PENINGKATAN EFISIENSI BAHAN STRUKTUR BETON BERTULANG DENGAN PENGGUNAAN VARIASI CAMPURAN MUTU BETON PADA DAERAH TARIK BETON

## Sukoyo
Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Semarang Jalan Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang, 50275 Telp. (024) 7473417 Email : jwahana_tspolines@yahoo.com

## Abstrack
In  a  cross-sectional  design  of  reinforced  concrete,  is  generally  assumed  to  be  only  30  to 50%  higher  cross  section  work  withstand  being  hit  withstand  tensile  rest.  From  these assumptions and with the use of the model diagram, meaning there are still opportunities to optimize the function of the concrete with the use of lower levels of the cement mixture. With this method the benefits expected to be obtained and optimally efficient use of cement as an adhesive in the construction of reinforced concrete. Experiments carried out by varying the mix  proportion  of  concrete  as  high  as  50%  higher  for  the  cross-sectional  area  that  will receive the attractive force. Of the six variations resulting mixture is made that the flexural strength  of  concrete  as  indicated  by  the  flexural  strength  test  results  obtained  that  the bending moment variation cement mix with lower levels do not affect the flexural strength of about 9.2 KNm.
Kata kunci :  optimal, gaya tarik, variasi campuran, diagram tegangan-regangan, kekuatan lentur.

## PENDAHULUAN
Asumsi  dasar  yang  digunakan  dalam perencanaan penampang beton bertulang masih menggunakan hubungan tegangan - regangan dimana beton  akan  menerima  gaya  tekan sedangkan  baja  untuk  menahan  gaya tarik.  Artinya  daerah  luasan  bidang tarik  yang  diisi  oleh  beton  sebenarnya secara  fungsional  tidak  memanfaatkan kekuatan  beton,  namun  sepenuhnya ditahan  oleh  tulangan.  Oleh  karena  itu daerah  ini  menjadi  tidak  efisien Sehingga  dengan  penggantian  mutu material  yang  lebih  rendahpun  tidak akan  mempengaruhi  kekuatan  elemen balok tersebut.
Penggunaan  bahan  beton  dan acuan  perancah  yang  efisien  akan menghemat penggunaan material
secara signifikan [4,5,6,7,8]. Peningkatan  efisiensi  ini  akan  terjadi apabila kekuatan rencana sesuai dengan  kebutuhan  konstruksi  tersebut, dimana  pada  umumnya  penurunan rumus-rumus  yang  digunakan  pada perencanaan didasarkan pada anggapan diagram  tegangan  lentur,  baja  sebagai penahan  tarik  dan  beton  sebagai penahan tekan. Sehingga masih ada 50 hingga  70%  tinggi  penampang  yang dapat diefisienkan mutu campurannya.Yang tentu dalam
pelaksanaanya  perlu  pengawasan  yang ketat  dalam  pelaksanaan  agar  tidak terjadi kesalahan, dimana hanya daerah yang  mengalami  serat  tarik  saja  yang divariasikan mutu betonnya.
Dalam analisa penampang beton  yang  dibebani  lentur  ada beberapa asumsi  yang digunakan :
a. Beton  kekuatan  tariknya  relatif kecil  berkisar  10%  dari  kekuatan tekannya.
b. Perubahan bentuk berupa pertambahan panjang dan perpendekan pada serat-serat penampang berbanding lurus dengan  jarak  tiap  serat  ke  sumbu netral  atau  yang  dikenal  dengan azas Bernoulli dan Navier
“Penampang  bidang  datar  akan tetap datar sesudah deformasi”.
c. Hubungan  antara  tegangan  dan regangan  baja    dan  beton  dapat dinyatakan secara skematis.
