TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN GESER PADA BALOK LANGSING TESIS

Oleh :

EDO BARLIAN 077016006/TS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN GESER PADA BALOK LANGSING TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh :

EDO BARLIAN 077016006/TS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

Judul Tesis :Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon Fiber Strip Di

Pasang Vertikal Terhadap Lentur Dan Geser Pada Balok Langsing Nama Mahasiswa :Edo Barlian Nomor Pokok : 077016006 Program Studi :Teknik Sipil

Menyetujui

Komisi Pembimbing

(Dr. Ing. Hotma Panggabean) (Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT)

Ketua Program Studi Dekan,

(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

Tanggal Lulus: 31 Januari 2013

Telah diuji pada tanggal: 31 Januari 2013 Panitia Penguji Tesis Ketua : Dr. Ing. Hotma Panggabean Anggota : 1. Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT

2. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan

3. Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc

4. Ir. Sanci Barus, MT

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMSI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis "Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon

Fiber Strip di Pasang Vertikal Terhadap Lentur dan Geser pada Balok Langsing"

adalah karya saya dan belum pernah di ajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau di kutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

Medan, Januari 2013

EDO BARLIAN NIM: 077016006/TS

ABSTRAK

Dalam perencanaan struktur beton bertulang, diperlukan suatu kepastian tentang keamanan struktur terhadap keruntuhan yang mungkin terjadi selama umur bangunan. Salah satu keruntuhan yang cukup fatal dalam konstruksi balok beton bertulang adalah keruntuhan geser yang diakibatkan oleh kombinasi beban lentur, beban aksial, dan beban geser. pBeban geser yang melebihi kapasitas penampang balok beton bertulang akan mengakibatkan retakan-retakan diagonal disepanjang balok beton tersebut. Jika balok tersebut tidak mempunyai jumlah tulangan transversal dan tulangan longitudinal yang cukup serta didetail dengan benar, retakan-retakan tersebut dapat terjadi lebih awal dan pada akhirnya akan berakibat terjadi keruntuhan yang tiba-tiba pada balok. Jadi salah satu hal yang sangat perlu untuk diperhatikan dalam merencanakan maupun menganalisa suatu struktur beton betulang adalah kegagalan geser pada unit-unit struktur, karena kegagalan geser adalah keruntuhan getas yang berakibat fatal.Perkuatan merupakan salah satu alternatif untuk meningkatkan kemampuan struktur dalam memikul beban geser, antara lain menggunakan woven carbon fiber berbentuk lembaran yang terdiri dari serat-serat carbon dan fiber yang berfungsi meningkatkan kapasitas geser pada balok.

Model balok yang digunakan adalah balok beton bertulang dengan tampang empat persegi berukuran 15×20×130cm; dengan tulangan tarik 3D12 dan tulangan tekan 2D12 serta tulangan geser dia.6 sebanyak 12 (dua belas) buah dan Mutu Beton untuk semua benda uji adalah K-250. Variasi benda uji dibedakan berdasarkan jarak tulangan geser dan ditambah dengan perkuatan lilitan lembaran woven carbon fiber dengan lebar 30 mm.

Dari hasil eksperimental balok Uji I keruntuhan terjadi pada beban sebesar 8 ton dengan lendutan maksimal 0,95 mm; untuk balok uji II keruntuhan terjadi pada beban 7 ton dengan lendutan maksimal 0,75 mm; untuk balok uji III keruntuhan terjadi pada beban 8 ton dengan lendutan maksimal sebesar 0,66 mm dan pada balok uji IV keruntuhan terjadi pada beban 7 ton dengan lendutan maksimal sebesar 0,67 mm. Pola retak lentur dimulai pada daerah dibawah beban kemudian diikuti retak pada tengah bentang dan semakin rapat lembaran woven carbon fiber semakin meningkat kapasitas geser pada balok.

