hadi rusjanto

7/29/2019 Hadi Rusjanto

1/16

MENUJU PERENCANAAN DAN PELAKSANAAN STRUKTUR BETON MASA

KINI UNTUK BANGUNAN BERTINGKAT TINGGI DI INDONESIA

HADI RUSJANTO TANUWIDJAJA

DOSEN FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN UNIVERSITAS TRISAKTIDIREKTUR UTAMA PT HAERTE WIDYA KONSULTAN ENGINEERS JAKARTA

ABSTRAKTidak dapat dihindari lagi bahwa di kota-kota besar umumnya kebutuhan akan ruang kantor, bangunanperumahan dan pertokoan akhir-akhir ini meningkat pesat; di lain pihak perolehan lahan sangat terbatas

dan makin mahal sehingga pilihannya cenderung untuk mendirikan bangunan kearah vertikal. Perencanaarsitektur dituntut untuk mengutamakan effiensi penempatan serta distribusi ruang sehingga dicapai luasanlantai bersih yang optimal, tentunya hal ini hanya bisa dilakukan dengan meningkatkan kualitas beton danbaja tulangan dengan mutu yang lebih tinggi agar supaya ukuran luas penampang kolom atau dindinggeser menjadi relatip tidak terlalu besar seiring dengan bertambah tinggi bangunannya. Badan penelitianbangunan negara Jepang sejak tahun 1988 telah melakukan rencana 5 tahunan mengenai pengembangan,peningkatan penggunaan beton dan baja mutu sangat tinggi. Tahapan penelitian bahan beton dan bajatulangan mutu sangat tinggi yang merupakan bagian pertama dari rencana 5 tahunan tersebut telahdiselesaikan pada tahun 1993. Saat ini sudah di mulai tahapan perencanaan dan pelaksanaan

pembangunan bangunan beton menggunakan mutu beton 60' cf MPa , mutu baja tulangan utama

700yf MPa dan mutu baja tulangan sengkang 1200yf MPa. Tulisan ini menguraikan secara garis

besar pro-kontra penggunaan beton dan baja tulangan mutu sangat tinggi serta perubahan strategi untukperencanaan dan pelaksanaan struktur beton bangunan bertingkat di Indonesia.

Kata kunci : beton dan baja mutu sangat tinggi, optimal.

The needs of office room spaces, apartments, shopping areas are increasing in almost big cities but on theother hand the land-use spaces are extremely limited and expensive so that the only choice is intending tobuild the structures vertically. The architecs are requested to optimize the distribution of floor-spaces inorder to achieve the highest efficiency of saleable areas, this could be done by using higher strengthgrades for both steel and concrete since then the cross-section areas of columns and walls are notexcessive in line with the increasing number of stories of the building. The Building Research Institute of

Japan since 1988 set-up the 5-year plan on the development of implementation of using higher strengthgrades of steel and concrete. The research on higher strength grades of steel and concrete which was thepart of the first 5-year plan had been completed in 1993. Now it is starting into the implementation of using

concrete grade of 60' cf MPa, steel grades of 700yf MPa and 1200yf MPa respectively for

main and transverse reinforcement bars. This paper elaborates in brief the pros and cons of the using ofmore brittle higher grades of both conrete and steel; the apropriate strategy in the structural design andconstruction of earthquake resistant buildings in Indonesia.

Key words : higher strength grades of steel and concrete, optimize.


2/16

PENDAHULUAN

Sejak tahun 2000 perencanaan dan pembangunan gedung-gedung beton bertulang bertingkat banyak

(bervariasi dari 20 sampai 50 lantai) untuk berbagai peruntukan seperti kantor dan hunian khususnya dikota-kota besar di seluruh Indonesia berkembang dengan sangat pesat. Namun demikian di lain pihakperkembangan penggunaan mutu bahan beton dan baja tulangan relatip tidak banyak berkembang. Mutubeton yang dapat dicapai dalam praktek lapangan pelaksanaan masih berkisar pada mutu beton biasa

dengan 25 60' cf MPa demikian pula untuk mutu bajanya adalah mutu baja biasa dengan

500240 yf MPa sehingga tidak jarang terjadi konflik kepentingan antara perencana arsitektur danperencana struktur yang berakibat kepada tidak dapat tercapainya effisiensi perencanaan penggunaanruang karena tersita oleh penempatan elemen-elemen struktur seperti kolom atau dinding dengan ukuranyang kurang proportional sehubungan adanya keterbatasan dari mutu beton dan baja tulangan tersebut diatas. Peraturan beton bertulang ACI 318-05 dan SNI-03-2847-2002 yang baru untuk Indonesia masih

konservatip dengan membatasi penggunaan mutu baja tulangan 500yf MPa untuk perencanaan

terhadap beban gempa dan 700yf MPa untuk baja sengkang sebagai tulangan pengekang.Mengenai mutu beton secara spesifik tidak ada pembatasannya terkecuali untuk perencanaan geser,panjang penyaluran dan pengangkuran, tegangan tekan maksimum yang dapat diperhitungkan tidak boleh

melebihi 70' =cf MPa (ACI 318) atau 100

' =cf MPa (penelitian di Jepang).

