Konstruksi beton di Indonesia saat ini sudah sangat umum digunakan bahkan hampir semua gedung dan bangunan yang ada menggunakan konstruksi beton. Hal ini tentu saja bukan tanpa alasan, karena konstruksi beton memiliki beberapa kelebihan yang dirasa lebih menguntungkan antara lain :
1. Ketersediaan (availability) material dasar
a. Pengadaan material pembuat beton seperti agregat dan air mudah didapatkan karena banyak tersedia di alam. Semen juga dapat diproduksi dengan mudah di dalam negeri. Dengan ketersediaan material yang cukup, maka pembuatan beton menjadi relatif lebih murah.
b. Hal ini berbeda dengan konstruksi baja, dimana profil#profil baja hanya dapat di buat di pabrik dan mungkin juga harus mengimpor dari luar negeri. Dengan begitu dibutuhkan transportasi yang memadai untuk membawa material baja ke lokasi konstruksi, apalagi jika lokasi konstruksi sulit untuk dijangkau. Berbeda dengan konstruksi beton yang mana material penyusunnya dapat diangkut terpisah.
di alam dan waktu yang dibutuhkan untuk menanam pohon sampai mencapai umur yang sesuai untuk ditebang cukup lama.
2. Kemudahan untuk digunakan (versatility)
a. Pengangkutan bahan mudah, karena masing#masing material penyusun dapat diangkut terpisah.
b. Beton dapat dipakai untuk berbagai jenis struktur, seperti gedung bertingkat, jembatan, landasan pacu, jalan, pondasi, bendungan dan bangunan perlindungan. Beton ringan dapat dipakai untuk panel. Beton arsitektural dapat dipakai untuk keperluan dekoratif.
c. Beton bertulang bisa dipakai untuk berbagai struktur yang lebih berat,seperti tandon air, bangunan maritim, pondasi lepas pantai, instalasi militer dengan beban kejut besar dam sebagainya.
3. Kemampuan beradaptasi (adaptability)
a. Beton bersifat monolit sehingga tidak memerlukan sambungan seperti struktur baja dan kayu.
b. Beton dapat dicetak dalam bentuk apapun sesuai kebutuhan misalnya, struktur cangkang (shell) maupun bentuk khusus lainnya. c. Beton dapat diproduksi dengan berbagai cara yang disesuaikan dengan situasi sekitar. Dari cara sederhana yang tidak memerlukan ahli khusus seperti untuk konstroksi non#struktural sampai alat modern di pabrik yang menggunakan sistem komputer.
4. Kebutuhan pemeliharaan yang minimal
Secara umum, ketahanan (durability) beton cukup tinggi, lebih tahan karat sehingga tidak perlu di cat seperti struktur baja, dan tidak lapuk seperti struktur kayu, dan lebih tahan terhadap bahaya kebakaran terutama dibanding struktur kayu.
Dengan berbagai kelebihan tersebut, tidak heran jika konstruksi beton sudah banyak dipakai. Namun saat ini, banyak bangunan dari beton yang sudah tua sehingga banyak kerusakan yang terjadi. Penghancuran dan pemakaian kembali material beton dirasa sulit dan tidak ekonomis. Dengan situasi seperti ini, banyak ahli telah mengembangkan berbagai perkuatan agar struktur beton yang ada bisa digunakan kembali. Perkuatan ini juga bisa diaplikasikan untuk konstruksi beton yang masih dalam keadaaan baik guna menambah kekuatan apabila akan ada perubahan fungsi gedung atau untuk perkuatan akibat gempa.
Perkuatan konstruksi beton untuk mempertahankan atau menambah kekutan sebenarnya sudah sangat lama dikembangkan, sehingga saat ini banyak cara yang dapat dipakai untuk memperkuat struktur.
Beberapa cara perkuatan yang umum digunakan antara lain :
1. Memberi selubung pada konstruksi beton atau disebut dengan
jacketing menggunakan material Fiber Reinforced Polymer (FRP) 2. Memperbesar dimensi struktur
3. Menambah lapisan beton yang baru
Pada penelitian ini dipilih cara yang ke#empat yaitu memberikan penulangan tambahan dari luar atau externally reinforcement untuk memperkuat kuat lentur dari balok.
Beton polos didapat dengan mencampurkan semen, agregat halus, agregat kasar, air, dan kadang ditambah campuran lain untuk maksud tertentu. Beton merupakan material yang tahan terhadap tegangan tekan namun lemah terhadap tegangan tarik. Ketahanan beton terhadap tegangan tekan inilah yang dimanfaatkan dalam sebuah struktur. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan beton antara lain faktor air#semen, porositas dan faktor intrinsik lainnya.
