Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting untuk digunakan dalam perhitungan perencanaan beton bertulang ialah tegangan luluh fy dan
modulus elastisitas Es. Baja memiliki beberapa kelebihan sebagai bahan konstruksi, diantaranya:
1. Nilai kesatuan yang tinggi per satuan berat
2. Keseragaman bahan dan komposit bahan yang tidak berubah terhadap
waktu 3.
Dengan sedikit perawatan akan didapat masa pakai yang tidak terbatas 4.
Daktilitas yang tinggi 5.
Mudah untuk diadakan pengembangan strukur Disamping itu baja juga mempunyai kekurangan dalam hal:
1. Biaya perawatan yang besar
2. Dibandingkan dengan kekuatannya kemampuan baja melawan tekuk
kecil 3.
Nilai kekuatannya akan berkurang, jika dibebani secara berulangperiodik, hal ini biasa disebut dengan lelahfatigue.
Dengan kemajuan teknologi, perlindungan terhadap karat dan kebakaran pada baja sudah ditemukan, hingga akibat buruk yang mungkin terjadi
bisa dikurangidihindari.
2.1.2.1 Baja Tulangan
Besi tulangan berfungsi sebagai penahan gaya tarik dan lentur akibat momen yang berkerja pada konstruksi beton. Agar dapat menjadi baja tulangan
dalam konstruksi, maka besi tersebut tidak boleh menunjukkan retak-retak,
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
bergelombang, lipatan dan lain-lain dalam jangka waktu mengerjakan pengangkutan, pembengkokan maupun pemotongan. Beton kuat terhadap tekan,
tetapi lemah terhadap tarik. Oleh karena itu, perlu tulangan untuk menahan gaya tarik untuk memikul beban-beban yang bekerja pada beton. Tulangan baja
tersebut perlu untuk beban-beban berat dalam hal untuk mengurangi lendutan jangka panjang. Dalam hal ini beton bertulang komposit yang mampu menahan
tarik maupun gaya tekan. Untuk mengikat tulangan besi di lapangan, dipakai kawat beton yang
elastis yang terbuat dari baja lunak dengan diameter minimal 1 mm. Baja tulangan di dalam berkas tidak boleh mempunyai diameter minimal selisihnya satu sama
lain 3 mm pada setiap penampang dan harus diikat erat dengan kawat beton dengan jarak pengikatan tidak lebih dari 24 kali diameter pengenal batang
terkecil. Dalam pemasangan tulangan harus memenuhi persyaratan-persyaratan
sesuai dengan peraturan yang dipergunakan, diantaranya tentang pembengkokan tulangan, pemutusan, jarak antar tulangan, selimut, panjang penyaluran, dan
sebagainya. Pada penyambungan tulangan-tulangan baja dibedakan atas penyambungan pada tulangan baja dengan profil polos dan baja dengan profil
ulir. Untuk sambungan baja polos, sambungan lewatan harus lebih besar sama dengan 40 kali diameter baja dengan pembengkokan tulangan sepanjang 5 kali
diameter atau 4-5 cm. Untuk sambungan baja profil ulir, sambungan lewatan harus lebih besar sama dengan 40 kali diameter baja tulangan tanpa adanya
pembengkokan pada ujung-ujung tulangan yang terputus. Baja tulangan harus dipasang dengan seksama pada tempat yang telah ditentukan, diikat dengan kuat
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
dan tetap dipertahankan ditempatnya dengan menggunakan kait-kait, sengkang, ganjal atau penahan, kawat pengikat dan alat-alat lainnya selama dilaksanakan
pengecoran beton. Selimut beton atau penutup adalah jarak minimum antara sisi luar dari
tulangan termasuk sengkang, kawat pengikat dan tulangan spiral dan permukaan permanen terdekat dari beton. Dari elemen-elemen beton yang teratur, selimut
beton tidak boleh kurang dari 40 mm untuk kolom, 25 mm untuk balok dan 20 mm untuk tembok pelat, apabila elemen-elemen beton tersebut terpasang di
tempat-tempat terbuka, dan harus ditambahkan dengan 35 – 40 mm untuk komponen-komponen utama, atau 45 mm untuk tembok dan pelat lantai jika tanah
dipergunakan sebagai acuannya. Setiap jenis baja tulangan yang dihasilkan oleh pabrik pada umumnya
setiap pabrik mempunyai standar mutu dan jenis baja, sesuai dengan yang berlaku di negara yang bersangkutan. Namun demikian, pada umumnya baja tulangan
yang terdapat di pasaran Indonesia dapat dibagi dalam mutu-mutu yang tercantum dalam daftar berikut:
Mutu Sebutan
Tegangan ulur karakterstik σau atau tegangan karakteristik yang
memberikan regangan tetap 0.2 σ0.2 dalam kgcm
2
U – 22 U – 24
U – 32 U – 39
U – 48 Baja Lunak
Baja Lunak Baja Sedang
Baja Keras Baja Keras
2.200 2.400
3.200 3.900
4.800
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Yang dimaksud dengan tegangan ulur karakteristik dan tegangan karakteristik yang memberikan regangan tetap 0.2 adalah tegangan yang
bersangkutan, dimana dari sejumlah besar hasil pemeriksaan, kemungkinan adanyan tegangan yang kurang dari tegangan tersebut terbatas sampai 58 saja.
