Analisis Lentur Balok Beton Bertulang

Pengertian Beton

Beton adalah suatu bahan komposit yang terdiri dari kumpulan, secara umum pasir dan kerikil atau agregat kasar, dengan bahan pengikat semen portland dan air. Kumpulan pasir dan kerikil dengan ukuran kerikil yang maksimum di dalam beton struktural biasanya 3/4 in, ada 3/8 in, atau 1,5 in. Sebatas kerikil masih bisa digunakan (James G.MacGregor, 1997).

Beton dihasilkan dari sekumpulan interaksi mekanis dan kimiawi sejumlah material pembentuknya. Material pembentuk tersebut berupa agregat halus dan agregat kasar yaitu pasir, batu, batu pecah atau bahan semacam lainnya, dengan menambahkan secukupnya bahan perekat semen portland, dan air sebagai bahan pembantu guna keperluan reaksi kimia selama proses pengerasan dan perawatan beton berlangsung (James G.MacGregor, 1997).

Nilai kuat tekan beton relatif lebih tinggi dibandingkan dengan kuat tariknya, dan beton merupakan bahan yang bersifat getas. Kuat tarik yang dimiliki beton hanya berkisar antara 9-15% dari kuat tekannya (Istimawan Dipohusodo,1999) karenanya sering kali dalam perencanaan kuat tarik beton dianggap sama dengan nol. Dengan menambahkan baja tulangan pada daerah tarik pada beton, maka kelemahan tarik beton dapat ditanggung oleh baja tulangan yang memiliki kuat tarik yang labih besar.

Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum f’c dengan satuan N/mm2 atau MPa (Mega Pascal). Kuat tekan beton normal berumur 28 hari berkisar antara ± 10-65 MPa. Struktur beton bertulang umumnya menggunakan beton dengan kuat tekan berkisar 17-30 MPa, sedangkan untuk beton prategang digunakan beton dengan kuat tekan yang lebih tinggi, berkisar antara 30-45 MPa. Untuk keadaaan dan keperluan struktur khusus, beton ready mix sanggup mencapai kuat tekan 62 Mpa (James G.MacGregor, 1997).

Ada empat langkah-langkah utama untuk pengembangan tentang keretakan kecil dan kegagalan pada beton uniaksial (James G.MacGregor, 1997):

Tegangan-Regangan Untuk Beton Uniaxial
Tegangan-Regangan Untuk Beton Uniaxial

  1. Penyusutan pasta semen selama hidrasi dan pengeringan beton ini mempengaruhi agregat. Regangan dapat timbul tanpa beban besar dan langsung ditahan oleh agregat dan mengalami retak. Retak-retak hanya memberikan sedikit pengaruh pada beton pada beban-beban yang rendah dan kurva tegangan-regangan tetap linear sampai 30% dari kekuatan beton.
  2. Ketika beton diberikan beban yang lebih besar dari 30 ke 40% , tekanan di permukaan-permukaan yang ditahan oleh agregat akan meningkatkan regangan dan kekuatan geser dari campuran hingga retak-retak baru akan meningkat. Retak-retak bertahan stabil dan meningkat jika beban ditingkatkan. Begitu retak telah stabil, setiap beban tambahan akan langsung dialirkan kebagian bawah penghubung yang didistribusikan lagi kepada alat penghubung sisa secara terus menerus dan ke adukan semen. Pembagian kembali beban menyebabkan kurva tegangan-regangan berangsur-angsur membengkok untuk menekankan di atas 40% dari kekuatan. Kelengkungan diakibatkan berkurangnya kekuatan menahan beton.
  3. Ketika beban ditingkatkan sebesar 50 atau 60%, retak-retak tersebut berkembang paralel terhadap tekanan terjadi, karena beban tarik garis melintang. keretakan meningkat dengan meningkatkan beban tetapi tidak meningkat di bawah beban tetap. Perilaku seperti ini disebut discontinuity limit.
  4. Pada 75 hingga 80% dari beban ultimat, retak mulai meningkat sehingga keretakan-keretakan kecil membentuk pola. Sebagai hasilnya, ada lebih sedikit tidak bercacat membagi kepada membawa beban dan kurva tegangan regangan menjadi taklinear lagi. Kejadian ini disebut tekanan kritis.