Pada  balok  beton  dengan  lebar  b  dan tinggi  efektif  d  yang  menahan  momen lentur,  distribusi  tegangan  –regangan penampangnya  akan  terlihat  seperti gambar 1 berikut ini :
Gambar 1. Distribusi Tegangan-Regangan Penampang Beton Bertulang
Tampak  dari  diagram  tinggi  daerah tekan (yang diarsir) adalah c, sedangkan regangan tekan dan regangan  tarik  (dalam  beton  dan  baja) berbanding  lurus  dengan  jarak  sumbu netral  (gambar  1a).  Gambar  1c menyatakan  distribusi  tegangan  pada bagian  yang  belum  retak.  Tegangan tarik  maksimum  beton  terdapat  pada serat terbawah dan lebih kecil dari f’c.
Selama  tegangan  tekan  lebih  kecil, diagram  distribusi  tegangan  masih linier  [1,2,3].  Bila  beban  pada  balok diperbesar,  tegangan  tarik  akan  beton akan  melebihi  f’c,  beton  akan  retak, akibatnya gaya tarik dilawan tulangan, sedangkan diagram distribusi tegangan
tekan  pada  beton  mendapatkan  bentuk lengkung  yang  mendekati  diagram tegangan-reganagn  yang  sebenarnya. Daerah  regangan  tarik  tidak  retak sepanjang  tingginya  (bagian  atas), tetap  tidak  retak,  dengan  demikian dapat  meneruskan  sebagian  gaya  tarik (gambar 1d).
Pada saat balok hancur, distribusi  tegangan  pada  penampang adalah  sesuai  gambar  1e.  Didaerah tekan,  hubungan  antara  tegangan  dan regangan sesuai dengan  diagaram  -  yang sebenarnya bagi beton. Tegangan pada  serat  atas  sama  dengan  tegangan tekan  hancur,  sedangkan  pada  daerah tekan  telah  mencapai  tinggi  minimum
b
 s c
 c  c ≤fc  s c  ’ c c d e c d h a b c  ’ cu f y c
cu, bagian daerah tarik yang tidak retak sangat  kecil  dan  dapat  diabaikan, tegangan  pada  tulangan  beton  dapat dianggap  sama  dengan  tegangan  leleh fy.
Regangan  pada  baja  dan  beton dinyatakan  dengan  s .  Hubungan antara  s dan  s umumnya  diskemakan sebagai  garis  lurus  yang  patah  seperti disajikan  pada  gambar  2.  Kemiringan awal  dari  kurva  menyatakan  modulus elastisitas baja beton dan untuk kedua mutu  baja  beton  besarnya  adalah  E s = 2.1  x  10 5 MPa.  Garis  horizontal  pada
diagram  ini  ditentukan  oleh  tegangan leleh  fy  atau  batas  leleh  pada  batas regangan 0,2%.
Hubungan  antara  tegangan-regangan yang diskematisasikan tersebut didapatkan  dengan  berbagai  cara  dan banyak dipakai pada pedoman maupun peraturan  antara  lain  SKSNI,  ACI, maupun  CEB.  Gambar  3  berikut adalah  gambar  model  skema  dari beberapa peraturan.
Gambar 2.  Diagram Tegangan Regangan Baja Diskematisasikan
Gambar 3. Diagram  -  Beton yang Diskematisasikan Gambar 3a menunjukkan hubungan linier dari tegangan- regangan,  dan  pada  gambar  3b  dipilih sebuah  parabola  derajat  dua.  Pada
gambar 3c diberikan diagram
tegangan-regangan bilinier dan gambar 3d  adalah  kombinasi  persegi  dan parabola.  Dan  pada  gambar  3e  adalah
 s c  s fy=240 MPa E s fy= 400 MPa 240 400  ’ c,  ’ cu
 ’ c f’c
 ’ c,  ’ cu
 ’ c f’c
 ’ c,  ’ cu
 ’ c f’c
 ’ c,  ’ cu
 ’ c f’c
 ’ c,  ’ cu
 ’ c f’c a b c
d e
diagram tegangan-regangan yang digunakan  sebagai  dasar  penurunan perencanaan  beton  bertulang  yang banyak dipakai pada buku teks. Dalam peraturan  nilai  ’ cu dibedakan  0,3% dan 0,35%.
