KOLOM ( Konstruksi Beton II )

KOLOM ( Konstruksi Beton II )2013

A. PENDAHULUANKolom adalah batang tekan vertikal dari rangka struktur yang memikul beban dari balok. Kolom merupakan suatu elemen struktur tekan yang memegang peranan penting dari suatu bangunan, sehingga keruntuhan pada suatu kolom merupakan lokasi kritis yang dapat menyebabkan runtuhnya (collapse) lantai yang bersangkutan dan juga runtuh total (total collapse) seluruh struktur (Sudarmoko, 1996). SK SNI T-15-1991-03 mendefinisikan kolom adalah komponen struktur bangunan yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral terkecil.

Fungsi kolom adalah sebagai penerus beban seluruh bangunan ke pondasi. Bila diumpamakan, kolom itu seperti rangka tubuh manusia yang memastikan sebuah bangunan berdiri. Kolom termasuk struktur utama untuk meneruskan berat bangunan dan beban lain seperti beban hidup (manusia dan barang-barang), serta beban hembusan angin. Kolom berfungsi sangat penting, agar bangunan tidak mudah roboh. Beban sebuah bangunan dimulai dari atap. Beban atap akan meneruskan beban yang diterimanya ke kolom. Seluruh beban yang diterima kolom didistribusikan ke permukaan tanah di bawahnya.Sebuah bangunan akan aman dari kerusakan bila besar dan jenis pondasinya sesuai dengan perhitungan. Namun, kondisi tanah pun harus benar-benar sudah mampu menerima beban dari pondasi. Kolom menerima beban dan meneruskannya ke pondasi, karena itu pondasinya juga harus kuat, terutama untuk konstruksi rumah bertingkat, harus diperiksa kedalaman tanah kerasnya agar bila tanah ambles atau terjadi gempa tidak mudah roboh. Struktur dalam kolom dibuat dari besi dan beton. Keduanya merupakan gabungan antara material yang tahan tarikan dan tekanan. Besi adalah material yang tahan tarikan, sedangkan beton adalah material yang tahan tekanan. Gabungan kedua material ini dalam struktur beton memungkinkan kolom atau bagian struktural lain seperti sloof atau balok yang bisa menahan gaya tekan dan gaya tarik pada bangunan.Pada saat sekarang ini pembuatan kolom selalu memakai bahan dari tulang besi sehingga sering dinamakan beton bertulang. Menurut beberapa ahli bangunan kolom ini dibagi menjadi tiga jenis yang pertama kolom ikat atau tie column, lalu kolom spiral atau spiral column dan yang terakhir adalah kolom komposit atau composite column.Dasar- dasar perhitunganMenurut SNI-03-2847-2002 ada 4 ketentuan terkait perhitungan kolom diantaranya:1. Kolom harus direncanakan untuk memikul beban aksial terfaktor yang bekerja pada semua lantai atau atap dan momen maksimum yang berasal dari beban terfaktor pada satu bentang terdekat dari lantai atau atap yang ditinjau. Kombinasi pembebanan yang menghasilkan rasio maksimum dari momen terhadap beban aksial juga harus diperhitungkan.2. Pada konstruksi rangka atau struktur menerus pengaruh dari adanya beban tak seimbang pada lantai atau atap terhadap kolom luar atau dalam harus diperhitungkan. Demilkian pula pengaruh dari beban eksentris karena sebab lainnya juga harus diperhitungkan.3. Dalam menghitung momen akibat beban gravitasi yang bekerja pada kolom, ujung-ujung terjauh kolom dapat dianggap jepit, selama ujung-ujung tersebut menyatu (monolit) dengan komponen struktur lainnya.4. Momen-momen yang bekerja pada setiap level lantai atau atap harus didistribusikan pada kolom di atas dan di bawah lantai tersebut berdasarkan kekakuan relative kolom dengan juga memperhatikan kondisi kekekangan pada ujung kolom.Adapun dasar-dasar perhitungannya sebagai berikut:1. Kuat perlu2. Kuat rancangNo.KondisiFaktor reduksi ()

