Struktur- Beton 1-P1 PDF

Preview

Summary

Warning: TT: undefined function: 32nullMODUL PERKULIAHANSTRUKTURBETON 1Modul 1: Sifat Material BetonFakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh Teknik Teknik Sipil01W111700019 Paksi Dwiyanto Wibowo, S., M.Abstract KompetensiModul ini membahas mengenai prinsip dasar struktur beton mencakup...

Description

MODUL PERKULIAHAN

STRUKTUR BETON 1 Modul 1: Sifat Material Beton Fakultas

Program Studi

Teknik

Teknik Sipil

Tatap Muka

01

Kode MK

Disusun Oleh

W111700019

Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

Abstract

Kompetensi

Modul ini membahas mengenai prinsip dasar struktur beton mencakup material penyusun, elemen struktur serta kelebihan dan kekurangan dari struktur tersebut.

Diharapkan setelah membaca modul ini mahasiswa dapat memahami mengenai prinsip dasar struktur beton mencakup material penyusun, elemen struktur serta kelebihan dan kekurangan dari struktur tersebut.

Pembahasan 1.

Prinsip Dasar Struktur Beton Beton merupakan perpaduan antara material konstruksi pasir, kerikil/ batu pecah, semen dan air. Meskipun terkadang terdapat beberapa material tambahan yang dicampur untuk memerbaiki sifat-sifat beton seperti meningkatkan workability, durability dan waktu perkerasan beton. Campuran beton tersebut seiring berjalannya waktu akan mengeras sehingga memiliki kuat tekan yang tinggi namun kuat tarik yang rendah. Beton bertulang adalah kombinasi antara beton dan tulangan baja yang bekerja bersamasama memikul beban yang ada. Kehadiran tulangan baja di dalam beton memberikan kuat tarik yang tidak dimiliki oleh beton. Tidak hanya kuat tarik, tulangan baja juga mampu memikul beban tekan seperti yang digunakan pada elemen kolom. Sejarah beton bertulang dapat dilihat pada gambar 1. di bawah ini: 126 M Pantheon, Roma

1915 – 1935, Dikembangkan banyak riset tentang kolom beton dan masalah rangkak

1940, Riset di bidang kolom dengan beban eksentris

1824, Joseph Aspdin memproduksi semen Portland di Wakefield Inggris

1867, Joseph Monier mempatenkan beton bertulang

1873, Tanki dan jembatan beton bertulang

1928, Eugene Freyssinet memperkenalkan beton prategang

1902, Ransome memperkenalkan tulangan spiral

1884, Ransome memperkenalkan tulangan ulir

1877, Balok dan kolom beton bertulang

Thaddeus Hyatt memberi dasar teori elastik dalam perencanaan beton bertulang

1963-Saat ini, ACI memperkenalkan metode desain dengan konsep kekuatan yang bertahan hingga kini

Gambar 1. Sejarah Beton Bertulang 2.

2020

Kelebihan dan Kekurangan Beton Bertulang Beton bertulang merupakan satu dari material konstruksi yang dapat diaplikasikan dalam bentuk/ tipe struktur. Namun material ini memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan yang menjadi pertimbangan pemilihan material konstruksi. Beberapa keunggulan beton bertulang: a. Memiliki kuat tekan tinggi b. Memiliki ketahanan api yang lebih baik dari baja, jika diberikan selimut beton yang mencukupi c. Membentuk struktur yang sangat kaku d. Memiliki umur layanan panjang dengan biaya perawatan yang rendah.

2

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

e. Untuk beberapa tipe struktur seperti bendungan, pilar jembatan, beton bertulang adalah material yang paling ekonomis. f. Beton dapat dicetak menjadi beragam bentuk penampang, sehingga banyak digunakan dalam industri pracetak. g. Tidak memerlukan tenaga kerja dengan terampil tinggi, seperti struktur baja. Di samping kelebihan tersebut, beton juga memiliki kekurangan seperti: a. Beton memiliki kuat tarik yang rendah, sekitar 1/10 dari kuat tekannya. b. Agar dapat menjadi suatu elemen struktur, material penyusun beton perlu dicampur, dicetak dan dilakukan proses perawatan untuk mencapai kuat tekannya. c. Biaya pembuatan cetakan beton cukup tinggi, dapat menyamai harga beton yang dicetak. d. Ukuran penampang struktur beton umumnya lebih besar dibandingkan dengan struktur baja, sehingga menghasilkan struktur yang lebih berat. e. Adanya retakan pada beton akibat susut beton dan beban hidup yang bekerja. f. Mutu beton tergantung pada proses pencampuran material maupun proses pencetakan beton sendiri. 3.

