Analisis Perbandingan Kolom Beton Bertulang Berbentuk Bulat Dan Persegi Menggunakan Carbon Fiber Wrap Terhadap Variasi Pembebanan Aksial (Eksperimen)
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Kolom memegang peranan penting dari suatu bangunan karena memikul
beban aksial, momen lentur, dan gaya geser. Dengan adanya perkembangan
teknologi, ditemukanlah material jenis baru yang dapat memperkuat beton tanpa
harus mengganti beton lama yang telah mengalami kerusakan yaitu Carbon Fiber
Reinforced Polymer (CFRP). Dengan adanya teknik perbaikan dengan
menggunakan carbon fiber tersebut, maka akan terjadi peningkatan kapasitas
kolom beton bertulang setelah perbaikan sehingga variasi pembebanan yang
dilakukan dapat menunjukkan seberapa besar pengaruh carbon tersebut untuk
mengembalikan kekuatan kolom seperti pada kekuatan awalnya.
Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan kolom
berpenampang bulat dan kolom berpenampang persegi akibat pengaruh Carbon
Fiber terhadap kapasitas aksial ultimate kolom dan kekangan yang diberikan oleh
tulangan transversal dan CFRP.
Peningkatan kapasitas beban aksial ultimate yang signifikan akan
memberikan faktor keamanan yang tinggi pada perencanaan kolom. Selain itu,
efek kekangan yang diberikan oleh CFRP dan tulangan transversal akan
memberikan ketahanan dari gaya-gaya luar maupun dalam serta nilai daktilitas
yang tinggi.
Kata Kunci : Kolom,Carbon Fiber Reinforcer Polymer (CFRP),Kuat Tekan,
Kapasitas Aksial
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah Bapa,Putra,dan Roh
Kudus serta Bunda Maria Bunda Pertolongan Abadi, atas berkat dan karunia –
Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi persyaratan dalam
menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik
Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menghadapi berbagai kendala,
tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, Penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT., sebagai Dosen Pembimbing dan Penguji yang
telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada
Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT., dan Ibu Nursyamsi, ST, MT., sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Ing-.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
ii
Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Ir. Sanci Barus, MT., sebagai Kepala Laboratorium Struktur
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan
memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
8. Kepada Abang,kakak dan adik-adikku, yang selalu mendukung dan
memberi semangat serta doa demi kelancaran kuliahku.
9. Sahabat-sahabat seperjuangan di Teknik Sipil USU,Ahli Mendi (Am), Si
caeengg(Edwin Simbolon), Sissu (Suparta Sihite), Si perra (Sahala
Sinaga),Sibbah (Wahyu Agriva),Frengky‟o nasih, Wanjem polri, adi “bang
tuti”,cumiikk
pasaribu,yesnoqq
sihotang,
maria
samosir,
dessa
purba,desibece pardede,planet purba , terima kasih dukungan serta
semangat dalam perkuliahan penulis dan pengerjaan tugas akhir ini.
10. Seluruh rekan-rekan seperjuangan stambuk 2009 dan Adik-adik 2012 yang
tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi
dukungan serta semangat dalam perkuliahan penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan
Tugas Akhir ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat
yang sebesar–besarnya bagi kita semua. Amin.
