BAB V. Kesimpulan dan Saran
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Konsol
2.2. D-region dan B-region
Schlaich et al. (1987) menjelaskan bahwa pada elemen-elemen struktur existing yang sesungguhnya, D-region dan B-region pada dasarnya dapat terjadi secara bersama-sama dalam satu body elemen struktur. Oleh karena itu, maka pembagian atau pemisahan D-region dan B-region dalam suatu elemen struktur harus sesuai dengan ketentuan-ketentuan yang diacu. Terkait dengan metode perancangan, untuk B-region biasanya digunakan teori
𝐵𝑒𝑟𝑛𝑜𝑢𝑙𝑙𝑖, sedangkan untuk D-region pada umumnya digunakan metode 𝑠𝑡𝑟𝑢𝑡 𝑎𝑛𝑑 𝑡𝑖𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙.
Schlaich et al. (1987) juga menerangkan bahwa distribusi tegangan pada elemen kolom dan balok untuk kondisi beban yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.
Untuk daerah di sekitar tengah bentang, distribusi tegangan bersifat teratur, daerah ini adalah B-region. Sedangkan pada daerah dekat beban terpusat dan dekat tumpuan, terlihat pola tegangan yang bersifat tidak teratur dan turbulen, daerah ini disebut D-region. Intensitas tegangan makin berkurang pada daerah yang jauh dari lokasi beban terpusat.
(a). Sebuah elemen struktur.
(b). Beban dan reaksi sesuai dengan hipotesis Bernoulli.
(c). Kesetimbaangan tegangan dalam struktur.
(d). Elemen struktur dengan B-region dan D-region.
Gambar 2.2: Elemen Kolom dengan Beban Terpusat (Schlaich et al., 1987)
(a). Sebuah elemen struktur.
(b). Beban dan reaksi sesuai dengan hipotesis Bernoulli.
(c). Kesetimbaangan tegangan dalam struktur.
(d). Elemen struktur dengan B-region dan D-region.
Gambar 2.3: Elemen Balok dengan Beban Merata (Schlaich et al., 1987)
Schlaich et al. (1987) menambahkan bahwa untuk dapat menentukan D-region dengan jelas, perlu memperkirakan aliran/ lintasan tegangan yang terjadi, sehingga dapat ditentukan garis batas antara D-region dan B-region. Untuk mencapai kondisi ini maka konsep Venant dapat digunakan. Gere dan Goodno (2009) menerangkan bahwa dengan konsep Saint-Venant dapat dijelaskan bahwa distribusi tegangan pada daerah sekitar lokasi beban kerja akan mengalami distribusi tegangan yang tidak merata. Tetapi jika daerah yang ditinjau semakin jauh lokasinya dari letak beban kerja, maka distribusi tegangan kembali normal.
Selain itu, Schlaich et al. (1987) menjelaskan bahwa analisis D-region dapat dilakukan secara dua dimensi atau tiga dimensi. Untuk struktur yang memiliki ketebalan yang sama, seperti balok, konsol dan bukaan pada pelat, kondisi yang terjadi merupakan kondisi tegangan bidang, sehingga analisis dapat disederhanakan menjadi dua dimensi. Sedangkan untuk struktur dimana kondisi tegangannya bersifat tiga dimensi seperti efek punching akibat beban terpusat kolom atau pilar pada pile cap dan pier head, maka analisis harus dilakukan secara tiga dimensi. Gambar 2.4 menunjukkan D-region daerah-daerah yang mengalami distribusi tegangan nonlinear.
