1TEORI DASAR BETON BERTULANG
Kelebihan & Kekurangan Beton Seca Secara ra
umum umum
mat materia eriall
beton eton
memp mempun uny yai
lebi lebih h
bany anyak
kele kelebi biha hann nny ya
dibandingkan dari kekurangannya. Diband Dibandingk ingkan an dengan dengan materia materiall strukt struktur ur lainny lainnya, a, kayu kayu dan baja, baja, beton beton mempuny mempunyai ai kelebihan sebagai berikut : 1. Lebih murah. 2. Mudah dibentuk (memudahkan arsitek untuk berkreasi. !. "ahan terhadap api yang tinggi. #. Mempunyai kekakuan yang tinggi. $. %iaya pera&atan yang rendah. '. %ahan bakunya mudah didapat. amun tidak dapat dipungkiri bah&a beton juga mempunyai kekurangan, yakni :
)ekuatan tariknya rendah. Membutuhkan bekisting dan penumpu sementara selama konstruksi. *asio kekuatan terhadap berat yang rendah. Stabilitas +olumenya relati rendah.
Sifat aterial Beton %eton merupakan material yang terbuat dari pasta semen dan agregat. %ahan dasar beton ini mempunyai siat hubungan tegangan dan regangan yang linier dan getas dalam menahan gaya tekan. Material yang getas, kuat menerima tekan namun lemah dalam menerima tarik. -alaupun bahan dasar beton (pasta semen dan agregat memp mempun uny yai sia siatt elas elasti tik k lini linier er sert serta a geta getas, s, namu namun n hasi hasill uji uji coba coba teka tekan n beto beton n menu menunj njuk ukka kan n kur+ kur+a a hubu hubung ngan an tega teganga ngan n deng dengan an regan regangan gan beton beton tida tidak k lini linier er dan sepertinya mempunyai siat yang daktail. al ini disebabkan oleh adanya retak/retak kecil yang terbentuk antara bidang agregat dan pasta semen, retak kecil ini disebut reta retak k leka lekata tan n (bon (bond d crac cracks ks. . *eta *etak k keci kecill ini ini pada pada umum umumny nya a dise diseba babk bkan an oleh oleh phenomena susut pada saat pembentukan beton. 0ika beton dikenai beban uniaksial tekan maka.
1. Sebelum beton diberi beban sampai dengan ! # 3 nilai tekan maksimumnya (f ’c atau atau kekuatan batasnya, kur+a hubungan tegangan dengan regangannya masih linier. 2. Setelah Setelah beton dibebani melebihi melebihi ! # 3 f ’c , retak/retak lekatan mulai terbentuk, kur+a hubungan tegangan/regangan mulai tidak linier. !. 4ada saat tegangan mencapai 5$ 6 3 f ’c , , retak/retak lekatan tersebut merambat ke mortar mortar sehing sehingga ga terbent terbentuk uk pola pola retak retak yang yang menerus menerus.. 4ada 4ada kondis kondisii ini kur+a hubungan tegangan/regangan beton semakin tidak linier.
7ambar # : )ur+a ubungan ubunga n "egangan/*egangan "egangan/*egangan %eton (pada 8ji "ekan "ekan Sifat aterial Ba!a
7ambar $ : )ur+a ubungan "egangan/*egangan "egangan/*egangan %aja
"rin#i$ Da#ar Beton Bertulang
)arena beton merupakan material yang kuat menahan tekan, namun lemah dalam menahan tarik, maka beton akan mengalami retak jika beban yang dipikulnya menimbulkan tegangan tarik yang melebihi kekuatan tariknya. )emudian timbul ide untuk mengkombinasikan material beton ini dengan material baja yang mempunyai kelebihan yang kuat menahan tarik. Dengan menanamkan material baja seperlunya pada beton diperoleh material beton bertulang dengan baja sebagai andalan pemikul tarik dan beton sebagai andalan pemikul tekan. Ele%enele%en Struktur Beton Bertulang 8ntuk gedung, pada umumnya struktur atas beton bertulang terdiri dari ! macam elemen utama :
4elat, merupakan elemen struktur beton bertulang yang langsung memikul
beban lantai. %alok, dapat terdiri dari balok anak (joist dan balok induk (beam, atau hanya balok induk saja. %alok berungsi sebagai pemikul pelat dan beban yang berada
diatasnya. )olom, merupakan elemen struktur yang berungsi sebagai pemikul balok serta beban lateral pada struktur.
