BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Perbandingan Kekuatan Balok Beton Tanpa Perkuatan dengan Balok Beton Menggunakan Pelat Baja yang Diangkur

  Konstruksi beton di Indonesia saat ini sudah sangat umum digunakan bahkan hampir semua gedung dan bangunan yang ada menggunakan konstruksi beton. Hal ini tentu saja bukan tanpa alasan, karena konstruksi beton memiliki beberapa kelebihan yang dirasa lebih menguntungkan antara lain :

  1. Ketersediaan (availability) material dasar

  a. Pengadaan material pembuat beton seperti agregat dan air mudah didapatkan karena banyak tersedia di alam. Semen juga dapat diproduksi dengan mudah di dalam negeri. Dengan ketersediaan material yang cukup, maka pembuatan beton menjadi relatif lebih murah.

  b. Hal ini berbeda dengan konstruksi baja, dimana profil#profil baja hanya dapat di buat di pabrik dan mungkin juga harus mengimpor dari luar negeri. Dengan begitu dibutuhkan transportasi yang memadai untuk membawa material baja ke lokasi konstruksi, apalagi jika lokasi konstruksi sulit untuk dijangkau. Berbeda dengan konstruksi beton yang mana material penyusunnya dapat diangkut terpisah.

  c. Ada masalah lain dengan struktur kayu. Meski problemnya tidak seberat struktur baja, namun penggunaan secara massal akan menyebabkan masalah lingkungan. Hal ini karena ketersediannya di alam dan waktu yang dibutuhkan untuk menanam pohon sampai mencapai umur yang sesuai untuk ditebang cukup lama.

  2. Kemudahan untuk digunakan (versatility)

  a. Pengangkutan bahan mudah, karena masing#masing material penyusun dapat diangkut terpisah.

  b. Beton dapat dipakai untuk berbagai jenis struktur, seperti gedung bertingkat, jembatan, landasan pacu, jalan, pondasi, bendungan dan bangunan perlindungan. Beton ringan dapat dipakai untuk panel. Beton arsitektural dapat dipakai untuk keperluan dekoratif.

  c. Beton bertulang bisa dipakai untuk berbagai struktur yang lebih berat,seperti tandon air, bangunan maritim, pondasi lepas pantai, instalasi militer dengan beban kejut besar dam sebagainya.

  3. Kemampuan beradaptasi (adaptability)

  a. Beton bersifat monolit sehingga tidak memerlukan sambungan seperti struktur baja dan kayu.

  b. Beton dapat dicetak dalam bentuk apapun sesuai kebutuhan misalnya, struktur cangkang (shell) maupun bentuk khusus lainnya.

  c. Beton dapat diproduksi dengan berbagai cara yang disesuaikan dengan situasi sekitar. Dari cara sederhana yang tidak memerlukan ahli khusus seperti untuk konstroksi non#struktural sampai alat modern di pabrik yang menggunakan sistem komputer.

  d. Konsumsi energi minimal per kapasitas jauh lebih rendah dari baja, bahkan lebih rendah dari proses pembuatan batu bata.

  4. Kebutuhan pemeliharaan yang minimal Secara umum, ketahanan (durability) beton cukup tinggi, lebih tahan karat sehingga tidak perlu di cat seperti struktur baja, dan tidak lapuk seperti struktur kayu, dan lebih tahan terhadap bahaya kebakaran terutama dibanding struktur kayu.

  Dengan berbagai kelebihan tersebut, tidak heran jika konstruksi beton sudah banyak dipakai. Namun saat ini, banyak bangunan dari beton yang sudah tua sehingga banyak kerusakan yang terjadi. Penghancuran dan pemakaian kembali material beton dirasa sulit dan tidak ekonomis. Dengan situasi seperti ini, banyak ahli telah mengembangkan berbagai perkuatan agar struktur beton yang ada bisa digunakan kembali. Perkuatan ini juga bisa diaplikasikan untuk konstruksi beton yang masih dalam keadaaan baik guna menambah kekuatan apabila akan ada perubahan fungsi gedung atau untuk perkuatan akibat gempa.

  Perkuatan konstruksi beton untuk mempertahankan atau menambah kekutan sebenarnya sudah sangat lama dikembangkan, sehingga saat ini banyak cara yang dapat dipakai untuk memperkuat struktur. Beberapa cara perkuatan yang umum digunakan antara lain :

  1. Memberi selubung pada konstruksi beton atau disebut dengan

  

jacketing menggunakan material Fiber Reinforced Polymer (FRP)

  2. Memperbesar dimensi struktur

  3. Menambah lapisan beton yang baru

  4. Memberikan penulangan tambahan dari luar atau externally

  reinforcement Pada penelitian ini dipilih cara yang ke#empat yaitu memberikan penulangan tambahan dari luar atau externally reinforcement untuk memperkuat kuat lentur dari balok.

  Beton polos didapat dengan mencampurkan semen, agregat halus, agregat kasar, air, dan kadang ditambah campuran lain untuk maksud tertentu. Beton merupakan material yang tahan terhadap tegangan tekan namun lemah terhadap tegangan tarik. Ketahanan beton terhadap tegangan tekan inilah yang dimanfaatkan dalam sebuah struktur. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan beton antara lain faktor air#semen, porositas dan faktor intrinsik lainnya.

  Air yang terlalu banyak pada campuran beton akan menempati ruang di mana pada waktu beton sudah mengeras dan terjadi penguapan, maka ruang yang tadi terisi oleh air akan meninggalkan pori#pori. Untungnya porositas kapiler dari beton yang dipadatkan secara baik pada derajat hidrasi manapun ditentukan oleh faktor air#semen. D.A. Abrams pada tahun 1918 menyatakan bahwa “untuk material yang diberikan, kekuatan beton hanya tergantung pada satu faktor saja, yaitu faktor air#semen dari pasta”.

