STUDI PENGARUH EKSENTRISITAS TERHADAP FAKTOR REDUKSI PADA KOLOM BETON BERTULANG BUJURSANGKAR DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM VISUAL BASIC 6.0 RADITYA ADI PRAKOSA 3106 100 096
Bab I Pendahuluan
Latar Belakang • Komponen struktur utama pada bangunan adalah kolom sebagai penerima beban bangunan maupun beban luar yang bekerja pada struktur yang selanjutnya akan diteruskan ke dalam pondasi • Teknisi beton bertulang di Indonesia maupun luar negeri banyak yang telah memakai metode desain terbaru yaitu Unified Design Provisions yang ada di dalam tata cara perhitungan beton bertulang ACI 318-2002 • Pengaruh eksentrisitas beban yang bekerja terhadap faktor reduksi ini dapat dihitung dengan melakukan analisa manual kemampuan layan kolom maupun dengan menggunakan program bantu seperti program Visual Basic 6.0 • Visual Basic 6.0 adalah bahasa pemrograman yang revolusioner yaitu mengacu pada event dan berorientasi objek. Visual Basic 6.0 juga dapat menciptakan aplikasi dengan mudah karena hanya memerlukan sedikit penulisan kode – kode program
Rumusan Masalah 1.
Bagaimana bentuk diagram distribusi tahanan kolom sesuai ratio eksentrisitas yang terjadi?
2.
Bagaimana membuat simulasi perbandingan antara ratio eksentrisitas dan koefisien variasi tahanan kolom?
3.
Bagaimana mencari faktor reduksi kekuatan layan kolom terhadap pengaruh eksentrisitas yang dengan sesuai Unified Design Provisions yang terdapat pada ACI 318-2002?
Tujuan 1. Membuat suatu program bantu dalam dunia ketekniksipilan yang sederhana dan mudah diterapkan untuk mengetahui faktor reduksi kekuatan kolom sesuai ACI 318-2002. 2. Mampu merencanakan kolom dengan beban eksentris yang sesuai dengan ACI 318-2002. 3. Mengetahui bahwa nilai output aplikasi program yang telah dibuat dapat dipertanggungjawabkan dengan memverifikasi diagram interaksinya dengan PCA Column.
Batasan Masalah 1. 2. 3. 4.
5.
Studi tugas akhir ini hanya meninjau elemen struktur beton bertulang yang mengalami kombinasi momen lentur dan gaya aksial yaitu kolom. Studi tugas akhir ini hanya meninjau kolom berpenampang bujursangkar dengan tulangan longitudinal 4 sisi (four side equal) dan jumlah tulangan kelipatan 4. Studi tugas akhir ini hanya meninjau kolom pendek yang mengalami beban aksial dan momen uniaksial tanpa knick atau faktor tekuk. Studi tugas akhir ini hanya menganalisis diagram interaksi P-M kolom, kurva perbandingan ratio eksentrisitas dengan koefisien variasi tahanan global, serta kurva perbandingan faktor reduksi kekuatan kolom dan regangan tarik sesuai ACI 318-2002 (Unified Design Methode). Studi tugas akhir ini hanya menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic 6.0.
Manfaat 1. Dapat digunakan oleh praktisi beton bertulang untuk lebih memahami dasar analisis faktor reduksi kekuatan kolom sesuai peraturan ACI 318-2002. 2. Dapat digunakan untuk membuat peraturan tentang tata cara perhitungan beton bertulang yang sesuai dengan perkembangan peraturan beton bertulang yang ada di luar negeri dan dapat diterapkan di Indonesia.
Bab II Tinjauan Pustaka
Pengertian dan Prinsip Dasar Kolom ”Kolom merupakan elemen utama pada struktur bangunan yang umumnya meneruskan beban dari balok atau pelat lantai ke sistem pondasi di bawahnya.” Prinsip – prinsip dasar pada kekuatan kolom yang dapat dievaluasi antara lain : – Distribusi regangannya linier di seluruh tebal kolom – Regangan pada baja sama dengan regangan pada beton (εs=εc) – Regangan beton maksimum yang diijinkan pada keadaan gagal (untuk perhitungan kekuatan) adalah 0,003 (εc=0,003) – Kekuatan tarik beton diabaikan dan tidak .
KONSEP DIAGRAM INTERAKSI P-M KOLOM Titik A → keadaan murni aksial tekan Titik B → hancurnya satu sisi kolom dan gaya tarik sebesar nol pada sisi kolom lainnya Titik C → terjadi regangan tekan maksimum,εcu, sebesar 0,003 pada satu sisi penampang kolom dan regangan tarik, εy, lelehnya tulangan tarik Titik D → regangan tarik yang terjadi pada tulangan, εs, lebih besar daripada regangan leleh, εy. Titik E → keadaan seperti pada balok dimana beban aksial bernilai nol dan hanya momen lentur yang bekerja.
UNIFIED DESIGN PROVISIONS • Tension dan compression controlled sections didefinisikan dalam hubungannya dengan regangan tarik tulangan pada kekuatan nominal. Rasio penulangan dalam keadaan seimbang (ρb) tidak lagi diperlukan.
