TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Portal Beton
2.1.1 Beton Bertulang
Beton adalah suatu campuran yang terdiri dari pasir, kerikil, batu pecah, atau agregat-agregat lain yang dicampur menjadi satu dengan suatu pasta yang terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa mirip batuan. Beton sendiri memiliki kuat tekan yang tinggi tetapi kuat tarik yang sangat rendah.Nilai kuat tarik beton hanya sekitar 9% - 15% dari kuat tekannya.Beton bertulang adalah suatu kombinasi antara beton dan baja dimana tulangan baja berfungsi menyediakan kuat tarik yang tidak dimiliki oleh beton. McCormac,( 2004, h.1).
Istimawan menyebutkan, kerjasama antara bahan beton dan baja tulangan hanya dapat terwujud dengan didasarkan pada keadaan-keadaan ; (1) lekatan sempurna antara batang tulangan baja dengan beton keras yang membungkusnya sehingga tidak terjadi penggelinciran diantara keduanya; (2) beton yang mengelilingi batang tulangan baja bersifat kedap sehingga mampu melindungi dan mencegah terjadinya karat baja; (3) angka muai kedua bahan hampir sama, dimana untuk setiap kenaikan suhu satu derajat Celcius angka muai beton 0,000010 sampai 0,000013 sedangkan baja 0,000012, sehingga tegangan yang timbul karena perbedaan nilai dapat diabaikan. (1994, h.2).
6
2.1.2 Sifat-sifat Beton Bertulang
a. Kuat Tekan
Kuat tekan beton (fc’) ditentukan dengan melakukan uji kegagalan terhadap silinder-silinder beton 6in. x 12 in. yang berumur 28 hari pada tingkat pembebanan tertentu. Selama periode 28 hari ini silinder beton biasanya ditempatkan di dalam air atau dalam sebuah ruangan dengan temperature tetap dan kelembapan 100%. Kurva tegangan-regangan pada gambar 2.1 menampilkan hasil yang dicapai dari uji kompresi terhadap sejumlah silinder uji standart berumur 28 hari yang kekuatannya beragam.
Gambar 2.1 Kurva tegangan-regangan beton yang umum, dengan pembebanan jangka pendek
Berikut beberapa hal penting yang didapat dari grafik:
a. Kurva hampir lurus ketika beban ditingkatkan dari nol sampai kira-kira 1/3 – ½ kekuatan maksimum beton.
b. Di atas kurva ini perilaku betonnya nonlinear. Ketidaklinearan kurva tegangan-regangan beton pada tegangan yang lebih tinggi ini mengakibatkan beberapa masalah ketika kita melakukan analisis structural terhadap konstruksi beton karena perilaku konsruksi tersebut juga akan nonlinear pada tegangan-regangan yang lebih tinggi.
7
c. Satu hal penting yang harus diperhatikan adalah kenyataan bahwa berapa pun besarnya kekuatan beton, semua beton akan mencapai kekuatan puncak nya pada regangan sekitar 0,002.
d. Beton tidak memiliki titik leleh yang pasti; sebaliknya kurva beton akan tetap bergerak mulus hingga tiba di titik kegagalan (point of rupture) pada regangan sekitar 0,003 sampai 0,004.
e. Banyak pengujian telah menunjukkan bahwa kurva-kurva tegangan-regangan untuk silinder-silinder beton hampir identik dengan kurva-kurva serupa untuk sisi balok yang mengalami tekan.
f. Harus diperhatikan juga bahwa beton berkekuatan lebih rendah lebih daktil daripada beton berkekuatan lebih tinggi, artinya beton-beton yang lebih lemah akan mengalami regangan yang lebih besar sebelum mengalami kegagalan.
