Studi Penggunaan Tulangan Pengekang Tidak Standar Dengan Perkuatan Pen-Binder Pada Kolom Berbentuk Persegi Dengan Aplikasi ANSYS
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Umum
Sehubungan dengan pesatnya kemajuan teknologi, konstruksi beton masih menjadi
pilihan yang tepat sebagai bahan pokok bangunan. Beberapa hal yang mendasarinya yaitu
biaya yang relative lebih murah dan kemudahan dalam memperolehnya.
Dalam konstruksinya, beton merupakan bahan komposit, yang mana terdiri atas
kombinasi agregat dan pengikat semen. Bentuk paling umum dan yang paling sering
digunakan dari beton adalah beton semen Portland, yang terdiri dari agregat mineral
(biasanya kerikil dan pasir), semen dan air. Namun nyatanya pemilihan beton dalam
konstruksi bangunan sudah mengalami banyak perkembangan, baik material utama,
penambahan tulangan, maupun penambahan zat aditif.
Berikut macam-macam jenis beton :
1. Beton Ringan
Beton jenis ini sama dengan beton biasa, perbedaannya hanya agregat kasarnya
diganti dengan agregat ringan. Selain itu, dapat pula terbentuk dari beton biasa
yang diberi bahan tambah yang mampu membentuk gelembung udara waktu
pengadukan beton berlangsung. Beton semacam ini mempunyai banyak pori
sehingga berat jenisnya lebih rendah daripada beton biasa.
2. Beton Non Pasir
Beton jenis ini dibuat tanpa pasir, terdiri atas air, semen, dan kerikil saja.
Akibatnya, rongga-rongga yang harusnya diisi kerikil menjadi tidak terisi.
Sehingga, beton menjadi berongga dan berat jenisnya lebih rendah daripada beton
biasa. Selain itu, tidak dibutuhkan pasta untuk menyelimuti butir-butir pasir
sehingga kebtuhan semen relative lebih sedikit.
Universitas Sumatera Utara
3. Beton Bertulang
Beton biasa sangat lemah atas gaya tarik, namun sangat kuat atas gaya tekan.
Dalam hal ini, batang baja dapat dimasukkan pada bagian beton yang tertarik
untuk menambah daya tarik atas beton tersebut. Beton yang dimasuki batang baja
pada bagian tariknya ini disebut beton bertulang.
Gambar 2.1 . Contoh Visual Beton Bertulang
4. Beton Prategang
Jenis beton ini sama dengan beton bertulang, perbedaannya adalah padda batang
baja yang dimasukkan ke dalam beton harus ditegangkan dahulu. Batang baja ini
tetap mempunyai tegangan sampai beton yang dituang mengeras. Bagian balok
beton prategang ini tidak akan terjadi retak walaupun menahan lenturan.
5. Beton Pracetak
Beton biasanya dicetak atau dituang di tempat, namun dapat pula dicetak di
tempat lain (Pracetak), fungsinya adalah agar memperoleh mutu yang lebih baik.
Selain itu, beton pracetak dipakai jika tempat pembuatan beton sangat terbatas,
sehingga sulit menyediakan tempat percetakan dan perawatan betonnya.
Universitas Sumatera Utara
6. Lain-Lain
Beton mutu tinggi, beton serat, polimer beton, beton modifikasi blok, polimer
impregnated concrete, beton kinerja tinggi, dll.
Perkembangan pada material beton tadi dapat menjadi opsi untuk berbagai jenis
situasi suatu proyek konstruksi serta membuat kinerja beton semakin baik, unggul, dan hanya
sedikit memiliki kekurangan. Namun, tidak dipungkiri masih akan terjadi kerusakan pada
beton, yang mana beberapa penyebab kerusakan pada beton adalah kesalahan pada
perencanaan, pembebanan yang berlebihan, maupun kondisi lingkungan yang tidak baik.
Beton bertulang sebagai struktur bangunan masih menjadi favorit masyarakat
Indonesia. Terbukti rata-rata bangunan berstruktur menengah menuju tinggi di Indonesia
masih menggunakan konstruksi beton bertulang. Elemen bangunan yang lazimnya berupa
beton bertulang adalah kolom bangunan.
Gambar 2.2 . Struktur Kolom Bangunan
Universitas Sumatera Utara
Kolom merupakan komponen tekan pada bangunan yang merupakan lokasi kritis
penyebab keruntuhan pada bangunan. Demi mengurangi penyebab kerusakan pada kolom
beton bertulang, diciptakan elemen pengekang berupa tulangan baja yang memiliki fungsi
penting sebagai pencegah tekuk pada tulangan longitudinal dan mencegah terjadinya
keruntuhan geser pada kolom.
Maksud dari pemasangan tulangan pengekang itu sendiri dimaksudkan agar pada saat
selimut beton terkelupas akibat penambahan beban, tulangan pengekang diharapkan dapat
mengekang inti beton sehingga kolom yang selimutnya terkelupas setidaknya memiliki
kekuatan yang sama dengan pada saat belum mengalami pengelupasan .
Agar dapat berfungsi dengan baik, tulangan pengekang harus diikat dalam bentuk kait
yang mengunci tulangan longitudinal. Untuk daerah rawan gempa diisyaratkan tulangan
pengekang tadi harus ditekuk pada bagian ujungnya hingga 135 0. Kait yang ditekuk tadi
memiliki panjang sedemikian rupa sampai masuk ke daerah inti beton sehingga memberikan
tahanan yang baik dan efektif. Tulangan pengekang dengan kait 900 memiliki kemampuan
yang lebih rendah dalam menahan inti beton, hal ini terjadi karena tidak adanya gaya yang
menahan kait untuk tetap pada posisi semula, yang nantinya mengakibatkan kait bengkok
keluar sehingga tidak dapat mengekang inti beton.
Penelitian atas tulangan pengekang telah banyak diteliti oleh para ahli, yang mencolok
dari pemodelan tulangan pengekang adalah konfigurasinya, mau itu jarak antar sengkang
ataupun model dari sengkang itu sendiri. Salah satu hasil dari penelitian pemodelan sengkang
adalah pemakaian elemen pengekang tambahan yang diberi nama pen-binder. Pemodelan
sengkang yang dilakukan atas kolom bangunan itu memberikan hasil bahwa Pen-binder itu
sendiri merupakan suatu perangkat tambahan yang dapat digunakan dan dikembangkan
dengan tujuan memperbaiki kinerja tulangan pengekang.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 . Penggunaan Pen-Binder untuk Sengkang
Maka dari itu, pada tugas akhir ini akan dibahas mengenai pengaruh penggunaan dari
pen-binder terhadap kinerja tulangan sengkang dengan menggunakan aplikasi yaitu ANSYS
12.1 yang mana dapat memberikan gambaran deformasi visual beserta data teganganregangan pada model tulangan sengkang tersebut.
2.2
Struktur Kolom
Kolom adalah batang tekan dengan posisi vertikal (tegak) pada struktur bangunan
yang berfungsi untuk memikul beban dari balok dan beban lain diatasnya yang kemudian
meneruskan beban-beban tersebut ke pondasi bangunan yang nantinya akan meneruskan
beban itu ketanah.
Gambar 2.4 . Struktur Rangka Bangunan (Kolom dan Balok)
Universitas Sumatera Utara
SK SNI T-15-1991-03 mendefinisikan kolom adalah komponen struktur bangunan
yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak
ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral terkecil.
2.2.1
Fungsi kolom
Kolom merupakan salah satu elemen dari struktur rangka yang mengalami desak dan
lentur serta pemakaiannya selalu dihubungkan dengan elemen struktur yang lain yaitu balok
sebagai satu kesatuan. Kolom berfungsi sebagai penerus beban seluruh bangunan ke pondasi.
Bila diumpamakan, kolom itu seperti rangka tubuh manusia yang memastikan sebuah
bangunan berdiri. Kolom termasuk struktur utama untuk meneruskan berat bangunan dan
beban lain seperti beban hidup (manusia dan barang-barang), serta beban hembusan angin.
Sebagai bagian dari suatu kerangka bangunan dengan fungsi tersebut maka kolom menempati
posisi penting di dalam sistem struktur bangunan.
Struktur dalam kolom beton bertulang dibuat dari besi dan beton. Keduanya
merupakan gabungan antara material yang tahan tarikan dan tekanan. Besi adalah material
yang tahan tarikan, sedangkan beton adalah material yang tahan tekanan. Gabungan kedua
material ini dalam struktur beton memungkinkan kolom atau bagian struktural lain seperti
sloof dan balok bisa menahan gaya tekan dan gaya tarik pada bangunan.
