STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BAJA RINGAN PROFIL U TUGAS AKHIR. Disusun oleh : LOLIANDY

Transkripsi

1 STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BAJA RINGAN PROFIL U TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : LOLIANDY BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2 ABSTRAK Jika struktur beton bertulang memikul beban melebihi daya pikulnya, maka struktur beton tersebut akan mengalami ketidakmampuan dalam memikul beban. Ketidakmampuan ini berwujud pada penurunan kapasitas lentur yang akan mengakibatkan struktur beton menjadi hancur (failure). Oleh karena itu perbaikan atau perkuatan dilakukan pada bagian-bagian yang dominan dalam mendukung lentur. Pada penelitian ini digunakan baja ringan profil U sebagai bahan alternatif untuk perkuatan lentur pada balok beton bertulang yang diharapkan dapat meningkatkan kekuatan struktur tersebut. Perkuatan dilakukan pada daerah tarik dengan menggunakan baja ringan profil U dengan sambungan baut. Penelitian ini dilakukan dengan 3 (tiga) balok beton bertulang, dimana 1 (satu) balok beton bertulang normal dan 2 (dua) lainnya berupa balok beton bertulang dengan perkuatan baja ringan profil U. Pengujian balok dilakukan di atas 2 (dua) perletakan sendi dan rol untuk pengujian kuat lentur, regangan, lendutan, dan retak. Hasil pengujian balok dengan perkuatan baja ringan profil U TS menunjukkan terjadi penurunan lendutan sebesar 20,04 %, penurunan regangan beton (Ɛs) sebesar 8,38 % dan penurunan regangan tulangan baja tarik (Ɛs) sebesar 7,55 %. Kata Kunci: Balok, Lentur, Baja Ringan, Lendutan, Regangan

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan anugrah, berkat dan karunia-nya, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul "Studi Eksperimental Kuat Lentur Pada Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U". Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Sipil Bidang Studi Struktur, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, tentunya tidak dapat terlepas dari segala hambatan dan rintangan, namun berkat bantuan moril maupun materil dari berbagai pihak serta dukungan dan saran dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini saya menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberikan saran dan bimbingan. 2. Ibu Rahmi Karolina, ST, MT, selaku dosen penguji I yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun. 3. Bapak Ir. Robert Panjaitan, selaku dosen penguji II yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun. 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, 4. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,.

4 5. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, selaku dosen yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberikan saran dan bimbingan. 6. Bapak/Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. Bapak/Ibu pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,, yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya. 8. Bapak/Ibu pegawai administrasi Magister (S2) Program Studi Teknik Sipil Pascasarjana,, atas bantuannya yang telah memberikan ijin untuk dapat menggunakan peralatan Laboratorium Struktur Pascasarjana (S2). 9. Kedua orang tua saya yang tidak pernah lelah berdoa, memberikan semua yang terbaik, kasih sayang yang tak terhingga dan untuk abang dan adik yang selalu mendukung terima kasih banyak. 10. Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa: Hafiz '09, Prima '09, Reza '09, Fauzi '10, Rahmad ' Teman-teman mahasiswa seperjuangan 2009: Adi, Ajo, Antonius, Agus, Bennny, Deser, Desi, Elgina, Elisa, Erin, Evi, Fathony, Frans, Grace, Hendriko, Jimmy, Kevin, Lia, Leslie, Manna, Mariance, Nora, Punut, Putri, Sahala, Sri, Utin, Wahyu, Yessica serta stambuk 2009 lainnya. 12. Abang dan Kakak mahasiswa stambuk 2004, 2006, 2007, 2008 yang telah banyak membantu memberikan informasi maupun memberikan dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5 13. Adik-adik mahasiswa stambuk 2010, 2011, 2012, 2013 yang telah banyak membantu memberikan dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menambah pengetahuan dan wawasan saya di masa depan. Akhirnya saya berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi saya dan rekan-rekan serta adik-adik di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. Medan, Mei 2014 Loliandy ( )

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... i ii v x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR GRAFIK... xvi DAFTAR NOTASI... xviii BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1 Latar Belakang Masalah... 1 I.2 Studi Literatur... 2 I.3 Perumusan Masalah... 6 I.4 Tujuan Penelitian... 7 I.5 Pembatasan Masalah... 7 I.6 Metodologi Penelitian... 8 I.7 Sistematika Penulisan... 9 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Umum II.2 Kekuatan Tekan Beton II.3 Kekuatan Tarik Beton II.4 Tegangan dan Regangan Beton II.5 Kurva Tegangan-Regangan Beton II.6 Modulus Elastisitas Beton II.7 Beton Bertulang... 24

