BAB II BAB II
LANDASAN TEORI LANDASAN TEORI
2.1 Metode Perencanaan Struktur Beton Bertulang 2.1 Metode Perencanaan Struktur Beton Bertulang 2.1.1 Umum
2.1.1 Umum
Ada dua metode yang umum digunakan untuk perencanaan struktur beton bertulang , Ada dua metode yang umum digunakan untuk perencanaan struktur beton bertulang , yaitu metode beban kerja (
yaitu metode beban kerja (working stress designworking stress design) dan metode kekuatan batas () dan metode kekuatan batas (ultimateultimate strength design
strength design). Metode beban kerja sangat popular pada masa lampau, yaitu sekitar awal). Metode beban kerja sangat popular pada masa lampau, yaitu sekitar awal sampai pertengahan abad 19. Penelitian mengenai metode kekuatan batas mulai banyak sampai pertengahan abad 19. Penelitian mengenai metode kekuatan batas mulai banyak dilakukan pada tahun 1950-an. Sedangkan di Indonesia mulai diperkenalkan metode dilakukan pada tahun 1950-an. Sedangkan di Indonesia mulai diperkenalkan metode kekuatan batas pada tahun 1955 dengan peraturan atau pedoman standar yang mengatur kekuatan batas pada tahun 1955 dengan peraturan atau pedoman standar yang mengatur perencanaan
perencanaan dan dan palaksanaan palaksanaan bangunan bangunan beton beton bertulang bertulang yaitu yaitu Peraturan Peraturan Beton Beton IndonesiaIndonesia 1955 (PBI 1955)
1955 (PBI 1955) kemudian PBI 1971.kemudian PBI 1971.
Pada Peraturan Beton Indonesia 1971( PBI 1971) metode kuat batas diperkenalkan Pada Peraturan Beton Indonesia 1971( PBI 1971) metode kuat batas diperkenalkan sebagai metode alternative (masih
sebagai metode alternative (masih mengandalkan metode beban kerja). Kemudian mulai 1991mengandalkan metode beban kerja). Kemudian mulai 1991 dengan dikeluarkannya peraturan SK SNI T-15-1991-03 tentang “Tata Cara Perhitungan dengan dikeluarkannya peraturan SK SNI T-15-1991-03 tentang “Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Bertulang Untuk Bangunan Gedung” telah mengacu pada kuat batas yang Struktur Beton Bertulang Untuk Bangunan Gedung” telah mengacu pada kuat batas yang merujuk pada peraturan perencanaan struktur beton Amerika (ACI 318-89). Sedangkan yang merujuk pada peraturan perencanaan struktur beton Amerika (ACI 318-89). Sedangkan yang edisi yang terbaru
edisi yang terbaru yaitu SK SNI 03-2847-2002 mengyaitu SK SNI 03-2847-2002 mengacu pada ACI acu pada ACI 318-99 dan ACI 318-02.318-99 dan ACI 318-02. Dalam tugas akhir akan digunakan metode kuat batas sebagai perencanaan struktur beton Dalam tugas akhir akan digunakan metode kuat batas sebagai perencanaan struktur beton bertulang. Karena metode kuat batas (
03-2847-2002 sebagai metode utama dalam perencanaan struktur beton bertulang, Sedangkan metode 2002 sebagai metode utama dalam perencanaan struktur beton bertulang, Sedangkan metode beban kerja (
beban kerja (working stress designworking stress design) sebagai metode alternatif.) sebagai metode alternatif.
2.1.2 Perencanaan Kuat Batas (
2.1.2 Perencanaan Kuat Batas ( Ultimite Strength DesignUltimite Strength Design))
Penampang struktur direncanakan dengan mempertimbangkan kondisi regangan Penampang struktur direncanakan dengan mempertimbangkan kondisi regangan in-elastis saat mencapai kondisi batasnya (kondisi struktur yang stabil sesaat sebelum runtuh). elastis saat mencapai kondisi batasnya (kondisi struktur yang stabil sesaat sebelum runtuh). Beban yang menimbulkan kondisi seperti itu disebut beban batas (
Beban yang menimbulkan kondisi seperti itu disebut beban batas (ultimateultimate). Untuk mencari). Untuk mencari beban
beban batas batas untuk untuk setiap setiap struktur struktur sangat sangat variatif variatif sekali, sekali, sehingga sehingga dibuat dibuat kesepakatan kesepakatan bahwabahwa beban
beban batas batas adalah adalah sama sama dengan dengan kombinasi kombinasi beban beban layan layan dikalikan dikalikan faktor faktor beban beban yangyang ditentukan.
ditentukan.
Dalam menentukan beban batas, aksi redistribusi momen negatif dapat dimasukkan Dalam menentukan beban batas, aksi redistribusi momen negatif dapat dimasukkan sebagai hasil dari aksi nonlinear yang ada antara gaya dan deformasi penampang batang pada sebagai hasil dari aksi nonlinear yang ada antara gaya dan deformasi penampang batang pada pembebanan maksimum,
pembebanan maksimum, dimana dimana pada pada kondisi tkondisi tersebut ersebut struktur struktur mengalami deformengalami deformasi akibatmasi akibat pelelehan tulangan maupun terjadi
pelelehan tulangan maupun terjadi retak-retretak-retak pada bagian beton tarikak pada bagian beton tarik.. Beberapa alasan digunakannya metode kuat batas (
Beberapa alasan digunakannya metode kuat batas (ultimate strength designultimate strength design) sebagai trend) sebagai trend perencanaan struktur beton adalah:
perencanaan struktur beton adalah:
•
• Struktur beton bersifat in-elastis saat beban maksimum, sehingga teori elastis tidak dapatStruktur beton bersifat in-elastis saat beban maksimum, sehingga teori elastis tidak dapat
secara akurat menghitung kekuatan batasnya. Untuk struktur yang direncanakan dengan secara akurat menghitung kekuatan batasnya. Untuk struktur yang direncanakan dengan metode beban kerja (
metode beban kerja (working stress design)working stress design) maka faktor beban (beban atas/beban kerja) tidak maka faktor beban (beban atas/beban kerja) tidak diketahui dan dapat bervariasi dari struktur yang lainnya.
diketahui dan dapat bervariasi dari struktur yang lainnya.
