BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kolom
Kolom beton murni dapat mendukung beban sangat kecil, tetapi kapasitas
daya dukung bebannya akan meningkat cukup besar jika ditambahkan tulangan
longitudinal. Peningkatan kekuatan yang lebih besar dapat diperoleh dengan
memberikan kekangan lateral pada tulangan longitudinal ini. Akibat adanya beban
tekan, kolom cenderung tidak hanya memendek dalam arah memanjang tetapi juga
mengembang dalam arah lateral karena adanya pengaruh efek Poisson. Kapasitas
kolom seperti ini dapat meningkat dengan memberikan kekangan lateral dalam bentuk
sengkang persegi dengan jarak yang berdekatan atau spiral yang membungkus di
sekeliling tulangan longitudinal.
Kolom beton bertulang dikatakan kolom bersengkang persegi atau spiral
tergantung dari metode atau cara yang digunakan untuk mengikat atau menguatkan
tulangan secara lateral pada tempatnya. Jika kolom mempunyai serangkaian sengkang
persegi yang tertutup seperti pada Gambar 2.1, kolom dinamakan kolom sengkang
persegi. Sengkang ini sangat efektif dalam meningkatkan kekuatan kolom. Sengkang
mencegah tulangan longitudinal bergerak selama konstruksi dan sengkang menahan
kecenderungan tulangan longitudinal untuk menekuk ke arah luar akibat beban, yang
dapat menyebabkan selimut beton bagian luar pecah. Kolom sengkang persegi
biasanya berbentuk bujur sangkar atau persegi, tetapi dapat juga berupa oktagonal,
bulat, bentuk L, dan lain sebagainya. Bentuk bujur sangkar dan persegi lebih sering
Gambar 2.1 : Kolom sengkang persegi
Kemudian, kolom beton bertulang dinamakan kolom spiral apabila spiral
menerus yang terbuat dari tulangan atau kawat tebal membungkus sekeliling tulangan
longitudinal seperti pada Gambar 2.2. Spiral dengan jarak yang berdekatan dapat
mengekang lebih baik tulangan longitudinal pada posisinya, dan menyelimuti beton
bagian dalam serta meningkatkan kekuatan aksial dengan sangat besar. Saat beton
pada bagian dalam spiral cenderung menyebar keluar secara lateral akibat beban
tekan, spiral akan menahannya dan kolom tidak akan runtuh sampai spiral mengalami
leleh atau putus. Kolom spiral biasanya berbentuk lingkaran, tetapi juga dapat dibuat
menjadi bentuk persegi, oktagonal atau lainnya. Spiral sangat efektif dalam
digunakan untuk kolom dengan beban yang sangat besar dan untuk kolom di daerah
rawan gempa karena ketahannya terhadap gempa.
Gambar 2.2 : Kolom Spiral
Kolom komposit, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.3, adalah kolom
beton yang diberi tulangan longitudinal dan profil baja. Kolom ini dapat digunakan
dengan atau tanpa tulangan longitudinal. Kolom ini juga dapat berbentuk persegi
ataupun lingkaran. Pada kolom yang berbentuk lingkaran, umumnya terdapat struktur
pipa beton di dalamnya. Kolom dengan bentuk lingkaran yang di dalamnya terdapat
Tube Columns).Kolom komposit yang berbentuk persegi dikenal sebagai kolom baja
yang diselimuti beton (concrete encased steel columns atau steel reinforced concrete).
Gambar 2.3 : Kolom Komposit
Selain kolom beton bertulang dan kolom komposit yang telah dijelaskan
sebelumnya, kolom yang hanya menggunkan profil baja juga sering digunakan pada
jenis-jenis bangunan tertentu. Tentunya, setiap jenis kolom mempunyai kelebihan dan
kekurangan masing-masing dalam penggunaan dan pelaksanaannya pada suatu
bangunan.