Gambar 2.4: D-region (diarsir) dengan Distribusi Tegangan Nonlinier karena (a) Perubahan Geometrik Struktur, (b) Pengaruh Pembebanan Struktur
(Schlaich et al., 1987) 2.3. Metode Strut-and-Tie Model
Schlaich et al. (1987) pertama kali yang mengembangkan metode strut-and-tie model untuk menganalisis D-region. Metode ini pada dasarnya merupakan pengembangan dari metode analogi rangka batang yang awalnya dikemukakan oleh Ritter (1889) dan Morsch (1902). Karena keunggulan dan kesederhanaannya untuk menganalisis disturbed (D)-region, metode ini sudah diadopsi oleh banyak peraturan-peraturan perencanaan di berbagai negara, salah satunya adalah ACI-318-14, yang menjadi acuan utama SNI-2847 (2019). Untuk mendesain struktur beton bertulang pada D-region dengan menggunakan metode STM, diperlukan beberapa tahapan-tahapan yang secara umum dapat dikelompokkan menjadi:
1. Pemodelan struktur, yaitu pembuatan beberapa Truss Model yang sesuai dengan keadaan aktual struktur.
2. Optimasi model, yaitu memilih Truss Model yang paling baik berdasarkan kriteria optimasi dari beberapa model yang diusulkan.
3. Berdasarkan Truss Model terpilih, dicek kapasitas masing-masing komponen yang mengacu pada metode strut-and-tie model yang ditetapkan, dan harus sesuai dengan kriteria kekuatan batas yang disyaratkan.
4. Desain tulangan yang dibutuhkan pada elemen struktur terkait yang disesuaikan dengan konsep metode strut-and-tie model yang ditetapkan.
Berdasarkan analisis elastis, seperti analisis elemen hingga, pada elemen beton bertulang, jika kondisinya belum retak, maka distribusi tegangan pada D-region dapat diturunkan. Tegangan yang diperoleh merupakan tegangan normal atau tegangan utama.
Kontur tegangan kemudian dapat dibuat dengan menghubungkan daerah yang sama nilai tegangan utamanya. Berdasarkan kontur tegangan, dapat ditentukan aliran tegangan yang terjadi. Aliran tegangan ini kemudian disebut trayektori tegangan. Dari trayektori tegangan, dapat diperoleh dua informasi jenis trayektori tegangan yaitu trayektori tegangan tekan dan trayektori tegangan tarik, serta arah aliran tegangan. Penentuan trayektori tegangan ini diperlukan dalam proses pemodelan strut dan tie, terutama untuk trayektori tegangan tekan, yang akan memberikan arah dalam pemodelan strut. Metode strut-and-tie model menganalogikan aliran gaya yang terjadi pada suatu elemen struktur dengan menggunakan elemen rangka batang atau truss. Elemen rangka batang tersebut berupa elemen struktur yang hanya dapat menerima gaya aksial. Batang yang menerima gaya aksial tekan disebut strut dan yang menerima gaya aksial tarik disebut tie. Sedangkan titik pertemuan antara batang disebut dengan node atau nodal.
2.3.1. Elemen Strut (tekan)
Wight dan Gregor (2012) menjelaskan bahwa strut adalah elemen beton yang berada pada daerah tegangan tekan yang diidealisasikan sebagai medan tegangan tekan uniaksial.
Kekuatan material strut berhubungan dengan kuat tekan maksimum beton pada daerah tegangan tekan diagonal. Agar dapat menentukan kuat tekan maksimum strut, harus diketahui terlebih dahulu kuat ultimit yang dapat disediakan oleh beton untuk mencegah kehancuran yang disebabkan oleh tegangan tekan diagonal. Berdasarkan Gambar 2.5, dapat dijelaskan bahwa pada dasarnya strut terbentuk dari resultan medan tegangan tekan yang memiliki keragaman baik dalam arah maupun besarnya. Pemodelan ini tentu saja adalah idealisasi dari kenyataan sesungguhnya.
Gambar 2.5: Penyederhanaan Model Strut-Tie bentuk Botol (Wight dan Gregor, 2012)
Syarat kekuatan strut pada SNI-2847 (2019) pada Pasal 23.3 menyatakan bahwa untuk desain strut, berlaku juga untuk tie dan nodal zone pada Persamaan 2.4.