•
• Faktor keamanan dalam bentuk faktor beban lebih rasional, yaitu faktor beban rendah untukFaktor keamanan dalam bentuk faktor beban lebih rasional, yaitu faktor beban rendah untuk
struktur dengan pembebanan yang pasti, sedangkan faktor beba tinggi untuk pembebanan struktur dengan pembebanan yang pasti, sedangkan faktor beba tinggi untuk pembebanan yang fluaktif
yang fluaktif (berubah-be(berubah-berubah).rubah).
•
• Kurva tegangan-regangan beton adalah non liner dan tergantung dari waktu, missal reganganKurva tegangan-regangan beton adalah non liner dan tergantung dari waktu, missal regangan
rangkak (
awal. Oleh karena itu nilai rasio modulus ( yang digunakan dapat menyimpang dari kondisi sebenarnya. Regangan rangkak dapat memberikan redistribusi tegangan yang lumayan besar pada penampang struktur beton, artinya t egangan sebenarnya yang terjadi pada struktur tersebut bisa berbeda dengan tegangan yang diambil dalam perencanaan. Contoh, tulangan baja desak pada kolom beton dapat mencapai leleh selama pembebanan tetap, meskipun kondisi tersebut tidak terlihat pada saat direncanakan dengan metode beban kerja yang memakai nilai modular ratio sebelum creep. Metode perencanaan kuat batas tidak memerlukan rasio modulus.
• Metode perencanaan kuat batas memanfaatkan kekuatan yang dihasilkan dari distribusi
tegangan yang lebih efisien yang memungkinkan oleh adanya regangan in-elastis. Sebagai contoh, penggunanaan tulangan desak pada penampang dengan tulangan ganda dapat menghasilkan momen kapasitas yang lebih besar karena pada tulangan desaknya dapat didaya gunakan sampai mencapai tegangan leleh pada beban batasnya, sedangkan dengan teori elastis tambahan tulangan desak tidak terlalu terpengaruh karena hanya dicapai tegangan yang rendah pada baja.
• Metode perencanaan kuat batas menghasilkan penampang struktur beton yang lebih efisien
jika digunakan tulangan baja mutu tinggi dan tinggi balok yang rendah dapat digunakan tanpa perlu tulangan desak.
• Metode perencanaan kuat batas dapat digunakan untuk mengakses daktilitas struktur di luar
batas elastisnya. Hal tersebut penting untuk memasukkan pengaruh redistribusi momen dalam perencanaan terhadap beban gravitasi, perencanaan tahan gempa dan perencanaan terhadap beban ledak (blasting).
2.1.2.1 Keruntuhan Lentur Akibat Kondisi Batas (Ultimite)
Menurut catatan sejarah sebenarnya perencanaan kuat batas adalah yang pertamadigunakan dalam perencanaan struktur beton. Itu dapat dimengerti karena beban atau
A
momen batas (Ultimite) dapat dicari secara langsung berdasarkan percobaan uji beban tanpa perlu mengetahui besaran atau distribusi tegangan internal pada penampang struktur yang
diuji.
Untuk menjelaskan definisi atau pengertian mengenai apa yang dimaksud dengan kuat batas atau kuat ultimate, maka akan ditinjau struktur balok beton bertulang yang diberi beban
terpusat secara bertahap sampai runtuh (tidak kuat menerima tambahan beban lagi).
Keruntuhan yang akan ditinjau adalah lentur. Agar dapat diperoleh suatu keruntuhan lentur murni maka digunakan konfigurasi dua buah beban terpusat yang diletakkan simetri sehingga ditengah bentang struktur tersebut hanya timbul momen lentur saja ( tidak ada gaya geser).
Gambar 2.1 Balok yang dibebani sampai runtuh
(Sumber : MacGregor, Perencanaan St ruktur Beton Bertulang)
C
Penampang ditengah diberi sensor-sensor regangan untuk mengetahui tegangan yang terjadi. Beban diberikan secara bertahap dan dapat dilakukan pencatatan lendutan ditengah bentang sehingga dapat diperoleh kurva hubungan momen dan kelengkungan untuk setiap
tahapan beban sampai beban maksimum sebelum balok tersebut runtuh.
Dari kurva Momen-Kelengkungan Balok terlihat bahwa sebelum runtuh, tulangan baja leleh terlebih dahulu (titik D). Jika beban terus ditingkatkan, meskipun besarnya peningkatan relatif kecil akan tetapi lendutan yang terjadi cukup besar dibanding tulangan leleh. Akhirnya pada suatu titik tertentu beton desak mengalami rusak (pecah atau spalling) sedemikian sehingga jika beban dan akhirnya runtuh. Beban batas/maksimum yang masih dapat dipikul oleh balok dengan beban tetap berada pada kondisi keseimbangan disebut beban batas (ultimate) yang ditunjukkan oleh titik E.
Gambar 2.2 Kurva Momen – Kelengkungan Balok
Keruntuhan yang didahului oleh lendutan atau deformasi yang besar seperti yang diperlihatkan pada balok diatas disebut keruntuhan yang bersifat daktail. Sifat seperti itu dapat dijadikan peringatan dini mengenai kemungkinan akan adanya keruntuhan sehingga pengguna struktur bangunan mempunyai waktu untuk menghindari struktur tersebut sebelum benar-benar runtuh, dengan demikian jatuhnya korban jiwa dapat dihindari.
