Desain Balok Beton Sesuai SNI 03-2847-2002 ( bag 1)

Posted by juragan on 01-Jun-2009 under Struktur Beton | 21 Comments to Read

10 - penampang balok beton

balok beton

Balok dikenal sebagai elemen lentur, yaitu elemen struktur yang dominan memikul gaya dalam berupa momen lentur dan juga geser. Mendesain balok beton itu gampang-gampang susah. Lebih banyak gampangnya daripada susahnya. Atau… lebih banyak digampangkan dari pada dipersulit. :)

Untuk mendesain balok beton bertulang kami pikir nggak perlu lah pake software-software canggih dan mutakhir jaman sekarang. Cukup dengan selembar kertas dan alat tulis plus alat hitung, kita sudah bisa mendesain balok beton yang kokoh dan stabil. Sebagai catatan, kalo bisa alat hitungnya berupa kalkulator saja.. nggak usah pake sempoa..

Modal awal, hitung gaya dalam
Nah, juragan pikir bukan di sini tempatnya membahas cara memperoleh gaya dalam. Gaya dalam bisa dihitung manual untuk balok sederhana, dan bisa juga menggunakan bantuan software. Juragan sarankan sih gunakan software ringan khusus balok, seperti Atlas, Beamboy, dll. Tapi kalo sudah mahir menggunakan software yang lebih kompleks hanya untuk memodelkan sebuah balok, itu sah-sah saja.. Itu urusan selera. Kalo ditanya, juragan sendiri sering pake software apa? Wah, kalo juragan sih pake software bikinan kompeni (company), ada lisensi dan tidak untuk umum… mohon maaf. Kalo ketahuan bisa dikasih api (get fired) nanti. Ah.. kepanjangan intronya.. < serieus mode : on >

Bahan Yang Diperlukan

  • Momen lentur ultimate M_u  dan gaya geser ultimate V_u
  • Parameter material : f'_c  , f_y  .

Prosedur

  1. Hitung \beta_1 , sesuai SNI-Beton, pasal 10.2.7.3. \beta_1 adalah rasio tinggi blok tegangan tekan ekivalen a terhadap tinggi tegangan tekan aktual c .Persamaannya sebagai berikut :
    \beta_1 = \Bigg\{ \begin{array}{ll} 0.85 & \qquad \text{untuk }f'_c \le 30 \text{ MPa} \\ 0.85-0.05 \big(\dfrac{f'_c - 30}{7}\big) & \qquad \text{untuk } 30 < f'_c \le 58 \text { MPa} \\ 0.65 & \qquad \text{untuk } f'_c > 58 \text{ MPa} \end{array}

    10 - diagram tegangan balok

    diagram tegangan balok beton

  2. Tentukan ukuran penampang. Ini pake metoda trial-error. Sebenarnya SNI Beton sudah ngasih petunjuk tentang ukuran balok. Di pasal 9.5 ada tabel tinggi minimum balok terhadap panjang bentang.H_{min} = \Bigg\{ \begin{array}{ll} l/16 & \qquad \text{untuk balok sederhana (satu tumpuan)} \\ l/18.5 & \qquad \text{untuk balok menerus bentang ujung} \\ l/21 & \qquad \text{untuk balok menerus bentang tengah} \\ l/8 & \qquad \text{untuk balok kantilever} \end{array}
    Jika H_{min} telah diketahui, kita dapat memperkirakan tinggi balok yang akan didesain, biasanya dengan menambahkan 100 sampai 200 mm dari H_{min} . Sementara lebar balok b , normalnya dapat diambil sekitar0.4 – 0.6 H_{min} .
  3. Setelah itu tentukan nilai d , yaitu d = H_{min} - \text{tebal selimut beton} . SNI juga sudah mengatur tebal selimut beton minimum (pasal 7.7). Tujuan dari selimut beton adalah melindungi tulangan dari “serangan” korosi akibat uap air yang dapat masuk melalui celah-celah beton yang retak. Untuk daerah ekstrim, misalnya daerah dekat laut yang kadar garam uap airnya tinggi, tebal selimut beton harus ditambah.
  4. Hitung j_d , dengan persamaan :
    j_d \approx 0.875 \cdot d
    j_d adalah jarak antara resultan gaya tarik T pada tulangan tarik dengan resultan gaya tekan C pada beton. Seharusnya, j_d = d-(a/2) , tapi kita belum bisa menghitung nilai a , sehingga untuk perkiraan awal j_d , dianggap kira-kira sama dengan 0.875d . Nilai j_d ini nanti akan dikoreksi jika a telah diketahui.
  5. Berikutnya, hitung luas tulangan perlu:
    A_s = \dfrac{M_u}{\phi f_y j_d} ,
    dan juga luas tulangan minimum yang disyaratkan oleh SNI-Beton:
    A_{s-min} = \dfrac{1.4}{f_y}bd
    Jangan lupa konsistensi penggunaan unit/satuan. Nilai \phi untuk kuat lentur balok adalah 0.8.
  6. Tentukan diameter dan jumlah tulangan yang memenuhi kedua kondisi di atas (no #5). Dan.. hitung A_s yang baru. Misalnya, tulangan 4D16, A_s \quad = 4 \cdot (\dfrac{\pi \cdot 16^2}{4}) \quad = 804.25 mm^2
  7. Jika ternyata tulangan yang dibutuhkan lebih dari satu lapis, perlu dikoreksi nilai d yang baru. Jika tulangannya lebih dari satu lapis, posisi resultan gaya tariknya akan berubah.