b. Kuat Tarik
Kuat tarik beton bervariasi antara 8% sampai 15% dari kuat tekannya.Alasan utama dari kuat tarik yang kecil ini adalah kenyataan bahwa beton dipenuhi oleh retak-retak halus.Retak-retak ini tidak berpengaruh besar bila beton menerima beban tekan karena beban tekan menyebabkan retak menutup sehingga memungkinkan terjadinya penyaluran tekanan.Kuat tarik beton tidak berbanding lurus dengan kuat tekan ultimatnya fc’.Kuat tarik ini cukup sulit untuk diukur dengan bebean-beban tarik aksial langsung akibat sulitnya memegang spesimen uji untuk menghindari konsentrasi tegangan dan akibat kesulitan dalam meluruskan beben-beban tersebut.Kuat tarik beton pada waktu mengalami lentur sangat penting ketika kita sedang meninjau retak dan lendutan pada balok.Untuk tujuan ini, kita selama ini menggunakan kuat tarik yang diperoleh dari uji modulus keruntuhan.
c. Modulus Elastisitas Statis
Beton tidak memiliki modulus elastisitas yang pasti.Nilainya bervariasi tergantung dari kekuatan beton, umur beton, jenis pembebanan, dan karakteristik dan perbandingan semen dan agregat.
8
d. Modulus Elastisitas Dinamis
Modulus elastisitas dinamis, yang berkorespons dengan regangan-regangan sesaat yang sangat kecil, biasanya diperoleh dari uji sonik.Nilainya biasanya lebih besar 20% - 40% daripada modulus nilai awal.Modulus dinamis ini biasanya dipakai pada analisis struktur dengan beban gempa atau tumbukan.
e. Poisson Ratio
Ketika sebuah silinder beton menerima beban tekan, silinder tersebut tidak hanya berkurang tingginya tetapi juga mengalami ekspansi (pemuaian) dalam arah lateral. Perbandingan ekspansi lateral dengan perpendekan longitudinal ini disebut sebagai Poisson Ratio. Nilainya bervariasi dari 0,11 untuk beton mutu tinggi dan 0,21 untuk beton mutu rendah, dengan nilai rata-rata 0,16.
f. Susut
Ketika bahan-bahan untuk beton dicampur dan diaduk, pasta yang terdiri dari semen dan air mengisi rongga-rongga di dalam agregat dan mengikat agregat tersebut menjadi satu.Campuran ini harus cukup mudah dikerjakan (workable) dan dapat mengalir sehingga campuran tersebut dapat masuk diantara sela-sela tulangan dan memenuhi seluruh cetakan.Untuk dapat mencapai tingkat kemampuan kerja (workability) seperti ini, biasanya digunakan air yang lebih banyak daripada seharusnya agar semen dan air dapat bereaksi bersama. Setelah beton selesai dirawat dan mulai mengering, kelebihan campuran air ini mencari jalan ke permukaan beton, tempat dimana campuran ini akan menguap. Akibatnya, beton akan susut dan retak. Retak yang dihasilkan akan mengurangi kekuatan geser beton dan merusak penampilan struktur. Selainitu, retak juga akan mengakibatkan tulangan terkena udara dari luar, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya karat.
g. Rangkak
Ketika menerima beban tekan terus-menerus, beton akan terus mengalami deformasi untuk waktu yang lama. Setelah deformasi awal terjadi, deformasi yang terjadi selanjutnya disebut rangkak(creep) atau aliran plastis (plastic flow).Jika
9
beban tekan diterapkan kepada suatu batang beton, terjadi pemendekan sesaat atau elastis. Jika beban dibiarkan tetap ada untuk waktu yang lama, batang tersebut akan terus memendek selama beberapa tahun dan deformasi akhir yang terjadi biasanya sebesar 2 sampai 3 kali deformasi awal. Besar rangkak yang terjadi sangat tergantung pada besarnya tegangan.Rangkak hampir berbanding lurus terhadap teganagan selama tegangan yang terjadi tidak lebih besar dari sentengah fc’.
