STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BAJA RINGAN PROFIL U DI DAERAH TARIK TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doqtum/ Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : ANDREANUS MOOY TAMBUNAN 08 0404 140 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
ABSTRAK Penggunaan beton bertulang pada bangunan banyak dijumpai dalam penggunaan skala kecil maupun besar. Namun saat ini banyak dijumpai bangunan yang mengalami kerusakan karena adanya kesalahan dalam perencanaan desain, pemberian beban yang berlebihan, pelaksanaan maupun pengawasan konstruksi yang salah maupun akibat terjadinya gempa. Kerugian yang dihasilkan karena adanya keruntuhan struktur pada bangunan dapat berupa kerugian materiil dan korban jiwa. Maka salah satu upaya perbaikan untuk menyelesaikan permasalahan yang terjadi pada balok beton bertulang jika tulangan tariknya telah mengalami tegangan leleh adalah dengan melakukan perkuatan memakai profil baja ringan. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dan analisis yang difokuskan untuk mengetahui dan membandingkan kapasitas balok beton bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U, mengetahui dan membandingkan lendutan yang terjadi akibat penambahan beban antara balok beton bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U, mengetahui dan membandingkan regangan yang terjadi akibat penambahan beban antara balok beton bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U. Dari hasil eksperimen menunjukan bahwa balok beton bertulang normal runtuh pada pembebanan 6000 kg dan balok beton bertulang dengan perkuatan baja ringan profil U runtuh pada pembebanan 8000 kg. Berdasarkan hasil analisis menunjukkan lendutan yang terjadi akibat perkuatan baja ringan profil U pada daerah tarik balok mengalami penurunan pada pembebanan yang sama, P = 6000 kg, sebesar 13,693 %. Dan dengan perkuatan baja ringan profil U pada daerah tarik balok beton bertulang dapat menyebabkan penurunan regangan beton (εc) sebesar 6,997 % dan penurunan regangan tulangan baja tarik (εs) sebesar 6,692 %. Keywords : Lendutan, Regangan, Balok Beton Bertulang, Perkuatan Baja Ringan
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan Kasih dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir dapat diselesaikan dengan baik oleh penulis berkat bantuan dan dukungan dari beberapa pihak, oleh karena itu, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing dan mengarahkan penulis dan berperan besar dalam penyelesaian Tugas Akhir ini sehingga dapat diselesaikan dengan baik. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Syahrizal ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT dan Ir. Torang Sitorus, MT, selaku Dosen Penguji/Pembanding yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaian Tugas Akhir ini. 5. Kepada Papa saya E. Tambunan, Mama saya N. Panggabean, kakak dan adik saya yang selalu mendoakan dan memberikan motivasi dan semangat dalam menyelesaikan Tuhas Akhir ini. 6. Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
7. Teman-teman seperjuangan stambuk 2008, mutiara sani, boy, junmiflin, sandro, samuel firman, frengky, coy, johan, sutan, hafiz, tofandi, nopandi, asrilchan, dani, kakak dan abang stambuk 2005,2006,2007 dan adik-adik stambuk 2009, 2010, 2011, dan semuanya yang tidak bias disebutkan namanya satu persatu terima kasih banyak atas bantuan dan dukungannya selama ini. Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas dan memberikan yang terbaik atas bantuan dan dukungannya selama ini. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penelitian dan penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan, saran dan kritik yang membangun sehingga dapat menyempurnakan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca Medan, Mei 2015 Hormat Saya Andreanus Mooy Tambunan
