Buku Guru-01

19
Program Diploma Sipil FTSP-ITS Jalan Menur 127 Surabaya 60116 Telp. (031)-5947637 Faks. (031)-5938025 ( Semester IV - BG : Kurikulum Berbasis Kompetensi ) Penggunaan Beton Bertulang sebagai Bahan Bangunan Penggunaan Beton Bertulang sebagai Penggunaan Beton Bertulang sebagai Bahan Bangunan Bahan Bangunan Buku Guru Struktur Beton Dasar PS-0463 Struktur Beton Dasar PS Struktur Beton Dasar PS - - 04 04 6 6 3 3 Npevm . 12

Transcript of Buku Guru-01

Page 1: Buku Guru-01

Program Diploma Sipil FTSP-ITSJalan Menur 127 Surabaya 60116Telp. (031)-5947637 Faks. (031)-5938025

( Semester IV - BG : Kurikulum Berbasis Kompetensi )

Penggunaan Beton Bertulang sebagai Bahan Bangunan

Penggunaan Beton Bertulang sebagai Penggunaan Beton Bertulang sebagai Bahan BangunanBahan Bangunan

Buku Guru

Struktur Beton Dasar PS-0463Struktur Beton Dasar PSStruktur Beton Dasar PS--04046633

Npevm!. 12

Page 2: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-2

Jogpsnbtj! Vnvn

Tujuan Instruksional Umum :Mahasiswa mengenal beton bertulang sebagai bahan bangunan.

Tujuan Instruksional Khusus :Mahasiswa dapat menyebutkan bahan-bahan pembentuk beton, dapat menentukan nilai kuat tekan beton untuk berbagai bentuk benda uji dan umur pengujian, dapat menentukan kuat tekan beton berdasarkan data hasil pengujian atas banyak benda uji, dapat menentukan modulus elastisitas beton, mengenal sifat kuat tarik beton, dan mengetahui pengelompokan mutu kekuatan dan ukuran baja tulangan.

Posisi Modul ini dalam Garis Waktu Perkuliahan :

""""""""""""""""""""""""%01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Page 3: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-3

Efgjojtj!!Cfupo

Beton adalah suatu bahan yang didapatkan dari pencampuran antara pasir, kerikil (koral / batu pecah mesin) atau agregat lainnya, yang diikat bersama-sama oleh pasta dari semen hidraulik dan air. Bahan-bahan tersebut, bila dicampur dengan baik, dan dengan menggu-nakan proporsi yang tepat, akan menghasilkan suatu massa yang bersifat plastik yang bisa dicetak ke dalam bentuk dan ukuran yang dikehendaki. Dengan proses hidrasi yang terjadi pada pasta, beton akan menjadi suatu bahan dengan kekuatan dan kekerasan yang serupa batu, yang selanjutnya bisa dipergunakan untuk berbagai macam keperluan [4].

Beton = Pasir + Kerikil + Pasta Semen + (Admixtures)

Agregat halus Agregat kasar

Pasta Semen = Semen hidraulik + Air

Page 4: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-4

Latar Belakang SejarahLatar Belakang SejarahLatar Belakang SejarahPenggunaan beton dapat dijumpai pada hampir semua jenis konstruksi, mulai dari jalan raya, saluran air, jembatan, bendungan, sampai ke bangunan-bangunan gedung yang indah & artistik.Penggunaan beton tak bisa dilepaskan dari ditemukannya bahan semen. Dalam sejarah disebutkan, bahwa penggunaan semen bisa dirunut sampai pada jaman peradaban Mesir Kuno dan Romawi (dengan bangunan-bangunan kunonya yang terkenal). Tetapi penemuan semen portland modern selalu dikaitkan dengan Joseph Aspdin, insinyur bangunan dari Leeds, Inggris, yang telah mematenkan penemuannya itu pada tahun 1824. Kini, dunia memproduksi semen portland sebanyak 700 juta metrik ton setahunnya.Joseph Monier, pemilik sebuah rumah sakit di Paris, pada tahun 1867 membuat uraian tentang penggunaan beton bertulang untuk keperluan-keperluan praktis. Ia berhasil mengenali beberapa penggunaan beton bertulang yang potensial pada masa-masa mendatang, dan juga telah melakukan perluasan penerapan beberapa metoda baru. Sebelum Monier, pemberian tulangan pada beton dengan besi telah dikenal sebelumnya, dan bahkan beberapa diantaranya telah dipatenkan. Misalnya, Lambot dari Perancis, yang pada 1854 telah membuat perahu kecil, yang kemudian mendapatkan hak paten pada 1855. Di dalam patennya ditunjukkan balok dan kolom (tiang) dari beton yang diberi penulangan dengan 4 batang besi bulat di dalamnya. Orang Perancis lainnya, Francois Coignet, pada 1861 mempublikasikan bukunya yang menjabarkan beberapa bentuk penerapan beton bertulang dalam konstruksi. Pada 1854, W.B. Wilkinson dari Inggris mendapatkan hak patennya untuk lantai beton bertulang.Paten Perancis pertama dari Monier segera disusul oleh paten-paten berikutnya, seperti untuk pipa dan tangki pada 1868, konstruksi flat plates pada 1869, jembatan pada 1873, dan tangga pada 1875. Ini segera disusul dengan hak-hak paten yang diberikan oleh Jerman kepadanya, yaitu untuk ikatan pada rel K.A., pot bunga bulat, flat plates, dan saluran irigasi. Sedemikian jauh hasil yang diperolehnya, nampaknya dia tidak memiliki pengetahuan kwantitatif untuk menjelaskan perilaku struktur atau memaparkan metoda untuk melakukan perhitungan desain padanya.

