TUGAS AKHIR - Perkuatan Struktur Beton Bertulang Pasca Kebakaran (Studi Kasus di Gedung Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam)

PERKUATAN STRUKTUR BETON BERTULANG PASCA KEBAKARAN

  

(STUDI KASUS GEDUNG FAKULTAS MATEMATIKA

DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS

SUMATERA UTARA) TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh

Ujian Sarjana Teknik Sipil

  Disusun oleh :

  

Jostar Maranatha Turnip

09 0404 087

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

  

2014

HALAMAN PERSEMBAHAN

  v

  Dan jikalau kita tahu, bahwa Ia mengabulkan apa saja yang kita minta, maka kita juga tahu, bahwa kita telah memperoleh segala sesuatu yang telah kita minta kepada-Nya. (1 Yohanes 5:15)

  Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada orang tua saya, Ibu H. br Manalu, Kakak saya, Meta Eflin Turnip, dan Abang saya, Arnold Turnip.

  Terima kasih kasih sayang kalian selama ini.

  

ABSTRAK

  Struktur beton bertulang dirancang sedemikian rupa agar mampu menahan kombinasi beban yang bekerja pada struktur. Terjadinya peningkatan temperatur yang cukup tinggi pada struktur beton bertulang, seperti peristiwa kebakaran akan berdampak terhadap berkurangnya daya layan dari struktur tersebut, baik pada kuat tekan beton maupun kuat tarik baja tulangan. Sehingga penelitian terhadap struktur beton bertulang pasca kebakaran perlu dilakukan untuk memperloleh estimasi kekuatan struktur. Penelitian berdasarkan analisis perhitungan dan investigasi di lapangan akan menghasilkan solusi dilakukannya perkuatan pada struktur atau tidak.

  Penelitian ini bertujuan memberikan rekomendasi metode perkuatan yang paling efektif dan ekonomis pada struktur beton bertulang dengan melakukan analisis perhitungan dan biaya dari dua jenis metode perkuatan yang direncanakan, yaitu: metode perkuatan dengan Carbon-Fiber Reinforced Polymer

  (CFRP) dan metode perkuatan dengan Concrete Jacketing.

  Masing-masing metode perkuatan memberikan peningkatan kapasitas lentur pada balok secara signifikan dengan nilai momen tahanan yang tidak jauh berbeda. Perbandingan analisa biaya antara kedua metode menunjukkan perbedaan harga yang cukup jauh, yang mana total analisa biaya dengan metode

  Carbon-FRP lebih murah dibanding dengan metode Concrete Jacketing.

  Sehingga, metode perkuatan dengan Carbon-FRP direkomendasikan berdasarkan pertimbangan kapasitas yang efektif dan lebih efisien untuk aplikasi di lapangan. Kata Kunci: beton bertulang pasca kebakaran, perkuatan struktur, Carbon-Fiber

  Reinforced Polymer (CFRP), Concrete Jacketing, analisa biaya

  vi

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat, kasih, dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan tugas akhir ini dengan baik.

  Tugas akhir yang berjudul Perkuatan Struktur Beton Bertulang Pasca Kebakaran (Studi Kasus di Gedung Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam) disusun sebagai salah satu syarat untuk memeroleh gelar Sarjana Teknik Sipil pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan sebagai Ketua Departemen dan dosen pembimbing, serta Bapak M. Agung Putra Handana, ST. MT. yang juga sebagai dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan, arahan, serta motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  2. Bapak Ir. Syahrizal, MT. dan Bapak Ir. Robert Panjaitan sebagai dosen pembanding dan penguji yang memberikan saran dan kritik yang membangun kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Sanci Barus, MT. selaku Koordinator Bidang Studi Struktur Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  vii

  4. Seluruh dosen/ staf pengajar di Departemen Teknik Sipil yang telah memberikan bimbingan dan pengajaran kepada penulis selama masa perkuliahan.

5. Seluruh staf pegawai di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  6. Kedua orang tua tercinta, Bapak S. Turnip (Alm) dan Ibu H. br Manalu penulis selama menjalankan masa perkuliahan hingga menyelesaikan tugas akhir ini.

  7. Kakak dan abangku tercinta, Meta Eflin Turnip dan Arnold Turnip yang telah banyak memberikan motivasi dan bantuan materi dalam penyelesaian tugas akhir ini.

