  tersebut  menghasilkan  modulus  elastisitas  PC  bar  adalah  230  GPa  dan  wire dan  220  GPa.  PC  bar  memiliki  tegangan  leleh 1404  MPa  dan  tegangan  ultimit 1469  MPa. Regangan saat leleh PC bar 0.007 dan regangan ultimitnya 0.023. Sedangkan wire memiliki tegangan ultimit 712 MPa. Nilai elongasi wire dan PC bar adalah 2.0% dan 8.7%.
Kata-kata kunci : properti mekanik tarik, PC bar, wire , spun pile .

## Abstract
This paper presents the tensile mechanical properties of the 3.2 mm in diameter of the wire and 7.1 mm in diameter of PC bars used as transverse and longitudinal reinforcement for prestressed spun piles. The axial  tensile  loading  is  carried  out  on  using  Universal  Testing  Machine  (UTM)  machine.  The  tensile strain was occurring in the reinforcing steel read by the strain gauge sensor attached to the outer side of the reinforcing steel. The tensile load and reinforcement steel strain are recorded using the data logger. The result of this tensile test is a curve of the stress and strain relationship. The elastic modulus of PC bar and the wire is 229577 MPa and 219774 MPa. The yield and ultimate stress of the PC bar are 1404 MPa and 1469 MPa. The yield and ultimate strain are 0.007 and  0.023, respectively. Wire 3.2 mm has a 712 MPa ultimate stress. The value of wire and PC bar elongation is 2.0% and 8.7%, respectively.
Keywords : tensile mechanical property, PC bar, wire , spun pile .
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## PENDAHULUAN
Penggunaan  baja  mutu  tinggi  telah  banyak  digunakan  di  dunia  konstruksi.  Misalnya,  pada konstruksi atap bangunan digunakan profil baja galvalum sebagai rangka kuda-kuda [1]. Selain untuk galvalum,  baja  mutu  tinggi  juga  digunakan  sebagai  tulangan  pada  struktur  beton,  misalnya  adalah penggunaan  PC  bar  dan  wire  pada  tiang  pancang  spun  pile.  Penggunaan  baja  mutu  tinggi memberikan  keuntungan  terhadap  harga  struktur  yang  ekonomis.    Untuk    menghasilkan  kekuatan yang  sama  dibandingkan  dengan  baja  normal  biasa  ma  dengan  baja  mutu  tinggi  jumlah  baja  yang digunakan relatif lebih sedikit atau luas penampang yang lebih kecil [2].
PC  bar  merupakan  baja  kuens  (quench)  dan  temper  yang  digunakan  untuk  kosntruksi  beton pratekan.  Kawat  baja  ini  berpenampang  lingkaran  dengan  permukaan  polos,  bersirip,  beralur,  atau berlekuk,  dilakukan  dengan  proses  perlakuan  panas,  didinginkan  dengan  cepat  (quench)  untuk menghasilkan struktur martensitic kemudian dihilangkan sisa tegangannya melalui proses perlakuan panas  (tempering)  secara  kontinyu  untuk  mencapai  sifat  mekanis  sesuai  dengan  spesifikasi  yang ditetapkan. Dalam pengujian ini tipe PC bar adalah PC bar / KBJP-Q dengan permukaan beralur [3].
Wire  merupakan  kawat  baja  dengan  tanpa  perubahan  permukaan  (smooth  surface,  plain  wire). Kawat baja (steel wire) SWM-P merupakan salah satu tipe kawat baja karbon rendah yang digunakan sebagai penulangan beton. Kawat baja ini merupakan tipe cold reduced steel wire, yaitu kawat yang diproduksi  dengan  cara  memperkecil  ukuran  kawat  dari  besi  tuang  (hot  rolled  bar)  melalui mekanisme Carbide Die Cross Section (GAMBAR 1) [5].
