BAB II
STUDI PUSTAKA
2.1 Beton
Beton merupakan bahan konstruksi yang sangat penting dan paling dominan digunakan pada struktur bangunan. Beton adalah satu 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. Terkadang, satu atau lebih bahan aditif ditambahkan untuk menghasilkan beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan (workability), durabilitas, dan waktu pengerasan. Seperti substansi-substansi mirip batuan lainnya, beton memiliki kuat tekan yang tinggi dan kuat tarik yang sangat rendah.
Beton adalah material komposit yang rumit. Beton dapat dibuat dengan mudah bahkan oleh mereka yang tidak puya pengertian sama sekali tentang beton teknologi.
2.1.1 Bahan Beton
2.1.1.1 Semen
terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidraulis bersama bahan-bahan yang biasa digunakan, yaitu gypsum.
a. Sifat Semen Portland
Spesifikasi Semen Portland umumnya menempatkan batas pada komposisi kimia dan sifat fisiknya. Pengertian yang signifikan dari sifat fisik semen sangat membantu dalam hal mengaplikasikan hasil dari uji semen. Berikut adalah sifat dari Semen Portland :
Kehalusan (Fineness)
Kehalusan semen mempengaruhi panas yang dihasilkan dan besarnya hidrasi. Nilai kehalusan yang tinggi akan meningkatkan hidrasi semen dan meningkatkan pertumbuhan kuat tekan.
Kekuatan (Soundness)
Kekuatan ini berdasarkan pada kemampuan pasta untuk mengeras serta mempertahankan volumenya setelah pengikatan.
Konsistensi (Consistency)
Konsistensi didasarkan pada gerakan relatif pada semen pasta segar atau mortar atau kemampuannya untuk mengalir.
Waktu Pengikatan (Setting Time)
Waktu pengikatan diindikasikan dengan pasta yang sedang menimbulkan reaksi hidrasi yang normal.
Salah Pengikatan (False Set)
Kuat Tekan (Compressive Strength)
Kuat tekan didukung oleh tipe semen, komposisi bahan dan kehalusan semen. Panas Hidrasi (Heat of Hydration)
Panas Hidrasi adalah panas yang ditimbulkan ketika semen dan air bereaksi. Panas yang dihasilkan bergantung pada komposisi kimia dari semen tersebut. Kehilangan Pembakaran (Loss on Ignition)
Kehilangan Pembakaran diindikasikan sebelum hidrasi dan karbonasi, yang diakibatkan penyimpanan yang tidak sesuai.
b. Senyawa Kimia Semen Portland
Empat senyawa kimia yang utama dari semen Portland antara lain Trikalsium Silikat (C3S), Dikalsium Silikat (C2S), Trikalsium Aluminat (C3A), Tetrakalsium Aluminoferrit (C4AF). Keempat senyawa utama ini disebut Komposisi Bogue.
c. Jenis Semen Portland
Tipe I adalah semen portland untuk tujuan umum. Jenis ini paling banyak
diproduksi karena digunakan untuk hamper semua jenis konstruksi.
Tipe II adalah semen portland modifikasi, adalah tipe yang sifatnya setengah
tipe IV dan setengah tipe V (moderat). Belakangan lebih banyak diproduksi sebagai pengganti tipe IV.
Tipe III adalah semen portland dengan kekuatan awal tinggi. Kekuatan 28 hari
Tipe IV adalah semen portland dengan panas hidrasi rendah, yang dipakai
untuk kondisi di mana kecepatan dan jumlah panas yang timbul harus minimum. Misalnya pada bangunan massif seperti bendungan gravitasi yang besar. Pertumbuhan kekuatanya lebih lambat daripada semen tipe I.
Tipe V adalah semen portland tahan sulfat, yang dipakai untuk menghadapi
aksi sulfat yang ganas. Umum dipakai di daerah di mana tanah atau airnya memiliki kandungan sulfat yang tinggi.
