DESAIN LANGSUNG TULANGAN LONGITUDINAL KOLOM BETON BERTULANG BUJUR SANGKAR

(1)

TUGAS AKHIR – PS 1380

DESAIN LANGSUNG TULANGAN LONGITUDINAL

KOLOM BETON BERTULANG BUJUR SANGKAR

ARDIANSYAH KUSUMA NEGARA NRP 3105 100 094

Dosen Pembimbing: Tavio, ST, MT, Ph.D Ir. Iman Wimbadi, MS JURUSAN TEKNIK SIPIL

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

(2)

FINAL PROJECT – PS 1380

DIRECT DESIGN OF LONGITUDINAL

REINFORCEMENT OF SQUARE REINFORCED

CONCRETE COLUMNS

Academic Supervisors Tavio, ST, MT, Ph.D Ir. Iman Wimbadi, MS

CIVIL ENGINEERING DEPARTMENT

Faculty of Civil Engineering and Planning Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009

(3)

TUGAS AKHIR – PS 1380

DESAIN LANGSUNG TULANGAN LONGITUDINAL

KOLOM BETON BERTULANG BUJUR SANGKAR

ARDIANSYAH KUSUMA NEGARA

NRP 3105 100 094 Dosen Pembimbing: Tavio, ST, MT, Ph.D Ir. Iman Wimbadi, MS JURUSAN TEKNIK SIPIL

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

(4)

FINAL PROJECT – PS 1380

DIRECT DESIGN OF LONGITUDINAL

REINFORCEMENT OF SQUARE REINFORCED

CONCRETE COLUMNS

Academic Supervisors Tavio, ST, MT, Ph.D Ir. Iman Wimbadi, MS

CIVIL ENGINEERING DEPARTMENT

Faculty of Civil Engineering and Planning Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009

(5)

DESAIN LANGSUNG TULANGAN LONGITUDINAL KOLOM BETON BERTULANG BUJUR SANGKAR

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

pada

Bidang Studi Struktur

Program Studi S-1 Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Oleh :

Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir :

1. Tavio, ST, MT, Ph.D ……… (Pembimbing I)

2. Ir. Iman Wimbadi, MS ……… (Pembimbing II)

(6)

DESAIN LANGSUNG TULANGAN LONGITUDINAL KOLOM BETON BERTULANG BUJUR SANGKAR

Nama Mahasiswa : Ardiansyah Kusuma Negara NRP : 3105 100 094

Jurusan : Teknik Sipil FTSP ITS Dosen Pembimbing : 1. Tavio, ST, MT, Ph.D

2. Ir. Iman Wimbadi, MS

ABSTRAK

Perkembangan aplikasi program bantu dalam bidang teknik sipil sangat pesat akhir – akhir ini. Aplikasi program bantu tersebut mempunyai peranan yang sangat penting dalam bidang jasa perencanaan dan pekerjaan konstruksi di seluruh dunia. Banyak aplikasi program bantu yang telah dikembangkan oleh negara – negara maju yang notabene dapat mempercepat proses perhitungan struktur. Salah satu dari sekian banyak aplikasi program bantu yang bermanfaat untuk mendesain komponen struktur beton bertulang adalah program PCA Col. Aplikasi program bantu tersebut dapat digunakan untuk menganalisa dan mendesain kolom sesuai dengan ACI 318-95. Akan tetapi, perkembangan dan ketersediaan aplikasi program bantu teknik sipil di Indonesia masih terbatas. Oleh karena itu, perlu dikembangkan aplikasi program bantu untuk memenuhi kebutuhan tersebut.

Di dalam tugas akhir ini dijelaskan bahwa aplikasi program bantu yang dikembangkan tidak hanya mengadopsi code yang ada di Indonesia saat ini, SNI 30-2847-2002, akan tetapi juga memuat code terbaru dari Amerika Serikat yaitu ACI 318-2002 yang menggunakan konsep Unified Design Provisions. Perbedaan dari kedua code tersebut menyangkut faktor reduksi kolom. Pada SNI 03-2847-2002, nilai faktor reduksi ditentukan oleh besarnya beban aksial sedangkan ACI 318-2002 menjelaskan bahwa besarnya regangan tarik menentukan nilai faktor reduksi.

