Analisa Pengaruh Penambahan Serat Nilon Terhadap Balok Beton Bertulang
BAB II
STUDI PUSTAKA
2.1
Beton
Beton merupakan bahan konstruksi yang sangat penting dan paling dominan
digunakan pada struktur bangunan. Beton adalah satu campuran yang terdiri dari
pasir, kerikil, batu pecah, atau agregat-agregat lain yang dicampur menjadi satu
dengan suatu pasta yang terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa
mirip-batuan. Terkadang, satu atau lebih bahan aditif ditambahkan untuk
menghasilkan beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan
(workability), durabilitas, dan waktu pengerasan. Seperti substansi-substansi mirip
batuan lainnya, beton memiliki kuat tekan yang tinggi dan kuat tarik yang sangat
rendah.
Beton adalah material komposit yang rumit. Beton dapat dibuat dengan mudah
bahkan oleh mereka yang tidak puya pengertian sama sekali tentang beton
teknologi.
2.1.1
Bahan Beton
2.1.1.1 Semen
Menurut Standar Industri Indonesia, SII 0013-1981, definisi semen Portland
adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang
8
Universitas Sumatera Utara
terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidraulis bersama bahanbahan yang biasa digunakan, yaitu gypsum.
a. Sifat Semen Portland
Spesifikasi Semen Portland umumnya menempatkan batas pada komposisi
kimia dan sifat fisiknya. Pengertian yang signifikan dari sifat fisik semen
sangat membantu dalam hal mengaplikasikan hasil dari uji semen. Berikut
adalah sifat dari Semen Portland :
Kehalusan (Fineness)
Kehalusan semen mempengaruhi panas yang dihasilkan dan besarnya hidrasi.
Nilai kehalusan yang tinggi akan meningkatkan hidrasi semen dan
meningkatkan pertumbuhan kuat tekan.
Kekuatan (Soundness)
Kekuatan ini berdasarkan pada kemampuan pasta untuk mengeras serta
mempertahankan volumenya setelah pengikatan.
Konsistensi (Consistency)
Konsistensi didasarkan pada gerakan relatif pada semen pasta segar atau mortar
atau kemampuannya untuk mengalir.
Waktu Pengikatan (Setting Time)
Waktu pengikatan diindikasikan dengan pasta yang sedang menimbulkan
reaksi hidrasi yang normal.
Salah Pengikatan (False Set)
Salah Pengikatan adalah bukti dari hilangnya plastisitas tanpa berkembangnya
panas setelah pencampuran.
9
Universitas Sumatera Utara
Kuat Tekan (Compressive Strength)
Kuat tekan didukung oleh tipe semen, komposisi bahan dan kehalusan semen.
Panas Hidrasi (Heat of Hydration)
Panas Hidrasi adalah panas yang ditimbulkan ketika semen dan air bereaksi.
Panas yang dihasilkan bergantung pada komposisi kimia dari semen tersebut.
Kehilangan Pembakaran (Loss on Ignition)
Kehilangan Pembakaran diindikasikan sebelum hidrasi dan karbonasi, yang
diakibatkan penyimpanan yang tidak sesuai.
b. Senyawa Kimia Semen Portland
Empat senyawa kimia yang utama dari semen Portland antara lain Trikalsium
Silikat (C3S), Dikalsium Silikat (C2S), Trikalsium Aluminat (C3A), Tetrakalsium
Aluminoferrit (C4AF). Keempat senyawa utama ini disebut Komposisi Bogue.
c. Jenis Semen Portland
Tipe I adalah semen portland untuk tujuan umum. Jenis ini paling banyak
diproduksi karena digunakan untuk hamper semua jenis konstruksi.
Tipe II adalah semen portland modifikasi, adalah tipe yang sifatnya setengah
tipe IV dan setengah tipe V (moderat). Belakangan lebih banyak diproduksi
sebagai pengganti tipe IV.
Tipe III adalah semen portland dengan kekuatan awal tinggi. Kekuatan 28 hari
umumnya dapat dicapai dalam 1 minggu. Semen jenis ini umum dipakai ketika
acuan harus dibongkar secepat mungkin atau ketika struktur harus dapat cepat
dipakai.
10
Universitas Sumatera Utara
Tipe IV adalah semen portland dengan panas hidrasi rendah, yang dipakai
untuk kondisi di mana kecepatan dan jumlah panas yang timbul harus
minimum. Misalnya pada bangunan massif seperti bendungan gravitasi yang
besar. Pertumbuhan kekuatanya lebih lambat daripada semen tipe I.
Tipe V adalah semen portland tahan sulfat, yang dipakai untuk menghadapi
aksi sulfat yang ganas. Umum dipakai di daerah di mana tanah atau airnya
memiliki kandungan sulfat yang tinggi.
Tabel 2.1 Jenis-jenis semen portland dengan sifat-sifatnya
Kadar senyawa (%)
Tipe
Kehalusan
Kuat 1
Panas
blaine
hari
Hidrasi
(m2/kg)
(kg/cm2)
(J/g)
Sifat
Semen pemakaian C3S C2S C3A C4AF
I
Umum
50
24
11
8
350
1000
330
II
Modifikasi
42
33
5
13
350
900
250
60
13
9
8
450
2000
500
25
50
5
12
300
450
210
40
40
9
9
350
900
250
Kekuatan
III
awal tinggi
Panas
IV
hidrasi
rendah
Tahan
V
sulfat
11
Universitas Sumatera Utara
2.1.1.2 Agregat
Mengingat bahwa agregat menempati 70-75% dari total volume beton maka
kualitas agregat sangat berpengaruh terhadap kualitas beton. Dengan agregat yang
baik, beton dapat dikerjakan (workable), kuat, tahan lama (durable) dan
ekonomis. Pengaruhnya bisa dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Pengaruh sifat agregat pada sifat beton
Sifat Agregat
Pengaruh pada
Sifat Beton
Bentuk, tekstur, gradasi
Beton cair
Kelecakan Pengikatan dan
Pengerasan
Sifat fisik, sifat kimia,
Beton keras
mineral
Kekuatan, kekerasan, ketahanan
(durability)
Ada dua peraturan yang berlaku. Pertama, SII 0052-80 “Mutu dan Cara Uji
Agregat Beton”. Kedua, PBI 89 menyebutkan ASTM C33 “Standard
Specification for Concrete Aggregate”.
Mengingat agregat lebih murah daripada semen maka akan ekonomis bila agregat
dimasukkan sebanyak mungkin selama secara teknis memungkinkan, dan
kandungan semennya minimum. Meskipun dulu agregat dianggap sebagai
material pasif, berperan sebagai pengisi saja, kini disadari adanya kontribusi
positif agregat pada sifat beton, seperti stabilitas volume, ketahanan abrasi, dan
ketahanan umum (durability) diakui. Bahkan beberapa sifat fisik beton secara
langsung tergantung pada sifat agregat, seperti kepadatan, panas jenis, dan
modulus elastisitas.
12
Universitas Sumatera Utara
a. Jenis-jenis Agregat
Agregat dapat diklasifikasikan menurut kriteria di bawah ini.
Ukuran dan Produksi
Perbedaan antara agregat kasar dan halus adalah ayakan 5 mm atau 3/16”.
Agregat halus adalah agregat yang lebih kecil dari ukuran 5 mm dan agregat
kasar adalah agregat dengan ukuran lebih besar dari 5mm. Agregat dapat
diambil dari batuan alam ukuran kecil ataupun batan alam besar yang dipecah.
Kepadatan
Tidak ada batas yang jelas antara agregat biasa dengan agregat ringan atau
agregat berat. Pengelompokan umum dapat dilihat pada Tabel 2.3
Tabel 2.3 Jenis agregat berdasarkan kepadatannya.
