BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Beton Bertulang
Beton merupakan campuran dari semen portland, agregat kasar, agregat halus
dan air. Yang dimana pada dasarnya beton menahan tekan tetapi lemah terhadap
tarik, oleh karena itu beton di padukan dengan baja tulangan yang kuat terhadap tarik
sehingga didapatlah satu kesatuan beton bertulang yang lazim kita gunakan pada
konstruksi umum.
2.2 Kelebihan Beton Bertulang Sebagai Struktur
Beton bertulang banyak digunakan dalam konstruksi/struktur yang sangat
penting. jenis-jenis pekerjaan yang mengunakan beton bertulang misalnya jembatan,
gedung, dinding penahan tanah, bendungan dan lain-lain.
Beton bertulang memiliki beberapa keuntungan dalam pengunaanya, yaitu :
1. Beton mempunyai kuat tekan yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan
material yang lainnya.
2. Beton betulang sangat baik dalam struktur bangunan yang berhubungan langsung
dengan air, dibeberapa kasus dapat kita lihat bahwa beton menjadi penutup/
pelindung yang saik baik pada tulangan didalamnya sehingga terhindar dari
korosi. Disamping itu dalam hal peristiwa kebakaran, struktur yang mengunakan
bahan beton sebagai konstruksinya hanya mengalami kerusakan pada permukaan
3. Struktur yang menggunakan beton bertulang sangat kaku/kokoh
4. Dalam hal pemeliharaan, beton sangat mudah dang relatif rendah
5. Beton memiliki umur layan yang sangat tinggi, dalam hal ini beton memiliki
kemampuan tetap sampai masa layannya
6. Beton merupakan bahan yang ekonomis untuk struktur seperti pondasi tapak,
dinding basement, tiang tumpuan jembatan dan bangunan-bangunan sejenis yang
memerlukan beban gravitasi sebagai struktur
7. Ciri khas beton yang sangat mudah untuk dibentuk dalam bentuk cetakan yang
sangat beragam atau dengan kata lain beton dapat kita bentuk sesuai dengan
keiingginan kita.
8. Material pembentuk beton (pasir, kerikil, air) dapat dengan mudah kita jumpai di
daerah-daerah, yang hanya memerlukan sedikit semen dan tulangan baja yang
berasal dari pabrikan atau tempat lain.
9. Keahlian buruh dalam membangun konstruksi beton bertulang lebih tinggi
dibangdingkan dengan keahlian dalam membangun konstruksi lainya, dalam hal
ini konstruksi baja.
2.3 Kelemahan Beton Sebagai Struktur
Disamping memiliki beragam kelebihan, beton bertulang juga memiliki
beberpa kelemahan, yaitu:
1. Kuat tarik beton sangat rendah, akan tetapi memiliki kuat tekan yang sangat tinggi
2. Beton memerlukan bekesting untuk menahan beton tersebut sampai mengeras,
penggunaan bekesting ini memerlukan biaya yang mahal.
3. Beton memerlukan waktu yang relatif lama untuk mendapatkan kekuatan 100%,
sehingga beberapa pekerjaan konstruksi yang lain terhambat
4. Beton bertulang mempunyai berat yang sangat besar sehingga mempengaruhi
struktur yang memiliki bentang yang sangat panjang
2.4 Bahan tambahan (Admixture)
Pemilihan beton bertulang sebagai bahan konstruksi ini membuat para
ahli-ahli beton untuk mengembangkan dan menciptakan bahan-bahan tambahan
(admixture) bagi beton bertulang tersebut.
Bahan tambahan ini merupakan bahan yang dianggap penting sekarang ini
karena dengan menggunakan bahan tambahan pada beton bertulang akan serba
praktis, lebih efisien, ekonomis (dalam hal tertentu) tanpa ada pengurangan mutu
beton dan pengurangan nilai estetika konstruksi yang mengunakan beton bertulang
tersebut. Pengunaan bahan tambahan ini dimaksudkan untuk memperbaiki beton
yang rusak karena faktor eksternal, dan menambah sifat beton tersebut (kekuatan)
sesuai dengan yang diinginkan.
2.5 Fiber Reinforced Polymer
Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan sejenis pelat tipis yang
didalamnya terdapat serat-serat carbon dan fiber.
