BAB I
PENDAHULUAN
1.1
UmumPerancangan struktur beton berdasarkan analisa batas (limit analysis) telah banyak diselidiki melalui berbagai penelitian selama hampir empat dasawarsa belakangan ini. Berbagai manfaat telah diperoleh melalui penyelidikan dan penelitian tersebut, terutama pada kekuatan struktur balok yang dibebani geser, torsi dan beban kombinasi. Berbagai penelitian terus berlangsung dan berkembang serta berbagai model yang rasional yang dianggap cukup sederhana dan cukup akurat dalam aplikasinya sudah banyak diusulkan. Sampai saat ini model yang dianggap konsisten dan rasional adalah pendekatan melalui Strut-and-Tie Model.
Strut-and-Tie Model merupakan hasil pengembangan dari metode Truss Analogi yang pertama kali diperkenalkan oleh Mörch (Stuttgart) dan Ritter (Zurrich) pada tahun 1920. Selanjutnya atas inisiatif Schlaich dan Schafer (Stuttgart), Truss Analogi dikembangkan ke dalam suatu bentuk / model yang lebih umum dan konsisten, dan kemudian dikenal sebagai Strut-and-Tie Model (Model Penunjang dan Pengikat). Untuk pertama kalinya Schlaich dan Schafer secara sistematik mengembangkan langkah perancangan struktur beton bertulang dengan Strut-and- Tie Model, yaitu dengan membagi struktur dalam dua daerah yakni, daerah D dan B.
Dimana, daerah yang tidak lagi datar dan tegak lurus garis netral sebelum dan sesudah ada tambahan lentur yang dirincikan oleh regangan nonlinear, disebut daerah D (Distrubed atau Discontinuity) dan daerah dimana berlaku hukum Bernoulli disebut daerah B (Bending atau Bernoulli). Kedua daerah tersebut
menggambarkan alur gaya (Load Path) sebagai transfer gaya yang terjadi pada struktur beton bertulang pada kondisi retak dari sumber pembebanannya sampai tumpuan (sumber : Hardjasaputra, H dan Tumilar, S, Model Penunjang dan Pengikat Pada Perancangan Struktur Beton).
Kini Strut-and-Tie Model sudah menjadi bagian dalam berbagai standart peraturan dibanyak negara , antara lain : Euro Code 2 (EC2), Appendix A-ACI 318 (2002), Appendix A-ACI (2005), Canadian Code, Practical Design of Structural Concrete, fib (1999).
1.2 Latar Belakang Masalah
Dalam perencanaan struktur beton bertulang, diperlukan suatu kepastian tentang keamanan struktur terhadap keruntuhan yang mungkin terjadi selama umur bangunan. Salah satu keruntuhan yang cukup fatal dalam konstruksi balok beton bertulang adalah keruntuhan geser yang diakibatkan oleh kombinasi beban lentur, beban aksial, dan beban geser. Beban geser yang melebihi kapasitas penampang balok beton bertulang akan mengakibatkan retakan-retakan diagonal disepanjang balok beton tersebut. Jika balok tersebut tidak mempunyai jumlah tulangan transversal dan tulangan longitudinal yang cukup serta didetail dengan benar, retakan-retakan tersebut dapat terjadi lebih awal dan pada akhirnya akan berakibat terjadi keruntuhan yang tiba-tiba pada balok. Jadi salah satu hal yang sangat perlu untuk diperhatikan dalam merencanakan maupun menganalisa suatu struktur beton bertulang adalah kegagalan geser pada unit-unit struktur, karena kegagalan geser adalah keruntuhan getas yang berakibat fatal.
Balok tinggi adalah suatu elemen struktur yang mengalami beban seperti pada balok biasa, tetapi mempunyai angka perbandingan tinggi / lebar yang besar, dan angka perbandingan bentang geser / tinggi efektif tidak melebihi 2 sampai 2.5 dimana bentang geser adalah bentang bersih balok untuk beban terdistribusi merata.
Lantai beton yang mengalami beban horizontal, dinding yang mengalami beban vertikal, balok berbentang pendek yang mengalami beban sangat berat, dan kebanyakan dinding geser merupakan contoh-contoh jenis elemen struktur ini.
Karena geometrinya inilah maka balok tinggi ini lebih berperilaku dua dimensi – bukan satu dimensi – dan mengalami keadaan tegangan dua dimensi. Sebagai akibatnya, bidang datar sebelum melentur tidak harus tetap datar setelah melentur.
Distribusi regangannya tidak lagi linier, dan deformasi geser yang diabaikan pada balok biasa menjadi sesuatu yang cukup berarti dibandingkan dengan deformasi lentur murni.