Tujuan utama tugas akhir ini adalah menghasilkan suatu aplikasi program bantu yang dapat digunakan untuk menghitung kebutuhan rasio tulangan longitudinal pada kolom sehingga diketahui jumlah tulangan longitudinalnya. Dari enam studi kasus yang dianalisa dalam tugas akhir ini didapatkan hasil bahwa program bantu yang dikembangkan menghasilkan output yang akurat setelah diverifikasi dengan output dari program bantu PCA Col. Aplikasi program bantu yang dikembangkan hanya untuk merencanakan kebutuhan tulangan longitudinal pada kolom bujur sangkar. Pengembangan lebih lanjut pada masa mendatang diperlukan untuk kolom bulat, penguatan geser, tulangan sengkang, bahkan pengaruh kelangsingan dan lentur biaksial.

Kata Kunci : ACI 318-2002, beban aksial, faktor reduksi, rasio tulangan longitudinal, regangan tarik, SNI 03-2847-2002, Unified Design Provisions

(7)

DIRECT DESIGN OF LONGITUDINAL REINFORCEMENT OF SQUARE REINFORCED

CONCRETE COLUMNS Name of Student : Ardiansyah Kusuma Negara Registration Number : 3105 100 094

Supervisor : Tavio, ST., MT., Ph.D. Co-Supervisor : Ir. Iman Wimbadi, MS.

ABSTRACT

The application of computer-aided programs in civil engineering is developing very rapidly in recent days. They play a very important role in the design offices and construction work wordwide. Numerous application or computer-aided programs have been developed by the developed countries that are capable of shortcutting the computational process in the design of structures. One of many useful programs in the design of reinforced concrete members is PCA Col program. The program can be used to analyze and design the reinforced concrete columns in accordance with ACI 318-95. However, the development and availaibility of such programs in Indonesia is very limited. Hence, it is deemed necessary to develop a computer-aided program that is capable of fulfilling such a need.

In this study, the developed program not only adopts the existing code in Indonesia, SNI 30-2847-2002, but also includes the most recent US building code, i.e. the Unified Design Provision in ACI 318-02. The difference between the two codes is only in terms of the reduction factor. In SNI 03-2847-2002, the reduction factor is governed by the axial load, whereas in ACI 318-02, the tensile strain that controls the reduction factor.

The main objective of this study is to provide a useful computer-aided program that can be used to calculate the required longitudinal reinforcement ratio in a column, and further its actual number of reinforcing bars. From the six analyzed cases in the study, it can be concluded that the results obtained from the developed program are found to be in good agreement when compared with the corresponding results obtained from PCA Col program. The program is only intended to find the longitudinal reinforcing bars of square column sections. Further development needs to be carried out in the future for circular columns, shear reinforcement, confining steel and even the effects of slenderness and biaxial bending.

Keywords : ACI 318-2002, axial load, longitudinal reinforcement ratio, reduction factor, SNI 03-2847-2002, tensile strain, Unified Design Provisions.

(8)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK……… i

ABSTRACT……….. ii

KATA PENGANTAR……….. iii

DAFTAR ISI………. v

DAFTAR TABEL……… viii

DAFTAR GAMBAR……… ix

DAFTAR NOTASI………... xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang………. 1 1.2 Permasalahan………... 2 1.3 Tujuan……….. 3 1.4 Batasan Masalah……….. 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian dan Prinsip Dasar Kolom……... 5

2.2 Beban Aksial dan Lentur pada Kolom……. 6

2.3 Kekuatan Kolom Pendek dengan Beban Sentris... 8

2.4 Kekuatan Kolom yang Dibebani Eksentris……... 11

2.4.1 Perilaku Kolom Pendek yang Dibebani Eksentris………. 11

2.4.2 Persamaan – Persamaan Dasar pada Kolom dan Prosedur Coba – Coba dan Penyesuaian untuk Analisis dan Desain Kolom……… 14

2.5 Ragam Kegagalan pada Kolom…... 15

(9)

2.5.1 Keruntuhan Balanced pada

Penampang Kolom Segi Empat…... 16 2.5.2 Keruntuhan Tarik pada Penampang

Kolom Segi Empat…………...…….. 17 2.5.3 Kegagalan Tekan pada Penampang

Kolom Segi Empat………..….. 18 2.6 Diagram Interaksi Kolom Beton Bertulang.. 18 2.7 Konsep dan Asumsi Diagram Interaksi

Kolom………... 19

2.8 Perkembangan Metode Perencanaan

Elemen Struktur Beton Bertulang…………. 22 2.8.1 Strength Design Method (Ultimate

Strength Design)………...…. 22

2.8.2 Metode Perencanaan Batas (Limit

State Method)…..………... 25

2.8.3 Unified Design Provisions………... 28

BAB III METODOLOGI

3.1 Bagan Alir Penyelesaian Tugas Akhir…….. 31 3.2 Studi Literatur……….………….. 33 3.3 Merancang Diagram Interaksi P-M Kolom... 34