Gambar 2.5 . Ilustrasi Bagian Dalam Kolom Beton Bertulang dengan Bekisting
Universitas Sumatera Utara
2.2.2
Kolom Beton Bertulang
Dalam buku struktur beton bertulang (Istimawan dipohusodo, 1994) ada tiga jenis
kolom beton bertulang yaitu :
a. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom
beton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada
jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang ke arah lateral. Tulangan
ini berfungsi untuk memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh
pada tempatnya.
b. Kolom menggunakan pengikat spiral. Bentuknya sama dengan yang pertama
hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok memanjang adalah tulangan
spiral yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus di sepanjang kolom.
Fungsi dari tulangan spiral adalah memberi kemampuan kolom untuk
menyerap deformasi cukup besar sebelum runtuh, sehingga mampu mencegah
terjadinya kehancuran seluruh struktur sebelum proses redistribusi momen
dan tegangan terwujud.
c. Struktur kolom komposit . Merupakan komponen struktur tekan yang
diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar baja profil atau pipa, dengan
atau tanpa diberi batang tulangan pokok memanjang.
Gambar 2.6 . Jenis Kolom Beton Bertulang
Universitas Sumatera Utara
2.2.3
Keruntuhan Pada Kolom Beton Bertulang
Keruntuhan kolom ditandai oleh adanya:
1. Kegagalan/kehancuran beton dan tulangan baja secara bersamaan
2. Kegagalan salah satu pembentuk kolom misalnya kegagalan pada beton atau
kegagalan pada baja tulangan
Menurut Nawy (1990), kekuatan kolom dievaluasi berdasarkan prinsip-prinsip dasar
sebagai berikut :
a. Distribusi regangannya linier di seluruh tebal kolom.
b. Regangan pada tulangan / baja sama dengan regangan pada beton.
c. Regangan beton maksimum yang diizinkan adalah 0,003.
d. Kekuatan tarik beton diabaikan dan tidak dipergunakan dalam hitungan.
Keruntuhan pada struktur kolom disebabkan banyak hal, diantaranya:
a. Crushing (Retak) beton pada zona tekan.
b. Melelehnya tulangan pada zona tarik (Terjadi pada kolom pendek).
c. Tekuk pada kolom (Terjadi pada kolom langsing).
2.2.4
Perilaku Kolom
Berdasarkan
posisi
beban
terhadap
penampang
melintang,
kolom
dapat
diklasifikasikan atas kolom dengan beban sentris dan kolom dengan beban eksentris. Pada
pembebanan sentris, kolom tidak akan mengalami momen lentur. Kolom dengan beban
eksentris mengalami momen lentur dan juga gaya aksial.
Menurut penelitian menggunakan benda uji beton normal dengan pembebanan aksial
sentris oleh Wehbe, Siidi dan Sanders pada tahun 1999, dilaporkan terbukanya pengikat
silang dengan kait 900 pada daerah sendi plastis di setiap level beban aksial, diikuti dengan
terjadinya keruntuhan beton dan kegagalan pengekangan inti beton (Seible dkk,1997).
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 . Typical Stress-Strain Plot for Mild Carbon Steel
Gambar diatas menunjukkan bahwa pada saat regangan beton mencapai sekitar 0,0020,003, beton mencapai kekuatan maksimum f’c. Jika pembebanan terus dilakukan hingga
terjadi regangan disekitar 0,003, maka kapasitas beban sentris maksimum pada kolom dapat
diperoleh dengan menambahkan kontribusi beton yaitu (Ag-Ast)0,85.f’c dan kontribusi baja
(Ast.fy). Dengan demikian beban sentries maksimum adalah Po yang dapat dinyatakan
sebagai:
Po= 0,8 f’c(Ag-Ast)+Fy.Ast
Jika dilihat dari SNI 03-2847-2002, beton dan baja akan berperilaku elastic. Jadi,
untuk analisis elastic biasanya dilakukan dengan menggunakan transformasi beban sentris.
Perlu diberi penekanan bahwa beban sentris menyebabkan tegangan tekan yang merata di
seluruh bagian penampang, sehingga pada saat terjadi keruntuhan, tegangan dan regangan
akan merata di seluruh bagian penampang. Maka dari itu, didalam tugas akhir ini akan
dilakukan pembebanan sentris pada model tulangan kolom beton.
Universitas Sumatera Utara
2.3
Pengekangan Beton Bertulang
Beton merupakan bahan yang kuat menahan gaya tekan. Jika beton ditekan hingga
mencapai kuat tekannya, maka beton itu akan hancur. Sedangkan tulangan baja mempunyai
kuat tekan dan tarik yang jauh lebih besar daripada beton. Beton mempunyai range kuat tekan
rata-rata di antara 20 – 40 MPa (kira-kira 200-400 kg/cm2), sementara baja mencapai 240
MPa (2400 kg/cm2) untuk tulangan polos dan 400 MPa (4000 kg/cm2) untuk tulangan ulir.
Namun, luas penampang baja jauh lebih kecil sehingga kapasitas tekannya juga tidak akan
sebesar kapasitas tekan beton.
Secara kasar dapat diibaratkan, setiap penambahan 1% luas tulangan terhadap luas
beton, kapasitas aksial tekannya bisa ditingkatkan hingga 10%. Misalnya, ada kolom beton
pendek ukuran 20cmx20cm, luasnya 400 cm2, dan kapasitas tekannya dimisalkan sebesar
80000 kg (80 ton), kemudian ditambahkan tulangan seluas 4 cm 2 (1%), maka kapasitas
tekannya bisa mencapai 88 ton. Namun, terdapat kondisi khusus yang harus dipenuhi agar
tulangan bisa memberikan kontribusi sebesar itu.
Berikut ilustrasi perubahan kapasitas tekan akibat penambahan tulangan pada kolom
beton :
a. Ada kolom beton tanpa tulangan, diberi beban hingga beton tersebut hancur.
Gambar 2.8 . Pemberian Beban pada Kolom Tanpa Tulangan
Universitas Sumatera Utara
b. Di sisi lain, ada 4 buah tulangan pendek, posisi berdiri, bagian bawah dijepit,
kemudian diberi beban di atasnya.
Gambar 2.9 . Pemberian Beban pada Tulangan Longitudinal
Tulangan tersebut tertekuk, bengkok, dan jatuh. Padahal bebannya tidak terlalu besar.
c. Tulangan diatas ditanam ke kolom beton sebelumnya. Kemudian diberi beban
lagi.
Gambar 2.10 . Pemberian Beban Pada Kolom yang Bertulang Longitudinal
Tulangan tersebut akan berusaha untuk bengkok. Yang paling mungkin adalah
menekuk ke arah luar, dikarenakandiarah dalam telah terisi beton padat dan selimut
beton lebih mudah didorong keluar.
Universitas Sumatera Utara
d. Bagaimana caranya agar tulangan vertikal tersebut tidak berhamburan
menekuk ke luar?
Gambar 2.11 . Pemberian Beban pada Kolom yang Bertulang Longitunal dan
Bersengkang
Tulangan tersebut harus dikekang atau diikat oleh sesuatu. Pengikat tadi disebut juga
sengkang alias ties. Tulangan harus diikat pada setiap jarak tertentu agar tidak
menekuk ketika diberi beban tekan yang besar. Diharapkan tulangan tersebut harus
bisa menahan tekanan/tegangan hingga mencapai tegangan lelehnya.
Pengekangan pada kolom biasanya dapat berupa tulangan yang berfungsi sebagai
pengikat (dengan kait) maupun spiral agar beton tidak pecah. Efek dari kekangan ini adalah
akan meningkatkan kekuatan dan tegangan ultimate beton. Selain itu, pengekang juga akan
memberikan material beton bertulang dengan sifat cukup daktail.
Tulangan lateral (sengkang) yang biasa digunakan adalah tulangan dalam bentuk
pengikat (ties) yang didistribusikan sepanjang ketinggian kolom pada interval yang
ditentukan. Semakin pendek atau rapat jarak sengkang pada kolom, maka semakin besar pula
kekuatan kolom tersebut dalam memikul beban aksial. Bila ditinjau dari segi biaya, sengkang
ikat jauh lebih murah bila dibandingkan dengan sengkang spiral, walaupun sengkang ikat
Universitas Sumatera Utara
mempunyai kekuatan dan daktilitas yang lebih rendah bila dibandingkan dengan sengkang
spiral.
Sebagai akibat penggunaan pengekangan pada kolom, akan terbentukan suatu luasan
inti terkekang pada daerah sepanjang kolom. Luasan inti ini tentu saja amat dipengaruhi oleh
konfigurasi tulangan pengekangnya.
Gambar 2.12 . Luasan Inti Terkekang
Pengaruh dari kekangan pada kolom dapat dibedakan berdasarkan bentuk dari kolom
itu sendiri. Untuk kekangan transversal, pada tahun 1988 telah dilakukan percobaan oleh
Mander dkk yang menggunakan 31 kolom rectangular. Didapat bahwa pengaruh kekangan
transversal adalah sebagai berikut:
f’cc= kc.f’c
dimana:
kc= faktor kenaikan kuat beton, tergantung dari tekanan biaksial yang
disebabkan oleh kekangan lateral efektif.