  Faktor utama yang mempengaruhi kekuatan dari material getas adalah porositas. Sifat material, ukuran dan bentuk pori, dan apakah porinya kosong atau terisi cairan,semuanya pasti berpengaruh. Namun yang jelas adalah bahwa kekuatan terutama tergantung pada porositas.

  A. N. Talbot pada tahun 1921 mengatakan kekuatan beton ditentukan oleh faktor ruang kosong/semen. Ide ini adalah pada kasus di mana faktor air#semen atau faktor semen#air tidak bisa diterapkan seperti :

  a. Beton yang kurang pasta semen,

  b. Beton yang kaku (stiff) dengan pemadatan yang tidak memadai, c. Beton air#entrain yang kandungan udaranya tidak dapat ditentukan.

  Kekuatan beton tergantung pada :

  a. Kekuatan agregat, khususnya agregat kasar

  b. Kekuatan pasta semen

  c. Kekuatan ikatan/lekatan antara semen dengan agregat Beton adalah material komposit, kekuatannya tergantung dari kekuatan material penyusunnya yaitu semen dan agregat serta interaksi antar komponen.

  Setiap material penyusun mempunyai kurva tegangan#regangan yang cukup lurus, namun modulus elastisitasnya berbeda. Ini menyebabkan respon terhadap beban berbeda dan mengakibatkan sifat inelastis sehingga kurva tegangan#regangan tidak linier. Ketidak#linieran ini juga disebabkan oleh lekatan yang tidak sempurna antar material penyusun. Beton yang makin kuat, kurvanya makin linier,yaitu ketika kekakuan agregat mendekati kekakuan matriks.

  Ada berbagai alasan untuk melakukan pengujian beton keras : a. Untuk mengamati hukum fisik tentang sifat beton.

  Mencari hubungan antara sifat fisik dan mekanik dari material beton dan sifat elastis dari kekuatan beton keras.

  b. Menentukan sifat mekanis dari beton jenis tertentu untuk penerapan khusus.

  Uji ini dilakukan dengan simulasi kondisi yang akan dialami oleh beton tersebut.

  c. Bila hukum fisik telah diketahui, perlu dilakukan evaluasi atas konstanta fisik, misalnya modulus elastisitas.

  d. Sebagai pengujian kontrol kualitas. Kecepatan dan kemudahan pengujian dapat lebih penting daripada akurasi yang sangat tinggi.

  Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan dari perbandingan semen, agregat kasar dan halus, air, dan berbagai jenis campuran. Perbandingan dari air terhadap semen merupakan faktor utama didalam penentuan kekuatan beton. Semakin rendah perbandingan air#semen, semakin tinggi kekuatan tekan.

  Suatu jumlah tertentu air diperlukan untuk memberikan aksi kimiawi didalam pengerasan beton; kelebihan air meningkatkan kemampuan pengerjaaan akan tetapi menurunkan kekuatan. Suatu ukuran dari pengerjaan beton ini diperoleh dengan percobaan slump.

  Karena sifat bahan beton yang hanya mempunyai nilai kuat tarik relatif rendah, maka pada umumnya hanya diperhitungkan bekerja dengan baik di daerah tekan pada penampangnya, dan hubungan regangan#tegangan yang timbul karena pengaruh gaya tekan tersebut digunakan sebagai dasar pertimbangan.

   ! "#

  Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum f c ’ dengan

  2

  satuan N/mm atau Mpa (Mega Pascal). Sebelum diberlakukannya sistem satuan

  2 SI di Indonesia, nilai tegangan menggunakan satuan kgf/cm . Kuat tekan beton

  pada umur 28 hari berkisar antara nilai ± 10#65 Mpa. Untuk struktur beton bertulang pada umumnya menggunakan beton dengan kuat tekan berkisar 17#30 Mpa sedangkan untuk beton prategang digunakan beton dengan kuat tekan lebih tinggi, berkisar antara 30#45 Mpa. Untuk keadaan dan keperluan struktur khusus, beton ready mix sanggup mencapai nilai kuat tekan 62 Mpa dan untuk memproduksi beton kuat tekan tinggi tersebut umumnya dilaksanakan dengan pengawasan ketat dalam laboratorium.

  Nilai kuat tekan beton didapatkan melalui tata#cara pengujian standar, menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban tekan bertingkat dengan kecepatan peningkatan beban tertentu atas benda uji silinder beton (diameter 150 mm, tinggi 300 mm) sampai hancur. Tata cara pengujian yang umumnya dipakai adalah standar ASTM (American Society for Testing Materials) C39#86. Kuat tekan masing#masing benda uji ditentukan oleh tegangan tekan tertinggi (f c ’) yang dicapai benda uji umur 28 hari akibat beban tekan selama percobaan. Dengan demikian seperti tampak pada Gambar 2.1, bahwa tegangan f c ’ bukanlah tegangan yang timbul pada saat benda uji hancur melainkan tegangan maksimum pada saat regangan beton (ε b ) mencapai nilai ±0,002.

  Dengan mengamati bermacam kurva tegangan#regangan kuat beton berbeda, tampak bahwa umumnya kuat tekan maksimum tercapai pada saat nilai satuan regangan tekan ε’ mencapai ±0,002. Selanjutnya nilai tegangan f c ’ akan turun dengan bertambahnya nilai regangan sampai benda uji hancur pada nilai ε’ mencapai 0,003#0,005. Beton kuat tinggi lebih getas dan akan hancur pada nilai regangan maksimum yang lebih rendah dibandingkan dengan kuat beton yang lebih rendah.

  Tidak seperti pada kurva tegangan#regangan baja, kemiringan awal kurva pada beton sangat beragam dan umumnya sedikit agak melengkung. Kemiringan awal yang beragam tersebut tergantung pada nilai kuat betonnya, dengan demikian nilai modulus elastisitas beton pun akan beragam pula. Sesuai dengan teori elastisitas, secara umum kemiringan kurva pada tahap awal menggambarkan nilai modulus elastisitas suatu bahan. Karena kurva pada beton berbentuk lengkung maka nilai regangan tidak berbanding lurus dengan nilai tegangannya berarti bahan beton tidak sepenuhnya bersifat elastis, sedangkan nilai modulus elastisitas berubah#ubah sesuai dengan kekuatannya dan tidak dapat ditetapkan melalui kemiringan kurva.