Dalam mendesain suatu bangunan, konsep strong columns weak beams
hendaknya diterapkan secara benar. Konsep ini mensyaratkan bahwa setelah struktur
mengalami gempa rencana sendi plastis boleh terjadi pada balok tetapi tidak pada
kolom. Tujuan dari konsep ini adalah agar struktur masih tetap dapat berdiri dan
orang yang berada di dalamnya memiliki waktu yang cukup untuk menyelamatkan
diri. Namun dalam pelaksanaannya, struktur yang mengalami gempa rencana sering
kali mengalami sendi plastis pada daerah yang memikul momen maksimum pada
kolom. Peristiwa ini dapat mengakibatkan daerah dekat perletakan mengalami
penurunan kekuatan dan tegangan yang tiba-tiba akibat lepasnya selimut beton
Gambar 2.4 : Kelakuan Kolom dalam Struktur
Penurunan kekuatan dan tegangan yang tiba-tiba pada kolom dalam suatu
struktur perlu dicegah ataupun diminimalisir. Struktur yang didesain diharapkan
mengalami kelakuan daktail (ductile) dan bukan mengalami kelakuan getas (brittle).
Oleh karena itu, pengekangan lateral terhadap kolom-kolom dalam suatu struktur
harus dilakukan. Hal ini dapat meningkatkan kekuatan beton pada daerah inti (core).
Pengekangan (confinement) ini memberikan peningkatan kekuatan yang cukup
signifikan pada daerah beton inti (core). Pengekangan ini juga akan meningkatkan
daktilitas dari kolom tersebut. Daktilitas dapat diartikan sebagai kemampuan suatu
struktur atau penampang untuk mengalami deformasi tanpa mengalami penurunan
kekuatan yang signifikan (Park & Ruitong, 1988).
Pengekangan terhadap material beton pada kolom umumnya dapat dilakukan
dengan penggunaan tulangan transversal (sengkang) baik yang berbentuk segi empat
maupun yang berbentuk spiral. Selain itu, pengekangan juga dapat dilakukan dengan
Gambar 2.5 : Efektifitas Pengekangan (a) sengkang persegi; (b) spiral
2.2. Dasar Teori Pengekangan
Material beton dalam kolom beton bertulang (reinforced concrete column)
maupun kolom baja yang diselimuti beton (steel reinforced concrete column) akan
meningkat kekuatannya apabila dilakukan pengekangan terhadap kolom tersebut.
Pengekangan dilakukan dengan menggunakan tulangan transversal baik yang
berbentuk segi empat maupun yang berbentuk spiral. Pada saat penampang beton
bertulang diberi tegangan tekan yang relatif kecil, efek pengekangan (confinement)
tidak mempengaruhi kelakuan beton bertulang. Hal ini dikarenakan tegangan tersebut
masih dapat dipikul oleh beton dan tulangan longitudinal. Namun, ketika penampang
beton bertulang menerima tegangan yang melebihi tegangan ultimate, efek
pengekangan diperlukan agar struktur tidak mengalami keruntuhan secara tiba-tiba.
Efek pengekangan pada kolom diperlukan agar kolom akan lebih daktail pada
saat menerima beban ultimate. Dengan adanya efek pengekangan yang terjadi,
kekuatan dan daktilitas dari suatu penampang atau struktur akan meningkat. Hal ini
disebabkan adanya peningkatan tegangan dan kekuatan pada material beton yang
regangan (stress-strain curve) yang terjadi pada beton terkekang diperlukan dalam
menganalisa kekuatan dan daktilitas dari penampang atau struktur tersebut.
Beberapa peneliti telah merekomendasikan model kurva tegangan-regangan
untuk material beton yang terkekang dalam penampang beton bertulang (reinforced
concrete), antara lain :
a. Model Kent dan Park (1971)
b. Model Mander, Priestley, dan Park (1988)
c. Model Cusson dan Paultre (1995)
d. Model Diniz dan Frangopol (1997)
e. Model Kappos dan Konstantinidis (1999)
f. dan lain-lain
Di antara beberapa model di atas, model yang akan digunakan untuk mencari
persamaan kurva tegangan-regangan untuk material beton dalam kolom beton
bertulang dan kolom baja yang diselimuti beton dalam pengerjaan tugas akhir ini
adalah model Mander, Priestley, dan Park (1988).
