Perencanaan Struktur Beton Bertulang

1
Perencanaan Struktur Beton Bertulang

• Bab VI

2
Beton dan Beton Bertulang

• Beton adalah campuran pasir, kerikil atau batu
  pecah, semen, dan air.
• Bahan lain (admixtures) dapat ditambahkan pada
  campuran beton untuk meningkatkan workability,
  durability, dan waktu pengerasan.
• Beton mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, dan
  kekuatan tarik yang rendah.
• Beton dapat retak karena adanya tegangan tarik
  akibat beban, susut yang tertahan, atau perubahan
  temperatur.
• Beton bertulang adalah kombinasi dari beton dan
  baja, dimana baja tulangan memberikan kekuatan
  tarik yang tidak dimiliki beton. Baja tulangan
  juga dapat memberikan tambahan kekuatan tekan
  pada struktur beton.

3
Towers
CN Tower, 1975
4
Cantilever
Ganter Bridge, 1980, Swiss
5
Water Building
Dutch Sea Barrier
6
Komponen Struktur Beton Bertulang
7
Keuntungan Penggunaan Beton Bertulang untuk
Material Struktur

• Mempunyai kekuatan tekan yang tinggi dibandingkan
  kebanyakan material lain.
• Cukup tahan terhadap api dan air.
• Sangat kaku.
• Pemeliharaan yang mudah.
• Umur bangunan yang panjang.
• Mudah diproduksi, terbuat dari bahan-bahan yang
  tersedia lokal (batu pecah/kerikil, pasir, dan
  air), dan sebagian kecil semen dan baja tulangan
  yang dapat didatangkan dari tempat lain.
• Dapat digunakan untuk berbagai bentuk elemen
  struktur (balok, kolom, pelat, cangkang, dll).
• Ekonomis, terutama untuk struktur pondasi,
  basement, pier, dll.
• Tidak memerlukan tenaga kerja dilatih khusus.

8
Kerugian Penggunaan Beton Bertulang untuk
Material Struktur

• Mempunyai kekuatan tarik yang rendah sehingga
  memerlukan baja tulangan untuk menahan tarik.
• Memerlukan cetakan/bekisting serta formwork
  sampai beton mengeras, yang biayanya bisa cukup
  tinggi.
• Struktur umumnya berat karena kekuatan yang
  rendah per unit berat.
• Struktur umumnya berdimensi besar karena kekuatan
  yang rendah per unit volume.
• Properties dan karakteristik beton bervariasi
  sesuai dengan proporsi campuran dan proses
  mixing.
• Berubah volumenya sejalan dengan waktu (adanya
  susut dan rangkak).

9
Mekanisme Struktur Beton dan Beton Bertulang

• Retak terjadi pada beton karena tidak kuat
  memikul tegangan tarik
• Baja tulangan tarik diberikan untuk memikul
  tegangan tarik pada struktur beton bertulang

10
Perencanaan Struktur

• Tujuan Disain Struktur harus memenuhi kriteria
  berikut,
• Sesuai dengan fungsi/kebutuhan
• Ekonomis
• Layak secara struktural
• Pemeliharaan mudah
• Proses Disain
• Definisi kebutuhan dan prioritas
• Pengembangan konsep sistem struktur
• Disain elemen-elemen struktur

11
Prinsip Dasar Disain

• Kekuatan gt beban
• Berlaku untuk semua gaya dalam, yaitu momen
  lentur, gaya geser, dan gaya aksial
• ?Rn gt ?1S1 ?2S2
• ? adalah faktor reduksi kekuatan/tahanan, ?i
  adalah faktor beban
• ? bervariasi sesuai dengan sifat gaya,
• Lentur, ? 0.90
• Geser dan torsi, ? 0.85
• Aksial tarik, ? 0.90
• Aksial tekan, dengan tulangan spiral, ? 0.75
• Aksial tekan, dengan tulangan lain, ? 0.70

12
Prinsip Dasar Disain

• ? bervariasi sesuai dengan sifat beban dan
  peraturan
• Beban yang umum bekerja
• Beban mati atau berat sendiri (D)
• Beban hidup (L)
• Beban atap (Lr)
• Beban hujan (R)
• Beban gempa (E)
• Beban angin (W), dll
• Kombinasi beban yang umum dipakai
• U 1.4D 1.7 L
• U 1.2D 1.6 L E

