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