Jenis
Kepadatan (kg/m3)
Ringan
300 – 1800
Sedang
2400 – 3000
Berat
> 4000
Mineralogi
Menurut ASTM C294, klasifikasi komposisi mineral semen portland adalah
demikian: felpspars, mineral-mineral silika, karbon, sulfat, besi sulfide, besi
magnesia, zeolit, oksida besi dan mineral tanah liat.
13
Universitas Sumatera Utara
b. Karakteristik Agregat
Agregat halus harus memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan:
Harus terdiri dari butir-butir tajam, keras dan harus bersifat kekal
terhadap cuaca (tidak pecah / hancur oleh pengaruh cuaca).
Harus terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya. Hasil analisa
ayakan memenuhi batasan-batasan yang ditentukan pada SK SNI T-151990-03, modulus kehalusan 2,3 – 3,1.
Bahan-bahan yang dapat merusak -gumpalan liat dan butiran lebih halus
dari 75 mikrometer- tidak lebih dari 3%.
Harus bebas dari bahan-bahan organis yang merusak (diuji dengan NaCl,
warna agregat halus yang bagus ialah kuning jernih).
Agregat kasar harus memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan:
Terdiri dari butir-butir yang keras, tidak berpori dan kekal terhadap
cuaca.
Agregat pipih / panjang tidak boleh lebih dari 20 %.
Kekerasan diuji dengan mesin pengaus Los Angeles, dimana tidak boleh
terjadi kehilangan berat > 50 %.
Harus terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya. Hasil analisa
ayakan memenuhi batasan-batasan yang ditentukan pada SK SNI T-151990-03.
Bahan-bahan yang dapat merusak -gumpalan liat dan butiran lebih halus
dari 0,075 mm- tidak lebih dari 5%.
14
Universitas Sumatera Utara
2.1.1.3 Air
Semen tidak bisa menjadi pasta tanpa air. Air harus selalu ada di dalam beton cair,
tidak saja untuk hidrasi semen, tetapi juga untuk mengubahnya menjadi suatu
pasta sehingga betonnya lecak (workable).
Jumlah air yang terikat dalam beton dengan faktor air-semen 0,65 adalah sekitar
20% dari berat semen pada umur 4 minggu. Dihitung dari komposisi mineral
semen, jumlah air yang diperlukan untuk hidrasi secara teoritis adalah 35 - 37%
dari berat semen.
Dalam praktik, estimasi air yang terikat secara kimia didapt dengan mengeringkan
contoh sampai 100°C, menghilangkan air bebas yang bisa menguap di dalam pori
kapiler. Kehilangan berat akibat dekomposisi contoh kering pada 1000°C
dianggap sebagai jumlah non-evaporable. Hidrasi penuh dicapai dengan
terjadinya hidrasi slurry semen (dengan rasio air/semen di atas 1.00) terjadi di
dalam ball-mill. Proses ini mengambilan lapisan terhidrasi dari permukaan butir
semen. Seluruh proses bisa memakan waktu beberapa bulan hingga mencapai
hidrasi penuh.
Air yang diperlukan dipengaruhi faktor-faktor di bawah ini:
a. Ukuran agregat maksimum: diameter membesar
kebutuhan
air
menurun (begitu pula jumlah mortar yang dibutuhkan menjadi lebih sedikit).
b. Bentuk butir: bentuk bulat
kebutuhan air menurun (batu pecah perlu
lebih banyak air).
15
Universitas Sumatera Utara
c. Gradasi agregat: Gradasi baik
kebutuhan
air
menurun
untuk
kelecakan yang sama.
d. Kotoran dalam agregat: Makin banyak silt, tanah liat dan lumpur
kebutuhan air meningkat.
e. Jumlah agregat halus (dibandingkan agregat kasar, atau h/k): Agregat halus
lebih sedikit
kebutuhan air menurun.
2.1.1.4 Serat
a.
Jenis-Jenis Serat
Beberapa macam bahan fiber yang dapat dipakai untuk memperbaiki sifat-sifat
beton dilaporkan oleh ACI Committee 544 (1982) dan Soroushian dan Bayasi
(1987). Bahan tersebut adalah:
Serat metal, seperti: serat kawat (bendrat), serat besi dan serat strainless stell,
serat baja.
Serat polymeric, seperti: serat nilon (polypropylene).
Serat mineral, seperti serat kaca (glass)
Serat Alami, untuk keperluan non struktural fiber dari bahan alamiah (seperti
ijuk, atau serat tumbuh-tumbuhan lainnya).
b.
Serat nilon (polypropylene)
Polypropylene berasal dari monomer C3H6 merupakan hidrokarbon murni.
Berdasar pada Zonsveld bahwa bahan ini dibuat dengan polimerisasi, merupakan
molekul yang berat dan proses produksi sampai menjadi serat gabungan untuk
memberikan sifat-sifat yang berguna pada serat polypropylene ini:
16
Universitas Sumatera Utara
a.
Susunan atom biasa dalam molekul polymer dan kristalisasi tinggi, bernama
Isotactic Polypropylene.
b.
Kekakuan kimia menyebabkan bahan kuat terhadap hamper semua bahan
kimia. Bahan kimia tidak akan menyerang beton dan juga tidak akan
berpengaruh pada serat. Terhadap bahan kimia yang lebih ganas, maka
betonlah yang akan mengalami kerusakan terlebih dahulu.
c.
Permukaan yang Hidrophobic. Sehingga tidak akan basah ketika terkena
pasta semen, membantu mencegah pukulan pada serat dan mengembang pada
saat pencampuran.
d.
Titik leleh yang tinggi 1600C dan mampu digunakan pada temperatur 1000C
dalam waktu yang lebih singkat.
e.
Pedoman menunjukkan kelemahan pada daerah lateral, dimana terdapat
serabut. Matriks semen dapat menembus struktur rapat antara serabut sendiri
dan membuat ikatan mekanik antara serat dan matriks.
f. Serat nilon memiliki ukuran panjang 12 mm dan diameter 18 micron dengan
berat jenis 0,91 g/cm3.
Kelebihan serat nilon dapat memperbaiki beberapa sifat beton, yaitu:
Daktilitas
Ketahanan terhadap beban kejut
Ketahanan menahan tarik dan momen lentur
Ketahanan terhadap kelelahan
Ketahanan pengaruh susutan
17
Universitas Sumatera Utara
Kekurangan yang dimiliki serat nilon, yaitu:
Mudah menyala. Api akan
meninggalkan beton dengan penambahan
porositas yang sama, pada serat yang menjadi satu sebagai serat untuk
menahan benturan.
2.2 Balok Beton Bertulang
Beton bertulang adalah suatu kombinasi antara beton dan baja di mana tulangan
baja berfungsi menyediakan kuat tarik yang tidak dimiliki oleh beton. Tulangan
baja juga dapat menahan gaya tekan sehingga digunakan pada kolom dan pada
berbagai kondisi lain.
Kerjasama antara bahan beton dan baja tulangan hanya dapat terwujud dengan
didasarkan pada keadaan-keadaan; (1) lekatan sempurna antara batang tulangan
baja dengan beton keras yang membungkusnya sehingga tidak terjadi
penggelinciran di antara keduanya; (2) beton yang mengelilingi batang tulangan
baja bersifat kedap sehingga mampu melindungi dan mencegah terjadinya karat
baja; (3) angka muai kedua bahan hamper sama, di mana untuk setiap kenaikan
suhu satu derajat Celcius angka muai beton 0,000010 sampai 0,000013 sedangkan
baja 0,000012, sehingga tegangan yang timbul karena perbedaan nilai dapat
diabaikan.