Medan,
April 2014
Jimmy Carter Tarigan
iv
Universitas Sumatera Utara
DEDICATION
TUGAS AKHIR INI SAYA DEDIKASIKAN KEPADA KE – DUA
ORANG TUA SAYA YANG TERKASIH
BAPAK T. TARIGAN
&
IBU I. M. PERANGIN-ANGIN
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Abstrak .................................................................................................................................. i
Kata Pengantar ...................................................................................................................... ii
Daftar Isi................................................................................................................................ vi
Daftar Tabel .......................................................................................................................... xi
Daftar Gambar ....................................................................................................................... xiii
Daftar Grafik ......................................................................................................................... xv
Daftar Notasi dan Singkatan ................................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... .1
1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................ 6
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 7
1.4 Metode Penelitian............................................................................................. 7
1.5 Batasan Masalah............................................................................................... 8
1.6 Mekanisme Pengujian ...................................................................................... 9
1.7 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 10
BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................................... 12
2.1 Umum............................................................................................................... 12
2.2 Analisis dan Desain Kolom.............................................................................. 14
2.2.1. Jenis Kolom............................................................................................ 16
2.2.2. Kolom Beton Bertulang Pendek ............................................................ 19
2.2.3. Perilaku Kolom Pendek Denga Beban Sentris ...................................... 22
2.2.4. Perilaku Kolom Pendek Denga Beban Eksentris ................................... 24
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2.5. Faktor Reduksi Kekuatan Kolom .......................................................... 26
2.3 Metode Perkuatan Struktur .............................................................................. 27
2.3.1 Reinforced Concrete Jacketing ............................................................... 29
2.3.2 Steel Jacketing / Steel Plate Bonding ..................................................... 30
2.4 Fiber Reinforced Polymer ................................................................................ 31
2.4.1 Aplikasi Kebutuhan FRP ....................................................................... 34
2.4.2 Penggunaan Karakteristik CFRP sebagai perkuatan ............................... 34
2.4.3 Aplikasi CFRP pada bangunan ............................................................... 35
2.4.4 Pemasangan CFRP pada kolom .............................................................. 36
2.4.5 Beban aksial Ultimate yang Dipikul Oleh CFRP ................................... 36
2.5 Pengaruh Kekangan pada Kolom ...................................................................... 37
2.5.1 Kekangan akibat tulangan transversal ..................................................... 40
2.5.1.1 Pengaruh kekangan akibat tulangan transversal pada
kolom bulat ............................................................................................. 40
2.5.1.2 Pengaruh kekangan akibat tulangan transversal pada
kolom persegi .......................................................................................... 41
2.5.2 Kekangan akibat CFRP ........................................................................... 42
2.5.3 Tegangan dan Regangan Beton dengan CFRP ....................................... 43
2.5.4 Kekangan CFRP terhadap Kolom Bulat ................................................. 47
2.5.5 Kekangan CFRP terhadap Kolom Persegi .............................................. 48
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................................. 49
3.1 Umum ............................................................................................................. 49
vii
Universitas Sumatera Utara
3.2 Perhitungan Benda Uji Kolom Beton Bertulang ............................................ 52
3.2.1 Kolom Beton Bertulang Penampang Persegi ....................................... 52
3.2.2 Kolom Beton Bertulang Penampang Bulat.. ........................................ .55
3.3 Alat Uji yang Digunakan ................................................................................ 58
3.4 Benda Uji ........................................................................................................ 59
3.5 Gambar Perletakan Benda Uji ........................................................................ 60
3.6 Pembuatan Benda Uji ..................................................................................... 61
3.6.1 Perencanaan Campuran Beton .............................................................. 61
3.6.1.1 Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder ................................ 61
3.6.1.2 Perencanaan Campuran Benda Uji Kolom.................................. 62
3.6.2 Persiapan Alat dan Bahan Pembuatan Benda Uji................................. 65
3.6.2.1 Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder ................................... 65
3.6.2.2 Persiapan Pembuatan Benda Uji Kolom ..................................... 66
3.6.3 Pengecoran Benda Uji .......................................................................... 66
3.6.4 Perawatan Benda Uji ............................................................................ 68
3.6.5 Pekerjaan dan Pemasangan CFRP pada Kolom ................................... 69
