JURUSAN TEKNIK SIPIL LINTAS JALUR

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2011

SEMINAR TUGAS AKHIR

STUDI PERBANDINGAN ANALISA KEKUATAN GESER DENGAN MENGGUNAKAN METODE GESER ANALITIS DAN METODE STRUT AND TIE MODEL PADA BALOK

TINGGI BETON BERTULANG DAN KOMPOSIT BAJA BETON

DISUSUN OLEH :NURUL FAJRIYAHNRP 3108 100 522

DOSEN PEMBIMBING :BUDI SUSWANTO, ST., MT., Ph.D.

1. Pendahuluan

Geser pada balok tinggi merupakan tinjauan yang utamadalam desainya. Besar dan jarak penulangan geser vertikal danhorisontal sangat berbeda dengan yang dipakai pada balok biasa.Begitu pula persamaan-persamaan yang digunakan dalamdesainnya.

Pada balok tinggi keruntuhan yang terjadi dominan diakibatkan olehgaya geser. Gaya geser akan mengakibatkan terjadinya retak miring padabalok, dan setelah retak ini terjadi, mekanisme transfer gaya geser akandisumbangkan oleh aksi pelengkung (arching action). Aksi ini dapatmemberikan cadangan kapasitas yang cukup besar pada balok dalammemikul beban.

Ada beberapa metode yang dapat dipakai untuk menganalisa kuat geserpada balok tinggi beton bertulang baik metode empiris maupun analitis, salahsatu metode analitis yang telah diakui cukup rasional adalah metode Strut andTie Model (STM). Metode STM merupakan pengembangan dari analogi rangkabatang. Metode STM dapat digunakan pada daerah-daerah dimana teori baloktidak tepat diterapkan. Daerah-daerah ini sering disebut daerah terganggu(Disturb region/D-region). Dengan metode STM, analisa D-region pada elemenstruktur dapat lebih mudah dilakukan dimana keadaan tegangan yang terjadidiidealisasikan sebagai strut dari beton, tie dari baja, dan daerah nodal(Lumantarna, 2002). Dengan adanya aksi dari strut and tie tersebut,pertambahan kekuatan pada struktur balok tinggi beton bertulang dapat terjadi

(Nilson dan Winter, 1991).

Lanjutan...

2. Rumusan Masalah

§ Bagaimana perbandingan hasil analisa terhadap balok tinggi beton bertulang dan analisa balok tinggi Steel Reinforced Concrete (SRC) dengan metode Geser Analitis dan Strut and Tie Model sesuai persyaratan pada ACI 318M – 02.

§ Bagaimana menganalisa penampang balok tinggi dengan program XTRACT versi 2.6.2 dan analisa 3D solid dengan program Abaqus versi 6.7.

§ Bagaimana Perbandingan hasil analisa Balok Tinggi beton bertulang dengan Metode Geser Analitis dan Metode Strut and Tie Model dengan hasil eksperimental.

• Melakukan analisa terhadap balok tinggi beton bertulang dan balok tinggi Steel Reinforced Concrete (SRC) dengan metode Geser Analitis dan Strut and Tie Model.

• Mengetahui kapasitas lentur dan geser pada balok tinggi RC dan SRC.

• Menganalisa penampang balok tinggi dengan program XTRACT versi 2.6.2 dan analisa 3D solid dengan program Abaqus versi 6.7

4. Tujuan

v Analisa penampang balok tinggi RC dan SRC dengan menggunakan metode Geser Analitis, sesuai acuan ACI 318M – 05.

v Metode yang digunakan dalam menganalisa adalah Metode Geser Analitis dan Metode Strut and Tie Model.

v Program yang digunakan untuk analisa penampang balok tinggi adala program XTRACT versi 2.6.2 dan analisa 3D solid dengan program Abaqus versi 6.7.

3. Batasan Masalah

Ø Sebagai bahan masukan bagi dunia perkonstruksian khususnya pada bangunan beton bertulang yang menggunakan struktur balok tinggi.

Ø Sebagai bahan pertimbangan jenis balok yang akan digunakan dalam mendesain konstruksi bangunan beton bertulang.

5. Manfaat

6.1 UmumBalok Tinggi Beton Bertulang

Menurut ACI Committee 318, balok tinggi didefinisikansebagai komponen struktur dengan beban bekerja pada salah satu sisidan perletakan pada sisi lainnya sehingga strut tekan dapat terbentukdiantara beban dan perletakan. Balok tinggi juga didefinisikan sebagaibalok dengan bentang bersih ln tidak lebih empat kali tinggi balok (h)untuk pembebanan merata atau dua kali tinggi efektif balok (2d) darimuka perletakan untuk balok dengan pembebanan terpusat.