Keruntuhan akibat lentur yang terjadi pada balok ternyata tidak semua berperilaku sama seperti yang diperlihatkan pada balok uji yang dibahas. Hal itu tergantung dari banyak atau sedikitnya jumlah tulangan tarik yang ditempatkan pada penampang balok.
Keruntuhan lentur tersebut dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda:
• Keruntuhan Tarik, terjadi bila jumlah tulangan baja relatif sedikit sehingga tulangan tersebut
akan leleh terlebih dahulu sebelum betonnya pecah, yaitu apabila regangan baja (εs) lebih
besar dari regangan beton(εy). Penampang seperti itu disebut penampang under-reinforced,
perilakunya sama seperti yang diperlihatkan pada balok uji yaitu daktail (terjadinya deformasi yang besar sebelum runtuh ). Semua balok yang direncanakan sesuai peraturan diharapkan berperilaku seperti itu.
• Keruntuhan Tekan, karena jumlah tulangan baja relatif banyak maka keruntuhan dimulai dari
beton sedangkan tulangan bajanya masih elastis, yaitu apabila regangan baja (εs) lebih kecil
dari regangan beton(εy). Penampang seperti itu disebut penampang over-reinforced, sifat
keruntuhannya adalah getas (non-daktail). Suatu kondisi yang berbahaya karena penggunaan bangunan tidak melihat adanya deformasi yang besar yang dapat dijadikan pertanda bilamana struktur tersebut mau runtuh sehingga tidak ada kesempatan untuk menghindarinya terlabih dahulu.
• Keruntuhan Balans, jika baja dan beton tepat mencapai kuat batasnya, yaitu apabila regangan
baja (εs) sama besar dengan regangan beton(εy). Jumlah penulangan yang menyebabkan
keruntuhan balans dapat dijadikan acuan untuk menentukan apakah tulangan relatif sedikit atau tidak, sehingga sifat keruntuhan daktail atau sebaliknya.
Gambar 2.3 Perilaku Keruntuhan Balok
(Sumber : MacGregor, Perencanaan St ruktur Beton Bertulang)
Gambar 2.4 Ciri-Ciri Keruntuhan Penampang
2.1.2.2 Keruntuhan Akibat Geser
Keruntuhan akibat geser pada pembebanan balok, diketahui bahwa transfer beban ketumpuan melampaui mekanisme momen lentur dan gaya geser yang terjadi secara bersamaan. Pola keruntuhan (retak) yang terjadi akibat kedua mekanisme tersebut terlihat berbeda (lihat Gambar 2.5) dari komponen tegangan utama yang terjadi.
Gambar 2.5 Balok dengan Keruntuhan Geser
(Sumber : MacGregor, Perencanaan St ruktur Beton Bertulang)
Bagian yang menerima lentur dan geser, materialnya mengalami tergangan utama biaksial dengan orientasi diagonal, sehingga retaknya pun terbentuk diagonal pada daerah yang mengalami tegangan tarik. Perhatikan pada daerah lentur murni, retak yang terjadi cenderung berorientasi vertikal. Keruntuhan balok akibat geser (akibat tegangan biaksial) bersifat getas dan terjadinya tiba-tiba. Berbeda dengan kerumtuhan lentur yang bersifat
daktail, didahului dengan timbulnya lendutan besar yang dapat digunakan sebagai “pertanda”. Oleh karena itu, dalam perencanaan struktur, semua elemen harus didesain sedemikian agar kekuatan gesernya lebih besar dari yang diperlukan sehingga dapat dijamin bahwa keruntuhan lentur akan terjadi lebih dahulu.
2.1.2.3 Pengaruh Keruntuhan Geser Terhadap Jumlah Tulangan Memanjang
Dari gambar 2.6 terlihat bahwa balok mempunyai rasio tulangan memanjang yang kecil akan runtuh pada tegangan geser yang rendah. Dan juga memperlihatkan bahwa pengurangan kapasitas geser diakibatkan oleh bertambahnya lebar retak, sehingga bidang temu (interface) transfer geser juga berkurang. Hal yang sama juga berlaku jika lentur ( retak vertikal) semakin panjang sehingga mengurangi bidang t emu gaya tekan.
(Sumber:Wiryanto Dewobroto, Analisis dan Desain Penampang Beto n Bertulang)
Gambar 2.6 juga membandingkan pengaruh jumlah tulangan memanjang dari sejumlah rumus empiris. Kapasitas lentur ditunjukkan juga untuk berbagai mutu tulangan memanjang. Kurva diatas juga mengikuti fakta yang umum dikenal bahwa keruntuhan lentur akan dominan dibanding keruntuhan geser untuk balok dengan rasio bentang geser terhadap tinggi, a/d > 5 dengan jumlah tulangan memanjang yang rend ah (ρ < 1%), yang dipasang konstan sepanjang balok.
2.2 Struktur Balok 2.2.1 Umum
Perencanaan komponen struktur beton dilakukan sedemikian rupa sehingga tidak timbul retak berlebihan pada penampang sewaktu mendukung beban kerja dan masih mempunyai cukup keamanan serta cadangan kekuatan untuk menahan beban dan tegangan lebih lanjut tanpa mengalami runtuh. Timbulnya tegangan-tegangan lentur akibat terjadinya momen karena beban luar, dan tegangan tersebut merupakan faktor yang menentukan dalam menetapkan dimensi geometris penampang komponen struktur. Proses perencanaan atau analisis umumnya dimulai dengan memenuhi persyaratan terhadap lentur, kemudian baru segi-segi lainnya, seperti kapasitas geser, defleksi retak, dan panjang penyaluran, dianalisis sehingga keseluruhannya memenuhi syarat.
