< Previous 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 363 2.4. Aplikasi Konstruksi Beton bertulang 7.4.1. Desain Struktur Beton Bertulang a) Tujuan Desain Pada struktur beton bertulang, tujuan desain harus mengandung: − Mengatur sistem struktur yang mungkin dikerjakan dan ekonomis. Hal ini berkaitan dengan pemilihan kesesuaian model struktur, dan penataan lokasi dan pengaturan elemen-elemen struktur seperti kolom dan balok. − Menentukan dimensi-dimensi struktural, ukuran penampang komponen struktur, termasuk tebal selimut beton. − Menentukan persyaratan kekuatan tulangan baik longitudinal maupun transversal − Detail tulangan beton seperti panjang tulangan, kait, dan pembekokannya − Memenuhi persyaratan kemampulayanan seperti defleksi dan retakan b) Kriteria Desain Untuk mencapai tujuan desain, terdapat empat kriteria umum yang harus dipenuhi: − Keselamatan, kekuatan, dan stabilitas; Sistem struktur dan elemen struktur harus didesain dengan batas-batas angka keamanan agar tidak terjadi kegagalan struktur. − Estetis; meliputi pertimbangan bentuk, proporsi geometris, simetri tekstur permukaan, dan artikulasi. Hal ini sangat penting pada struktur-struktur dengan bentuk-bentuk khusus seperti monumen dan jembatan. Ahli struktur harus berkoordinasi dengan perencana, arsitek dan desain profesional lain. − Persyaratan fungsional. Suatu struktur harus selalu dirancang untuk melayani fungsi-fungsi tertentu. Kemudahan konstruksi adalah pertimbangan utama dari persyaratan fungsional. Suatu disain struktural harus praktis dan ekonomis untuk dibangun. − Ekonomis. Struktur harus dirancang dan dibangun sesuai target anggaran proyek. Pada struktur beton bertulang, disain yang ekonomis tidak boleh dicapai melalui minimalisasi jumlah beton dan tulangan. Bagian terbesar dari biaya konstruksi adalah biaya tenaga kerja, formwork dan kesalahan kerja. Oleh karena itu, desain ukuran elemen dan penyederhanaan penempatan kekuatan akan berakibat pada kemudahan dan kecepatan, yang selanjutnya mengakibatkan desain menjadi lebih ekonomis dan menggunakan material yang minimum. c) Proses Desain Desain beton bertulang sering menggunakan proses trial-and-error dan melibatkan pertimbangan keputusan perancangnya. Setiap proyek 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 364 struktur adalah unik. Proses disain untuk struktur beton bertulang mengikuti langkah-langkah berikut: − Konfigurasi sistem struktur − Penentuan data-data desain: desain pembebanan, kriteria desain, dan spesifikasi materialnya. − Membuat estimasi awal usulan elemen, misalnya berdasarkan pada aturan-aturan kontrol defleksi dengan penambahan persyaratan estétika dan fungsional. − Menghitung properti penampang elemen, analisis struktural untuk gaya-gaya internal: momen, gaya aksial, gaya geser, dan puntir. Juga, peninjauan kembali perhitungan defleksi. − Menghitung persyaratan kekuatan longitudinal yang didasarkan pada kebutuhan momen dan gaya axial. Menghitung persyaratan kekeuatan transveral berdasarkan tuntutan geser dan momen puntir. − Jika elemen tidak memenuhi kriteria desain, modifikasi desain dan ulangi langkah 1-3 − Lengkapi dengan evaluasi yang lebih detail desain elemen tersebut dengan menambahkan beban-beban khusus dan kombinasi-kombinasi, dan kekuatan serta persyaratan kemampulayanan berdasarkan persyaratan peraturan, stándar dan spesifikasi − Detail penulangan, pengembangan gambar-gambar desain, catatan-catatan dan spesifikasi. 