Pada SKSNI 2002 mengijinkan
setiap hubungan diskematisasikan
antara  -  ,  asalkan  kebenarannya dinyatakan dengan sejumlah pengujian yang cukup dan valid. Dalam peraturan
beton  tersebut  sesuai  pada  gambar  4e dinyatakan  nilai  f’c  diambil  sebesar 0,85f’c. Harga a= βc ditentukan oleh β = 0,85 untuk mutu beton f’c<30 MPa.
Untuk  mutu  beton  yang  lebih  tinggi, menurut rumus β = 0,85-0,008(f’c-30), maka harga β akan menjadi lebih kecil. Diagram-diagram  -  gambar  3e diskemakan  menjadi  gambar  diagram tegangan  seperti  ditunjukkan  dalam gambar 4. berikut.
Gambar 4. Penampang dengan Variasi Diagram Tegangan
Dari syarat keseimbangan didapat  H=0  didapat  bahwa  C=Ts (kondisi  seimbang  antara  kuat  tekan beton  dan  kuat  tarik  baja).  Titik tangkap  C  terletak  pada  jarak  3/8Cu dari  serat  yang  paling  tertekan  yakni
y=0,37Cu’.  Jarak  antara  resultan  gaya tekan dan resultan gaya tarik adalah d- y = d-0,37c u ’, dan Mu = Ts (d-0,37c u ). Untuk diagram bilinier pada gambar 4b berlaku sebagai berikut :
c ' f . c . b 64 , 0 c ' f . c . b 24 9 ) c ' f . c . b 7 5 ( 2 1 c ' f . c . b 7 2 Cu u u u u     (1)
Nilai Cu,  y, dan Mu  dari  model grafik yang diberikan pada gambar 6 tersebut dapat  diperoleh  dengan  cara  mencari titik  berat  (y)  dari  diagram  asumsi, maka  akan  diperoleh  persamaan  untuk grafik  pada  gambar  6b,  6c,  dan  6d diberikan  dalam  tabel  1.  Untuk
keamanan  diambil  harga  rata-rata  dari keempat  pengandaian  yang  berbeda- beda  yakni  Cc  =  0,70b.c u .f’c  dan  y =0,40c u ’.  Oleh  karena  itu  hubungan antara  tegangan  dan  regangan  serta kaitan antara Mu dan As diformulasikan berikut :
b a f’ c f y c c 0,85f’ c f y c d d 0,85c u
b c d h f’ c f y c c u f’ c f y c c u f’ c f y c y d-y T s Cc e
Cs = 0,70b.c u .f’c = As.fy (2) Mu = As.fy.(d-0,40c u ) (3) Tabel 1 Nilai Cc, y, dan Mu berdasar diagram yang digunakan pada gambar 3.6. Model Grafik Gambar Cc = Ts y Mu 6a 0,67b.c u .f’c = As.fy  0,37c u Ts(d-0,37c u ) 6b 0,64b.c u .f’c = As.fy  0,35c u Ts(d-0,35c u ) 6c 0,76b.c u .f’c = As.fy  0,40c u Ts(d-0,40c u ) 6d 0,72b.c u .f’c = As.fy  0,42c u Ts(d-0,42c u )
Dari  gambar  4  dan  tabel  1  di atas  dapat  dinyatakan  bahwa,  apapun model  diagram  yang  digunakan,  maka daerah  tarik  pada  beton  hanya  ditahan oleh  tulangan.  Ini  artinya  bahwa bagian  penampang  tersebut  dapat dioptimalkan  dengan  menggunakan material yang sesuai dengan kebutuhan tegangan yang terjadi.

