RINGKASAN MATERI STRUKTUR BETON I“GAYA GESER”

Nama : NikodimusNim : 3201001057Semester : 3Kelas : A

Teknik Sipil (d3)

TEKNIK SIPIL D3POLITEKNIK NEGERI PONTIANAK

TAHUN AJARAN2011 / 2012

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

PENDAHULUAN

Beton sebagai bahan struktur bangunan telah dikenal sejak lama karena mempunyai

banyak keuntungan-keuntungan dibanding dengan bahan bangunan yang lain.

Perencanaan komponen struktur beton dilakukan sedemikian rupa sehingga tidak timbul

retak berlebihan pada penampang sewaktu mendukung beban kerja dan masih

mempunyai cukup keamanan serta cadangan kekuatan untuk menahan beban dan

tegangan lebih lanjut tanpa mengalami keruntuhan. Timbulnya tegangan-tegangan lentur

akibat terjadinya momen karena beban luar dan tegangan tersebut merupakan faktor yang

menentukan dalam menetapkan dimensi geometris penampang komponen struktur.

Proses perencanaan atau analisis umumnya dimulai dengan memenuhi persyaratan

terhadap lentur, kemudian baru sisi lainnya seperti geser. Kemudian retak panjang

penyaluran dianalisis sehingga seluruhnya memenuhi syarat.

Perencanaan struktur berdasarkan analisa batas (limit analysis) telah banyak

diselidiki melalui berbagai penelitian selama hampir empat dasawarsa belakangan ini.

Berbagai manfaat telah diperoleh melalui penyelidikan dan penelitian tersebut, terutama

pada kekuatan balok dan pelat yang dibebani geser, torsi dan beban kombinasi.

Berdasarkan pertimbangan bahwa perilaku struktur beton sangat beragam, maka

penggunaan metode limit analysis belum meluas dan sebagian masih membutuhkan

penelitian yang mendalam. Walaupun demikian, pada umumnya struktur beton dirancang

bertulangan lemah (under-reinforced) dimana kuat strukturnya terutama ditentukan oleh

lelehnya tulangan, dan dari berbagai percobaan yang mendalam menunjukkan bahwa

pendekatan limit analysis memberikan hasil yang sangat memuaskan termasuk beton

bertulangan kuat (over-reinforced). Pendekatan melalui limit analysis dapat dinyatakan

dalam dua kategori, pertama berdasarkan lower bound (static) dan kedua berdasarkan

upper bound (kinematic). Pendekatan kinematic pada umumnya dipergunakan pada

rancangan yang sudah ada (existing design) karena keseimbangan dari model yang

dipakai hanya berlaku untuk keadaan tertentu, sedangkan pendekatan metode static dapat

diterapkan langsung dalam perancangan dan detailing karena kekuatan beton dan baja

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

tulangan yang dibutuhkan dapat diperoleh dari sistem keseimbangan gaya-gaya dalam

dari struktur yang dibebani sampai beban batas (ultimate load)..

Beton bertulang sebagai elemen balok harus diberi penulangan yang berupa

penulangan lentur (memanjang) dan penulangan geser. Penulangan lentur dipakai untuk

menahan pembebanan momen lentur yang terjadi pada balok. Penulangan geser

(penulangan sengkang) digunakan untuk menahan pembebanan geser (gaya lintang) yang

terjadi pada balok. Ada beberapa macam tulangan sengkang pada balok, yaitu sengkang

vertikal, sengkang spiral, dan sengkang miring. Ketiga macam tulangan ini sudah lazim

diterapkan dan sangat dikenal, yang dikenal sebagai tulangan sengkang konvensional.

