PERILAKU BALOK KOMPOSIT BAMBU BETUNG - BETON DENGAN BAMBU DIISI DI DALAM BALOK BETON (EKSPERIMEN)

Transkripsi

1 PERILAKU BALOK KOMPOSIT BAMBU BETUNG - BETON DENGAN BAMBU DIISI DI DALAM BALOK BETON (EKSPERIMEN) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil Oleh : FRISKA SILITONGA BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011 KATA PENGANTAR

2 Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan YME yang telah melimpahkan kasih dan karunia-nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul Perilaku Balok Komposit Bambu Betung-Beton Dengan Bambu Diisi Di Dalam Balok Beton (Eksperimen). Sungguh suatu hal yang luar biasa dimana akhirnya tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktu yang diharapkan. Tugas akhir adalah merupakan salah satu unsur yang sangat penting sebagai pemenuhan nilai-nilai tugas dalam mencapai gelar Sarjana Teknik dari Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil di universitas ataupun perguruan tinggi manapun di seluruh Nusantara, termasuk pula di. Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Bapak Ir.Besman Surbakti, MT selaku pembimbing, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof Dr Ir Bustami Syam MSME, selaku Dekan Fakultas Teknik.

3 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Syahrizal, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Ir.Robert Panjaitan, Ibu Ir. Chainul Mahni, dan Ibu Rahmi Karolina, ST, MT selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada Penulis terhadap Tugas Akhir ini. 6. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 7. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya. 8. Buat keluargaku, terutama kepada kedua orang tuaku, ayahanda Ir. Eddy Silitonga dan ibunda Dame Ristawati Gultom, SE yang telah banyak memberikan motivasi, semangat dan nasehat kepada saya, adik-adikku Jessica dan Ruben yang telah banyak membantu saya. 9. Buat Teman-teman seperjuangan, Ray, Afrye, Juwita, David, Yossi, Ari Manalu, Emsi, Christian, Nopandi, Endra, Doan siahaan dan Sinurat, Rodo, Boy, Fadly, Falah, Josua, Desmon, Ghufran, Foloe, Rilly, Roy, abang-abang dan kakak senior, Adik-adik 08,09,10, serta teman-teman angkatan 2007 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 10. Buat Ruth dan keluarga, bang patar, bang hotman dan teman-teman yang lain yang sudah banyak membantu selama saya melakukan penelitian. 11. Buat Ibu dan Bapak kantin beton.

4 12. Dan segenap pihak yang belum Penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu Penulis dari segi apapun, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahamahan saya dalam hal ini. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang konstruktif dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Oktober 2011 Penulis ( FRISKA SILITONGA )

5 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR NOTASI... x ABSTRAK... xiii BAB I. PENDAHULUAN... 1 I.1. Latar Belakang... 1 I.2. Perumusan Masalah... 4 I.3. Tujuan Penelitian... 5 I.4. Batasan Masalah... 5 I.5. Mekanisme Pengujian... 6 I.6. Sistematika Penulisan... 9 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA II.1. Bambu II.1.1. Sifat Bahan Bambu II.1.2. Sifat Fisis Bambu II Kadar Air Bambu II Berat Jenis Bambu II.1.3. Sifat Mekanika Bambu II Kuat Tarik Bambu II Kuat Tekan Bambu II Kuat Geser Bambu II Kuat Lentur Bambu II.1.4. Tegangan Ijin Bambu untuk Perancangan II.1.5. Kuat Acuan Berdasarkan Pemilihan Secara Mekanis II.1.6. Bambu Betung (Dendrocalamus Asper) II.2. Beton II.2.1. Bahan-Bahan Penyusun Beton II Semen II Agregat II Agregat Halus II Agregat Kasar II Air II Faktor Air Semen (fas) II.2.2. Sifat-Sifat Beton II Kuat Tekan II Modulus Elastisitas Beton... 36

6 II Kekuatan Tarik II Sifat Rangkak dan Susut pada Beton II.2.3. Metode Perencanaan Kekuatan Batas II.3. Konstruksi Komposit II.3.1. Penghubung Geser (Shear Connector) II.3.2. Paku II Prinsip Perencanaan Struktur Komposit II Penempatan Paku Berdasarkan Metode Ultimate II Tahanan Lateral Terkoreksi BAB III. METODE PENELITIAN III.1. Pendahuluan III.2. Pengujian Bambu III.2.1. Persiapan Pengujian III.2.2. Pelaksanaan Pengujian III.2.3. Pengujian Physical Properties III Kadar Air Bambu III Berat Jenis Bambu III.2.4. Pengujian Mechanical Properties III Kuat Tekan Bambu III Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas pada Kondisi Ultimate III.3. Pengujian Beton III.3.1. Persiapan Pengujian III Semen III Agregat Halus III Agregat Kasar III.3.2. Pembuatan Benda Uji Beton III.3.3. Pengujian Kuat Tekan beton III.4. Pengujian Kuat Lentur Komposit Balok Bambu-Beton III.4.1. Persiapan Pengujian Komposit III.4.2. Pengujian Komposit BAB IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN IV.1 Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties IV.1 1. Hasil Pemeriksaan Kadar Air IV.1.2. Hasil Pemeriksaan Berat Jenis Bambu IV.1.3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat IV.1.4. Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas Lentur Bambu IV.1.5. Kesimpulan Hasil Pengujian Pysical dan Mechanical Properties IV.2. Perencanaan Komposit Balok Bambu Betung IV.3. Lendutan Dengan Dua Beban Terpusat (P)... 92

