STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR PADA BALOK
BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BAJA
RINGAN PROFIL U DI DAERAH TARIK
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas–tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doqtum/
Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
ANDREANUS MOOY TAMBUNAN
08 0404 140
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Penggunaan beton bertulang pada bangunan banyak dijumpai dalam
penggunaan skala kecil maupun besar. Namun saat ini banyak dijumpai bangunan
yang mengalami kerusakan karena adanya kesalahan dalam perencanaan desain,
pemberian beban yang berlebihan, pelaksanaan maupun pengawasan konstruksi
yang salah maupun akibat terjadinya gempa. Kerugian yang dihasilkan karena
adanya keruntuhan struktur pada bangunan dapat berupa kerugian materiil dan
korban jiwa. Maka salah satu upaya perbaikan untuk menyelesaikan permasalahan
yang terjadi pada balok beton bertulang jika tulangan tariknya telah mengalami
tegangan leleh adalah dengan melakukan perkuatan memakai profil baja ringan.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dan analisis yang
difokuskan untuk mengetahui dan membandingkan kapasitas balok beton
bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U, mengetahui dan
membandingkan lendutan yang terjadi akibat penambahan beban antara balok
beton bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U, mengetahui dan
membandingkan regangan yang terjadi akibat penambahan beban antara balok
beton bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U.
Dari hasil eksperimen menunjukan bahwa balok beton bertulang normal
runtuh pada pembebanan 6000 kg dan balok beton bertulang dengan perkuatan
baja ringan profil U runtuh pada pembebanan 8000 kg.
Berdasarkan hasil analisis menunjukkan lendutan yang terjadi akibat
perkuatan baja ringan profil U pada daerah tarik balok mengalami penurunan pada
pembebanan yang sama, P = 6000 kg, sebesar 13,693 %. Dan dengan perkuatan
baja ringan profil U pada daerah tarik balok beton bertulang dapat menyebabkan penurunan regangan beton (εc) sebesar 6,997 % dan penurunan regangan tulangan baja tarik (εs) sebesar 6,692 %.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah
memberikan Kasih dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
Penulisan Tugas Akhir dapat diselesaikan dengan baik oleh penulis berkat
bantuan dan dukungan dari beberapa pihak, oleh karena itu, penulis
menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah
meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing dan mengarahkan
penulis dan berperan besar dalam penyelesaian Tugas Akhir ini sehingga
dapat diselesaikan dengan baik.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Syahrizal ST, MT , selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT dan Ir. Torang Sitorus, MT , selaku Dosen
Penguji/Pembanding yang telah memberikan masukan dan kritikan yang
membangun dalam menyelesaian Tugas Akhir ini.
5. Kepada Papa saya E. Tambunan, Mama saya N. Panggabean, kakak dan
adik saya yang selalu mendoakan dan memberikan motivasi dan semangat
dalam menyelesaikan Tuhas Akhir ini.
6. Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil
7. Teman-teman seperjuangan stambuk 2008, mutiara sani, boy, junmiflin,
sandro, samuel firman, frengky, coy, johan, sutan, hafiz, tofandi, nopandi,
asrilchan, dani, kakak dan abang stambuk 2005,2006,2007 dan adik-adik
stambuk 2009, 2010, 2011, dan semuanya yang tidak bias disebutkan
namanya satu persatu terima kasih banyak atas bantuan dan dukungannya
selama ini.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas dan memberikan yang terbaik
atas bantuan dan dukungannya selama ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penelitian dan
penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan, saran dan
kritik yang membangun sehingga dapat menyempurnakan Tugas Akhir ini.
Semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca
Medan, Mei 2015
Hormat Saya
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
... iKATA PENGANTAR
... iiDAFTAR ISI
... ivDAFTAR TABEL
... viiiDAFTAR GAMBAR
... ixDAFTAR NOTASI
... xiBAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ... 11.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 2
1.4. Metode Penelitian ... 3
1.5. Batasan Masalah ... 5
1.6. Sistematika Penulisan ... 6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Umum ... 72.2. Sifat Bahan ... 8
2.2.1. Beton ... 8
2.2.1.1. Mutu/Kuat Tekan Beton ... 8
2.2.1.2. Kekuatan Tarik Beton ... 10
2.2.1.3. Tegangan–Regangan Beton ... 11
2.2.1.4. Modulus Elastisitas Beton ... 13
2.2.2. Baja Tulangan ... 14
2.2.2.2. Jenis-Jenis Material Baja ... 15
2.2.2.3. Macam-Macam Profil Baja ... 16
2.3. Beton Bertulang ... 17
2.4. Struktur Komposit ... 18
2.4.1. Metode Pelaksanaan Struktur Komposit ... 19
2.5. Lentur Murni ... 20
2.6. Kuat Lentur Balok Persegi ... 22
2.7. Perilaku Defleksi pada Balok ... 25
2.8. Ragam Keruntuhan ... 27
2.8.1. Keruntuhan Lentur Akibat Kondisi Batas (Ultimate) 27 2.9. Lendutan Pada Balok ... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Pembuatan Benda Uji ... 343.1.1. Perencanaan Campuran Beton ... 34
3.1.2. Persiapan Pembuatan Benda Uji... 35
3.1.2.1. Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder 35 3.1.2.2. Persiapan Pembuatan Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 36
3.1.3. Pembuatan Benda Uji ... 37
3.1.4. Perawatan (Curing) Benda Uji ... 39
3.2. Pengujian Benda Uji Silinder ... 40
3.2.1. Pengujian Kuat Tekan ... 40
3.3. Perencanaan Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 40
3.4. Pemasangan Baja Ringan Profil U ... 40
3.5. Pengujian Balok Beton Bertulang ... 41
3.6.1. Dial Indikator ... 41
3.6.2. Hydraulik Jack ... 42
3.6.3. Rangka Beban ... 42
3.6.4. Sendi Dan Rol ... 42
3.7. Analisis Hasil Eksperimen balok Beton Bertulang Normal Perkuatan Baja Ringan ... 43
3.8. Bagan Alir (Flowchart) ... 49
BAB IV ANALISA dan PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Kuat Tarik Baja Ringan Profi U ... 504.2. Pengujian Lendutan Pada BalokBeton Bertulang Secara Eksperimen ... 50
4.2.1. Lendutan Pada Balok Beton Bertulang Normal . 50 4.2.2. Lendutan Pada Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan... 52
4.3. Perhitungan Lendutan pada Balok Beton Bertulang Secara Teoritis ... 56
4.3.1. Lendutan Pada Balok Beton Bertulang Normal . 56 4.3.1.1. Kondisi Sebelum Retak ... 56
4.3.1.2. Kondisi Setelah Retak ... 59
4.4. Balok Perkuatan Baja Ringan Profil U ... 70
4.4.1. Titik Berat Baja Ringan Profil U ... 70
4.4.2. Titik Berat Beton Bertulang Dengan Perkuatan . 71 4.4.3. Inersia Penampang Baja Ringan Profil U ... 72
4.4.4. Inersia Gabungan Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan... 73
4.4.6 Kondisi Setelah Retak ... 78
4.5. Pengujian Regangan ... 92
4.6. Perhitungan Beban Secara Teoritis ... 98
4.6.1. Balok Beton Bertulang ... 98
4.6.2. Balok Beton Bertulang I Dengan Perkuatan ... 104
4.6.3. Balok Beton Bertulang II Dengan Perkuatan ... 110
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 1175.2. Saran ... 117
DAFTAR PUSTAKA...
xiiiDAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Tabel Perbandingan Benda Uji dan Kuat Tekan ... 9
Tabel 2.2. Tabel Konversi Kuat Tekan fc’ ke Kuat Tekan K ... 10
Tabel 2.3. Tabel Konversi Kuat Tekan K ke Kuat Tekan f’c ... 10
Tabel 2.4. Jenis dan Kelas Baja Tulangan... 17
Tabel 3.1. Komposisi Rencana Balok Beton Bertulang Normal... 35
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kuat Tarik Baja Ringan ... 50
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Lendutan pada Balok Normal ... 50
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Lendutan pada Balok I Perkuatan ... 52
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Lendutan pada Balok II Perkuatan ... 54
Tabel 4.5. Informasi Retak pada Balok ... 91
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Lendutan Balok... 91
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Regangan pada Balok Normal ... 95
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Regangan pada Balok I Perkuatan ... 96
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Regangan pada Balok II Perkuatan... 97
