## Kajian Perilaku Lentur Perbaikan Balok Beton Bertulang dengan Metode External Prestressing
DIDA KHRISNA 1 , HAZAIRIN 2 , BERNARDINUS HERBUDIMAN 2
1 Mahasiswa, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional, Bandung
2 Pembimbing, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional, Bandung Email: dida_khrisna@yahoo.com

## ABSTRAK
Seiring  jalannya  umur  pemakaian  beton  bertulang  pada  struktur  bangunan, banyak  kondisi  beton  yang  sudah  rusak  atau  tidak  aman  untuk  digunakan dikarenakan degradasi kekuatan akibat bencana alam, penempatan beban yang melebihi  kapasitas,  kebakaran,  dan  juga  material  bermutu  rendah.  Melihat kenyataan  di  lapangan  tidak  semua  pelaku  industri  memiliki  peralatan  yang canggih  ataupun  budget  yang  mumpuni  untuk  melakukan  perbaikan  struktur, oleh  karena  itu  metode  external  prestressing  muncul  sebagai  salah  satu  opsi perbaikan  struktur  pada  beton  bertulang.  Pada  cara  ini  batang  atau  kabel prestressing  ditanam  pada  beton  yang  rusak,  memberikan  tegangan  padanya sampai  suatu  tegangan  tarik  tertentu  sehingga  elemen  yang  rusak  mendapat gaya tekan. Hasil pengujian terhadap 4 balok dengan dimensi 25 cm x 15 cm dan panjang  bentang  90  cm  menunjukan  bahwa  perbaikan  perilaku  lentur  balok dengan metode external prestressing menghasilkan persentase nilai-nilai sebagai berikut; 76,647%; 81,369%; 77,763%; 90,041%.
Kata kunci : external prestressing, perilaku lentur, perbaikan struktur

## ABSTRACT
After  long  service  of  reinforced  concrete  structure,  concrete  beam  element become damage due to natural disasters, overloading, burned, and degradation of  material  strength.  Repairing  this  element  to  achieve  initial  the  strength capacity  needs  high  cost.  Then,  the  external  pre-stressing  method  appears  as alternative method to repair the element structure with relatively simple method and  low  cost.  In  this  method,  the  pre-stress  cable  is  attached  beside  the damaged concrete beam, giving the post-tension force, then the concrete section has compression force.  The result of the 4 testing beams with 25 cm x 15 cm and length 90 cm shows that the improvement of beams flexural behavior with external  prestressing  method  produces  several  percentage  improvement  values with these improvement; 76.647%; 81.369%; 77.763%; 90.041%.
Keywords : external prestressing, flexural behavior, structural improvement
Rekaracana                                                          ©Teknik Sipil Itenas | Vol. Jurnal Online Institut Teknologi Nasional                                              Desember 20 5 1 | No. 1 1

## 1. PENDAHULUAN
Sebagai  usaha  untuk  mencoba  mempertahankan  fungsi  bangunan  agar  masih  bisa digunakan maka struktur beton tersebut haruslah diperbaiki daripada harus dibongkar ulang secara  keseluruhan  agar  tidak  menghabiskan  lebih  banyak  biaya  dan  waktu,  serta mengurangi limbah bangunan.
Banyak  metode  yang  sudah  sering  digunakan  untuk  memperbaiki  struktur  yang  rusak, seperti;  grouting,  kevlar,  dan external  prestressing.  Melihat  kenyataan  di  lapangan  tidak semua  pelaku  industri  memiliki  peralatan  yang  canggih  ataupun  anggaran  yang  mumpuni untuk  melakukan  perbaikan  struktur,  maka  dari  itu  metode external  prestressing  muncul sebagai salah satu opsi perbaikan struktur pada beton bertulang.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Beton adalah campuran antara semen portland atau semen hidrolik yang lain, agregat halus, agregat kasar, dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk massa padat (SNI-03-2847-2002).  Seiring dengan penambahan umur, beton akan semakin mengeras dan akan mencapai kekuatan rencana pada usia 28 hari.