Elemen Struktur Beton Setiap struktur bangunan direncanakan dan didesain oleh arsitek maupun ahli Teknik sipil, sedemikian rupa sehingga dapat memenuhi tuntutan fungsi bangunan dan dapat beroperasi dengan baik pada saat bangunan digunakan. Tuntutan dari suatu bangunan makin lama makin berkembang, saat ini bangunan selain dituntut untuk memenuhi fungsi layanannya, melainkan memiliki bentuk yang atraktif, efisien dan ekonomis dari segi konstruksi maupun operasionalnya. Agar bangunan struktur beton bertulang dapat berfungsi dengan baik, maka seorang perencana struktur wajib mendesain elemen-elemen strukturnya dengan tepat dan benar. Pada struktur beton bertulang dikenal beberapa jenis elemen yang sering digunakan yaitu elemen pelat lantai, balok, kolom, dinding dan pondasi. a. Pelat lantai merupakan elemen horizontal utama yang berfungsi untuk menyalurkan beban hidup yang bergerak maupun statis ke elemen pemikul beban vertikal yaitu balok, kolom maupun dinding. Pelat dapat direncanakan menyalurkan beban dalam satu arah (pelat satu arah, one-way slab) maupun dua arah (pelat dua arah, two-way slab). Tebal pelat umumnya lebih kecil dari ukuran Panjang maupun lebarnya. b. Balok merupakan elemen horizontal ataupun miring yang panjang dengan ukuran lebar serta tinggi yang terbatas. Balok berfungsi untuk menyalurkan beban dari pelat. Umumnya balok dicetak secara monolit dengan pelat lantai, sehingga akan membentuk balok penampang ‘T’ pada balok interor dan balok penampang ‘L’ pada balok tepi. c. Kolom merupakan elemen paling penting yang memikul beban dari balok dan pelat. Kolom memikul beban aksial saja, namun lebih sering kolom direncanakan sebagai pemikul beban kombinasi aksial dan lentur. Selain beban gravitasi, kolom juga dapat

2020

3

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

direncanakan sebagai pemikul beban lateral yang berasal dari beban gempa atau beban angin. d. Rangka merupakan gabungan antara elemen kolom dan balok. Sistem struktur rangka dapat berupa struktur statis tertentu (3 degree of freedom) maupun statis tak tertentu (> 3 degree of freedom). e. Dinding merupakan elemen pelat vertical yang dapat memikul beban gravitasi maupun beban lateral seperti dinding pada lantai basement atau dapat pula direncanakan memikul beban lateral gempa bumi yang sering dikenal dengan sebutan dinding geser (shear wall). f.

Pondasi merupakan elemen pemikul beban dari kolom yang kemudian disalurkan ke lapisan tanah keras. Pondasi beton bertulang dapat berupa pondasi pelat setempat atau pondasi lajur. Jika daya dukung tanah kurang baik, terkadang digunakan system pondasi rakit (raft foundation) beton bertulang.

Gambar 2. Elemen Struktur Beton Bertulang Sumber: (Wight & McGregor, Reinforced Concrete Mechanics & Design, 6th Ed., 2009)

4.

2020

Standar Perencanaan Pada umumnya setiap negara memiliki peraturan masing-masing. Di Amerika Serikat sebelum tahun 2000 dikenal tiga macam standar perencanaan bangunan yaitu Uniform Building Code (UBC), Standard Building Code dan Basic Building Code. Ketiga peraturan tersebut mencakup persyaratan dalam proses desain suatu struktur bangunan. Namun setelah tahun 2000,

4

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

ketiga peraturan ini digantikan oleh International Building Code (IBC) yang selalu diperbaharui setiap 3 tahun sekali. Sedangkan peraturan desain yang lebih spesifik untuk struktur beton bertulang diatur dalam Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-11). Di Indonesia sendiri peraturan desain struktur beton diatur dalam SNI 2847:2013 Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung, yang disusun dengan mengacu pada peraturan ACI 2011. Konsep perencanaan yang dianut oleh ACI maupun SNI adalah berbasis kekuatan, atau yang lebih sering dikenal sebagai metode LRFD (Load and Resistance Factor Design). Dengan menggunakan konsep ini, maka persyaratan dasar yang harus dipenuhi dalam desain adalah: Kuat Rencana > Kuat Perlu ϕ (Kuat Nominal) > U (1.1)

