PERMASALAHAN DETAILING PADA BANGUNAN BETON BERTULANG SEDERHANA TAHAN GEMPA ( PROBLEMS REINFORCED CONCRETE DETAILING IN SIMPLE BUILDING - EARTHQUAKE RESISTANT )

Iswandi Imran dan Dradjat Hoedajanto

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung

Li Bing dan Kimreth Meas

LIEN Institute for Environment, Nanyang Technological University, Singapore

1  PENDAHULUAN

Indonesia merupakan negara yang berada di daerah pertemuan tiga pelat/lempeng tektonik bumi, yaitu lempeng Samudra Hindia (Indo Australia), Eurasia dan Pasifik. Oleh karena itu, daerah-daerah di Indonesia pada umumnya rawan terhadap gempa (BSN, 2002). Dalam beberapa kejadian gempa di Indonesia beberapa tahun belakangan ini, bangunan sederhana seperti rumah atau bangunan bertingkat rendah lainnya yang terbuat dari struktur beton bertulang, banyak yang mengalami kerusakan. Kerusakan-kerusakan tersebut pada umumnya disebabkan oleh faktor desain dan pelaksanaan yang memang kurang memadai. Berdasarkan pengamatan di lapangan, banyak dijumpai detailing penulangan yang ternyata kurang memenuhi persyaratan minimum untuk bangunan tahan gempa (Imran et al. 2005 dan 2006).

Pada bangunan rumah atau bangunan bertingkat rendah lainnya, kondisi ini dapat dilihat pada ketiga hal berikut. Pertama, ukuran kolom (atau balok) pada bangunan rendah pada umumnya kecil, sehingga tidak dapat memobilisasi secara maksimum tegangan lekatan yang memadai untuk menahan gaya tarik/tekan baja tulangan lentur elemen balok (atau kolom) yang diangkur di situ. Akibatnya, tulangan lentur balok (atau kolom) akan mengalami slip yang signifikan dan tidak akan dapat mencapai kapasitas tarik/tekan maksimumnya. Kedua, jenis baja tulangan yang digunakan pada bangunan rumah atau bangunan bertingkat rendah lainnya umumnya berupa baja tulangan polos. Ketiga,

bentuk pengangkuran tulangan lentur balok (atau kolom) yang pada umumnya di tanam didalam kolom bawah (atau balok), dengan panjang penanaman 40xD. Sebagai ilustrasi, untuk bangunan rumah, ukuran kolom yang sering digunakan adalah 100 mm x 100 mm atau 150 mm x 150 mm. Bila elemen balok ditulangi dengan tulangan D10, maka ukuran join balok-kolom yang dasarnya sama dengan ukuran kolom tersebut tidak akan memadai untuk mentransfer tegangan lekatan ke daerah join. Hal ini disebabkan karena berdasarkan SNI 03-2847-02, untuk mendapatkan mekanisme transfer geser yang memadai, panjang penanaman tulangan balok didaerah join haruslah minimum sebesar 20xD (dimana D adalah diameter tulangan lentur balok yang ditanam). Dalam hal ini (bila D= 10 mm), ukuran join yang dianggap memadai haruslah minimum 200 mm. Selain ukuran geometri join yang tidak memadai, penggunaan baja tulangan polos sebagai tulangan utama balok dan kolom juga dapat mengarah pada kegagalan bond slip di daerah join pada level beban lateral yang rendah.

Makalah ini menyajikan hasil kajian analitis dan eksperimental terhadap bentuk-bentuk detailing yang umum dijumpai pada bangunan beton bertulang sederhana. Pada kajian eksperimental, dilakukan pengujian 4 buah benda uji join balok kolom eksterior skala penuh. Parameter uji yang dipilih adalah jenis baja tulangan balok (yaitu polos atau ulir) dan bentuk penanaman tulangan lentur balok (kedalam stub beam atau kedalam kolom bawah).

2  KETENTUAN DETAILING DAERAH JOIN BERDASARKAN GUIDELINE

    DPU (CONFINED MASONRY) DAN SNI 03-2847-02 (SISTEM PORTAL)

Gambar 1 berikut ini memperlihatkan bentuk tipikal detailing balok-kolom berdasarkan Guideline DPU untuk bangunan beton bertulang sederhana dimana portal beton berfungsi sebagai elemen pengaku dinding (confined masonry).