Maka daripada itu, kuat tekan maksimum sebagai akibat dari kekangan transversal
dapat dirumuskan sebagai berikut :
F’cu= f’cc / 0,83
Universitas Sumatera Utara
2.3.1
Prinsip Pengekangan Kolom
Menurut Anang Kristianto (2010), ada beberapa prinsip dalam pengekangan, yaitu:
a. Pengaruh Beban Aksial
Semakin tinggi beban aksial akan menurunkan tingkat daktilitas secara
signifikan Sheikh dan Yeh 1990, Paultre dan Legeron, 2008 , level beban
aksial biasanya diukur dari perbandingan P/fc’.Ag dan P/P0 .
b. Konfigurasi Tulangan
Efektifitas kekangan dari tulangan pengekang tergantung dari luas area efektif
dari beton yang terkekang dan distribusi tegangan kekangannya, dimana hal
ini dipengaruhi oleh distribusi tulangan longitudinal dan lateralnya (Sheikh
et.al.,1990). Semakin banyak jumlah tulangan longitudinal yang dikekang
oleh sengkang, area beton yang terkekang akan meningkat.
c. Batasan Kondisi untuk Konfigurasi Tulangan.
Sheikh dan Khoury ( 1997 ) menyarankan bahwa untuk desain beban gempa
kolom harus didesain dan didetail dengan level daktilitas tinggi atau moderat.
Berdasarkan beberapa eksperimen didapatkan bahwa konfigurasi kategori I
tidak dapat digunakan untuk kolom dengan daktilitas tinggi. Pada kolom
dengan konfigurasi kategori II, pengujian pada kolom F ( Sheikh & Yeh.,
1990; Sheikh & Khoury., 1993 ; Sheikh et al., 1994 ) dengan beban aksial
yang tinggi menunjukkan adanya kecenderungan terbukanya sengkang kait 90
deformasi yang besar, dan mengakibatkan kolom kehilangan kekangan.
Wehbe, Saiidi dan Sanders ( 1999 ), dalam pengujiannya terhadap kolom
jembatan berbentuk segiempat
yang didesain dalam level moderat
menginformasikan bahwa pengekang dengan kait 90 pada daerah sendi plastis
Universitas Sumatera Utara
sudah terbuka dan kondisi ini diikuti dengan menekuknya tulangan
longitudinal akibat kehilangan kekuatan kekangan. Sementara pengekang
dengan kait 135 dalam kondisi mulai akan terbuka diikuti mulai menekuknya
tulangan longitudinal pada akhir pengujian.
Gambar 2.13 . Kait Sengkang 1350 dan 900
Lukkunaprasit
dan Sittipunt melakukan pengujian pada tahun 2003 dengan
menambahkan semacam hook-clips pada sambungan antara sengkang kait 90 untuk menahan
agar kait tidak terbuka.
Hook-clips ini dilaporkan efektif mengekang kolom dengan
sengkang kait 90 yang didesain untuk level gempa moderat serta meningkatkan faktor
daktilitas dan energi disipasinya.
Universitas Sumatera Utara
2.3.2
Peraturan tentang Konsep Pengekangan.
Berdasarkan SNI 03-2847-2002, syarat pengekangan pada kolom beton dirumuskan
sebagai berikut :
a. Pengekangan harus dilakukan pada seluruh daerah sendi plastis
b. Pada seluruh tinggi kolom harus menggunakan tulangan transversal dengan
jarak yang telah dihitung dan ditentukan.
c. Spasi tulangan transversal pengekang minimum dari ¼ dimensi komponen
terkecil ataupun 6 kali diameter tulangan longitudinal
Peraturan memberikan persyaratan kekangan untuk desain elemen kolom pada daerah
dengan tingkat kerawanan bahaya gempa yang tinggi. SNI 03-2847-2002 mendefinisikan “
sengkang kait gempa” ( seismic hook , Gambar 6) sebagai kait pada sengkang terbuka (
Detail-C) , tertutup ( Detail-A) atau pada pengikat silang ( Detail-B) yang ujungnya ditekuk
dengan sudut tidak kurang dari 1350
Gambar 2.14 . Detail Sengkang Kait Gempa ( SNI 03-2847-2002)
Universitas Sumatera Utara
Detailing diperlukan pada daerah-daerah yang diharapkan terbentuk sendi plastis
untuk mendisipasi energi gempa yang masuk dalam struktur.
Gambar 2.15 . Detailing kekangan pada kolom untuk daerah dengan tingkat
kerawanan gempa tinggi (ACI 318M-05 )
Universitas Sumatera Utara
2.4
Aplikasi Struktural
Teknik sipil adalah salah satu cabang ilmu teknik yang mempelajari tentang
bagaimana merancang, membangun, merenovasi tidak hanya gedung dan infrastruktur, tetapi
juga mencakup lingkungan untuk kemaslahatan hidup manusia. Teknik sipil mempunyai
ruang lingkup yang luas, di dalamnya pengetahuan matematika, fisika, kimia, biologi,
geologi, lingkungan hingga komputer mempunyai peranannya masing-masing. Teknik sipil
dikembangkan sejalan dengan tingkat kebutuhan manusia dan pergerakannya, hingga bisa
dikatakan ilmu ini bisa mengubah sebuah hutan menjadi kota besar.
Keluasan cabang dari ilmu teknik sipil ini membuatnya sangat fleksibel di dalam
dunia
kerja.
Profesi
yang
didapat
dari
seorang ahli
bidang ini
antara
lain:
perancangan/pelaksana pembangunan/pemeliharaan prasarana jalan, jembatan, terowongan,
gedung, bandar udara, lalu lintas (darat, laut, udara), sistem jaringan kanal, drainase, irigasi,
perumahan, gedung, minimalisasi kerugian gempa, perlindungan lingkungan, penyediaan air
bersih, survey lahan, konsep finansial dari proyek, manajemen projek dsb. Semua aspek
kehidupan tercangkup dalam muatan ilmu teknik sipil.
Ahli teknik sipil tidak hanya berurusan dengan pembangunan sebuah proyek
bangunan, tetapi di bidang lain seperti yang berkaitan dengan informatika, memungkinkan
untuk memodelisasi sebuah bentuk dengan bantuan program, pemodelan kerusakan akibat
berbagai macam faktor, maupun membuat inovasi baru dibidang kesipilan. Hal ini sangat
penting di negara maju sebagai tolak ukur kelayakan pembangunan sebuah bangunan vital
yang mempunyai risiko dapat menelan korban banyak manusia seperti reaktor nuklir atau
bendungan, jika terjadi kegagalan perencanaan teknis. Rancangan bangunan tersebut
biasanya dimodelkan dalam komputer dengan diberikan faktor-faktor ancaman bangunan
Universitas Sumatera Utara
tersebut seperti gempa dan keruntuhan struktur material. Peran ahli teknik sipil juga masih
berlaku walaupun fase pembangunan sebuah gedung telah selesai, seperti terletak pada
pemeliharaan fasilitas gedung tersebut.
Untuk membantu pekerjaan ahli teknik sipil di lapangan maupun dibalik meja,
terdapat berbagai macam alat bantu atau software teknik sipil yang tersedia. Software yang
tersedia terdiri atas berbagai macam kegunaan, sesuai atas jenis pekerjaan yang dibutuhkan.
Beberapa jenis software yang biasa digunakan oleh seorang ahli teknik sipil adalah
sebagai berikut :
1. Autocad
Autocad adalah produk dari Autodesk merupakan software dasar yang harus dikuasai
oleh engineer serta drafter. Dengan autocad, gambar teknik seperti gambar desain,
gambar fabrikasi, gambar pemasangan dan lain sebagainya dapat dihasilkan. Selain
gambar – gambar tersebut, autocad juga mampu menampilkan 3D modeling dari
sebuah bangunan. Autocad dapat terintegrasi dengan software lainnya seperti :
Staadpro, SAP2000, ETABS, TEKLA.
Gambar 2.16 . Aplikasi Autocad
Universitas Sumatera Utara
2. Staadpro
Staadpro merupakan software keluaran dari salah satu produk Bentley. Software ini
digunakan untuk analisis sebuah struktur bangunan. Dalam dunia engineering,
staadpro lebih sering digunakan oleh perusahan-perusahan EPC yang bergerak
dibidang petrochemical serta bidang minyak dan gas. Misal untuk menganalisa
sebuah struktur piperack, jetty, shelter dan lain sebagainya.
