5 3 Perkuatan Balok

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II. 5 3 Perkuatan Balok

Berdasarkan kelebihan dan kekurangan beberapa metode perkuatan yang ada, pada studi ini dipilih perkuatan dengan penambahan tulangan luar (eksternal). Adapun beberapa penelitian yang sudah dilakukan tentang perkuatan ini baik yang menggunakan FRP maupun dengan pelat atau profil baja, diantaranya :

Lamanna, Bank dan Scott (2001) meneliti perkuatan lentur balok beton bertulang menggunakan baut dan potongan Fiber-Reinforced Polymer. Pada percobaan yang dilakukannya digunakan balok dengan kekuatan berbeda yaitu 21 Mpa dan 42 Mpa dengan dimensi 153x153 mm dan panjang 1220 mm. Balok yang digunakan berjumlah 9 buah dengan perlakuan berbeda untuk lebar FRP, jumlah baris baut dan mutu beton. Dari penelitian ini didapat kesimpulan untuk mutu beton yang lebih tinggi diperlukan perkuatan yang lebih kecil dan kenaikan momen ultimate dapat dicapai apabila potongan FRP terikat kuat.

Jumaat dan Alam (2006) meneliti mengenai masalah terkait metode penyatuan pelat dari perkuatan balok beton bertulang. Dari penelitian yang dilakukan didapat kesimpulan penggunaan FRP ternyata 10 kali lebih mahal dari perkuatan dengan pelat baja dan FRP tidak tahan terhadap api, sehingga penggunaannya masih terbatas sedangkan untuk perkuatan dengan pelat baja terdapat 3 jenis retak yaitu retak lentur, geser dan axial. Namun retak ini dapat diatasi dengan pengaplikasian baut untuk mengikat pelat dengan beton.

Al-Hassani, Al-Ta’an dan Mohammed (2013) meneliti perilaku balok beton bertulang yang telah retak yang diperkuat dengan pelat baja eksternal.Pada percobaan ini, digunakan 15 buah balok, dimana 9 buah balok dibebani dengan beban ultimate kemudian diperkuat dan dibebani lagi hingga runtuh, 3 buah balok sebagai kontrol dan 3 buah balok

dibebani sampai runtuh, diperkuat dan dibebani lagi sampai runtuh. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : beban ultimate meningkat sekitar 1-17 % dengan perkuatan memakai pelat tebal 1 mm dan 70-94 % dengan perkuatan memakai pelat tebal 3 mm.

Berdasarkan hasil dari beberapa penelitian diatas, pada studi ini dipilih perkuatan balok beton bertulang dengan memberikan penulangan tambahan dari luar (externally reinforcement) untuk memperkuat lentur dari balok. Penulangan eksternal yang digunakan adalah pelat baja. Dimana pelat baja yang digunakan pada sisi atas dan sisi bawah yang berfungsi sebagai perkuatan daerah tekan dan daerah tarik dan akan dibaut pada balok existing agar didapat kekuatan maksimum.

Perkuatan pada balok menggunakan Externally Reinforcement. Pada studi kali ini yang akan ditambahkan adalah pelat yang berfungsi sebagai perkuatan pada daerah tekan dan pada daerah tarik.

Menurut SNI 03 – 2487 – 2002 tebal minimun kolom dapat ditentukan tanpa memperhitungkan lendutan berdasarkan :

Tabel 3. 1. Tebal minimum kolom

Komponen Struktur Dua tumpuan sederhana Satu ujung menerus Kedua ujung menerus Kantilever Komponen yang tidak menahan atau tidak disatukan dengan partisi atau konstruksi lain yang mungkin akan rusak oleh lendutan yang besar Pelat masif satu arah

l/20

l/24

l/28

l/10

Balok atau pelat rusuk satu arah

l/16

l/18,5

l/21

l/8

Untuk perkuatan lentur balok sesuai dengan SNI 03 – 2487 – 2002 persyaratan untuk balok dengan tulangan rangkap adalah

Ada 3 kemungkinan keruntuhan pada balok dalam kondisi batas (ultimate), yaitu : 1. Keruntuhan tarik (under – reinforced)

Keruntuhan tarik terjadi apabila regangan pada baja tulangan lebih besar dari regangan leleh beton dimana

ε

s =

ε

y tetapi

ε

c’ <

ε

cu’. Pada keruntuhan ini tulangan

baja yang leleh terlebih dahulu mengalami kehancuran terlebih dulu daripada beton. Pada kondisi ini penampang balok memiliki rasio tulangan yang lebih kecil.

