Analisa Dan Kajian Eksperimental Balok Beton Bertulang Hollow Menggunakan Styrofoam Pada Lentur Murni
ABSTRAK
Dari diagram tegangan, dapat dilihat bahwa tegangan tarik ditahan oleh tulangan baja dan penggunaan beton diabaikan. Maka dibutuhkan penelitian untuk membuktikan dan membandingkan tegangan yang terjadi jika pengaruh beton di daerah tarik pada lentur murni dihilangkan. Dalam penelitian ini dilakukan pada 2 (dua) buah balok beton bertulang, dimana 1 (satu) buah merupakan beton bertulang normal (tanpa hollow) dan 1 (satu) buah balok beton bertulang dengan hollow menggunakan styrofoam.
Dari hasil pengujian diperoleh bahwa lendutan dan regangan ( ) balok beton bertulang hollow mengalami peningkatan dibandingkan dengan balok beton bertulang normal. Kapasitas lentur balok beton bertulang hollow mengalami penurunan dibandingkan dengan balok beton bertulang normal. Dari hasil pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa pengaruh beton pada daerah tarik walaupun kecil tetapi tidak dapat diabaikan Kata kunci: Balok Beton Bertulang, Hollow, Regangan, Lendutan, Kapasitas Lentur.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan ridho-Nya, saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “ANALISA DAN KAJIAN EKSPERIMENTAL BALOK BETON BERTULANG HOLLOW MENGGUNAKAN STYROFOAM PADA LENTUR MURNI”.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Saya menyadari bahwa dalam penyelesaian 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. Besman Surbakti, MT. selaku dosen pembimbing, yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan, serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir.Sanci Barus, M.T. dan Bapak Ir. Robert Panjaitan, selaku dosen pembanding, yang telah banyak memberi arahan dalam tugas akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu seluruh staf 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. Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa: Fauzi’10, Rahmad ’10, Nanda ’12 dan Bagus ’12.
8. Untuk kedua orang tua yang sangat saya cintai dan hormati, Ayahanda Ir. H.
Syafruddin Nasution dan Ibunda Hj. Samijah, yang tidak pernah lelah dan jemu untuk mendo’akan dan mendukung saya. Papa yang selalu memotivasi dan mendukung baik dalam do’a dan materil, yang selalu mengingatkan untuk selalu berbuat kebaikan. Mama yang dengan kasih sayang dan kelembutan mendidik saya agar saya tumbuh menjadi seseorang yang lebih baik. Terimakasih untuk abang dan kakak-kakak saya, Novryandi S.E., Rika Syafrida Nasution S.E., Dina Sartika Nasution, S.K.M., yang menyayangi saya, yang selalu mengingatkan jika saya salah. Dan untuk adik saya,Ella Ramadayani Nasution, yang selalu mengingatkan untuk semangat menyelesaikan tugas akhir ini. Adik satu-satunya yang sangat saya sayangi.
9. Untuk sahabat, teman, abang, Muhammad Zain Fachriensyah, yang berjuang bersama, mendukung, dan membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10.Untuk sahabat-sahabatku yang selalu mendukungku dan mengingatkanku dari jauh untuk terus berjuang dalam mengerjakan tugas akhir ini: Intan Aisyah, M. Iqbalsyah, Arif Wicaksono, Margaretha, Revi. Walaupun kita jauh tetapi persahabatan kita selalu dekat.
11. Untuk rekan-rekan seperjuangan, keluarga saya di teknik sipil USU ini: Eka, Dilla, Melli, Ica, Uci, Rissa, yang telah banyak sekali membantu dalam pelaksanaan tugas akhir ini. Banyak hal yang telah dilewati bersama selama 4 tahun lebih ini. Suka, duka, telah kita lewati bersama. Dan banyak kenangan yang kita ukir di Teknik Sipil ini.
12. Untuk seluruh keluarga sipil stambuk 2010 yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Teman-teman seperjuangan yang telah banyak membantu selama proses perkuliahan bahkan dalam pengerjaan tugas akhir ini. Saya bersyukur bertemu dan menjadi bagian dari keluarga sipil 2010.