3.6.5.1 Pekerjaan pada CFRP .................................................................. 71
3.6.5.2 Pemasangan CFRP pada Kolom ................................................. 73
3.6.6 Pengujian Benda Uji ............................................................................. 75
3.6.6.1 Pengujian Kuat tekan Silinder ..................................................... 75
3.6.6.2 Pengujian Beban Aksial pada Kolom.......................................... 76
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................................. 78
4.1 Pendahuluan ..................................................................................................... 78
viii
Universitas Sumatera Utara
4.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan Silinder ............................................................... 78
4.2.1
Perhitugan Kuat Tekan Beton Normal Benda Uji Silinder ................. 79
4.3 Hasil Perhitungan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang ................ 80
4.3.1.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang
Tanpa Tulangan dan Fiber
4.3.1.1 Kolom Berpenampang Bulat
............................................ 80
............................................. 80
4.3.1.2 Kolom Berpenampang Persegi ................................................. 81
4.3.2.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang
Dengan Menggunakan Tulangan
4.3.2.1 Kolom Berpenampang Bulat
............................................ 82
............................................. 82
4.3.2.2 Kolom Berpenampang Persegi ................................................. 83
4.3.3.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang
Dengan Menggunakan Tulangan dan Carbon Fiber ............................. 84
4.3.3.1 Kolom Berpenampang Bulat
............................................. 84
4.3.3.2 Kolom Berpenampang Persegi ................................................. 86
4.4 Analisis Pengaruh Kekangan Terhadap Kuat Tekan Kolom.............. ............. 88
4.4.1 Kekangan terhadap Kolom Bulat ......................................................... 88
4.4.2 Kekangan terhadap Kolom Persegi ...................................................... 110
4.5 Faktor Tekuk (Buckling )Pada Kolom.............. ............................................... 135
4.5.1. Tekuk Pada Kolom Pendek Penampang Persegi .................................... 135
4.5.1. Tekuk Pada Kolom Pendek Penampang Bulat ...................................... 136
4.6 Perbandingan Beban Aksial Ultimate Hasil Perhitungan dan Hasil
Percobaan.............. ........................................................................................... 137
ix
Universitas Sumatera Utara
BABV KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 139
5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 139
5.2 Saran ................................................................................................................. 140
Daftar Pustaka ....................................................................................................................... xix
Lampiran
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Hal
2.1
Faktor reduksi kekuatan
27
2.2
Tipe dan Spesifikasi FRP
34
2.3
Spesifikasi Baja Tulangan
38
3.1
Variasi perlakuan benda uji
49
3.2
Komposisi rencana kolom beton bertulang penampang persegi
63
3.3
Komposisi rencana kolom beton bertulang penampang bulat
65
4.1
Pengujian Kuat Tekan Beton
79
4.2
Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Tak terkekang)
94
4.3
Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Terkekang Tul. Transversal 88
4.4
Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik
104
4.5
Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik dan tekan
109
4.6
Tegangan dan regangan kolom
110
4.7
Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Tak terkekang)
119
4.8
Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Terkekang Tul. Transversal 124
4.9
Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik
129
4.10
Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik dan tekan
134
4.11
Tegangan dan regangan kolom persegi
135
4.12
Perbandingan Beban Aksial Ultimate Kolom Bulat dan Persegi
137
xi
Universitas Sumatera Utara
4.13
Perbandingan Beban Aksial Ultimate Kolom Bulat dan Persegi
138
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Hal
2.1
Jenis-jenis kolom
16
2.2
Jenis kolom berdasarkan bentuk dan macam penulangan
18
2.3
Perbandingan perilaku beban-deformasi
18
2.4
Jenis kolom berdasarkan posisi beban pada penampang melintang
19
2.5
Hubungan tegangan-regangan pada beton baja (beban sentris)
22
2.6
Geometri, regangan dan tegangan kolom rectangular
23
2.7
Geometri, regangan dan tegangan kolom circular (beban sentris)
23
2.8
Tegangan dan gaya-gaya pada kolom rectangular
24
2.9
Diagram interaksi kekuatan gaya aksial-momen (P-M) pada kolom 26
Tipe-tipe pembungkus kolom
2.10 Tipe-tipe Pembungkus Kolom
28
2.11 Pembungkus untuk meningkatkan kapasitas
29
2.12 Perkuatan kolom dengan pelat jaket
31
2.13 Skema proses pelaksanaan perkerjaan perkuatan dengan pelat jaket 31
2.14 Diagram tipikal prosedur perkuatan kolom dengan FRP
32
2.15 Daerah terkekang pada kolom
39
2.16 Pengekangan dengan Tulangan Sengkang
40
2.17 Kuat tarik dengan modulus elastisitas fiber dan sheet
42
2.18 Tegangan-Regangan beton terkekang CFRP
46
2.19 Model Tegangan-Regangan Beton Terkekang Beban Statik
47
xiii
Universitas Sumatera Utara
2.20 Mekanisme Kekangan CFRP pada kolom bulat
47
3.1
Diagram alir pembuatan kolom pendek bulat dan persegi
51
3.2
Alat Uji
59
3.3
Benda Uji
59
3.4
Perletakan Sendi-sendi
60
3.5
Pembuatan Benda Uji Silinder
65
3.6
Pembuatan Bekisting Benda Uji
66
3.7
Proses Pengecoran Beton
68
3.8
Bahan CFRP yang Digunakan
71
3.9
Proses Pencampuran Sika Wrap 231C dengan Sikadur
72
3.10 Bahan yang digunakan
73
3.11 Proses pemasangan CFRP pada Kolom
74
3.12 Proses pemerataan Wrap dengan menggunakan Roller
74
3.13 Proses Pembebanan pada Kolom
76
3.14 Kehancuran Material pada Kolom Pendek
77
3.15 Proses Pembebanan pada Kolom yang Dilapisi Oleh CFRP
77
3.16 Pola Kerusakan pada Kolom yang Dilapisi CFRP
77
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK
No.
