PENDAHULUAN Struktur Beton SI-3112

Outline Contoh Elemen Struktur Beton Bertulang Kelebihan dan Kekurangan Struktur Beton Proses Desain Keadaan Batas (Limit States) Filosofi Disain Pembebanan Struktur Beton SI-3112

BETON BERTULANG Beton bertulang terdiri dari bahan beton dan baja. Beton dan baja membentuk material komposit dengan ikatan diantaranya disebut dengan lekatan (bond). bond Beton baja P Gambar I.1. Material Komposit Beton Bertulang Struktur Beton SI-3112

BETON BERTULANG Beton adalah material yang dapat menahan gaya tekan (compression) yang besar, tetapi sangat lemah terhadap gaya tarik (kekuatan tarik beton kecil dan dapat diabaikan). Kekuatan tarik ini diperkuat (reinforced) oleh tulangan baja (reinforcement). Oleh sebab itu material komposit ini disebut beton bertulang yang dapat menahan tarik dan tekan. Beton tanpa tulangan hanya dapat memikul beban yang relatif kecil karena timbul retak beton akibat tarik, Struktur Beton SI-3112

BETON BERTULANG tarik Retak Pkecil tekan Beton tanpa tulangan, P yang dipikul kecil akibat keruntuhan tarik P tulangan baja retak rambut Beton bertulang dapat menahan P yang jauh lebih besar dibandingkan Beton tanpa tulangan Struktur Beton SI-3112

Balok Beton Bertulang Balok diperlukan untuk mentransfer beban lantai ketumpuan melalui aksi lentur. Tegangan tarik lentur dan geser akan terbentuk dan harus diperhitungkan: retak lentur tul. longitudinal dicor dalam beton dan menahan tarik setelah terbentuk retak lentur Tul. Long. Retak geser sengkang di cor dalam beton dan menahan tarik setelah terbentuk retak geser sengkang

Kolom Beton Bertulang Kolom mentransfer beban aksial dr lantai atas ke lantai dibawahnya.: balok mentransfer beban ke kolom kolom Pondasi mentransfer beban ke tanah dan menahan beban kolom beton – semakin tinggi f’c --> semakin tinggi kekuatan kolom Tulangan geser (sengkang/beugel) baja tul vertical - menambah kekuatan kolom

Beberapa Kelebihan Struktur Beton Ekonomis Sistem lantai yang relatif tipis Bahan mudah diperoleh Material beton cocok digunakan untuk fungsi arsitektural (dapat dibentuk) dan struktural Mengurangi tinggi bangunan Beban angin yang lebih kecil Mengurangi kebutuhan cladding Struktur Beton SI-3112

Kelebihan Struktur Beton (Lanjutan) Tahan terhadap api Bangunan beton memiliki ketahanan terhadap api selama 1 – 2 jam tanpa harus dilindungi bahan tahan api (bangunan kayu dan baja harus dilindungi bahan tahan api untuk mencapai tingkat ketahanan yang sama). Kekakuan Kekakuan dan massa yang lebih besar sehingga dapat mengurangi goyangan akibat angin dan getaran lantai (akibat pengaruh beban berjalan) Struktur Beton SI-3112

Kelebihan Struktur Beton (Lanjutan) Biaya perawatan yang rendah Ketersediaan material Pasir, kerikil, semen, air dan fasilitas pencampuran beton mudah diperoleh. Baja tulangan  lebih mudah dibawa ke lokasi konstruksi dibandingkan profil baja. Struktur Beton SI-3112

Kekurangan Struktur Beton Rawan retak Kuat tarik yang rendah  ~ 0.1 fc jika tidak diberikan penulangan yang tepat akan terjadi retak. Struktur Beton SI-3112

Kekurangan Struktur Beton (Lanjutan) Membutuhkan bekisting (form-work) dan perancah Diperlukannya bekisting (acuan) untuk membentuk penampang. Diperlukannya sistem perancah untuk menahan beton yang belum mengeras hingga beton tersebut mencapai kekuatan yang memadai. Biaya tambahan tenaga kerja dan material, yang tidak akan ada bilamana digunakan material bangunan lain seperti baja atau kayu Struktur Beton SI-3112

Kekurangan Struktur Beton (Lanjutan) Kekuatan per unit volume relatif rendah. fc’ ~ (5-10% dari kekuatan baja) Membutuhkan volume yang lebih besar Bangunan bentang panjang biasanya menggunakan baja. Struktur Beton SI-3112

Kekurangan Struktur Beton (Lanjutan) Perubahan volume dengan bertambahnya waktu Beton dan Baja mengalami perpendekan dan perpanjangan yang relatif sama akibat suhu. Beton dapat mengalami susut, yang dapat menyebabkan defleksi tambahan dan keretakan Beton juga mengalami rangkak pada saat menahan beban tetap, yang menyebabkan peningkatan defleksi seiring dengan bertambahnya waktu Struktur Beton SI-3112