GAMBAR 1. Proses produksi wire 3.2 dengan metode Carbide Die Cross Section [5]
Pada  penelitian  ini  kedua  jenis  kawat  baja  tersebut  digunakan  sebagai  tulangan  (reinforcement) pada tiang pancang spun pile diameter 400 mm (GAMBAR 2). PC bar digunakan sebagai tulangan arah longitudinal. Sedangkan wire SWM-P digunakan sebagai tulangan arah transversal (sengkang). Dalam paper ini dipaparkan tentang hasil pengujian properti mekanik PC bar diameter 7.1 mm dan wire  3.2  mm.  Analisis  ini  mencakup  modulus  elastisitas,  tegangan-regangan  leleh  dan  putus,  dan elongasi  maksimum.  Data  ini  digunakan  sebagai  input  pemodelan  numerik  pada  tahap  penelitian selanjutnya.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
(a) (b)
GAMBAR 2. (a) Rakitan tulangan PC bar dan wire , (b) hasil produksi tiang pancang spun pile .
Penelitian  terdahulu  menyebutkan  bahwa  perbedaan  mutu  baja  memberikan  dampak  terhadap nilai  modulus elastisitasnya.  Pengujian  eksperimental  dilakukan  oleh  Mahendran  (1996)  untuk  baja mutu fy 290 MPa hingga fy 726 Mpa. Hasil menunjukkan bahwa modulus elastisitas memiliki nilai antara 209 GPa hingga 239 GPa [1].

## METODE PENELITIAN
Tiga buah benda uji PC bar 7.1 mm disebut dengan kode benda uji PC bar 7.1 (1), PC bar 7.1 (2) dan  PC  bar  7.1  (3).  Sedangkan  dua  buah  benda  uji  wire  3.2  mm  disebut  dengan  kode  benda  uji sebagai  wire  3.2  (1)  dan  wire  3.2  (2).  Luas  penampang  nominal  PC  bar  7.1  mm  adalah  40  mm2. Sedangkan  Luas  penampang  nominal  wire  3.2  mm  adalah  8  mm2.  Pengujian  PC  bar  7.1  mm mengacu pada SNI 7701: 2016 [3] dan JIS G 3137 1994 [6]. Sedangkan untuk wire 3.2 mm dengan JIS G 3532 2000 [4].
(a) (b) (c)
GAMBAR 3. Setup pengujian (a) Universal testing machine (UTM), (b) Data Logger, dan (c) Sensor strain gauge
Sejumlah  instrumen  digunakan  dalam  pengujian  ini.  Alat  Universal  Testing  Machine  (UTM) dengan  kapasitas  50  tons  digunakan  untuk  memberikan  gaya  tarik  pada  sampel.  Dari  alat  ini didapatkan  catatan  beban  tarik  (P)  mulai  dari  awal  pembebanan  hingga  sampel  putus  yang  dicatat oleh alat data logger. Regangan (  ) yang terjadi pada sampel PC bar dan wire direkam  melalui alat
PC bar  7.1 mm
Wire  3.2 mm PC bar Strain gauge
Kabel ke data logger
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
sensor strain gauge. Sensor ini ditempel dengan lem adhesive khusus sehingga dapat melekat dengan baik saat sampel mengalami perpanjangan. Sensor strain gauge ditunjukkan pada GAMBAR 3 (c).
Dua macam data didapatkan dari pengujian ini. Data pertama adalah beban tarik yang dibaca oleh load  cell  mesin  UTM.  Kedua,  regangan  yang  terjadi  pada  sampel  yang  dibaca  oleh  sensor  strain gauge. Kedua data tersebut diproses dan disimpan oleh data logger.
Hasil pengujian tarik ini berupa kurva hubungan antara tegangan dan regangan. Lingkup analisis hasil adalah nilai modulus elastisitas, tegangan dan regangan saat tulangan mengalami leleh dan saat beban  maksimum  tercapai  (kondisi  ultimit),  serta  perpanjangan  akhir  (elongasi).  Properti  mekanis dan idealisasi kurva tegangan-regangan PC bar 7.1 dan wire 3.2 dihasilkan dari analisis ini.
Dengan  membagi  nilai  beban  tarik  (P)  dengan  luas  penampang  sampel  (A)  didapatkan  nilai tegangan  (f)  yang  terjadi  adalah  seperti  ditunjukkan  pada  persamaan  (1).  Data  tegangan  tersebut diplot bersama dengan data regangan (  ) sehingga didapatkan kurva tegangan-regangan tarik PC bar dan wire.
