1

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Balok

Balok berfungsi sebagai struktur tumpuan dari plat lantai, selain itu balok

berfungsi sebagai pengikat kolom dibagian atas. Struktur balok merupakan bagian

horizontal dari serangkaian struktur sebuah bangunan yang dapat menerima beban

dari plat lantai dan disalurkan ke struktur kolom.

Momen lentur akan terjadi apabila balok diberi beban dan mengakibatkan

terjadinya regangan lentur pada struktur balok tersebut. Dari terjadinya regangan

tersebut maka balok akan mengalami tegangan yang hal tersebut harus bisa di tahan

oleh struktur balok, dimana bagian atas balok akan mengalami regangan tekan dan

bagian bawah balok akan mengalami regangan tarik. Agar struktur balok tidak

mengalami keruntuhan dari adanya gaya lentur maka balok harus dapat menerima

tegangan Tarik dan tekan tersebut.

Persyaratan balok menurut PBI 1971.N.I - 2 sebagai berikut :

a. Lebar badan balok tidak boleh diambil kurang dari 1/50 kali bentang bersih.

Tinggi balok harus dipilih sedemikian rupa hingga dengan lebar badan yang

dipilih.

b. Untuk semua jenis baja tulangan, diameter (diameter pengenal) batang tulangan

untuk balok tidak boleh diambil kurang dari 12 mm. Sedapat mungkin harus

dihindarkan pemasangan tulangan balok dalam lebih dari 2 lapis, kecuali pada

keadaan-keadaan khusus.

c. Tulangan tarik harus disebar merata didaerah tarik maksimum dari penampang.

d. Pada balok-balok yang lebih tinggi dari 90 cm pada bidang-bidang sampingnya

harus dipasang tulangan samping dengan luas minimum 10% dari luas tulangan

tarik pokok. Diameter batang tulangan tersebut tidak boleh diambil kurang dari

8 mm pada jenis baja lunak dan 6 mm pada jenis baja keras.

2

e. Pada balok senantiasa harus dipasang sengkang. Jarak sengkang tidak boleh

diambil lebih dari 30 cm, sedangkan dibagian balok sengkang-sengkang

bekerja sebagai tulangan geser. Atau jarak sengkang tersebut tidak boleh

diambil lebih dari 2/3 dari tinggi balok. Diameter batang sengkang tidak boleh

diambil kurang dari 6 mm pada jenis baja lunak dan 5 mm pada jenis baja

keras.

2.1.1 Balok Menerus

Balok menerus salah satu jenis elemen dari struktur bangunan yang bentangnya

menumpu melewati lebih dari dua tumpuan atau perletakan secara menerus. Hal

tersebut menghasilkan balok menerus mempunyai kekakuan yang lebih besar,

sehingga balok menerus dapat ditempatkan di bagian yang menerima beban lebih

besar.

Gambar 2.1 Balok Menerus Empat Perletakan

Sumber : Macam perletakan (academia.edu)

2.1.2 Balok Tinggi

Menurut SNI 2847 2013 balok tinggi merupakan struktur dengan (ln) tidak

melebihi (4h) atau daerah balok dengan beban terpusat dalam jarak (2h) dari tumpuan

yang dibebani pada salah satu mukanya dan ditumpu pada muka yang berlawanan

agar strat tekan dapat terbentuk antara beban dan tumpuan.

ACI 318 berasumsi dalam mendesain balok tinggi “kekuatan dari struktur

balok dapat dihitung dengan metode desain yang mencakup dua kondisi dasar yaitu

keseimbangan statis dan kompabilitas strain.

Balok tinggi juga bersifat dimana sejumlah beban yang signifikan diteruskan

ke tumpuan oleh suatu dorongan tekan yang merupakan hasil gabungan beban luar

dan reaksi. Untuk suatu balok tinggi, tegangan geser mempunyai pengaruh yang

3

besar. Menurut ACI committee 318, balok tinggi didefinisikan sebagai komponen

struktur dengan beban bekerja pada salah satu sisinya dan perletakan pada sisi lainnya

sehingga strut tekan dapat terbentuk di antara beban dan perletakan.

Balok tinggi biasanya di tempatkan di bagian yang diperlukan bukaan kolom

lebih lebar seperti di pintu masuk basement atau struktur unik lainya (Gambar 2.2),

Balok tinggi juga bisa dipergunakan sebagai pile cap. Dikarenakan balok tinggi

menerima beban yang cukup besar maka dari itu luasan penulangan yang diperlukan

juga cukup besar. Oleh Karena itu fungsi dari membandingkan antara metode guna

mendapatkan nilai luasan penulangan yang lebih efisien dalam kata lain lebih efektif

dari segi luasan penulanganya.

Gambar 2.2 Balok Tinggi

Sumber : High Beam ratio (ascelibrary.org)

2.2 Metode Strut and Tie

Strut and Tie Model merupakan metode yang berangkat dari Truss Analogy

Model yang di sederhanakan menjadi lebih umum dan mudah, pengembanganya

dilakukan oleh Schafer pada tahun 1982-1993.

Metode Strut And Tie adalah metode perencanaan balok yang menerapkan

filosofi rangka batang dimana daerah balok dibagi menjadi dua daerah yang dapat

menggambarkan alur gaya sebagai transfer gaya yang terjadi pada struktur beton

bertulang hingga tertransfer ke perletakan yang membentuk gaya diagonal. Dua

daerah ini disebut daerah D (Distrubed atau Discontinuity) dan daerah B (Bending

4

atau Bernoulli).Kedua daerah tersebut menggambarkan alur gaya (Load Path) sebagai

trasnfer gaya yang terjadi pada struktur beton bertulang pada struktur beton bertulang

pada kondisi retak dari sumber pembebannya sampai tumpuan (Hardjasaputra, H dan

Tumilar S, 2002).