Judul
Hal
2.21 Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Tak Terkekang)
94
2.22 Diagram interaksi kolom bulat (Beton terkekang tul.transversal)
99
2.23 Diagram interaksi kolom bulat tarik
(Beton terkekang tul.transversal & CFRP)
104
2.24 Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik&tekan (Beton Terkekang
Tul.Transversal dan CFRP)
109
2.25 Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Tak Terkekang)
119
2.26 Diagram interaksi kolom Persegi (Beton terkekang tul.transversal)
124
2.27 Diagram interaksi kolom Persegi tarik
(Beton terkekang tul.transversal & CFRP)
129
2.28 Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik&tekan (Beton Terkekang
Tul.Transversal dan CFRP)
134
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
LAMBANG
a
Tinggi blok tegangan tekan persegi ekuivalen
Ag
Luas penampang
A,A A ,A
c
cc,
ccj
cj
Luas beton tanpa tulangan, luas inti beton terkekang
sengkang, luas beton yang dibungkus FRP, luas beton
efektif terkekang fiber
A (A , A )
Luas tulangan transversal pada arah x dan y
A
Luas tulangan longitudinal
b
Lebar efektif kolom
Cc
Gaya Tekan Beton
Cs
Gaya Tekan Baja
c
Tebal selimut beton
c
Garis netral balanced
D, D‟
Diameter kolom, diameter kolom terkekang tulangan
sp
sx
sl
b
sy
transversal
d ,d
x
y
Dimensi inti dihitung dari pusat keliling bundaran terhadap
x dan y
e
Eksentrisitas terhadap pusat plastis penampang
E
Modulus elastisitas fiber
f‟ c
Kekuatan tekan beton
f,F
Minimum dan maksimum kekangan lateral efektif akibat
f
sengkang
xvi
Universitas Sumatera Utara
f‟c (fcu) , f‟cc, F‟cc
Kuat tekan beton tanpa kekangan (slinder/kubus)
f
Tegangan pengekang akibat fiber
f
Tegangan lateral efektif maksimum
fj
Tegangan pada sisi dalam Jaket FRP
cp
l
F ,F
lsx
Kekangan lateral akibat sengkang pada inti beton sumbu
lsy
s dan y
f ,f
ljx
Tegangan kekangan lateral akibat lembaran fiber pada arah
ljx
x dan y
F
Tegangan leleh tulangan transversal
yh
h
Tinggi kolom
I
Momen inersia kolom
k
Faktor kelangsingan
k,k k
Faktor kenaikan kuat tekan beton (dalam dan luar)
k
Ratio kekangan efektif
P
Beban aksial
c
ci,
cj
P
n
M
n
ce
Kapasitas beban aksial nominal
Momen tahanan nominal
n
Jumlah lapisan fiber
n
Axial compression ratio
P
Gaya aksial tekan kolom
r
jari-jari sudut siku-siku kolom
s, s‟
Jarak tulangan transversal pada kolom(as-as), jarak bersih
f
sengkang
xvii
Universitas Sumatera Utara
S
Spasi lembaran fiber
CF
Ts
Tulangan yang menalami tarik
t
Tebal satu lapisan fiber
f
t ,t
x
y
Dimensi penampang melintang kolom
∏
Koefisien,3.14
Regangan
Ψ
Faktor pengali CFRP
Rasio Tulangan
Jumlah
Ø
Faktor reduksi kolom
xviii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Kolom memegang peranan penting dari suatu bangunan karena memikul
beban aksial, momen lentur, dan gaya geser. Dengan adanya perkembangan
teknologi, ditemukanlah material jenis baru yang dapat memperkuat beton tanpa
harus mengganti beton lama yang telah mengalami kerusakan yaitu Carbon Fiber
Reinforced Polymer (CFRP). Dengan adanya teknik perbaikan dengan
menggunakan carbon fiber tersebut, maka akan terjadi peningkatan kapasitas
kolom beton bertulang setelah perbaikan sehingga variasi pembebanan yang
dilakukan dapat menunjukkan seberapa besar pengaruh carbon tersebut untuk
mengembalikan kekuatan kolom seperti pada kekuatan awalnya.
Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan kolom
berpenampang bulat dan kolom berpenampang persegi akibat pengaruh Carbon
Fiber terhadap kapasitas aksial ultimate kolom dan kekangan yang diberikan oleh
tulangan transversal dan CFRP.
Peningkatan kapasitas beban aksial ultimate yang signifikan akan
memberikan faktor keamanan yang tinggi pada perencanaan kolom. Selain itu,
efek kekangan yang diberikan oleh CFRP dan tulangan transversal akan
memberikan ketahanan dari gaya-gaya luar maupun dalam serta nilai daktilitas
yang tinggi.
Kata Kunci : Kolom,Carbon Fiber Reinforcer Polymer (CFRP),Kuat Tekan,
Kapasitas Aksial
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah Bapa,Putra,dan Roh
Kudus serta Bunda Maria Bunda Pertolongan Abadi, atas berkat dan karunia –
Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi persyaratan dalam
menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik
Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menghadapi berbagai kendala,
tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, Penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT., sebagai Dosen Pembimbing dan Penguji yang
telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada
Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT., dan Ibu Nursyamsi, ST, MT., sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Ing-.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
ii
Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Ir. Sanci Barus, MT., sebagai Kepala Laboratorium Struktur
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan
memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
8. Kepada Abang,kakak dan adik-adikku, yang selalu mendukung dan
memberi semangat serta doa demi kelancaran kuliahku.
9. Sahabat-sahabat seperjuangan di Teknik Sipil USU,Ahli Mendi (Am), Si
caeengg(Edwin Simbolon), Sissu (Suparta Sihite), Si perra (Sahala
Sinaga),Sibbah (Wahyu Agriva),Frengky‟o nasih, Wanjem polri, adi “bang
tuti”,cumiikk
pasaribu,yesnoqq
sihotang,
maria
samosir,
dessa
purba,desibece pardede,planet purba , terima kasih dukungan serta
semangat dalam perkuliahan penulis dan pengerjaan tugas akhir ini.
10. Seluruh rekan-rekan seperjuangan stambuk 2009 dan Adik-adik 2012 yang
tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi
dukungan serta semangat dalam perkuliahan penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan
Tugas Akhir ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat
yang sebesar–besarnya bagi kita semua. Amin.
