CLAPEYRON :JurnalIlmiah Teknik Sipil 3(1): 25-34
ISSN 2776-463X

## ANALISA KUAT LENTUR BALOK SANDWICH

## Hilman Abdullah
Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil, UniversitasKhairun, Ternate hilmanteknik @gmail.com

## Abstrak
Aplikasi  struktur  beton  dalam  konstruksi  sipil  sudah  sangat  luas  dan  berkembang  dengan  pesat.  Beton bertulang banyak digunakan dalam berbagai konstruksi sipil karena karakteristik kekuatannya yang mampu sama ditempatkan pada bagian struktur di mana keduanya menahan gaya tekan. Penelitian ini melakukan analisis  simulasi  terhadap  perilaku  nonlinear  material  beton  akibat  beban  aksial  yang  dimodelkan  dalam balok beton sandwich dengan dimensi lebar 15 cm, tinggi 20 cm, dan panjang 300 cm. Variasi balok beton sandwich adalah BU-1 (Balok Uji 1), BU-2 (Balok Uji 2), BU-3 (Balok Uji 3) dan BU-4 (Balok Uji 4). Studi analisis yang dilakukan meliputi analisa kuat lentur, kekakuan dan pola retak pada balok sandwich. beban aksial Model balok sandwich  meningkat, mulai dari nol sampai gagal. Berdasarkan perangkat lunak analisis elemen hingga ditingkatkan, beban aksial yang diterima lebih besar dari 15,22 kN, 15,24 kN, 15,52 kN,  16,00  kN.  Untuk  nilai  kekakuan  makin  bertambah  dengan  meningkatnya  mutu  beton  pada  balok dengaan  nilai  2882,57576  kN/m,  2886,36364  kN/m,  2917,29323  kN/m,  2909,091  kN/m.  Retak  yang terjadi pada semua elemen balok sandwich adalah retak lentur, dimana momen lentur terbesar terjadi pada daerah tersebut.
Dari  hasil  studi  yang  dilakukan  terlihat  bahwa  secara  umum  program  bantu  yang  digunakan  dapat menunjukan perilaku lentur pada balok. Respon perilaku linear material yang dihasilkan dari studi simulasi dapat dengan baik digambarkan oleh program tersebut.