2.2.2 Balok Beton Bertulang
Suatu gelagar balok bentang sederhana menahan beban yang mengakibatkan timbulnya momen lentur, akan terjadi dformasi (regangan) lentur di dalam balok tersebut. Pada kejadian momen lentur positif, regangan tekan terjadi di bagian atas dan regangan tarik
dibawah penampang. Regangan - regangan tersebut mengakibatkan timbulnya tegangan – tegangan yang harus ditahan oleh balok, tegangan tekan diatas dan tegangan tarik dibawah. Agar stabilitas terjamin, batang balok sebagai bagian dari system yang menahan lentur harus kuat untuk menahan teganngan tekan dan tarik tersebut. Untuk memperhitungkan kemampuan dan kapasitas dukungan komponen struktur beton terlentur (balok, pelat, dinding dan sebagainya). Sifat utama bahwa bahan beton kurang mampu menahan tegangan tarik akan menjadi dasar pertimbangan. Dengan cara memperkuat dengan batang tulangan baja pada daerah dimana tegangan tarik bekerja akan didapat apa yang dinamakan struktur beton bertulang. Apabila dirancang dan dilaksanakan dengan cara yang seksama struktur beton bertulang dengan susunan bahan seperti tersebut diatas akan memberikan kemampuan yang
dapat diandlkan untuk melawan lenturan.
Karena tulangan baja dipasang di daerah tegangan tarik, di dekt serat terbawah, maka secara teoritis balok disebut sebagai bertulangan baja tarik saja. Dibagian tekan suatu pempang umumnya juga dipasang perkuatan tulangan, akan tetapi dengan pengertian mekanisme yang berbeda seperti yang akan dibahas lebih lanjut. Kecuali, agar penulangan membentuk suatu kerangka kokoh yang stabil umumnya pada masing-masing sudut komponen perlu dipasang tulangan baja.
Pada beban kecil dengan menganggap belum terjadi retak beton, secara bersama-sama beton dan baja tulangan bekerja menahan gaya-gaya dimana gaya tekan ditahan oleh beton saja. Distribusi tegangan akan tampak seperti pada Gambar 2.7 dibawah ini dimana distribusi tegangan linier bernilai nol pada garis netral dan sebanding dengan regangan yang terjadi. Kasus demikian ditemui bila tegangan maksimum yang timbul pada serat tarik cukup rendah, nilainya masih dibawah modulus of repture.
Gambar 2.7 Perilaku lentur pada beban kecil
Pada beban sedang, kuat tarik beton dilampaui dan beton mengalami retak rmbut seperti pada Gambar 2.8. Karena beton tidak dapat meneruskan gaya tarik melintasi daerah retak dan terputus-putus, baja tulangan akan mengambil alih memikul seluruh gaya t arik yang timbul. Distribusi tegangan untuk penampang pada atau dekat bagian yang retak tampak seperti Gambar 2.8 dan hal yang demikian diperkirakan akan terjadi pada nilai tegangan beton sampai dengan ½ f’c. Pada keadaaan tersebut tegangan beton tekan masih dianggap bernilai sebanding dengan nilai regangannya. Pada beban yang lebih besar lagi, nilai regangan serta tegangan tekan akan meningkat dan cenderung untuk tidak lagi sebanding antara keduanya, dimana tegangan beton tekan akan membentuk kurva nonlinier. Kurva
A A h b d garis netral ε’c (tekan) ε’c (tarik) ƒ’c (tekan) ƒ’c (tarik) NT (tarik) ND (tekan) Potongan A - A
tegangan di atas garis netral (daerah tekan) berbentuk sama dengan tegangan – rregangan beton seperti pada gambar 2.8
Gambar 2.8 Perilaku lentur pada beban sedang
Pada Gambar 2.9 dapat dilihat distribusi tegangan dan regangan yang timbul pada atau dekat keadaan pembebanan ultimit, dimana apabila kapasitas batas kekuatan beton terlampaui dan tulangan baja mencapai luluh, maka balok mengalami hancur. Sampai dengan tahap ini, tampak bahwa tercapainya kapasitas ultimit merupakan proses yang tidak dapat berulang. Komponen struktur telah retak dan tulangan baja meluluh, terjadi lendutan yang besar dan tidak akan dapat kembali ke panjanng semula. Bila komponen lain dari sistem mengalami hal yang sama, mencapai kapasitas ultimitnya, struktur secara keseluruhan akan remuk dalam strata runtuh atau setengah runtuh meskipun belum hancur secara keseluruhan. Walaupun tidak dapat dijamin sepenuhnya untuk dapat terhindar dari keadaan tersebut,
A A b d h garis netral ε’c (tekan) ε’c (tarik) ƒ’c (tekan) ND (tekan) NT (tarik) Potongan A - A
namun dengan menggunakan beberapa faktor aman maka tercapainy keadaan ultimitnya dan diperhitungkan serta dikendalikan.
Gambar 2.9 Perilaku lentur pada beban ultimit
2.2.3 Kuat Lentur Penampang Balok Persegi
Pengujian terhadap balok beton bertulang memberikan suatu hasil bahwa regangan bervariasi menurut jarak garis pusatnya ke serat tarik bahkan pada saat beban mendekati beban batas. Tegangan tekan bervariasi hampir menurut suatu garis lurus hingga tekanannya mencapai sekitar 0.5 f’c. Pada saat beban batas tercapai, variasi tegangan dan regangan kira-kira akan menjadi seperti yang terlihat pada gambar 2.10 berikut.