1. Meningkatkan kapasitas axial, flexture (lentur) dan shear (geser) pada existing
struktur yang diperkuat
2. Dapat meningkatkan daktalitas untuk meningkatkan ketahanan struktur terhadap
gempa
3. Meningkatkan durabilitas (daya tahan) struktur terhadap pengaruh lingkungan dan
cuaca luar yang ekstrim (air laut dan kimia)
4. Memperpanjang ketahanan struktur terhadap fatique (fatique life)
5. Meningkatkan kekuatan struktur untuk mengurangi defleksi (under service dan
design load) (buyukozturk et al, 2004; taljsten and elfgren, 2000)
Material FRP yang umum digunakan di industri konstruksi adalah :
1. Glass FRP strength of composite fibre in the primary
No Property Requiremen
5 Suitability for contact with water intended for
Elongation at break (%) 2.2 1.7 1
Tensile modulus (GPA) 26.1 40 95
Tabel 2.1 Perbandingan performance Carbon, Glass dan Aramid
Besi Fy = 240 dan 400MPa
Bentuk FRP yang sering dipakai pada perkuatan struktur adalah:
1.Plate/composite
2.Fabric/wrap
Bentuk plate lebih efektif dan efisien untuk perkuatan lentur baik pada balok maupun
plat pada dinding, sedangkan bentuk wrap lebih efektif dan efesien untuk perkuatan
geser pada balok serta meningkatkan kapasitas beban axial dan geser pada kolom.
Ada beberapa keuntungan penggunaan FRP sebagai perkuatan struktur, antara lain:
1.Kuat tarik sangat tinggi
3.Pelaksanaan sangat mudah dan cepat
4.Memungkinkan untuk tidak menutup lalu lintas (misalnya jembatan)
5.Tidak memerlukan area yang luas)
6.Tidak memerlukan joint, meskipun bentang yang dipakai cukup panjang
7.Tidak berkarat (non logam)
Selain keuntungan, terdapat juga beberapa kerugian dari pemakaian FRP, antara lain:
1.Kurang tahan terhadap suhu yang tinggi, dengan suhu sekitar 70∘C, Bahan
perekat epoxy resin akan berubah dari kondisi keras menjadi lunak, bersifat plastis
daya lekatnya akan menurun
2.Pengerusakan dari luar (umumnya pada fasilitas umum)
3.Kurang tahan terhadap sinar ultra violet
Sehingga untuk mengatasi kekurangan material ini diperlukan proteksi, misalnya
dengan pelapisan atau penutupan dengan menggunakan mortar. Penggunaan FRP
pada bangunan yang mungkin terjadi kebakaran harus dibatasi kenaikan kapasitas
lenturnya agar nantinya jika terjadi kegagalan atau kerusakan pada FRP karena suhu
yang sangat tinggi, komponen struktur diharapkan masih bisa bertahan memikul
beban selama kebakaran berlangsung, sekitar 30% dari beban hidup (Triwiyono,
2006)
2.6 Standart Pedoman Perencanaan
Pedoman yang diguanakn dalam melakukan perencanaan balok beton
Di dalam ACI 440, selain faktor redusi kekuatan , juga terdapat faktor reduksi
lainya, yaitu :
1.Faktor reduksi partial untuk FRP yaitu :
Lentur : 0.85
Geser : 0.95 (wrap 4 sisi) atau 0.85 (wrap 3 atau 2 sisi)
Kolom : 0.90 (bulat); 0.50 (bujur sangkar) atau berdasarkan test (persegi)
2.Faktor reduksi untuk material FRP akibat pengaruh lingkungan (Ce), dipakai
sebagai dasar perencanaan untuk kuat tarik ultimate dan regangan ultimate.
3.pada perencanaan geser tegangan FRP dibatasi maximum sebesar 0.004
Kondisi penempatan Carbon Glass Aramid
Di luar ruangan 1.0 0.8 0.9
Di dalam ruangan 0.9 0.7 0.8
Tabel 2.2 Faktor reduksi lingkungan Ce
Di dalam technical report no.55, digunakan faktor keamanan partial sebagai berikut:
f1 = fIu * / (𝜸mf.𝜸mm.𝜸mE)
𝜸mf : faktor keamanan partial untuk kekuatan
𝜸mm : faktor keamanan partial untuk proses pembuatan atau pelaksanaan
Tabel 2.3 Faktor keamanan parsial untuk kekuatan
Tabel 2.4 Faktor keamanan parsial untuk modulus elastisitas
Nilai yang di rekomendasikan sebagai faktor keamanan partial yang digunakan
sebagai desain perkuatan komposit berdasarkan clarke.