Page 5: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-5

Di A.S., perintisan dilakukan oleh Thaddeus Hyatt. Dia, yang sebenarnya seorang pengacara, melaku-kan eksperimen pada balok-balok beton bertulang pada sekitar tahun 1850-an. Di dalam eksperimennya, dia meletakkan batang-batang tulangan besi di daerah tarik, membengkokkannya ke atas di daerah dekat perletakan, dan menjangkarkannya di daerah tekan. Sebagai tambahan, tulangan-tulangan melintang (sengkang vetikal) dipasangkan di daerah dekat perletakan. Percobaan Hyatt ini baru diketahui oleh umum pada 1877, ketika dia mempublikasikan hasil pekerjaannya tersebut. Kemudian E.L. Ransomepada 1884 telah mematenkan penggunaan batang baja tulangan deformed dari jenis pilin (twisted).Paten-paten Jerman dari Monier dijual kepada G.A. Wayss & Co, perusahaan Jerman, pada tahun 1880. Sejak saat itu, banyak pengujian pada kekuatan struktur beton dilakukan oleh para insinyur Jerman. Sebagai hasilnya, berbagai teori dan metoda perhitungan telah dipublikasikan oleh Koenen & Waysspada 1886. Sedangkan hasil-hasil pengujian oleh Wayss & J. Bauschinger dipublikasikan pada 1887.Dalam kurun waktu 1891–1894 di daratan Eropa, beberapa peneliti telah mempublikasikan hasil-hasil pekerjaannya – beberapa di antaranya adalah Moeller (Jerman), Wunsch (Hungaria), Melan (Austria), Hennebique (Perancis), dan Emperger (Hungaria). Walaupun demikian, pemakaian secara praktis tidak begitu meluas seperti di A.S.Berikutnya, selama perioda 1850–1900, relatif sedikit hasil-hasil penelitian yang dipublikasikan, karena para insinyur dalam bidang beton bertulang menganggap metoda konstruksi dan perhitungan yang dipakainya sebagai rahasia dagang. Pada sekitar pergantian abad, terdapat begitu banyak konsep danpraktek yang saling berbeda, yaitu dalam hal metoda desain, tegangan ijin, dan cara penulangannya. Pada tahun 1903 di A.S., dibentuklah komite gabungan yang beranggotakan perwakilan dari semua organisasi yang berkepentingan dalam masalah beton bertulang. Sejak saat itu dimulailah standarisasi / penyeragaman dalam hal penerapan pengetahuan desain beton bertulang.