## Kata kunci —Balok Sandwich, Kuat Lentur, FEM

## PENDAHULUAN
Aplikasi  struktur  beton  dalam  konstruksi  sipil  sudah  sangat  luas  dan  berkembang  dengan pesat. Beton bertulang banyak digunakan dalam berbagai konstruksi sipil karena karakteristik kekuatannya yang mampu sama ditempatkan pada bagian struktur dimana keduanya menahan gaya tekan. Kondisi ini dapat ditemui bila penulangan yang diberikan kepada struktur adalah penulangan yang berlebih ( overreinforced ), dimana luas tulangan tarik yang diberikan melebihi kondisi  seimbang  yang  mampu  ditahan  oleh  luas  balok  tekan  beton  atau  ditempatkan  pada daerah dimana momennegatif akan terjadi berdasarkan analisa struktur. Konstruksi bangunan sipil  biasa  dirancang  dengan  umur  layan  tertentu,  namun  sering  terjadi  sebelum  umur  layan tersebut tercapai bangunan beton bertulangsudah mengalami penurunankekuatan struktur. Hal ini  dapat  disebabkan  oleh  perubahan  fungsi  bangunan,  pemberian  beban  yang  berlebihan, kesalahan  dalam  desain  atau  kesalahan  dalam  pelaksanaan  konstruksi,  ataupun  akibat  gempa dan kebakaran. Oleh karena itu perlu dilakukan analisis ulang terhadap kapasitas tampang dari elemen-elemen  struktur  bangunan,  salah  satunya  adalah  elemen  balok.  Apabila  hasil  analisis tampang  tersebut  tidak  mampu  menahan  beban  yang  ada,  maka  salah  satu  cara penyelesaiannya  tanpa  membongkar  bangunan  tersebut  adalah  dengan  melakukan  perkuatan terhadap elemen struktur bangunan tersebut. Balok merupakan elemen struktur yang sangat penting disuatu bangunan.
ISSN 2776-463X
Dalam  perencanaan  konstruksi  balok  direncanakan  kuat  menahan  gaya-gaya  yang  mungkin akan  terjadi  sesuai  perhitungan  beban,  baik  berupa  gaya  vertikal  maupun  gaya  horisontal. Balok  merupakan  struktur  lentur  yang  mempunyai  karakteristik  yang  sangat  rumit  karena banyak  gaya-gaya  yang  diterimanya  sehingga  rawan  terjadinya  kerusakan.  Salah  satu kontruksi yang sering digunakan dalam pembangunan suatu gedung adalah beton bertulang. Kontruksi  balok  dengan  menggunakan  beton  bertulang  ini  dimaksudkan  agar  balok  dapat memiliki gaya lentur dan mempunyai kekakuan sehingga dapat menerima beban dan gaya-gaya yang  bekerja  pada  konstruksi  suatu  bangunan.Salah  satu  kontruksi  yang  sering  digunakan dalam  pembagunan  suatu  gedung  adalah  beton  bertulang.  Kontruksi  balok  dengan mengunakan  beton  bertulang  ini  dimaksudkan  agar  balok  dapat  memiliki  gaya  lentur  dan mempunyai  kekakuan  sehingga  dapat  menerima  beban  dan  gaya-gaya  yang  bekerja  pada konstruksi  suatu  bangunan.  Suatu  pembanguna tentunya  mengharapkan  kontruksi  bangunan direncanakan sesuai dengan harapan, terutama mengenai keamanan konstruksi, maka dari itu sebelum mengerjakan suatu konstruksi gedung harus dilakukan analisis struktur dengan benar dan berpedoman pada peraturan SNI-03-2847-2002 dan SNI-2847-2013 tentang perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung.
Adapun  fokus  penelitian  ini  adalah  untuk  menganalisis  perilaku  lentur  balok  sandwich  dengan finite element untuk mengkaji tegangan pada tulangan balok beton bertulang yang dibuat dalam skala model. Balok beton betulang dimodelkan dengan prinsip adequate model, sementara analisis finite element dilakukan dengan menggunakan software .

## METODE PENELITIAN
Analisis balok beton bertulang dengan perbedaan variasi mutu beton berbeda perkuatan lentur ini  dilakukan  dengan  metode  numerik  menggunakan  program FEA  LUSAS  V.14 yang melibatkan  hubungan  antara  variasi  perkuatan  lentur  balok  beton  bertulang  dengan  variasi mutu beton (f’c) terhadap beban, deformasi dan pola retak.
Analisis balok beton bertulang menggunakan program FEA LUSAS V.14 dengan empat titik lentur  (dua  beban  titik  dan  dua  tumpuan  sendi-rol)  diharapkan  dapat  mewakili  simpulan experimental  dengan  sebaik-baiknya,  yang  pada  umumnya  dapat  diberikan  oleh  perilaku nonlinear balok  beton  bertulang.  Untuk  lebih  memperjelas  proses  pemodelan  balok  beton bertulang dalam penelitian ini, disajikan tahapan analisis model dalam diagram alir ( flowchart ).
1. Penetapan Model
Penetapan  model  balok  beton  bertulang  sebagai  balok  uji  adalah  balok  beton  normal seperti ditunjukkan pada gambar 1, dengan dua titik beban diatas dua tumpuan sendi dan rol  dengan  panjang  total  3000  mm,  bentang  diantara  dua  tumpuan  2900  mm.  Ukuran penampang: 150x 300 mm. Tulangan longitudinal 4 D10 dan tulangan sengkang memakai D8 dengan jarak sengkang 15 cm.
ISSN 2776-463X
a. Geometri bentuk penampang balok uji 1 (BU-1)
b. Geometri bentuk penampang balok uji 2 (BU-2) c. Geometri bentuk penampang balok uji 3 (BU-3)
d. Geometri bentuk penampang balok uji 3 (BU-4)
Gambar 1. Geometri bentuk penampang balok uji
2. Pengkodean model balok beton
Untuk  empat  balok  dengan  mutu  beton  yang  berbeda  diberi  kode,  untuk  lebih  jelas  lagi
ISSN 2776-463X
dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel1. Kode balok beton sandwich Kode balok Lapisan balok Atas Bawah BU-1 15,0 MPa 25,0 MPa BU-2 19,0 MPa 25,0 MPa BU-3 22,0 MPa 25,0 MPa BU-4 23,0 MPa 25,0 MPa

