Pengaruh ketebalan selimut beton terhadap perilaku kolom pendek akibat temperatur tinggi

ADI, Prasetya, Ir. HRC. Priyosulistyo, MSc.,Ph.D

2004 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Beton bertulang sampai saat ini masih menjadi pilihan utama sebagai bahan struktur. Kelebihan beton antara lain mudah dibentuk, kuat menahan gaya tekan dan dapat berfungsi sebagai penyekat panas. Kolom merupakan komponen struktur yang berfungsi menyangga semua bebanbeban di atasnya dan meneruskan ke bawah. Keruntuhan kolom berarti keruntuhan struktur yang berada di atasnya atau keruntuhan seluruh bangunan. Salah satu bahaya yang sering menimpa bangunan adalah bahaya kebakaran. Ketebalan selimut beton sangat berpengaruh terhadap suhu yang terjadi pada tulangan. Selimut beton yang tebal dapat menyekat panas dengan baik, akan tetapi muncul bahaya lain yaitu terlepasnya selimut beton (spalling). Pada saat terjadi kebakaran, struktur bangunan masih menahan beban (paling tidak berat sendiri) oleh karena itu, selama proses pembakaran pada penelitian ini disertai dengan pemberian beban pada kolom. Beban pada kolom pendek tidak diberikan faktor perbesaran momen. Penelitian dilakukan atas 8 sampel kolom, terdiri 4 sampel untuk dibakar dan 4 sampel sebagai referensi. Tampang kolom berbentuk persegi 200 mm x 200 mm dengan panjang ukur 1250 mm. Skala benda uji dan waktu pembakaran pada penelitian ini adalah 1 : 2,25. Mutu beton yang digunakan 24,522 MPa (dari uji silinder). Tulangan pokok berupa tulangan ulir dengan diameter 10,69 mm, tulangan sengkang diameter 6 mm sejarak 192 mm. Variasi ketebalan selimut beton 15 mm dan 20 mm, variasi eksentrisitas beban 60 dan 150 mm. Pengujian dilakukan setelah benda uji berumur 90 hari. Suhu pembakaran yang ditargetkan adalah 1200 °C yang dicapai dalam waktu 30 menit. Pembakaran menggunakan burner dengan bahan bakar solar. Pengukuran suhu ruang bakar dan suhu dalam beton dilakukan dengan termokopel. Pemberian beban menggunakan hydraulic jack dan diukur dengan load cell. Defleksi diukur dengan LVDT. Pembacaan dan pencatatan data menggunakan data logger. Alat non destruktif yang digunakan adalah hammer dan UPV. Tahap penelitian yaitu uji ruang sebelum dibakar, pembakaran kolom, dan uji pasca bakar. Selimut beton bermanfaat untuk menghambat panas karena suhu yang terjadi akan menurun secara eksponensial. Penurunan bahan pasca bakar terjadi pada beton, sedangkan pada tulangan kondisinya tidak banyak berbeda dibanding sebelum dibakar. Kuat tekan beton pasca bakar yang didapat dari uji kolom dengan mengabaikan lekatan tulangan dan perubahan bentuk blok desak beton pada benda uji dengan selimut beton 20 mm, eksentrisitas 60 mm dan 150 mm berturut-turut turun menjadi 26,829 % dan 51,852 %, sedangkan pada benda uji dengan selimut beton 15 mm, eksentrisitas 60 mm dan 150 mm berturut-turut turun menjadi 43,636 % dan 51,724 %. Semua kolom pasca bakar mengalami penurunan kapasitas terlebih pada kondisi beton menentukan (gagal tekan) dimana kegagalan terjadi secara mendadak dengan spalling dan buckling pada tulangan tekan. Beban aksial eksentris kolom pasca bakar pada benda uji dengan selimut beton 20 mm, eksentrisitas 60 mm dan 150 mm berturut-turut turun menjadi 81,051 % dan 80,800 %, sedangkan pada benda uji dengan dengan selimut beton 15 mm, eksentrisitas 60 mm dan 150 mm berturut-turut turun menjadi 68,342 % dan 79,640 %. Kekakuan kolom pasca bakar juga mengalami penurunan, terlihat pada defleksi saat proses pembebanan selama 24 jam. Defleksi pasca bakar pada beban kerja pada benda uji dengan selimut beton 20 mm, eksentrisitas 60 mm dan 150 mm berturut-turut naik menjadi 207,821 % dan 197,273 %, sedangkan pada benda uji dengan selimut beton 15 mm, eksentrisitas 60 mm dan 150 mm berturut-turut naik menjadi 206,785 % dan 173,273 %. Hasil pengujian non destruktif dalam bentuk diagram interaksi kolom menunjukkan bahwa pengujian struktur pasca bakar menggunakan UPV lebih mendekati kenyataan (uji beban ultimit/destruktif) dibanding menggunakan hammer test.

