Perilaku Beton Bertulang Pasca Bakar (Studi Kasus Di Laboratorium Biologi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara)
PERILAKU BETON BERTULANG PASCA BAKAR
(STUDI KASUS DI LABORATORIUM BIOLOGI 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 :
Frengky Alberto Nainggolan
09 0404 092
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
ABSTRAK
Jika pada sebuah gedung yang terbuat dari stuktur beton terbakar, maka daya
layan dari struktur bangunan tersebut akan berkurang. Untuk mengetahui penurunan
daya layan tersebut, maka dapat dilakukan investigasi terhadap beton bertulang
tersebut berupa visual inspection untuk mendapat jenis kerusakan berupa spalling,
crazing, dan cracking;non-destructive test dengan pengambilan data hammer test;
dan destructive test dengan pengambilan sampel core drill dan pengambilan sampel
tulangan beton.
Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui kelayakan struktur gedung
laboratorium Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di
Universitas Sumatera Utara Medan yang telah terbakar. Kelayakan struktur gedung
dianalisa menggunakan SAP 2000 v.14, hasilnya kemudian dibandingkan dengan
perhitungan manual terhadap momen sisa, gaya geser sisa dan kuat tekan sisa dari
struktur gedung.
Dari hasil perhitungan didapat penurunan momen sisa balok maksimum
sebesar 33,32% (dari -454,7464KNm menjadi 303,2218 KNm). Semua balok masih
aman terhadap gaya geser, dan semua kolom juga masih aman untuk menahan gaya
aksial tekan. Jadi perkuatan hanya perlu dilakukan terhadap balok pada gedung
FMIPA USU.
Kata Kunci : Beton Pasca Bakar, non-destructive test, destructive test, SAP 2000,
Kuat Tekan sisa
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas
berkat dan karunia – Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini
dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan 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 Prof. Dr. Ing- .Johannes Tarigan dan bapak M. Agung Putra Handana,
ST. 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. Sanci Barus, MT., dan bapak Ir. Besman Surbakti, 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.
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 Fery, Fany, dan juga Amos, serta keluarga penulis lainnya yang
selalu mendukung dan memberi semangat serta doa demi kelancaran
kuliahku.
9. Kepada adikku Ruslan Juliana Pardosi, SE yang selalu membantu, memberi
semangat serta doa dalam penyelesaian tulisan ini.
10. Sahabat-sahabat seperjuangan di Teknik Sipil USU, Jostar Maranatha Turnip,
sesama rekan dalam pengerjaan tulisan ini, sahala, jimmi, wahyu, erin, grace,
agriva, hasoloan, yesica, sumihar, maria, plani, abraham, edwin, dan suparta,
terima kasih dukungan serta semangat dalam perkuliahan penulis dan
pengerjaan tugas akhir ini.
11. Seluruh rekan-rekan seperjuangan stambuk 2009 dan Adik-adik 2012 yang
tidak dapat disebutkan satu persatu namanya, Denny Simanjuntak, Desiman,
Daniel, juga abang kost 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.
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat
yang sebesar–besarnya bagi kita semua. Amin.
