Transcription
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015PERANCANGAN BALOK BETON PROFIL RINGANUNTUK PEMASANGAN LANTAI BANGUNAN BERTINGKAT YANGEFEKTIFJamiatul Akmal 1, a *, Ofik Taufik Purwadi 2, b, Joko Pransytio 3, c1,3)Jurusan Teknik Mesin, UNILA, Bandar Lampung, IndonesiaJurusan Teknik Sipil, UNILA, Bandar Lampung, [email protected] b [email protected] c [email protected])AbstrakPenelitian ini dilatarbelakangi oleh keprihatinan terhadap laju kehilangan hutan (deforestasi), yangsalah satu penyebabnya adalah penggunaan kayu untuk bekisting pengecoran beton pada lantaibangunan bertingkat. Berbagai upaya pun telah dilakukan peneliti sebelumnya dan menawarkanberbagai produk, misalnya keramik komposit beton (cheiling brick) dan balok dari beton berpori.Produk-produk yang telah ada masih saja menyisakan beberapa kekurangan, diantaranya teknologidan harga yang relatif tinggi. Penelitian ini akan mengupayakan metode baru untuk pengecoran dakbeton yang efektif. Metode ini menawarkan balok-balok profil ringan yang dirancang sedemikianrupa supaya susunan balok-balok terpasang saling mengunci. Analisis kekuatan dilakukan denganmetode numerik dan eksperimen. Material model dan beban yang diberikan mengacu kepadaperaturan pembebanan Indonesia untuk gedung (SNI 03-2847-2002). Di ujung balok, faktorkeamanan untuk tulangan sebesar 31,616 (240 Mpa/7,591 Mpa) dan untuk beton sebesar 5,874 (40Mpa/6,81 MPa). Di tengah balok, faktor keamanan untuk tulangan sebesar 39,702 (240Mpa/6,045Mpa) dan untuk beton sebesar 1,547 (5 Mpa/3,233 MPa). Jika analisis dilakukanterhadap balok yang sudah dirakit maka faktor keamanan akan meningkat. Sebagai contoh, dibagian tengah balok faktor keamanan untuk beton bertambah menjadi 2,126 untuk 7 balok. Balokprofil ini relatif ringan (kurang lebih 25 kg/m) sehingga efektif dalam pemasangan dan minimaldalam penggunaan kayu bekisting.Kata kunci: Mengurangi laju kehilangan hutan, perancangan, balok beton, lantai bangunanbertingkat, analisis teganganPENDAHULUANadalah teknologi yang menawarkan balokbalok beton dengan bobot ringan (betonberpori) [3]. Gambar 1(a) memperlihatkanbalok keraton dan (b) balok dari betonberpori. Permasalahan yang dihadapi adalahproduk ini tidak umum, membutuhkanteknologi dan harga yang reltif tinggi.Dewasa ini hutan Indonesia mengalamipengurangan deforestasi) dengan laju 1,13 hapertahun [1]. Salah satu cara untuk mengatasideforestasi adalah dengan mengendalikanpemanfaatan kayu. Kayu biasa digunakansebagai alat bantu dalam bangunan yangdisebut kayu bekisting. Kayu bekising setelahselesai digunakan akan terbuang sia-sia.aUntuk meminimalkan kayu bekisting dalamproses pengecoran, telah banyak ditemukanproduk nmetodepengecoran dengan menawarkan balok-baloksiap pasang. Contohnya adalah keramikkomposit beton yang dikenal dengan istilahkeraton (cheilling brick) [2]. Contoh lainnyaGambar 1. a. Balok Material KeramikKomposit b. Balok BerporiMT 39b