Tulangan tipe ini mempunyai konsep perhitungan bahwa bagian tulangan sengkang yang

berfungsi menahan beban geser adalah bagian pada arah vertikal (tegak lurus terhadap

sumbu batang balok), sedangkan pada arah horisontal (di bagian atas dan bawah) tidak

diperhitungkan menahan beban gaya yang terjadi pada balok. Beban geser balok

menyebabkan terjadinya keretakan geser, yang pada umumnya dekat dengan tumpuan

balok beban gesernya besar. Kondisi ini menjalar ke arah vertical horizontal menuju

tengah bentang balok Keretakan geser menyebabkan terbelahnya balok menjadi dua

bagian yang dipisahkan oleh garis keretakan geser tersebut, yaitu bagian bawah retak

geser dan bagian atas retak geser. Keretakan ini semakin lama semakin besar, sehingga

kedua bagian balok akan terbelah.

Berdasarkan kejadian ini, bagian tulangan sengkang pada arah vertikal adalah

tulangan yang berhubungan langsung dengan keretakan geser tersebut. Tulangan ini

mencegah terbelahnya balok akibat adanya keretakan geser, karena berfungsi untuk

mengikat antara bagian balok di bawah retak geser dan bagian balok di atas retak geser.

Retak geser pada balok tidak akan terjadi jika direncanakan dengan tepat agar mampu

menahan gaya geser tersebut.

Balok yang terlentur pada saat bersamaan juga menahan gaya geser akibat lenturan.

Kondisi kritis geser akibat lentur ditunjukkan dengan timbulnya tegangan-regangan tarik

tambahan di tempat tertentu pada komponen struktur terlentur. Apabila gaya geser yang

bekerja pada struktur beton bertulang cukup besar hingga di luar kemampuan beton,

maka perlu dipasang baja tulangan tambahan untuk menahan geser tersebut.

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

RETAKAN PADA BALOK AKIBAT GAYA GESER

Jika ada sebuah balok yang ditumpu secara sederhana (yaitu dengan tumpuan

sendi-rol), kemudian di atas balok diberi beban cukup berat, balok tersebut dapat terjadi 2

jenis retakan, yaitu retak yang arahnya vertikal dan retakan yang arahnya miring.

Retak vertikal terjadi akibat kegagalan balok dalam menahan beban lentur,

sehingga biasanya terjadi pada daerah lapangan (benteng tengah) balok, karena pada

daerah ini timbul momen lentur paling besar. Retak miring terjadi akibat kegagalan balok

dalam menahan gaya geser, sehingga biasanya terjadi pada daerah ujung (dekat tumpuan)

balok, karena pada daerah ini timbul gaya geser/gaya lintang paling besar.

Untuk memberikan gambaran cukup jelas tentang bekerjanya gaya geser/gaya

lintang pada balok, diambil sebuah elemen kecil dari beton yang berada di dekat ujung

balok, kemudian elemen tersebut diperbesar sehingga dapat dilukiskan gaya-gaya geser

di sekitar elemen beton seperti gambar di bawah.

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

Pada gambar (a), akibat berat sendiri dan beban-beban di atas balok, maka pada tumpuan

kiri maupun kanan timbul reaksi (RA dan RB) yang arahnya ke atas, sehingga pada

tumpuan kiri terjadi gaya lintang/geser sebesar RA ke atas.

Gaya lintang RA ini berakibat pada elemen beton (yang diperbesar) pada gambar (b)

sebagai berikut :

1. Arah reaksi RA ke atas, sehingga pada permukaan bidang elemen sebelah kiri

terjadi gaya geser dengan arah ke atas pula.

2. Karena elemen beton berada pada keadaan stabil, berarti terjadi keseimbangan

gaya vertikal pada elemen beton, sehingga pada permukaan bidang elemen

sebelah kanan timbul gaya geser ke bawah. Kedua gaya geser pada kedua

permukaan bidang (bidang kiri dan kanan) ini besarnya sama.

3. Akibat gaya geser ke atas pada kedua permukaan bidang kiri dan gaya geser ke

bawah pada permukaan bidang kanan, maka pada elemen beton timbul momen

yang arahnya sesuai dengan arah putaran jarum jam.

