Modul 1 - Kolom Beton Bertulang

 

 

MODUL PERKULIAHAN

   

Struktur Beton 2

 

 

Struktur Kolom Beton Bertulang : Konsep dan Perencanaan        

 

 

 

 

Fakultas 

Program Studi 

 

Teknik Perencanaan  dan Desain 

Teknik Sipil 

Tatap Muka 

01

Kode MK 

Disusun Oleh 

W111700023 

Ivan Jansen S., ST, MT   

   

Abstract 

Kompetensi

 

Modul ini bertujuan untuk memberikan pemahaman dasar mengenai sifat dan juga mekanika dari material baja.

 

 

Mahasiswa/i mengerti kembali konsep dari perencanan kolom bertulang. 

 

Struktur Kolom Beton Bertulang : Konsep dan Perencanaan   1.

Pendahuluan

Sistem struktur untuk struktur beton banyak penerapanya dalam bidang konstruksi sipil. Diberbagai bidang konsep perencanaan menggunakan beton bertulang sudah sangat luas penggunaanya

seperti

yang

umumnya

dijumpai

pada

jembatan,

gedung,

ataupun

resedensial/rumah. Beton merupakan campuran dari pasir, kerikil / batu pecah maupun jenis agregat lainnya yang dicampur dengan pasta semen dan air. Dimana sebagian besar material dengan substansi penyusunya adalah batu, memiliki tingkat kekuatan yang tinggi dalam memikul gaya aksial tekan (compression), dan lemah atau keicl sekali kapasitas dalam memikul Tarik (tension). Beton bertulang merupakan kombinasi yang baik pada suatu elemen struktur di mana kombinasi beton dan tulangan baja menimbulkan sifat yang saling melengkapi untuk kekurangan beton dalam memikul gaya tarik.

Gambar 1. Frame/rangka struktur bangunan gedung dengan berbagai elemen struktur pendukungnya. Sumber : understandconstruction.com

‘15

 

 

2

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan beton bertulang untuk suatu struktur: 

Memiliki daya dukung terhadap tekan yang cukup baik dibanding dengan sebagian besar material struktur lain.



Memiliki daya tahan yang cukup besar terhadap api dan juga air (durabilitas tinggi).



Struktur beton bertulang memiliki kekakuan yang besar.



Merupakan suatu material yang memiliki sifat pemiliharaan/maintenance sangatlah rendah/murah.



Ketersediaan material di berbagai tempat, seperti material lokal pasir, kerikil dan juga air.

Kekurangan dari sistem beton bertulang adalah: 

Kuat tarik yang sangat rendah dibandingkan dengan kapasitas tekan nya.



Memerlukan suatu cetakan/formwork atau bakesting dan juga shoring system (perancah) untuk beton yang dicor ditempat.



Kekuatan yang sangant rendah pada per satuan berat beton membuat volume nya menjadi besar dan berat untuk menahan pembebanan yang terjadi. Hal ini sangatlah penting untuk analisa struktur dengan bentang yang panjang.



Efek rangkak dan susut pada beton yang diakibatkan oleh pengaruh suhu yang meyebabkan adanya perubahan volume selama masa kerjanya (time-dependent volume changes).

Gambar 2. Elemen dari bangunan beton bertulang ( sumber : MacGregor 7th edition)

‘15

 

 

3

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 3. Elemen dari bangunan beton bertulang ( sumber : MacGregor 7th edition)

Pada rangka struktur diatas keduanya menggunakan elemen struktur beton bertulang, dengan sistem yang berbeda pada beberapa elemen strukturnya. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3, dimana sistem slab/pelat yang digunakan sistem Joist Slab, Flat slab, Supported slab dan sistem slab on grade (pelat yang ditopang lagsung di tanah). Untuk elemen kolom menggunakan kolom lurus langsung berhubungan dengan balok, dan ada juga menggunakan sitem drop panel dan juga menggunakan sistem kepala kolom.