  8. Teman dekatku, Rahyu Swisty Sipayung, S.Pd yang telah memberikan banyak bantuan, dukungan, serta doa kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

  9. Sahabat seperjuangan selama penelitian, Frengky Alberto Nainggolan, serta teman-teman di Teknik Sipil USU, Sahala M Sinaga, Wahyu Agriva, Agrifa Sianipar, Hasoloan Sinaga, Erik Wansen, Edwin Simbolon, Abraham Marpaung, Suparta Sihite, Adi Pranata, Antonius Ariyoga, Grace Simamora, Erin Sebayang, Elgina Manalu, Sandy C Sinaga, Plani Purba, Yessica Sihotang, Elisa Purba, Sumihar Pasaribu, Maria Samosir, Desi Pardede, dan teman-teman stambuk 2009 yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

10. Teman-teman kostku, Elsa Manik S.Ab, Loly Manik S.S, Daniel Simbolon

  A.Md, bang Boin Sirait ST, kak Endang Wijayanti S.Pd, Febrison Sirait, dan Irma Sirait yang memberikan dukungan dalam penyelesaian tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca untuk penyempurnaan tugas akhir ini.

  Akhir kata, penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat dalam menambah wawasan serta pengetahuan pembaca.

  Medan, Oktober 2014 Penulis Jostar Maranatha Turnip 09 0404 087

  DAFTAR ISI

  Halaman HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. iv HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... v ABSTRAK ............................................................................................................ vi KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii DAFTAR ISI ......................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ x DAFTAR GRAFIK ............................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xii DAFTAR NOTASI ............................................................................................... xiii

  BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ................................................................................. 1 1.2. Rumusan Masalah ............................................................................ 3 1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................. 4 1.4. Manfaat Penelitian ........................................................................... 4 1.5. Batasan Penelitian ............................................................................ 4 1.6. Sistematika Penulisan ...................................................................... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA viii

  2.1. Beton Bertulang ............................................................................... 7 2.2.

  Elemen Struktur Gedung ................................................................. 8 2.2.1.

  Balok ................................................................................. 9 2.2.2. Kolom ............................................................................... 15 2.2.2.1.

  Kolom pendek .................................................... 16 2.2.2.2. Kolom langsing .................................................. 18

  Pengaruh Temperatur Tinggi Terhadap Sifat Fisis Beton Bertulang .......................................................................................... 20 2.4. Pengaruh Peningkatan Temperatur Terhadap Sifat Mekanis

  Beton ................................................................................................ 24 2.4.1.

  Kuat tekan beton ............................................................... 25 2.4.2. Modulus elastisitas dan modulus geser beton ................... 27 2.5. Pengaruh Peningkatan Temperatur Terhadap Sifat Mekanis Baja

  Tulangan .......................................................................................... 29 2.5.1.

  Kuat tarik baja tulangan .................................................... 29 2.5.2. Modulus elastisitas baja tulangan ..................................... 30 2.6. Jenis dan Klasifikasi Kerusakan Struktur Beton Bertulang Pasca

  Kebakaran ........................................................................................ 31

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian ....................................................................... 33 3.2. Bagan Alir Penelitian ....................................................................... 35 3.3. Pengujian Karakteristik Beton Dengan Rebound Hammer ............. 37 3.4. Pengambilan Sampel Beton Dengan Uji Core Drill ........................ 38

  3.5. Pengaujian Kuat Tekan Dengan Compression Testing Machine

  (CTM) ............................................................................................... 43 3.6.

  Identifikasi Visual dan Pengambilan Sampel Baja Tulangan .......... 45 3.7. Pengujian Kuat Tarik Baja Tulangan Dengan Universal Testing

  Machine (UTM) ............................................................................... 46 3.7.1.

  Benda uji baja tulangan ..................................................... 48 Prosedur pengujian ............................................................ 49 3.8. Metode Perkuatan Dengan Carbon-Fiber Reinforced Polymer

  (CFRP) ............................................................................................. 50 3.9.

  Metode Perkuatan Dengan Concrete Jacketing ............................... 54 3.10.

  Analisa Struktur Menggunakan Program SAP2000 v14 ................. 56 3.11. Analisa Kolom Menggunakan Program PCA Col 3.63 ................... 58

  BAB IV TINJAUAN PUSTAKA 4.1. Denah Eksisting dan Pemodelan Struktur ....................................... 59 4.2. Hasil Pengujian Material Struktur Pasca Kebakaran ....................... 61 4.2.1. Pengujian dengan Rebound Hammer ................................ 61 4.2.2. Pengujian kuat tekan sampel Core Drill ........................... 63 4.2.3. Pengujian kuat tarik baja tulangan .................................... 64 4.3. Pembahasan Penelitian ..................................................................... 65 4.3.1. Hasil analisa struktur menggunakan Program SAP2000 .. 65 4.3.2. Perhitungan analisa struktur gedung pasca kebakaran ...... 66 4.3.2.1. Perhitungan momen tahanan balok utama memanjang (bentang 9,3 meter) ........................ 68

  4.3.2.2. Perhitungan momen tahanan balok utama melintang (bentang 7,3 meter) ........................... 71

  2

  Polymer .............................................................. 113 4.3.5.2.