1Lentur tanpa beban aksial0,8

2Aksial tarik dengan lentur0,8

3Aksial tekan dengan lentur0,8

3aTulangan spiral maupun sengkang ikat0,8

3bSengkang biasa0,7 ; 0,65

Kondisi keseimbangan regangan-penampang kolom persegiDistribusi teganganMenurut SK SNI T-15-1991-03 ayat 3.3.2 butir 6 bahwa antara distribusi tegangan tekan yang berbentuk trapesium, parabola, atau bentuk lainnya merupakan pendekatan perhitungan yang cukup baik bila dibandingkan dengan hasil pengujian yang menyeluruh.Whitney dalam Salmon dan Wang, (1986) mengusulkan tegangan tersebut berbentuk persegi dengan besar rata-rata 0,85.fc yang terdistribusi merata pada daerah tekan ekivalen. Nilai tersebut dibatasi oleh tepi tampang balok dan garis lurus yang sejajar dengan garis netral sejarak a = 1 . c dari serat tekan terluar. Harga 1 dapat dihitung sebagai berikut :

Untuk fc 30 Mpa 1 = 0,85 Untuk 30 < fc Pnb. Kondisi balance terjadi saat baja tulangan mengalami luluh bersamaan dengan regangan beton. Beton mencapai kekuatan maksimum fc pada saat regangan desak beton maksimal mencapai 0,003. Perencanaan kolom eksentris diselesaikan dengan dua cara antara lain :1. Metode Pendekatan Diagram Pn - MnDiagram Pn - Mn yaitu suatu grafik daerah batas yang menunjukkan ragam kombinasi beban aksial dan momen yang dapat ditahan oleh kolom secara aman. Diagram interaksi tersebut dibagi menjadi dua daerah yaitu daerah keruntuhan tekan dan daerah keruntuhan tarik dengan pembatasnya adalah titik balance. Tulangan dipasang simetris untuk mempermudah pelaksanaan, mencegah kekeliruan dalam penempatan tulangan tarik atau tulangan tekan dan mengantisipasi perubahan tegangan akibat beban gempa. Analisis kolom dengan diagram Pn - Mn diperhitungkan pada tiga kondisi yaitu :a. Pada Kondisi Eksentrisitas KecilPrinsip-prinsip pada kondisi ini dimana kuat tekan rencana memiliki nilai sebesar kuat rencana maksimum.Pn = Pn max = 0,80 (Ag Ast) 0.85 fc + Ast fy . (D.1)sehingga kuat tekan kolom maksimum yaitu : . (D.2)

b. Pada Kondisi Momen MurniMomen murni tercapai apabila tulangan tarik belum luluh sedangkan tulangan tekan telah luluh dimana fs adalah tegangan tulangan tekan pada kondisi luluh. Pada kondisi momen murni keruntuhan terjadi saat hancurnya beton (Pn = Pu = 0). Keseimbangan pada kondisi momen murni yaitu : ND1 + ND2 = NT .........................(D.3)dimana :ND1 = 0,85 fc b a .........................(D.4)ND2 = fs As .........................(D.5)NT = fy As .........................(D.6)Selisih akibat perhitungan sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Persamaan yang diperoleh dari segitiga sebangun dengan tinggi sumbu netral pada c yaitu : .............. (D.7)Dengan mensubtitusikan persamaan (7) dan (11) akan dihasilkan persamaan pangkat dua dengan perubah tinggi sumbu netral c. Momen rencana dapat dihitung sebagai berikut :Mr = Mn ......................... (D.8)Mn = Mn1 + Mn2 = ND1 Z1 + ND2 Z2 ......................... (D.9)c. Pada Kondisi BalanceKondisi keruntuhan balance tercapai apabila tulangan tarik luluh dan beton mengalami batas regangan dan mulai hancur. Persamaan yang diperoleh dari segitiga yang sebangun dengan persamaan sumbu netral pada kondisi balance (Cb) yaitu : ......................... (D.10)atau dengan Es = 200000, maka : ......................... (D.11)Persamaan kesetimbangan pada kondisi balance :Pb = ND1 + ND2 NT ......................... (D.12)Sehingga eksentrisitas balance (eb) dapat ditulis sebagai berikut :Pb (eb + d/2) = Mnb ......................... (D.13)Mrb = Pb eb ......................... (D.14)2. Metode Pendekatan WhitneyPersamaan-persamaan yang disarankan Whitney digunakan sebagai solusi alternatif dengan cara coba-coba walaupun tidak selalu konservatif khususnya apabila beban rencana terlalu dekat dengan beban balance.Kolom Segi EmpatPersamaan-persamaan Whitney pada kondisi keruntuhan tekan yang disarankan berdasarkan asumsi-asumsi :1) Tulangan dipasang simetris pada satu lapis sejajar terhadap sumbu lentur penampang segi empat.2) Tulangan tekan telah leleh.3) Luas beton yang ditempati tulangan diabaikan.4) Tinggi balok tegangan ekivalen dianggap sebesar 0,54d setara dengan harga a rata-rata kondisi balance pada penampang segi empat.5) Keruntuhan tekan menentukan.Dalam banyak hal, metode Whitney konservatif apabila eksentrisitas sangat kecil.Persamaan Whitney untuk hancur tekan menentukan : ......................... (D.15)Persamaan Whitney untuk hancur tarik menentukan berdasarkan asumsi-asumsi keruntuhan ditandai dengan luluhnya tulangan tarik sedangkan tulangan tekan bisa belum luluh. ............. (D.16)Kolom BulatPersamaan-persamaan Whitney pada kondisi keruntuhan tekan yang disarankan berdaarkan asumsi-asumsi :1) Transformasi kolom bulat menjadi kolom segi empat akivalen.2) Tebal penampang segi empat ekivalen diambil sebesar 0,8h dimana h adalah diameter kolom bulat.3) Lebar kolom segi empat ekivalen diambil sebesar Ag / 0,8h.4) Luas total tulangan segi empat ekivalen pada dua lapis yang sejajar berjarak 2Ds /3 dalam arah lentur dimana Ds adalah diameter tulangan terluar dari as ke as.Persamaan Whitney untuk keruntuhan tekan : ......................... (D.17)Persamaan Whitney untuk keruntuhan tarik : ....... (D.18)dimanah: diameter penampangDs: diameter tulangan terluar dari as ke ase: eksentrisitas terhadap pusat plastis

