Gambarkan dan jelaskan grafik hubungan tegangan – regangan untuk material beton dan baja!
Lokasi Tulangan
Jarak Tulangan
desain balok persegi Selimut Beton
Tinggi Minimum Balok
Terdapat tiga jenis balok yang menentukan lokasi tulangan, yaitu balok yang ditumpu sederhana (a), balok kantilever (b), dan balok menerus (c)
Gambar (a) menunjukkan perilaku balok yang ditumpu secara sederhana di kedua ujungnya saat diberikan beban terpusat di tengah bentang
Lokasi Tulangan
Gambar (b) menunjukkan perilaku lendutan balok kantilever ketika diberi beban
Gambar (c) menunjukkan perilaku lendutan balok menerus
Tabel 8, SNI beton 2002 menyajikan tinggi minimum balok sbb,
Balok di atas dua tumpuan : hmin = L/16
Balok dengan satu ujung menerus : hmin = L/18, 5
Balok dengan kedua ujung menerus : hmin = L/21
Balok kantilever : hmin = L/8
Dimana L = panjang panjang bentang dari tumpuan ke tumpuan Jika nilai tinggi minimum ini dipenuhi, pengecekan lendutan tidak
perlu dilakukan
Selimut beton adalah bagian beton terkecil yang melindungi tulangan
Selimut beton ini diperlukan untuk : Memberikan daya lekat tulangan ke beton Melindungi tulangan dari korosi Melindungi tulangan dari panas tinggi jika terjadi kebakaran. (Panas tinggi dapat menyebabkan menurun/hilangnya kekuatan baja tulangan)
Tebal minimum selimut beton untuk balok adalah : 40 mm(SNI beton 2002 pasal 9.7)
Jarak tulangan yang disyaratkan adalah seperti pada gambar
Menurut SNI beton pasal 12.5.1)., tulangan minimum balok empat persegi (komponen struktur lentur) diambil nilai terbesar dari dua rumus berikut :
bw merupakan lebar badan balok
Rasio tulangan yang diharapkan
Underreinforced
Overreinforced
Agar dapat dijamin bahwa jenis keruntuhan balok betul-betul pada keruntuhan tarik, maka SNI beton 2002 membatasi rasio tulangan maksimum balok:
rmax = 0, 75rb
Beton bertulang terdiri dari Beton (yang memiliki kekuatan tekan tinggi tetapi memiliki kekuatan tarik yang rendah) › Baja tulangan (memiliki kekuatan tarik yang tinggi) ›
Baja dan beton dapat bekerja bersama-sama berdasarkan beberapa alasan Lekatan/bond (interaksi antara baja tulangan dengan beton keras di sekelilingnya) › Campuran beton yang memadai memberikan sifat anti resap yang cukup dari beton untuk mencegah karat pada baja ›
Unsur-unsur penyusun beton › › › › ›
Semen Agregat halus (pasir) Agregat kasar (batu pecah) Air Bahan tambah yang lain
Kekuatan beton setelah mengeras tergantung dari banyak faktor › › ›
Proporsi campuran Kondisi temperatur Kelembaban
Kuat tekan beton ditentukan oleh pengaturan perbandingan semen, agregat kasar dan halus, air dan berbagai jenis campuran Perbandingan air terhadap semen (f.a.s atau faktor air semen) merupakan faktor utama dalam menentukan kekuatan beton Semakin rendah f.a.s semakin tinggi kekuatan tekan, namun kemudahan dalam pengerjaan (workability) menjadi rendah Semakin tinggi f.a.s semakin rendah kuat tekan, namun workability menjadi semakin tinngi Sejumlah tertentu air diperlukan untuk terjadinya aksi kimia dalam pengerasan beton, dan kelebihan air digunakan untuk kemudahan pekerjaan Suatu ukuran pengerjaan campuran beton ini didapatkan dengan pengujian slump Kuat tekan beton dinyatakan dalam f’c, yaitu kekuatan beton dalam MPa dari hasil pengujian benda uji berbentuk silinder dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm pada hari ke 28 benda uji dibuat. BEDA MASING-MASING BENDA UJI??