Kekuatan  tekan  merupakan  salah  satu  kinerja  utama  beton.  Kekuatan  tekan  adalah kemampuan  beton  untuk  dapat  menerima  gaya  per  satuan  luas  (Tri  Mulyono,  2004).  Nilai kekuatan  beton  diketahui  dengan  melakukan  pengujian  kuat  tekan  terhadap  benda  uji berbentuk  silinder  ataupun  kubus  pada  umur  28  hari  yang  dibebani  dengan  gaya  tekan sampai  mencapai  beban  maksimum.  Beban  maksimum  didapat  dari  pengujian  dengan menggunakan  alat compression  testing  machine.  Material  yang  digunakan  untuk  membuat beton pada umumnya adalah; semen, agregat, dan air.
Beton  bertulang  adalah beton  yang  ditulangi  dengan  luas  dan  jumlah  tulangan  yang  tidak kurang dari nilai minimum yang disyaratkan dengan atau tanpa prategang, dan direncanakan berdasarkan  asumsi  bahwa  kedua  bahan  tersebut  bekerja  sama  dalam  memikul  gaya- gaya (SNI 03- 2847 – 2002, Pasal 3.13).
Jika ada 2 buah gaya sama besar yang bekerja dengan arah berlawanan pada jarak tertentu, maka dapat menimbulkan momen yang besarnya sama dengan gaya yang bekerja dikalikan dengan  lengan momennya seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Gambar diagram  regangan dan tegangan pada balok
(a). Penampang melintang beton bertulang (b). Diagram regangan
(c). Diagram tegangan
𝑐 𝑀 𝑛1 𝑀 𝑛2⬚ 𝑇 𝑠1
𝑇 𝑠2 𝑐 𝑠 𝐶 𝑐 =  0,85  𝑓 𝑐 ’  β 1 𝑐    𝑏 𝜀 𝑐 = 0,003 𝜀 𝑠 𝑑 𝑑 𝑀 𝑛2
Pada  penampang  beton  bertulang  rangkap  seperti  pada Gambar  1 ,  pada  bagian  atas bekerja  2  buah  gaya  tekan  ke  kiri  ( dan )  dengan  nilai (resultan  tegangan  tekan pada beton) dan (gaya tekan pada tulangan tekan), sedangkan penampang bagian bawah bekerja juga 2 buah gaya tarik ke kanan ( 1 dan 2 ) (lihat Gambar 1 (c) ) dengan nilai 1 (resultan  tegangan  tarik  pada  tulangan  tunggal)  dan 2 (resultan  tegangan  tarik  pada tulangan pasangan gaya).
Gaya  tekan  dan  gaya  tarik  tersebut  sama  besar  dan  bekerja  berlawanan  arah  sehingga menghasilkan momen yang disebut momen nominal aktual ( ). Selanjutnya, karena gaya tekan  pada  penampang  balok  ada  2  macam  ( dan ),  maka  momen  nominal yang terjadi pada hakikatnya merupakan jumlah antara momen nominal yang dihasilkan dari gaya tekan beton yang dikalikan oleh panjang lengan momen dari atau dinotasikan dengan 1 ,  dan  momen  nominal  yang  dihasilkan  dari  gaya  tekan  baja  tulangan yang  dikalikan dengan panjang lengan momennya ( 2 ).
Menurut Asroni, A. (2010) kerusakan yang terjadi umumnya dapat dikelompokkan dalam tiga katagori yaitu; retak  ( cracks), voids, scalling/spalling/erosion. Keruntuhan yang terjadi pada struktur beton bertulang ada dua jenis, yaitu; keruntuhan lentur dan keruntuhan geser. Jenis keruntuhan  yang  dapat terjadi  pada balok  lentur bergantung  pada sifat  penampang  balok, dan  dibedakan  menjadi  3  jenis  berikut,  yaitu; under  reinforced,  balanced,  dan  over reinforced.  Runtuh  geser  adalah  retak  miring  yang  terjadi  akibat  kegagalan  balok  dalam menahan  geser  yang  biasanya  hal  ini  terjadi  pada  daerah  ujung  (dekat  tumpuan)  balok karena pada daerah ini timbul gaya geser/gaya lintang paling besar.
