## Pengaruh Penambahan Tulangan Tekan Terhadap Momen Kapasitas Lentur dan Daktilitas Balok
Jaya Permana 1 , M. Muhtaris 2 , Eka Susanti* 3 dan Yanisfa 4
1,2,3,4 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya Program Studi Teknik Sipil, FTSP-ITATS, Surabaya e-mail: 3 ekasusanti2015@gmail.com, 4 yanisfa.septi@gmail.com
Received 16 Agustus 2019; Reviewed 04 September 2019; Accepted 28 November 2019 Journal Homepage: http://jurnal.borneo.ac.id/index.php/borneoengineering

## Abstract
Double reinforcement beam design, increasing the compressive reinforcement can increase the flexural capacity  moment  and  ductility  of  concrete  beams.  This  helps  planners  to  improve  flexural  capacity moment with  minimal  dimensions,  that  are  still  acceptable  in  terms  of  aesthetics.  The  purpose  of  this study is to know how much influence the increasing compressive reinforcement can increase the flexural capacity  moment  and  ductility  of  concrete  beams.  Experimental  research  with  beam  specimens 20x20x60  cm,  2D16  tensile  reinforcement,  fc’  25  mpa  and  fy  320  mpa.  With  a  ratio  of  compressive reinforcement  to  tensile  reinforcement  of  0.14;  0.25  and  0.59.  Flexural  strength  testing  uses  flexible loading  with  a  roll-pined  joint.  The  process  of  load  reading  is    yield  phase  until  ultimate  phase.  The results of the analysis show an uses of increasing compressive reinforcement can increase the moment of flexural capacity and ductility. The addition of compressive reinforcement reached 25% from tensile reinforcement,  can  increase  the  moment  of  bending  capacity  by  4.47%,  but  uses  compressive reinforcement  reached  50%  of  tensile  reinforcement,  only  increasing  the bending  moment capacity of 1.43%.  For  ductility,  uses  compressive  reinforcement  reaches  25%  from  tensile  reinforcement,  can increase  ductility  by  19.73%  and  an  increase  of  26.17%  by  adding  compressive  reinforcement  up  to 50%  of  tensile  reinforcement.  From  these  results  it  appears  that  the  more  improvements  added,  the more the ductility increases and the less the moment the flexural capacity increases.
Keywords: Compressive Reinforcement, Flexural Capacity Moment, Ductility

## Abstrak
Pada disain balok dengan tulangan rangkap, peningkatan momen kapasitas lentur dan daktilitas balok beton  bertulang  dapat  dilakukan  dengan  penambahan  tulangan  tekan.  Hal  ini  membantu  perencana dalam memaksimalkan kemampuan balok dengan dimensi yang minimal sehingga masih dapat diterima dari segi estetika. Penelitian ini bertujuan mengetahui seberapa besar pengaruh penambahan tulangan tekan terhadap peningkatan momen kapasitas lentur dan daktilitas. Penelitian ini bersifat eksperimental dengan benda uji balok berdimensi 20x20x60 cm, tulangan tarik 2D16, mutu beton fc 25 mpa dan mutu baja fy  320 mpa. Dengan rasio tulangan tekan terhadap tulangan tarik sebesar 0,14  ; 0,25 dan 0,59. Pengujian  kuat  lentur  menggunakan  pembebanan  satu  bending  dengan  perletakan  sendi-rol.  Proses pembacaan  dan  pencataan  dilakukan  pada  setiap  fase    yield  sampai  fase  ultimate.  Sehingga  dapat diketahui  besar  pembebanan  pada  saat  yield  dan  ultimate.  Hasil  analisis  menunjukkan  penambahan tulangan  tekan  dapat  meningkatkan  momen  kapasitas  lentur  dan  daktilitas.  Penambahan  tulangan tekan  mencapai  25%  dr  tulangan  tarik,  dapat  meningkatkan  momen  kapasitas  lentur  sebesar  4,47%, namun  penambahan  tulangan  tekan  hingga  mencapai  50%  dr  tulangan  tarik,  hanya  meningkatkan kapasitas momen lentur sebesar 1,43%. Untuk daktilitas,  penambahan tulangan tekan mencapai 25% dr  tulangan  tarik,  dapat  meningkatkan  daktilitas  sebesar  19,73%  dan  terjadi  peningkatan  26,17% dengan  menambahkan  tulangan  tekan  sampai  50%  dari  tulangan  tarik.  Dari  hasil  tersebut  terlihat semakin banyak tulangan tekan yang ditambahkan, semakin banyak peningkatan daktilitas dan semakin sedikit peningkatan momen kapasitas lenturnya .
Kata kunci : Tulangan Tekan, Momen Kapasitas Lentur, Daktilitas.