Air yang terlalu banyak pada campuran beton akan menempati ruang di mana pada waktu beton sudah mengeras dan terjadi penguapan, maka ruang yang tadi terisi oleh air akan meninggalkan pori#pori. Untungnya porositas kapiler dari beton yang dipadatkan secara baik pada derajat hidrasi manapun ditentukan oleh faktor air#semen. D.A. Abrams pada tahun 1918 menyatakan bahwa “untuk material yang diberikan, kekuatan beton hanya tergantung pada satu faktor saja, yaitu faktor air#semen dari pasta”.
terisi cairan,semuanya pasti berpengaruh. Namun yang jelas adalah bahwa kekuatan terutama tergantung pada porositas.
A. N. Talbot pada tahun 1921 mengatakan kekuatan beton ditentukan oleh faktor ruang kosong/semen. Ide ini adalah pada kasus di mana faktor air#semen atau faktor semen#air tidak bisa diterapkan seperti :
a. Beton yang kurang pasta semen,
b. Beton yang kaku (stiff) dengan pemadatan yang tidak memadai, c. Beton air#entrain yang kandungan udaranya tidak dapat ditentukan.
Kekuatan beton tergantung pada :
a. Kekuatan agregat, khususnya agregat kasar b. Kekuatan pasta semen
c. Kekuatan ikatan/lekatan antara semen dengan agregat
Ada berbagai alasan untuk melakukan pengujian beton keras :
a. Untuk mengamati hukum fisik tentang sifat beton.
Mencari hubungan antara sifat fisik dan mekanik dari material beton dan sifat elastis dari kekuatan beton keras.
b. Menentukan sifat mekanis dari beton jenis tertentu untuk penerapan khusus.
Uji ini dilakukan dengan simulasi kondisi yang akan dialami oleh beton tersebut.
c. Bila hukum fisik telah diketahui, perlu dilakukan evaluasi atas konstanta fisik, misalnya modulus elastisitas.
d. Sebagai pengujian kontrol kualitas. Kecepatan dan kemudahan pengujian dapat lebih penting daripada akurasi yang sangat tinggi.
Karena sifat bahan beton yang hanya mempunyai nilai kuat tarik relatif rendah, maka pada umumnya hanya diperhitungkan bekerja dengan baik di daerah tekan pada penampangnya, dan hubungan regangan#tegangan yang timbul karena pengaruh gaya tekan tersebut digunakan sebagai dasar pertimbangan.
! "#
Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum fc’ dengan satuan N/mm2 atau Mpa (Mega Pascal). Sebelum diberlakukannya sistem satuan SI di Indonesia, nilai tegangan menggunakan satuan kgf/cm2. Kuat tekan beton pada umur 28 hari berkisar antara nilai ± 10#65 Mpa. Untuk struktur beton
memproduksi beton kuat tekan tinggi tersebut umumnya dilaksanakan dengan pengawasan ketat dalam laboratorium.
Nilai kuat tekan beton didapatkan melalui tata#cara pengujian standar, menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban tekan bertingkat dengan kecepatan peningkatan beban tertentu atas benda uji silinder beton (diameter 150 mm, tinggi 300 mm) sampai hancur. Tata cara pengujian yang umumnya dipakai adalah standar ASTM (American Society for Testing Materials) C39#86. Kuat tekan masing#masing benda uji ditentukan oleh tegangan tekan tertinggi (fc’) yang dicapai benda uji umur 28 hari akibat beban tekan selama percobaan. Dengan demikian seperti tampak pada Gambar 2.1, bahwa tegangan fc’ bukanlah tegangan yang timbul pada saat benda uji hancur melainkan tegangan maksimum pada saat
regangan beton (εb) mencapai nilai ±0,002.
Dengan mengamati bermacam kurva tegangan#regangan kuat beton berbeda, tampak bahwa umumnya kuat tekan maksimum tercapai pada saat nilai
satuan regangan tekan ε’ mencapai ±0,002. Selanjutnya nilai tegangan fc’ akan
turun dengan bertambahnya nilai regangan sampai benda uji hancur pada nilai ε’ mencapai 0,003#0,005. Beton kuat tinggi lebih getas dan akan hancur pada nilai regangan maksimum yang lebih rendah dibandingkan dengan kuat beton yang lebih rendah.
teori elastisitas, secara umum kemiringan kurva pada tahap awal menggambarkan nilai modulus elastisitas suatu bahan. Karena kurva pada beton berbentuk lengkung maka nilai regangan tidak berbanding lurus dengan nilai tegangannya berarti bahan beton tidak sepenuhnya bersifat elastis, sedangkan nilai modulus elastisitas berubah#ubah sesuai dengan kekuatannya dan tidak dapat ditetapkan melalui kemiringan kurva.