Proses Desain Tahap 1: Pendefinisian kebutuhan dan prioritas klien (Lingkup AR). Tinjauan fungsi Tinjauan keindahan/ estetika Tinjauan pendanaan/ budget Struktur Beton SI-3112

Proses Desain (Lanjutan) Tahap 2: Pengembangan konsep desain Pengembangan alternatif layout struktur Memperkirakan ukuran awal komponen struktur dan biaya untuk masing2 alternatif Memilih sistem struktur yang paling optimal kepantasan ekonomis mudah dirawat Struktur Beton SI-3112

Proses Desain (Lanjutan) Phase 3: Desain sistem struktur Analisis struktural ( berdasarkan desain awal) Gaya dalam momen Gaya dalam geser Gaya dalam aksial Gaya dalam torsi Gaya dalam kombinasi Struktur Beton SI-3112

Proses Desain (Lanjutan) Phase 3: Desain sistem struktur Desain elemen/ komponen struktur Dimensioning elemen struktur untuk menahan gaya- gaya dalam aspek estetika kemudahan dilaksanakan kemudahan dirawat Mempersiapkan spesifikasi teknis Struktur Beton SI-3112

Peraturan SNI/ACI Ketika dua material seperti baja dan beton bekerja bersama, dapat dimengerti bahwa perilakunya menjadi kompleks, sehingga analisis kekuatan komponen struktur beton bertulang dilakukan secara semi-empiris, namun tetap rasional. Prinsip semi-rasional dan metod-metodenya ini terus menerus dikembangkan dan diperbaharui dengan terus berakumulasinya hasil penelitian eksperimental dan teoritis. American Concrete Institute (ACI), menjadi pusat pengembangan ini, mengeluarkan peraturan mengenai bangunan beton. SNI mengadopsi hampir secara penuh peraturan ACI. Struktur Beton SI-3112

Philosophy Desain Dua philosofi desain yang dikenal: Metode beban kerja (Working stress method) yang fokus pada kondisi beban layan. Metoda kuat ultimit (Strength design method) yang fokus pada pembebanan yang lebih besar daripada beban layan; dimana keruntuhan mungkin terjadi. Strength design method dianggap lebih realistik secara konseptual untuk memberi level keamanan yang lebih pasti. Struktur Beton SI-3112

Strength Design Method Dalam metoda kuat ultimit, besarnya beban layan dinaikan dengan menggunakan suatu faktor untuk mendapatkan beban dimana keruntuhan mungkin “terjadi”. Beban ini disebut beban terfaktor atau faktor ultimit Kuat yang dibutuhkan untuk Kuat rencana ³ memikul beban terfaktor Struktur Beton SI-3112

Metode Kuat Ultimit (Batas) Kuat rencana diperoleh dari perhitungan sesuai dengan persyaratan yang dicantumkan pada peraturan bangunan yang berlaku (SNI/ACI) dan kuat perlu diperoleh dari analisis struktur dengan menggunakan beban terfaktor/ultimit. “Kuat rencana” sering disebut juga dengan “kuat ultimit (batas)”. Struktur Beton SI-3112

Philosofi Dasar Perencanaan Berdasarkan SNI-03-2847-02 Pasal 11.1.1: Struktur dan komponen struktur harus direncanakan hingga semua penampang mempunyai kekuatan rencana minimum sama dengan kuat perlu, yang dihitung berdasarkan kombinasi beban dan gaya terfaktor yang sesuai dengan ketentuan tata cara ini. Rn  1 S1 + 2 S2 + … Struktur Beton SI-3112

Pasal 11.1.2: Komponen struktur juga harus memenuhi ketentuan lain yang tercantum dalam tata cara ini untuk menjamin tercapainya perilaku struktur yang cukup baik pada tingkat beban kerja. Struktur Beton SI-3112

Aturan Safety (Keamanan) Struktur dan komponen struktur harus selalu dirancang untuk dapat menahan kondisi beban berlebih. Ada tiga alasan utama kenapa hal tersebut harus ditinjau: [1] Ketidakseragaman kekuatan/tahanan struktur [2] Kondisi pembebanan yang bervariasi [3] Resiko kegagalan. Struktur Beton SI-3112

Ketidakseragaman Tahanan Struktur Variasi kekuatan material beton dan baja tulangan. Perbedaan dimensi pada gambar rencana dan kenyataan dilapangan Akibat dari penyederhanaan rumusan dan asumsi yang digunakan pada perhitungan. Struktur Beton SI-3112

Ketidakseragaman Tahanan Struktur Contoh perbandingan momen runtuh hasil test dan hasil perhitungan untuk beton dengan fc > 13.8 MPa. Struktur Beton SI-3112