4. Karena elemen beton berada pada keadaan stabil, berarti terjadi keseimbangan

momen pda elemen beton, sehingga momen yang ada harus dilawan oleh momen

lain yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan dengan arah putaran jarum

jam.

5. Momen lawan yang arahnya berlawanan dengan arah jarum putaran jam pada

item 4) dapat terjadi, jika ada permukaan bidang elemen sebelah atas ada gaya

geser dengan arah kiri, dan pada permukaan bidang elemen sebelah bawah ada

gaya geser dengan arah ke kanan.Kedua gaya geser terakhir ini besarnya juga

sama.

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

Pada gambar (c), terjadi keadaan berikut :

1. Gaya geser ke atas pada permukaan bidang kiri dan gaya geser ke kiri pada

permukaan bidang atas, membentuk resultante R yang arahnya miring ke kiri-atas.

2. Gaya geser ke bawah pada permukaan bidang kanan dan gaya geser ke kanan

pada permukaan bidang bawah, juga membentuk resultante R yang arahnya

miring ke kanan-bawah.

3. Kedua resultant yang terjadi dari item 1 dan item 2 tersebut sama besarnya, tetapi

berlawanan arah dan saling tarik-menarik.

4. Jika elemen beton tidak mampu menahan gaya tarik dari kedua resultant R, maka

elemen beton akan retak dengan arah miring, membentuk sudut 45 derajat.

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

UNSUR PENAHAN GAYA GESER

Meskipun elemen beton dapat menahan gaya geser/gaya lintang yang bekerja pada

balok, tetapi jika gaya geser tersebut cukup besar(terutama pada daerah ujung balok),

maka elemen beton yang arahnya miring (menyudut).Untuk mengatasi retak miring

akibat gaya geser maka pada lokasi yang gaya gesernya cukup besar ini diperlukan

tulangan khusus, yang disebut tulangan geser.

Sebetulnya retak miring pada balok dapat ditahan dengan 4 unsur, yaitu :

1) Bentuk dan kekasaran permukaan agregat beton (pasir dan kerikil). Bentuk agregat

yang tajam/menyudut dan permukaannya kasar sangat kuat menahan geser, karena

agregat akan saling mengunci, sehingga mempersulit terjadinya slip (tidak mudah

retak) seperti terlihat pada gambar (a). Tetapi jika agregat berbentuk bulat dan

permukaannya halus tidak kuat menahangaya geser karena mudah terjadi slip

(mudah retak), seperti terlihat pada ambar(b).

2) Retak geser ditahan oleh gaya tarik dan gaya potong ( dowel action ) dari tulangan

longitudinal, seperti terlihat pada gambar (c)  dan gambar (d).

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

3) Retak geser ditahan oleh struktur beton

4) Retak geser ditahan oleh gaya tarik tulangan geser, baik berupa tulangan miring

maupun tulangan begel, seperti terlihat pada gambar (e) dan (f)

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

Pemasangan begel balok dilaksanakan dengan melingkupi tulangan longitudinal,

dan kedua tulangan tersebut saling diikat dengan kawat binddrad. Dengan demikian,

begel tersebut selain berfungsi untuk menahan gaya geser, juga berfungsi mencegah

pergeseran tulangan longitudinal akibat gaya potong, sehingga kedudukan longitudinal

lebih kuat.

Menurut pasal 13.1.1 SNI 03-2847-2002, pada perencanaan penampang yang

menahan gaya geser harus didasarkan pada kuat geser nominal (Vn), yang ditahan oleh 2

macam kekuatan, yaitu : kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser

(Vs). Dengan demikian pengaruh kekasaran agregat, gaya tarik dan gaya potong tulangan

longitudinal tidak diperhitungkan, sehingga “keamanan” pada perencanaan.

PERENCANAAN PENULANGAN GESER

Perencanaan geser untuk komponen struktur terlentur didasarkan pada anggapan

bahwa beton menahan sebagian dari gaya geser, sedangkan kelebihannya/kekuatan geser

di atas kemampuan beton untuk menahannya dilimpahkan kepada tulangan baja geser.