Pada balok beton bertulang sebelum terjadinya keretakan akan terjadi tegangan

elastis terlebih dahulu. Pada dasarnya keretakan menggangu jalur tegangan elastis

tersebut yang mengakibatkan menurunya kekuatan dalam balok beton bertulang

dalam menerima tekanan. Analisa strut and tie mengevaluasi struktur dengan tekanan

(compression strut) atau dengan hubungan ketegangan (steel tie) dan hubungan antara

strut dan tie tersebut disebut dengan daerah nodal.

Gambar 2.3 Model Strut and Tie

Sumber: Eric skibbe jurnal ( Kansas State University)

Tekanan dalam tension tie menurun jauh lebih sedikit di ujung struktur balok

karena baja bertindak sebagai tie yang menyalurkan tegangan konstan dari satu ujung

ke ujung yang lain, hal ini dijelaskan dalam metode strut and tie (Rogowsky &

MacGregor, 1983).

2.2.1 D-Region dan B-Region

Struktur Balok tinggi mempunyai dua daerah yaitu D-region dan B-region.

Daerah dimana hukum Bernoulli berlaku disebut B-region, pada B-region gaya dalam

torsi, geser, dan gaya aksial dapat dengan mudah ditemukan. Sedangkan D-region

yaitu daerah yang tidak lagi datar dan tegak lurus garis netral sebelum dan sesudah

5

ada tambahan lentur yang dirincikan oleh regangan non linier. D-region terjadi di

daerah berdekatan dengan beban terpusat.

Gambar 2.4 D-region dan B-region

Sumber: MacGregor & Wight, 2005

2.2.2 Strut dan Tie

Metode Strut and Tie digunakan pada struktur beton yang dalam keadaan

batas atau keadaan maksimal, maka pada kondisi Servicebility Limit State lebar retak

pada batang tarik perlu diperiksa, yaitu melalui pembatasan lebar retak atau melalui

pembuatan tegangan baja yang lebih rendah.

Strut adalah zona tegangan tekan dari satu zona nodal ke zona nodal

berikutnya atau bisa disebut dengan zona transfer pembebanan. Dalam strut, tegangan

tekan berbentuk parallel dengan jalur retakan akibat pembebanan. Strut sebagai

daerah jalur distribusi tekanan dapat membentuk seperti botol sebelum memasuki

zona nodal. Perkuatan zona untuk mentransfer pembebanan harus dilakukan sebelum

terjadi keretakan.

2.2.3 Trajektori Tegangan

Suatu benda elastis yang dibebani sebelum retak akan menghasilkan medan

tekan (compression field) dan medan tarik (tension field) elastis (Daniel

L.Schodek,1998). Garis trajektori utama adalah garis tempat kedudukan titik-titik dari

suatu tegangan utama (principal stress) yang memiliki nilai yang sama yang terdiri

6

dari garis trajektori tekan dan garis trajektori tarik. Garis-garis trajektori menunjukkan

arah dari tegangan utama pada setiap titik yang ditinjau. Trajektori tegangan

merupakan suatu kumpulan garis garis kedudukan dari titik-titik yang mempunyai

tegangan utama dengan nilai tertentu. Beberapa karakteristik penting dari trajektori

tegangan adalah:

a. Di tiap-tiap titik ada trajektori tekan dan trajektori tarik yang saling tegak lurus.

b. Dalam komponen struktur yang dibebani terdapat suatu trajektori tekan dan

trajektori tarik, dan kumpulan kedua trajektori adalah orthogonal. Ini

disebabkan karena tegangan utama tekan dan tegangan utama tarik di dalam

suatu titik yang arahnya saling tegak lurus sehingga trajektori tekan dan

trajektori tarik menyatakan suatu sistem yang orthogonal.

c. Trajektori tekan dan trajektori tarik berakhir pada sisi tepi dengan sudut 90°.

d. Di dalam titik-titik di garis netral arah trajektori-trajektori adalah 45°.

e. Lebih dekat jarak antara trajektori-trajektori, lebih besar nilai tegangan

utamanya.

Gambar 2.5 Trajektori Strut and Tie beban terpusat

Sumber: Strut and Tie diagram (astruttie.aroad.co.kr)

7

Gambar 2.6 Trajektori Strut and Tie beban merata

a. Desain kekuatan Strut

Menurut ACI 318 02 kuat tekan efektif beton pada strut harus diambil sebagai berikut:

= 0,85. …………………………………………………..(2.1)

Di mana untuk daerah tekan:

= ………………………..……………………………..(2.2)

Ada beberapa kriteria nilai β� yang diusulkan untuk menghitung tegangan

yang terjadi pada daerah strut, menurut ACI 318-02 Appendix A, nilai β� ditentukan

sebagai berikut:

= 1 untuk strut prismatis didaerah tekan yang tidak mengalami retak atau strut

yang mempunyai wilayah menyilang dan sama panjang tanpa kontrol retak

pada daerah penulangan.

= 0,75 untuk strut berbentuk botol dan terdapat kontrol retak pada daerah

penulangan.

