Pier Head Kereta cepat Jakarta Bandung
Sumber : www.idexchannel.com
Sumber : www.idexchannel.com
Latar Belakang
Beton adalah suatu campuran yang terdiri dari pasir, kerikil, batu pecah, atau agregat-agregat lain yang dicampur menjadi satu dengan suatu pasta yang terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa mirip-batuan. Terkadang, satu atau lebih bahan aditif ditambahkan untuk menghasilkan beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan (workability), durabilitas, dan waktu pengerasan. Seperti substansi-substansi mirip batuan lainnya, beton memiliki kuat tekan yang tinggi dan kuat tarik yang sangat rendah. Beton bertulang adalah suatu kombinasi antara beton dan baja dimana tulangan baja berfungsi menyediakan kuat tarik yang tidak dimiliki beton.
Dalam suatu struktur bangunan beton bertulang khususnya pada kolom akan terjadi momen lentur dan gaya aksial yang bekerja secara bersama – sama. Momen - momen ini yang diakibatkan oleh adanya beban eksentris atau adanya gravitasi dapat menimbulkan beban lateral seperti angin dan gempa atau bisa juga diakibatkan oleh beban lantai yang tidak seimbang. Maka dari itu, setiap penampang komponen pada struktur seperti balok dan kolom harus direncanakan kuat terhadap setiap gaya inner yang terjadi, baik itu momen lentur, gaya aksial, gaya geser maupun torsi yang timbul sebagai respon struktur tersebut terhadap pengaruh luar.
Defenisi Struktur Beton Bertulang
Beton bertulang merupakan bahan bangunan yang terbuat dari gabungan beton dan baja tulangan. Kedua material ini memiliki sifat-sifat yang unik dan ketika digabungkan, menghasilkan bahan bangunan yang memiliki kelebihan dari masing-masing bahan tersebut.
Beton memiliki sifat kuat menahan tekanan, tetapi lemah ketika ditarik. Sementara baja tulangan memiliki sifat yang kuat menahan tarikan, tetapi lemah ketika menahan tekanan. Namun, dengan menempatkan baja tulangan di bagian beton yang mengalami tarikan, kelemahan beton dapat diatasi. Begitu pula, dengan menempatkan baja tulangan di bagian beton yang mengalami tekanan, beton dan baja tulangan bekerja sama untuk mencegah baja tulangan dari terjadi kerusakan.
Beton sendiri terbuat dari campuran semen, pasir, kerikil, air, dan bahan tambahan. Kekuatan tekan beton yang umum digunakan dalam perencanaan berkisar antara 20-40 MPa. Meskipun beton bisa memiliki kekuatan tekan lebih dari 100 MPa, kekuatan tarik beton hanya berkisar antara 8%-15% dari kekuatan tekan.
Untuk memperkuat bagian beton yang mengalami tarikan, ditemukanlah bahan bangunan baru dengan menambahkan baja tulangan yang harus menggunakan baja tulangan ulir/sirip (deformed bar). Tulangan polos (plain bar) hanya dapat digunakan untuk tulangan spiral dan tendon, kecuali untuk kasus-kasus tertentu. Dengan menggabungkan beton dan baja tulangan, beton bertulang menjadi solusi bahan bangunan yang unggul dan memiliki kekuatan yang lebih baik.
Kelebihan dan Kelemahan Beton Bertulang Sebagai Suatu Bahan Struktur
Kelebihan :
Beton bertulang adalah bahan konstruksi yang paling vital dan serbaguna yang digunakan dalam hampir semua jenis struktur, mulai dari bangunan, jembatan, perkerasan jalan, bendungan, dinding penahan tanah, terowongan, hingga fasilitas irigasi dan tangki. Beton bertulang memiliki banyak kelebihan, termasuk kekuatan tekan yang tinggi, ketahanan yang luar biasa terhadap api dan air, dan kekokohan yang tidak tertandingi. Tidak hanya itu, beton bertulang juga memiliki usia layan yang sangat panjang, sehingga struktur dapat digunakan dalam waktu yang sangat lama tanpa kehilangan kemampuan untuk menahan beban.