13. Adik-adik angkatan 2013 yang telah membantu saya dalam proses pengerjaan tugas akhir ini. Dan adik-adik stambuk 2011 dan 2012 yang banyak membantu saya dan mendukung saya.
14. Abang-abang dan kakak-kakak stambuk 2007, 2008, 2009 yang banyak membimbing dan memberi masukan, baik dalam masa perkuliahan maupun dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Oktober 2014 Penulis
( Cece Mandasari Nasution)
DAFTAR ISI BAB HALAMAN ABSTRAK.......................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................... ii DAFTAR ISI ...................................................................................... vi DAFTAR TABEL ................................................................................ xii DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xv DAFTAR GRAFIK .............................................................................. xvii DAFTAR NOTASI .............................................................................. xix I PENDAHULUAN ...............................................................................
1 1.1. Latar Belakang.......................................................................
1 1.2. Perumusan Masalah ...............................................................
5 1.3. Tujuan Penelitian ...................................................................
5 1.4. Metode Penelitian ..................................................................
6 1.5. Batasan Masalah ....................................................................
7 1.6. Mekanisme Pengujian.........................................................
8 1.6.1. Alat dan Bahan Pengujian.........................................
8 1.6.2. Pelaksanaan Penelitian ..............................................
9
1.6.3. Rencana Benda Uji....................................................
11 1.7. Sistematika Penulisan.....................................................
13 II TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................
15 2.1. Pengertian Beton .............................................................................
15 2.2. Bahan-Bahan Campuran Beton ........................................................
16 2.2.1. Agregat ................................................................................
16 2.2.1.1. Agregat Kasar ......................................................
16 2.2.1.2. Agregat Halus ......................................................
17 2.2.2. Semen ..................................................................................
17 2.2.3. Air ........................................................................................
18 2.2.4. Bahan Kimia Pembantu (ChemicalAdmixtures) ...................
19 2.2.5. Styrofoam ............................................................................
20 2.3. Sifat Beton .......................................................................................
20 2.3.1. Beton Segar..........................................................................
20 2.3.2. Beton Keras..........................................................................
23 2.4. Kekuatan Baja Tulangan ..................................................................
28 2.5. Perilaku Regangan-Tegangan Beton ...............................................
30 2.5.1. Regangan – Tegangan Balok Beton Bertulang .................
32
2.6. Balok Beton Bertulang ...........................................................
33 2.6.1. Analisa Balok Beton Bertulang .........................................
34
2.6.1.1. Analisa Balok Terlentur Tulangan Tarik (Tunggal) ...................................................
34
2.6.1.2.Analisis Balok Terlentur Tulangan Tekan-Tarik (Rangkap) .......................................
37 2.7. Retak ..........................................................................................
39 2.8. Lendutan .........................................................................................
41 2.8.1. Perhitungan Lendutan......................................................
42 III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................................
44 3.1. Perhitungan Benda Uji Balok Beton Bertulang ...............................
44 3.1.1. Benda Uji Balok Beton Bertulang Normal.............................
44 3.2. Pembuatan Benda Uji......................................................................
49 3.2.1. Perencanaan Campuran Beton ..........................................
49
3.2.1.1. Perencanaan Campuran Benda
Uji Silinder ...........................................................
49
3.2.1.2. Perencanaan Campuran Benda Uji Balok
Beton Bertulang ..................................................
50
3.2.2. Persiapan Benda Uji ...........................................................
52 3.2.2.1. Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder..............
52
3.2.2.2. Persiapan Pembuatan Benda Uji Balok Beton Bertulang ..................................................
54 3.2.3. Pengecoran Benda Uji ........................................................
54 3.2.4. Perawatan Benda Uji..........................................................
56 3.3. Pengujian Benda Uji..........................................................................
58 3.3.1. Pengujian Kuat Benda Uji Silinder .......................................
58 3.3.2. Pengujian Kuat Tarik Belah Benda Uji Silinder ....................
60 3.3.3. Pengujian Kuat Lentur Balok Beton Bertulang...................
