Konstruksi Balok dan plat beton bertulang

Material Penyusun Beton Bertulang
Konstruksi dan Detail Beton Bertulang
Aplikasi Konstruksi Beton Bertulang

 

Konstruksi Balok dan plat beton bertulang

 a) Balok beton

Suatu gelagar balok bentang sederhana menahan beban yang mengakibatkan timbulnya momen lentur, akan mengalami deformasi (regangan) lentur. Dalam hal tersebut, regangan tekan akan terjadi di bagian atas dan regangan tarik di bagian bawah penampang. Regangan-regangan tersebut mengakibatkan tegangan-tegangan yang harus ditahan oleh balok, tegangan tekan di bagian atas dan tegangan tarik di bagian bawah penampang. Karena tulangan baja dipasangan pada bagian tegangan tarik bekerja yaitu pada bagian bawah, maka secara teoritis balok ini disebut sebagai balok bertulangan tarik saja. Pada bagian tekan atau bagian atas penampang umumnya tetap dipasang perkuatan tulangan, tetapi bertujuan untuk membentuk kerangka kokoh yang stabil pada masing-masing sudut komponen.

Tulangan pada balok selain dipengaruhi oleh beban-beban yang diterimanya, juga dipengaruhi oleh ukuran dan syarat-syarat tumpuan. Tumpuan dianggap kaku jika tidak terdapat deformasi. Tiga syarat-syarat tumpuan yang dipertimbangkan:
− Tumpuan bebas, bila tumpuan mengalami perputaran sudut pada perletakannya.
− Tumpuan terjepit penuh, bila terdapat jepitan penuh sehingga perputaran tidak mungkin terjadi.
− Tumpuan terjepit sebagian, bila tumpuan pada keadaan yang memungkinkan terjadi sedikit perputaran

b) Plat beton

Perencanaan plat beton bertulang tidak hanya terbatas pada pertimbangan pembebanan saja, tetapi juga ukuran dan syarat-syarat tumpuan tepi. Syarat-syarat tumpuan menentukan jenis perletakan dan jenis penghubung di tumpuan. Secara umum terdapat tiga jenis tumpuan pada plat, yaitu:
− Bebas; apabila plat dapat berotasi bebas pada tumpuan, misalnya sebuah plat tertumpu pada tembok bata (gambar a)
− Terjepit penuh; apabila tumpuan dapat mencegah plat berotasi dan relatif sangat kaku terhadap momen puntir, misalnya plat yang monolit atau menyatu dengan balok yang tebal (gambar b).
− Terjepit sebagian atau elastis; plat yang menempel pada balok tepi tetapi balok tepi tidak cukup kuat untuk mencegah rotasi (gambar c).


Gambar Jenis tumpuan pada plat beton
Sumber: Sagel dkk, 1994

Jenis-jenis plat dengan tumpuan tersebut antara lain adalah plat yang menumpu menerus sepanjang dua tepi yang sejajar atau pada keempat tepinya, panel plat, dan plat menerus untuk pondasi. Panel adalah bagian segiempat suatu plat, atau suatu plat yang tepi-tepi dikelilingi oleh tumpuan-tumpuan. Pada plat yang tertumpu pada sepanjang dua sisinya dapat disebut juga sebagai bentang balok, jika menggunakan analogi balok. Dalam kasus plat terjepit pada dinding bata, meskipun dapat terjadi momen jepit maka umumnya tetap akan dianggap sebagai tumpuan bebas.

Distribusi tegangan

Distribusi tegangan dapat diilustrasikan sebagai berikut:
* Pada beban kecil distribusi tegangannya linier, bernilai nol pada garis netral dan sebanding dengan regangan yang terjadi seperti ditunjukan pada Gambar.

* Pada beban sedang, kuat tarik beton dilampaui dan beton mengalami retak. Beton tidak dapat meneruskan gaya tarik melintasi bagian-bagian retak karena terputus-putus, selanjutnya tulangan baja akan mengambil alih memikul seluruh gaya tarik yang timbul.

(a) (b) (c)

Distribusi tegangan untuk penampang pada/dekat bagian yang mengalami retak seperti pada Gambar, diperkirakan terjadi pada nilai tegangan beton sampai dengan 1/2 f ’c.

