ABSTRAK
Perkembangan teknologi saat ini telah meningkat dengan pesat, bukan sesuatu yang sulit untuk mendapatkan material bermutu tinggi. Dengan menggunakan bahan beton mutu tinggi (f’c > 41 MPa) dan baja mutu tinggi (fy > 420 Mpa) akan didapat ukuran atau dimensi komponen struktur beton bertulang seperti balok yang semakin mengecil. Perilaku keruntuhan geser pada balok beton bertulang bersifat getas tanpa adanya peringatan berupa lendutan yang berarti. Perilaku keruntuhan geser yang bersifat getas ini harus dihindari sehingga desain geser harus memberikan kuat geser yang lebih besar daripada kuat geser yang diperlukan akibat bekerjanya beban luar. Ada beberapa metode yang dapat dipakai untuk menganalisis kuat geser pada balok beton bertulang, diantaranya adalah metode SNI 2847-2013, Strut and Tie Model dan Modified Compression Field Theory. Sebanyak 181 balok beton bertulang dari hasil pengujian laboratorium yang diperoleh dari literatur diklasifikasikan dan dianalisis berdasarkan beberapa kriteria, antara lain: keberadaan sengkang (balok tanpa sengkang dan balok dengan sengkang), kuat tekan beton dan jenis balok (balok tinggi dan balok langsing). Perbandingan antara kuat geser eksperimen dan kuat geser berdasarkan ketiga metode dilakukan pada penampang kritis balok sejarak tinggi efektif penampang (d) dari perletakan. Dari perbandingan antara kuat geser eksperimen dan kuat geser analisis berdasarkan metode SNI, STM dan MCFT didapatkan rata-rata (AVR), standar deviasi (STD), dan koefisien variasi (COV). Dari ketiga metode yang digunakan untuk memprediksi kuat geser pada benda uji, prediksi kuat geser dengan metode MCFT sangat aman dan lebih mendekati kenyataan hasil pengujian dengan nilai rata-rata sebesar 1,231. Sedangkan untuk memprediksi kuat geser pada balok tinggi bersengkang dengan beton bermutu tinggi, maka prediksi kuat geser dengan metode STM paling mendekati hasil pengujian kapasitas kuat geser dengan nilai rata-rata dari VTest/VSTM sebesar 1,316. Prediksi kuat geser berdasarkan metode SNI 2847:2013 mendapatkan hasil prediksi yang tidak mendekati kenyataan hasil pengujian atau terlalu konservatif dengan nilai rata-rata sebesar 1,384.
Kata Kunci: tulangan baja mutu tinggi, kuat geser, balok beton bertulang, SNI 2847:2013, strut and tie model, modified compression field theory.
i
UCAPAN TERIMAKASIH
Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya laporan Tugas Akhir dengan judul “Analisis Perbandingan Prediksi Kuat Geser Balok Beton Bertulangan Baja Mutu Tinggi Berdasarkan Metode SNI 2847:2013, STM dan MCFT Terhadap Data Eksperimen” ini dapat selesai tepat pada waktunya. Dengan pembuatan Tugas Akhir ini diharapkan mampu memenuhi persyaratan untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. Tugas Akhir ini tidak akan terwujud tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih ke berbagai pihak yang telah membantu dan membimbing dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. Ucapan terima kasih diberikan kepada: 1. Bapak I Ketut Sudarsana, ST, Ph.D sebagai Dosen Pembimbing 2. Bapak I Gede Adi Susila, ST, MSc, Ph.D sebagai Dosen Pembimbing 3. Orang tua, adik, teman-teman mahasiswa dan mahasiswi Teknik Sipil Universitas Udayana, serta semua pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, maka dari itu segala kritik dan saran dari pembaca sangat penulis harapkan demi perbaikan Tugas Akhir ini. Harapan penulis adalah semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi semua pihak kedepannya.