∅𝐹𝑛 ≥ 𝐹𝑢 (2.4) dimana 𝐹𝑢 adalahgaya terfaktor yang bekerja pada strut, tie atau pada satu muka daerah titik hubung (nodal); dan ∅ ditetapkan dalam Pasal 21.2 yakni bernilai 0.75 yang merupakan faktor reduksi untuk kekuatan strut, tie, dan nodal zone.
Kekuatan tekan strut tanpa tulangan longitudinal, 𝐹𝑛𝑠, harus diambil sebagai nilai yang lebih kecil dari Persamaan 2.5.
𝐹𝑛𝑠 = 𝑓𝑐𝑒. 𝐴𝑐𝑠 (2.5) Pada kedua ujung strut, dimana 𝐴𝑐𝑠 adalah luas penampang pada satu ujung strut, dan 𝑓𝑐𝑒 adalah lebih kecil daripada (a) dan (b):
(a) Kekuatan efektif beton pada strut yang diberikan dalam Pasal 23.4.3.
(b) Kekuatan tekan efektif pada daerah titik hubung (𝑛𝑜𝑑𝑎𝑙) yang diberikan dalam Pasal 23.4.4.
Kekuatan tekan efektif beton dalam Pasal 23.4.3, 𝑓𝑐𝑒 pada strut harus diambil sesuai dengan persamaan (2.6).
𝑓𝑐𝑒 = 0.85𝛽𝑠𝑓𝑐′ (2.6) 𝛽𝑠 adalah faktor yang ditentukan sesuai dengan bentuk strut yang diambil pada pehitungan kekuatan. Faktor 𝛽𝑠 yang diambil sesuai Tabel 2.1, dimana λ adalah koefisien beton yang besarnya tergantung dari berat volume beton.
Tabel 2.1: Koefisien Strut 𝛽𝑠
Geometrik dan lokasi strut
Tulangan melewati
strut 𝜷𝒔 Ket
Strut dengan luas penampang pada
seluruh panjangnya seragam NA 1.0 (a)
Strut yang terletak di daerah sebuah komponen dimana lebar beton yang tertekan pada tengah panjang strut
dapat melebar ke arah lateral
2.3.2. Elemen Tie (Tarik)
Tension atau tie difungsikan untuk menahan gaya tarik yang terjadi. Dalam perencanaan, kuat tarik beton diabaikan sehingga gaya tarik yang terjadi dilimpahkan sepenuhnya pada tulangan baja. Gaya tarik tersebut bersifat uniaksial dan diasumsikan bekerja sejajar sumbu utama tie. Kekuatan batas tension atau tie yang dgunakan adalah kuat leleh tulangan baja 𝑓𝑠𝑦. Karena perilaku daktail diasumsikan selalu terjadi, maka dalam perencanaan elemen struktur, penampangnya diusahakan selalu berada dalam kondisi 𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟 𝑟𝑒𝑖𝑛𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒𝑑.
Dalam SNI 2847 (2019), Pasal 23.7.2, kekuatan tarik nominal, 𝐹𝑛𝑡, harus dihitung sesuai Persamaan 2.7.
𝐹𝑛𝑡 = 𝐴𝑠𝑡. 𝑓𝑦+ 𝐴𝑡𝑝. (𝑓𝑠𝑒+ ∆𝑓𝑝) (2.7) dimana (𝑓𝑠𝑒+ ∆𝑓𝑝) tidak boleh melebihi ƒ𝑝𝑦, dan 𝐴𝑡𝑝 adalah nol untuk komponen struktur nonprategang. Pada Persamaan (2.7), ∆𝑓𝑝 boleh diambil sama dengan 420 MPa untuk tulangan prategang dengan lekatan dan 70 MPa untuk tulangan prategang tanpa lekatan. Nilai ∆𝑓𝑝 yang lebih tinggi boleh diambil jika dapat dibuktikan dari analisis.