= 0,60λ, untuk strut berbentuk botol dan tidak terdapat tanpa penulangan, di

mana λ adalah suatu faktor koreksi

8

= 0,40 untuk strut didalam komponen tarik

= 0,60 untuk kasus-kasus lain

Keterangan :

= Kekuatan nominal strut (kN)

= Kekuatan efektif (MPa)

= Luasan daerah tekan (mm²)

β = faktor reduksi kekuatan tekan pada strut

= Mutu beton (MPa)

b. Desain kekuatan tie

Metode Strut and Tie digunakan pada struktur beton yang dalam keadaan

batas atau keadaan maksimal, maka pada kondisi Servicebility Limit State lebar retak

pada batang tarik perlu diperiksa, yaitu melalui pembatasan lebar retak atau melalui

pembuatan tegangan baja yang lebih rendah.

Gaya tarik pada batang tarik tie tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:

∅ ≥ ………………………..……………………………..(2.3)

Dimana subskrip t melambangkan tie dan Fnt adalah kekuatan nominal dari tie

dinyatakan sebagai:

= + ( + ∆ ) ………………………..……………..(2.4)

Keterangan :

= kekuatan nominal tie (kN)

= luasan tulangan (mm²)

= mutu baja (MPa)

=tegangan efektif yang hilang didalam baja tandon prategang (MPa)

∆ = penambahan gaya prategang disamping level load

9

c. Menentukan momen yang terjadi ( dan )

baja tulangan sebagai elemen pemikul tarik dianggap bekerja dalam sebuah

grup sehingga komponen ties memiliki suatu lebar efektif ( ). Lebar memiliki

nilai terbatas dan tergantung dari pendistribusian tulangan tarik balok. Pembatasan

nilai Wt berdasarkan atas beban luar dan reaksi-reaksi tumpuan serta semua titik

simpul berbeda dalam kesetimbangan

(∑� = 0; ∑ = 0;∑� = 0) ………………………..………….(2.5)

Pada perhitungan nilai Wb faktor yang harus diperhatikan adalah kekuatan ties itu

sendiri

( = . ) ………………………..…………………..(2.6)

dan kekuatan nodal zona akibat penjangkaran tulangan

( =0,85. . .b. ) ………………………..………….(2.7)

Agar komponen ties dapat mencapai leleh, maka kesetimbangan kedua gaya

tersebut dapat dijadikan dasar untuk menghitung lebar efektif elemen ties.

W� = ………………………..………………..(2.8)

Keterangan:

= 1, untuk (Strut Prismatic)

= 0.8, untuk (angkur tie di nodal A),

2.2.4 Zona Nodal

Zona nodal merupakan titik tangkap dari tiga batang atau lebih dari strut-and-

tie dengan berbagai kombinasi yang secara umum dapat dibagi dalam empat jenis

sambungan pertemuan:

Gambar 2.7 Klasifikasi Node

10

Sumber: ACI 318, 2008

Karena nodal di gambarkan sebagai sendi pertemuan maka zona nodal harus

dalam keadaan keseimbangan statis. Daerah nodal dapat di terapkan dengan dua cara

yang berbeda: zona nodal hidrostatik dan zona nodal diperpanjang. Untuk merancang

sebuah wilayah nodal hidrostatik, wilayah nodal harus tegak lurus dengan sumbu strut

atau tie, menghasilkan tegangan tekan uniaksial.

Syarat kuat tekan dari zona nodal adalah sebagai berikut:

= . ………………………..…………………………..(2.9)

Meskipun batas tulangan telah disediakan dalam zona nodal dan penulangan

didukung oleh pengujian dan analisis tegangan yang efektif yang dihitung permukaan

zona nodal juga strut and tie tidak harus lebih besar dari nilai:

= 0,85. ……………………….……………………..(2.10)

Keterangan:

= kekuatan nominal nodal (kN)

= kekuatan efektif (MPa)

= luasan daerah nodal (mm²)

= faktor reduksi kekuatan tekan pada strut

= mutu beton (MPa)

Sesuai persyaratan yang terjadi di masing masing kriteria, ada beberapa βn

yang diusulkan untuk menghitung tegangan-tegangan yang terjadi pada daerah nodal.

Menurut ACI 318-02 Appendix A, nilai βn ditentukan sebagai berikut:

= 1, pada daerah nodal yang terjadi oleh tekanan strut dan landasan (CCC

nodes)

= 0.80, pada daerah nodal dimana terdapat penjangkaran oleh ties hanya pada

derah (CCT nodes)

= 0.60, pada daerah nodal dimana terdapat penjangkaran oleh tarikan ties

dalam daerah (CTT nodes atau TTT nodes)

11

Faktor reduksi kekuatan Φ senantiasa diambil 0,75 untuk penyokong,

penggantung dan simpul. Critical section adalah daerah kritis atau daerah di mana

beton lebih mudah hancur.

2.2.5 Trajektori Tegangan Pada Shell SAP 2000

Trajektori tegangan pada balok tinggi diperlukan untuk memperkirakan

bentuk dan ukuran rangka batang yang nantinya dapat membantu dalam langkah awal

mendesain balok tinggi dengan metode strut and tie.

Menurut Partogi H.Simatupang dalam penelitianya di seminar nasional

teknik FST-Undana Tahun 2017, sudut trajektori yang dibentuk dengan program SAP

2000 dapat menentukan permodelan rangka batang yang dibutuhkan untuk mendesain

balok tinggi dengan melihat kecenderungan batang strut, sudut diukur dengan

menggunakan program AutoCAD secara manual.

Gambar 2.8 Trajektori Strut and Tie Beban Merata

Sumber: Seminar Nasional Teknik FST-Undana (2017)

2.3 Metode SNI 03-2847-2002 dan ACI 318

SNI 03-2847-2002 adalah acuan atau standarisasi dalam hal tata cara

perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung di Indonesia sedangkan ACI

standarisasi yang diterapkan di Amerika. Dalam ketentuanya, SNI 03-2847-2002 dan

ACI 318 juga menjelaskan tentang metode perencanaan penulangan lentur dan geser

pada struktur balok. Walaupun pada dasarnya semua ketentuan yang diterapkan pada

SNI sama dengan ketentuan yang diterapkan pada ACI.