Brief Review
• Makin rendah kuat tekan beton : kemampuan deformasi (daktilitas) makin tinggi • Tegangan maksimum dicapai pada regangan tekan di antara 0,0020,0025 • Regangan ultimit pada saat hancurnya beton berkisar 0,003-0,004 (SNI menetapkan 0,003) • Dalam perencanaan beton bertulang secara umum ditetapkan kekuatan beton 20-30 MPa untuk struktur tanpa prategang dan 32 sampai 42 MPa untuk beton prategang
Secara umum yang dipelajari dari struktur beton bertulang adalah prinsip-prinsip dasar dalam perencanaan dan pemeriksaan unsur-unsur dari beton bertulang yang dibebani dengan: › Gaya aksial (axial force) › Momen lentur (bending moment) › Geser (shear) › Puntir (torsion) › Gabungan dari gaya-gaya ini
Kuat Perlu
kekuatan yang harus mampu dipikul balok akibat beban-beban yang sudah dikalikan faktor keamanan (kombinasi beban)
Kuat Rencana
kekuatan yang harus ada pada elemen beton bertulang, yakni berupa kekuatan nominal x faktor reduksi kekuatan f
Secara umum, ada 6 macam beban (jika ada) yang perlu diperhitungkan pada perancangan struktur beton bertulang : 1. Beban mati (D): yaitu beban yang selalu ada pada struktur
2. Beban hidup (L): yaitu beban yang sifatnya berpindah-pindah 3. Beban atap (A): beban yang tidak tetap di atap (beban orang bekerja atau/dan beban peralatan)
4. Beban hujan (R): genangan air hujan di atap 5. Beban Angin (W) 6. Beban gempa (E): beban ekivalen yang bekerja pada struktur akibat pergerakan tanah pada peristiwa gempa
Kombinasi Pembebanan???
Faktor reduksi???
Jika Mu merupakan momen perlu yang harus dipikul balok akibat kombinasi beban, dan Mn momen nominal yang sanggup dipikul penampang balok, maka:
Kuat tarik beton bisa ditentukan berdasarkan pengujian pembebanan silinder (the split silinder) Kuat tarik beton lebih bervariasi dibandingkan kuat tekannya, besarnya berkisar 10-15% kuat tekan beton Kuat tarik dalam lentur yang dikenal sebagai modulus runtuh (modulus of rupture) penting dalam menentukan retak dan lendutan balok Modulus runtuh fr , yang didapatkan dari rumus f=Mc/I memberikan nilai kuat tarik yang lebih tinggi daripada harga yang dihasilkan oleh pengujian pembelahan silinder
Modulus elastisitas beton berubah-ubah sesuai kekuatan Modulus elastisitas tergantung dari
› › › ›
Umur beton Sifat agregat dan semen Kecepatan pembebanan Jenis dan ukuran benda uji
Karena beton memperlihatkan deformasi yang permanen sekalipun dengan beban kecil, maka ada beberapa definisi untuk modulus elatisitas
Untuk nilai wc di antara 1500-2500 kg/m3, nilai modulus elastisitas beton dapat diambil sebesar (wc)1,50,0043 f’c Untuk beton normal Ec dapat diambil sebesar 4700 f’c (RSNI 2002 hal 53)
Rangkak (creep) dan susut (shrinkage) adalah deformasi struktur yang tergantung dari waktu Rangkak adalah salah satu sifat dari beton di mana beton mengalami deformasi menerus menurut waktu di bawah beban yang dipikul pada satu satuan tegangan dalam batas elastis yang diperbolehkan
Faktor-faktor yang mempengaruhi rangkak › Konstituen, seperti komposisi dan kehalusan semen,
› ›
› › › › › ›
campuran, ukuran, penggolongan mutu dan isi mineral dari agregat Perbandingan air, seperti perbandingan air dengan semen Suhu pada pengerasan dan kebasahan Kelembaban nisbi selama waktu penggunaan beton Umur beton pada pembebanan Lamanya pembebanan Besarnya tegangan Perbandingan antara perbandingan dan isi dari unsur Slump
Susut adalah perubahan volume yang tidak berhubungan dengan pembebanan. Ada kemungkinan bagi beton untuk mengeras secara terus menerus di dalam air dengan volume bertambah, namun ada kemungkinan volumenya berkurang Umumnya faktor-faktor yang mempengaruhi rangkak juga mempengaruhi susut, khususnya faktorfaktor yang berhubungan dengan hilangnya kelembaban Susut yang dihalangi secara simetris oleh penulangan akan menimbulkan deformasi yang umumnya menambah deformasi terhadap rangkak
Baja tulangan dapat terdiri dari › Batang tulangan (tulangan polos atau berulir/deform) › Anyaman kawat yang dilas Tulangan berulir atau deform memiliki bentuk ulir yang bermacam-macam seperti gambar berikut. Adapun fungsi ulir adalah untuk menambah lekatan antara beton dengan baja Modulus elastisitas untuk semua baja yang bukan prategang dapat diambil sebesar 200.000MPa. Untuk baja prategang modulus elastisitas sedikit lebih kecil dan bervariasi yaitu kira-kira sebesar 189750 MPa.
b2
b2 h2
h2
h1
h1
b1
b1
Pusat berat penampang struktur
b1.h . .h1 b 2 .h 2 .h1 .h 2 x b1.h1 b 2 .h 2 1 1 2
1 2
h2
b2
h1 b1
8D….