Medan,
Juni 2014
Frengky Alberto Nainggolan
09 0404 092
DEDICATION
TUGAS AKHIR INI SAYA DEDIKASIKAN KEPADA KE – DUA
ORANG TUA SAYA YANG TERKASIH
BAPAK M. NAINGGOLAN
&
IBU S. SIHOMBING
DAFTAR ISI
Abstrak .................................................................................................................................. i
Kata Pengantar ...................................................................................................................... ii
Dedication ............................................................................................................................. v
Daftar Isi ............................................................................................................................... vi
Daftar Tabel .......................................................................................................................... x
Daftar Gambar....................................................................................................................... xi
Daftar Grafik ......................................................................................................................... xiv
Daftar Notasi dan Singkatan ................................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... .1
1.1 Latar Belakang Masalah................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 4
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 4
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah .............................................................. 5
1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................................... 8
2.1 Beton ................................................................................................................ 8
2.1.1 Sifat Beton Terhadap Temperatur Tinggi ............................................... 10
2.2 Baja Tulangan .................................................................................................. 12
2.2.1 Sifat Baja Terhadap Temperatur Tinggi ................................................. 14
2.3 Beton Bertulang ............................................................................................... 15
2.4 Sistem Struktur Gedung ................................................................................... 15
2.4.1 Balok ...................................................................................................... 16
2.4.1.1 Flowchart Analisis Balok ........................................................... 21
2.4.2 Kolom...................................................................................................... 24
2.4.2.1 Kolom Dengan Beban Sentris dan Eksentris .............................. 25
2.5 Jenis dan Klasifikasi Kerusakan Gedung Pasca Bakar ...................................... 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................................. 30
3.1 Tempat dan Waktu.......................................................................................... 30
3.2 Diagram Alir Penelitian .................................................................................. 31
3.3 Tahap dan Estimasi Kekuatan Sisa Beton Pascabakar ................................... 33
3.3.1 Tahap Pengambilan Sampel .................................................................. 33
3.3.2 Estimasi Kekuatan Sisa Beton Pascabakar ............................................ 34
3.4 Pengujian Sampel ........................................................................................... 44
3.4.1 Pengujian Kuat Tekan Beton Sampel Core Drill .................................. 44
3.4.2 Pengujian Kuat Tarik Tulangan Baja .................................................... 45
3.5 Analisis Struktur Beton Bertulang Menggunakan SAP 2000 v14.0.0 ........... 46
3.6 Analisis Kolom dengan Software PCA Col 3.63 ........................................... 52
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN ...................................................... 57
4.1 Pendahuluan ..................................................................................................... 57
4.2 Hasil Penelitian ................................................................................................ 58
4.2.1 Gambaran Visual Kerusakan Struktur .................................................... 58
4.2.2 Evaluasi Bahan-bahan yang Terbakar..................................................... 60
4.2.3 Kuat Tekan Sisa Beton ............................................................................ 61
4.2.3.1 Hasil Hammer Test....................................................................... 61
4.2.3.2 Hasil Pengujian terhadap Sampel Core Drill ............................... 63
4.2.3.3 Kuat Tarik Sisa Baja Tulangan .................................................... 64
4.3 Pembahasan Penelitian ..................................................................................... 65
4.3.1 Pemodelan Struktur Menggunakan SAP 2000....................................... 67
4.3.2 Analisa Perhitungan Hasil Data SAP 2000 Lantai 3.............................. 68
4.3.3 Analisa Perhitungan Hasil Data SAP 2000 Lantai 2.............................. 69
4.3.4 Analisa Perhitungan Hasil Data SAP 2000 Lantai 1.............................. 70
4.3.5 Analisa Perhitungan Manual Setelah Kebakaran ................................... 72
4.3.6 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 3 (9,3 m)....... 74
4.3.6.1 Tumpuan ................................................................................ 74
4.3.6.2 Lapangan ................................................................................ 75
4.3.7 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 3 (7,3 m)....... 76
