Konsep Material Beton Bertulang

Pada awalnya manusia membuat rumah, jembatandan lainnya dengan menggunakan material tanah, kayu dan batu. Jenis material kontruksi yang digunakan kemudian berkembang pada bahan beton dan baja. Beton berulang merupakan material gabungan antara beton dan baja, yang banyak digunakan pada kontruksi bangunan indonesia. Material  ini mempunyai banyak kelebihan dibandingakan material bangunan lainnya dalam hal :

1.   Lebih murah

2.   Mudah dibentuk (fungsi arsitektur)

3.   Ketahanan terhadap api yang tinggi

4.   Mempunyai kekakuan yang tinggi

5.   Biaya oerawatan yang rendah

6.   Materialnya mudah diperoleh

Jika diatas disebutkan kelebihan material beton dibandingkan dengan material lainya, tetapi ada juga kekurangan dari material beton dibandingkan material bangunan lainnya, yaitu dalam hal,

1.   Kekuatan tariknya rendah

2.   Membutuhkan bekisting dan penumpu sementara selama kontruksi

3.   Rasio kekuatan berat yang rendah

4.   Stabilitas volumenya relatif rendah

Prinsip Dasar Beton Bertulang

Langkah-Langkah Perencanaan

Beton merupakan material yang kuat dalam menahan tekanan, namun lemah dalam menahan tarik. Karena hal tersebut, beton akan mengalami retak jika beban yang dipikulnya menimbulkan tegangan tarik yang melebihi kekuatan tariknya.

Pada struktur balok beton tanpa tulang, momen yang timbul akibat beban luar pada dasarnya ditahan oleh kopel gaya-gaya dalam tarik dan tekanan. Struktur balok tersebut akan mengalami retak bahkan runtuh secara tiba-tiba.

Sementara pada struktur item balok beton bertulang terjadi sebaliknya, jika item balok memakai tulangan, gambaranya yaitu tulangan baja ditanam di dalam beton sedemikian rupa sehingga gaya tarik dibutuhkan untuk menahan momen yang terletak pada penampang retak supaya dapat dikembangkan pada tulangan baja.

Jadi, dapat dikatakan disini bahwa untuk mengatasi kelemahan beton dalam menahan tarik maka ditambahkan tulangan baja pada bagian penampang beton yang berpotensi mengalami tarik pada saat menahan beban.

Konsep Perencanaan

Struktur yang didesain pada dasarnya harus memenuhi kriteria-kriteria sebagai berikut:

1.   Kesesuaian dengan lingkungan sekitar

2.   Ekonomis

3.   Kuat dalam menahan beban yang direncanakan

4.   Memenuhi persyaratan kemampuan layanan

5.   Mudah perawatannya (durabilitas yang tinggi)

Langkah-langkah dalam perencanaa struktur dapat diuraikan seperti dibawah ini.

Ada 2 fhilosofi dalam merencanakan elemen struktur beton bertulang yaitu:

1.   Metode Tegangan Kerja

Unsur struktur direncanakan terhadap beban kerja sedemikian rupa sehingga tegangan yang terjadi lebih kecil daripada tegangan yang diizinkan, yaitu:

α≤ α

2.   Metoda Kekuatan Ultimit

Filosofi yang ke-dua ialah menggunakan metoda kekuatan limit yaitu struktur yang direncanakan terhadap beban terfaktor sedemikian rupa sehingga struktur tersebut mempunyai kekuatan ultimit yang diinginkan, yaitu:
ᴍ_u ≤ ϕ ᴍ_n

Perencanaan Batas

Dalam perencanaan elemen bertulang ada beberapa kondisi batas yang dapat dijadikan konstraint, yaitu :

1.  Kondisi batas ultimit, yang dapat disebabkan oleh beberapa faktor dibawah ini, yaitu:

a.   Hilangnya keseimbanagn lpkal atau global

b.   Rupture atau hilangnya ketahanan lentur, geser pada elemen-elemen struktur

c.   Pembentukan sendi plastis

d.   Ketidakstabilan struktur

e.   Fatique

f.    Keruntuhan progressive yang di akibatkan oleh terjadinya keruntuhan lokal pada daerah sekitarnya