4D….
x
x
A
B
6D…. x
C
Pusat berat tulangan penampang A x = selimut beton +ø sengkang + ½. Ø tul. utama
Pusat berat tulangan penampang B x = selimut beton +ø sengkang + Ø tul. utama + ½. 25 mm
Pusat berat tulangan penampang C
4(sel.btn+øsk+½.Øtul.ut) +2(sel.btn+øsk+Øtul.ut+25+ ½.Øtul.ut) X= 4+2
Jarak vertikal antara tulangan sejajar dalam lapis yang sama, tidak boleh kurang dari db ataupun 25 mm (lihat juga ketentuan 5.3.2) Bila tulangan sejajar diletakkan dalam dua lapis atau lebih, tulangan pada lapis atas diletakkan tepat di atas tulangan di bawahnya, spasi bersih antar lapisan tidak boleh kurang 25 mm Pada komponen struktur tekan yang diperkuat dengan tulangan spiral atau sengkang pengikat, jarak bersih antar tulangan longitudinal tidak boleh kurang dari 1,5db ataupun 40 mm Pada dinding dan plat lantai, selain konstruksi plat rusuk tulangan lentur utama harus berjarak tidak lebih tiga kali tebal dinding atau plat lantai atau 500 mm
Apabila suatu gelagar balok menahan beban yang mengakibatkan timbulnya momen lentur, akan terjadi deformasi (regangan) lentur di dalam balok Pada momen positif, regangan tekan terjadi di bagian atas dan regangan tarik di bagian bawah penampang. Regangan-regangan tersebut akan menimbulkan tegangantegangan yang harus ditahan oleh balok, tegangan tekan di bagian atas dan tegangan tarik di bagian bawah Balok sebagai sistem yang menahan lentur harus mampu menahan tegangan-tegangan tersebut Untuk memperhitungkan kemampuan dan kapasitas dukung komponen struktur beton terlentur, sifat beton yang kurang mampu menahan tarik menjadi dasar pertimbangan, dengan cara memberikan batang tulangan baja di mana tegangan tarik bekerja, sehingga didapatkan struktur yang disebut BETON BERTULANG
Metode yang digunakan adalah metode kuat ultimit Pada metode ini service loads diperbesar, dikalikan dengan suatu faktor beban dengan maksud untuk memperhitungkan terjadinya beban pada saat keruntuhan sudah di ambang pintu. Dengan menggunakan beban terfaktor tersebut, struktur direncanakan sedemikian sehingga didapat nilai kuat guna pada saat runtuh besarnya kira-kira sedikit lebih kecil dari kuat batas runtuh sesungguhnya.
Kekuatan pada saat runtuh tersebut dinamakan kuat ultimit, beban yang bekerja pada atau dekat dengan runtuh dinamakan beban ultimit Untuk membahas metode kuat ultimit lebih lanjut diberikan tinjauan tentang perilaku beton bertulang bentang sederhana untuk memikul beban berangsur meningkat mulamula dari beban kecil sampai pada tingkat pembebanan yang menyebabkan hancurnya struktur
• Pada beban kecil, dengan menganggap bahwa belum terjadi retak beton, beton dan baja bekerja bersamasama gaya-gaya di mana gaya tekan ditahan oleh beton saja
• Pada beban sedang, kuat tarik beton dilampaui, beton mengalami retak rambut. Karena beton tidak dapat meneruskan gaya tarik melintasi daerah retak karena terputus, baja tulangan mengambil alih memikul seluruh gaya tarik yang timbul • Keadaan yang demikian diperkirakan akan terjadi pada nilai tegangan beton sampai ½.f’c
• Pada beban yang lebih besar lagi, nilai regangan dan tegangan meningkat dan cenderung tidak lagi sebanding antar keduanya. Tegangan beton membentuk kurva non linier • Pada gambar berikut terlihat distribusi tegangan regangan yang timbul pada atau dekat pembebanan ultimit. Apabila kapasitas batas kekuatan beton terlampaui dan tulangan baja mencapai luluh, balok akan hancur.