Kon#e$ "eren'anaan Struktur yang didisain pada dasarnya harus memenuhi kriteria/kriteria berikut : 1. %entuknya pantas9cocok. Dari segi perencaan tata ruang, bentangan, tinggi plaon, akses dan arus lalu lintas. Struktur harus seimbang dengan yang dibutuhkan. 2. konomis. !. )uat, dalam menahan beban yang akan dipikulnya (beban yang direncanakan. #. Mudah pera&atannya. "eraturan"eraturan Terkait Di#ain Struktur Beton Bertulang 4erencanaan dan pelaksanaan konstruksi diatur oleh pemerintah dalam bentuk standar. untuk bangunan di ;ndonesia berlaku Standar asional ;ndonesia (S;. "ujuan dari standar ini adalah :
8ntuk menjamin keseragaman, keamanan di bidang teknik dan keselamatan umum.
Mengakomodasi teknologi mutakhir. Sehingga dalam selang &aktu tertentu setiap standar perlu diperbaharui, sesuai dengan perkembangan ;4") terkait
berdasarkan penelitianpenelitian para ahli. Menjadi tempat rujukan. Menjadi sarana untuk mencapai eisiensi dan eektiitas suatu kegiatan.
S; terbaru yang mengatur perencanaan struktur beton bertulang adalah S; !/2<#5 22, "ata =ara 4erhitungan Struktur %eton %ertulang untuk %angunan 7edung, yang diterbitkan oleh Departemen )immpras&il ;ndonesia. eto(a "eren'anaan Beton Bertulang Menurut S; !/2<#5/22 pasal 1 ayat 1, perencanaan elemen struktur beton bertulang dapat dilakukan dengan salah satu dari dua metoda berikut, 1. Metoda %eban )erja. Dengan metoda %eban )erja, elemen struktur beton bertulang direncanakan kuat memikul beban/beban yang bekerja pada elemen tersebut, dimana pengertian kuat disini ditandai dengan lebih kecil atau sama dengannya tegangan yang terjadi pada elemen akibat beban kerja tersebut dibandingkan dengan tegangan yang dii>inkan, dimana tegangan i>in adalah tegangan batas9ultimit material yang sudah dibagi dengan suatu aktor keamanan. 2. Metoda )ekuatan %atas98ltimit. Dengan menggunakan metoda )ekuatan %atas, elemen struktur direncanakan harus kuat memikul beban teraktor. %eban teraktor adalah kombinasi beban/beban yang bekerja, dimana masing/masing beban sudah dikalikan dengan suatu actor (keamanan tertentu. "egangan/tegangan yang terjadi pada elemen tidak boleh melebihi tegangan batas9ultimit dari material. ?tau secara umum dapat dikatakan, bah&a )uat perlu @ )uat rencana Metoda yang pertama (metoda "egangan )erja merupakan metoda lama dalam merencanakan elemen struktur beton bertulang. S; !/2<#5/22 lebih menyarankan untuk menggunakan metoda kedua (metoda )ekuatan %atas, karena lebih realistis. "eren'anaan bata# ?da beberapa kondisi yang dapat dijadikan batasan pada perencanaan elemen beton bertulang.
1. )ondisi %atas 8ltimit, yang dapat disebabkan oleh :
ilangnya keseimbangan lokal atau global. *upture : hilangnya ketahanan lentur dan geser elemen/elemen struktur. )eruntuhan progressi+e akibat adanya keruntuhan local pada daerah sekitarnya. 4embentukan sendi plastis. )etidakstabilan str uktur. AatiBue.
2. )ondisi %atas )emampuan Layan, yakni menyangkut berkurangnya ungsi struktur, anntara lain.
Deleksi yang berlebihan pada kondisi layan. Lebar retak yang berlebih. Cibrasi yang mengganggu.