A A Potongan A - A b h d garis netral ε’c (tarik) ε’c(tekan) ƒ’c (tekan) 0,85ƒ’c NT (tarik) NT (tarik) a 1/ 2a ND (tekan)
Gambar 2.10 Analisis Balok Persegi
(Sumber:Wiryanto Dewobroto, Analisis dan Desain Penampang Beto n Bertulang)
Tegangan tekan bervariasi mulai dari nol pada garis garis netral hingga mencapai nilai maksimum pada suatu titik yang dekat dengan serta terluar sisi tekan. Walaupun distribusi tegangan yang sebenarnya merupakan suatu hal yang penting, beberapa bentuk asumsi dapat digunakan secara praktis jika hasil perbandingan hasil analisa sesuai dengan hasil pengujian. Bentuk yang umum digunakan adalah bentuk persegi, parabola, dan t rapesium.
Berdasarkan anggapan-anggapan tersebut, dapat dilakukan pengujian regangan, tegangan, dan gaya-gaya yang timbul pada penampang balok yang berkerja menhan momen batas, yaitu momen akibat beban luar yang timbul tepat pada saat terjadi hancur. Momen ini
mencerminkan kekuatan dan dimasa lalu disebut sebagai kuat lentur ultimit balok. Kuat lentur suatu balok beton tersedia karena berlangsungnya suatu mekanisme tegangan-tegangan
dalam yang timbul didalam balok yang pada keadaan tertentu dapat diwakili oleh gaya-gaya dalam
2.2.4 Kondisi Penulangan Seimbang
Meskipun rumus lenturan tidak berlaku lagi dalam metode perencanaan kekuatan akan tetapi prinsip-prinsip dasar teori lentur masih digunakan pada analisis penampang. Untuk letak garis netral tertentu, perbandingan antara regangan baja dengan regangan beton maksimum dapat ditetapkan bedasarkan distribusi tegangan linear. Sedangkan letak garis netral tergantung pada jumlah tulangan baja tarik yang dipasang dalam suatu penampang sedemikian sehingga blok tegangan tekan beton mepunyai kedalaman cukup agar dapat tercapai keseimbangan gaya-gaya, dimana resultan tegangan tekan seimbang dengan resultan tegangan tarik (ΣH=0).
Apabila penampang tersebut luas tulangan baja tariknya ditambah, kedalaman blok tegangan beton akan bertambah pula dan oleh karenanya letak garis netral akan bergeser kebawah lagi. Apabila jumlah tulangan baja tarik sedemikian sehingga letak garis netral pada posisi dimana akan terjadi secara bersamaan regangan luluh pada baja tarik dan regangan beton tekan maksimum 0,003, maka penampang tersebut bertulangan seimbang. Kondisi keseimbangan regangan menempati posisi penting karena merupakan pembatas antara dua keadaan penampang balok beton bertulang yang berbeda cara hancurnya.
Apabila penampang balok beton bertulang mengandung jumlah tulangan baja tarik banyak dari yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan regangan, penampang balok demikian disebut bertulangan lebih (over-reinforced). Berlebihnya tulangan baja tarik mengakibatkan garis netral bergeser kebawah. Hal yang demikian pada gilirannya akan berakibat beton mendahului mencapai regangan maksimum 0,003 sebelum tulangan baja
tariknya luluh. Apabila penampang balok tersebut dibebani momen yang lebih besar lagi, yang berarti regangannya akan semakin besar sehingga kemampuan regangan beton terlampaui, maka akan berlangsung keruntuhan dengan beton hancur secara mendadak tanpa diawali dengan gejala-gejala peringatan terlebih dahulu.
Gambar 2.11 Keadaan Seimbang Regangan
(Sumber: Istimawan Dipohusodo, Struktur Beton Bertulang)
Sedangkan apabila suatu penampang balok beton bertulang mengandung jumlah tulangan tarik kurang dari yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan regangan, penampang demikian disebut bertulangan kurang (under-reinfoced). Letak garis netral akan lebih naik sedikit daripada keadaan seimbang, dan tulangan baja tarik akan mendahului mencapai regangan luluhnya (tegangan luluhnya) sebelum beton mencapai regangan maksimum 0,003. Pada tingkat keadaan ini, bertambahnya beban akan mengakibatkan tulangan baja memanjang cukup banyak sesuai dengan perilaku bahan baja, dan berarti bahwa regangan beton maupun baja terus bertambah tetapi gaya tarik yang bekerja pada tulangan baja tidak bertambah besar. Dengan demikian berdasarkan keseimbangan gaya-gaya horizontal ΣH = 0,gaya tekan beton tidak mungkin bertambah sedangkan tegangan tekannya terus meningkat berusaha mengimbangi beban, sehingga mengakibatkan luas daerah tekan
beton pada penampang menyusut (berkurang) yang berarti posisi garis netral akan berubah bergerak naik. Proses tersebut diatas terus berlanjut sampai suatu daerah beton berkurang tidak mampu lagi menahan gaya tekan dan hancur sebagi efek sekunder. Cara hancur demikian yang sangat dipengaruhi oleh peristiwa meluluhnya tulangan baja tarik berlangsung meningkat secara bertahap. Segera setelah baja mencapai titik luluh, lendutan balok meningkat tajam sehingga dapat merupakan tanda awal kehancuran. Meskipun tulangan baja berperilaku daktail (liat), tidak akan tertarik lepas dari beton sekalipun pada waktu terjadi
kehancuran.
2.2.5 Persyaratan Kekuatan
Penerapan faktor keamanan dalam struktur bangunan disatu pihak bertujuan untuk mengendalikan kemunkinan terjadinya runtuh yang membahayakan bagi penghuni, dilain pihak harus juga mempehitungkan faktor ekonomi bangunan. Sehingga untuk mendapatkan
faktor keamanan yang sesuai, perlu ditetapkan kebutuhan relatif yang ingin dicapai untuk dipakai sebagai dasar konsep faktor keamanan tersebut. Struktur bangunan dan komponen-komponen harus direncanakan untuk mampu memikul beban lebih diatas beban yang
diharapkan bekerja.