4.3.7.1 Tumpuan ................................................................................ 76
4.3.7.2 Lapangan ................................................................................ 77
4.3.8 Perhitungan Gaya Geser Tahanan Balok Utama Lantai 3 (90x40 cm2) .......... 78
4.3.8.1 Tumpuan ................................................................................ 78
4.3.8.2 Lapangan ................................................................................ 79
4.3.9 Perhitungan Kapasitas Beban Aksial dan Momen Kolom Lantai 3
(50cm x 80cm) ................................................................................... 80
4.3.10 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 2 (9,3 m) ............. 83
4.3.10.1 Tumpuan .............................................................................. 83
4.3.10.2 Lapangan .............................................................................. 84
4.3.11 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 2 (7,3 m) ............. 85
4.3.11.1 Tumpuan .............................................................................. 85
4.3.11.2 Lapangan .............................................................................. 86
4.3.12 Perhitungan Gaya Geser Tahanan Balok Utama Lantai 2 (90x40
cm2) .................................................................................................... 87
4.3.12.1 Tumpuan .............................................................................. 87
4.3.12.2 Lapangan .............................................................................. 88
4.3.13 Perhitungan Kapasitas Beban Aksial dan Momen Kolom Lantai
2 (50cm x 80cm) .................................................................................. 89
4.3.14 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 1 (9,3 m) ............. 92
4.3.14.1 Tumpuan .............................................................................. 92
4.3.14.2 Lapangan .............................................................................. 93
4.3.15 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 1 (7,3 m) ............. 94
4.3.15.1 Tumpuan .............................................................................. 94
4.3.15.2 Lapangan .............................................................................. 95
4.3.16 Perhitungan Gaya Geser Tahanan Balok Utama Lantai 1 (90x40
cm2) ...................................................................................................... 96
4.3.16.1 Tumpuan .............................................................................. 96
4.3.16.2 Lapangan .............................................................................. 97
4.3.17 Perhitungan Kapasitas Beban Aksial dan Momen Kolom Lantai
1 (50cm x 80cm) .................................................................................. 98
BABV KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 104
5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 104
5.2 Saran................................................................................................................. 105
Daftar Pustaka
Lampiran
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Hal
2.1
Perubahan Secara Kimia dan Kekuatan Beton Akibat Pemanasan 11
2.2
Tegangan Leleh dan Dasar baja
2.3
Tinggi (h) Minimal Balok Non Pratekan atau Pelat Satu Arah
12
Bila Lendutan Tidak Dihitung
16
3.1
Faktor Pengali C0
40
3.2
Faktor Pengali C1
41
4.1
Titik Leleh Beberapa Bahan yang Ditemukan di FMIPA USU
60
4.2
Perkiraan Suhu Bakar Berdasarkan Kondisi Fisik/permukaan
Beton
61
4.3
Hasil Hammer Test Kolom lantai 3
61
4.4
Hasil Hammer Test Balok lantai 3
62
4.5
Hasil Pengujian Sampel Core Drill
63
4.6
Hasil Pengujian Sampel Tulangan Baja Pasca Bakar
64
4.7
Data Ukuran Sloof, Balok, dan Kolom yang Digunakan dalam
SAP 2000
66
4.8
Hasil Perhitungan Momen Sisa Setelah Terbakar
102
4.9
Hasil Perhitungan Gaya Geser Sisa Setelah Terbakar
103
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Hal
1.1
Lokasi Kebakaran Gedung Fakultas MIPA
2
1.2
Tampak Samping Sisi Utara Gedung Fakultas MIPA
3
1.3
Tampak Samping Sisi Selatan Gedung Fakultas MIPA
3
2.1
Gambar variasi letak garis netral
20
2.2
Gambar Distribusi Regangan-Tegangan pada Balok Tulangan
Tunggal
21
2.3
Flowchart Perencanaan Balok Tunggal
23
2.4
Bentuk kolom
24
3.1
Bagan Alir Diagram Penelitian
32
3.2
Contoh Gambar Kerusakan Spalling
35
3.3
Contoh Gambar Kerusakan Crazing
35
3.4
Contoh Gambar Kerusakan Cracking
36
3.5
Alat Hammer Test
37
3.6
Alat Core Drill
38
3.7
Alat Gerinda
43
3.8
Alat Uji Kuat Tekan Beton
44
3.9
Alat Uji Tarik Tulangan Baja
45
3.10 Menginput Material Beton
46
3.11 Menginput Material Tulangan
47
3.12 Mendefinisikan Penampang
47
3.13 Memodelkan Penampang
48
3.14 Pemodelan Respon Spektrum Gempa ke dalam SAP 2000
49
3.15 Pendefinisian jenis-jenis beban yang dimasukkan dalam SAP 2000
50
3.16 Kombinasi Pembebanan
51
3.17 Proses Pembebanan Beban Bata pada Frame Bangunan
51
3.18 Tampilan Beban yang Akan di-RUN
52
3.19 Tampilan Informasi Awal PCA Col
53
3.20 Memasukkan data fc’ dan fy
54
3.21 Tampilan Memasukkan Data Ukuran Kolom
54
3.22 Tampilan Memasukkan Data Tulangan dan Tebal Selimut Beton
55
3.23 Tampilan Memasukkan Data Gaya yang Akan Ditinjau
56
3.24 Tampilan Hasil Analisis Software PCA Col
56
4.1 Denah Eksisting Gedung Lantai 3 FMIPA USU
58
4.2 Kondisi Visual Struktur Balok di Gedung Lantai 3 FMIPA USU
59
4.3 Botol Kaca Terbakar
60
4.4 Pelapis Polimer Karet
60
4.5 Beberapa kerusakan yang kemungkinan tidak hasil dari akibat
kebakaran
65
4.6 Pemodelan struktur ke dalam SAP 2000
67
4.7 Hasil Investigasi Kolom Lantai 3 Menggunakan Software PCA Col
82
4.8 Hasil Investigasi Kolom Lantai 2 Menggunakan Software PCA Col
91
4.9 Hasil Investigasi Kolom Lantai 1 Menggunakan Software PCA Col
100
DAFTAR GRAFIK
No.