Ciri khas beton adalah kemampuannya untuk dicetak menjadi berbagai bentuk yang sangat beragam, mulai dari pelat, balok, dan kolom yang sederhana sampai atap kubah dan cangkang besar. Beton biasanya terbuat dari bahan-bahan lokal yang murah dan relatif hanya membutuhkan sedikit semen dan tulangan baja, yang mungkin saja harus didatangkan dari daerah lain. Selain itu, beton bertulang tidak memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi dan membutuhkan keahlian buruh yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan lain seperti struktur baja.
Dengan segala kelebihannya, sukses besar beton bertulang sebagai bahan konstruksi yang universal cukup mudah dipahami. Oleh karena itu, beton bertulang tidak hanya menjadi pilihan yang bijak untuk berbagai jenis proyek konstruksi, tetapi juga menjadi kunci untuk membangun struktur yang kokoh dan tahan lama dalam jangka waktu yang sangat panjang.
Kelemahan
Meskipun memiliki banyak kelebihan, Beton bertulang juga memiliki beberapa kelemahan yang perlu dipertimbangkan dalam penggunaannya. Berikut adalah beberapa kelemahan beton bertulang yang perlu diperhatikan:
- Kekuatan tarik beton yang rendah: Beton memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah, sehingga memerlukan penggunaan tulangan baja untuk menahan gaya tarik. Jika tidak dipasang tulangan baja dengan baik, struktur beton bertulang dapat menjadi rentan terhadap retak dan keruntuhan.
- Biaya bekisting yang mahal: Untuk menjaga beton tetap di tempatnya saat mengeras, beton bertulang memerlukan bekisting. Biaya bekisting dapat menjadi sangat mahal dan dapat mencapai sepertiga hingga dua pertiga dari total biaya pembuatan struktur beton bertulang. Untuk mengurangi biaya, perlu dilakukan strategi untuk mengurangi biaya bekisting, misalnya dengan menggunakan bekisting yang dapat dipindahkan atau mengurangi penggunaan bekisting.
- Berat struktur: Kekuatan per satuan berat beton tidak sekuat material lain seperti baja. Hal ini dapat berdampak pada struktur bentang panjang dimana beban mati beton yang besar akan sangat mempengaruhi momen lentur. Oleh karena itu, perlu dilakukan perhitungan matang dalam perancangan struktur beton bertulang.
- Variasi dalam kualitas beton: Sifat-sifat beton dapat bervariasi tergantung pada proporsi-campuran dan pengadukan beton. Penuangan dan perawatan beton juga memerlukan keahlian khusus yang tidak dapat ditangani dengan seteliti seperti pada produksi material lain seperti baja dan kayu.
Dalam penggunaan beton bertulang, perlu memperhitungkan kelebihan dan kelemahan yang dimilikinya agar dapat mengoptimalkan penggunaannya.
Sifat-sifat Beton Bertulang
Pengetahuan yang mendalam tentang sifat-sifat beton bertulang sangat penting sebelum dimulai mendesain struktur beton bertulang. Beberapa sifat-sifat beton bertulang antara lain:
Kuat Tekan
Kekuatan tekan beton bertulang diuji dengan menggunakan silinder beton berukuran diameter 150 mm dan tinggi 300 mm. Uji dilakukan pada umur 28 hari dengan tingkat pembebanan tertentu. Selama periode 28 hari, silinder beton ini ditempatkan dalam ruangan dengan suhu dan kelembapan yang konstan. Meskipun beberapa beton memiliki kekuatan maksimum hingga 70-140 Mpa, kebanyakan beton memiliki kekuatan di kisaran 20-48 Mpa.
Untuk aplikasi umum, beton dengan kekuatan 20 Mpa dan 25 Mpa digunakan, sementara untuk konstruksi beton prategang 35 Mpa dan 40 Mpa digunakan. Namun, beton dengan kekuatan hingga 60 Mpa juga dapat digunakan untuk beberapa aplikasi khusus, seperti untuk kolom pada lantai-lantai bawah bangunan bertingkat tinggi.