3.4 Algoritma……….. 35

BAB IV PENGOPERASIAN PROGRAM

4.1 Penjelasan Program………... 41 4.2 Prosedur Pengoperasian Program………….. 41

BAB V STUDI KASUS

5.1 Studi Kasus 1 (Kolom Kecil)……….... 53 5.2 Studi Kasus 2 (Kolom Besar)………... 61 5.3 Studi Kasus 3 (Perbandingan Antara Dua

Kolom dengan Mutu Beton yang Berbeda)... 69

(10)

5.4 Studi Kasus 4 (Perbandingan Antara Dua Kolom dengan Mutu Tulangan yang

Berbeda)……… 85

5.5 Studi Kasus 5 (Perbedaan Konsep Limit

State Method pada SNI 03-2847-2002

dengan Konsep Unified Design Provisions

pada ACI 318-2002)……….. 101 BAB VI PENUTUP 6.1 Kesimpulan……… 125 6.2 Saran……….. 126 DAFTAR PUSTAKA………... 127

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Perbandingan Output Program untuk Contoh

Studi Kasus 1……… 59

Studi Kasus 2……… 67

Studi Kasus 3 Kolom 1……… 75

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kolom menerima beban dengan eksentrisitas

yang terus diperbesar... 8 Gambar 2.2 Hubungan tegangan regangan pada beton dan

baja... 9 Gambar 2.3 Geometri, regangan, dan tegangan kolom

(beban sentris) : (a) penampang melintang; (b) regangan beton; (c) tegangan (dan gaya –

gaya)... 10 Gambar 2.4 Tegangan dan gaya – gaya pada kolom... 12 Gambar 2.5 Beban aksial dan momen pada kolom... 19 Gambar 2.6 Perhitungan Pn dan Mn untuk kondisi

regangan tertentu... 20 Gambar 2.7 Distribusi regangan berkaitan dengan titik

pada diagram interaksi... 21 Gambar 2.8 Regangan dan distribusi tegangan ekivalen

untuk penampang yang menerima lentur dan

tekan... 24 Gambar 2.9 Faktor reduksi SNI 03-2847-2002 untuk

beban aksial dan lentur (Limit State)... 27 Gambar 2.10 Variasi yang terjadi berdasarkan εt yang

terjadi (fy = 400Mpa)………. 29

Gambar 2.11 Berbagai macam kriteria regangan pada penampang beton menurut Unified Design

Provisions……… 30

Gambar 3.1 Metodologi pelaksanaan tugas akhir………... 32 Gambar 3.2 Flowchart program utama... 35 Gambar 3.3 Flowchart untuk menggambar diagram

interaksi P-M kolom………... 36 Gambar 3.4 Flowchart untuk mendapatkan rasio tulangan

perlu (riil)……… 39

Gambar 4.1 Tampilan GUI jendela utama ITS Column... 41 Gambar 4.2 Input General Information... 42

(13)

Gambar 4.3 Input Material Properties... 43

Gambar 4.4 Input Rectangular Section... 43

Gambar 4.5 Input Four Side Equal... 45

Gambar 4.6 Input Factored Load... 46

Gambar 4.7 Kapasitas kolom mampu menahan kombinasi beban aksial dan momen lentur yang bekerja serta rasio tulangan longitudinal yang sesuai dengan persyaratan SNI 03-2487-2002 Pasal 23.4.3.1... 47

Gambar 4.8 Kapasitas kolom tidak mampu menahan kombinasi beban aksial dan momen (penampang kolom terlalu kecil)... 48

Gambar 4.9 Rasio tulangan longitudinal pada kolom kurang dari batas minimal 1% sehingga tidak sesuai dengan persyaratan SNI 03-2487-2002 Pasal 23.4.3.1... 49

Gambar 4.10 Output program ITS Column... 51

Gambar 5.1 Input General Information untuk studi kasus 1... 54

Gambar 5.2 Input Material Properties untuk studi kasus 1... 54

Gambar 5.3 Input Rectangular Section untuk studi kasus 1... 55

Gambar 5.4 Input Four Side Equal untuk studi kasus 1... 55

Gambar 5.5 Input Factored Load untuk studi kasus 1... 56

Gambar 5.6 Memeriksa apakah kapasitas penampang kolom kuat menahan beban kombinasi Pu = 500 N dan Mu = 100 kNm dan apakah sudah memenuhi persyaratan rasio tulangan sesuai dengan SNI 03-2847-2002 Pasal 23.4.3.1... 57