Judul
Hal
2.1
Diagram hubungan antara Tegangan dan Regangan beton
9
2.2
Penurunan Kuat Tekan Beton pada berbagai temperatur
10
2.3
hubungan antara Tegangan dan Regangan Tarik Baja Tulangan
13
2.4
Diagram Beberapa Sifat Baja terhadap Kenaikan Suhu
14
3.1
Respon Spektrum Gempa Wilayah III
49
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
LAMBANG
�
u1
Sudut Antara Tegangan dan Regangan Tarik Baja Tulangan
Angka Yang Menunjukkan Pergerakan Arah-1
Diameter Batang Tulangan
σ
Tegangan Dasar
�, �’
Rasio Tulangan
A
Luas Permukaan Penampang Benda Uji
Ag
Luas Penampang Kolom
As, As’
Luasan Tulangan Perlu
Ast
Luas Tulangan pada Kolom
b
Lebar Balok
�b
Rasio Tulangan Balanced
�c
Tegangan Tekan Beton
C0
Faktor Pengali Yang Berhubungan Dengan Arah Pengambilan
�c’
Regangan Tekan Beton
Benda Uji Beton Inti
C1
Faktor Pengali Yang Berhubungan Dengan Rasio Panjang
Sesudah Diberi Lapisan
C2
Faktor Pengali Karena Adanya Kandungan Tulangan Besi
�cu’
Regangan Batas
d
Tinggi Balok dikurangi d’
d’
Jarak dari Tulangan Perlu ke Permukaan Beton
DL
Beban Mati
Ec
Modulus Elastisitas Beton
Es
Modulus Elastisitas Baja Tulangan
fc’
Kuat Tekan Beton
fc’c
Kuat Tekan Beton Inti Yang Dikoreksi
fy
Kuat Tarik Tulangan
h
Tinggi Balok
h’
Jarak Terpendek Antara Sumbu Batang Tulangan Dengan
Benda Uji (beton inti)
I
Faktor Keutamaan Gedung
L
Panjang Bentang Struktur
L
Perpendekan/Perpanjangan Beton
L0
Tinggi Awal Benda Uji
LL
Beban Hidup
Mu,Mr
Momen Perlu, Momen Sisa
Mnb
Momen Kolom Kondisi Balanced
ö
Diameter Rata-rata Benda Uji (beton inti)
P
Besar Beban Tekan
Pu, Pn, Pr
Gaya Aksial Perlu, Gaya Aksial Nominal, Gaya Aksial Sisa
Pnb
Gaya Aksial Tekan Kolom Kondisi Balanced
Rm
Faktor Reduksi Kekuatan Bangunan
Rx,Ry
Beban Gempa Arah X dan Y
s
Jarak Sengkang
u
u2
Tegangan Ultimate
Angka Yang Menunjukkan Pergerakan Arah-2
Vu, Vs, Vc, Vr
Gaya Geser Perlu, Gaya Geser yang Dipikul Tulangan Beton,
Gaya Geser yang Dipikul Beton, Gaya Geser Sisa
Wc
y
Berat Beton Normal
Tegangan Leleh
Yp
Beban Tarik
Φ
Faktor reduksi kolom
(STUDI KASUS DI LABORATORIUM BIOLOGI 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 :
Frengky Alberto Nainggolan
09 0404 092
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
ABSTRAK
Jika pada sebuah gedung yang terbuat dari stuktur beton terbakar, maka daya
layan dari struktur bangunan tersebut akan berkurang. Untuk mengetahui penurunan
daya layan tersebut, maka dapat dilakukan investigasi terhadap beton bertulang
tersebut berupa visual inspection untuk mendapat jenis kerusakan berupa spalling,
crazing, dan cracking;non-destructive test dengan pengambilan data hammer test;
dan destructive test dengan pengambilan sampel core drill dan pengambilan sampel
tulangan beton.
Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui kelayakan struktur gedung
laboratorium Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di
Universitas Sumatera Utara Medan yang telah terbakar. Kelayakan struktur gedung
dianalisa menggunakan SAP 2000 v.14, hasilnya kemudian dibandingkan dengan
perhitungan manual terhadap momen sisa, gaya geser sisa dan kuat tekan sisa dari
struktur gedung.
Dari hasil perhitungan didapat penurunan momen sisa balok maksimum
sebesar 33,32% (dari -454,7464KNm menjadi 303,2218 KNm). Semua balok masih
aman terhadap gaya geser, dan semua kolom juga masih aman untuk menahan gaya
aksial tekan. Jadi perkuatan hanya perlu dilakukan terhadap balok pada gedung
FMIPA USU.
Kata Kunci : Beton Pasca Bakar, non-destructive test, destructive test, SAP 2000,
Kuat Tekan sisa
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas
berkat dan karunia – Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini
dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan 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 Prof. Dr. Ing- .Johannes Tarigan dan bapak M. Agung Putra Handana,
ST. 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. Sanci Barus, MT., dan bapak Ir. Besman Surbakti, 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.
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 Fery, Fany, dan juga Amos, serta keluarga penulis lainnya yang
selalu mendukung dan memberi semangat serta doa demi kelancaran
kuliahku.
9. Kepada adikku Ruslan Juliana Pardosi, SE yang selalu membantu, memberi
semangat serta doa dalam penyelesaian tulisan ini.
10. Sahabat-sahabat seperjuangan di Teknik Sipil USU, Jostar Maranatha Turnip,
sesama rekan dalam pengerjaan tulisan ini, sahala, jimmi, wahyu, erin, grace,
agriva, hasoloan, yesica, sumihar, maria, plani, abraham, edwin, dan suparta,
terima kasih dukungan serta semangat dalam perkuliahan penulis dan
pengerjaan tugas akhir ini.
11. Seluruh rekan-rekan seperjuangan stambuk 2009 dan Adik-adik 2012 yang
tidak dapat disebutkan satu persatu namanya, Denny Simanjuntak, Desiman,
Daniel, juga abang kost 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.
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat
yang sebesar–besarnya bagi kita semua. Amin.