  Bahan beton bersifat elasto plastis dimana akibat dari beban tetap yang sangat kecil sekalipun, disamping memperlihatkan kemampuuan elastis bahan beton juga menunjukkan deformasi permanen. Didalam perkembangannya di berbagai negara, sejalan dengan semakin berkembangnya penggunaan beton ringan dipandang perlu untuk menyertakan besaran kerapatan (density) pada penetapan modulus elastisitas bahan beton. Sehingga pada penerapannya digunakan rumus#rumus empiris yang menyertakan besaran berat disamping kuat betonnya.

  ! $ " ! "# Sesuai dengan SNI 03#2847#2002 pasal 10.5.1 nilai modulus elastisitas beton adalah sebagai berikut :

  ,

  = 0,043 ′ Dimana:

  E c = modulus elastisitas beton tekan (Mpa)

  3

  w c = berat isi beton (kg/m ) f c ’= kuat tekan beton (Mpa) Rumus empiris tersebut hanya berlaku untuk beton dengan berat isi

  3

  3

  berkisar antara 1500 kg/m dan 2500 kg/m . Sedangkan untuk beton normal

  3

  3

  dengan berat isi antara 2200 kg/m sampai 2500 kg/m dapat digunakan nilai : = 4700 ′

  Nilai kuat tekan dan tarik beton tidak berbanding lurus, setiap usaha perbaikan mutu kekuatan tekan hanya disertai peningkatan kecil nilai kuat tariknya. Suatu perkiraan kasar dapat dipakai, bahwa nilai kuat tarik bahan beton normal hanya berkisar antara 9%#15% dari kuat tekannya. Kuat tarik bahan beton yang tepat sulit untuk diukur. Suatu nilai pendekatan yang umum dilakukan dengan menggunakan modulus of rupture, ialah tegangan tarik lentur beton yang timbul pada pengujian hancur balok beton polos (tanpa tulangan), sebagai pengukur kuat tarik sesuai teori elastisitas.

  Kuat tarik bahan beton juga ditentukan melalui pengujian split cilinder yang umumnya memberikan hasil yang lebih baik dan lebih mencerminkan kuat tarik yang sebenarnya. Nilai pendekatan yang diperoleh dari hasil pengujian berulang kali mencapai kekuatan 0,50#0,60 kali ′ , sehingga untuk beton normal digunakan nilai 0,57

  ′ . Pengujian tersebut menggunakan benda uji silinder beton berdiameter 150 mm dan panjang 300 mm, diletakkan pada arah memanjang diatas alat penguji kemudian beban tekan diberikan merata arah tegak dari atas pada seluruh panjang silinder. Tegangan tarik yang timbul sewaktu benda uji terbelah disebut sebagai split cilinder strength , diperhitungkan sebagai berikut :

  2 =

  Dimana:

  2

  f t = kuat tarik belah (N/m ) P= beban pada waktu belah (N) L= panjang benda uji silinder (m) D= diameter benda uji silinder (m)

  % &

  Beton tidak dapat menahan gaya tarik 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 terutama akan mengemban tugas menahan gaya tarik yang akan timbul di dalam sistem. Untuk keperluan penulangan 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.

  

Wire mesh terutama dipakai untuk plat dan cangkang tipis atau struktur

  lain yang tidak mempunyai tempat cukup bebas untuk pemasangan tulangan, jarak spasi, dan selimut beton sesuai dengan persyaratan pada umumnya. Bahan batang baja rangkai dengan pengelasan yang dimaksud, didapat dari hasil penarikan baja pada suhu dingin dan dibentuk dengan pola ortogonal, bujur sangkar, atau persegi empat, dengan dilas pada semua titik pertemuannya.

  Untuk penulangan beton prategang digunakan kawat, baik tunggal ataupun sebagai kumpulan kawat membentuk strand . Tersedia banyak variasi kawat dan strand dari kekuatan dan sifat yang berbeda#beda, yang paling menonjol dan lebih sering dipakai adalah strand yang berisi 7 batang kawat (satu batang ditengah, enam mengelilingi secara heliks). Kuat tarik ultimate minimum untuk strand mutu 170 adalah 1700 Mpa dan mutu 180 adalah 1800 Mpa, dengan titik luluh yang tidak jelas. Dalam strata pelayanan beban kerja, strand prategangan mempunyai nilai tegangan 1000 Mpa sampai 1100 Mpa.

  Agar dapat berlangsung lekatan erat antara baja tulangan dengan beton, selain batang polos berpenampang bulat (BJTP) juga digunakan batang deformasian (BJTD), yaitu batang tulangan baja yang permukaannya dikasarkan secara khusus, diberi sirip teratur dengan pola tertentu, atau batang tulangan yang dipilin pada proses produksinya. Pola permukaan yang dikasarkan atau pola sirip sangat beragam tergantung pada mesin giling atau cetak yang dimiliki oleh produsen, asal masih dalam batas#batas spesifikasi teknik yang diperkenankan oleh standar. Baja tulangan polos (BJTP) hanya digunakan untuk tulangan pengikat sengkang atau spiral, umumnya diberi kait pada ujungnya.

  Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting untuk digunakan dalam perhitungan perencanaan beton bertulang adalah tegangan luluh (f y ) dan modulus elastisitas (E s ). Suatu diagram hubungan tegangan#regangan tipikal untuk batang baja tulangan dapat dilihat pada Gambar 2.3. Tegangan luluh (titik luluh) baja ditentukan melalui prosedur pengujian standar sesuai SII 0136#84 dengan ketentuan bahwa tegangan luluh adalah tegangan baja pada saat mana meningkatnya tegangan tidak disertai lagi dengan peningkatan regangannya.