Type of system (and method of aplication or manufacture)
Addidtional Pertial safety Factor, 𝜸 mm
Plate
Pultruded 1.1
Prepeg 1.1
Preformed 1.2
Type of system (and method of
aplication or manufacture) Addidtional Pertial safety Factor, 𝜸 mm
Tabel 2.5 Rekomendasi nilai keamanan untuk desain
2.7 Geser dan Tarik diagonal Pada Balok
Komposit Beton bertulang telah beberapa kali diteliti dari perkuatan dalam
bentuk geser dalam beberapa investigasi (anil, 2006; Mosallam and banerjee, 2007;
Triantafillou, 1998) dan dalam beberapa aplikasi lapangan telah dilanjutkan di
beberapa negara (Kachlakev and McCurry, 2000; Seible, 1995).
Meskipun belum seorangpun yang mampu menentukan dengan tepat daya tahan
beton terhadap tegangan geser murni, hal ini menjadi penting karena tegangan geser
murni mungkin terjadi dalam struktur beton. karena kekuatan tarik beton lebih kecil
dari kekuatan geser, maka beton akan runtuh sebelum kekuatan gesernya tercapai,
akan tetapi, pengujian kuat geser beton selama bertahun-tahun selalu menghasilkan
2.8 Tegangan Geser Beton
Dalam perencanaan beton bertulang terhadap gaya lintang ternyata sesuai
dengan lentur murni, karena hal inilah yang menentukan perilaku dari struktur
tersebut dalam keruntuhannya.
pada gambar berikut dapat dilihat sebuah balok yang diberikan beban terpusat (F)
dan perletakan pada kedua ujungnya ditumpu bebas. Karena dari beban yang bekerja
pada balok tersebut dapat kita gambarkan diagram momen dan lintang nya, lalu arah
lenturan dinyatakan dalam simbol.
Gambar 2.1 Bidang momen dan lintang saat pembebanan
Dalam gambar dianggap beban sendiri pada balok diabaikan, dan kedua perletakan
diangap sendi dan rol. maka pada kedua perletakan terdapat gaya lintang yang
memiliki nilai konstan, dimana V=F, sedangkan gaya lintang di tengah bentah adalah
nol. Momen lentur yang ada di tengah bentang memili nilai M = F.a dan momen
Selama F masih kecil maka beton bertulang belum mengalami keretakan dan sesuai
dengan lentur murni serta beton bersifat sebagai bahan yang homogen.
Bentuk Distribusi pada tegangan geser (V) sepaham dengan mekanika
struktur. Gambar distribusi tegangan geser dari balok persegi dengan lebar b dan
tinggi h.
Gambar 2.2 Distribusi Tegangan Geser
Maka sesuai dengan gamabar tegangan geser diatas berlaku rumus tegangan geser,
yaitu :
Dimana: V = Gaya lintang
S = momen statis dari bagian yang tergeser terhadap garis netral
b = lebar balok
I = momen inersia
Maka bila beban F ditingkatkan, pada daerah tarik akan terjadi retakan dan material
pun menjadi tidak homogen.
Gambar 2.3 Pola retak pada balok saat pembebanan
Maka dari gambar diketahui bahwa tegangan geser tersebut bergantung kepada :
1.Jumlah tulangan yang ada
2.Bentuk busur tekan untuk gelagar yang “pendek” dan “lebar” lain daripada yang
“ramping” antara lain dari perbandingan a/h
3.Ukuran daerah tekan, demikian pula dengan besar momen dan kualitas beton.
Sedangkan pergeseran beton ditahan oleh :
1.Aksi pasak oleh tulangan memanjang (Vd).
2.Komponen vertikal gaya geser yang tedapat pada retak miring akibat permukaan
sehinggan pada retakan akan terjadi pembelahan material. Gaya geser (VA) pada
retak miring dinamakan interlocking.
3..Komponen vertikal gaya geser pada daerah tekan yang belum retak (VCZ).
4.Gaya Ts yang terdapat pada tulangan yang ada.
Dalam menguraikan pengaruh-pengaruh serta teknik perhitungan, maka ditetapkan
bahwa gaya lintang yang bekerja pada penampang beton yang di tinjau harus
memalui perencanaan sehingga didapatlah :
Vs ≤∅ Vn
maka dengan memperhitungakan gaya lintang yang terjadi pada penampang beton
yang di tinjau, dan dengan memperhitungakan faktor beban yang terjadi, maka
didapatlah :
Vu = 1,2VD + 1,6 VL
Vs adalah kekuatan geser nominal yang dihitung secara
Va = Vc + Vs; dengan
Vc = kekuatan geser nominal sumbangan beton
Vs = kekuatan geser sumbangan tulangan geser
∅ = faktor reduksi kekuatan
2.9 Analisa Kuat Geser Balok Yang Bertulangan Geser
Mekanismes Analogi Rangka (vakwerkanologi)
analogi rangka merupakan konsep lama dari struktur beton bertulang. Konsep
ini menyatakan bahwa balok beton bertulang dengan tulangan geser dikatakan
berperilaku seperti rangka batang sejajar statis tertentu dengan sambungan sendi.
