BAB 1PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan teknologi komputer semakin maju, termasuk juga
dalam bidang rekayasa tehnik sipil, program komputer rekayasa yang
canggih semakin banyak tersedia. Meskipun demikian, pemakian
program seperti itu mempunyai karakter yang berbeda dengan program
bisnis pada umumnya (Wiryanto Dewobroto, 2005).
Bangunan yang didirikan di wilayah yang rawan gempa harus
mempertimbangkan besar sifat dan beban akibat goncangan gempa agar
keamanannya terjamin. Bangunan yang getas akan rentan terhadap
goncangan gempa, sedangkan bangunan yang daktail akan lebih tahan
terhadap goncangan gempa. Struktur beton pada umumnya relatif lebih
murah namun lebih getas dibandingkan dengan struktur baja, sehingga
struktur beton perlu direkayasa sedemikian rupa agar menjadi tahan
terhadap gempa.
Dalam aplikasi komputer bidang rekayasa, sudah banyak
permasalahan rutin pekerjaan insinyur yang telah dibuatkan program
komputernya. Jadi hanya masalah khusus saja yang memerlukan
peng-kode-an tersendiri dengan bahasa pemrograman komputer, itu
hanya bisa dijumpai pada komunitas peneliti atau mahasiswa
(Wiryanto Dewobroto, 2005).
Muncul anggapan bahwa para insinyur era sekarang tidak perlu
menguasai bahasa pemrograman, khusunya untuk menyelesaikan
kasus-kasus yang rutin karena program aplikasinya sudah ada. Dalam
pengertian sempit, untuk medapatkan penyelesaian secara tepat
dengan program yang sudah ada, maka kita butuh program tersebut.
Mengapa kita perlu membuat program tersendiri ?.
Program komputer dibuat untuk mempermudah dan mempercepat
perhitungan dibandingkan cara konvensional yaitu dengan perhitungan
manual kalkulator. Disini penulis akan menjelaskan bagaimana
membuat sebuah program komputer rekayasa dengan visual basic dan
menjelaskan keuntungan-keuntungan dari program yang dibuat secara
mandiri.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah maka dapat diambil suatu
rumusan masalah yaitu bagaimana membuat sebuah program perhitungan
struktur beton tahan gempa yang dibuat secara mandiri (tidak
menggunakan program yang sudah ada).
1.3. Batasan Masalah
Agar penelitian ini tidak terlalu luas tinjauannya dan tidak
menyimpang dari rumusan masalah di atas, maka perlu adanya
pembatasan masalah yang ditinjau.Batasan - batasan masalah dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut:1. Program yang dibuat untuk
perancangan struktur beton.2. Program yang dibuat adalah struktur
balok persegi dan kolom persegi.3. Struktur berada di wilayah gempa
2
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian adalah:1. Mengetahui cara pembuatan
program rekayasa secara mandiri.2. Mengetahui cara penyelesaian
kasus yang dikerjakan oleh program yang dibuat secara mandiri.1.5.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:1. Mengetahui cara pembuatan
program rekayasa secara mandiri.2. Mengetahui cara penyelesaian
kasus atau alur yang dikerjakan program.3. Mempercepat hasil yang
diperlukan dalam perhitungan analisis struktur.
BAB 2LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Dari berbagai tipe material konstruksi, beton menjadi bagian
terpenting untuk proyek-proyek di Indonesia, khususnya bangunan
gedung, jembatan dan jalan. Industri dalam negeri telah sepenuhnya
mendukung ketersediaan material utama beton, yaitu semen dan besi
beton. Maka para profesional di Industri Konstruksi harus menguasai
seluk beluk perencanaa dan pelaksanaan kontruksi beton. Para
insinyur perencana harus mendesain stuktur beton yang kuat, kaku,
dan ekonomis untuk berbagai tipe dan keperluan konstruksi.