  '! " $(

  Modulus elastisitas baja tulangan ditentukan berdasarkan kemiringan awal kurva tegangan#regangan di daerah elastik dimana antara mutu baja yang satu dengan yang lainnya tidak banyak bervariasi. Berdasarkan SNI 03#2847#2002

  pasal 10.5.2 , modulus elastisitas untuk tulangan non#prategang E s adalah 200.000 Mpa, sedangkan untuk modulus elastisitas untuk tendon prategang, E s ditentukan berdasarkan pengujian atau data dari pabrik.

  Kerjasama antara bahan beton dengan 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 diantara keduanya

  2. Beton yang mengelilingi batang tulangan baja bersifat kedap sehingga mampu melindungi dan mencegah terjadinya karat pada baja

  3. Angka muai kedua bahan hampir sama, dimana 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 sempurna antara kedua bahan, didaerah tarik suatu komponen struktur akan terjadi retak#retak beton di dekat baja tulangan.

  ) &

  Bila suatu penampang yang dibebani lentur murni dianalisis, perlu dipakai sejumlah kriteria agar penampang itu mempunyai probabilitas keruntuhan yang layak pada keadaan batas hancur. Berdasarkan SNI 03#2847#2002 pasal 12.2 dalam merencanakan komponen struktur terhadap beban lentur atau aksial atau kombinasi dari beban lentur dan aksial, digunakan asumsi sebagai berikut :

  1. Regangan pada tulangan dan beton harus diasumsikan berbanding lurus dengan jarak dari sumbu netral

  2. Regangan maksimum yang dapat dimanfaatkan pada serat tekan beton terluar harus diambil sama dengan 0,003

  3. Tegangan pada tulangan yang nilainya lebih kecil daripada kuat leleh f y harus diambil sebesar E s dikalikan regangan baja. Untuk regangan yang nilainya lebih besar dari regangan leleh yang berhubungan dengan f y , tegangan pada tulangna harus diambil sama dengan f y

  4. Dalam perhitungan aksial dan lentur beton bertulang, kuat tarik beton harus diabaikan

  5. Hubungan antara ditribusi tegangan tekan beton dan regangan beton boleh diasumsikan berbentuk persegi, trapesium, parabola, atau bentuk lainnya yang menghasilkan perkiraan kekuatan yang cukup baik bila dibandingkan dengan hasil pengujian Hubungan distribusi tegangan#regangan beton dapat dipenuhi oleh suatu distribusi tegangan beton persegi ekuivalen yang didefinisikan sebagai berikut :

  1. Tegangan beton sebesar 0,85 f c ’ diasumsikan terdestribusi secara merata pada daerah tekan ekuivalen yang dibatasi oleh tepi penampang dan suatu garis lurus yang sejajar dengan sumbu netral sejarak

  = dari serat dengan regangan tekan maksimum

  2. Jarak c dari serat dengan regangan maksimum ke sumbu netral harus diukur dalam arah tegak lurus terhadap sumbu tersebut

  3. Faktor harus diambil sebesar 0,85 untuk beton dengan nilai kuat tekan f c ’ lebih kecil daripada atau sama dengan 30 Mpa. Untuk beton dengan nilai kuat tekan diatas 30 Mpa, harus direduksi sebesar 0,05 untuk setiap kelebihan 7 Mpa diatas 30 Mpa, tetapi tidak boleh diambil kurang dari 0,65

  Tinjauan sebuah balok beton bertulang tertumpu bebas dengan dua beban terpusat P di atasnya, bila berat balok sendiri diabaikan, maka diagram gaya lintang dan diagram momen lentur disajikan dalam gambar sebagai berikut:

  % (# '! ! & "$ $ ! Untuk pengujian kuat lentur, benda uji yang digunakan berbentuk prisma.

  Pembebanan pada 1/3 bentang untuk mendapatkan lentur murni tanpa gaya geser. Kuat lentur beton (modulus of rupture) untuk keruntuhan dibagian tengah bentang dapat dihitung dengan rumus :

  . =

  Sedangkan untuk keruntuhan pada bagian tarik diluar tengah bentang, dihitung dengan rumus : 3 . =

  Dimana : R= modulus of rupture P= beban maksimum yang terjadi

  L= panjang bentang b= lebar spesimen d= tinggi spesimen a= jarak rata#rata dari garis keruntuhan dan titik perletakan terdekat diukur pada bagian tarik spesimen

  ) & &

  Dengan menggunakan prinsip keseimbangan statika dapat ditentukan besar momen dan geser yang terjadi pada setiap penampang balok yang bekerja menahan beban. Perhatian lebih lanjut tentunya menentukan kemampuan balok tersebut untuk menahan beban dengan cara memperhitungkan tegangan#tegangan yang timbul di dalamnya. Distribusi tegangan pada penampang balok sebenarnya rumit, dan hasil perhitungan yang tepat dapat diperoleh berdasarkan teori elastisitas.

  Akan tetapi dengan menggunakan asumsi#asumsi dan penyederhanaan tertentu dapat dikembangkan hubungan matematik cukup tepat untuk ungkapan tegangan#tegangan lentur dan geser tersebut. Seperti diketahui, bahwa untuk balok dari sebarang bahan homogen (serba sama) dan elastik berlaku rumus lenturan sebagai berikut :

  = !

  " Dimana : f=tegangan lentur

  M=momen yang bekerja pada balok c=jarak serat terluar terhadap garis netral,baik didaerah tekan maupun tarik I=momen inersia penampang balok terhadap garis netral

  Sehingga berdasarkan rumus lenturan tersebut, dihitung momen maksimum yang dapat disediakan oleh penampang balok, atau dalam hal ini disebut sebagai momen tahanan,

  "

  

$

  ! =

  #

  Dimana : Mr=momen tahanan fb=tegangan lentur ijin Langkah tersebut dapat dilakukan secara langsung untuk balok dari sebarang bahan serba#sama dengan bentuk dan ukuran penampang tertentu dimana momen inersia dapat dihitung dengan mudah. Lain halnya dengan balok beton bertulang, penggunaan rumus lentur tersebut akan menghadapi masalah terutama sehubungan sifat bahan beton bertulang yang tidak homogen dan tidak berperilaku elastik pada seluruh jenjang kekuatannya.