Medan,
April 2014
Jimmy Carter Tarigan
iv
Universitas Sumatera Utara
DEDICATION
TUGAS AKHIR INI SAYA DEDIKASIKAN KEPADA KE – DUA
ORANG TUA SAYA YANG TERKASIH
BAPAK T. TARIGAN
&
IBU I. M. PERANGIN-ANGIN
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Abstrak .................................................................................................................................. i
Kata Pengantar ...................................................................................................................... ii
Daftar Isi................................................................................................................................ vi
Daftar Tabel .......................................................................................................................... xi
Daftar Gambar ....................................................................................................................... xiii
Daftar Grafik ......................................................................................................................... xv
Daftar Notasi dan Singkatan ................................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... .1
1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................ 6
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 7
1.4 Metode Penelitian............................................................................................. 7
1.5 Batasan Masalah............................................................................................... 8
1.6 Mekanisme Pengujian ...................................................................................... 9
1.7 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 10
BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................................... 12
2.1 Umum............................................................................................................... 12
2.2 Analisis dan Desain Kolom.............................................................................. 14
2.2.1. Jenis Kolom............................................................................................ 16
2.2.2. Kolom Beton Bertulang Pendek ............................................................ 19
2.2.3. Perilaku Kolom Pendek Denga Beban Sentris ...................................... 22
2.2.4. Perilaku Kolom Pendek Denga Beban Eksentris ................................... 24
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2.5. Faktor Reduksi Kekuatan Kolom .......................................................... 26
2.3 Metode Perkuatan Struktur .............................................................................. 27
2.3.1 Reinforced Concrete Jacketing ............................................................... 29
2.3.2 Steel Jacketing / Steel Plate Bonding ..................................................... 30
2.4 Fiber Reinforced Polymer ................................................................................ 31
2.4.1 Aplikasi Kebutuhan FRP ....................................................................... 34
2.4.2 Penggunaan Karakteristik CFRP sebagai perkuatan ............................... 34
2.4.3 Aplikasi CFRP pada bangunan ............................................................... 35
2.4.4 Pemasangan CFRP pada kolom .............................................................. 36
2.4.5 Beban aksial Ultimate yang Dipikul Oleh CFRP ................................... 36
2.5 Pengaruh Kekangan pada Kolom ...................................................................... 37
2.5.1 Kekangan akibat tulangan transversal ..................................................... 40
2.5.1.1 Pengaruh kekangan akibat tulangan transversal pada
kolom bulat ............................................................................................. 40
2.5.1.2 Pengaruh kekangan akibat tulangan transversal pada
kolom persegi .......................................................................................... 41
2.5.2 Kekangan akibat CFRP ........................................................................... 42
2.5.3 Tegangan dan Regangan Beton dengan CFRP ....................................... 43
2.5.4 Kekangan CFRP terhadap Kolom Bulat ................................................. 47
2.5.5 Kekangan CFRP terhadap Kolom Persegi .............................................. 48
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................................. 49
3.1 Umum ............................................................................................................. 49
vii
Universitas Sumatera Utara
3.2 Perhitungan Benda Uji Kolom Beton Bertulang ............................................ 52
3.2.1 Kolom Beton Bertulang Penampang Persegi ....................................... 52
3.2.2 Kolom Beton Bertulang Penampang Bulat.. ........................................ .55
3.3 Alat Uji yang Digunakan ................................................................................ 58
3.4 Benda Uji ........................................................................................................ 59
3.5 Gambar Perletakan Benda Uji ........................................................................ 60
3.6 Pembuatan Benda Uji ..................................................................................... 61
3.6.1 Perencanaan Campuran Beton .............................................................. 61
3.6.1.1 Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder ................................ 61
3.6.1.2 Perencanaan Campuran Benda Uji Kolom.................................. 62
3.6.2 Persiapan Alat dan Bahan Pembuatan Benda Uji................................. 65
3.6.2.1 Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder ................................... 65
3.6.2.2 Persiapan Pembuatan Benda Uji Kolom ..................................... 66
3.6.3 Pengecoran Benda Uji .......................................................................... 66
3.6.4 Perawatan Benda Uji ............................................................................ 68
3.6.5 Pekerjaan dan Pemasangan CFRP pada Kolom ................................... 69