7.4.2. Persyaratan kekuatan beton bertulang untuk perancangan struktur Kekuatan beton bertulang untuk struktur harus memenuhi persyaratan: Untuk beton : f ’c = kuat tekan beton yang disyaratkan (Mpa atau kg/cm2) Untuk baja : fy = tegangan leleh yang disyaratkan (Mpa atau kg/cm2) Tabel 7.9 memberikan nilai f ’c untuk berbagai mutu beton, dan tabel 7.10 adalah nilai fy untuk berbagai mutu baja. Tabel 7.9. Kuat tekan beton Sumber: Sagel dkk, 1994 Mutu beton f ’c (Mpa) f ’c (kg/cm2) 15 15 150 20 20 200 25 25 250 30 30 300 35 35 350 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 365 Tabel 7.10. Tegangan leleh baja Sumber: Sagel dkk, 1994 Mutu baja fy (Mpa) fy (kg/cm2) 240 240 2400 400 400 4000 a) Lendutan Suatu struktur beton disyaratkan memiliki kekakuan yang cukup tegar, sehingga dapat menahan deformasi akibat lendutan tanpa menimbulkan kerusakan atau gangguan. Struktur yang mengalami lendutan yang besar dapat mengakibatkan dinding-dinding yang didukungnya menjadi retak, atau terjadi getaran pada saat orang berjalan diatas lantai. Ketinggian suatu penampang merupakan hal penting yang perlu dipertimbangkan berkaitan dengan momen inersia dan kekakuan. Dalam SNI 03-2847-2002 tercantum tebal minimum yang dipersyaratkan terhadap bentang. Nilai pada tabel 7.11 berlaku untuk struktur yang tidak mendukung serta sulit terdeformasi atau berpengaruh terhadap struktur yang mudah rusak akibat lendutan yang besar. Tabel 7.11. Faktor reduksi kekuatan pada struktur beton Sumber: Sagel dkk, 1994 Kondisi Struktur Faktor reduksi (φφφφ) Lentur, tanpa beban aksial 0,80 Beban aksial, dan beban aksial dengan lentur (Untuk beban aksial dengan lentur, kedua nilai kuat nominal dari beban aksial dan momen harus dikalikan dengan nilai φφφφ tunggal yang sesuai): Aksial tarik dan aksial tarik dengan lentur Aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur: Komponen struktur dengan tulangan spiral Komponen struktur lainnya 0,80 0,70 0,65 Geser dan torsi 0,75 b) Retak Retak pada komponen struktur dengan penulangan dapat mengakibatkan korosi pada baja tulangan. Pembentukan karat pada korosi memungkinkan beton disekitar tulangan akan pecah dan lepas. Faktor terpenting yang mengakibatkan retak adalah regangan dalam baja yakni tegangan baja. Pembatasan retak dapat dicapai dengan membatasi tegangan dari baja. 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 366 Tabel 7.12. Lendutan izin maksimum Sumber: Sagel dkk, 1994 Jenis komponen struktur Lendutan yang diperhitungkan Batas lendutan Atap datar yang tidak menahan atau tidak disatukan dengan komponen nonstruktural yang mungkin akan rusak oleh lendutan yang besar Lendutan seketika akibat beban hidup (L) Ɛa / 180 Lantai yang tidak menahan atau tidak disatukan dengan komponen nonstruktural yang mungkin akan rusak oleh lendutan yang besar Lendutan seketika akibat beban hidup (L) Ɛ /360 Konstruksi atap atau lantai yang menahan atau disatukan dengan komponen nonstruktural yang mungkin akan rusak oleh lendutan yang besar Ɛb /480 Konstruksi atap atau lantai yang menahan atau disatukan dengan komponen nonstruktural yang mungkin tidak akan rusak oleh lendutan yang besar. Bagian dari lendutan total yang terjadi setelah pemasangan komponen nonstruktural (jumlah dari lendutan jangka panjang, akibat semua beban tetap yang bekerja, dan lendutan seketika, akibat pembebanan beban hidup )c Ɛd /240 a. Batasan ini tidak dimaksudkan untuk mencegah kemungkinan penggenangan air. Kemungkinan penggenangan air harus diperiksa dengan melakukan perhitungan lendutan, termasuk lendutan tambahan akibat adanya penggenangan air tersebut, dan mempertimbangkan pengaruh jangka panjang dari beban