Kuat nominal menggambarkan tingkat kekuatan elemen struktur yang dapat dihitung dengan metode-metode konservatif yang telah distandarkan oleh peraturan, sedangkan kuat perlu (U) dihitung dengan memertimbangkan faktor beban sesuai jenis beban yang bersangkutan seperti beban mati (D), beban hidup (L), beban angin (W), atau beban gempa (E). persamaan 1.1 juga berlaku secara umum untuk setiap elemen lentur, gaya geser, dan gaya aksial, maka persamaan 1.1 dapat dituliskan secara khusus sebagai berikut: ϕMn > Mu (1.1.a) ϕVn > Vu (1.1.b) ϕPn > Pu (1.1.c)

Indeks n menunjukkan kuat momen lentur, kuat geser, dan kuat aksial nominal dari elemen yang ditinjau. Indeks u menunjukkan beban terfaktor dari momen lentur, kuat geser, dan kuat aksial yang harus dipikul oleh elemen struktur tersebut. Untuk menghitung beban terfaktor pada sisi kanan persamaan di atas, maka besarnya masing-masing beban dikalikan dengan faktor beban yang bersesuaian dan dikombinasikan sesuai dengan standar peraturan yang berlaku.

5.

2020

Bahan Penyusun Beton Material penyusun beton terdiri dari Portland cement, agregat kasar, agregat halus, air dan bahan tambahan (admixture). a. Portland Cement Bahan dasar pembuat semen sebenarnya adalah batu kapur yang mengandung kalsium oksida/ kapur (CaO), serta lempung atau tanah liat yang banyak mengandung silikon dioksida/silika (SiO2) dan alumunium oksida/alumina (Al2O3). Material-material ini dicampur dan ditambahkan gips dalam jumlah yang cukup, kemudian dibakar dalam klinker dan kemudian didinginkan. Proses pembuatan material semen dapat dilihat pada gambar 3.

5

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

1. 2. 3. 4. 5.

Penambahan material dasar (kapur, silika dan alumina) Pemecahan batuan dan pencampuran material dasar Pencampuran dalam tungku berputar Pembakaran material menjadi klinker Pemberian bahan tambah (CaSO4, CaCl2, dan lain-lain), sampai semen dikemas

Gambar 3. Proses Pembuatan Semen Sumber: (Setiawan, Agustinus, Perencanaan Struktur Beton Bertulang Berdasarkan SNI 2847:2013, 2016)

Terdapat 4 unsur utama yang paling penting yang terkandung dalam semen, yaitu: •

Trikalsium Silikat (C3S) atau 3CaO.SiO2

•

Dikalsium Silikat (C2S) atau 2CaO.SiO2

•

Trikalsium Aluminat (C3A) atau 3CaO.Al2O3

•

Tetrakalsium aluminoferit (C4AF) atau 4CaO.Al2O3.Fe2O3

Secara umum sesuai dengan standar dari American Society for Testing and Materials (ASTM), jenis semen dapat dikategorikan menjadi lima jenis sebagai berikut: •

Tipe I, jenis semen biasa yang dapat digunakan pada pekerjaan konstruksi umum

•

Tipe II, merupakan modifikasi dari semen tipe I, yang memiliki panas hidrasi lebih rendah dan dapat tahan dari beberapa jenis serangan sulfat.

•

Tipe III, merupakan tipe semen yang dapat menghasilkan kuat tekan beton awal yang tinggi. Setelah 24 jam proses pengecoran semen tipe ini akan menghasilkan kuat tekan dua kali lebih tinggi daripada semen tipe biasa, namun panas hidrasi yang dihasilkan semen jenis ini lebih tinggi daripada panas hidrasi semen tipe I

2020

6

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

•

Tipe IV, merupakan semen yang mampu menghasilkan panas hidrasi yang rendah, sehingga cocok digunakan pada proses pengecoran struktur beton yang massif

•

Tipe V, digunakan untuk struktur –struktur beton yang memerlukan ketahanan yang tinggidari serangan sulfat