3.6.5.1 Pekerjaan pada CFRP .................................................................. 71
3.6.5.2 Pemasangan CFRP pada Kolom ................................................. 73
3.6.6 Pengujian Benda Uji ............................................................................. 75
3.6.6.1 Pengujian Kuat tekan Silinder ..................................................... 75
3.6.6.2 Pengujian Beban Aksial pada Kolom.......................................... 76
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................................. 78
4.1 Pendahuluan ..................................................................................................... 78
viii
Universitas Sumatera Utara
4.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan Silinder ............................................................... 78
4.2.1
Perhitugan Kuat Tekan Beton Normal Benda Uji Silinder ................. 79
4.3 Hasil Perhitungan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang ................ 80
4.3.1.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang
Tanpa Tulangan dan Fiber
4.3.1.1 Kolom Berpenampang Bulat
............................................ 80
............................................. 80
4.3.1.2 Kolom Berpenampang Persegi ................................................. 81
4.3.2.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang
Dengan Menggunakan Tulangan
4.3.2.1 Kolom Berpenampang Bulat
............................................ 82
............................................. 82
4.3.2.2 Kolom Berpenampang Persegi ................................................. 83
4.3.3.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang
Dengan Menggunakan Tulangan dan Carbon Fiber ............................. 84
4.3.3.1 Kolom Berpenampang Bulat
............................................. 84
4.3.3.2 Kolom Berpenampang Persegi ................................................. 86
4.4 Analisis Pengaruh Kekangan Terhadap Kuat Tekan Kolom.............. ............. 88
4.4.1 Kekangan terhadap Kolom Bulat ......................................................... 88
4.4.2 Kekangan terhadap Kolom Persegi ...................................................... 110
4.5 Faktor Tekuk (Buckling )Pada Kolom.............. ............................................... 135
4.5.1. Tekuk Pada Kolom Pendek Penampang Persegi .................................... 135
4.5.1. Tekuk Pada Kolom Pendek Penampang Bulat ...................................... 136
4.6 Perbandingan Beban Aksial Ultimate Hasil Perhitungan dan Hasil
Percobaan.............. ........................................................................................... 137
ix
Universitas Sumatera Utara
BABV KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 139
5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 139
5.2 Saran ................................................................................................................. 140
Daftar Pustaka ....................................................................................................................... xix
Lampiran
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Hal
2.1
Faktor reduksi kekuatan
27
2.2
Tipe dan Spesifikasi FRP
34
2.3
Spesifikasi Baja Tulangan
38
3.1
Variasi perlakuan benda uji
49
3.2
Komposisi rencana kolom beton bertulang penampang persegi
63
3.3
Komposisi rencana kolom beton bertulang penampang bulat
65
4.1
Pengujian Kuat Tekan Beton
79
4.2
Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Tak terkekang)
94
4.3
Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Terkekang Tul. Transversal 88
4.4
Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik
104
4.5
Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik dan tekan
109
4.6
Tegangan dan regangan kolom
110
4.7
Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Tak terkekang)
119
4.8
Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Terkekang Tul. Transversal 124
4.9
Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik
129
4.10
Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik dan tekan
134
4.11
Tegangan dan regangan kolom persegi
135
4.12
Perbandingan Beban Aksial Ultimate Kolom Bulat dan Persegi
137
xi
Universitas Sumatera Utara
4.13
Perbandingan Beban Aksial Ultimate Kolom Bulat dan Persegi
138
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Hal
2.1
Jenis-jenis kolom
16
2.2
Jenis kolom berdasarkan bentuk dan macam penulangan
18
2.3
Perbandingan perilaku beban-deformasi
18
2.4
Jenis kolom berdasarkan posisi beban pada penampang melintang
19
2.5
Hubungan tegangan-regangan pada beton baja (beban sentris)
22
2.6
Geometri, regangan dan tegangan kolom rectangular
23
2.7
Geometri, regangan dan tegangan kolom circular (beban sentris)
23
2.8
Tegangan dan gaya-gaya pada kolom rectangular
24
2.9
Diagram interaksi kekuatan gaya aksial-momen (P-M) pada kolom 26
Tipe-tipe pembungkus kolom
2.10 Tipe-tipe Pembungkus Kolom
28
2.11 Pembungkus untuk meningkatkan kapasitas
29
2.12 Perkuatan kolom dengan pelat jaket
31
2.13 Skema proses pelaksanaan perkerjaan perkuatan dengan pelat jaket 31
2.14 Diagram tipikal prosedur perkuatan kolom dengan FRP
32
2.15 Daerah terkekang pada kolom
39
2.16 Pengekangan dengan Tulangan Sengkang
40
2.17 Kuat tarik dengan modulus elastisitas fiber dan sheet
42
2.18 Tegangan-Regangan beton terkekang CFRP
46
2.19 Model Tegangan-Regangan Beton Terkekang Beban Statik
47
xiii
Universitas Sumatera Utara
2.20 Mekanisme Kekangan CFRP pada kolom bulat
47
3.1
Diagram alir pembuatan kolom pendek bulat dan persegi
51
3.2
Alat Uji
59
3.3
Benda Uji
59
3.4
Perletakan Sendi-sendi
60
3.5
Pembuatan Benda Uji Silinder
65
3.6
Pembuatan Bekisting Benda Uji
66
3.7
Proses Pengecoran Beton
68
3.8
Bahan CFRP yang Digunakan
71
3.9
Proses Pencampuran Sika Wrap 231C dengan Sikadur
72
3.10 Bahan yang digunakan
73
3.11 Proses pemasangan CFRP pada Kolom
74
3.12 Proses pemerataan Wrap dengan menggunakan Roller
74
3.13 Proses Pembebanan pada Kolom
76
3.14 Kehancuran Material pada Kolom Pendek
77
3.15 Proses Pembebanan pada Kolom yang Dilapisi Oleh CFRP
77
3.16 Pola Kerusakan pada Kolom yang Dilapisi CFRP
77
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK
No.