  Konsep lain ialah konsep kopel momen dalam, yang jika digunakan untuk menganalisa kuat balok akan bersifat lebih umum dan dapat digunakan baik untuk bahan balok homogen ataupun tidak, juga untuk balok yang mempunyai distribusi tegangan linear maupun non#linear. Konsep tersebut akan memudahkan bila digunakan untuk menjabarkan mekanisme gaya#gaya dalam balok beton bertulang karena mampu menggambarkan pola tahanan dasar yang terjadi.

  Pada Gambar 2.5, d=tinggi efektif penampang yang diukur dari serat tekan tekan terluar ke centroid tulangan. Kuat lentur nominal penampang diasumsikan tercapai pada saat regangan pada serat tekan terluar mencapai regangan batas beton. Pada saat hal ini tercapai, regangan tarik pada baja tulangan A s dapat mencapai nilai yang lebih besar atau lebih kecil dari Ɛ y , tergantung pada proporsi tulangan terhadap luas penampang beton.

  ) '! ) & &

  Kuat lentur suatu balok beton tersedia karena berlangsungnya mekanisme tegangan#tegangan dalam yang timbul di dalam balok yang pada keadaan tertentu dapat diwakili oleh gaya#gaya dalam. Resultante gaya tekan dalam (N D ) merupakan resultante seluruh gaya tekan pada daerah diatas garis netral.

  Sedangkan N T adalah resultante gaya tarik dalam, merupakan jumlah seluruh gaya tarik yang diperhitungkan untuk daerah di bawah garis netral.

  Kedua gaya ini, arah garis kerjanya sejajar, sama besar, tetapi berlawanan arah dan dipisahkan dengan jarak z sehingga membentuk kopel momen tahanan dalam dimana nilai maksimumnya disebut sebagai kuat lentur atau momen tahanan penampang komponen struktur terlentur.

  Momen tahanan dalam tersebut yang akan menahan atau memikul momen lentur rencana aktual yang ditimbulkan oleh beban luar. Untuk itu dalam merencanakan balok pada kondisi pembebanan tertentu harus disusun komposisi dimensi balok beton dan jumlah serta besar (luas) tulangannya sedemikian rupa sehingga dapat menimbulkan momen tahanan dalam paling tidak sama dengan momen lentur maksimum yang ditimbulkan oleh beban.

  Untuk menentukan momen tahanan dalam, yang penting adalah mengetahui terlebih dahulu resultante total gaya beton tekan N D , dan letak garis kerja gaya dihitung terhadap serat tepi tekan terluar, sehingga jarak z dapat dihitung. Kedua nilai tersebut dapat ditentukan melalui penyederhanaan bentuk distribusi tegangan lengkung digantikan dengan bentuk ekivalen yang lebih sederhana, dengan menggunakan nilai intensitas tegangan rata#rata sedemikian sehingga nilai dan letak resultante tidak berubah.

• + (# ! * !, (

Seperti terlihat pada Gambar 2.5, bentuk blok tegangan pada kondisi ultimate dapat dinyatakan melalui 3 konstanta, yaitu: k

  1 = rasio tegangan tekan rata#rata terhadap tegangan maksimum (rasio luas

  tegangan yang diarsir pada Gambar 2.5c terhadap luas segiempat c k

  3 f c ’)

  k

  2 = rasio jarak antara serat tekan ekstrim ke resultan gaya tekan terhadap

  tinggi daerah tekan c k

  3 = rasio tegangan maksimum f c ” pada zona tekan, terhadap kuat silinder ) "

• %

  beton, → ' =

  ( ) %

• Untuk distribusi blok tegangan diatas, k

  

1 =0,85 dan k

2 =0,425

  Berdasarkan bentuk empat persegi panjang seperti tampak pada Gambar 2.5, intensitas tegangan tekan beton rata#rata ditentukan sebesar 0,85 fc’ dan dianggap bekerja pada daerah tekan dari penampang balok sebesar b dan sedalam a, yang mana besarnya ditentukan dengan rumus : a = β1.c Dimana : c = jarak serat terluar ke garis netral

  β1= konstanta merupakan fungsi dari kuat tekan

  (# !, ( -

  Jadi, hanya perlu digunakan dua parameter, yaitu d dan untuk dapat menggambarkan blok tegangan#tekan persegi ekivalen. Berdasarkan distribusi tegangan tersebut, kekuatan lentur dihitung sebagai berikut:

  

%

  , = 0,85 / = 0

  

1 2

  (tulangan diasumsikan sudah leleh sebelum beton mencapai regangan batas tekannya) Syarat keseimbangan

  → , = / sehingga

  

1 2

  = 0,85 ′

  Sehingga,

  1 2

  ! = 0 7 5 0,59

  3 1 2 1 2

  4 5 26 = 0 ′ 9

  ) . & ' / &

  Keruntuhan lentur dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda :

  1. Keruntuhan Tarik, terjadi bila jumlah tulangan baja relatif sedikit sehingga tulangan tersebut akan leleh terlebih dahulu sebelum betonnya pecah, yaitu apabila regangan baja (ε s ) lebih besar dari regangan beton (ε y ). Penampang seperti itu disebut penampang under reinforced, perilakunya keruntuhannya adalah daktail (terjadinya deformasi yang besar sebelum runtuh). Semua balok yang direncanakan sesuai peraturan diharapkan berperilaku seperti itu.

  2. Keruntuhan Tekan, terjadi bila jumlah tulangan relatif banyak maka keruntuhan dimulai dari beton sedangkan tulangan bajanya masih elastis, yaitu apabila regangan baja (ε s ) lebih kecil dari regangan beton (ε y ). Penampang seperti itu disebut penampang over reinvorced, sifat keruntuhannya adalah getas (non daktail). Suatu kondisi yang berbahaya karena penggunaan bangunan tidak melihat adanya deformasi yang besar yang dapat dijadikan pertanda bilamana struktur tersebut mau runtuh, sehingga tidak ada kesempatan untuk menghindarinya terlebih dahulu.