Bab III Metodologi
B
C
Input : ƒ’c, ƒy, b, h, ϕ ℓ, ϕ s, decking, Pu, Mu
s
0.003
c
y
y>c
c
ƒs
Tetapkan : ρmin = 1% dan ρmax = 6% Pn(i), Mn(i) untuk diagram interaksi dengan ρmin dan ρmax
Hitung : Asmin = ρmin x b x h Asmax = ρmax x b x h
ϕ Pn(i), ϕ Mn(i) untuk diagram interaksi dengan ρmin dan ρmax
i = 1000
i=1
c=
C
0.003 0.003
d s
Besarkan penampang kolom/diameter tulangan atau kecilkan penampang/diameter tulangan
Plot : ϕ Pn(i), ϕ Mn(i) untuk diagram interaksi dengan ρmin dan ρmax
Plot : Apakah Pu, ϕ Mu berada di dalam diagram interaksi dengan ρmin dan ρmax
B Finish
s
0.003
y
c c
Flowchart untuk Membuat Bilangan Random Mutu Beton (f’c)
Flowchart untuk Membuat Bilangan Random Mutu Tulangan (f’y)
Flowchart untuk Membuat Grafik Rasio Eksentrisitas dan Koefisien Variasi
Flowchart untuk Membuat Grafik Distribusi Tahanan Kolom
Flowchart untuk Membuat Grafik Eksentrisitas dan Faktor Reduksi
Bab IV Penjelasan Program
Prosedur Pengoperasian Program
Langkah Input Data
Check column capacity
Bab V Studi Kasus
Studi Kasus 1 Ketahanan Kolom Terhadap Ratio Eksentrisitas Input data: • Mutu beton, ƒ’c = 30 Mpa dan 40 Mpa • Mutu tulangan, ƒy = 400 Mpa • Dimensi kolom, b = 500 mm dan h = 500 mm • Jumlah tulangan = 12 buah • Diameter tulangan longitudinal, = 19 mm • Diameter tulangan sengkang, = 19 mm • Selimut beton (decking) = 40 mm • cov ƒ’c = 30% • cov ƒy = 5% • Beban aksial terfaktor, Pu = 500 kN • Momen terfaktor, Mu = 100 kN
Diagram Interaksi untuk ƒ’c = 30 Mpa dengan ITS column IIa
Diagram Interaksi untuk ƒ’c = 30 Mpa dengan PCA column
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk ƒ’c = 30 Mpa
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.2
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.6
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.4
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.8
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk ƒ’c = 40 Mpa
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.2
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.4
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.6
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.8
Studi Kasus 2 Ketahanan Kolom Terhadap Ratio Eksentrisitas Input Data: • Mutu beton, ƒ’c = 40 Mpa • Mutu tulangan, ƒy = 400 Mpa dan 500 Mpa • Dimensi kolom, b = 500 mm dan h = 500 mm • Jumlah tulangan = 12 buah • Diameter tulangan longitudinal, = 19 mm • Diameter tulangan sengkang, = 19 mm • Selimut beton (decking) = 40 mm • cov ƒ’c = 30% • cov ƒy = 5% • Beban aksial terfaktor, Pu = 500 kN • Momen terfaktor, Mu = 100 kN
Diagram Interaksi untuk ƒy = 400 Mpa dengan ITS column IIa
Diagram Interaksi untuk ƒy = 400 Mpa dengan PCA column
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk ƒy = 400 Mpa
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.2
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.4
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.6
Distribusi Ketahanan Kolom ƒ’c =30 Mpa untuk e/h=0.8
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk ƒy = 500 Mpa
Distribusi Ketahanan Kolom ƒy = 500 Mpa untuk e/h= 0.2
Distribusi Ketahanan Kolom ƒy = 500 Mpa untuk e/h= 0.4
Distribusi Ketahanan Kolom ƒy = 500 Mpa untuk e/h= 0.6
Distribusi Ketahanan Kolom ƒy = 500 Mpa untuk e/h= 0.8
Studi Kasus 3 Ketahanan Kolom Terhadap Ratio Eksentrisitas Input Data: • Mutu beton, ƒ’c = 40 Mpa • Mutu tulangan, ƒy = 400 Mpa • Dimensi kolom, b = 500 mm dan h = 500 mm • Jumlah tulangan = 12 buah • Diameter tulangan longitudinal, = 19 mm • Diameter tulangan sengkang, = 19 mm • Selimut beton (decking) = 40 mm • cov ƒ’c = 30 % dan 40 % • cov ƒy = 0 % • Beban aksial terfaktor, Pu = 500 kN • Momen terfaktor, Mu = 100 kN
Diagram Interaksi untuk ƒ’c = 40 Mpa dengan ITS column IIa
Diagram Interaksi untuk ƒ’c = 40 Mpa dengan PCA column
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk cov ƒ’c = 30 %
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk cov ƒ’c = 40 %