Kata Kunci: Geser, Carbon, Balok, Lendutan, Kapasitas

ABSTRACT

In the structural design of reinforced concrete, the assurance about the safety of

the structure against collapse is need, because it may occur during the age of the

building. One of the potential fatal collapses in the construction of reinforced concrete

beams is shear failure caused by a combination of bending loads, axial loads, and shear

loads. Shear loads that exceed the capacity of reinforced concrete crossbeams will cause

diagonal cracks along the concrete beams. If the beam does not have numbers of

transverse and longitudinal steel reinforcement and correct details, cracks can occur

earlier and will eventually result in a sudden collapse on the beam. So one way that

must be considered really in planning and analyzing a reinforced concrete structure is

shear failure in structural units, because collapse of the brittle shear failure is fatal. The

use of wofen carbon fiber is one of alternative ways to increase the strenght of the load

carrying capacity in shear structure, composing of carbon fibers and fiber that can

increase the capicity of the concrete beam.

The model used is a beam reinforced concrete beams with rectangular face

measuring 15×20×130 cm with tensile reinforcement 3D12 and 2D12 press

reinforcement and shear reinforcement diameter of 6 by 12 (twelve) pieces and quality

concrete for all test objects is K-250.Variations of the test specimen is distinguished by

shear reinforcement spacing and reinforcement winding coupled with woven carbon

fiber sheet with of 30 mm width.

The experimental results of the first test beam the collapse happened at a load of

8 tons with a maximum deflection of 0,95 mm; the second test beam collapse occurred

on 7 ton load with a maximum deflection 0,75 mm; the third test beam collapse occurred

at load of 8 tons with a maximum deflection 0,66 mm and the fourth test beam collapse

occurred on 7 ton with a maximum deflection 0,67 mm. Bending fracture pattern began

at the buttom area of the load then spread to the middle of a landscape and the more

closely woven carbon fiber sheet is the stronger the capacity on the shear of concrete

beam.

Keywords: Shear, Carbon, Beam, Deflection, Capacity

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Penyayang atas Rahmat dan KaruniaNya, penulis berhasil menyelesaikan tesis yang berjudul "Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon Fiber Strip di Pasang

Vertikal Terhadap Lentur dan Geser pada Balok Langsing" sebagai salah satu

persyaratan untuk menyelesaikan program Magister bidang Rekayasa Struktur, Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.

Dalam proses penulisan dan pelaksanaan tesis ini banyak pihak yang telah turut menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ing. Hotma Panggabean, sebagai ketua komisi pembimbing dan penguji beserta Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, sebagai anggota komisi pembimbing dan penguji yang telah memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat diperlukan dalam penulisan tesis ini.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, selaku ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU yang telah memberikan motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan tesis ini. Bapak Ir.

Rudi Iskandar, MT selaku sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU yang juga telah memberikan motivasi kepada saya untuk mempercepat penulisan tesis ini. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Prof. Dr. Bachrian Lubis dan Ir. Sanci Barus, MT, sebagai anggota komisi penguji yang telah memberi masukan sehingga menyempurnakan tesis ini. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,

M.Sc(CTM), Sp.A(K) selaku Rektor Universitas Sumatera Utara. Seluruh Dosen (Staff Pengajar) dan Bapak Yun staff administrasi Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Kedua orang tua dan mertua tercinta yang telah memberikan dorongan dan motivasinya selama ini. Istri tercinta Evi Yanti Dalimunthe, anak-anak tersayang Alfath Fazle Barlian, Fathiyah Alya Barlian, Alfhi Fikri Barlian, selalu senantiasa menemani, memberikan dorongan dan kekuatan bagi penulis dalam penyusunan dan penyelesaian penulisan tesis ini. Rekan-rekan kerja di Biro Administrasi UNIMED yang telah memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat diperlukan dalam penulisan tesis ini.