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 2 1.3. Tujuan Penelitian... 2 1.4. Metode Penelitian... 3 1.5. Batasan Masalah... 5 1.6. Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum... 7 2.2. Sifat Bahan... 8 2.2.1. Beton... 8 2.2.1.1. Mutu/Kuat Tekan Beton... 8 2.2.1.2. Kekuatan Tarik Beton... 10 2.2.1.3. Tegangan Regangan Beton... 11 2.2.1.4. Modulus Elastisitas Beton... 13 2.2.2. Baja Tulangan... 14 2.2.2.1. Mutu Baja Tulangan... 14
2.2.2.2. Jenis-Jenis Material Baja... 15 2.2.2.3. Macam-Macam Profil Baja... 16 2.3. Beton Bertulang... 17 2.4. Struktur Komposit... 18 2.4.1. Metode Pelaksanaan Struktur Komposit... 19 2.5. Lentur Murni... 20 2.6. Kuat Lentur Balok Persegi... 22 2.7. Perilaku Defleksi pada Balok... 25 2.8. Ragam Keruntuhan... 27 2.8.1. Keruntuhan Lentur Akibat Kondisi Batas (Ultimate) 2.9. Lendutan Pada Balok... 27 31 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Pembuatan Benda Uji... 34 3.1.1. Perencanaan Campuran Beton... 34 3.1.2. Persiapan Pembuatan Benda Uji... 35 3.1.2.1. Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder 35 3.1.2.2. Persiapan Pembuatan Benda Uji Balok Beton Bertulang... 36 3.1.3. Pembuatan Benda Uji... 37 3.1.4. Perawatan (Curing) Benda Uji... 39 3.2. Pengujian Benda Uji Silinder... 40 3.2.1. Pengujian Kuat Tekan... 40 3.3. Perencanaan Benda Uji Balok Beton Bertulang... 40 3.4. Pemasangan Baja Ringan Profil U... 40 3.5. Pengujian Balok Beton Bertulang... 41 3.6. Peralatan Uji Pembebanan... 41
3.6.1. Dial Indikator... 41 3.6.2. Hydraulik Jack... 42 3.6.3. Rangka Beban... 42 3.6.4. Sendi Dan Rol... 42 3.7. Analisis Hasil Eksperimen balok Beton Bertulang Normal Perkuatan Baja Ringan... 43 3.8. Bagan Alir (Flowchart)... 49 BAB IV ANALISA dan PEMBAHASAN 4.1. Pengujian Kuat Tarik Baja Ringan Profi U... 50 4.2. Pengujian Lendutan Pada BalokBeton Bertulang Secara Eksperimen... 50 4.2.1. Lendutan Pada Balok Beton Bertulang Normal. 50 4.2.2. Lendutan Pada Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan... 52 4.3. Perhitungan Lendutan pada Balok Beton Bertulang Secara Teoritis... 56 4.3.1. Lendutan Pada Balok Beton Bertulang Normal. 56 4.3.1.1. Kondisi Sebelum Retak... 56 4.3.1.2. Kondisi Setelah Retak... 59 4.4. Balok Perkuatan Baja Ringan Profil U... 70 4.4.1. Titik Berat Baja Ringan Profil U... 70 4.4.2. Titik Berat Beton Bertulang Dengan Perkuatan. 71 4.4.3. Inersia Penampang Baja Ringan Profil U... 72 4.4.4. Inersia Gabungan Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan... 73 4.4.5. Kondisi Sebelum Retak... 73
BAB V 4.4.6 Kondisi Setelah Retak... 78 4.5. Pengujian Regangan... 92 4.6. Perhitungan Beban Secara Teoritis... 98 4.6.1. Balok Beton Bertulang... 98 4.6.2. Balok Beton Bertulang I Dengan Perkuatan... 104 4.6.3. Balok Beton Bertulang II Dengan Perkuatan... 110 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 117 5.2. Saran... 117 DAFTAR PUSTAKA... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Tabel Perbandingan Benda Uji dan Kuat Tekan... 9 Tabel 2.2. Tabel Konversi Kuat Tekan fc ke Kuat Tekan K... 10 Tabel 2.3. Tabel Konversi Kuat Tekan K ke Kuat Tekan f c... 10 Tabel 2.4. Jenis dan Kelas Baja Tulangan... 17 Tabel 3.1. Komposisi Rencana Balok Beton Bertulang Normal... 35 Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kuat Tarik Baja Ringan... 50 Tabel 4.2. Hasil Pengujian Lendutan pada Balok Normal... 50 Tabel 4.3. Hasil Pengujian Lendutan pada Balok I Perkuatan... 