Di Jepang tahapan penelitian mengenai penggunaan mutu beton dan mutu baja tulangan sangat tinggi

(tegangan tekan beton 60' cf MPa dan tegangan leleh 700yf MPa) sudah dimulai sejak tahun

1988. Akhir tahun 1993 merupakan finalisasi tahapan koordinasi antara semua pihak yang terlibat dari mulaitahapan penelitian dengan pihak peneliti dari berbagai universitas dan institusi terkait, demikian juga pihakpemerintah sehubungan dengan legalisasi peraturan maupun pihak pengguna/kontraktor pelaksana dari

industri konstruksi dan pabrik pembuat bahan bangunan.

Saat ini perencanaan dan pelaksanaan struktur beton bertulang modern terutama di negara maju sepertiJepang, Amerika, Australia dan New Zealand sudah menuju kearah penggunaan mutu beton dan mutu baja

sangat tinggi masing-masing mempunyai tegangan tekan beton 60' cf MPa dan tegangan leleh baja

tulangan 700yf MPa; bahkan di Jepang dan New Zealand sudah banyak dipakai baja tulangan

sengkang dengan tegangan leleh 1200=yf MPa.

Tulisan ini membahas secara garis besar dari mulai teknik-teknik pemilihan bahan dan pembuatan betondan baja tulangan mutu sangat tinggi, panjang penyaluran dan tegangan lekatan, pro dan kontra masalahdaktilitas bahan sampai strategi perencanaan struktur yang tepat.

PERKEMBANGAN TEKNOLOGI BAHAN

Ukuran kolom dan ketebalan dinding beton sebagai bagian dari elemen struktur pemikul beban gravitasimaupun beban lateral akibat angin dan gempa khususnya di lantai-lantai bagian bawah dari sebuahbangunan bertingkat banyak sangat di batasi oleh kebutuhan arsitektural maupun fungsional bangunandalam hubungannya dengan kebutuhan akan bentangan bersih dari muka kolom satu dengan muka kolomlainnya. Dari pengamatan dan pengalaman pribadi penulis ukuran maksimum yang masih dalam batastoleransi kompromi dengan rancangan arsitektur untuk kolom adalah 1500 mm dan untuk dinding betonadalah 700 mm. Sebagai contoh sederhana dari sebuah kolom bangunan bertingkat 50 lantai dengan luas


3/16

cakupan lantai meliputi ukuran 10 x 10 m misalnya, untuk beban gravitasi saja sudah harus diperhitungkankuat untuk memikul beban aksial total kolom tidak terfaktor sebesar kurang lebih 5000 ton. Estimasiukuran kolom dapat dihitung sesuai persamaan (1b), yang merupakan simplifikasi persamaan (1a) untuk

gaya nominal aksial kolom tekan yang dapat dipikul oleh unsur struktur beton bertulang tsb:

( )stystgcno AfAAfPP +== '85.00.8 (1a)

( )ytcu

gff

PA

+=

'4.0

...(1b)

Jika diperhitugkan faktor beban global rata-rata sebesar 1.5, kolom direncanakan dengan anggapantulangan minimum 1% dan memperhitungkan adanya tambahan tulangan akibat momen lentur, sehinggaselanjutnya tulangan total diharapkan akan mencapai batas praktisnya 2-3% yaitu untuk kemudahan

pemasangan lapangan dan optimisasi biaya. Kemudian dipakai mutu beton MPa50' =cf dan mutu baja

MPa50=yf maka dari persamaan (1) akan diperoleh minimal ukuran kolom sebesar 1.8 x 1.8 m. Untuk

mencapai ukuran kolom 1.5 x 1.5 m diperlukan MPa65' =cf dan mutu baja MPa700=yf .

Kebutuhan akan mutu beton dan mutu baja super-tinggi merupakan harga mutlak yang harus dibayar untuksetiap perencanaan bangunan bertingkat banyak. Kombinasi penggunaan mutu beton dan baja super tinggiakan memberikan dampak positip dan beberapa keuntungan a.l. sbb :

Jumlah tulangan yang dapat dikurangi secara cukup signikan sehingga menghindari kesulitanakibat rapatnya pemasangan baja tulangan dalam pelaksanaan pengecoran di daerah pertemuanbalok-kolom-dinding beton; dengan demikian pengendalian kualitas mutu stuktur beton yang lebih

baik dan kompak dapat dengan mudah terpenuhi.

Penggunaan mutu baja tulangan sengkang untuk pengekangan beton pada struktur kolom, balokdan dinding dapat meningkatkan perilaku bahan beton yang getas menjadi lebih liat (daktail).

Perlu dicatat bahwa dalam hal perencanaan struktur beton lebih ditentukan oleh faktor kekakuan daripadafaktor kekuatannya seperti pada struktur pelat dimana retak dan lendutan sangat menentukan, peningkatanmutu bahan, khususnya penggunaan mutu baja supertinggi kurang ada manfaatnya.

Mutu Beton Super Tinggi

Ada tiga hal penting yang sangat menentukan kualitas dan peningkatan mutu beton yaitu pemilihankekuatan dari bahan pengikat (binder), pemilihan kekuatan bahan agregat dan pemilihan bahan pelekatantara permukaan agregat dan bindernya. Peningkatan kualitas mutu beton dapat dilakukan menggunakanpemilihan jenis semen dan bahan campuran kimiawi yang tepat sehingga kebutuhan jumlah air dalamrancangan adukan beton yang akan digunakan dapat dibuat serendah mungkin dan yang masih memenuhibatas kelayakan praktis pengecoran.