Medan,
Juni 2014
Frengky Alberto Nainggolan
09 0404 092
DEDICATION
TUGAS AKHIR INI SAYA DEDIKASIKAN KEPADA KE – DUA
ORANG TUA SAYA YANG TERKASIH
BAPAK M. NAINGGOLAN
&
IBU S. SIHOMBING
DAFTAR ISI
Abstrak .................................................................................................................................. i
Kata Pengantar ...................................................................................................................... ii
Dedication ............................................................................................................................. v
Daftar Isi ............................................................................................................................... vi
Daftar Tabel .......................................................................................................................... x
Daftar Gambar....................................................................................................................... xi
Daftar Grafik ......................................................................................................................... xiv
Daftar Notasi dan Singkatan ................................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... .1
1.1 Latar Belakang Masalah................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 4
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 4
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah .............................................................. 5
1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................................... 8
2.1 Beton ................................................................................................................ 8
2.1.1 Sifat Beton Terhadap Temperatur Tinggi ............................................... 10
2.2 Baja Tulangan .................................................................................................. 12
2.2.1 Sifat Baja Terhadap Temperatur Tinggi ................................................. 14
2.3 Beton Bertulang ............................................................................................... 15
2.4 Sistem Struktur Gedung ................................................................................... 15
2.4.1 Balok ...................................................................................................... 16
2.4.1.1 Flowchart Analisis Balok ........................................................... 21
2.4.2 Kolom...................................................................................................... 24
2.4.2.1 Kolom Dengan Beban Sentris dan Eksentris .............................. 25
2.5 Jenis dan Klasifikasi Kerusakan Gedung Pasca Bakar ...................................... 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................................. 30
3.1 Tempat dan Waktu.......................................................................................... 30
3.2 Diagram Alir Penelitian .................................................................................. 31
3.3 Tahap dan Estimasi Kekuatan Sisa Beton Pascabakar ................................... 33
3.3.1 Tahap Pengambilan Sampel .................................................................. 33
3.3.2 Estimasi Kekuatan Sisa Beton Pascabakar ............................................ 34
3.4 Pengujian Sampel ........................................................................................... 44
3.4.1 Pengujian Kuat Tekan Beton Sampel Core Drill .................................. 44
3.4.2 Pengujian Kuat Tarik Tulangan Baja .................................................... 45
3.5 Analisis Struktur Beton Bertulang Menggunakan SAP 2000 v14.0.0 ........... 46
3.6 Analisis Kolom dengan Software PCA Col 3.63 ........................................... 52
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN ...................................................... 57
4.1 Pendahuluan ..................................................................................................... 57
4.2 Hasil Penelitian ................................................................................................ 58
4.2.1 Gambaran Visual Kerusakan Struktur .................................................... 58
4.2.2 Evaluasi Bahan-bahan yang Terbakar..................................................... 60
4.2.3 Kuat Tekan Sisa Beton ............................................................................ 61
4.2.3.1 Hasil Hammer Test....................................................................... 61
4.2.3.2 Hasil Pengujian terhadap Sampel Core Drill ............................... 63
4.2.3.3 Kuat Tarik Sisa Baja Tulangan .................................................... 64
4.3 Pembahasan Penelitian ..................................................................................... 65
4.3.1 Pemodelan Struktur Menggunakan SAP 2000....................................... 67
4.3.2 Analisa Perhitungan Hasil Data SAP 2000 Lantai 3.............................. 68
4.3.3 Analisa Perhitungan Hasil Data SAP 2000 Lantai 2.............................. 69
4.3.4 Analisa Perhitungan Hasil Data SAP 2000 Lantai 1.............................. 70
4.3.5 Analisa Perhitungan Manual Setelah Kebakaran ................................... 72
4.3.6 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 3 (9,3 m)....... 74
4.3.6.1 Tumpuan ................................................................................ 74
4.3.6.2 Lapangan ................................................................................ 75
4.3.7 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 3 (7,3 m)....... 76