    10 - tulangan dua lapis

    tulangan dua lapis

  8. Hitung nilai a :
    a \quad = \dfrac{A_sf_y}{0.85f'_c b}
    Catatan : 0.85 pada persamaan di atas bukan nilai \phi , juga bukan \beta_1 . 0.85 itu adalah mmm.. reduksi kuat tekan beton aktual terhadap kuat tekan beton silinder. Jadi, jika dikatakan beton mutu tekan f’c 30 MPa, maka beton itu akan mulai hancur pada tekanan 0.85×30 = 25.5 MPa. Angka 0.85f'_c juga digunakan pada perhitungan desain kolom beton (terhadap beban aksial tekan).
  9. Cek nilai j_d yang baru, dan cek juga A_s sesuai j_d baru tersebut.
    j_d = d - (a/2) \\ A_s = \dfrac{M_u}{\phi f_y j_d}
    Jika tulangan yang kita pilih sebelumnya sudah memenuhi A_s yang baru, berarti tulangannya cukup.
  10. Hitung rasio tulangan \rho dan rasio tulangan kondisi balance \rho_b :
    \rho \quad = \dfrac{A_{s-terpasang}}{bd} \\ \rho_b \quad = \dfrac{0.85f'_c \beta_1}{f_y} \Bigg( \dfrac{600}{600+f_y} \Bigg)
    SNI membatasi tulangan maksimum \rho_{max} \le 0.75 \rho_b . Namun, dalam pelaksanaannya biasanya diambil sekitar 0.4 – 0.5 \rho_b . Hal ini biasanya menyangkut masalah segi ekonomis dan kepraktisan pelaksaaan di lapangan.
  11. \rho_b adalah rasio luas tulangan tarik terhadap luas penampang beton di mana batas keruntuhannya adalah beton hancur pada saat tulangan mulai leleh (mencapai f_y ). Gampangnya gini, pada saat memikul momen lentur, ada bagian beton yang mengalami tekan, sementara tegangan tarik dipikul oleh tulangan baja, sehingga ada tiga skenario keruntuhan yang bisa terjadi :
    1) beton hancur, tulangan belum leleh,
    2) beton hancur bersamaan dengan tulangan mulai leleh,
    3) tulangan leleh (dan mungkin putus) sebelum beton hancur.
    Kondisi 1) disebut over-reinforced (kebanyakan tulangan), kondisi 2) adalah kondisi seimbang, dan kondisi 3) adalah under-reinforced (kekurangan tulangan).
  12. Terakhir, cek lagi kekuatan lentur penampang berdasarkan dimensi dan tulangan yang sudah diperoleh.
    \phi M_n = 0.8 \cdot f_y \cdot A_s \cdot j_d

Untuk sementara itu saja dulu yang bisa juragan tulis di bagian pertama ini. Berikutnya akan dibahas desain terhadap geser, juga kontrol lendutan balok, hitung-hitungan balok T, balok retak, dll.