A P f  (1)
Analisis  regangan  ultimit  dilakukan  melalui  pengukuran  elongasi  secara  manual.  Elongasi merupakan  rasio  pertambahan  panjang  (  l )  terhadap  panjang  awal  (L 0 )  sampel PC  bar dan wire . Pertambahan panjang (  l ) adalah selisih antara panjang akhir (L a ) dengan panjang awal (L 0 ).
0 L elongasi l  
(2)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil uji tarik PC bar dan wire ditunjukkan melalui kurva tegangan dan regangan. Kurva tersebut dianalisis  melalui  pembahasan  secara  detail  tentang  tegangan  dan  regangan  saat  kondisi  leleh  dan ultimit beserta kondisi visual benda uji. Perhitungan nilai modulus elastisitas juga dilakukan. Analisis pemenuhan hasil tes tarik terhadap ketentuan peraturan ( codes ) juga menjadi bagian dalam pembahan ini.

## Properti Mekanis PC bar 7.1 mm
Tegangan  tarik  terekam  dengan  baik  mulai  awal  pembebanan  hingga PC  bar putus,  sedangkan regangan  tarik  terekam  dengan  baik  oleh strain  gauge mulai  awal  pembebanan  hingga  tegangan maksimum tercapai. Setelah itu regangan tidak terbaca lagi. Setelah beban maksimum tercapai maka penampang  sampel  akan  mengalami  pengecilan  ( necking )  seperti  ditunjukkan  pada  GAMBAR  4. Sehingga strain  gauge tidak  menempel  pada  permukaan  sampel,  sehingga  regangan  tidak  dapat dibaca.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR 4. Kondisi PC bar setelah putus .
Kurva  tegangan-regangan PC  bar hasil  uji  tarik  ditunjukkan  pada  GAMBAR  5.  Penentuan kondisi  leleh  menurut  SNI  7701  2016  ditentukan  saat  regangan  0.2%  atau  0.002  [3].  Saat  kondisi leleh  tercapai,  nilai  tegangan  ketiga  sampel PC  bar adalah  1423  MPa,  1382  MPa,  dan  1419  MPa. Sehingga  rata-rata  adalah  tegangan  leleh  (f py )  adalah  1404  MPa  terjadi  saat  regangan  0.007.  Nilai tegangan  maksimum  (ultimit)  adalah  1480  MPa,  1447  MPa  dan  1479  MPa.  Sehingga  rata-rata tegangan ultimit (f pu ) adalah 1469 MPa. Regangan maksimum yang mampu dibaca oleh strain gauge adalah 0.020, 0.018 dan 0.029 (rata-rata 0.023).
GAMBAR 5. Kurva tegangan-regangan PC bar 7.1.
Strain gauge tidak bisa merekam regangan PC bar hingga putus. Untuk mengukur regangan PC bar saat  putus  diukurlah  elongasi  secara  manual.  Elongasi  merupakan  rasio  perpanjangan  akhir terhadap panjang awal sampel PC bar . Hasil perhitungan elongasi ditunjukkan pada TABEL 1. Rata- rata elongasi adalah 8.7%.
TABEL 1. Elongasi ultimit PC bar 7.1 Sampel L 0 (mm) L a (mm) Elongasi (%) PC bar 7.1 (1) 100 108 8 PC bar 7.1 (2) 100 108 8 PC bar 7.1 (3) 100 110 10 Rata-rata 8.7 Kondisi putus
 = 0.2% Kondisi leleh Necking
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Analisis bagian elastis dari kurva tegangan-regangan PC bar dengan menggunakan konsep linier elastik  akan  didapat  nilai  modulus  elastisitanya.  Sesuai  dengan  Hukum  Hooke,  nilai  modulus elastisitas (E) merupakan gradient (kemiringan) kurva tegangan regangan saat masih elastis.