Cara yang umum dilaksanakan dan lebih sering dipakai untuk penulangan geser adalah

menggunakan sengkang, selain pelaksanaannya lebih mudah juga menjamin ketepatan

pemasangannya. Penulangan dengan sengkang hanya memberikan andil terhadap

sebagian pertahanan geser karena formasi/arah retak yang miring. Cara penulangan

demikian terbukti mampu memberikan sumbangan untuk peningkatan kuat geser ultimit

komponen struktur yang mengalami lenturan. Persamaan (3.4-3) SK SNI T-15-1991-03,

untuk komponen struktur yang menahan geser dan lentur saja, memberikan kapasitas

kemampuan beton (tanpa penulangan geser) untuk menahan gaya geser adalah Vc,

VC = bw d (1)

atau menggunakan persamaan sebagai berikut:

VC = (+ + 120 ρw ( ) bw d (2)

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

dengan Mu adalah momen terfaktor yang terjadi bersamaan dengan gaya geser terfaktor

maksimum Vu pada penampang kritis, sedangkan batas atas faktor pengali dan Vu adalah

sebagai berikut:

≤ 1,0 (3)

VC ≤ (0,30 ) bw d (4)

dengan:

Vc = kuat geser beton (N)

fc′ = kuat tekan beton (N/mm2)

bw = lebar efektif penampang balok (mm)

ρw = ratio luas tulangan lentur dengan luas penampang balok

Mu = momen akibat beban luar yang bekerja (Nmm)

Kuat geser ideal beton dikenakan factor reduksi kekuatan φ = 0,60, sedangkan kuat geser

rencana Vu didapatkan dari hasil penerapan faktor beban, nilai Vu lebih mudah

ditentukan dengan menggunakan diagram gaya geser. Meskipun secara teoritis tidak

perlu penulangan geser apabila Vu ≤ φ Vc, peraturan mengharuskan untuk selalu

menyediakan penulangan geser minimum pada semua bagian struktur beton yang

mengalami lenturan (meskipun hasil perhitungan tidak memerlukannya), kecuali untuk

plat dan fondasi plat, struktur balok beton rusuk seperti yang ditentukan dalam Pasal

3.1.11 SK SNI T-15-1991-03, balok yang tinggi totalnya tidak lebih dari 250 mm, atau

2,5 kali tebal flens, atau 1,5 kali lebar badan balok, diambil yang lebih besar, dengan

rumus:

Vu ≤ ½ φ Vc (dengan φ = 0,60) (5)

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

Harga Vc dihitung berdasarkan kondisi sebagai berikut :

a) Untuk kombinasi geser dan lentur:

Atau dengan perhitungan yang lebih rinci :

b) Untuk kombinasi geser dan aksial tekan :

c) Untuk kombinasi geser dan aksial tarik :

a) Bila Vu ≤ Ф.Vc. tidak perlu tulangan geser , hanya tulangan geser praktis

b) Bila 0,5. Ф.Vc < Vu < Ф.Vc, gunakan tulangan geser minimum

c) Bila Vu > Ф.Vc, diperlukan tulangan geser, dengan gaya yang harus ditahan oleh

sengkang sebesar :

Vs = Vn – Vc

Untuk sengkang vertikal :

Untuk sengkang miring :

Untuk tulangan sejajar yang ditekuk miring :

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

Nilai Vs harus lebih kecil dari bw.d

Perhitungan Vu harus dilakukan oada penempang kritis. Letak penampang kritis pada

tumpuan balok yang menghasilkan tegangan tekan dapat dievaluasi pada jarak d dari

perletakan, gambar 4.10.(a),(b),(c). Sedangkan untuk tumpuan yang memberikan

tegangan tarik, penampang kritis harus dievaluasi pada muka kolom, gambar 4.10.(d),(e),

(f).