7 II.8 Baja Tulangan II.9 Balok Beton Bertulang II.10 Penampang Beton Bertulang Dalam Keadaan Lentur Murni II.10.1 Tegangan Elastis Tidak Retak II.10.2 Tegangan Pada Pembebanan Ultimit II.11 Perilaku Defleksi Pada Balok II.12 Ragam Keruntuhan II.13 Penggolongan Jenis Retak II.14 Jenis-Jenis Material Baja II.15 Macam-Macam Profil Baja II.16 Baut II.16.1 Sistem Sambungan Baut II.17 Struktur Komposit II.17.1 Metode Pelaksanaan Struktur Komposit BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1 Perencanaan Balok Terlentur Bertulangan Tarik Saja III.2 Kuat Lentur Balok III.3 Lendutan Sesaat III.4 Lendutan Jangka Panjang III.5 Perhitungan Benda Uji Balok Beton Bertulang III.5.1 Benda Uji Balok Beton Bertulang Normal III.5.2 Benda Uji Balok Beton Bertulang Perkuatan Baja Ringan 59 III.5.3 Perhitungan Tulangan Geser III.6 Bahan Penelitian... 65

8 III.6.1 Semen III.6.2 Agregat III Agregat Halus III Agregat Kasar III.6.3 Air III.6.4 Baja Tulangan III.6.5 Baja Ringan Profil U III.7 Pembuatan Benda Uji III.7.1. Perencanaan Campuran Beton III Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder III Perencanaan Campuran Benda Uji Balok Beton Bertulang III.7.2. Persiapan Pembuatan Benda Uji III Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder III Persiapan Pembuatan Benda Uji Balok Beton Bertulang III.7.3. Pengecoran Benda Uji III.7.4. Perawatan Benda Uji III.7.5. Perkuatan Baja Ringan Profil U TS III.8 Pengujian Benda Uji III.8.1. Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder III.8.2. Pengujian Kuat Lentur Balok Beton Bertulang III Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang III Pengukuran Regangan Balok Beton Bertulang 86

9 III Pengukuran Pola Retak Balok Beton Bertulang 88 III.9 Bagan Alir Percobaan (Flowchart) BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN IV.1. Pendahuluan IV.2. Pengujian Slump Test IV.3. Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder IV.4. Pengujian Kuat Tarik Perkuatan Baja Ringan Profil U IV.5. Pengujian Benda Uji Balok Beton Bertulang IV.5.1. Pengujian Lendutan IV Pengujian Lendutan Secara Eksperimental IV Perhitungan Lendutan Secara Teoritis IV Balok Beton Bertulang Normal IV Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan Baja Ringan IV.5.2. Pengujian Regangan IV Balok Beton Bertulang Normal IV Balok Beton Bertulang Perkuatan Baja Ringan 155 IV.5.3. Beban Secara Teoritis IV Balok Beton Bertulang Normal IV Balok Beton Bertulang I Dengan Perkuatan Baja Ringan IV Balok Beton Bertulang II Dengan Perkuatan Baja Ringan IV.5.4. Pola Retak

10 IV.6. Keterbatasan Fasilitas IV.7. Akurasi Dari Alat Ukur BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan V.2. Saran DAFTAR PUSTAKA... xx

11 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 : Perhitungan Lendutan yang Terjadi Pada Beberapa Kondisi Pembebanan Tabel 3.2 : Persentase Lolos Agregat Halus Tabel 3.3 : Persentase Lolos Agregat Kasar Tabel 3.4 : Spesifikasi Baja Ringan Profil U TS Tabel 3.5 : Komposisi Rencana Benda Uji Silinder Tabel 3.6 : Komposisi Rencana Benda Uji Balok Beton Bertulang Tabel 4.1 : Hasil Slump Test Tabel 4.2 : Hasil Pengujian Kuat Tekan Silinder Beton Tabel 4.3 : Hasil Uji Tarik Perkuatan Baja Ringan Profil U Tabel 4.4 : Hasil Pengujian Lendutan Balok Normal Tabel 4.5 : Hasil Pengujian Lendutan Balok I Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.6 : Hasil Pengujian Lendutan Balok II Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.7 : Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Pada Balok Normal Tabel 4.8 : Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.9 : Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.10 : Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada Balok Beton Bertulang Tabel 4.11 : Hasil Pengujian Regangan Pada Balok Normal