Kekuatan beton dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk elemen uji serta cara pembebanannya. Di banyak negara, spesimen uji yang digunakan adalah kubus berisi 200 mm. Namun, pengujian pada silinder 150 mm x 300 mm menghasilkan kekuatan tekan yang lebih rendah sekitar 80% dari pengujian pada beton uji kubus.
Peningkatan kekuatan beton dari 20 Mpa ke 35 Mpa dapat dicapai tanpa perlu menambahkan terlalu banyak bahan. Namun, untuk kekuatan di atas 35 atau 40 Mpa, diperlukan desain campuran beton yang cermat dan perhatian penuh terhadap detail seperti pencampuran, penempatan, dan perawatan. Hal ini dapat meningkatkan biaya secara signifikan.
Kurva tegangan-regangan pada gambar menunjukkan hasil pengujian kompresi pada sejumlah silinder uji standar yang berumur 28 hari dengan kekuatan yang bervariasi. Kurva hampir lurus ketika beban ditingkatkan dari nol hingga sekitar 1/3 - 2/3 kekuatan maksimum beton. Namun, pada tegangan yang lebih tinggi, kurva menjadi tidak linear dan dapat menyebabkan masalah dalam analisis struktural konstruksi beton pada tegangan yang lebih tinggi.
Penting untuk dicatat bahwa semua beton, terlepas dari kekuatannya, mencapai kekuatan puncaknya pada regangan sekitar 0,002. Beton tidak memiliki titik leleh yang pasti, namun kurvanya akan tetap bergerak mulus hingga mencapai titik kegagalan pada regangan sekitar 0,003-0,004.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kurva tegangan-regangan untuk silinder beton hampir identik dengan kurva serupa untuk sisi balok yang mengalami tekan. Selain itu, beton berkekuatan lebih rendah lebih detail daripada beton berkekuatan lebih tinggi, yang berarti beton lemah mengalami regangan yang lebih besar sebelum mengalami kegagalan.
Modulus Elastisitas Statis
Modulus Elastisitas Statis pada beton bertulang tidak dapat ditentukan dengan pasti karena nilainya dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti kekuatan beton, umur beton, jenis pembebanan, dan karakteristik serta perbandingan semen dan agregat. Terdapat beberapa definisi mengenai modulus elastisitas, seperti modulus awal, modulus tangen, modulus sekan, dan modulus semu. Modulus elastisitas beton dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang diatur oleh Peraturan ACI, dengan mempertimbangkan berat beton yang berkisar antara 1500-2500 kg/m3. Selain itu, terdapat juga Modulus Elastisitas Dinamis yang mengukur respons beton terhadap beban yang berulang-ulang dan dapat memberikan informasi tentang kekuatan dan keawetan beton dalam jangka panjang.
Dimana :
wc : berat beton (kg/m3)
fc’ : mutu beton (Mpa)
Ec : modulus elastisitas (Mpa)
Modulus Elastisitas Dinamis
Modulus elastisitas dinamis
Untuk mengukur modulus elastisitas dinamis pada beton bertulang, dilakukan pengujian sonik yang menghasilkan nilai regangan yang sangat kecil. Nilai modulus elastisitas dinamis yang diperoleh dari pengujian ini biasanya 20%-40% lebih besar daripada nilai modulus elastisitas statis, dan hampir sama dengan nilai modulus elastisitas awal. Informasi ini sangat penting untuk menganalisis kekuatan struktur ketika terjadi beban gempa atau tumbukan
Perbandingan Poisson
Perbandingan Poisson adalah ukuran sifat beton bertulang saat menerima beban tekan, di mana selain berkurang tingginya, beton juga mengalami pemuaian lateral. Nilai perbandingan Poisson bervariasi tergantung pada mutu beton, dengan nilai rata-rata sekitar 0,16. Meskipun tidak ada hubungan langsung antara perbandingan ini dengan faktor lain seperti perbandingan air-semen, pengaruhnya harus dipertimbangkan dalam desain struktur tertentu, seperti bendungan busur, terowongan, dan struktur tak tentu lainnya. Dalam desain beton bertulang umumnya pengaruh perbandingan Poisson tidak terlalu diperhatikan, namun perlu diperhitungkan dengan cermat dalam analisis struktur dengan beban yang kompleks.