  3. Keruntuhan Seimbang, jika baja dan beton tepat mencapai kuat batasnya, yaitu apabila regangan baja (ε s ) sama besar denga regangan beton (ε y ).

  Jumlah penulangan yang menyebabkan keruntuhan balans dapat dijadikan acuan untuk menentukan apakah tulangan relatif sedikit atau tidak, sehingga sifat keruntuhan daktail atau sebaliknya.

  1 !+ !+ $ "$2 & "$ 3 & 4 * ' Saat ini banyak dijumpai bangunan dengan struktur beton bertulang.

  Banyak diantaranya yang mulai rusak yang ditandai dengan timbulnya retak#retak halus, lendutan yang berlebihan, bahkan tulangan sudah terlihat dari luar. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain : kondisi gedung yang sudah tua, elemen yang tidak sengaja terbebani diatas desain rencana, struktur yang berubah fungsi dengan adanya beban tambahan, kerusakan akibat gempa, dan keadaan tanah yang tidak baik yang menyebabkan terjadinya penurunan yang berbeda.

  Dengan adanya kerusakan#kerusakan ini, maka perlu dilakukan penanganan lebih lanjut, apakah struktur harus dihancurkan dan dibangun yang baru atau diadakan perbaikan atau yang kita kenal dengan istilah retrofitting. Sebelum memutuskan suatu konstruksi harus diperbaiki atau tidak, perlu dilakukan evaluasi terhadap stuktur.

  Kebutuhan evaluasi dari kekuatan beton in#situ lahir dari kondisi dibawah ini :

  1. Elemen struktur selama konstruksi

  a) Dicurigai adanya kegagalan dalam memenuhi syarat kokoh karakteristik beton melalui spesimen kontrol, atau material beton dibawah standar atau bercacat

  b) Cacat yang tampak oleh mata karena cara kerja yang jelek (seperti terjadinya sarang tawon), khususnya ketika ditemui pada bagian 2 yang kritis (misalnya momen maksimum atau tempat gaya geser), atau elemen struktur misalnya kolom c) Elemen yang tidak sengaja terbebani diatas desain rencana, misalnya jalan diatas parkir mobil bawah tanah untuk kondominium oleh truk berat, tidak ada atap atau podium yang bisa dilewati untuk tahapan pembangunan blok menara atau penyimpanan material bangunan d) Pembebanan elemen yang primatur, sebelum kokoh yang disyaratkan dicapai untuk beban tertentu, misalnya terlalu dini melepas bekisting e) Elemen yang rusak karena kecelakaan, misalnya tertubruk oleh kendaraan f) Jaminan kualitas atau evaluasi elemen yang dilakukan secara rutin

  g) Penilaian langsung dari elemen untuk tahap konstruksi, misalnya untuk melakukan prategangan, mengangkat elemen pracetak

  2. Elemen stuktural pada umur kemudian, setelah satu periode pemanfaatan :

  a) Kehancuran akibat agen lingkungan yang berbahaya

  b) Kesalahan desain atau konstruksi yang tidak disengaja, yang mengakibatkan kinerja yang tidak memuaskan. Misalnya, salah komputasi yang mengakibatkan underdesain

  c) Kenaikan peraturan pelaksanaan (Code of Practice), misalnya perubahan syarat geser antara CP 110 dengan BS 8110 d) Perubahan pemakaian, misalnya pertambahan beban karena peralatan baru atau fasilitas yang di#upgrade e) Konversi oleh retrofitting, misalnya penguatan untuk memberikan kompensasi dari kehancuran

  & & -

  Beberapa cara perkuatan yang umum digunakan antara lain :

  1. Memberi selubung pada konstruksi beton atau disebut dengan jacketing menggunakan material Fiber Reinforced Polymer (FRP)

  2. Memperbesar dimensi struktur

  3. Menambah lapisan beton yang baru

  4. Memberikan penulangan tambahan dari luar atau externally reinforcement menggunakan baja Ketiga metode ini memiliki kelebihan masing#masing, diantaranya :

  1. Perkuatan dengan FRP

  a) Perkuatan dengan FRP dapat menambah kekuatan lentur dan geser tanpa mempengaruhi berat sendiri struktur karena bahannya yang sangat ringan b) Tidak mengalami korosi sehingga bisa digunakan untuk struktur yang berhubungan dengan asam ataupun zat korosif lainnya c) Dapat diaplikasikan untuk berbagai bentuk struktur karena tersedia dalam bentuk lembaran maupun pelat d) Distribusi bahan yang mudah karena dapat digulung dan tidak berat

  2. Memperbesar dimensi struktur

  a) Biayanya murah

  b) Tidak memerlukan keahlian khusus

  c) Tahan terhadap korosi

  d) Tahan terhadap api

  3. Memberikan penulangan tambahan dengan baja

  a) Biayanya lebih murah dari FRP

  b) Tidak terlalu mempengaruhi berat sendiri struktur dibanding pemberian lapisan beton baru (memperbesar dimensi struktur) c) Tulangan eksternal dapat berupa pelat tipis maupun berbagai bentuk profil baja Namun perkuatan dengan metode diatas juga memiliki kekurangan, yaitu :

  1. Perkuatan dengan FRP

  a) Metode jacketing memang mudah untuk dilaksanakan namun memerlukan biaya awal yang sangat mahal b) Material FRP tidak tahan terhadap api

  c) Dibutuhkan keahlian khusus dalam pemasangannya

  2. Memperbesar dimensi struktur

  a) Penambahan lapisan beton akan menambah beban sendiri struktrur karena berat jenis beton yang cukup besar b) Memerlukan perancah sampai struktur bisa berfungsi dengan baik

  c) Dibutuhkan waktu yang lebih lama sampai struktur bisa berfungsi dengan baik dibanding dengan FRP

  3. Memberikan penulangan tambahan dengan baja

  a) Pemberian tulangan tambahan dari luar menggunakan pelat maupun profil baja umumnya dilekatkan menggunakan epoxy, hal ini tidak efektif karena ikatan antara balok dengan pelat atau profil bisa lepas (slip)

  1 '

  Berdasarkan kelebihan dan kekurangan beberapa metode perkuatan tersebut, peneliti memilih perkuatan dengan penambahan tulangan eksternal.