Penulis sangat menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi perbaikan pada masa- masa mendatang. Akhir kata penulis berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Januari 2013 Penulis

EDO BARLIAN NIM: 077016006/TS

RIWAYAT HIDUP

1983

: SDN Inpres No. 064977 Medan 1989

A. DATA PRIBADI

Nama : Edo Barlian Tempat/Tgl Lahir : Balige / 10 Januari 1977 Alamat : Villa Gading Mas Blok N. No. 1 Medan Agama : Islam

B. RIWAYAT PENDIDIKAN

– 1989

: SMPN 08 Medan 1992

– 1992
– 1995
– 2001

: SMA Swasta Harapan - Jurusan Ilmu Biology (A2) Medan

1995

C. RIWAYAT PEKERJAAN

1997

: CV. Sandy Soilindo Consultant Yogyakarta Posisi : Staff Teknik - Investigation and measurement of work in field.

– 1999
– 2005
– Sekarang : Staff Pengajar Jurusan Teknik Sipil UNIMED
– 2007

Juni - Des 2007 : Ketua Pengawas, Pada Proyek Pembangunan dan Pemeliharaan Gedung Kuliah Unimed

1998 : Kerja Praktek pada Proyek Pembangunan Mesjid Kampus UGM Yogyakarta 1999 : Kerja Praktek pada Proyek Kantor Pusat Muhammadiah Yogyakarta

2002

: PT. Tor Ganda, Jl. Abdullah Lubis No. 26 Medan Staff Perencanaan Sipil. Bagian Teknik Proyek Industri

2005

2006

: PT. Waskita Karya, Jl. Eka Rasmi Komplek Famili Asri Blok B No. 4 Medan Posisi: Bagian Teknik Medan Flood Control and Coastal Protection Region I Contract Packege MFC-7

: Universitas Gadjah Mada - Yogyakarta Program of Civil Engineering of Technical Department

Juli - Nov 2007 : Tim Perencana Struktur Proyek Pembangunan Mesjid Jami' Al Jami'ah Universitas Islam Sumatera Utara 2007 : SIGE CONSORIUM

– 2010

Posisi: Engineering Rehabilitation Program Secondary Education NAD & NIAS; Proyek Reconstruction of 6 Schools in Nias Island

viii

DAFTAR ISI

ABSTRAK .................................................................................................................. i

ABSTRACT ................................................................................................................ ii

KATA PENGANTAR ................................................................................................ iii

DAFTAR ISI ............................................................................................................... v

DAFTAR TABEL ...................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ....................................................................................

1 1.2. Perumusan Masalah ............................................................................

2 1.3. Tujuan .................................................................................................

3 1.4. Batasan Masalah..................................................................................

3 1.5. Tahapan Pelaksanaan Pengujian .........................................................

4 1.6. Sistematika Penulisan .........................................................................

4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Deskripsi Beton ...................................................................................

6 2.1.1. Semen Portland .........................................................................

7 2.1.2. Air .............................................................................................

9 2.1.3. Agregat Halus............................................................................

2.1.4. Agregat Kasar............................................................................ 12

2.1.5. Baja Tulangan ........................................................................... 13

2.2. Lentur Pada Balok ............................................................................... 14

2.3. Geser Pada Balok ................................................................................ 21

2.3.1. Tegangan Geser ......................................................................... 22

2.3.2. Kuat Geser Nominal yang Disumbangkan Oleh Beton ............ 25

2.3.3. Kuat Geser Nominal yang Disumbangkan Oleh Tulangan Geser ......................................................................................... 25

2.4. Fiber Reinforced Polymer ................................................................... 26

2.4.1. Standard Pedoman Perencanaan ............................................... 31

2.4.2. Aplikasi FRP ............................................................................. 34

2.5. Geser dan Tarik Diagonal ................................................................... 36

2.5.1. Retak Geser Dari Balok Bertulang ............................................ 37

2.5.2. Analisa Kuat Geser Balok Tanpa Tulangan Geser ................... 38

2.5.3. Analisa Kuat Geser Balok yang Bertulangan Geser Mekanisme Analogi Rangka..................................................... 44