‘15

 

 

4

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

2.

Mekanika Struktur Beton Betulang

Gambar 4. Kondisi tegangan pada elemen balok beton akibat pembeban Dari gambar diatas dijelaskan bahwa, ketika beton polos tanpa tulangan diberi pembebanan (gambar a.), momen yang timbul akibat beban luar pada dasarnya ditahan oleh kopel gayagaya dalam tarik dan tekan. Balok tersebut dapat runtuh secara tiba-tiba dan total jika retak terbentuk pada zona tarik penampang (gambar a dan b). Pada balok beton bertulang, tulangan baja ditanam di dalam beton sedemikian rupa sehingga gaya tarik yang dibutuhkan untuk menahan momen pada penampang retak dapat

‘15

 

 

5

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

dikembangkan pada tulangan baja. Untuk mengantisipasi kelemahan beton dalam menahan tarik maka ditambahkan baja tulangan (gambar c).

3.

Keruntuhan Beton Bertulang

Tipe keruntukan beton bertulang 

Tulangan Kuat (Overreinvorced). Keruntuhan type ini terjadi akibat tulangan terlalu banyak, sehingga beton yang tertekan hancur terlebih dahulu (beton mencapai kekuatan batasnya terlebih dahulu). Keruntuhan ini terjadi secara tiba-tiba (brittle failure).

Gambar 5. Distribusi regangan pada compression-control section. Tulangan Kuat (Overreinforced) - (sumber MacGregor 7thedition)   

Tulangan Lemah (Underreinvorced). Pada kasus ini tulangan mencapai tegangan lelehnya (fy) terlebih dahulu, setelah itu baru beton mencapai regangan batasnya, dan selanjutnya struktur runtuh. Pada kasus ini terlihat ada tanda-tanda berupa defleksi yang besar sebelum terjadi keruntuhan.

Gambar 6. Distribusi regangan pada tension-control section. Tulangan lemah (underreinforced) – (sumber Wight 7thedition) 

‘15

 

 

6

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Balanced Reinvorced. Pada type keruntuhan ini, saat terjadi keruntuhan ( beton mencapai regangan batasnya), tulangan juga pas mencapai tegangan lelehnya (fy) . Keruntuhan ini juga terjadi secara tiba-tiba.

Gambar 7. Distribusi regangan pada Balanced reinforced section. Tulangan seimbang – (sumber Wight 7thedition)

Berikut beberapa istilah umum dalam beton bertulang : 

Tegangan

: Gaya persatuan luas (kg/cm2) atau MPa



F’c

:Tegangan beton yang ditetapka pada perencanaan



Fy

: Tegangan tarik leleh minimum baja tulangan yang disyaratkan



s

: Regangan pada baja tulangan



c

: Regangan pada beton



y

: Regangan leleh baja tulangan (sesuai grade tulangan baja)



Kuat nominal (Momen, Tekan, Geser): kemampuan elemen/ penampang struktur dalam menerima beban yang dihitung berdasarkan ketentuan dan asumsi.



Beban terfaktor : Beban kerja yang telah dikalikan dengan faktor beban, yang biasanya dimasukan ke dalam sistem kombinasi pembebanan.



Kuat Perlu : kekuatan suatu komponen struktur / penampang yang diperlukan untuk menahan beban terfaktor dalam suatu kombinasi beban. Kuat rencana : kuat nominal x faktor reduksi kekuatan komponen struktur ().



‘15

 

 

7

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

4.