Gambar Perilaku lentur pada beban kecil

Sumber: Dipohusodo, 1994

Gambar Perilaku lentur pada beban sedang

Sumber: Dipohusodo, 1994

Gambar Perilaku lentur pada beban ultimit

Sumber: Dipohusodo, 1994

* Pada beban yang sangat besar (ultimit), nilai regangan serta regangan tekan akan meningkat dan cenderung untuk tidak lagi sebanding dengan diantara keduanya, dimana tegangan tekan beton akan membentuk kurva non-linear. Kurva tegangan di atas garis netral (daerah tekan) berbentuk sama dengan kurva tegangan regangan seperti pada Gambar. Kapasitas batas kekuatan beton terlampaui dan tulangan baja mencapai luluh/leleh, dan beton mengalami hancur. Struktur akan mengalami strata runtuh atau setengan runtuh meskipun belum hancur secara keseluruhan.

Regangan maksimum tekan beton sebagai regangan ultimit digunakan sebesar 0,003 atau 0,3%, yang ditetapkan berdasarkan hasil-hasil pengujian.

Kuat lentur

Kuat lentur _Mn merupakan kekuatan lentur balok, yang besarnya tergantung dari resultan gaya tekan dalam (N_D) dan resultan gaya tarik dalam (N_T).

Kuat lentur pada gaya tekan beton: 

Kuat lentur pada gaya tarik tulangan beton: 

dimana N_D : resultan gaya tekan dalam
N_T : resultan gaya tarik dalam
d : tinggi efektif balok
a : kedalaman blok tegangan 

Nilai a dapat dihitung dengan rumus:

f b A f a c s y 1 β = (7.3)

dimana A_s : luas tulangan tarik (mm²)
f_y : tegangan leleh baja
β₁ : konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton
f’_c : kuat tekan beton
b : lebar balok (mm)

Sesuai ketentuan SNI 03-2847-2002, faktor β₁ harus diambil sebesar 0,85 untuk beton dengan nilai kuat tekan f’_c lebih kecil daripada atau sama dengan 30 MPa. Untuk beton dengan nilai kuat tekan di atas 30 MPa, β₁ harus direduksi sebesar 0,05 untuk setiap kelebihan 7 MPa di atas 30 MPa, tetapi β₁ tidak boleh diambil kurang dari 0,65.

Pembatasan tulangan tarik

Pada struktur beton dengan penulangan tarik saja, SNI 03-2847- 2002 menetapkan jumlah tulangan baja tarik tidak boleh melebihi 0,75 dari jumlah tulangan baja tarik yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan regangan.

A_s ≤ 0,75 A_sb

Jika jumlah batas penulangan tersebut dapat dipenuhi akan memberikan jaminan bahwa kehancuran daktail (ductile) dapat berlangsung dengan diawali oleh meluluhnya tulangan baja tarik terlebih dahulu. Dengan demikian tidak akan terjadi kehancuran getas yang lebih bersifat mendadak. Pembatasan penulangan ini juga berhubungan dengan rasio penulangan (ρ) yaitu perbandingan antara jumlah luas penampang tulangan tarik (A_s) terhadap luas efektif penampang (lebar b x tinggi efektif d).

b d Aρ = s

dengan pembatasan penulangan maksimum 0,75 kali rasio penulangan keadaan seimbang (ρ_b), maka:

ρ_maks = 0,75 ρ_b

Sedangkan batas minimum rasio penulangan ditentukan:

y f 1,4 min ρ =

Batas minimum penulangan diperlukan untuk menjamin tidak terjadinya hancur struktur secara tiba-tiba seperti jika balok tanpa tulangan. Karena bagaimanapun balok beton dengan tulangan tarik yang paling sedikitpun harus mempunyai kuat momen yang lebih besar dari balok tanpa tulangan. Pada plat tipis dengan ketebalan tetap maka penulangan minimum harus memperhitungkan kebutuhan untuk memenuhi persyaratan tulangan susut dan suhu.