E. KOLOM LANGSING (PANJANG)Analisis pada kolom panjang dibagi atas analisa terhadap dua faktor yang terjadi pada elemen tekan tersebut, yaitu :

1. Tekuk EulerBeban tekuk kritis untuk kolom yang ujung-ujungnya sendi disebut sebagai beban tekuk Euler, yang dinyatakan dalam Rumus Euler :

Dimana :Lk = panjang tekukE = modulus elastisitas bajaI = momen inersia terhadap sumbu yang ^ arah tekuk

Sehingga tegangan kritis diperoleh :

Dengan rumus ini, dapat diprediksi bahwa apabila suatu kolom menjadi sangat panjang, beban yang dapat menimbulkan tekuk pada kolom menjadi semakin kecil menuju nol, dan sebaliknya. Rumus Euler ini tidak berlaku untuk kolom pendek, karena pada kolom ini yang lebih menentukan adalah tegangan hancur material. Bila panjang kolom menjadi dua kali lipat, maka kapasitas pikulbeban akan berkurang menjadi seperempatnya. Dan bila panjang kolom menjadi setengah dari panjang semula, maka kapasitas pikul beban akan meningkat menjadi 4 kali. Jadi, beban tekuk kolom sangat peka terhadap perubahan panjang kolom.

2. Tegangan Tekuk KritisBeban tekuk kritis kolom dapat dinyatakan dalam tegangan tekuk kritis (fcr), yaitu dengan membagi rumus Euler dengan luas penampang A. Jadi persamaan tersebut adalah :Unsur L/r disebut sebagai rasio kelangsingan kolom. Tekuk kritis berbanding terbalik dengan kuadrat rasio kelangsingan. Semakin besar rasio, akan semakin kecil tegangan kritis yang menyebabkan tekuk. Rasio kelangsingan (L/r) ini merupakan parameter yang sangat penting dalam peninjauan kolom karena pada parameter inilah tekuk kolom tergantung. Jari-jari girasi suatu luas terhadap suatu sumbu adalah jarak suatu titik yang apabila luasnya dipandang terpusat pada titik tersebut, momen inersia terhadap sumbu akan sama dengan momen inersia luas terhadap sumbu tersebut. Semakin besar jari-jari girasi penampang, akan semakin besar pula tahanan penampang terhadap tekuk, walaupun ukuran sebenarnya dari ketahanan terhadap tekuk adalah rasio L/r.3. Kondisi UjungPada kolom yang ujung-ujungnya sendi, titik ujungnya mudah berotasi namun tidak bertranslasi. Hal ini akan memungkinkan kolom tersebut mengalami deformasi.4. BracingUntuk mengurangi panjang kolom dan meningkatkan kapasitas pikul bebannya, kolom sering dikekang pada satu atau lebih titik pada panjangnya. Pengekang (bracing) ini merupakan bagian dari rangka struktur suatu bangunan gedung. Pada kolom yang diberi pengekang (bracing) di tengah tingginya, maka panjang efektif kolom menjadi setengah panjangnya, dan kapasitas pikul-beban menjadi empat kali lipat dibandingkan dengan kolom tanpa pengekang. Mengekang kolom di titik yang jaraknya 2/3 dari tinggi tidak efektif dalam memperbesar kapasitas pikul-beban kolom bila dibandingkan dengan mengekang tepat di tengah tinggi kolom.