## 1. Pendahuluan
Struktur  beton  bertulang  merupakan  gabungan  dua  bahan  yang  komposit,  yaitu  beton  dan  baja tulangan. Masing-masing bahan tersebut memiliki peranan tersendiri, yaitu beton yang kuat dalam menahan tekan dan baja  tulangan yang kuat menahan tarik.  Kedua material bekerja bersama-sama dalam  menahan  gaya  yang  bekerja.  Disain  tulangan  lentur  beton  bertulang  terdiri  dari  dua  jenis penulangan yaitu: tulangan tunggal dan rangkap. Menurut Priestley, N (1990), Daktilitas material, dalam  hal  ini  material  baja  dan  material  beton,  dapat  membantu  dalam  meningkatkan  daktilitas elemen  struktur  balok  beton  bertulang.  Dan  menurut  Park  Paulay  (1975),  penggunaan  tulangan rangkap  dapat  meningkatkan  momen  kapasitas  lentur  dan  meningkatkan  daktilitas  pada  balok. Hasil penelitiaan Oscar (2009) menyatakan bahwa hasil analisis dari permodelan benda uji dengan penambahan tulangan tekan, dapat meningkatkan daktilitas kurvatur.
Perubahan  disain  dilapangan  terkadang  menyebabkan  perubahan  pada  kebutuhan  akan  kapasitas lentur balok yang lebih tinggi dari kapasitas disain. Dengan sifat penambahan tulangan tekan yang dapat  peningkatan  kapasitas  lentur  balok,  maka  hal  ini  akan  dapat  menjadi  alternatif  dalam mengatasi  permasalahan  tersebut  ,    tanpa  harus  memperbesar  ukuran  balok  dan  memiliki  nilai tambah  dari  segi  estetika.  Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  studi  eksperimental  terhadap  balok beton bertulang dengan variasi rasio tulangan tekan terhadap tulangan tarik, untuk melihat seberapa efektif baja tulangan SNI ( Standar Nasional Indonesia) mampu memberikan peningkatan momen kapasitas lentur dan daktilitas dalam kasus penambahan tulangan tekan.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental dengan data balok beton bertulang sebagai berikut:
Dimensi balok uji : 20 x 20 x 60 cm Mutu beton : 30 Mpa Mutu baja : 320 Mpa
Dasar  penetapan  nilai  rasio  tulangan  tarik  dan  penambahan  tulangan  tekan  mengacu  pada  Park Paulay (1975) dan Nawy, E.G., (1996) untuk perkiraan analisis kuat lentur balok dengan tulangan rangkap. Pada penelitian ini digunakan tulangan tarik 2D16 (As = 401,92 mm 2 )  dan tulangan tekan 2D6  (As’  =  56,52  mm 2 ).  Sehingga
dan
.  Hal  yang  sama  juga  dilakukan  untuk  penambahan  tulangan  tekan berikutnya dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 1.

## Tabel 1. Data benda uji
Tipe Jumlah tulangan tarik ( ρ ) Jumlah tulangan tekan ( ρ’ ) ρ’/ ρ BU1 2D16 2D6 0,14 BU2 2D8 0,25 BU3 3D10 0,59
Gambar 1. Statika pembebanan lentur benda uji
R VB R VA 600mm 75                     225                                         225                         75mm P
Masing-masing  tipe  benda  uji  dibuat  3  sample  dan  di  uji  lentur  dengan  meletakkan  benda  uji diantara dua tumpuan dan beban di tengah bentang. Hasil uji lentur berupa data beban ( P ) pada saat  yield  dan  ultimit.  Analisis  momen  kapasitas  lentur  dilakukan  dengan  analisis  struktur  statis tertentu,  dimana  balok  terletak  diantara  2  tumpuan  dan  beban  P  sesuai  dengan  data  uji  lentur dengan statika seperti pada gambar 1.
M max ditengah bentang diperoleh dengan persamaan 1, dengan prosedur analisis daktilitas mengacu pada hasil penelitian Eka Susanti (2014) dan validasi persamaan pada buku Purwono, R (2002).
M max = R vA (225+75)- (q (0,5L)x0,25L (1)
Dimana:
q = berat sendiri balok = b x h x Bj balok
Bj balok    = 2400 kg/m 3
R VA = R VB = Reaksi perletakan = P/2 + qL/2
Analisis dilanjutkan untuk memperoleh nilai kurvatur dan daktilitas balok. Perumusan berdasarkan diagram regangan dan tegangan balok seperti pada gambar 2.
Gambar. 2. Diagram Regangan dan Tegangan Beton Bertulang