yang selalu bekerja, lawan lendut, toleransi konstruksi dan keandalan sistem drainase. b. Batas lendutan boleh dilampaui bila langkah pencegahan kerusakan terhadap komponen yang ditumpu atau yang disatukan telah dilakukan. c. Lendutan jangka panjang harus dihitung berdasarkan ketentuan 11.5(2(5)) atau 11.5(4(2)), tetapi boleh dikurangi dengan nilai lendutan yang terjadi sebelum penambahan komponen non-struktural. Besarnya nilai lendutan ini harus ditentukan berdasarkan data teknis yang dapat diterima berkenaan dengan karakteristik hubungan waktu dan lendutan dari komponen struktur yang serupa dengan komponen struktur yang ditinjau. d. Tetapi tidak boleh lebih besar dari toleransi yang disediakan untuk komponen non-struktur. Batasan ini boleh dilampaui bila ada lawan lendut yang disediakan sedemikian hingga lendutan total dikurangi lawan lendut tidak melebihi batas lendutan yang ada. c) Panjang bentang Panjang bentang komponen struktur ditentukan menurut ketentuan-ketentuan berikut: − Panjang bentang dari komponen struktur yang tidak menyatu dengan struktur pendukung dihitung sebagai bentang bersih ditambah dengan tinggi dari komponen struktur. Besarnya bentang tersebut tidak perlu melebihi jarak pusat ke pusat dari komponen struktur pendukung yang ada. − Dalam analisis untuk menentukan momen pada rangka atau struktur menerus, panjang bentang harus diambil sebesar jarak pusat ke pusat komponen struktur pendukung. 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 367 − Untuk balok yang menyatu dengan komponen struktur pendukung, momen pada bidang muka tumpuan dapat digunakan sebagai dasar dalam perencanaan penampang. − Plat atau plat berusuk, yang bentang bersihnya tidak lebih dari 3 m dan yang dibuat menyatu dengan komponen struktur pendukung dapat dianalisis sebagai plat menerus di atas banyak tumpuan dengan jarak tumpuan sebesar bentang bersih plat dan pengaruh lebar struktur balok pendukung dapat diabaikan. 7.4.3. Konstruksi Balok dan plat beton bertulang a) Balok beton Suatu gelagar balok bentang sederhana menahan beban yang mengakibatkan timbulnya momen lentur, akan mengalami deformasi (regangan) lentur. Dalam hal tersebut, regangan tekan akan terjadi di bagian atas dan regangan tarik di bagian bawah penampang. Regangan-regangan tersebut mengakibatkan tegangan-tegangan yang harus ditahan oleh balok, tegangan tekan di bagian atas dan tegangan tarik di bagian bawah penampang. Karena tulangan baja dipasangan pada bagian tegangan tarik bekerja yaitu pada bagian bawah, maka secara teoritis balok ini disebut sebagai balok bertulangan tarik saja. Pada bagian tekan atau bagian atas penampang umumnya tetap dipasang perkuatan tulangan, tetapi bertujuan untuk membentuk kerangka kokoh yang stabil pada masing-masing sudut komponen. Tulangan pada balok selain dipengaruhi oleh beban-beban yang diterimanya, juga dipengaruhi oleh ukuran dan syarat-syarat tumpuan. Tumpuan dianggap kaku jika tidak terdapat deformasi. Tiga syarat-syarat tumpuan yang dipertimbangkan: − Tumpuan bebas, bila tumpuan mengalami perputaran sudut pada perletakannya. − Tumpuan terjepit penuh, bila terdapat jepitan penuh sehingga perputaran tidak mungkin terjadi. − Tumpuan terjepit sebagian, bila tumpuan pada keadaan yang memungkinkan terjadi sedikit perputaran b) Plat beton Perencanaan plat beton bertulang tidak hanya terbatas pada pertimbangan pembebanan saja, tetapi juga ukuran dan syarat-syarat tumpuan tepi. Syarat-syarat tumpuan menentukan jenis perletakan dan jenis penghubung di tumpuan. Secara umum terdapat tiga jenis tumpuan pada plat, yaitu: − Bebas; apabila plat dapat berotasi bebas pada tumpuan, misalnya sebuah plat tertumpu pada tembok bata (gambar 7.16a) − Terjepit penuh; apabila tumpuan dapat mencegah plat berotasi dan relatif sangat kaku terhadap momen puntir, misalnya plat yang monolit atau menyatu dengan balok yang tebal (gambar 7.16b). 