Persamaan kesetimbangan untuk keruntuhan ini adalah :

Dimana

2. Keruntuhan tekan (over – reinforced)

Keruntuhna tekan terjadi apabila regangan pada baja tulangan lebih kecil dari regangan leleh beton dimana

ε

s <

ε

y tetapi

ε

c’ =

ε

cu’. Pada keruntuhan ini beton

duluan hancur daripada baja. Pada kondisi ini penampang balok memiliki rasio tulangan yang lebih besar.

Persamaan kesetimbangan untuk keruntuhan ini adalah :

( ₎

3. Keruntuhan seimbang (Balance reinforced)

Keruntuhan seimbang terjadi bila regangan pada baja tulangan dan regangan beton mencapai titik leleh pada saat bersamaan. Pada kondisi ini, beton dan rasio tulangan seimbang (balance).

Analisa pada kondisi seimbang (Balance)

Dari diagram momen dan gaya, diperoleh :

dan

Untuk menentukan garis setimbang pada diagram digunakan rumusan :

Dari kesetimbangan gaya :

A_s

Penampang Balok Diagram Regangan Diagram Tegangan

c

d h

b

SNI menerapkan rasio tulangan ρrencana dengan pemasangan tulangan tekan tidak boleh

melebihi nilai maksimum :

II. 6. Analisa Plastis

Perencanaan struktur dengan analisa plastis merupakan sebuah cara yang lebih menguntungkan dibandingkan dengan analisa elastis bila digunakan pada balok menerus, portal dengan sambungan kaku dan analisa statis tak tentu lainnya biasanya banyak melibatkan tegangan lentur. Dalam analisis struktur biasanya banyak melibatkan tegangan lentur. Dalam analisa struktur biasanya diasumsikan bahwa tegangan yang terjadi masih dalam batas elastis dengan defleksi yang kecil. Hal ini mengakibatkan pemborosan penggunaan material khususnya penggunaan material baja. Ini tentu saja tidak sesuai dengan konsep perencanaan yang menginginkan suatu konstruksi aman dengan penggunaan material seefektif mungkin.

Konsep analisa plastis mulai dikembangkan pada tahun 1930. Dalam analisa plastis apabila suatu struktur diberikan beban, maka tegangan yang terjadi masih dalam batas elastis (belum melampaui momen lelehnya) dan semakin besar penambahan beban serat penampang akan mengalami tegangan leleh dimulai dari penampang dibawah beban hingga seluruh penampang. Pada saat seluruh penampang telah mengalami lelh maka terbentuklah sendi – sendi plastis dan selanjutnya struktur ini akan runtuh.

Terbentuknya sendi plastis ditandi dengan terjadinya rotasi terus menerus dengan momen yang besarnya tetap. Hal ini berati meskipun terjadi penambahan beban lagi pada struktur tersebut maka tidak terjadi perubahan nilai momen. Jika demikian maka kita dapat menentukan harga momen batas yang dapat diterima oleh struktur tersebut.

Pada umumnya sendi plastis akan terbentuk lebih cepat pada titik – titik yang memiliki momen terbesar pada struktur tersebut. Beda antara sendi biasan dan sendi plastis adalah pada sendi biasa momen yang bekerja pada sendi adalah nol, sedangkan pada sendi plastis momen yang bekerja pada sendi adalah tetap (Mp).

Banyaknya sendi plastis yang dibutuhkan untuk mekanisme keruntuhan sangat bergantung dari derajat statis tak tentu. Oleh karena itu harus terbentuk dulu beberapa sendi plastis. Untuk mengetahui mekanisme keruntuhan pada suatu struktur maka kita dapat menghitung jumlah sendi plastis yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi tersebut. Dalam hal ini dapat dirumuskan :

n = r + 1 Dimana :

n = jumlah sendi plastis untuk runtuh r = derajat statis tak tentu