PERILAKU RUNTUH BALOK DENGAN

TULANGAN TUNGGAL BAMBU TALI

TUGAS AKHIR

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Balok

Balok merupakan elemen struktur lentur yaitu elemen struktur yang

dominan memikul gaya dalam berupa momen lentur dan juga geser. Geser

maksimum pada balok sederhana umumnya terjadi didaerah sekitar tumpuan atau

disekitar beban terpusat yang cukup besar. Dalam pelaksanaanya di lapangan

balok selalu dicor monolit (bersamaan atau menyatu) dengan pelat lantai, maka

dari itu perilaku balok juga dipengaruhi oleh pelat yang ada disekitarnya.

2.2. Beton

Beton merupakan bahan campuran yang terdiri dari agregat kasar dan halus

yang dicampur dengan air dan semen sebagai bahan pengikat dan pengisi antara

agregat kasar dan halus, dan kadang-kadang ditambah dengan bahan tambahan

bila diperlukan (Neville, 1981). Beton juga merupakan campuran antara semen

portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air

dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk massa padat Tata Cara

Perencanaan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 2847-2013). Beton

mempunyai kuat desak yang besar, tetapi kuat tariknya relatif rendah sehingga

beton mudah retak (Park dan Paulay, 1975). Nilai kuat tekan beton relatif tinggi

dibandingkan kuat tariknya dan beton merupakan bahan yang bersifat getas. Nilai

kuat tarik beton berkisar antara 9% - 15% dari kuat tekannya (Dipohusodo,

1994).oleh karena itu, beton bekerja baik pada daerah tekan, sedangkan gaya tarik

dipikul oleh tulangannya, baik yang berasal dari baja maupun dari bahan lainnya.

Hubungan tegangan-regangan beton perlu diketahui untuk menurunkan

persamaan-persamaan analisis dan desain juga prosedur-prosedur pada struktur

beton. Menurut SNI 2847-2013 Tata Cara Perencanaan Struktur Beton

Bertulang, regangan maksimum yang dapat dimanfaatkan pada serat tekan beton

terluar harus diambil sama dengan 0,003 sebagai batas hancur.

6

Gambar 2.1 Hubungan Tegangan – Regangan Beton

(Park & Paulay,1975)

Beton mempunyai sifat yang kuat terhadap tekan dan mempunyai sifat

yang lemah terhadap tarik sehingga pada umumnnya beton hanya diperhitungkan

bekerja dengan baik hanya pada daerah tekan saja pada penampangnya,

sedangkan gaya tarik dipikul oleh tulangannya (Dipohusodo, 1996). Nilai kuat

tekan beton ditentukan dari tegangan tekan tertinggi (f’c) yang dicapai benda uji

pada umur 28 hari. Kuat tekan beton dapat dihitung menggunakan rumus :

f’c =

Dimana :

f’c = kuat tekan beton (MPa)

P = beban maksimum benda uji (N)

A = luas bidang tekan benda uji (mm2)

2.3. Baja Tulangan

Beton tidak dapat menahan gaya tarik melebihi nilai tertentu tanpa

mengalami retak-retak, sehingga perlu diberikan perkuatan penulangan untuk

dapat menahan gaya tarik yang timbul. Untuk keperluan penulangan tersebut

dapat dipergunakan bahan baja. Dibandingkan denganbeton, tulangan merupakan

material berkekuatan tinggi. Baja tulangan dapat memikul tarik maupun tekan.

7

Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting dipergunakan untuk

perhitungan perencanaan beton bertulang adalah tegangan luluh (fy) dan modulus

elastisitas (Es). Hubungan tegangan dan regangan pada baja tulangan secara

umum dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Hubungan Tegangan-Regangan pada Baja