Bahan beton bersifat elasto plastis dimana akibat dari beban tetap yang sangat kecil sekalipun, disamping memperlihatkan kemampuuan elastis bahan beton juga menunjukkan deformasi permanen. Didalam perkembangannya di berbagai negara, sejalan dengan semakin berkembangnya penggunaan beton ringan dipandang perlu untuk menyertakan besaran kerapatan (density) pada penetapan modulus elastisitas bahan beton. Sehingga pada penerapannya digunakan rumus#rumus empiris yang menyertakan besaran berat disamping kuat betonnya.
Sesuai dengan SNI 03#2847#2002 pasal 10.5.1 nilai modulus elastisitas beton adalah sebagai berikut :
= , 0,043 ′
Dimana:
Ec= modulus elastisitas beton tekan (Mpa) wc= berat isi beton (kg/m3)
fc’= kuat tekan beton (Mpa)
Rumus empiris tersebut hanya berlaku untuk beton dengan berat isi berkisar antara 1500 kg/m3 dan 2500 kg/m3. Sedangkan untuk beton normal dengan berat isi antara 2200 kg/m3 sampai 2500 kg/m3 dapat digunakan nilai :
= 4700 ′
Nilai kuat tekan dan tarik beton tidak berbanding lurus, setiap usaha perbaikan mutu kekuatan tekan hanya disertai peningkatan kecil nilai kuat tariknya. Suatu perkiraan kasar dapat dipakai, bahwa nilai kuat tarik bahan beton normal hanya berkisar antara 9%#15% dari kuat tekannya. Kuat tarik bahan beton yang tepat sulit untuk diukur. Suatu nilai pendekatan yang umum dilakukan dengan menggunakan modulus of rupture, ialah tegangan tarik lentur beton yang timbul pada pengujian hancur balok beton polos (tanpa tulangan), sebagai pengukur kuat tarik sesuai teori elastisitas.
Kuat tarik bahan beton juga ditentukan melalui pengujian split cilinder
berulang kali mencapai kekuatan 0,50#0,60 kali ′ , sehingga untuk beton
normal digunakan nilai 0,57 ′ . Pengujian tersebut menggunakan benda uji
silinder beton berdiameter 150 mm dan panjang 300 mm, diletakkan pada arah memanjang diatas alat penguji kemudian beban tekan diberikan merata arah tegak dari atas pada seluruh panjang silinder. Tegangan tarik yang timbul sewaktu benda uji terbelah disebut sebagai split cilinder strength , diperhitungkan sebagai berikut :
=2
Dimana:
ft= kuat tarik belah (N/m2) P= beban pada waktu belah (N) L= panjang benda uji silinder (m) D= diameter benda uji silinder (m)
% &
Beton tidak dapat menahan gaya tarik 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 terutama akan mengemban tugas menahan gaya tarik yang akan timbul di dalam sistem. Untuk keperluan penulangan 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.
spasi, dan selimut beton sesuai dengan persyaratan pada umumnya. Bahan batang baja rangkai dengan pengelasan yang dimaksud, didapat dari hasil penarikan baja pada suhu dingin dan dibentuk dengan pola ortogonal, bujur sangkar, atau persegi empat, dengan dilas pada semua titik pertemuannya.
Untuk penulangan beton prategang digunakan kawat, baik tunggal ataupun sebagai kumpulan kawat membentuk strand . Tersedia banyak variasi kawat dan strand dari kekuatan dan sifat yang berbeda#beda, yang paling menonjol dan lebih sering dipakai adalah strand yang berisi 7 batang kawat (satu batang ditengah, enam mengelilingi secara heliks). Kuat tarik ultimate minimum untuk strand mutu 170 adalah 1700 Mpa dan mutu 180 adalah 1800 Mpa, dengan titik luluh yang tidak jelas. Dalam strata pelayanan beban kerja, strand
prategangan mempunyai nilai tegangan 1000 Mpa sampai 1100 Mpa.