  • arief said,

    dengan segala kerendahan hati, saya yg masih awam dan masih proses belajar ini..
    bapak juragan berkenan menyediakan artikel ini bisa sy download dalam bentuk PDF-nya..

    terima kasih banyak sebelumnya..
    Arief-A

  • admin said,

    • jangan panggil bapak dong… serasa udah jadi tua.. saya perkirakan usia saya masih lebih kecil daripada dua kali usia bung Arief.. :) Kalo udah lebih dari 2x, baru boleh panggil bapak.. :D
    • Wah.. ketahuan juga rencana saya.. :D Saya memang berniat membuat versi pdf dari semua artikel di sini, cuma saya belum ketemu tool yang pas untuk mengkonversi sebuah halaman website (khususnya artikel) menjadi bentuk pdf
    • Kalo sekedar pake print pdf sih bisa, cuma tampilannya kurang sreg… sampai-sampai komentar pengunjung juga muncul di pdf-nya.. :D

    Terima kasih atas komentarnya.
    Ayo sama-sama belajar untuk belajar.

  • Hendro said,

    Terimakasih atas waktu dan kesediaan nya membuat semuanya jadi mudah diikuti

  • admin said,

    Sama-sama. Mohon dukungannya…
    (ketik REGONOFF)..
    :) :) :)

  • momoajah said,

    makasih atas infony gan..
    mohon ijin ngedonlod software desain balok

  • widya said,

    makasih buat infonya…

    kalo bisa cara nyari beban maksimum yang bisa diterimanya juga dong

    maklum saya masih awam, masih kurang ngerti soalnya baru belajar

  • Y.W said,

    Bapak mengatakan bahwa : “SNI membatasi tulangan maksimum \rho_{max} \le 0.75 \rho_b . Namun, dalam pelaksanaannya biasanya diambil sekitar 0.4 – 0.5 \rho_b . Hal ini biasanya menyangkut masalah segi ekonomis dan kepraktisan pelaksaaan di lapangan.”

    pertanyaan saya adalah : kenapa harus diambil 0,4-0,5 rho balance.. ??? dan masalah kepraktisan yang bapak maksud itu apa ?

    Sebelumnya saya ucapkan terimakasih

  • admin said,

    Terima kasih atas pertanyaannya, pak.
    Menarik sekali. Kenapa hanya 0.4-0.5 dari rho balance?
    Kenapa tidak ikuti saja SNI, 0.75 rho balance.
    Sebenarnya sah-sah saja.. cuma begitu dilaksanakan, akan lain ceritanya.
    Contoh,.. untuk beton mutu 25 MPa, dan baja 400 MPa, jika dihitung, rho balance-nya adalah 2.7%. Sehingga menurut SNI, maks rho adalah 0.7*2.7 % = 2.025%.
    Misalnya ada balok ukuran 300×500, tulangannya didesain “paksa” sampai mencapai rho maks SNI, maka luas tulangannya adalah 2.025% * 300 * 450 (anggap cover = 50), sama dengan 2733.75 mm^2. Jadi, dipasanglah tulangan 5D25 atau 7D22 untuk balok 300×500 tersebut. Kalo bangunan itu adalah bangunan low-rise building, dijamin si tukang besi akan bersimbah air mata kalau disuruh membengkokkan tulangan D25.
    Alternatif lain, jika digunakan tulangan D22, setidaknya tulangan tersebut akan dipasang dalam 2 layer (4D22 + 3D22).

    Kedua, jika bangunan tersebut harus didesain tahan gempa, dengan sistem pemikul gempa SRPMK, kita akan menemukan konsep strong column-weak beam. Kolom harus lebih kuat daripada beam. Jadi, kalo tulangannya balok sangat banyak, tulangan dan dimensi kolom harus lebih besar lagi. Momen desain kolom kan harus lebih besar daripada 6/5 momen kapasitas balok.

    Ketiga, jika digunakan rho maks, maka rasio berat tulangan terhadap volume beton (dalam kg/m3) akan sangat besar. Dalam pembiayaan (costing) hal ini sangat penting. Biasanya para estimator menghitung biaya konstruksi dari rasio ini.

