Pengaruh Kuat Beton Terhadap Slruktur Beton Bertulang Pasca Kebakaran (Mulyo Harris I!radono)

PENGARUH KUAT BETON TERBADAP STRUKTUR BETONBERTULANG PASCA KEBAKARAN

Mulyo Harris PradonoLaboratorium Uji Konstruksi, BPP TeknologiPU~PIPTEK, Serpong, Tangerang 15314,Indonesia

E-mail: mulyoharris@yahoo.com, pradono@luk.bpptgo.id

ABSTRAK

PENGARUH KUA T BETON TERHADAP STRUKTUR BETON BERTULANG PASCA KEBAKARAN. Dalam

kasus struktur beton bertulang yang terbakar, pengarnh penurunan kekuatan material beton daD baja terhadap kekuatan strukturperin dikaji agar usaha-usaha perbaikan dapat dilaksanakan seefisien mungkin. Seberapajauh penurunan kekuatan struktur betonbertulang akibat penurunan kekuatan material akan dihitung daD dibahas dalam makalah ini. Pada studi kasus sebuah gedung betonbertulang yang terbakar barn-barn ini, setelah dilakukan pengukuran kekuatan material (dengan cara uji tak rusak, tidak dibahasdalam makalah ini), dilakukan perhitungan untuk mendapatkan kekuatan sisa struktur pasca kebakaran. Didapatkan bahwa untukstruktur balok beton bertulang, penurunan kekuatan momen negatif pOOadaerah dekat tumpuan OOalahsebesar 6% yang diakibatkanseluruhnya oleh penurunan kekuatan beton. Sedangkan penurunan kekuatan momen positifpada daerah tengah bentang cukupbesar yaitu 30%, yang diakibatkan hampir seluruhnya oleh penurunan kekuatan baja tulangan. Kekuatan geser balok jugaberkurang sebesar 31% yang juga diakibatkan sebagian besar oleh penurunan kekuatan sengkang baja (tulangan geser). Hal inimenunjukkan bahwa pada balok beton bertulang yang terbakar, kekuatan sisanya lebih ditentukan oleh material baja, bukan olehmaterial beton. Sedangkan untuk kolom, material beton menentukan kekuatan tekan aksialnya. Akan tetapi beban yang terjadipada kolom tidak hanya beban aksial, sehingga kekuatan baja menjadi penting dalam kolom seperti halnya dalam balok di atas.

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF CONCRETE STRENGTH ON AN AFTER-BURNT -UP REINFORCED CONCRETESTRUCTURES. In an after burnt up building, the influence of concrete and steel strength degradation to the strength ofreinforced concrete structure needs to be assessed. This paper discusses the residual strength of the structure resulted from thestrength degradation of its material. In a case study from an actual after burnt up building, it has been carried out a materialstrength data collecting (by non-destructive tests, not studied in this paper), then a thorough calculation was carried out to studythe structure residual strength. The calculations show that the moment-strength degradation of a reinforced concrete beam isabout 6% at the support area. This strength degradation is caused mainly by concrete strength degradation. On the other hand,the moment-strength degradation is about 30% in the middle of the span and this is caused mainly by the strength degradation ofreinforcing steels. Moreover, the shear strength oCthebeam decreases at about 31% because mainly oCthe strength degradationof hoops. This shows that in an after burnt up reinforced concrete beam, the residual strength is influenced mainly by thereinforcing steels (including hoops), not by the concrete. On the other hand, the concrete strength degradation influences colUmnresidual strength in resisting axial force. Although in reality, columns carry moment load as well. Therefore in resisting momentload, steel strength is important in a column as in a beam.

Kala kunci: Beton, Kebakaran, Struktur beton, Beton bertulang

PENDAHULUAN

Penelitian terhadap pengaruh suhu tinggiterhadap baja clan beton sudah banyak dilakukan olehbeberapa peneliti, diantaranya Gustaferro [I] clanPartowiyatmo [2]. HasH penelitian ini memberikanbanyak masukan bagi pereneana untuk mendesainsebuah struktur beton bertulang yang tahan terhadapkebakaran (Gustaferro [I] ). Penulis sebagaipeneliti clanpenguji struktur beton bertulang, baru-baru inimempunyai togas untuk menghitung kekuatan sisa

suatu struktur beton bertulang pasea kebakaran. Olehschab itu dalam makalah ini penuHs ingin memberikanpengalamannya dalam menghitung kekuatan sisa suatustruktur beton bertulang pasea kebakaran. Karenastruktur beton bertulang memiliki kasus yang beragam,penuHs hanya membatasi kasus komponen strukturyaitu balok clankolom beton bertulang.

