Mendisain Struktur Beton

Assalamualaikum, Wr.Wb

Untuk mendisain sebuah struktur beton, baik itu bangunan gedung, jembatan, bendungan, jalan layang, tandon air, dan lain-lain. Maka akan banyak faktor yang berpengaruh dalam jalannya pendisainan tersebut. Contohnya pada struktur gedung , beban mati pelat lantai, beban hidup manusia, beban mati plafon, ubin dan lain-lain akan berpengaruh terhadap pendisainan pelat lantai, balok anak maupun balok induk juga kolom nya. Untuk struktur bawah seperti fondasi diperlukan data tanah yang akan berpengaruh terhadap model pondasi yang akan digunakan.

Melihat diri saya yang masih belajar untuk S1 di Universitas Islam Sultan Agung dan masih semester 6, tentu pengetahuan saya masih sangat dangkal mengenai pendisainan struktur beton ini. Sehingga maklumlah kalo para pembaca merasa kurang, dapat melihat buku-buku mengenai desain struktur yang sudah banyak berada di pasaran .

Pertama-tama dalam merencanakan suatu struktur, hal yang paling utama adalah beban yang bekerja pada struktur tersebut. Perencanaan untuk pelat kantilever tentu berbeda dengan pelat yang digunakan untuk pelat lantai pada interior rumah. Pelat lantai sendiri memiliki perbedaan, yang umum digunakan. Antara lain :

• Pelat terjepit pada satu sisi ( biasanya adalah kantilever/sunshiding pada jendela)
• Pelat terjepit pada dua sisi (misalnya bordes tangga, balkon.dll)
• Pelat terjepit pada tiga sisi (misalnya pada bordes tangga dan balkon,dll)
• Pelat terjepit pada empat sisi (misalnya pelat lantai dalam rumah)

Untuk perencanaan pelat lantai itu sendiri, tentu berbeda antara pelat terjepit pada satu sisi, dua sisi, tiga sisi, dan empat sisi. Kenapa kok berbeda ?

ya tentu berbeda, karena gaya dalam yang dihasilkan akibat masing-masing jepitan juga berbeda, sehingga akan berpengaruh terhadap penulangan yang sering kita sebut untuk penulangan pelat lantai sebagai “one way slab” dan “two way slab” . 

Apa sih one way slab itu ?

“One way slab”  atau penulangan satu arah yaitu  tulangan utama atau tulangan pokok hanya bekerja pada satu arah saja. Misalnya ada arah x dan y , jadi tulangan pokok itu bekerja pada arah x saja dan arah y kita menggunakan tulangan bagi.

Kapan kita menggunakan sistem penulangan “one way slab” ?

Sistem One way slab digunakan ketika momen yang bekerja pada pelat tidak seimbang antara arah x dan y . misalnya pada kantilever, karena dijepit di satu sisi saja, jadi misal hanya ada arah x saja sedangkan arah y sama dengan nol. berlaku juga untuk pelat yang dijepit di dua sisinya yang saling berhadap-hadapan. pada pelat lantai yang dijepit di tiga sisinya juga masih bisa menggunakan sistem penulangan one way slab.

Kalau Penulangan Two Way Slab itu bagaimana ?

Penulangan Two Way Slab itu ketika momen pelat pada arah x dan y itu sama atau hampir sama besar. Hmmmm, Contohnya pada pelat yang berbentuk persegi dan dijepit di keempat sisinya, dengan ukuran balok yang sama pada keempat sisinya.

Lalu bedanya apa dengan One Way Slab ?

Jadi kalo two slab kita pakai tulangan pokok pada semua arah baik x dan y, sehingga tidak ada tulangan bagi nya pada two way slab ini.

Tulangan bagi itu apa sih ?

Tulangan bagi itu ya cuma sekedar tulangan sekunder istilah nya , bukan tulangan primer. Jadi tulangan bagi itu dimensi tulangannya bisa lebih kecil atau jarak antar tulangannya bisa lebih lebar .

Jadi kalo pelat terjepit di empat sisinya harus selalu pakai penulangan Two Way Slab ?

Ya enggak juga, kalo pelatnya persegi panjang kan momennya beda tuh antara x dan y. (untuk perencanaan selanjutnya, silahkan baca PPIUG atau PPIURG 1983 untuk pembebanan, dan PBI 1971 dan peraturan lainnya juga SNI 91, SNI 2002)

Nah sekarang  tentang balok beton bertulang 

Untuk mendisain sebuah balok pasti sama dengan mendisasin struktur yang lain,

Gimana sih nentuin dimensi balok yang tepat ?

Untuk menentukan dimensi balok yang tepat tentu saja tergantung dari beban yang bekerja di atas balok. Apabila beban nya terlalu berat, maka daerah tekannya semakin besar, momennya juga besar. Jadi kalo dalam rumus rho max lebih besar dari rho maka dimensi balok harus diperbesar.

Kenapa nggak tulangannya aja diperbanyak ? 