12

Dalam merencanakan desain luasan tulangan SNI dan ACI menerapkan

standarisasi faktor pembebanan beban mati dan beban hidup yang sama yaitu

U=1,2D+1,6L dimana hal ini diatur dalam pasal 11.2 pada SNI 03 2847 2002 dan

diatur dalam chapter 5.3.1 pada ACI 318. Sedangkan untuk faktor reduksi yang telah

ditetapkan pada kedua standarisasi tersebut sama, yaitu sebesar � = 0,8 untuk gaya

lentur dan � = 0,75 untuk gaya geser dimana hal ini diatur dalam pasal 11.3 pada SNI

03 2847 2002 dan diatur dalam chapter 21.2.1 pada ACI 318.

2.3.1 Prosedur Perencanaan Tulangan Balok Tinggi Dengan Metode SNI 03-

2847-2002 dan ACI 318

Berikut adalah prosedur dalam hal merencanakan tulangan lentur dan geser

pada balok tinggi yang ditetapkan pada SNI dan ACI:

Tabel 2.1 Prosedur Perencanaan Penulangan lentur dan geser pada balok tinggi

(SNI dan ACI)

Prosedur Perencanaan Balok Tinggi

Metode Keterangan

SNI ACI SNI ACI

Faktor reduksi � -Reduksi lentur -Reduksi Geser

� = 0,8 � = 0,75

� = 0,65 – 0,9 � = 0,75

SNI 03 2847 2002 pasal 11.3

ACI 318 14 pasal 21.2.1

Faktor pembebanan

U=1,2D+1,6L U=1,2D+1,6L SNI 03

2847 2002 pasal 11.2

ACI 318 14 pasal 5.3.1

Menentukan jenis balok

tinggi apabila ≤ 5 ≤ 4

SNI 03 2847 2002

pasal 13.8.1

ACI 318 14 pasal 10.7.1

Menentukan rasio tulangan

( ) pada penampang

kritis

ρ = ρ = SNI 03 2847 2002

ACI 318 14

Menentukan besar

kemampuan beton memikul geser ( ) ambil

terkecil dari

= (3,50 – 2,50

) [ ( + 120

)] b. d

atau

≤ ( ) . d

= (3,50 – 2,50

) [ ( + 120

)] b. d

atau

≤ ( ) . d

SNI 03 2847 2002

pasal 13.8.7

ACI Task Committee

426

13

Menentukan kuat geser

nominal ( ) = = SNI 03

2847 2002 ACI 318 14

Menentukan

kebutuhan

tulangan geser

= [

(

( ]

= [

(

( ]

SNI 03 2847 2002

pasal 13.8.8

ACI Task Committee

426

Menentukan kebutuhan

tulangan momen lentur

= = SNI 03 2847 2002

ACI 318 14

Prosedur terperinci dalam menentukan penulangan sebagai berikut

Menentukan besar beban terfaktor, yaitu mengalikan beban mati dan beban

hidup yang terjadi dengan ketentuan faktor pembebanan sebesar

U = 1,2D + 1,6L………………………………………..(2.11)

Menentukan jenis balok tersebut apakah termasuk dalam balok tinggi atau

tidak. Dengan ketentuan dinamakan balok tinggi apabila

≤ 5……………………….…………..…………..(2.12)

Setelah didapatkan gaya dan yang terjadi selanjutnya menentukan

pada penampang kritis

ρ = ……………………….……………………..(2.13)

Menentukan besar kemampuan beton mikul geser () dengan rumus

terperinci (nilai diambil yang terkecil dari)

= (3,50 – 2,50 ) [ ( + 120 )] b. d.……..(2.14)

≤ ( ) . d………………………..……..(2.15)

14

Menentukan kuat geser nominal () pada penampang kritis dengan rumus

terperinci

= ……………………….…………………..(2.16)

Menentukan kebutuhan tulangan geser

……………….……………………..(2.17)

= [ ( ( ] …….……………..(2.18)

Menentukan kebutuhan tulangan momen lentur

= ……………………….……………..(2.19)

Keterangan:

DL = Beban mati (kN)

LL = Beban hidup (kN)

L = Panjang bentang (mm)

b = Lebar balok (mm)

= Mutu beton (MPa)

= Mutu baja (MPa)

= Momen lentur ultimate (kN.m)

= Gaya geser ultimate (kN.m)

= Luasan tulangan perlu (mm²)

= Faktor reduksi

15

2.4 Penelitian Terdahulu

2.4.1 Perancangan Balok Tinggi Beton Bertulang Yang Memikul Beban

Merata Dengan Menggunakan SAP 2000 (Partogi H.Simatupang, 2017)

Berikut penelitian terdahulu yang dibuat oleh Partogi H. Simatupang,

seminar nasional FST-UNDANA 2017 “Perancangan Balok Tinggi Beton

Bertulang Yang Memikul Beban Merata Dengan Menggunakan Sap 2000”. Pada

penelitian ini dilakukan analisa perencanaan penulangan balok tinggi perletakan

sederhana dimana analisa menggunakan program SAP 2000 untuk mendapatkan

trajektori tegangan pada shell yang nantinya digunakan dalam menentukan pola

rangka batang pada balok tinggi tersebut.