Agar dapat berlangsung lekatan erat antara baja tulangan dengan beton, selain batang polos berpenampang bulat (BJTP) juga digunakan batang deformasian (BJTD), yaitu batang tulangan baja yang permukaannya dikasarkan secara khusus, diberi sirip teratur dengan pola tertentu, atau batang tulangan yang dipilin pada proses produksinya. Pola permukaan yang dikasarkan atau pola sirip sangat beragam tergantung pada mesin giling atau cetak yang dimiliki oleh produsen, asal masih dalam batas#batas spesifikasi teknik yang diperkenankan oleh standar. Baja tulangan polos (BJTP) hanya digunakan untuk tulangan pengikat sengkang atau spiral, umumnya diberi kait pada ujungnya.
modulus elastisitas (Es). Suatu diagram hubungan tegangan#regangan tipikal untuk batang baja tulangan dapat dilihat pada Gambar 2.3. Tegangan luluh (titik luluh) baja ditentukan melalui prosedur pengujian standar sesuai SII 0136#84 dengan ketentuan bahwa tegangan luluh adalah tegangan baja pada saat mana meningkatnya tegangan tidak disertai lagi dengan peningkatan regangannya.
'! " $(
Kerjasama antara bahan beton dengan 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 diantara keduanya 2. Beton yang mengelilingi batang tulangan baja bersifat kedap sehingga
mampu melindungi dan mencegah terjadinya karat pada baja
3. Angka muai kedua bahan hampir sama, dimana 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
Sebagai konsekuensi dari lekatan sempurna antara kedua bahan, didaerah tarik suatu komponen struktur akan terjadi retak#retak beton di dekat baja tulangan.
) &
Bila suatu penampang yang dibebani lentur murni dianalisis, perlu dipakai sejumlah kriteria agar penampang itu mempunyai probabilitas keruntuhan yang layak pada keadaan batas hancur. Berdasarkan SNI 03#2847#2002 pasal 12.2 dalam merencanakan komponen struktur terhadap beban lentur atau aksial atau kombinasi dari beban lentur dan aksial, digunakan asumsi sebagai berikut :
1. Regangan pada tulangan dan beton harus diasumsikan berbanding lurus dengan jarak dari sumbu netral
3. Tegangan pada tulangan yang nilainya lebih kecil daripada kuat leleh fy harus diambil sebesar Es dikalikan regangan baja. Untuk regangan yang nilainya lebih besar dari regangan leleh yang berhubungan dengan fy , tegangan pada tulangna harus diambil sama dengan fy
4. Dalam perhitungan aksial dan lentur beton bertulang, kuat tarik beton harus diabaikan
5. Hubungan antara ditribusi tegangan tekan beton dan regangan beton boleh diasumsikan berbentuk persegi, trapesium, parabola, atau bentuk lainnya yang menghasilkan perkiraan kekuatan yang cukup baik bila dibandingkan dengan hasil pengujian
Hubungan distribusi tegangan#regangan beton dapat dipenuhi oleh suatu distribusi tegangan beton persegi ekuivalen yang didefinisikan sebagai berikut :
1. Tegangan beton sebesar 0,85 fc’ diasumsikan terdestribusi secara merata pada daerah tekan ekuivalen yang dibatasi oleh tepi penampang dan suatu garis lurus yang sejajar dengan sumbu netral sejarak = dari serat
dengan regangan tekan maksimum
2. Jarak c dari serat dengan regangan maksimum ke sumbu netral harus diukur dalam arah tegak lurus terhadap sumbu tersebut
3. Faktor harus diambil sebesar 0,85 untuk beton dengan nilai kuat tekan fc’ lebih kecil daripada atau sama dengan 30 Mpa. Untuk beton dengan
nilai kuat tekan diatas 30 Mpa, harus direduksi sebesar 0,05 untuk setiap kelebihan 7 Mpa diatas 30 Mpa, tetapi tidak boleh diambil
Tinjauan sebuah balok beton bertulang tertumpu bebas dengan dua beban terpusat P di atasnya, bila berat balok sendiri diabaikan, maka diagram gaya lintang dan diagram momen lentur disajikan dalam gambar sebagai berikut:
% (# '! ! & "$ $ !
Untuk pengujian kuat lentur, benda uji yang digunakan berbentuk prisma. Pembebanan pada 1/3 bentang untuk mendapatkan lentur murni tanpa gaya geser. Kuat lentur beton (modulus of rupture) untuk keruntuhan dibagian tengah bentang dapat dihitung dengan rumus :
= .
Sedangkan untuk keruntuhan pada bagian tarik diluar tengah bentang, dihitung dengan rumus :
=3 .
