Perkuatan Lentur pada Balok Beton Bertulang dengan Tambahan Pelat Cold Formed Steel (Eksperimen)
PERKUATAN LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN TAMBAHAN
PELAT COLD FORMED STEEL
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
pendidikan sarjana teknik sipil
Oleh :
SUHARDI
070404115
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2014
PERKUATAN LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN TAMBAHAN
PELAT COLD FORMED STEEL
Oleh :
07 0404 115
SUHARDI
Tugas Akhir ini diajukan unruk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh
gelar sarjana Teknik Sipil
Disetujui Oleh :
DOSEN PEMBIMBING :
NIP. 19590707 198710 1 001
IR. DANIEL RUMBI TERUNA, MT
Diketahui Oleh :
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
NIP. 19561224 198103 1 002
PROF.DR.ING. JOHANNES TARIGAN
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
MEDAN
2014
ABSTRAK
Salah satu metode alternatif yang dapat diterapkan untuk meningkatkan kemampuan struktur dalam memikul beban lentur yaitu menggunakan komponen Cold
Formed Steel (CFS), yang merupakan pelat baja tipis yang jauh lebih ringan
dibandingkan baja konvensional yang sudah sering digunakan sebagai bahan perkuatan. Lembaran CFS ini akan diletakkan pada bagian serat bawah balok yaitu daerah tarik beton tersebut dengan menggunakan bahan perekat adiktif. Penelitian ini merupakan kajian eksperimental yang bertujuan untuk mengetahui seberapa besar konstribusi perkuatan lembaran serat cold formed steel dalam memikul gaya lentur balok beton bertulang. Lebih lanjut lagi membandingkan kuat lentur balok beton bertulang yang menggunakan serat cold formed steel dengan balok beton bertulang tanpa serat cold formed steel.
Penelitian ini dilakukan dengan 3 (tiga) buah balok beton bertulang yang mana 1 buah balok beton bertulang tanpa perkuatan selaku balok kontrol, 1 buah balok beton bertulang dengan perkuatan lembaran pelat cold formed steel sedangkan balok satunya lagi dengan perkuatan lembaran cold formed steel berupa u wrap Pengujian balok dilakukan diatas 2 (dua) perletakan sendi dan rol untuk pengujian kuat lentur Kata kunci : Cold Formed Steel, Balok Beton Bertulang, Lentur.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat 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 “Perkuatan Lentur pada Balok Beton Bertulang dengan
Tambahan Pelat Cold Formed Steel (Eksperimen)” 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.Daniel Rumbi Teruna, MT selaku dosen 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 Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahrizal, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.
7. Buat keluargaku, terutama kepada kedua orang tuaku yang telah memberikan motivasi, semangat dan nasehat kepada saya.
8. Buat kawan-kawan seperjuangan, David, Kelvin, Josua, Yossi, Christian, Desmound, Foloe, Doan Sasuke, Rodo, Nopandi, Emsiakui, Redokson, Marco, Roy, Irvan, Ray, Ruben, Afrye, abang dan kakak senior, adik-adik, serta teman-teman angkatan 2007 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
9. 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, Mei 2014 Penulis
( SUHARDI )
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii DAFTAR NOTASI ................................................................................................ ix BAB I.
PENDAHULUAN ................................................................................... 1 I.1.
Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1 I.2. Studi Literatur .......................................................................................... 2 I.3.
I.4. Tujuan Penelitian ..................................................................................... 4 I.5.