Sebagai konsekuensi dari lekatan yang sempurna antara kedua bahan, di daerah
tarik suatu komponen struktur akan terjadi retak-retak beton di dekat baja
tulangan. Retak halus yang demikian dapat diabaikan sejauh tidak mempengaruhi
penampilan struktural komponen yang bersangkutan.
18
Universitas Sumatera Utara
2.2.1. Tulangan
Beton tidak dapat melebihi nilai tertentu tanpa mengalami retak-retak. Untuk itu,
agar beton dapat bekerja dengan baik dalam suatu sistem struktur, perlu dibantu
dengan memberinya perkuatan penulangan yang terutam akan mengemban tugas
menahan gaya tarik yang bakal timbul di dalam sistem. Untuk keperluan
penulanga tersebut digunakan bahan baja
yang memiliki sifat teknis
menguntungkan, dan baja tulangan yang digunakan dapat berupa batang baja
lonjoran ataupun kawat rangkai las (wire mesh) yang berupa batang kawat baja
yang dirangkai (dianyam) dengan teknik pengelasan.
Batang tulangan mengacu pada tulangan polos (plain bar) atau tulangan ulir
(deformed bar). Tulangan ulir, yang diberi ulir melalui proses rol pada
permukaannya (polanya berbeda tergantung dari pabrik pembuatnya) untuk
mendapatkan ikatan yang lebih aik antara beton dan baja, digunakan untuk
hamper semua aplikasi. Berbeda dengan tulangan ulir, kawat ulir diberi gerigi
yang dicetak padanya. Tulangan polos jarang digunakan kecuali untuk
membungkus tulangan longitudinal, terutama pada kolom.
Agar dapat berlangsung lekatan antara aja tulangan dengan beton, selain batang
polos berpenampang bulat (BJTP) juga digunakan batang defomasian (BJTD),
yaitu batang tulangan baja yang permukaannya dikasarkan secara khusus, diberi
sirip teratur dengan pola tertentu, atau baja tulangan yang dipilin pada proses
produksinya.
Di banyak negara termasuk di negara kita, telah dilaksanakan banyak percobaan
serta pengujian untuk melakukan pendekatan dan enelitian yang berhubungan
19
Universitas Sumatera Utara
dengan ekonomi penulangan beton. Di antaranya adalah pecobaan penulangan
dengan cara ferro cement di mana digunakan bahan kayu, bambu, atau bahan lain
untuk penulangan beton. Atapun beton dengan perkuatan fiber (serat) di mana
sebagai bahan imbuhan perkuatan digunakan serat-serat baja atau serat dan serbuk
bahan lain, demikian pula usaha memperbaiki mutu bahan betonnya sendiri
dengan menggunakan abu terbang (fly ash) dan sebagainya.
Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting untuk digunakan dalam
pehitungan perencanaan beton bertulang ialah tegangan luluh (fy) dan modulus
elastisitas (Es). Suatu diagram hubungan tegangan-regangan tipikal untuk batang
baja tulangan dapat dilihat di Gambar 2.1 berikut ini:
Gambar 2.1 Diagram Tegangan-Regangan Tulangan Baja (Istimawan, 1996)
ASTM menggolongkan batang tulangan baja dengan memberi nomor, dari #3
sampai dengan #18 sesuai dengan spesifikasi diameter, luas penampang, dan berat
tiap satuan panjang seperti terlihat dalam Tabel 2.4 sebagai berikut ini
20
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Standar batang baja tulangan ASTM
Tabel 2.5 Jenis dan Kelas baja tulangan sesuai SII 0136-80
21
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Analisis Balok Beton Bertulang
Gambar 2.2 Sketsa Pembebanan Pada Balok Beton Bertulang Pada Saat
Pengujian
Apabila suatu gelagar balok bentang sederhana menahan beban yang
mengakibatkan timbulnya momen lentur, akan terjadi deformasi (regangan) lentur
di dalam balok tersebut. Pada kejadian momen lentur positif, regangan tekan
terjadi dibagian atas dan regangan tarik dibagian bawah dari penampang.
Regangan- regangan tersebut menimbulkan tegangan-tegangan yang harus ditahan
oleh balok, tegangan tekan di sebelah atas dan tegangan tarik di sebelah bawah.
Agar stabilitasnya terjamin, batang balok sebagai bagian dari system yang
menahan lentur harus kuat menahan tegangan tekan dan tegangan tarik.
Melihat sifat utama bahwa bahan beton kurang mampu menahan tegangan tarik
menjadi dasar pertimbangan balok diperkuat dengan batang tulangan baja pada
daerah dimana tegangan tarik bekerja.
a. Analisa Lentur Tulangan Tarik Tunggal
Kuat lentur suatu balok tersedia karena berlangsungnya mekanisme tegangantegangan dalam yang timbul di dalam balok yang pada keadaan tertentu dapat
22
Universitas Sumatera Utara
diwakili oleh gaya-gaya dalam. Momen tahanan dalam tersebut yang akan
menahan atau memikul momen lentur rencana actual yang ditimbulkan oleh
beban luar.
Untuk tujuan penyederhanaan, Whitney telah mengusulkan bentuk persegi
panjang sebagai distribusi tegangan beton tekan ekivalen. Standard SK SNI T15-1991-03 pasal 3.3.2 ayat 7 juga menetapkan bentuk tersebut sebagai
ketentuan, meskipun pada ayat 6 tidak menutup kemungkinan untuk
menggunakan bentuk-bentuk yang lain sepanjang hal tersebut adalah hasil
pengujian.
Gambar 2. 3 Diagram Tegangan Ekivalen Whitney (Istimawan, 1996)
Gambar 2. 4 Analisis Balok Bertulangan Tarik (Istimawan, 1996)
Asb = ρbd
a = β1 c
ND = 0,85 f’c ab
ρ mak = 0,75 ρb
23
Universitas Sumatera Utara
ρ min = 1,4 / fy
NT = As fy
As mak = 0,75 Asb
,8
� =
′
�
�
.
+ �
MR = ND(z) = NT(z)
ND = NT
0,85 f’c ab = As fy
Dimana:
ND
= resultante seluruh gaya tekan pada daerah di atas garis netral
NT
= resultante seluruh gaya tarik pada daerah di bawah garis netral
MR
= momen tahanan
z
= jarak antara resultante tekan dan tarik
c
= jarak serat tekan terluar ke garis netral
fy
= tegangan luluh tulanangan
f’c
= kuat tekan beton
Asb
= luas tulanngan balok seimbang
ρ
= ratio penulangan
d
= tinggi efektif balok
b
= lebar balok
β1
= konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton.
24
Universitas Sumatera Utara
SK SNI T-15-1991-03 menetapkan nilai β1 = 0,85 untuk f’c 30 MPa, berkurang
0,008 untuk setiap kenaikan 1 MPa dan nilai tersebut tidak boleh kurang dari 0,65.
� �
�� �
� =∅��
� (� ) ≥ � �
�� �
�
ℎ� � (� )
Standard SK SNI T-15-1991-03 pasal 2.2.3 ayat 2 memberikan faktor reduksi
kekuatan ∅ untuk berbagai mekanisme dan untuk tarik aksial tanpa dan dengan
lentur ∅=0,8.
b. Analisis Lentur Tulangan Tekan-Tarik (Ganda)
Pada praktik di lapangan, (hampir) semua balok selalu dipasang tulangan
rangkap. Jadi balok dengan tulangan tunggal secara praktis tidak ada (jarang
sekali dijumpai). Meskipun penampang beton pada balok dapat dihitung
dengan tulangan tunggal (yang memberikan hasil tulangan longitudinal saja),
tetapi pada kenyatannya selalu ditambahkan tulangan tekan minimal 2 batang,
dan dipasang pada bagian sudut penampang balok beton yang menahan tekan.