Struktur beton bertulang terdiri dari dua materialpenyusun, yaitu beton clan baja. Pengaruh kekuatanmasing-masing material penyusun struktur betan

209

Prosiding Pertemuan IImiah IImu Pengetahuan daan Teknologi Bahan '99Serpong, 19-20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

bertulang terhadap kekuatan struktur akan dipaparkandalam makalah ini. Hal ini penting mengingat padastruktur bertulang pasea kebakaran, tidak seluruhmaterial penyusun mengalami degradasi kekuatan,eontohnya pada baja yang tertanam dalam beton lebihdari 4 em (hasil pengalaman penulis).

Sementara orang beranggapan, bahwa karenabeton mendominasi hampir seluruh struktur betonbertulang, maka kekuatannya akan sangat ditentukanoleh kekuatan beton. Hal ini temyata tidak selalu benaruntuk kasus beton bertulang pasea kebakaran clanhalini akan dibahas dalam makalah ini.

Pada suatu kolom beton bertulang, penurunankekuatanbeton memang sangatmempengaruhikekuatankolom. Namun hal ini hanya berlaku untuk beban aksialsaja (beban sejajar sumbu kolom).Apabila bebanberupamomen pada kolom (seperti pada saat terjadi gempa)maka kekuatan baja clanbeton menjadi sangat penting.ltu sebabnya mengapa pada kolom juga diberikan bajatulangan.

Sedangkanpada balok beton bertulang, kekuatanbaja clanbeton adalah mutlak: Hal ini disebabkan balokmenerima beban momen, di mana untukmenahan bebanmomen tersebut diperlukan kopel gaya tekan clantarikantara beton clan baja. Beton menahan beban tekan,sedangkan baja menahan beban tarik.

METODA

Oalam menghitung kekuatan sisa suatu strukturbeton bertulang pasea kebakaran, digunakan rumus-rumus sebagai berikut:a. Perhitungan momen lenturbatas balok [3,4]:

M = 0 85f.'ab (d -La ) (1)//.//e1( , I! 2

A./y

a = 0,85f;b

di mana: fA:

(2)

: kuat tekan beton

: kuat tarik tulangan: luas tulangan tarikb, d(dalam mm).

b. perhitungan kuat geser batas balok (3)(4):

[MPa],[MPa],[mm2],serta

Vb = V, + VI!

v = A,Jyd +~.JO,lf; xb"d (3)h s 6di mana:

AI'"

~S

: luas melintang sengkang [mm2]: kuat tekan beton [MPa]: kuat tarik tulangan [MPa]:jarak sengkang [rom]

e. Perhitungan kekuatan tekan kolom (asumsi kolompendek) [3,4]:

Pu =O,8SJ;;CAg-Ast)+ /yAst (4)

b ~IEI

--t8-~1~-~1~---'IIII

! lidIIIIIII

!

,! Penam !I I

! pang!! balok !I I

! beton !I II II II II ,I

~.

d

T- - - - - - - - - --~ - - _n_-

Gambar J. Idealisasi gaya-gaya pada penampang lintangbalok beton

~ hII' ~i

d

- - --. - - - - ~ - - - -0 - - --

,-.::::1:::::J:::::t::::

L >

- - - -.- - - - -.. - - - -0 - - --

~Gambar 1. Penampang lintang dan memanjang balokbeton

.- - - -- -. - - - - -.. - - - - -. - - - - -..

~ ~

~! ilAgI sf ...

~ ~

l- - - - - -- - -- _..8. -- - - - -- - - - 2'..~

Gambar 3. Penampang kolom

di mana untuk penampang kolom:Ag : Luasbruto kolom [mm2]A", : Luas tulangan longitudinal [mm2]

STUDI KASUS

Pada studi kasus ini akan dianalisis balok clankolom pada sebuah gedung berlantai tiga yang terbakarbarn-barnini.Pada lokasiyang ditinjau,kerusakanakibatkebakaran sudah eukup parah, sehingga menjadi obyekyang menarik untuk dianalisis kekuatan sisa komponenstruktumya.