Menurut Asroni, A (2010) dalam praktek pelaksanaan struktur beton bertulang dimungkinkan terjadinya  pengurangan  (reduksi)  dari  kualitas  material,  mutu  pelaksanaan dan lain-lain yang berakibat menurunnya kekuatan. Oleh karena itu terjadinya kemungkinan reduksi ini harus diperhitungkan dalam perhitungan struktur beton bertulang.
Menurut  Raju,  N.K.  (1981)  beton  prategang  adalah  suatu  metode  untuk  mengatasi kekurangan dari sifat beton, yaitu tegangan tarik. Biasanya beton prategang digunakan pada struktur  balok  dan  gelagar  pada  jembatan  dengan  bentang  panjang.  Kabel  prategang biasanya  terbuat  dari  kabel  baja  berkekuatan  tarik  tinggi  atau  yang  sering  disebut high tensile  steel  cable  digunakan  untuk  memberikan  tegangan  tekan  yang  menyeimbangkan tegangan  tarik  yang  terjadi  pada  bidang  prategang  yang  biasanya  pada  struktur  beton bertulang tegangan tarik tersebut dipikul oleh tulangan-tulangan. Pemberian gaya prategang pada beton biasanya dilakukan dengan 2 cara, yaitu; pra-tarik dan pasca-tarik.
Teknik  pengerjaan  dengan  metode external  prestressing  telah  menjadi  metode  penting  di dunia konstruksi terutama untuk memperkuat dan memperbaiki aneka ragam sturktur beton bertulang.  Menurut  Hakan  Nordin  (2005)  bahwa  perbaikan  struktur  menggunakan  external prestressing  sangat  efektif  untuk  memperkuat  struktur,  selain  lebih  mengeluarkan  tenaga yang  kecil  untuk  memberikan  gayanya,  biayanya  pun  lebih  murah.  Sejak  penggunaannya, metode  ini  banyak  memberikan  keuntungan,  antara  lain  perilaku  elastis  balok  pada  beban yang lebih tinggi, menaikkan kapasitas maksimal pembebanan.

## 3. METODE PENELITIAN
Tahap  pertama  yang  dilakukan  dalam  melakukan  penelitian  adalah  mencari  dan  memilih topik permasalahan yang akan menjadi fokus penelitian.
15 cm 90 cm b
Sebelum penelitian dimulai, terlebih dahulu dilakukan studi literatur atau biasa disebut juga tinjauan  pustaka.  Studi  literatur  berisi  tentang  teori-teori,  temuan  dan  bahan  lain  yang diperoleh dari acuan yang dijadikan landasan untuk melakukan  kajian. Dalam hal ini, yang ditinjau  hanya  nilai  perbaikan  yang  terjadi  pada  4  buah  balok  yang  menjadi  benda  uji penelitian. Pertama direncanakan terlebih dahulu spesifikasi balok yang akan digunakan dan dihitung  kapasitas  pembebanannya,  kemudian  setelah  dilakukan  pengujian  bahan  didapat spesifikasi  aktual  bahan  yang  akan  digunakan  sebagai  benda  uji,  berdasarkan  spesifikasi aktual maka didapatkan nilai kapasitas pembebanan yang baru, setelah didapatkan beberapa nilai dari hasil pengujian maka hasil tersebut dianalisis sehingga bisa ditarik kesimpulan dari hasil pengujian di laboratorium.
Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah kuat tekan beton. Pengujian sifat-sifat mekanik  beton  tersebut  dilakukan  setelah  beton  berumur  28  hari.  Pengujian  dilakukan  di Laboratorium Struktur dan Bahan Institut Teknologi Nasional. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui  apakah  beton  yang  dihasilkan  memiliki  kuat  tekan  yang  sesuai  dengan  kuat tekan yang direncanakan Pengujian  lentur  balok  dilakukan  dengan  metode third  point  loading,  dimana  tujuan  dari digunakannya  metode  ini  adalah  agar  menghasilkan  momen  lentur  murni. Ilustrasi set-up pengujian tertera pada Gambar 2 .
Gambar 2. Gambar set-up pengujian third point loading dan penampang melintang balok
Pengujian  dengan  cara external  prestressing  dilakukan  dengan  cara  batang  atau  kabel prestressing ditanam pada beton yang rusak, memberikan tegangan padanya sampai suatu tegangan tarik tertentu lalu mengangkerkannya sehingga elemen yang rusak mendapat gaya tekan.
Setelah  balok  diperbaiki  dengan  metode external  prestress,  benda  uji  diuji  lentur  kembali untuk mengetahui seberapa besar perbaikan perilaku lentur balok.

## 4. PENGOLAHAN DAN ANALISIS HASIL PENGUJIAN
Hasil pengujian bahan menunjukan bahwa dengan mutu beton 25,9 MPa dan spesifikasi baja tulangan diameter 12 mm (diameter uji 11,75 mm) dengan tegangan leleh sebesar 380 MPa serta spesifikasi  baja  tulangan  diameter  8  mm  (diameter  uji  7,56  mm)  dengan  tegangan leleh sebesar 260 MPa dengan Persamaan 1 nilai dan ’ dapat diperoleh.
= 1
... (1)
dengan:
=  luas penampang,
ℎ ℎ 𝑏 𝑃 ℎ
Kajian Perbaikan Perilaku Lentur Balok Beton Bertulang dengan Metode External Prestress
=  konstanta perhitungan luas lingkaran,
=  diameter baja tulangan.
Setelah memasukan data diameter baja tulangan ke Persamaan  1 maka diperoleh nilai = 325,3 mm 2 dan ’ = 89,77 mm 2 .
Langkah  selanjutnya  adalah  menghitung  gaya-gaya  yang  bekerja  pada  struktur  balok dengan menggunakan Persamaan 2 sampai Persamaan 4 :
=  0,85 ’ 1
... ( 2 ) =
... ( 3 ) = 1 ... ( 4 )
dengan:
=  gaya tekan beton,
’ =  kuat tekan beton (MPa),
=  faktor tinggi blok tegangan,
=  tinggi penampang tertekan,
=  lebar penampang balok,
=  gaya tarik penampang beton,
=  luas tulangan tarik,
=  gaya pada tulangan tarik,
=  gaya tarik tulangan baja,
1 =  tegangan leleh baja tulangan tarik.
Hasil perhitungan adalah nilai = 105.556,7515 N, = 18.055,214 N, 1 = 111.112,1918 N, 2 = 18.057,417 N.
Setelah menghitung gaya-gaya yang bekerja, kemudian dihitung lengan momen pada balok yaitu 1 dan 2 .
1 = 1 ... (5.a)
2 =        ’
… (5.b)
dengan:
= tinggi sumbu netral penampang,
= tinggi efektif penampang,
= tinggi selimut beton.
Dengan Persamaan  5.a dan Persamaan  5.b diperoleh  nilai 1 =  209,017  mm  dan 2 = 200 mm.
Setelah didapatkan gaya yang bekerja dan lengan momennya, maka didapatkan nilai momen dengan Persamaan 6 dan Persamaan 7 :
1 = 1 ... (6) 2 = 2
... (7)
dengan:
1 =  panjang lengan momen , 2 =  panjang lengan momen ,
maka 1 =  22.063.155,53  N.mm  dan 2 =  3.611.402,8  N.mm,  sehingga  menghasilkan = 25.674.198,33 N.mm
Setelah  diperoleh  nilai maka  beban  pengujian  terhitung  bisa  diperoleh  melalui  cara statika sebesar 13.692,886 N.