Sudah banyak penelitian yang telah dilakukan baik di dalam negeri oleh Supartono (2001) maupun di luarnegeri, Jepang, America (ACI), dan Eropa (FIP-CEB) mengenai mutu beton super tinggi ini. Dari hasil studipustaka di Jepang, Aoyama (2001); dapat diperoleh hal-hal penting yang perlu kita perhatikan a.l. sebagaiberikut ini :


4/16

Mutu beton tinggi sangat ditentukan oleh penggunaan ratio air semen (W/C), W/C= 0.25 -0.30adalah yang paling ideal. Dari gambar (1) dapat dipelajari bahwa kuat tekan mortar tidak

bergantung dan dipengaruhi oleh jenis dan tipe semen jika W/C < 0.25. Jumlah air per kubik betondibatasi dalam batas rentang antara 145 175 kg/m3.

Kuat tekan beton cenderung akan menurun secara linear berkaitan dengan meningkatnya jumlahaggregate kasar dengan mutu rendah per kubik beton (type K & D), dan relatip konstan jikadipergunakan agregat kasar dengan mutu yang lebih tinggi (type O & T), lihat gambar (2).

Secara umum dapat dinyatakan bahwa semua bahan tambahan kimiawi dalam bentuk seperti jenisair entraining dan water-reducing yang banyak dipergunakan secara komersial mengikuti standardosis pemakaiannya masing-masing disesuaikan dengan rekomendasi dari produksi berbagaipabrik, secara kualitatip memberikan hasil yang relatip sama.

Penggunaan bahan tambahan mineral pengganti semen sejenis silica fume dan fly ash fumedalam batas 10 15 % akan menghasilkan kuat tekan beton yang optimal.

Gambar 1 Kuat Tekan Mortar dengan Gambar 2 Kuat Tekan Beton denganBerbagai jenis Semen berbagai mutu agregat kasar

Atas dasar pengetahuan yang telah diuraikan di atas selanjutnya dapat direncanakan secara cermat untukdilakukan serangkaian rancangan adukan beton supaya mendapatkan mutu beton super tinggi. Secaraumum prosedur standar yang harus diikuti sebelum membuat rancangan adukan beton super tinggi dapatdiikuti sesuai alur kerja yang diberikan dalam gambar (3).

Baja Tulangan Super Tinggi

Jika dibandingkan dengan penelitian global mengenai beton mutu tinggi di hampir seluruh penjuru dunia(Sheikh-1982, Park-2001, Mendis-2000, Mugurama-1988, Sundarajay-1992 dan MacGregor-1996),perkembangan penelitian tentang baja mutu super tinggi relatip tidak banyak dan itupun masih terbatashanya pada baja tulangan dengan ukuran diameter kecil (6 13 mm) untuk tulangan pengekang (Park,Mugurama). Loncatan spektakular jauh kedepan telah dilakukan oleh pemerintah Jepang sejak tahun 1988,yang mulai melakukan penelitian tentang penggunaan baja tulangan mutu super tinggi sebagai suatukeharusan mutlak untuk mensinerjikan interaksi imbangan kekuatannya dengan beton mutu tinggi. Uraianberikut ini merupakan kutipan sebagian penting yang telah dihasilkan dari penelitian tersebut di atas.


5/16

Rancangan Adukan Beton

Menetapkan Syarat-Syarat Rancangan Adukan Beton

Kuat Tekan Beton Air Content Slump

bahan tambahan

minerall

Menetapkan rasiopeng gunaan m iner al

tambahan

ya

tidak

Menetapkan rasio

air semen

Hitung semen yang

dibutuhkan

Hitung jumlah airyang dibutuhkan

Menetapakan volume

agregat kasar

Hitung jumlah agregatkasar yang dibutuhkan

Menetapkan penggunaan

bahan tambahan kimiawi

Hitung jumlahagregat halus yang

dibutuhkan

Gambar 3 Alur kerja Rancangan Adukan Beton Mutu Super Tinggi

Baja tulangan yang saat ini digunakan masih terbatas kepada mutu baja tulangan yang mempunyai

tegangan leleh fy 500 MPa untuk struktur beton bertulang biasa, dan baja tulangan dengan teganganputus fp 1800 MPa untuk struktur beton prategang yang umumnya terbatas menggunakan tulanganberdiameter kecil13 mm. Baja tulangan dengan mutu super tinggi dengan tegangan leleh fy 700 MPasecara khusus direncanakan untuk baja tulangan untuk unsur struktur (balok, kolom dan dinding beton

bertulang) yang direncanakan akan terjadi sendi-sendi plastis dan fy 1000 MPa untuk unsur struktur yangdirencanakan belum mencapai batas regangan lelehnya pada saat sistim struktur keseluruhan mengalamideformasi melampaui batas elastisnya. Baja-baja mutu tersebut di atas saat ini sudah dapat diproduksi

secara komersial oleh industri pabrik baja tulangan di Jepang. Baja tulangan prategang tetap dipertahankandan variasi penggunaanya diperluas untuk baja tulangan sengkang sebagai tulangan pengekang bersama-

sama dengan produksi baja tulangan baru dengan mutu 800fy 1300 MPa. Gambar (4) menunjukanperbedaan mendasar mengenai grafik hubungan tegangan-regangan dari mutu baja super-tinggi denganbaja lunak untuk tulangan yang sudah biasa dipakai pada perencanaan beton bertulang saat ini diIndonesia. Tabel 1 memberikan informasi penting yang menyangkut persyaratan teknis dari produksi pabrikuntuk mutu baja tulangan super-tinggi tersebut.