  Perkuatan dengan Carbon-Fiber Reinforced

  ) bentang 7,3 meter ............................................................ 106 4.3.5. Perancangan perkuatan struktur ........................................ 113 4.3.5.1.

  2

  4.3.4.2. Balok utama melintang (90 x 40 cm

  ) bentang 9,3 meter ............................................... 103

  2

  Balok utama memanjang (90 x 40 cm

  Jacketing ........................................................................... 103 4.3.4.1.

  ) bentang 7,3 meter ............................................................ 90 4.3.4. Perhitungan perkuatan lentur balok dengan Concrete

  4.3.3.2. Balok utama melintang (90 x 40 cm

  4.3.2.3. Perhitungan gaya geser tahanan balok utama (90 x 40 cm

  ) bentang 9,3 meter ............................................... 81

  2

  Balok utama memanjang (90 x 40 cm

  Fiber Reinforced Polymer (CFRP) ................................... 81 4.3.3.1.

  4.3.3. Perhitungan perkuatan lentur balok dengan Carbon-

  ) ...................................................... 75 Rekapitulasi hasil analisa struktur gedung pasca kebakaran ................................................. 78

  2

  (50 x 80 cm

  ) ...................................................... 73 4.3.2.4. Perhitungan beban aksial dan momen kolom

  2

  Perkuatan dengan Concrete Jacketing ............... 117

  4.3.6. Perencanaan analisa biaya ................................................. 121 4.3.6.1.

  Perhitungan biaya pekerjaan perkuatan dengan

  Carbon-Fiber Reinforced Polymer (CFRP) ...... 121 4.3.6.2.

  Perhitungan biaya pekerjaan perkuatan dengan

  Concrete Jacketing ............................................ 123

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ...................................................................................... 125 5.2. Saran ................................................................................................ 126 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... xiv LAMPIRAN .......................................................................................................... xv

  ix

  30 ......... 54

Tabel 4.9. Perhitungan Biaya Pekerjaan Perkuatan Dengan Carbon-Fiber

  Setelah Diperkuat Dengan Concrete Jacketing ............................ 117

Tabel 4.8. Perbandingan Momen Ideal Dengan Kapasitas Momen Lentur

  Setelah Diperkuat Dengan CFRP ................................................. 113

Tabel 4.7. Perbandingan Momen Ideal Dengan Kapasitas Momen LenturTabel 4.6. Hasil Perhitungan Gaya Geser Balok Pasca Kebakaran ............... 80Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Momen Lentur Balok Pasca Kebakaran .......... 79Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sampel Baja Tulangan ........................................ 64Tabel 4.3. Hasil Pengujian Sampel Core Drill .............................................. 64Tabel 4.2. Hasil Pengujian Rebound Hammer Balok Lantai 3 ...................... 62Tabel 4.1. Hasil Pengujian Rebound Hammer Kolom Lantai 3 ..................... 61

  ®

  DAFTAR TABEL

Tabel 3.6. Uji Tegangan Tarik Bahan Perekat Struktural SikadurTabel 3.5. Uji Tegangan Tarik Bahan Perekat Struktural .............................. 54Tabel 3.4. Uji Material Carbon-Fiber Reinforced Polymer .......................... 53Tabel 3.3. Tipe Material Carbon-Fiber Reinforced Polymer ........................ 53

  1 .......................................................................... 42

Tabel 3.2. Faktor Pengali CTabel 3.1. Faktor Pengali C .......................................................................... 41

  “Visual Damage” ....................................................... 23

Tabel 2.2. Klasifikasi

  Lendutan Tidak Dihitung .............................................................. 10

Tabel 2.1. Tebal Minimum Balok Non-Prategang atau Pelat Satu Arah Bila

  Reinforced Polymer (CFRP) ......................................................... 121

  ix

Tabel 4.10. Perhitungan Biaya Pekerjaan Perkuatan Dengan Concrete

  Jacketing ....................................................................................... 123