Gambar 2.17. Aplikasi STAAD.Pro
3. SAP2000
Sama halnya dengan staadpro, SAP2000 juga merupakan software yang berbasis
analisa struktur. Produk keluaran CSi ini sering digunakan untuk menghitung
bangunan gedung, jembatan serta bendungan. Dilengkapi feature yang lengkap,
SAP2000 sangat powerfull untuk analisa bangunan tersebut. SAP dapat terintegrasi
dengan autocad, sehingga pemodelan pada SAP2000 dapat di export ke autocad.
Gambar 2.18 Aplikasi SAP 2000
Universitas Sumatera Utara
4. ETABS
Produk keluaran CSi ini bisa dikatakan adalah “saudara kandung” dari SAP2000.
ETABS sendiri lebih dikhususkan untuk menganalisa struktur high-rise building.
Feature untuk menganalisa struktur yang lengkap daripada SAP2000 menjadikan
ETABS lebih dipilih dalam menganalisa struktur high-rise building.
Gambar 2.19 Aplikasi ETABS
5. Tekla Structure
Tekla merupakan Software yang digunakan oleh para structural engineers, detailer,
dan fabricator. Saat kita melakukan pengeditan pada 3D modeling, maka 2D draft
akan otomatis berubah sesuai perubahan yang terjadi pada 3D. Selain itu, Tekla dapat
digunakan sebagai multiuser, dimana dalam satu model kita dapat mengerjakan
dengan dua atau tiga orang lebih. Tekla digunakan untuk proyek gedung, onshore dan
bahkan untuk offshore engineering.
6. ANSYS mechanical
ANSYS mechanical menawarkan produk solusi yang komprehensif untuk struktural
linier / nonlinier dan analisis dinamika. Produk ini menawarkan satu set lengkap
unsur-unsur perilaku, model material dan pemecah persamaan untuk berbagai
Universitas Sumatera Utara
permasalahan dan rekayasa. Selain itu, ANSYS mechanical menawarkan analisis
termal dan kemampuan ditambah-fisika yang melibatkan akustik, piezoelektrik,
termal analisis-struktural dan termal-listrik.
Gambar 2.20 . Aplikasi ANSYS
7. Solidwork
Solidwork merupakan salah satu software engineering yang banyak digunakan untuk
aplikasi pembuatan rancang desain dalam bentuk 3D. Solidwork ini merupakan
pesaing Autodesk Inventor.
Gambar 2.21 . Aplikasi SolidWorks
Software atau aplikasi komputer dibidang ketekniksipilan ini sangat bermanfaat guna
mempercepat pekerjaan sarjana teknik sipil seperti halnya merancang, melakukan pemodelan,
melakukan perhitungan, maupun uji coba terhadap suatu objek sipil.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1
Aplikasi Pemodelan dan Analisis Struktur ( ANSYS)
Metode elemen hingga merupakan salah satu metode numerik yang dapat digunakan
untuk menyelesaikan masalah struktural, termal dan elektromagnetik. dalam metode ini
seluruh masalah yang kompleks seperti variasi bentuk, kondisi batas dan beban diselesaikan
dengan metode pendekatan. karena keanekaragaman dan fleksibilitas sebagai perangkat
analisis, metode ini mendapat perhatian dalam dunia teknik.
Metode elemen hingga adalah suatu alat numerik yang digunakan dalam
menyelesaikan masalah teknik seperti persamaan diferensial dan integral dengan metode
pendekatan. Metoda itu mula-mula dikembangkan untuk mempelajari tentang struktur dan
tekanan (Clough 1960) dan kemudian berkembang pada masalah mekanika kontinu
(Zienkiewicz dan Cheung 1965).
ANSYS adalah program paket yang dapat memodelkan elemen hingga untuk
menyelesaikan masalah yang berhubungan dengan mekanika, termasuk di dalamnya masalah
statik, dinamik, analisis struktural (baik linier maupun nonlinier), masalah perpindahan panas,
masalah fluida dan juga masalah yang berhubungan dengan akustik dan elektromagnetik.
Gambar 2.22 . ANSYS 12.1 Release
Universitas Sumatera Utara
ANSYS merupakan aplikasi desain yang digunakan dan diakui secara Internasional
untuk mensimulasikan Finite Element Model dan Analisis guma memudahkan pemilik
proyek, insinyur, dan design engineer untuk secara cepat membangun model penuh
berdasarkan kebutuhan proyek.
ANSYS yang awalnya berasal dari nama produk komersial ANSYS Mechanical atau
ANSYS Multiphysic, keduanya peralatan software analisis elemen hingga dengan bantuan
komputer yang dikembangkan oleh ANSYS Inc. Perusahaan tersebut sebenarnya
mengembangkan produk software untuk teknik dengan bantuan komputer, akan tetapi lebih
dikenal dengan produk komersial ANSYS Mechanical & ANSYS Multiphysic.
Untuk pengguna tingkat akademik ANSYS Inc menyediakan versi nonkomersial ANSYS
Multiphysic seperti ANSYS University Advanced dan ANSYS University Research. ANSYS
Mechanical, ANSYS Multiphysic and variasi nonkomersialnya secara umum yang digunakan
dalam akademik adalah alat analisis yang berisi pre-processing (pembuatan bentuk
geometrik, meshing), solver dan modul post-processing dalam satu kesatuan Graphic User
Interface.
Dalam aplikasinya ANSYS dapat dibagi menjadi dua menurut dimensinya, yaitu :
a. ANSYS Classic
ANSYS ini menyelesaikan problema dalam 2 dimensi seperti sistem solid dalam
bidang 2 dimensi dan perpindahan panas dalam 2 dimensi.
b. ANSYS Workbench
ANSYS ini menyelesaikan problema dalam 3 dimensi seperti sistem solid dalam 3
dimensi dan masalah aliran fluida pada pipa dalam 3 dimensi.
Universitas Sumatera Utara
ANSYS merupakan salah satu software yang digunakan untuk menganalisis berbagai
macam struktur, aliran fluida, dan perpindahan panas dari beberapa software analisisis yang
lain yaitu Nastran, CATIA, Fluent, dan yang lain. Ada tiga analisis utama yang dibahas pada
buku ini yaitu analisis struktur, aliran fluida, dan perpindahan panas yang sangat sering
dijumpai dalam keilmuteknikan. Agar materi yang dibahas di buku ini dapat diikuti dengan
baik, maka sebaiknya pembaca harus memiliki dasar (basic) tentang keilmuan di atas.
Penyajian materi dilakukan secara bertahap yaitu mulai dari menggambar benda
(objek) sampai dilakukannya penganalisisan dan diperoleh hasilnya. Secara umum
penyelesaian elemen hingga menggunakan ANSYS dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu :
1. Preprocessing (Pendefinisian Masalah)
Masalah adalah bagian terpenting dalam suatu proses riset, karena masalah dapat
menghadirkan petunjuk berupa jenis informasi atau defenisi yang nantinya akan
sangat kita butuhkan.
Jika diartikan kedalam bahasa indonesia Pre- artinya sebelum dan Processor- artinya
pemroses. Preprocessing merupakan tahapan awal dalam mengolah data input
sebelum memasuki proses tahapan utama. Pada tahap pertama ini, dilakukan
pendefinisian dari objek yang nantinya akan diproses pada tahap selanjutnya.
Langkah umum dalam preprocessing terdiri dari :
(i)
mendefinisikan keypoint/lines/areas/volume dari objek,
Dalam hal ini, pendefinisian diatas harus dilakukan setelah dilakukannya
pemodelan terlebih dahulu. Pemodelan merupakan proses menggambar
ataupun mengimport gambar benda atau objek yang akan didefinisikan
kedalam lembar kerja.
Universitas Sumatera Utara
(ii)
mendefinisikan tipe elemen dan bahan yang digunakan/sifat geometric dari
objek, dan
(iii)
mendefinisikan mesh lines/areas/volumes sebagaimana dibutuhkan. Jumlah
detil yang dibutuhkan akan tergantung pada dimensi daerah yang dianalisis,
ie.,1D, 2D, axisymetric dan 3D.
2. Solution / Assigning Loads, Constraints, and Solving
Pemecahan masalah adalah suatu proses terencana yang perlu dilaksanakan agar
memperoleh penyelesaian tertentu dari sebuah masalah yang mungkin tidak didapat
dengan segera (Saad & Ghani, 2008:120).
Pada tahap ini, perlu dilakukan penentuan beban, model pembebanan (titik atau
luasan), constraints (translasi dan rotasi) dan kemudian menyelesaikan hasil
persamaan yang telah diset pada objek.
3. Postprocessing/ Further Processing and Viewing of The Results
Postprocessing adalah langkah akhir dalam suatu analisis berupa visualisasi yang
memungkinkan penganalisis untuk mengeksplor data. Hal yang dilakukan pada
langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi yang bisa
berupa gambar, kurva, dan animasi.
Dalam bagian ini pengguna mungkin dapat melihat :
(i)
daftar pergeseran nodal,
(ii)
gaya elemen dan momentum,
(iii)
plot deflection dan
(iv)
diagram kontur tegangan (stress) atau pemetaan suhu.