Tulangan baja berperilaku elastik hanya sampai tingkatan dimana regangannya
mencapai luluh (εy). Dengan kata lain, apabila regangan tekan baja (ε’s) sama
atau lebih besar dari regangan luluhnya (εy) maka sebagai batas maksimum
tegangan tekan baja (f’s) diambil sama dengan tegangan luluhnya (fy).
Pada analisa tulangan rangkap, dipakai anggapan bahwa kedua penulangan
baik tekan maupun tarik telah meluluh sebelum atau pada saat regangan beton
25
Universitas Sumatera Utara
mencapai 0,003 (under reinforced / stadium retak). Kondisi ini diharapkan
bahwa beton belum hancur, walaupun baja sudah luluh.
Tambahan tulangan longitudinal tekan ini selain menambah kekuatan balok
dalam hal menerima beban lentur, juga berfungsi untuk memperkuat
kedudukan begel balok (antara tulangan longitudinal dan begel diikat dengan
kawat lunak, serta sebagai tulangan pembentuk balok agar mudah dalam
pelaksanaan pekerjaan beton.
Gambar 2.5 Analisis Balok Bertulangan Rangkap (Istimawan, 1996)
ND1 = 0,85 f’c ab
NT1= As1 fy
a = β1 c
As1= ρmakbd
ND2 = As’ f’s
NT2= As2 fy
As= As1 + As2
� ′ = As
=
ε′s
=
,
∅
�
′
�
−
′
− ′
26
Universitas Sumatera Utara
Mr1 = ø bd²k Mr2 = Mu – Mr1
MR = ND(z) = NT(z)
Dimana:
ND1
= resultante gaya tekan yang ditahan oleh beton
ND2
= resultante gaya tekan yang ditahan oleh tulangan baja tekan
NT1
= resultante gaya tarik pada tulangan tarik akibat beton
NT2
= resultante gaya tarik pada tulangan tarik
MR
= momen tahanan
z
= jarak antara resultante tekan dan tarik
C
= jarak serat tekan terluar ke garis netral
Fy
= tegangan luluh tulangan
f’c
= kuat tekan beton
As1
= luas tulangan baja tekan (As’)
As2
= luas tulangan baja tarik
ρ
= ratio penulangan
d
= tinggi efektif balok
b
= lebar balok
β1
= konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton.
SK SNI T-15-1991-03 menetapkan nilai β1 = 0,85 untuk f’c 30 MPa,
berkurang 0,008 untuk setiap kenaikan 1 MPa dan nilai tersebut tidak boleh
kurang dari 0,65.
27
Universitas Sumatera Utara
c. Tulangan Geser
Dasar pemikiran perencanaan penulangan geser atau penulangan geser badan
balok adalah usaha menyediakan sejumlah tulangan baja untuk menahan gaya
tarik arah tegak lurus terhadap retak tarik diagonal sedemikian rupa sehingga
mampu mencegah bukaan retak lebih lanjut. Penulangan geser dapat dilakukan
dalam beberapa cara, seperti:
sengkang vertikal,
jaringan kawat baja las yang dipasang tegak lurus terhadap sumbu aksial,
sengkang miring atau diagonal,
batang tulangan miring diagonal yang dapat dilakukan dengan cara
membengkok batang tulangan pokok balok di tempat-tempat yang
diperlukan, atau
tulangan spiral.
Perencanaan geser untuk komponen-komponen struktur terlentur didasarkan
pada anggapan bahwa beton menahan sebagian dari gaya geser, sedangkan
kelebihannya atau kekuatan geser di atas kemampuan beton untk menahannya
dilimpahkan kepada tulangan baja geser. Cara yang umum dilaksanakan dan
lebih sering dipakai untuk penulangan geser ialah dengan menggunakan
sengkang , di mana selain pelaksanaannya lebih mudah juga menjamin
ketepatan pemasangannya. Penulangan dengan sengkang hanya memberikan
andil terhadap sebagian pertahanan geser, karena formasi atau arah retak yang
miring.
28
Universitas Sumatera Utara
Beberapa petunjuk ketentuan penulangan sengkang:
Bahan-bahan dan tegangan maksiumum
Untuk mencegah terjadinya lebar retak berlebihan pada balok akibat gaya
tarik diagonal, SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.4.5 ayat 2 memberikan
ketentuan bahwa kuat luluh rencana tulangan geser tidak boleh melampaui
400 MPa. Sedangkan nilai Vs tidak boleh melebihi (2/3√fc’)bwd telepas
dari berapa jumlah luas total penulangan geser (pasal 3.4.5. ayat 6.8).
Ukuran batang tulangan untuk sengkang
Umumnya digunakan batang tulangan D10 untuk sengkang. Pada kondisi
di mana bentang dan beban sedemikian rupa sehingga mengakibatkan
timbulnya gaya geser yang relative besar, ada kemungkinan harus
menggunakan batang tulangan D12. Penggunaan batang tulangan D12
untuk tulangan sengkang merupakan hal yang jarang dilakukan. Untuk
balok ukuran besar kadang-kadang digunakan sengkang rangkap dengan
perhitungan kemungkinan terjadinya retak diagonal yang menyilang empat
atau lebih batang tulangan sengkang vertical.
Jarak antar sengkang (spasi)
Jarak spasi dari pusat ke pusat antar-sengkang tidak boleh lebih dari 1/2d
atau 600 mm, mana yang lebih kecil (SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.4.5
ayat 4.1). Apabila Vs melebihi nilai (1/3√fc’)bwd jarak spasi sengkang
tidak boleh lebih dari 1/4d atau 300 mm, mana yang lebih kecil (pasal
3.4.5 ayat 4.3). Pada umumnya akan lebih praktis dan ekonomis untuk
29
Universitas Sumatera Utara
menghitung jarak sengkang perlu pada beberapa tempat (penampang)
untuk kemudian penempatan sengkang diatur sesuai dengan kelompok
jarak.
2.3 Beton Bertulang Serat
Dalam beberapa tahun terakhir ini, beton bertulang-serat makin banyak diminati
orang,b dan saat ini ada banyak penelitian tentang beton ini yang sedang
dilakukan. Serat yang digunakan terbuat dari baja, plastik, kaca, dan bahan-bahan
lain. Berbagai eksperimen telah menunjukkan bahwa penambahan serat seperti ini
dalam jumlah yang memadai (normalnya sampai sekitar 1-2% volume) ke dalam
beton-beton konvensional dapat meningkatkan karakteristik beton secara
signifikan.
Beton yang dihasilkan dengan penambahan serat ini mengalami peningkatan
kekerasan substansial, dan mempunyai daya tahan yang lebih tinggi terhadap retak
dan tumbukan. Penggunaan serat tela meningkatkan keserbagunaan beton dengan
mengurangi kerapuhannya. Suatu tulangan hanya menyediakan penguatan pada
arah tulangan saja, sementara serat yang disebarkan secara acak menyediakan
kekuatan tambahan pada semua arah.
Penggunaan serat telah terbukti akan meningkatkan umur lelah (fatigue) dari
balok dan mengurangi lebar retak ketika batang-batang beton menerima beban
lelah. Untuk jangka-panjang, jika peningkatan usia layan beton bertulang-serat
betul-betul dipertimbangkan, beton bertulang-serat terbukti efektif dalam
pembiayaan sebuah proyek konstruksi.