61 3.4. Bagan Alir Percobaan (Flow Chart)...................................................
64 IVANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN .....................................
65 4.1. Hasil Pengujian Kuat Tekan dan Kuat Tarik ......................................
65 4.1.1. Kuat Tekan Silinder Beton ...................................................
65 4.1.2. Kuat Tarik Belah Silinder Beton ...........................................
67 4.2. Pengujian Lendutan Balok Beton Berulang ...................................
69 4.2.1. Pengujian Balok Beton Bertulang Normal...........................
70 4.2.2. Pengujian Balok Beton Bertulang Hollow............................
72
4.3. Lendutan Balok Secara Teoritis .....................................................
74 4.4. Kekakuan .......................................................................................
84 4.5 Pengujian Regangan Balok Beton Bertulang .................................
88 4.6. Hubungan Tegangan-Regangan ....................................................
95
4.6.1. Hubungan Tegangan-Regangan Beton Balok Beton Bertulang .................................................................
95
4.6.2. Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik Balok Beton Bertulang ..............................................
98
4.7. Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang ....................................... 100
4.8. Diskusi Hasil Pengujian Balok Beton Bertulang Normal dan Hollow........................................................................ 107
V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 110
5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 110
5.2. Saran................................................................................................ 111 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................ xxi LAMPIRAN ....................................................................................... xxii Pemeriksaan Kadar Lumpur Agregat Halus untuk Material Beton .............................................................................. xxiii
Berat Jenis dan Absorbsi Agregat Halus Untuk Material Beton.............................................................................. xxiv Berat Isi Agregat Halus untuk Material Beton ........................................ xxv Kesimpulan Pemeriksaan Agregat Halus................................................. xxvi Pemeriksaan Kadar Lumpur Agregat Kasar untuk Material Beton .............................................................................. xxvii Berat Isi Agregat Kasar untuk Material Beton......................................... xxviii Berat Jenis dan Absorbsi Agregat Kasar untuk Material Beton .............................................................................. xxix Analisa Ayakan Agregat Kasar untuk Material Beton ............................. xxx Kesimpulan Pemeriksaan Agregat Kasar................................................. xxxi Pengujian Kokoh Tekan Beton ................................................................ xxxii Concrete Mix Design f’c 25 ..................................................................... xxxiii
DAFTAR TABEL TABEL
HALAMAN 1.1. Potongan Memanjang Benda Uji Balok Beton Bertulang........
11 2.1. Hubungan antara Umur dan Kuat Tekan Beton.........................
66 4.2. Hasil Pengujian Kuat Tarik Beton.............................................
79
4.5. Lendutan Secara Teoritis Balok Beton Bertulang Normal Sebelum Retak..............................................................
72
4.4. Data Hasil Pengujian lendutan Balok Beton Bertulang Hollow.................................................
70
4.3. Data Hasil Pengujian lendutan Balok Beton Bertulang Normal..................................................
67
52 4.1. Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton............................................
23 2.2. Tulangan Ulir dan Ukurannya...................................................
11 1.2. Rencana Benda Uji Silinder.......................................................
51
3.2. Komposisi Rencana Benda Uji Balok beton Bertulang Normal..................................................
50
41 3.1. Komposisi Rencana Benda Uji Silinder Beton Normal.............
41 2.4. Lendutan Maksimum Yang Diizinkan.......................................
29 2.3. Lebar Retak Yang Diizinkan......................................................
3.3. Komposisi Rencana Benda Uji Balok Beton Bertulang Hollow..................................................
4.6. Lendutan Secara Teoritis Balok Beton Bertulang Normal Setelah Retak................................................................
