ABSTRAK Berlakunya SNI 1726:2012 mengakibatkan perubahan pada spektral desain yang digunakan. Beberapa bagunan struktur beton bertulang akan memerlukan penambahan perkuatan struktur. Salah satu metode perkuatan yang dapat digunakan adalah metode steel jacketing menggunakan baja siku dan pelat baja. Penambahan perkuatan akan memberikan pengaruh pada kekuatan dan daktilitas dari penampang kolom. Kekuatan pada penelitain ini digambarkan dengan diagram interaksi Pn-Mn sedangkan daktilitas yang ditinjau adalah daktilitas kurvatur. Pada penelitian ini dibuat penampang kolom kontrol (KK), penampang kolom perkuatan baja siku (KPS), penampang kolom perkuatan pelat baja (KPP), penampang kolom perkutan pelat baja penuh (KPPP) dan penampang kolom perkuatan baja siku dan pelat baja (KPSP) rata-rata rasio perkuatan sebesar 4,70%. Kemudian dianalisis penampang sehingga didapat pengaruh dari perkuatan terhadap diagram interaksi Pn-Mn dan daktilitas kurvatur dari masing-masing penampang kolom baik pengaruh pengekangan diperhitungkan atau tidak. Penelitian ini memberikan hasil perkuatan meningkatkan diagram interaksi Pn-Mn dari kolom kontrol tanpa memperhitungkan pengekangan pada kondisi tekan konsentris rata-rata peningkatan nilai Pn sebesar 79%. Pada kondisi seimbang nilai Pn rata-rata meningkat sebesar 83% dan nilai Mn sebesar 170%. Kondisi momen murni rata-rata nilai Mn meningkat sebesar 298%. Peningkatan diagram interaksi Pn-Mn dengan memperhitungkan pengekangan, pada kondisi tekan konsentris nilai Pn sebesar 82%. Pada kondisi seimbang nilai P n penampang KPS dan KPP meningkat sebesar 80%, 83%, dan penampang KPPP dan KPSP sebesar 271%, 200% dan nilai Mn sebesar 163%. Kondisi momen murni nilai Mn meningkat sebesar 362%. Perbedaan hasil perhitungan diagram interaksi P n -M n dengan dan tidak memperhitungan pengaruh pengekangan untuk kondisi tekan konsentris nilai Pn sebesar 12%. Pada kondisi seimbang nilai Pn Penampang KK, KPS, KPP sebesar 3% serta penampang KPPP dan KPSP sebesar 109%, 70% dan nilai Mn sebesar 3%. Kondisi momen murni nilai Mn penampang KK, KPS, KPP meningkat sebesar 1% KPPP dan KPSP sebesar 29% dan 35%.Peningkatan daktilitas kurvatur penampang perkuatan dari kolom KK tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan masingmasing sebesar 24% dan dengan memperhitungan pengekangan sebesar 44%. Perbedaan hasil perhitungan daktilitas kurvatur dengan dan tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan untuk penampang 504%. Kata kunci: steel jacketing, baja siku, pelat baja, analisis penampang, pengaruh pengekangan, diagram interaksi Pn-Mn, daktilitas kurvatur iv
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-nya lah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang Berjudul Analisis Pengaruh Variasi Perkuatan Baja Siku dan Pelat Baja Terhadap Kekuatan dan Daktilitas Penampang Kolom. Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat kelulusan dalam menyelesaikan studi di program S1 Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Udayana. Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberi manfaat bagi pembaca dalam menambah wawasan dan ilmu pengetahuan. Selama pelaksanaan penyusunan Tugas Akhir, penulis mendapat informasi, bimbingan, bantuan, doa serta dorongan semangat dari berbagai pihak sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Yang Terhormat Bapak I Ketut Sudarsana, ST., Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Udayana, sekaligus Dosen Pembimbing I Tugas Akhir, dan Bapak Ir. Putu Deskarta, MASc., sebagai Dosen Pembimbing II Tugas Akhir atas bimbingan, bantuan, kesabaran dan pengertian yang telah diberikan sampai terselesaikannya penulisan Tugas Akhir ini. 2. Yang penulis hormati Bapak Ir. Gede Astawa Diputra, MT., selaku Dosen Pembimbing Akademik atas semua arahan yang diberikan kepada penulis. 