PERILAKU RUNTUH BALOK DENGAN TULANGAN TUNGGAL BAMBU TALI
TUGAS AKHIR
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.
Balok Balok merupakan elemen struktur lentur yaitu elemen struktur yang
dominan memikul gaya dalam berupa momen lentur dan juga geser. Geser maksimum pada balok sederhana umumnya terjadi didaerah sekitar tumpuan atau disekitar beban terpusat yang cukup besar. Dalam pelaksanaanya di lapangan balok selalu dicor monolit (bersamaan atau menyatu) dengan pelat lantai, maka dari itu perilaku balok juga dipengaruhi oleh pelat yang ada disekitarnya.
2.2.
Beton Beton merupakan bahan campuran yang terdiri dari agregat kasar dan halus
yang dicampur dengan air dan semen sebagai bahan pengikat dan pengisi antara agregat kasar dan halus, dan kadang-kadang ditambah dengan bahan tambahan bila diperlukan (Neville, 1981). Beton juga merupakan campuran antara semen portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk massa padat Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 2847-2013). Beton mempunyai kuat desak yang besar, tetapi kuat tariknya relatif rendah sehingga beton mudah retak (Park dan Paulay, 1975). Nilai kuat tekan beton relatif tinggi dibandingkan kuat tariknya dan beton merupakan bahan yang bersifat getas. Nilai kuat tarik beton berkisar antara 9% - 15% dari kuat tekannya (Dipohusodo, 1994).oleh karena itu, beton bekerja baik pada daerah tekan, sedangkan gaya tarik dipikul oleh tulangannya, baik yang berasal dari baja maupun dari bahan lainnya. Hubungan tegangan-regangan beton perlu diketahui untuk menurunkan persamaan-persamaan analisis dan desain juga prosedur-prosedur pada struktur beton. Menurut SNI 2847-2013 Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Bertulang, regangan maksimum yang dapat dimanfaatkan pada serat tekan beton terluar harus diambil sama dengan 0,003 sebagai batas hancur.
5
Gambar 2.1 Hubungan Tegangan – Regangan Beton (Park & Paulay,1975) Beton mempunyai sifat yang kuat terhadap tekan dan mempunyai sifat yang lemah terhadap tarik sehingga pada umumnnya beton hanya diperhitungkan bekerja dengan baik hanya pada daerah tekan saja pada penampangnya, sedangkan gaya tarik dipikul oleh tulangannya (Dipohusodo, 1996). Nilai kuat tekan beton ditentukan dari tegangan tekan tertinggi (f’c) yang dicapai benda uji pada umur 28 hari. Kuat tekan beton dapat dihitung menggunakan rumus : f’c
=
Dimana : f’c
= kuat tekan beton (MPa)
P
= beban maksimum benda uji (N)
A
= luas bidang tekan benda uji (mm2)
2.3.
Baja Tulangan Beton tidak dapat menahan gaya tarik melebihi nilai tertentu tanpa
mengalami retak-retak, sehingga perlu diberikan perkuatan penulangan untuk dapat menahan gaya tarik yang timbul. Untuk keperluan penulangan tersebut dapat dipergunakan bahan baja. Dibandingkan denganbeton, tulangan merupakan material berkekuatan tinggi. Baja tulangan dapat memikul tarik maupun tekan. 6
Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting dipergunakan untuk perhitungan perencanaan beton bertulang adalah tegangan luluh (fy) dan modulus elastisitas (Es). Hubungan tegangan dan regangan pada baja tulangan secara umum dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Hubungan Tegangan-Regangan pada Baja
2.4.