Bidang penampang rata sebelum terjadi lenturan, tetap rata setelah terjadi lenturan dan berkedudukan tegak lurus pada sumbu bujur balok. Oleh karena itu nilai regangan dalam komponen struktur terdistribusi linier atau sebanding lurus terhadap jarak ke garis netral 2. Tegangan sebanding dengan regangan hanya sampai kirakira beban sedang. Apabila beban meningkat sampai beban ultimit, tegangan yang timbul tidak sebanding lagi dengan regangannya berarti distribusi tegangan tekan tidak lagi linier. Bentuk blok tegangan tekan pada penampangnya berupa garis lengkung dimulai dari garis netral dan berakhir pada serat tepi tekan terluar 3. Dalam memperhitungkan kapasitas momen ultimit komponen struktur, kuat terik beton tidak diperhitungkan dan seluruh gaya tarik dilimpahkan kepada tulangan baja tarik 1.
KUAT LENTUR BALOK PERSEGI • Pada suatu komposisi balok tertentu balok menahan beban sedemikian hingga regangan tekan lentur beton mencapai maksimum (’b maks) mencapai 0,003 sedangkan tegangan mencapai tegangan tarik baja sudah mencapai tegangan luluh. Apabila hal demikian terjadi, penampang dinamakan mencapai keseimbangan regangan atau disebut penampang bertulangan seimbang
Kuat lentur suatu balok beton tersedia karena berlangsungnya mekanisme tegangan dalam yang timbul di dalam balok yang dalam kondisi tertentu dapat diwakili oleh gaya-gaya dalam ND atau Cc adalah resultante gaya tekan dalam, merupakan resultante seluruh gaya tekan pada daerah di atas garis netral NT atau Ts adalah resultante gaya tarik dalam, merupakan resultante seluruh gaya tarik pada 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 di mana nilai maksimumnya disebut kuat lentur atau momen tahanan penampang komponen struktur terlentur
Momen tahanan dalam memikul momen lentur rencana aktual yang ditimbulkan oleh beban luar Dalam merencanakan balok pada kondisi pembebanan tertentu harus disusun komposisi dimensi balok beton dan jumlah serta besar tulangan sedemikian rupa sehingga dapat menimbulkan momen tahanan dalam paling tidak sama dengan momen lentur maksimum yang ditimbulkan oleh beban Kesulitan timbul pada saat menentukan menghitung besarnya Cc tetapi juga dalam menentukan letak Cc karena bentuk blok tegangan tekan yang berupa garis lengkung
• Untuk tujuan penyederhanaan, Whitney mengusulkan bentuk persegi panjang sebagai distribusi tegangan tekan ekivalen.
• Berdasarkan bentuk empat persegi panjang, intensitas tegangan beton tekan rata-rata ditentukan sebesar 0,85f’c dan dianggap bekerja pada daerah tekan dari penampang balok selebar b dan sedalam a, dan besarnya ditentukan rumus a = 1.c dengan c = jarak serat tekan terluar ke garis netral 1= konstanta yg merupakan fungsi kelas kuat beton
• SNI3-2002 ps 12.2 hal 69 menetapkan nilai 1 untuk f’c 30 MPa 1 = 0,85 untuk f’c 30 MPa 1 = 0,85 – 0,008(f’c – 30) 1 0,65
Dengan notasi sebagai berikut b d As c a fs fc’ c s Cc Ts Es
= lebar balok = tinggi dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik = luas tulangan tarik = tinggi serat tekan terluar ke garis netral = tinggi blok tegangan tekan ekivalen = tegangan tarik baja = Kuat tekan beton = regangan beton = regangan tarik baja = resultan gaya tekan beton = resultan gaya tarik baja tulangan = modulus elastisitas baja = 2.105 MPa
Suatu penampang dikatakan bertulangan seimbang (balance) apabila jumlah tulangan baja tarik sedemikian sehingga letak garis netral pada posisi di mana akan terjadi secara bersamaan regangan luluh pada baja tarik dan regangan tekan beton maksimum 0,003 c<0,003 c=0,003
c Garis netral
d
As b
y s < y
g.n penulangan kurang g.n penulangan lebih
Bila penampang balok mengandung jumlah tulangan tarik lebih banyak dari yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan regangan, penampang balok dikatakan bertulangan lebih (overreinforced). › Berlebihnya tulangan mengakibatkan garis netral bergeser ke