## METODOLOGI PENELITIAN
Dalam diagram tegangan yang menjadi dasar dalam perencanaan beton bertulang  ,    daerah  dibawah  garis netral, yang bekerja menahan tegangan tarik  hanyalah  baja.  Dengan  demikian kalau  kita  tilik  permasalahan  ini artinya masih ada sebagian penampang yang kurang berfungsi secara mkasimal.    Prinsip  ini  memberikan peluang untuk mengoptimalkan daerah dibawah  garis  netral  sesuai  dengan fungsinya,
yaitu beton tidak mengalami  tegangan,  artinya  dengan
prinsip  tersebut  ekstrimnya  secara teoritis  luasan  dapat  dihilangkan, namun  secara  prinsip  keamanan,  baja menjadi  tidak  terlindung.  Untuk  itu tanpa  mengurangi  fungsi  perlindungan terhadap  baja  tulangan  dan  tetap terjaganya  hubungan  beton  dan  baja, mutu  beton  pada  daerah  tarik  dapat diganti  dengan  mutu  yang  lebih rendah. Dengan material yang mutunya lebih  rendah  pada  akhirnya  akan menghemat  penggunaan  bahan  beton bertulang  yaitu  semen,  kerikil  atau bahkan  pasir.  Atas  dasar  tersebut diatas,  maka  hal  yang  harus  dilakukan dalam penelitian ini adalah :
a. Melakukan  studi  numerik  untuk menentukan  kebutuhan  tulangan dari  model,  studi  ini  dimaksudakn untuk  menghindari  kerusakan  dan kegagalan dalam uji eksperimental.
b. Perhitungan  numerik  dilakukan dengan  mengkaji  tegangan  dan regangan pada elemen model.
c. Melakukan uji eksperimental pengaruh  perbedaan  penggunaan mutu bahan pada model.
d. Melakukan analisis untuk
memverifikasi hasil pengujian dengan  bantuan  software  SAP dalam beberapa model yaitu
elemen  frame,  shell,  Asolid,  dan solid.
Berikut ini sketsa model untuk analisis dan  uji  eksperimental  yang  digunakan dan  tabel  campuran  material  standar sesuai perencanaan :
Gambar 5 Model Gelagar Untuk Uji
Tabel 2 Variasi Campuran Beton No Baja Tulangan (MPa) CBR (MPa) CBRd (MPa) Jumlah 1 240 1:2:3 1:2:3 1 2 240 1:2:3 1:3:3 1 3 240 1:2:3 1:3:4 1 4 240 1:2:3 1:4:4 1 5 240 1:2:3 1:4:5 1 6 240 1:2:3 1:5:5 1 Catatan :
CBR   : Campuran Beton Rencana CBRd  : Campuran Beton Rendah
Dari model variasi mutu beton tersebut selanjutnya  dilakukan  pembebanan sampai gaya rencana (beton serat tekan mencapai  f’c,  dan  baja  mencapai  fy), kemudian  dilakukan  analisis  pengaruh penggantian  mutu  beton  lebih  rendah dengan  mutu  rencana  untuk  bagian serat  taik  yang  dikomparasi  dengan beton  yang  tidak  standar  yaitu  satu mutu beton untuk seluruh bagian.

## HAS I L DAN PEMBAHASAN
Pembuatan  Benda  Uji  Balok  dan
Silinder Pembuatan benda uji penelitian dimulai dari analisis dimensi penampang  yang  akan  digunakan dalam  pengujian  beban.  Secara  umum proses dilakukan sebagai berikut : 1. Penentuan dimensi balok uji
P
Mutu beton rencana
Mutu beton rendah
2. Pembuatan cetakan balok
3. Perakitan tulangan
4. Pengecoran sesuai dengan proporsi campuran  yang  telah  ditentukan dalam  metodologi  dan  pengecoran benda uji silinder untuk menentukan mutu beton.