Balok Beton Bertulangan Bambu Balok beton dengan tulangan bambu banyak dijumpai di daerah pedesaan
dimana balok beton dengan tulangan bambu banyak digunakan pada struktur rumah sederhana pada daerah penghasil bambu. Untuk di Bali sendiri bisa dijumpai di Desa Pengotan, Kabupaten Bangli. Penelitian tentang bambu dilakukan oleh Pathurahman dkk (2003). Pada penelitian ini digunakan bambu galah sebagai tulangan balok beton, balok direncanakan under reinforced dan tidak bertulangan tekan, semua balok diberi tulangan bambu pilinan dengan diameter 12 mm dan diberi lapisan kedap air. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata-rata perbandingan antara momen retak awal (eksperimen) dengan momen
perhitungan
(teoritis)
menunjukkan
adanya
kecocokan.
Dapat
disimpulkan bahwa bambu dapat digunakan sebagai tulangan tarik pengganti baja khususnya untuk struktur yang sederhana
7
2.5.
Bambu Bambu merupakan tanaman Ordo Bambooidae yang pertumbuhannya cepat
dan dapat dipanen pada umur sekitar 3 tahun. Kekuatan bambu umumnya dipengaruhi oleh jumlah serat sklerenkin dan selulosa didalam bambu. Kekuatan bambu di bagian luar jauh lebih tinggi dibandingkan bambu bagian dalam. Keragaman spesies dan habitat bambu berimplikasi pada perbedaan sifat penampangnya. Konsekuensinnya, beberapa parameter yang mempengaruhi sifat mekanikanya perlu diidentifikasi dan diuji. Sifat mekanika bambu meliputi kuat lentur (bending), kuat tekan (compression), kuat geser (shear), kuat tarik (tension), puntir (torsion), elastisitas (elasticity), pemuaian panas (thermal expansion) dan lain-lain. Bambu juga merupakan bahan yang sangat berpotensi untuk dikembangkan pemakainnya pada konstruksi bangunan, disamping material konstruksi lainnya (Janssen, J.J.A. 1991: 1998). Dilihat dari segi ekonomi bambu sangat menguntungkan karena harganya yang murah dan banyak terdapat di Indonesia sedangkan dari segi konstruksi bambu mempunyai kekuatan yang cukup baik (Masdar, 2006). Menurut Liese (1980), bambu tanpa pengawetan hanya dapat bertahan kurang dari 1-3 tahun jika langsung berhubungan dengan tanah dan tidak terlindung terhadap cuaca. Bambu yang terlindung terhadap cuaca dapat bertahan lebih dari 4-7 tahun. Tetapi untuk lingkungan yang ideal, sebagai rangka, bambu dapat bertahan lebih dari 10-15 tahun. Dengan demikian untuk bambu yang diawetkan akan dapat bertahan lebih dari 15 tahun.
2.5.1. Bambu Tali Ribuan jenis bambu sekitar sepersepuluh hidup dinegeri ini. Berumbuh baik didaerah dataran rendah, hingga didaerah pegunungan. Beberapa jenis bambu diantaranya yang lazim digunakan untuk material bangungan, antara lain adalah bambu Tali atau bambu Apus (Gigantochla apuz Kurz)
8
Gambar 2.3 Bambu Tali Bambu tali merupakan salah satu jenis bambu yang dapat digunakan sebagai bahan material bangunan. Bambu pada umumnya memiliki ciri-ciri tinggi batang 45-65 cm, berdiameter 4-10 cm, dan tebal 3-15 mm. Bambu dikenal memiliki sifat-sifat yang sangat memnguntungkan untuk dimanfaatkan karena batangnya lurus, kuat, rata, keras dan mudah dibelah. Selain sifat-sifat tersebut bambu memiliki sifat mekanik, dimana sifat ini berhubungan dengan kekuatan suatu bahan didalam menahan gaya luar yang bekerja pada bambu tersebut. Sifat ini dipengaruhi oleh beberapa factor seperti : jenis bambu, umur bambu, kandungan air pada bambu, dan bagian bambu. Bambu yang digunakan termasuk penggunaan nodia dan tanpa nodia. 2.5.2. Kuat Tarik Bambu Pengujian kuat tarik bambu, menurut Morisco dan Marjono (1996) yang melakukan pengujian terhadap bambu dengan dan tanpa nodia didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 2.1 Tegangan tarik bambu tanpa buku kering oven