6/16

Deskripsi

USD 980 USD 785 USD 1275

A B

Tegangan Leleh (MPa) 685 - 785 685 - 755 >980 >785 >1275

Tegangan Putus (MPa) >930 >1420

Regangan Leleh saat

proses pengerasan

Regangan Putus >7 % >8 % >7 %

Ratio Tegangan Leleh 1.4 %. Serta besarnya ratio leleh yang didefinsikan sebagaiperbandingan antara tegangan leleh dengan tegangan putusnya yaitu harus lebih kecil dari 0.8 dan 0.85masing-masing untuk mutu 685 A dan B; sehingga dengan demikian persyaratan tegangan putus padaBaja USD 685 tidak lagi dibutuhkan dalam hal ini. Sebagai perbandingan untuk baja lunak (konsentrasi

kadungan karbon rendah < 0.3 %) di Jepang dengan fy < 350 MPa, ratio lelehnya disyaratkan cukuprendah yaitu sebesar 0.7. ACI 318-05 dan SNI 2847-02mensyaratkan rasio perbandingan tegangan putusdan tegangan leleh fy > 1.25 (rasio leleh < 0.8) untuk setiap perencanaan terhadap beban gempa.Sebaliknya dengan makin bertambah tingginya mutu baja tulangan (USD 785, 980 dan 1275), batasanmengenai tegangan leleh menjadi semakin tidak jelas, dalam hal ini batas tegangan leleh ditetapkansebagai tegangan pada regangan sebesar 0.2% dan persyaratan mengenai batasan tegangan putusmenjadi sangat penting untuk jaminan terhadap keamanan global sistim strukturnya.


7/16

Gambar 4 Hubungan Tegangan-Regangan Berbagai Mutu Baja

Proses Pembuatan dan Campuran Kimiawi

Untuk mendapatkan mutu baja super tinggi, kontrol kualitas yang harus dilakukan di pabrik khususnya yangmenyangkut jumlah kandungan serta campuran kimiawi dan cara-cara dari proses pembuatan sangatmenentukan produksi mutu baja yang diinginkan. Tabel-2 memberi masukan mengenai campurankandungan dasar kimiawi untuk baja yang mempunyai konsentrasi kandungan karbon-sedang (0.3 0.59

%) mutu USD 685; dengan menambahkan beberapa unsur kimia seperti Al (alumunium), Ti (titanium) danatau Nb (niobium) dalam kandungan baja cair (hot-rolling) pada suhu 900o C dan kemudian melakukanproses pendinginan cepat (quenching) dengan menggunakan air atau minyak pelumas sampai mencapaisuhu 150-200o C; proses ini dimaksudkan untuk memperoleh mutu baja dengan tegangan leleh yang lebihtinggi. Tahapan berikutnya adalah proses pemanasan (heat-treatment) dengan melakukan pemanasanulang (tempering) sampai mencapai suhu 620o C kemudian dilanjutkan dengan proses pendinginan biasa,dimaksudkan untuk menghasilkan baja yang mempunyai batas tegangan dan regangan leleh yang jelasserta cukup panjang; demikian pula mempunyai nilai rasio leleh yang diinginkan cukup rendah.

Diameter

(mm) C Si Mn P S

13 0.33 0.41 0.75 0.007 0.004

22 0.32 0.41 0.70 0.010 0.001

32 0.32 0.99 1.58 0.006 0.002

41 0.32 0.99 1.55 0.009 0.004

cairan baja panas

Proses Pembuatan

TABEL - 2 CAMPURAN KANDUNGAN DASAR KIMIAWI BAJA MUTU USD 685

J umlah Kandungan Kimiawi dalam % dari berat

Penambahan campuran

kimia penguat pada


8/16

PERKEMBANGAN TEKNOLOGI PERANCANGAN STRUKTUR

Paradigma perancangan struktur yang berlaku saat ini masih harus ditingkatkan, diperbaiki dan

disesuaikan dalam kaitannya dengan penggunaan mutu beton dan baja supertinggi. Hal-hal mendasar yangperlu lebih diperhatikan dalam perancangan strukturnya a.l. dapat dikemukakan dalam uraian berikut ini.

Perancangan Berbasis Kinerja

Perancangan sebuah bangunan khususnya bangunan bertingkat tahan-gempa sangat komprensif danmemerlukan koordinasi yang terpadu; tidak semata perencanaan struktur saja tetapi juga melibatkan multi-disiplin lain di bidang arsitektur, mekaninal, elektrikal dan plumbing dll. Pengalaman gempa masa lalu,seperti dimulai dari peristiwa pusat kesehatan Olive View di Sylmar California yang baru beberapa bulandiresmikan dan kemudian mengalami keruntuhan total saat terjadinya gempa San Fernando tahun 1971.Perencanaan dan pembangunan kembali rumah sakit Olive yang walaupun sudah menerapkan konsep-konsep perencanan struktur tahan-gempa modern berupa perkuatan lateral dari interaksi dinding beton dan