2.4. Balok Beton Bertulangan Bambu

Balok beton dengan tulangan bambu banyak dijumpai di daerah pedesaan

dimana balok beton dengan tulangan bambu banyak digunakan pada struktur

rumah sederhana pada daerah penghasil bambu. Untuk di Bali sendiri bisa

dijumpai di Desa Pengotan, Kabupaten Bangli. Penelitian tentang bambu

dilakukan oleh Pathurahman dkk (2003). Pada penelitian ini digunakan bambu

galah sebagai tulangan balok beton, balok direncanakan under reinforced dan

tidak bertulangan tekan, semua balok diberi tulangan bambu pilinan dengan

diameter 12 mm dan diberi lapisan kedap air. Hasil penelitian menunjukkan

bahwa nilai rata-rata perbandingan antara momen retak awal (eksperimen) dengan

momen perhitungan (teoritis) menunjukkan adanya kecocokan. Dapat

disimpulkan bahwa bambu dapat digunakan sebagai tulangan tarik pengganti baja

khususnya untuk struktur yang sederhana

8

2.5. Bambu

Bambu merupakan tanaman Ordo Bambooidae yang pertumbuhannya cepat

dan dapat dipanen pada umur sekitar 3 tahun. Kekuatan bambu umumnya

dipengaruhi oleh jumlah serat sklerenkin dan selulosa didalam bambu. Kekuatan

bambu di bagian luar jauh lebih tinggi dibandingkan bambu bagian dalam.

Keragaman spesies dan habitat bambu berimplikasi pada perbedaan sifat

penampangnya. Konsekuensinnya, beberapa parameter yang mempengaruhi sifat

mekanikanya perlu diidentifikasi dan diuji. Sifat mekanika bambu meliputi kuat

lentur (bending), kuat tekan (compression), kuat geser (shear), kuat tarik (tension),

puntir (torsion), elastisitas (elasticity), pemuaian panas (thermal expansion) dan

lain-lain.

Bambu juga merupakan bahan yang sangat berpotensi untuk dikembangkan

pemakainnya pada konstruksi bangunan, disamping material konstruksi lainnya

(Janssen, J.J.A. 1991: 1998). Dilihat dari segi ekonomi bambu sangat

menguntungkan karena harganya yang murah dan banyak terdapat di Indonesia

sedangkan dari segi konstruksi bambu mempunyai kekuatan yang cukup baik

(Masdar, 2006). Menurut Liese (1980), bambu tanpa pengawetan hanya dapat

bertahan kurang dari 1-3 tahun jika langsung berhubungan dengan tanah dan tidak

terlindung terhadap cuaca. Bambu yang terlindung terhadap cuaca dapat bertahan

lebih dari 4-7 tahun. Tetapi untuk lingkungan yang ideal, sebagai rangka, bambu

dapat bertahan lebih dari 10-15 tahun. Dengan demikian untuk bambu yang

diawetkan akan dapat bertahan lebih dari 15 tahun.

2.5.1. Bambu Tali

Ribuan jenis bambu sekitar sepersepuluh hidup dinegeri ini. Berumbuh baik

didaerah dataran rendah, hingga didaerah pegunungan. Beberapa jenis bambu

diantaranya yang lazim digunakan untuk material bangungan, antara lain adalah

bambu Tali atau bambu Apus (Gigantochla apuz Kurz)

9

Gambar 2.3 Bambu Tali

Bambu tali merupakan salah satu jenis bambu yang dapat digunakan

sebagai bahan material bangunan. Bambu pada umumnya memiliki ciri-ciri tinggi

batang 45-65 cm, berdiameter 4-10 cm, dan tebal 3-15 mm. Bambu dikenal

memiliki sifat-sifat yang sangat memnguntungkan untuk dimanfaatkan karena

batangnya lurus, kuat, rata, keras dan mudah dibelah. Selain sifat-sifat tersebut

bambu memiliki sifat mekanik, dimana sifat ini berhubungan dengan kekuatan

suatu bahan didalam menahan gaya luar yang bekerja pada bambu tersebut. Sifat

ini dipengaruhi oleh beberapa factor seperti : jenis bambu, umur bambu,

kandungan air pada bambu, dan bagian bambu. Bambu yang digunakan termasuk

penggunaan nodia dan tanpa nodia.