2.1.3 Kelebihandan Kekurangan Beton Bertulang
Beton bertulang masih merupakan bahan struktur yang paling umum digunakan secara umum di seluruh dunia baik untuk bangunan gedung, rumah, jembatan, bendungan, drainase, dan sebagainya. Pemilihan beton ini sebagai bahan struktur tentunya dengan pertimbangan-pertimbangan dari aspek kelebihan beton tersebut terhadap jenis bangunan yang akan dibangun. Berikut merupakan beberapa kelebihan beton sebagai bahan struktur:
1. Beton memiliki kekuatan tekan yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan kebanyakan bahan struktur lainnya.
2. Beton memiliki ketahanan yang tinggi terhadap temperatur tinggi atau pun api. 3. Pemeliharaan nya mudah dan relatif lebih murah
4. Beton memiliki kekakuan yang cukup tinggi / sangat kaku
5. Lebih mudah dibentuk sesuai dengan bentuk perencanaan yang diinginkan. 6. Usia layan beton yang panjang.
7. Material yang dibutuhkan untuk membuat struktur beton mudah didapat, seperti kerikil, pasir dan air.
8. Keahlian tenaga kerja yang dibutuhkan untuk membangun konstruksi dengan bahan beton bertulang lebih rendah dibanding bahan lain contohnya baja. 9. Lebih ekonomis untuk struktur pondasi, basement, pier, dan lain-lain
Kekurangan Beton Bertulang
1. Kuat tarik beton yang rendah
2. Memerlukan bekisting dalam pencetakannya sampai beton mengalami pengerasan, serta penyangga bekisting yang biayanya cukup mahal.
10
3. Kekuatan beton per satuan berat yang rendah mengakibatkan berat sendiri beton besar terutama dalam penggunaannya dalam bentang yang panjang. 4. Kekuatan beton per satuan volume mengakibatkan dimensi beton yang besar
jika menginginkan kekuatan beton yang besar pula.
5. Bervariasinya sifat-sifat beton karena variasi proporsi campuran, proses pembuatan, penuangan ke dalam cetakan, dan pemeliharaan.
6. Beton dapat mengalami susut dan rangkak seiring berjalannya waktu.
2.1.4 Kolom beton bertulang
Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka (frame)struktural yang memikul beban dari balok.Kolom meneruskan beban-beban dari elevasi atas ke elevasi yang lebih bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi Nawy, (2008, h306).Berdasarkan posisi beban terhadap penampang melintang kolom, kolom dapat diklasifikasikan atas kolom dengan beban sentris dan kolom dengan beban eksentris.Kolom yang mengalami beban sentris berarti tidak mengalami momen lentur, namun pada kenyataannya kolom jenis ini sangat jarang ditemukan.Perencanaan kolom umumya di desain sebagai kolom dengan beban eksentris. Kolom dengan beban eksentris mengalami momen lentur dan juga gaya aksial. Momen ini dapat dikonversikan menjadi beban P dengan eksentrisitas tertentu.Momen lentur sendiri dapat bersumbu tunggal (uniaxial) seperti halnya kolom luar (eksterior) bangungan tingkat tinggi.Kolom dengan momen lentur bersumbu rangkap (biaxial) apabila lenturnya terjadi terhadap sumbu x dan y.
Karena kolom merupakan elemen yang menahan beban-beban balok dan pelat lantai maka dalam perencanaannya kolom didesain dengan kekuatan cadangan yang lebih tinggi dibandingkan elemen balok.
Kekuatan kolom dievaluasi berdasarkan prinsip-prinsip dasar berikut : 1. Distribusi regangannya linier diseluruh tebal kolom
2. Tidak ada gelincir antara beton dengan tulangan baja (regangan baja sama dengan regangan pada beton yang mengelilinginya)
3. Regangan beton maksimum yang diizinkan pada keadaan gagal (untuk perhitungan kekuatan ) adalah 0,003in./in
11
Kolom beton bertulang ada yang bersengkang persegi dan spiral.Kolom dengan sengkang persegi adalah kolom yang dipasang tulangan sengkang berbentuk persegi untuk menahan tulangan longitudinal agar tidak bergerak selama pembangunan juga menjaga tulangan longitudnal menekuk ke arah luar akibat adanya beban. Kolom spiral adalah kolom yang diberikan tulangan sengkang berbentuk lingkaran. Tulangan spiral ini mempunyai kekuatan yang lebih besar untuk menahan tulangan longitudinal, namun pembuatannya jauh lebih mahal dibandingkan tulangan persegi. Balok spiral juga lebih banyak digunakan pada kolom yang berada di dalam ruangan terbuka karena bentuk nya yang lebih menarik. Kolom spiral juga lebih baik untuk bangunan yang berada di daerah rawan gempa. Spiral efektif untuk meningkatkan kekokohan dan daktilitas kolom.
