## KUAT GESER DAN DAKTILITAS PADA BALOK CASTELLATED MODIFIKASI KOMPOSIT MORTAR AKIBAT BEBAN SIKLIK
Martyana Dwi Cahyati 1 dan Iman Satyarno 2

## Abstract
Castellated steel beam is structural element made by WF steel beam with hexagonal, round, and square openings. Because of the openings, It can be increase the capacity of the moment on the beams, so that when the capacity of moment increases, the maximum load that occurs in the beam will also increase. Hence this study assessed the mortar composite castellated beams due to cyclic loading. The cyclic load used as applications of earthquake loads. This study has proposed to obtain ultimate strength, ductility, and pattern of collapse on the mortar composite castellated beams. The material of specimen using 2L.30.3.3 profiles, reinforcement ø 13 mm, and a mortar which has a value of 0.4 fas with a ratio of 1: 1.5. The cyclic load applied to the beam refers to ACI T1.1-01. Based on the results, the load capacity ultimate on the beam at 203.5 kN for the positive cycle and 201.5 for the negative cycle. Deflection occurs by 3.46 mm for the positive cycle and 3.36 for the negative cycle. Ductility obtained an average of 3.45. From these results can be classified that the structure has a moderate level of ductility.
Keywords : the composite castellated beam, cyclic load, shear strength, load capacity ultimate

## Abstrak
Struktur baja castellated merupakan struktur yang terbuat dari balok IWF yang memiliki bukaan lubang berupa heksagonal, lingkaran, maupun persegi. Dengan adanya bukaan lubang maka akan menambah ketnggian penampang yang mampu meningkatkan momen inersia yang terjadi pada balok, sehingga beban maksimum yang dapat dipikul balok juga akan meningkat, namun balok tersebut juga memiliki kelemahan yaitu terjadinya mekanime vierendeel. Oleh karena itu, Pada penelitian ini dikaji perilaku balok castellated komposit mortar akibat beban siklik yang memodelkan beban gempa di lapangan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan kekuatan ultimte , daktilitas, dan pola keruntuhan pada balok castellated komposit mortar. Benda uji terbuat dari profil 2L.30.3.3, tulangan ø 13 mm, dan mortar yang memiliki nilai fas 0,4 dengan perbandingan 1:1,5. Beban siklik yang diaplikasikan mengacu pada ACI T1.1-01. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan nilai kapasitas beban ultimate pada balok sebesar 203,5 kN untuk siklus positif dan 201,5 untuk siklus negatif. Lendutan yang terjadi sebesar 3,46 mm untuk siklus positif dan 3,36 untuk siklus negatif. Nilai daktilitas rata-rata yang didapat sebesar 3,45. Dari hasil tersebut dapat diklasifikasikan bahwa struktur memiliki tingkat daktilitas sedang.
Keywords : balok; castellated-composit , siklik, kapasitas geser ultimite , beban maksima l

## I. PENDAHULUAN
Balok merupakan elemen struktur horisontal yang diharapkan mampu menahan momen akibat beban yang bekerja di atasnya. Untuk mendapatkan kapasitas momen yang tinggi, balok dapat dibuat dari beberapa material dan karena itu disebut dengan balok komposit. Material yang sering digunakan yaitu beton dengan baja. Beton memiliki karakteristik mampu menahan gaya tekan namun lemah dalam menahan gaya tarik.
Ketika dikombinasikan dengan baja, beban tarik akan
1. Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Lingkar Selatan Tamantirto Kasihan Bantul Yogyakarta, 55183. Pos-el: martyana.dc@ft.umy.ac.id..
2. Universitas Gadjah Mada Yogyakarta, Jl. Grafika No.2 Kampus UGM, Yogyakarta,. Pos-el: iman@tsipil.ugm.ac.id.
didukung oleh material baja yang memiliki kuat tarik tinggi.
Tulisan ini membahas struktur balok castellated , yaitu struktur balok baja terbuat dari profil IWF yang dipotong menjadi dua bagian kemudian ditinggikan dan disatukan kembali dengan menambah ketinggian balok. Kelebihan dari struktur balok castellated ini adalah adanya penambahan ketinggian yang akan meningkatkan nilai kapasitas momen sehingga memperbesar kemampuan balok dalam mendukung beban. Namun, kelemahan struktur balok castellated adalah lebih mudah mengalami tekuk ( buckling ). Untuk mengatasi buckling, Putri (2016) melakukan penelitian dengan menambahkan tulangan baja sebagai pengaku pada balok castellated modifikasi komposit mortar. Sehingga untuk membedakan dengan penelitian sebelumnya maka pada penelitian ini
digunakan metode pembebanan siklik pada balok castellated komposit mortar. Hal ini bertujuan untuk menenetukan parameter siklik seperti kuat geser dan daktilitas pada balok.