Perencanaan Beton Bertulang

Perencanaan pada komponen beton bertulang menggunakan metoda kuat batas, yang dapat dilakukan dengan cara : 

Kekuatan Beban Batas / Beban Terfaktor (limit state). Cara ini disarankan Peraturan Beton Bertulang Indonesia untuk digunakan pada perencanaan. Pada perencanaan komponen beton bertulang dengan cara beban terfaktor, maka beban yang digunakan adalah beban yang sudah dikalikan dengan suatu factor pada suatu sistem kombinasi pembebanan. Kekuatan beton yang digunakan adalah kekuatan batasnya (fc) dari penampang x faktor reduksi (). Secara umum desain kekuatas batas ini dibagi atas : 1. Loss of equilibrium  kehilangan keseimbangan dari sebagian atau seluruh struktur yang kaku. 2. Failure  kegagalan pada kondisi kritis dari suatu bagian struktur, yang terus berkembang hingga keseluruhan struktur hingga terjadinya total collapse (keruntuhan total) struktur. 3. Progressive collapse  merupakan keruntuhan yang terus menjalar pada suatu elemen struktur yang pembebanannya melebihi kapasitas dan hal ini dapat mengakibatkan elemen lainnya juga mengalami kelebihan beban dan kegagalan.



Beban Kerja (serviceability limit state). Cara ini merupakan cara alternatif dalam perencanaan. Dalam desain, kemampulayanan ini terbagi atas : 1. Secara umum kondisi ini mencakup atas kondisi defleksi/deformasi, retak (cracking), getaran (vibrasi) dan lainya. 2. Kombinasi pembebanan yang digunakan adalah tefaktor 1 atau beban tidak terfaktor. Failure  kegagalan pada kondisi kritis dari suatu bagian struktur, yang terus berkembang hingga keseluruhan struktur hingga terjadinya total collapse (keruntuhan total) struktur. 3. Prosedur perhitungan komponen struktur nya menggunakan cara analisis elastic atau tegangan izin.

‘15

 

 

8

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

5.

Perencanaan Kolom Beton Bertulang

Dalam perencanaan kolom bertulang, defenisi kolom dalam pengertiannya secara umum merupakan : 

Elemen struktur vertikal yang memikul beban aksial dengan adanya atau tidak adanya momen yang terjadi.



Menyalurkan gaya tekan aksial dengan atau tanpa momen dari balok, pelat lantai dan atap ke pondasi



Momen yang disalurkan dapat berupa momen uniaksial atau biaksial

  Gambar 8. Penulangan pada kolom dengan sengkang persegi dan spiral. – (sumber Wight 7thedition)

Kebanyakan umumnya kolom akan mengalami kombinasi dari gaya aksial tekan/tarik dan juga efeke lentur yang diakibatkan oleh adanya momen pada kolom. Stabilitas dari kolom sangatlah penting untuk di perhatikan, dan apabila momen yang terjadi akibat dari efek kelangsingan penampang kolom (slenderness effect)

‘15

 

 

9

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 8. Transfer beban pada kolom-(Sumber: Muin, 2008)

6.

Jenis Kolom Beton Bertulang

Jenis-jenis kolom 1. Kolom persegi dengan tulangan longitudinal dan tulangan pengikat lateral 2. Kolom bundar dengan tulangan longitudinal spiral dan pengikat lateral 3. Kolom komposit di mana profil baja ditanam dalam beton atau beton dalam casing baja. Pada jenis kolom ini, digunakan profil baja sebagai pemikul lentur pada kolom. Selain itu tulangan longitudial dan tulangan pengikat juga ditambahkan bila perlu.

Gambar 9a. Jenis kolom a. Kolom persegi b. kolom bulat/lingkaran – (sumber Internet)

‘15

 

 

10

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 9b. Jenis kolom c. Kolom komposit – (sumber Internet)

Berdasarkan bentuk dan susunan tulangan, kolom dibedakan menjadi 3 macam, yaitu sebagai berikut (lihat Gambar 9a dan 9b ): 1. Kolom segi empat, baik berbentuk empat persegi panjang maupun bujur sangkar, dengan tulangan memanjang dan sengkang. 2. Kolom bulat dengan tulangan memanjang dan sengkang atau spiral. 3. Kolom komposit, yaitu kolom yang terdiri atas beton dan profil baja struktural yang berada di dalam beton.