2.5.2. Kuat Tarik Bambu

Pengujian kuat tarik bambu, menurut Morisco dan Marjono (1996) yang

melakukan pengujian terhadap bambu dengan dan tanpa nodia didapatkan hasil

sebagai berikut :

Tabel 2.1 Tegangan tarik bambu tanpa buku kering oven

Jenis Bambu Tegangan Tarik (Mpa)

Bagian Dalam Bagian Luar

Ori 164 417

Petung 97 285

Hitam 69 237

Tutul 146 286

Sumber Morisco (1996)

10

Tabel 2.2 Tegangan tarik rata-rata bambu kering oven

Jenis Bambu Tegangan Tarik (Mpa)

Tanpa Buku Dengan Buku

Ori 291 128

Petung 190 116

Hitam 166 147

Legi 288 126

Tutul 216 74

Galah 253 124

Tali 151 55

Sumber : Morisco (1996)

Berikut rumusan di dalam menghitung kuat tarik pada bambu :

(2.2)

dimana:

fub = tegangan tarik pada batas maksimum (kg/cm2)

Pmax = beban tarik maksimum (kg)

A = luas penampang (cm2)

Kekuatan bambu :

Kekuatan tarik (tegangan patah untuk tarik) 1000-4000 kg/cm2

Kekuatan tekan (tegangan patah untuk tekanan) 250-1000 kg/cm2

Modulus kenyal untuk tarikan 100.000-300.000 kg/cm2

Tegangan izin lentur bambu 100 kg/cm2

Untuk membandingkan kuat tarik bambu dan baja struktur, maka telah

diuji kuat bambu ori dan bambu petung. Bambu petung dibuat dari bahan sekitar

kulit, sedangkan bambu petung dibuat sampai bagian dalam (utuh). Semua

spesimen dibuat dari bagian bambu tanpa buku. Sebagai pembanding dipakai baja

beton dengan tegangan leleh sebesar 240 Mpa, yang mewakili baja beton yang

terdapat dipasaran. Pengujian memakai universal testing machine merek United,

11

dengan kapasitas 136 KN. Mesin uji dilengkapi dengan komputer yang dapat

memberikan keluaran berupa diagram teganagn reganagn lewat plotter/printer.

Operasi mesin uji secara load control. Hasil pengujian dapat dilihat pada gambar

2.4.

Gambar 2.4 Hubungan tegangan-regangan bambu dan baja

Sumber: Morisco (1996)

Pemakaian bambu sebagai bahan tulangan beton, masih perlu diteliti karena

lekatan antara bambu dengan semen kurang baik. Selain itu bambu bersifat sangat

higroskopis, sedangkan kandungan air pada bambu sangat mempengaruhi

kembang-susut bambu. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk memperbaiki

lekatan dan kembang susut bambu sebagai pengaruh dari kandungan air,

diantaranya :

a. Krisnamurthy (1990)

Krisnamurthy melakukan penelitian dengan memberikan lapisan kedap air.

Beberapa bahan lapis kedap air yang telah diteliti antara lain adalah aspal, vernis

atau cat. Namun dari penelitian tersebut hanya dapat mengurangi perubahan

volume air dalam bambu dan tidak memperbaiki lekatan tulangan.

12

b. Surjokusumo dan Nugroho (1996)

Surjokusumo dan Nugroho melakukan penelitian daengan terlebih dahulu

merendam bambu di dalam air selama tiga bulan untuk menurunkan kandungan

patinya. Kemudian bambu tersebut diberikan bahan kimia untuk memperbaiki

lekatan antara bambu dan beton. Namun berdasarkan hasil penelitian ini

menyatakan bahwa dari berbagai pemakaian bahan kimia, pemberian vernis pada

permukaan bambu dapat memberikan hasil yang paling memuaskan untuk

mengurangi pengasuh kembang susut dari beton, namun belum dapat

memperbaiki lekatan dari beton.

2.5.3. Kelebihan dna kelemahan bambu :

Beberapa kelebihan bambu antara lain :

Bambu mempunyai kekuatan cukup tinggi, kuat tariknya dapat

dipersaingkan dengan baja.