30
Universitas Sumatera Utara
STUDI PUSTAKA
2.1
Beton
Beton merupakan bahan konstruksi yang sangat penting dan paling dominan
digunakan pada struktur bangunan. Beton adalah satu campuran yang terdiri dari
pasir, kerikil, batu pecah, atau agregat-agregat lain yang dicampur menjadi satu
dengan suatu pasta yang terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa
mirip-batuan. Terkadang, satu atau lebih bahan aditif ditambahkan untuk
menghasilkan beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan
(workability), durabilitas, dan waktu pengerasan. Seperti substansi-substansi mirip
batuan lainnya, beton memiliki kuat tekan yang tinggi dan kuat tarik yang sangat
rendah.
Beton adalah material komposit yang rumit. Beton dapat dibuat dengan mudah
bahkan oleh mereka yang tidak puya pengertian sama sekali tentang beton
teknologi.
2.1.1
Bahan Beton
2.1.1.1 Semen
Menurut Standar Industri Indonesia, SII 0013-1981, definisi semen Portland
adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang
8
Universitas Sumatera Utara
terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidraulis bersama bahanbahan yang biasa digunakan, yaitu gypsum.
a. Sifat Semen Portland
Spesifikasi Semen Portland umumnya menempatkan batas pada komposisi
kimia dan sifat fisiknya. Pengertian yang signifikan dari sifat fisik semen
sangat membantu dalam hal mengaplikasikan hasil dari uji semen. Berikut
adalah sifat dari Semen Portland :
Kehalusan (Fineness)
Kehalusan semen mempengaruhi panas yang dihasilkan dan besarnya hidrasi.
Nilai kehalusan yang tinggi akan meningkatkan hidrasi semen dan
meningkatkan pertumbuhan kuat tekan.
Kekuatan (Soundness)
Kekuatan ini berdasarkan pada kemampuan pasta untuk mengeras serta
mempertahankan volumenya setelah pengikatan.
Konsistensi (Consistency)
Konsistensi didasarkan pada gerakan relatif pada semen pasta segar atau mortar
atau kemampuannya untuk mengalir.
Waktu Pengikatan (Setting Time)
Waktu pengikatan diindikasikan dengan pasta yang sedang menimbulkan
reaksi hidrasi yang normal.
Salah Pengikatan (False Set)
Salah Pengikatan adalah bukti dari hilangnya plastisitas tanpa berkembangnya
panas setelah pencampuran.
9
Universitas Sumatera Utara
Kuat Tekan (Compressive Strength)
Kuat tekan didukung oleh tipe semen, komposisi bahan dan kehalusan semen.
Panas Hidrasi (Heat of Hydration)
Panas Hidrasi adalah panas yang ditimbulkan ketika semen dan air bereaksi.
Panas yang dihasilkan bergantung pada komposisi kimia dari semen tersebut.
Kehilangan Pembakaran (Loss on Ignition)
Kehilangan Pembakaran diindikasikan sebelum hidrasi dan karbonasi, yang
diakibatkan penyimpanan yang tidak sesuai.
b. Senyawa Kimia Semen Portland
Empat senyawa kimia yang utama dari semen Portland antara lain Trikalsium
Silikat (C3S), Dikalsium Silikat (C2S), Trikalsium Aluminat (C3A), Tetrakalsium
Aluminoferrit (C4AF). Keempat senyawa utama ini disebut Komposisi Bogue.
c. Jenis Semen Portland
Tipe I adalah semen portland untuk tujuan umum. Jenis ini paling banyak
diproduksi karena digunakan untuk hamper semua jenis konstruksi.
Tipe II adalah semen portland modifikasi, adalah tipe yang sifatnya setengah
tipe IV dan setengah tipe V (moderat). Belakangan lebih banyak diproduksi
sebagai pengganti tipe IV.
Tipe III adalah semen portland dengan kekuatan awal tinggi. Kekuatan 28 hari
umumnya dapat dicapai dalam 1 minggu. Semen jenis ini umum dipakai ketika
acuan harus dibongkar secepat mungkin atau ketika struktur harus dapat cepat
dipakai.
10
Universitas Sumatera Utara
Tipe IV adalah semen portland dengan panas hidrasi rendah, yang dipakai
untuk kondisi di mana kecepatan dan jumlah panas yang timbul harus
minimum. Misalnya pada bangunan massif seperti bendungan gravitasi yang
besar. Pertumbuhan kekuatanya lebih lambat daripada semen tipe I.
Tipe V adalah semen portland tahan sulfat, yang dipakai untuk menghadapi
aksi sulfat yang ganas. Umum dipakai di daerah di mana tanah atau airnya
memiliki kandungan sulfat yang tinggi.
Tabel 2.1 Jenis-jenis semen portland dengan sifat-sifatnya
Kadar senyawa (%)
Tipe
Kehalusan
Kuat 1
Panas
blaine
hari
Hidrasi
(m2/kg)
(kg/cm2)
(J/g)
Sifat
Semen pemakaian C3S C2S C3A C4AF
I
Umum
50
24
11
8
350
1000
330
II
Modifikasi
42
33
5
13
350
900
250
60
13
9
8
450
2000
500
25
50
5
12
300
450
210
40
40
9
9
350
900
250
Kekuatan
III
awal tinggi
Panas
IV
hidrasi
rendah
Tahan
V
sulfat
11
Universitas Sumatera Utara
2.1.1.2 Agregat
Mengingat bahwa agregat menempati 70-75% dari total volume beton maka
kualitas agregat sangat berpengaruh terhadap kualitas beton. Dengan agregat yang
baik, beton dapat dikerjakan (workable), kuat, tahan lama (durable) dan
ekonomis. Pengaruhnya bisa dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Pengaruh sifat agregat pada sifat beton
Sifat Agregat
Pengaruh pada
Sifat Beton
Bentuk, tekstur, gradasi
Beton cair
Kelecakan Pengikatan dan
Pengerasan
Sifat fisik, sifat kimia,
Beton keras
mineral
Kekuatan, kekerasan, ketahanan
(durability)
Ada dua peraturan yang berlaku. Pertama, SII 0052-80 “Mutu dan Cara Uji
Agregat Beton”. Kedua, PBI 89 menyebutkan ASTM C33 “Standard
Specification for Concrete Aggregate”.
Mengingat agregat lebih murah daripada semen maka akan ekonomis bila agregat
dimasukkan sebanyak mungkin selama secara teknis memungkinkan, dan
kandungan semennya minimum. Meskipun dulu agregat dianggap sebagai
material pasif, berperan sebagai pengisi saja, kini disadari adanya kontribusi
positif agregat pada sifat beton, seperti stabilitas volume, ketahanan abrasi, dan
ketahanan umum (durability) diakui. Bahkan beberapa sifat fisik beton secara
langsung tergantung pada sifat agregat, seperti kepadatan, panas jenis, dan
modulus elastisitas.
12
Universitas Sumatera Utara
a. Jenis-jenis Agregat
Agregat dapat diklasifikasikan menurut kriteria di bawah ini.
Ukuran dan Produksi
Perbedaan antara agregat kasar dan halus adalah ayakan 5 mm atau 3/16”.
Agregat halus adalah agregat yang lebih kecil dari ukuran 5 mm dan agregat
kasar adalah agregat dengan ukuran lebih besar dari 5mm. Agregat dapat
diambil dari batuan alam ukuran kecil ataupun batan alam besar yang dipecah.
Kepadatan
Tidak ada batas yang jelas antara agregat biasa dengan agregat ringan atau
agregat berat. Pengelompokan umum dapat dilihat pada Tabel 2.3
Tabel 2.3 Jenis agregat berdasarkan kepadatannya.
