AR-2121 Struktur, Konstruksi, dan Material Bangunan

Minggu-5

Struktur Susunan Batu: Analisis dan Desain

Aswin Indraprastha, PhD

Referensi

• Pat Guthrie, The Architect’s Portable Handbook (2003), Part: 4 (masonry) & 6 (wood) • Edward Allen & Joseph Iano, The Architec’s STudio Companion (2002) • Prof. John E. Fernandez, Lecture Notes on Building Construction Material, MIT OCW • Daniel P. Abrams, Lecture Notes on Properties of Masonry Materials, Willett Professor

of Civil Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign • Svetlana Brzev, Earthquake- Resistant Confined Masonry Construction, NICEE, 2007

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

LIBUR EVALUASI

ANALISIS &

DESAIN

ANALISIS &

DESAIN

ANALISIS &

DESAIN

ANALISIS &

DESAINANALISIS DESAIN

MINGGU

RENCANA PERKULIAHAN

AR 2121 STRUKTUR, KONSTRUKSI DAN MATERIAL

ANALISIS & DESAIN ANALISIS & DESAIN

RANGKA KAKU

RANGKA BATANG

BALOK SEDERHANAKOLOM

BALOK

PONDASI

DAN

DINDING

PENAHAN

TINJAUAN

UMUM

STRUKTUR

PRINSIP-

PRINSIP

MEKANIKA

PENGANTAR

ANALISIS &

DESAIN

STRUKTUR

PENGANTAR

MATERIAL

KONSTRUKSI

STRUKTUR

SUSUNAN

BATU

OFF- Visiting Lecturer- UTM Malaysia Kelas digabung dengan kelas pak Suryamanto

OFF- Visiting Lecturer- UTM Malaysia Kelas digabung dengan kelas pak Suryamanto

OFF- Visiting Lecturer- UTM Malaysia Kelas digabung dengan kelas pak Suryamanto

Kita di sini

Tujuan Perkuliahan

• Mengenal dan memahami analisis dan desain struktur pasangan batu (masonry)

Sejarah Struktur Susunan Batu

• Susunan batu adalah material pertama yang dikenal manusia

• Struktur pertama menggunakan susunan batu terbuat dari material berbahan lumpur yang dikeringkan dengan sinar matahari

• Batu bata (sundiried brick) telah dikenal sejak 9000 tahun yang lalu

• Kebudayaan Babylonia dan Sumeria telah menggunakannya untuk mendirikan tembok dan zigurat (piramid berundak)

• Orang- orang Mesopotamia membuat menara dengan susunan bata sekitar 4000 – 600 SM

http://www.bible-archaeology.info/ziggurats.htm

Material susunan batu pertama

• Struktur susunan batu digunakan untuk mendirikan pyramid, 2500 SM

• Dimensi: 230m x 230m x 147m

• Susunan batu ini TANPA menggunakan mortar atau semen atau sejenisnya

• Sejarah menunjukkan kebudayaan kuno di China, Eropa, Amerika Selatan, telah menggunakan struktur susunan batu atau bata

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080328104302.htm

Contoh- contoh penggunaan susunan batu pada kebudayaan lampau

• Yunani dan Romawi (ingat Aquaduct?)

• China (Great wall?)

• Byzantium (Hagia Sophia?)

• Romanesk, Gothic, Rennaisance (Santa Maria degli Angeli, Firenza, Italia?)

Konstruksi Susunan Batu (Masonry Construction)

• Penggunaan susunan batu dalam konstruksi: – Kolom

– Balok

– Pelengkung

– Dinding

– pondasi

Konstruksi Susunan Batu

• Jenis- jenis konstruksi: – Solid (batu bata, beton ringan, batu alam), hollow (kerawang, batako)

– Dengan tulangan (RM), tanpa tulangan (URM)

• Jenis- jenis material: – Berbahan tanah liat (bata)

– Berbahan beton (batako, Autoclaved Aerated Concrete- beton ringan)

Dinding Pasangan Batu

• Ada Rule of Thumb yang menyatakan bahwa perbandingan minimum ketebalan dinding dan tingginya sekitar:

– h/t <25, misalnya kira- kira kalau dinding 15cm, maka maksimal ketinggiannya sekitar 3.75m

• Secara struktural, setiap penambahan lantai, maka ketebalan dindingnya bertambah sekitar 10cm

– Misalnya bangunan 3 lantai, maka idealnya kalau kita menggunakan dinding pemikul beban dari pasangan bata:

• Lt 3 = ketebalan dinding = 15cm

• Lt 2 = ketebalan dinding = 15+10=25cm

• Lt 1 = ketebalan dinding = 25+10=35cm

Dinding Pasangan Batu

• Penggunaan dinding pemikul beban (bearing wall) dengan pasangan batu untuk >3-5 lantai bangunan adalah tidak ekonomis. Lebih baik menggunakan baja atau beton.

• Kelemahan yang menjadi pertimbangan adalah: • Daktilitas dan deformasi

• Kekuatan tarik dan tekan

Penguatan Pada Pasangan Batu

• Penguatan- penguatan pada sistem struktur masonry dimaksudkan untuk meningkatkan kapasitas tarik dan daktilitasnya, serta untuk struktur tahan gempa (earthquake resistant)

• Salah satu metode yang umum digunakan adalah Confined Masonry Construction

Ada Pertanyaan

Interaksi Kelas

Confined Masonry

Confined Masonry (CM)

• Jadi, di dalam sistem confined masonry, pasangan susunan bata atau beton ringan atau batu berfungsi sebagai pengisi dan juga menahan beban aksial maupun lateral.

• CM terdiri dari: • Elemen horizontal dan vertikal yang merupakan beton bertulang

yang mengikat empat sisi pasangan bata

• Pasangan bata yang mengisi ‘daerah’ yang dibatasi oleh elemen- elemen struktural tadi

• Keuntungan CM: • Meningkatkan stabilitas dan integritas dinding pasangan bata

terhadap beban lateral (gempa bumi)

• Mengurangi sifat mudah retak (brittle) dari pasangan bata

Confined Masonry (CM)

• CM dapat dibuat menggunakan berbagai material pengisi antara lain:

• Hollow clay tile (kerawang)

• Burnt clay brick (batu bata)

• Concrete block (batako)

• Autoclaved Aerated Concrete (beton ringan- Hebel/ Celcon)

Perbedaan

• Perbedaan antara CM dan sistem rangka beton dapat dijabarkan sebagai berikut: – Dalam hal penyeluran beban gravitasi dan beban lateral: CM

menggunakan dinding susunan batu sebagai dinding pemikul beban. Rangka penguatnya lebih kecil atau ketebalannya sama dengan tebal dindingnya. Sedangkan dalam sistem beton bertulang, susunan batu/ batanya hanya sebagai pengisi dan tidak memikul beban.

– Dalam hal pondasi: CM menggunakan pondasi menerus di bawah sloof/ plinth sedangkan sistem beton bertulang menggunakan pondasi setempat.

– Dalam hal pelaksanaan konstruksi: CM dimulai dari susunan bata, diikuti oleh kolom- kolom praktis, dan akhirnya balok pengikat. Dalam sistem beton bertulang, rangka betonnya dibuat terlebih dulu. Dinding terpisah secara struktural dari kolom dan balok.

(Confined) Masonry dan Ketahanan Gempa

• Dalam hal beban gempa, model dari CM dapat diibaratkan seperti sebuah trus vertikal dimana dinding bata dianggap sebagai bracing diagonal yng menahan beban tekan lateral, sedangkan elemen- elemen beton bertulang sebagai elemen penahan beban tekan dan tarik.

• Dalam studi, kerusakan akibat gempa akan terjadi pada lantai paling bawah

Panduan Konstruksi Tahan Gempa Dengan CM

• Arsitek pegang peranan penting dalam mengembangkan konsep desain, dimensi dan ukuran bangunan.

• Jika bangunannya kecil, maka arsitek pegang peranan sebagai desainer, structural engineer, MEP dan langsung berhubungan dengan pembangun. Karena itu arsitek musti mengerti prinsip- prinsip ketahanan terhadap gempa jika menggunakan sistem CM

Layout Bangunan

• Denah bangunan sebaiknya teratur (regular)

• Teratur tidak berarti harus simetris

Layout Bangunan

• Massa bangunan sebaiknya tidak terlalu panjang, dibandig dengan lebarnya.

• Idealnya perbandingan ini sekitar 4

Layout Bangunan

• Dinding- dinding idealnya dikomposisikan secara simetris. Namun, bila ini tidak memungkinkan, harap dijaga bahwa titik berat massa haruslah tetap berada seimbang

Layout Bangunan

• Dinding- dining harus menerus sampai pada tinggi bangunan

Layout Bangunan

• Bukaan- bukaan harus dikomposisikan sedemikian rupa hingga menerus hingga tinggi bangunan.

• Kolom- kolom praktis harus berada di sisi bukaan yang areanya maks. 1.5m2.

Layout Bangunan

• Kolom- kolom praktis harus ada di setiap lantai

• Jarak antara kolom- kolom praktis tidak boleh lebih dari 4.0m

• Kolom praktis ada di setiap sambungan dinding dan akhiran dinding.

Layout Bangunan

• Kolom- kolom praktis harus ada di setiap lantai

• Jarak antara kolom- kolom praktis tidak boleh lebih dari 4.0m

• Kolom praktis ada di setiap sambungan dinding dan akhiran dinding.

Layout Bangunan

• CM cocok digunakan untuk bangunan bertingkat rendah sampai sedang :

• Sampai 4 lantai untuk zona gempa 3

• Sampai 3 lantai untuk zona gempa 4

• Sampai 2 lantai untuk zona gempa 5

Kolom- Kolom Praktis

Pondasi

Tie Beam

Antara Bata Merah dan Bata/ Beton Ringan

Bata Merah

• Dibuat dari tanah liat, dikeringkan di bawah sinar matahari dan kemudian dibakar

• Berat jenis kering: 1500 kg/m3

• Berat jenis normal: 2000 kg/m3

• Kuat tekan: 2.5-25 N/mm2

• Thermal conductivity: 0.38 W/mK

• Ketahanan terhadap api: 2 jam

• Jumlah per luasan: 70-72 buah/ m2

Kelebihan Bata Merah

• Tidak memerlukan keahlian khusus untuk memasang.

• Ukurannya yang kecil memudahkan untuk pengangkutan.

• Mudah untuk membentuk bidang kecil

• Murah harganya

• Mudah mendapatkannya

• Perekatnya tidak perlu yang khusus.

• Tahan Panas, sehingga dapat menjadi perlindungan terhadap api

Kekurangan Bata Merah

• Sulit untuk membuat pasangan bata yang rapi

• Menyerap panas pada musim panas dan menyerap dingin pada musim dingin, sehingga suhu ruangan tidak dapat dikondisikan atau tidak stabil.

• Siarnya besar-besar cenderung boros dalam penggunaan material perekatnya.

• Kualitas yang kurang beragam dan juga ukuran yang jarang sama membuat waste-nya dapat lebih banyak.

• Karena sulit mendapatkan pasangan yang cukup rapi, maka dibutuhkan pelsteran yang cukup tebal untuk menghasilkan dinding yang cukup rata.

• Waktu pemasangan lebih lama dibandingkan bahan dinding lainnya.

• Berat, sehingga membebani struktur yang menopangnya.

• Bata merah menimbulkan beban yang cukup besar pada struktur bangunan.

Bata/ Beton Ringan

• Material menyerupai beton

• Kuat, ringan, tahan air, tahan api, dan awet.

• Bata ringan diciptakan dengan tujuan memperingan beban strukur dari sebuah bangunan konstruksi, mempercepat pelaksanaan, serta meminimalisasi sisa material yang terjadi pada saat proses pemasangan dinding berlangsung.

• Memiliki panjang 60 cm, tinggi 20-40 cm dan tebal 75,100, 125, 150, 175, 200 cm.

• Terbuat dari campuran pasir kwarsa, semen, kapur, sedikit gypsum, air, dan alumunium pasta sebagai bahan pengembang (pengisi udara secara kimiawi). Setelah adonan tercampur sempurna, nantinya akan mengembang selama 7-8 jam

Bata/ Beton Ringan

• • Berat jenis kering : 520 kg/m3 • Berat jenis normal : 650 kg/m3 • Kuat tekan : > 4,0 N/mm2 • Konduktifitas termis : 0,14 W/mK • Tebal spesi : 3 mm • Ketahanan terhadap api : 4 jam • Jumlah per luasan per 1 m2 : 22 - 26 buah tanpa construction waste.

Kelebihan Bata/ Beton Ringan

• Memiliki ukuran dan kualitas yang seragam sehingga dapat menghasilkan dinding yang rapi.

• Tidak memerlukan siar yang tebal sehingga menghemat penggunaan perekat.

• Lebih ringan dari pada bata biasa sehingga memperkecil beban struktur.

• Pengangkutannya lebih mudah dilakukan. • Pelaksanaannya lebih cepat daripada pemakaian bata biasa. • Tidak diperlukan plesteran yang tebal, umumnya ditentukan hanya

2,5 cm saja. • Kedap air, sehingga kecil kemungkinan terjadinya rembesan air. • Mempunyai kekedapan suara yang baik. • Kuat tekan yang tinggi. • Mempunyai ketahanan yang baik terhadap gempa bumi.

Kekurangan Bata/ Beton Ringan

• Karena ukurannya yang besar, untuk ukuran tanggung, membuang sisa cukup banyak.

• Perekatnya khusus. Umumnya adalah semen instan, yang saat ini sudah tersedia di lapangan.

• Diperlukan keahlian khusus untuk memasangnya, karena jika tidak dampaknya sangat kelihatan.

• Jika terkena air, maka untuk menjadi benar-benar kering dibutuhkan waktu yang lebih lama dari bata biasa. Kalau tetap dipaksakan diplester sebelum kering maka akan timbul bercak kuning pada plesterannya.

• Harga relatif lebih mahal daripada bata merah.

• Agak susah mendapatkannya. Hanya toko material besar yang menjualbata ringan ini dan penjualannya pun dalam volume besar.

Ada Pertanyaan?

Interaksi Kelas

Dinding Batu Alam

• Biasanya terbuat dari batu kali utuh atau pecahan batu cadas

• Susunan vertikalnya haruslah selang- seling seperti halnya pasangan bata

• Ketebalan minimal umumnya 30cm kecuali sebagai batu tempel

• Bisa tanpa kolom praktis kecuali diperlukan

• Dapat menjadi dinding pemikul beban pada bangunan sederhana maupun dinding pengisi.

• Juga umum digunakan sebagai dinding penahan tanah.

Batu Tempel

• Batu paras: – Warna putih, putih gading,

hijau, kuning

– Ukuran 10x10, 10x20, 20x40

– Cara pemasangan sama dengan cara pemasangan keramik

Batu Tempel

• Batu candi: – Warna abu tua dan

kehitaman

– Estetika tinggi bila dipasang di tembok taman atau pagar

– Memiliki pori- pori yang besar

– Ukuran yang tersedia 10x20, 20x20

Batu Tempel

• Batu andesit: – Berbentuk lempeng yang

bertekstur

– Lebih keras dibanding batu paras

– Warna putih kehitaman dengan pori yang lebih padat dibanding batu paras dan batu candi

– Ukuran yang tersedia 5x20, 10x20

Sampai jumpa pada minggu ke-6

alamat web: www.ar.itb.ac.id/aswin