2. Kondisi batas kemampuan layanan, yang menyangkut berkurangnya fungsi struktur, dapat berupa :

a.   Defleksi yang berlebihan pada kondisi layan

b.   Lebar retak yeng berlebih

c.   Vibrasi yang mengganggu

3. Kondisi batas khusus, yang menyangkut lerusakan/keruntuhan akibat beban normal, dapat berupa:

a.   Keruntuhan pada kondisi gempa ekstrim

b.   Kebakaran, ledakan atau tabrakan kendaraan

c.   Korosi atau jenis kerusakan lainnya akibat lingkungan

Perencanaa yang memperhatikan kondisi-kondisi batas di atas disebut perencanaan batas. Konsep perencaan batas ini digunakan sebagai prinsip dasar peraturan bbeton indonesia (SK-SNI T-15-1991-03).

Prosedur Desain Berdasarkan Peraturan Beton Indonesia

Elemen struktur dan struktur harus selalu di desain untuk dapat memikul beban berlebih dengan besar tertentu, diluar beban yang diharapkan terjadi dalam kondisi normal. Kapasitas cadangan tersebut diperlukan untuk mengantisipasi kemungkinan adanya faktor-faktor “overload” (beban berlebih) dan faktor-faktor “undercapacity”.

“Overload” dapat terjadi akibat:

1.   Perubahan fungsi strktur

2.   Underestimate pengaruh beban karena penyederhanaanperhitungan

3.   Urutan dan metoda kontruksi

“Undercapacity” dapat terjadi akibat:

1. variasi kekuatan material

2. workmanship

3. tingkat pengawasan

Berdasarkan prosedur desain yang baku, kekuatan (“resistance”) elemen struktur harus lebih besar dari pada pengaruh beban, sehingga:

Resistance ≥ pengaruh beban

Untuk mengantisipasi kemungkinan lebih rendahnya resitance (kekuatan) elemen struktur daripada yang diperhitungkan/direncanakan dan kemungkinan lebih besar pengaruh beban daripada yang direncanakan maka diperkenalkan faktor-faktor beban, yang nilainya < 1, dan faktor-faktor beban, yang nilainya  > 1, sehingga:

ϕR_n ≥α₁S₁+α₂S₂+....

Dimana:    

R_n =kekuatan nominal

S =pengaruh beban

ϕ =faktor reduksi

α₁ =fator-faltor beban

prosedur desain yang memperhitungkan adanya fator-faktor beban resistance  seperti diatas disebut sebagai desain kekuatan ultimit (batas). Perlu diketahui bahwa prosedur desain seperti ini pada dasarnya merupakan metode perencanaan kondisi batas, yaitu dimana perhatian utama ditentukan ditekankan pada kondisi batas ultimit. Pemeriksaan kondisi batas servicebilitas (kemampuan layanan) dilakukan setelah desain awaal diperoleh.

Philosofi dasar metoda perencanaan ini terdapat pada SK-SNI T-15-1991 butir 3.2.1.1 dan 3.2.1.2, yang bunyinya adalah:

Pada butir 3.2.1.1:
Strukutur maupun 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.

kuat rencana identic dengan ϕR_n, sedangkan kuat perlu mengacu pada pengaruh beban terfaktor, yaitu α₁S₁+α₂S_2+......

Pada Butir 3.2.1.2:

Berbunyi bahwa komponen struktur harus memenuhi ketentuan lain yang tercantum dalam tata cara yang berlaku khususnya di indonesia untuk menjamin tercapainya perilaku struktur yang cukup baik ketika beban kerja.