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Umum
Sehubungan dengan pesatnya kemajuan teknologi, konstruksi beton masih menjadi
pilihan yang tepat sebagai bahan pokok bangunan. Beberapa hal yang mendasarinya yaitu
biaya yang relative lebih murah dan kemudahan dalam memperolehnya.
Dalam konstruksinya, beton merupakan bahan komposit, yang mana terdiri atas
kombinasi agregat dan pengikat semen. Bentuk paling umum dan yang paling sering
digunakan dari beton adalah beton semen Portland, yang terdiri dari agregat mineral
(biasanya kerikil dan pasir), semen dan air. Namun nyatanya pemilihan beton dalam
konstruksi bangunan sudah mengalami banyak perkembangan, baik material utama,
penambahan tulangan, maupun penambahan zat aditif.
Berikut macam-macam jenis beton :
1. Beton Ringan
Beton jenis ini sama dengan beton biasa, perbedaannya hanya agregat kasarnya
diganti dengan agregat ringan. Selain itu, dapat pula terbentuk dari beton biasa
yang diberi bahan tambah yang mampu membentuk gelembung udara waktu
pengadukan beton berlangsung. Beton semacam ini mempunyai banyak pori
sehingga berat jenisnya lebih rendah daripada beton biasa.
2. Beton Non Pasir
Beton jenis ini dibuat tanpa pasir, terdiri atas air, semen, dan kerikil saja.
Akibatnya, rongga-rongga yang harusnya diisi kerikil menjadi tidak terisi.
Sehingga, beton menjadi berongga dan berat jenisnya lebih rendah daripada beton
biasa. Selain itu, tidak dibutuhkan pasta untuk menyelimuti butir-butir pasir
sehingga kebtuhan semen relative lebih sedikit.
Universitas Sumatera Utara
3. Beton Bertulang
Beton biasa sangat lemah atas gaya tarik, namun sangat kuat atas gaya tekan.
Dalam hal ini, batang baja dapat dimasukkan pada bagian beton yang tertarik
untuk menambah daya tarik atas beton tersebut. Beton yang dimasuki batang baja
pada bagian tariknya ini disebut beton bertulang.
Gambar 2.1 . Contoh Visual Beton Bertulang
4. Beton Prategang
Jenis beton ini sama dengan beton bertulang, perbedaannya adalah padda batang
baja yang dimasukkan ke dalam beton harus ditegangkan dahulu. Batang baja ini
tetap mempunyai tegangan sampai beton yang dituang mengeras. Bagian balok
beton prategang ini tidak akan terjadi retak walaupun menahan lenturan.
5. Beton Pracetak
Beton biasanya dicetak atau dituang di tempat, namun dapat pula dicetak di
tempat lain (Pracetak), fungsinya adalah agar memperoleh mutu yang lebih baik.
Selain itu, beton pracetak dipakai jika tempat pembuatan beton sangat terbatas,
sehingga sulit menyediakan tempat percetakan dan perawatan betonnya.
Universitas Sumatera Utara
6. Lain-Lain
Beton mutu tinggi, beton serat, polimer beton, beton modifikasi blok, polimer
impregnated concrete, beton kinerja tinggi, dll.
Perkembangan pada material beton tadi dapat menjadi opsi untuk berbagai jenis
situasi suatu proyek konstruksi serta membuat kinerja beton semakin baik, unggul, dan hanya
sedikit memiliki kekurangan. Namun, tidak dipungkiri masih akan terjadi kerusakan pada
beton, yang mana beberapa penyebab kerusakan pada beton adalah kesalahan pada
perencanaan, pembebanan yang berlebihan, maupun kondisi lingkungan yang tidak baik.
Beton bertulang sebagai struktur bangunan masih menjadi favorit masyarakat
Indonesia. Terbukti rata-rata bangunan berstruktur menengah menuju tinggi di Indonesia
masih menggunakan konstruksi beton bertulang. Elemen bangunan yang lazimnya berupa
beton bertulang adalah kolom bangunan.
Gambar 2.2 . Struktur Kolom Bangunan
Universitas Sumatera Utara
Kolom merupakan komponen tekan pada bangunan yang merupakan lokasi kritis
penyebab keruntuhan pada bangunan. Demi mengurangi penyebab kerusakan pada kolom
beton bertulang, diciptakan elemen pengekang berupa tulangan baja yang memiliki fungsi
penting sebagai pencegah tekuk pada tulangan longitudinal dan mencegah terjadinya
keruntuhan geser pada kolom.
Maksud dari pemasangan tulangan pengekang itu sendiri dimaksudkan agar pada saat
selimut beton terkelupas akibat penambahan beban, tulangan pengekang diharapkan dapat
mengekang inti beton sehingga kolom yang selimutnya terkelupas setidaknya memiliki
kekuatan yang sama dengan pada saat belum mengalami pengelupasan .
Agar dapat berfungsi dengan baik, tulangan pengekang harus diikat dalam bentuk kait
yang mengunci tulangan longitudinal. Untuk daerah rawan gempa diisyaratkan tulangan
pengekang tadi harus ditekuk pada bagian ujungnya hingga 135 0. Kait yang ditekuk tadi
memiliki panjang sedemikian rupa sampai masuk ke daerah inti beton sehingga memberikan
tahanan yang baik dan efektif. Tulangan pengekang dengan kait 900 memiliki kemampuan
yang lebih rendah dalam menahan inti beton, hal ini terjadi karena tidak adanya gaya yang
menahan kait untuk tetap pada posisi semula, yang nantinya mengakibatkan kait bengkok
keluar sehingga tidak dapat mengekang inti beton.
Penelitian atas tulangan pengekang telah banyak diteliti oleh para ahli, yang mencolok
dari pemodelan tulangan pengekang adalah konfigurasinya, mau itu jarak antar sengkang
ataupun model dari sengkang itu sendiri. Salah satu hasil dari penelitian pemodelan sengkang
adalah pemakaian elemen pengekang tambahan yang diberi nama pen-binder. Pemodelan
sengkang yang dilakukan atas kolom bangunan itu memberikan hasil bahwa Pen-binder itu
sendiri merupakan suatu perangkat tambahan yang dapat digunakan dan dikembangkan
dengan tujuan memperbaiki kinerja tulangan pengekang.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 . Penggunaan Pen-Binder untuk Sengkang
Maka dari itu, pada tugas akhir ini akan dibahas mengenai pengaruh penggunaan dari
pen-binder terhadap kinerja tulangan sengkang dengan menggunakan aplikasi yaitu ANSYS
12.1 yang mana dapat memberikan gambaran deformasi visual beserta data teganganregangan pada model tulangan sengkang tersebut.
2.2
Struktur Kolom
Kolom adalah batang tekan dengan posisi vertikal (tegak) pada struktur bangunan
yang berfungsi untuk memikul beban dari balok dan beban lain diatasnya yang kemudian
meneruskan beban-beban tersebut ke pondasi bangunan yang nantinya akan meneruskan
beban itu ketanah.
Gambar 2.4 . Struktur Rangka Bangunan (Kolom dan Balok)
Universitas Sumatera Utara
SK SNI T-15-1991-03 mendefinisikan kolom adalah komponen struktur bangunan
yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak
ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral terkecil.
2.2.1
Fungsi kolom
Kolom merupakan salah satu elemen dari struktur rangka yang mengalami desak dan
lentur serta pemakaiannya selalu dihubungkan dengan elemen struktur yang lain yaitu balok
sebagai satu kesatuan. Kolom berfungsi sebagai penerus beban seluruh bangunan ke pondasi.
Bila diumpamakan, kolom itu seperti rangka tubuh manusia yang memastikan sebuah
bangunan berdiri. Kolom termasuk struktur utama untuk meneruskan berat bangunan dan
beban lain seperti beban hidup (manusia dan barang-barang), serta beban hembusan angin.
Sebagai bagian dari suatu kerangka bangunan dengan fungsi tersebut maka kolom menempati
posisi penting di dalam sistem struktur bangunan.
Struktur dalam kolom beton bertulang dibuat dari besi dan beton. Keduanya
merupakan gabungan antara material yang tahan tarikan dan tekanan. Besi adalah material
yang tahan tarikan, sedangkan beton adalah material yang tahan tekanan. Gabungan kedua
material ini dalam struktur beton memungkinkan kolom atau bagian struktural lain seperti
sloof dan balok bisa menahan gaya tekan dan gaya tarik pada bangunan.
Gambar 2.5 . Ilustrasi Bagian Dalam Kolom Beton Bertulang dengan Bekisting
Universitas Sumatera Utara
2.2.2
Kolom Beton Bertulang
Dalam buku struktur beton bertulang (Istimawan dipohusodo, 1994) ada tiga jenis
kolom beton bertulang yaitu :
a. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom
beton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada
jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang ke arah lateral. Tulangan
ini berfungsi untuk memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh
pada tempatnya.
b. Kolom menggunakan pengikat spiral. Bentuknya sama dengan yang pertama
hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok memanjang adalah tulangan
spiral yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus di sepanjang kolom.