Model Kurva Tegangan Regangan Beton

Dari tegangan maksimum yang diperoleh melalui pengujian mesin akan memberikan kekuatan tarik pada beton sehingga batas tarik beton. Proses ini menimbulkan batas regangan maka didapat kurva tegangan-regangan beton. Dari hasil pengujian, kurva dapat ditetapkan model matematika yang sangat terkemuka oleh seluruh ahli di dunia. Salah satunya penelitian model persegi oleh Hognestad untuk menentukan distribusi tegangan yang bersifat non-linier atau bagian parabola (James G.MacGregor, 1997).

Seperti halnya model beton berbentuk blok persegi ekuivalen, maka tegangan tekan ultimate balok dibatasi sama dengan 85 % dari kuat tekan silinder, yaitu agar konsisten dengan hasil test dari kolom yang dibebani konsentris. Sehingga model beton Hognestad juga dapat dipakai untuk berbagai aplikasi perencanaan , dari lentur murni sampai beban langsung (Wiryanto Dewobroto, 2005).

Tegangan-Regangan Beton Penelitian Hognestad
Tegangan-Regangan Beton Penelitian Hognestad

Baja Tulangan

Mengingat beton kuat menahan tekan dan lemah dalam menahan tarik, maka dalam penggunaannya sebagai komponen struktur bangunan, umumnya beton diperkuat dengan tulangan yanag mampu menahan gaya tarik. Untuk keperluan penulangan tersebut digunakan bahan baja yang memiliki sifat teknis menguntungkan, dan baja tulangan yang digunakan dapat berupa batang baja lonjoran ataupun kawat rangkaian las (wire mesh) yang berupa batang kawat baja yang dirangkai dengan teknik pengelasan.

Di dalam setiap struktur beton bertulang, harus diusahakan supaya tulangan baja dan beton dapat mengalami deformasi secara bersamaan, dengan maksud agar terjadi kompatibilitas regangan. Ada dua jenis baja tulangan yaitu, baja tulangan polos dam baja tulangan ulir (deformed). Baja tulangan ulir berfungsi untuk menambah lekatan antara beton dengan baja. Baja tulangan ulir yaitu batang tulangan baja yang permukaannya dikasarkan secara khusus, diberi sirip teratur dengan pola tertentu atau batang tulangan yang dipilin pada proses produksinya (R.Park and T.Paulay, 1975).

Analisis Lentur Balok Beton Bertulang

Tegangan lentur pada balok diakibatkan oleh regangan yang timbul karena adanya beban luar. Apabila beban bertambah maka pada balok akan terjadi deformasi dan regangan tambahan yang mengakibatkan retak lentur disepanjang bentang balok. Bila beban semakin bertambah, pada akhirnya terjadi keruntuhan elemen struktur. Taraf pembebanan yang demikian disebut keadaan limit dari keruntuhan pada lentur (James G.MacGregor,1997).

Apabila kekuatan tarik beton telah terlampaui, maka beton mengalami retak rambut. Oleh karena itu beton tidak dapat meneruskan gaya tarik pada daerah retak, sehingga seluruh gaya tarik yang timbul ditahan oleh baja tulangan. Pada kondisi tersebut, distribusi tegangan beton tekan masih dianggap sebanding dengan nilai regangannya (James G.MacGregor,1997).

Teori lentur untuk beton bertulang didasarkan pada tiga anggapan, yang cukup mengizinkan untuk suatu perhitungan momen dari suatu balok. Tiga anggapan dasar teori lentur balok beton bertulang (James G.MacGregor, 1997) :
  1. Bagian tegak lurus pada sumbu lenturan adalah bidang sebelum membengkokkan bidang sisa setelah lenturan. 
  2. Regangan di dalam tulangan sebanding dengan regangan di dalam beton ditingkatan yang sama atau sebatas beban sedang. 
  3. Tegangan di dalam beton dan tulangan dapat dihitung dari tegangan menggunakan kurva tegangan-regangan untuk beton dan baja.

Daftar Pustaka

  • Istimawan Dipohusodo. (1999). “Struktur Beton Bertulang”, Jakarta.
  • MacGregor, J.G. (1997). “Reinforced Concrete : Mechanics and Design 3rd Ed.” , Prentice-Hall International, Inc.
  • Park, Robert and T.Paulay. (1975). “Reinforced Concrete Structures”, A Wiley-intersciencpublication, Inc.
  • Wiryanto Dewobroto. (2005). “Strategi penyelesaian numerik berbasis komputer Analisis lentur ultimate penampang beton1 (Model Tegangan Parabolik PCA)” http://sipil-uph.tripod.com/wiryanto_di_uty.pdf