Penentuan modulus elastisitas (E) PC bar dilakukan dengan meregresi kurva tegangan regangan saat  kondisi  elastik.  Dalam  analisis  ini  regresi  dilakukan  hingga  tegangan  maksimum  1000  MPa. Kurva regresi ketiga sampel PC bar ditunjukkan pada GAMBAR 6. Persamaan regresi linier adalah:
Sampel 1: y = 210061x – 2.7497 (3) Sampel 2: y = 237816x + 4.0647 (4) Sampel 3: y = 240853x + 6.0082 (5)
Nilai  gradien  persamaan  regresi  kurva  tegangan-regangan  adalah  210061,  237816  dan  240853. Sehingga rata-rata gradien adalah 229577. Sehingga modulus elastisitas PC bar adalah E = 229577 Mpa (230 GPa).
a) (b) (c)
GAMBAR 6. Regresi kurva elastis PC bar (a) Sampel PC bar 7.1 (1), (b) Sampel PC bar 7.1 (2), dan (c) Sampel PC bar 7.1 (3)

## Properti Mekanis Wire SWM-P 3.2 mm
Kurva tegangan-regangan kawat baja SWM-P 3.2 mm hasil uji tarik ditunjukkan pada GAMBAR 7(a).  Dalam  persyaratan  properti  mekanis wire 3.2  mm  tipe  SWM-P  hanya  ditinjau  aspek tensile strength (kuat  putus).  Ternyata  saat  diuji  batas  lelehnya  tidak  terlihat.  Saat  tegangan  maksimum
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
tercapai  maka wire tidak  mampu  lagi  berelongasi.  Kondisi wire setelah  putus  ditunjukkan  pada GAMBAR 7(b). Necking muncul dalam kondisi tersebut.
(a) (b)
GAMBAR 7. (a) Kurva tegangan-regangan wire 3.2, (b) Kondisi wire pasca putus.
Hasil  regresi  kurva  tegangan-regangan  ketiga  sampel wire ditunjukkan  pada  GAMBAR  8. Persamaan regresi linier adalah:
Sampel 1: y = 216832x - 34.34 (6) Sampel 2: y = 222716x - 18.853 (7)
Nilai  gradien  persamaan  regresi  kurva  tegangan-regangan  adalah  216832  dan  222716.  Sehingga nilai rata-rata gradien adalah 219774. Sehingga modulus elastisitas wire 3.2 mm adalah E = 219774 MPa (220 MPa). Selain itu, dari hasil pengujian didapatkan tegangan maksimum wire adalah 688 dan 736  Mpa  (rata-rata  712  MPa).  Hasil  perhitungan  elongasi  ditunjukkan  pada  TABEL  2.  Rata-rata elongasi ultimit wire adalah 2%.
(a) (b)
GAMBAR 8. Regresi kurva elastis (a) wire 3.2 (1) dan (b) wire 3.2 (2)
TABEL 2. Elongasi ultimit wire 3.2 Sampel L 0 (mm) L a (mm) Elongasi (%) Wire 3.2 (1) 100 102 2 Wire 3.2 (2) 100 102 2 Rata-rata 2
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## Evaluasi Persyaratan Codes untuk PC bar dan Wire
Evaluasi  persyaratan codes  PC  bar mengikuti  persyaratan  SNI  7701:  2016  [3]  untuk PC  bar dengan  konfigurasi  permukaan  berlekuk  atau  beralur.  Tiga  kriteria  ditentukan  dalam  peraturan tersebut, yaitu kuat tarik, kuat leleh dan elongasi ultimit. Seperti ditunjukkan pada TABEL 3, PC bar memenuhi persyaratan untuk digunakan sebagai tulangan longitudinal pratekan.
TABEL 3. Persyaratan properti mekanis PC bar 7.1 Parameter Satuan Hasil pengujian Spesifikasi  Keterangan Kuat tarik (f pu ) N/mm 2 1469 Min. 1420 OK Kuat leleh (0.2%) N/mm 2 1404 Min. 1275 OK Elongasi % 8.7 Min. 5.0 OK
Sesuai  dengan JIS  G  3532  2000 [6]  untuk  kawat  baja  tipe  SWM-P  disyaratkan  memiliki tensile strength (tegangan tarik, f u ) minimum 540 MPa. Hasil pengujian wire 3.2 menunjukkan f u rata-rata kedua sampel adalah 712 MPa, sedangkan tegangan putus minimum wire SWM-P adalah 540 MPa. Sehingga PC bar dan wire memenuhi persyaratan untuk digunakan sebagai penulangan beton.
Data modulus elastisitas menunjukkan bahwa  PC bar dan wire memiliki modulus elastisitas 230 Gpa dan 220 GPa. Nilai tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan yang terdapat dalam ACI 318M 2014 [7].