Gambar 4. Penggunaan Tipe Semen Berdasarkan Kebutuhannya Sumber: (Setiawan, Agustinus, Perencanaan Struktur Beton Bertulang Berdasarkan SNI 2847:2013, 2016) b. Agregat Agregat menempati 70 hingga 75% volume beton yang mengeras. Agregat yang dapat melalui saringan No.4 (4,75 mm) dapat diklasifikasikan sebagai agregat ringan, sedangkan agregat yang tertahan di saringan No.4 diklasifikasikan sebagai agregat kasar. Ukuran maksimum agregat dibatasi menurut SNI 03-2847-2002 pasal 5.3.2, yaitu disyaratkan bahwa ukuran agregat tidak melebihi dari: • 1/5 kali jarak terkecil antara bidang samping cetakan • 1/3 kali tebal pelat • 3/4 kali jarak bersih antara tulangan, jaring kawat baja, bundel tulangan, tendon, atau bundel tendon prategang

2020

7

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 5. Material Agregat Sumber: (Setiawan, Agustinus, Perencanaan Struktur Beton Bertulang Berdasarkan SNI 2847:2013, 2016) c. Air Air merupakan bahan yang penting juga dalam pembuatan suatu campuran beton. Air yang dicampur dengan semen akan membungkus agregat halus dan agregat kasar menjadi satu kesatuan. Pencampuran semen dan air akan menimbulkan suatu reaksi kimia yang disebut dengan istilah reaksi hidrasi. Perbandingan antara jumlah berat air dengan jumlah berat semen (rasio air semen) memegang peranan vital dalam hal kuat tekan beton. Agar reaksi hidrasi dapat berlangsung, pada umumnya dibutuhkan air sebanyak kurang lebih 25% dari berat semen (atau dikatakan rasio air semen = 0,25). Untuk beton normal, rasio air semen pada umumnya berkisar antara 0,40 hingga 0,60, sedangkan untuk beton mutu tinggi rasio air semen biasanya diambil cukup rendah hingga 0,20 d. Bahan Tambah (Admixture) Beberapa bahan tambahan yang umumnya digunakan untuk memerbaiki sifat beton sebagai berikut: • Accelerating admixtures, merupakan bahan tambah untuk memercepat pertumbuhan kuat tekan beton. • Air-entraining admixtures, merupakan bahan tambah pembentuk gelembung udara yang berfungsi untuk meningkatkan workability dan pada beton yang sudah mengeras akan mampu meningkatkan ketahanan terhadap es. • Water-reducing admixtures, merupakan bahan tambah pengurang air tujuannya untuk meningkatkan kuat tekan beton. • Set retarding admixtures, merupakan bahan tambah untuk memerlambat waktu ikat beton. Tujuannya menjaga supaya beton tidak cepat mengeras karena beberapa alasan atau kepentingan seperti jarak lokasi pengadukan beton dan tempat penuangan cukup jauh. • High range water reducer, mengurangi kadar air sampai 12% bahkan lebih yang bertujuan untuk menghasilkan beton dengan kelecakan (workability) yang bagus. Material ini sering disebut superplasticizer. 2020

8

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

•

Pozzolan, merupakan bahan tambah yang dapat digunakan untuk menggantikan material semen. Pozzolan adalah bahan alam atau buatan yang sebagian besar tersusun dari silika atau alumina. Pozolan sendiri tidak mempunyai sifat semen, namun dalam keadaan halus (lolos ayakan 0,21mm) bereaksi dengan air dan kapur padam pada suhu normal (24o27oC) menjadi suatu massa yang padat yang tidak larut dalam air. Jika dipakai sebagai material substitusi parsial semen Portland, maka persentase penggunaan pozzolan 10%-35% dari berat semen.