52 Tabel 4.4. Hasil Pengujian Lendutan pada Balok II Perkuatan... 54 Tabel 4.5. Informasi Retak pada Balok... 91 Tabel 4.6. Hasil Pengujian Lendutan Balok... 91 Tabel 4.7. Hasil Pengujian Regangan pada Balok Normal... 95 Tabel 4.8. Hasil Pengujian Regangan pada Balok I Perkuatan... 96 Tabel 4.9. Hasil Pengujian Regangan pada Balok II Perkuatan... 97 Tabel 4.10. Perbandingan Beban Teoritis dan Percobaan pada Balok... 103 Tabel 4.11. Perbandingan Beban Teoritis dan Percobaan Balok I Perkuatan 109 Tabel 4.12. Perbandingan Beban Teoritis dan Percobaan Balok II Perkuatan 113
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1. Balok dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U... 3 Gambar 1.2. Baja Ringan Profil U TS.40.45... 4 Gambar 1.3. Perletakan Balok Beton Bertulang... 4 Gambar 2.1. Regangan (strain)... 12 Gambar 2.2 Kurva Tegangan-Regangan berbagai Kuat Tekan... 12 Gambar 2.3. Kurva Tegangan-Regangan... 13 Gambar 2.4. Profil Baja... 16 Gambar 2.5. Letak Tulangan dalam Balok Beton Bertulang... 18 Gambar 2.6. Diagram Momen dan Lintang... 21 Gambar 2.7. Diagram Penyebaran Tegangan Normal... 21 Gambar 2.8. Distribusi Tegangan-Regangan... 22 Gambar 2.9. Blok Tegangan Ekivalen... 24 Gambar 2.10. Hubungan Antara Beban dan Defleksi pada Balok Beton Bertulang... 25 Gambar 2.11. Daerah Batas Kekuatan Tarik dan Tekan... 26 Gambar 2.12. Variasi Tegangan Sepanjang Balok... 28 Gambar 2.13. Diagram Momen Kurvatur... 28 Gambar 2.14. Perilaku Keruntuhan Balok... 31 Gambar 2.15. Diagram Momen dan Lendutan... 31 Gambar 3.1. Cetakan Benda Uji Silinder... 35 Gambar 3.2. Bahan Pembuatan Benda Uji... 36 Gambar 3.3. Cetakan ( Bekisting ) Benda Uji... 37 Gambar 3.4. Mesin Pengaduk ( Molen )... 38 Gambar 3.5. Slump Test... 38
Gambar 3.6. Beton Segar dalam Cetakan Balok... 39 Gambar 3.7. Dial Indikator... 41 Gambar 3.8. Hydraulic Jack... 42 Gambar 3.9. Bagan Alir... 49 Gambar 4.1. Lendutan pada Balok Normal... 51 Gambar 4.2. Lendutan pada Balok I dengan Perkuatan... 53 Gambar 4.3. Lendutan pada Balok II dengan Perkuatan... 55 Gambar 4.4. Penempatan Pembaca Regangan Balok... 92 Gambar 4.5. Penempatan Pembaca Regangan Balok Normal... 92 Gambar 4.6. Penempatan Pembaca Regangan Balok Perkuatan... 92
DAFTAR NOTASI fc' mutu beton (N/mm2) fy kuat leleh baja (N/mm2) fu tegangan tarik batas baja (N/mm2) Ec modulus elastisitas (MPa) Ig momen inersia penampang (mm4) b lebar balok (mm) h tinggi balok (mm) qc berat sendiri beton (kg/m) γc berat jenis beton bertulang (kn/m3) qperkuatan berat sendiri baja ringan (kg/m) ND resultan gaya tekan dalam NT resultan gaya tarik dalam A luas penampang baja ringan (m2) a intensitas tegangan tekan beton rata-rata γbj berat jenis baja ringan (kn/m3) δ deformasi/lendutan (m) P beban yang bekerja (N) L panjang bentang (mm3) Ec modulus elastisitas beton (N/mm4) Ig momen inersia penampang utuh (mm4) n nilai konversi baja ke beton z jarak pemisah resultan gaya tarik dan gaya tekan Ey modulus elastisitas baja m nilai konversi perkuatan ke beton
Eperkuatan modulus elastisitas perkuatan (MPa) Ibj momen inersia baja ringan (mm4) fr modulus retak beton (N/mm4) y titik berat penampang (mm) As luas penampang tulangan tarik (mm2) As luas penampang tulangan tekan (mm2) D diameter tulangan (mm) r jari-jari (mm) Mcr K momen retak (Nmm) kuat tekan karakteristik (kg/cm2) εs regangan/strain baja εy regangan/strain beton Δl perubahan panjang (cm) wc berat isi beton (kg/m3) f tegangan lentur M momen yang bekerja pada balok c jarak serat terluar ke garis netral I momen inersia penampang balok β1 konstanta fungsi dari kuat tekan θ perubahan sudut balok