!. )ondisi %atas )husus, yaitu menyangkut kerusakan9keruntuhan akibat beban abnormal, antara lain:
)eruntuhan pada kondisi gempa ekstrim. )ebakaran, ledakan atau tabrakan kendaraan. )orosi atau jenis keruntuhan lainnya akibat lingkungan. 4erencanaan yang memperhatikan kondisi/kondisi batas di atas disebut perencanaan batas. )onsep perencanaan batas ini digunakan sebagai prinsip dasar peraturan beton ;ndonesia (S; !/2<#5/22.
Daftar Nota#i (an Si%bol
"ulangan : baja yang tertanam pada beton (dicor bersamaan dengan beton.
As
: total luas tulangan tarik pada bagian penampang yang tertarik, mm ²
A’s
: total luas tulangan tekan pada bagian penampang yang tertekan, mm ² .
b :
lebar bagian penampang yang tertekan, mm. bw : lebar bagian badan penampang, mm. d : 0arak dari ujung serat penampang yang tertekan ke pusat kumpulan tulangan
tarik, mm. dt : 0arak dari ujung serat penampang yang tertekan ke lapisan tulangan tarik
terjauh, mm. f ’c : Tegangan tekan beton pada umur 28 hari (mutu beton yang
digunakan), Mpa. (1 Mpa = 1 N/mm2 = 10 kg/m2). fs : tegangan pada tu!angan tarik, Mpa. fy : tegangan !e!eh ba"a (mutu ba"a yang digunakan), Mpa. h : tinggi tota! penampang. jd : !engan momen gaya tahanan da!am penampang, yaitu "arak antara
re#u!tan gaya tekan dan re#u!tan gaya tarik. €cu : a#um#i regangan terbe#ar dari bagian penampang yang tertekan
pada #aat pa# akan runtuh. €s : regangan pada pu#at tu!angan tarik. €t : regangan pada tu!angan tarik ter"auh. p : ra#io tu!angan tarik :
A S
Teori Lentur Beton Bertulang
Teori !entur pada $eton $ertu!ang dida#ari pada a#um#i%a#um#i berikut (berda#arkan &N' $eton) :
1. $idang penampang yang tadinya tegak !uru# terhadap #umbu !entur e!emen, akan tetap tegak !uru# #ete!ah menga!ami !entur akibat beban. 2. egangan pada tu!angan #ama dengan regangan beton pada #erat yang #ama (Tidak ter"adi #!ip antara beton dan tu!angan). . Tegangan pada beton atau ba"a dapat dihitung dari kur*a hubungan Tegangan%egangan untuk beton atau ba"a. +. ntuk perhitungan kekuatan !entur penampang, kekuatan tarik beton diabaikan. -. $eton dia#um#ikan runtuh pada #aat regangan tekannya menapai regangan bata# tekan, dapat diambi! = 0.00. .
ubungan
tegangan%regangan
beton
dapat
dia#um#ikan
per#egi,
trape#ium atau parabo!a atau !ainnya, #epan"ang ook dengan ha#i! pengu"ian yang dapat dipertanggung "aabkan. $!ok Tegangan $eton &e!ain menggunakan per#amaan ogne#tad, bentuk diagram
tegangan pada gambar (d) berikut
ukup meaki!i diagram tegangan%regangan beton #e#ungguhnya pada kondi#i u!timit, dan !ebih mudah untuk diterapkan pada perhitungan kekuatan penampang b eton, dimana :
k = ra#io tegangan mak#imum f’c pada bagian penampang tertekan
terhadap tegangan tekan #i!inder f’c , ni!ai k= 0.8k1 = ra#io tegangan tekan rata%rata terhadap tegangan mak#imum,
(ra#io bagian b!ok yang dihitamkan terhadap !ua# #egi empat k f’c ) . k2 = ra#io "arak antara #erat tekan ek#trim (ter"auh dari gari# netra!) ke re#u!tan gaya tekan terhadap tinggi daerah tekan. &e!an"utnya &N' $eton pa#a! 12.2. mengi3inkan penggunaan diagram