## 3. Data material baja
Data material baja yang digunakan seperti ditunjukkan pada tabel 2.

## Tabel 2. Material tulangan baja
Attributes – Material - Isotropic Modulus Elastis Baja, Es 200.000 MPa Poisson Rasio, vs 0,3 Plasstic – Initial Unixial Yield Stress Tegangan Leleh Baja, fy 240 MPa

## 4. Permodelan material beton
Setelah dilakukan analisa terhadap perilaku non-linear material beton dengan program ini diketahui  beberapa  parameter  yang  mempengaruhi  kinerja  atau  perilaku  dari  material beton tersebut, parameter-parameter tersebut adalah
a. Uniaxial compressive strength (f’c)
b. Uniaxial tensile strength (ft)
c. Strain at peak uniaxial compression ( ε c)
Ketiga  parameter  tersebut  diatas  diambil  sebagai  pembanding.  Sedangkan  parameter- parameter properties material beton lainnya yang ada dalam LUSAS V.14 tidak menunjukan respon  yang  berarti  ketika  dilakukan  analisa  untuk  beton.  Berangkat  dari  hal  ini  untuk parameter material beton lainnya yang ada dalam program ini akan mengikuti default dari LUSAS V.14.  Berikut  adalah  hasil  analisa  dan  perbandingan  dari  pemodelan nonlinear dengan program bantu LUSAS V.14:

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Grafik Hubungan Beban Displacement
Berdasarkan  hasil  uji  numerik  pemodelan  elemen  hingga  balok  semi  pracetak  dengan  variasi dimensi tinggi dari balok semi pracetak yang ditinjau dengan menggunakan software LUSAS V.14,  diperoleh  kurva  hubungan    beban  aksial  dan    lendutan  ( displacement )    (P  vs Δ )  dimana

## CLAPEYRON :JurnalIlmiah Teknik Sipil 3(1): 25-34
ISSN 2776-463X
kemampuan balok sandwich dalam menahan beban akan meningkat seiring pertambahan mutu yang  digunakan,  karena  semakin  rendah  mutu  balok  sandwich  maka  kekakuan  yang  akan terjadi  semakin  besar  dan  menyebabkan  lendutan  pada  balok    semakin  kecil  dan  apabila semakin kecil lendutan yang terjadi maka kekakuan yang akan terjadi juga akan semakin kecil, sehingga  balok sandwich BU-4  mampu  memikul  beban  yang  lebih  besar  dibandingkan  balok dengan balok sandwich BU-1 sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Hubungan Beban-Lendutan pada balok sandwich pada BU-1, BU-2, BU-3 dan BU-4
Besarnya  beban  berbanding  lurus  dengan  lendutan  yang  terjadi,  semakin  besar  beban  yang diberikan maka lendutan yang terjadi akan semakin besar. Besarnya nilai lendutan dipengaruhi oleh  kekakuan  sedangkan  untuk  nilai  hasil  perbandingan  beban  aksial  dan  lendutan keseluruhan secara rinci dapat dilihat dalam tabel 3 dan tabel 4.
Tabel 3. Perbandingan nilai beban dan lendutan balok sandwich Model Balok Sandwich Pmax (kN) Lendutan (mm) BU-1 15,22 5,28 BU-2 15,24 5,28 BU-3 15,52 5,32 BU-4 16,00 5,50
Tabel 4. Perbandingan nilai beban dan lendutan balok sandwich pada beban 8 ton Model Balok Sandwich P (kN) Lendutan (mm) BU-1 8,00 1,31 BU-2 8,00 1,28 BU-3 8,00 1,20 BU-4 8,00 1,19
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 6 B eb an ( kN ) Lendutan (mm) BU-1 BU-2 BU-3 BU-4 Beton 15 MPa

