MODUL KULIAH STRUKTUR BETON BERTULANG II Bahan Kuliah E-Learning Kelas Karyawan Minggu ke : 1 PENDAHULUAN Oleh Dr. Ir. Resmi Bestari Muin, MS PRODI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN UNIVERSITAS MERCU BUANA 2008
DAFTAR ISI DAFTAR ISI i I Rencana Perkuliahan 1 I.1 Pengantar.................................. 1 I.2 Deskripsi Perkuliahan............................ 1 I.3 Tujuan Umum Pembelajaran........................ 1 I.4 Tujuan Khusus Pembelajaran....................... 1 I.5 Organisasi Materi.............................. 2 I.6 Literatur yang Digunakan......................... 2 I.7 Aktivitas Pembelajaran dan Aturan Perkuliahan............. 2 I.7.1 Aktivitas Pembelajaran...................... 2 I.7.2 Sistim Evaluasi........................... 3 II Pendahuluan 4 II.1 Review dasar-dasar Teori Beton Bertulang................ 4 II.1.1 Cara Perencanaan Komponen Beton Bertulang......... 4 II.1.2 Perencanaan Dengan Beban Terfaktor.............. 4 II.1.3 Tipe Keruntuhan pada Komponen Beton Bertulang....... 4 II.1.4 Istilah-istilah............................ 5 II.2 Pengertian Kolom............................. 8 II.3 Jenis-jenis Kolom Beton Bertulang.................... 9 II.4 Kolom Pendek versus Kolom Langsing.................. 11 III Analisis dan Perencanaan 12 III.1 Analisis Versus Disain........................... 12 III.2 Perencanaan................................ 12 III.2.1 Anggapan Dasar Perencanaan................... 12 III.2.2 Perencanaan Kolom......................... 13 i
BAB I Rencana Perkuliahan I.1 Pengantar Struktur Beton Bertulang II ini merupakan kelanjutan dari perkuliahan Struktur Beton Bertulang I. Berbeda dari bahan kuliah Struktur Beton Bertulang I yang lebih menekankan pembahasan tentang perilaku elemen balok beton bertulang, bahan kuliah Struktur Beton Bertulang II ini lebih menekankan pada elemen kolom Struktur Beton Bertulang. I.2 Deskripsi Perkuliahan Perkuliahan Struktur Bertulang ini meliputi : Perilaku kolom beton bertulang akibat kombinasi beban lentur dan aksial, factor reduksi kekuatan, diagram interaksi, desain kolom pendek, desain kolom langsing, desain sengkang kolom, panjang penyaluran. I.3 Tujuan Umum Pembelajaran Adapun sebagai tujuan umum pembelajaran adalah : Agar mahasiswa memahami teori dasar karakteristik elemen kolom Beton Bertulang dan panjang penyaluran tulangan. I.4 Tujuan Khusus Pembelajaran Selain tujuan umum pembelajaran diatas, perkuliahan ini juga mempunyai tujuan khusus pembelajaran, yakni : Agar mahasiswa mampu merencanakan kolom Struktur Beton Bertulang berdasarkan teori dan Standar/Aturan yang berlaku, dan mampu merencanakan panjang penyaluran tulangan beton. 1
I.5 Organisasi Materi Materi perkuliahan terdiri dari : Materi Jumlah minggu 1. Pendahuluan 1 x 2. Kolom Pendek 1 x 3. Diagram Interaksi 4 x 4. Disain Kolom Pendek 2 x 5. Kolom Langsing 1 x 6. Review Analisis Struktur Metoda Cross 1 x 7. Disain Kolom Langsing 1 x 8. Sengkang kolom 1 x 9. Perencanaan Kolom Biaksial 1 x 10. Panjang penyaluran 2 x I.6 Literatur yang Digunakan Dept. Kimpraswil, 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Bertulang Untuk Bangunan Gedung, SNI 03-2847-2002 MacGregor, J. G., dan