Gambar 5.7 Output program ITS Column untuk contoh studi kasus 1... 58

(14)

Gambar 5.8 Output program PCA Column untuk contoh

studi kasus 1... 60 Gambar 5.9 Input General Information untuk studi kasus

2... 62 Gambar 5.10 Input Material Properties untuk studi kasus

2... 62 Gambar 5.11 Input Rectangular Section untuk studi kasus

2... 63 Gambar 5.12 Input Four Side Equal untuk studi kasus 2... 63 Gambar 5.13 Input Factored Load untuk studi kasus 2... 64 Gambar 5.14 Memeriksa apakah kapasitas penampang

kolom kuat menahan beban kombinasi Pu =

6700 N dan Mu = 950 kNm dan apakah sudah

memenuhi persyaratan rasio tulangan sesuai dengan SNI 03-2847-2002 Pasal

23.4.3.1... 65 Gambar 5.15 Output program ITS Column untuk contoh

studi kasus 2... 66 Gambar 5.16 Output program PCA Column untuk contoh

studi kasus 2... 68 Gambar 5.17 Input General Information untuk studi kasus 3

kolom 1... 70 Gambar 5.18 Input Material Properties untuk studi kasus 3

kolom 1... 70 Gambar 5.19 Input Rectangular Section untuk studi kasus 3

kolom 1... 71 Gambar 5.20 Input Four Side Equal untuk studi kasus 3

kolom 1... 71 Gambar 5.21 Input Factored Load untuk studi kasus 3

kolom 1... 72 Gambar 5.22 Memeriksa apakah kapasitas penampang

(15)

dengan SNI 03-2847-2002 Pasal 23.4.3.1... 73 Gambar 5.23 Output program ITS Column untuk contoh

studi kasus 3 kolom 1... 74 Gambar 5.24 Output program PCA Column untuk contoh

studi kasus 3 kolom 1... 76 Gambar 5.25 Input General Information untuk studi kasus 3

memenuhi persyaratan rasio tulangan sesuai

(16)

Gambar 5.38 Memeriksa apakah kapasitas penampang kolom kuat menahan beban kombinasi Pu =

kolom 1 dengan konsep limit state method... 102 Gambar 5.50 Input Material Properties untuk studi kasus 5

kolom 1 dengan konsep limit state method... 102 Gambar 5.51 Input Rectangular Section untuk studi kasus 5

(17)

Gambar 5.52 Input Four Side Equal untuk studi kasus 5

kolom 1 dengan konsep limit state method... 103 Gambar 5.53 Input Factored Load untuk studi kasus 5

kolom 1 dengan konsep limit state method... 104 Gambar 5.54 Titik beban kombinasi Pu dan Mu berada di

luar diagram interaksi untuk studi kasus 5

kolom 1 dengan konsep limit state method... 105 Gambar 5.55 Input General Information untuk studi kasus 5

kolom 1 dengan konsep unified design

provisions... 106 Gambar 5.56 Input Material Properties untuk studi kasus 5

provisions... 107 Gambar 5.57 Input Rectangular Section untuk studi kasus 5

provisions... 107 Gambar 5.58 Input Four Side Equal untuk studi kasus 5

provisions... 108 Gambar 5.59 Input Factored Load untuk studi kasus 5

kolom 1 dengan konsep unified Design

Provisions... 108 Gambar 5.60 Titik beban kombinasi Pu dan Mu berada di

dalam diagram interaksi untuk studi kasus 5 kolom 1 konsep unified design

provisions... 110 Gambar 5.61 Output program ITS Column untuk contoh

studi kasus 5 kolom 1 dengan konsep unified

design provisions... 112 Gambar 5.62 Input General Information untuk studi kasus 5

kolom 2 dengan konsep limit state

(18)

Gambar 5.63 Input Material Properties untuk studi kasus 5

kolom 2 dengan konsep limit state method... 114 Gambar 5.64 Input Rectangular Section untuk studi kasus 5

kolom 2 dengan konsep limit state method... 114 Gambar 5.65 Input Four Side Equal untuk studi kasus 5

kolom 2 dengan konsep limit state method... 115 Gambar 5.66 Input Factored Load untuk studi kasus 5

kolom 2 dengan konsep limit state method... 116 Gambar 5.67 Titik beban kombinasi Pu dan Mu berada di

luar diagram interaksi untuk studi kasus 5

kolom 2 dengan konsep limit state method... 117 Gambar 5.68 Input General Information untuk studi kasus 5

provisions... 118 Gambar 5.69 Input Material Properties untuk studi kasus 5

provisions... 119 Gambar 5.70 Input Rectangular Section untuk studi kasus 5

provisions... 119 Gambar 5.71 Input Four Side Equal untuk studi kasus 5

provisions... 120 Gambar 5.72 Input Factored Load untuk studi kasus 5

kolom 1 dengan konsep unified Design

Provisions... 120 Gambar 5.73 Titik beban kombinasi Pu dan Mu berada di

dalam diagram interaksi untuk studi kasus 5 kolom 1 konsep unified design

provisions... 122 Gambar 5.74 Output program ITS Column untuk contoh

studi kasus 5 kolom 1 dengan konsep unified

(19)