Tabel 2.1 Jenis-jenis semen portland dengan sifat-sifatnya
2.1.1.2 Agregat
Mengingat bahwa agregat menempati 70-75% dari total volume beton maka kualitas agregat sangat berpengaruh terhadap kualitas beton. Dengan agregat yang baik, beton dapat dikerjakan (workable), kuat, tahan lama (durable) dan ekonomis. Pengaruhnya bisa dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Pengaruh sifat agregat pada sifat beton
Sifat Agregat Pengaruh pada Sifat Beton
Bentuk, tekstur, gradasi Beton cair Kelecakan Pengikatan dan Pengerasan
Sifat fisik, sifat kimia, mineral
Beton keras Kekuatan, kekerasan, ketahanan (durability)
Ada dua peraturan yang berlaku. Pertama, SII 0052-80 “Mutu dan Cara Uji Agregat Beton”. Kedua, PBI 89 menyebutkan ASTM C33 “Standard
Specification for Concrete Aggregate”.
a. Jenis-jenis Agregat
Agregat dapat diklasifikasikan menurut kriteria di bawah ini.
Ukuran dan Produksi
Perbedaan antara agregat kasar dan halus adalah ayakan 5 mm atau 3/16”.
Agregat halus adalah agregat yang lebih kecil dari ukuran 5 mm dan agregat kasar adalah agregat dengan ukuran lebih besar dari 5mm. Agregat dapat diambil dari batuan alam ukuran kecil ataupun batan alam besar yang dipecah.
Kepadatan
Tidak ada batas yang jelas antara agregat biasa dengan agregat ringan atau agregat berat. Pengelompokan umum dapat dilihat pada Tabel 2.3
Tabel 2.3 Jenis agregat berdasarkan kepadatannya.
Jenis Kepadatan (kg/m3)
Ringan 300 – 1800
Sedang 2400 – 3000
Berat > 4000
Mineralogi
b. Karakteristik Agregat
Agregat halus harus memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan:
Harus terdiri dari butir-butir tajam, keras dan harus bersifat kekal
terhadap cuaca (tidak pecah / hancur oleh pengaruh cuaca).
Harus terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya. Hasil analisa
ayakan memenuhi batasan-batasan yang ditentukan pada SK SNI T-15-1990-03, modulus kehalusan 2,3 – 3,1.
Bahan-bahan yang dapat merusak -gumpalan liat dan butiran lebih halus
dari 75 mikrometer- tidak lebih dari 3%.
Harus bebas dari bahan-bahan organis yang merusak (diuji dengan NaCl,
warna agregat halus yang bagus ialah kuning jernih).
Agregat kasar harus memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan:
Terdiri dari butir-butir yang keras, tidak berpori dan kekal terhadap
cuaca.
Agregat pipih / panjang tidak boleh lebih dari 20 %.
Kekerasan diuji dengan mesin pengaus Los Angeles, dimana tidak boleh
terjadi kehilangan berat > 50 %.
Harus terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya. Hasil analisa
ayakan memenuhi batasan-batasan yang ditentukan pada SK SNI T-15-1990-03.
Bahan-bahan yang dapat merusak -gumpalan liat dan butiran lebih halus
2.1.1.3 Air
Semen tidak bisa menjadi pasta tanpa air. Air harus selalu ada di dalam beton cair, tidak saja untuk hidrasi semen, tetapi juga untuk mengubahnya menjadi suatu pasta sehingga betonnya lecak (workable).
Jumlah air yang terikat dalam beton dengan faktor air-semen 0,65 adalah sekitar 20% dari berat semen pada umur 4 minggu. Dihitung dari komposisi mineral semen, jumlah air yang diperlukan untuk hidrasi secara teoritis adalah 35 - 37% dari berat semen.
Dalam praktik, estimasi air yang terikat secara kimia didapt dengan mengeringkan contoh sampai 100°C, menghilangkan air bebas yang bisa menguap di dalam pori kapiler. Kehilangan berat akibat dekomposisi contoh kering pada 1000°C dianggap sebagai jumlah non-evaporable. Hidrasi penuh dicapai dengan terjadinya hidrasi slurry semen (dengan rasio air/semen di atas 1.00) terjadi di dalam ball-mill. Proses ini mengambilan lapisan terhidrasi dari permukaan butir semen. Seluruh proses bisa memakan waktu beberapa bulan hingga mencapai hidrasi penuh.