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 368 − Terjepit sebagian atau elastis; plat yang menempel pada balok tepi tetapi balok tepi tidak cukup kuat untuk mencegah rotasi (gambar 7.16c). Gambar 7.16. Jenis tumpuan pada plat beton Sumber: Sagel dkk, 1994 Jenis-jenis plat dengan tumpuan tersebut antara lain adalah plat yang menumpu menerus sepanjang dua tepi yang sejajar atau pada keempat tepinya, panel plat, dan plat menerus untuk pondasi. Panel adalah bagian segiempat suatu plat, atau suatu plat yang tepi-tepi dikelilingi oleh tumpuan-tumpuan. Pada plat yang tertumpu pada sepanjang dua sisinya dapat disebut juga sebagai bentang balok, jika menggunakan analogi balok. Dalam kasus plat terjepit pada dinding bata, meskipun dapat terjadi momen jepit maka umumnya tetap akan dianggap sebagai tumpuan bebas. Distribusi tegangan Distribusi tegangan dapat diilustrasikan sebagai berikut: Pada beban kecil distribusi tegangannya linier, bernilai nol pada garis netral dan sebanding dengan regangan yang terjadi seperti ditunjukan pada Gambar 7.17. Pada beban sedang, kuat tarik beton dilampaui dan beton mengalami retak. Beton tidak dapat meneruskan gaya tarik melintasi bagian-bagian retak karena terputus-putus, selanjutnya tulangan baja akan mengambil alih memikul seluruh gaya tarik yang timbul. Distribusi tegangan untuk penampang pada/dekat bagian yang (a) (b) (c) 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 369 mengalami retak seperti pada Gambar 7.18, diperkirakan terjadi pada nilai tegangan beton sampai dengan 1/2 f ’c. Gambar 7.17. Perilaku lentur pada beban kecil Sumber: Dipohusodo, 1994 Gambar 7.18. Perilaku lentur pada beban sedang Sumber: Dipohusodo, 1994 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 370 Gambar 7.19. Perilaku lentur pada beban ultimit Sumber: Dipohusodo, 1994 Pada beban yang sangat besar (ultimit), nilai regangan serta regangan tekan akan meningkat dan cenderung untuk tidak lagi sebanding dengan diantara keduanya, dimana tegangan tekan beton akan membentuk kurva non-linear. Kurva tegangan di atas garis netral (daerah tekan) berbentuk sama dengan kurva tegangan regangan seperti pada Gambar 7.19. Kapasitas batas kekuatan beton terlampaui dan tulangan baja mencapai luluh/leleh, dan beton mengalami hancur. Struktur akan mengalami strata runtuh atau setengan runtuh meskipun belum hancur secara keseluruhan. Regangan maksimum tekan beton sebagai regangan ultimit digunakan sebesar 0,003 atau 0,3%, yang ditetapkan berdasarkan hasil-hasil pengujian. Kuat lentur Kuat lentur Mn merupakan kekuatan lentur balok, yang besarnya tergantung dari resultan gaya tekan dalam (ND) dan resultan gaya tarik dalam (NT). Kuat lentur pada gaya tekan beton: ¸¹·¨©§−=2adNMDn (7.1) Kuat lentur pada gaya tarik tulangan beton: ¸¹·¨©§−=2adNMTn (7.2) dimana ND : resultan gaya tekan dalam NT : resultan gaya tarik dalam d : tinggi efektif balok a : kedalaman blok tegangan 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 371 Nilai a dapat dihitung dengan rumus: bffAacys1β= (7.3) dimana As : luas tulangan tarik (mm2) fy : tegangan leleh baja ββββ1 : konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton f’c : kuat tekan beton b : lebar balok (mm) Sesuai ketentuan