3. Yang terkasih kepada keluarga penulis, orang tua penulis Bapak I Wayan Ngara dan Ibu Ni Wayan Mudiasih, serta kakakpenulis Luh Putu Eka Suwandewi, SE. atas semua dukungan dan doa kepada penulis sampai terselesaikannya penulisan Tugas Akhir ini. 4. Teman-teman kelompok belajar, Afrizal Dwi Putra, L.A. Abiyoga, Ariarsha Sumekar, Bayu Indrajaya, Chandra Sajana, David Pratama, Decky Indrashwara, Didit, Wayan Natha, Ratih Theresena, Silvia L. Priskilla, dan Syebastian Petrus yang memberikan dorongan dan bantuan sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna karena keterbatasan kemampuan dan pengalaman penulis. Saran dan koreksi sangat v
penulis harapkan untuk kesempurnaan Tugas Akhir ini, sehingga nantinya Tugas Akhir ini menjadi lebih baik dan dapat berguna bagi setiap orang yang membacanya. Denpasar, September 2016 Penulis vi
DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN... ii SURAT PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv UCAPAN TERIMA KASIH... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 2 1.5 Batasan Penelitian... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Material... 4 2.1.1 Beton... 4 2.1.1.1 Beton tanpa Pengekagan... 4 2.1.1.2 Beton dengan Pengekangan... 5 2.1.2 Baja... 9 2.2 Kolom Beton Bertulang... 10 2.3 Perkuatan Kolom Beton Bertulang... 12 2.3.1 Concrete Jacketing... 12 2.3.2 Steel Jacketing... 13 2.3.3 Fiber Reinforced Polymer (FRP)... 14 2.4 Diagram Interaksi Pn-Mn Kolom Beton Bertulang... 15 2.5 Daktilitas Beton Bertulang... 16 2.5.1 Analisa Momen-Kurvatur... 16 2.6 Persyaratan Minimum Penampang Kolom SPRMK menurut SNI 2847-2002... 20 2.7 Penelitian Terkait... 21 BAB III METODE PENELITIAN... 23 3.1 Diagram Alir... 23 3.2 Pemilihan Dimensi Penampang Kolom... 24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 32 4.1 Umum... 32 4.2 Perhitungan Kurva Tegangan-Regangan Beton... 32 4.2.1 Tanpa Memperhitungkan Pengaruh Pengekangan... 32 4.2.2 Dengan Memperhitungkan Pengaruh Pengekangan... 34 4.3 Perhitungan Kekuatan Penampang Kolom... 40 4.3.1 Tanpa Memperhitungkan Pengaruh Pengekangan... 40 4.3.2 Dengan Memperhitungkan Pengaruh Pengekangan... 48 4.4 Perhitungan Daktilitas-Kurvatur... 54 4.4.1 Tanpa Memperhitungkan Pengaruh Pengekangan... 54 4.4.2 Dengan Memperhitungkan Pengaruh Pengekangan... 63 4.5 Pembahasan... 74 vii
4.5.1 Penampang Kolom Kontrol (KK)... 75 4.5.2 Penampang Kolom Perkuatan Baja Siku (KPS)... 76 4.5.3 Penampang Kolom Perkuatan Pelat Baja (KPP)... 78 4.5.4 Penampang Kolom Perkuatan Pelat Baja Penuh (KPPP).. 79 4.5.5 Penmapang Kolom Perkuatan Baja Siku dan Pelat Baja (KPSP)... 81 BAB V PENUTUP... 83 5.1 Simpulan... 83 5.2 Saran... 84 DAFTAR PUSTAKA... 85 LAMPIRAN A Perhitungan Kurva Momen-Kurvatur tanpa Pengaruh Pengekangan... 87 LAMPIRAN B Perhitungan Kurva Momen-Kurvatur dengan Pengaruh Pengekangan... 103 LAMPIRAN C Perhitungan Diagram Interaksi Pn-Mn tanpa Pengaruh Pengekangan... 121 LAMPIRAN D Perhitungan Diagram Interaksi P n-mn dengan Pengaruh Pengekangan... 136 LAMPIRAN E Perhitungan Diagram Interaksi Pn-Mn dengan AISC Design Examples v13.0... 152 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Hubungan Kurva Tegangan-Regangan Uniaksial Silinder Beton... 4 Gambar 2.2 Kurva tegangan-regangan beton menurut Hognestad (1951)... 5 Gambar 2.3 Kurva tegangan-regangan untuk beton yang terkekang oleh sengkang persegi dan beton yang tidak terkekang model Mender et al. (1988)... 6 Gambar 2.4 Luas inti beton terkekang dengan sengkang persegi... 7 Gambar 2.5 Nilai tegangan puncak beton terkekang untuk penampang persegi... 8 Gambar 2.6 Kurva tegangan-regangan baja lunak... 9 Gambar 2.7 Idealisasi kurva tegangan-regangan baja; (a) Tipe A; (b) Tipe B... 9 Gambar 2.8 Perkuatan concrete jacketing... 13 Gambar 2.9 Perkuatan steel jacketing... 14 Gambar 2.10 Perkuatan FRP (Fiber Reinforced Polymer)... 15 Gambar 2.11 Diagram interaksi Pn-Mn... 15 Gambar 2.12 Kurvatur elemen dari komponen struktur... 