Jenis Bambu
Tegangan Tarik (Mpa) Bagian Dalam
Bagian Luar
Ori
164
417
Petung
97
285
Hitam
69
237
Tutul
146
286
Sumber Morisco (1996)
9
Tabel 2.2 Tegangan tarik rata-rata bambu kering oven Tegangan Tarik (Mpa)
Jenis Bambu
Tanpa Buku
Dengan Buku
Ori
291
128
Petung
190
116
Hitam
166
147
Legi
288
126
Tutul
216
74
Galah
253
124
Tali
151
55
Sumber : Morisco (1996) Berikut rumusan di dalam menghitung kuat tarik pada bambu : (2.2) dimana: fub
= tegangan tarik pada batas maksimum (kg/cm2)
Pmax = beban tarik maksimum (kg) A
= luas penampang (cm2)
Kekuatan bambu :
Kekuatan tarik (tegangan patah untuk tarik) 1000-4000 kg/cm2
Kekuatan tekan (tegangan patah untuk tekanan) 250-1000 kg/cm2
Modulus kenyal untuk tarikan 100.000-300.000 kg/cm2
Tegangan izin lentur bambu 100 kg/cm2
Untuk membandingkan kuat tarik bambu dan baja struktur, maka telah diuji kuat bambu ori dan bambu petung. Bambu petung dibuat dari bahan sekitar kulit, sedangkan bambu petung dibuat sampai bagian dalam (utuh). Semua spesimen dibuat dari bagian bambu tanpa buku. Sebagai pembanding dipakai baja beton dengan tegangan leleh sebesar 240 Mpa, yang mewakili baja beton yang terdapat dipasaran. Pengujian memakai universal testing machine merek United,
10
dengan kapasitas 136 KN. Mesin uji dilengkapi dengan komputer yang dapat memberikan keluaran berupa diagram teganagn reganagn lewat plotter/printer. Operasi mesin uji secara load control. Hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Hubungan tegangan-regangan bambu dan baja Sumber: Morisco (1996) Pemakaian bambu sebagai bahan tulangan beton, masih perlu diteliti karena lekatan antara bambu dengan semen kurang baik. Selain itu bambu bersifat sangat higroskopis, sedangkan kandungan air pada bambu sangat mempengaruhi kembang-susut bambu. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk memperbaiki lekatan dan kembang susut bambu sebagai pengaruh dari kandungan air, diantaranya : a.
Krisnamurthy (1990) Krisnamurthy melakukan penelitian dengan memberikan lapisan kedap air.
Beberapa bahan lapis kedap air yang telah diteliti antara lain adalah aspal, vernis atau cat. Namun dari penelitian tersebut hanya dapat mengurangi perubahan volume air dalam bambu dan tidak memperbaiki lekatan tulangan.
11
b.
Surjokusumo dan Nugroho (1996) Surjokusumo dan Nugroho melakukan penelitian daengan terlebih dahulu
merendam bambu di dalam air selama tiga bulan untuk menurunkan kandungan patinya. Kemudian bambu tersebut diberikan bahan kimia untuk memperbaiki lekatan antara bambu dan beton. Namun berdasarkan hasil penelitian ini menyatakan bahwa dari berbagai pemakaian bahan kimia, pemberian vernis pada permukaan bambu dapat memberikan hasil yang paling memuaskan untuk mengurangi pengasuh kembang susut dari beton, namun belum dapat memperbaiki lekatan dari beton. 2.5.3. Kelebihan dna kelemahan bambu : Beberapa kelebihan bambu antara lain :
Bambu mempunyai kekuatan cukup tinggi, kuat tariknya dapat dipersaingkan dengan baja.
Tanaman bambu memiliki ketahanan yangluar biasa
Dari segi ekonomis, bambu jauh lebih terjangkau harganya dibandingkan dengan baja.
