Konstruksi Balok dan plat beton bertulang

 TEKNIK STRUKTUR BANGUNAN DENGAN KONSTRUKSI BETON 

Sifat dan Karakteristik Beton sebagai Material Bangunan 

Material Penyusun Beton Bertulang 

Konstruksi dan Detail Beton Bertulang  : Detail Beton Bertulang  

Aplikasi Konstruksi Beton bertulang

Persyaratan kekuatan beton bertulang untuk perancangan struktur

Konstruksi Balok dan plat beton bertulang

a) Balok Beton:

   - Balok bentang sederhana menahan beban dan mengalami deformasi lentur. Saat terjadi deformasi lentur, bagian atas balok mengalami regangan tekan, sementara bagian bawah mengalami regangan tarik.

   - Tulangan baja ditempatkan di bagian bawah untuk menahan tegangan tarik. Oleh karena itu, balok ini disebut sebagai balok bertulangan tarik.

   - Bagian atas penampang tetap memiliki perkuatan tulangan untuk membentuk kerangka kokoh pada sudut komponen.

   - Tulangan pada balok dipengaruhi oleh beban, ukuran, dan syarat-syarat tumpuan. Tumpuan dianggap kaku jika tidak mengalami deformasi.

   - Tiga jenis syarat tumpuan yang dipertimbangkan:

     - Tumpuan bebas, jika mengalami perputaran sudut.

     - Tumpuan terjepit penuh, jika tidak memungkinkan perputaran.

     - Tumpuan terjepit sebagian, jika memungkinkan sedikit perputaran.

b) Plat Beton:

   - Perencanaan plat beton bertulang tidak hanya mempertimbangkan pembebanan, tetapi juga ukuran dan syarat-syarat tumpuan tepi.

   - Terdapat tiga jenis tumpuan pada plat: bebas, terjepit penuh, dan terjepit sebagian atau elastis.

   - Jenis-jenis plat termasuk plat yang menumpu menerus sepanjang dua tepi sejajar, panel plat, dan plat menerus untuk pondasi.

   - Panel adalah bagian segiempat suatu plat dengan tepi-tepi dikelilingi oleh tumpuan-tumpuan.

   - Plat yang tertumpu pada dua sisinya juga bisa disebut sebagai bentang balok, analogi dengan balok.

   - Dalam kasus plat terjepit pada dinding bata, meskipun ada momen jepit, umumnya dianggap sebagai tumpuan bebas.

Jenis tumpuan pada plat beton 

Distribusi tegangan

Distribusi tegangan dapat dijelaskan sebagai berikut:

- Pada beban kecil, distribusi tegangan bersifat linier, dengan nilai tegangan nol pada garis netral dan sebanding dengan regangan yang terjadi, seperti yang terlihat pada Gambar berikut.

Perilaku lentur pada beban kecil

- Pada beban sedang, kuat tarik beton terlampaui dan retak muncul. Beton tidak dapat menahan gaya tarik melintasi retak, sehingga tulangan baja mengambil alih untuk menanggung seluruh gaya tarik. Distribusi tegangan pada penampang yang retak (seperti pada Gambar dibawah) diperkirakan terjadi pada nilai tegangan beton hingga setengah dari (f'c).

Perilaku lentur pada beban sedang

- Pada beban yang sangat besar (ultimat), nilai regangan dan regangan tekan akan meningkat, dan tegangan tekan beton tidak lagi sebanding di antara keduanya. Tegangan tekan beton membentuk kurva non-linear di atas garis netral (daerah tekan), serupa dengan kurva tegangan-regangan seperti pada Gambar berikut. Kapasitas batas kekuatan beton terlampaui, dan tulangan baja mencapai titik luluh/leleh, sehingga beton mengalami kerusakan. Struktur bisa mengalami runtuh sebagian meskipun belum hancur sepenuhnya. Regangan maksimum tekan beton yang disebut sebagai regangan ultimat biasanya diambil sebesar 0,003 atau 0,3%, berdasarkan hasil-hasil pengujian.

Perilaku lentur pada beban ultimit

Kuat Lentur pada Balok Beton Bertulang

Kuat lentur (M_n) adalah kekuatan lentur balok dan bergantung pada resultan gaya tekan dalam (ND) dan resultan gaya tarik dalam (NT).

1. Kuat Lentur pada Gaya Tekan Beton:

   - (M_n) pada gaya tekan beton dihitung menggunakan rumus:

     - (ND): Resultan gaya tekan dalam

     - (f'c): Kuat tekan beton

     - (b): Lebar balok

     - (a): Kedalaman blok tegangan

     - (d): Tinggi efektif balok

2. Kuat Lentur pada Gaya Tarik Tulangan Baja:

   - (M_n) pada gaya tarik tulangan beton dihitung menggunakan rumus:

(diatas)

     - (As): Luas tulangan tarik

     - (fy): Tegangan leleh baja

Nilai (a) dapat dihitung dengan rumus:

Sesuai SNI 03-2847-2002, faktor (beta_1) harus diambil 0.85 untuk beton dengan kuat tekan (f'c) kurang dari atau sama dengan 30 MPa. Untuk beton dengan (f'c) di atas 30 MPa, (beta_1) harus dikurangi sebesar 0.05 untuk setiap kelebihan 7 MPa di atas 30 MPa, tetapi tidak boleh kurang dari 0.65.