13
Struktur Beton Bertulang
14
Properties Beton Bertulang

• Kekuatan tekan
• Modulus Elastisitas
• Rasio Poisson
• Susut (Shrinkage)
• Rangkak (Creep)
• Kekuatan tarik
• Kekuatan geser

15
Material Beton

• Hubungan regangan vs waktu

16
Material Beton

• Hubungan tegangan-regangan

17
Material Beton

• Hubungan kekuatan vs waktu

18
Kekuatan Tekan (fc)

• Tipikal kurva tegangan-regangan beton

19
Kekuatan Tekan (fc)

• Kurva tegangan regangan bersifat linier hingga
  1/3 sampai 1/2 dari kekuatan tekan ultimate,
  setelah itu kurva bersifat non linier
• Tidak terdapat titik leleh yang jelas, kurva
  cenderung smooth
• Kekuatan tekan ultimate tercapai pada regangan
  sebesar 0.002
• Beton hancur pada regangan 0.003 sampai 0.004.
  Untuk perhitungan, diasumsikan regangan ultimate
  beton adalah 0.003
• Beton mutu rendah lebih daktail dari beton mutu
  tinggi, yaitu mempunyai regangan yang lebih besar
  pada saat hancur

20
Kekuatan Tekan (fc)

• Ditentukan berdasarkan tes benda uji silinder
  beton (ukuran 15 x 30 cm) usia 28 hari
• Dipengaruhi oleh
• Perbandingan air/semen (water/cement ratio)
• Tipe semen
• Admixtures/bahan tambahan
• Agregat
• Kelembaban pada waktu beton mengeras
• Temperatur pada waktu beton mengeras
• Umur beton
• Kecepatan pembebanan

21
Modulus Elastisitas, Ec

• Beberapa definisi
• Modulus awal, yaitu slope atau kemiringan kurva
  tegangan regangan di titik awal kurva
• Modulus tangen, yaitu slope atau kemiringan di
  suatu titik pada kurva tegangan regangan,
  misalkan pada kekuatan 50 dari kekuatan ultimate
• Nilai Modulus Elastisitas
• Ec wc1.5 (0.043) ?fc (SI Unit)
• Ec wc1.5 (33) ?fc (Imperial Unit)
• Untuk beton normal, wc 2320 kg/m3 (atau 145
  lb/ft3 )
• Ec 4700 ?fc (SI Unit)
• Ec 57000 ?fc (Imperial Unit)

22
Kekuatan Tarik

• Kekuatan tarik (modulus of rupture)
• fr 6M/(bh2)
• Kekuatan tarik split test (tensile
  flexural strength) ft 2P/(?ld)

23
Susut (Shrinkage)

• Pada saat adukan beton mengeras, sebagian dari
  air akan menguap. Akibatnya beton akan menyusut
  dan retak.
• Retak dapat mengurangi kekuatan elemen struktur,
  dan dapat menyebabkan baja tulangan terbuka
  sehingga rawan terhadap korosi.
• Susut berlangsung pada waktu yang lama, tetapi
  90 terjadi pada tahun pertama.
• Semakin luas permukaan beton yang terbuka,
  semakin tinggi tingkat susut yang terjadi.
• Untuk mengurangi susut
• Gunakan air secukupnya pada campuran beton
• Permukaan beton harus terus dibasahi selama
  pengeringan berlangsung (curing)
• Pengecoran elemen besar (plat, dinding, dll)
  dilangsungkan secara bertahap
• Gunakan sambungan struktur untuk mengontrol
  lokasi retak
• Gunakan tulangan susut
• Gunakan agregat yang padat dan tidak berongga
  (porous)

24
Rangkak (Creep)

• Pada saat mengalami beban, beton akan terus
  berdeformasi sejalan dengan waktu. Deformasi
  tambahan ini disebut dengan rangkak atau plastic
  flow.
• Pada saat struktur dibebani, deformasi elastis
  akan langsung terjadi pada struktur,
• Jika beban terus bekerja, deformasi akan terus
  bertambah, hingga deformasi akhir dapat mencapai
  dua atau tiga kali deformasi elastis.
• Jika beban dipindahkan, struktur akan kehilangan
  deformasi elastisnya, tetapi hanya sebagian kecil
  dari deformasi tambahan/rangkak yang akan hilang.
• Sekitar 75 dari rangkak terjadi pada tahun
  pertama.