Latar Belakang Sejarah; _tÇ}âàtÇ @ D <

Latar Belakang SejarahLatar Belakang Sejarah; _tÇ}âàtÇ; _tÇ}âàtÇ @@ DD <<

Page 6: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-6

Pada dasawarsa awal dari abad ke–20, terjadi kemajuan yang sangat pesat dalam beton bertulang. Banyak peneltian untuk menentukan perilaku elemen balok, kekuatan tekan beton, dan modulus elastisitas, telah dilakukan oleh A.N. Talbot, F.E. Turneaure, dan M.O. Withey (semuanya dari A.S.), dan Bach (Jerman). Dalam kurun 1916–1930, riset-riset dipusatkan pada masalah perilaku kolom yang dibebani secara aksial. Selanjutnya, pada kurun antara 1930–1940, masalah-masalah mengenai kolom yang dibebani secara eksentris, pondasi, dan kekuatan batas pada balok telah mendapatkan perhatian khusus.Pada tahun 1950-an, penelitian telah diperluas pada masalah beton pratekan; dan pada 1960-an, pada masalah kekuatan sebagai kriteria desain. Perilaku beban gabungan antara lentur, geser, dan puntir telah mendapatkan perhatian yang serius. Demikian juga halnya dengan perilaku beberapa jenis sistem pelat lantai, telah dikaji secara eksperimental. Masalah ketahanan gempa dari struktur, yang meliputi juga perilaku dinding geser, telah mendapatkan dan akan tetap menarik perhatian yang meluas dari para insinyur bangunan. Lebih banyak ilmu pengetahuan tentang perilaku struktur yang telah dicapai sejak tahun 1950-an sampai dengan sekarang, jika dibandingkan dengan selama waktu-waktu sebelumnya yang digabungkan keseluruhannya.Pemahaman pada perilaku struktur beton bertulang masih jauh dari lengkap, sejalan dengan peraturan-peraturan dan spesifikasi bangunan yang menentukan prosedur desain yang terus berubah, yang merefleksikan kemajuan-kemajuan yang dicapai dengan penemuan-penemuan yang lebih mutakhir.

Latar Belakang Sejarah; _tÇ}âàtÇ @ E <

Latar Belakang SejarahLatar Belakang Sejarah; _tÇ}âàtÇ; _tÇ}âàtÇ @@ EE <<

Page 7: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-7

Lvbu! Uflbo! Cfupo

f A/S

Kuat tekan beton terutama ditentukan oleh faktor air – semen, fA/S.

Semakin kecil fA/S semakin tinggi kekuatannya.

Semakin besar fA/S semakin rendah kekuatannya.

Dibutuhkan sejumlah tertentu kadar air agar terjadi proses hidrasi yang sempurna pada beton.

Page 8: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-8

Vkj!Lvbu!Uflbo!Cfupo

Δl

Uji Tekan Hancur Silinder Beton :

P

l0l

4

2DA π=

APfc ='

0

'l

lc

Δ=ε

Luas penampang :

Tegangan :

Regangan :

Page 9: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-9

Bentuk Benda Uji Perbandingan Kuat Tekan

Kubus 15 cm x 15 cm x 15 cm 1.00

Kubus 20 cm x 20 cm x 20 cm 0.95

Silinder 15 cm x 30 cm 0.83

Umur Beton (hari) 3 7 14 21 28 90 365

Semen Portland Biasa 0.40 0.65 0.88 0.95 1.00 1.20 1.35

Semen Portland dengan kuat awal yang tinggi 0.55 0.75 0.90 0.95 1.00 1.15 1.20

Konversi & Korelasi Nilai Kuat Tekan Beton untuk berbagai macam Bentuk Benda Uji dan Umur Pengujian

Konversi & Korelasi Nilai Kuat Tekan Beton untuk Konversi & Korelasi Nilai Kuat Tekan Beton untuk berbagai macam Bentuk Benda Uji dan Umur Pengujianberbagai macam Bentuk Benda Uji dan Umur Pengujian

100 kg/cm2 95 kg/cm2 83 kg/cm2

Konversi bentuk Benda Uji

Korelasi Umur Pengujian

37

1421

28 hari90

365

4065 88

95100 kg/cm2

120135

Page 10: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-10

ReganganTegangan

α

ε0 = 2 fc"/Ec εcu' = 0.0038

fc" 0.15 fc"

Ec = tan α

Tegangan, fc

Regangan, εc

Linier

0.5 fc"

Modulus awal

Modulus sekan

Modulus tangen pada 0.5 fc'

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

2

00

2"εε

εε cc

cc ff

)002.00015.0( 0 ≤≤ ε )004.0'003.0( ≤≤ cuε

Hubungan Tegangan – Regangan BetonHubungan Tegangan Hubungan Tegangan –– Regangan BetonRegangan Beton

Bentuk tipikal kurva hubungan tegangan – regangan beton

Semakin tinggi tegangan, semakin kecil regangan runtuhnya

Semakin rendah tegangan, semakin besar regangan runtuhnya

Model matematika kurva hubungan tegangan – regangan beton oleh Hognestadt

Ada 2 daerah kurva : lengkung parabola & linier menurun

0 < εc’ [ ε0 lengkung parabola

ε0 < εc’ [ εcu’ linier menurun

Page 11: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-11

Menentukan Kuat Tekan Beton berdasarkan Data Hasil Pengujian pada banyak Benda Uji

Menentukan Kuat Tekan Beton berdasarkan Data Hasil Menentukan Kuat Tekan Beton berdasarkan Data Hasil Pengujian pada banyak Benda UjiPengujian pada banyak Benda Uji

. . . . . . . . . . . . . . . .

