Minggu 1B (Pendahuluan)

Struktur Beton

1

PENDAHULUAN

Struktur Beton

2

Outline

• Contoh Elemen Struktur Beton Bertulang• Kelebihan dan Kekurangan Struktur Beton• Proses Desain• Keadaan Batas (Limit States)• Filosofi Disain• Pembebanan

Struktur Beton

3

Balok diperlukan untuk mentransfer beban lantai ketumpuan melalui aksi lentur.

Tegangan tarik lentur dan geser akan terbentuk dan harus diperhitungkan:

Balok Beton Bertulang

retak lentur tul. longitudinal dicor

dalam beton dan menahan tarik setelah terbentuk retak lentur

Tul. Long.

retak geser

sengkang di cor dalam beton dan menahan tarik setelah terbentuk retak geser

sengkang

Struktur Beton

4

Kolom Beton Bertulang

Kolom mentransfer beban aksial dr lantai atas ke lantai dibawahnya.:

balok mentransfer beban ke kolom

kolom

Pondasi mentransfer beban ke tanah dan menahan beban kolom

beton – semakin tinggi f’c --> semakin tinggi kekuatan kolom

baja tul vertical - menambah kekuatan kolom

Tulangan pengekang (ties) – menahan tekuk tul vertikal

Struktur Beton

5

Beberapa Kelebihan Struktur Beton

• Ekonomis– Sistem lantai yang relatif tipis

– Bahan mudah diperoleh

• Material beton cocok digunakan untuk fungsi arsitektural (dapat dibentuk) dan struktural

Mengurangi tinggi bangunan Beban angin yang lebih kecil

Mengurangi kebutuhan cladding

Struktur Beton

6

Kelebihan Struktur Beton (Lanjutan)

• Tahan terhadap api– Bangunan beton memiliki ketahanan terhadap

api selama 1 – 3 jam tanpa harus dilindungi bahan tahan api (bangunan kayu dan baja harus dilindungi bahan tahan api untuk mencapai tingkat ketahanan yang sama).

• Kekakuan– Kekakuan dan massa yang lebih besar sehingga

dapat mengurangi goyangan akibat angin dan getaran lantai (akibat pengaruh orang berjalan)

Struktur Beton

7

Kelebihan Struktur Beton (Lanjutan)

• Biaya perawatan yang rendah

• Ketersediaan material– Pasir, kerikil, semen, air dan fasilitas

pencampuran beton mudah diperoleh.– Baja tulangan lebih mudah dibawa ke lokasi

konstruksi dibandingkan profil baja.

Struktur Beton

8

Kekurangan Struktur Beton

• Rawan retak

• Kuat tarik yang rendah

~ 0.1 fcjika tidak diberikan penulangan yang tepat akan terjadi retak.

Struktur Beton

9

Kekurangan Struktur Beton(Lanjutan)

• Membutuhkan bekisting dan perancah

– Diperlukannya bekisting (acuan) untuk membentuk penampang.

– Diperlukannya sistem perancah untuk menahan beton yang belum mengeras hingga beton tersebut mencapai kekuatan yang memadai.

– Biaya tambahan tenaga kerja dan material, yang tidak akan ada bilamana digunakan material bangunan lain seperti baja atau kayu

Struktur Beton

10


• Kekuatan per unit volume relatif rendah.– fc’ ~ (5-10% dari kekuatan baja)

– Membutuhkan volume yang lebih besar– Bangunan bentang panjang biasanya

menggunakan baja.

Struktur Beton

11


• Perubahan volume dengan bertambahnya waktu– Beton dan Baja mengalami perpendekan dan

perpanjangan yang relatif sama akibat suhu.

– Beton dapat mengalami susut, yang dapat menyebabkan defleksi tambahan dan keretakan

– Beton juga mengalami rangkak pada saat menahan beban tetap, yang menyebabkan peningkatan defleksi seiring dengan bertambahnya waktu

Struktur Beton

12

Proses Desain

• Tahap 1: Pendefinisian kebutuhan dan prioritas klien (Lingkup

AR).– Tinjauan fungsi– Tinjauan keindahan/ estetika– Tinjauan pendanaan/ budget

Struktur Beton

13

Proses Desain(Lanjutan)

• Tahap 2: Pengembangan konsep desain– Pengembangan alternatif layout struktur– Memperkirakan ukuran awal komponen

struktur dan biaya untuk masing2 alternatif– Memilih sistem struktur yang paling optimal