## II. TINJAUAN PENELITIAN
Pengujian balok castellated komposit sudah pernah dilakukan oleh Atmaja (2012) dengan membandingkan kapasitas geser ultimit pada balok castellated dengan balok castellated komposit mortar. Pengujian dilakukan dengan menggunakan pembebanan statis dua titik pembebanan. Balok castellated dibuat dengan menggunakan profil IWF 150x75x7x5
sedangkan untuk benda uji yang lain dibuat dengan menggunakan profil IWF dengan komposit mortar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kapasitas benda uji castellated komposit mortar memiliki nilai kapasitas yang tinggi jika dibandingkan dengan balok castellated tanpa komposit mortar. Nilai peningkatan kapasitas geser sebesar 232,96%. Dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan komposit mortar maka dapat mengatasi permasalahan tekuk yang terjadi pada balok castellated baja.
Karena balok castellated baja dianggap kurang efisien, Kristianta (2014) melakukan penelitian tentang perilaku geser pada balok castellated modifikasi dengan bukaan persegi empat dan pengaku yang terbuat dari profil siku dan komposit mortar. Profil baja yang digunakan untuk pembuatan benda uji yaitu profil IWF 150x75x5x7 dan profil siku 30x30x3x3. Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan beban statis dengan dua titik pembebanan. Hasil penelitian menunjukan bahwa kapasitas beban yang dihasilkan sebesar 627,77 kN. Hal ini mengalami peningkatan 33,30% jika dibandingkan penelitian yang dilakukan oleh Atmaja (2012). Hal ini dikarenakan adanya pengaku berupa profil siku yang dapat meningkatkan kapasitas beban tersebut.
Kemudian Putri (2016) melanjutkan penelitian dengan lebih memfokuskan untuk dapat meningkatkan kapasitas geser pada balok castellated modifikasi mortar yaitu dengan mengganti pengaku siku L 30x30x3x3 dengan menggunakan tulangan baja yang berdiameter 22 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan menggunakan pengaku diameter 22 berpengaruh pada beban yang semakin
meningkat. Kapasitas geser yang dihasilkan sebesar 715 kN . J ika dibandingkan dengan penelitian Kristianta (2014) kapasitas geser meningkat sebesar 13,89%.
Ujianto (2016) mengkaji lendutan dan kekakuan balok beton bertulang akibat beban siklik. Tipe pembebanan yang dilakukan ada dua macam pembebanan siklik dan pembebanan statis. Pembebanan siklik dimulai pada siklus 0, 25000, 50000, 75000. Pada saat mencapai siklus 100000, benda uji balok beton bertulang dibebani secara statis. Dari hasil penelitian didapatkan kapasitas beban maksimum balok mencapai 70,81 kN dengan displacement sebesar 4,335 mm. Dan nilai kekakuan balok sebesar 16,22 kN/mm.
Marpaung (2013) mengkaji kemampuan peredaman energi pada balok beton bertulang yang dibebani secara siklik maupun monotonik. Berdasarkan hasil penelitian, redaman energi yang dibebani monotonik dan siklik sebesar 8793,3 dan 42024,3. Hal ini membuktikan bahwa kemampuan peredaman energi pada balok beton bertulang akibat beban monotonik memiliki nilai yang lebih rendah jika dibandingkan dengan pembebanan siklik. Hal ini dikarenakan bahwa beban monotonik yang bekerja secara terus menerus akan menimbulkan degradasi kekuatan spesimen yang sangat besar dan menimbulkan penurunan energi yang sangat tinggi, karena tidak ada kesempatan spesimen untuk memberikan perlawanan akibat pembebanan .
Chalioris (2012) mengkaji tentang pengaruh penggunaan steel fibres atau serat baja pada balok beton bertulang yang dibebani secara monotonik dan siklik. Hasil penelitian difokuskan pada respon hysteretic , kekuatan geser pada saat retak pertama (first crack) dan ultimate , kemampuan disipasi energi, pola keruntuhan dan moda kegagalan balok. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa dengan penambahan fibrous steel dapat meningkatkan performa geser yaitu ketika kapasitas geser meningkat pada saat kondisi crack dan ultimate , terjadi peningkatan disipasi energi, dan mengurangi pola retak lentur dibanding dengan balok tanpa menggunakan fibrous steel.