Pembatasan Masalah ............................................................................... 4 I.6. Metodologi Penelitian ............................................................................. 5 I.7. Sistematika Penulisan .............................................................................. 6
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 8 II.1. Umum ...................................................................................................... 8 II.2. Cold Formed Steel ................................................................................. 10 II.2.1. Sejarah Cold Formed Steel .............................................................. 10 II.2.2. Sejarah dari Standar Desain AISI .................................................... 11 II.2.3. Kelebihan dan Kekurangan Cold Formed Steel .............................. 13 II.2.4. Properti Tegangan dan Regangan Cold Formed Steel ..................... 13 II.2.5. Kriteria Daktalitas ............................................................................ 15 II.3. Balok Beton Bertulang ........................................................................ 17 II.3.1. Kekuatan Tekan Beton ................................................................... 17 ........................................................................... II.3.2. Kekuatan Tarik Beton
18 II.3.3. Kekakuan Lentur ............................................................................. 19
II.3.4 Hubungan Beban dan Lendutan ....................................................... 20
II.4. Analisa Penampang ............................................................................. 24
II.5. Beton Bertulang Underreinfoced dan Overreinforced ........................ 30
II.6 Kuat Lentur balok Beeton Bertulang dengan Cold Formed Steel ....... 31
II.7 Pola Retak ........................................................................................... 33
BAB III METOLOGI PENELITIAN .................................................................... 35 III.1 Penyediaan Bahan Penyusun Beton .................................................... 35
III.2 Perakitan Tulangan ............................................................................. 35
III.3 Benda Uji Beton. ................................................................................. 35
III.3.1 Dimensi Benda Uji ......................................................................... 35
III.3.2. Variabel Pengujian ......................................................................... 36
III.3.3. Pemasangan Lembaran Cold Formed Steel .................................... 37
III.4 Pengujian Beton .................................................................................. 38
III.4.1 Pengujian Kuat Tekan Beton .......................................................... 38
III.4.2 Pengujian Kekuatan Lentur Balok Beton Bertulang ...................... 38
BAB IV PEMBAHASAN ..................................................................................... 40 IV.1 Pendahuluan ....................................................................................... 40 IV.2 Kekuatan Tekan Silinder Beton ......................................................... 40 IV.3 Pengujian Balok Beton Bertulang ....................................................... 41 IV.3.1 Pengujian Lendutan Pada Balok ..................................................... 41 IV.3.1.1 Pengujian Lendutan pada Balok Secara Teoritis .................. 50 IV.3.1.2 Beban Pada Lendutan Izin .................................................... 74 IV.5 Keterbatasan Fasilitas .......................................................................... 81 IV.6 Akurasi dari Alat Ukur ........................................................................ 81 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 82 V.1 Kesimpulan .......................................................................................... 82 V.2 Saran .................................................................................................... 82 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 : Pemberian Beban Pada Benda Uji Balok ............................................ 6Gambar 2.1 : Grafik Tegangan-Reganngan Cold Formed Steel……………………….. 14Gambar 2.2 : Lendutan pada Balok………………………………………………….. 19Gambar 2.3 : Hubungan Beban dan lendutan……………………………………….. 20Gambar 2.4 : Idealisasi Hubungan Beban dan lendutan.…………………………… 21Gambar 2.5 : Deformasi Elemen Lentur…………………………………………….. 