• kepantasan• ekonomis• mudah dirawat

Struktur Beton

14


• Phase 3: Desain sistem struktur

– Analisis struktural ( berdasarkan desain awal)• Gaya dalam momen• Gaya dalam geser• Gaya dalam aksial• Gaya dalam torsi dan kombinasinya

Struktur Beton

15


• Phase 3: Desain sistem struktur

– Desain elemen/ komponen struktur

• Dimensioning elemen struktur untuk menahan gaya- gaya dalam

– aspek estetika

– kemudahan dilaksanakan

– kemudahan dirawat

• Mempersiapkan spesifikasi teknis

Struktur Beton

16

Limit States (Keadaan Batas)

Limit State: keadaan dimana struktur atau elemen struktur sudah tidak

dapat berfungsi sebagaimana yang direncanakan pada awalnya.

Keadaan batas (limit states) untuk struktur beton bertulang terdiri dari:– Keadaan Batas Ultimate– Keadaan Batas Layan/ Serviceability– Keadaan Batas Khusus/ Spesial

Struktur Beton

17

Keadaan Batas Ultimate• Keruntuhan sebagian atau keseluruhan bangunan (sangat jarang

terjadi) harus dihindari karena dapat menyebabkan korban jiwa• Hilangnya keseimbangan dari sebagian atau seluruh struktur sebagai

suatu kesatuan (terjadinya kemiringan, atau sliding).• Terjadinya rupture pada bagian elemen struktur yang kritis yang dapat

menyebabkan kegagalan/ keruntuhan sebagian atau keseluruhan struktur (kegagalan lentur, geser dll).

• Penjalaran keruntuhan– Keruntuhan setempat akibat pembebanan yang berlebih dapat

menyebabkan keruntuhan pada sekitarnya dan keruntuhan secara keseluruhan pada akhirnya

– Perlu integritas struktur yang dapat diperoleh dengan menyatukan elemen2 struktur menggunakan detail penulangan yang tepat sehingga dapat memberikan lintasan beban alternatif pada saat terjadi kegagalan setempat.

Struktur Beton

18

Keadaan Batas Ultimate(Lanjutan)

• Terbentuknya mekanisme plastis - lelehnya tulangan membentuk sendi plastis.

• Ketidakstabilan akibat deformasi struktur dapat menyebabkan tekuk.

• Fatigue (kelelahan) – komponen struktur dapat mengalami kegagalan akibat pembebanan berulang.

Struktur Beton

19

Keadaan Batas Layan/ Serviceability

• Terganggunya fungsi struktur, tetapi tidak sampai terjadi keruntuhan.

• Lebih dapat ditoleransi dibandingkan keadaan batas ultimit (ultimate limit state)– Defleksi yang berlebihan pada tahap layan dapat

menyebabkan:

• Tidak berfungsinya mesin

• Gangguan pandangan visual

• Kerusakan elemen non-struktural

• Perubahan distribusi gaya

• Genangan air pada atap runtuhnya atap

Struktur Beton

20

Keadaan Batas Layan/Serviceability (Lanjutan)

– Lebar retak yang berlebihan korosi pada tulangan struktur mengalami kerusakan.

– Vibrasi yang berlebihan dan tidak dikehendaki

• vertikal lantai/ jembatan• lateral/torsional bangunan tinggi

• Perubahan pembebanan

Struktur Beton

21

Keadaan Batas Khusus

Kerusakan/kegagalan yang disebabkan kondisi atau pembebanan yang tidak normal.– Gempa bumi yang kuat rusak/runtuh– Banjir/tsunami rusak/runtuh– Kebakaran, ledakan, atau tertabrak kendaraan.– Lingkungan yang agresif korosi– Ketidakstabilan jangka panjang secara fisik

maupun kimiawi.

Struktur Beton

22

Limit States Design

• Mengidentifikasi seluruh kemungkinan mode keruntuhan.• Menentukan level keamanan yang masih dapat diterima

untuk bangunan normal sesuai dengan peraturan/code - beban

- kombinasi/ faktor beban• Pertimbangkan kondisi batas yang paling menentukan.

