2.5.1 Retak Geser dari Balok Beton Bertulang
Retak miring karena geser dapat terjadi pada bagian web balok beton bertulang baik sebagai retak bebas atau sebagai perpanjangan dari retak lentur. Retak pertama dari
kedua jenis retak ini adalah retak lentur-geser. Ini adalah jenis retak yang biasanya dijumpai dalam balok prategang maupun non prategang. Agar retak ini terjadi, momen
harus lebih besar dari momen retak dan geser. Retak harus membentuk sudut sekitar 45° dengan sumbu balok dan mungkin diawali pada puncak retak lentur. Retak lentur yang
hamper vertical tidak berbahaya kecuali jika ada kombinasi kritis dari tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada puncak salah satu retak lentur.
Kadang-kadang retak miring akan terjadi secara independen dalam balok, meskipun tidak ada retak lentur pada lokasi tersebut. Retak tersebut, yang disebut retak
web-geser , kadang terjadi dalam web balok prategang, khususnya balok prategang
dengan flens lebar dan web tipis.Jenis retak ini akan terbentuk dekat pertengahan penampang dan bergerak mengikuti alur diagonal ke permukaan tarik.
Gambar 2.6 Jenis-Jenis Retak Miring
Universitas Sumatera Utara
Dengan bergeraknya retak ke arah sumbu netral, mengakibatkan pengurangan jumlah beton untuk menahan geser; artinya tegangan geser akan meningkat pada beton
di atas retak. Perlu diingat bahwa pada sumbu netral tegangan lentur adalah nol dan tegangan geser mencapai nilai maksimum.
2.5.2 Analisa Kuat Geser Balok Tanpa Tulangan Geser
Setelah retak berkembang, batang akan runtuh kecuali penampang beton yang retak dapat menahan gaya yang bekerja. Transfer dari geser di dalam unsur-unsur beton
bertulang tanpa tulangan geser terjadi dengan suatu kombinasi dari antara beberapa mekanisme sebagai berikut:
1. Perlawanan geser dari penampang yang tak retak di atas bagian yang
retak,
CZ
V diperkirakan sekitar 20 s.d 40.
2. Gaya ikat interlocking antara agregat atau transfer geser antara permukaan
dalam arah tangensial sepanjang suatu retak, yang serupa dengan gaya gesek akibat saling ikat yang tidak teratur dari agregat sepanjang permukaan yang kasar
dari beton pada masing-masing pihak yang retak diperkirakan 30 s.d 50. 3.
Aksi pasak dowel action
d
V , sebagai perlawanan dari penulangan longitudinal
terhadap gaya transversal diperkirakan 15 s.d 25. 4.
Aksi pelengkung arch action pada balok yang relatif tinggi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Retribusi Perlawanan Geser Sesudah Terbentuknya Retak Miring.
Untuk gelagar yang hanya dibebani gaya geser dan lentur ditetapkan bahwa; pada retakan geser, kekuatan geser
c
V yang disumbangkan oleh beton ditentukan dari
kekuatan geser nominal
u
V yang saling mempengaruhi dan momen
u
M yang terjadi.
Dari sejumlah percobaan yang diturunkan secara statistic, ternyata terdapat hubungan yang ditetapkan menurut persamaan di bawah ini:
3 ,
1 ,
17 14
, ≤
+ =
c u
u c
w u
f M
d V
f d
b V
ρ
......................2.14
Universitas Sumatera Utara
Hubungan ini ditetapkan dalam grafik yang tertera pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Hubungan Antara V
u
dan M
u
Pendekatan secara eksperimen menghasilkan sekelompok titik-titik yang berkerumun di sekitar garis yang menetapkan hubungan antara
u
V dan
u
M . Persamaan
tersebut memberi ukuran untuk harga
c
V yaitu kekuatan geser nominal yang
disumbangkan oleh beton. Tanpa dengan yang disumbangkan oleh tulangan geser sengkang yang berarti tanpa
s
V , bentuknya menjadi
c u
V V
φ
= . Kemudian rumus
tersebut diturunkan sebagai berikut:
c u
u c
w c
f M
d V
f d
b V
1 ,
17 14
, ρ
+ =
……….2.15
atau sebagai: d
b M
d V
f V
w u
u c
c
+ =
ρ 122
14 ,
……………….2.16
Universitas Sumatera Utara
Pada SKSNI T15-1991-03 rumus ini dijumpai kembali dalam bentuk
d b
f d
b M
d V
f V
w c
w u
u w
c c
. 3
, .