Balok tinggi biasanya digunakan sebagai balok transfer(transfer girder) baik hanya satu bentang maupun balok menerus. Padatransfer girder, beban dari sebuah kolom atau lebih disalurkan secarahorisontal menuju kolom lainnya. Balok tinggi juga ditemui padadinding struktur berpasangan (coupling structural wall) dan kepalapondasi tiang pancang (pile cap).

6. Tinjauan Pustaka

Perilaku dari balok tinggi dijelaskan dalam hal pola retak, responbeban terhadap defleksi, tegangan tarik di dalam beton dan baja tulangannya,kegagalan beban dan pola kegagalan.

6.2 Kriteria Desain Terhadap Geser untuk Balok Tinggi

Dari diskusi pada pembahasan sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa balok tinggi (a/d < 2,5 dan ln/d < 5,0) mempunyai tahanan geser Vc yang lebih tinggi dari balok biasa. Pada balok biasa, penampang kritis untuk menghitung gaya geser rencana Vu diambil pada jarak d dari muka perletakan; sedangkan pada balok tinggi, bidang gesernya sangat miring dan dekat perletakan. Jika xadalah jarak antara bidang keruntuhan dari muka perletakan, lnadalah bentang bersih untuk beban terdistribusi merata, dan a ada lengan geser atau bentang untuk beban tepusat, maka persamaan untuk jarak ini adalah:

Beban terdistribusi merata: x = 0,15 ln (1.1)Beban terpusat: x = 0,50 a (1.2)

Dalam kedua hal, jarak x ini tidak boleh melebihi tinggi efektif d.Gaya geser rencana Vu harus memenuhi kondisi:

Vu < ϕ ( 8 bw d ) untuk ln/d < 2.0 (1.3)atau

Vu < ϕ untuk 2 < ln/d < 5 (1.4)

Jika tidak memenuhi keadaan ini, penampang harus diperbesar. Faktor reduksi kekuatan f = 0,85.

Gaya geser tahanan nominal Vc untuk beton sederhana dapat diambil sebagai:Vc < bw d < 6 bw d (1.5)

l Dalam upaya untuk mendisain daerah-D kritis, perlu diambil tahap-tahap berikut :

l Pisahkan setiap daerah-D

l Hitung tegangan-tegangan, yang bekerja pada batasan-batasan daerah-D, yang menggantikannya dengan sebuah atau lebih gaya-gaya resultan di setiap batasannya.

l Pilih sebuah model tras untuk mentransfer gaya-gaya resultan melintas daerah D.

Gambar Klasifikasi node strat-dan-pengikat

Gambar Model strat-dan-pengikat sebuah balok tinggi terdukung sederhana yang dikenaioleh beban terpusat pada sisi teratasnya.

qPersyaratan-persyaratan Disain ACI

Gambar Daerah nodal yang diperpajangmendemonstrasikan efek distribusi gaya: (a)satu lapis batang tulangan; (b) bajaterdistribusi.

Gambar Model tras dan distribusitegangan dalam balok tinggi terdukungsederhana: (a) garis trayektori teganganutama untuk balok yang dibebani padasisi teratasnya; (b) distribusi teganganelastis melintai kedalaman balok; (c)model tras teridealisasi; (d) pola retak.

q Perhitungan Kekuatan Geser Balok Tinggi dengan Metode Strut and Tie Model

Gambar Elemen-elemen dalam Strut and Tie Model

l Elemen Strut

Gambar Idealisasi bentuk-bentuk strut

l Elemen Tie

Gambar Model rangka batang yang ditinjau setengah bentang (Sumber: ACI 318-02 Appendix A, 2002)

l Elemen Nodal

Flowchart Metode Studi

7. Metodologi

8. ANALISA KEKUATAN GESER DAN LENTURPADA BALOK TINGGI BETON BERTULANG

9. ANALISA ABAQUS

Hasil Analisa Kontrol Dimensi Balok Tinggi Pada bagian ini akan dibahas perilaku dari masing-masing balok tinggi dengan

menggunakan software ABAQUS versi 6.7. Software ini digunakan untuk analisa perilaku masing-masing balok tinggi.

Tahapan dalam Perencanaan dengan Menggunakan Software ABAQUS versi 6.7.

Dalam menganalisa perilaku balok tinggi dengan software ABAQUS versi 6.7 terdapat beberapa tahapan. Tahapan tersebut antara lain :1.Part2.Property3.Assembly4.Step5.Interaction6.Load7.Mesh8.Job

Gambar bentuk deformasi pada balok tinggi RC.

1

Gambar titik yang akan ditinjau.