## III. PELAKSANAAN PENGUJIAN
Loading frame
Load cell Hydraulick jack Pelat Beban Tumpuan Rol Balok Baja Balok Beton Rigid Floor Benda Uji Tumpuan Sendi
Lokasi penelitian ini bertempat di Laboratorium Struktur Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Penelitian ini terdiri dari dua pengujian yaitu pengujian pendahuluan dan pengujian utama. Pengujian pendahuluan dilakukan untuk mendapatkan kualitas material yang digunakan pada benda uji. Pengujian pendahuluan terdiri dari tiga macam yaitu pengujian kuat tekan mortar, pengujian kuat tarik baja profil siku L 30.30.3.3, dan pengujian kuat tarik baja tulangan diameter 13 mm. Setelah mendapatkan kualitas material yang diuji, dilaksanakan pengujian utama berupa pengujian siklik pada benda uji. Setelah pengujian siklik selesai dilaksanakan pengolahan data dan pembahasan untuk mendapatkan kapasitas geser ultimate dan
daktilitas pada struktur balok castellated komposit mortar akibat beban siklik.
Benda uji terbuat dari mortar, profil siku L.30.30.3.3, dan baja tulangan dengan diameter 13 mm. Mortar yang digunakan dibuat dengan perbandingan semen dan pasir sebesar 1:4 dengan fas 0,4 dan bahan tambah viscocrete-10 1,5% dari berat semen. Sketsa penampang memanjang dan melintang benda uji dapat dilihat pada Gambar 1. Pengujian siklik dilakukan dengan tipe pembebanan displacement control berdasarkan ACI T1.101. Set-up pengujian dapat dilihat pada Gambar 2.
(a) (b)
Gambar 1. Potongan penampang benda uji (a) memanjang (b) melintang
Gambar 2. Setting up pengujian IV. ANALISIS DAN DISKUSI
A. Pengujian Pendahuluan
50 724 50 220 208 208 A A 824 2 2 0 3 2 7
Martyana Dwi Cahyati & Iman Satyarno/ Kuat Geser Dan Daktilitas Pada Balok Castellated Modifikasi Komposit Mortar Akibat Beban Siklik/Pp 93-98
Pengujian pendahuluan dilakukan pada benda uji mortar, profil siku L.30.30.30.3, dan profil IWF 150.75.5.7. Setiap benda uji terdiri dari 3 sampel. Dari hasil pengujian kuat tekan mortar didapat kuat tekan maksimum sebesar 45,7 MPa. Selain itu, kuat leleh dan kuat ultimate baja profil siku L.30.30.3 sebesar 400,89 MPa dan 601,77 MPa, sedangkan kuat leleh dan kuat tarik baja tulangan diameter 13 mm sebesar 349,62 MPa dan 530,52 MPa. Hasil pengujian pendahuluan secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabe1 1.
Tabel 1. Hasil Pengujian Pendahuluan
No Item Pengujian Hasil 1. Uji Mortar Kuat Tekan (MPa) 45,7 2. Uji Tarik L 30x30x3 F y (MPa) F u (MPa) 400,89 601,77 3. Uji Tarik baja 13 mm F y (MPa) F u (Mpa) 349,62 530,52

## B. Pengujian Utama
1. Hysteresis Loop
Hysteretic loop merupakan kurva yang menunjukkan hubungan antara beban dengan lendutan akibat pembebanan siklik berupa beban tarik dan tekan. Hasil pembebanan siklik tersebut terlihat pada Gambar 3. Berdasarkan hasil pengujian dapat dilihat bahwa beban bertambah seiring dengan bertambahnya drift . Kurva juga menunjukkan terjadinya penurunan kekakuan seiring dengan siklus pembebanan. Hal ini yang disebut dengan pinching effect .
Gambar 3. Hysteretic Loop
Setelah mendapatkan grafik hysteritic loop selanjutnya membuat grafik antara displacement dengan beban dengan mengambil daa siklus
pertama pada setiap drifnya. Berdasarkan analisis Equivalent Elastic Plastic Curve (EEPC) terhadap backbone curve didapatkan parameter beban dan perpindahan pada saat kondisi crack, yield, ultimate , dan failure . Besarnya nilai beban siklus tarik pada saat kondisi crack, yield, ultimite , dan failure sebesar 81,39 kN, 140,37 kN, 203,5 kN, dan 162,77 kN. Pada saat siklus tekan dihasilkan beban pada saat kondisi crack, yield, ultimite , dan failure sebesar -80,58 kN; - 145,21 kN; -201,5 kN; -161,17 kN (lihat Tabel 2). Kurva backbone dan displacement dapat dilihat pada Gambar 4 dan Tabel 2.
Tabel 2. Analisis EEPC pada setiap kondisi
Kon- disi Beban (+) Beban (-) Beban Displacement Beban Displacement (kN) (mm) (kN) (mm) Crack 81,39 1,26 -80,58 -1,43 Yield 140,37 2,18 - 145,21 -2,57 Ultimate 203,5 3,46 -201,5 -3,36 Failure 162,77 9,04 - 161,17 -7,55
Gambar 4. Equivalent Elastic Plastic Curve

## 2. Daktilitas
Berdasarkan Equivalent Elastic Plastic Curve (EEPC) dapat dianalisis nilai daktilitas struktur balok dengan membandingkan displacement ulltimit dengan displacement yield . Nilai daktilitas yang didapat sebesar 3,93% pada siklus tarik dan 2,97% pada siklus tekan, sehingga didapatkan nilai daktilitas rata-rata sebesar 3,45%.