Beton lentur dianalogikan sebagai batang atas rangka batang, sedangkan tulangan
tarik sebagai batang bawah. Web rangka batang tersusun dari sengkang sebagai
batang tarik vertikal dan bagian beton antara retak tarik diagonal mendekati
45∘bekerja sebagai batang tekan diagonal. Tulangan geser yang digunakan
berperilaku seperti batang web dari suatu rangka batang.
Meskipun analogi rangka batang telah digunakan bertahun-tahun untuk menjelaskan
perilaku balok beton bertulang dengan tulangan web, tetapi tidak menjelaskan
dengan tepat bagaimana gaya geser dipindahkan. Maka penulangan geser akan
meningkatkan kekuatan geser dari suatu unsur pada balok, akan tetapi penulangan
sedemikan bentuknya hanya saja akan menyumbangkan sedikit perlawanan geser
sebelum terbentuknya retak miring.
Retak diagonal akan terjadi dalam balok dengan tulangan geser pada beban
yang hampir dama jika retak tersebut terjadi dalam balok ukuranyang sama tetapi
tulangan geser. Adanya tulangan geser hanya dapat diketahui setelah retak mulai
terbentuk. Pada saat itu, balok harus mempunyai tulangan geser yang cukup untuk
melawan gaya geser yang tidak ditahan oleh beton.
Setelah retak geser terbentuk dalam balok, hanya sedikit geser yang dapat
ditransfer melaui retak tersebut kecuali jika web dipasang untuk menjebatani celah
tersebut. jika tulangan tersebut ada, beton pada kedua sisi retak akan dapat
dipertahankan supaya tidak terpisah. Beberapa keuntungan dapat diambil, termasuk:
1.Baja tulangan yang melalui memikul geser secara langsung, Vcz.
2.Tulangan mencegah retak semakin besar dan hal ini memungkinkan beton
mentrasfer geser sepanjang retak melalui kuncian agregat, Va.
3.Sengkang yang membungkus keliling inti beton berperilaku seperti gelang (hoop)
sengkang mengikat tulangan memanjang ke dalam inti beton dari balok dan
menahannya dari tarikan selimut beton, Vd.
4.Dengan mengikat beton di kedua sisi retak, tulangan web membantu mencegah
retak untuk bergerak ke dalam daerah tekan dari balok. Aksi pasak pada sengkang
dapat memindahkan suatu gaya kecil menyebrangi retak, dan aksi ikat
(confinement) dari sengkang pada beton tekan dapat meningkatkan kekuatan
beton.
Gambar 2.6 Grafik distribusi geser dalam pada balok dengan tulangan geser
Jenis umum dari penulangan geser, seperti pada gambar adalah (1) sengkang
yang tegak lurus dengan tulangan memanjang; (2) sengkang yang membuat sudut
45∘atau lebih dari tulangan memanjang; (3) pembengkokan dari tulangan
memanjang sehingga as dari bagian yang dibengkokan membuat sudut 30∘atau
Gambar 2.7 Jenis tulangan geser
Sengkang miring atau diagonal yang hampir segaris dengan arah tegangan
utama lebih efisien dalam memikul geser dan mencegah atau memperlambat
terbentuknya retak diagonal. Tetapi sengkang semacam ini biasanya dianggap tidak
praktis digunakan di Amerika Serikat karena diperlukan upah kerja yang tinggi untuk
menempatkan sengkang tersebut.
2.10 Konstribusi FRP Dalam Memikul Geser
Nilai dari kuat geser dengan perkuatan FRP dapat dihitung dengan
menjumlahkan seluruh kontribusi perkuatan geser dari FRP, tulangan baja dan beton
itu sendiri. Dan pada faktor reduksi Ψ harus dikalikan dengan kontribusi FRP pada
sistem perkuatan. Dengan kata lain, berdasarkan analogi rangka lembaran FRP
memikul gaya geser yang bekerja dengan menambahkan Vf (ACI commiGee report
∅
Vn
=
∅
(
Vc
+
Vs
+
Ψ
Vf
)
Dengan :
∅ = Faktor reduksi kekuatan 0,65
Ψ = Faktor reduksi untuk tambahan FRP
Gambar 2.8 metode Wraping
Ψ
f =0,95
Dibalutkan keseluruhanΨ
f =0,85
Dibalutkan dua bagian atautiga bagian