  Banyak penelitian yang sudah dilakukan tentang perkuatan ini baik yang menggunakan FRP maupun dengan pelat atau profil baja, diantaranya : Lamanna, Bank dan Scott (2001) meneliti perkuatan lentur balok beton bertulang menggunakan baut dan potongan Fiber#Reinforced Polymer. Pada percobaan ini, digunakan balok dengan kekuatan berbeda yaitu 21 Mpa dan 42 Mpa dengan dimensi 153x153 mm dan panjang 1220 mm. Balok yang digunakan berjumlah 9 buah dengan perlakuan berbeda untuk lebar FRP, jumlah baris baut dan mutu beton. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : untuk mutu beton yang lebih tinggi diperlukan perkuatan yang lebih kecil dan kenaikan momen ultimate dapat dicapai apabila potongan FRP terikat kuat.

  Jumaat dan Alam (2006) meneliti masalah terkait metode penyatuan pelat dari perkuatan balok beton bertulang. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : penggunaan FRP 10 kali lebih mahal dari perkuatan dengan pelat baja dan FRP tidak tahan terhadap api, sehingga penggunaannya masih terbatas sedangkan untuk perkuatan dengan pelat baja terdapat 3 jenis retak yaitu retak lentur, geser dan axial. Namun retak ini dapat diatasi dengan pengaplikasian baut untuk mengikat pelat dengan beton.

  Pangestuti dan Handayani (2009) meneliti penggunaan carbon fiber reinforced plate sebagai tulangan eksternal pada struktur balok beton. Pada percobaan ini, balok yang digunakan berdimensi 150x250 mm dan panjang 2000mm dengan dua perlakuan. Balok pertama diberi tulangan tunggal yang digunakan sebagai balok kontrol dan balok kedua tanpa tulangan dan diberi lapisan CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plate). Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : penggunaan CFRP sebagai tulangan eksternal tidak efisien karena regangan yang dicapai hanya 41% dari regangan maksimum yang mungkin dicapai. Ini dikarenakan terjadinya debonding failure antara CFRP dan balok beton.

  Al#Hassani, Al#Ta’an dan Mohammed (2013) meneliti perilaku balok beton bertulang yang telah retak yang diperkuat dengan pelat baja eksternal. Pada percobaan ini, digunakan 15 buah balok, dimana 9 buah balok dibebani dengan beban ultimate kemudian diperkuat dan dibebani lagi hingga runtuh, 3 buah balok sebagai kontrol dan 3 buah balok dibebani sampai runtuh, diperkuat dan dibebani lagi sampai runtuh. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : beban ultimate meningkat sekitar 1#17 % dengan perkuatan menggunakan pelat tebal 1 mm dan 70#94 % dengan perkuatan menggunakan pelat tebal 3 mm, dan efek dari preloading dapat diabaikan karena nilainya kecil.

  Berdasarkan hasil dari beberapa penelitian diatas, pada penelitian ini dipilih perkuatan balok beton bertulang dengan memberikan penulangan tambahan dari luar (externally reinforcement ) untuk memperkuat lentur dari balok. Penulangan eksternal yang digunakan adalah pelat baja. Dimana pelat baja yang digunakan akan dibaut pada balok untuk mendapatkan ikatan yang baik antara balok dan pelat baja.

  5 6 7 & 4 ' ' & &

  Sebuah balok persegi dengan dimensi 150x250 mm, dengan tulangan

  2

  2

  tekan 2 s =56,57 mm ) dan tulangan tarik 4 s =452,57 mm ), diameter ∅6 (A ∅12 (A tulangan sengkang c ’ 20 Mpa, tegangan

  ∅6, selimut beton P=25 mm. Mutu beton f leleh baja f y 240 Mpa, elastisitas baja E s 200.000 Mpa. Hitunglah Momen ultimate yang dapat dipikul balok tersebut. Diketahui : H=250 mm f c ’ 20 Mpa B=150 mm f y 240 Mpa P=25 mm E s 200.000 Mpa

2 Tulangan tekan 2 s ’=56,57 mm )

  ∅6 (A

2 Tulangan tarik 4 s =452,57 mm )

  ∅12 (A Spasi antar tulangan=50 mm Penyelesaian :

  = = >? >@ AB C BDE AF A = : 5 5 ; 5 1 2 5 1 2

  = . 50 = 182 HH = 250 5 25 5 6 5 1 2 = . 12 5 1 2

  %

  = = I ; I 1 2

  %

  = . 6 = 34 HH = 25 I 6 I 1 2

  1. Periksa rasio tulangan 452,57

1 J =

  . = 150 K 182 = 0,016578 ′ 56,57

  1 J′ = = %

  . L 5 150 K 250 5 34 = 0,00175 1,4 1,4

  J = =

  MN3

  240 = 0,005833

  2 J = 0,016578 O J = 0,005833 → P' MN3

  2. Cek tulangan tekan sudah luluh atau belum

  % %

  0,85 600 0,85 K 0,85 K 20 K 34 600 ' = =

  . 600 5 240 K 182 600 5 240 = 0,018746

  2

  2 %

  J = J 5 J = 0,016578 5 0,00175 = 0,01483

  J Q ', tulangan tekan belum luluh

  Maka,

  % % 0,85 0,85 K 0,85 K 20 K 34

  % = 600 71 5 9 = 600 ]1 5

1 J 0.014505 K 240 K 182^

  2 % = 144,754 !?