## ISSN 2776-463X

## Kekakuan
Kekakuan  elemen  balok  sandwich  dapat  di  hitung  melalui  beban  aksial  dan  lendutan  yang terjadi pada balok sandwich tabel 5 dan tabel 6.
Tabel
Model Balok Sandwich BU-1 BU-2 BU-3
BU-4
Tabel 6. Perbandingan nilai kekauan balok
Model Balok Sandwich
BU-1 BU-2 BU-3
BU-4
Balok sandwich dengan mutu beton atas 23 MPa dan bawah 25 MPa mempunyai nilai kekaku terbesar  yaitu  6,7225  kN/ pada gambar3.
6,1069 BU-1 K ek ak ua n (k N /m m ) CLAPEYRON :JurnalIlmiah Teknik Sipil 3(1): 25-34
Kekakuan  elemen  balok  sandwich  dapat  di  hitung  melalui  beban  aksial  dan  lendutan  yang sandwich . Perbandingan kekakuan elelmen balok sandwich dapat dilihat pada
Tabel 5. Perbandingan nilai kekauan balok sandwich Sandwich Pmax (kN) Lendutan (mm) 15,22 5,28 15,24 5,28 15,52 5,32 16,00 5,50 Perbandingan nilai kekauan balok sandwich pada beban 8 ton Sandwich P (kN) Lendutan (mm) 8,00 1,31 8,00 1,28 8,00 1,20 8,00 1,19
dengan mutu beton atas 23 MPa dan bawah 25 MPa mempunyai nilai kekaku N/mm.  Perbedaan  nilai  kekakuan  pada  balok sandwich
Gambar 3 . Grafik kekakuan balok sandwich 6,2500 6,6667 6,7227 BU-2
BU-3 BU
Kekakuan  elemen  balok  sandwich  dapat  di  hitung  melalui  beban  aksial  dan  lendutan  yang . Perbandingan kekakuan elelmen balok sandwich dapat dilihat pada
Kekakuan (kN/m) 2,8826 2,8864 2,9173 2,9091 pada beban 8 ton Kekakuan (kN/m) 6,1069 6,2500 6,6667 6,7227
dengan mutu beton atas 23 MPa dan bawah 25 MPa mempunyai nilai kekakuan sandwich dapat  terlihat
6,7227
BU-4

## ISSN 2776-463X

## Evaluasi Pola Retak
Pola retak balok umumnya terjadi pada arah transversal searah tulangan sengkang.  Pola retak terjadi pada bagian sisi tarik balok.
1. Pola Retak Balok Sandwich (BU-1)
Hasil  analisis  elemen  hingga nonlinier pada  balok sandwich dengan  mutu beton  atas  15 MPa dan bawah 25 MPa, didapatkan balok tersebut menunjukan bahwa retak maksimum terjadi  pada  beban  aksilal  4,42    kN  dengan  lendutan  6,7  mm,  berupa  retak  searah memanjang  tulangan  sengkang  yang  berada  di  daerah  tarik  balok.  Seiring  dengan penambahan  beban  dapat    dilihat  terjadi  retak  pada  daerah  samping  balok  kearah memanjang  balok.  Balok Sandwich mengalami  retakan  yang  lebih  merata  akibat  dari dimensi balok yang mengalami kekakuan yang kecil seperti pada gambar 4.
Gambar 4. Pola retak balok sandwich (BU-1)
2. Pola Retak Balok Sandwich (BU-2) Hasil analisis elemen hingga nonlinier pada balok sandwich dengan mutu beton atas 19 MPa dan mutu beton bawah 25 MPa didapatkan balok tersebut menunjukan bahwa retak maksimum  terjadi  pada  beban  laksial  4,42  kN  dengan  lendutan  6,4mm,  berupa  retak searah memanjang tulangan sengkang yang berada di daerah tarik balok. Seiring dengan penambahan beban dapat  dilihat  terjadi retak pada daerah samping balok kearah bagian memanjang  balok,  retakan  selanjutnya merupakan  perpanjangan  retak  sebelumnya  dan seiring  dengan  pertambahan    beban  semakin    melebar  dan    menambah  retakan  baru berupa  retak  lentur  pada  daerah  balok  yang  mengalami  tarik  seperti  ditunjukkan  pada gambar 5.
Gambar 5. Pola retak balok sandwich (BU-2)