– struktur didesain berdasarkan keadaan batas ultimit– kemudian keadaan batas layan (Serviceability) dichek. Contoh beberapa hal khusus:

• Tangki air (lebar retak sangat dibatasi)• Guideway untuk monorel (defleksi sangat dibatasi)

Struktur Beton

23

Peraturan SNI/ACIKetika dua material seperti baja dan beton bekerja bersama, dapat dimengerti bahwa perilakunya menjadi kompleks, sehingga analisis kekuatan komponen struktur beton bertulang dilakukan secara semi-empiris, namun tetap rasional. Prinsip semi-rasional dan metod-metodenya ini terus menerus dikembangkan dan diperbaharui dengan terus berakumulasinya hasil penelitian eksperimental dan teoritis. American Concrete Institute (ACI), menjadi pusat pengembangan ini, mengeluarkan peraturan mengenai bangunan beton. SNI mengadopsi hampir secara penuh peraturan ACI.

Struktur Beton

24

Philosofi Desain

Dua philosofi desain yang dikenal:

• Metode beban kerja (Working stress method) yang fokus pada kondisi beban layan.

• Metoda kuat ultimit (Strength design method) yang fokus pada pembebanan yang lebih besar daripada beban layan; dimana keruntuhan

mungkin terjadi.

Strength design method dianggap lebih realistik secara konseptual untuk memberi level keamanan yang lebih pasti.

Struktur Beton

25

Strength Design Method

Dalam metoda kuat ultimit, besarnya beban layan dinaikan dengan menggunakan suatu faktor untuk mendapatkan beban dimana keruntuhan mungkin “terjadi”. Beban ini disebut beban terfaktor atau faktor ultimit

Kuat yang dibutuhkan untukKuat rencana

memikul beban terfaktor

Struktur Beton

26

Metode Kuat Ultimit

Kuat rencana diperoleh dari perhitungan sesuai dengan persyaratan yang dicantumkan pada peraturan bangunan yang berlaku (SNI/ACI) dan kuat perlu diperoleh dari analisis struktur dengan menggunakan beban terfaktor/ultimit.

“Kuat rencana” sering disebut juga dengan “kuat ultimit”.

Struktur Beton

27

Philosofi Dasar PerencanaanBerdasarkan SNI-03-2847-02

Pasal 11.1.1:

Struktur dan komponen struktur harus direncanakan hingga semua penampang mempunyai kekuatan rencana minimum sama dengan kuat perlu, yang dihitung berdasarkan kombinasi beban dan gaya terfaktor yang sesuai dengan ketentuan tata cara ini.

Rn 1 S1 + 2 S2 + …

Struktur Beton

28

Pasal 11.1.2:Komponen struktur juga harus memenuhi

ketentuan lain yang tercantum dalam tata cara ini untuk menjamin tercapainya perilaku struktur yang cukup baik pada tingkat beban kerja.

Struktur Beton

29

Aturan Safety (Keamanan)

Struktur dan komponen struktur harus selalu dirancang untuk dapat menahan kondisi beban berlebih.

Ada tiga alasan utama kenapa hal tersebut harus ditinjau:

[1] Ketidakseragaman kekuatan/tahanan struktur

[2] Kondisi pembebanan yang bervariasi

[3] Resiko kegagalan.

Struktur Beton

30

Ketidakseragaman Tahanan Struktur

• Variasi kekuatan material beton dan baja tulangan.

• Perbedaan dimensi pada gambar rencana dan kenyataan dilapangan

• Akibat dari penyederhanaan rumusan dan asumsi yang digunakan pada perhitungan.

Struktur Beton

31

Ketidakseragaman Tahanan Struktur

Contoh perbandingan momen runtuh hasil test dan hasil perhitungan untuk beton bertulang dengan

fc > 13.8 MPa.

Struktur Beton

32

Kondisi Pembebanan yang Bervariasi

Distribusi frekuensi komponen beban hidup yang tetap (sustained) di perkantoran

Struktur Beton

33

Resiko Kegagalan

• Potensi timbulnya korban jiwa.• Biaya untuk membersihkan puing – puing dan

penggantian struktur beserta isinya. • Biaya yang harus dibayarkan pada masyarakat.• Tipe keruntuhan, adanya tanda2 akan terjadinya

keruntuhan, adanya alternatif lintasan beban (load path)

Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dalam menentukan tingkat keamanan yang dapat diterima

Struktur Beton

34

Margin of Safety

Distribusi tahanan dan pembebanan digunakan untuk memperoleh tingkat probabilitas keruntuhan struktur.