Tanaman bambu memiliki ketahanan yangluar biasa

Dari segi ekonomis, bambu jauh lebih terjangkau harganya

dibandingkan dengan baja.

Bambu mudah ditanam dan tidak memerlukan pemeliharaan secara

khusus.

Beberapa kelemahan bambu antara lain :

Bambu memeiliki durabilitas yang sangat rendah sehingga sangat

potensial untuk diserang kumbang bubuk.

Kekuatan sambungan bambu sangat rendha karena perangkaian

batang-batang struktur bambu sering dilakukan secara

konvensioanal.

Sifat bambu yang mudah terbakar

Daya lekat dengan beton yang kurang baik.

13

2.6. Landasan Teori

2.6.1. Kapasitas Lentur Balok

Pada suatu komposisi tertentu balok menahan beban sedemikian sehingga

regangan tekan lentur beton maksimum (Ɛmaks) mencapai 0,003 sedangkan

tegangan tarik baja tulangan mencapai tegangan luluh fy. Apabila hal demikian

terjadi, penampang dinamakan mencapi keseimbangan regangan, atau disebut

penampang bertulang seimbang.

Berdasarkan anggapan – anggapan seperti yang telah dikemukakan dapat

dilakukan pengujian regangan, tegangan dan gaya-gaya yang timbul pada

penampang balok yang bekerja menahan momen batas, yaitu momen akibat beban

luar yang timbul tepat pada saat terjadi hancur. Momen ini mencerminkan

kekuatan dan disebut sebagai kuat lentur ultimit balok.

Beban-beban yang bekerja pada struktur, baik yang berupa beban gravitasi

(berarah vertikal) maupun beban-beban lain, seperti beban angin (dapat berarah

horizontal), atau juga beban karena susut dan beban karena perubahan temperatur,

menyebabkan adanya lentur dan deformasi pada elemen struktur. Lentur yang

terjadi pada balok merupakan akibat adanya regangan yang timbul karena adanya

beban luar yang bekerja pada balok tersebut.

Gambar 2.5 Asumsi Lentur

14

Dimana : L adalah panjang bentang balok (mm, P adalah beban (N), dan

M adalah momen maksimum balok (N-mm).

Menurut Nawy (1990), berdasarkan jenis keruntuhan yang dialami apakah

akan terjadi leleh pada tulangan tarik atau akan terjadi hancurnya beton yang

tertekan, maka balok dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok yaitu :

Gambar 2.6 Regangan Baja pada Keadaan Batas Lentur

1. Keruntuhan Seimbang (balanced reinforced)

Keruntuhan tekan terjadi bila regangan baja tulangan sama besar

dengan regangan lelehnya dimana Ɛs = fy / Es. Dengan demikian :

(2.3)

Dimana cb adalah tinggi garis netral saat kondisi seimbang

Dari persamaan keseimbangan :

(2.4)

(2.5)

15

Karena :

Dalam keadaan keruntuhan seimbang :

Dengan mensubtitusikan harga ab, diperoleh :

Dengan harga Es = 2 x 105 Mpa, diperoleh :

2. Keruntuhan Tekan (Over Reinforced)

Keruntuhan tekan terjadi bila reganga yang terjadi pada daerah baja

tulangan lebih kecil dari regangan leleh baja, sehingga diperoleh

persamaan keseimbangan :

Karena a = β1 c, maka :

Persamaan keseimbangan :

Dari kedua harga diatas diambil a yang berharga terkecil. Selanjutnya

diperoleh :

(2.6)

(2.7)

(2.8)

(2.9)

(2.10)

(2.11)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

(2.15)

16

3. Keruntuhan Tarik (Under Reinforced)

Keruntuhan tarik terjadi bila regangan yang terjadi pada daerah baja

tulangan lebih besar dari regangan lelehnya sehingga diperoleh persamaan

keseimbangan :

Dengan demikian :

Dimana

2.6.2. Teori Lendutan

Suatu struktur haruslah aman dan dapat memberikan pelayanan yang baik.