 Ada beberapa catatan yang perlu disampaikan terkait dengan detailing tersebut bilamana sistem portal bangunan dianggap berdiri sendiri sebagai sistem struktur penahan beban gempa (dan bukan sebagai bagian dari sistem confined masonry), yaitu:

1. Penggunaan tulangan polos untuk tulangan utama balok dan kolom.

Penggunaan tulangan polos sebagai baja tulangan elemen struktur dapat memberi dampak yang negatif terhadap kinerja plastifikasi yang dihasilkan. Berdasarkan literature, kuat lekatan tulangan polos yang pada dasarnya hanya terdiri atas mekanisme adhesi dan friksi hanyalah ±10 % kuat lekatan tulangan ulir. Selain itu, degradasi lekatan akibat beban bolak balik disaat terjadi gempa pada tulangan polos sangatlah drastik dibandingkan dengan degradasi lekatan pada tulangan ulir. SNI Beton yang berlaku saat ini (yaitu SNI 03-2847-2002 (Purwono et al., 2007)) hanya mengijinkan penggunaan baja tulangan polos pada tulangan spiral. Sedangkan untuk penulangan lainnya, disyaratkan untuk menggunakan baja tulangan ulir.

2. Ukuran join yang tidak memadai untuk pengangkuran tulangan balok atau kolom.

Karena ukuran kolom pada bangunan sederhana umumnya diambil maksimum 150mm x 150mm dan balok 100mm x 150mm, maka ukuran join yang dihasilkan tidak akan memadai untuk mengakomodasi pengangkuran tulangan lentur balok (atau kolom) di daerah join. Berdasarkan SNI 03-2847-02, ukuran join pada sambungan balok-kolom interior haruslah minimum 20xD (D adalah diameter tulangan lentur balok yang ditanam). Sedangkan untuk sambungan balok kolom eksterior, ukuran join tersebut dapat dikurangi hingga 15xD + C (dimana C adalah tebal selimut beton) bila daerah join eksterior tersebut dikekang secara memadai oleh tulangan lateral (ACI-ASCE 352, 2002 dan ACI 318, 2008). Bilamana ukuran geometri join tidak memadai, maka ada beberapa cara yang dapat ditempuh, yaitu:

-       Memperbesar ukuran geometri join dengan memberi haunch (perbesaran) diujung-ujung balok yang merangka ke join balok-kolom. Dengan cara ini, penampang kritis balok (atau kolom) bergeser dari muka kolom (atau muka balok) ke pangkal daerah haunch.

-       Memberi balok tambahan (stub beam) sebagai perpanjangan daerah join. Cara ini hanya dapat dilakukan pada join balok kolom eksterior. Dengan metoda ini, tulangan lentur balok dapat diangkur pada daerah stub beam.

-       Memberi kolom tambahan sebagai perpanjangan daerah join knee (join antara kolom dengan balok ring atap). Dengan cara ini, tulangan lentur kolom dapat diangkur pada daerah kolom tambahan.

Cara yang pertama diindikasikan oleh Priestley (1997) sebagai cara yang terbaik. Menurut Priestley, perilaku join eksterior yang tulangan baloknya ditanam didaerah inti join pada dasarnya lebih baik daripada perilaku join yang tulangan baloknya ditanam diluar daerah inti join.  