## Gambar 5. Daktilitas

## 3. Pola Retak
Pola keruntuhan pada balok castellated modifikasi komposit mortar ditandai dengan terjadinya retak pertama pada balok pada saat beban 40 kN. Seiring dengan bertambahnya beban, retakan semakin berkembang dan menyebar dimulai dari tumpuan ke pusat beban. Pada saat beban mencapai 141,8 kN terjadi leleh pada tulangan. Pola retak geser terlihat jelas ketika pada saat kondisi beban ultimate sebesar 203,5 kN untuk beban tarik dan -201,5 untuk beban tekan . Pola Retak diagonal membentuk sudut 45˚ Mekanisme terakhir ditandai dengan terjadinya spalling yang terjadi pada beton. Setelah terjadi spalling , beton sudah tidak mampu mendukung beban sehingga menyebabkan tulangan mengalami buckling dan lateral buckling pada baja castellated modifikasi saja seperti dilihat pada Gambar 6. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan nilai kuat geser maksimum pada struktur balok castellated komposit sebesar 203,5 kN untuk siklus tarik dan -201,5 kN untuk siklus tekan. Dari hasil analisis EEPC didapat nilai daktilitas rata-rata struktur balok sebesar 3,45. Berdsarkan FEMA 306 bahwa struktur termasuk dalam kategori daktilitas sedang. Pola keruntuhan yang terjadi pada balok castellated komposit mortar yaitu pola keruntuhan geser. Hal ini terlihat dari adanya pola retak membentuk garis diagonal dengan sudut sekitar 45˚ dan retakan dimulai dari arah tumpuan ke pusat beban.

## Gambar 6. Mekanisme keruntuhan

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian didapatkan nilai kuat geser maksimum pada struktur balok castellated komposit sebesar 203,5 kN untuk siklus tarik dan -201,5 kN untuk siklus tekan. Dari hasil analisis EEPC didapat nilai daktilitas rata-rata struktur balok sebesar 3,45. Berdsarkan FEMA 306 bahwa struktur termasuk dalam kategori daktilitas sedang. Pola keruntuhan yang terjadi pada balok castellated komposit mortar yaitu pola keruntuhan geser. Hal ini terlihat dari adanya pola retak membentuk garis diagonal dengan sudut sekitar 45˚ dan retakan dimulai dari arah tumpuan ke pusat beban.

## REFERENSI
ATC-43 Project, (1998), FEMA 306,
“Evaluation of Earthquake Damage Concrete and Masonry Wall Building” , Applied Technology Council, California.
Atmaja, D., (2012), “ Perilaku Geser Balok Komposit Castellated Bukaan Heksagonal dengan Selimut Mortar” , Universitas
Gadjah Mada, Yogyakarta.
Chalioris, C.E., (2012), Steel Fibrous RC Beams Subjected to Cyclic Deformations Under Predominant Shear, Engineering
Structures , Vol.49, pp 104-118.
Heldita, D., (2012), “ Perilaku Geser Balok Baja Castellated Bentuk Bukaan Lubang Segiempat dengan Tulangan dan Komposit Beton Agregat Praletak” , Universitas
Gadjah Mada, Yogyakarta.
Kristianta, I.P.H., (2014), “ Perilaku Geser Balok Castellated Modifikasi Dengan Penyambung Profil Siku Dan Komposit Mortar” , Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Marpaung .R, Suhadi, Tilik L.F., (2013), “ Perbandingan Energi Pada Percobaan Beton Bertulang Akibat Pembebanan Siklik dan Monotonik” , Jurnal Teknik Sipil, Vol.
9, pp 126-133.
Putri, A.P., (2014), “ Prilaku Geser Balok Castellated Modifikasi Kompoit Mortar Dengan Penyambung Tulangan Baja” , Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Ujianto, M., (2006), “ Lendutan dan Kekakuan Balok Beton Bertulang dengan Lubang Segiempat di Badan” , Jurnal eco Rekayasa , Vol.2, hal 52-57