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015Padahal masyarakat membutuhkan teknologipengecoran lantai bangunan bertingkatdengan metode yang mudah dan murah. Padapenelitian ini dikembangkan metode barudalam pemasangan lantai beton yang mudahdiaplikasikan. Material yang digunakanadalah beton biasa dengan penguat tulanganbesi.KONSTRUKSI BETONBeton adalah konstruksi bangunan sipil yangpaling banyak digunakan. Beton bertulangadalah beton yang ditulangi dengan luas danjumlah tulangan yang tidak kurang dari nilaiminimum dan direncanakan berdasarkanasumsi bahwa kedua material bekerjabersama-sama dalam menahan gaya yangbekerja. Beton bertulang dirancang denganmemperhatikan standar SNI - 03 - 2847 –2002 [4].Tabel 1 memperlihatkan sifat material betondengan komposisi semen dan pasir. Tabel 2menunjukkan sifat material besi baja untuktulangan [5]PROFIL BALOK RINGAN YANGDIUSULKANProduk ini merupkan pengembangan dariproduk-produk yang telah ada (balok keratondan balok beton berpori). Profil balokdirancang sedemikian rupa agar ketikaterpasang saling mengunci (interlocking),seperti yang terlihat pada Gambar 2 (a), (b)dan (c).Tabel 1. Propertis Material Beton(Concrete)ParameterNilaiModulus elastisitas4100 MPaPoisson's ratio0,21Shear modulus17 MPaMass density2200 kg/m3Tensile strength5 MPaCompressive strength40 MPaTabel 2. Propertis Material Besi BetonParameterNilaiModulus elastisitas120 GPaPoisson's ratio0,26Shear modulus6500 MPaMass density7250 kg/m3Tensile strength450 MPaYield strength240 MPa(a)(b)KeramikSpesiBalokBetonGambar 2. (a) Penampang Model BalokBeton (b) Pemasangan Besi Tulangan dan (c)Balok Beton TerpasangKETENTUAN PEMBEBANANDalam perencanaan pembebanan digunakanbeberapa acuan standar, yaitu sebagai berikut:1) Tata Cara Perhitungan Struktur BetonUntuk Bangunan Gedung (SNI 03-28472002).2) Standar Perencanaan Ketahan GempaUntuk Struktur Bangunan Gedung (SNI1726-2002).3) Pedoman Perencanaan Pembebanan untukRumah dan Gedung (SKBI-1987).Berdasarkan peraturan-peraturan di atas,struktur sebuah gedung harus direncanakanMT 39
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015M qL2/12M 3700 N. 4 m /12M 1233,33 Nm 1,233x106 Nmmkekuatannyaterhadapbeban-bebanberikut:a. Beban Mati (Dead Load)b. Beban Hidup (Live Load)c. Beban Gempa (Earthquake Load)d. Beban Angin (Wind Load)a. Titik CentroidBeban-beban yang bekerja pada strukturbangunan ini adalah sebagai berikut:a. Beban MatiBeban mati yang diperhitungkan dalamstruktur gedung bertingkat ini merupakanberat sendiri elemen struktur bangunanyang memiliki fungsi struktural menahanbeban. Beban tersebut harus disesuikandengan volume elemen struktur yangakan digunakan. Beban dari berat sendirielemen-elemen tersebut diantaranyasebagai berikut[4]: Beton 2200 kg/m3 Tegel (keramik) tebal per cm 24kg/m3 Spesi tebal per cm 21 kg/m3Gambar 4. Penampang Balok BetonUntuk mempermudah dalam melakukanperhitungan maka penampang balok betondibagi menjadi 9 bangun ditunjukkan padaGambar 4 dan ditebelkan pada Tabel 1 sepertidi bawah ini.Tabel 1. Luas dan titik centroid padapenampang balok beton.TitikLuas(A),Banguncentroid 10083,33835016,67935016,67Jumlah9700365b. Beban HidupBeban hidup yang digunakan untuk ndarpedomanpembebanan yang ada, yaitu sebesar 250kg/m2[4].ANALISIS UNTUK TEGANGANModel balok beton dianggap tumpuanpenjepit (fix end) karena besi yang ada padabalok beton bekerja pada dinding (lihatGambar 3) Panjang balok beton diasumsikan4 m, lebar 0,2 m, tebal kramik 1 cm, tebalspesi 3 cm dan beban yang bekarja adalahbeban hidup dan beban mati. Beban mati yaituberat beton 170 kg, berat dan beban hidup200 kg (250 kg/m2 x 4 m x 0,2 m). Jadi totalbeban (qL) adalah 370 kg atau 3700N.y y y 52,28 mm (jarak dihitung dari bawah)Gambar 3. Model Balokb. Momen InersiaUntuk menghitung momen inersia dapatdihitung dengan persamaan ini .Tegangan terbesar yang dihasilkan daribalok beton sebagai berikut :MT 39