17 Gambar 2.13 Batasan daktilitas kurvatur... 18 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 22 Gambar 3.2 Penampang KK (a) Potongan B-B (b) Potongan A-A (c) Tampak Depan... 25 Gambar 3.3 Penampang KPS (a) Potongan A-A (b) Potongan B-B (c) Tampak Depan... 26 Gambar 3.4 Penampang KPP (a) Potongan A-A (b) Potongan B-B (c) Tampak Depan... 27 Gambar 3.5 Penampang KPPP (a) Potongan A-A (b) Potongan B-B (c) Tampak Depan... 28 Gambar 3.6 Penampang KPSP (a) Potongan A-A (b) Potongan B-B (c) Tampak Depan... 29 Gambar 4.1 Kurva Tegangan-Regangan beton tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan... 32 Gambar 4.2 Potongan AA dan BB penampang KK... 33 Gambar 4.3 Plot nilai f ' cc f ' co untuk penampang KK... 34 Gambar 4.4 Kurva Tegangan-Regangan penampang KK dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 35 Gambar 4.5 Potongan AA penampang KPP... 36 Gambar 4.6 Potongan AA penampang KPSP... 36 Gambar 4.7 Kurva tegangan-regangan penampang KPPP dan KPSP dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 38 Gambar 4.8 Perbandingan kurva tegangan regangan penampang... 38 Gambar 4.9 Gaya-gaya dalam penampang KK tanpa pengaruh pengekangan... 39 Gambar 4.10 (a) Pembagian segmen perkutan pennampang KPS (b) Jarak titik berat perkuatan terhadap serat tekan terluar... 42 Gambar 4.11 Gaya-gaya dalam penampang KPS... 42 ix
Gambar 4.12 (a) Pembagian segmen perkutan pennampang KPP (b) Jarak titik berat perkuatan terhadap serat tekan terluar... 42 Gambar 4.13 Gaya-gaya dalam penampang KPP... 43 Gambar 4.14 (a) Pembagian segmen perkutan pennampang KPPP (b) Jarak titik berat perkuatan terhadap serat tekan terluar... 43 Gambar 4.15 Gaya-gaya dalam penampang KPPP... 43 Gambar 4.16 (a) Pembagian segmen perkutan pennampang KPSP (b) Jarak titik berat perkuatan terhadap serat tekan terluar... 44 Gambar 4.17 Gaya-gaya dalam penampang KPPP... 44 Gambar 4.18 Diagram interaksi Pn-Mn penapang kolom tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan... 48 Gambar 4.19 Gambar 4.20 Gambar 4.21 Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24 Gambar 4.25 Gambar 4.26 Perbandingan diagram interaksi Pn-Mn antar penampang tanpa memeperhitungkan pengaruh pengekangan... 48 Gaya-gaya dalam penampang KK dengan pengaruh pengekangan... 45 Diagram interaksi Pn-Mn penapang kolom dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 53 Perbandingan diagram interaksi Pn-Mn antar penampang dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 54 Hubungan momen-kurvatur penampang kolom tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan... 62 Perbandingan momen-kurvatur antar penampang tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan... 62 Hubungan momen kurvatur penampang kolom dengan memeperhitungkan pengaruh pengekangan... 73 Perbandingan momen-kurvatur antar penampang dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 74 Gambar 4.27 Perbandingan diagram interaksi Pn-Mn penampang KK... 75 Gambar 4.28 Perbandingan Kurva momen-kurvatur penampang KK... 76 Gambar 4.29 Perbandingan diagram interaksi Pn-Mn penampang KPS.. 77 Gambar 4.30 Perbandingan Kurva momen-kurvatur penampang KPS... 77 Gambar 4.31 Perbandingan Diagram Interaksi Pn-Mn penampang KPP. 78 Gambar 4.32 Perbandingan Kurva momen-kurvatur penampang KPP... 79 Gambar 4.33 Perbandingan Diagram Interaksi Pn-Mn penampang KPPP 80 Gambar 4.34 Perbandingan Kurva Momen-Kurvatur penampang KPPP 80 Gambar 4.35 Perbandingan Diagram Ineraksi Penampang KPSP... 81 Gambar 4.36 Perbandingan Kurva Momen Kurvatur Penampang KPSP 82 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Throat Efektif Minimum dari Las Tumpul Penetrasi -Joint- Sebagian... 20 Tabel 2.2 Ukuran Minimum Las Sudut... 20 Tabel 3.1 Penamaan penampang kolom... 24 Tabel 3.2 Spesifikasi bahan... 