1 2 3 4 5 6

Rata-rata : fc1’ Rata-rata : fc2’ Rata-rata : fc3’ Rata-rata : fcn’

Sff cc ⋅−= α''

n

ff

n

ici

c

∑== 1'

( )1

''1

−=

∑=

n

ffS

n

icci

Banyaknya benda uji , n

Faktor modifikasi untuk standar deviasi , α

15 1.16

20 1.08

25 1.03

30 atau lebih 1.00

Rata-rata :

Standar Deviasi :

Page 12: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-12

Lvbu!Ubsjl!CfupoLvbu!Ubsjl!CfupoLvbu!Ubsjl!Cfupo

Kuat tarik beton juga merupakan sifat yang penting karena berhubungan erat dengan panjang dan lebar retak di dalam struktur.

Kuat tarik beton ditentukan nilainya dengan uji Split Silinder. Silinder beton, dengan ukuran yang sama dengan yang dipakai dalam uji tekan hancur, diletakkan terbaring di bawah mesin penguji, sehingga beban diberikan padanya pada sisi panjangnya. Ketika kuat tariknya tercapai, maka silinder akan terbelah (splitting) menjadi dua. Tegangan tarik yang timbul ke arah melintang diameter adalah sebesar : 2P/(πhd).

Kuat tarik beton juga bisa dievaluasi dengan uji lentur (bending test) pada suatu balok beton tak bertulang dengan penampang bujur sangkar ukuran sisi 15 cm. Nilai kuat tarik yang dihasilkan, yang disebut dengan modulus keruntuhan (modulus of rupture), yang dinotasikan dengan fr , didapatkan dari rumus lentur M/W, dimana : M = momen, W = modulus penampang = I/y, I = momen inersia pada arah sumbu lenturannya, dan : y = setengah tinggi penampang.

Page 13: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-13

Kuat tarik yang didapatkan dari uji split biasanya berkisar antara 50% + 75% dari modulus keruntuhan fr . Untuk pemakaian praktis, nilai modulus keruntuhan ditentukan dengan rumus pendekatan sebagai berikut :

Catatan : 1 psi = 0.006895 N/mm2 atau MPa.

dimana : K = koefisien yang bernilai antara 7 + 13 untuk satuan psi, dan bernilai0.70 untuk satuan N/mm2 sebagai yang dipakai oleh SNI 03-2847-2002

fc’ = kuat tekan silinder beton umur 28 hari [N/mm2 atau MPa].

Modulus elastisitas beton bervariasi dengan kuat tekannya. Dia juga tergantung pada umur beton, sifat-sifat agregat dan semennya, laju pembebanan, dan bentuk serta ukuran benda ujinya. Mengacu pada kurva tegangan – regangan beton di depan, akan terlihat ada beberapa nilai modulus, yaitu modulus awal, modulus sekan, dan modulus tangen pada 0.5 fc’. Biasanya, modulus elastisitas ditentukan dari modulus sekan pada tegangan antara 0.25 fc’ sampai 0.5 fc’. Sebagai hasil analisis statistikal dari data yang ada, nilai modulus elastisitas untuk beton normal ditentukan oleh SNI 03-2847-2002 menurut rumus empiris sebagai berikut [2] :

( N/mm2 )

dimana : fc’ = kuat tekan silinder beton 28 hari

'cr fKf =

'4700 cc fE =

Page 14: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-14

Pembanding Poisson. – Angka pembanding Poisson (Poisson’s ratio) adalah nilai perbandingan antara regangan arah melintang dengan regangan pada arah pembebanan uniaksial yang diberikan. Angka ini untuk beton berkisar antara 0.15 + 0.20.

Rangkak dan Susut Beton. – Rangkak (creep) dan susut (shrinkage) adalah defor-masi yang tergantung pada waktu. Kedua hal tersebut telah mengundang keprihatinan yang besar pada para insinyur bangunan karena banyaknya hal-hal yang belum dike-tahui mengenai mereka. Beton bersifat elas-tik hanya pada pembebanan jangka pendek saja. Akibat deformasi tambahan yang terja-di dengan berjalannya waktu, maka perilaku effektif dari beton akan bergeser ke arah in-elastik. Lendutan yang terjadi setelah waktu yang panjang sulit untuk diprediksikan, teta-pi pengendalian lendutan sangat penting un-tuk meyakinkan daya layan (serviceability) struktur selama umur rencana bangunan.