Gambar Letak penampang kritis dalam mengevaluasi Vu

Jarak maximum tulangan geser adalah :

a) Bila Vs < 1/3.bw.d.√(f’c), jarak maximum d/2 atau 600 mm.

b) Bila Vs > 1/3.bw.d.√(f’c), jarak maximum d/4 atau 300 mm.

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

CONTOH SOAL

1. Sebuah balok beton dengan dimensi lebar 400 mm dan tinggi 500 mm, dibuat dengan

menggunakan beton mutu f’c=22,5 Mpa dan baja tulangan fy = 300Mpa. Jika balok

digunakan untuk menahan gaya geser sebesar 200 Kn,rencanakan tulangan geser yang

diperlukan.

Penyelesaian!!

Misalkan tinggi efektif penampang (d) = 450 mm

Misalkan gaya geser 157 KN terletak pada jarak d dari tumpuan , maka :

Vn= Vc + Vs

= = 209,33 kN

Vc=

Vc= x

.Vc = 0,75 x 106,7 = 80 kN

Vu > . Vc

200 kN > 80 kN diperlukan tulangan geser

Vs= – Vc

= 209,33 – 106,7 = 102,633 kN

Nilai Vs harus lebih kecil dari

= x Vs = 102,633 Kn

Dicoba dipakai sengkang 10 mm (As = 0,79

Av= 2 x As = 2 x 0,79 = 1,58 = 158

Dipakai sengkang vertical :

Vn=

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

102,633=

S = 207,827 mm

1/3. . = 1/3. . = 213,5 Kn

102,633 213,5 jarak sengkang maksimum adalah d/2 = 450/2 = 225 mm atau 600 mm

Di pasang sengkang 10 mm dengan jarak 125 mm ( 10 – 125 mm)

2. Balok beton bertulang berukuran 300 mm x 500 mm terletak di atas tumpuan sederhana

seperti tampak pada gambar diatas .Di atas balok tersebut bekerja beban mati plat

(q_dpelat) = 2 kN/m’ dan beban hidup (qL) = 7 kN/m’. Jika berat beton diperhitungkan

sebesar 25 kN/m3 , hitunglah momen perlu dan momen nominal untuk perencanaan

balok tersebut!

Penyelesaian!!

(a) Menghitung momen perlu balok (Mu balok)

Berat balok = 0,3 x 0,5 x 25 = 3,75 kN/m’

Beban mati :

Beban mati = Berat balok, (q_Dbalok) + Berat plat (q_Dpelat)

=    3,75  kN/m’                       +   2,00 kN/m’

=    5,75 kN/m’

Momen akibat beban mati

MD (Momen Dead) = 1/8 * qD * L2 = 1/8  * 5,75 * 82   = 46 kN- m

Momen akibat beban hidup

ML (Momen Life) = 1/8 * qL * L2 = 1/8 * 7 * 82   = 56  kN- m

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057

Momen perlu balok (Mu)

Mu = 1,2 MD + 1,6 ML

= 1,2 (46) + 1,6 (56)

= 144,8 kN-m

Menghitung Mu dengan cara lain :

Beban perlu (qu) = 1,2*qD + 1,6*qL

= 1,2*5,75 + 1,6* 7

= 18,1 kN/m’

Momen perlu (Mu) = 1/8* qu*L2

= 1/8* qu* L2

= 144,8 kN-m

(b)Menghitung momen nominal Mn balok

Nilai kuat rencana = faktor reduksi kekutan * kuat tekan nominal

Jadi, momen rencana (Mr) = faktor reduksi kekutan * Momen nominal (Mn)Menurut persamaan diperoleh : Mr > atau = Mu

Jika diambil Mr = Mu = 144,8 kN.m, dan faktor reduksi kekuatan untuk (struktur menahan lentur) = 0,80 maka diperoleh

Mn = Mr/ faktor reduksi kekuatan

= 144,8/0,8

= 181 kN.mJadi, Mn = 181 kN.m

Ringkasan Struktur Beton I (Gaya Geser) 3201001057