tekan ya
ng !ebih #ederhana !agi, yakni diagram tekan per#egi eki*a!en
#eperti gambar berikut,
$!ok tegangan eki*a!en ter#ebut dide4ni#ikan #bb : 1. &uatu tegangan tekan merata #ebe#ar α 1f ’c (α 1 = 0,85) dia#um#ikan beker"a di#epan"ang 3ona tekan #etinggi a = ß1c mu!ai dari #erat tekan ter!uar (ek#trim). 2. 5arak dari po#i#i #erat tekan ter!uar ke #umbu netra! penampang diukur tegak !uru# terhadap #umbu netra! ter#ebut. . Ni!ai ß1 diambi! #ebagai berikut , Untuk f’c ≤ 30 Mpa ) –› ß1 = 0, 85 Untuk 30Mpa < f’c < 58Mpa ) –› ß1 = 0, 85 − 0,05! (f’c − 30) Untuk f’c " 58 Mpa ) –› ß1 = 0, #5
$%& Beton '00' p *''!3
6aktor ß1 haru# diambi! #ebe#ar 0,85 untuk beton dengan ni!ai kuat tekan f’c !ebih kei! daripada atau #ama dengan 0 Mpa. ntuk beton dengan ni!ai kuat tekan !ebih dari 0 Mpa, ß1 haru# direduk#i #ebe#ar 0,05 untuk #etiap ke!ebihan Mpa di ata# 0 Mpa, tetapi ß1 tidak bo!eh diabi! kurang dari 0,65. $erda#arkan di#tribu#i tegangan eki*a!en ter#ebut, maka re#u!tan kekuatan tekan beton ada!ah : C = ß1 f’c ab = 0.85 f’c ab.
Blok +iagra Tegangan e-ara 3 +ieni
.nalii /eru +iain
7da 2 maam perhitungan yang per!u di!akukan da!am mempe!a"ari perma#a!ahan beton bertu!ang : 1. 7na!i#i#. ada perhitungan ana!i#i#, #uatu penampang dengan data%data yang #udah diketahui, antara !ain:
ukuran penampang : !ebar, tinggi. data tu!angan : diameter dan "um!ah tu!angan.
mutu beton. mutu ba"a. 'ngin diari kapa#ita#/kemampuan/kekuatan penampang menerima
beban.
9ekuatan
ini
#e!an"utnya
di#ebut
#ebagai
kekuatan
nomina!
penampang. 9ekuatan nomina! penampang yang menerima beban !entur ba!ok ada!ah momen nomina! (Mn). ' +iain
ada perhitugan ini, dengan data%data gaya%gaya yang beker"a pada penampang akibat beban (beban yang #udah dika!ikan aktor keamanan), #ete!ah ditetapkan kekuatan/mutu beton dan ba"a yang akan digunakan, diari ukuran penampang yang ook #erta tu!angan yang diper!ukan agar #truktur di"amin dapat menahan beban%beban ter#ebut. opati1ilita Tegangan 2engan egangan 2an eei1angan
7da 2 ha! yang haru# dipenuhi da!am ana!i#i# maupun di#ain e!emen beton bertu!ang : 1. 9ompatibi!ita# Tegangan dengan egangan. Tegangan pada #etiap tempat pada e!emen haru# berhubungan dengan regangannya (#e#uai dengan diagram tegangan%regangannya, baik beton maupun ba"a). ntuk ba"a mi#a!nya, "ika ba"a
be!um menapai tegangan !e!ehnya,
ber!aku hubungan : fs = Es €s , dimana Es = modu!u# e!a#ti#ita# ba"a. 2. 9e#eimbangan. ;aya%gaya da!am yang beker"a pada penampang haru# #eimbang, yang terdiri dari :
9e#eimbangan gaya. 9e#eimbangan momen.
4roe2ur Uu untuk 4eritungan Moen %oinal Balok Tulangan Tunggal (au *)
7da + !angkah yang diper!ukan da!am menghitung kapa#ita# momen nomina! #uatu penampang ba!ok dengan tu!angan tungga! (hanya ada tu!angan tarik), 1. 7#um#ikan baha tu!angan tarik ba!ok #udah !e!eh #ebe!um beton hanur, atau fs = fy #ehingga T = As fy 2.