Struktur beton berbeda dengan struktur baja. Elemen-elemen
struktur baja umumnya terdiri atas profil baja yang ada di pasaran
dan ukurannya tertentu sehingga desain lebih terfokus pada evaluasi
profil tersebut serta sistem sambungan yang dipilih. Sedangkan
struktur beton bertulang mempunyai variasi bentuk dan ukuran yang
lebih bebas sehingga perencanaan lebih menekankan pemilihan
geometri dan konfigurasi tulangan (Wiryanto Dewobroto, 2005).
Penampang beton bertulang sangat bervariasi, parameternya adalah
bentuk (persegi, bulat, solid, atau berongga), dimensi (ukuran),
mutu beton, mutu baja tulangan dan konfigurasi pemasangan tulangan
bajanya. Dari variasi parameter yang dipilih akan dihasilkan
berbagai variasi kekuatan, kekakuan, daktilitas, maupun ekonomis
tidaknya struktur beton yang akan dibangun (Wiryanto Dewobroro,
2005).
Dalam perencanaan struktur beton bertulang maka setiap penampang
pada struktur tersebut harus direncanakan kuat terhadap setiap gaya
internal yang terjadi, baik itu momen lentur, gaya aksial, gaya
geser maupun torsi yang timbul sebagai respon struktur tersebut
terhadap pengaruh luar.Suatu perencanan penampang yang optimum
umumnya memerlukan proses trial-error. Dimensi penampang pada tahap
awal ditetapkan terlebih dahulu, bersama-sama konfigurasi beban
selanjutnya dilakukan analisis struktur untuk mencari gaya-gaya
internal batang. Kemudian penampang beton dievaluasi terhadap
gaya-gaya internal yang terjadi (Wiryanto Dewobroto, 2005).
Ada berbagai metode dan cara yang dapat digunakan untuk
mengevaluasi penampang struktur, mulai dari cara yang sederhana
yang dapat dikerjakan dengan manual maupun cara-cara lain yang
lebih teliti tetapi lebih rumit dan memerlukan komputer. Di dalam
skripsi ini akan dibahas secara detail analisis penampang beton
bertulang dengan metode kuat batas memakai cara yang lebih teliti
yaitu menggunakan pemrograman.
Komputer saat ini telah menjadi suatu yang rutin dalam kehidupan
sehari-hari. Sudah banyak anggota masyarakat yang memanfaatkannya
karna harga yang semakin terjangkau dan kemampuannya semakin
canggih, serta multi fungsi sehingga berbagai kalangan mendapat
manfaatnya. Demikian juga dengan aplikasi komputer di bidang
rekayasa, sudah sangat banyak permasalahan-permasalahan rutin
pekerjaan insinyur yang telah dibuatkan program komputernya. Jadi
hanya masalah-masalah khusus saja yang memerlukan peng-kode-an
tersendiri dengan bahasa pemrograman komputer, itu pun hanya biasa
dijumpai pada komunitas peneliti/mahasiswa (Wiryanto Dewobroto,
2005).
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Wilayah Gempa Indonesia
Secara geografis kepulauan Indonesia berada di antara 6 LU dan
11 LS serta diantara 95 BT dan 141 BT. Ditinjau secara geologis,
kepulauan Indonesia berada pada pertemuan 2 jalur gempa utama,
yaitu jalur gempa Sirkum Pasifik dan jalur gempa Alpide
Transisiatic. Karena itu, kepulauan Indonesia berada pada daerah
yang mempunyai gempa bumi yang cukup tinggi.
Gambar 2.1. Wilayah Gempa Indonesia dengan Percepatan Batuan
Dasar denganPerieode Ulang 500 Tahun (SNI 03-1726-2003)
Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 wilayah gempa seperti
ditunjukan gambar 2.1 dimana wilayah gempa 1 adalah wilayah
kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 dengan kegempaan paling
tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan atas percepatan
puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan periode
ulang 500 tahun yang nilai reratanya untuk setiap wilayah gempa
ditetapkan pada gambar 2.1. Dimana wilayah gempa 1 dan 2 disebut
juga wilayah gempa ringan, wilayah gempa 3 dan 4 adalah wilayah
gempa sedang dan wilayah gempa 5 dan 6 disebut wilayah gempa berat
(Ps.4.7.1. SNI 03-1726-2003 ).