## 2.1. Kurvatur Yield
Nilai kurvatur pada saat yield dapat di hitung berdasarkan persamaan 2 sampai dengan 4, Priestly (1990).
)                                                                                       (2) (3) (4)
Dimana:
c = jarak garis netral (cm)
d = Jarak permukaan sisi atas penampang ke titik berat tulangan tarik My  = Momen pada saat yield, diperoleh dari data uji beban lentur saat P mencapai yield dan
My di hitung dengan persamaan 1
As  = luas baja tulangan tarik = ( cm 2 ) n = Jumlah tulangan As’ As d’ ɛs d c As.fy a 0,85 fc’. ab h b 0,85 fc’ ɛs’ ɛc
fy  = Mutu baja (Mpa) Es  = Modulus elastisitas baja = 200.000 Mpa
= Regangan baja pada saat yield = = Kurvatur pada saat yield

## 2.2. Kurvatur Ultimit
Nilai kurvatur pada saat ultimit dapat di hitung berdasarkan persamaan 5 sampai dengan 9, Priestly (1990).
)                                                                           (5)
Dimana: = 0,85 (untuk fc ≤ 30Mpa) Tinggi daerah tekan beton, dicari dengan persamaan momen berikut (diasumsikan baja tekan belum leleh)
( ) (6)
Cek apakah baja tekan sudah leleh, dengan persamaan 7.
( )
(7)
Apabila baja tekan belum leleh, maka nilai a yang dicari dengan persamaan 6 sudah benar. Namun apabila persamaan 7 menyatakan baja tekan  sudah leleh, maka cara mencari nilai a diganti dengan menggunakan persamaan 8:
( ) (8)
Berdasarkan nilai a ini, maka dapat dicari nilai c dengan persamaan 5 dan mencari kurvatur ultimit dengan persamaan 9.
(9)
Dimana:
a = tinggi penampang beton tekan (cm) fc’
= Mutu beton ( Mpa)
b = lebar balok beton
= regangan beton ultimit = 0,003
= regangan baja tekan = d’ = Jarak permukaan sisi atas penampang ke titik berat tulangan tekan
Mu = Momen pada saat ultimit, diperoleh dari data uji beban lentur saat P mencapai ultimit dan Mu di hitung dengan persamaan 1 As’ = luas baja tulangan tekan = ( cm 2 ) n
= Jumlah tulangan = Kurvatur pada saat ultimit

## 2.3. Daktilitas (
Daktilitas  merupakan  ukuran  dari  kinerja  struktur  terhadap  beban  gempa.  Semakin  daktail strukturnya, maka makin baik kinerja struktur tersebut dalam menerima beban gempa. Daktilitas ini adalah  kemampuan  struktur  untuk  masih  tetap  bertahan  dari  keadaan  baja  tulangan  tarik  sudah mencapai  yield  sampai  beton  mencapai  keruntuhan/ultimit.  Semakin  lama  kemampuan  struktur tersebut  bertahan  dari  keadaan  yield  hingga  mencapai  ultimit,makin  daktail  struktur  tersebut  dan semakin  banyak  nyawa  akan  terselamatkan.  Daktilitas  ini  di  hitung  berdasarkan  persamaan  10, Priestly (1990).
(10)