Air yang diperlukan dipengaruhi faktor-faktor di bawah ini:
a. Ukuran agregat maksimum: diameter membesar kebutuhan air menurun (begitu pula jumlah mortar yang dibutuhkan menjadi lebih sedikit).
c. Gradasi agregat: Gradasi baik kebutuhan air menurun untuk kelecakan yang sama.
d. Kotoran dalam agregat: Makin banyak silt, tanah liat dan lumpur kebutuhan air meningkat.
e. Jumlah agregat halus (dibandingkan agregat kasar, atau h/k): Agregat halus lebih sedikit kebutuhan air menurun.
2.1.1.4 Serat
a. Jenis-Jenis Serat
Beberapa macam bahan fiber yang dapat dipakai untuk memperbaiki sifat-sifat beton dilaporkan oleh ACI Committee 544 (1982) dan Soroushian dan Bayasi (1987). Bahan tersebut adalah:
Serat metal, seperti: serat kawat (bendrat), serat besi dan serat strainless stell,
serat baja.
Serat polymeric, seperti: serat nilon (polypropylene).
Serat mineral, seperti serat kaca (glass)
Serat Alami, untuk keperluan non struktural fiber dari bahan alamiah (seperti
ijuk, atau serat tumbuh-tumbuhan lainnya).
b. Serat nilon (polypropylene)
Polypropylene berasal dari monomer C3H6 merupakan hidrokarbon murni.
Berdasar pada Zonsveld bahwa bahan ini dibuat dengan polimerisasi, merupakan
molekul yang berat dan proses produksi sampai menjadi serat gabungan untuk
a. Susunan atom biasa dalam molekul polymer dan kristalisasi tinggi, bernama
Isotactic Polypropylene.
b. Kekakuan kimia menyebabkan bahan kuat terhadap hamper semua bahan
kimia. Bahan kimia tidak akan menyerang beton dan juga tidak akan
berpengaruh pada serat. Terhadap bahan kimia yang lebih ganas, maka
betonlah yang akan mengalami kerusakan terlebih dahulu.
c. Permukaan yang Hidrophobic. Sehingga tidak akan basah ketika terkena
pasta semen, membantu mencegah pukulan pada serat dan mengembang pada
saat pencampuran.
d. Titik leleh yang tinggi 1600C dan mampu digunakan pada temperatur 1000C
dalam waktu yang lebih singkat.
e. Pedoman menunjukkan kelemahan pada daerah lateral, dimana terdapat
serabut. Matriks semen dapat menembus struktur rapat antara serabut sendiri
dan membuat ikatan mekanik antara serat dan matriks.
f. Serat nilon memiliki ukuran panjang 12 mm dan diameter 18 micron dengan
berat jenis 0,91 g/cm3.
Kelebihan serat nilon dapat memperbaiki beberapa sifat beton, yaitu:
Daktilitas
Ketahanan terhadap beban kejut
Ketahanan menahan tarik dan momen lentur
Ketahanan terhadap kelelahan
Kekurangan yang dimiliki serat nilon, yaitu:
Mudah menyala. Api akan meninggalkan beton dengan penambahan
porositas yang sama, pada serat yang menjadi satu sebagai serat untuk
menahan benturan.
2.2 Balok Beton Bertulang
Beton bertulang adalah suatu kombinasi antara beton dan baja di mana tulangan baja berfungsi menyediakan kuat tarik yang tidak dimiliki oleh beton. Tulangan baja juga dapat menahan gaya tekan sehingga digunakan pada kolom dan pada berbagai kondisi lain.
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 di antara keduanya; (2) beton yang mengelilingi batang tulangan baja bersifat kedap sehingga mampu melindungi dan mencegah terjadinya karat baja; (3) angka muai kedua bahan hamper sama, di mana 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.