Efek pengekangan yang terjadi di dalam suatu penampang kolom beton
bertulang membagi material beton menjadi dua jenis yaitu material beton untuk
selimut beton yang tidak mengalami kekangan (unconfined concrete) dan material
beton inti yang mengalami kekangan (confined concrete). Efek pengekangan ini
didapatkan dari adanya penggunaan tulangan transversal di sepanjang kolom. Berikut
Gambar 2.6 : Material Beton pada Kolom Beton Bertulang
Kemudian, efek pengekangan pada kolom baja yang diselimuti beton
membagi material beton menjadi tiga jenis yaitu daerah beton yang tidak terkekang
(unconfined concrete), daerah beton yang terkekang secara sebagian (partially
confined concrete) dan daerah beton yang terkekang secara penuh (highly confined
concrete).
Gambar 2.7 : Material Beton pada Kolom Baja yang Diselimuti Beton
Untuk material baja atau tulangan yang digunakan dalam pengerjaan tugas
akhir ini adalah material baja yang memiliki kurva tegangan-regangan dengan model
2.3. Model Tegangan-Regangan Material
Kolom beton bertulang (RC Column) dan kolom baja yang diselimuti beton
(SRC Column) memiliki 2 jenis material yaitu beton dan baja. Masing-masing
material memiliki sifat-sifat tersendiri sehingga perlu didefinisikan secara tersendiri
dengan menggunakan pendekatan tertentu. Pendekatan yang digunakan dalam tugas
akhir ini untuk material beton pada kolom beton bertulang adalah model Mander.
Kemudian, untuk material baja yang digunakan adalah model Elastis Plastis
Sempurna (Elastic Perfectly Plastic)
2.3.1. Hubungan Tegangan-Regangan Beton
Model hubungan tegangan-regangan beton yang digunakan adalah model yang
direkomendasikan oleh Mander et al (1988) seperti ilustrasi pada Gambar 2.8 berikut :
Kurva tegangan dan regangan dibentuk dengan persamaan berikut :
Regangan beton pada tegangan maksimum beton diberikan dengan persamaan :
𝜀𝑐𝑐 =𝜀𝑐0 1 + 5 𝐾 −1 (2-2)
dengan nilai 𝜀𝑐0 = 0.002
Kemudian, nilai dari 𝑓′𝑐𝑐 diberikan oleh persamaan berikut :
𝑓′𝑐𝑐 =𝑓′𝑐𝑜 −1.254 + 2.254 1 +7.94 𝑓′𝑙
Gambar 2.9 : Kurva nilai K
dengan :
𝑓𝑙𝑦′= 𝑘𝑒𝑓𝑙𝑦 𝑑𝑎𝑛𝑓𝑙𝑥′= 𝑘𝑒𝑓𝑙𝑥 (2-5)
𝑘𝑒 untuk pengekang berbentuk persegi empat dicari dengan persamaan :
𝑘
𝑒=
𝑏𝑐 adalah lebar beton inti (jarak sengkang dari pusat ke pusat)
𝑤𝑖 adalah jarak antar tulangan longitudinal
𝐴𝑡 adalah luas tulangan sengkang
2.3.2. Hubungan Tegangan-Regangan Baja
Terdapat dua model tegangan-regangan baja yang sering digunakan antara
lain: model Elastis Plastis Sempurna (Elastic Perfectly Plastic) dan model Baja
dengan Strain Hardening. Model Elastis Plastis Sempurna juga dikenal sebagai model
Elasto-Plastis. Berikut adalah ilustrasi dari kurva tegangan-regangan dari model
tegangan-regangan yang dijelaskan sebelumnya :
Gambar 2.10 : Model Tegangan-Regangan Elasto-Plastis
Model Elasto-Plastis (Gambar 2.10) adalah model yang menyederhanakan
kurva plastis menjadi garis linear yang sama besarnya dengan tegangan leleh.