Jenis
Kepadatan (kg/m3)
Ringan
300 – 1800
Sedang
2400 – 3000
Berat
> 4000
Mineralogi
Menurut ASTM C294, klasifikasi komposisi mineral semen portland adalah
demikian: felpspars, mineral-mineral silika, karbon, sulfat, besi sulfide, besi
magnesia, zeolit, oksida besi dan mineral tanah liat.
13
Universitas Sumatera Utara
b. Karakteristik Agregat
Agregat halus harus memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan:
Harus terdiri dari butir-butir tajam, keras dan harus bersifat kekal
terhadap cuaca (tidak pecah / hancur oleh pengaruh cuaca).
Harus terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya. Hasil analisa
ayakan memenuhi batasan-batasan yang ditentukan pada SK SNI T-151990-03, modulus kehalusan 2,3 – 3,1.
Bahan-bahan yang dapat merusak -gumpalan liat dan butiran lebih halus
dari 75 mikrometer- tidak lebih dari 3%.
Harus bebas dari bahan-bahan organis yang merusak (diuji dengan NaCl,
warna agregat halus yang bagus ialah kuning jernih).
Agregat kasar harus memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan:
Terdiri dari butir-butir yang keras, tidak berpori dan kekal terhadap
cuaca.
Agregat pipih / panjang tidak boleh lebih dari 20 %.
Kekerasan diuji dengan mesin pengaus Los Angeles, dimana tidak boleh
terjadi kehilangan berat > 50 %.
Harus terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya. Hasil analisa
ayakan memenuhi batasan-batasan yang ditentukan pada SK SNI T-151990-03.
Bahan-bahan yang dapat merusak -gumpalan liat dan butiran lebih halus
dari 0,075 mm- tidak lebih dari 5%.
14
Universitas Sumatera Utara
2.1.1.3 Air
Semen tidak bisa menjadi pasta tanpa air. Air harus selalu ada di dalam beton cair,
tidak saja untuk hidrasi semen, tetapi juga untuk mengubahnya menjadi suatu
pasta sehingga betonnya lecak (workable).
Jumlah air yang terikat dalam beton dengan faktor air-semen 0,65 adalah sekitar
20% dari berat semen pada umur 4 minggu. Dihitung dari komposisi mineral
semen, jumlah air yang diperlukan untuk hidrasi secara teoritis adalah 35 - 37%
dari berat semen.
Dalam praktik, estimasi air yang terikat secara kimia didapt dengan mengeringkan
contoh sampai 100°C, menghilangkan air bebas yang bisa menguap di dalam pori
kapiler. Kehilangan berat akibat dekomposisi contoh kering pada 1000°C
dianggap sebagai jumlah non-evaporable. Hidrasi penuh dicapai dengan
terjadinya hidrasi slurry semen (dengan rasio air/semen di atas 1.00) terjadi di
dalam ball-mill. Proses ini mengambilan lapisan terhidrasi dari permukaan butir
semen. Seluruh proses bisa memakan waktu beberapa bulan hingga mencapai
hidrasi penuh.
Air yang diperlukan dipengaruhi faktor-faktor di bawah ini:
a. Ukuran agregat maksimum: diameter membesar
kebutuhan
air
menurun (begitu pula jumlah mortar yang dibutuhkan menjadi lebih sedikit).
b. Bentuk butir: bentuk bulat
kebutuhan air menurun (batu pecah perlu
lebih banyak air).
15
Universitas Sumatera Utara
c. Gradasi agregat: Gradasi baik
kebutuhan
air
menurun
untuk
kelecakan yang sama.
d. Kotoran dalam agregat: Makin banyak silt, tanah liat dan lumpur
kebutuhan air meningkat.
e. Jumlah agregat halus (dibandingkan agregat kasar, atau h/k): Agregat halus
lebih sedikit
kebutuhan air menurun.
2.1.1.4 Serat
a.
Jenis-Jenis Serat
Beberapa macam bahan fiber yang dapat dipakai untuk memperbaiki sifat-sifat
beton dilaporkan oleh ACI Committee 544 (1982) dan Soroushian dan Bayasi
(1987). Bahan tersebut adalah:
Serat metal, seperti: serat kawat (bendrat), serat besi dan serat strainless stell,
serat baja.
Serat polymeric, seperti: serat nilon (polypropylene).
Serat mineral, seperti serat kaca (glass)
Serat Alami, untuk keperluan non struktural fiber dari bahan alamiah (seperti
ijuk, atau serat tumbuh-tumbuhan lainnya).
b.
Serat nilon (polypropylene)
Polypropylene berasal dari monomer C3H6 merupakan hidrokarbon murni.
Berdasar pada Zonsveld bahwa bahan ini dibuat dengan polimerisasi, merupakan
molekul yang berat dan proses produksi sampai menjadi serat gabungan untuk
memberikan sifat-sifat yang berguna pada serat polypropylene ini:
16
Universitas Sumatera Utara
a.
Susunan atom biasa dalam molekul polymer dan kristalisasi tinggi, bernama
Isotactic Polypropylene.
b.
Kekakuan kimia menyebabkan bahan kuat terhadap hamper semua bahan
kimia. Bahan kimia tidak akan menyerang beton dan juga tidak akan
berpengaruh pada serat. Terhadap bahan kimia yang lebih ganas, maka
betonlah yang akan mengalami kerusakan terlebih dahulu.
c.
Permukaan yang Hidrophobic. Sehingga tidak akan basah ketika terkena
pasta semen, membantu mencegah pukulan pada serat dan mengembang pada
saat pencampuran.
d.
Titik leleh yang tinggi 1600C dan mampu digunakan pada temperatur 1000C
dalam waktu yang lebih singkat.
e.
Pedoman menunjukkan kelemahan pada daerah lateral, dimana terdapat
serabut. Matriks semen dapat menembus struktur rapat antara serabut sendiri
dan membuat ikatan mekanik antara serat dan matriks.
f. Serat nilon memiliki ukuran panjang 12 mm dan diameter 18 micron dengan
berat jenis 0,91 g/cm3.
Kelebihan serat nilon dapat memperbaiki beberapa sifat beton, yaitu:
Daktilitas
Ketahanan terhadap beban kejut
Ketahanan menahan tarik dan momen lentur
Ketahanan terhadap kelelahan
Ketahanan pengaruh susutan
17
Universitas Sumatera Utara
Kekurangan yang dimiliki serat nilon, yaitu:
Mudah menyala. Api akan
meninggalkan beton dengan penambahan
porositas yang sama, pada serat yang menjadi satu sebagai serat untuk
menahan benturan.
2.2 Balok Beton Bertulang
Beton bertulang adalah suatu kombinasi antara beton dan baja di mana tulangan
baja berfungsi menyediakan kuat tarik yang tidak dimiliki oleh beton. Tulangan
baja juga dapat menahan gaya tekan sehingga digunakan pada kolom dan pada
berbagai kondisi lain.
Kerjasama antara bahan beton dan baja tulangan hanya dapat terwujud dengan
didasarkan pada keadaan-keadaan; (1) lekatan sempurna antara batang tulangan
baja dengan beton keras yang membungkusnya sehingga tidak terjadi
penggelinciran di antara keduanya; (2) beton yang mengelilingi batang tulangan
baja bersifat kedap sehingga mampu melindungi dan mencegah terjadinya karat
baja; (3) angka muai kedua bahan hamper sama, di mana untuk setiap kenaikan
suhu satu derajat Celcius angka muai beton 0,000010 sampai 0,000013 sedangkan
baja 0,000012, sehingga tegangan yang timbul karena perbedaan nilai dapat
diabaikan.