2.2.1. Tulangan
Beton tidak dapat melebihi nilai tertentu tanpa mengalami retak-retak. Untuk itu, agar beton dapat bekerja dengan baik dalam suatu sistem struktur, perlu dibantu dengan memberinya perkuatan penulangan yang terutam akan mengemban tugas menahan gaya tarik yang bakal timbul di dalam sistem. Untuk keperluan penulanga tersebut digunakan bahan baja yang memiliki sifat teknis menguntungkan, dan baja tulangan yang digunakan dapat berupa batang baja lonjoran ataupun kawat rangkai las (wire mesh) yang berupa batang kawat baja yang dirangkai (dianyam) dengan teknik pengelasan.
Batang tulangan mengacu pada tulangan polos (plain bar) atau tulangan ulir (deformed bar). Tulangan ulir, yang diberi ulir melalui proses rol pada permukaannya (polanya berbeda tergantung dari pabrik pembuatnya) untuk mendapatkan ikatan yang lebih aik antara beton dan baja, digunakan untuk hamper semua aplikasi. Berbeda dengan tulangan ulir, kawat ulir diberi gerigi yang dicetak padanya. Tulangan polos jarang digunakan kecuali untuk membungkus tulangan longitudinal, terutama pada kolom.
Agar dapat berlangsung lekatan antara aja tulangan dengan beton, selain batang polos berpenampang bulat (BJTP) juga digunakan batang defomasian (BJTD), yaitu batang tulangan baja yang permukaannya dikasarkan secara khusus, diberi sirip teratur dengan pola tertentu, atau baja tulangan yang dipilin pada proses produksinya.
dengan ekonomi penulangan beton. Di antaranya adalah pecobaan penulangan dengan cara ferro cement di mana digunakan bahan kayu, bambu, atau bahan lain untuk penulangan beton. Atapun beton dengan perkuatan fiber (serat) di mana sebagai bahan imbuhan perkuatan digunakan serat-serat baja atau serat dan serbuk bahan lain, demikian pula usaha memperbaiki mutu bahan betonnya sendiri dengan menggunakan abu terbang (fly ash) dan sebagainya.
Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting untuk digunakan dalam pehitungan perencanaan beton bertulang ialah tegangan luluh (fy) dan modulus
elastisitas (Es). Suatu diagram hubungan tegangan-regangan tipikal untuk batang
baja tulangan dapat dilihat di Gambar 2.1 berikut ini:
Gambar 2.1 Diagram Tegangan-Regangan Tulangan Baja (Istimawan, 1996)
Tabel 2.4 Standar batang baja tulangan ASTM
2.2.2 Analisis Balok Beton Bertulang
Gambar 2.2 Sketsa Pembebanan Pada Balok Beton Bertulang Pada Saat Pengujian
Apabila suatu gelagar balok bentang sederhana menahan beban yang mengakibatkan timbulnya momen lentur, akan terjadi deformasi (regangan) lentur di dalam balok tersebut. Pada kejadian momen lentur positif, regangan tekan terjadi dibagian atas dan regangan tarik dibagian bawah dari penampang.
Regangan- regangan tersebut menimbulkan tegangan-tegangan yang harus ditahan oleh balok, tegangan tekan di sebelah atas dan tegangan tarik di sebelah bawah. Agar stabilitasnya terjamin, batang balok sebagai bagian dari system yang menahan lentur harus kuat menahan tegangan tekan dan tegangan tarik.
Melihat sifat utama bahwa bahan beton kurang mampu menahan tegangan tarik menjadi dasar pertimbangan balok diperkuat dengan batang tulangan baja pada daerah dimana tegangan tarik bekerja.
a. Analisa Lentur Tulangan Tarik Tunggal
diwakili oleh gaya-gaya dalam. Momen tahanan dalam tersebut yang akan menahan atau memikul momen lentur rencana actual yang ditimbulkan oleh beban luar.