Pada penelitian tersebut digunakan 4 permodelan balok tinggi dengan

perletakan sederhana dimana setiap permodelan mempunyai rasio L/H yang

berbeda. Berikut data permodelan yang digunakan:

Tabel 2.2 Data Permodelan Penelitian Terdahulu

Tipe

Permodelan

Nama

Permodelan

Panjang

Balok

(L) (m)

Tinggi

Balok

(H) (m)

L/H

Variasi 1

V1-01

4

0,8 5

V1-02 2 2

V1-03 4 1

V1-04 5 0,8

Setiap permodelan diterapkan dengan pembebanan yang sama yaitu beban

merata sebesar 120kN/m

Gambar 2.9 Bentuk Permodelan Pembebanan Penelitian Terdahulu

16

Pada penelitian ini digunakan program SAP 2000 guna menganalisa tegangan yang terjadi pada shell balok tinggi yang telah diberi pembebanan. hasil dari trajektori tegangan tersebut dapat menggambarkan pola tegangan yang nantinya akan menjadi pola rangka batang yang dapat membantu dalam menghitung kebutuhan luasan penulangan dengan metode strut and tie.

Hasil trajektori tegangan pada shell (SVM) pada program SAP 2000

Gambar 2.10 Trajektori Tegangan Penelitian Terdahulu

Rekapitulasi nilai tegangan yang dihasilkan dari trajektori

Tabel 2.3 Data Nilai Tegangan Penelitian Terdahulu

Model Nama permodelan

Tarik Maksimum kN/m²

Tekan Maksimum Batang Strut kN/m²

Variasi 1

V1-01 167078,76 194261,32 V1-02 169528,57 197045,56 V1-03 173505,06 201664,34 V1-04 175491,77 203973,48

Setelah trajektori tergangan didapat maka selanjutnya peneliti

menghubungkan antara titik dengan titik dimana tegangan paling besar terjadi, dengan

itu didapatkan hasil pola rangka batang seperti dibawah ini

Gambaran salah satu permodelan pola rangka batang berdasarkan hasil

trajektori (SVM)

Gambar 2.11 Pola Rangka Batang Penelitian Terdahulu

17

Setelah didapatkanya pola rangka batang dari tegangan shell balok tinggi

tersebut selajutnya dihitunglah luasan penulangan dengan tata cara dan pernyaratan

metode strut and tie. Berikut adalah hasil dari kebutuhan luasan penulangan dari

setiap permodelan.

a. Hasil perhitungan desain balok tinggi dengan metode Strut and Tie V1-01

Tabel 2.4 Data Nilai Luasan Tulangan V1-01 Penelitian Terdahulu

Jenis Tulangan Luas Tulangan (mm²) Tulangan Terpasang Tulangan Longitudinal 1005,310 7D16

Tulangan Sengkang Vertikal 8168,140 4�10-155 mm Tulangan Sengkang Horizontal 785,400 10�10

b. Rekapitulasi hasil perencanaan tulangan seluruh variasi

Tabel 2.5 Data Rekapitulasi hasil perencanaan tulangan seluruh variasi

Model Nama

Permodelan

Luas Tulangan

(mm²)

Luas Tulangan Vertikal (mm²)

Luas Tulangan Horizontal

(mm²)

V1

V1-01 1407,43 785,40 8168,14 V1-02 3216,99 2412,74 8620,53 V1-03 6597,34 5227,61 8620,53 V1-04 7982,79 6433,98 8620,53

2.4.2 Pengaruh Tinggi Balok Pada Perilaku Struktur Beton Balok Tinggi

Bertulang ( K.H.Yang, H.S.Chung, A.F.Ashour, 2007)

Berikut penelitian terdahulu yang dibuat oleh K.H.Yang, H.S.Chung,

A.F.Ashour, , di University Of Bradford “Pengaruh tinggi balok pada perilaku

struktur beton balok tinggi bertulang”. Pada penelitian ini dilakukan analisa balok

tinggi untuk mendapatkan nilai pembebanan efektif dan nilai pembebanan batas dari

setiap permodelan yang sudah di tentukan luasan penulanganya serta dimensi balok

tinggi tersebut.

Pada penelitian tersebut digunakan 12 permodelan balok tinggi menerus

dimana setiap permodelan mempunyai rasio perbandingan antara panjang bentang

antara perletakan dan titik pembebanan dengan tinggi balok (a/h) yang berbeda.

Berikut data permodelan yang digunakan:

18

Tabel 2.6 Data Dimensi Permodelan Penelitian Terdahulu

Model

Mutu Beton

(MPa)

a/h Tinggi Balok

(h)(mm)

Panjang Setengah

Balok (a)(mm)

Panjang Balok

(L)(mm)

L5-40 32,4 0,5 400 400 400 L5-60 32,4 0,5 600 300 600 L5-72 32,4 0,5 720 360 720 L10-40 32,1 1 400 400 800 L10-60 32,1 1 600 600 1200 L10-72 32,1 1 720 720 1440 H6-40 65,1 0,6 400 240 480 H6-60 65,1 0,6 600 360 720 H6-72 65,1 0,6 720 432 864 H10-40 67,5 1 400 400 800

H10-60 68,2 1 600 600 1200

H10-72 67,5 1 720 720 1440

Bentuk permodelan yang digunakan yaitu bentuk balok tinggi menerus

dengan 3 perletakan, dimana di setiap tengah bentang antara perletakan diberlakukan

beban terpusat sebagai berikut

Gambar 2.12 Bentuk Permodelan Penelitian Terdahulu

19

Pada analisa ini setiap model diberlakukan analisa yang sama yaitu

permodelan di tes menggunakan mesin yang dapat membebani sebesar 3 kN/menit

dengan kapasitas maksimal mesin 3000 kN. Setiap permodelan dibebani di tengah

bentang sampai struktur dari balok tinggi tersebut menimbulkan pola retak dan

akhirnya runtuh, sehingga didapatkan nilai pembebanan efektif dan nilai pembebanan

maksimal dari setiap permodelan yang sudah di tentukan dimensi dan luasan

penulanganya.