2.6. Ragam Kegagalan Balok ..................................................................... 48

2.6.1. Keruntuhan Lentur .................................................................... 50

2.6.2. Keruntuhan Tarik Diagonal ...................................................... 50

2.6.3. Keruntuhan Tekan Geser........................................................... 51

2.7. Kontribusi Lembaran FRP Dalam Memikul Lentur dan Geser .......... 52

2.7.1. Kontribusi Lembaran FRP Terhadap Lentur ............................. 52

2.7.2. Kontribusi Lembaran FRP Terhadap Geser .............................. 54

2.8. Perhitungan Lendutan Dengan Metode Kerja Virtual (Unit Load) .... 56

2.8.1. Gaya Normal ............................................................................. 56

2.8.2. Momen Lentur ........................................................................... 56

2.8.3. Gaya Lintang ............................................................................. 57

2.8.4. Pengaruh Lendutan .................................................................... 57

BAB III BAHAN DAN METODE

3.1. Umum .................................................................................................. 58

3.2. Bahan Penyusunan Beton .................................................................... 58

3.2.1. Semen ........................................................................................ 59

3.2.2.Agregat Halus ............................................................................. 60

3.2.3. Agregat Kasar ............................................................................ 62

3.2.4. Air .............................................................................................. 64

3.2.5. Baja Tulangan ............................................................................ 65

3.2.6. Fiber Reinforced Polymer ......................................................... 67

3.3. Benda Uji dan Prosedur Perawatan ..................................................... 69

3.4. Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data ........................................ 74

3.4.1. Pengujian Silender Beton .......................................................... 74

3.4.2. Pengujian Balok Beton Bertulang ............................................. 74

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian ................................................................................... 76

4.1.1. Agregat Halus ............................................................................ 76

4.1.2. Agregat Kasar ............................................................................ 77

4.1.3. Air .............................................................................................. 77

4.1.4. Baja Tulangan ............................................................................ 78

4.1.5. Kuat Tekan Beton ...................................................................... 79

4.1.6. Lendutan Balok Beton Bertulang .............................................. 80

4.2. Pembahasan ......................................................................................... 87

4.2.1. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda

Uji I ............................................................................................ 87

4.2.2. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji II ........................................................................................... 89

4.2.3. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji III.......................................................................................... 90

4.2.4. Perhitungan Geser Rencana Pada Benda Uji IV ....................... 92

4.2.5. Penyelesaian dengan Metode Virtual Work .............................. 94

4.2.6. Hasil Pengujian .......................................................................... 95

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 106

5.2. Saran .................................................................................................... 107

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 108

LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Tabel

2.9 Proyek Besar yang Telah Menggunakan SIKA FRP................................ 35

3.5 Spesifikasi Material Fiber Reinforced Polymer ( FRP) ............................ 67

3.4 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Baja Tulangan ........................... 66

3.3 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Air ............................................. 64

3.2 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Agregat Kasar ........................... 62

3.1 Pemeriksaaan yang Dilakukan Terhadap Agregat Halus ......................... 60

2.11 Pengaruh Kelangsingan Balok dengan Ragam Keruntuhan ..................... 52

 ........................................................................................... 43 v

2.10 Nilai-nilai _c

2.8 Tipe dan Spesifikasi dari Sika Carbodur .................................................. 35

Halaman

2.7 Faktor Keamanan Parsial Untuk Modulus Elastisitas .............................. 33

2.6 Recommended Values of Partial Safety Factor, to be Applied to Design Strength of Manufactured Composites, Based on Clarke ............ 33

2.5.1 Faktor Keamanan Parsial Untuk Kekuatan .............................................. 32

2.5 Faktor Reduksi Lingkungan C E ................................................................ 32

2.4 Perbandingan Performance FRP ............................................................... 27

2.3 Data FRP (nilai ini hanya untuk fiber saja bukan composite) .................. 26

2.2 Susunan Besar Butiran Agregat Kasar ..................................................... 12

2.1 Susunan Besar Butiran Agregat Halus ..................................................... 10

3.6 Variasi Benda Uji ..................................................................................... 70

xiii

4.10 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 2-2 K250 ....................................... 82