120 7
1 ≤
+ =
ρ dalam SI ……….2.17
d b
f d
b M
d V
f V
w c
w u
u w
c c
5 ,
3 2500
9 ,
1 ≤
+ =
ρ Persamaan ACI 11-5 ...........2.18
Dalam rumus ini:
c
f
= nilai kekuatan tarik beton, dimana pengaruh mutu beton terhadap
c
V dapat
ditentukan.
w
b = lebar badan balok
T
atau
L
dan b untuk lebar balok yang berpenampang persegi.
d = tinggi efektif balok.
w
ρ
= rasio tulangan;
Untuk balok
T
atau
L
: d
b A
w s
w
= ρ
Untuk balok persegi: bd
A
s
= ρ
u u
M d
V = nilai kelangsingan struktur dan dalam pemakaian rumus 2.18, nilai ini tidak
boleh lebih besar daripada. Dari rumus ini dapat dilihat bahwa
c
V meningkat dengan bertambahnya jumlah
tulangan dinyatakan dengan
w
ρ
. Dengan meningkatnya jumlah tulangan, panjang dan lebar retak akan tereduksi. Jika retak dipertahankan sesempit mungkin, akan lebih
Universitas Sumatera Utara
banyak beton yang tersisa untuk menahan geser dan akan terjadi kontak lebih dekat antara beton pada sisi-sisi yang berlawanan dari retak. Oleh karena itu akan lebih
besarlah tahanan geser oleh friksi aggregate interlock pada kedua sisi. Pembatasan rumus dengan
d b
f V
w c
c
. 3
, ≤
diutamakan agar dapat mencegah peningkatan tulangan supaya situasi “interlocking” lebih menurun karena tegangan
beton yang membesar. Untuk mudahnya, sebagai pendekatan yang aman boleh berdasarkan rumus berikut:
d b
f V
w c
c
. 6
1 =
……….2.19
Di sini
c
V ditentukan tanpa pengaruh kelangsingan dan persentase tulangan.
Rumus ini dianggap sebagai batas bawah yang aman dan akan ditunjukan melalui Gambarsebelumnya.
Nilai 167
, 6
1 =
=
c w
c
f d
b V
dinyatakan dalam gambar sebagai garis putus-putus
Grafik 2.1. Untuk balok berpenampang persegi berlaku sebagai besaran
c c
v bd
V = , maka
rumus 2.5 berubah menjadi:
c c
c
f bd
V v
6 1
= =
.………...2.20
c
v adalah batas tegangan geser dari penampang yang dapat melawan beban lentur dan
geser.
Universitas Sumatera Utara
Bila tegangan geser akibat
u
V ditentukan sebagai
bd V
v
c u
= , maka penampang beton yang
dapat menerima tegangan geser harus memenuhi persyaratan:
c c
v v
φ
≤ Besar factor reduksi kekuatan
φ
terhadap tegangan geser menurut pasal 3.2.3.2 sebesar
6 ,
= φ
. Nilai reduksi ini ternyata lebih rendah dibanding dengan nilai “standar”
8 ,
= φ
yang dipakai dalam beban lentur. Berkaitan dengan hal tersebut, sebagai tegangan geser ditetapkan suatu nilai
6 ,
= φ
yang berhubungan erat dengan “keamanan”.
Tegangan batas
c
v
φ
berubah menjadi
c c
f v
6 1
6 ,
= φ
.Nilai
c
v
φ
untuk mutu beton yang berbeda-beda dirangkum pada Tabel
c
v
φ
dihitung menurut formula 3.4.3 dari SKSNI. Bila dipakai rumus 3.4-6 dari SKSNI T-15-1991-03, maka diperoleh
sebagai:
d b
f M
d V
f v
w c
u u
w c
c
. 3
, .
6 ,
120 7
1 6
, ≤
× +
= ρ
φ …….….2.21
Tabel 2.10 Nilai-nilai
c
v
φ
Mutu beton
c
f MPa
15 20
25 30
35
c
v
φ
rumus 2.5 0,39
0,45 0,50
0,55 0,59
c
v
φ
rumus 2.6 ≤ 0,70 ≤ 0,80 ≤ 0,90 ≤ 0,99
≤ 1,06
Universitas Sumatera Utara
Bila nilai-nilai
c
v
φ
yang didapat lebih kecil daripada
u
v , maka penampang beton
saja tidak kuat menahan tegangan geser. Berarti untuk
u
v
c
v
φ
perlu diberi tulangan tambahan.