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015ζ 6,316 MpaI Io A (d)2 .(2)Selain analisis teoritik, dilakukan juga analisisnumerik dengan software elemen hingga.Distribusi tegangannya ditampilkan padaGambar 5.Keterangan ;Io momen Inersia, mm4A Luas penampang, mm2d Jarak centroid bangun dengan titikcentroid penampang, mm6,468 MPa.hb3I bh /12bGambar 5. Tegangan yang terjadi pada balokbeton3I bh /36Secara numerik, tegangan maksimum yangterjadi pada balok adalah 6,468 MPa,sedangkan secara teoritik tegangan diketahuisebesar 6,316 MPa. Hasil ini menunjukkankonsistensi dalam analisis dengan tingkatkesalahan 2,35%.Pada Tabel 2 menunjukkan besar momeninersia pada balok yang telah dibagi menjadi9 bagian untuk mempermudah perhitungan.Momen inersia total untuk penampang balokadalah 10205531,75 mm4.ANALISIS KEKUATAN DAN DISKUSIBerikut ditampilkan Faktor Keamanan (SafetyFactor/SF), yang dihitung terpisah antarabeton dan besi tulangan. Hasil dari teganganyang terjadi menunjukkan penurunanteganganjikabalokbetondisusunberdampingan dibanding hanya satu balokbeton sebagaimana yang ditunjukkan padaGambar 6, 7, 8, dan 9.Tabel 2. Besar Momen Inersia pada BalokBeton.BangunMomen Inersia123456789Jumlah4467833,76 mm4148556,64 mm4148556,64 mm4785306,10 mm4785306,10 mm4147383,22 mm4147383,22 mm4451603,035 mm4451603,035 mm410205531,75 mm4SF Besi pada Ujung mlah balok betonBesar tegangan yang terjadi pada balok betonyang dihitung secara teoritik adalah :Gambar 6. Grafik SF besi tulangan padabagian ujung balok betonζ ζ 1,233xNmm 52,28 mm10205531,75 mm4MT 39
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015prospek untuk dilanjutkan dan diaplikasikanuntuk bangunan bertingkat.SF Besi Tulangan pada Tengah an123456Dari analisis numerik dan spesimen yangdihasilkan maka dapat diberikan beberapasaran (1) Material yang digunakan dapat dikombinasikan selain semen dan pasir namunteknologinya yang mudah didapatkan agarseluruh masyarakat dapat membuatnya. (2)Balok beton yang telah di analisis l.7Jumlah balok betonGambar 7. Grafik SF besi tulangan padabagian tengah balok betonSafety Faktor (SF) Beton padaUjung Balok BetonDAFTAR PUSTAKA6.6006.4006.2006.0005.8005.600123456[1] Commmitte on foresty (FAO). 2015.Global Forest Resources Assessment2014. Food and Agriculture[2] Mursodo, Bambang. 1990. Modifikasi DakKeraton. Bandung: Cipta Karya PU[3] Informasi pada http://www.baliton.net[4] Badan Standarisasi Nasional. 2002. SNI03-1726-2002 Standar PerencanaanKetahanan Gempa untuk StrukturBangunan Gedung. Bandung: ICS.7Jumlah balok betonGambar 8. Grafik SF beton pada bagian ujungbalok betonSafety Faktor (SF) Beton padaTengah Balok lah balok betonGambar 9. Grafik SF beton pada bagiantengah balok betonSIMPULAN DAN SARANSimpulanDari hasil penelitian yang dilakukan, makadapat diambil beberapa kesimpulan bahwaSafety factor (SF) seluruh material yaitu betondan besi tulangan aman karena nilainya lebihdari 1. Dengan demikian model ini layak danMT 39
Spesi tebal per cm 21 kg/m3 b. Beban Hidup Beban hidup yang digunakan untuk lantai bangunan gedung/rumah bertingkat mengacu pada standar pedoman pembebanan yang ada, yaitu sebesar 250 kg/m2[4]. ANALISIS UNTUK TEGANGAN Model balok beton dianggap tumpuan penjepit (fix end) karena besi yang ada pada