Fungsi dari tulangan spiral adalah memberi kemampuan kolom untuk
menyerap deformasi cukup besar sebelum runtuh, sehingga mampu mencegah
terjadinya kehancuran seluruh struktur sebelum proses redistribusi momen
dan tegangan terwujud.
c. Struktur kolom komposit . Merupakan komponen struktur tekan yang
diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar baja profil atau pipa, dengan
atau tanpa diberi batang tulangan pokok memanjang.
Gambar 2.6 . Jenis Kolom Beton Bertulang
Universitas Sumatera Utara
2.2.3
Keruntuhan Pada Kolom Beton Bertulang
Keruntuhan kolom ditandai oleh adanya:
1. Kegagalan/kehancuran beton dan tulangan baja secara bersamaan
2. Kegagalan salah satu pembentuk kolom misalnya kegagalan pada beton atau
kegagalan pada baja tulangan
Menurut Nawy (1990), kekuatan kolom dievaluasi berdasarkan prinsip-prinsip dasar
sebagai berikut :
a. Distribusi regangannya linier di seluruh tebal kolom.
b. Regangan pada tulangan / baja sama dengan regangan pada beton.
c. Regangan beton maksimum yang diizinkan adalah 0,003.
d. Kekuatan tarik beton diabaikan dan tidak dipergunakan dalam hitungan.
Keruntuhan pada struktur kolom disebabkan banyak hal, diantaranya:
a. Crushing (Retak) beton pada zona tekan.
b. Melelehnya tulangan pada zona tarik (Terjadi pada kolom pendek).
c. Tekuk pada kolom (Terjadi pada kolom langsing).
2.2.4
Perilaku Kolom
Berdasarkan
posisi
beban
terhadap
penampang
melintang,
kolom
dapat
diklasifikasikan atas kolom dengan beban sentris dan kolom dengan beban eksentris. Pada
pembebanan sentris, kolom tidak akan mengalami momen lentur. Kolom dengan beban
eksentris mengalami momen lentur dan juga gaya aksial.
Menurut penelitian menggunakan benda uji beton normal dengan pembebanan aksial
sentris oleh Wehbe, Siidi dan Sanders pada tahun 1999, dilaporkan terbukanya pengikat
silang dengan kait 900 pada daerah sendi plastis di setiap level beban aksial, diikuti dengan
terjadinya keruntuhan beton dan kegagalan pengekangan inti beton (Seible dkk,1997).
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 . Typical Stress-Strain Plot for Mild Carbon Steel
Gambar diatas menunjukkan bahwa pada saat regangan beton mencapai sekitar 0,0020,003, beton mencapai kekuatan maksimum f’c. Jika pembebanan terus dilakukan hingga
terjadi regangan disekitar 0,003, maka kapasitas beban sentris maksimum pada kolom dapat
diperoleh dengan menambahkan kontribusi beton yaitu (Ag-Ast)0,85.f’c dan kontribusi baja
(Ast.fy). Dengan demikian beban sentries maksimum adalah Po yang dapat dinyatakan
sebagai:
Po= 0,8 f’c(Ag-Ast)+Fy.Ast
Jika dilihat dari SNI 03-2847-2002, beton dan baja akan berperilaku elastic. Jadi,
untuk analisis elastic biasanya dilakukan dengan menggunakan transformasi beban sentris.
Perlu diberi penekanan bahwa beban sentris menyebabkan tegangan tekan yang merata di
seluruh bagian penampang, sehingga pada saat terjadi keruntuhan, tegangan dan regangan
akan merata di seluruh bagian penampang. Maka dari itu, didalam tugas akhir ini akan
dilakukan pembebanan sentris pada model tulangan kolom beton.
Universitas Sumatera Utara
2.3
Pengekangan Beton Bertulang
Beton merupakan bahan yang kuat menahan gaya tekan. Jika beton ditekan hingga
mencapai kuat tekannya, maka beton itu akan hancur. Sedangkan tulangan baja mempunyai
kuat tekan dan tarik yang jauh lebih besar daripada beton. Beton mempunyai range kuat tekan
rata-rata di antara 20 – 40 MPa (kira-kira 200-400 kg/cm2), sementara baja mencapai 240
MPa (2400 kg/cm2) untuk tulangan polos dan 400 MPa (4000 kg/cm2) untuk tulangan ulir.
Namun, luas penampang baja jauh lebih kecil sehingga kapasitas tekannya juga tidak akan
sebesar kapasitas tekan beton.
Secara kasar dapat diibaratkan, setiap penambahan 1% luas tulangan terhadap luas
beton, kapasitas aksial tekannya bisa ditingkatkan hingga 10%. Misalnya, ada kolom beton
pendek ukuran 20cmx20cm, luasnya 400 cm2, dan kapasitas tekannya dimisalkan sebesar
80000 kg (80 ton), kemudian ditambahkan tulangan seluas 4 cm 2 (1%), maka kapasitas
tekannya bisa mencapai 88 ton. Namun, terdapat kondisi khusus yang harus dipenuhi agar
tulangan bisa memberikan kontribusi sebesar itu.
Berikut ilustrasi perubahan kapasitas tekan akibat penambahan tulangan pada kolom
beton :
a. Ada kolom beton tanpa tulangan, diberi beban hingga beton tersebut hancur.
Gambar 2.8 . Pemberian Beban pada Kolom Tanpa Tulangan
Universitas Sumatera Utara
b. Di sisi lain, ada 4 buah tulangan pendek, posisi berdiri, bagian bawah dijepit,
kemudian diberi beban di atasnya.
Gambar 2.9 . Pemberian Beban pada Tulangan Longitudinal
Tulangan tersebut tertekuk, bengkok, dan jatuh. Padahal bebannya tidak terlalu besar.
c. Tulangan diatas ditanam ke kolom beton sebelumnya. Kemudian diberi beban
lagi.
Gambar 2.10 . Pemberian Beban Pada Kolom yang Bertulang Longitudinal
Tulangan tersebut akan berusaha untuk bengkok. Yang paling mungkin adalah
menekuk ke arah luar, dikarenakandiarah dalam telah terisi beton padat dan selimut
beton lebih mudah didorong keluar.
Universitas Sumatera Utara
d. Bagaimana caranya agar tulangan vertikal tersebut tidak berhamburan
menekuk ke luar?
Gambar 2.11 . Pemberian Beban pada Kolom yang Bertulang Longitunal dan
Bersengkang
Tulangan tersebut harus dikekang atau diikat oleh sesuatu. Pengikat tadi disebut juga
sengkang alias ties. Tulangan harus diikat pada setiap jarak tertentu agar tidak
menekuk ketika diberi beban tekan yang besar. Diharapkan tulangan tersebut harus
bisa menahan tekanan/tegangan hingga mencapai tegangan lelehnya.
Pengekangan pada kolom biasanya dapat berupa tulangan yang berfungsi sebagai
pengikat (dengan kait) maupun spiral agar beton tidak pecah. Efek dari kekangan ini adalah
akan meningkatkan kekuatan dan tegangan ultimate beton. Selain itu, pengekang juga akan
memberikan material beton bertulang dengan sifat cukup daktail.
Tulangan lateral (sengkang) yang biasa digunakan adalah tulangan dalam bentuk
pengikat (ties) yang didistribusikan sepanjang ketinggian kolom pada interval yang
ditentukan. Semakin pendek atau rapat jarak sengkang pada kolom, maka semakin besar pula
kekuatan kolom tersebut dalam memikul beban aksial. Bila ditinjau dari segi biaya, sengkang
ikat jauh lebih murah bila dibandingkan dengan sengkang spiral, walaupun sengkang ikat
Universitas Sumatera Utara
mempunyai kekuatan dan daktilitas yang lebih rendah bila dibandingkan dengan sengkang
spiral.
Sebagai akibat penggunaan pengekangan pada kolom, akan terbentukan suatu luasan
inti terkekang pada daerah sepanjang kolom. Luasan inti ini tentu saja amat dipengaruhi oleh
konfigurasi tulangan pengekangnya.
Gambar 2.12 . Luasan Inti Terkekang
Pengaruh dari kekangan pada kolom dapat dibedakan berdasarkan bentuk dari kolom
itu sendiri. Untuk kekangan transversal, pada tahun 1988 telah dilakukan percobaan oleh
Mander dkk yang menggunakan 31 kolom rectangular. Didapat bahwa pengaruh kekangan
transversal adalah sebagai berikut:
f’cc= kc.f’c
dimana:
kc= faktor kenaikan kuat beton, tergantung dari tekanan biaksial yang
disebabkan oleh kekangan lateral efektif.