2.1.4.1 Keruntuhan kolom beton
Keruntuhan kolom dapat terjadi apabila tulangan bajanya mengalami leleh karena tarik, atau terjadinya kehancuran pada beton yang tertekan. Selain itu dapat pula kolom mengalami keruntuhan apabila terjadi kehilangan stabilitas lateral, yaitu terjadi tekuk. Apabila kolom runtuh karena materialnya (yaitu lelehnya baja atau hancurnya beton), maka kolom ini diklasifikasikan sebagai kolom pendek.Apabila panjang kolom bertambah, kemungkinan kolom runtuh karena tekuk semakin besar.
a. Kolom Persegi
Pada kolom dengan sengkang persegi, saat kolom mendapat beban yang besar yang dapat membuat selimut beton pecah dan gompal, tulangan longitudinal akan menekuk dengan cepat, hal ini dapat membuat keruntuhan yang terjadi secara tiba-tiba, umumnya karena gempa. Namun dapat dihindari jika tulangan sengkang dipasang berdekatan.
b. Kolom Spiral
Berbeda dengan kolom sengkang persegi, tulangan sengkang spiral akan dapat menahan tulangan longitudinal meskipun selimut beton sudah gompal, jadi struktur masih dapat dipertahankan. Jika tulangan sengkang dipasang berdekatan, maka tulangan sengkang dan longitudinal dapat
12
menahan beban yang sedikit lebih besar dari beban yang membuat selimut beton gompal.
Gambar 2.2 Tipe kolom beton
2.1.4.2 Persyaratan Peraturan ACI untuk Kolom Cor ditempat.
Peraturan ACI mensyaratkan banyak batasan pada dimensi, tulanganm kekangan lateral, dan hal lain yang berhubungan dengan kolom beton. Beberapa batasan yang penting diberikan sebagai berikut.
1. Persentase tulangan tidak boleh kurang dari 1% luas bruto penampang kolom (ACI 10.9.1)
2. Persentase tulangan maksimum tidak boleh lebih besar dari 8% luas bruto penampang kolom (ACI 10.9.1)
3. Jumlah tulangan longitudinal minimum yang diizinkan untuk batang tekan (ACI 10.9.2) adalah 4 untuk tulangan dengan sengkang persegi atau lingkaran, 3 untuk tulangan sengkang segitiga, dan 6 untuk tulangan dengan sengkang spiral.
4. Peraturan ACI tidak secara langsung memberikan luas penampang kolom minimum, tetapi memberikan selimut yang diperlukan disisi luar sengkang atau spiral dan memberikan jarak yang diperlukan antar tulangan
13
longitudinal dari satu permukaan kolom ke permukaan lainnya jadi lebar minimum adalah sekitar 8 sampai 10 in.
5. Jika digunakan kolom sengkang persegi, sengkang tersebut tidak boleh lebih kecil dari #3 dengan tulangan longitudinal #10 atau lebih kecil. Ukuran minimum sengkang adalah #4 untuk tulangan longitudinal lebih besar dari #10 danuntuk tulangan gabungan. Jarak sengkang pusat ke pusat tidak boleh lebih dari 16 kali diameter tulangan longitudinal, 48 kali diameter sengkang, atau dimensi lateral terkecil dari kolom.
6. Peraturan ACI (7.10.4) menyatakan bahwa jarak bersih spiral tidak boleh kurang dari 1 in. atau lebih dari 3 in.