  1

  3. Cek nilai a

  5 0 ′ ′ 1 2

  1 1 452,57 K 240 5 56,57 K 144,754 = = = 39,380 HH 0,85 ′ 0,85 K 20 K 150

  4. Cek kembali nilai f s ’

  39,380 = = 0,85 = 46,33 HH

  % _ ′

  5

  1 0,003 = 0,003 46,33 5 34

  % _ = = 0,000793

  1 46,33

  % % = _ = 0,000793 K 200000 = 159,681 !?

  1

  1

1 Digunakan f s ’=159,681 Mpa

  5. Cek J terhadap J

  M`a 0,85 ′ 600 0,85 K 20 K 0,85 600 J = =

  $ bc`3d`3 b3dd`c 600 I 240 600 I 240 = 0,043

  2

  2 ′ 159,681

  % 1 J = 0,75J

  I J = 0,75 0,043 I 0,00175 efg bc`3d`3 h`3di`j $

  240

  2 J = 0,03341 efg bc`3d`3 h`3di`j

  J = 0,016578 Q J = 0,03341 → P'

  M`a

  6. Tentukan kembali nilai a dengan f s ’ 159,681 Mpa

  5 0 ′ ′

  452,57 K 240 5 56,57 K 159,681

  1 2

  1

  1 = = = 39,052 HH 0,85 ′ 0,85 K 20 K 150

  7. Menentukan Mu yang dapat dipikul

  %

  ! = kl0 5 0 ′ ′ ′ 5 n

  b 1 2

  1

  1

  1

  

1

  ′m 4 5 26 I 0

  39,052

  ! = k 452,57 K 240 5 56,57 K 159,681 4182 5

  6 I 56,57 K

  b 159,681 182 5 34 n

  ! = 17,517 opH

  b

  8 6 7 & 4 ' ' & &

  Balok diatas terletak diatas perletakan sendi#rol dengan jarak 3 m dan cantilever 0,1 m. Beban terpusat pada bentang 1/3 L dan 2/3 L. Hitunglah beban P yang dapat dipikul balok. Diketahui : H=250 mm B=150 mm a=0,1 m b=3 m Berat jenis beton= 24 Kn/m Penyelesaian :

  = q b 5 4a Momen luar = 1 3 = P b I 1 8 vC B >vA @C@ EP' = w = K L K x vBPA = 0,15 K 0,25 K 24 = 0,9 op H ⁄

  = . 0,9 3 5 4. 0,1 Momen luar = 1 3 = P. 3 I 1 8

  !PHvA ED C = !PHvA E H

  1 = . 0,9 3 5 4. 0,1 = 17,517 opH

  3 = P. 3 I 1 8

  Didapat = 16,509 op

6 Jika beban akan dinaikkan menjadi 3.5 P, rencanakan perkuatan dengan penambahan pelat baja.

  Diketahui : P=16,509 KN P’=3,5 P=57,783 KN Penyelesaian :

  = q b 5 4a Momen luar = 1 3 = P b I 1 8

  = . 0,9 3 5 4. 0,1 = 58,791 KNm Momen luar = 1 3 = 57,783 .3 I 1 8 Momen dalam berdasarkan gaya tarik :

  ` %

  ! = p 4 5

  6

  b | ` ~ ` }

  58,791 K 10 = 0 . 4 5 6 I 0 .

  4L I

  5

  6

  1 2 j

  2 ` ~ ` }

  58,791 K 10 = 0 . 4 5 6 I . B .

  4L I

  5

  6

  1 2 j j

  2 Lebar pelat direncanakan sama dengan lebar balok , b =150 mm p

  6

38,997

  58,791 l m€ l • •

  K 10 = 452,57 K 240 182 5 I 150 K B K 240 250 I ?

  

2

38,997 B?

  m€

  5

  2

2 B = 4,905HH

  j

  Digunakan tebal pelat 5 mm

6 Rencanakanlah shear connector untuk perkuatan tersebut

  Diketahui : P=16,509 KN P’=3,5 P=57,783 KN b p =150 mm t p =5 mm Penyelesaian :

  = q b 5 4a Momen luar = 1 3 = P b I 1 8 5 4. 0,1 = 58,791 KNm

  = . 0,9 3 Momen luar = 1 3

  = 57,783 .3 I 1 8 Momen dalam berdasarkan gaya pelat tarik :

  ` %

  ! = p 4 5

  6

  b | ` ` %

  ! = 0 . 4 5

6 I / 4 ′ 5

  6

  b

  1 2 `3 •‚h

  Untuk perencanaan shear connector, jarak d’ adalah jarak dari tepi serat tekan terluar sampai bidang geser antara balok dan pelat

  ` ` %

  ! = 0 . 4 5

6 I /

  4L 5

  6

  b

  1 2 `3 •‚h

  Untuk perencanaan awal, nilai a diasumsikan 40 mm

  6

  

40

  40

  58,791 l m€ l m€

  K 10 = 452,57 K 240 182 5 I •/ 250 5 • `3 •‚h

  

2

  2

  6

  40

  58,791 l m€

• 2

  K 10 5 452,57 K 240 182 5

  / = 183088,556 N

  = `3 •‚h

  40

• l m€

  250 5

2 Dengan nilai hitung kembali nilai a

  /

  `3 •‚h

  . I / 183088,556

  452,57 K 240 I

  1 2 `3 •‚h %

  = = = 114,39 HH 0,85 ′ 0,85 K 20 K 150

  Kemudian hitung kembali nilai dengan nilai a’ /

  `3 •‚h

  6 ƒ,(„

  58,791 l m€

• 2

  K 10 5 452,57 K 240 182 5

  / = 240864,933 N

  = `3 •‚h ƒ,(„

• l m€

  250 5

  2 Hitung kembali nilai a

  . I / 240864,933

  1 2 `3 •‚h 452,57 K 240 I %

  = = = 137,052 HH 0,85 ′ 0,85 K 20 K 150

  Hitung kembali nilai /

  `3 •‚h

  6 (…,

  58,791 l m€

• 2