Dimana :
R= modulus of rupture
L= panjang bentang b= lebar spesimen d= tinggi spesimen
a= jarak rata#rata dari garis keruntuhan dan titik perletakan terdekat diukur pada bagian tarik spesimen
) & &
Dengan menggunakan prinsip keseimbangan statika dapat ditentukan besar momen dan geser yang terjadi pada setiap penampang balok yang bekerja menahan beban. Perhatian lebih lanjut tentunya menentukan kemampuan balok tersebut untuk menahan beban dengan cara memperhitungkan tegangan#tegangan yang timbul di dalamnya. Distribusi tegangan pada penampang balok sebenarnya rumit, dan hasil perhitungan yang tepat dapat diperoleh berdasarkan teori elastisitas.
Akan tetapi dengan menggunakan asumsi#asumsi dan penyederhanaan tertentu dapat dikembangkan hubungan matematik cukup tepat untuk ungkapan tegangan#tegangan lentur dan geser tersebut. Seperti diketahui, bahwa untuk balok dari sebarang bahan homogen (serba sama) dan elastik berlaku rumus lenturan
Sehingga berdasarkan rumus lenturan tersebut, dihitung momen maksimum yang dapat disediakan oleh penampang balok, atau dalam hal ini disebut sebagai momen tahanan,
!# = $"
Dimana :
Mr=momen tahanan fb=tegangan lentur ijin
Langkah tersebut dapat dilakukan secara langsung untuk balok dari sebarang bahan serba#sama dengan bentuk dan ukuran penampang tertentu dimana momen inersia dapat dihitung dengan mudah. Lain halnya dengan balok beton bertulang, penggunaan rumus lentur tersebut akan menghadapi masalah terutama sehubungan sifat bahan beton bertulang yang tidak homogen dan tidak berperilaku elastik pada seluruh jenjang kekuatannya.
Konsep lain ialah konsep kopel momen dalam, yang jika digunakan untuk menganalisa kuat balok akan bersifat lebih umum dan dapat digunakan baik untuk bahan balok homogen ataupun tidak, juga untuk balok yang mempunyai distribusi tegangan linear maupun non#linear. Konsep tersebut akan memudahkan bila digunakan untuk menjabarkan mekanisme gaya#gaya dalam balok beton bertulang karena mampu menggambarkan pola tahanan dasar yang terjadi.
mencapai nilai yang lebih besar atau lebih kecil dari Ɛy, tergantung pada proporsi tulangan terhadap luas penampang beton.
) '!
) & &
Kuat lentur suatu balok beton tersedia karena berlangsungnya mekanisme tegangan#tegangan dalam yang timbul di dalam balok yang pada keadaan tertentu dapat diwakili oleh gaya#gaya dalam. Resultante gaya tekan dalam (ND) merupakan resultante seluruh gaya tekan pada daerah diatas garis netral. Sedangkan NT adalah resultante gaya tarik dalam, merupakan jumlah seluruh gaya tarik yang diperhitungkan untuk daerah di bawah garis netral.
Momen tahanan dalam tersebut yang akan menahan atau memikul momen lentur rencana aktual yang ditimbulkan oleh beban luar. Untuk itu dalam merencanakan balok pada kondisi pembebanan tertentu harus disusun komposisi dimensi balok beton dan jumlah serta besar (luas) tulangannya sedemikian rupa sehingga dapat menimbulkan momen tahanan dalam paling tidak sama dengan momen lentur maksimum yang ditimbulkan oleh beban.
Untuk menentukan momen tahanan dalam, yang penting adalah mengetahui terlebih dahulu resultante total gaya beton tekan ND, dan letak garis kerja gaya dihitung terhadap serat tepi tekan terluar, sehingga jarak z dapat dihitung. Kedua nilai tersebut dapat ditentukan melalui penyederhanaan bentuk distribusi tegangan lengkung digantikan dengan bentuk ekivalen yang lebih sederhana, dengan menggunakan nilai intensitas tegangan rata#rata sedemikian sehingga nilai dan letak resultante tidak berubah.