Judul
Hal
2.21 Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Tak Terkekang)
94
2.22 Diagram interaksi kolom bulat (Beton terkekang tul.transversal)
99
2.23 Diagram interaksi kolom bulat tarik
(Beton terkekang tul.transversal & CFRP)
104
2.24 Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik&tekan (Beton Terkekang
Tul.Transversal dan CFRP)
109
2.25 Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Tak Terkekang)
119
2.26 Diagram interaksi kolom Persegi (Beton terkekang tul.transversal)
124
2.27 Diagram interaksi kolom Persegi tarik
(Beton terkekang tul.transversal & CFRP)
129
2.28 Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik&tekan (Beton Terkekang
Tul.Transversal dan CFRP)
134
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
LAMBANG
a
Tinggi blok tegangan tekan persegi ekuivalen
Ag
Luas penampang
A,A A ,A
c
cc,
ccj
cj
Luas beton tanpa tulangan, luas inti beton terkekang
sengkang, luas beton yang dibungkus FRP, luas beton
efektif terkekang fiber
A (A , A )
Luas tulangan transversal pada arah x dan y
A
Luas tulangan longitudinal
b
Lebar efektif kolom
Cc
Gaya Tekan Beton
Cs
Gaya Tekan Baja
c
Tebal selimut beton
c
Garis netral balanced
D, D‟
Diameter kolom, diameter kolom terkekang tulangan
sp
sx
sl
b
sy
transversal
d ,d
x
y
Dimensi inti dihitung dari pusat keliling bundaran terhadap
x dan y
e
Eksentrisitas terhadap pusat plastis penampang
E
Modulus elastisitas fiber
f‟ c
Kekuatan tekan beton
f,F
Minimum dan maksimum kekangan lateral efektif akibat
f
sengkang
xvi
Universitas Sumatera Utara
f‟c (fcu) , f‟cc, F‟cc
Kuat tekan beton tanpa kekangan (slinder/kubus)
f
Tegangan pengekang akibat fiber
f
Tegangan lateral efektif maksimum
fj
Tegangan pada sisi dalam Jaket FRP
cp
l
F ,F
lsx
Kekangan lateral akibat sengkang pada inti beton sumbu
lsy
s dan y
f ,f
ljx
Tegangan kekangan lateral akibat lembaran fiber pada arah
ljx
x dan y
F
Tegangan leleh tulangan transversal
yh
h
Tinggi kolom
I
Momen inersia kolom
k
Faktor kelangsingan
k,k k
Faktor kenaikan kuat tekan beton (dalam dan luar)
k
Ratio kekangan efektif
P
Beban aksial
c
ci,
cj
P
n
M
n
ce
Kapasitas beban aksial nominal
Momen tahanan nominal
n
Jumlah lapisan fiber
n
Axial compression ratio
P
Gaya aksial tekan kolom
r
jari-jari sudut siku-siku kolom
s, s‟
Jarak tulangan transversal pada kolom(as-as), jarak bersih
f
sengkang
xvii
Universitas Sumatera Utara
S
Spasi lembaran fiber
CF
Ts
Tulangan yang menalami tarik
t
Tebal satu lapisan fiber
f
t ,t
x
y
Dimensi penampang melintang kolom
∏
Koefisien,3.14
Regangan
Ψ
Faktor pengali CFRP
Rasio Tulangan
Jumlah
Ø
Faktor reduksi kolom
xviii
Universitas Sumatera Utara