Studi Eksperimental Kuat Lentur Pada Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U Di Daerah Tarik
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 : 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 (ε c ) sebesar 6,997 % dan penurunan regangan tulangan baja tarik (ε s ) sebesar 6,692 %.
Keywords : Lendutan, Regangan, Balok Beton Bertulang, Perkuatan Baja Ringan
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 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
Halaman ABSTRAK
2 1.3. Tujuan Penelitian .............................................................
13 2.2.2. Baja Tulangan .......................................................
11 2.2.1.4. Modulus Elastisitas Beton .......................
10 2.2.1.3. Tegangan –Regangan Beton ....................
8 2.2.1.2. Kekuatan Tarik Beton ..............................
8 2.2.1.1. Mutu/Kuat Tekan Beton ...........................
8 2.2.1. Beton ......................................................................
7 2.2. Sifat Bahan ......................................................................
6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum ..............................................................................
5 1.6. Sistematika Penulisan ......................................................
3 1.5. Batasan Masalah ...............................................................
2 1.4. Metode Penelitian .............................................................
1 1.2. Rumusan Masalah ............................................................
............................................................................................. i
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ..................................................................
.............................................................................. xi
DAFTAR NOTASI
.......................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR
............................................................................... viii
DAFTAR TABEL
......................................................................................... iv
DAFTAR ISI
........................................................................ ii
KATA PENGANTAR
14
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)
27 2.9. Lendutan Pada Balok .....................................................
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
3.6.2. 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
4.5. 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
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ....................................................................... 117
5.2. Saran ................................................................................. 117
DAFTAR PUSTAKA
.......................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN
...................................................................... xiv
Halaman Tabel 2.1. Tabel Perbandingan Benda Uji dan Kuat Tekan ......................
9 Tabel 2.2. Tabel Konversi Kuat Tekan f c ’ 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 109Tabel 4.12. Perbandingan Beban Teoritis dan Percobaan Balok II Perkuatan 113Halaman Gambar 1.1. Balok dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U ..................
24 Gambar 2.10. Hubungan Antara Beban dan Defleksi pada Balok Beton Bertulang .............................................................................................
37 Gambar 3.4. Mesin Pengaduk ( Molen ) ..................................................
36 Gambar 3.3. Cetakan ( Bekisting ) Benda Uji..........................................
35 Gambar 3.2. Bahan Pembuatan Benda Uji...............................................
31 Gambar 3.1. Cetakan Benda Uji Silinder .................................................
31 Gambar 2.15. Diagram Momen dan Lendutan...........................................
28 Gambar 2.14. Perilaku Keruntuhan Balok .................................................
28 Gambar 2.13. Diagram Momen Kurvatur ..................................................
26 Gambar 2.12. Variasi Tegangan Sepanjang Balok.....................................
25 Gambar 2.11. Daerah Batas Kekuatan Tarik dan Tekan ............................
22 Gambar 2.9. Blok Tegangan Ekivalen .....................................................
3 Gambar 1.2. Baja Ringan Profil U TS.40.45............................................
21 Gambar 2.8. Distribusi Tegangan-Regangan ...........................................
21 Gambar 2.7. Diagram Penyebaran Tegangan Normal .............................
18 Gambar 2.6. Diagram Momen dan Lintang .............................................
16 Gambar 2.5. Letak Tulangan dalam Balok Beton Bertulang ...................
13 Gambar 2.4. Profil Baja............................................................................
12 Gambar 2.3. Kurva Tegangan-Regangan .................................................
12 Gambar 2.2 Kurva Tegangan-Regangan berbagai Kuat Tekan ..............
4 Gambar 2.1. Regangan (strain) ................................................................
4 Gambar 1.3. Perletakan Balok Beton Bertulang .....................................
38
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
f c ' mutu beton (N/mm
) q perkuatan berat sendiri baja ringan (kg/m) N D resultan gaya tekan dalam N T resultan gaya tarik dalam A luas penampang baja ringan (m
4
) I g momen inersia penampang utuh (mm
4
) E c modulus elastisitas beton (N/mm
3
) δ deformasi/lendutan (m) P beban yang bekerja (N) L panjang bentang (mm
3
) a intensitas tegangan tekan beton rata-rata γ bj berat jenis baja ringan (kN/m
2
3
2
) b lebar balok (mm) h tinggi balok (mm) q c berat sendiri beton (kg/m) γ c berat jenis beton bertulang (kN/m
4
momen inersia penampang (mm
g
I
) E c modulus elastisitas (MPa)
2
) f u tegangan tarik batas baja (N/mm
2
) f y kuat leleh baja (N/mm
) n nilai konversi baja ke beton z jarak pemisah resultan gaya tarik dan gaya tekan E y modulus elastisitas baja I
bj
) D diameter tulangan (mm) r jari-jari (mm) M cr momen retak (Nmm) K kuat tekan karakteristik (kg/cm
1
) f tegangan lentur M momen yang bekerja pada balok c jarak serat terluar ke garis netral I momen inersia penampang balok β
3
regangan/strain baja ε y regangan/strain beton Δ l perubahan panjang (cm) w c berat isi beton (kg/m
s
) ε
2
2
momen inersia baja ringan (mm
) A s ’ luas penampang tulangan tekan (mm
2
) y titik berat penampang (mm) A s luas penampang tulangan tarik (mm
4
modulus retak beton (N/mm
r
) f
4
konstanta fungsi dari kuat tekan θ perubahan sudut balok