5. Kekuatan Kolom Aktual vs IdealApabila suatu kolom diuji secara eksperimental, maka akan diperoleh hasil yang berbeda antara beban tekuk aktual dengan yang diperoleh secara teoritis. Hal ini khususnya terjadi pada pada kolom yang panjangnya di sekitar transisi antara kolom pendek dan kolom panjang. Hal ini terjadi karena adanya faktor-faktor seperti eksentrisitas tak terduga pada beban kolom, ketidak-lurusan awal pada kolom, adanya tegangan awal pada kolom sebagai akibat dari proses pembuatannya, ketidakseragaman material, dan sebagainya. Untuk memeperhitungkan fenomena ini, maka ada prediksi perilaku kolom pada selang menengah (intermediate range).6. Momen dan Beban EksentrisBanyaknya kolom yang mengalami momen dan beban eksentris, dan bukan hanya gaya aksial. Untuk kolom pendek, cara memperhitungkannya adalah dinyatakan dengan M = Pe , dan dapat diperhitungkan tegangan kombinasi antara tegangan aksial dan tegangan lentur. Untuk kolom panjang, ekspresi Euler belum memperhitungkan adanya momen.Apabila angka kelangsingan kolom melebihi batas untuk kolom pendek maka kolom tersebut akan mengalami tekuk sebelum mencapai batas limit kegagalan material. Kolom tersebut adalah jenis kolom langsing yang mengalami momen tambahan akibat efek P dimana P adalah beban aksial dan adalah defleksi akibat kolom tertekuk pada penampang yang ditinjau.a. Besarnya k dapat dihitung dengan persamaan-persamaan dari peraturan ACI (E.G Nawy., 1998) antara lain :1) Batas atas faktor panjang efektif untuk batang tekan berpengaku diambil dari nilai terkecil antara persamaan berikut:k = 0,7 + 0,05 (A + B) 1,0k = 0,85 + 0,05 min 1,0

Dimana A dan B adalah pada ujung kolom dan min adalah yang terkecil dari kedua harga tersebut. ......................... (E.1)Dimana lu adalah panjang tak tertumpu kolom dan ln adalah bentang bersih balok.2) Batas atas faktor panjang efektif untuk batang tekan tanpa pengaku yang tertahan pada kedua ujungnya diambil sebesar :Untuk m < 2

.........................(E.2)Untuk m 2

Diamana m adalah harga rata-rata dari kedua ujung batang tertekan tersebut.3) Batas atas faktor panjang efektif untuk batang tekan tanpa pengaku yang kedua ujungnya sendi diambil sebesar :k = 2,0 + 0,3

b. Pengaruh kelangsingan SNI (1991) mensyaratkan pengaruh kelangsingan boleh diabaikan apabila :1) untuk komponen struktur tekan yang ditahan terhadap goyangan kesamping.2) untuk komponen struktur tekan yang tidak ditahan terhadap goyang kesamping.M1b dan M2b adalah momen pada ujung-ujung yang berlawanan pada kolom dengan M2b adalah momen yang lebih besar dan M1b adalah momen yang lebih kecil.

c. Metode pembesaran momenPembesaran momen bergantung pada kelangsingan batang, desain penampang dan kekuatan seluruh rangka portal bergoyang. Komponen struktur tekan harus direncanakan menggunakan beban aksial terfaktor dan momen terfaktor yang diperbesar. .........................(E.3)Dengan: :Pc = 2EI/(klu)2 .........................(E.4) .........................(E.5) .........................(E.6) .........................(E.7)Dimana Pu adalah beban vertikal trfaktor pada suatu tingkat dan Pc adalah kapasitas tekan total kolom-kolom pada suatu tingkat.