Seperti terlihat pada Gambar 2.5, bentuk blok tegangan pada kondisi ultimate dapat dinyatakan melalui 3 konstanta, yaitu:
k1= rasio tegangan tekan rata#rata terhadap tegangan maksimum (rasio luas tegangan yang diarsir pada Gambar 2.5c terhadap luas segiempat c k3 fc’)
k2= rasio jarak antara serat tekan ekstrim ke resultan gaya tekan terhadap tinggi daerah tekan c
k3= rasio tegangan maksimum fc” pada zona tekan, terhadap kuat silinder
beton, % → '( =))*"
*%
Untuk distribusi blok tegangan diatas, k1=0,85 dan k2=0,425
Berdasarkan bentuk empat persegi panjang seperti tampak pada Gambar 2.5, intensitas tegangan tekan beton rata#rata ditentukan sebesar 0,85 fc’ dan dianggap bekerja pada daerah tekan dari penampang balok sebesar b dan sedalam a, yang mana besarnya ditentukan dengan rumus :
a = β1.c
Dimana :
c = jarak serat terluar ke garis netral
- (# !, (
Jadi, hanya perlu digunakan dua parameter, yaitu d dan untuk dapat
menggambarkan blok tegangan#tekan persegi ekivalen. Berdasarkan distribusi tegangan tersebut, kekuatan lentur dihitung sebagai berikut:
, = 0,85 %
/ = 01 2
(tulangan diasumsikan sudah leleh sebelum beton mencapai regangan batas tekannya)
Syarat keseimbangan → , = / sehingga
=0,85 ′01 2
Sehingga,
) . & ' / & 0
Keruntuhan lentur dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda :
1. 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 keruntuhannya adalah daktail (terjadinya deformasi yang besar sebelum runtuh). Semua balok yang direncanakan sesuai peraturan diharapkan berperilaku seperti itu.
2. Keruntuhan Tekan, terjadi bila jumlah tulangan 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 reinvorced, 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 terlebih dahulu. 3. Keruntuhan Seimbang, jika baja dan beton tepat mencapai kuat batasnya,
1 !+ !+ $ "$2 & "$
* 3 & 4 '
Saat ini banyak dijumpai bangunan dengan struktur beton bertulang. Banyak diantaranya yang mulai rusak yang ditandai dengan timbulnya retak#retak halus, lendutan yang berlebihan, bahkan tulangan sudah terlihat dari luar. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain : kondisi gedung yang sudah tua, elemen yang tidak sengaja terbebani diatas desain rencana, struktur yang berubah fungsi dengan adanya beban tambahan, kerusakan akibat gempa, dan keadaan tanah yang tidak baik yang menyebabkan terjadinya penurunan yang berbeda.
Sebelum memutuskan suatu konstruksi harus diperbaiki atau tidak, perlu dilakukan evaluasi terhadap stuktur.
Kebutuhan evaluasi dari kekuatan beton in#situ lahir dari kondisi dibawah ini :
1. Elemen struktur selama konstruksi
a) Dicurigai adanya kegagalan dalam memenuhi syarat kokoh karakteristik beton melalui spesimen kontrol, atau material beton dibawah standar atau bercacat
b) Cacat yang tampak oleh mata karena cara kerja yang jelek (seperti terjadinya sarang tawon), khususnya ketika ditemui pada bagian 2 yang kritis (misalnya momen maksimum atau tempat gaya geser), atau elemen struktur misalnya kolom
c) Elemen yang tidak sengaja terbebani diatas desain rencana, misalnya jalan diatas parkir mobil bawah tanah untuk kondominium oleh truk berat, tidak ada atap atau podium yang bisa dilewati untuk tahapan pembangunan blok menara atau penyimpanan material bangunan d) Pembebanan elemen yang primatur, sebelum kokoh yang disyaratkan
dicapai untuk beban tertentu, misalnya terlalu dini melepas bekisting e) Elemen yang rusak karena kecelakaan, misalnya tertubruk oleh
kendaraan
f) Jaminan kualitas atau evaluasi elemen yang dilakukan secara rutin g) Penilaian langsung dari elemen untuk tahap konstruksi, misalnya
2. Elemen stuktural pada umur kemudian, setelah satu periode pemanfaatan : a) Kehancuran akibat agen lingkungan yang berbahaya
b) Kesalahan desain atau konstruksi yang tidak disengaja, yang mengakibatkan kinerja yang tidak memuaskan. Misalnya, salah komputasi yang mengakibatkan underdesain
c) Kenaikan peraturan pelaksanaan (Code of Practice), misalnya perubahan syarat geser antara CP 110 dengan BS 8110
d) Perubahan pemakaian, misalnya pertambahan beban karena peralatan baru atau fasilitas yang di#upgrade
e) Konversi oleh retrofitting, misalnya penguatan untuk memberikan kompensasi dari kehancuran
- & &
Beberapa cara perkuatan yang umum digunakan antara lain :