Tabel 4.10. Perbandingan Beban Teoritis dan Percobaan pada Balok... 103
Tabel 4.11. Perbandingan Beban Teoritis dan Percobaan Balok I Perkuatan 109
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Balok dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U ... 3
Gambar 1.2. Baja Ringan Profil U TS.40.45... 4
Gambar 1.3. Perletakan Balok Beton Bertulang ... 4
Gambar 2.1. Regangan (strain) ... 12
Gambar 2.2 Kurva Tegangan-Regangan berbagai Kuat Tekan ... 12
Gambar 2.3. Kurva Tegangan-Regangan ... 13
Gambar 2.4. Profil Baja... 16
Gambar 2.5. Letak Tulangan dalam Balok Beton Bertulang ... 18
Gambar 2.6. Diagram Momen dan Lintang ... 21
Gambar 2.7. Diagram Penyebaran Tegangan Normal ... 21
Gambar 2.8. Distribusi Tegangan-Regangan ... 22
Gambar 2.9. Blok Tegangan Ekivalen ... 24
Gambar 2.10. Hubungan Antara Beban dan Defleksi pada Balok Beton Bertulang ... 25
Gambar 2.11. Daerah Batas Kekuatan Tarik dan Tekan ... 26
Gambar 2.12. Variasi Tegangan Sepanjang Balok... 28
Gambar 2.13. Diagram Momen Kurvatur ... 28
Gambar 2.14. Perilaku Keruntuhan Balok ... 31
Gambar 2.15. Diagram Momen dan Lendutan... 31
Gambar 3.1. Cetakan Benda Uji Silinder ... 35
Gambar 3.2. Bahan Pembuatan Benda Uji... 36
Gambar 3.3. Cetakan ( Bekisting ) Benda Uji... 37
Gambar 3.4. Mesin Pengaduk ( Molen ) ... 38
Gambar 3.6. Beton Segar dalam Cetakan Balok ... 39
Gambar 3.7. Dial Indikator... 41
Gambar 3.8. Hydraulic Jack ... 42
Gambar 3.9. Bagan Alir ... 49
Gambar 4.1. Lendutan pada Balok Normal... 51
Gambar 4.2. Lendutan pada Balok I dengan Perkuatan ... 53
Gambar 4.3. Lendutan pada Balok II dengan Perkuatan... 55
Gambar 4.4. Penempatan Pembaca Regangan Balok... 92
Gambar 4.5. Penempatan Pembaca Regangan Balok Normal ... 92
DAFTAR NOTASI
fc' mutu beton (N/mm2)
fy kuat leleh baja (N/mm2)
fu tegangan tarik batas baja (N/mm2)
Ec modulus elastisitas (MPa)
Ig momen inersia penampang (mm4)
b lebar balok (mm)
h tinggi balok (mm)
qc berat sendiri beton (kg/m)
γc berat jenis beton bertulang (kN/m3) qperkuatan berat sendiri baja ringan (kg/m)
ND resultan gaya tekan dalam
NT resultan gaya tarik dalam
A luas penampang baja ringan (m2)
a intensitas tegangan tekan beton rata-rata
γbj berat jenis baja ringan (kN/m3)
δ deformasi/lendutan (m)
P beban yang bekerja (N)
L panjang bentang (mm3)
Ec modulus elastisitas beton (N/mm4)
Ig momen inersia penampang utuh (mm4)
n nilai konversi baja ke beton
z jarak pemisah resultan gaya tarik dan gaya tekan
Ey modulus elastisitas baja
Eperkuatan modulus elastisitas perkuatan (MPa)
Ibj momen inersia baja ringan (mm4)
fr modulus retak beton (N/mm4)
y titik berat penampang (mm)
As luas penampang tulangan tarik (mm2)
As’ luas penampang tulangan tekan (mm2)
D diameter tulangan (mm)
r jari-jari (mm)
Mcr momen retak (Nmm)
K kuat tekan karakteristik (kg/cm2)
εs regangan/strainbaja εy regangan/strainbeton Δ l perubahan panjang (cm) wc berat isi beton (kg/m3)
f tegangan lentur
M momen yang bekerja pada balok
c jarak serat terluar ke garis netral
I momen inersia penampang balok
β1 konstanta fungsi dari kuat tekan
ABSTRAK
Penggunaan beton bertulang pada bangunan banyak dijumpai dalam
penggunaan skala kecil maupun besar. Namun saat ini banyak dijumpai bangunan
yang mengalami kerusakan karena adanya kesalahan dalam perencanaan desain,
pemberian beban yang berlebihan, pelaksanaan maupun pengawasan konstruksi
yang salah maupun akibat terjadinya gempa. Kerugian yang dihasilkan karena
adanya keruntuhan struktur pada bangunan dapat berupa kerugian materiil dan
korban jiwa. Maka salah satu upaya perbaikan untuk menyelesaikan permasalahan
yang terjadi pada balok beton bertulang jika tulangan tariknya telah mengalami
tegangan leleh adalah dengan melakukan perkuatan memakai profil baja ringan.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dan analisis yang
difokuskan untuk mengetahui dan membandingkan kapasitas balok beton
bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U, mengetahui dan
membandingkan lendutan yang terjadi akibat penambahan beban antara balok
beton bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U, mengetahui dan
membandingkan regangan yang terjadi akibat penambahan beban antara balok
beton bertulang dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U.