Bambu mudah ditanam dan tidak memerlukan pemeliharaan secara khusus.
Beberapa kelemahan bambu antara lain :
Bambu memeiliki durabilitas yang sangat rendah sehingga sangat potensial untuk diserang kumbang bubuk.
Kekuatan sambungan bambu sangat rendha karena perangkaian batang-batang
struktur
bambu
sering
dilakukan
secara
konvensioanal.
Sifat bambu yang mudah terbakar
Daya lekat dengan beton yang kurang baik.
12
2.6.
Landasan Teori
2.6.1. Kapasitas Lentur Balok Pada suatu komposisi tertentu balok menahan beban sedemikian sehingga regangan tekan lentur beton maksimum (Ɛmaks) mencapai 0,003 sedangkan tegangan tarik baja tulangan mencapai tegangan luluh fy. Apabila hal demikian terjadi, penampang dinamakan mencapi keseimbangan regangan, atau disebut penampang bertulang seimbang. Berdasarkan anggapan – anggapan seperti yang telah dikemukakan dapat dilakukan pengujian regangan, tegangan dan gaya-gaya yang timbul pada penampang balok yang bekerja menahan momen batas, yaitu momen akibat beban luar yang timbul tepat pada saat terjadi hancur. Momen ini mencerminkan kekuatan dan disebut sebagai kuat lentur ultimit balok. Beban-beban yang bekerja pada struktur, baik yang berupa beban gravitasi (berarah vertikal) maupun beban-beban lain, seperti beban angin (dapat berarah horizontal), atau juga beban karena susut dan beban karena perubahan temperatur, menyebabkan adanya lentur dan deformasi pada elemen struktur. Lentur yang terjadi pada balok merupakan akibat adanya regangan yang timbul karena adanya beban luar yang bekerja pada balok tersebut.
Gambar 2.5 Asumsi Lentur
13
Dimana : L adalah panjang bentang balok (mm, P adalah beban (N), dan M adalah momen maksimum balok (N-mm). Menurut Nawy (1990), berdasarkan jenis keruntuhan yang dialami apakah akan terjadi leleh pada tulangan tarik atau akan terjadi hancurnya beton yang tertekan, maka balok dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok yaitu :
Gambar 2.6 Regangan Baja pada Keadaan Batas Lentur 1. Keruntuhan Seimbang (balanced reinforced) Keruntuhan tekan terjadi bila regangan baja tulangan sama besar dengan regangan lelehnya dimana Ɛs = fy / Es. Dengan demikian : (2.3)
Dimana cb adalah tinggi garis netral saat kondisi seimbang (2.4)
(2.5) Dari persamaan keseimbangan :
14
(2.6) Karena : (2.7) Dalam keadaan keruntuhan seimbang :
(2.8)
Dengan mensubtitusikan harga ab, diperoleh : (2.9) Dengan harga Es = 2 x 105 Mpa, diperoleh : (2.10) 2. Keruntuhan Tekan (Over Reinforced) Keruntuhan tekan terjadi bila reganga yang terjadi pada daerah baja tulangan lebih kecil dari regangan leleh baja, sehingga diperoleh persamaan keseimbangan : (2.11) (2.12) Karena a = β1 c, maka : (2.13) Persamaan keseimbangan :
(2.14) Dari kedua harga diatas diambil a yang berharga terkecil. Selanjutnya diperoleh : (2.15) 15
3. Keruntuhan Tarik (Under Reinforced) Keruntuhan tarik terjadi bila regangan yang terjadi pada daerah baja tulangan lebih besar dari regangan lelehnya sehingga diperoleh persamaan keseimbangan : (2.16)
(2.17) Dengan demikian :
(2.18) Dimana
(2.19)