rangka pemikul momen dibagian keliling luar bangunan, sehingga saat terjadinya gempa Northridge tahun1994 secara struktural bangunannya tidak mengalami kerusakan yang berarti. Akan tetapi fungsi utamabangunan sebagai rumah sakit lumpuh total dikarenakan seluruh sistim sprinkler dan pendinginan rusakberat sehingga mengharuskan evakuasi total seluruh pasien selama beberapa hari. Pernyataanmengejutkan telah dikemukakan oleh Prof. Shunsuke Otani pada seminar internasional EASEC ke-9 di Balibeberapa tahun lalu yang mengungkapkan bahwa dari hampir seluruh bangunan yang direncanakan tahangempa, yang walaupun secara relatip tidak mengalami kerusakan struktural berarti pada peristiwa gempahebat Kobe tahun 1995; namun sangat disayangkan bahwa biaya perbaikan kerusakan non-strukturalnyajauh lebih besar dibandingkan dengan biaya jika membangun kembali struktur bangunan baru.Berdasarkan pengalaman tersebut di atas, selanjutnya terjadi perubahan paradigma mengenai konsepdasar perencanaan struktur bangunan tahan-gempa. Perencanaan struktur berbasis kinerja mulaimemasuki babak baru untuk perencanaan struktur bangunan tahan gempa sejak direkomendasikan

mengenai hal tersebut oleh asosiasi enjiner California SEAOC Vision 2000 pada tahun 1995.Perkembangan lebih lanjut tentang petunjuk model perencanaan berbasis kinerja dapat dipelajari melaluibanyak publikasi di Amerika yang dikeluarkan oleh SEAOC (1995-1999), ATC-40 (1996), FEMA-273, 274(1997, FEMA 356 (2000), FEMA 368 (2001) dan bahkan sudah dimasukan dalam standar peraturan terbarudari IBC-2000. & 2003 ataupun ASCE 7-05.Petunjuk praktis secara tahap demi tahap mengenai perencanaan berbasis kinerja untuk keperluanperencanaan struktur secara umum, mengikuti ketentuan yang telah di atur oleh ATC-40 dan FEMA 273 &274 dan diuraikan oleh Naeim et al (2001). Bertero (2004), memperkenalkan metode CCA (comprehensiveconceptual approach) sebagai metode yang paling up to date untuk langkah awal dari perencanaanstruktur berbasis kinerja. Uraian berikut ini sebagian besar terambil dari kedua tulisan tersebut di atas.

Pada dasarnya kriteria minimum perancangan struktur berbasis kinerja mensyaratkan bahwa :

1. Struktur bangunan harus berprilaku elastis dan dapat berfungsi secara operasional penuh padasaat terjadinya gempa kecil yang mempunyai perioda ulang 10 tahun dengan persentasikemungkinan terlampauinya selama umur bangunan sebesar 16 %.

2. Komponen struktur dan non-struktur dari bangunan akan mengalami perubahan bentuk pascaelastis maksimum yang terkendali dan masih dalam batas yang diperbolehkan sehingga tidakmembahayakan keselamatan manusia, pada saat terjadinya gempa besar yang mempunyaiperioda ulang 475 tahun dengan persentasi kemungkinan terlampauinya selama umur bangunansebesar 16 %.

Oleh Bertero (2004) hal tersebut dinyatakan dalam bentuk index kerusakan, DMI (damage index) dan indexperpindahan tiap lantai, IDI (story drift index). DMI = 0 dalam hal tidak ada kerusakan dan DMI=1jika terjadi


9/16

kerusakan total (lokal) untuk setiap komponen yang direncanakan akan mengalami perubahan bentukpasca-elastis. Batasan kinerja struktur yang diinginkan diberikan dalam Tabel-3

Perioda

ulang gempa Kerusakan Lokal Kemungkinan Kemungkinan

(tahun) DMI Kegagalan IDI Kegagalan

10 0.00 16% 0.003 16%

500 0.80 16% 0.015 16%keselamantan jiwa

Derajat Kerusakan Struktur

Batasan Kinerja Struktur Terhadap Beban Gempa Rencana

Derajat Kerusakan Non-Struktur

Tabel-3 Kinerja Struktur Rencana

Batasan Kinerja

Bangunan

daya layan

Implementasi dari kedua hal tersebut di atas secara praktis dapat dilakukan sbb :

1. Tentukan kekuatan kapasitas pasca elastis dari struktur bangunan yang dinyatakan dengan grafikhubungan gaya geser dasar dan perpindahan lateral pada puncak bangunan melalui push-overanalisis. Rubah grafik tersebut keformat sistim koordinat ADRS (acceleration-displacementresponse spectra) seperti terlihat dalam gambar 5, mengikuti persamaaan 2 (a), (b), (c) dan (d).

1

/

WVS iai = (2a) ; )x( ,1roofi

dPF

Si

= (2b)

=

=

=n

i

ii

n

iii

i

gw

gw

PF

1

2

1

1

1

/)(

/)(

(2c) ;

=

==

=

n

iii

n

i

i

n

iii

gwg

w

gw

1

2

1

1

2

1

1

1

/)(

/)(

(2d)

dimana wi berat setiap lantaii; 1i ragam getar pertama dan g, percepatan gravitasi, Vi gaya lateral gempa

tiap lantaii; W berat total bangunan dan perpindahan lateral lantai.

2.