2.2.2. Beton
Beton didapat dari percampuran semen portland, air, dan agregrat
(dan kadang-kadang bahan tambah, yang sangat bervariasi mulai dari
bahan kimia tambahan, serat, sampai bahan buatan non-kimia) pada
perbandingan tertentu (Kardiyono, 1996).
2.2.3. Beton Bertulang
Beton bertulang adalah beton yang ditulangi dengan luas dan
jumlah tulangan yang tidak kurang dari nilai minimum yang
disyaratkan dengan atau tanpa prategang, dan direncanakan
berdasakan asumsi bahwa kedua material bekerja bersama-sama dalam
menahan gaya yang bekerja (civil engineering community, 2010)
2.2.4. Persyaratan Beton Bertulang
2.2.4.1. Metode Perancangan
2.2.4.1.1. Metode tegangan kerja (Allowable Stress Design)
Penampang struktur terhadap lentur direncanakan sedemikian
sehingga tegangan-tegangan yang terjadi akibat beban layan (tanpa
beban terfaktor) yang dihitung berdasarkan teori elastis balok
lentur, tidak melebihi tegangan izin yang ditetapkan. Tegangan izin
ditetapkan sebagai kuat ultimate atau kuat leleh (untuk baja)
dibagi dengan faktor keamanan. = Tegangan yang timbul yang dihitung
secara elastis = Tegangan yang diizinkan sebagai prosentase dari
fc; beton dan fy baja tulangan
2.2.4.1.2. Metode kekuatan batas (Ultimate Strenght Design)
Penampang struktur direncanakan dengan mempertimbangkan kondisi
regangan in-elastis saat mencapai kondisi batasnya (kondisi
struktur yang stabil sesaat sebelum runtuh). Beban yang menimbulkan
kondisi seperti itu disebut beban batas (Ultimate). Untuk mencari
beban batas untuk setiap struktur sangat variatif sekali, sehingga
dibuat kesepakatan bahwa beban batas adalah sama dengan kombinasi
beban layan dikalikan dengan faktor beban yang ditentukan
(menggunakan SNI 03-2847-2002).
Kekuatan yang ada (tersedia) harus lebih besar dari kekuatan
yang diperlukan untuk memikul beban terfaktor. Secara konseptual
adalah : Rn iQidengan :
adalah faktor reduksi kekuataniadalah faktor beban
(jenis)Rnadalah kekuatan nominalQiadalah jenis beban
Dalam menentukan beban batas, aksi redetribusi momen negatif
dapat dimasukkan sebagai hasil dari aksi non linier yang antara
gaya dan deformasi penampang batang pada pembebanan maksimum,
dimana pada kondisi tersebut struktur mengalami deformasi akibat
pelelehan tulangan maupun terjadi retak-retak pada bagian
tarik.
Beberapa alasan yang digunakan metode kuat batas (ultimate
strength design) sebagai trend perencanaan struktur beton adalah
:1. Struktur beton bersifat in-elastis saat beban maksimum,
sehingga teori elastis tidak dapat secara akurat menghitung
kekuatan batasnya. Untuk struktur yang direncanakan dengan metode
beban kerja (working stress method) maka faktor beban (beban
batas/beban kerja) tidak diketahui dan dapat bervariasi dari
struktur satu dengan yang lainnya.2. Faktor kemanan dalam bentuk
faktor beban lebih rasional, yaitu faktor beban rendah struktur
dengan pembebanan yang pasti sedangkan faktor beban tinggi untuk
pembebanan yang fluktuatif (berubah-ubah).3. Kurva
tegangan-regangan beton adalah non-linier dan tergantung dari
waktu, misal regangan rangkak (creep) akibat tegangan yang konstan
dapat beberapa kali lipat dari regangan elastis awal. Oleh karena
itu nilai rasio modulus (Es/Ec) yang digunakan dapat menyimpang
dari kondisi sebenarnya. Regangan rangkak dapat memberikan
redistribusi tegangan yang lumayan besar pada penampang struktur
beton, artinya tegangan sebenarnnya yang terjadi pada struktur
tersebut bisa berbeda dengan yang diambil dari perencanaan. Contoh
tulangan baja desak pada kolom dapat mencapai leleh selama
pembebanan tetap, meskipun kondisi tersebut tidak terlihat pada
saat direncanakan dengan metode beban kerja yang memakai nilai
modular ratio sebelum creep. Metode perencanaan kuat batas tidak
memerlukan ratio modulus.4. Metode perencanaan kuat batas
memanfaatkan kekuatan yang dihasilkan dari distribusi tegangan yang
lebih efisien yang dimungkinkan oleh adanya regangan in-elastis.