4.3.7.1 Tumpuan ................................................................................ 76
4.3.7.2 Lapangan ................................................................................ 77
4.3.8 Perhitungan Gaya Geser Tahanan Balok Utama Lantai 3 (90x40 cm2) .......... 78
4.3.8.1 Tumpuan ................................................................................ 78
4.3.8.2 Lapangan ................................................................................ 79
4.3.9 Perhitungan Kapasitas Beban Aksial dan Momen Kolom Lantai 3
(50cm x 80cm) ................................................................................... 80
4.3.10 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 2 (9,3 m) ............. 83
4.3.10.1 Tumpuan .............................................................................. 83
4.3.10.2 Lapangan .............................................................................. 84
4.3.11 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 2 (7,3 m) ............. 85
4.3.11.1 Tumpuan .............................................................................. 85
4.3.11.2 Lapangan .............................................................................. 86
4.3.12 Perhitungan Gaya Geser Tahanan Balok Utama Lantai 2 (90x40
cm2) .................................................................................................... 87
4.3.12.1 Tumpuan .............................................................................. 87
4.3.12.2 Lapangan .............................................................................. 88
4.3.13 Perhitungan Kapasitas Beban Aksial dan Momen Kolom Lantai
2 (50cm x 80cm) .................................................................................. 89
4.3.14 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 1 (9,3 m) ............. 92
4.3.14.1 Tumpuan .............................................................................. 92
4.3.14.2 Lapangan .............................................................................. 93
4.3.15 Perhitungan Momen Tahanan Balok Memanjang Lantai 1 (7,3 m) ............. 94
4.3.15.1 Tumpuan .............................................................................. 94
4.3.15.2 Lapangan .............................................................................. 95
4.3.16 Perhitungan Gaya Geser Tahanan Balok Utama Lantai 1 (90x40
cm2) ...................................................................................................... 96
4.3.16.1 Tumpuan .............................................................................. 96
4.3.16.2 Lapangan .............................................................................. 97
4.3.17 Perhitungan Kapasitas Beban Aksial dan Momen Kolom Lantai
1 (50cm x 80cm) .................................................................................. 98
BABV KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 104
5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 104
5.2 Saran................................................................................................................. 105
Daftar Pustaka
Lampiran
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Hal
2.1
Perubahan Secara Kimia dan Kekuatan Beton Akibat Pemanasan 11
2.2
Tegangan Leleh dan Dasar baja
2.3
Tinggi (h) Minimal Balok Non Pratekan atau Pelat Satu Arah
12
Bila Lendutan Tidak Dihitung
16
3.1
Faktor Pengali C0
40
3.2
Faktor Pengali C1
41
4.1
Titik Leleh Beberapa Bahan yang Ditemukan di FMIPA USU
60
4.2
Perkiraan Suhu Bakar Berdasarkan Kondisi Fisik/permukaan
Beton
61
4.3
Hasil Hammer Test Kolom lantai 3
61
4.4
Hasil Hammer Test Balok lantai 3
62
4.5
Hasil Pengujian Sampel Core Drill
63
4.6
Hasil Pengujian Sampel Tulangan Baja Pasca Bakar
64
4.7
Data Ukuran Sloof, Balok, dan Kolom yang Digunakan dalam
SAP 2000
66
4.8
Hasil Perhitungan Momen Sisa Setelah Terbakar
102
4.9
Hasil Perhitungan Gaya Geser Sisa Setelah Terbakar
103
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Hal
1.1
Lokasi Kebakaran Gedung Fakultas MIPA
2
1.2
Tampak Samping Sisi Utara Gedung Fakultas MIPA
3
1.3
Tampak Samping Sisi Selatan Gedung Fakultas MIPA
3
2.1
Gambar variasi letak garis netral
20
2.2
Gambar Distribusi Regangan-Tegangan pada Balok Tulangan
Tunggal
21
2.3
Flowchart Perencanaan Balok Tunggal
23
2.4
Bentuk kolom
24
3.1
Bagan Alir Diagram Penelitian
32
3.2
Contoh Gambar Kerusakan Spalling
35
3.3
Contoh Gambar Kerusakan Crazing
35
3.4
Contoh Gambar Kerusakan Cracking
36
3.5
Alat Hammer Test
37
3.6
Alat Core Drill
38
3.7
Alat Gerinda
43
3.8
Alat Uji Kuat Tekan Beton
44
3.9
Alat Uji Tarik Tulangan Baja
45
3.10 Menginput Material Beton
46
3.11 Menginput Material Tulangan
47
3.12 Mendefinisikan Penampang
47
3.13 Memodelkan Penampang
48
3.14 Pemodelan Respon Spektrum Gempa ke dalam SAP 2000
49
3.15 Pendefinisian jenis-jenis beban yang dimasukkan dalam SAP 2000
50
3.16 Kombinasi Pembebanan
51
3.17 Proses Pembebanan Beban Bata pada Frame Bangunan
51
3.18 Tampilan Beban yang Akan di-RUN
52
3.19 Tampilan Informasi Awal PCA Col
53
3.20 Memasukkan data fc’ dan fy
54
3.21 Tampilan Memasukkan Data Ukuran Kolom
54
3.22 Tampilan Memasukkan Data Tulangan dan Tebal Selimut Beton
55
3.23 Tampilan Memasukkan Data Gaya yang Akan Ditinjau
56
3.24 Tampilan Hasil Analisis Software PCA Col
56
4.1 Denah Eksisting Gedung Lantai 3 FMIPA USU
58
4.2 Kondisi Visual Struktur Balok di Gedung Lantai 3 FMIPA USU
59
4.3 Botol Kaca Terbakar
60
4.4 Pelapis Polimer Karet
60
4.5 Beberapa kerusakan yang kemungkinan tidak hasil dari akibat
kebakaran
65
4.6 Pemodelan struktur ke dalam SAP 2000
67
4.7 Hasil Investigasi Kolom Lantai 3 Menggunakan Software PCA Col
82
4.8 Hasil Investigasi Kolom Lantai 2 Menggunakan Software PCA Col
91
4.9 Hasil Investigasi Kolom Lantai 1 Menggunakan Software PCA Col
100
DAFTAR GRAFIK
No.