Tegangan ulur minimum dan tegangan minimum yang memberikan regangan tetap 0.2 yang dijamin oleh pabrik pembuatannya dengan sertifikat,
dapat dianggap sebagai tegangan karakteristik bersangkutan.
2.1.3 Sifat Bahan Beton
Beton dapat dipakai dengan mencampurkan bahan-bahan agregat halus dan kasar yaitu pasir, batu, batu pecah, atau bahan semacam lainnya, dengan
menambahkan secukupnya bahan perekat semen, dan air sebagai bahan pembantu guna keperluan reaksi kimia selama proses pengerasan dan perawatan beton
berlangsung. Semen berfungsi sebagai pengikat, agregat sebagai bahan pengisi, serta air sebagai bahan penyatu bahan-bahan tersebut.
Semen Portland adalah suatu bahan konstruksi yang paling banyak dipakai serta merupakan jenis semen hidrolik yang penting. Semen Portland
dipergunakan dalam semua jenis struktural seperti tembok, lantai, jembatan, terowongan dan sebagian yang diperkuat dengan tulangan atau tanpa tulangan.
Menurut SNI 15-2049-1994, 1994, Semen Portland diklasifikasikan dalam lima jenis, yaitu :
1. Jenis I : Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis lain,
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
2. Jenis II : Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat atau kalori hidrasi sedang,
3. Jenis III : Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan kekuatan tinggi pada tahap permulaan setelah pengikatan terjadi,
4.Jenis IV: Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan kalori hidrasi rendah, dan
5. Jenis V : Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan tinggi terhadap sulfat .
Kekuatan beton tergantung dari banyak faktor, seperti:
- Proporsi campuran
- Kondisi temperatur dan kelembaban dari tempat dimana campuran
ditempatkan dan mengeras
- Jumlah air yang relatif terhadap semen serta cara pengolahannya.
Faktor air semen fas sangat mempengaruhi kekuatan beton, fas merupakan perbandingan antara berat air dengan semen dalam adukan beton.
Secara umum diketahui bahwa semakin tinggi nilai fas, semakin rendah mutu kekuatan beton. Namun fas yang semakin rendah tidak selalu berarti bahwa
kekuatan beton semakin tinggi. Nilai fas yang rendah akan menyebabkan kesulitan dalam pelaksanaan pemadatan yang pada akhirnya akan menyebabkan
mutu beton menurun. Umumnya nilai fas minimum yang diberikan sekitar 0,4 dan maksimum 0,65. Rata–rata ketebalan lapisan yang memisahkan antara partikel
dalam beton sangat bergantung pada faktor air semen yang digunakan dan kehalusan butir semennya.