Sebagai konsekuensi dari lekatan yang sempurna antara kedua bahan, di daerah
tarik suatu komponen struktur akan terjadi retak-retak beton di dekat baja
tulangan. Retak halus yang demikian dapat diabaikan sejauh tidak mempengaruhi
penampilan struktural komponen yang bersangkutan.
18
Universitas Sumatera Utara
2.2.1. Tulangan
Beton tidak dapat melebihi nilai tertentu tanpa mengalami retak-retak. Untuk itu,
agar beton dapat bekerja dengan baik dalam suatu sistem struktur, perlu dibantu
dengan memberinya perkuatan penulangan yang terutam akan mengemban tugas
menahan gaya tarik yang bakal timbul di dalam sistem. Untuk keperluan
penulanga tersebut digunakan bahan baja
yang memiliki sifat teknis
menguntungkan, dan baja tulangan yang digunakan dapat berupa batang baja
lonjoran ataupun kawat rangkai las (wire mesh) yang berupa batang kawat baja
yang dirangkai (dianyam) dengan teknik pengelasan.
Batang tulangan mengacu pada tulangan polos (plain bar) atau tulangan ulir
(deformed bar). Tulangan ulir, yang diberi ulir melalui proses rol pada
permukaannya (polanya berbeda tergantung dari pabrik pembuatnya) untuk
mendapatkan ikatan yang lebih aik antara beton dan baja, digunakan untuk
hamper semua aplikasi. Berbeda dengan tulangan ulir, kawat ulir diberi gerigi
yang dicetak padanya. Tulangan polos jarang digunakan kecuali untuk
membungkus tulangan longitudinal, terutama pada kolom.
Agar dapat berlangsung lekatan antara aja tulangan dengan beton, selain batang
polos berpenampang bulat (BJTP) juga digunakan batang defomasian (BJTD),
yaitu batang tulangan baja yang permukaannya dikasarkan secara khusus, diberi
sirip teratur dengan pola tertentu, atau baja tulangan yang dipilin pada proses
produksinya.
Di banyak negara termasuk di negara kita, telah dilaksanakan banyak percobaan
serta pengujian untuk melakukan pendekatan dan enelitian yang berhubungan
19
Universitas Sumatera Utara
dengan ekonomi penulangan beton. Di antaranya adalah pecobaan penulangan
dengan cara ferro cement di mana digunakan bahan kayu, bambu, atau bahan lain
untuk penulangan beton. Atapun beton dengan perkuatan fiber (serat) di mana
sebagai bahan imbuhan perkuatan digunakan serat-serat baja atau serat dan serbuk
bahan lain, demikian pula usaha memperbaiki mutu bahan betonnya sendiri
dengan menggunakan abu terbang (fly ash) dan sebagainya.
Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting untuk digunakan dalam
pehitungan perencanaan beton bertulang ialah tegangan luluh (fy) dan modulus
elastisitas (Es). Suatu diagram hubungan tegangan-regangan tipikal untuk batang
baja tulangan dapat dilihat di Gambar 2.1 berikut ini:
Gambar 2.1 Diagram Tegangan-Regangan Tulangan Baja (Istimawan, 1996)
ASTM menggolongkan batang tulangan baja dengan memberi nomor, dari #3
sampai dengan #18 sesuai dengan spesifikasi diameter, luas penampang, dan berat
tiap satuan panjang seperti terlihat dalam Tabel 2.4 sebagai berikut ini
20
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Standar batang baja tulangan ASTM
Tabel 2.5 Jenis dan Kelas baja tulangan sesuai SII 0136-80
21
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Analisis Balok Beton Bertulang
Gambar 2.2 Sketsa Pembebanan Pada Balok Beton Bertulang Pada Saat
Pengujian
Apabila suatu gelagar balok bentang sederhana menahan beban yang
mengakibatkan timbulnya momen lentur, akan terjadi deformasi (regangan) lentur
di dalam balok tersebut. Pada kejadian momen lentur positif, regangan tekan
terjadi dibagian atas dan regangan tarik dibagian bawah dari penampang.
Regangan- regangan tersebut menimbulkan tegangan-tegangan yang harus ditahan
oleh balok, tegangan tekan di sebelah atas dan tegangan tarik di sebelah bawah.
Agar stabilitasnya terjamin, batang balok sebagai bagian dari system yang
menahan lentur harus kuat menahan tegangan tekan dan tegangan tarik.
Melihat sifat utama bahwa bahan beton kurang mampu menahan tegangan tarik
menjadi dasar pertimbangan balok diperkuat dengan batang tulangan baja pada
daerah dimana tegangan tarik bekerja.
a. Analisa Lentur Tulangan Tarik Tunggal
Kuat lentur suatu balok tersedia karena berlangsungnya mekanisme tegangantegangan dalam yang timbul di dalam balok yang pada keadaan tertentu dapat
22
Universitas Sumatera Utara
diwakili oleh gaya-gaya dalam. Momen tahanan dalam tersebut yang akan
menahan atau memikul momen lentur rencana actual yang ditimbulkan oleh
beban luar.
Untuk tujuan penyederhanaan, Whitney telah mengusulkan bentuk persegi
panjang sebagai distribusi tegangan beton tekan ekivalen. Standard SK SNI T15-1991-03 pasal 3.3.2 ayat 7 juga menetapkan bentuk tersebut sebagai
ketentuan, meskipun pada ayat 6 tidak menutup kemungkinan untuk
menggunakan bentuk-bentuk yang lain sepanjang hal tersebut adalah hasil
pengujian.
Gambar 2. 3 Diagram Tegangan Ekivalen Whitney (Istimawan, 1996)
Gambar 2. 4 Analisis Balok Bertulangan Tarik (Istimawan, 1996)
Asb = ρbd
a = β1 c
ND = 0,85 f’c ab
ρ mak = 0,75 ρb
23
Universitas Sumatera Utara
ρ min = 1,4 / fy
NT = As fy
As mak = 0,75 Asb
,8
� =
′
�
�
.
+ �
MR = ND(z) = NT(z)
ND = NT
0,85 f’c ab = As fy
Dimana:
ND
= resultante seluruh gaya tekan pada daerah di atas garis netral
NT
= resultante seluruh gaya tarik pada daerah di bawah garis netral
MR
= momen tahanan
z
= jarak antara resultante tekan dan tarik
c
= jarak serat tekan terluar ke garis netral
fy
= tegangan luluh tulanangan
f’c
= kuat tekan beton
Asb
= luas tulanngan balok seimbang
ρ
= ratio penulangan
d
= tinggi efektif balok
b
= lebar balok
β1
= konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton.
24
Universitas Sumatera Utara
SK SNI T-15-1991-03 menetapkan nilai β1 = 0,85 untuk f’c 30 MPa, berkurang
0,008 untuk setiap kenaikan 1 MPa dan nilai tersebut tidak boleh kurang dari 0,65.
� �
�� �
� =∅��
� (� ) ≥ � �
�� �
�
ℎ� � (� )
Standard SK SNI T-15-1991-03 pasal 2.2.3 ayat 2 memberikan faktor reduksi
kekuatan ∅ untuk berbagai mekanisme dan untuk tarik aksial tanpa dan dengan
lentur ∅=0,8.
b. Analisis Lentur Tulangan Tekan-Tarik (Ganda)
Pada praktik di lapangan, (hampir) semua balok selalu dipasang tulangan
rangkap. Jadi balok dengan tulangan tunggal secara praktis tidak ada (jarang
sekali dijumpai). Meskipun penampang beton pada balok dapat dihitung
dengan tulangan tunggal (yang memberikan hasil tulangan longitudinal saja),
tetapi pada kenyatannya selalu ditambahkan tulangan tekan minimal 2 batang,
dan dipasang pada bagian sudut penampang balok beton yang menahan tekan.