Struktur Beton

35

Margin of SafetyPersamaan

Y = R - S

disebut margin of safety. Tingkat probabilitas kegagalan didefinisikan sebagai:

Dan indeks keamanan (safety index) adalah

Y

Y

0 dari obabilitasPr YPf

Struktur Beton

36

Pembebanan

1.SPESIFIKASI

Dapat mengacu pada peraturan pembebanan Indonesia (SNI) atau Uniform Building Code (UBC) atau International Building Code (IBC)

Struktur Beton

37

Beban Mati

• Berat dari seluruh bagian bangunan yang permanen.

• Besar beban tetap dan lokasinya juga tetap

• Beban mati bergantung pada berat jenis material bangunan. Sebagai contoh untuk material beton berat normal, berat jenis = 2400 kg/m3

Struktur Beton

38

Beban Mati

Contoh beban mati Berat struktur

(dinding, lantai, atap, langit-langit, tangga ) Perlengkapan bangunan yang sifatnya tetap

(HVAC, perpipaan, kabel dan raknya dll)

Beban mati dapat juga bersifat tidak pasti: Tebal perkerasan Tebal timbunan tanah

Struktur Beton

39

Beban – Beban Hidup

Beban yang dihasilkan akibat pemanfaatan struktur.

Biasanya berupa beban maksimum yang mungkin terjadi akibat pemanfaatan bangunan

Besarnya beban hidup yang diambil tidak boleh lebih kecil dibandingkan dengan yang telah ditetapkan dalam peraturan.

Tergantung pada jenis elemen struktur dan beban yang ditinjau, nilai beban hidup dapat direduksi.

Contoh (lihat Peraturan Pembebanan) tangga perumahan : 300 Kg/m2ruang perkantoran : 250 Kg/m2

Struktur Beton

40

Beban – Beban Lingkungan

• Gempa bumi

• Angin

• Tekanan tanah/air

• Genangan air hujan

• Perbedaan suhu

• Perbedaan penurunan

Struktur Beton

41

Beban Atap• Beban minimum pekerja dan peralatan/material konstruksi

selama masa pembangunan dan perawatan/perbaikan.

• Genangan air hujan

– Atap harus dapat memikul beban dari air hujan yang terkumpul pada saat saluran tersumbat.

– Keruntuhan pada tampungan:

Genangan air hujan terjadi didaerah defleksi maksimum

Akibatnya meningkatkan defleksi

Mengakomodasi penambahan air siklus berlanjut…

Potensi keruntuhan

Struktur Beton

42

Beban – Beban saat Konstruksi

• Peralatan konstruksi

• Beban pekerja

• Berat bekisting yang memikul berat beton segar (beton yang belum mengeras.)

Struktur Beton

43

Kombinasi-kombinasi Beban (Lihat Pasal 11.2)

• Kombinasi beban mati dan beban hidup: U = 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (A atau R)

A= Beban Atap dan R = Beban Hujan

• Jika pengaruh angin ikut diperhitungkan:

• Jika pengaruh gempa harus diperhitungkan:U = 1,2 D + 1,0 LR 1,0 E atau

U = 0,9 D 1,0 E

terbesar yang pengaruh ambil W 1,6 D 0,9 U

atau R) atau(A 0,5 W 1,6 L 1,0 D 1,2U

Struktur Beton

44

Kuat Rencana(Lihat Pasal 11.3)

1. Lentur, tanpa beban aksial ………………………………………… . 0,80

2. Beban aksial dan beban aksial dengan lentur a. aksial tarik dan aksial tarik dengan lentur …..……………. 0,80

b. aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur: i. komponen struktur dengan tulangan spiral ……... 0,70 ii. komponen struktur lainnya ………….. 0,65

3. Geser dan torsi …………………………………………… ……………0,75 4. Tumpuan pada beton …………………………………………………..0,655. Beton polos struktural …………………………………………………..0,55

Struktur Beton

45

Beberapa Ketentuan Dasar SNI• Kuat tekan beton struktural minimum = 17.5

MPa (K-210);

• Untuk struktur tahan gempa, kuat tekan beton minimum = 20 MPa (K-250);

• Baja tulangan yang digunakan haruslah tulangan ulir. Baja polos hanya diperkenankan untuk tulangan spiral atau tendon;

• Batasan tulangan di atas tidak berlaku untuk jaring kawat baja polos.

Minggu 1B (Pendahuluan)

Documents

Transcript of Minggu 1B (Pendahuluan)