2.3.3. Elemen Nodal
Imran dan Hendrik (2014) melaporkan bahwa menurut ACI 318-11, nodal adalah daerah pertemuan strut dengan strut atau strut dengan tie. Mengingat tegangan pada masing-masing strut dan tie adalah uniaksial, maka pada daerah nodal, tegangan yang terjadi bersifat multiaksial. Daerah nodal dibatasi dan dibentuk oleh pertemuan strut-tie, dan terkadang juga, oleh daerah perletakan (bearing plate). Gambar 2.6 menunjukkan bahwa ada empat tipe utama nodal, yaitu:
a. C-C-C : bila tiga buah gaya tekan bertemu pada titik nodal b. C-C-T : bila satu dari ketiga gaya yang bertemu adalah gaya tarik c. C-T-T : bila salah satu dari ketiga gaya yang bertemu adalah gaya tekan d. T-T-T : bila ketiga gaya yang betemu adalah gaya tarik
Gambar 2.6: Jenis-jenis Nodal Zone (ACI 318-11)
Dalam SNI 2847-2019, Kekuatan nominal dari zona nodal, 𝐹𝑛𝑛, harus dihitung sesuai Persamaan 2.8.
𝐹𝑛𝑛= 𝑓𝑐𝑒. 𝐴𝑛𝑧 (2.8) Kekuatan tekan efektif 𝑓𝑐𝑒 beton pada muka dari zona nodal harus dihitung sesuai Persamaan 2.9.
𝑓𝑐𝑒 = 0.85. 𝛽𝑛. 𝑓𝑐′ (2.9)
Tabel 2.2: Koefisien zona nodal 𝛽𝑛
Luasan dari setiap muka zona nodal, 𝐴𝑛𝑧, harus diambil nilai terkecil antara (a) dan (b):
(a) Luas muka daerah titik hubung (nodal) dimana 𝐹𝑢 bekerja, diambil tegak lurus terhadap garis aksi 𝐹𝑢.
(b) Luas penampang yang melewati daerah titik hubung (nodal), diambil tegak lurus terhadap garis aksi gaya resultan pada penampang.
Konfigurasi zona nodal 𝜷𝒏 Keterangan Zona nodal yang dibatasi oleh strut,
area tumpuan atau keduanya
1,0 (a)
Zona nodal yang mengangkurkan satu tie
0,80 (b) Zona nodal yang mengangkurkan
dua atau lebih tie
0,60 (c)
2.3.4 Tulangan Minimum
Dengan strut-and-tie model, dapat dihitung dan ditentukan posisi tulangan pokok pada daerah-D sesuai dengan kondisi beban dan geometri. Tetapi pada daerah di luar tie, pada penampang struktur lainnya, perlu pula dipasang tulangan minimum. Pemasangan minimum diperlukan untuk kontrol retak, menjamin daktilitas struktur dan memberi efek pengekangan pada strut. Adapun persyaratan tulangan minimum sesuai dengan SNI 2847-2019 pada yaitu:
Sengkang tertutup atau sengkang pengikat harus diberi jarak tertentu sehingga Ah terdistribusi secara merata dalam 23𝑑 diukur dari tulangan tarik utama.
Selain memenuhi syarat di atas, khusus untuk perancangan dengan strut-and-tie model, ditetapkan pula bahwa tulangan minimum yang dipasang harus memenuhi syarat Persamaan 2.10.
∑ 𝐴𝑠𝑖
𝑏𝑠𝑠𝑖𝑠𝑖𝑛 ∝𝑖≥ 0,003 (2.10)
Gambar 2.7: Penulangan Minimum pada Daerah Strut (Badan Standarisasi Nasional, 2019)
Dimana, ∝𝑖 adalah sudut antara sumbu tulangan minimum dan sumbu dari strat yang ada.
Syarat ini sebenarnya dihubungkan dengan penggunaan parameter 𝛽𝑠 pada saat menghitung kekuatan strut yang diambil sebesar 0,75.
BAB 3
METODE PENELITIAN