Pembatasan Jumlah Tulangan Tarik pada Struktur Beton

Dalam struktur beton yang menggunakan penulangan tarik saja, aturan dari SNI 03-2847-2002 menetapkan bahwa jumlah tulangan baja tarik tidak boleh melebihi 0,75 dari jumlah yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan regangan. Ini dapat dijelaskan dengan rumus: 

Pentingnya aturan ini adalah untuk memastikan bahwa saat struktur mengalami kerusakan, meluluhnya tulangan baja tarik terjadi terlebih dahulu sebelum terjadi kerusakan yang lebih serius atau mendadak. Batas penulangan ini juga berkaitan dengan rasio penulangan ((rho)), yang merupakan perbandingan antara luas penampang tulangan tarik (As) dengan luas efektif penampang (lebar b dikali tinggi efektif d).

Dengan pembatasan penulangan maksimum sebesar 0,75 kali rasio penulangan keadaan seimbang ((Pb)), yaitu:

Sementara batas minimum rasio penulangan ditentukan oleh rumus:

Batas minimum penulangan penting untuk mencegah kerusakan yang tiba-tiba, seperti pada balok tanpa tulangan. Meskipun begitu, balok beton dengan tulangan tarik minimal harus tetap memiliki kekuatan momen yang lebih besar dari balok tanpa tulangan. Pada plat tipis dengan ketebalan tetap, penulangan minimum juga 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 MR, Momen tahanan pada kuat lentur Mn) 

3) Hitung rasio penulangan: 

4) Bandingkan hasilnya dengan 0,75 ρb atau ρmaks juga terhadap ρinin untuk 

menentukan apakah penampang memenuhi syarat. 

5) Hitung kedalaman blok tegangan beton tekan: 

6) Hitung panjang lengan kopel momen dalam: z = d – ½ a 

7) Hitung momen tahanan (dalam) ideal Mn

Mn = NT z = As fy z, atau 

Mn = ND z = 0,85 As fc’ abz

MR = φ Mn

Analisis Plat Lentur Satu Arah

Petak plat dibatasi oleh balok utama pada kedua sisi pendek dan balok tambahan pada kedua sisi panjang. Jika plat didukung di keempat sisinya, disebut sebagai plat dua arah, dimana lenturannya terjadi pada dua arah yang saling tegak lurus. Namun, jika perbandingan sisi panjang terhadap sisi pendek kurang dari 2, plat dianggap hanya bekerja sebagai plat satu arah dengan lentur utama pada arah yang lebih pendek.

Plat satu arah adalah plat yang menyalurkan beban normal ke elemen pendukung utamanya hanya pada satu arah utama. Dalam kasus ini, diagram momen pada dasarnya tetap konstan sepanjang lebar plat. Oleh karena itu, desain plat satu arah dapat dilakukan dengan cara yang mirip dengan balok penyusunnya pada lebar unitnya.

Desain balok ini menggunakan langkah dan rumusan yang sama dengan balok segiempat biasa. Persyaratan penutup pada plat satu arah umumnya lebih kecil daripada balok, sekitar ¾ inch. Gaya internalnya biasanya lebih rendah, sehingga ukuran tulangan yang digunakan lebih kecil. Desain juga dapat dikendalikan dengan mempertimbangkan tulangan susut dan suhu sebanyak mungkin. Faktor geser jarang menjadi kendala, dan pemasangan tulangan transversal sulit pada plat satu arah.

Karena beban bekerja mengikuti arah sisi pendek, plat terlentur satu arah bisa dianggap sebagai perilaku suatu balok persegi dengan tinggi setebal plat dan lebar satu satuan panjang (umumnya 1 meter). Jika plat diberi beban merata, plat akan melengkung satu arah, menciptakan momen lentur pada arah tersebut. Beban merata diukur dalam satuan kN/m² (kPa), karena diperhitungkan untuk setiap satuan lebar (1 meter), membuatnya menjadi beban per satuan panjang (kN/m).

Penulangan plat dihitung untuk setiap satuan lebar dan merupakan jumlah rata-rata. Menurut SNI 03-2847-2002, plat struktural juga harus memiliki tulangan susut dan suhu yang berjalan tegak lurus terhadap tulangan utama. Tulangan ulir yang digunakan sebagai tulangan susut dan suhu harus memenuhi persyaratan tertentu, seperti memiliki rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton tidak kurang dari 0,001. Selain itu, tulangan susut dan suhu harus dipasang dengan jarak tidak lebih dari lima kali tebal plat atau 450 mm.

Jenis–jenis struktur plat beton 

Prosedur analisis dan perhitungan momen lentur pada plat terlentur satu arah dilakukan dengan cara yang mirip dengan balok persegi. Perhatian khusus diberikan pada perhitungan nilai minimum As yang diperlukan untuk tulangan susut dan suhu. Pemeriksaan nilai minimum dilakukan dengan membandingkan nilai Asmin. Sebagai contoh, untuk plat dengan tulangan ulir mutu 300, nilai Asmin adalah 0,0020bh.

Tabel Rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton

Selengkapnya mengenai Teknik Struktur Bangunan