Wight, J., K., 2005, Reinforced Concrete Structure, Prentice- Hall,Inc, New Jersey. Vis, W. C., Kusuma, G., 1995, Dasar-dasar Perencanaan Beton Bertulang (Berdasarkan SKSNI T-15-1991-03), Seri Beton 1, Erlangga, Jakarta. Vis, W. C., Kusuma, G., 1995, Grafik dan Tabel Perhitungan Beton Bertulang (Berdasarkan SKSNI T-15-1991-03), Seri Beton 4, Erlangga, Jakarta. I.7 Aktivitas Pembelajaran dan Aturan Perkuliahan I.7.1 Aktivitas Pembelajaran 1. Perkuliahan : pertemuan ke 1, 4, 7, 11 dan 14. 2. Pembelajaran melalui E-Learning setiap minggu. 2
3. Quiz, untuk setiap materi minggu terkait. 4. Diskusi melalui Forum E-Learning setiap minggu.. 5. Ujian Tengah Semester. 6. Ujian Akhir Semester. I.7.2 Sistim Evaluasi Bentuk Evaluasi persentase nilai 1. Quiz 25 % 2. UTS 25 % 3. UAS 35 % 4. Aktif di Forum 15 % 3
BAB II Pendahuluan II.1 Review dasar-dasar Teori Beton Bertulang Sebelum masuk pada materi Struktur Beton Bertulang II, ada beberapa hal yang perlu diingat kembali mengenai dasar-dasar teori bertulang yang telah dibahas pada Struktur Beton Bertulang I, yakni : II.1.1 Cara Perencanaan Komponen Beton Bertulang Perencanaan komponen beton bertulang dapat dilakukan dengan cara : Beban Batas / Beban Terfaktor. Cara ini lebih disaran Peraturan Beton Bertulang Indonesia untuk digunakan pada perencanaan. Beban Kerja. Cara ini merupakan cara alternatif dalam perencanaan. Pada cara ini tegangan yang terjadi dibatasi oleh tegangan izin. II.1.2 Perencanaan Dengan Beban Terfaktor Pada perencanaan komponen beton bertulang dengan cara beban terfaktor, maka : Beban yang digunakan adalah beban yang sudah dikalikan dengan suatu faktor. Kekuatan beton yang digunakan adalah kekuatan batasnya ( f c ) x faktor reduksi (φ). II.1.3 Tipe Keruntuhan pada Komponen Beton Bertulang Ada 3 kemungkinan type / kasus keruntuhan yang terjadi pada perencanaan dengan menggunakan kekuatan batas ini : Tulangan Kuat (Overreinvorced). Keruntuhan type ini terjadi akibat tulangan terlalu banyak, sehingga beton yang tertekan hancur terlebih dahulu (beton 4
mencapai kekuatan batasnya terlebih dahulu). tiba-tiba (brittle failure). Keruntuhan ini terjadi secara Gambar II.1. Contoh Tulangan Kuat (Overreinvorced) dan Regangannya Tulangan Lemah (Underreinvorced). Pada kasus ini tulangan mencapai tegangan lelehnya (f y ) terlebih dahulu, setelah itu baru beton mencapai regangan batasnya ( ɛ c ), dan selanjutnya struktur runtuh. Pada kasus ini terlihat ada tanda-tanda berupa defleksi yang besar sebelum terjadi keruntuhan. Balanced Reinvorced. Pada type keruntuhan ini, saat terjadi keruntuhan ( beton mencapai regangan batasnya, ɛ c ), tulangan juga pas mencapai tegangan lelehnya (f y ). Keruntuhan ini juga terjadi secara tiba-tiba. II.1.4 Istilah-istilah Beberapa istilah-istilah pada dasar-dasar perencanaan struktur beton bertulang : Tegangan : intensitas gaya per satuan luas yang dinyatakan dalam satuan kg/cm 2, Mpa atau N/mm 2. 5
Gambar II.2. Contoh Tulangan Lemah (Underreinvorced) dan Regangannya Gambar II.3. Contoh Tulangan Seimbang (Balanced Reinvorced)dan Regangannya 6