Dalil atau butir 3.2.1.2 yang dijelskan diatas adalah mengharuskan adanya pengontrolan lendutan dan lebar retak pada komponen struktur yang sudah di dedesain

Beban Terfaktor dan Kuat Perlu

SK-SNI T-15-1991-03 butir 3.2.2 sampai 3.2.3 menguraikan tentang faktor-faktor beban dan kombinasi-kombinasi beban terfaktor tersebut adalah:

Kombinasi beban mati dan beban hidup

U= 1,2 D+1,6L

Jika pengaruh angin ikut diperhitungkan:

U=0,75(1,2D+1,6L+1,6W) atau              

U=0,9D+1,3W             
ambil pengaruh yang terbesar     

Jika pengaruh gempa harus diperhitungakan:

U=1,05 (D+L_R ± E) atau

U=0,9 (D ± E)

Kombinasi beban terfaktor lainnya dapat dilihat pada butir-butir:

3.2.2.4 untuk kombinasi dengan tekanan tanah lateral

3.2.2.5 untuk kombinasi dengan tekanan hidraulik

3.2.2.6 untuk pengaruh beban kejut (impact)

3.2.2.7 untuk pengaruh ∆T, rangkak, susut dan ∆δ

Kuat perlu atau pengaruh  beban terfaktor (seperti momen, geser, torsi dan gaya aksial) dihitung berdasarkan  kombinasi beban terfaktor tersebut biasanya ditulis dengan simbol-simbol M_u, V_u, T_u, dan P_u dimana subscipt umenunjukan bahwa nilai-nilai M,V,T, dan P tersebut didapat dari beban-beban terfaktor U.

Kuat Reancana

Kuat rencana suatu komponen struktur(ϕR_n) didapat dengan mengalikan kekuatan nominal R_n dengan faktor reduksi kekuatanф. Berdasarkan SK SNI T-15-1991-03 nilai faktor reduksi ekuatan ф adalah sebagai berikut:

1. Lentur, tanpa beban aksial tarik dengan lentur...........0,80

2.   Beban aksial  dan beban aksial tekanan dengan lentur:

a.   Aksial tarik dan aksial tarik dengan lentur...........0,80

b.   Aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur:

i.  Komponen struktur dengan tulangan atau sengkang ikat.........0,80

ii.     Komponen struktur dengan tulangan sengkang biasa.........0,70

Untuk nilai aksial tekanan yang rendah ϕ dapat ditingkatkan berdasarkan aturan berikut :

Untuk komponen struktur yang memenuhi syarat berikut:

-       f_y ≤ 400 Mpa,

-       tulangan bersifat simetris, dan

-       (h-d^’-d_s)/h ≥ 0,70

Maka nilai ф boleh ditingkatkan lagi secara linear  menjadi 0,80 untuk nilai ϕP_n yang berkurang dari 0,1 f, A_g ke nol.

Untuk komponen struktur lain, nilai ϕ boleh ditingkatkan secara linear menjadi 0,80 untuk nilai ϕP_n yang berkurang  dari 0,1 f, A_g atau ϕP_b (ambil nilai yang terkecil) ke nol.

1. Geser dan torsi.............................................0,60

2. Tumpuan pada beton.....................................0,70

Catatan :

d^’  =  Jarak dari serat tekan terjatuh ke centroid tulangan tekan

d_g =  Jarak dri serat tarik terjatuh ke centroid tulangan tarik

h  =  Tinggi total penampang

P_n =  Kekuatan beban aksial

P_b =  Kekuatan beban aksial nominal pada kondisibalance

Metode Beban Kerja (Working Stress Method)

Sebagai alternatif dari metoda kekuatan ultimit, SK-SNI  T-15-1991-03 membolehkan dilakukan perencanaanini tegangan yang terjadi pada komponen struktur tidak  boleh melalui tegangan izin. Sebagaicontoh, pada kondisi lentur, teganganelastik maksimum yang terjadi pada penampang tidak boleh melebihi 0,45 f_c (pada beton) atau 0,50 f_y (pada baja).

Berdasarkan metoda beban kerja ini, komdisi batas ultimit diasumsikan terpenuhi secara otomatis dengan diadopsinya parameter tegangan izin, namun walaupun demikian, SK-SNI T-15 1991-03 tetap mengharuskan dilakukan pengecekan kondisi batas defleksi dan kondisi batas lebar retak terhadap hasil desain awal.