Denpasar, Januari 2017
Penulis
ii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i UCAPAN TERIMAKASIH .................................................................................... ii DAFTAR ISI .......................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................v DAFTAR TABEL .................................................................................................. vi DAFTAR NOTASI ............................................................................................... vii PENDAHULUAN .....................................................................................1 1.1
Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................................ 3
1.3
Tujuan Penelitian.................................................................................. 3
1.4
Manfaat Penelitian................................................................................ 3
1.5
Batasan Masalah................................................................................... 3
TINJAUAN PUSTAKA .......................... Error! Bookmark not defined. 2.1
Umum .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.2 Ketentuan Geser Berdasarkan SNI 2847-2013Error! Bookmark not defined. 2.3 Ketentuan Geser Berdasarkan Strut dan Tie ModelError! Bookmark not defined. 2.3.1 Umum ........................................ Error! Bookmark not defined. 2.3.2 Elemen Strut .............................. Error! Bookmark not defined. 2.3.3 Elemen Tie ................................. Error! Bookmark not defined. 2.3.4 Elemen Nodal ............................ Error! Bookmark not defined. 2.4
Ketentuan Geser Berdasarkan Modified Compression Field Theory Error! Bookmark not defined. 2.4.1 Teori Umum............................... Error! Bookmark not defined. 2.4.2 Respon Geser Dari Beton Retak Error! Bookmark not defined. 2.4.3 Hubungan Tegangan-Regangan Untuk Beton Retak Diagonal Error! Bookmark not defined. 2.4.4 Balok Beton Dengan Sengkang . Error! Bookmark not defined. 2.4.5 Balok Beton Tanpa Sengkang.... Error! Bookmark not defined. METODE ................................................ Error! Bookmark not defined.
3.1 Analisis Kuat Geser Berdasarkan Metode SNI 2847-2013 ......... Error! Bookmark not defined.
iii
3.2 Analisis Kuat Geser Berdasarkan Metode Strut dan Tie Model . Error! Bookmark not defined. 3.3 Analisis Kuat Geser Berdasarkan Metode Modified Compression Field Theory ........................................................... Error! Bookmark not defined. 3.4
Bagan Alir Penelitian .......................... Error! Bookmark not defined. HASIL DAN PEMBAHASAN ............... Error! Bookmark not defined.
4.1
Penampang Kritis Balok...................... Error! Bookmark not defined.
4.2
Klasifikasi Balok Beton Bertulang ...... Error! Bookmark not defined.
4.3 Analisis Kuat Geser Balok Beton BertulangError! defined.
Bookmark
not
4.3.1 Analisis Berdasarkan SNI 2847-2013Error! defined.
Bookmark
not
4.3.2 Analisis Berdasarkan Strut And Tie ModelError! not defined.
Bookmark
4.3.3 Analisis Berdasarkan Modified Compression Field Theory Error! Bookmark not defined. 4.3.4 Perbandingan Antara Kuat Geser Eksperimen dan Hasil Analisis Error! Bookmark not defined. 4.4
Pembahasan Hasil Analisis ................. Error! Bookmark not defined. 4.4.1 Balok Beton Bertulang Tanpa SengkangError! Bookmark not defined. 4.4.1.1 Beton Berkekuatan Tekan NormalError! defined.
Bookmark
not
4.4.1.2 Beton Berkekuatan Tekan TinggiError! defined.
Bookmark
not
4.4.2 Balok Beton Bertulang Dengan SengkangError! Bookmark not defined. 4.4.2.1 Beton Berkekuatan Tekan NormalError! defined.
Bookmark
not
4.4.2.2 Beton Berkekuatan Tekan TinggiError! defined.
Bookmark
not
PENUTUP................................................ Error! Bookmark not defined. 5.1
Kesimpulan.......................................... Error! Bookmark not defined.
5.2
Saran .................................................... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ............................................ Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN ........................................................... Error! Bookmark not defined.