a. Asumsi dalam perhitunganKekuatan material beton yang terbakar dianggap

mendekati DOl. Berdasarkan investigasi lapangan,kedalaman beton yang terbakar ini rata-rata 30 rom.Diasumsikan bahwa kekuatan material beton terbakar

, ,Penampangbalokbeton

Pengaruh Kuat Beton Terhadap Struktur Beton Benulang PascoKebakaran (Mulyo Ha";s Pradono)

dekat tumpuan dihitung pactaTabell.Jadi penurunan kekuatan maIDen di daerah tumpuanbalok beton bertulang akibat terbakar:

Milo-Mil - 249030-234970x100%=6%Milo - 249030

m

Gambar 4. Denah lokasi investigasi

C.Kekuatan Momen PositifBalok

Kekuatan maIDen positif balok pacta daerahtengah bentang balok dihitung pacta Tabel 2.Jadi penurunan kekuatan maIDen di tengah bentang balokbeton bertulang akibat terbakar:

Milo -Mil = 26447G-185340xlOO'Io=30Alllo 264470

sampai kedalaman 30 mm adalah nol. Tulangan yangterbakar, berdasarkan investigasi lapangan, rata-ratamemiliki kuat tarik 70% don 60% dari kuat tarik takterbakar,masing-masinguntuktulanganlongitudinaldansengkang

Denah lokasiyangditinjauadalahsebagaiberikut,terdiri daTi4 kolom dan 4 balok yang merupakan bagiandari struktur gedung beton bertulang.

_

Ii- --.,-- --- - - - - ------.

.'"""'

~"

..

--AS"

[

'

.

"""-~ !

I

.r --~--

...~ ' ! ?

[' "."- -. !

: Penam: !. pang ! 'd Id

: balok :beton I' C I -- -.

- J ---~==-=]~-_.

b. Kekuatan MomenNegatifBalokMomen negatif terjadi pacta balok di daerah

tumpuan. Kekuatan momen negatif balok pactadaerah

!<--b )!I I

beton terbakar1'c '" nol~ kedalaman '" 30 mm

Gambar 5. Idealisasi gaya-gaya pada penampang balokdaerah tumpuan

Tabell. Perhitungan kekuatan maIDen negatif pada daerah dekat tumpuan

ata

mm

t= 130mmMuO =249030 N.m

Iv = 240 MPa

d=690mm

t,1'c ,Iv sarna dengan kondisi s~belum terbakar*Mu =234970 N.m

Tabell. Perhitungan kekuatan momen positif pada daerah tengah bentong balok

ata

mm

b=320 mm t= 130mmMuO = 264470 N.m

b",=6t+b= 1I00mm

d= 736 mm

1'c= 18 MPa f,. = 240 MPa

mm

b",=6t+b= 1040mm

Iv = 70%x240 MPa

Q,t, d./'c , danlv sarna dengan kondisi sebelum terbakar

Mu = 185340 N.m

kolom kolom

.,Balok (menerus)

8400nin II kBalok

Balo (menerl/s)(menerus)

kOItBalok (menerus) IIkolom

I it< 8400mmm ):I I

Prosiding Pertenwan I/miah I/nw Pengetahuan daan Teknologi Bahan'99Serpong, 19-10 Oktober1999 ISSN 1411-1113

d

beton terbakarf'c'" Dolkedalaman ... 30 mm

Gamba, 6. Idealisasi gaya-gaya pada penarnpang baloktengah batang

d. Kekuatan Geser Balok

Kekuatan geser balok pada daerah dekat tumpuandihitung pada Tabel3.Jadi penurunan kuat geser balok beton bertulang akibatterbakar:

V"O-V" = 400,57-275,74 xIO0%=31%V"O 400,57

Tabel 3. Perhitungan kekuatan geser pada daerah dekattumpuan balok

mm

f'c = 18 MPa

1; = 240 MPa

s=200mm

b", = 320 mm

V'dJ=400,57kN

d= 736mm

'dJ

b",=260mm

, -.

.----.-----.i As II II Penam- I'

I

pang

I

I Idbalok

-I beton,, ,I~ ~iII'_b.

,t!_- Jo:1::::1:::::J:::::~::::

> L

n- -<- >-----.----r-. no_. nn-<n n

i< b -->iw ~beton terbakar f'c ... Dolkedalaman ... 30 mm

Gamba, 7. Penampang lintang daD memanjang balokbeton yang dianalisis

i ~..-'..- -. ---.. -. -. ---..,I :., .i. .1, I, :: A.II= 5089mm2 :j8 ..., I

~ I, II I

"~ .,, IJ ,1

-:--- ___8 --. ---~~..