4.16 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 4-2 K250 ....................................... 86

4.15 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 4-1 K250 ....................................... 85

4.14 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 3-3 K250 ....................................... 85

4.13 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 3-2 K250 ....................................... 84

4.12 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 3-1 K250 ....................................... 84

4.11 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 2-3 K250 ....................................... 83

4.9 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 2-1 K250 ....................................... 82

4.1 Hasil Pengujian Agregat Halus ................................................................. 76

4.8 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI I-3 K250 ........................................ 81

4.7 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI I-2 K250 ........................................ 81

4.6 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI I-1 K250 ........................................ 80

4.5 Hasil Pengujian Juta Tekan Beton ............................................................ 80

4.4 Hasil Analisa Kimia, Uji Lengkung Statis dan Uji Statis Baja Tulangan 79

4.3 Hasil Pengujian Air .................................................................................. 78

4.2 Hasil Pengujian Agregat Kasar ................................................................. 77

4.17 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 4-3 K250 ....................................... 87

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Gambar Halaman

2.1 Distribusi Tegangan dan Regangan Pada Balok ....................................... 16

2.2 Distribusi Regangan Penampang Balok: a) Diagram Tegangan Tulangan Baja yang di Idealisasikan; b) Distribusi Regangan Untuk Berbagai Ragam Keruntuhan Lentur ........................................................ 18

2.3 Distribusi Tegangan dan Regangan Pada Penambangan Balok, Penampang Melintang Balok, Balok Regangan Ekuivalen yang Diasumsikan ............................................................................................. 20

2.4 Jenis-jenis Retak ....................................................................................... 22

2.5 Distribusi Tegangan Geser Berbentuk Parabolis Pada Penampang Homogeny ................................................................................................ 23

2.6 Jenis-jenis Retak Miring ........................................................................... 37

2.7 Retribusi Perlawanan Geser Sesudah Terbentuknya Retak Miring .......... 39

2.8 Hubungan Antara Vu dan Mu .................................................................. 40

2.9 Mekanisme Analogi Rangka Batang ........................................................ 44

2.10 Aksi Rangka Dalam Balok Beton Bertulang dengan Tulangan Geser Miring dan Tulangan Geser Vertical ........................................................ 45

2.11 Distribusi Geser Dalam Pada Balok dengan Tulangan Geser .................. 47

2.12 Jenis Tulangan Geser ................................................................................ 48

2.13 Kekuatan Geser V s yang Ditimbulkan Oleh Tulangan Geser ................... 49

xiv

4.7 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji II-3 ...................... 99

4.15 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji IV-3 .................... 104

4.14 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji IV-2 .................... 103

4.13 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji IV-1 .................... 103

4.12 Retak Pada Balok uji III ........................................................................... 102

4.11 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok uji III-3 ...................... 101

4.10 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok uji III-2 ...................... 101

4.9 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji III-1 ..................... 100

4.8 Retak pada Balok Uji II ............................................................................ 99

4.6 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji II-2 ...................... 98

2.13 Analisa Perkuatan FRP Terhadap Lentur ................................................. 52

4.5 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji II-1 ...................... 98

4.4 Retak Pada Balok Uji I ............................................................................. 97

4.3 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji I-3 ....................... 96

4.2 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji I-2 ....................... 96

4.1 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji I-1 ....................... 95

3.2 Segmen-Segmen Pada Balok Uji .............................................................. 75

3.1 Benda uji silinder Beton uk.15×30 cm dan Balok uji 15×20×130 cm ..... 72

2.14 Notasi Perkuatan Geser ............................................................................ 54

4.16 Retak Pada Balok Uji IV .......................................................................... 104

TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN GESER PADA BALOK LANGSING TESIS