2.6.2. Teori Lendutan Suatu struktur haruslah aman dan dapat memberikan pelayanan yang baik. Struktur dikatakan aman apabila dapat memikul semua beban yang akan bekerja selama umur rencana tanpa menimbulkan kerugian-kerugian dan masih mempunyai faktor keamanan (Winter dan Nilson, 1993). Lendutan yang perlu diperhatikan adalah yang terjadi pada kondisi pembebanan normal. Dalam keadaan bekerja, suatu struktur memikul beban mati sepenuhnya ditambah dengan beberapa bagian atau seluruh beban hidup perencanaan maksimum. Faktor keamanan yang biasa dipakai memberikan kepastian bahwa pada saat memikul beban kerja, tulangan atau beton tidak akan mengalami tegangan yang besarnya melebihi batas daerah elastis bahan tersebut. Park dan Paulay ( 1975 ) mengemukakan hubungan beban dan lendutan akibat beban seperti ditunjukan pada gambar 2.4 berikut ini :
16
Gambar 2.7 Hubungan antara beban dan lendutan Hubungan beban – lendutan balok beton bertulang pada dasarnya dapat diidialisasikan menjadi bentuk trilinier seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.8 sebagai berikut :
Gambar 2.8 Grafik hubungan beban dan lendutan pada balok
17
Keterangan : Daerah I
= taraf pra retak (batang-batang struktural bebas retak)
Daerah II = taraf pasca retak (batang-batang struktural mengalami retak-retak terkontrol yang masih dapat diterima, baik ditribusinya maupun lebarnya ) Daerah III = tarif pasca service-ability (tegangan pada tulangan tarik sudah mencapai tegangan lelehnya) Lendutan yang diijinkan sangat bergantung pada besarnya lendutan yang masih dapat ditahan oleh komponen-komponenstruktur yang berinteraksi tanpa kehilangan penampilan elastis tanpa kerusakan pada elemen yang terdeteksi.
2.6.3. Lendutan Yang Diijinkan Pada Balok Lendutan yang diijinkan pada sistem struktur sangat bergantung cpada besarnya lendutan yang masih dapat ditahan oleh komponen-komponen struktur yang berinteraksi tanpa kehilangan penampilan estetis dan tanpa kerusakan pada elemen yang melendut. Karena pembatasan lendutan harus ada untuk suatu beban kerja, maka struktur-struktur yang dirancang konservatif (tegangan pada beton dan baja cukup kecil) pada umumnya tidak mempunyai masalah dalam hal lendutan. Akan tetapi struktur-struktur pada masa sekarang dirancnag dengan menggunakan prosedur kekuatan batas (ultimate), sehingga diperoleh elemen struktur yang semakin langsing dan dalam hal itu lendutan sesaat maupun jangka panjang sangat perlu dikontrol. Pada Tabel 2.3 dicantumkan rekomendasi peraturan SNI 2847-2013 mengenai tebal minimum balok sebagai fungsi dari panjang bentang. Terlihat disini bahwa untuk balok yang tidak memikul atau tidak dihubungkan dengan konstruksi yang mungkin rusak akibat lendutan yang besar dan tidak diperlukan perhitungan lendutan. Lendutan yang lainnya harus dihitung dan dikontrol dengan menggunakan Tabel 2.4.
18
Tabel 2.1 Tebal minimum balok non pratekan atau pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung *)
*) Panjang bentang l dalam mm Nilai yang diberikan harus digunakan langsung untuk komponen struktur dengan beton normal (Wc = 2300 Kg/m3) dan tulangan BJTD 40. Untuk kondisi lain, nilai diatas harus dimodifikasi sebagai berikut : 1. Untuk beton ringan dengan unit masa diantara 1500-2000 Kg/m3, nilai tadi harus dikalikan dengan (1,65 – 0,005 Wc) tidak kurang dari 1,09, dimana Wc adalah unit masa dalam Kg/m3. 2. Untuk fy lain dari 400 Mpa nilainya harus dikalikan dengan (0,4 +
).