Ya, karena semakin banyak tulangannya workability ketika pemasangan tulangan dan pemadatan semakin susah. Juga semakin jauh tulangan itu dari lokasi tegangan tarik (pada cover) maka semakin kecil konstribusinya untuk ikut menahan momen. belum lagi daerah tekan yang besar bisa-bisa mengakibatkan keruntuhan tekan pada balok yang akibatnya cukup fatal karena pelat lantai dan balok runtuh (lebih fatal keruntuhan tekan pada kolom karena berarti keruntuhan semua bangunan).

Jadi untuk mendimensi balok itu pakai sistem coba-coba ya ?

Ya bisa dibilang begitu, tapi kan selama ini ada rumus sederhana untuk menentukan tinggi balok dengan rumus 1/10 atau 1/12 bentang, lalu dicek daerah tekan, rho max, dan fs=fy yaitu tulangan leleh duluan  sebelum beton retak, karena kalau beton retak duluan maka bangunan lebih cepat runtuh dan tanpa peringatan.

Kan balok itu umumnya menahan momen yang bekerja pada daerah tarik, lalu kenapa ada tulangan di bagian tekannya juga ?

Memang tulangan itu kita gunakan untuk menahan tarik karena beton tidak dapat menahan tarik karena sifat getasnya ketika diberi tegangan tarik. Tulangan tekan itu sendiri digunakan untuk keperluan memasang tulangan geser (begel) dan juga kata dosen saya yang sudah S3 , tulangan tekan dapat berpengaruh terhadap umur beton, akibat adanya faktor kelelahan (fatigue) yang dapat mengakibatkan lendutan berlebihan seiring dengan berjalannya waktu.

Saya denger-denger ada desain balok T (T beam) dan balok persegi panjang biasa, apa sih bedanya ?

kalo peraturan lama seperti PBI 1971 dan SNI 1991 masih menggunakan balok persegi panjang biasa untuk mendisain, sedangkan SNI 2002 ada yang menggunakan balok persegi panjang dan T beam dan ada juga L beam untuk balok yang menahan pelat pada ujung (exterior). Jadi kalo mendesain dengan balok T dimana balok dan plat lantai dicor monolit, karena daerah tekan semakin kecil akibat balok memiliki sayap yang ikut menahan tekan sehingga tulangan tarik yang dihasilkan lebih sedikit daripada menggunakan disain balok persegi panjang.

Ow gitu ya, Oke deh. lanjut ke disain kolom aja deh

Pada disain kolom sedikit berbeda dengan balok dan pelat, kalau balok dan pelat mereka dapat beban tegak lurus alias sumbu balok dan pelat itu tegak lurus sama arah gravitasi bumi pada umumnya. Kalau kolom kan sejajar , jadi yang diperhitungkan tentu saja gaya axial (gaya normal) dan Momen.

Untuk mendisain sebuah kolom diperlukan kecermatan yang tinggi karena keruntuhan kolom berarti keruntuhan seluruh bangunan. Bayangkan saja apabila ada satu saja kolom yang runtuh, saya pernah lihat di siaran National Geographic Channel , gedung hotel dan perkantoran lantai 7 di Singapura runtuh karena saah satu kolomnya runtuh. Setelah ditelusuri dengan forensic test ternyata adalah penambahan beban pada tingkat atas yang melebihi perhitungan beban dan umur bangunan yang tua sehingga tingkat fatigue nya juga sudah besar.

Karena adanya tingkat kelelahan struktur ini (fatigue) maka pada umunya gedung dirancang berumur 50 tahun saja.

Kok ada gedung yang belum 50 tahun sudah runtuh ya ?

Bisa saja karena spesifikasi mutu tidak terpenuhi atau ada penambahan beban diluar perencanaan awal, contoh beban-beban tambahan , misal tidak dirancang untuk tempat mendarat helikopter tetapi digunakan untuk mendarat helikopter, atau tidak dirancang menahan gempa tapi mendapat gaya gempa . Direncanakan untuk menampung 1000 orang tetapi terdapat 2000 orang.

Kalau begitu saya buat kolom yang besar saja ya ? walaupun balok runtuh tapi kan bangunan keseluruhan tidak runtuh ?

Boleh-boleh saja kalau anda punya banyak uang, karena kolom semakin besar berarti harga semakin mahal dan pondasi semakin besar , dalam dan mahal.

Kalo keruntuhan tekan sama keruntuhan tarik pada kolom itu bedanya apa ?

Kalo keruntuhan tekan itu hampir sama ketika anda tes sample beton di lab, jadi keruntuhan tekan itu terjadi tiba-tiba dan berbahaya. Kalau keruntuhan tarik ada tanda-tandanya ketika tulangan kolom tertarik dan leleh, kolom terlihat retak-retak dahulu dan sedikit berubah bentuk sehingga anda dapat siaga sebelum terjadi keruntuhan.

Kalo tulangan dua sisi dan empat sisi itu gimana ?

Tulangan dua sisi pada kolom digunakan akibat eksentrisitas yang melebihi batas yang ditetapkan sehingga tulangan hanya digunakan pada sisi x atau y saja. Umumnya pada eksentrisitas yang melebihi batas ini, dimensi kolom juga dibuat persegi panjang tidak persegi. Kalau tulangan 4 sisi itu biasanya digunakan untuk kolom dengan eksentrisitas kecil.

Okay, sampai di sini dulu, terima kasih Wassalamualaikum Wr.Wb