Gambar 2.13 Bentuk Pola Retak Penelitian Terdahulu

Setelah melakukan pengetesan pada setiap permodelan maka didapatkan pola

retakan dan nilai pembebanan efektif dari setiap permodelan, hasilnya yaitu.

Tabel 2.7 Data Hasil Perbandingan Analisa Penelitian Terdahulu

Model

Mutu Beton

(MPa)

Tinggi Balok

(h)(mm) a/h

Penulangan Longitudinal

Beban Maksimum

Bawah Atas Batas Efektif

L5-40 32,4 400 0,5 574 574 1529 1252 L5-60 32,4 600 0,5 861 861 1635 1652 L5-72 32,4 720 0,5 1148 1148 1786 2016 L10-40 32,1 400 1 574 574 717 652 L10-60 32,1 600 1 861 861 880 868 L10-72 32,1 720 1 1148 1148 1003 1060 H6-40 65,1 400 0,6 574 574 2025 1538 H6-60 65,1 600 0,6 861 861 2248 1830 H6-72 65,1 720 0,6 1148 1148 2342 2168

20

H10-40 67,5 400 1 574 574 1112 914 2.4.3 Analisa dan Perencanaan Balok Tinggi Dengan Variasi Perletakan

Menggunakan Metode Strut and Tie (Putri Mutia Hafni Nasution,

Johannes Tarigan dan M. Agung Putra, 2014)

Berikut penelitian terdahulu yang dibuat oleh Putri Mutia Hafni Nasution,

Johannes Tarigan dan M. Agung Putra Handana yang berjudul “Analisa dan

perencanaan balok tinggi dengan variasi perletakan menggunakan metode strut and

tie”. Pada penelitian ini dilakukan analisa balok tinggi dengan variasi perletakan

untuk mendapatkan nilai luasan penulangan tarik dan tekan yang dibutuhkan pada

setiap variasi dengan menggunakan metode strut and tie

Pada penelitian tersebut digunakan 2 permodelan balok tinggi dimana setiap

permodelan mempunyai bentuk perletakan yang berbeda yaitu perletakan sederhana

dua tumpuan dan perletakan menerus empat perletakan. Berikut permodelan yang

digunakan:

Gambar 2.14 Bentuk Permodelan Dengan Variasi Perletakan Penelitian Terdahulu

21

Pada analisa ini setiap model diberlakukan analisa menggunakan metode

strut and tie. Beban yang diterapkan pada setiap permodelan yaitu beban terpusat

ditengah bentang dimana untuk model dengan dua perletakan diterapkan beban

sebesar 2500 kN dan untuk model dengan empat perletakan diterapkan beban sebesar

2000 kN. Pada analisa ini guna mendapatkan luasan penulangan yang dibutuhkan

maka terlebih dahulu dibuatkan gambaran pola rangka batang yang didapat dari pola

retakan pada balok tinggi tersebut.

Gambar 2.15 Pola Rangka Variasi Dua Perletakan

Gambar 2.16 Pola Rangka Variasi Empat Perletakan

Setelah didapatkan hasil pola rangka batang selanjutnya dilakukan analisa

luasan penulangan dengan ketentuan metode strut and tie, hasil luasan penulangan

yang didapatkan dari setiap permodelan yaitu :

Tabel 2.8 Data Hasil Luasan Penulangan Terdahulu

Permodelan Tipe Penulangan Luasan Tulangan

Balok Sederhana 3174,15 mm²

Balok di Atas 4 Tumpuan Serat Bawah 1937,171 mm²

Serat Atas 1610,432 mm²

22

2.4.4 Perbandingan Desain Menggunakan Pemodelan Strut-and-Tie dan

Metode Balok Tinggi Untuk Transfer Girders Dalam Bangunan

Struktur ( Eric Skibbe, 2010)

Berikut penelitian terdahulu yang dibuat oleh Eric Skibbe (Kansas State

University), “Perbandingan desain menggunakan pemodelan strut-and-tie dan metode

balok tinggi untuk transfer girders dalam bangunan struktur”. Laporan ini

membandingkan persyaratan dimensi, jumlah penulangan, dan kemampuan konstruksi

metode strut and tie dan metode deep beam melalui desain tiga balok tinggi yang

berbeda. Desain pertama adalah balok tinggi dengan beban di tengah bentang. Desain

kedua adalah balok tinggi dengan beban di seperempat bentang. Desain terakhir balok

tinggi dengan beban di tengah bentang dan di seperempat bentang. Dengan mutu

material dan .

Gambar 2.17 Permodelan Penelitian Terdahulu (Beban Tengah Bentang)

23

Gambar 2.18 Permodelan Penelitian Terdahulu (Beban Seperempat Bentang)

Gambar 2.19 Permodelan Penelitian Terdahulu (Beban Seperempat dan Tengah

Bentang)

Pada analisa ini setiap model diberlakukan analisa masing masing dengan

menggunakan metode strut and tie dan deep beam method yang mengacu pada

persyaratan ACI 318. Beban yang diterapkan pada permodelan yaitu beban terpusat

sebesar 1200 kN untuk satu pembebanan dan untuk dua pembebanan sebesar 600 kN.