12 Tabel 4.12 : Hasil Pengujian Regangan Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.13 : Hasil Pengujian Regangan Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.14 : Hasil Pengujian Regangan Pada Balok Beton Bertulang Tabel 4.15 : Data Perbandingan Beban Percobaan Dengan Beban Teoritis Pada Balok Normal Tabel 4.16 : Data Perbandingan Beban Percobaan Dengan Beban Teoritis Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.17 : Data Perbandingan Beban Percobaan Dengan Beban Teoritis Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Tabel 4.18 : Total Panjang Retak

13 DAFTAR GAMBAR Gambar.1.1 : Perilaku Dalam Kondisi Batas... 5 Gambar.1.2 : Balok Dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U... 9 Gambar.1.3 : Baja Ringan Profil U TS Gambar.2.1 : Tegangan Normal (Normal Stress) Pada Batang Gambar.2.2 : Arah Tegangan Normal (Normal Stress) dan Pola Retak Pada Silinder Gambar.2.3 : Regangan (Strain) Gambar.2.4 : Kurva Stress-Strain Tipikal Untuk Agregat, Pasta Semen, Mortar dan Beton Gambar.2.5 : Contoh Kurva Tegangan-Regangan Pada Beton Dengan Berbagai Variasi Kuat Tekan Gambar.2.6 : Letak Batang-Batang Tulangan Dalam Balok Beton Bertulang. 25 Gambar.2.7 : Diagram Tegangan-Regangan Batang Tulangan Baja Gambar.2.8 : Penampang Potongan, Diagram Regangan, Diagram Tegangan, Gaya-Gaya Gambar.2.9 : Distribusi Tegangan-Regangan Pada Penampang Beton Bertulang yang Tidak Mengalami Retak Gambar.2.10 : Distribusi Tegangan-Regangan Penampang Beton Bertulang Pada Beban Batas Gambar.2.11 : Isometrik Hubungan Gaya-Gaya Dalam Gambar.2.12 : Regangan dan Tegangan Gambar.2.13 : Variasi Letak Garis Netral dengan Perbedaan Jenis Penulangan 36 Gambar.2.14 : Hubungan Beban dan Lendutan... 38

14 Gambar.2.15 : Idealisasi Hubungan Beban dan Lendutan Gambar.2.16 : Ragam Keruntuhan Balok Gambar.2.17 : Jenis Keretakan Pada Balok Gambar.2.18 : Macam-Macam Struktur Komposit Gambar.3.1 : Penampang Balok Beton Bertulang Normal Gambar.3.2 : Pembebanan Balok Beton Bertulang Gambar.3.3 : Penampang Balok Beton Bertulang Perkuatan Baja Ringan Gambar.3.4 : Pembebanan Balok Beton Bertulang Gambar.3.5 : Baja Ringan Profil U TS Gambar.3.6 : Cetakan Benda Uji Silinder Gambar.3.7 : Material Benda Uji Gambar.3.8 : Cetakan (Bekisting) Benda Uji Balok Beton Bertulang Gambar.3.9 : Mesin Pengaduk/ Molen Gambar.3.10 : Perawatan Benda Uji Silinder Dengan Cara Direndam Gambar.3.11 : Balok Dengan Perkuatan Baja Ringan Gambar.3.12 : Potongan A-A Balok Dengan Perkuatan Baja Ringan Gambar.3.13 : Baja Ringan Setelah Dilubangi Gambar.3.14 : Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder Gambar.3.15 : Benda Uji Setelah Diberi Beban Gambar.3.16 : Penempatan Beban dan Dial Indikator Pada Balok Gambar.3.17 : Hydraulic Jack Kapasitas 25 Ton Gambar.3.18 : Dial Indikator Gambar.3.19 : Penempatan Beban dan Pembaca Regangan Pada Balok Gambar.3.20 : Penempatan Tiga Pasang Pointer (Cincin)... 84

15 Gambar.3.21 : Alat Strain Meter Gambar.3.22 : Pembagian Segmen Pengamatan Posisi Retak Gambar.3.23 : Penomoran Segmen Pengamatan Posisi Retak Gambar.4.1 : Pengujian Slump Test Gambar.4.2 : Spesimen Baja Ringan Untuk Uji Tarik Gambar.4.3 : Alat Pengujian Kuat Tarik Gambar.4.4 : Proses Pengujian Kuat Tarik Gambar.4.5 : Spesimen Baja Ringan Setelah Diuji Tarik Gambar.4.6 : Penempatan Pembebanan dan Dial Lendutan Gambar.4.7 : Pembebanan Terpusat Gambar.4.8 : Pembebanan Akibat Beban Sendiri Balok Gambar.4.9 : Pembebanan Terpusat Gambar.4.10 : Pembebanan Akibat Beban Sendiri Balok Gambar.4.11 : Penempatan Pembebanan dan Pembaca Regangan Balok Gambar.4.12 : Pengujian Regangan Balok Gambar.4.13 : Diagram Regangan Pada Balok Normal Pada Pembebanan 6000 kg Gambar.4.14 : Penempatan Pembebanan dan Pembaca Regangan Balok Gambar.4.15 : Pengujian Regangan Balok Gambar.4.16 : Diagram Regangan Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan 7000 kg Gambar.4.17 : Diagram Regangan Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan 7000 kg Gambar.4.18 : Pola Retak Pada Balok Normal