Kriteria dasar kuat rencana dapat diungkapkan sebagai berikut: Kriteria yang tersedia≥ kekuatan yang dibutuhkan
2.2.6 Rasio Penulangan
Suatu komponen struktur beton bertulang terdiri dari dua buah komponen yaitu beton dan tulangan baja. Hubungan antara kedua komponen ini dinyatakan ke dalam suatu nilai yang dikenal sebagai rasio penulanngan yang di defenisikan sebagai perbandingan antara
jumlah luas penampang tulangan baja As terhadap luas efektif penampang (lebar b x tinggi efektif d ).
2.2.7 Analisis Balok Terlentur Bertulangan Rangkap
Pada lapangan, kita lihat bahwa suatu balok yang bertulangan tunggal jarang dijumpai dilapangan. Hal ini disebabkan karena pada perencanaan suatu bangunan, gaya gempa yang arahnya bolak-balik juga diperhitungkan. Sehingga bidang momen pada suatu bentang kadang bias bernilai positif maupun negatif. Sehingga balok bertulangan rangkap.Penulangan rangkap juga dapat memperbesar momen tahanan pada balok. Apabila suatu penampang dikehendaki untuk menopang beban yang lebih besar dari kapasitasnya, sedangkan dilain pihak sering kali pertimbangan teknis pelaksanaan dan arsitektural membatasi penampang balok yang sudah tertentu dimensinya disebut.
Hal ini dapat dilakukan dengan penambahan tulangan tarik hingga melebihi batas nilai ρ maksimum bersamaan dengan penambahan bahan baja didaerah tekan penampang balok. Hasilnya adalah balok dengan penulangan rangkap dimana tulangan baja tarik dipasang didaerah tarik dan tulangan tekan didaerah tekan. Pada keadaan demikian berarti tulangan baja tekan bermanfaat untuk memperbesar kekuatan balok.Akan tetapi dari berbagai penggunaan tulangan tekan dengan tujuan peningkatan kuat lentur suatu penampang terbukti merupakan cara yang kurang efisien terutama dari segi ekonomi baja tulangan dan pelaksanaannya dibandingkan dengan manfaat yang dicapai. Dengan usaha mempertahankan dimensi balok tetap kecil pada umumnya akan mengundang masalah lendutan dan perlunya menambah jumlah tulangan geser pada daerah tumpuan, sehingga akan memperumit pelaksanaan pemasangannya. Penambahan penulangan tekan dengan tujuan utama untuk
memperbesar kuat lentur penampang umumnya jarang dilakukan kecuali apabila sangat terpaksa.
Dalam analisis balok bertulangan rangkap akan dijumpai dua jenis kondisi yang umum. Yang pertama yaitu bahwa tulangan tekan luluh bersamaan dengan luluhnya tulangan tarik saat beton mencapai regangan maksimum 0,003. Sedangkan kondisi kedua yaitu dimana tualngan tekan masih belum luluh saat tulangan tarik telah luluh bersama dengan tercapainya regangan 0,003 oleh beton.Jika regangan tekan baja tekan (’ s) sama atau lebih besar dari
regangan luluhnya (y), maka sebagai batas maksimum tegangan tekan baja tekan diambil
sama dengan tegangan luluhnya (fy). Sedangkan apabila regangan tekan baja yang terjadi kurang dari regangan luluhnya, maka tegangan tekan baja adalah f’s =’ s.Es, dimana Es
adalah modulus elastisitas baja. Tercapainya masing-masing keadaan (kondisi) tersebut tergantung dari posisi garis netral penampang.
Gambar 2.12 Analisis Balok Bertulangan Rangkap (Sumber: Istimawan Dipohusodo, Struktur Beton Bertulang)
2.3.1 Umum
Kolom adalah komponen struktur bangunan yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral terkecil. Sedangkan komponen struktur yang menahan beban aksial vertikal dengan rasio bagian tinggi dengan dimensi lateral terkec il kurang dari tiga dinamakan pedestal.
Sebagai bagian dari suatu kerangka bangunan dengan fungsi dan peran seperti tersebut, kolom menempati posisi penting di dalam system struktur bangunan. Kegagalan kolom akan berakibat langsung pada runtuhnya komponen struktur lain yang berhubungan dengannya, atau bahkan merupakan batas runtuh total keseluruhan struktur bangunan. Pada umumnya kegagalan atau keruntuhan komponen tekan tidak diawali dengan tanda peringatan yang jelas, bersifat mendadak.
Oleh karena itu, dalam merencanakan struktur kolom harus memperhitungkan secara cermat dengan memberikan cadangan kekuatan lebih tinggi daripada untuk komponen sturuktur lainnya. Selanjutnya, karena penggunaan di dalam praktek umumnya kolom tidak selalu bertugas menahan beban aksial vertikal, defenisi kolom memperluas dengan mencakup juga tugas menahan kombinasi beban aksial dan momen lentur. Atau dengan kata lain, kolom
harus diperhitungkan untuk menyangga beban aksial tekan dengan eksentrisitas tertentu. Secara garis besar ada tiga jenis kolom beton bertulang yaitu :
1. Kolom menggunakan pengikat dengan sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom beton yang ditulangi dengan batang tulangan memanjang, yang pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang kearah lateral, sedemikian rupa hingga pengulangan keseluruhan membentuk kerangka.
2. Kolom menggunakan pengikat spiral. Bentuknya sama dengan yang pertama hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok memanjang adalah tulangan spiral yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus di sepanjang kolom.