Dimensi dari permodelan dengan beban di tengah bentang dan permodelan dengan

beban di tengah dan di seperempat bentang yaitu L = 16 feet, H = 7 feet sedangkan

dimensi permodelan dengan beban di seperempat bentang yaitu L = 16 feet, H = 8

feet.

Tabel 2.9 Data Dimensi Penulangan Permodelan Deep Beam Method

24

Balok Dimensi

(mm)

Tulangan

Sengkang

Horizontal

Tulangan

Sengkang

Vertikal

Volume

Tulangan

Geser

(mm³)

Tulangan

Lentur

Luasan

Tulangan

Lentur

(mm²)

DB 1 2133 x 609 �8-304 mm �8-254mm 22529 18D30 4572

DB 2 2438 x 609 �8-228 mm �8-228mm 30226 16D25 3200

DB 3 2133 x 609 �8-203 mm �8-203mm 28524 15D25 3048

Tabel 2.10 Data Dimensi Penulangan Permodelan Strut and Tie Method

Balok Dimensi

(mm)

Tulangan

Sengkang

Horizontal

Tulangan

Sengkang

Vertikal

Volume

Tulangan

Geser

(mm³)

Tulangan

Lentur

Luasan

Tulangan

Lentur

(mm²)

STM 1 2133 x 609 �8-304mm �8-228mm 22529 16D32 5156

STM 2 2438 x 609 �8-304mm �8-228mm 24790 18D25 3606

STM 3 2133 x 609 �8-304mm �8-228mm 22529 16D30 4064

2.4.5 Analisa Balok Tinggi Beton Bertulang Dengan Menggunakan Metode

Strut and Tie Model (Misbakhul Munir, Zulfikar Djau hari, Iskandar

Romey Sitompul, 2014)

Berikut penelitian terdahulu yang dibuat oleh Misbakhul Munir, Zulfikar

Djauhari, Iskandar Romey Sitompul yang berjudul “Analisa balok tinggi beton

bertulang dengan menggunakan metode strut and tie model (studi kasus balok tinggi

dengan beban merata)”. Penelitian ini menganalisis hubungan antara volume penguat

dengan kualitas beton, kualitas baja, dan variasi tentang bentang panjang balok dalam

25

dengan metode konvensional dan metode strut and tie (STM) berbasis ACI.

diverifikasi oleh Program computer aided strut and tie (CAST).

Penelitian ini juga menjelaskan tentang desain balok tinggi secara manual

berbasis konvensional dan strut and tie model (STM) walaupun menggunakan

program computer aided strut and tie (CAST). Dalam penelitian ini juga diperoleh

korelasi antara panjang bentang (L), kualitas beton ( ), kualitas baja ( ) dan beban

secara merata terhadap rasio tulangan, penambahan panjang bentang untuk

memperbesar rasio tulangan, penambahan tersebut dapat mengurangi kualitas

tulangan baja rasio, dan beban tambahan dapat meningkatkan rasio penguatan.

Mutu beton yang digunakan dalam analisa divariasikan menjadi beberapa

mutu beton yakni, 20 MPa, 25 MPa, dan 30 MPa. Mutu baja yang digunakan dalam

analisa divariasikan menjadi beberapa mutu baja yakni 240 Mpa dan 400 Mpa.

Pembebanan yang digunakan dalam analisa balok tinggi merupakan beban merata

sepanjang balok dengan, 500 kN/m, 625 kN/m, 700 kN/m, 725 kN/m, 750 kN/m,

800 kN/m, 1000 kN/m.

Tabel 2.11 Perbandingan nilai Volume tulangan Metode Konvensional dan Metode

Strut and Tie Model (

No Bentang

(mm)

Tinggi

(mm)

Lebar

(mm)

Volume Tul (10³)(mm³)

(

Konvensional STM I STM II

1 2500 1200 400 7483,05 8768,73 7161,69

2 3000 1200 400 9751,67 13580,12 10920,37

3 3500 1200 400 15532,67 20301,24 16206,83

4 4000 1200 400 23637,26 29257,60 23281,48

5 4500 1200 400 33386,96 40774,72 32404,74

Tabel 2.12 Perbandingan nilai Volume tulangan Metode Konvensional dan Metode

Strut and Tie Model (

No Bentang

(mm)

Tinggi

(mm)

Lebar

(mm)

Volume Tul (10³)(mm³)

(

Konvensional STM I STM II

1 2500 1200 400 4727,72 6273,07 4925,58

26

2 3000 1200 400 6184,18 9205,12 7070,37

3 3500 1200 400 9176,60 13283,01 10110,99

4 4000 1200 400 15978,48 18702,04 14203,70

5 4500 1200 400 21290,55 25657,53 19504,74

2.4.6 Penyempurnaan Model Strut-and-Tie untuk Balok Tinggi Beton

Bertulang (Mohammad Panjehpour, 2015)

Artikel penelitian yang dibuat oleh Mohammad Panjehpour yang berjudul

“Penyempurnaan model strut-and-tie untuk balok tinggi beton bertulang” bertujuan

untuk memodifikasi faktor efektivitas strut balok tinggi dari metode strut and tie yang

diatur di dalam ACI 318 dan AASHTO LRFD. Selain itu artikel ini bertujuan untuk

memperbaiki faktor efektivitas strut dari metode strut and tie dan memperkuat akurasi

dari hasilnya.

Penelitian ini menggunakan enam bentuk permodelan dengan masing masing

ratio perbandingan antara panjang bentang perletakan dan titik pembebanan dengan

tinggi balok (a/h) adalah 0,75, 1, 1,25, 1,50, 1,75, dan 2. Balok tinggi diletakan di

antara dua perletakan dan dibebani dua titik di atas balok tersebut. Analisa ini

menggunakan alat pembebanan hydraulic berkapasitas 5000 kN untuk membebani

balok tersebut hingga mencapai batas kekuatan dari penulangan yang sudah diatur

dalam ACI 318 dan AASHTO LRFD.