Sebagai contoh, penggunaan tulangan desak pada penampang dengan
tulangan ganda dapat menghasilkan momen kapasitas yang lebih besar
karena pada tulangan desaknya dapat didayahgunakan sampai mencapai
tegangan leleh pada beban batasnya, sedangkan dengan teori elastis
tambahan tulangan desak tidak terlalu terpengaruh karena hanya
dicapai tegangan yang rendah pada baja.5. Metode perencanaan kuat
batas menghasilkan penampang struktur beton yang lebih efisien jika
digunakan tulangan baja mutu tinggi dan tinggi balok yang rendah
dapat digunakan tanpa perlu tulangan desak.6. Metode perencanaan
kuat batas dapat digunakan untuk mengakses daktilitas struktur di
luar batas elastisnya. Hal tersebut penting untuk memasukkan
pengaruh redistribusi momen dalam perencanaan terhadap beban
gravitasi, perencanaan tahan gempa dan perencanaan terhadap beban
ledak (blasting).
2.2.4.2. Kuat Perlu ( U )
Kuat perlu adalah kekuatan teoritis penampang balok yang
diperlukan untuk menahan beban luar yang menghasilkan kondisi batas
(ultimate). Kondisi batas (ultimate) adalah kondisi keseimbangan
terakhir sebelum runtuh. Maka untuk keperluan perencanaan kondisi
tersebut menurut peraturan dapat tercapai jika penampang struktur
tersebut menerima pembebanan rencana yang dikalikan dengan faktor
beban.
Menurut SNI 03-2847-2002 kuat perlu (U) dari kombinasi
pembebanan dapat ditabelkan sebagai berikut :
Tabel 2.1. Faktor Beban pasal 11.2 SNI 03-2847-2007NoKombinasi
BebanKuat Perlu (U)
1D1,4D
2D, L1,2D + 1,6L + 0,5 (A atau R)
3D, L, W1,2D + 1.0L 1,6W + 0,5 (Aatau R)
4D, W0,9D 1,6W
5D, L, E1,2D + 1,0L 1,0E
6D, E0,9D 1,0E
7D, L, HPada (2), (4), (6) + 1,6H
Keterangan :D= Beban matiL= Beban hidupA= Beban hidup atapE=
Beban gempaH= Beban tekanan tanahW= Beban anginR= Beban air
hujan
2.2.4.3. Kuat Rencana
Kuat rencana adalah kuat struktur minimal yang harus dimiliki
penampang beton terhadap kuat perlu (U) dan ditetapkan dengan
faktor reduksi kekuatan () (yang selalu bernilai kurang dari 1)
dikalikan kuat nominal.
Faktor reduksi () adalah untuk mengantisipasi adanya :1.
Mengakomodasi kemungkinan komponen-komponen struktur yang kurang
kuat akibat variasi kuat material atau dimensi.2. Mengakomodasi
kekurangan telitian dalam persamaan-persamaan desain.3. Untuk
mencerminkan tingkat daktilitas dan keandalan dari penampang yang
dibebani.4. Penting tidaknya komponen yang dievaluasi terhadap
struktur secara keseluruhan.