bawah, beton mencapai regangan maksimum 0,003 sebelum baja tarik mencapai luluh › Bila dibebani lebih besar lagi struktur akan mengalami kehancuran tiba-tiba (hancur getas)
Bila suatu penampang mengandung jumlah tulangan tarik kurang dari yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan regangan, penampang disebut bertulangan kurang (underreinforced) › Letak garis netral naik sedikit dibandingkan kondisi seimbang,
baja tarik mencapai regangan luluh sebelum beton mencapai regangan 0,003 › Bertambahnya beban mengakibatkan tulangan memanjang. Keruntuhan struktur terjadi secara perlahan yang didahului oleh terjadinya lendukan yang meningkat tajam (hancur daktail)
Untuk mengantisipasi terjadinya keruntuhan struktur secara tiba-tiba maka diusahakan penampang tidak berada dalam keadaan overreinforced Batas maksimum rasio penulangan › rmaksimum = 0,75. rb › rb = {(0,85.f’c.1)/fy}.{600/(600+fy)}
SNI-2002 memberikan batas minimum rasio penulangan › rminimum = 1,4/fy › Batas minimum diperlukan untuk menjamin tidak terjadinya
hancur secara tiba-tiba seperti yang terjadi pada balok tanpa tulangan
Rasio penulangan adalah perbandingan antara luas penampang tulangan tarik (As) terhadap luas efektif penampang (b x d) › r = As/(bxd)
Beton yang langsung dicor di atas tanah dan selalu berhubungan dengan tanah 70 mm Beton yang berhubungan dengan tanah/cuaca › D19 hingga D56 › D16 jaring kawat polos atau kawat ulir
D16 dan yang lebih kecil
50 mm
40 mm
Beton tidak langsung berhubungan dengan cuaca/tanah › Plat, dinding, plat berusuk D44 dan D56 D36 dan yg lebih kecil
40 mm 20 mm
› Balok, kolom Tulangan utama, pengikat, sengkang, lilitan spiral
› Komponen struktur cangkang, pelat lipat D19 dan yang lebih besar D16 jaring kawat polos atau ulir D16 dan yang lebih kecil
40 mm
20 mm 15 mm
Jenis-jenis balok menurut cara analisa dan desain › Balok bertulangan tunggal › Balok bertulangan ganda › Balok T › Jenis-jenis balok lain, misal balok segitiga
c=0,003
0,85.f’c
a=1.c
c Garis netral
d
b
Cc=0,85.f’c.a. b z
As s
½.a
Ts = As.fs
Analisa balok tulangan tunggal 1.
Hitung luas tulangan dalam kondisi seimbang
ρb
0,85. f 'c .1 600 fy 600 f y
Asb = rb.b.d 2.
3.
Tentukan keadaan tulangan balok yang ditinjau keadaan overreinforced bila As > Asb keadaan underreinforced bila As Asb Bila keadaan underreinforced, kapasitas momen balok dihitung a
As . f y
0,85. f 'c .b Mn = As.fy.(d - ½.a) atau Mn = 0,85.f’c.a.b.(d - ½.a) MR = f.Mn
Bila keadaan overreinforced, kapasitas momen balok
As ρ b.d m
E s .ε 0,85.β1. f 'c 2
mρ mρ k u mρ 2 2 c = ku.d a = 1.c
a M n 0,85. f 'c .a.b. d 2 MR = f.Mn
Desain balok tulangan tunggal Ada dua keadaan untuk desain balok, yaitu 1. hanya mencari luas tulangan 2. mencari luas tulangan dan dimensi balok 1. Hanya mencari luas tulangan Pada cara ini dimensi sudah diketahui dan hanya mencari luas tulangan yang diperlukan untuk menahan momen Mu a. Hitung koefisien tahanan momen k b. Hitung rasio tulangan
f .b.d 2 0,85.f'c 2k ρ 1 f y 0,85.f'c
c. Hitung luas tulangan As = r.b.d d. Hitung jumlah tulangan
As n A tul
Jumlah ini dibulatkan ke atas kemudian di cek syarat-syarat
2.Mencari luas tulangan dan dimensi balok a. Tentukan rasio dimensi
b r d b. Tentukan rasio tulangan perkiraan f ' . 600 r 0,5r b 0,5 c 1 f y 600 f y
c. Hitung koefisien tahanan momen r. f y R n r . f y 1 1,7. f 'c d. tentukan tinggi efektif balok
d3
Mu r.f .R n
Desain Tulangan Tunggal
Sehingga momen rencana balok adalah
Desain Tulangan Tunggal
Contoh Soal: Balok dengan ukuran penampang yg belum diketahui Balok dengan bentang 10 m, direncanakan untuk dapat memikul beban mati 14,5 kN/m dan beban hidup 25,5 kN/m Mutu beton f’c = 25 N/mm2 dan tegangan leleh baja fy = 400 N/mm2
Solusi:
Solusi (lanjutan):
Solusi (lanjutan):
Solusi (lanjutan):
Solusi (lanjutan):
Solusi (lanjutan):
Solusi (lanjutan):
Solusi (lanjutan):
…andddd, we are done here!!!