25 Tabel 3.3 Penampang Tipe KK, Tipe KPS, Tipe KPP, Tipe KPPP dan Tipe KPSP... 31 Tabel 4.1 Perhitungan Kurva Tegangan-Regangan beton tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan... 33 Tabel 4.2 Perhitungan Kurva Tegangan-Regangan penampang KK dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 36 Tabel 4.3 Perhitungan kurva tegangan-regangan penampang KPPP dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 38 Tabel 4.4 Nilai tegangan-regangan masing-masing model... 39 Tabel 4.5 Perhitungan diagram interaksi Pn-Mn penampang kolom KK, KPS, KPP, KPPP dan KPSP tanpa memperhitungkan pengekangan... 44 Tabel 4.6 Perhitungan diagram interaksi Pn-Mn penampang kolom KK, KPS, KPP, KPPP dan KPSP dengan memperhitungkan pengekangan... 50 Tabel 4.7 Perhitungan momen-kurvatur penampang KK, KPS, KPP,KPPP dan KPSP tanpa memperhitungkan pengaruh pengekangan... 59 Tabel 4.8 Perbandingan daktilitas kurvatur tanpa memperhitungkan Tabel 4.9 pengaruh pengekangan... 62 Perhitungan momen-kurvatur penampang KK, KPS, KPP, KPPP dan KPSP dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 69 Tabel 4.10 Perbandingan daktilitas kurvatur dengan memperhitungkan pengaruh pengekangan... 74 xi
DAFTAR NOTASI A g = luas bruto penampang kolom, mm 2 A s = luas tulangan longitudinal, mm 2 A = luas tulangan transversal arah x, mm 2 sx A = luas tulangan transversal arah y, mm 2 b c B c C C d sy c s d ' d c = dimensi inti beton diukur dari pusat tulangan transversal arah x, mm = lebar penampang dari luar steel jacketing = tinggi efektif dari serat beton terluar daerah tekan penampang, mm = nilai gaya tekan pada beton = nilai gaya tekan pada tulangan longitudinal = jarak dari serat tekan terjauh ke pusat tulangan tarik longitudinal, mm = jarak dari serat tekan terjauh ke pusat tulangan tekan longitudinal, mm = dimensi inti beton diukur dari pusat tulangan transversal arah y, mm Ec = modulus elastisitas beton, MPa Es = modulus elastisitas tulangan dan baja struktural, MPa Esec = modulus elastisitas beton terkekang pada tegangan puncak, MPa fc = tegangan beton, Mpa f c = kekuatan tekan beton dengan uji silinder, Mpa f c0,85 = tegangan beton sebesar 85% fc, MPa f cc = kekuatan tekan beton terkekang, MPa f lx = tegangan lateral pengekangan efektif arah x, MPa f lx = tegangan lateral pengekangan efektif arah y, MPa fs = tegangan tarik yang dihitung dalam tulangan saat beban layan, MPa fy = kekuatan tulangan leleh yang disyaratan, MPa ke = koefisien efektifitas pengekangan oleh sengkang K = koefisien efektifitas pengekangan oleh pelat baja penuh Mn = kekuatan lentur nominal pada penampang, Nmm Mu = kekuatan lentur pada kondisi regangan ultimit beton, Nmm My = kukuatan lentur pada kondisi tulangan pertama kali leleh, Nmm MM = kondisi momen murni pada diagram interaksi Pn-Mn Pn = kekuatan aksial nominal penampang, N Po = kekuatan aksial pada eksentrisitas nol, N Pu = gaya aksial terfaktor dengan eksentrisitas, N s = spasi pusat ke pusat tulangan transversal, mm S = kondisi seimbang pada diagram interaksi Pn-Mn s = jarak bersih antar tulangan transversal, mm t = tebal pelat untuk perkuatan pelat baja penuh, mm Ts = gaya aksial tarik baja, N TK = kondisi tekan konsentris pada diagram interaksi P n-mn α = keofesien kekuatan tekan beton γ = koefesien titik berat dari kurva tegangan beton ɛc = regangan beton, mm/mm ɛco = regangan beton saat tegangan puncak, mm/mm ɛc0,85 = regangan yang terjadi saat tegangan f c0,85 xii
ɛs = regangan baja ɛy = regangan baja yang terjadi saat tulangan mencapai leleh pertama kali µφ = daktilitas kurvatur ρcc = rasio volume tulangan longitudinal terhadap luas beton terkekang ρx = rasio volume tulangan tulangan transversal arah x ρy = rasio volume tulangan tulangan transversal arah y φu = perputaran sudut persatuan panajang dari segmen suatu struktur pada kondisi ultimit (rad/mm) φy = perputaran sudut persatuan panajang dari segmen suatu struktur kurvaur pada kondisi tulangan pertama kali leleh (rad/mm) xiii