## Hasil Pengujian
Agar  dipenuhi  umur  beton  standar pengujian  kuat  tekan  dan  kuat  lentur dilakukan  setelah  beton  berumur  28 hari. Walau sebenarnya untuk pengujian  kuat  tekan  dapat  dilakukan pada umur 7 hari, 14 hari atau 21 hari,
namun  untuk  pengujian  yang  terkait dengan  kekuatan  lentur  konstruksi harus dilakukan setelah beton mencapai  umur  minimal  28  hari. Karena  pada  umur  ini  beton  telah mencapai  kekuatan  maksimumnya, sehingga  keadaan  waktu  pengujian dengan  keadaan  konstruksi  ketika mulai  menahan  beban  adalah  sama. Dari  pengujian  kuat  tekan  variasi campuran  didapatkan  hasil  tabel  3, sedangkan pengujian kuat lentur untuk variasi  campuran  dan  konstruksi  lapis didapat seperti tabel 4 berikut :

## Tabel 3 Kuat Tekan Campuran
No Campuran Kuat Tekan (MPa) 1 1:2:3 15.584 2 1:3:3 13.831 3 1:3:4 12.662 4 1:4:4 8.571 5 1:4:5 7.792 6 1:5:5 4.870 Tabel 4 Kuat Lentur Variasi Beton Lapis No Baja Tulangan (MPa) CBR (MPa) CBRd (MPa) P (KN) Momen (kNm) 1 240 1:2:3 1:2:3 86.800 9.874 2 240 1:2:3 1:3:3 86.800 9.874 3 240 1:2:3 1:3:4 82.600 9.396 4 240 1:2:3 1:4:4 81.200 9.237 5 240 1:2:3 1:4:5 81.200 9.237 6 240 1:2:3 1:5:5 81.200 9.237

## Pembahasan
Kuat  tekan  beton  uji  silinder  dari variasi campuran yang direncanakan di atas  diperoleh  mutu  kuat  tekan  yang ditunjukkan  dalam  gambar  5.  Dari
grafik  variasi  campuran  dari  1:2:3 sampai  dengan  1:5:5  terlihat    bahwa kekuatan yang diperoleh pada campuran  1:5:5  mencapai  sepertiga dari  kekuatan  beton  yang  dianggap
0.000 3.000 6.000 9.000 12.000 15.000 18.000 1:2:3 1:3:3 1:3:4 1:4:4 1:4:5 1:5:5 Kuat Tekan Kuat Tekan
sebagai  standar  yaitu  1:2:3,  dari  sini dapat dikatakan bahwa dengan menggunakan  mutu  beton  tersebut maka  semen  yang  digunakan  menjadi lebih  sedikit  untuk  ukuran  volume yang  sama,  hal  ini  akan  membuat penggunaan  semen  menjadi  lebih efisien.
Dari  gambar  grafik  gaya  lentur terpusat  untuk  model  dengan  jarak antar  tumpuan  45,5  cm  tersebut menunjukkan  besarnya  variasi  gaya lentur  yang  dihasilkan  antara  beton dengan campuran murni 1:2:3 terhadap beton  balok  yang  terdiri  dari  dua variasi campuran
menunjukkan perbedaan yang tidak terlalu besar atau mendekati  sama.  Hal  ini  artinya  apa yang  disajikan  dalam  dasar  teori hubungan  tegangan  dan  regangan tersebut  bahwa  optimasi  diagram masih  dapat  dilakukan  untuk  efisiensi penggunaan  semen  agar  diperoleh kekuatan yang memadahi.
Demikian  juga  grafik  yang ditunjukkan  oleh  kekuatan  momen lentur  yang  terjadi  pada  variasi  mutu campuran  1:2:3  sampai  penggunaan
campuran  1:5:5  masih  dihasilkan kekuatan  lentur  yang  relatif  sama. Artinya  dengan  penggunaan  variasi material beton untuk daerah tarik akan menghasilkan  kekuatan  momen  lentur yang  sama.  Jadi  dengan  metode  ini penggunaan  semen  menjadi  lebih  irit. Efisiensi  penggunaan  semen  akan menjadi lebih signifikan ketika mengecor balaok dengan dimensi yang besar misalnya 1 meter. Namun demikian dalam pelaksanaan  pengecoran  diperlukan pengawasan  yang  ketat  agar  tidak terjadi kesalahan
penggunaan campuran  tersebut.  Bila  campuran rendah  digunakan  untuk  daerah  tekan maka  akan  memberikan  dampak  yang fatal terhadap kekuatan struktur. Demikian  halnya  untuk  penggunaan konstruksi  yang  moemen  lenutnya berubah  arah  atau  tanda,  maka  akan menjadi  tidak  cocok  dan  berbahaya. Oleh  karena  itu  penggunaan  variasi campuran  yang  lebih  rendah  ini  akan aman  bila  dipastikan  respons  gaya yang terjadi hanya tarik saja pada serat yang sama.