Dari ketiga jenis kolom tersebut diatas, kolom bersengkang (segi empat dan bujur sangkar) merupakan jenis yang paling banyak dijumpai karena pelaksanaan pekerjaannya mudah dan harga yang relatif pembuatannya murah.

‘15

 

 

11

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

7.

Kolom Pendek dan Kolom Langsing

Berdasarkan kelangsingannya kolom dibagi menjadi 2, yaitu:  Kolom pendek dimana masalah tekuk tidak perlu menjadi perhatian dalam merencanakan kolom karena pengaruhnya cukup kecil.  Kolom langsing dimana masalah tekuk sangat berpengaruh sehingga perlu diperhitungkan dalam perencanaan.  Pemisahan kolom pendek dan kolom langsing berdasarkan nilai rasio kelangsingan kolom.

Berikut kutipan dari Bab 10.10.1 SNI 2847-2013 terhadap suatu elemen struktur yang mengalami tekan :

‘15

 

 

12

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 10. Kelengkungan Tunggal dan Kelengkungan Ganda

8.

Asumsi Dasar Perencanaan

1. Limit statesDesign dalam beton bertulang dapat dibagi kedalam 3 bagian: a. Kondisi Batas Ultimit (ultimate limit states) Melibatkan keruntuhan sebagian struktur atau seluruh struktur. Secara garis besar kondisi batas ultimit adalah: 

Kehilangan keseimbangan (lokal / global)



Rupture, yaitu hilangnya ketahan lentur dan geser elemen-elemen struktur.



Keruntuhan progressive (progressive collapse), akibat adanya keruntuhan lokal pada daerah sekitarnya. Kegagalan suatu elemen struktur menyebabkan elemen lainnya gagal satu persatu hingga struktur runtuh.



Pembentukan sendi plastis



Ketidakstabilan struktur



Fatigue (kelelahan)

b. Kondisi Batas Kemampuan Layan (serviceability limit states), yaitu terganggunya fungsi struktur, tetapi tidak runtuh. secara garis besar kondisi batas kemampuan layan adalah : 

‘15

 

 

13

Defleksi yang berlebihan pada kondisi layan

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Lebar retak yang berlebih (dapat menyebabkan korosi pada baja tulangan dan kerusakan bertahap pada beton)



Vibrasi yang menggangu

c. Kondisi Batas Khusus (special limit states), yaitu kerusakan atau kegagalan akibat kondisi abnormal atau beban abnormal termasuk : 

Kerusakan atau keruntuhan pada gempa kuat



Kebakaran, ledakan, atau tabrakan kendaraan



Korosi atau kerusakan lainnya akibat lingkungan

2. Distribusi regangan disepanjang permukaan penampang kolom bersifat linier. 3. Tidak terjadi slip antara beton dengan tulangan. 4. Regangan tekan maksimum beton pada kondisi ultimit = 0.003 5.

Kekuatan tarik beton diabaikan, karena jauh lebih kecil dari kekuatan tarik baja tulangan, sehingga tidak berarti.

‘15

 

 

14

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Daftar Pustaka 1. Wight, James K. 2016. “ Reinforced Concrete Mechanics and Design ” 7 th Edition. 2. SNI 2847-2013 “ Persyaratan beton struktural untuk bangunan gedung “. 3. Imran, I dan Zulkifli, E. (2014). Perencanaan Dasar Struktur Beton Bertulang. Penerbit ITB 4. McCormac, Jack C. 2014, “ Design of Reinforced Concrete ”, Ninth Edition, Wiley 5. Nawy, Edward G., 2009, “ Reinforced Concrete Fundamental Approach ” , Sixth Edition, Pearson Prentice Hall.

‘15

 

 

15

Struktur Beton II Ivan Jansen S., ST, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id