f c (kuat tekan beton yang disyaratkan) : tegangan beton yang ditetapkan/digunakan pada perencanaan, dengan aplikasi pengujian di lapangan berupa hasil benda uji berbentuk silinder diameter 150 mm dan tinggi 300 mm. f y ( kuat tarik leleh ) : tegangan tarik leleh minimum yang disyaratkan pada tulangan. Kuat nominal : kemampuan elemen atau penampang struktur dalam menerima beban yang dihitung berdasarkan ketentuan dan asumsi dari tata cara pada SNI 03-2847-2002. Jika berupa momen, maka kuat nominal dimaksud adalah momen nominal ( M n ). Jika berupa gaya tekan, maka kuat nominal dimaksud adalah kuat tekan nominal ( P n ). Jika berupa gaya geser, maka kuat nominal dimaksud adalah kuat geser nominal ( V n ). Beban terfaktor : Beban kerja yang telah dikalikan dengan faktor beban yang ditentukan dalam pasal 11.2 SNI 03-2847-2002. Kuat Perlu : kekuatan suatu komponen struktur / penampang yang diperlukan untuk menahan beban terfaktor dalam suatu kombinasi beban. Kuat rencana : kuat nominal x faktor reduksi kekuatan komponen struktur (φ) menurut pasal 11.3 SNI 03-2847-2002, yang mana nilai φ < 1. Artinya kekuatan elemen struktur beton bertulang yang digunakan pada perencanaan lebih kecil dari kemampuan elemen itu yang sesungguhnya (kuat nominalnya) Selain itu pada setiap perencanaan elemen struktur beton bertulang, diharuskan : 7
Kuat rencana Kuatperlu artinya : φm n M u φv n V u φp n P u dimana : M u, V u dan P u merupakan kekuatan momen, gaya geser dan gaya tekan yang diperlukan untuk menerima beban terfaktor. II.2 Pengertian Kolom Kolom merupakan elemen tekan yang menumpu / menahan balok yang memikul beban-beban pada lantai. Sehingga kolom ini sangat berarti bagi struktur. Jika kolom runtuh, maka runtuh pulalah bangunan secara keseluruhan. Elemen struktur beton Gambar II.4. Kolom Beton bertulang dikategorikan sebagai kolom jika, L b 3, L = panjang kolom, b = lebar penampang kolom Jika L b < 3, elemen tersebut dinamakan pedestal. Pada umumnya kolom beton tidak hanya menerima beban aksial tekan, tapi juga momen. 8
II.3 Jenis-jenis Kolom Beton Bertulang Berdasarkan bentuk dan komposisi material yang umum digunakan, maka kolom bertulang dapat dibagi dalam beberapa type berikut : 1. Kolom empat persegi dengan tulangan longitudinal dan tulangan pengikat lateral / sengkang. Bentuk penampang kolom bisa berupa bujur sangkar atau berupa empat persegi panjang. Kolom dengan bentuk empat persegi ini merupakan bentuk yang paling banyak digunakan, mengingat pembuatannya yang lebih mudah, perencanaannya yang relatif lebih sederhana serta penggunaan tulangan longitudinal yang lebih efektif (jika ada beban momen lentur) dari type lainnya. 2. Kolom bulat dengan tulangan longitudinal dan tulangan pengikat spiral atau tulangan pengikat lateral. Kolom ini mempunyai bentuk yag lebih bagus dibanding bentuk yang pertama di atas, namun pembuatannya lebih sulit dan penggunaan tulangan longitudinalnya kurang efektif (jika ada beban momen lentur) dibandingkan dari type yang pertama di atas. 3. Kolom komposit. Pada jenis kolom ini, digunakan profil baja sebagai pemikul lentur pada kolom. Selain itu tulangan longitudial dan tulangan pengikat juga ditambahkan bila perlu. Bentuk ini biasanya digunakan, apabila jika hanya menggunakan kolom bertulang biasa diperoleh ukuran yang sangat besar karena bebannya yang cukup besar, dan disisi lain diharapkan ukuran kolom tidak terlalu besar. Berdasarkan kelangsingannya, kolom dapat dibagi atas : Kolom Pendek, dimana masalah tekuk tidak perlu menjadi perhatian dalam merencanakan kolom karena pengaruhnya cukup kecil. Kolom Langsing, dimana masalah tekuk perlu diperhitungkan dalam merencanakan kolom. 9