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Lokasi Kebakaran Gedung Fakultas MIPA ............................... 2Gambar 1.2. Tampak Samping Sisi Selatan Gedung Fakultas MIPA ............ 2Gambar 2.1. Distribusi Tegangan-Regangan Pada Balok Tulangan Tunggal 11Gambar 2.2. Bentuk Penampang Kolom ........................................................ 15Gambar 2.3. Tekan Eksentris, Kekuatan Batas .............................................. 18Gambar 2.4. Perubahan Warna Akibat Kebakaran Pada Balok ...................... 21Gambar 2.5. Spalling dan Crazing .................................................................. 22Gambar 2.6. Retak (cracking) Pada Balok ..................................................... 23Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian ................................................................. 36Gambar 3.2. Ilustrasi Skematik Cara Kerja Rebound Hammer ...................... 37Gambar 3.3. Alat Core Drill ........................................................................... 39Gambar 3.4. Alat Compression Testing Machine (CTM) ............................... 45Gambar 3.5. Alat Gerinda ............................................................................... 46Gambar 3.6. Alat Universal Testing Machine (UTM) .................................... 47Gambar 3.7. Benda Uji Tulangan Polos Diameter

  ≤13 mm ........................... 48

Gambar 3.8. Benda Uji Tulangan Polos dan Ulir (deform) Diameter >13 mm 49Gambar 3.9. Penampang Melintang Kolom dengan Concrete Jacketing ....... 55Gambar 3.10. Penampang Melintang Balok dengan Concrete Jacketing ........ 55Gambar 4.1. Denah Eksisting Gedung Lantai 3 ............................................. 59Gambar 4.2. Tampak

  3D Sisi Depan-Samping Gedung Fakultas MIPAUniversitas Sumatera Utara ............................................. 60 x

Gambar 4.3. Tampak 3D Sisi Belakang-Samping Gedung Fakultas MIPA

  Universitas Sumatera Utara ....................................................... 60

Gambar 4.4. Diagram Interaksi P-M Kolom Pasca Kebakaran Menggunakan

  Program PCA Col ...................................................................... 78

Gambar 4.5. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada

  Penampang Balok Tumpuan Arah Memanjang Dengan

Gambar 4.6. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada

  Penampang Balok Tumpuan Arah Melintang Dengan Perkuatan CFRP ......................................................................... 91

Gambar 4.7. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada

  Penampang Balok Lapangan Arah Melintang Dengan Perkuatan CFRP ......................................................................... 98

Gambar 4.8. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada

  Penampang Balok Tumpuan Arah Memanjang Dengan Perkuatan Concrete Jacketing .................................................... 105

Gambar 4.9. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada

  Penampang Balok Tumpuan Arah Melintang Dengan Perkuatan Concrete Jacketing .................................................... 108

Gambar 4.10. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada

  Penampang Balok Lapangan Arah Melintang Dengan Perkuatan Concrete Jacketing .................................................... 111

Gambar 4.11. Denah Perkuatan Dengan Carbon-FRP Balok Lantai 3 ............ 114Gambar 4.12. Tipikal Perkuatan Dengan Carbon-FRP Balok Utama

  Memanjang ................................................................................ 115

Gambar 4.13. Tipikal Perkuatan Dengan Carbon-FRP Balok Utama

  Melintang ................................................................................... 116

Gambar 4.14. Denah Perkuatan Dengan Concrete Jacketing Balok Lantai 3 .. 118Gambar 4.15. Tipikal Perkuatan Dengan Concrete Jacketing Balok UtamaGambar 4.16. Tipikal Perkuatan Dengan Concrete Jacketing Balok Utama

  Melintang ................................................................................... 120

  DAFTAR GRAFIK

  Grafik 2.1. Kuat Tekan Beton Dengan Agregat yang Mengandung Silika ..... 26 Grafik 2.2. Kuat Tekan Beton Dengan Agregat Ringan ................................. 26 Grafik 2.3. Kuat Tekan Beton Dengan Agregat yang Mengandung Karbon .. 27 Grafik 2.4. Hubungan Tegangan Regangan Beton Normal Tanpa Beban

  Aksial Pada Temperatur Tinggi .................................................... 27 Grafik 2.5. Modulus Elastisitas Beton Pada Temperatur Tinggi .................... 28 Grafik 2.6. Modulus Geser Beton Pada Temperatur Tinggi ........................... 29 Grafik 2.7. Kuat Tarik Beberapa Jenis Baja Tulangan Pada Temperatur

  Tinggi ............................................................................................ 30 Grafik 2.8. Modulus Elastisitas Baja Tulangan Pada Temperatur Tinggi ....... 31 Grafik 3.1. Diagram Tegangan-Regangan antara material FRP (Carbon,

  Aramide, dan Glass) dan Baja ...................................................... 51

  Grafik 3.2. Respon Spektrum Gempa Wilayah 3 ............................................ 57 xi