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pola Retak Pada Balok Akibat Beban PError!
Bookmark
not
defined. Gambar 2.2 Analogi Rangka Batang Untuk Balok Beton Bertulang........... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.3 Model Strut dan Tie Untuk Balok Beton Bertulang ................. Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4 Idealisasi Bentuk Strut ..................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5 Model Rangka Batang ...................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6 Tipe-Tipe Nodal Dalam Metode STMError!
Bookmark
not
defined. Gambar 2.7 Beton Bertulang Yang Memikul Gaya GeserError! Bookmark not defined. Gambar 2.8 Hubungan Tegangan dan Regangan Untuk Beton Retak ......... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.9 Balok Yang Dibebani Geser, Momen Dan Beban Aksial ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10 Deteminasi Dari Regangan (x) Untuk Balok Beton BertulangError! Bookmark not defined. Gambar 2.11 Nilai Dari dan untuk Komponen Struktur Dengan Sengkang ................................................................................ Error! Bookmark not defined.
v
Gambar 2.12 Pengaruh Dari Penulangan Pada Jarak Retak Diagonal ........... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.13 Nilai Dari dan untuk Komponen Struktur Tanpa Sengkang ................................................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian ....................... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.1 Kesetimbangan Gaya Pada Model Rangka BatangError! Bookmark not defined. Gambar 4.2 Perbandingan antara kuat geser eksperimen dan kuat geser hasil analisis untuk balok tanpa sengkang dengan beton bermutu normal .............................................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.3 Perbandingan antara kuat geser eksperimen dan kuat geser hasil analisis untuk balok tanpa sengkang dengan beton bermutu tinggi ................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Perbandingan antara kuat geser eksperimen dan kuat geser hasil analisis
untuk
balok
bersengkang
dengan
beton
bermutu
normal .............................................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.5 Perbandingan antara kuat geser eksperimen dan kuat geser hasil analisis untuk balok bersengkang dengan beton bermutu tinggi Error! Bookmark not defined.
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Nilai Dari dan untuk Komponen Struktur Dengan Sengkang
................................................................................ Error! Bookmark not defined. Tabel 2.2
Nilai Dari dan untuk Komponen Struktur Tanpa Sengkang . Error!
Bookmark not defined.
vi
Tabel 4.1 Perbandingan kuat geser untuk balok tanpa sengkang dengan beton bermutu normal (ditinjau penampang sejarak d dari perletakan) Error! Bookmark not defined. Tabel 4.2 Perbandingan kuat geser untuk balok tanpa sengkang dengan beton bermutu tinggi (ditinjau penampang sejarak d dari perletakan).. Error! Bookmark not defined. Tabel 4.3 Perbandingan kuat geser untuk balok bersengkang dengan beton bermutu normal (ditinjau penampang sejarak d dari perletakan) Error! Bookmark not defined. Tabel 4.4 Perbandingan kuat geser untuk balok bersengkang dengan beton bermutu tinggi (ditinjau penampang sejarak d dari perletakan).. Error! Bookmark not defined.
vii
DAFTAR NOTASI
As
=
luas batang tulangan longitudinal pada sisi tarik lentur pada komponen struktur
As’
=
luas batang tulangan longitudinal pada sisi tekan pada komponen struktur
Av
=
luas total penulangan vertikal yang berjarak s dalam arah horisontal kedua sisi balok
=
faktor reduksi kekuatan
a
=
jarak bentang geser
bw
=
lebar badan balok
h
=
tinggi keseluruhan dari komponen struktur
d
=
tinggi efektif balok
d’
=
tinggi selimut beton
f’c
=
kuat tekan beton
fcr
=
kuat retak beton
fyl
=
tegangan leleh baja tulangan longitudinal
fyz
=
tegangan leleh baja tulangan transversal
fs’
=
tegangan/tekanan pada tulangan
f1
=
tegangan tarik yang tersisa di dalam beton retak
f2
=
tegangan tekan utama di dalam beton
f2max =
kuat hancur dari beton retak diagonal
vci
=
tegangan geser yang dapat dipindahkan sepanjang retak
v
=
tegangan geser rata-rata saat terjadinya retak
Vs
=
kuat geser yang disumbangkan oleh sengkang
Vc
=
kuat geser yang disumbangkan oleh beton
Vn
=
kuat geser nominal
Vu
=
kuat geser ultimit
s
=
spasi dari penulangan geser
viii
Sx
=
parameter spasi retak untuk komponen struktur tanpa sengkang
Sxe
=
nilai ekivalen dari Sx untuk balok dimana ukuran agregatnya tidak lebih dari 19 mm atau ¾ in.