7 IV.4. Hasil Pengujian Komposit IV.5 Pengamatan Pada Percobaan BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan V.2 Saran DAFTAR PUSTAKA... xiv LAMPIRAN... xvi

8 DAFTAR GAMBAR BAB VI. Gambar I.1 : Pemberian Beban pada struktur komposit balok bambu-beton... 8 BAB VII. Gambar II.1 : Diagram tegangan-regangan Bambu dan Baja Gambar II.2 : Batang Bambu menerima gaya tarik Gambar II.3 : Batang Bambu menerima gaya tekan sejajar serat Gambar II.4 : Batang Bambu menerima gaya tekan tegak lurus serat Gambar II.5 : Batang Bambu menerima Gaya Geser Gambar II.6 : Batang Bambu yang menerima beban lentur Gambar II.7 : Bambu Betung (Dendrocalamus asper) Gambar II.8 : Diagram Tegangan-Regangan Batang Tulangan Baja Terhadap Kuat Tekan Beton Gambar II.9 : Ilustrasi dari perubahan bentuk beton yang dibebani terhadap waktu Gambar II.10 : Analisa Balok Persegi Gambar II.11 : Bentuk Distribusi Tekan Gambar II.12 : Hubungan non linier antara tegangan regangan Gambar II.13 : Perbandingan antara balok komposit dan balok tanpa komposit yang melendut Gambar II.14 : Sambungan paku dengan variasi penetrasi BAB VIII... Gambar III.1 : Sampel pengujian Physical Properties Gambar III.2 : Benda Uji Kuat Tekan Bambu Gambar III.3 : Pengujian Kuat Tekan Bambu Gambar III.4 : Benda Uji Kuat Lentur Gambar III.5 : Penempatan Dial Beban pada Sampel Gambar III.6 : Model pengujian benda uji silinder beton Gambar III.7 : Pengujian kuat lentur balok Komposit Bambu Beton Gambar III.8 : Posisi pin strain meter... 67

9 BAB IX. Gambar IV.1 : Tegangan regangan hasil pengujian elastisitas sampel bambu Gambar IV.2 : Regresi Linear Tegangan Regangan sampel Bambu Gambar IV.3 : Tegangan regangan hasil pengujian elastisitas sampel bambu Gambar IV.4 : Regresi Linear Tegangan Regangan sampel Bambu Gambar IV.5 : Tegangan regangan hasil pengujian elastisitas sampel bambu Gambar IV.6 : Regresi Linear Tegangan Regangan sampel Bambu Gambar IV.7 : Desain Balok Komposit Gambar IV.8 : Gambar distribusi tegangan balok menahan momen ultimate Gambar IV.9 : Mekanisme runtuh Gambar IV.10 : Sket shear connector paku Gambar IV.11 : Diagram Momen dan Gaya Lintang Gambar IV.12 : Grafik Hubungan Beban Lendutan Dial 1 dan Dial 3 pada Sampel Gambar IV.13 : Grafik Hubungan Beban Lendutan Dial 2 pada Sampel Gambar IV. 14 : Grafik Hubungan Beban Lendutan Dial 1 dan Dial 3 pada Sampel Gambar IV. 15 : Grafik Hubungan Beban Lendutan Dial 2 pada Sampel Gambar IV. 16 : Grafik Regresi Linier Beban - Penurunan (Dial 1) pada komposit Sampel Gambar IV. 17 : Grafik Regresi Linier Beban - Penurunan (Dial 3) pada komposit Sampel Gambar IV. 18 : Grafik Regresi Linier Beban - Penurunan (Dial 2) pada komposit Sampel Gambar IV. 19 : Grafik Regresi Linier Beban - Penurunan (Dial 1) pada komposit Sampel Gambar IV. 20 : Grafik Regresi Linier Beban - Penurunan (Dial 3) pada komposit Sampel Gambar IV. 21 : Grafik Regresi Linier Beban - Penurunan (Dial 2) pada komposit Sampel Gambar IV. 22 : Grafik Hubungan Tegangan Regangan sampel Gambar IV. 23 : Grafik Hubungan Tegangan Regangan sampel