Page 15: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-15

Cbkb!UvmbohboCbkb!UvmbohboCbkb!UvmbohboBatang (bar)Jaring kawat las (welded wire fabric)Kawat (wire)

Di A.S., bahan untuk baja tulangan didapatkan dari :1) ASTM A615 baja billet Grade-40 dan 60,2) ASTM A616 baja rel Grade-50 dan 60,3) ASTM A617 baja gandar Grade-40 dan 60, dan –4) ASTM A706 baja low-alloy Grade-60 ( banyak dibengkokkan atau di las ).

Permukaan batang baja tulangan berulir / bersirip (deformed) diberikan profil untuk memperbaiki lekatannya dengan beton di sekelilingnya.

Page 16: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-16

Kurva Hubungan Tegangan-Regangan

Baja Tulangan

Kurva Hubungan Tegangan-Regangan

Baja Tulangan

α

εy = fy /Es εsu

fy

Tegangan, fs

Regangan, εs

Es = tan αModulus elastisitas :

fsu

εsf

εsh

fsfY SH

U

F

P

P

D

l0

Elastik Leleh(Yield)

Strain-hardening Kehilangankekuatan

Y = Yield (leleh )SH = Strain-hardeningU = Ultimate (batas)F = Fracture (patah).

Nilai tegangan leleh yang disebutkan (specified yield strength), fy , biasanya menunjuk pada suatu nilai jaminan minimum. Nilai yang sebenarnya, bila diuji secara independen, bisa menunjukkan harga yang lebih besar daripada harga tersebut. Nilai modulus elastisitas, dinotasikan dengan Es , adalah kemiringan bagian linier elastik dari kurva, biasanya diambil : Es = 2 x 105 N/mm2.

Page 17: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-17

Nilai Tegangan Leleh, fyMutu BajaN/mm2 kg/cm2

U-22 220 2200

U-24 240 2400

U-28 280 2800

U-32 320 3200

U-39 390 3900

U-48 480 4800

6220.1206900.0920.004517Grade-70

5600.1406210.1080.011414Grade-60

4970.1685520.1260.019345Grade-50

4350.1964830.1380.027276Grade-40

AST

M

5030.1625590.1320.013400Bj.TD-40

4450.1784900.1450.021350Bj.TD-35

4350.2054800.1550.032300Bj.TP-30

3440.2373820.2100.047240Bj.TP-24PUB

I-1982

fsf(MPa)εsf

fsu(MPa)εsuεsh

fy(MPa)Mutu Baja

Cfcfsbqb!Qfohfmpnqplbo!Nvuv!Cbkb!Uvmbohbo

Page 18: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-18

Untuk keperluan praktis dalam perhitungan, kurva tegangan regangan Baja Tulangan diidealisasikan sebagai berikut :

α

εy = fy /Es εsu

fy

Tegangan, fs

Regangan, εs

Es = tan αModulus elastisitas :

fu

εsh

Elastik Leleh(Yield)

Strain-hardening Kehilangankekuatan

Kurva yang sebenarnyaKurva idealisasi

0.030

Diabaikan

Page 19: Buku Guru-01

Struktur Beton Dasar PS-0463 Dicky Imam Wahjudi Modul - 01 BG-01-19

Beberapa Pengelompokan Ukuran Diameter batang Baja Tulangan

Beberapa Pengelompokan Ukuran Diameter batang Beberapa Pengelompokan Ukuran Diameter batang Baja TulanganBaja Tulangan

No. Batang Diameter(mm)

Luas Penampang(mm2)

Berat(kg/m)

# 3 9.52 71.18 0.56

# 4 12.70 126.68 0.99

# 5 15.87 197.80 1.55

# 6 19.05 285.02 2.23

# 7 22.22 387.77 3.04

# 8 25.40 506.71 3.97

# 9 28.57 641.08 5.06

# 10 31.75 791.73 6.40

# 11 34.92 957.72 7.91

# 14 44.45 1551.79 11.38

# 18 57.15 2565.20 20.24

No. Batang Diameter(mm)

Luas Penampang(mm2)

Berat(kg/m)

6 6 28.27 0.21

8 8 50.27 0.38

10 10 78.54 0.60

12 12 113.10 0.852

14 14 153.94 1.16

16 16 201.06 1.52

18 18 254.47 1.92

20 20 314.16 2.37

22 22 380.13 2.87

25 25 490.87 3.70

28 28 615.75 4.65

30 30 706.86 5.30

32 32 804.25 6.07

40 40 1256.64 9.47

50 50 1963.50 14.80

60 60 2827.43 21.30

ASTM UNESCO