PERBANDINGAN KUAT LENTUR BALOK BETON BERTULANG DENGAN PEMAKAIAN FIBER BAJA DAN PEMAKAIAN FIBER BENDRAT

  PERBANDINGAN KUAT LENTUR BALOK BETON BERTULANG DENGAN PEMAKAIAN FIBER BAJA DAN PEMAKAIAN FIBER BENDRAT

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil Oleh :

RODO R. N. SILALAHI 07 0404 096 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013

  

ABSTRAK

  Kemampuan menahan gaya tarik dan geser yang rendah pada beton dapat diperbaiki dengan menambahkan bahan fiber beton. Ide dasarnya adalah memberikan tulangan mikro pada beton dengan fiber yang disebar merata. Hal tersebut dapat mencegah retak-retak beton yang terlalu dini, sehingga kemampuan bahan untuk menahan gaya lentur, aksial, dan geser dengan sendirinya akan meningkat.

  Penelitian ini dilakukan dengan 3 (tiga) buah balok beton bertulang yang mana 1 buah balok beton bertulang biasa, 1 buah balok beton bertulang dengan pemakaian fiber baja dan 1 buah balok beton bertulang dengan pemakaian fiber bendrat. Kadar fiber yang digunakan sebesar 2% dari berat semen. Pengujian balok dilakukan diatas 2 (dua) perletakan sendi dan rol untuk pengujian kuat lentur.

  Dari hasil pengujian didapat balok beton bertulang dengan pemakaian fiber baja mengurangi lendutan sebesar 25,7% dan pengurangan panjang retak total sebesar 45%. Sedangkan balok beton bertulang dengan pemakaian fiber bendrat mengurangi lendutan sebesar 18,6% dan pengurangan panjang retak total sebesar 36%. Hal ini menandakan penambahan fiber dapat membantu kinerja balok beton bertulang itu sendiri.

  Kata Kunci: Balok Beton Bertulang, Fiber Baja, Fiber Bendrat, Lendutan.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan atas anugerah Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan kasih dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

  Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul “Perbandingan Kuat Lentur Balok Beton Bertulang dengan Pemakaian Fiber Baja dan Pemakaian Fiber Bendrat’’.

  Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak yang berperan penting yaitu:

  1. Keluarga terkasih, orang tua penulis E. Silalahi, SH dan E. Manik, SH, dan kedua kakak penulis Renny Silalahi, ST dan Meliza Silalahi, ST untuk doa dan dukungannya.

  2. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu, tenaga, pikiran dan bersabar untuk memberikan masukan dan bimbingan dalam membantu penulis menyelesaikan 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 Ir. Sanci Barus, MT dan Bapak Ir. Robert Panjaitan selaku dosen pembanding, yang telah memberikan saran dan nasehat yang membangun untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  6. Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  7. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik USU yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis.

  8. Buat kawan-kawan seperjuangan: Doan Sinurat, Marcolowey, Redokson, Yosi, Nopandi, Emsiakui, Ruben, Arjuna, Josua, Christian, Desmound, Su Lim, Endra, Bekro, David, Doan Siahaan, Jeferey, Rusxell, Indra, Andreas, Ramot, Dedy Simanjuntak, Dedy Gultom, Alfin, Sri, Afriyanti, Marlina, Firda, Markus, Roy, Trisman, Dasep, Dimas, adik – adik angkatan 2008, 2009, dan 2010 serta semua teman-teman yang tidak dapat disebutkan seluruhnya, terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.

  Penulis menyadari bahwa penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu diharapkan saran dan kritik yang konstruktif dari para pembaca agar tugas akhir ini menjadi lebih baik.

  Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

  Medan, April 2013 Penulis

  

DAFTAR ISI

  ABSTRAK ................................................................................................................ i KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... vi DAFTAR TABEL ................................................................................................... ix DAFTAR NOTASI ................................................................................................... x

  BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 I.1. Latar Belakang .................................................................................. 1 I.2. Studi Literatur .................................................................................... 2 I.3. Perumusan Masalah ........................................................................... 4 I.4. Tujuan Penulisan ............................................................................... 4 I.5. Pemabatasan Masalah ........................................................................ 5 I.6. Metodologi ........................................................................................ 5 I.7. Mekanisme Pengujian ........................................................................ 6 I.8. Sistematika Penulisan ........................................................................ 7 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 8 II.1. BETON SERAT (FIBRE CONCRETE) ............................................ 8 II.1.1.Pengertian Beton Serat ............................................................. 8 II.1.2. Fungsi Penambahan Serat ........................................................ 8 II.1.3. Kelebihan dan Kekurangan Beton Serat ................................... 9 II.1.4. Fiber ...................................................................................... 10 II.1.4.1. Fiber Baja ................................................................ 10 II.1.4.2. Fiber Bendrat ........................................................... 12 II.2. TEORI ANALISA PENAMPANG BETON BERTULANG ............ 13 II.3. TEORI UNDERREINFORCED, OVERREINFORCED DAN BALANCE STEEL RATIO ............................................................. 19 II.4. GESER DAN LENTUR DALAM BETON BERTULANG ............ 20 II.4.1. Rumusan Gaya Geser dalam Balok Beton Bertulang .............. 22 II.4.2. Lentur Murni Pada Balok ....................................................... 23 II.5. POLA RETAK DALAM BALOK BETON BERTULANG ............. 26

  BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ................................................................ 28 III.1. PERHITUNGAN BENDA UJI BALOK BETON BERTULANG .... 28 III.1.1. Perhitungan Beban Mati Terpusat ........................................... 28 III.1.2. Perhitungan Tulangan Geser ................................................... 31 III.1.3. Perhitungan Lendutan ............................................................. 33 III.2. PEMBUATAN BENDA UJI BALOK BETON BERTULANG ...... 34 III.2.1. Persiapan Pembuatan Benda Uji ........................................... 35 III.2.2. Pengecoran Benda Uji .......................................................... 36 III.3. PERAWATAN BENDA UJI ........................................................... 37 III.4. PENGUJIAN BENDA UJI ............................................................... 37 III.4.1.Pengujian Kuat Tekan Beton Benda Uji Silinder ................... 37 III.4.2.Pengujian Kekuatan Balok Beton Bertulang .......................... 38 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 39 IV.1. PENDAHULUAN .......................................................................... 39 IV.2. PENGUJIAN KUAT TEKAN SILINDER ...................................... 39 IV.3. PENGUJIAN BALOK BETON BERTULANG . ............................. 40 IV.3.1. Pengujian Lendutan Pada Balok ........................................... 40 IV.3.2. Pengujian Lendutan Pada Balok Secara Teoritis ................... 48 IV.3.3. Beban Pada Lendutan Ijin ..................................................... 73 IV.4. ANALISA RETAK BALOK .......................................................... 74 IV.5. KE TERBATASAN FASILITAS .................................................... 80 IV.6. AKURASI DARI ALAT UKUR ...................................................... 80 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 81 V.1. KESIMPULAN .............................................................................. 81 V.2. SARAN .......................................................................................... 81 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 82 LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 : Pemberian Beban Pada Benda Uji Balok ............................................ 6Gambar 2.1 : Berbagai Tipe Baja………………………………………………….... 11Gambar 2.2 : Bentuk Fiber Bendrat Yang Digunakan……………………………… 13Gambar 2.3 : Grafik Tegangan-Regangan Beton Dan Besi………………………… 14Gambar 2.4 : Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulang Tanpa Beban.……… 15Gambar 2.5 : Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulang Sebelum Runtuh….. 15Gambar 2.6 : Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulang Pasca Runtuh ……. 16Gambar 2.7 : Tegangan Dalam Beton Bertulang…..……………………………….. 16Gambar 2.8 : Variasi Letak Garis Netral.………………………………………….. 19Gambar 2.9 : Hubungan Beban Dan Reaksi..……………………………...………... 21Gambar 2.10 : Reaksi Vu…………………………………………………….....………. 22Gambar 2.11 : Penampang Dari Balok Persegi……………………………...………. 23Gambar 2.12 : Melengkung Pada Jari-jari Kurvatur Bidang yz .…………...………. 23Gambar 2.13 : Tegangan Pada Balok Lentur..……………………………...………... 24Gambar 2.14 : Persebaran Tegangan Lentur…..………………………….....………. 25Gambar 2.15 : Pola Retak Balok………………..……………………………...………. 26Gambar 3.1 : Sketsa Perencanaan Balok Beton Bertulang…………………………. 28Gambar 3.2 : Pembebanan Benda Uji…………………………………………………… 31Gambar 3.3 : Penempatan Beban Terpusat ……………………………………….... 33Gambar 3.4 : Beban Merata…. ……………………………………………………... 34Gambar 3.5 : Penampang Memanjang Benda Uji…………………………………... 36Gambar 3.6 : Penampang Melintang Benda Uji ……………….…………………... 36Gambar 3.7 : Penempatan Pembacaan Alat Dial Lendutan..……………………….. 38Gambar 4.1 : Penempatan Pembacaan Alat Dial Lendutan ………….…………….. 40Gambar 4.2 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Tanpa Fiber.……………... 42Gambar 4.3 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Fiber Baja……… 44Gambar 4.4 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Fiber Bendrat.….. 46Gambar 4.5 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Tengah Bentang Pada Masing-

  masing Balok…………….…………………………………………………… 47

Gambar 4.6 : Perletakan Beban Terpusat ……………………………………….... 48Gambar 4.7 : Perletakan Beban Merata…. ……………………………………….….. 49Gambar 4.8 : Penampang Transformasi……….. ……………….…………………... 51Gambar 4.9 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Tanpa Fiber Secara