Judul
Hal
2.1
Diagram hubungan antara Tegangan dan Regangan beton
9
2.2
Penurunan Kuat Tekan Beton pada berbagai temperatur
10
2.3
hubungan antara Tegangan dan Regangan Tarik Baja Tulangan
13
2.4
Diagram Beberapa Sifat Baja terhadap Kenaikan Suhu
14
3.1
Respon Spektrum Gempa Wilayah III
49
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
LAMBANG
�
u1
Sudut Antara Tegangan dan Regangan Tarik Baja Tulangan
Angka Yang Menunjukkan Pergerakan Arah-1
Diameter Batang Tulangan
σ
Tegangan Dasar
�, �’
Rasio Tulangan
A
Luas Permukaan Penampang Benda Uji
Ag
Luas Penampang Kolom
As, As’
Luasan Tulangan Perlu
Ast
Luas Tulangan pada Kolom
b
Lebar Balok
�b
Rasio Tulangan Balanced
�c
Tegangan Tekan Beton
C0
Faktor Pengali Yang Berhubungan Dengan Arah Pengambilan
�c’
Regangan Tekan Beton
Benda Uji Beton Inti
C1
Faktor Pengali Yang Berhubungan Dengan Rasio Panjang
Sesudah Diberi Lapisan
C2
Faktor Pengali Karena Adanya Kandungan Tulangan Besi
�cu’
Regangan Batas
d
Tinggi Balok dikurangi d’
d’
Jarak dari Tulangan Perlu ke Permukaan Beton
DL
Beban Mati
Ec
Modulus Elastisitas Beton
Es
Modulus Elastisitas Baja Tulangan
fc’
Kuat Tekan Beton
fc’c
Kuat Tekan Beton Inti Yang Dikoreksi
fy
Kuat Tarik Tulangan
h
Tinggi Balok
h’
Jarak Terpendek Antara Sumbu Batang Tulangan Dengan
Benda Uji (beton inti)
I
Faktor Keutamaan Gedung
L
Panjang Bentang Struktur
L
Perpendekan/Perpanjangan Beton
L0
Tinggi Awal Benda Uji
LL
Beban Hidup
Mu,Mr
Momen Perlu, Momen Sisa
Mnb
Momen Kolom Kondisi Balanced
ö
Diameter Rata-rata Benda Uji (beton inti)
P
Besar Beban Tekan
Pu, Pn, Pr
Gaya Aksial Perlu, Gaya Aksial Nominal, Gaya Aksial Sisa
Pnb
Gaya Aksial Tekan Kolom Kondisi Balanced
Rm
Faktor Reduksi Kekuatan Bangunan
Rx,Ry
Beban Gempa Arah X dan Y
s
Jarak Sengkang
u
u2
Tegangan Ultimate
Angka Yang Menunjukkan Pergerakan Arah-2
Vu, Vs, Vc, Vr
Gaya Geser Perlu, Gaya Geser yang Dipikul Tulangan Beton,
Gaya Geser yang Dipikul Beton, Gaya Geser Sisa
Wc
y
Berat Beton Normal
Tegangan Leleh
Yp
Beban Tarik
Φ
Faktor reduksi kolom