5ika = per#enta#e tu!angan tarik ba"a = 7#/bd maka per#amaan (1) men"adi a = pfyd/0.85 f’c………………(2)
. ek a#um#i !angkah pertama, dengan menghitung regangan tu!angan tarik yang ter"adi dari diagram regangan berda#arkan ni!ai a yang dipero!eh pada !angkah kedua. +. 9apa#ita# Momen nomina! penampang dapat dihitung dari per#amaan ke#imbangan momen, M = T ! "d = As fy (d # a/2)…………… ($) A%a& M = C ! "d M = 0.85 f’c ab (d # a/2)………………(')
5ika tu!angan tarik betu! #udah !e!eh, dengan men#ub#titu#i ni!ai a pada per#. (2) ke per#. (), maka kapa#ita# momen nomina! penampang dapat "uga ditu!i# #bb, M = As fyd ( 1 p.fy/1,.f’c)……………(5)
6eni eruntuan Lentur
ada ka#u# ini tu!angan menapai tegangan !e!ehnya (fy ) ter!ebih dahu!u, #ete!ah itu baru beton menapai regangan bata#nya ( €cu ), dan #e!an"utnya #truktur runtuh. ada ka#u# ini ter!ihat ada tanda%tanda berupa de>ek#i yang be#ar #ebe!um ter"adi keruntuhan.
1 eruntuan Tekan
9eruntuhan type ini ter"adi akibat tu!angan ter!a!u banyak, #ehingga beton yang tertekan hanur ter!ebih dahu!u (beton menapai kekuatan bata#nya ter!ebih dahu!u). 9eruntuhan ini ter"adi #eara tiba%tiba (britt!e ai!ure).
- eruntuan $ei1ang
ada type keruntuhan ini, #aat ter"adi keruntuhan ( beton menapai regangan bata#nya, €cu ), tu!angan "uga pa# menapai tegangan !e!ehnya (fy ) . 9eruntuhan ini ter"adi #eara tiba%tiba.
5eni# keruntuhan yang akan ter"adi pada #uatu penampang dengan karakteri#tik (ukuran penampang, tu!angan, mutu beton dan mutu ba"a) tertentu dapat diketahui dengan membandingkan ra#io a/d penampang ter#ebut dengan ab/d pada kondi#i keruntuhan #eimbang.
€ cu 0,003 = fy fy 0,003 + € cu + Es 20000
cb 600 = ( fy dalam Mpa) d 600 + fy
$e2angkan7
ab βcb atau cb =
=
(
600 ab = β 1 d 600 + fy
6ika
( ) ( )
6ika
( ) ( )
a d a d
<
>
ab sehingga β 1
)
ab → keruntuhan tarik → fs = fy d ab → keruntuhan tekan→ fs < fy d
al9al Uu :ang 4erlu +iperatikan
7da beberapa ha! yang per!u diperhatikan dan per!u men"adi pertimbangan da!am mendi#ain ba!ok beton bertu!ang.
?oka#i tu!angan. Tinggi minimum ba!ok. &e!imut beton (onrete o*er ) dan "arak tu!angan.
Balok 2i .ta 2ua Tupuan
Balok 2i .ta Ban:ak Tupuan
Tinggi Miniu Balok Ta1el 8, $%& 1eton '00' en:a;ikan tinggi iniu 1alok 11, Balok Balok Balok Balok
2i ata 2ua tupuan 7 in = L*# 2engan atu u;ung eneru 7 in = L*8, 5 2engan ke2ua u;ung eneru 7 in = L'* kantile/er 7 in = L8
L = pan;ang pan;ang 1entang 2ari tupuan ke tupuan
5ika ni!ai tinggi minimum ini dipenuhi pengeekan !endutan tidak per!u di!akukan. $eliut Beton
&e!imut beton ada!ah bagian beton terkei! yang me!indungi tu!angan. &e!imut beton ini
diper!ukan untuk :
Memberikan daya !ekat tu!angan ke beton. Me!indungi tu!angan dari koro#i. Me!indungi tu!angan dari pana# tinggi "ika ter"adi kebakaran. (ana# tinggi dapat menyebabkan menurun/hi!angnya kekuatan ba"a tu!angan).
Te1al eliut 1eton iniu untuk 1alok a2ala 7 0 ($%& 1eton '00' paal !)