10 DAFTAR TABEL BAB.II Tabel II.1 : Kadar air dan Berat Jenis Betung (Dendrocalamus Asper) Tabel II.2 : Kuat Tarik Bambu Kering Oven Tabel II.3 : Kuat Batas dan Tegangan Ijin Bambu Tabel II.4 : Nilai kuat acuan (Mpa) berdasarkan atas pemilihan secara mekanis pada kadar air 15% (berdasarkan) PPKI NI Tabel II.5 : Perbandingan kuat tekan beton pada berbagai umur untuk benda uji silinder yang dirawat di laboratorium Tabel II.6 : Nilai Modulus Elastis Beton Normal Tabel II.7 : Tebal kayu yang diperkenankan untuk beberapa ukuran pak Tabel II.8 : Tahanan lateral acuan satu paku (Z) untuk satu alat pengencang dengan satu irisan yang menyambung dua komponen Tabel II.9 : Kuat lentur paku untuk berbagai diameter paku bulat Tabel II.10: Berbagai Ukuran Diameter dan Panjang Paku BAB.IV Tabel IV.1 : Hasil pemeriksaan kadar air bambu Tabel IV.2 : Hasil pemeriksaan berat jenis bambu Tabel IV.3 : Hasil pemeriksaan kuat tekan sejajar serat bambu Tabel IV.4 : Hasil pemeriksaan elastisitas bambu Tabel IV.5 : Tabulasi perhitungan tegangan dan regangan sampel Tabel IV.6 : Tabulasi perhitungan tegangan dan regangan sampel Tabel IV.7 : Tabulasi perhitungan tegangan dan regangan sampel Tabel IV.8 : Rangkuman penelitian mechanical properties (PPKI 2002) Tabel IV.9 : Rangkuman penelitian mechanical properties (PPKI 1961) Tabel IV.10: Tahanan lateral acuan satu paku (Z) untuk satu alat pengencang dengan satu irisan yang menyambung dua komponen Tabel IV.11: Data Lendutan (Y) Balok Komposit secara Teoritis... 94

11 Tabel IV.12: Data Lendutan (Y) Balok Komposit Beton Bambu Betung dari hasil Percobaan di Laboratorium Tabel IV.13: Nilai EI dari hasil percobaan komposit Sampel Tabel IV.14: Nilai EI dari hasil percobaan komposit Sampel Tabel IV.15: Nilai kekakuan dari hasil percobaan komposit Sampel Tabel IV.16: Nilai kekakuan dari hasil percobaan komposit Sampel Tabel IV.17: Perhitungan Elastisitas Balok komposit Beton Bambu Betung Sampel 1 dari regresi linear Tabel IV.18: Perhitungan Elastisitas Balok komposit Beton Bambu Betung Sampel 2 dari regresi linear Tabel IV.19: Hasil Percobaan Balok Komposit Tabel IV.20: Hasil Teoritis Balok Komposit Tabel IV.21: Hasil Pengujian Regangan pada balok pada sampel Tabel IV.22: Tabel Tegangan Regangan Balok Sampel Tabel IV.23: Hasil Pengujian Regangan pada balok pada sampel Tabel IV.24: Tabel Tegangan Regangan Balok Sampel

12 DAFTAR NOTASI E adalah modulus elastis Fby adalah kuat lentur (MPa) Ft// adalah kuat tarik sejajar serat (MPa) Fc// adalah kuat tekan sejajar serat (MPa) Fv adalah kuat geser yang diizinkan (MPa) Fc adalah kuat tekan tegak lurus serat (MPa) W adalah Persentase berat pasir terhadap berat kerikil K adalah Modulus halus butir kerikil P adalah Modulus halus butir pasir C adalah Modulus halus butir campuran fc adalah kuat tekan beton (kg/cm 2 ) Ec adalah modulus elastisitas beton (MPa) fas adalah faktor air semen W c adalah Berat Isi Satuan Beton (kg/m 3 ) Fr adalah Tegangan Retak adalah Kadar air bambu (%) adalah Berat sampel kering udara (gr) adalah Berat sampel kering oven (gr) BJ adalah Berat Jenis bambu (gr / cm³) Wx adalah Berat sampel bambu kering oven (gr) Vx adalah Volume sampel (cm³) σtk // adalah Tegangan tekan sejajar serat (kg / cm²) P adalah Beban (kg) A adalah Luas bagian yang tertekan (cm²) d 2 d 1 adalah Diameter luar bambu (cm) adalah Diameter dalam bambu (cm) σ b adalah Tegangan lentur yang terjadi (kg/cm 2 ) Eb adalah Modulus elastisitas bambu (kg/cm 2 ) Pult adalah Beban pada saat mencapai kondisi ultimate (kg) L adalah Panjang bentang