Kondisi Pembebanan yang Bervariasi Distribusi frekuensi komponen beban hidup yang tetap (sustained) di perkantoran Struktur Beton SI-3112

Resiko Kegagalan Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dalam menentukan tingkat keamanan yang dapat diterima Potensi timbulnya korban jiwa. Biaya untuk membersihkan puing – puing dan penggantian struktur beserta isinya. Biaya yang harus dibayarkan pada masyarakat. Tipe keruntuhan, adanya tanda2 akan terjadinya keruntuhan, adanya alternatif lintasan beban (load path) Struktur Beton SI-3112

Margin of Safety Distribusi tahanan dan pembebanan digunakan untuk memperoleh tingkat probabilitas keruntuhan struktur. Struktur Beton SI-3112

Margin of Safety b = 3.0 Persamaan Y = R - S disebut margin of safety. Tingkat probabilitas kegagalan didefinisikan sebagai: Dan indeks keamanan (safety index) adalah Pf = 10 -3 b = 3.0 Struktur Beton SI-3112

Pembebanan 1. SPESIFIKASI Dapat mengacu pada peraturan pembebanan Indonesia (SNI) atau Uniform Building Code (UBC) atau International Building Code (IBC) Struktur Beton SI-3112

Beban Mati Berat dari seluruh bagian bangunan yang permanen. Besar beban tetap dan lokasinya juga tetap Beban mati bergantung pada berat jenis material bangunan. Sebagai contoh untuk material beton berat normal, berat jenis = 2400 kg/m3 Struktur Beton SI-3112

Beban Mati Contoh beban mati Berat struktur (dinding, lantai, atap, langit-langit, tangga ) Perlengkapan bangunan yang sifatnya tetap (HVAC, perpipaan, kabel dan raknya dll) Beban mati dapat juga bersifat tidak pasti: Tebal perkerasan Tebal timbunan tanah Struktur Beton SI-3112

Beban – Beban Hidup Beban yang dihasilkan akibat pemanfaatan struktur. Biasanya berupa beban maksimum yang mungkin terjadi akibat pemanfaatan bangunan Besarnya beban hidup yang diambil tidak boleh lebih kecil dibandingkan dengan yang telah ditetapkan dalam peraturan. Tergantung pada jenis elemen struktur dan beban yang ditinjau, nilai beban hidup dapat direduksi. Contoh (lihat Peraturan Pembebanan) tangga perumahan : 300 Kg/m2 ruang perkantoran : 250 Kg/m2 Struktur Beton SI-3112

Beban – Beban Lingkungan Gempa bumi Angin Tekanan tanah/air Genangan air hujan Perbedaan suhu Perbedaan penurunan Struktur Beton SI-3112

Beban Atap  Genangan air hujan terjadi didaerah defleksi maksimum Beban minimum pekerja dan peralatan/material konstruksi selama masa pembangunan dan perawatan/perbaikan. Genangan air hujan Atap harus dapat memikul beban dari air hujan yang terkumpul pada saat saluran tersumbat. Keruntuhan pada tampungan:  Genangan air hujan terjadi didaerah defleksi maksimum  Akibatnya meningkatkan defleksi  Mengakomodasi penambahan air  siklus berlanjut…  Potensi keruntuhan Struktur Beton SI-3112

Beban – Beban saat Konstruksi Peralatan konstruksi Beban pekerja Berat bekisting yang memikul berat beton segar (beton yang belum mengeras.) Struktur Beton SI-3112

Kombinasi-kombinasi Beban (Lihat Pasal 11.2) Kombinasi beban mati dan beban hidup: U = 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (A atau R) A= Beban Atap dan R = Beban Hujan Jika pengaruh angin ikut diperhitungkan: Jika pengaruh gempa harus diperhitungkan: U = 1,2 D + 1,0 LR  1,0 E atau U = 0,9 D  1,0 E Struktur Beton SI-3112

Kuat Rencana (Lihat Pasal 11.3) Lentur, tanpa beban aksial ………………………………………… . 0,80 Beban aksial dan beban aksial dengan lentur aksial tarik dan aksial tarik dengan lentur …..……………. 0,80 aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur: komponen struktur dengan tulangan spiral ……... 0,70 komponen struktur lainnya ………….. 0,65 Geser dan torsi …………………………………………… ……………0,75 Tumpuan pada beton …………………………………………………..0,65 Beton polos struktural …………………………………………………..0,55 Struktur Beton SI-3112

Beberapa Ketentuan Dasar SNI Kuat tekan beton struktural minimum = 17.5 MPa (K-210); Untuk struktur tahan gempa, kuat tekan beton minimum = 20 MPa (K-250); Baja tulangan yang digunakan haruslah tulangan ulir. Baja polos hanya diperkenankan untuk tulangan spiral atau tendon; Batasan tulangan di atas tidak berlaku untuk jaring kawat baja polos. Struktur Beton SI-3112