Tabel 2.2. Faktor reduksi kekuatan pasal 11.3 SNI
03-2847-2002NoKondisi gayaFaktor reduksi ()
1Lentur, tanpa beban aksial0,80
2Aksial tarik, aksial tarik dngan lentur0,80
3Aksial tekan, aksial tekan dengan lentur
Komponen struktur tul. Spiral0,70*
Komponen struktur lainnya0,65*
4Geser dan torsi0,75
5Tumpuan pada beton0,65
*Besarnya dapat ditingkatkan secara linier sampai 0,80 ketika Pn
berkurang dari nilai terkecil 0,1fcAg dan Pb ke nol.
2.2.4.4. Hubungan Tegangan Tekan dan Regangan Beton
Gambar 2.2. Distribusi Tegangan Tekan pada Potongan Balok Beton
(Edward G. Nawy, P.E, 2008gambar di atas adalah bentuk distribusi
tegangan tekan pada potongan balok beton, gambar c adalah kondisi
ideal sedangkan gambar d adalah bentuk pendekatannya. Untuk
tegangan tekan berbentuk persegi ekuivalen, terlihat tegangan tekan
ultimate balok adalah saat dengan 85% dari kuat tekan silinder. Hal
tersebut dimaksudkan agar konsisten dengan hasil tes dari kolom
yang dibebani konsentris, sehingga pendekatan tersebut dapat juga
dipakai untuk berbagai aplikasi perencanaan yang umum, mulai dari
lentur murni sampai beban langsung.
Dari hasil penelitian diperoleh keterangan besarnya faktor
konversi bentuk parabola ke bentuk persegi, yaitu menggunakan
parameter 1 sebagai fungsi dari mutu beton yang digunakan.
Faktor 1 harus diambil sebesar 0,85 untuk fc 30 Mpa, 1 harus
dikurangi secara terus menerus sebesar 0,05 untuk setiap kelebihan
mutu beton sebesar 7 Mpa di atas 30 Mpa tetapi tidak boleh kurang
dai 0,65 (pasal 12.2.7.3 SNI 03-2847-2002).Fc 30 Mpa1 = 0,8530 Mpa
< fc 58 Mpa1 = 0,85 - 0,05/7 (fc-30)Fc 58 Mpa1 = 0,65
2.2.4.5. Regangan Seimbang
Kondisi regangan seimbang terjadi pada penampang ketika tulangan
tarik mencapai regangan yang berhubungan dengan tegangan leleh fy
pada saat bersamaan dengan tercapainya regangan batas ( cu ) 0,003
pada bagian beton yang tertekan dimana tegangan leleh fy adalah
fy/Es.
Rasio Tulangan b, yang menghasilkan kondisi seimbang akibat
lentur, tergantung pada bentuk penampang dan lokasi tulangan.
min= 1,4 /fy atau
............................................................................(2.1)max=
0,025 (Ps 23.3.2.SNI 03-2847-2002)
diusahakan min < < 0,75 b
= =
Cb = 0,85 fcabb = 0,85 fc 1cbb
Tb = As b fy = p.b.d.fy = Cb = Tb
=
....................................................................................................(2.2)memasukan
nilai Cb, maka :b = 1 ( )cu = 0,003Es = 200.000 Mpa ( Ps.10.5.2.
SNI 03-2847-2002)
b = 1 (
)............................................................................(2.3)(
Ps.10.4.3. SNI 03-2847-2002)
2.2.4.6. Tinggi Blok Tegangan Tekan Beton Persegi
Tinggi blok tegangan tekan beton persegi =
a....................................................................................................(2.4)
2.2.4.7. Momen Nominal Aktual
Mn= T (d-a/2)= As fy (d-a/2)
...................................................................................(2.5)atauMn=
C (d-a/2)= 0,85 fcab (d-a/2)
............................................................................(2.6)
2.2.4.8. Luas Tulangan
...............................................................................................(2.7)atau
...................................................................................................(2.8)Mu=
Momen UltimateFy= Kuat tarik bajaJ= Faktor koreksi= Faktor
reduksi
Luas As tidak boleh kurang dari :
As_min =
...........................................................................................(2.9)dan
tidak lebih dari