Mempelajari peta wilayah gempa dan kondisi tanah setempat dari bangunan yang akan didirikan,tentukan respons spectra dari gempa rencana. Rubah respons spectra gempa rencana dari sistimkoordinatSa T keformat sistim koordinat ADRS mengikuti persamaan 3(a), (b) dan (c) sepertiterlihat pada gambar. (6).

gST

Sii a

id

4 2

2

= 3(a) ; v

i

a ST

gSi

2 = 3(b) ; v

i

id S

TS

i 2= 3(c)

dimana Sa dan Sd masing-masing respons percepatan dan perpindahan; T adalah waktu getaralamiah.


10/16

keselamatanjiw a

stabilitas

strukturbatas operasional

kembali fungsibangunan

Perpindahan Lateral Pada Atap

Bangunan R

GayaGeserDasar

per fom ance p oin t

Respon Perpindahan (Sd)

responpercepatan(Sa)

(a) Format Gaya-Perpindahan (b) Format ADRS (Sa-Sd)

Gambar 5 Pushover Analisis (pasca-elastis)

Sa

Sai

Ta Ti

Sa

Ta

Ti

Sdi SdT

(a) FormatSa T (b) Format ADRS (Sa Sd)

Gambar (6) - Respon Percepatan Gempa

3. Konsep dasar teori ilmu ekonomi yang menyatakan bahwasanya suplai harus lebih besar ataumencukupi daripada kebutuhan dipakai disini; dimana suplai dinyatakan sebagai kekuatankapasistas maksimum struktur yang masih dapat dipertahankan untuk memenuhi kebutuhankekuatan struktur yang harus mengalami perubahan bentuk paca elastis akibat gempa besarrencana. Hal ini diverifikasikan sebagai titik potong dari grafik yang dihasilkan pada langkah (1)dengan grafik pada langkah (2) yaitu respon percepatan elastis dengan 5% faktor redaman

histeriso dan yang telah dimodifikasi (diperkecil) karena memperhitungkan faktor redaman SRAdanSRvmengikuti persamaan (4), berkaitan dengan perubahan struktur pasca elastis.


11/16

12.2

)ln(68.021.31 eff==s

aB

SR (4a) ;65.1

)(ln41.031.21 eff

L

vB

SR

== (4b)

dimana eff =o + 0.05 dan faktor dandapat di ambil pada Tabel - 4.

Durasi Jenis

Getaran St ruktur SRa SRvpendek A 16.25 1

0.33 0.5

16.25 1.13 - 0.51(Sa y Sdpi - SdySapi)/Sapi Sdpi

panjang B 25 0.670.44 0.56

25 0.845 - 0.446(Sa y Sdpi - SdySapi)/Sapi Sdpi

Parameter Redaman

TABEL 4 - FAKTOR REDAMAN SRa Dan SRvHarga Minimum

Titik ini disebut titik kinerja (performance point). Performance point ini diperoleh dengan mengasumikanpendekatan kurva bi-linear dan menterapkan konsep persamaan enerji setelah melalui beberapa kaliproses iterasi dimulai dengan pemilihan estimasi harga awal dari Sapi dan Sdpi seperti yangdiilustrasikan dalam gambar (7). Proses iterasi dianggap cukup jika tercapai 5 % toleransi perbedaanantara harga estimasiSapidanSdpi dengan Sapdan Sdp hasil perhitungan.

Say

Sdy

Sapi

SdpiSdp

grafik push-over

respon elastis

5 % damping

SRA x respo n elas tis 5

% damping

(respon pasca-elastis)

performancepoi nt

kurvabilinear

Sd

Sa

Gambar 7 Menentukan Performance Point

4. Dari besarnya perubahan bentuk struktur yang diperoleh pada langkah (3), periksa perubahanpasca-elastis setiap komponen struktur dan non-struktur (DMI dan IDI) dari keseluruhan sistim;apakah masih memenuhi batas persyaratan yang telah ditetapkan dalam Tabel - 4.

5. Siapkan dokumen bangunan berupa gambar-gambar rencana detail struktur dan tahapan langkahdari kontrol kualitas pelaksanaan sesuai kebutuhan yang diperlukan untuk memenuhi persyaratanperubahan bentuk pasca elastis pada langkah (3) dan (4).


12/16

Perencanaan Kolom

Struktur beton bertulang merupakan gabungan interaksi 2 material yang berbeda yaitu beton dan baja;

masing-masing mempunyai prilaku spesifk yang sangat kontras dan bertolak belakang ketika memikultegangan-lentur. Tegangan lentur tekan dipikulkan oleh beton sedangkan tegangan lentur tarik ditahan olehbaja tulangan melalui transfer gaya atau lekatan antara kedua material tersebut. Tegangan lekatan yangterjadi dipermukaan tulangan selalu berubah dan sangat bervariasi sehingga untuk praktisnya pada setiapperaturan prencanaan beton hal ini cenderung dinyatakan dengan hanya menghitung panjang penyaluran;yang didefinisikan sebagai panjang minimal yang diperlukan supaya di dalam tulangan terjadi peningkatantegangan mulai dari nol sampai mencapai tegangan lelehnya. Digunakannya mutu baja tulangan super-tinggi jelas sangat membutuhkan panjang penyaluran yang lebih panjang karena peningkatan teganganlekatan beton tidak secara proportional dengan peningkatan mutu kuat tekan betonnya. (tegangan lekatan

beton meningkat secara proportional dengan'

cf ).