22Gambar 2.6 : Hubungan Momen dan Kelengkungan ………………………………. 22Gambar 2.7 : Grafik Tegangan-Regangan Beton dan Tulangan …………………... 25Gambar 2.8 : Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulangan Tanpa Beban…… 26Gambar 2.9 : Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulang Sebelum Runtuh…... 26Gambar 2.10 : Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulang Pasca Runtuh …….. 27Gambar 2.11 : Tegangan dalam Beton Bertulang……………………………...……. 27Gambar 2.12 : Variasi Letak Garis Netral .…………...…………………………….. 29 Gambar 2.13 : Grafik Regangan..……………………………...………....................32 Gambar 2.14 : Pola Retak Balok…..………………………….....…………………... 33
Gambar 3.1 : Benda Uji Balok……………………………………………………… 36Gambar 3.2 : Parameter Benda Uji……………………………………………………37 Gambar 3.3
: Penempatan Beban Terpusat ……………………………………….... 39 Gambar 4.1 : Penempatan Pembacaan Alat Dial Lendutan ………….…………….. 41 Gambar 4.2 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Kontrol (BK).……………... 44 Gambar 4.3 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Fiber BK1……… 46 Gambar 4.4 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Fiber Bendrat.….. 48 Gambar 4.5 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Tengah Bentang Pada Masing-masing
Balok…………….……………………………………………………
49 Gambar 4.6 : Perletakan Beban Terpusat ……………………………………….... 50
Gambar 4.7 : Perletakan Beban Merata…. ……………………………………….….. 51Gambar 4.8 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok BK Secara Teoritis………… 57Gambar 4.9 : Perletakan Beban Terpusat ……………………………………….... 58Gambar 4.10 : Perletakan Beban Merata…. ……………………………………….….. 59Gambar 4.11 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok BK1 Secara Teoritis……… 65Gambar 4.12 : Perletakan Beban Terpusat ………………………………………...... 66Gambar 4.13 : Perletakan Beban Merata…. ……………………………………….….. 67Gambar 4.14 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok BK2 Secara Teoritis………. 73Gambar 4.15 : Pembagian Segmen Balok……………………………………………...….. 76Gambar 4.16 : Retak Pada Balok BK….…………………………………………………….. 77Gambar 4.17 : Retak Pada Balok BK1.………………............................................... 78Gambar 4.18 : Retak Pada Balok BK2…………….………………………………………. 79Gambar 4.19 : Hubungan Beban-Panjang Retak.………………………………………… 80
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Perbandingan Konfigurasu MaterialBaja Konvensional dengan Baja Ringan…………………………………..
17 Tabel 3.1
: Penamaan Benda Uji..………………………………………………………. 36 Tabel 4.1 : Uji Kuat Tekan Silinder……….……………………………………………. 41 Tabel 4.2 : Data Hasil Pengujian Lendutan Balok BK..….………………………….. 43 Tabel 4.3 : Data Hasil Pengujian Lendutan Balok BK1…………….……………….. 45 Tabel 4.4 : Data Hasil Pengujian Lendutan Balok BK2…………….……………….. 47 Tabel 4.5 : Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan Balok
BK…………….………………………………………………………………
56 Tabel 4.6
: Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan Balok BK1………..…………………………………………………………………..
64 Tabel 4.7
: Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan Balok BK2 …………………………………………………………………………… 72
DAFTAR NOTASI
= Momen Inersia Efektif
= Momen Inersia Penampang Retak Utuh Terhadap Sumbu Berat Penampang
g
I
= Momen Inersia Penampang Retak Transformasi
cr
I
A = Luas Penampang
= Luas Tulangan Tarik ′ = Luas Tulangan Tekan
I
= Kuat Tekan Rata-rata f r = Modulus Retak Beton f y = Kuat Leleh Baja f cfs = Kuat Leleh Cold Formed Steel h = Tinggi Penampang t cfs = Tebal Cold Formed Steel I = Momen Inersia Penampang Balok
= Modulus Elastisitas Cold Formed Steel ′ = Kuat Tekan Beton ′
cfs
= Modulus Elastisitas Tulangan E
s
A cfs = Luas Penampang Cold Formed Steel a = Kedalaman Tegangan Saat Ultimate b = Lebar Penampang c = Jarak Garis Netral Saat Ultimate d = Jarak Pusat Tulangan Tarik ke Tepi Ujung Balok / Tinggi Efektif ′ = Jarak Pusat Tulangan Tekan ke Tepi Ujung Balok E = Modulus Elastisitas E
e L = Panjang Bentang Diantara Dua Perletakan M a = Momen Maksimum Pada Komponen Struktur Saat Lendutan Dihitung M cr = Momen Saat Timbul Retak Pertama Kali M n = Momen Nominal Penampang M r = Momen Rencana M
u
= Momen Ultimate N
D
= Gaya Tekan Dalam N T = Gaya Tarik Dalam N = Gaya Normal Tekan P = Gaya R = Jari – jari Kelengkungan Balok x = Jarak Sepanjang Balok
1
= Koefisien, 0,85
y = Jarak dari Sumbu Netral ke sembarang Titik
ε = Regangan = Regangan Tulangan Tarik
′ = Regangan Tulangan Tekan = Regangan Luluh Tulangan
ε cfs = Regangan Luluh Cold Formed Steel
σ = Tegangan Lentur
Δ = Lendutan