3. Struktur kolom komposit, merupakan komponen struktur tekan yang diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar baja profil atau pipa, dengan atau tanpa diberi batang tulangan pokok memanjang.
2.3.2 Hubungan Beban Aksial dan Momen
Kesepadanan statika antara beban aksial eksentrisitas dengan kombinasi beban aksial momen dapat dilihat pada gambar.
Gambar 2.13 Hubungan Beban Aksial-Momen-Eksentrisitas. (Sumber: Istimawan Dipohusodo, Struktur Beton Bertulang)
Apabila gaya dari beban Pu bekerja pada penampang kolom berjarak e terhadap
sumbu seperti terlihat pada gambar, akibat yang ditimbulkan akan sama dengan apabila suatu pasangan yang terdiri dari gaya beban aksial Pu pada sumbu dan momen Mu =Pu e, bekerja
serentak bersama-sama seperti tampak pada gambar
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa apabila suatu pasangan momen rencana terfaktor Mu dan beban rencana terfaktor Pu bersama-sama pada suatu komponen struktur
u u
P M e =
Untuk suatu penampang tententu, hubungan tersebut di atas bernilai konstan dan memberikan variasi kombinasi beban lentur dan beban aksial dalam banyak cara. Apabila dikehendaki eksentriliasitas yang semakin besar, beban aksial Pu harus berkurang sampai
suatu nilai sedemikian rupa sehingga kolom tetap mampu menopang kedua beban, beban aksial Pu dan momen Pu e. Sudah barang tentu, besar atau jumlah pengurangan Pu yang
diperlukan sebanding dengan peningkatan besarnya eksentrisitas.
Tergantung kepada besarnya momen Mu relatif terhadap beban aksial Pu, terdapat
beberapa cara dimana suatu tampang akan hancur. Gambar 2.1 menunjukkan suatu kolom yang memikul suatu beban aksial Pu, dengan letak eksentrisitas yang berbeda-beda hingga
dari tidak bereksentrisitas hingga memiliki eksentrisitas yang sangat besar hingga beban Pu
dapat diabaikan. Kehancuran pada kolom diasumsikan terjadi ketika regangan tekan mencapai 0.003.
Gambar 2.14 Kolom Memikul Beban Aksial
(Sumber: Istimawan Dipohusodo, Struktur Beton Bertulang)
Berikut ini adalah sedikit penjelasan terhadap gambar 2.11 :
a) Beban aksial besar tanpa momen. Dalam situasi ini, kehancuran akan terjadi dengan hancurnya beton dengan seluruh tulangan dalam kolom berada dalam kondisi luluh akibat tekanan.
b) Beban aksial besar dengan model kecil sedemikian sehingga seluruh tampang masih berada dalam keadaan tertekan. Ketika suatu kolom diberikan momen lentur yang kecil (dimana eksentrisitas kecil), seluruh kolom akan dalam keadaan tertekan tetapi tekanan akan lebih besar pada salah satu sisi lainnya. Tegangan tekanan maksimum pada kolom akan mencapai 0.85f c dan kehancuran akan terjadi dengan kehancuran hacurnya beton dengan seluruh tulangan dalam keadaan tertekan.
c) Beban aksial dengan momen yang lebih besar daripada keadaan (b) sedemikian sehingga tegangan tarik mulai muncul pada salah satu sisi kolom. Jika eksentrisitas mengikat terus, tegangan tarik akan mulai terjadi pada salah satu sisi kolom dan tulangan baja pada sisi itu akan tertarik tetapi masih belum meluluh. Sedangkan pada sisi lainnya, tulangan baja akan berada dalam keadaan tertekan. Kehancuran akan terjadi dengan hancurnya beton pada sisi
yang tertekan.
d) Kondisi pembebanan seimbang. Seiring dengan semakin bertambahnya eksentrisitas, suatu kondisi akan tercapai dimana tulangan baja pada daerah tarik akan mencapai tegangan luluhnya pada saat beton sisi lainnya mencapai tegangan maksimumnya sebesar 0.85 f c. kondisi ini dinamakan kondisi pembebanan seimbang.
e) Momen besar dengan beban aksial kecil.Jika eksentrisitas terus ditambah, kehancuran akan ditentukan oleh luluhnya tulangan tarik pada kolom.
f) Momen besar tanpa beban aksial. Untuk kondisi ini, kehancuran akan terjadi seperti yang terjadi pada balok.
Dengan demikian kekuatan suat penampang kolom dapat diperhitungkan terhadap banyak kemungkinan kombinasi beban aksial dan momen. Kuat lentur penampang kolom dapat direncanakan untuk beberapa kemungkinan kuat beban aksial yang berbeda, dengan masing-masing mempunyai pasangan kuat momen tersendiri.
2.3.3 Penampang Kolom Bertulangan Seimbang
Dalam praktek perencanaan kolom pada umumnya digunakan penulangan simetris, dimana penulangan pada sisi kedua yang berhadapan sama jumlahnya. Tujuan utamanya mencegah kesalahan atau kekelirian penempatan tulangan yang dipasang. Penulangan simetris juga diperlukan apabila ada kemungkinan terjadinya gaya bolak-balik pada struktur misalnya karena arah gaya angin atau gempa seperti diketahui, kuat beban aksial sentris nominal atau teoritis untuk suatu penampang kolom pada hakekatnya adalah merupakan penjumlahan kontribusi kuat beton (Ag-Ast) 0.85 fc’ dan kuat tulangan baja Astfy.
Luas penampang tulangan baja Ast adalah jumlah seluruh tulangan pokok memanjang.