Gaya prategang yang dibutuhkan dapat dihitung dengan Persamaan 8 :
= ... (8) dengan:
=  gaya tarik yang bekerja pada balok, =  gaya prategang yang diberikan,
A =  luas penampang balok,
M =  momen maksimum yang terjadi pada balok,
Y =  jarak titik berat ke tepi penampang,
I =  inersia penampang.
Dengan asumsi bahwa gaya yang diberikan merupakan gaya prategang penuh sehingga nilai =  0  dan merupakan  gaya  prategang  yang  diberikan  maka  diperoleh  nilai rencana sebesar 6,16 ton.
Diketahui gaya lintang atau geser yang terjadi pada balok adalah sebesar 68,46 kN atau jika dikonversi ke satuan kilogram akan diperoleh nilai 68.460 N. Setelah mendapatkan nilai maka langkah selanjutnya untuk menentukan kapasitas nilai kekuatan geser balok adalah menentukan  nilai  kemampuan  penampang  beton  menerima  geser yang  dapat  diperoleh melalui  rumus = √ .  Diperoleh  nilai sebesar  28626,77  N  dengan  nilai > . Dengan  membandingkan  nilai terhadap ,  diperoleh
>
yang  berarti  balok memerlukan  tulangan  geser.  Ditinjau  dari  rumus = + dengan adalah  gaya  geser yang  dipikul  atau  dibebankan  terhadap  tulangan  geser  maka  diperoleh  nilai adalah sebesar 39.833,23 N.
Setelah mendapatkan nilai , langkah selanjutnya adalah menghitung jarak antar sengkang ( ) berdasarkan rumus =
= 0, 5        ,5 ,  nilai =  39833,23  N,  nilai =  260  MPa,  dan =250  mm, maka didapatkan nilai = 146,498 mm.
Nilai kapasitas penampang hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.

## Tabel 1. Resume Nilai Kapasitas Penampang
No Mutu Beton [MPa] Kapasitas Penampang Teoritis Beban Maks Pengujian Kapasitas Penampang Hasil Pengujian Kapasitas Penampang Akibat Pemberian Gaya Prategang Sebesar 4 ton Beban Maks Pengujian Setelah Diberi Gaya Prategang Kapasitas Penampang Sesudah Pemberian Gaya Prategang Po la Ke run tuh an [Nmm] [kN]
1 [kN] [Nmm] [kN] [Nmm] [kN] 2 [kN] [Nmm] [kN]
1  25,9  25.674.198,33 180,324  109,5  20.531.250 54,75 16.670.000 132,612  89,1  16.706.250 44,55 Lentur 2  27,62  27.139.396,3  182,402  116,9  21.918.750 58,45 16.670.000 116,708  89,6  16.800.000  44,8  Lentur 3  28,79 28.136.071,66  183,78  146,6  27.487.500  73,3  16.670.000 116,708  132 24.750.000  66  Geser 4  28,79 28.136.071,66  183,78  148,4  27.825.000  74,2  16.670.000 116,708  115,4  21.637.500  57,7 Lentur &
geser
Variasi  nilai  pembebanan  maksimum  yang  terjadi  bisa  dikarenakan  oleh  beberapa  sebab, yakni;  Variasi  mutu  bahan  (agregat)  dari  satu  adukan  dengan  adukan  berikutnya,  Variasi cara pengadukan, Stabilitas pekerja
Hasil pemgujian balok nomor 1 dengan mutu 25,9 MPa adalah:
1. mempunyai  beban  geser  sebesar  109,5  kN  jauh  lebih  kecil  daripada  kapasitas  geser penampang sebesar 180,324 kN;
2. mempunyai  beban  lentur  sebesar  20.531.250  kN  yang  nilainya  lebih  kecil  tetapi  lebih mendekati  dengan  kapasitas  lentur  penampang  sebesar  25.674.198  kN  sehingga  pada saat pengujian tersebut balok mengalami runtuh lentur.