## 3. Hasil dan Pembahasan
Tabel 1. Hasil uji lentur dari 3 tipe benda uji adalah sebagai berikut
Tipe BU1 (P dalam kg) BU2 (P dalam kg) BU3 (P dalam kg) Benda uji 1 2 3 1 2 3 1 2 3 500 500 500 500 500 500 500 500 500 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4500 4500 4500 4500 4500 4500 4500 4500 4500 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5500 5500 5500 5500 5500 5500 5500 5500 5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 7000 7000 7000 7000 7000 7000 7000 7000 7000 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 8500 8500 8500 8500 8500 8500 8500 8500 8500 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9500 9500 9500 9500 9500 9500 9500 9500 9500 10000  10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10500  10500 10500 10500 10500 10500 10500 10500 10500 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11000 11500 11500 11500 11500 11500 11500 11500 12000 12000 12000 12000
Data hasil uji lentur di rangkum dalam tabel 2 untuk kemudahan perhitungan.
Tabel 2. Hasil uji lentur rata-rata
Tipe *P (kg) saat yield *P (kg) saat ultimit BU1 7.000 11.166,67 BU2 5.333,3 11.666,67 BU3 1.666,67 11.833,33
*P adalah nilai rata-rata dari ke tiga benda uji untuk satu tipe benda uji.
Berdasarkan  tabel  2  dan  persamaan  1  sampai  dengan  persamaan  10  maka  dilakukan  analisis momen kapasitas lentur, kurvatur dan daktilitas seperti contoh berikut.
Contoh analisis momen kapasitas lentur, kurvatur dan daktilitas untuk balok tipe BU1:
a. Fase Yield
Nilai P rata-rata pada fase yield dari ketiga benda uji adalah:
Berat balok beton (q)
Reaksi perletakan:
Momen yield yang terjadi adalah:
=
Tinggi daerah tekan beton ( c ) :
Regangan beton pada saat baja tulangan tariksudah mencapai fase yield
Kurvatur pada fase yield:
= Rad/mm

## b. Fase Ultimate
Nilai P rata-rata pada fase ultimit dari ketiga benda uji adalah:
Reaksi perletakan:
Momen ultimit yang terjadi adalah:
= 16793200 Nmm
Untuk mencari tinggi daerah tekan beton (a), diasumsikan baja tekan belum leleh, maka:
( ) ( ) ( )                       ( )
Tinggi daerah tekan beton:
Cek apakah benar asumsi baja tekan belum leleh:
Berarti benar baja tekan belum leleh.
Kurvatur ultimit:
Rad/mm
Nilai daktilitas

## Daktilitas  =
Dengan cara yang sama, dilakukan analisis momen kapasitas lentur, kurvatur dan daktilitas untuk balok tipe BU2 dan BU3 yang hasilnya dapar dilihat pada tabel 4.
Tabel 3. Hasil analisis Momen, kurvatur dan daktilitas
Tipe ρ’/ ρ My (Nmm) Mu (Nmm) BU1 0,14 10.543.200 16.793.200  0,00001797 0,00013 7,23 BU2 0,25 8.021.600 17.521.600  0,00001473 0,000132 8,96 BU3 0,59 2.521.600 17.771.600  0,000011633  0,000132 11,35
Sebagai  validasi  hasil  penelitian,  hasil  penelitian  ini  dapat  dibandingakn  dengan  hasil  penelitian terdahulu:
1. Perbandingan Terhadap Hasil Penelitian  Oscar (2009)
Tabel 2 Oscar (penelitian permodelan) menyatakan bahwa untuk balok R3-4 dengan rasio tulangan tarik dan penambahan tulangan tekan mencapai ¼ tulangan tarik (
) , dapat
mencapai daktilitas sebesar 9,8793.
Tabel 3 pada penelitian ini (penelitian eksperimental), benda uji R3-4 sebanding dengan benda uji BU2, dengan nilai dan dan daktilitas yang dihasilkan adalah 8,96. Apabila dibandingkan,  terdapat  selisih  nilai  penelitian  permodelan  terhadap  nilai  penelitian  eksperimental sebesar 9, 3%.

## 2. Perbandingan Terhadap Hasil Penelitian  Park Paulay (1975)
Keduanya merupakan hasil penelitian eksperimental dengan perbedaan karakteristik material baja dari  negara  masing-masing.  Untuk  memudahkan  perbandingan  hasil  penelitian,  maka  tabel  3 diubah  dalam  bentuk  prosentase  peningkatan  momen  kapasitas  lentur  dan  daktilitas,  yang  tertera pada tabel 4.