Gambar 6. Grafik Kuat Tekan Beton dg Variasi Campuran
5.000 7.000 9.000 11.000 13.000 15.000 17.000 19.000 1:2:3 vs 1:2:3 1:2:3 vs 1:3:3 1:2:3 vs 1:3:4 1:2:3 vs 1:4:4 1:2:3 vs 1:4:5 1:2:3 vs 1:5:5 Momen Lentur Momen Lentur 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 1:2:3 vs 1:2:3 1:2:3 vs 1:3:3 1:2:3 vs 1:3:4 1:2:3 vs 1:4:4 1:2:3 vs 1:4:5 1:2:3 vs 1:5:5 Gaya Lentur Gaya Lentur
Gambar 7. Grafik Gaya Lentur Balok dg Variasi Campuran
Gambar 8. Grafik Momen Lentur Balok dg Variasi Campuran

## SIMPULAN
Dari  hasil  dan  pembahasan  di  atas dapat  diperoleh  kesimpulan  bahwa kekuatan  lentur  yang  dihasilkan  dari penggunaan  campuran  yang  lebih rendah  untuk  daerah  serat  tarik  masih dimungkinkan untuk efisiensi penggunaan  bahan  perekat/  semen, kekuatan  lentur  sesuai  dasar  teori  dan banyak  dipakai  dalam  asumsi  desain bahwa hanya memperhitungkan
kekuatan  tulangan  saja  dapat  dipakai campuran mutu yang lebih rendah dari mutu beton untuk serat tekan.
Penggunaan  campuran  lebih  rendah untuk  beton  dengan  serat  tarik  harus dapat diprediksi bahwa elemen tersebut  dipastikan  hanya  menerima gaya dalam satu arah, bukan gaya yang bersifat bolak-balik dan efisiensi penggunaan semen akan menjadi lebih signifikan  ketika  balok  yang  dicor mempunyai    tinggi  penampang  diatas 25 cm.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Dalam  penelitian  ini  atas  nama  tim peneliti  mengucapkan  terima  kasih
yang sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah mendukung pelaksanaan penelitian ini  antara lain : Politeknik Negeri Semarang yang telah mendanai  pelaksanaan  penelitian  ini, UP2M  Polines  yang  telah  membantu terselenggaranya  penelitian,  dan  para anggota tim penliti dan para mahasiswa  yang  telah  bekerja  keras untuk membantu proses penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
Ajit,  K.M  and  Singh,  S.T.,  1991, Deformation  of  Elastic  Solids , Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. Armenakas, A.E, 1991, Modern Structural  Analysis  The  Matrix Method  Approach ,  Mc  Graw- Hill, Inc, New York. Cook, R.D, 1985, Advanced Mechanics of Materials , Macmillan Publishing Company, New York. Cook,  R.D.,  1990, Konsep  dan
Aplikasi  METODE  ELEMEN HINGGA ,  Edisi  Pertama,  PT. ERESCO, Bandung.
Dally,  J.M  and  Riley,  W.F,  1991,  3 rd
edition, Experimental  Stress Analysis , Mc Graw-Hill International, New York. Reddy, J.N., 1993, An Introduction to the FINITE ELEMENT METHOD .    Second  Edition, McGraw-Hill International,
New York.
Timoshenko,  S.P.  and  Goodier,  J.N., 1970, Theory  of  Elasticity ,
McGraw-Hill International, New York. Wilson  E.L  and  Habibullah  A,  2002, SAP2000 A Series Of Computer Program  for  the  Static  and Dynamic Finite Element Analysis  of  Structures ,  CSI, Inc, Berkeley, California