    Mungkin ada rekan-rekan yang bisa menambahkan.
    Salam,
    juragan a.k.a iwal

  • eka yuniarto said,

    Saya ingin menguji keruntuhan lentur balok beton ringan dengan bentang 2,50 mtr.(kondisi under reinforced)
    1. Apakah keruntuhan lentur bisa terjadi sebelum terjadinya keruntuhan tarik diagonal atau keruntuhan geser jika saya menggunakan konsep balok menengah(2,5<a/d<5,5)dengan pemberian beban satu titik
    2. Dgn hal yg sama sperti kasus no.1, tapi diberi dua beban titik berjarak 1/3 bentang, Mana lebih efektif? Atau mungkin ada solusi lain, mohon penjelasannya.
    Sebelum dan sesudahnya saya sampaikan terima kasih

  • admin said,

    @eka yuniarto,
    1. Mana yang lebih dulu runtuh, lentur atau geser? Itu bisa dihitung. Kalau ingin mencapai keruntuhan lentur terlebih dahulu, maka kapasitas geser balok tersebut harus dimaksimalkan, dengan cara memasang sengkang maksimal. Atau bisa juga dengan menambah lebar balok. Penambahan lebar akan meningkatkan kontribusi tahanan geser dari beton, tapi sangat sedikit pengaruhnya dalam menambah kekuatan lentur.

    2. Mana yang lebih efektif satu beban P terpusat di tengah, atau dua beban (masing-masing P/2) berjarak 1/3 bentang?. Untuk yang pertama, momen lentur maksimumnya adalah PL/4 dan gesernya P/2, sementara kasus kedua momen lenturnya PL/6 dan gesernya P/2.
    Dengan gaya geser yang sama, kondisi pertama menghasilkan momen lentur yang lebih besar.

    3. Solusi lain, seandainya instrumen bapak/saudara bisa memodelkan balok kantilever (jepit sempurna), maka balok kantileverlah yang paling efektif. (Tapi, saya jarang melihat model uji balok kantilever).. *ingat-ingat dulu..* (hmm..)

  • parhyang said,

    ““SNI membatasi tulangan maksimum \rho_{max} \le 0.75 \rho_b . Namun, dalam pelaksanaannya biasanya diambil sekitar 0.4 – 0.5 \rho_b”

    hubungan lebih cenderung terhadap tinjauan lendutan, jika rasio tulangan dipasang lebih dari 0.375*rho_b yg mana ini jarang ditempuh ‘coz jrg juga dibahas dibuku2 diktat kuliah atau edisi cetak lokal.

    btw, tampilan rumus2 looks beauty, pake LaTex formated yah..

  • Hadibroto said,

    Salam kenal Juragan Sipil..

    Saya buka halaman “Desain Balok Beton Sesuai SNI 03-2847-2002 ( bag 1)”
    yang terlampir hanya komentar saja..

    Mohon dikirim ke email saya bahan makalahnya.. thanks..

  • admin said,

    @bapak Hadibroto,
    Terima kasih atas infonya. Permasalahan sudah kami atasi. Cuma tampilan equationnya masih perlu disesuaikan. Ini karena ada sedikit gangguan di plugin kami. Mohon maaf sebelumnya.
    Sukses selalu.[]

  • Hadibroto said,

    Thanks atas perhatiannya Juragan Sipil..

    Untuk Info .. tampilan equationnya masih ada bbrp yg belum tampil “Formula doesnot parse”..

    Mudah2an untuk kedepan tidak ada trouble lagi..
    Semoga menjadi ilmu yg bermanfaat.. amiinn..

    Wassalam..

  • ion said,

    salam kenal juragan, saya mahasiswa yang baru belajar..
    Trima kasih banyak jika juragan mw berbagi ilmu dengan saya..
    mohon bimbingannya..

  • anakserui said,

    terimakasih atas langkah-langkah perencanaan ini. sangat membantu sekali.

  • baskoro said,

    mas mau tanya tentang balok serta kolom precast itu bagaimana rumus serta pengertiannya ?
    trims

  • djokosj said,

    bagus sekali Mas Juragan ini saling menambah pengetahuan diantara kita. Tq

  • Seputar Dunia Teknik Sipil » Blog Archive » Desain Balok Beton Bertulang (4) said,

    [...] pembahasan bagian 1 dan bagian 3 yang kita bicarakan hanya tentang tulangan bawah saja. Tentu saja dalam hal ini momen [...]

  • faizun said,

    assalamu’alaikum.wr.wb
    mas gan minta izin copy, matursuwun banyak sebelumnya

  • putut.lg said,

    mantab semoga ilmu barokah

Add A Comment