(1) (2) (3) Gambar II.5. Jenis Kolom Berdasrkan Betuk dan Komposisi Material 10
II.4 Kolom Pendek versus Kolom Langsing Menurut peraturan beton bertulang Indonesia : SNI 03-2847-2002, masalah tekuk dapat diabaikan atau kolom direncanakan sebagai kolom pendek, jika : kl u r 34 12 ( M1 M 2 ) dimana : k = faktor panjang efektif komponen struktur tekan (akan dibahas lebih lanjut pada perkuliahan yang berkenaan dengan topik Kolom Langsing). l u = panjang bentang komponen struktur lentur (balok/pelat) yang diukur dari pusat ke pusat titik kumpul. r = jari-jari girasi penampang kolom. M 1 = momen ujung terfaktor yang lebih kecil pada kolom. M 2 = momen ujung terfaktor yang lebih besar pada kolom. ( M 1 bernilai positif bila kolom melentur dengan kelengkungan tunggal. ( ) M 1 M 2 bernilai negatif bila kolom melentur dengan kelengkungan ganda. M 2 ) Gambar II.6. Kelengkungan Tunggal dan Kelengkungan Ganda 11
BAB III Analisis dan Perencanaan III.1 Analisis Versus Disain Ada 2 macam perhitungan yang perlu dilakukan dalam mempelajari permasalahan beton bertulang : 1. Analisis. Pada perhitungan analisis, suatu penampang dengan data-data yang sudah diketahui, antara lain ukuran penampang : lebar, tinggi. data tulangan : diameter dan jumlah tulangan. mutu beton. mutu baja. ingin dicari kapasitas/kemampuan/kekuatan penampang menerima beban. Kekuatan ini selanjutnya disebut sebagai kekuatan nominal penampang. Kekuatan nominal penampang yang menerima beban aksial dan lentur adalah gaya aksial nominal (P n ) dan momen nominal (M n ). 2. Disain. Pada perhitugan ini, dengan data-data gaya-gaya yang bekerja pada penampang akibat beban (beban yang sudah dikalikan faktor keamanan), setelah ditetapkan kekuatan/mutu beton dan baja yang akan digunakan, dicari ukuran penampang yang cocok serta tulangan yang diperlukan agar struktur dijamin dapat menahan beban-beban tersebut. III.2 III.2.1 Perencanaan Anggapan Dasar Perencanaan Kekuatan kolom beton bertulang direncanakan dengan anggapan-anggapan/asumsiasumsi sebagai berikut : 12
Distribusi regangan disepanjang permukaan penampang kolom bersifat linier. Tidak terjadi slip antara beton dengan tulangan. Regangan tekan maksimum beton pada kondisi ultimit = 0.003 Kekuatan tarik beton diabaikan, karena jauh lebih kecil dari kekuatan tarik baja tulangan, sehingga tidak berarti. III.2.2 Perencanaan Kolom SNI Beton 03-2847-2002 pasal 12.9.1 membatasi rasio tulangan (ρ) pada kolom, sbb 0, 01 ρ 0, 08 dimana ρ = A st A g A g = luas total penampang kolom (termasuk luas penamp. tul.) A st = luas total penampang tulangan Walaupun ρ max dapat diambil 0, 08, kenyataan di lapangan hal ini sulit dilaksanakan, apalagi jika perlu ada sambungan lewatan. Untuk Indonesia, karena harga besi tulangan jauh lebih mahal dari bahan beton, maka biasanya rasio tulangan yang ekonomis berkisar antara 1-4%, tergantung lokasi daerah. 13