  Teoritis………………………………………………………………………. 56

Gambar 4.10 : Perletakan Beban Terpusat ……………………………………….... 57Gambar 4.11 : Perletakan Beban Merata…. ……………………………………….….. 58Gambar 4.12 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Pemakaian Fiber

  Baja Secara Teoritis…………………………………………………… 64

Gambar 4.13 : Perletakan Beban Terpusat ………………………………………...... 65Gambar 4.14 : Perletakan Beban Merata…. ……………………………………….….. 66Gambar 4.15 : Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Pemakaian Fiber

  Bendrat Secara Teoritis………………………………………………. 72

Gambar 4.16 : Pembagian Segmen Balok……………………………………………...….. 74Gambar 4.17 : Retak Pada Balok Tanpa Fiber….………………………………………… 75Gambar 4.18 : Retak Pada Balok Dengan Pemakaian Fiber Baja.……………….... 76Gambar 4.19 : Retak Pada Balok Dengan Pemakaian Fiber Bendrat…………….….. 77Gambar 4.20 : Hubungan Beban-Panjang Retak.………………………………………… 79

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 : Hasil Pengujian Kuat Tekan……………………………………………….. 40Tabel 4.2 : Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Tanpa Fiber..………………….. 41Tabel 4.3 : Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Dengan Fiber Baja……….….. 43Tabel 4.4 : Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Dengan Fiber Bendrat..….….. 45Tabel 4.5 : Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan

  Balok Tanpa Fiber……………………………………….………………….. 55

Tabel 4.6 : Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan

  Balok Dengan Pemakaian Fiber Baja…..…………….………………….. 63

Tabel 4.7 : Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan

  Balok Dengan Pemakaian Fiber Bendrat…………….………………….. 71

Tabel 4.8 : Panjang Retak Total………..……………………………………………….. 78

DAFTAR NOTASI

  A = Luas Penampang ܣ = Luas Tulangan Tarik

  ௦ ܣ Ԣ = Luas Tulangan Tekan

  ௌ

  Av = Tulangan Geser a = Kedalaman Tegangan Saat Ultimate b = Lebar Penampang c = Jarak Garis Netral Saat Ultimate d = Jarak Pusat Tulangan Tarik ke Tepi Ujung Balok / Tinggi Efektif

  ݀Ԣ = Jarak Pusat Tulangan Tekan ke Tepi Ujung Balok

  E = Modulus Elastisitas E s = Modulus Elastisitas Tulangan

  ݂Ԣܿ = Kuat Tekan Beton ݂Ԣ = Kuat Tekan Rata-rata ௖௥

  f = Modulus Retak Beton

  r

  f = Kuat Leleh Baja

  y

  h = Tinggi Penampang I = Momen Inersia Penampang Balok I e = Momen Inersia Efektif I cr = Momen Inersia Penampang Retak Transformasi I g = Momen Inersia Penampang Retak Utuh Terhadap Sumbu Berat Penampang

  L = Panjang Bentang Diantara Dua Perletakan M a = Momen Maksimum Pada Komponen Struktur Saat Lendutan Dihitung M cr = Momen Saat Timbul Retak Pertama Kali M n = Momen Nominal Penampang M r = Momen Rencana M u = Momen Ultimate N

  D

  = Gaya Tekan Dalam N

  T

  = Gaya Tarik Dalam N = Gaya Normal Tekan P = Gaya R = Jari – jari Kelengkungan Balok s = Jarak Sengkang

  V = Gaya Geser

  V c = Kapasitas Kemampuan Beton Untuk Menahan Gaya Geser V u = Gaya Geser Rencana Total x = Jarak Sepanjang Balok

  ߚ ଵ

  = Koefisien, 0,85

  y = Jarak dari Sumbu Netral ke sembarang Titik ε

  = Regangan

  ߝ ௦

  = Regangan Tulangan Tarik

  ߝ ௦

  Ԣ = Regangan Tulangan Tekan ߝ ௬

  = Regangan Luluh Tulangan

  ߩ = Rasio Tulangan τ

  = Tegangan Geser

  σ

  = Tegangan Lentur

  ∆

  = Lendutan