Gambar 2.20 Test Set Up Balok Tinggi

27

Gambar 2.21 Hasil Pola Retakan dari Balok Tinggi

Gambar 2.22 Detail Penulangan Balok

Dari luasan penulangan yang sudah ditentukan maka dicarilah nilai

pembebanan maksimum dari setiap permodelan dengan ratio antara panjang bentang

28

antara perletakan dan titik pembebanan dengan tinggi balok (a/h) yang berbeda. Maka

didapatkan hasil analisa sebagai berikut.

Tabel 2.13 Perbandingan Efektivitas Nilai Pembebanan dari Metode ACI 318 dan

AASHTO

a/h

Panjang Antara

Pembebanan dan

Perletakan

a(mm)

Beban Maksimal

(P)(ACI) kN

Beban Maksimal

(P)(AASHTO) kN

0,75 216,75 707.95 817.18

1,00 289,00 615.77 720.51

1,25 361,25 537.38 685.97

1,50 433,50 472.88 617.00

1,75 505,75 420.17 541.14

2,00 578,00 376.88 470.01

2.4.7 Perilaku Beton Balok Tinggi Dengan Perkuatan Tulangan Tinggi (Juan

de Garay-Moran, 2008)

Analisa yang dibuat oleh Juan de Garay-Moran di University of Alberta yang

berjudul “Perilaku beton balok tinggi dengan perkuatan tulangan tinggi” bertujuan

untuk mencari variable dari nilai rasio bentang balok dengan tinggi balok, rasio

penulangan longitudinal, dan kekuatan efektif dari penulangan balok tinggi. Analisa

ini menggunakan 6 macam permodelan dengan ratio (a/d) yang berbeda, diantaranya

a/d = 1,19, 1,18, 1,79, 1,78, dan 2,38. balok diletakan di dua perletakan dan diberi

dua titik pembebanan diantara bentang perletakan.

Dalam penilitian guna mendapatkan variabel hasil yang ingin didapatkan,

balok tinggi di desain penulanganya beberapa kali dan di tes dengan alat hydraulic

sampai mendapatkan nilai variable yang paling efektif.

29

Gambar 2.23 Balok MS1-1 Setelah Retak

Gambar 2.24 Balok MS1-3 Setelah Retak

Gambar 2.25 Balok MS2-2 Setelah Retak

30

Gambar 2.26 Balok MS2-3 Setelah Retak

Gambar 2.27 Balok MS3-2 Setelah Retak

Setelah melakukan pengetesan pada setiap permodelan maka didapatkan pola

retakan dan nilai pembebanan efektif dari setiap permodelan, hasilnya yaitu.

Tabel 2.14 Perbandingan Nilai Pembebanan dari Hasil Analisa Dengan Hasil

Ketentuan ACI 318 05

Model a/d

Persentase

Beban

(P) (%)

Beban

Maksimal

(Pmax)

(kN)

ACI 318 05

Beban Sesuai

Persyaratan

(Pp) (kN)

Pmax/Pp

(kN)

MS1-1 1,19 0,52 1252 1024 1,22

MS1-2 1,19 1,13 2124 2048 1,05

MS1-3 1,18 2,29 2747 2400 1,14

MS2-2 1,79 1,13 1432 1386 1,03

MS2-3 1,78 2,29 2055 1456 1,41

MS3-2 2,38 1,13 1154 1092 1,06

2.4.8 Rasio Lebar Dan Tinggi Balok Terhadap Kuat Lentur (Andi Marini

Indriani, Agus Sugianto, 2016)

31

Berikut penelitian terdahulu yang dibuat oleh Andi Marini Indriani, Agus

Sugianto (Universitas Balikpapan) yang berjudul “Rasio lebar dan tinggi balok

terhadap kuat lentur”. Penelitian ini bertujuan untuk memahami perilaku rasio

Perbandingan antara lebar balok dengan tinggi balok (b/h) terhadap deformasi yang

terjadi. Rasio yang dianalisa antara lain adalah 1, 1,25, 1,5 dan diantara ketiga

permodelan tersebut dicari rasio yang paling optimal.

Cara menguji pada penelitian ini adalah alat uji lentur diletakkan pada media

yang rata dengan dua tumpuan penyangga balok uji kemudian cek kondisi horisontal

dengan waterpas lalu setting manometer sehingga mudah dibaca pada saat pengujian,

benda uji diletakan pada alat, kemudian pasang 3 buah manometer, 2 buah pada sisi

bagian atas dan 1 pada bagian samping. Cara pengujiannya dengan menekan pompa

hydraulic dan benda uji, kemudian manometer jack akan bergerak naik sampai benda

uji tidak mampu menahan beban sehingga mengalami penurunan dan membaca posisi

dial

Gambar 2.28 Pengujian Kuat Lentur

Analisa hasil pengujian membahas hubungan antara kuat lentur benda uji

dengan deformasi. Hasil pengujian kuat lentur, diperoleh sebagai berikut :

Tabel 2.15 Hubungan rasio b/h dengan Deformasi

Dimensi (mm) Rasio (b/h)

Arah Deformasi

(mm) Panjang (L)

Lebar (b)

Tinggi (h) x y

1400 100 100 1,00 1,033 14,63 14,67

1400 125 100 1,25 1,22 15,72 15,77

1400 150 100 1,50 0,91 15,27 15,30

32