3. Pengangkuran tulangan lentur balok (atau kolom) ke dalam kolom (atau balok).

Cara ini direkomendasikan pada guideline DPU untuk mengatasi masalah ukuran geometri join yang tidak memadai untuk pengangkuran tulangan lentur balok ataupun kolom. Berdasarkan guideline DPU tersebut, tulangan lentur balok harus ditekuk, dengan bagian tekukan ditanam sedalam 40xD kedalam kolom bawah (D adalah diameter tulangan lentur balok). Hal yang sama berlaku untuk penanaman tulangan kolom. Metoda ini pada dasarnya tidak direkomendasikan dalam aturan SNI 03-2847-02. Hal ini disebabkan karena arah gaya aksi pada baja tulangan sebagian besar ditahan oleh gaya yang tidak searah yang dihasilkan oleh bagian tekukan tulangan. Berdasarkan SNI 03-2847-02, transfer geser pada tulangan berkait diutamakan sebagian besar terjadi pada bagian lurus tulangan sebelum ditekuk, dengan panjang bagian lurus yang tidak boleh kurang daripada 20xD atau l_dh = 100 D/√f_c’. Dengan metoda SNI ini, arah gaya aksi dan sebagian besar gaya penahan pada dasarnya tetap segaris. Hanya sebagian dari gaya aksi yang ditahan oleh strut tekan yang terbentuk pada sudut tekuk tulangan. 

4. Spasi tulangan lateral (sengkang) didaerah sendi plastis.

Berdasarkan guideline DPU, spasi maksimum tulangan lateral pada elemen balok atau kolom masing-masing dibatasi sebesar 1 kali dimensi tinggi penampang balok atau 1 kali dimensi terkecil penampang kolom. Hal ini pada dasarnya kurang memadai jika sistem struktur adalah sistem portal yang berada di daerah dengan tingkat kerawanan yang tinggi terhadap gempa, dimana akibat beban gempa yang terjadi, pada ujung-ujung balok dan kolom sistem portal dapat termobilisasi gaya geser yang tinggi.

5. Spasi tulangan lateral di daerah join

Berdasarkan guideline DPU, tulangan lateral tidak perlu dipasang di daerah join. Berdasarkan alasan praktis, hal ini pada dasarnya dapat diterima. Namun, mengingat ukuran geometri join yang pada umumnya tidak memadai pada bangunan bertingkat rendah maka pemasangan tulangan lateral di daerah join pada prinsipnya dapat mengkompensasi sebagian pengaruh ukuran join yang tidak memadai tersebut. Dengan pemasangan tulangan lateral di daerah join, daerah join tersebut menjadi terkekang, sehingga panjang penanaman tulangan yang diangkur di daerah join dapat dibuat lebih pendek.

Untuk bangunan confined masonry, ketentuan detailing berdasarkan guideline DPU tersebut diatas pada prinsipnya tetap dapat menghasilkan perilaku bangunan yang baik, khususnya di daerah dengan tingkat kerawanan yang tinggi terhadap gempa, selama:

1. Rasio tinggi terhadap panjang dinding yang terkekang elemen portal disekelilingnya tidak lebih daripada satu. Selain itu, luas dinding yang terkekang tidak lebih daripada 9 m².
2. Bahan (batu bata dan plesteran) yang digunakan memiliki kualitas yang baik.
3. Dinding diberi penguat di sekitar bukaan.
4. Daerah interface antara dinding dan elemen portal diberi perlakuan yang memadai agar terbentuk aksi komposit yang sempurna.

Namun, penyatuan dinding dan elemen portal disekitarnya pada prakteknya susah diperoleh. Batu bata pada umumnya diproduksi dengan menggunakan teknologi yang seadanya, sehingga biasanya sulit untuk mendapatkan batu bata dengan kualitas yang baik secara konsisten. Selain itu, kualitas pelaksanaan di lapangan juga terkadang kurang baik. Selanjutnya, dinding pada bangunan rumah umumnya memiliki banyak bukaan. Faktor-faktor ini menyebabkan bahwa pada prakteknya bangunan confined masonry sering didesain secara konservatif sebagai sistem struktur portal terbuka, dengan mengabaikan keberadaan dinding bata. Dengan asumsi ini, detailing sambungan balok kolom menjadi sangat penting untuk diperhatikan. Pada saat terjadi gempa, join balok kolom menerima gaya geser vertikal dan horizontal yang beberapa kali lebih besar dibandingkan dengan gaya geser yang bekerja pada elemen balok atau kolom. Bilamana join tidak didetail dengan baik, maka join tersebut dapat menjadi elemen terlemah pada struktur, dan hal ini tentu saja dapat mempengaruhi perilaku struktur secara keseluruhan.