SNI 03-2847-2002, faktor ββββ1 harus diambil sebesar 0,85 untuk beton dengan nilai kuat tekan f’c lebih kecil daripada atau sama dengan 30 MPa. Untuk beton dengan nilai kuat tekan di atas 30 MPa, ββββ1 harus direduksi sebesar 0,05 untuk setiap kelebihan 7 MPa di atas 30 MPa, tetapi ββββ1 tidak boleh diambil kurang dari 0,65. Pembatasan tulangan tarik Pada struktur beton dengan penulangan tarik saja, SNI 03-2847-2002 menetapkan jumlah tulangan baja tarik tidak boleh melebihi 0,75 dari jumlah tulangan baja tarik yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan regangan. As 0,75 Asb Jika jumlah batas penulangan tersebut dapat dipenuhi akan memberikan jaminan bahwa kehancuran daktail (ductile) dapat berlangsung dengan diawali oleh meluluhnya tulangan baja tarik terlebih dahulu. Dengan demikian tidak akan terjadi kehancuran getas yang lebih bersifat mendadak. Pembatasan penulangan ini juga berhubungan dengan rasio penulangan (ρρρρ) yaitu perbandingan antara jumlah luas penampang tulangan tarik (As) terhadap luas efektif penampang (lebar b x tinggi efektif d). dbAs=ρ dengan pembatasan penulangan maksimum 0,75 kali rasio penulangan keadaan seimbang (ρρρρb), maka: ρρρρmaks = 0,75 ρρρρb Sedangkan batas minimum rasio penulangan ditentukan: yf4,1min=ρ Batas minimum penulangan diperlukan untuk menjamin tidak terjadinya hancur struktur secara tiba-tiba seperti jika balok tanpa tulangan. Karena bagaimanapun balok beton dengan tulangan tarik yang paling sedikitpun harus mempunyai kuat momen yang lebih besar dari balok tanpa tulangan. Pada plat tipis dengan ketebalan tetap maka penulangan minimum harus 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 372 memperhitungkan kebutuhan untuk memenuhi persyaratan tulangan susut dan suhu. Analisis balok terlentur Secara ringkas langkah-langkah analisis untuk balok terlentur dengan penulangan tarik saja, dengan urutan sebagai berikut: 1) Buat daftar hal-hal yang diketahui sesuai kondisi atau permasalahan yang ada 2) Tentukan apa yang akan dicari pada pekerjaan analisis (Momen tahanan dalam MR, Momen tahanan pada kuat lentur Mn) 3) Hitung rasio penulangan: dbAs=ρ (7.4) 4) Bandingkan hasilnya dengan 0,75 ρρρρb atau ρρρρmaks juga terhadap ρρρρinin untuk menentukan apakah penampang memenuhi syarat. 5) Hitung kedalaman blok tegangan beton tekan: bffAacys1β= 6) Hitung panjang lengan kopel momen dalam: z = d – ½ a 7) Hitung momen tahanan (dalam) ideal Mn Mn = NT z = As fy z, atau Mn = ND z = 0,85 As fc’ abz MR = φφφφ Mn Analisis plat terlentur satu arah Petak plat dibatasi oleh balok induk pada kedua sisi pendek dan balok anak pada kedua sisi panjang. Plat yang didukung sepanjang keempat sisi tersebut dinamakan sebagai plat dua arah, dimana lenturannya akan timbul pada dua arah yang saling tegak lurus. Jika perbandingan sisi panjang terhadap sisi pendek lebih besar dari 2, maka plat dapat dianggap hanya bekerja sebagai plat satu arah dengan lentur utama pada arah yang lebih pendek. Contoh jenis plat beton seperti pada Gambar 7.20. Plat satu arah adalah plat yang penyaluran beban normal di permukaan plat ke elemen pendukung utamanya pada satu arah utama. Pada panel plat yang didukung pada keempat sisinya, aksi satu arah terjadi jika rasio perbandingan antara bentang panjangnya dengan bentang pendeknya lebih dari 2. Dalam aksi satu arah, diagram momen pada dasarnya tetap konstan melintang searah lebar plat. Oleh karenanya, prosedur desain plat satu arah dapat dilakukan dengan pendekatan melalui pengamatan kesamaan balok penyusunnya pada lebar unitnya. Next >