Panjang penyaluran dalam ACI 318 maupun SNI 2748 ditetapkan mengikuti pers. (4):

b

b

trc

y

d d

d

Kcf

f

+=

'10

9 l ; dimana

+

b

tr

d

Kc1 2.50 (4)

penjelasan yang lebih detail tidak diuraikan dalam tulisan ini dan dapat diikuti dengan mudah melaluipenjelasan yang terdapat dalam kedua peraturan tersebut. Dalam hal terjadinya retak-retak akibattegangan tarik yang melampaui tegangan lekatan antara beton dan baja tulangan akan mengakibatkanpemisahan sepanjang tulangan dan terkoyaknya sisi-sisi bagian luar beton seperti yang diperlihatkan dalam

gambar (8), dan akan mengikuti pola tegangan yang ditimbulkannya (tegangan akibat momen lentur, geser,aksial tarik dan torsi).Strategi perencanaan untuk mengurangi besarnya panjang penyaluran dapat dilakukan denganmemperbesar sedikit tebal penutup beton atau jarak pusat kepusat antar tulangan ditambah denganmemperhitungkan adanya sumbangan positip dari kehadiran tulangan sengkang yang dinyatakan dengan

faktorsn

fAK

yhh

tr100

= . Ktr yang merupakan fungsi dari mutu baja fyh, jumlah tulangan memanjangn, jarak

sengkangs dan luas total tulangan sengkang yang memotong bidang retak-pemisahanAh. Gambar (9)

memperlihatkan panjang penyaluran dl optimal yang dinyatakan dalam db jika diambil harga maksimal

5.2=

+

b

tr

d

Kcyang umumnya akan selalu terpenuhi untuk setiap persyaratan minimum tulangan

pengekang dengan berbagai variasi mutu bahan beton dan baja tulangan. Panjang penyaluran normal 30sampai 40db masih dapat dicapai dengan menggunakan kombinasi yang tepat antara mutu baja dan betonsangat tinggi,

Mengingat penggunaan diameter tulangan utama berukuran besar (db>32 mm) umumnya banyak dipakaikarena lebih menguntungkan pada perencanaan bangunan bertingkat tinggi, peraturan Jepang tidakmemperbolehkan sistim sambungan sisipan (lap-splice) dan mensyaratkan penggunaan sistim sambunganmekanis pada struktur beton dan baja tulangan mutu super-tinggi.


13/16

Untuk mengatasi besarnya momen guling yang ditimbulkan oleh gaya-gaya lateral gempa atau angin, gayaaksial terutama pada kolom-kolom bagian luar sangat dominan sehingga strategi pemasangan tulangankolom dapat sebagian diletakan pada pusat kolom; dengan demikian sekaligus juga bisa memanfaatkan

pengurangan panjang penyaluran untuk sambungan tulangan sehubungan jarak pusat ke pusat tulanganmemanjang kolom menjadi relatip lebih longgar seperti terlihat dalam gambar (10); lihat penjelasansebelumnya mengenai panjang penyaluran.

Gambar 8 Retak Pemisahan Pada Permukaan Tulangan

Tulangan Sengkang untuk Pengekangan

Dipergunakannya mutu beton super-tinggi pada perencanaan bangunan bertingkat banyak, dimaksudkanuntuk mengimbangi secara proporsional dengan meningkatnya gaya aksial tekan yang terjadi pada kolombagian bawah akibat beban gravitasi dan beban gempa atau angin. Hal ini membawa konsekwensikeharusan untuk memperbaiki pengurangan kekuatan dan prilaku baku beton yang semakin getas ketikakolom mulai mencapai kuat tekan maksimum pertama yang kemudian diikuti timbulnya retak-retak vertikaldan terkelupasnya kulit penutup beton kolom di luar tulangan sengkang. Tegangan tarik yang terjadi didalam tulangan sengkang pada saat tersebut mulai aktip bereaksi memberi tegangan tekan balik yangmengekang sekeliling bagian dalam penampang kolom sehingga beton menerima keadaan tegangan tekan3- bidang dan merubah prilaku beton menjadi lebih andal (daktail) dengan tetap mampumemepertahankan kekuatannya memikul beban, sampai mencapai kuat tekan maksimum untuk keduakalinya; sebelum akhirnya kolom mengalami kehancuran total, seperti yang diperlihatkan pada gambar (11).


14/16

Panjang Penyaluran Dasar

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Mutu Beton fc ' (MPa)

fy = 500 MP a

fy = 700 MP a

fy = 400 MP a

Gambar 9 Panjang Penyaluran Dasar Untuk Tulangan db 22 mm

Gambar 10 Variasi Pemasangan Tulangan Kolom

Tegangan tekan pengekang yang ditimbulkan dari tulangan sengkang biasa kurang effektip jikadibandingkan dengan yang dihasilkan oleh tulangan sengkang berupa spiral dikarenakan adanya effekbusursehingga tidak seluruh bagian dalam penampang kolom yang menerima pengekangan. Peningkatan

kuat tekan beton akibat pengekangan'

ccf dari tulangan sengkang dapat dinyatakan dalam persamaan (5) :

sengkang spiral : spccc fff += l18.480.0''

(5a)

sengkang biasa :lfff ccc 5.11

'' += (5b)

dimana masing-masing:

2)2/1(2

1cyssp Dsff = l ; fy1100 MPa

dan

yhcs fDsCdf )2/1)(/( =l ; fy700 MPa


15/16

Luas tulangan pengekang lebih sering dinyatakan dalam bentuks atauh, yang merupakan rasio volumetulangan sengkang terhadap volume betonnya, dan sangat ditentukan oleh mutu baja tulangan sengkang

y, jarak sengkang s, diameter tulangan sengkang ds, diameter atau lebar kolom bagian dalam yangdibatasi sengkangDc dan C adalah jarak pusat ke pusat antara tulangan memanjang yang terikat dalamarah lateral oleh sengkang, kait dll.