d. Kuat geserPerencanaan kolom harus mempertimbangkan gaya geser yang bekerja antara lain :1) Komponen struktur yang menerima beban aksial tekan :.............................. (E.8)Dimana besaran Nu/14Ag harus dalam MPa.2) Kuat geser boleh dihitung dengan perhitungan yang lebih rinci yaitu :............................. (E.9)Dengan nilai Mm menggantikan Mu dan nilai Vud/Mu boleh diambil lebih daripada 1,0 dengan :

Tetapi dalam hal ini Vc tidak boleh diambil lebih besar dari pada :

................................. (E.10)Bila gaya geser Vu lebih besar daripada kuat geser Vc maka harus disediakan tulangan geser.

Dimana tidak boleh kurang dari dengan bw dan s dalam milimeter. Kuat geser Vs tidak boleh diambil lebih dari .

Jika Vs > , maka spasi tulangan geser yang dipasang tegak lurus terhadap sumbu aksial komponen struktur tidak boleh lebih dari d/2 atau 600 mm.

F. DIAGRAM INTERAKSI KOLOMDiagram interaksi kolom atau biasa disebut diagram Pn - Mn yaitu suatu grafik daerah batas yang menunjukkan ragam kombinasi beban aksial dan momen yang dapat ditahan oleh kolom secara aman. Diagram interaksi tersebut dibagi menjadi dua daerah yaitu daerah keruntuhan tekan dan daerah keruntuhan tarik dengan pembatasnya adalah titik balance. Tulangan dipasang simetris untuk mempermudah pelaksanaan, mencegah kekeliruan dalam penempatan tulangan tarik atau tulangan tekan dan mengantisipasi perubahan tegangan akibat beban gempa. Analisis kolom dengan diagram Pn - Mn diperhitungkan pada tiga kondisi yaitu :a. Pada Kondisi Eksentrisitas KecilPrinsip-prinsip pada kondisi ini dimana kuat tekan rencana memiliki nilai sebesar kuat rencana maksimum.Pn = Pn max = 0,80 (Ag Ast) 0.85 fc + Ast fy . (F.1)sehingga kuat tekan kolom maksimum yaitu : . (F.2)b. Pada Kondisi Momen MurniMomen murni tercapai apabila tulangan tarik belum luluh sedangkan tulangan tekan telah luluh dimana fs adalah tegangan tulangan tekan pada kondisi luluh. Pada kondisi momen murni keruntuhan terjadi saat hancurnya beton (Pn = Pu = 0). Keseimbangan pada kondisi momen murni yaitu : ND1 + ND2 = NT .........................(F.3)dimana :ND1 = 0,85 fc b a .........................(F.4)ND2 = fs As .........................(F.5)NT = fy As .........................(F.6)Selisih akibat perhitungan sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Persamaan yang diperoleh dari segitiga sebangun dengan tinggi sumbu netral pada c yaitu : .............. (F.7)Dengan mensubtitusikan persamaan (7) dan (11) akan dihasilkan persamaan pangkat dua dengan perubah tinggi sumbu netral c. Momen rencana dapat dihitung sebagai berikut :Mr = Mn ......................... (F.8)Mn = Mn1 + Mn2 = ND1 Z1 + ND2 Z2 ......................... (F.9)c. Pada Kondisi BalanceKondisi keruntuhan balance tercapai apabila tulangan tarik luluh dan beton mengalami batas regangan dan mulai hancur. Persamaan yang diperoleh dari segitiga yang sebangun dengan persamaan sumbu netral pada kondisi balance (Cb) yaitu : ......................... (F.10)atau dengan Es = 200000, maka : ......................... (F.11)Persamaan kesetimbangan pada kondisi balance :Pb = ND1 + ND2 NT ......................... (F.12)Sehingga eksentrisitas balance (eb) dapat ditulis sebagai berikut :Pb (eb + d/2) = Mnb ......................... (F.13)Mrb = Pb eb ......................... (F.14)

DIAGRAM INTERAKSI KOLOM

DIAGRAM INTERAKSI KOLOM KURVA ACI

Page 35