19
Tabel 2.4 Lendutan Ijin Maksimum
Sumber : SNI 2847-2013
2.6.4. Analisa Lebar Retak Beton dapat retak pada tahap awal pembebanan karena material ini sangat lemah terhadap tarik. Retak mempunyai kontribusi terhadap proses korosi tulangan, rusaknya permukaan beton dan efek-efek jangka panjang lainnya. Menurut Winter dan Nilson, metode-metode yang ada dewasa ini mengenai pengendalian retak sebagian besar didasarkan atas studi percobaan yang telah menunjukkan hal-hal sebagai berikut :
20
1)
Lebar retak dapat dibuat menjdai sekecil mungkin melalui penggunaan tulangan ulir.
2)
Lebar maksimum retak yang disebabkan oleh beban yang bekerja kurang lebih berbanding lurus dengan besar tegangan yang terjadi pada tulangan.
3)
Lebar retak lentur dibuat sekecil mungkin apabila tulangan tersusun dengan baik pada daerah tarik beton.
4)
Lebar retak pada permukaan beton berbanding lurus dengan jumlah penutup beton yang disediakan untuk melindungi tangan. Lebar retak maksimum yang diijinkan dalam suatu elemen struktur
tergatung dari kondisi lingkungan elemen struktur tersebut. Didalam SNI 032847-2002 tentang Tata Cara Perhitungan struktur Beton Untuk Bangunan gedung tidak membahas tentang lebar retak maksimum yang diijinkan , namun didalam ACI Committe 224 memberikan petunjuk mengenai lebar retak toleransi seperti yang ditunjukkan dalam tabel 2.3 berikut : Tabel 2.3 Lebar retak toleransi menurut ACI Committee 244
Kondisi Lingkungan
Lebar retak toleransi (mm)
Udara kering atau membran terlindung
0.41
Udara lembab, tanah senyawa kimia
0.3
Air laut, basah maupun kering
0.18
Struktur penahan air
0.15
Tidak termasuk pipa tak tertekan
0.10
21
2.6.5. Analisa Data 2.6.5.1.
Rata-Rata Hitung (Mean) Nilai rata-rata dari sekumpulan data statistik pada umumnya cenderung
berada disekitar titik pusat penyebaran data dan merupakan gambaran umum atau nilai yang dianggap mewakili nilai nilai sekelompok atau sederetan data (Wirawan,2011). Rata-rata dapat dihitung dengan menggunakan rumus : ̅
(2.20)
Dimana : ̅
: rata-rata hitung
Xi
: nilai sampel ke-i
n
: jumlah sampel
2.6.5.2.
Standar Deviasi Dari hasil penelitian trhadap beberapa sample akan mendapatkan suatu
hasil yang nilainya menyebar sekitar suatu nilai rata-rata tertentu. Makin besar nilai penyebaran tersebut terhadap nilai rata-rata, makin kecil tingkat penyebarannya makin sempurna tingkat ketepatan datanya. Ukuran besar kecilnya penyebarann dari hasil-hasil penelitian ini disebut nilai Standar Deviasi (S). Standar Deviasi dirumuskan : √
(2.21)
Dimana : S
: standar deviasi
Xi
: nilai ke-i
̅
2.6.5.3.
: rata-rata hitung
Koefisien Variasi (Covarian)
22
Koefisien
variasi
adlah
perbandingan
antara
simpangan
baku
sekelompok data/pengamatan dengan rata-rata hitungnya (mean). Koefisien variasi paling banyak digunakan dalam statistic untuk membandingkan kehomogenan sekelompok data dengan kelompok data lainnya, baik dengan satuan yang sama ataupun satuan kedua kelompok tersebut berbeda. Semakin kecil koefisien variasinya maka semakin homogenya seragam kelompok data tersebut. Maksudnya data-data tersebut terkonsentrasi dekat kepusat (rata-rata) kumpulan data tersebut (Wirawan,2001) Koefisien variasi untuk sampel dirumuskan sebagai berikut :
̅ Dimana : CoV
= koefisien variasi (covarian)
S
= standar deviasi
̅
= rata-rata hitung sampel
23