6. Sifat Mekanik Beton Terdapat 6 sifat mekanik beton meliputi: a. Kuat Tekan (f/c)

Gambar 6. Gambar Alat uji Kuat Tekan Beton b. Kuat Tarik (fsp) =

2𝑃 𝜋𝑥𝐿𝑥𝐷

, berkisar antara 7% - 11%, rata-rata sebesar 10% dari kuat

tekan beton. Dimana: fsp = Kuat tarik belah (MPa) P = Beban batas pengujian L = Panjang benda uji (mm) D = Diameter benda uji (mm)

Gambar 7. Uji Kuat Tarik Beton

2020

9

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

c. Kuat Lentur atau Modulus Hancur Beton ( Modulus fo Rupture) berkisar antara 11% 𝑃𝐿

23% dari kuat tekannya. (fr) = 𝑏𝑑2, dimana: fr P L b d

= Kuat lentur beton (MPa) = Beban batas benda uji (N) = Panjang benda uji (mm) = Lebar balok (mm) = Tinggi balok (mm)

Gambar 8. Uji Kuat Lentur Beton d. Modulus Elastisitas (E) = 4.700√𝑓/𝑐

Gambar 9. Uji Modulus Elastisitas e. Susut (Shrinkage) Selama beton dalam proses pengerasan setelah dicetak, beton akan mengalami perubahan volume. Jika kadar air dalam beton berkurang karena proses evaporasi, maka beton akan menyusut, namun apabila beton direndam dalam air, maka beton akan mengembang. Beberapa penyebab perubahan volume dalam beton antara lain adalah adanya perubahan kadar air, reaksi kimia antara semen dengan air, adanya perubahan temperatur serta adanya beban yang diberikan pada beton. Seiring dengan mengeringnya beton, maka volume akan menyusut, yang kemungkinan diakibatkan oleh adanya tegangan tarik kapiler dari air yang ada dalam beton. 2020

10

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 10. Susut pada Beton Nilai susut beton berkisar antara 200 hingga 700∙10–6, sedangkan untuk beton normal, nilai susutnya dapat diambil sebesar 300∙10–6. Apabila potensi susut pada beton tidak dikontrol dengan baik, maka akan menimbulkan retak-retak pada pelat atau dinding beton. Pada struktur statis tak tentu, adanya susut akan menimbulkan tegangan tambahan yang cukup besar dan membahayakan. Karena akibat-akibat yang merugikan ini, maka potensi susut pada beton harus diminimalisir. Untuk mengurangi potensi susut beton, pada umumnya beton dirawat, dapat dengan disiram atau direndam dalam air, selama jangka waktu tidak kurang dari 7 hari.

f.

Rengkak (Creep) Beton adalah merupakan material yang bersifat elastoplastis, dan diawali dengan tegangan yang kecil, regangan plastis akan muncul sebagai tambahan dari regangan elastis. Setelah beban tetap bekerja, maka deformasi plastis akan berlanjut hingga jangka waktu kurang lebih satu tahun. Deformasi ini akan bertambah dengan cepat pada sekitar 4 bulan pertama setelah beban bekerja. Deformasi plastis yang terjadi selama beban tetap bekerja sering dikenal dengan istilah rangkak (creep).

Gambar 11. Creep pada Beton 2020

11

Struktur Beton 1 Paksi Dwiyanto Wibowo, S.T., M.T.

PusatBahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 11 menunjukkan silinder beton yang tengah dibebani. Akibat beban tersebut akan muncul regangan elastis ε1, yang besarnya sama dengan tegangan dibagi dengan modulus elastisitas beton. Apabila tegangan tetap diberikan dalam jangka waktu tertentu, maka rengangan tambahan akibat pengaruh rengkak ε2, akan timbul dan bila beban kemudian dihilangkan, maka regangan elastis ε1, akan kembali, ditambah dengan sebagian dari regangan rengkak. Akhirnya yang tertinggal adalah berupa regangan plastis permanen ε3, yang besar nya ε3 = (1- α) ε2, dengan α merupakan rasio regangan rengkak yang dapat kembali terhadap rengkak total. Nilai rasio α berkisar antara 0,1 hingga 0,2. Besarnya rengkak regangan dapat kembali pulih kembali, mengecil dalam waktu yang lama. Besarnya rengkak pada beton berkisar 0,2x10-6 hingga 2x10-6 per satuan tegangan.

7. Tulangan Baja Tulangan baja, yang biasanya berupa batang baja bulat, diletakkan di dalam beton, khususnya di daerah tarik, untuk memikul gaya tarik yang timbul dari beban eksternal yang bekerja pada struktur beton. Tulangan memanjang yang diletakkan dalam beton, dan berfungsi memikul gaya tarik ataupun tekan yang terjadi, dinamakan sebagai tulangan utama. Pada elemen pelat, terkadang diberikan tulangan dalam arah tegak lurus tulangan utama yang disebut sebagai tulangan sekunder, atau tu...