Untuk tujuan penyederhanaan, Whitney telah mengusulkan bentuk persegi panjang sebagai distribusi tegangan beton tekan ekivalen. Standard SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.3.2 ayat 7 juga menetapkan bentuk tersebut sebagai ketentuan, meskipun pada ayat 6 tidak menutup kemungkinan untuk menggunakan bentuk-bentuk yang lain sepanjang hal tersebut adalah hasil pengujian.
Gambar 2. 3 Diagram Tegangan Ekivalen Whitney (Istimawan, 1996)
Gambar 2. 4 Analisis Balok Bertulangan Tarik (Istimawan, 1996)
Asb = ρbd a = β1 c
NT = As fy ρ min = 1,4 / fy As mak = 0,75 Asb
� = ,8 �′ � . + �
ND = NT
0,85 f’c ab = As fy
Dimana:
ND = resultante seluruh gaya tekan pada daerah di atas garis netral NT = resultante seluruh gaya tarik pada daerah di bawah garis netral MR = momen tahanan
z = jarak antara resultante tekan dan tarik c = jarak serat tekan terluar ke garis netral fy = tegangan luluh tulanangan
f’c = kuat tekan beton
Asb = luas tulanngan balok seimbang ρ = ratio penulangan
d = tinggi efektif balok b = lebar balok
SK SNI T-15-1991-03 menetapkan nilai β1 = 0,85 untuk f’c 30 MPa, berkurang 0,008 untuk setiap kenaikan 1 MPa dan nilai tersebut tidak boleh kurang dari 0,65.
� � �� � � (� ) ≥� � �� � � ℎ� � (� )
� =∅��
Standard SK SNI T-15-1991-03 pasal 2.2.3 ayat 2 memberikan faktor reduksi kekuatan ∅ untuk berbagai mekanisme dan untuk tarik aksial tanpa dan dengan
lentur ∅=0,8.
b. Analisis Lentur Tulangan Tekan-Tarik (Ganda)
Pada praktik di lapangan, (hampir) semua balok selalu dipasang tulangan rangkap. Jadi balok dengan tulangan tunggal secara praktis tidak ada (jarang sekali dijumpai). Meskipun penampang beton pada balok dapat dihitung dengan tulangan tunggal (yang memberikan hasil tulangan longitudinal saja), tetapi pada kenyatannya selalu ditambahkan tulangan tekan minimal 2 batang, dan dipasang pada bagian sudut penampang balok beton yang menahan tekan. Tulangan baja berperilaku elastik hanya sampai tingkatan dimana regangannya mencapai luluh (εy). Dengan kata lain, apabila regangan tekan baja (ε’s) sama
atau lebih besar dari regangan luluhnya (εy) maka sebagai batas maksimum tegangan tekan baja (f’s) diambil sama dengan tegangan luluhnya (fy).
mencapai 0,003 (under reinforced / stadium retak). Kondisi ini diharapkan bahwa beton belum hancur, walaupun baja sudah luluh.
Tambahan tulangan longitudinal tekan ini selain menambah kekuatan balok dalam hal menerima beban lentur, juga berfungsi untuk memperkuat kedudukan begel balok (antara tulangan longitudinal dan begel diikat dengan kawat lunak, serta sebagai tulangan pembentuk balok agar mudah dalam pelaksanaan pekerjaan beton.
Gambar 2.5 Analisis Balok Bertulangan Rangkap (Istimawan, 1996)
ND1= 0,85 f’c ab NT1= As1 fy
a = β1 c As1= ρmakbd
ND2 = As’ f’s NT2= As2 fy
As= As1 + As2
� ′ = As = ∅� �′ − ′
ε′s
, =
Mr1 = ø bd²k Mr2 = Mu – Mr1
Dimana:
ND1 = resultante gaya tekan yang ditahan oleh beton
ND2 = resultante gaya tekan yang ditahan oleh tulangan baja tekan NT1 = resultante gaya tarik pada tulangan tarik akibat beton NT2 = resultante gaya tarik pada tulangan tarik
MR = momen tahanan
z = jarak antara resultante tekan dan tarik C = jarak serat tekan terluar ke garis netral Fy = tegangan luluh tulangan
f’c = kuat tekan beton
As1 = luas tulangan baja tekan (As’)
As2 = luas tulangan baja tarik ρ = ratio penulangan
d = tinggi efektif balok b = lebar balok
β1 = konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton.