Struktur dikatakan aman apabila dapat memikul semua beban yang akan bekerja

selama umur rencana tanpa menimbulkan kerugian-kerugian dan masih

mempunyai faktor keamanan (Winter dan Nilson, 1993). Lendutan yang perlu

diperhatikan adalah yang terjadi pada kondisi pembebanan normal. Dalam

keadaan bekerja, suatu struktur memikul beban mati sepenuhnya ditambah dengan

beberapa bagian atau seluruh beban hidup perencanaan maksimum. Faktor

keamanan yang biasa dipakai memberikan kepastian bahwa pada saat memikul

beban kerja, tulangan atau beton tidak akan mengalami tegangan yang besarnya

melebihi batas daerah elastis bahan tersebut.

Park dan Paulay ( 1975 ) mengemukakan hubungan beban dan lendutan

akibat beban seperti ditunjukan pada gambar 2.4 berikut ini :

(2.16)

(2.17)

(2.18)

(2.19)

17

Gambar 2.7 Hubungan antara beban dan lendutan

Hubungan beban – lendutan balok beton bertulang pada dasarnya dapat

diidialisasikan menjadi bentuk trilinier seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.8

sebagai berikut :

Gambar 2.8 Grafik hubungan beban dan lendutan pada balok

18

Keterangan :

Daerah I = taraf pra retak (batang-batang struktural bebas retak)

Daerah II = taraf pasca retak (batang-batang struktural mengalami

retak-retak terkontrol yang masih dapat diterima, baik

ditribusinya maupun lebarnya )

Daerah III = tarif pasca service-ability (tegangan pada tulangan tarik

sudah mencapai tegangan lelehnya)

Lendutan yang diijinkan sangat bergantung pada besarnya lendutan yang masih

dapat ditahan oleh komponen-komponenstruktur yang berinteraksi tanpa

kehilangan penampilan elastis tanpa kerusakan pada elemen yang terdeteksi.

2.6.3. Lendutan Yang Diijinkan Pada Balok

Lendutan yang diijinkan pada sistem struktur sangat bergantung cpada

besarnya lendutan yang masih dapat ditahan oleh komponen-komponen struktur

yang berinteraksi tanpa kehilangan penampilan estetis dan tanpa kerusakan pada

elemen yang melendut. Karena pembatasan lendutan harus ada untuk suatu beban

kerja, maka struktur-struktur yang dirancang konservatif (tegangan pada beton

dan baja cukup kecil) pada umumnya tidak mempunyai masalah dalam hal

lendutan. Akan tetapi struktur-struktur pada masa sekarang dirancnag dengan

menggunakan prosedur kekuatan batas (ultimate), sehingga diperoleh elemen

struktur yang semakin langsing dan dalam hal itu lendutan sesaat maupun jangka

panjang sangat perlu dikontrol.

Pada Tabel 2.3 dicantumkan rekomendasi peraturan SNI 2847-2013

mengenai tebal minimum balok sebagai fungsi dari panjang bentang. Terlihat

disini bahwa untuk balok yang tidak memikul atau tidak dihubungkan dengan

konstruksi yang mungkin rusak akibat lendutan yang besar dan tidak diperlukan

perhitungan lendutan. Lendutan yang lainnya harus dihitung dan dikontrol dengan

menggunakan Tabel 2.4.

19

Tabel 2.1 Tebal minimum balok non pratekan atau pelat satu arah bila

lendutan tidak dihitung *)

*) Panjang bentang l dalam mm

Nilai yang diberikan harus digunakan langsung untuk komponen struktur dengan

beton normal (Wc = 2300 Kg/m3) dan tulangan BJTD 40. Untuk kondisi lain, nilai

diatas harus dimodifikasi sebagai berikut :

1. Untuk beton ringan dengan unit masa diantara 1500-2000 Kg/m3, nilai tadi

harus dikalikan dengan (1,65 – 0,005 Wc) tidak kurang dari 1,09, dimana

Wc adalah unit masa dalam Kg/m3.

2. Untuk fy lain dari 400 Mpa nilainya harus dikalikan dengan (0,4 +

).