Rasio  antara  regangan  ultimit  dan  regangan  leleh  merupakan  nilai  daktilitas  suatu  bahan.  Dari pengujian ini didapat nilai daktilitas PC bar adalah   =3.3. Sedangkan wire setelah mengalami leleh secara  tiba-tiba  mengalami  putus.  Sehingga wire memiliki  daktilitas  hampir  nol.  Dengan  nilai daktilitas yang rendah tersebut menunjukkan PC bar dan wire bersifat getas. Hal ini menunjukkann perlu dikaji penggunaannya dalam suatu struktur bangunan terkait persyaratan tahan gempa Dari  analisis  hasil  tes  tarik  dihasilkan  idealisasi  kurva  tegangan-regangan  tarik PC  bar 7.1  dan wire 3.2  seperti  ditunjukkan  pada  GAMBAR  9.  Idealisasi  kurva  trilinear  untuk PC  bar. Kurva idealisasi  ini  terdiri  dari  daerah  elastik,  daerah  tegangan  leleh  ke  maksimum,  serta  penurunan tegangan saat PC bar putus. Sedangkan wire memiliki kurva idealisasi bilinear, yaitu daerah elastis dan  peurunan  tegangan  saat wire putus. Wire tidak  mengalami  leleh.  Penurunan  tegangan  setelah tegangan maksimum tercapai hingga elongasi maksimum PC bar sebesar 8.7% dan wire sebesar 2%. Kurva  tersebut  dijadikan  input  dalam  pemodelan  numerik  yang  dilakukan  dalam  penelitian selanjutnya.
GAMBAR 9. Idealisasi kurva tegangan-regangan PC bar 7.1 dan wire 3.2
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## KESIMPULAN
Properti mekanis dan idealisasi kurva tegangan-regangan PC bar 7.1 dan wire 3.2 dihasilkan dari analisis  ini.  Modulus  elastisitas PC  bar dan wire adalah  229577  Mpa  (230  GPa)  dan  219774  MPa (220  GPa),  lebih  tinggi  dari  modulus  elastisitas  baja  lunak  biasa  200000  MPa  (200  GPa)  [7]. Tegangan  leleh  dan  ultimit PC  bar adalah  1404  MPa  dan  1469  MPa.  Tegangan  tersebut  saat regangan leleh 0.007 dan regangan ultimit 0.023. Wire 3.2 memiliki tegangan ultimit 712 MPa. Nilai elongasi wire dan PC bar adalah 2.0% dan 8.7%. Properti-properti mekanis PC bar dan wire tersebut memenuhi persyaratan codes .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  ditujukan  pada  KEMENRISTEK  DIKTI  yang  telah  memberikan  beastudi PMDSU  untuk  penulis  pertama.  Selain  itu,  kepada  PT  WIJAYA  KARYA  BETON,  Tbk. disampaikan  terima  kasih  atas  dukungan  dana  ( financial  support ) melalui  kerjasama  penelitian Kajian Daktilitas Tiang Pancang Spun Pile kontrak: KU.09.09/WB-0A.1763/2014 098SK/LB3/XII/2014 028/UN4.8/TS-LSB/PM05/2014.

## REFERENSI
[1] M.  Mahendran,  "The  Modulus  of  Elasticity  of  Steel  -  Is  It  200  GPa?,"  in  Thirteenth International  Specialty  Conference  on  Cold-Formed  Steel  Structures.  St.  Louis,  Missouri U.S.A., 1996, 641-648.
[2] H.K.  Preston  (1966).  PRESTRESSING  STEEL:  Some  details  every  prestressed  concrete producer  should  know  [online].  Available:  http://www.concreteconstruction.net/how- to/construction/prestressing-steel_o
[3] Kawat  baja  kuens  (quench)  temper  untuk  konstruksi beton  pratekan (PC  bar/KBjP-Q),  SNI 7701, 2016.
[4] Low carbon steel wires, JIS G 3532, 2000.
[5] Precision  Kidd  Steel  Company,  Inc.  (2010).  The  Cold  Drawing  Process  for  Steel  Bars  and Wire [online]. Available: http://www.precisionkidd.com/technology.htm
[6] Small Size-Deformed Steel Bars for Prestressed Concrete, JIS G 3137, 1994.
[7] Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, ACI 318M, 2014.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA