Perhitungan perencanaan pada konstruksi beton bertulang relatif simpel dibandingkan konstruksi baja. Umumnya perhitungnya adalah mencari jumlah luas tulangan yang diperlukan, sedangkan konfigurasi penempatan tulangannya sekedar mengikuti detail yang sudah ada sebelumnya.

Detail penulangan pada penampang beton bertulang umumnya mengacu pada detail-detail yang sudah terbukti sukses, dan umumnya dari struktur satu ke struktur yang lainnya mirip,  jarang berubah, ya seperti  itu-itu saja.

Hal itu terjadi karena perhitungan penulangan pada struktur beton umumnya hanya meninjau suatu potongan penampang, memprediksi bagian mana yang mengalami tegangan tekan dan bagian mana yang mengalami tegangan tarik. Selanjutnya setelah diperoleh jumlah tulangan baja maka akan ditempatkan pada daerah yang mengalami tarik. Itu berlaku umum baik untuk struktur balok, pelat atau kolom. Sederhana bukan.

Adapun pengaruh panjang pengangkuran diatasi dengan mengikuti standard pemasangan tulangan yang terdapat pada code (SNI atau ACI atau lainnya), misalnya bahwa tulangan lapangan minimal 30% harus diteruskan sampai ke tumpuan. Tidak ada penjelasan tentang hal tersebut, dan karena itu sudah dilaksanakan lama maka umumnya para engineer akan dengan patuh mengikutinya terus. Takut ada apa-apa. Tentang hal itu, aku jadi ingat saat  masih bekerja di kantor konsultan dulu, senior-senior bilang itu sih untuk memahaminya perlu engineering judgement.

Tahu khan apa itu engineering judgement yaitu istilah yang biasa digunakan sebagai kambing hitam untuk menjelaskan hal-hal yang harus dilakukan dalam bidang engineering tanpa bisa menjelaskan secara logis dan nalar mengapa itu diperlukan. Itu dulu, tetapi sekarang tentu lain, tentang penulangan seperti itu saat ini sudah dapat dijelaskan secara rational dan nalar memakai ilmu strut-and-tie-model (s.t.m) . Ilmu itu mula-mula dikembangkan di Jerman, khususnya di Uni Stuttgart oleh prof Schlaich, juga oleh muridnya yang getol menggelutinya yaitu prof Reineck.

Jika tanpa ilmu s.t.m maka pemasangan detail tulangan umumnya didasarkan pada pengetahuan empiris sebelumnya yang sifatnya turun-temurun. Sehingga dapat dimengerti dan dimaklumi mengapa engineer muda bisa kalah pinter dalam penggambaran detail penulangan dibanding drafter struktur yang sudah lama bekerjanya (berpengalaman). Maklum, umumnya pelajaran di S1 fokus pembelajarannya adalah pada perhitungan, sedangkan cara penggambaran detailnya jarang diungkap atau dibahas. Maklum di buku-buku teks juga sedikit memberikan contohnya.

Jadi dapat dimaklumi jika ada mahasiswa yang datang kepadaku, bertanya sambil menyodorkan foto berikut :

Gambar 1. Detail penulangan yang dipertanyakan.

Adapun pertanyaan yang diajukannya adalah : “Detail penulangan baloknya koq aneh ya pak. Itu betul atau tidak sih ?“

Saya senang dengan adanya mahasiswa yang bertanya seperti itu, menurutku dia termasuk mahasiswa yang kritis dan juga aktif.

Asal tahu saja, selama perkuliahan S1, pada mata kuliah struktur beton  tidak dibahas konfigurasi tulangan yang aneh tersebut  (Gambar 1). Itu artinya ketika mahasiswa tersebut menjumpai fakta ada struktur dengan detail penulangan yang tidak biasa, maka dianya tidak diam saja (pasif), tetapi terus bertanya mencari jawabannya (aktif), yaitu bertanya kepadaku. Itulah mengapa aku juga bersemangat untuk menjawabnya dan bahkan kujadikan artikel di blog ini.

Tentang pertanyaan yang diajukan sebenarnya ada dua esensi yang perlu diungkapkan, yaitu [1] mengapa detail balok itu sampai sedemikian aneh, atau tidak biasa seperti yang umum dijumpai pada balok-balok yang biasanya; dan [2] apakah detail yang ditampilkan itu sudah benar atau tidak. Oleh karena itulah maka penjelasanku juga akan aku bagi dua.

Detail balok yang berbeda dari biasa, mengapa ?

Ya karena memang berbeda fungsinya dibanding balok beton bertulang pada umumnya. Perhatikan gambar balok beton bertulang sabagai berikut:

Gambar 2. Balok beton bertulang biasa dan penulangannya.

Pada balok beton bertulang biasa, pembebanan diberikan tegak lurus pada batang sebagaimana terlihat pada Gambar 2. Pada kondisi tersebut terjadi lentur dan geser sekaligus. Jika tinggi balok dibanding bentang relatif kecil, sehingga tidak dianggap sebagai balok tinggi (deep beam) menurut code yang ada, maka perilaku lentur akan mendominasi balok tersebut. Pada kondisi tersebut maka tegangan maksimum akan terdapat pada tepi-tepi luarnya. Sisi bawah mengalami tarik, sehingga terlihat mengalami retak, dan sisi atas mengalami desak. Oleh karena itulah mengapa tulangan dipasang horizontal pada sisi bawah. Perhatikan perbedaannya dengan Gambar 1, itulah mengapa mahasiswaku menyebutnya aneh. Memang beda sih.

Jadi jika balok biasa umumnya adalah struktur utamanya itu sendiri, sedangkan balok aneh pada Gambar 1 hanya bagian dari suatu sistem struktur, yang dikenal sebagai RC-Coupled Shear Wall Structure. Adapun baloknya itu sendiri disebut sebagai Coupling beams. Dari namanya saja dapat diketahui bahwa fungsi utama balok tersebut adalah bukan memikul beban di atasnya, seperti sistem balok beton biasa, dia fungsinya adalah menyatukan dua dinding geser yang terletak sebidang sehingga diharapkannya menjadi satu kesatuan.

Gambar 3: (a) profil angin sebagai beban lateral; (b) RC Coupled Shear Wall dan deformasi akibat beban lateral; (c) Deformasi coupling beam secara detail.

Jadi konstruksi coupling beam tersebut hanya ada pada konstruksi bangunan tinggi seperti pencakar langit, dan bekerjanya hanya terhadap beban lateral saja, seperti angin atau gempa. Kalau beban tetap, yaitu gravitasi maka balok akan bekerja seperti balok biasa (tulangan atas dan bawah) dan bukan detail tulangan yang aneh tersebut.

Pada kondisi bekerjanya, yaitu akibat beban lateral maka ada dua aksi yang terjadi yaitu [1] lentur dan [2] geser.  Jika h/a (lihat Gambar 4) relatif kecil maka lentur akan dominan. Adapun bentuk keruntuhan lentur adalah sbb:

Gambar 4. Keruntuhan lentur Coupling Beam

Sedangkan jika h/a relatif besar maka perilaku keruntuhan geser biasanya yang akan mendominasi perencanaan struktur coupling beam tersebut.

Gambar 5. Keruntuhan geser Coupling Beam

Dengan mempelajari  pola keruntuhan yang terjadi, yaitu menentukan bagian mana yang mengalami tarik dan bagian mana yang mengalami tekan maka dapatlah dibuat detail rencana penulangannya. Prinsipnya adalah sama seperti balok biasa, yaitu beton menerima tekan, sedang tarik diterima atau dipikul oleh tulangangan baja.

Pada keruntuhan geser, yang mengalami keruntuhan tarik adalah berbentuk diagonal. Oleh karena agar efisien dalam memikul beban maka konfigurasi tulangannya juga ditempatkan seperti itu. Detailnya banyak mengacu pada hasil penelitian Paulay (1969) seperti ini.

Gambar 6. Prototipe penulangan diagonal coupling beam (Paulay 1969).

Bahkan perilaku gaya-deformasi balok di atas dibandingkan jika tanpa ada retak adalah mendekati. Perilaku tanpa retak adalah kondisi ideal struktur beton bertulang, artinya kekakuannya mendekati kondisi elastis. Arti lainnya bahwa konfigurasi tulangannya tepat, efisien.

Gambar 7. Perilaku gaya-deformasi dengan tulangan diagonal (Paulay 1969).

Dengan dipasang tulangan diagonal maka diharapkan coupling beam mampu menyatukan secara sempurna dua dinding geser yang sebidang tersebut. Di bawah ini diperlihatkan mode-mode keruntuhan yang mungkin terjadi dari struktur RC Coupling Shear Wall.

Gambar 8. Mode-mode keruntuhan RC Coupling Shear Wall, dimana [a] coupling beam gagal lentur; [b] coupling beam gagal geser; [c] coupling beam kuat sehingga kegagalan pada dinding shear wall-nya sendiri.

Perlu pemasangan tulangan diagonal tentunya berharap bahwa keruntuhan akan mengikuti mode Gambar 8c.  Artinya coupling beam mampu menyatukan dua dinding geser tersebut secara baik.

Referensi yang saya gunakan untuk gambar detail di atas adalah:

• Paulay, t.” The Coupling of Reinforced Concrete Shear Walls“, Proceeding, 4WCEE Santiago, Chile, 1969, B-2, ppp 75-90
• Paulay, T., “Some Aspect of Shear Wall Design“, Bulletin of the New Zealan Society for Eartquake Engineering, V.5, No.3, Sept. 1972, pp. 89-105
• Nutan Kumar Subedi, “RC-COUPLED SHEAR WALL STRUCTURES. I: ANALYSIS OF COUPLING BEAMS“, Journal of Structural Engineering, Vol. 117, No. 3, March, 1991
• Nutan Kumar Subedi,”RC COUPLED SHEAR WALL STRUCTURES. II: ULTIMATE STRENGTH CALCULATIONS“, Journal of Structural Engineering, Vol. 117, No. 3, March, 1991

Ok jadi sekarang sudah bisa dipahami khan kenapa ada balok yang diberi tulangan diagonal seperti Gambar 1 itu.

Jadi balok dengan tulangan diagonal, adalah balok penghubung dari dua dinding geser yang terletak sebidang, dan itu biasanya dijumpai pada gedung tinggi sebagai suatu sistem penahan lateral, yaitu angin dan gempa (biasanya ini yang menentukan).

Tapi mengapa ya pak, gambar detail di Gambar 1 dibengkokkan tidak seperti yang terlihat pada Gambar 6, yaitu prototipe asli yang pertama kali diteliti.

Ok, berarti penjelasanku tentang RC Coupling Shear Wall sudah dapat dimengerti ya. Adapun pertanyaanmu itu masuk ke ranah berikutnya, yaitu detail di Gambar 1 itu benar atau tidak. Berarti ini sudah masuk kasus berikutnya.

Kasus adanya tulangan yang dibengkokkan umum dijumpai di lapangan, yaitu untuk mengatasi bilamana space-nya tidak mencukupi jika digunakan tulangan yang lurus. Tulangan diagonal perlu diteruskan masuk ke dalam dinding, fungsinya adalah untuk memperoleh pengangkuran yang tepat. Ilmu tentang bagaimana memperoleh pengangkuran yang tepat itu tidak gampang.

Pada perencanaan balok biasa, umumnya hanya digunakan cara-cara empiris, intinya disediakan panjang penjangkaran tulangan yang berfungsi sebagai pengangkuran, biasanya sebagai fungsi diameter. Jadi agar suatu tulangan dapat ditarik sampai leleh, maka biasanya panjang yang harus tertanam pada beton adalah 40D atau lebih. Lolasi penanamannya juga penting, yaitu di daerah tekan. Jika ditempatkan di daerah tarik, karena beton bisa retak maka jelas pengangkurannya tidak akan efektif.

Pengangkuran tulangan itu sangat penting pada suatu konstruksi beton bertulang. Itu pula yang mensyaratkan mengapa tulangan positip (lapangan) pada balok beton bertulang biasa harus diteruskan sampai ke tumpuan, minimal 30%-nya. Itu karena syarat pengangkuran.

Selanjutnya kita melihat detail diagonal bar yang terdapat pada coupling beam pada Gambar 1. Jelas itu berbeda dengan coupling beam hasil penelitian Paulay (1969) yang umum dijadikan rujukan selama ini. Terus terang aku belum pernah menjumpai detail yang seperti itu khususnya di text book atau journal-journal yang aku baca. Kalau hasil penelitian di perencana sendiri, apalagi itu dari Indonesia, koq rasa-rasanya kecil sekali dilakukan.  Berarti detail itu memang benar-benar aneh tidak saja bagi murid, tetapi juga bagi gurunya yang telah bertahun-tahun mengajar beton. Kesimpulan awalnya adalah bahwa itu pasti hasil dari engineering judgement perencananya.

Yang namanya engineering judgement sifatnya subyektif, tergantung dari pengalaman dan pemahaman engineer-nya. Jadi bisa berbeda-beda antara satu engineer dengan engineer yang lain.

Jadi kalau begitu itu benar atau tidak pak, jika engineernya bapak ?

Wah kamu itu diplomatis sekali. Baik saya mencoba menjawabnya ya, tapi ini pendapat pribadi lho, jadi bisa saja berbeda dengan yang lain. Alasan pertama karena aku tidak mempunyai referensi pendukung yang dapat langsung membenarkan detail pada Gambar 1. Jadi aku mencoba menganalisnya terlebih dahulu berdasarkan  pengalaman dan pengetahuan yang aku punya. Mari kita mencoba menalar-logikan secara bersama-sama. Lihat Gambar 9 berikut:

Gambar 9. Estimasi gaya-gaya yang bekerja nantinya pada coupling beam

Gaya-gaya yang bekerja di atas aku susun berdasarkan teori yang ada pada strut-and-tie model, yaitu bahwa tulangan baja berfungsi menahan tarik (tie) dan beton menahan tekan (strut). Ketika coupling beam bekerja sesuai mekanisme dari Paulay (1969), karena lebih kaku dibanding tulangan horizontal biasa yang dipasang maka terlebih dahulu akan menerima gaya tarik, yaitu dalam mengatisipasi diagonal split yang terjadi (lihat Gambar 5).

Gaya tarik pada balok tentunya perlu pengangkuran, dalam hal ini adalah bagian tulangan diagonal yang masuk pada shear wall (di kiri dan kanan balok tsb). Saya tidak tahu alasan kontraktor melakukan pembengkokan seperti di atas itu. Selain mempersulit diri, maka dengan adanya pembengkokan tersebut akan menimbulkan gaya tekan di daerah pembengkokannya itu. Lihat Gambar 9 di atas. Jadi di daerah bengkokkan akibat adanya gaya resultan tarik dari tulangan baja dan agar terjadi keseimbangan timbul juga gaya tekan pada betonnya.

Lalu siapa yang menahan tekan pada beton. Dapat dipastikan hanya tulangan-tulangan pada shear wall, baik tulangan horizontal maupun vertikal. O ya, yang paling efektif tentu saja yang horizontal. Sedangkan gaya normal kolom tidak terlalu membantu, terlalu ke kanan dari titik beratnya sih.

Jadi dengan melihat mekanisme di atas, dan membandingkan banyaknya tulangan diagonal yang perlu diangkur serta jumlah tulangan horizontal yang tersedia, maka dapat dipastikan proses pengangkuran tulangan di atas tidak bekerja secara maksimal.

Jadi benar atau salah pak ?

Dengan dasar argumentasi di atas maka dapat disebutkan bahwa detail yang diperlihatkan pada Gambar 1 dan juga dijelaskan pada Gambar 9 adalah tidak benar. Salah ! Bandingkan dengan detail tulangan pada prototipe yang dapat dijadikan rujukan, lihat Gambar 6.

Wah kalau begitu jika ada gempa besar bisa runtuh ya pak ?

Wah itu soal lain, itu perlu di analisis secara menyeluruh, karena bisa-bisa tulangan diatas dihitungnya boros, atau mungkin shear wall-nya dihitung sebagai non-coupling shear wall masih memungkinkan , ya berarti nggak apa-apa. Tetapi yang jelas sekali lagi, kalau mau bikin detail hati-hati. Jika tidak tahu mekanisme yang terjadi maka mengubah sembarangan akan menyebabkan perilakunya akan berbeda dengan yang sudah ada.

Moga-moga membantu.