DAFTAR NOTASI

a = tinggi blok tegangan persegi ekivalen, mm

Ag = luas bruto penampang, mm2

As = luas tulangan tarik non-prategang, mm2

Ast = luas total tulangan longitudinal (batang tulangan atau baja profil, mm2

A’s = luas tulangan tekan, mm2

b = lebar muka tekan komponen struktur, mm

c = jarak dari serat tekan terluar ke garis netral, mm

cb = jarak dari serat tekan terluar ke garis netral pada kondisi regangan yang seimbang, mm

Cc = gaya tekan pada beton, N

Cs = gaya tekan yang diakibatkan oleh tulangan tekan

pada komponen struktur, N

d = jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik, MPa

d’ = jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tekan, MPa

D = diameter tulangan longitudinal (berulir), mm

e = jarak dari titik pusat penampang komponen struktur terhadap beban aksial yang bekerja pada penampang tersebut (eksentrisitas), mm

(20)

Ec = modulus elastisitas beton, MPa

Es = modulus elastisitas tulangan, MPa ƒ’c = kuat tekan beton yang disyaratkan, MPa

ƒs = tegangan pada tulangan tarik, MPa

ƒ’s = tegangan pada tulangan tekan, MPa

ƒy = kuat leleh yang disyaratkan untuk tulangan non-prategang, MPa

h = tinggi total komponen struktur, mm

Mn = momen nominal penampang, N-mm Mu = momen terfaktor pada penampang, N-mm n = jumlah tulangan longitudinal pada suatu

penampang komponen struktur

Pn = kuat beban aksial nominal pada eksentrisitas yang

diberikan, N

Po = kuat beban aksial nominal pad eksentrisitas nol, N

Pu = kuat tekan aksial perlu pada eksentrisitas yang

diberikan, N

Q = efek beban untuk berbagai beban yang bekerja

R = tahanan nominal elemen beton

Ts = gaya tarik yang diakibatkan oleh tulangan tarik pada komponen struktur, N

(21)

ß1 = faktor pengali yang besarnya ditentukan oleh kuat

tekan beton yang disyaratkan

εcu = regangan batas beton εs = regangan tulangan tarik

ε’s = regangan tulangan tekan

y = regangan tulangan pada kondisi yang seimbang

 = rasio tulangan tarik non-prategang

b = rasio tulangan tarik non-prategang pada kondisi

yang seimbang

λ = faktor beban untuk berbagai jenis beban

ø = faktor reduksi kekuatan

(22)

DAFTAR PUSTAKA

1. MacGregor, J.G., Reinforced Concrete Mechanics and

Design, Edisi kedua, Prentice Hall Inc., 1992, 848 hal.

2. Nawy, E.G., Reinforced Concrete : A Fundamental

Approach, Prentice Hall Inc., 1985, 763 hal.

3. McCormac, J.C., Design of Reinforced Concrete, Edisi kelima, John Wiley & Sons, 2001, 422 hal.

4. Wang, C.K., dan Salmon, C.G., Reinforced Concrete

Design, Edisi keempat, Harper & Row Inc., 1985, 484 hal.

5. Purwono, R., Tavio, Imran ,I., dan Raka, I.G.P., Tata Cara

Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002) Dilengkapi Penjelasan (S-2002), ITS Press,

Surabaya, 2007, 408 hal.

6. Mast, R.F, Unified Design Provisions for Reinforced and

Prestressed Concrete Flexural and Compression Members,

ACI Structural Journal, V.89, No.2, Maret-April 1992, hal 188-191.

7. Dewobroto, W., Aplikasi Sain dan Teknik dengan Visual

Basic 6.0, PT. Elex Media Komputindo, Jakarta, 2003, 317

hal.

8. Dewobroto, W., Aplikasi Rekayasa Konstruksi dengan

Visual Basic 6.0 (Analisis dan Desain Penampang Beton Bertulang sesuai SNI 03-2847-2002), PT. Elex Media