## CLAPEYRON :JurnalIlmiah Teknik Sipil 3(1): 25-34
ISSN 2776-463X
3. Pola Retak Balok Sandwich (BU-3) Hasil analisis elemen hingga nonlinier pada balok sandwich dengan mutu beton atas 22 MPa  dan  mutu  beton  bawah  25  MPa,  balok  tersebut  menunjukan  bahwa  retak maksimum  terjadi  pada  beban  aksial  5,42  kN  dengan  lendutan  7,6mm,  berupa  retak searah memanjang tulangan sengkang yang berada di daerah tarik balok. Seiring dengan penambahan beban dapat  dilihat terjadi retak pada daerah samping searah memanjang tulangan  sengkang  balok,  retakan  selanjutnya  merupakan  perpanjangan  retak sebelumnya dan seiring dengan pertambahan beban semakin melebar seperti ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6. Pola retak balok sandwich (BU-3)
4. Pola Retak Balok Sandwich (BU-4) Hasil analisis elemen hingga nonlinier pada balok sandwich dengan mutu beton atas 23 MPa  dan  mutu  beton  bawah  25  MPa,  balok  tersebut  menunjukan  bahwa  retak maksimum  terjadi  pada  beban  aksial  5,42  KN  dengan  lendutan  7,5  mm,  berupa  retak searah memanjang tulangan sengkang yang berada di daerah tarik balok. Seiring dengan penambahan beban dapat  dilihat terjadi retak pada daerah samping searah memanjang tulangan  sengkang  balok,  retakan  selanjutnya  merupakan  perpanjangan  retak sebelumnya dan seiring dengan pertambahan beban semakin melebarseperti ditunjukkan pada gambar 7.
Gambar 7. Pola retak balok sandwich (BU-2)
Pola retak balok sandwich dapat di hitung melalui beban aksial dan lendutan yang terjadi pada balok sandwich . Perbandingan pola retak balok sandwich dapat dilihat pada tabel 7.

## CLAPEYRON :JurnalIlmiah Teknik Sipil 3(1): 25-34
ISSN 2776-463X
Tabel7. Perbandingan pola retak balok sandwich Model Balok Sandwich Beban Aksial (kN) Lendutan (mm) BU-1 4,42 6,7 BU-2 4,42 6,4 BU-3 5,24 7,6 BU-4 5,24 7,5

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis  kuat  lentur  balok sandwich dengan  menggunakan  bantuan  program Lusas V.14 diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Semakin  meningkat  penggunaan  mutu  beton  yang  digunakan  maka  kekuatan  elemen balok sandwich semakin  kuat.  Hal  ini  dibuktikan  dengan  melakukan  pemodelan  elemen balok sandwich di software LUSAS V.14 dengan menggunakan variasi mutu beton balok s andwich 15  MPa,  19  MPa,  22  MPa,  23  MPa  dan  25  MPa.  Perbandingan  mutu  beton tersebut terhadap beban aksial (Pmaks) yang bekerja pada elemen balok sandwich dengan menggunakan  variasi  model  BU-1,  BU-2,  BU-3,  dan  BU-4  berturut-turut  adalah  15,22 kN, 15,24 kN, 15,52 kN dan 16,00 kN.
2. Kekakuan  elemen  balok sandwich meningkat  seiring  dengan  peningkatan  mutu  beton. kekakuan  balok sandwich dengan  menggunakan  variasi  model  BU-1,  BU-2,  BU-3,  dan BU-4  berturut-turut  adalah  2882,57576  kN/m,  2886,36364  kN/m,  2917,29323  kN/m, dan 2909,091 kN/m.
3. Retak yang terjadi pada elemen balok sandwich hasil analisis LUSAS V.14 dengan variasi model BU-1, BU-2, BU-3, dan BU-4 adalah retak lentur yang terjadi di daerah momen lentur terbesar dan memperlihatkan pola retak yang searah tulangan sengkang pada sisi tarik balok.