16 Gambar.4.19 : Retak Pada Balok Normal Pada Pembebanan 6000 kg Gambar.4.20 : Pola Retak Pada Balok I Dengan Perkuatan Baja Ringan Gambar.4.21 : Retak Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan 7000 kg Gambar.4.22 : Pola Retak Pada Balok II Dengan Perkuatan Baja Ringan Gambar.4.23 : Retak Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan 7000 kg

17 DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1 : Hubungan Beban-Lendutan Balok Normal Grafik 4.2 : Hubungan Beban-Lendutan Balok I Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.3 : Hubungan Beban-Lendutan Balok II Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.4 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada Balok Normal Grafik 4.5 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.6 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.7 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian Pada Balok Normal dan Balok I, II Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.8 : Hubungan Beban-Lendutan Secara Teoritis Pada Balok Normal dan Balok Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.9 : Hubungan Beban-Regangan Pada Balok Normal Grafik 4.10 : Hubungan Beban-Regangan Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.11 : Hubungan Beban-Regangan Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.12 : Hubungan Beban-Regangan Beton (Ɛc) Pada Balok Normal dan Balok I, II Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.13 : Hubungan Beban-Regangan Tulangan Tarik (Ɛs) Pada Balok Normal dan Balok I, II Perkuatan Baja Ringan

18 Grafik 4.14 : Hubungan Beban-Regangan Secara Percobaan dan Teoritis Pada Balok Normal Grafik 4.15 : Hubungan Beban-Regangan Secara Percobaan dan Teoritis Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Grafik 4.16 : Hubungan Beban-Regangan Secara Percobaan dan Teoritis Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan

19 DAFTAR NOTASI f'ct = Kuat tarik belah beton (MPa) L = Panjang benda uji silinder (cm) D = Diameter benda uji silinder (cm) σ = Tegangan tekan beton (MPa) P = Besar gaya yang diberikan pada silinder (N) A = Luas alas silinder (mm 2 ) N D = Resultan seluruh gaya tekan pada daerah di atas garis netral (N) N T = Resultan seluruh gaya tarik pada daerah di bawah garis netral (N) M R = Momen tahanan (Nmm) z = Jarak antara resultan tekan dan tarik (mm) c = Jarak serat tekan terluar ke garis netral (mm) fy = Tegangan luluh tulangan (MPa) f'c = Kuat tekan beton (MPa) As b = Luas tulangan balok seimbang (mm 2 ) ρ = Rasio Penulangan d = Tinggi efektif balok (mm) b = Lebar balok (mm) β 1 = Konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton N D1 = Resultan gaya tekan yang ditahan oleh beton (N) N D2 = Resultan gaya tekan yang ditahan oleh tulangan baja tekan (N)

20 N T1 = Resultan gaya tarik pada tulangan tarik akibat beton (N) N T2 = Resultan gaya tarik pada tulangan tarik (N) As 1 = Luas tulangan baja tekan (mm 2 ) As 2 = Luas tulangan baja tarik (mm 2 ) Vn = Gaya geser yang terjadi (N) Vu = Gaya geser dalam yang bekerja (N) Vc = Gaya geser yang bekerja pada beton (N) Vs = Gaya geser yang bekerja pada tulangan (N) Av = Luas tulangan geser (mm 2 ) Es = Modulus elastisitas besi (MPa) Ec = Modulus elastisitas beton (MPa) Δl = Lendutan (mm) SD = Standar deviasi (MPa) Xi = Kekuatan tekan beton dari masing-masing benda uji (MPa) Xrt = Kekuatan tekan beton rata-rata (MPa) I e = Momen inersia efektif (mm 4 ) M a = Momen beban layan maksimum terjadi pada kondisi yang diharapkan (Nmm) I g = Momen inersia penampang (mm 4 ) I cr = Momen inersia transformasi pada penampang retak (mm 4 ) M cr = Momen retak (Nmm) f r = Modulus retak beton (MPa) Ɛ = Regangan (% 0 )