Balok  nomor  1  yang  telah  diuji  tersebut  kemudian  diperbaiki  dengan  memberikan  gaya prategang  sebesar  4  ton  kemudian  diuji  kembali.  Hasil  pengujian  kedua  menunjukan ternyata  balok  tersebut  sudah  tidak  mampu  menahan  momen  lentur  aktual  sebesar 16.706.250  Nmm  sedangkan  secara  teoritis  kapasitas  penampang  hanya  mampu  menahan momen sebesar 16.670.000 Nmm, sehingga balok mengalami runtuh lentur.
Dari  4  balok  yang  diuji  hanya  balok  ke-3  yang  mengalami  pola  runtuh  berbeda  pada  saat pengujian  kedua  kalinya,  dimana  balok  tersebut  mengalami  runtuh  geser  meskipun  pada pengujian  pertamanya  tetap  mengalami  runtuh  lentur.  Hal  ini  terlihat  jelas  pada Tabel 1 bahwa  dengan  kapasitas  geser penampang  sebesar  116,708  kN balok tidak  kuat  menahan gaya geser yang terjadi  sebesar 132  kN,  sehingga  balok  mengalami runtuh  geser.  Hal  lain yang mempengaruhi menurunnya kapasitas geser penampang balok dalam menahan geser adalah  tingginya  retak  pada  panampang  balok  yang  mengakibatkan  berkurangnya  nilai , sehingga hanya tulangan sengkang yang memiliki andil dalam menahan gaya geser . Hasil  pengujian  menunjukan  nilai  pembebanan  maksimum  pada  perbaikan  balok  dengan metode external  prestress  tidak  mencapai  nilai  pembebanan  maksimum  seperti  pada pengujian  pertama.  Hal  ini  diduga  terjadi  karena  keterbatasan  pemberian  gaya  prategang yang hanya mengandalkan tenaga manusia.
Menurut  hasil  perhitungan  angka  pemberian  gaya  prategang  yang  cukup  besar  untuk melakukan  perbaikan  kembali  seperti  kondisi  semula  dan  untuk  mengatasi  keterbatasan tenaga  manusia,  dapat  dilakukan  dengan  memperpanjang  lengan  momen  pada  saat memberikan gaya prategang, sehingga hal ini dapat memperingan tenaga yang dikeluarkan dalam  pelaksanaan  pengujian.  Nilai  pembebanan  maksimum  setelah  diberikan  gaya prategang untuk perbaikan adalah sebagai berikut; 89,6 kN, 89,1 kN, 115,4 kN, 132 kN.

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil pengujian  dan  pembahasan  yang  telah  dilakukan  maka  dapat  ditarik  kesimpulan sebagai  berikut:  perbaikan  dengan  metode external  prestress  ini  cocok  dijadikan  opsi perbaikan  struktur  selama  penampang  balok  yang  akan  diperbaiki  masih  mampu  memikul gaya  geser  yang  terjadi;  proses  perbaikan  sampel  terbatasi  oleh  kemampuan  memberikan gaya oleh penguji maka untuk mendapatkan hasil pengujian yang lebih baik lengan momen gaya prategang harus diperbesar.

## DAFTAR RUJUKAN
Asroni , A. (2010). Balok dan Pelat Beton Bertulang. Yogyakarta: Graha Ilmu. Mulyono, T. (2004). Teknologi Beton. Yogyakarta: ANDI. Nordin,  H.  (2005). Strengthening  Structures  with  Externally  Prestressed  Tendons, Technical Report. Sweden: Lulea University of Technology. SNI-03-2847-2002.
http://dts.usu.ac.id/files/2002-12%20SNI%2003-2847-2002%20(Beton).pdf Raju, N. K. (1981). Prestressed Concrete. Jakarta: Erlangga.