Maka daripada itu, kuat tekan maksimum sebagai akibat dari kekangan transversal
dapat dirumuskan sebagai berikut :
F’cu= f’cc / 0,83
Universitas Sumatera Utara
2.3.1
Prinsip Pengekangan Kolom
Menurut Anang Kristianto (2010), ada beberapa prinsip dalam pengekangan, yaitu:
a. Pengaruh Beban Aksial
Semakin tinggi beban aksial akan menurunkan tingkat daktilitas secara
signifikan Sheikh dan Yeh 1990, Paultre dan Legeron, 2008 , level beban
aksial biasanya diukur dari perbandingan P/fc’.Ag dan P/P0 .
b. Konfigurasi Tulangan
Efektifitas kekangan dari tulangan pengekang tergantung dari luas area efektif
dari beton yang terkekang dan distribusi tegangan kekangannya, dimana hal
ini dipengaruhi oleh distribusi tulangan longitudinal dan lateralnya (Sheikh
et.al.,1990). Semakin banyak jumlah tulangan longitudinal yang dikekang
oleh sengkang, area beton yang terkekang akan meningkat.
c. Batasan Kondisi untuk Konfigurasi Tulangan.
Sheikh dan Khoury ( 1997 ) menyarankan bahwa untuk desain beban gempa
kolom harus didesain dan didetail dengan level daktilitas tinggi atau moderat.
Berdasarkan beberapa eksperimen didapatkan bahwa konfigurasi kategori I
tidak dapat digunakan untuk kolom dengan daktilitas tinggi. Pada kolom
dengan konfigurasi kategori II, pengujian pada kolom F ( Sheikh & Yeh.,
1990; Sheikh & Khoury., 1993 ; Sheikh et al., 1994 ) dengan beban aksial
yang tinggi menunjukkan adanya kecenderungan terbukanya sengkang kait 90
deformasi yang besar, dan mengakibatkan kolom kehilangan kekangan.
Wehbe, Saiidi dan Sanders ( 1999 ), dalam pengujiannya terhadap kolom
jembatan berbentuk segiempat
yang didesain dalam level moderat
menginformasikan bahwa pengekang dengan kait 90 pada daerah sendi plastis
Universitas Sumatera Utara
sudah terbuka dan kondisi ini diikuti dengan menekuknya tulangan
longitudinal akibat kehilangan kekuatan kekangan. Sementara pengekang
dengan kait 135 dalam kondisi mulai akan terbuka diikuti mulai menekuknya
tulangan longitudinal pada akhir pengujian.
Gambar 2.13 . Kait Sengkang 1350 dan 900
Lukkunaprasit
dan Sittipunt melakukan pengujian pada tahun 2003 dengan
menambahkan semacam hook-clips pada sambungan antara sengkang kait 90 untuk menahan
agar kait tidak terbuka.
Hook-clips ini dilaporkan efektif mengekang kolom dengan
sengkang kait 90 yang didesain untuk level gempa moderat serta meningkatkan faktor
daktilitas dan energi disipasinya.
Universitas Sumatera Utara
2.3.2
Peraturan tentang Konsep Pengekangan.
Berdasarkan SNI 03-2847-2002, syarat pengekangan pada kolom beton dirumuskan
sebagai berikut :
a. Pengekangan harus dilakukan pada seluruh daerah sendi plastis
b. Pada seluruh tinggi kolom harus menggunakan tulangan transversal dengan
jarak yang telah dihitung dan ditentukan.
c. Spasi tulangan transversal pengekang minimum dari ¼ dimensi komponen
terkecil ataupun 6 kali diameter tulangan longitudinal
Peraturan memberikan persyaratan kekangan untuk desain elemen kolom pada daerah
dengan tingkat kerawanan bahaya gempa yang tinggi. SNI 03-2847-2002 mendefinisikan “
sengkang kait gempa” ( seismic hook , Gambar 6) sebagai kait pada sengkang terbuka (
Detail-C) , tertutup ( Detail-A) atau pada pengikat silang ( Detail-B) yang ujungnya ditekuk
dengan sudut tidak kurang dari 1350
Gambar 2.14 . Detail Sengkang Kait Gempa ( SNI 03-2847-2002)
Universitas Sumatera Utara
Detailing diperlukan pada daerah-daerah yang diharapkan terbentuk sendi plastis
untuk mendisipasi energi gempa yang masuk dalam struktur.
Gambar 2.15 . Detailing kekangan pada kolom untuk daerah dengan tingkat
kerawanan gempa tinggi (ACI 318M-05 )
Universitas Sumatera Utara
2.4
Aplikasi Struktural
Teknik sipil adalah salah satu cabang ilmu teknik yang mempelajari tentang
bagaimana merancang, membangun, merenovasi tidak hanya gedung dan infrastruktur, tetapi
juga mencakup lingkungan untuk kemaslahatan hidup manusia. Teknik sipil mempunyai
ruang lingkup yang luas, di dalamnya pengetahuan matematika, fisika, kimia, biologi,
geologi, lingkungan hingga komputer mempunyai peranannya masing-masing. Teknik sipil
dikembangkan sejalan dengan tingkat kebutuhan manusia dan pergerakannya, hingga bisa
dikatakan ilmu ini bisa mengubah sebuah hutan menjadi kota besar.
Keluasan cabang dari ilmu teknik sipil ini membuatnya sangat fleksibel di dalam
dunia
kerja.
Profesi
yang
didapat
dari
seorang ahli
bidang ini
antara
lain:
perancangan/pelaksana pembangunan/pemeliharaan prasarana jalan, jembatan, terowongan,
gedung, bandar udara, lalu lintas (darat, laut, udara), sistem jaringan kanal, drainase, irigasi,
perumahan, gedung, minimalisasi kerugian gempa, perlindungan lingkungan, penyediaan air
bersih, survey lahan, konsep finansial dari proyek, manajemen projek dsb. Semua aspek
kehidupan tercangkup dalam muatan ilmu teknik sipil.
Ahli teknik sipil tidak hanya berurusan dengan pembangunan sebuah proyek
bangunan, tetapi di bidang lain seperti yang berkaitan dengan informatika, memungkinkan
untuk memodelisasi sebuah bentuk dengan bantuan program, pemodelan kerusakan akibat
berbagai macam faktor, maupun membuat inovasi baru dibidang kesipilan. Hal ini sangat
penting di negara maju sebagai tolak ukur kelayakan pembangunan sebuah bangunan vital
yang mempunyai risiko dapat menelan korban banyak manusia seperti reaktor nuklir atau
bendungan, jika terjadi kegagalan perencanaan teknis. Rancangan bangunan tersebut
biasanya dimodelkan dalam komputer dengan diberikan faktor-faktor ancaman bangunan
Universitas Sumatera Utara
tersebut seperti gempa dan keruntuhan struktur material. Peran ahli teknik sipil juga masih
berlaku walaupun fase pembangunan sebuah gedung telah selesai, seperti terletak pada
pemeliharaan fasilitas gedung tersebut.
Untuk membantu pekerjaan ahli teknik sipil di lapangan maupun dibalik meja,
terdapat berbagai macam alat bantu atau software teknik sipil yang tersedia. Software yang
tersedia terdiri atas berbagai macam kegunaan, sesuai atas jenis pekerjaan yang dibutuhkan.
Beberapa jenis software yang biasa digunakan oleh seorang ahli teknik sipil adalah
sebagai berikut :
1. Autocad
Autocad adalah produk dari Autodesk merupakan software dasar yang harus dikuasai
oleh engineer serta drafter. Dengan autocad, gambar teknik seperti gambar desain,
gambar fabrikasi, gambar pemasangan dan lain sebagainya dapat dihasilkan. Selain
gambar – gambar tersebut, autocad juga mampu menampilkan 3D modeling dari
sebuah bangunan. Autocad dapat terintegrasi dengan software lainnya seperti :
Staadpro, SAP2000, ETABS, TEKLA.
Gambar 2.16 . Aplikasi Autocad
Universitas Sumatera Utara
2. Staadpro
Staadpro merupakan software keluaran dari salah satu produk Bentley. Software ini
digunakan untuk analisis sebuah struktur bangunan. Dalam dunia engineering,
staadpro lebih sering digunakan oleh perusahan-perusahan EPC yang bergerak
dibidang petrochemical serta bidang minyak dan gas. Misal untuk menganalisa
sebuah struktur piperack, jetty, shelter dan lain sebagainya.
Gambar 2.17. Aplikasi STAAD.Pro
3. SAP2000
Sama halnya dengan staadpro, SAP2000 juga merupakan software yang berbasis
analisa struktur. Produk keluaran CSi ini sering digunakan untuk menghitung
bangunan gedung, jembatan serta bendungan. Dilengkapi feature yang lengkap,
SAP2000 sangat powerfull untuk analisa bangunan tersebut. SAP dapat terintegrasi
dengan autocad, sehingga pemodelan pada SAP2000 dapat di export ke autocad.