13 b h ε l adalah Lebar sampel adalah Tinggi (Tebal bambu) adalah Regangan yang terjadi adalah Perpendekan yang terjadi pada benda uji (mm) n adalah safety factor adalah 2.25 Ew Ɛ c Ɛ b adalah modulus elastis lentur (MPa) adalah regangan beton (mm/mm) adalah regangan bambu (mm/mm) E c adalah modulus elastisitas beton tekan (kg/cm 2 ) wc adalah berat isi beton (kg/m 3 ) Fr b C D adalah kuat tarik beton (Mpa) adalah lebar penampang komposit (cm) adalah gaya tekan beton (kg) adalah gaya lintang (kg) δ, Δ adalah lendutan (cm) EI Fb h adalah faktor kekakuan (kgcm²) adalah tegangan lentur bambu (kg/cm²) adalah tinggi total penampang komposit (cm) I adalah inersia tampang (cm 4 ) M N S τ V W D adalah momen (kgcm) adalah Jumlah penghubung geser adalah statis momen (cm³) adalah tegangan geser (kg/cm²) adalah gaya geser (kg) adalah tahanan momen (cm³) adalah diameter batang paku (mm) σ kd adalah kokoh desak kayu (kg/cm 2 ) Vh Qn Z t s adalah gaya geser horizontal (kg) adalah kuat nominal penghubung geser (kg) adalah tahanan lateral acuan satu paku (N) adalah tebal kayu sekunder (mm) F em adalah kuat tumpu kayu utama (N/mm 2 )

14 p adalah kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada komponen pemegang (mm) F yb adalah kuat lentur paku (N/mm 2 ) λ adalah angka kelangsingan Z adalah tahanan lateral terkoreksi C d adalah faktor kedalaman penetrasi C eg adalah faktor serat ujung adalah 0.67 C m adalah faktor koreksi untuk sambungan paku miring adalah 0.83 C di C M adalah faktor koreksi untuk sambungan diafragma adalah faktor koreksi layan basah C f adalah faktor koreksi ukuran adalah 1.0 C t C pt C rt adalah faktor koreksi temperatur adalah faktor koreksi pengawetan kayu adalah faktor koreksi tahan api λ adalah faktor waktu adalah 1.0 Z w n f Z w adalah tahanan cabut, Newtons (N) adalah jumlah alat pengencang adalah tahanan cabut terkoreksi C tn adalah faktor koreksi pada sambungan paku miring adalah 0.67 α adalah sudut yang dibentuk oleh beban dan permukaan kayu, dalam derajat (0º < α < 90º) Z u adalah gaya perlu pada sambungan φ z adalah faktor reduksi tahanan untuk sambungan adalah 0.65 σ b adalah tegangan lentur yang terjadi, (kg/cm)

15 PERILAKU BALOK KOMPOSIT BAMBU BETUNG-BETON DENGAN BAMBU DIISI DI DALAM BALOK BETON (EKSPERIMEN) ABSTRAK Penelitian ini mengenai komposit balok bambu-beton. Dimana bambu bulat utuh digunakan sebagai pengganti tulangan. Bambu yang digunakan adalah bambu betung, karena sifatnya yang keras, berdiameter besar, berdinding tebal dan memiliki kuat tarik dan elastisitas yang cukup tinggi. Perencanaan balok komposit dengan metode kuat batas (ultimate strength design). Diameter bambu 11 cm dengan tebal 2 cm, beton mutu K175 dimensi 23cm x 35 cm dan menggunakan paku 4.2 inchi sebagai penghubung geser. Panjang bentang balok adalah 3 m dan dibuat 2 sampel. Dari hasil pengujian diperoleh beban runtuh sampel pertama adalah 14 Ton dan balok kedua 13.5 Ton sedangkan secara teoritis beban runtuhnya adalah 10.5 Ton. Maka perbandingan hasil penelitian dan teoritis untuk sampel pertama adalah dan sampel kedua Dari hasil pengamatan tidak terjadi slip antara kedua bidang kontak hal ini menunjukkan penghubung geser cukup kuat membentuk aksi komposit. Dari hasil penelitian ini diharapkan bambu betung dapat digunakan sebagai bahan alternatif pengganti tulangan, terutama pada konstruksi rumah dan jembatan di daerah terpencil. selain harganya yang relatif murah dan terjangkau juga sangat mudah ditemukan dan jumlahnya yang cukup melimpah. Kata kunci : Komposit Bambu Betung-Beton, Bambu Sebagai Pengganti Tulangan.