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Gambar 2.3 Grafik Faktor Air Semen
Di bawah ini ditunjukkan nilai faktor air semen yang ditetapkan menurut PBBI tahun 1971
Tabel 2.5
Jumlah semen Minimum per m
3
Beton kg Nilai Faktor Air
Semen Maksimun Beton di dalam ruang bangunan:
a Keadaan keliling korosif
b Keadaan keliling korosif disebabkan
oleh kondensasi atau uap-uap korosif Beton di luar ruang bangunan:
a Tidak terlindung dari hujan dan terik
matahari langsung b
Terlindung dari hujan dan terik matahari langsung
Beton yang masuk ke dalam tanah: a
Mengalami keadaan basah kering berganti-ganti
b Mendapat pengaruh sulfat alkali dari
tanah atau air tanah Beton yang kontinu berhubungan dengan air:
a Air tawar
b Air laut
275 325
325 275
325 375
275 375
0.60 0.52
0.6 0.6
0.55 0.52
0.57 0.52
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Air untuk pembuatan campuran beton tidak boleh mengandung minyak, asam alkali, garam-garam, bahan organik atau bahan-bahan lain yang
dapat merusak beton. Untuk itu apabila ada keraguan mengenai air, maka harus diadakan pemeriksaan zat-zat yang terkandung air tersebut. Adapun pH air yang
diperkenankan adalah berkisar antara 6.8 -7.2 ,demikian pH air yang harus bersifat netral agar tidak merusak tulangan pada beton.
Jumlah air yang dipakai dalam campuran beton, harus disesuaikan dengan proporsi campuran beton tersebut. Akibat air yang terlalu banyak akan
menyebabkan beton keenceran dan akan merembesnya air pada cetakan beton bleeding dan setelah mengeras akan timbul retak-retak. Hal ini disebabkan
karena fungsi air untuk memberikan reaksi terhadap semen. Dan apabila kekurangan air akan menyebabkan beton rapuh karena banyaknya lubang-lubang
udara atau rongga-rongga udara pada campuran beton tersebut karena campuran tidak homogen.
Kekentalan adukan beton dapat diperiksa dengan pengujian slump untuk mencegah adukan beton yang terlalu kental atau encer. Pengujian ini
menggunakan kerucut terpancung kerucut Abrams dengan diameter atas 10 cm, diameter bawah 20 cm dan dengan tinggi 30 cm. Adukan yang telah selesai
diaduk sebagian sebagai sample dan dimasukkan ke kerucut Abrams dengan mengikuti kriteria aturan yang ada.
Nilai slump yang didapat harus sesuai dengan perencanaan mutu beton yang diinginkan dimana nilainya telah ditetapkan dalam daftar seperti pada tabel
2.6 dibawah ini.
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Tabel 2.6 Nilai – nilai Slump
Uraian Nilai slump maksimum Nilai slump
minimum
- dinding, plat pondasi dan
pondasi telapak bertulang
- pondasi telapak tidak
bertulang, konstruksi di bawah tanah, kaison
- plat, balok, kolom,
dinding
- pengerasan jalan
- pembetonan masal
12.5
9.0
15.0
7.5 7.5
5.0
2.5
7.5
5.0 2.5
Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan perbandingan semen, agregat kasar dan halus, air dan berbagai jenis bahan campur. Kekuatan
beton cukup tinggi, dengan pengolahan khusus dapat mencapai 700 kgcm
2
. Kuat tekan beton relatif tinggi dibanding dengan kuat tariknya, yaitu kuat tarik beton
antara 9 – 15 kuat tekannya. Selain itu, beton merupakan bahanyang bersifat getas .
Berbeda dengan baja, maka modulus elastisitas beton adalah berubah- ubah menurut kekuatan. Modulus elastisitas juga tergantung kepada umur beton,
sifat-sifat dari agregat dan semen, kecepatan pembebanan, jenis dan ukuran dari benda uji. Selanjutnya, karena beton memperlihatkan deformasi yang tetap
permanent sekalipun dengan bahan yang kecil, maka dikenal beberapa macam definisi untuk modulus elastisitas.
Untuk penetapan modulus elastisitas beton, penerapannya digunakan rumus – rumus empiris yang menyertakan besaran berat
disamping kuat tekan beton. SK SNI T – 15 – 1991 – 03 memberikan nilai
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
modulus elastisitas beton tersebut, yaitu untuk beton ringan dan beton normal Istimawan, 1994.
Gambar 2.4 menunjukkan suatu hubungan tegangan regangan khusus untuk beton, diperlihatkan modulus awal, modulus tangent dan modulus secan.