20

Tabel 2.4 Lendutan Ijin Maksimum

Sumber : SNI 2847-2013

2.6.4. Analisa Lebar Retak

Beton dapat retak pada tahap awal pembebanan karena material ini sangat

lemah terhadap tarik. Retak mempunyai kontribusi terhadap proses korosi

tulangan, rusaknya permukaan beton dan efek-efek jangka panjang lainnya.

Menurut Winter dan Nilson, metode-metode yang ada dewasa ini

mengenai pengendalian retak sebagian besar didasarkan atas studi percobaan yang

telah menunjukkan hal-hal sebagai berikut :

21

1) Lebar retak dapat dibuat menjdai sekecil mungkin melalui penggunaan

tulangan ulir.

2) Lebar maksimum retak yang disebabkan oleh beban yang bekerja

kurang lebih berbanding lurus dengan besar tegangan yang terjadi pada

tulangan.

3) Lebar retak lentur dibuat sekecil mungkin apabila tulangan tersusun

dengan baik pada daerah tarik beton.

4) Lebar retak pada permukaan beton berbanding lurus dengan jumlah

penutup beton yang disediakan untuk melindungi tangan.

Lebar retak maksimum yang diijinkan dalam suatu elemen struktur

tergatung dari kondisi lingkungan elemen struktur tersebut. Didalam SNI 03-

2847-2002 tentang Tata Cara Perhitungan struktur Beton Untuk Bangunan gedung

tidak membahas tentang lebar retak maksimum yang diijinkan , namun didalam

ACI Committe 224 memberikan petunjuk mengenai lebar retak toleransi seperti

yang ditunjukkan dalam tabel 2.3 berikut :

Tabel 2.3 Lebar retak toleransi menurut ACI Committee 244

Kondisi Lingkungan Lebar retak toleransi

(mm)

Udara kering atau membran terlindung 0.41

Udara lembab, tanah senyawa kimia 0.3

Air laut, basah maupun kering 0.18

Struktur penahan air 0.15

Tidak termasuk pipa tak tertekan 0.10

22

2.6.5. Analisa Data

2.6.5.1. Rata-Rata Hitung (Mean)

Nilai rata-rata dari sekumpulan data statistik pada umumnya cenderung

berada disekitar titik pusat penyebaran data dan merupakan gambaran umum atau

nilai yang dianggap mewakili nilai nilai sekelompok atau sederetan data

(Wirawan,2011).

Rata-rata dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

(2.20)

Dimana :

: rata-rata hitung

Xi : nilai sampel ke-i

n : jumlah sampel

2.6.5.2. Standar Deviasi

Dari hasil penelitian trhadap beberapa sample akan mendapatkan suatu

hasil yang nilainya menyebar sekitar suatu nilai rata-rata tertentu. Makin besar

nilai penyebaran tersebut terhadap nilai rata-rata, makin kecil tingkat

penyebarannya makin sempurna tingkat ketepatan datanya. Ukuran besar kecilnya

penyebarann dari hasil-hasil penelitian ini disebut nilai Standar Deviasi (S).

Standar Deviasi dirumuskan :

√

(2.21)

Dimana :

S : standar deviasi

Xi : nilai ke-i

: rata-rata hitung

2.6.5.3. Koefisien Variasi (Covarian)

23

Koefisien variasi adlah perbandingan antara simpangan baku

sekelompok data/pengamatan dengan rata-rata hitungnya (mean). Koefisien

variasi paling banyak digunakan dalam statistic untuk membandingkan

kehomogenan sekelompok data dengan kelompok data lainnya, baik dengan

satuan yang sama ataupun satuan kedua kelompok tersebut berbeda. Semakin

kecil koefisien variasinya maka semakin homogenya seragam kelompok data

tersebut. Maksudnya data-data tersebut terkonsentrasi dekat kepusat (rata-rata)

kumpulan data tersebut (Wirawan,2001)

Koefisien variasi untuk sampel dirumuskan sebagai berikut :

Dimana :

CoV = koefisien variasi (covarian)

S = standar deviasi

= rata-rata hitung sampel