85
s
) dan Regangan Tulangan Tarik (ε
c
4.16. Hasil Perhitungan Regangan Tegangan Beton (ε
91
) pada Balok Beton Bertulang Normal............................................................
s
) dan Regangan Tulangan Tarik (ε
c
4.15. Hasil Perhitungan Regangan Tegangan Beton (ε
86
4.14. Kekakuan Balok Beton Bertulang Hollow Berdasarkan Perhitungan Teoritis Lendutan.............................
4.13. Kekakuan Balok Beton Bertulang Normal Berdasarkan Perhitungan Teoritis Lendutan.............................
80
85
4.12. Kekakuan Balok Beton Bertulang Hollow Berdasarkan Pengujian Lendutan .............................................
84
4.11. Kekakuan Balok Beton Bertulang Normal Berdasarkan Pengujian Lendutan ............................................
82
4.10. Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Teoritis pada Balok Beton Bertulang Hollow...........................
82
4.9. Lendutan Secara Teoritis Balok Beton Bertulang Hollow Setelah Retak................................................................
82
4.8. Lendutan Secara Teoritis Balok Beton Bertulang Hollow Sebelum Retak..............................................................
80
4.7. Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Teoritis pada Balok Beton Bertulang Normal..................................................
) pada Balok
Beton Bertulang Hollow............................................................
91
4.17. Hubungan Tegangan-Regangan Beton pada Balok Beton Bertulang Normal dan Hollow........................................
96
4.18. Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik pada Balok Beton Bertulang Normal dan Hollow.............................
98
4.19. Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang Normal .................... 104
4.20. Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang Hollow .................... 104
4.21. Hasil Lendutan Balok Beton Bertulang Normal dan Hollow ... 107
4.22. Regangan dan Tegangan Maksimum Balok Beton Bertulang Normal dan Hollow.................................................. 108
5.1 Koefisien Perbandingan Beban Runtuh Balok Beton Bertulang Normal dan Balok Beton Bertulang Hollow............................. 110 1.1. Potongan Memanjang Benda Uji Balok Beton Bertulang ........
7
1.2. Potongan Memanjang Benda uji Balok Beton Bertulang Hollow......................................................................
7
1.3. Penempatan Beban, Pen Pembaca Regangan dan Dial Indicator pada Balok Beton Bertulang Biasa ....................
12
1.4. Penempatan Beban, Pen Pembaca Regangan dan Dial Indicator pada Balok Beton Bertulang Hollow.................
12 2.1. Skema Bahan Penyusun Beton .................................................
16 2.2. Pembebanan Pada Pengujian Tarik Belah Beton Silinder ........
27 2.3. Hubungan Tegangan-Regangan Linier .....................................
31 2.4. Hubungan Tegangan-Regangan Non-Linier.............................
32
2.5. Deformasi Lentur Balok Beton Bertulang ................................
53 3.7. Rakit Tulangan.........................................................................
61 3.16. Dial Indicator ...........................................................................
60 3.15. Penempatan Beban dan Dial Indicator Pada Balok ..................
59 3.14. Benda Uji Ketika Tes Kuat Tarik ............................................
59 3.13. Benda Uji Setelah Diberi Beban ..............................................
58 3.12. Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder ...............................
3.11. Perawatan Benda Uji Silinder Beton dengan Cara Merendam
56
55 3.10. Pengujian Slump.......................................................................
54 3.9. Mesin Pengaduk/Molen ...........................................................
54 3.8. Cetakan Benda Uji Balok Beton Bertulang .............................
53 3.6. Cetakan Benda Uji Silinder .....................................................
32
51 3.5. Kerikil ......................................................................................
50 3.4. Dimensi Balok Beton Bertulang Hollow .................................
48 3.3. Dimensi Balok Beton Bertulang Normal .................................
44 3.2. Sketsa Pembebanan Balok Beton Bertulang.............................
3.1. Sketsa Perencanaan Balok Beton Bertulang Tanpa Hollow (Normal)...........................................................
38
35 2.9. Analisi Balok Bertulangan Rangkap.........................................
35 2.8. Analisa Balok Beton Bertulang Tarik.......................................
34 2.7. Diagram Tegangan Ekivalen Whitney......................................
2.6. Diagram Tegangan-Regangan Saat Balok dalam Kondisi Regangan Seimbang ....................................................
62
3.17 Manometer Jack .......................................................................
62 3.18 Pengujian Balok Beton Bertulang Normal ..............................