1. Memberi selubung pada konstruksi beton atau disebut dengan jacketing
menggunakan material Fiber Reinforced Polymer (FRP) 2. Memperbesar dimensi struktur
3. Menambah lapisan beton yang baru
4. Memberikan penulangan tambahan dari luar atau externally reinforcement
Ketiga metode ini memiliki kelebihan masing#masing, diantaranya :
1. Perkuatan dengan FRP
a) Perkuatan dengan FRP dapat menambah kekuatan lentur dan geser tanpa mempengaruhi berat sendiri struktur karena bahannya yang sangat ringan b) Tidak mengalami korosi sehingga bisa digunakan untuk struktur yang
berhubungan dengan asam ataupun zat korosif lainnya
c) Dapat diaplikasikan untuk berbagai bentuk struktur karena tersedia dalam bentuk lembaran maupun pelat
d) Distribusi bahan yang mudah karena dapat digulung dan tidak berat 2. Memperbesar dimensi struktur
a) Biayanya murah
b) Tidak memerlukan keahlian khusus c) Tahan terhadap korosi
d) Tahan terhadap api
3. Memberikan penulangan tambahan dengan baja a) Biayanya lebih murah dari FRP
b) Tidak terlalu mempengaruhi berat sendiri struktur dibanding pemberian lapisan beton baru (memperbesar dimensi struktur)
Namun perkuatan dengan metode diatas juga memiliki kekurangan, yaitu : 1. Perkuatan dengan FRP
a) Metode jacketing memang mudah untuk dilaksanakan namun memerlukan biaya awal yang sangat mahal
b) Material FRP tidak tahan terhadap api
c) Dibutuhkan keahlian khusus dalam pemasangannya 2. Memperbesar dimensi struktur
a) Penambahan lapisan beton akan menambah beban sendiri struktrur karena berat jenis beton yang cukup besar
b) Memerlukan perancah sampai struktur bisa berfungsi dengan baik
c) Dibutuhkan waktu yang lebih lama sampai struktur bisa berfungsi dengan baik dibanding dengan FRP
3. Memberikan penulangan tambahan dengan baja
a) Pemberian tulangan tambahan dari luar menggunakan pelat maupun profil baja umumnya dilekatkan menggunakan epoxy, hal ini tidak efektif karena ikatan antara balok dengan pelat atau profil bisa lepas (slip)
1 '
Berdasarkan kelebihan dan kekurangan beberapa metode perkuatan tersebut, peneliti memilih perkuatan dengan penambahan tulangan eksternal. Banyak penelitian yang sudah dilakukan tentang perkuatan ini baik yang menggunakan FRP maupun dengan pelat atau profil baja, diantaranya :
percobaan ini, digunakan balok dengan kekuatan berbeda yaitu 21 Mpa dan 42 Mpa dengan dimensi 153x153 mm dan panjang 1220 mm. Balok yang digunakan berjumlah 9 buah dengan perlakuan berbeda untuk lebar FRP, jumlah baris baut dan mutu beton. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : untuk mutu beton yang lebih tinggi diperlukan perkuatan yang lebih kecil dan kenaikan momen ultimate dapat dicapai apabila potongan FRP terikat kuat.
Jumaat dan Alam (2006) meneliti masalah terkait metode penyatuan pelat dari perkuatan balok beton bertulang. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : penggunaan FRP 10 kali lebih mahal dari perkuatan dengan pelat baja dan FRP tidak tahan terhadap api, sehingga penggunaannya masih terbatas sedangkan untuk perkuatan dengan pelat baja terdapat 3 jenis retak yaitu retak lentur, geser dan axial. Namun retak ini dapat diatasi dengan pengaplikasian baut untuk mengikat pelat dengan beton.
Al#Hassani, Al#Ta’an dan Mohammed (2013) meneliti perilaku balok beton bertulang yang telah retak yang diperkuat dengan pelat baja eksternal. Pada percobaan ini, digunakan 15 buah balok, dimana 9 buah balok dibebani dengan beban ultimate kemudian diperkuat dan dibebani lagi hingga runtuh, 3 buah balok sebagai kontrol dan 3 buah balok dibebani sampai runtuh, diperkuat dan dibebani lagi sampai runtuh. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : beban ultimate meningkat sekitar 1#17 % dengan perkuatan menggunakan pelat tebal 1 mm dan 70#94 % dengan perkuatan menggunakan pelat tebal 3 mm, dan efek dari preloading dapat diabaikan karena nilainya kecil.
Berdasarkan hasil dari beberapa penelitian diatas, pada penelitian ini dipilih perkuatan balok beton bertulang dengan memberikan penulangan tambahan dari luar (externally reinforcement ) untuk memperkuat lentur dari balok. Penulangan eksternal yang digunakan adalah pelat baja. Dimana pelat baja yang digunakan akan dibaut pada balok untuk mendapatkan ikatan yang baik antara balok dan pelat baja.