Memperbandingkan persamaan (5a) dan (5b) dapat ditunjukan bahwa effektifitas pengengkangan tulangansengkang biasa hanya 30-50 % dari tulangan sengkang berbentuk spiral.

P (KN)

400

800

120

0

25 50

Kolom dengan

sengkang spiral

kulit

beton

terkelupa

s

kuat maksimum

kedua

perpendekan aksial (mm)

kehancuran

tekan

Gambar 11 Kapasitas Aksial Tekan Kolom Dengan Tulangan Spiral

Tekuk pada tulangan memanjang kolom tidak bergantung kepada jarak sengkang maksimum 8 ds yangmasih diperkenankan oleh peraturan. Hasil penelitian lebih lanjut mendapatkan bahwa deformasi axialkolom sangat bergantung lepada jarak sengkangnya. Untuk mengurangi hal tersebut jarak sengkangmaksimum ditetapkan sebesar 6ds.

Tegangan leleh sengkang untuk perhitungan memakai pers. (5) harus dibatasi fy700 MPa; mengingathasil uji laboratorium menunjukan bahwa pada jenis tulangan sengkang biasa, tegangan dalam tulanganpengekang tidak pernah mencapai tegangan lelehnya ketika gaya aksial pada kolom sudah mencapai kuathancur tekan betonnya. Hal sebaliknya tegangan leleh tulangan pengekang selalu terjadi pada kolom

dengan tulangan sengkang spiral, fy1100 MPa .

PENUTUP

Perlu adanya perubahan paradigma yang harus diterapkan pada perancangan struktur bangunantahan-gempa berkaitan dengan digunakannya mutu beton dan baja tulangan super-tinggi.

Perangkat lunak komersial yang berkembang saat ini untuk perencanaan struktur sudahmenyediakan fasilitas dan kesempatan setiap perencana struktur untuk melakukan analisis

perhitungan pasca-elastis menggunakan metode push-over sebagai langkah awal perancanganberbasis kinerja.


16/16

DAFTAR PUSTAKA

American Concrete Institute (2005), Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-05)

and Commentary (ACI318R-05), 430 pp.Aoyama, Hiroyuki (2001), Design of Modern Highrise Reinforced Concrete Structures, Imperial

College Press, London., 442 pp.ASCE (2005), Minimum Design Loads for Building and Other Structures, SEI/ASCE 7-05,, American

Society of Civil Engineers, Reston, VA, 2000, 376 pp.Bozorgnia, Y. & Bertero, V., (2004), Earthquake Engineering From Engineering Seismology to

Performance Based Engineering; CRC Press LLC, Boca Raton, Florida.Ibrahim, H., and MacGregor, J.G. (1996); Test of Eccentrically Loaded High-Strength Concrete

Columns, ACI Structural Journal, Vol. 93, No.5, Sept-Oct, pp. 585-594.ICC (2003), International Building Code 2003, International Code Council, Falls Church VA, 632 pp.Li Bing, Park, R, and Tanaka, H., (2001), Stress-Strain Behaviour of High-Strength Confined by Ultra-

High and Normal Strength Transverse Rerinforcement, ACI Journal, Vol. 98, No. 3, May-June, pp. 395-

406.MacGregor J.G., Wight, J.K. (2005), Reinforced Concrete Mechanics and Design; 4th Ed. In SI-Unit,

Prentice Hall, Inc, Copyright by Pearson Education, Inc. 1111 pp.Mendis, P.A. (2000), Behaviour of Slender High-Strength Concrete Columns, ACI Structural Journal,

V.97, No.6, Nov-Dec., pp. 895-901.Mugurama, H., Watanabe, F. and Komono, T (1989), Applicability of High Strength Concrete to

Reinforced Concrete Ductile Column, Proceedings, Japan Concrete Institute, Vol. 11, pp. 309-316.Naeim, F (2001), The Seismic Design Handbook; 2ndEd. Kluwer Academic Publishers, 830 pp.Sheikh, A.S, Uzumeri, S.M. (1982), Analytical Model for Concrete Confinement in Tied Columns;

Journal of the Structural Division, Proceeding ASCE, Vol.108, ST12, December, pp 2703-2722.Sundarajay, P. (1992), High Strength Concrete Column under Eccentric Loads, Masters of Science

thesis, Department of Civil Engineering, University of Toronto.

Supartono, F.X. (2001), Rumusan Abrams-Fxs untuk Rancang Campuran Beton Bermutu TinggiBerdasarkan Rasio Air-semen dan Kadar Silica-fume, Jurnal Teknik Sipil Tarumanagara, Juli 2001.

Shunsuke Otani (2003), Need and Application of Smart Material and System in Performance BasedEngineering, 9th East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction, paper KS-32,16-18 December , Bali.

hadi rusjanto

Documents