63 3.19 Pengujian Balok Beton Bertulang Hollow...............................
63 4.1. Pembebanan Terpusat ..............................................................
74 4.2. Pembebanan Akibat Berat Sendiri ...........................................
75 4.3. Suatu Elemen dari Pipa yang Melengkung ..............................
83
DAFTAR GRAFIK GRAFIK
HALAMAN
4.1. Hubungan Beban dengan Lendutan Balok Beton Bertulang Normal ..........................................................
71
4.2. Hubungan Beban dengan Lendutan Balok Beton Bertulang Hollow ..........................................................
73 4.3. Hubungan Beban dengan Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Teoritis pada Balok Beton Bertulang Normal ..................................................................
81
4.4. Hubungan Beban dengan Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Teoritis Balok Beton Bertulang Hollow..............................................................
83
4.5. Hubungan Kekakuan dengan Lendutan Berdasarkan Pengujian Balok Beton Bertulang Normal .........
86
4.6. Hubungan Kekakuan dengan Lendutan Berdasarkan Pengujian Balok Beton Bertulang Hollow..........
87
4.7. Hubungan Kekakuan dengan LendutanBerdasarkan Perhitungan Teoritis Balok Beton Bertulang Normal..............
87
4.8. Hubungan Kekakuan dengan Lendutan Berdasarkan Perhitungan Teoritis Balok Beton Bertulang Hollow ..............
88
c)
4.9. Hubungan Beban dengan Regangan Beton (ε pada Balok Beton Bertulang Normal dan Hollow............................
93
4.10. Hubungan Beban dengan Regangan Tulangan Tarik (εs) pada Balok BertulangNormal dan Hollow...............................
94
4.11. Hubungan Tegangan dengan Regangan Beton (ε
c
) pada Balok Beton Bertulang Normal ...............................................
97
4.12. Hubungan Tegangan dengan Regangan Beton (εc) pada Balok Beton Bertulang Hollow................................................
97
4.13. Hubungan Tegangan dengan Regangan Tulangan Tarik (εs) pada Balok Beton Bertulang Normal ......................
99
4.14. Hubungan Tegangan dengan Regangan Tulangan Tarik (εs) pada Balok Beton Bertulang Hollow.......................
99
4.15. Hubungan Beban dengan Tegangan Lentur pada Balok Beton Bertulang Normal dan Hollow ...................................... 106
DAFTAR NOTASI
f’c : kekuatan tekan (MPa) P : beban tekan (kg) A : luas permukaan benda uji (mm
2
) SD : standar deviasi σ’b : kekuatan masing-masing benda uji (N/mm
2
) σ’bm : kekuatan beton rata-rata (N/mm
2
) N : jumlah total benda uji hasil pemeriksaan / jumlah data ft : kuat tarik belah (Mpa)
: Tegangan Beton (MPa) Ec : modulus elastic beton (MPa) N D : resultante seluruh gaya tekan pada daerah di atas garis netral N
T
: resultante seluruh gaya tarik pada daerah di bawah garis netral M R : momen tahanan (Nmm) z : jarak antara resutante tekan dan tarik (mm) c : jarak serat tekan terluar ke garis netral (mm) fy : tegangan luluh tulangan (MPa) As : luas tulangan balok seimbang (mm
2
) ρ : ratio penulangan d : tinggi efektif balok (mm) b : lebar balok (mm)
β1 : konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton : Momen inersia efektif (mm
4
) : Momen beban layan maksimum yang terjadi pada kondisi yang diharapkan : Momen inersia penampang (mm
4
) r : Momen inersia transformasi pada penampang retak (mm
4
) r : Momen retak (Nmm) fr : Modulus retak beton (MPa) = 0,7 ′ yt : jarak dari garis netral penampang utuh ke serat tepi tertarik
(mengabaikan tulangan baja) = 12 ℎ q : berat sendiri balok (N/mm) ′ : regangan tulangan tekan
: regangan tulangan tarik : regangan beton
Mn : Momen nominal (Nmm) Δ : lendutan (mm) fc : tegangan beton fs : tegangan tulangan tarik