25
Beton normal vs Beton ringan
26
Baja Tulangan

• Terdiri dari tulangan polos dan tulangan ulir
• Umumnya kekuatan tarik baja
• Tulangan polos fy 240 MPa
• Tulangan ulir fy 400 Mpa

27
Kurva Tegangan-Regangan Baja Tulangan
28
Ukuran Baja Tulangan
29
Pembebanan pada Struktur

• Jenis beban
• Beban mati/Dead Loads (DL) berat sendiri
  struktur, beban permanen
• Beban hidup/Live Loads (LL) berubah besar dan
  lokasinya
• Beban lingkungan gempa (E), angin (W), hujan
  (R), dll
• Kombinasi beban ditentukan oleh peraturan, misal
• 1.4 D
• 1.2 D 1.6 L

30
Analisis Lentur Balok Beton Bertulang

• Balok mengalami 3 tahap sebelum runtuh
• Sebelum retak (uncracked concrete stage)
• Setelah retak tegangan elastis (concrete
  cracked-elastic stresses stage),
• Kekuatan ultimate (ultimate strength stage)

31
Analisis Lentur Balok Beton Bertulang
32
Analisis Lentur Balok Beton Bertulang
33
Analisis Lentur Balok Beton Bertulang
34
Uncracked concrete stage

• Tegangan tarik beton fc lt fr
• fr 0.7 ?fc (SI Unit)
• fr 7.5 ?fc (US Unit)
• Dibatasi oleh momen pada saat retak (cracking
  moment) Mcr
• Mcr fr Ig / yt

35
Contoh 1 Cracking Moment
36
Contoh 1 Cracking Moment
37
Concrete Cracked Elastic Stresses Stage

• Beton di bawah garis netral (NA) tidak memikul
  gaya tarik, dan sepenuhnya ditahan oleh baja
• NA ditentukan dengan prinsip transformed area (n
  x Ac)
• Rasio modulus
• n Es/Ec

38
Contoh 2 Bending Moment for Cracked Concrete
39
Ultimate Strength Stage

• Asumsi
• Tulangan tarik leleh sebelum beton di daerah
  tekan hancur
• Diagram kurva tegangan beton dapat didekati
  dengan bentuk segi empat

40
Ultimate Strength Stage

• Penyederhanaan kurva tegangan beton
• US Unit
• SI Unit

41
Ultimate Strength Stage

• Prosedur Analisis
• Hitung gaya tarik T As fy
• Hitung C 0.85 fc a b, dan dengan T C,
  tentukan nilai a
• Hitung jarak antara T dan C (untuk penampang segi
  empat, jarak tersebut adalah d a/2)
• Tentukan Mn sebagai T atau C dikalikan dengan
  jarak antara kedua gaya tersebut

42
Contoh 3 Nominal moment
43
Keruntuhan Balok Beton Bertulang

• Tension failure
• tulangan leleh sebelum beton hancur
• balok bersifat under-reinforced
• Compression failure
• beton hancur sebelum tulangan leleh
• balok bersifat over-reinforced
• Balanced failure
• beton hancur dan tulangan leleh secara bersamaan
• balok bersifat balanced-reinforced

44
Keruntuhan Balok Beton Bertulang
45
Luas Tulangan Minimum

• Diperlukan untuk mencegah balok runtuh mendadak
• Berdasarkan peraturan

46
Luas Tulangan Balanced ?b

• Beton hancur dan tulangan leleh secara bersamaan

47
Tulangan Tekan/Negatif

• Tulangan tekan/negatif adalah tulangan yang
  berada di daerah tekan balok
• Balok yang mempunyai tulangan tarik dan tekan
  disebut doubly reinforced beams
• Momen Nominal

48
Contoh 4 Doubly Reinforced Beams
SOLUTION
49
Contoh 4 Doubly Reinforced Beams
50
Tulangan Transversal/Geser

• Memikul sebagian gaya geser pada balok
• Menahan retak geser pada balok
• Meningkatkan kekuatan dan daktilitas balok