Beton untuk konstruksi beton –bertulang dibagi dalam mutu-mutu dan kelas-kelas sebagai berikut:
Tabel 2.7
Kelas dan mutu beton menurut PBI 1971:
Kelas Mutu
σbk kgcm
2
σ’bm dgn s = 46
kgcm
2
tujuan Pengawasan
terhadap mutu
agregat kekuatan
tekan I
Bo -
- non
strukturil ringan
tanpa II
B1 K125
K175 K225
125 175
225 200
250 300
strukturil strukturil
strukturil
struklturil sedang
ketat ketat
ketat tanpa
continue continue
continue
III K225 225
300 strukturil
ketat continue
ε σ
Tegangan Awal
Tan-1 Et modulus tangent Tan-1 modulus secan
Gambar 2.4 Kurva tegangan regangan untuk beton dalam tekan
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Sebagai bahan konstruksi beton juga memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihan beton sebagai bahan konstruksi adalah:
- kekuatan lawan tekan yang tinggi
- dampak terhadap iklim kecil tidak membutuhkan perawatan yang
khusus dapat dibentuk sesuai dengan perencanaan yang diinginkan. Kekurangannya antara lain:
- kekuatan terhadap tarik yang relative rendah
- relative mahal dalam hal pengadaan
- daya tahan terhadap api rendah
2.1.4 Sifat Bahan Komposit.
Bahan konstruksi yang dimaksud dalam tulisan ini adalah balok komposit kayu dengan beton. Komponen struktur komposit adalah gabungan dua
macam atau lebih bahan bangunan yang sama atau berbeda, yang mampu beraksi terhadap beban kerja secara satu kesatuan, sehingga kelebihan sifat masing–
masing bahan yang membentuk komponen struktur komposit tersebut dapat dimanfaatkan secara maksimal. Komponen struktur lantai komposit kayu–beton
adalah komposit yang terbentuk dari bahan kayu dan beton bertulang, yang digabungkan menjadi satu kesatuan dengan perantara alat sambung geser,
sehingga mampu bereaksi terhadap beban kerja sebagai satu kesatuan. Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk menghemat penggunaan
bahan bangunan, yaitu dengan cara menggabungkan kayu dan beton dalam satu kesatuan struktur komposit. Untuk tujuan ini, diperlukan alat sambung geser
dengan memanfaatkan kelebihan sifat mekanik masing–masing bahan secara
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
maksimal, akan didapat struktur gabungan yang lebih kuat dibandingkan dengan masing–masing bahan penyusunnya. Lantai komposit kayu – beton dapat juga
dimanfaatkan untuk bangunan sederhana seperti rumah tinggal, rumah susun, kantor, gedung sekolah, dan lain–lain. Lapis beton merupakan sayap flens pada
struktur komposit tersebut, berfungsi sebagai bagian yang menahan gaya desak, sedangkan kayu merupakan bagian badan yang dimanfaatkan untuk menahan gaya
tarik. Kedua bahan tersebut merupakan satu kesatuan struktur komposit yang kaku. Kekakuan dan kelakuan struktur dinyatakan dalam hubungan antara beban
dan lendutan yang terjadi. Angka kekakuan EI penampang komposit banyak ditentukan oleh faktor mutu bahan pembentuk komposit, kuat tekan beton serta
modulus elastisitas kayu dan beton. Nilai modulus elastisitas beton mendekati sama dengan nilai modulus elastisitas kayu. Modular rasio n menyatakan
perbandingan antara modulus elastisitas keduanya tergantung dari konfugarisi penampang lantai komposit, khususnya suatu lajur balok T komposit yang
ditinjau. Apabila kita perbandingkan dengan beton, pelaksanaan dengan
menggunakan balok-balok komposit mempunyai beberapa keuntungan disamping kerugian – kerugian tertentu:
Kerugian-kerugian: a.
Untuk bentang yang panjang harga jembatan menjadi sangat mahal, jadi tidak ekonomis.
b. Diperlukan pemeliharaan maintenance yang periodik dimana kekuatan kayu
akan berkurang, sejalan dengan lebih membasahnya keadaanpengaruh pergantian cuaca.
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
c. Diperlukan pengawasan dan ketelitian yang tinggi dalam hal pekerjaan
sambungan, pengecatan,dll. Keuntungan-keuntungan:
a. Sesuai dengan bentang-bentang pendek, untuk gelagar sederhana
b. Berat konstruksi menjadi ringan.
c. Waktu pelaksanaan lebih cepat dan cara pelaksanaannya lebih mudah.
2. 2 Penghubung Geser Shear Connector
Penghubung geser adalah alat sambung mekanik yang berfungsi memikul beban geser yang timbul pada bidang kontak kedua material tersebut,
sehingga pada keadaan komposit kedua material bekerja sama sebagai satu kesatuan.