c
=
regangan di dalam beton ketika fc mencapai f’c
1
=
regangan tarik utama di dalam beton retak
2
=
regangan tekan utama di dalam beton retak
ln
=
lebar efektif balok
wt
=
lebar efektif komponen ties
wc
=
lebar efektif komponen strut
x
=
rasio tulangan longitudinal
z
=
rasio tulangan badan atau sengkang
=
faktor reduksi kekuatan
=
sudut kemiringan dari tegangan tekan utama di dalam beton retak yang berkenaan dengan sumbu longitudinal komponen struktur
=
faktor tegangan tarik yang mengindikasikan kemampuan dari beton retak untuk memindahkan geser
Es
=
modulus elastisitas baja
Ec
=
modulus elastisitas beton
ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Pada saat sekarang dimana perkembangan teknologi telah meningkat
dengan pesat, untuk mendapatkan material baja tulangan dengan mutu tinggi bukanlah sesuatu yang sulit seperti pada masa lalu. Dengan teknologi pengolahan mineral dan logam atau sering disebut metalurgi maka modifikasi mikrostuktur unsur dari baja tulangan akan mengalami pengurangan kepekaan terhadap korosi. Bila dibandingkan dengan baja konvensional maka kekuatan leleh baja bermutu tinggi lebih besar dari baja konvensional (Tarek et al, 2008). Dengan menggunakan bahan beton dan baja mutu tinggi (fy > 420 Mpa) akan didapat ukuran atau dimensi komponen struktur beton bertulang yang semakin mengecil. Hal ini bertujuan agar tidak memakan ruang yang banyak sehingga ruangan pun terlihat lebih luas. Pengaruh peningkatan mutu bahan terhadap lendutan komponen struktur adalah terbilang kecil, namun yang berpengaruh besar akibat peningkatan mutu bahan adalah ukuran penampang atau dalam hal ini momen inersia penampang. Akan terjadi lendutan lebih besar pada komponen struktur bahan mutu tinggi dibandingkan dengan komponen struktur yang sama tetapi dibuat dari bahan dengan mutu yang lebih rendah, yang pada umumnya luas penampangnya lebih besar sehingga momen inersianya juga besar (Dipohusodo, 1999). Sampai saat ini, persoalan geser selalu terbuka untuk dipelajari dan didiskusikan. Teori dan hipotesa yang digunakan masih berkembang dan berbeda di antara para peneliti sehingga mengakibatkan peraturan mengenai geser pada beton bertulang selalu berbeda dari satu negara dengan negara yang lain di seluruh dunia. Ada beberapa metode yang dapat dipakai untuk menganalisis kuat geser balok beton bertulang, diantaranya adalah metode Strut and Tie Model (STM), SNI 2847-2013 dan Modified Compression Field
1
Theory (MCFT). Terdapat dua konsep yang mendasari dalam menganalisa masalah geser pada beton bertulang yaitu metode mekanika dan metode strut dan tie model. Metode mekanika merupakan suatu metode yang diadopsi oleh peraturan SNI yang didasari atas hasil-hasil percobaan dan bukan atas dasar suatu metode yang rasional, sehingga peraturan di dalam SNI berbentuk semi empiris (Stenly,2011). Konsep kedua adalah Strut dan Tie Model yang merupakan model rangka batang yang dapat dipakai untuk menganalisis balok bertulangan geser, dengan anggapan bahwa komponen badan terdiri atas komponen tarik yang berupa sengkang-sengkang dan komponen tekan yang berupa daerah tekan beton. Para