6arak Tulangan
Tulangan Miniu Menurut $%& 1eton paal *'5*., tu!angan minimum ba!ok empat per#egi
(komponen #truktur !entur) diambi! ni!ai terbe#ar dari dua rumu# berikut : 1. As*+ =
√ f ’ c bω.d 4 fy
1.4
2. As*+ =
fy
bω.d
dimana bw merupakan !ebar badan ba!ok. Tulangan Makiu
ek#i yang be#ar #ebe!um ter"adi keruntuhan "eni# ini. ada "eni# keruntuhan ini ra#io tu!angan ρ ρ b 7gar dapat di"amin baha "eni# keruntuhan ba!ok betu!%betu! pada keruntuhan tarik, maka &N' beton 2002 membata#i ra#io tu!angan mak#imum ba!ok : ρ *a! = 0, 5 ρ b, dimana ρ b = 0,85 β 1 f ’c
fy
(
600 600 + fy
)
uat 4erlu / uat en-ana
ada perenanaan dengan menggunakan kekuatan bata#, ada 2 kekuatan yang haru# diperhatikan, uat 4erlu uat en-ana
≤ 9uat renana
uat perlu : kekuatan yang haru# mampu dipiku! ba!ok akibat beban%beban
yang #udah dika!ikan aktor keamanan (kombina#i beban).
&eara umum, ada maam beban ("ika ada) yang per!u diperhitungkan pada peranangan #truktur beton bertu!ang : * Be1an ati (+) 7 :aitu 1e1an :ang elalu a2a pa2a truktur ' Be1an i2up (L) 7 :aitu 1e1an :ang i>atn:a 1erpin2a9pin2a 3 Be1an atap (.) 7 1e1an :ang ti2ak tetap 2i atap (1e1an orang 1eker;a atau2an 1e1an peralatan) Be1an u;an () 7 genangan air u;an 2i atap 5 Be1an .ngin (?) # Be1an gepa (@) 7 1e1an eki/alen :ang 1eker;a pa2a truktur aki1at pergerakan tana pa2a peritiAa ge pa
Menurut $%& 1eton '00' paal **' , #eara umum ada maam
kombina#i beban yang haru# dipertimbangkan: * U = *, + (pa2a taap pelakanaan 1angunan) ' U = *,' + *,# L 0,5(. atau ) 3 U = *,' + *,0 L C *,# ? 0,5(. ata u ) U = 0, + C *,# ? 5 U = *,' + *,0 L C *,0 @ # U = 0, + C *,0 @
uat en-ana ada!ah kekuatan yang haru# ada pada e!emen beton ∅
bertu!ang, yakni berupa kekuatan nomina! @ aktor reduk#i kekuatan
Daktor e2uki ekuatan Menurut $%& 1eton '00' paal **3', aktor reduk#i kekuatan
ada!ah : * Lentur tanpa 1e1an akial 0,8 ' Be1an akial 2a1 1e1an akial 2engan lentur
∅
.
a akial tarik 2an akial tarik 2engan lentur 0,8 1 akial tekan 2an akial tekan 2engan lentur i oponen truktur 2engan tulangan piral 0,! ii oponen truktur lainn:a 0,#5 3 Eeer 2an tori 0,!5 Tupuan pa2a 1eton 0,#5 5 Beton polo truktural 0,55
5ika Mu merupakan momen per!u yang haru# dipiku! ba!ok akibat kombina#i beban, dan Mn momen nomina! yang #anggup dipiku! penampang ba!ok, maka Mu
≤∅
M n atau
Mn Mu
∅
+iain Balok 2en gan Tulangan Tunggal
9arena pada perenanaan e!emen !entur, keruntuhan yang ter"adi haru# keruntuhan tarik, maka ber!aku hubungan momen nomina! ba!ok #eperti : Mn f ’c .bd ². ω ( 1 0,59. ω ) =
ω = ρ
−
fy f’c
&ehingga momen renana ba!ok ada!ah :
Mn =∅ f ’c .bd ² ω ( 1−0,59. ω )
∅
Mu
2
7tau
7tau
bd
∅
f ’ c . ω (1 − 0,59. ω )
Mu ≤ ∅ f ’ c . ω ( 1− 0,59. ω ) bd ²