Gambar 2.18 Aplikasi SAP 2000
Universitas Sumatera Utara
4. ETABS
Produk keluaran CSi ini bisa dikatakan adalah “saudara kandung” dari SAP2000.
ETABS sendiri lebih dikhususkan untuk menganalisa struktur high-rise building.
Feature untuk menganalisa struktur yang lengkap daripada SAP2000 menjadikan
ETABS lebih dipilih dalam menganalisa struktur high-rise building.
Gambar 2.19 Aplikasi ETABS
5. Tekla Structure
Tekla merupakan Software yang digunakan oleh para structural engineers, detailer,
dan fabricator. Saat kita melakukan pengeditan pada 3D modeling, maka 2D draft
akan otomatis berubah sesuai perubahan yang terjadi pada 3D. Selain itu, Tekla dapat
digunakan sebagai multiuser, dimana dalam satu model kita dapat mengerjakan
dengan dua atau tiga orang lebih. Tekla digunakan untuk proyek gedung, onshore dan
bahkan untuk offshore engineering.
6. ANSYS mechanical
ANSYS mechanical menawarkan produk solusi yang komprehensif untuk struktural
linier / nonlinier dan analisis dinamika. Produk ini menawarkan satu set lengkap
unsur-unsur perilaku, model material dan pemecah persamaan untuk berbagai
Universitas Sumatera Utara
permasalahan dan rekayasa. Selain itu, ANSYS mechanical menawarkan analisis
termal dan kemampuan ditambah-fisika yang melibatkan akustik, piezoelektrik,
termal analisis-struktural dan termal-listrik.
Gambar 2.20 . Aplikasi ANSYS
7. Solidwork
Solidwork merupakan salah satu software engineering yang banyak digunakan untuk
aplikasi pembuatan rancang desain dalam bentuk 3D. Solidwork ini merupakan
pesaing Autodesk Inventor.
Gambar 2.21 . Aplikasi SolidWorks
Software atau aplikasi komputer dibidang ketekniksipilan ini sangat bermanfaat guna
mempercepat pekerjaan sarjana teknik sipil seperti halnya merancang, melakukan pemodelan,
melakukan perhitungan, maupun uji coba terhadap suatu objek sipil.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1
Aplikasi Pemodelan dan Analisis Struktur ( ANSYS)
Metode elemen hingga merupakan salah satu metode numerik yang dapat digunakan
untuk menyelesaikan masalah struktural, termal dan elektromagnetik. dalam metode ini
seluruh masalah yang kompleks seperti variasi bentuk, kondisi batas dan beban diselesaikan
dengan metode pendekatan. karena keanekaragaman dan fleksibilitas sebagai perangkat
analisis, metode ini mendapat perhatian dalam dunia teknik.
Metode elemen hingga adalah suatu alat numerik yang digunakan dalam
menyelesaikan masalah teknik seperti persamaan diferensial dan integral dengan metode
pendekatan. Metoda itu mula-mula dikembangkan untuk mempelajari tentang struktur dan
tekanan (Clough 1960) dan kemudian berkembang pada masalah mekanika kontinu
(Zienkiewicz dan Cheung 1965).
ANSYS adalah program paket yang dapat memodelkan elemen hingga untuk
menyelesaikan masalah yang berhubungan dengan mekanika, termasuk di dalamnya masalah
statik, dinamik, analisis struktural (baik linier maupun nonlinier), masalah perpindahan panas,
masalah fluida dan juga masalah yang berhubungan dengan akustik dan elektromagnetik.
Gambar 2.22 . ANSYS 12.1 Release
Universitas Sumatera Utara
ANSYS merupakan aplikasi desain yang digunakan dan diakui secara Internasional
untuk mensimulasikan Finite Element Model dan Analisis guma memudahkan pemilik
proyek, insinyur, dan design engineer untuk secara cepat membangun model penuh
berdasarkan kebutuhan proyek.
ANSYS yang awalnya berasal dari nama produk komersial ANSYS Mechanical atau
ANSYS Multiphysic, keduanya peralatan software analisis elemen hingga dengan bantuan
komputer yang dikembangkan oleh ANSYS Inc. Perusahaan tersebut sebenarnya
mengembangkan produk software untuk teknik dengan bantuan komputer, akan tetapi lebih
dikenal dengan produk komersial ANSYS Mechanical & ANSYS Multiphysic.
Untuk pengguna tingkat akademik ANSYS Inc menyediakan versi nonkomersial ANSYS
Multiphysic seperti ANSYS University Advanced dan ANSYS University Research. ANSYS
Mechanical, ANSYS Multiphysic and variasi nonkomersialnya secara umum yang digunakan
dalam akademik adalah alat analisis yang berisi pre-processing (pembuatan bentuk
geometrik, meshing), solver dan modul post-processing dalam satu kesatuan Graphic User
Interface.
Dalam aplikasinya ANSYS dapat dibagi menjadi dua menurut dimensinya, yaitu :
a. ANSYS Classic
ANSYS ini menyelesaikan problema dalam 2 dimensi seperti sistem solid dalam
bidang 2 dimensi dan perpindahan panas dalam 2 dimensi.
b. ANSYS Workbench
ANSYS ini menyelesaikan problema dalam 3 dimensi seperti sistem solid dalam 3
dimensi dan masalah aliran fluida pada pipa dalam 3 dimensi.
Universitas Sumatera Utara
ANSYS merupakan salah satu software yang digunakan untuk menganalisis berbagai
macam struktur, aliran fluida, dan perpindahan panas dari beberapa software analisisis yang
lain yaitu Nastran, CATIA, Fluent, dan yang lain. Ada tiga analisis utama yang dibahas pada
buku ini yaitu analisis struktur, aliran fluida, dan perpindahan panas yang sangat sering
dijumpai dalam keilmuteknikan. Agar materi yang dibahas di buku ini dapat diikuti dengan
baik, maka sebaiknya pembaca harus memiliki dasar (basic) tentang keilmuan di atas.
Penyajian materi dilakukan secara bertahap yaitu mulai dari menggambar benda
(objek) sampai dilakukannya penganalisisan dan diperoleh hasilnya. Secara umum
penyelesaian elemen hingga menggunakan ANSYS dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu :
1. Preprocessing (Pendefinisian Masalah)
Masalah adalah bagian terpenting dalam suatu proses riset, karena masalah dapat
menghadirkan petunjuk berupa jenis informasi atau defenisi yang nantinya akan
sangat kita butuhkan.
Jika diartikan kedalam bahasa indonesia Pre- artinya sebelum dan Processor- artinya
pemroses. Preprocessing merupakan tahapan awal dalam mengolah data input
sebelum memasuki proses tahapan utama. Pada tahap pertama ini, dilakukan
pendefinisian dari objek yang nantinya akan diproses pada tahap selanjutnya.
Langkah umum dalam preprocessing terdiri dari :
(i)
mendefinisikan keypoint/lines/areas/volume dari objek,
Dalam hal ini, pendefinisian diatas harus dilakukan setelah dilakukannya
pemodelan terlebih dahulu. Pemodelan merupakan proses menggambar
ataupun mengimport gambar benda atau objek yang akan didefinisikan
kedalam lembar kerja.
Universitas Sumatera Utara
(ii)
mendefinisikan tipe elemen dan bahan yang digunakan/sifat geometric dari
objek, dan
(iii)
mendefinisikan mesh lines/areas/volumes sebagaimana dibutuhkan. Jumlah
detil yang dibutuhkan akan tergantung pada dimensi daerah yang dianalisis,
ie.,1D, 2D, axisymetric dan 3D.
2. Solution / Assigning Loads, Constraints, and Solving
Pemecahan masalah adalah suatu proses terencana yang perlu dilaksanakan agar
memperoleh penyelesaian tertentu dari sebuah masalah yang mungkin tidak didapat
dengan segera (Saad & Ghani, 2008:120).
Pada tahap ini, perlu dilakukan penentuan beban, model pembebanan (titik atau
luasan), constraints (translasi dan rotasi) dan kemudian menyelesaikan hasil
persamaan yang telah diset pada objek.
3. Postprocessing/ Further Processing and Viewing of The Results
Postprocessing adalah langkah akhir dalam suatu analisis berupa visualisasi yang
memungkinkan penganalisis untuk mengeksplor data. Hal yang dilakukan pada
langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi yang bisa
berupa gambar, kurva, dan animasi.
Dalam bagian ini pengguna mungkin dapat melihat :
(i)
daftar pergeseran nodal,
(ii)
gaya elemen dan momentum,
(iii)
plot deflection dan
(iv)
diagram kontur tegangan (stress) atau pemetaan suhu.
Universitas Sumatera Utara