5 6 7 & 4 ' ' & &
Sebuah balok persegi dengan dimensi 150x250 mm, dengan tulangan
tekan 2∅6 (As=56,57 mm2) dan tulangan tarik 4∅12 (As=452,57 mm2), diameter
tulangan sengkang ∅6, selimut beton P=25 mm. Mutu beton fc’ 20 Mpa, tegangan
Diketahui :
2. Cek tulangan tekan sudah luluh atau belum
' =0,852. % %600 5600 2=
0,85 K 0,85 K 20 K 34
240 K 182 600 5 240 = 0,018746600
J Q ', tulangan tekan belum luluh
6. Tentukan kembali nilai a dengan fs’ 159,681 Mpa
7. Menentukan Mu yang dapat dipikul
!b = kl01 25 01′ 1′m 4 5 26 I 01′ 1′ 5 % n
!b = k 452,57 K 240 5 56,57 K 159,681 4182 539,0526 I 56,57 K
159,681 182 5 34 n
!b = 17,517 opH
8 6 7 & 4 ' ' & &
Balok diatas terletak diatas perletakan sendi#rol dengan jarak 3 m dan cantilever 0,1 m. Beban terpusat pada bentang 1/3 L dan 2/3 L. Hitunglah beban P yang dapat dipikul balok.
Diketahui :
H=250 mm B=150 mm a=0,1 m b=3 m
Berat jenis beton= 24 Kn/m
Penyelesaian :
Momen luar = 1 3= P b I 1 8= q b 5 4a
vC B >vA @C@ EP' = w = K L K x vBPA = 0,15 K 0,25 K 24 = 0,9 op H⁄
!PHvA ED C = !PHvA E H
1= P. 3 I 1 83 = . 0,9 3 5 4. 0,1 = 17,517 opH
Didapat = 16,509 op
6
Jika beban akan dinaikkan menjadi 3.5 P, rencanakan perkuatan dengan penambahan pelat baja.
Diketahui : P=16,509 KN P’=3,5 P=57,783 KN Penyelesaian :
Momen luar = 1 3= P b I 1 8= q b 5 4a
Momen luar = 1 3= 57,783 .3 I 1 8= . 0,9 3 5 4. 0,1 = 58,791 KNm
Momen dalam berdasarkan gaya tarik :
!b% = p|4 5`6
58,791 K 10}= 01.
24 5`6 I 0j. 24L I ~5`6
58,791 K 10}= 01.
24 5`6 I j. Bj. 24L I ~5`6
58,791
K 10
6=
•452,57 K 240
l182 5
38,9972 m€
I
•150 K B
?K 240
l250 I
B?
2
5
38,9972 m€Bj = 4,905HH
Digunakan tebal pelat 5 mm
6
Rencanakanlah shear connector untuk perkuatan tersebut
Diketahui : P=16,509 KN P’=3,5 P=57,783 KN bp =150 mm
tp=5 mm Penyelesaian :
Momen luar = 1 3= P b I 1 8= q b 5 4a
Momen luar = 1 3= 57,783 .3 I 1 8= . 0,9 3 5 4. 0,1 = 58,791 KNm
Momen dalam berdasarkan gaya pelat tarik :
!b% = p|4 5`6
!b% = 01. 24 5`6 I /`3 •‚h4 ′ 5`6
!b% = 01. 24 5`6 I /`3 •‚h4L 5`6
Untuk perencanaan awal, nilai a diasumsikan 40 mm
58,791
K 10
6=
•452,57 K 240
l182 5
40Kemudian hitung kembali nilai /`3 •‚h dengan nilai a’
Nilai /`3 •‚h digunakan untuk menghitung shear connector yang diperlukan
Kekuatan satu buah baut yang memikul geser, VR
†# = 0,5 01 b
Dimana fu adalah kuat tarik ultimate
Untuk perencanaan ini digunakan tulangan ∅12 dengan hef 9 cm sebagai
pengganti baut
Fu=370 Mpa
As=113,04 mm2
Maka,
†# = 0,5 01 b = 0,5 K 113,04 K 370 = 20912,4 N
Jumlah shear connector yang diperlukan, n
A =/`3 •‚h†
# =
279748,433
20912,4 = 13,38 D L ≅ 14 D L
Shear connector dipasang di sepanjang bentang
Jarak antar baut, l