490mm

~ ;WUmm ~

Gambar 8. Penarnpang kolom yang terbakar

e. KekuatanKolomKekuatan kolom dalam menerima beban aksial

dihitung pada Tabel4.Jadi penurunan kuat tekan kolom beton bertulang akibatterbakar:

p',o-P" = 4817,03-3972,47x100%=17%Puo 4817,03

Tabe! 4. perhitungan kekuatan kolom dalarn menerimabeban aksial

Aksial

PuO= 481,03 kN

mm

data lain sarna dengan

di atas

Pu= 3972,47 kN

aran

DISKUSI

Oi dalam makalah ini tidak dibahas mengenaimekanisme penurunan kekuatan beton daDbaja akibatkebakaran. Yang dibahas adalah pengaruh penurunankekuatan beton daDbaja terhadap kekuatan baIok daDkolom beton bertulang, dengan eara perhitungan. Oaribasil diatas dapat didiskusikan hal-hal sebagai berikut.Pada struktur beton bertulang pasea kebakaran denganpengaruh kebakaran sedalam 30 mm dari permukaanbeton:a. Kekuatan roomeDbalok pada daerah tumpuan turun

6%. Penurunan kekuatan diakibatkan oleh

pengurangan kekuatan beton sebesar 100%sedalam30 mm di daerah tumpuan.

I bm;<II

)( ---:Jt-.------

t "'0';':---' I

a,fi

pang-If-- I'

balok IIII

beton I

III,,

I A I

'IIII

.--_!.._-.;. --1

IIII

:< . b ):

---

I ',

Pengaruh KuaJ Beton Terhadap Struktur Beton Benulang Pasca Kebakara~ (Mulyo .Harril Pradono)

b. Kekuatan momen balok pada daerah tengah bentangturun 30%. Penurunan kekuatan diakibatkan oleh

pengurangan kekuatan baja tulangan sebesar 30%.c. Kekuatan geser balok turun 31%. Penurunan

kekuatan diakibatkan utamanya oleh pengurangankekuatan baja sengkang sebesar 40%.

d. Kekuatan tekan kolom turun 17%. Penurunankekuatan diakibatkan utamanya oleh pengurangankekuatan beton sebesar 100% sedalam 30 mm.Namun perlu diingat di sini bahwa beban yangdihitung adalah beban aksial. Pada kasus kolommenerima beban momen, maka kekuatan baja menjadi

penting.e. Dimensi dianggap bisa mempengaruhi basil dari

studikasus di atas.Pada kolom clanbalok yang Icbmbesar, pengaruh rusaknya beton akibat kebakaransedalam30romdengansendirinyaakanmenjadikeeil.

KESIMPULAN

Dari basil diskusi, dapat disimpulkanbahwa padastruktur beton bertulang pasta kebakaran pada studikasus di atas:a. Untuk suatu balok beton bertulang, kekuatannya

lebih ditentukan oleh kekuatan baja daripadakekuatan beton.

b. Untuk suatu kolom beton bertulang, kekuatannyalebih dipengaruhi oleh kekuatan beton daripadakekuatan baja. Akan tetapi hat ini hanya berlakuuntukbebanaksialpada kolom.Untukbebanmomenpada kolom, kasusnya sarna dengan balok.

DAn ARrUSTAKA

[I]. H. GUSTAFERRO, "TahanApi (Fire Relistance)",Buku Pegangan tentang Teknik Beton, Editor M.Fintel, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1987.

[2]. PARTOWIYATMO, Ermittlung desSchadigungsgrades von Verbundworkstoffen nachWarmeeingwirkung, Dissertation, zur Erlangung desGrades Doktor-Ingenieur genehmigte, VomFachbereighProduktionstechnikder UniversitatBremen, 19%.

[3]. Departemen Pekerjaan Umum, Tata CoraPerhitungan Struktur Beton untuk BangunanGedung, SK SNI T-/5-/99/-03, Yayasan LPMB,Bandung, 1991.

[4]. E.G. NAWY,Reinforced Concrete,A FundamentalApproach, Prentice-HallInc.,New York, 1985.

[5]. Departemen Pekerjaan Umum, PedomanPerencanaan Pembebanan untuk Rumah donGedung, SKB/ - /.3.53./987, UDC:624.042,YayasanBadan PenerbitPU, 1987.