Kuat Tarik
Kuat tarik beton bertulang memiliki sifat yang unik. Meskipun kuat tariknya hanya sekitar 8% hingga 15% dari kuat tekannya, sifat ini sangat penting karena mempengaruhi ukuran beton dan retak yang terjadi. Namun, mengukur kuat tarik beton tidak mudah karena beton penuh dengan retak-retak halus yang tidak berpengaruh pada beban tekan. Tapi saat beton menerima beban tarik, retak-retak ini menjadi penting dan dapat mempengaruhi lendutan pada balok. Untuk mengukur kuat tarik, kita menggunakan pengujian modulus keruntuhan dan pembelahan silinder, yang agak tidak langsung, karena pengujian langsung sangat sulit dilakukan. Tapi meskipun pengujian tidak terlalu akurat, kuat tarik beton tetap penting untuk dipertimbangkan dalam desain struktur beton bertulang
Selanjutnya, anda mungkin ingin tahu mengapa beton tidak diasumsikan menahan tegangan tarik yang terjadi pada suatu batang lentur dan baja yang menahannya. Alasannya adalah bahwa beton akan mengalami retak pada regangan tarik yang begitu kecil sehingga tegangan-tegangan rendah yang terdapat pada baja hingga saat itu akan membuat penggunaannya menjadi tidak ekonomis. Kuat tarik beton tidak berbanding lurus dengan kuat tekan ultimitnya fc’. Meskipun demikian, kuat tarik ini diperkirakan berbanding lurus terhadap akar kuadrat dari fc’. Kuat tarik ini cukup sulit untuk diukur dengan beban-beban tarik aksial langsung akibat sulitnya memegang spesimen uji untuk menghindari konsentrasi tegangan dan akibat kesulitan dalam meluruskan beban-beban tersebut. Sebagai akibat dari kendala ini, diciptakanlah dua pengujian yang agak tidak langsung untuk menghitung kuat tarik beton. Keduanya adalah uji modulus keruntuhan dan uji pembelahan silinder. Kuat tarik beton pada waktu mengalami lentur sangat penting ketika kita sedang meninjau retak dan lendutan pada balok. Untuk tujuan ini, kita selama ini menggunakan kuat tarik yang diperoleh dari uji modulus-keruntuhan. Modulus keruntuhan biasanya dihitung dengan cara membebani sebuah balok beton persegi (dengan tumpuan sederhana berjarak 6 m dari as ke as) tanpa-tulangan berukuran 15cm x 15cm x 75cm. hingga runtuh dengan beban terpusat yang besarnya sama pada 1/3 dari titik-titik pada balok tersebut sesuai dengan yang disebutkan dalam ASTM C-78. Beban ini terus ditingkatkan sampai keruntuhan terjadi akibat retak pada bagian balok yang mengalami tarik. Modulus keruntuhannya fr ditentukan kemudian dari rumus lentur. Pada rumus-rumus berikut ini :
Tegangan yang ditentukan dengan cara ini tidak terlalu akurat karena dalam menggunakan rumus lentur kita mengasumsikan beton berada dalam keadaan elastic sempurna dengan tegangan yang berbanding lurus terhadap jarak dari sumbu netral.
Kuat Geser
Menguji kekuatan geser beton yang terisolasi sepenuhnya dari tegangan lainnya merupakan tugas yang sangat sulit. Oleh karena itu, selama bertahun-tahun, pengujian kuat geser beton telah memberikan hasil yang berkisar antara 1/3 hingga 4/5 dari kekuatan tekan maksimumnya. Meskipun tidak sempurna, data ini masih menjadi referensi penting dalam merancang struktur beton yang kuat dan tahan lama.