Analisis balok terlentur

Secara ringkas langkah-langkah analisis untuk balok terlentur dengan penulangan tarik saja, dengan urutan sebagai berikut:
1) Buat daftar hal-hal yang diketahui sesuai kondisi atau permasalahan yang ada
2) Tentukan apa yang akan dicari pada pekerjaan analisis (Momen tahanan dalam M_R, Momen tahanan pada kuat lentur M_n)
3) Hitung rasio penulangan:

b d
Aρ = s (7.4)
4) Bandingkan hasilnya dengan 0,75 ρ_b atau ρ_maks juga terhadap ρinin untuk menentukan apakah penampang memenuhi syarat.
5) Hitung kedalaman blok tegangan beton tekan:

f b A f a c s y 1 β =

6) Hitung panjang lengan kopel momen dalam: z = d – ½ a
7) Hitung momen tahanan (dalam) ideal M_n
M_n = N_T z = A_s  f_y z, atau
M_n = N_D z = 0,85 A_s f_c’ abz
M_R = φ M_n

Analisis plat terlentur satu arah

Petak plat dibatasi oleh balok induk pada kedua sisi pendek dan balok anak pada kedua sisi panjang. Plat yang didukung sepanjang keempat sisi tersebut dinamakan sebagai plat dua arah, dimana lenturannya akan timbul pada dua arah yang saling tegak lurus. Jika perbandingan sisi panjang terhadap sisi pendek lebih besar dari 2, maka plat dapat dianggap hanya bekerja sebagai plat satu arah dengan lentur utama pada arah yang lebih pendek. Contoh jenis plat beton seperti pada Gambar.
Plat satu arah adalah plat yang penyaluran beban normal di permukaan plat ke elemen pendukung utamanya pada satu arah utama.
Pada panel plat yang didukung pada keempat sisinya, aksi satu arah terjadi jika rasio perbandingan antara bentang panjangnya dengan bentang pendeknya lebih dari 2. Dalam aksi satu arah, diagram momen pada dasarnya tetap konstan melintang searah lebar plat. Oleh karenanya, prosedur desain plat satu arah dapat dilakukan dengan pendekatan melalui pengamatan kesamaan balok penyusunnya pada lebar unitnya.

Gambar Jenis–jenis struktur plat beton
Sumber: Dipohusodo, 1994

Balok ini dapat dirancang dengan langkah dan rumusan yang sama untuk balok segiempat biasa. Persyaratan penutup pada plat satu arah lebih kecil dari balok, umumnya ¾ ”. Gaya-gaya internal umumnya lebih rendah, sehingga penggunaan ukuran tulangannya menjadi lebih kecil. Desain mungkin dapat dikendalikan dengan tulangan susut dan suhu yang minimum. Faktor geser jarang dikontrol, dan tulangan transversal sulit dipasang pada plat satu arah.

Karena beban yang bekerja semuanya dilimpahkan menurut arah sisi pendek, maka plat terlentur satu arah dapat dianggap memiliki perilaku seperti suatu balok persegi dengan tinggi setebal plat tersebut dan dengan lebarnya adalah satu satuan panjang (umumnya 1 meter). Apabila diberi beban merata plat akan melendut dengan kelengkungan satu arah, sehingga menimbulkan momen lentur pada arah tersebut. Beban merata umumnya menggunakan satuan kN/m² (kPa), karena diperhitungkan untuk setiap satuan lebar (1 meter) maka satuannya menjadi beban per satuan panjang (kN/m).

Penulangan plat dihitung untuk setiap satuan lebar tersebut dan merupakan jumlah rata-rata. Dalam SNI 03-2847-2002, plat struktural harus pula dipasang tulangan susut dan suhu dengan arah tegak lurus tulangan pokok. Tulangan ulir yang digunakan sebagai tulangan susut dan suhu harus memenuhi ketentuan berikut:
− Tulangan susut dan suhu harus paling sedikit memiliki rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton sebagai berikut (Tabel), tetapi tidak kurang dari 0,001
− Tulangan susut dan suhu harus dipasang dengan jarak tidak lebih dari lima kali tebal plat, atau 450 mm.

Tabel Rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton
Sumber: Sagel dkk, 1994

Selanjutnya prosedur analisis dan perhitungan M_R pada plat terlentur satu arah menggunakan cara yang sama dengan balok persegi. Tambahan analisis adalah pada perhitungan nilai minimum A_s, yang diperlukan untuk tulangan susut dan suhu. Perlu dilakukan pemeriksaan nilai minimum dengan memeriksa A_smin. Contoh: untuk plat dengan tulangan ulir mutu 300 nilai A_smin adalah 0,0020bh.

 Selengkapnya: TEKNIK STRUKTUR BANGUNAN