Perilaku balok tinggi sangat berbeda dengan balok lentur konvensional, dimana keruntuhan lebih dominan terjadi akibat tegangan geser sehingga perencanaan tulangan geser sebagai perkuatan internal menjadi penting. Tulangan geser tidak hanya dapat meningkatkan kapasitas geser balok, tetapi juga merubah sifat daktilitas balok dimana tulangan geser berfungsi untuk mereduksi resiko terjadi keruntuhan getas. Selain sengkang yang menahan gaya geser maka pada penulisan ini divariasikan penggunaan tulangan geser longitudinal yang diharapkan dapat menyumbangkan tahanan terhadap kapasitas geser balok tinggi.
Menurut prinsip St. Venant dan seperti yang digambarkan oleh analisis elastis, ada keadaan kompleks regangan di dalam balok. Dengan demikian, pendekatan desain tradisional sectional yang didasarkan pada teori bagian dan
menggunakan model truss chord paralel tidak dapat digunakan untuk desain dalam balok. Model strut-and-tie adalah metode yang digunakan secara luas dan mendapat hormat sebagai metode rasional untuk desain dalam balok. Ketentuan untuk desain dalam balok menggunakan model strut-and-tie telah dimasukkan dalam beberapa kode dan pedoman untuk praktek, termasuk AASHTO LRFD, ACI 318, CEB-FIP, dan kode Kanada.
Gambar 1.1 Distribusi elastis pada balok biasa ( ln / h ≥ 3.5 sampai 5 )
Gambar 1.2 Strut-and-Tie Model untuk Balok Tinggi
Sumber : Park, Jung-woong ; Kuchma, Daniel, “Strut-and-Tie Model Analysis for Strength Prediction of Deep Beams,” ACI Structural Journal, No. 104-S61.
Gambar 1.3 Elemen-elemen dalam Strut-and-Tie Model
Sumber : The Strut and Tie Models of Concrete Structures oleh Dr. C. C. Fu, Ph. D, P. E
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan ini adalah :
1. Untuk mendapatkan informasi yang lengkap tentang Strut-and-Tie Model baik prosedur perhitungan dan juga fungsi kerja tulangan yang dianalisa dengan Strut-and-Tie Model.
2. Untuk melakukan analisa kuat geser balok tinggi beton bertulang berdasarkan Strut-and-Tie Model melalui perhitungan secara manual maupun dengan
menggunakan program CAST (Computer-Aided Strut-and-Tie).
3. Untuk mendapatkan pertimbangan dan kapasitas pembatasan sudut θ dalam perhitungan tulangan geser balok beton bertulang dengan Strut-and-Tie Model.
4. Untuk mempopulerkan metode Strut-and-Tie Model (dalam bentuk beberapa contoh perhitungan) dengan mengenalkan prosedur dan teknik penggunaan dilapangan untuk perhitungan tulangan geser.
5. Untuk mengetahui berapa besar efektifitas metode Strut-and-Tie Model dibandingkan dengan hasil-hasil eksperimen peneliti sebelumnya dan metode yang mengacu pada ketentuan ACI 318-2002 dan ACI 318-2005.
1.4 Pembatasan Masalah
Dalam penyususan skripsi ini, terbatas pada pembahasan :
a. Perumusan dan perhitungan terbatas pada elemen struktur yang sederhana dengan data-data yang logis.
b. Tulangan yang dianalisa adalah tulangan lentur dan tulangan geser.
c. Strut-and-Tie Model direncanakan sesuai dengan aliran beban atau penyebaran tegangan.
d. Beban yang bekerja adalah beban vertikal statis ekivalen yang bekerja pada balok dengan perletakan sederhana (sendi-roll).
e. Penulisan skripsi ini tidak mengadakan verifikasi berdasarkan eksperimen namun membandingkan beban nominal (Vn) yang didapat dari perhitungan manual berdasarkan Strut-and-Tie Model dengan beban nominal (Vn
f. Desain struktur dihitung dengan bantuan program CAST ( Computer-Aided Strut-and-Tie ).
) yang berasal dari hasil uji laboratorium yang telah ada sebelumnya.
1.5 Aplikasi Balok Tinggi (Deep Beam) pada Struktur Bangunan
Adapun aplikasi balok tinggi (deep beam) pada struktur bangunan adalah sebagai berikut.
• Pada balok struktur jembatan beton.
• Pada struktur bangunan dimana tepat pada tengah balok tinggi ditempatkan kolom diatasnya.
1.6 Metode Pembahasan
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah studi literatur yaitu dengan mengumpulkan data-data dan keterangan dari literatur yang berhubungan dengan pembahasan pada tugas akhir ini serta masukan dari dosen pembimbing. Penganalisaan struktur dilakukan dengan bantuan program komputer yaitu Program CAST ( Computer-Aided Strut-and-Tie ) untuk mempercepat perhitungan. Sedangkan dalam perhitungan perbandingan beban nominal (Vn) dari hasil test laboratorium yang telah ada sebelumnya dengan beban nominal (Vn) yang didapat dari perhitungan manual dikerjakan dengan bantuan prosedur iterative yang dikenalkan oleh Huang, Lu, dan Lee yang mengadopsi konsep Strut-and-Tie Model.