3

2

Titik 1Tegangan yang terjadi pada titik 1 = 126 MPa

Titik 2Deformasi pada titik 2 sebesar = 8,684 mmTegangan yang terjadi pada titik 2 = 46,14 MPa

Titik 3Tegangan yang terjadi pada titik 3 = 126 MPa

Selanjutnya akan dianalisa balok tinggi SRC dengan menggunakan software ABAQUS versi 6.7. Adapun nama masing-masing balok tinggi adalah ACI-I-SRC, STM-I-SRC, STM-H-SRC dan STM-M-SRC.

Pada balok tinggi SRC digunakan WF 300x150x9x13, maka :Vw = 0,6 fy . t . d

= 0,6 . 414 . 9 . 300= 670680 N

Mn = Z . Fy= 522 E-03 . 250= 130500000=130,5 kN.m

Gambar bentuk deformasi balok tinggi SRC akibat beban terpusat (P = 2670 kN).

Gambar bentuk deformasi profil WF 300x150x9x13 pada balok tinggi SRC akibat beban terpusat (P = 2670 kN).

Dari hasil analisa ABAQUS di atas, lendutan dan teganganyang terjadi akibat bebab terpusat pada balok tinggi RC danSRC dapat dilihat pada tabel 5.1 di bawah ini. Teganganyang terjadi pada titik lendutan maksimum balok tinggi SRCadalah 38,03 MPa.Tabel 5.1 Lendutan dan tegangan yang terjadi pada baloktinggi RC dan SRC

Analisa Balok Tinggi RC

Balok Tinggi SRC

Lendutan Maximum 8,68 mm 7,34 mm

Tegangan Maximun dibeton

126 MPa 163 MPa

Tegangan Maximumdi baja

- 100,7 MPa

10. ANALISA PENAMPANG BALOK TINGGI

• Analisa Balok TinggiPada analisa Balok tinggi ini akan diasumsi menerima beban lentur arah X mulai beban

0 - runtuh. Hasil analisa dari Xtract adalah sebagai barikut:

Dari hasil analisa penampang masing-masing balok tinggi di atas, diketahui bahwa momensaat leleh pertama dan momen ultimate yang terjadi akibat bebab terpusat pada balok tinggiRC dan SRC dapat dilihat pada tabel 6.1 di bawah ini.Tabel 6.1 Nilai My dan Mu pada balok tinggi.

Nama Balok Tinggi

My(N.m)

Mu(N.m)

ACI-I-RC 156300 353900

STM-I-RC 110000 275500

STM-H-RC 81780 200200

STM-M-RC 64440 160100

ACI-I-SRC 515400 817000

STM-I-SRC 455400 677100

STM-H-SRC 462200 719400

STM-M-SRC 451700 695100

Dari tabel di atas, dapat disimpulkan bahwa My yang terjadi pada balok tinggiACI-I-SRC naik 229,75 %, sedangkan Mu yang terjadi pada balok tinggi ACI-I-SRC naik 229,75 % jika dibandingkan dengan balok tinggi RC.Dalam hal ini dapat dilihat pada tabel 6.2 berikut ini.

Tabel 6.2 Peningkatan Nilai My dan Mu pada balok tinggi SRC dibandingkandengan balok tinggi RC.

Nama Balok Tinggi

Naik(%)

Naik(%)

ACI-I-SRC 229,75 130,85

STM-I-SRC 314 145,77

STM-H-SRC 465,17 259,34

STM-M-SRC 600,96 334,16

11. KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan secara analitis dan analisa struktur dengan menggunakan ABAQUS versi 6.7 dan XTRACT versi 2.6.2 diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Kekuatan geser pada balok tinggi dengan metode geser analitis dan metode strat-dan-pengikat menunjukkan tulangan geser terpasang untuk benda uji ACI-I-RC sudah memenuhi kekuatan geser yang terjadi akibat pembebanan,

2. Kekuatan lentur pada balok tinggi dengan metode geser analitis dan metode strat-dan-pengikat menunjukkan tulangan geser terpasang untuk benda uji ACI-I-RC sudah memenuhi kekuatan geser yang terjadi akibat pembebanan.

3. Untuk benda uji STM-M-RC tidak memenuhi perhitungan kekuatan geser.4. Hasil ABAQUS menunjukkan arah beban geser dan lentur yang terjadi, dimana

tegangan geser maksimum sebesar 126 MPa pada balok tinggi RC.5. Analisa penampang lentur dengan XTRACT versi 2.6.2 diperoleh hasil kekuatan

momen yang lebih besar jika digunakan profil WF 300x150x9x13 pada balok tinggi.

lTERIMA KASIH