Kurva Tegangan-Regangan
Untuk menghitung analisis dan desain struktur beton yang kuat, kita perlu memahami hubungan antara tegangan dan regangan pada beton bertulang. Dengan mempelajari kurva tegangan-regangan beton, kita dapat menentukan prosedur yang tepat dalam membangun struktur yang aman dan tahan lama. Kurva ini sangat penting untuk memahami perilaku beton saat menerima beban dan menentukan batas beban maksimum yang dapat ditanggung tanpa mengalami kerusakan permanen.Struktur Beton Bertulang
1. Kolom beton bertulang
Kolom adalah tulang punggung struktur bangunan yang menopang beban vertikal dengan tinggi yang tiga kali lebih besar dari dimensi lateral terkecil. Namun, keruntuhan pada kolom bisa menjadi momok yang menakutkan karena bisa menyebabkan runtuhnya seluruh struktur. Oleh karena itu, perencanaan kolom harus mempertimbangkan faktor seperti tinggi, mutu beton dan baja yang digunakan, serta pengaruh eksentrisitas pembebanan. Kolom bukan hanya menahan beban vertikal, tapi juga mampu menahan beban horizontal dan momen akibat pengaruh eksentrisitas pembebanan.
2. Balok beton bertuang
Balok adalah tulang rusuk struktur bangunan yang berfungsi sebagai penyangga beban vertikal dan horizontal. Balok harus dirancang secara efisien, ekonomis dan aman, karena salah perencanaan bisa berakibat fatal bagi struktur bertingkat tinggi atau berskala besar. Balok harus mampu menahan beban tranversal yang bervariasi seperti beban lentur, geser dan torsi. Beban vertikal berasal dari beban mati dan hidup, sedangkan beban horizontal berasal dari beban angin dan gempa. Oleh karena itu, perencanaan balok harus mempertimbangkan beban-beban tersebut untuk memastikan keamanan dan ketahanan struktur bangunan.
3. Pelat beton bertulang
Plat beton bertulang merupakan elemen struktur bidang yang berfungsi untuk menahan beban vertikal dan menyalurkan beban tersebut ke kolom dan balok. Plat beton bertulang dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu plat atap dan plat lantai. Plat atap biasanya digunakan sebagai penutup atas suatu bangunan, sedangkan plat lantai berfungsi sebagai penutup antar lantai yang berfungsi sebagai penghantar beban dari lantai atas ke lantai bawah.
Plat beton bertulang memiliki kelebihan karena mampu menahan beban yang lebih besar dibandingkan dengan material konstruksi lainnya seperti kayu, bata atau logam. Selain itu, plat beton bertulang memiliki daya tahan yang cukup lama dan mudah untuk dirawat. Namun, perlu diperhatikan bahwa plat beton bertulang memerlukan perencanaan yang teliti dan akurat agar dapat berfungsi secara optimal dan aman dalam jangka panjang.
Kesimpulan
Beton adalah campuran pasir, kerikil, batu pecah, atau agregat lain dengan semen dan air. Beton bertulang adalah bahan material yang terbuat dari beton dan baja tulangan, memiliki kelebihan seperti kuat tekan yang tinggi, ketahanan yang baik terhadap api dan air, dan kokoh. Beton bertulang juga relatif ekonomis, mudah dicetak, dan memiliki umur layanan yang panjang. Namun, beton bertulang memiliki kelemahan seperti kuat tarik yang rendah, memerlukan bekisting untuk menahan beton, dan variasi sifat-sifat beton karena proporsi campuran yang berbeda. Penting untuk memiliki pengetahuan yang baik tentang sifat-sifat beton bertulang sebelum mendesain struktur beton bertulang, seperti kuat tekan, modulus elastisitas, kuat tarik, kuat geser, dan kurva tegangan-regangan.