Alat penghubung geser yang kita kenal ada bermacam-macam diantaranya terdiri dari paku, baut dan pasak. Dalam hal kekuatan sambungan
tidak dibedakan apakah itu sambungan desak atau sambungan tarik, yang menetukan kekuatan sambungan bukan kekuatan–kekuatan tarik dan geser
melainkan kuat desak pada lubang serta kekuatan alat penghubung geser tersebut. Biasanya dalam analisis tegangan–tegangan dalam arah sambungan maupun pada
penampang penghubung geser dianggap rata. Beton dan kayu merupakan dua bahan bangunan yang berbeda sifat
mekanis dan fisiknya. Beton merupakan bahan konstruksi anorganis material yang kuat menahan gaya desak tetapi lemah terhadap gaya tarik, sedangkan kayu
merupakan organis material yang peka terhadap lembab atau kadar air yang dikandungnya, dan mempunyai kuat tarik dan tekan yang hampir sama.
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Bila dua bahan tersebut yakni beton dan kayu disatukan dengan cara tertentu, yaitu dengan menggunakan penghubung geser yang sesuai, maka
keduanya akan menyatu dan mampu bereaksi sebagai komponen struktur komposit. Agar aksi komposit dapat tercipta dengan sempurna, maka pada bidang
kontak antara kedua bahan tersebut tidak boleh terjadi geser dan atau pemisahan. Pada dasarnya alat penghubung geser ditempatkan menurut gaya geser
yang bekerja, dengan demikian pada daerah yang gesernya besar akan memiliki alat penghubung geser yang lebih banyak dibandingkan daerah lainnya.
Gambar 2.5 Hubungan antara beban, geser dan diagram momen Untuk menghitung jumlah kebutuhan penghubung geser, dapat dijelaskan sebagai
berikut pada gambar berikut:
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Gambar 2.6. a Pembebanan struktur. b Diagram gaya lintang balok.
Gambar 2.6 b memperlihatkan diagram gaya lintang SFD balok yang dibebani dengan beban – beban terpusat seperti terlihat pada Gambar 2.6 a.
Tegangan geser yang terjadi pada balok lentur komposit, dihitung dengan :
τ =
bw I
S D
. .
dengan D, S, I dan bw berturut – turut menyatakan gaya lintang balok, statis momen yang ditinjau, momen inersia dan lebar balok.
Gambar 2.7. a Distribusi tegangan geser balok untuk ½ bentang. b Nilai gaya geser pada zone 1 dan zone 2.
Lea Christina Sembiring : Analisa Jembatan Composite Gelagar Kayu Lantai Beton, 2010
Distribusi tegangan geser balok yang memikul beban seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 a, disajikan pada Gambar 2.7 untuk ½ bentang.
Gaya geser tiap zone V, merupakan volume tiap zone seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 b, sehingga :
V
i
= τi. Li. bw
dengan L
i
adalah panjang zone 1, τi adalah tegangan geser zone 1 dan b
w
adalah lebar badan balok.
Dari Gambar 2.7 tampak bahwa besar tegangan geser ataupun gaya geser nilainya sama sepanjang L
1
dan L
2
. Apabila jumlah beban terpusat semakin bertambah sepanjang bentang, maka nilai tegangan geser ataupun gaya geser
mengarah kebentuk garis lurus sepanjang bentang. Dari tumpuan ke arah pertengahan bentang, tegangan dan gaya geser nilainya semakin kecil, sehingga
jumlah penghubung geser yang dibutuhkan juga semakin kecil.
2.3 Analisa Balok Komposit Beton dan Kayu
Komposit struktur lantai komposit dapat di asumsikan sebagai deretan balok T, dengan gaya tarik ditahan oleh kayu, gaya tekan ditahan oleh pelat beton
dan gaya geser pada bidang kampuh kayu-beton ditahan oleh sejumlah konektor geser, yang dimensi, jenis dan jumlahnya ditentukan sesuai dengan nilai gaya
geser yang bekerja pada bidang kontak. Akibat adanya pembebanan tetap yang dialami balok komposit, mak
balok akan menahan lentur yang disebabkan momen lentur. Lentur balok merupakan akibat dari adanya regangan yang timbul akibat beban luar. Apabila