## Tabel 4. Prosentase peningkatan momen kapasitas lentur dan daktilitas
Peningkatan ρ’/ ρ Peningkatan Mu (%) Peningkatan (%) 0,14 sd 0,25 4,47 19,73 0,25 sd 0,59 1,43 26,17
Dari tabel 4, terlihat bahwa penambahan tulangan tekan sampai dengan  25% dapat meningkatkan momen kapasitas lentur Mu mencapai 4,47% dan daktilitas 19,73%. Namun penambahan tulangan tekan  diatas  25%  sd  50%,  hanya  meningkatkan  sedikit  kapasitas  lentur  dan  banyak  peningkatan nilai  daktilitas.Dengan  kata  lain,  penambahan  tulangan  tekan  diatas  50%,  tdk  efektif  dalam peningkatan  kapasitas  lentur,  namun  sangat  efektif  dalam  peningkatan  daktilitas.  Apabila dibandingkan terhadap hasil penelitian Park Paulay (1975), tabel 5, terdapat perbedaan yang sangat jauh. Penambahan tulangan tekan sampai dengan 30%, dapat meningkatkan kapasitas lentur hingga 10%, 50% lebih tinggi dari hasil penelitian ini. Peningkatan daktilitas dengan penambahan tulangan tekan hingga 60% adalah 70, lebih tinggi 63% dari hasil penelitian ini.
T abel 5. Hasil penelitian Park Paulay (Prosentase peningkatan momen kapasitas lentur dan daktilitas)
Mengacu pada hasil penelitian Park Paulay ini,   perlu adanya  pembahasan lebih lanjut, mengenai hubungan  daktilitas  material  baja  terhadap  peningkatan  momen  kapasitas  lentur  dan  daktilitas balok  beton  bertulang.  Perlu  penambahan  pada  bahasan    hasil  uji  tarik  baja  tulangan  yang digunakan  oleh  Park  Paulay  terhadap  hasil  uji  tarik  baja  tulangan  SNI    hasil  produksi  beberapa produsen baja Indonesia. Dengan penambahan bahasan tersebut, akan diperoleh analisis yang lebih dalam mengenai perbedaan hasil pengujian tersebut.

## 4. Kesimpulan
1. Penambahan tulangan tekan dapat meningkatkan momen kapasitas lentur dan daktilitas.
2. Namun semakin banyak tulangan tekan yang ditambahkan, momen kapasitas lentur hanya bertambah sedikit. Hal ini terlihat pada penambahan tulangan tekan hingga mencapai 50% tulangan tarik, hanya meningkatkan kapasitas momen lentur sebesar 1,43%.
Peninglkatan ρ’/ ρ Peningkatan Mu (%) Peningkatan (%) 0 sd 0,333 10 60 0,333 sd 0,666 5 70
3. Namun yang terpenting adalah daktilitas struktur dapat terus meningkat dengan signifikan
4. Hasil penelitian berbeda jauh dengan hasil penelitian Park Paulay.

## Daftar Pustaka
Eka Susanti (2014). Studi Perbandingan Nilai Kuat Lentur dan Daktilitas Beton Yang Menggunakan Pasir Merapi dan Pasir Lumajang , Jurnal KERN UPN, vol.4 No.1 hal 11-19, ISSN: 2087-7498
Nawy, E.G., (1996), ″Reinforced Concrete, Fundamental Approach″ , 3rd ed, Prentice-Hall Inc.,New York.
Oscar Fithrah Nur (2009), A nalisa Pengaruh Penambahan Tulangan Tekan TerhadapDdaktilitasKkurvatur  Balok  Beton  Bertulang, Jurnal  Rekayasa  Sipil VOLUME  5 NO. 1, Pebruari 2009 ,ISSN1858 -2133
Priestley,  M.J.N.;  dan  Paulay,  T  (1990), Seismic  Design  of  Reinforced  Concrete  and  Masonry Building, John Wiley & Sons.
Park, R.; dan Paulay, T (1975), Reinforced Concrete Structures , John Wiley & Sons, 761 hal.
Purwono,  R.;  Tavio,  Imran,  I.;  dan  Raka  I  G.  P  (2002), Tata  Cara  Perhitungan  Struktur  Beton untuk  Bangunan  Gedung  (SNI  03-2847-2002)  Dilengkapi  Penjelasan  (S-2002), ITS  Press, Surabaya, Indonesia, 408 hal