Sedangkan, model Baja dengan Strain Hardening (Gambar 2.11) adalah model baja
yang terdiri dari 3 bagian yaitu : daerah elastis, daerah leleh (yield) dan daerah
Gambar 2.11 : Model Tegangan-Regangan Baja dengan Strain Hardening
Dalam pengerjaan tugas akhir ini, model yang digunakan adalah model
Elasto-Plastis. Model tegangan-regangan baja ini akan digunakan untuk tulangan
longitudinal, tulangan transversal dan profil baja.
2.4. Ketentuan SK SNI 03-2847-2002
Beberapa ketentuan SK SNI Tahun 2002 yang menjadi rujukan antara lain
terdapat dalam pasal 12 mengenai perencanaan komponen struktur terhadap beban
lentur atau aksial atau kombinasi dari beban lentur dan aksial. Dalam merencanakan
komponen struktur terhadap beban lentur atau aksial atau kombinasi dari beban lentur
dan aksial, digunakan asumsi sebagai berikut :
1. Perencanaan kekuatan komponen struktur untuk beban lentur dan aksial
didasarkan pada asumsi yang diberikan dalam 12.2 (2) hingga 12.2 (7) dan pada
pemenuhan kondisi keseimbangan gaya dan kompabilitas regangan yang berlaku.
2. Regangan pada tulangan dan beton harus diasumsikan berbanding lurus dengan
rasio tinggi total terhadap bentang bersih yang lebih besar dari 2/5 untuk bentang
menerus dan lebih besar dari 4/5 untuk bentang sederhana, harus digunakan
distribusi regangan non-linier. Lihat 12.7.
3. Regangan maksimum yang dapat dimanfaatkan pada serat tekan beton terluar
harus diambil sama dengan 0,003.
6. Hubungan antara distribusi tegangan tekan beton dan regangan tekan beton boleh
diasumsikan berbentuk persegi, trapesium, parabola, atau bentuk lainnya yang
menghasilkan perkiraan kekuatan yang cukup baik bila dibandingkan dengan hasil
pengujian.
7. Ketentuan 12.2 (6) dapat dipenuhi oleh suatu distribusi tegangan beton persegi
ekuivalen yang didefinisikan sebagai berikut :
a. Tegangan beton sebesar 0,85𝑓′𝑐 diasumsikan terdistribusi secara merata pada
daerah tekan ekuivalen yang dibatasi oleh tepi penampang dan suatu garis
lurus yang sejajar dengan sumbu netral sejarak 𝑎= 𝛽1 dari serat dengan
regangan tekan maksimum.
b. Jarak c dari serata dengan regangan maksimum ke sumbu netral harus diukur
dalam arah tegak lurus terhadap sumbu tersebut.
c. Faktor 𝛽1 harus diambil sebesar 0,85 untuk beton dengan nilai kuat tekan 𝑓′𝑐
tekan di atas 30 𝑀𝑃𝑎, 𝛽1 harus direduksi sebesar 0,05 untuk setiap kelebihan
7 𝑀𝑃𝑎 di atas 30 𝑀𝑃𝑎, tetapi 𝛽1 tidak boleh diambil kurang dari 0,65.
Beberapa ketentuan SK SNI Tahun 2002 lain yang menjadi rujukan antara lain :
1. Batas luar penampang efektif dari suatu komponen struktur tekan dengan tulangan
spiral atau sengkang pengikat yang dibuat monolir dengan suatu dinding atau pilar
beton tidak boleh diambil lebih dari 40 mm di luar batas tulangan spiral atau
sengkang pengikat. (pasal 12.8 (2))
2. Luas tulangan longitudinal komponen struktur tekan non-komposit tidak boleh
kurang dari 0,01 ataupun lebih besar dari 0,08 kali luas bruto penampang 𝐴𝑔.
(pasal 12.9 (1))
3. Jumlah minimum batang tulangan longitudinal pada komponen struktur tekan
adalah 4 untuk batang tulangan di dalam sengkang pengikat segi empat atau
lingkaran. (pasal 12.9 (2))
4. Spasi vertikal antara sengkang pengikat lateral tidak boleh melebihi 16 diameter
batang tulangan longitudinal, 48 diameter batang sengkang pengikat, atau ½ kali