SK SNI T-15-1991-03 menetapkan nilai β1 = 0,85 untuk f’c 30 MPa, berkurang 0,008 untuk setiap kenaikan 1 MPa dan nilai tersebut tidak boleh kurang dari 0,65.
c. Tulangan Geser
Dasar pemikiran perencanaan penulangan geser atau penulangan geser badan balok adalah usaha menyediakan sejumlah tulangan baja untuk menahan gaya tarik arah tegak lurus terhadap retak tarik diagonal sedemikian rupa sehingga mampu mencegah bukaan retak lebih lanjut. Penulangan geser dapat dilakukan dalam beberapa cara, seperti:
sengkang vertikal,
jaringan kawat baja las yang dipasang tegak lurus terhadap sumbu aksial, sengkang miring atau diagonal,
batang tulangan miring diagonal yang dapat dilakukan dengan cara
membengkok batang tulangan pokok balok di tempat-tempat yang diperlukan, atau
tulangan spiral.
Beberapa petunjuk ketentuan penulangan sengkang:
Bahan-bahan dan tegangan maksiumum
Untuk mencegah terjadinya lebar retak berlebihan pada balok akibat gaya tarik diagonal, SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.4.5 ayat 2 memberikan ketentuan bahwa kuat luluh rencana tulangan geser tidak boleh melampaui 400 MPa. Sedangkan nilai Vs tidak boleh melebihi (2/3√fc’)bwd telepas dari berapa jumlah luas total penulangan geser (pasal 3.4.5. ayat 6.8).
Ukuran batang tulangan untuk sengkang
Umumnya digunakan batang tulangan D10 untuk sengkang. Pada kondisi di mana bentang dan beban sedemikian rupa sehingga mengakibatkan timbulnya gaya geser yang relative besar, ada kemungkinan harus menggunakan batang tulangan D12. Penggunaan batang tulangan D12 untuk tulangan sengkang merupakan hal yang jarang dilakukan. Untuk balok ukuran besar kadang-kadang digunakan sengkang rangkap dengan perhitungan kemungkinan terjadinya retak diagonal yang menyilang empat atau lebih batang tulangan sengkang vertical.
Jarak antar sengkang (spasi)
Jarak spasi dari pusat ke pusat antar-sengkang tidak boleh lebih dari 1/2d atau 600 mm, mana yang lebih kecil (SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.4.5 ayat 4.1). Apabila Vs melebihi nilai (1/3√fc’)bwd jarak spasi sengkang
menghitung jarak sengkang perlu pada beberapa tempat (penampang) untuk kemudian penempatan sengkang diatur sesuai dengan kelompok jarak.
2.3 Beton Bertulang Serat
Dalam beberapa tahun terakhir ini, beton bertulang-serat makin banyak diminati orang,b dan saat ini ada banyak penelitian tentang beton ini yang sedang dilakukan. Serat yang digunakan terbuat dari baja, plastik, kaca, dan bahan-bahan lain. Berbagai eksperimen telah menunjukkan bahwa penambahan serat seperti ini dalam jumlah yang memadai (normalnya sampai sekitar 1-2% volume) ke dalam beton-beton konvensional dapat meningkatkan karakteristik beton secara signifikan.
Beton yang dihasilkan dengan penambahan serat ini mengalami peningkatan kekerasan substansial, dan mempunyai daya tahan yang lebih tinggi terhadap retak dan tumbukan. Penggunaan serat tela meningkatkan keserbagunaan beton dengan mengurangi kerapuhannya. Suatu tulangan hanya menyediakan penguatan pada arah tulangan saja, sementara serat yang disebarkan secara acak menyediakan kekuatan tambahan pada semua arah.