Tulangan baja berperilaku elastik hanya sampai tingkatan dimana regangannya
mencapai luluh (εy). Dengan kata lain, apabila regangan tekan baja (ε’s) sama
atau lebih besar dari regangan luluhnya (εy) maka sebagai batas maksimum
tegangan tekan baja (f’s) diambil sama dengan tegangan luluhnya (fy).
Pada analisa tulangan rangkap, dipakai anggapan bahwa kedua penulangan
baik tekan maupun tarik telah meluluh sebelum atau pada saat regangan beton
25
Universitas Sumatera Utara
mencapai 0,003 (under reinforced / stadium retak). Kondisi ini diharapkan
bahwa beton belum hancur, walaupun baja sudah luluh.
Tambahan tulangan longitudinal tekan ini selain menambah kekuatan balok
dalam hal menerima beban lentur, juga berfungsi untuk memperkuat
kedudukan begel balok (antara tulangan longitudinal dan begel diikat dengan
kawat lunak, serta sebagai tulangan pembentuk balok agar mudah dalam
pelaksanaan pekerjaan beton.
Gambar 2.5 Analisis Balok Bertulangan Rangkap (Istimawan, 1996)
ND1 = 0,85 f’c ab
NT1= As1 fy
a = β1 c
As1= ρmakbd
ND2 = As’ f’s
NT2= As2 fy
As= As1 + As2
� ′ = As
=
ε′s
=
,
∅
�
′
�
−
′
− ′
26
Universitas Sumatera Utara
Mr1 = ø bd²k Mr2 = Mu – Mr1
MR = ND(z) = NT(z)
Dimana:
ND1
= resultante gaya tekan yang ditahan oleh beton
ND2
= resultante gaya tekan yang ditahan oleh tulangan baja tekan
NT1
= resultante gaya tarik pada tulangan tarik akibat beton
NT2
= resultante gaya tarik pada tulangan tarik
MR
= momen tahanan
z
= jarak antara resultante tekan dan tarik
C
= jarak serat tekan terluar ke garis netral
Fy
= tegangan luluh tulangan
f’c
= kuat tekan beton
As1
= luas tulangan baja tekan (As’)
As2
= luas tulangan baja tarik
ρ
= ratio penulangan
d
= tinggi efektif balok
b
= lebar balok
β1
= konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton.
SK SNI T-15-1991-03 menetapkan nilai β1 = 0,85 untuk f’c 30 MPa,
berkurang 0,008 untuk setiap kenaikan 1 MPa dan nilai tersebut tidak boleh
kurang dari 0,65.
27
Universitas Sumatera Utara
c. Tulangan Geser
Dasar pemikiran perencanaan penulangan geser atau penulangan geser badan
balok adalah usaha menyediakan sejumlah tulangan baja untuk menahan gaya
tarik arah tegak lurus terhadap retak tarik diagonal sedemikian rupa sehingga
mampu mencegah bukaan retak lebih lanjut. Penulangan geser dapat dilakukan
dalam beberapa cara, seperti:
sengkang vertikal,
jaringan kawat baja las yang dipasang tegak lurus terhadap sumbu aksial,
sengkang miring atau diagonal,
batang tulangan miring diagonal yang dapat dilakukan dengan cara
membengkok batang tulangan pokok balok di tempat-tempat yang
diperlukan, atau
tulangan spiral.
Perencanaan geser untuk komponen-komponen struktur terlentur didasarkan
pada anggapan bahwa beton menahan sebagian dari gaya geser, sedangkan
kelebihannya atau kekuatan geser di atas kemampuan beton untk menahannya
dilimpahkan kepada tulangan baja geser. Cara yang umum dilaksanakan dan
lebih sering dipakai untuk penulangan geser ialah dengan menggunakan
sengkang , di mana selain pelaksanaannya lebih mudah juga menjamin
ketepatan pemasangannya. Penulangan dengan sengkang hanya memberikan
andil terhadap sebagian pertahanan geser, karena formasi atau arah retak yang
miring.
28
Universitas Sumatera Utara
Beberapa petunjuk ketentuan penulangan sengkang:
Bahan-bahan dan tegangan maksiumum
Untuk mencegah terjadinya lebar retak berlebihan pada balok akibat gaya
tarik diagonal, SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.4.5 ayat 2 memberikan
ketentuan bahwa kuat luluh rencana tulangan geser tidak boleh melampaui
400 MPa. Sedangkan nilai Vs tidak boleh melebihi (2/3√fc’)bwd telepas
dari berapa jumlah luas total penulangan geser (pasal 3.4.5. ayat 6.8).
Ukuran batang tulangan untuk sengkang
Umumnya digunakan batang tulangan D10 untuk sengkang. Pada kondisi
di mana bentang dan beban sedemikian rupa sehingga mengakibatkan
timbulnya gaya geser yang relative besar, ada kemungkinan harus
menggunakan batang tulangan D12. Penggunaan batang tulangan D12
untuk tulangan sengkang merupakan hal yang jarang dilakukan. Untuk
balok ukuran besar kadang-kadang digunakan sengkang rangkap dengan
perhitungan kemungkinan terjadinya retak diagonal yang menyilang empat
atau lebih batang tulangan sengkang vertical.
Jarak antar sengkang (spasi)
Jarak spasi dari pusat ke pusat antar-sengkang tidak boleh lebih dari 1/2d
atau 600 mm, mana yang lebih kecil (SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.4.5
ayat 4.1). Apabila Vs melebihi nilai (1/3√fc’)bwd jarak spasi sengkang
tidak boleh lebih dari 1/4d atau 300 mm, mana yang lebih kecil (pasal
3.4.5 ayat 4.3). Pada umumnya akan lebih praktis dan ekonomis untuk
29
Universitas Sumatera Utara
menghitung jarak sengkang perlu pada beberapa tempat (penampang)
untuk kemudian penempatan sengkang diatur sesuai dengan kelompok
jarak.
2.3 Beton Bertulang Serat
Dalam beberapa tahun terakhir ini, beton bertulang-serat makin banyak diminati
orang,b dan saat ini ada banyak penelitian tentang beton ini yang sedang
dilakukan. Serat yang digunakan terbuat dari baja, plastik, kaca, dan bahan-bahan
lain. Berbagai eksperimen telah menunjukkan bahwa penambahan serat seperti ini
dalam jumlah yang memadai (normalnya sampai sekitar 1-2% volume) ke dalam
beton-beton konvensional dapat meningkatkan karakteristik beton secara
signifikan.
Beton yang dihasilkan dengan penambahan serat ini mengalami peningkatan
kekerasan substansial, dan mempunyai daya tahan yang lebih tinggi terhadap retak
dan tumbukan. Penggunaan serat tela meningkatkan keserbagunaan beton dengan
mengurangi kerapuhannya. Suatu tulangan hanya menyediakan penguatan pada
arah tulangan saja, sementara serat yang disebarkan secara acak menyediakan
kekuatan tambahan pada semua arah.
Penggunaan serat telah terbukti akan meningkatkan umur lelah (fatigue) dari
balok dan mengurangi lebar retak ketika batang-batang beton menerima beban
lelah. Untuk jangka-panjang, jika peningkatan usia layan beton bertulang-serat
betul-betul dipertimbangkan, beton bertulang-serat terbukti efektif dalam
pembiayaan sebuah proyek konstruksi.
30
Universitas Sumatera Utara