Reinforced concrete is used in many structures. Concrete is easy to form, may be produced to achieve high compression strength and functioned as heat insulator. Column is one component of a structure to support the whole building load and other structure components above it. Column failure causes a building failure. Fire exposure is one of the dangerous hazzard. The thickness of a concrete cover will decrease the temperature of the reinforcing steel. On the other hand the thick concrete cover as a good insulator is going to be spalled easily. During fire exposure, the structure still supports the load those are self load and part of live load. In this research, column sample was axially loaded while the temperature was elevated. Short column does not include moment magnification factor. Four of eight columns had 200 mm x 200 mm cross section and 1250 mm length, with the scale of 1 : 2.25 were exposured to fire while the rest used as reference. Concrete compression strength was 24.522 MPa (cylinder). Deformed bars of 10.69 mm diameter and 6 mm stirrup diameter of 192 mm in spacing. Concrete covers varied of 15 mm and 20 mm, while the eccentricity did of 60 mm and 150 mm. Columns were tested after 90 days of age. The target of temperature was of 1200 °C, accomplished in 30 minutes. The burning process used 4 units of diesel oil burner. The thermocouple used for temperature measurement both for room and inside the concrete. Loading equipment consisted of a hydraulic jack and load cell. The deflection measured by LVDT and a data logger. Hammer and UPV were used for non destructive test. Research was carried out in 3 steps ; they were pre test before fire exposure, fire exposure test and after fire exposure test. Concrete cover is very effective for heat insulator, because the temperature decreases exponentially with the depth of a concrete. After fire exposure, the strength degradation occurs only in concrete and reminds the same for reinforcing steel. The compression strength of concrete for a column of 20 mm concrete cover, 60 mm and 150 mm of eccentricity of axial load, reduces to 26.829 % and 51.852 % respectively. Compression strength of concrete for a column of 15 mm concrete cover, 60 mm and 150 mm of eccentricity of axial load, reduces to 43.636 % and 51.724 % respectively. The capacity of all columns after fire exposure absolutely reduced, in addition for small eccentricity load will be spalled and buckled in the compression zone. Axial load capacity of column having 20 mm concrete cover, eccentricity of 60 mm and 150 mm will reduce to 81.051 % and 80.800 % respectively. Axial load capacity of column having 15 mm concrete cover, eccentricity of 60 mm and 150 mm will reduce to 68.342 % and 79.640 % respectively. The stiffness of a column after fire exposure also reduced, as shown in a larger deflection during 24 hour of loading test. The deflection of a column in working load after fire exposure of 20 mm concrete cover, eccentricity of 60 mm and 150 mm will increase to 207.821 % and 197.273 % respectively. The deflection of a column in working load after fire exposure of 15 mm concrete cover, eccentricity of 60 mm and 150 mm will increase to 206.785 % and 173.273 % respectively. The compression strength of concrete investigated by UPV is more appropriate than hammer, showing in diagram of column interaction.

Kata Kunci : Beton Bertulang,Selimut Beton,Kolom Pendek, concrete cover, short column, high temperature