peneliti kemudian mengembangkan tiga hal yang mendasar untuk memperbaiki model rangka batang. Pertama pada tahun 1968 peneliti Thurliman dan Lampert menemukan bahwa sudut retak tidak selalu sama dengan 45o, teori ini lalu dikenal dengan istilah Variable Angle Truss Model. Selanjutnya, peneliti Collins (1972) menghitung sudut retak dengan asumsi bahwa sudut retak berimpit dengan sudut dari tegangan dan regangan utama. Kemudian peneliti Robinso dan Demorieux pada tahun 1972 menemukan softening effect pada strut diagonal. Pada tahun 1986 efek ini berhasil dihitung lalu dikembangkan oleh Collins dan Vecchio, kemudian menamakannya dengan istilah Modified Compression Field Theory yang merupakan suatu teori yang dipakai dalam menghitung kekuatan geser balok beton bertulang dengan memperhitungkan tegangan tarik pada beton retak, sehingga pada beton tanpa tulangan geser sekalipun masih dianggap memiliki kekuatan geser yang cukup berarti setelah mengalami retak (Thomas, 1990). Saat ini terdapat kendala yang terkait dengan batasan-batasan yang ada dalam acuan atau pedoman yang mengatur tentang penggunaan baja mutu tinggi sebagai tulangan pada balok, baik dalam SNI 2847-2013 maupun ACI 318-05. Tegangan baja tulangan yang digunakan dibatasi maksimum 420 Mpa, batasan ini lebih disebabkan oleh karena belum banyak riset yang terkait dengan penggunaan baja mutu tinggi sebagai tulangan lentur dan geser pada balok. Prosedur pada penelitian ini adalah membandingkan hasil eksperimen
2
perilaku kuat geser pada balok beton bertulang dengan prediksi hasil perhitungan secara teori SNI 2847-2013, STM dan MCFT.
1.2
Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, masalah yang akan ditinjau pada
penelitian ini adalah manakah perbandingan prediksi perhitungan kuat geser yang paling akurat menurut SNI 2847-2013, STM dan MCFT terhadap data hasil eksperimen balok beton bertulangan baja mutu tinggi ?
1.3
Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah membandingkan
prediksi kuat geser balok beton bertulangan baja mutu tinggi menurut SNI 2847-2013, STM dan MCFT terhadap data hasil eksperimen dan mengetahui variasi hasil perhitungan kuat geser balok beton bertulangan baja mutu tinggi.
1.4
Manfaat Penelitian Manfaat dalam penelitian ini diharapkan dapat mengenal metode
lain yang dapat dipakai untuk menghitung kuat geser balok beton bertulang. Sehingga dapat menjadi masukan dalam perencanaan struktur balok beton bertulang di kehidupan nyata dan memperluas wawasan mengenai perilaku geser pada balok beton bertulangan baja mutu tinggi.
1.5
Batasan Masalah Agar penelitian ini tidak terlalu luas dan lebih terfokus dengan
terbatasnya waktu yang tersedia, maka diambil batasan masalah sebagai berikut: a. Balok beton bertulang dengan baja tulangan bermutu tinggi (fy > 420 Mpa)
3
b. Balok beton berkekuatan tekan tinggi (f’c > 41 Mpa) dan balok beton berkekuatan tekan normal (f’c 41 Mpa). c. Balok beton bertulang dengan tulangan geser atau tanpa tulangan geser. d. Balok beton bertulang berada di atas perletakan sederhana dengan beban terpusat. e. Balok beton bertulang tidak diberikan gaya prategang.
4