2.5.3 Analisa Kuat Geser Balok Yang Bertulangan Geser Mekanisme Analogi Rangka ‘vakwerkanalogi’
Analogi rangka merupakan konsep lama dari struktur beton bertulang. Konsep ini menyatakan bahwa balok beton bertulang dengan tulangan geser dikatakan
berperilaku seperti rangka batang sejajar statis tertentu dengan sambungan sendi. Beton tekan lentur dianalogikan sebagai batang atas rangka batang, sedangkan tulangan tarik
sebagai batang bawah. Web rangka batang tersusun dari sengkang sebagai batang tarik vertikal dan bagian beton antara retak tarik diagonal mendekati 45° bekerja sebagai
batang tekan diagonal. Tulangan geser yang digunakan berperilaku seperti batang web dari suatu rangka batang.
Gambar 2.9 Mekanisme analogi rangka batang
Universitas Sumatera Utara
a Rangka Baja Beton
Tulangan badan
b Aksi rangka dalam balok beton bertulang
c Balok beton bertulang dengan tulangan geser miring
Beton Tulangan badan
d Aksi rangka dalam balok beton bertulang
e Balok beton bertulang dengan tulangan geser vertikal
Gambar 2.10 Aksi rangka dalam balok beton bertulang dengan tulangan geser miring dan tulangan geser vertikal
Universitas Sumatera Utara
Meskipun analogi rangka batang telah digunakan bertahun-tahun untuk menjelaskan perilaku balok beton bertulang dengan tulangan web, tetapi tidak
menjelaskan dengan tepat bagaimana gaya geser dipindahkan. Tentu saja penulangan geser akan meningkatkan kekuatan geser dari suatu unsur, akan tetapi penulangan
sedemikian hanya akan menyumbangkan sedikit perlawanan geser sebelum terbentuknya retak miring.
Retak diagonal akan terjadi dalam balok dengan tulangan geser pada beban yang hampir sama jika retak tersebut terjadi dalam balok dengan ukuran yang sama tetapi
tanpa tulangan geser. Adanya tulangan geser hanya dapat diketahui setelah retak mulai terbentuk. Pada saat itu, balok harus mempunyai tulangan geser yang cukup untuk
menahan gaya geser yang tidak ditahan oleh beton. Setelah retak geser terbentuk dalam balok, hanya sedikit geser yang dapat
ditransfer melalui retak tersebut kecuali jika tulangan web dipasang untuk menjembatani celah tersebut. Jika tulangan tersebut ada, beton pada kedua sisi retak akan dapat
dipertahankan supaya tidak terpisah. Beberapa keuntungan dapat diambil termasuk: 1.
Baja tulangan yang melalui retak memikul geser secara langsung,
cz
V 2.
Tulangan mencegah retak semakin besar dan hal ini memungkinkan beton mentransfer geser sepanjang retak melalui kuncian agregat,
a
V 3.
Sengkang yang membungkus keliling inti beton berperilaku seperti gelang hoop sehingga meningkatkan kekuatan dan daktilitas balok. Dengan cara
yang sama, sengkang mengikat tulangan memanjang ke dalam inti beton dari balok dan menahannya dari tarikan selimut beton,
d
V
Universitas Sumatera Utara
4. Dengan mengikat beton dari kedua sisi retak,tulangan web membantu
mencegah retak untuk bergerak ke dalam daerah tekan dari balok. Aksi pasak pada sengkang dapat memindahkan suatu gaya kecil menyeberangi retak, dan
aksi ikat confinement dari sengkang pada beton tekan dapat meningkatkan kekuatan beton.
Gambar 2.11 Distribusi geser dalam pada balok dengan tulangan geser
Jenis umum dari penulangan geser, seperti yang terlihat pada Gambar berikut dibawah ini adalah: 1 sengkang yang tegak lurus dengan tulangan memanjang; 2
sengkang yang membuat sudut 45° atau lebih dengan tulangan memanjang; 3 pembengkokan dari tulangan memanjang sehingga as dari bagian yang dibengkokkan
membuat sudut 30° atau lebih dengan as memanjang; 4 kombinasi dari 1 atau 2 dengan 3.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Jenis tulangan geser
Sengkang miring atau diagonal yang hampir segaris dengan arah tegangan utama lebih efisien dalam memikul geser dan mencegah atau memperlambat terbentuknya
retak diagonal. Tetapi sengkang semacam ini biasanya dianggap tidak praktis digunakan di Amerika Serikat karena diperlukan upah kerja yang tinggi untuk menempatkan
sengkang tersebut. Sebenatnya ini lebih praktis untuk balok beton precast di mana tulangan dan sengkang disusun terlebih dahulu dalam bentuk kerangka sebelum
digunakan dan balok yang sama diduplikasi beberapa kali.
2.6. RAGAM KEGAGALAN BALOK
Kategori