Karena yang bekerja adalah beban sentris, dianggap keseluruhan penampang termasuk tulangan pokok memanjang menahan gaya desak secara merata. Dengan sendirinya pada penampang seperti ini seperti ini tidak terdapat garis netral yang memisahkan daerah tarik dan daerah tekan. Apabila beban aksial tekan bekerja eksentris pada sumbu kolom barulah timbulah tegangan yang tidak merata pada penampang, bahkan pada nilai eksentritas tertentu dapat mengakibatkan timbulkan tegangan tarik, Dengan demikian penampang kolom terbagi menjadi daerah tekan dan tarik, demikian pula tugas penulangan baja dibedakan sebagai tulangan baja tekan (As’) yang dipasang di daerah tekan dan tulangan baja tarik (As) yang dipasang di daerah tarik.
Berdasarkan regangan yang terjadi pada batang tulangan baja, awal kehancuran atau keruntuhan penampang kolom dapat dibedakan menjadi dua kondisi, yaitu :
1. Kehancuran karena tarik, diawali dengan luluhnya batang tulangan tarik 2. Kehancuran karena tekan diawali dengan kehancuran beton tekan.
Jumlah tulangan baja tarik sedimikian sehingga letak garis netral tepat pada posisi saat mana akan terjadi secara bersamaan regangan luluh pada tulangan baja tarik dan regangan beton dekat maksimum 0,003. Kondisi keseimbangan regangan tersebut menempati posisi penting karena merupakan pembatas karena merupakan pembatas antara kedua
keadaan penampang kolom beton bertulang yang berbeda dalam cara hancurnya. Setiap penampang kolom akan seimbang pada suatu beban Pb tertentu dikombinasikan dengan suatu eksentrisis eb tertentu. Maka pada penulangan baja berlainan akan diperoleh beban seimbang berdasarkan
keseimbangan regangan yang berlainan pula, meskipun untuk penampang kolom beton yang sama.
2.3.4 Faktor Reduksi Kekuatan Untuk Kolom
Persyaratan pembatasan tulangan untuk komponen struktur yang dibebani kombinasi lentur dan aksial tekan. Persyaratan tersebut selaras dengan konsep daktilitas komponen struktur yang menahan momen lentur dengan meluluhnya batang tulangan.
Sejalan dengan hal tersebut, untuk komponen dengan beban aksial kecil diijinkan untuk memperbesar factor reduksi kekuatannya, lebih besar dari nilai yang digunakan bila komponen yang bersangkutan hanya menahan beban aksial tekan sentries. Seperti diketahui, untuk komponen yang menahan lenturan murni, tanpa beban aksial, digunakan factor reduksi kekuatan Ø = 0,70 untuk kolom dengan pengikat spiral, dan Ø =0,65 untuk kolom dengan pengikat sengkang.
Namun seperti diketahui, kolom yang dibebani eksentris akan menahan beban aksial meupun momen. Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk kasus dimana kolom menahan beban aksial kecil tetapi pasangan momennya besar dapat diberlakukan seperti komponen
struktur lentur, atau balok pada umumnya.
2.4 Pondasi
Setiap bangunan sipil seperti gedung, jembatan, jalan raya, terowongan, menara, dam/tanggul dan sebagainya harus mempunyai pondasi yang dapat mendukungny. Istilah pondasi digunakan dalam teknik sipil untuk mendefinisikan suatu konstruksi bangunan yang berfungsi sebagai penopang bangunan dan meneruskan beban bangunan diatasnya (upper structure) ke lapisan tanah yang cukup kuat daya dukungnya. Untuk itu, pondasi bangunan harus diperhitungkan agar dapat menjamin kestabilan bangunan terhadap berat sendiri, beban – beban yang bekerja, gaya – gaya luar seperti tekanan angin, gempa bumi dan lain – lain. Di samping itu, tidak boleh terjadi penurunan melebihi batas yang diijinkan.
Berdasarkan struktur beton bertulang, pondasi berfungsi untuk:
1. Mendistribusikan dan memindahkan beban – beban yang bekerja pada struktur bangunan diatasnya ke lapisan tanah dasar yang mendukung struktur tersebut;
2. Mengatasi penurunan yang berlebihan dan penurunan tidak sama pada struktur;
3. Memberi kestabilan pada struktur dalam memikul beban horizontal akibat angin, gempa dan lain – lain.
Pondasi bangunan biasanya dibedakan atas dua bagian yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) dan pondasi dalam (deep foundation), tergantung dari letak tanah kerasnya dan perbandingan kedalaman dengan lebar pondasi. Pondasi dangkal kedalamannya kurang atau sama
dengan lebar (D≤ B) dan dapat digunakan jika lapisan tanah kerasnya terlekat dekat dengan permukaan tanah. Sedangkan pondasi dalam digunakan jika lapisan tanah keras berada jauh dari permukaan tanah.
Seperti telah dijelaskan diatas, bahwasanya pondasi dibedakan atas dua bagian yaitu pondasi dangkal dan pondasi dalam. Pondasi dangkal dapat dibedakan atas beberapa jenis yaitu pondasi telapak, pondasi cakar ayam, pondasi sarang laba – laba, pondasi gasing, pondasi grid dan pondasi hypaar (pondasi berbentuk parabola – hyperbola). Sedangkan pondasi dalam terdiri dari pondasi sumuran, pondasi tiang dan pondasi kaison. Pada laporan Tugas Akhir ini, Penulis memfokuskan pembahasan terhadap pondasi sumuran.
Pondasi Sumuran ( pier foundation) yang merupakan bentuk peralihan antara pondasi dangkal dan pondasi tiang, digunakan bila tanah dasar yang kuat terletak pada kedalaman yang relatif dalam. Peck, dkk. (1953) membedakan pondasi sumuran dengan pondasi dangkal dari nilai kedalaman ( D f )