## DAFTAR PUSTAKA
Amir,  F.  (2010).  Perkuatan  Lentur  Balok  Tampang  Persegi  Dengan  Penambahan  Tulangan Tekan Dan Komposit Mortar, Smartek 8(2):107-119.
Anonim  (2002).  Tata  Cara  Perhitungan  Struktur  Beton  Untuk  Bangunan  Gedung.  SNI  03- 2847-2002 Badan Standardisasi Nasional. Bandung.
Anonim (2013). Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung. SNI-2847-2013 Badan Standardisasi Nasional. Jakarta.
Cormac,  M.C.  Jack,  C.  (2001).  Desain  Beton  Bertulang  -  Edisi  Kelima  -  Jilid  1.  Penerbit Erlangga:Jakarta
Einea, et. al. (1991) State of-the Art-of Precast Concrete Sandwich Panels . Firdaus,  F.(2000). Perilaku  Balok  Beton  Sandwich  Dalam  Menerima  Beban  Lentur. Penerbit, Universitas Teknologi Bandung, Bandung.
Febriyan,  D.W.,  Faimun,  F.,  Suprobo.  (2016).  Studi  Eksperimen  Balok Sandwich  Glass  Fiber Reinforcement Panel – Foam ( Gfrp – Foam ) Pada Rumah Sederhana Dua Lantai. Penerbit, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Irwanti,  I.  (2014). Pemodelan  Respons  Non-Linear  Material  Beton  Akibat  Beban  Aksial  Dengan Menggunakan Software Berbasis Finite Element Analysis . Penerbit, Teknik Sipil FTSP-ITS.
ISSN 2776-463X
Nawy,  E.G.  (1990). Beton  Bertulang,  Suatu  Pendekatan  Dasar. Bandung:  Penerbit  PT  Refika Aditama.
Oehlers  D.J.,  Bradford  M.A.  (1995) Composite  Steel  And  Concrete  Structural  Members  – Fundamental Behaviour , Pergamon. Putra, B.P., Ismeddiyanto, I., Djauhari, Z. (2017). Analisis Kuat Lentur Murni Sistem Balok Beton Semi Pracetak . Penerbit, Universitas Riau, Riau. Purba, L.H.(2020). Studi Eksperimental Kuat Geser Balok Dengan Pelebaran Dimensi Pada Daerah Tumpuan Balok Beton Bertulang Dan Pemodelan Dengan Lusas . Penerbit, Universitas Atma Jaya Yogyakarta, Yogyakarta.
Putra, R., Suryanita, R., Ridwan, R. (2018). Analisis Tegangan Tulangan Tarik Pada Balok Beton Bertulang Skala Model . Penerbit, Universitas Riau, Riau.
Permana,  M.H.,  Dewi,  S.M.,  Arifi,  E.  (2016).  Analisis  Kuat  Lentruk  Struktur  Balok  Beton Bertulang  Dengan  Lubang  Hollow  Core  Pada  Tengah  Penampang  Balok. Jurnal Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Universitas Brawijaya.
Ramadanas, R.F., Ismeddiyanto, I.,  Suryanita, R.(2010). Analisis  Numerik  Kuat  Lentur  Elemen Balok  T  Curved  Tile  Semi  Pracetak  Dengan  Variasi  Mutu  Beton  Cast  In  Place. Penerbit, Universitas Riau, Riau.