Studi Kasus 4 Ketahanan Kolom Terhadap Ratio Eksentrisitas Input Data: • Mutu beton, ƒ’c = 40 Mpa • Mutu tulangan, ƒy = 400 Mpa • Dimensi kolom, b = 500 mm dan h = 500 mm • Jumlah tulangan = 12 buah • Diameter tulangan longitudinal, = 19 mm • Diameter tulangan sengkang, = 19 mm • Selimut beton (decking) = 40 mm • cov ƒ’c = 0 % • cov ƒy = 5 % dan 10 % • Beban aksial terfaktor, Pu = 500 kN • Momen terfaktor, Mu = 100 kN
Diagram Interaksi untuk ƒ’c = 40 Mpa dengan ITS column IIa
Diagram Interaksi untuk ƒ’c = 40 Mpa dengan PCA column
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk cov ƒy = 5 %
Grafik Variasi Kekuatan Kolom untuk cov ƒy = 10 %
Studi Kasus 5 Studi Kasus Faktor Reduksi Kekuatan Kolom Terhadap Regangan Tarik Tulangan Serat Terluar Berdasarkan Rasio Beban Input Data: • Dimensi kolom, b = 500 mm dan h = 500 mm • Mutu beton, ƒ’c = 40 Mpa • Mutu tulangan, ƒy = 400 Mpa • Jumlah tulangan = 12 buah • Diameter tulangan longitudinal, = 19 mm • Diameter tulangan sengkang, = 19 mm • Selimut beton (decking) = 40 mm • cov ƒ’c = 20 % • cov ƒy = 10 % • Beta index = 3 • Rasio beban, L/D = 2 dan 2.5 • Beban aksial terfaktor, Pu = 500 kN • Momen terfaktor, Mu = 100 kN
Grafik Faktor Reduksi Kekuatan Kolom untuk L/D = 2
Grafik Faktor Reduksi Kekuatan Kolom untuk L/D = 2.5
Studi Kasus 6 Studi Kasus Faktor Reduksi Kekuatan Kolom Terhadap Regangan Tarik Tulangan Serat Terluar Berdasarkan Beta Index Input Data: • Dimensi kolom, b = 500 mm dan h = 500 mm • Mutu beton, ƒ’c = 40 Mpa • Mutu tulangan, ƒy = 400 Mpa • Jumlah tulangan = 12 buah • Diameter tulangan longitudinal, = 19 mm • Diameter tulangan sengkang, = 19 mm • Selimut beton (decking) = 40 mm • cov ƒ’c = 20 % • cov ƒy = 10 % • Rasio beban, L/D = 2.5 • Beta index = 3 dan 3.5 • Beban aksial terfaktor, Pu = 500 kN • Momen terfaktor, Mu = 100 kN
Grafik Faktor Reduksi Kekuatan Kolom untuk Beta Index = 3
Grafik Faktor Reduksi Kekuatan Kolom untuk Beta Index = 3.5
Bab VI Penutup
Kesimpulan •
•
•
•
Dari beberapa contoh studi kasus yang telah dianalisis pada bab sebelumnya, maka untuk menentukan diagram faktor reduksi pada kolom dapat dilakukan dengan menggunakan aplikasi program bantu ITS Column IIa karena lebih efektif dan mudah. Selain itu, hasil perhitungan telah divalidasi dengan kurva faktor reduksi kekuatan bangunan struktur yang terdapat pada peraturan ACI 318-2002 dan ternyata menghasilkan kurva yang tidak jauh berbeda karena peraturan tersebut menggunakan trend line batas aman sesuai kesepakatan ACI. Dengan eksentrisitas yang semakin kecil maka dihasilkan kurva faktor reduksi yang semakin mendekati kurva faktor reduksi kekuatan bangunan struktur yang terdapat pada tata cara perhitungan beton bertulang ACI 318-2002 akan tetapi lebih padat. Perbedaan selisih perhitungan antara program ITS Column IIa dengan kurva faktor reduksi kekuatan bangunan struktur yang terdapat pada peraturan ACI 318-2002 yang ada disebabkan oleh pembuatan bilangan random yang digunakan pada simulasi perhitungan Load and Resistance Factor Design (LRFD). Nilai output program aplikasi ITS Column IIa dapat dipertanggungjawabkan karena setelah diverifikasi dengan kurva faktor reduksi kekuatan bangunan struktur yang terdapat pada peraturan ACI 318-2002, ternyata menghasilkan nilai perhitungan yang tidak jauh berbeda untuk fy=400 Mpa sedangkan diagram interaksi yang dihasilkan program ITS Column IIa dapat pun tidak jauh berbeda dengan hasil output PCA column versi 3.64.
Saran •
•
Perlu digunakan metode iterasi dalam mendapatkan rasio tulangan yang lebih cepat agar siapapun user program ini tidak perlu menunggu beberapa waktu saat menjalankan program tersebut. Perlu dikembangkan lagi program serupa untuk perhitungan pada kolom persegi panjang maupun kolom bulat dengan beban gravitasi atau bahkan memasukkan beban angin ataupun beban gempa karena pada program ini hanya merencanakan tulangan untuk kolom bujursangkar dengan beban gravitasi saja.
Terima Kasih