51
Tulangan Transversal (Stirrup)
52
Kekuatan Geser Balok

• Kuat geser nominal
• Vn Vc Vs
• Kuat geser beton
• Vc 2 ?fc bw d (US Unit)
• Vc (?fc bw d)/6 (SI Unit)
• Kuat geser tulangan
• Vs Av fy d/s

53
(No Transcript)
54
Contoh 5 Stirrup
55
Contoh 5 Stirrup
56
(No Transcript)
57
Perencanaan Balok (Komponen Struktur Lentur)
pada SNI
58
Komponen Struktur Lentur (Balok)

• Persyaratan Gaya
• Gaya aksial tekan terfaktor pada komponen
  struktur tidak melebihi
• Persyaratan Geometri
• Bentang bersih komponen struktur tidak boleh
  kurang dari empat kali tinggi efektifnya.
• Perbandingan lebar terhadap tinggi 0,3.
• Lebar penampang haruslah
• (a) 250 mm,
• (b) lebar kolom ditambah jarak pada tiap sisi
  kolom yang tidak melebihi tiga perempat tinggi
  komponen struktur lentur

59

• Persyaratan Tulangan Lentur
• Jumlah tulangan atas dan bawah tidak boleh kurang
  dari tulangan minimum atau 1,4bwd/fy, dan rasio
  tulangan ? tidak boleh melebihi 0,025. Harus ada
  minimum dua batang tulangan atas dan dua batang
  tulangan bawah yang dipasang secara menerus
• Kuat lentur positif balok pada muka kolom harus
  setengah kuat lentur negatifnya. Kuat lentur
  negatif dan positif pada setiap penampang di
  sepanjang bentang harus seperempat kuat lentur
  terbesar pada bentang tersebut.
• Sambungan lewatan pada tulangan lentur harus
  diberi tulangan spiral atau sengkang tertutup
  yang mengikat sambungan tersebut.
• Sambungan lewatan tidak boleh digunakan (a) pada
  daerah hubungan balok-kolom (b) pada daerah
  hingga jarak dua kali tinggi balok dari muka
  kolom, dan (c) pada tempat-tempat yang
  berdasarkan analisis, memperlihatkan kemungkinan
  terjadinya leleh lentur akibat perpindahan
  lateral inelastis struktur rangka

60
Tulangan Lentur (Longitudinal) Balok
61
Persyaratan Sambungan Lewatan
62

• Persyaratan Tulangan Transversal
• Sengkang tertutup harus dipasang
• Pada daerah hingga dua kali tinggi balok diukur
  dari muka tumpuan
• Di sepanjang daerah dua kali tinggi balok pada
  kedua sisi dari suatu penampang yang berpotensi
  membentuk sendi plastis
• Sengkang tertutup pertama harus dipasang tidak
  lebih dari 50 mm dari muka tumpuan. Spasi
  sengkang tertutup tidak boleh melebihi (a) d/4,
• (b) delapan kali diameter terkecil tulangan
  memanjang
• (c) 24 kali diameter batang tulangan sengkang
  tertutup, dan
• (d) 300 mm.

63
Tulangan Transversal Balok (Confinement/Kekangan)
64
Contoh Sengkang Tertutup yang Dipasang Bertumpuk
65
Persyaratan Kuat Geser

• Gaya Rencana
• Gaya geser rencana Ve harus ditentukan dari
  peninjauan gaya statik pada bagian komponen
  struktur antara dua muka tumpuan
• Tulangan transversal
• Tulangan transversal harus dirancang untuk
  memikul geser dengan menganggap Vc 0 bila
• Gaya geser akibat gempa mewakili setengah atau
  lebih daripada kuat geser perlu maksimum di
  sepanjang daerah tersebut, dan
• Gaya aksial tekan terfaktor, termasuk akibat
  gempa, lebih kecil dari

66
Perencanaan Geser untuk Balok
Momen ujung Mpr didasarkan pada tegangan tarik
1,25 fy
67
Susut
68
Susut

• Efek kelembaban pada susut

• Efek ketebalan beton pada susut

69
Rangkak
70
Rangkak

• Efek ketebalan beton pada rangkak