Dari hasil eksperimen menunjukan bahwa balok beton bertulang normal
runtuh pada pembebanan 6000 kg dan balok beton bertulang dengan perkuatan
baja ringan profil U runtuh pada pembebanan 8000 kg.
Berdasarkan hasil analisis menunjukkan lendutan yang terjadi akibat
perkuatan baja ringan profil U pada daerah tarik balok mengalami penurunan pada
pembebanan yang sama, P = 6000 kg, sebesar 13,693 %. Dan dengan perkuatan
baja ringan profil U pada daerah tarik balok beton bertulang dapat menyebabkan penurunan regangan beton (εc) sebesar 6,997 % dan penurunan regangan tulangan baja tarik (εs) sebesar 6,692 %.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan beton bertulang pada bangunan banyak dijumpai dalam
penggunaan skala kecil maupun besar. Namun saat ini banyak dijumpai bangunan
yang mengalami kerusakan karena adanya kesalahan dalam perencanaan desain,
pemberian beban yang berlebihan, pelaksanaan maupun pengawasan konstruksi
yang salah maupun akibat terjadinya gempa. Kerugian yang dihasilkan karena
adanya keruntuhan struktur pada bangunan dapat berupa kerugian materiil dan
korban jiwa.
Oleh karena itu diperlukan usaha untuk meningkatkan kapasitas kekuatan
pada bagian elemen struktur sehingga dapat menghindari kemungkinan terjadinya
keruntuhan itu sendiri.
Maka salah satu upaya perbaikan untuk menyelesaikan permasalahan yang
terjadi pada balok beton bertulang jika tulangan tariknya telah mengalami
tegangan leleh adalah dengan melakukan perkuatan memakai profil baja ringan.
Dengan berkembang pesatnya kemajuan teknologi di bidang konstruksi
terutama teknologi bahan, maka perkuatan strukktur dapat dilakukan dengan
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini sebagai berikut.
1. Perbandingan lendutan balok beton bertulang tanpa perkuatan dengan
balok beton bertulang perkuatan baja ringan profil U secara analitis
dan ekperimen
2. Mendapatkan nilai regangan untuk beton, baja tulangan dan perkuatan
baja ringan pada tiap-tiap beban
3. Perbandingan beban percobaan dengan beban teoritis pada balok beton
bertulang tanpa perkuatan dengan balok beton bertulang perkuatan
baja ringan profil U
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui dan membandingkan kapasitas balok beton bertulang
dengan atau tanpa perkuatan baja ringan profil U
2. Mengetahui dan membandingkan lendutan yang terjadi akibat
penambahan beban antara balok beton bertulang dengan atau tanpa
perkuatan baja ringan profil U
3. Mengetahui dan membandingkan regangan yang terjadi akibat
penambahan beban antara balok beton bertulang dengan atau tanpa
1.4 Metode Penelitian
Metode dan tahapan pelaksanaan yang dilakukan dalam eksperimen tugas
akhir ini sebagai berikut.
1. Melakukan uji material beton, seperti
• Analisa ayakan pasir dan kerikil
• Berat jenis pasir dan kerikil
• Berat isi pasir dan kerikil
• Kadar lumpur pasir dan kerikil
2. Melakukanmix designbenda uji sebanyak 3 buah balok beton bertulang untuk
• 1 balok beton bertulang normal
• 2 balok beton bertulang dengan perkuatan baja ringan profil U
dilakukan di Laboratorium Bahan Rekayasa S-1 Departemen Teknik
Sipil, Universitas Sumatera Utara
3. Pemasangan baja ringan profil U pada balok beton bertulang dengan
sambungan baut dynabolt diameter 8 mm
Gambar 1.2Baja Ringan Profil U TS.40.45
4. Pengujian kuat lentur dengan 3 buah balok beton bertulang untuk
• 1 balok beton bertulang normal
• 2 balok beton bertulang dengan perkuatan baja ringan profil U diatas dua tumpuan (sendi-rol) dengan alat Hydraulic Jack saat
berumur 28 hari, dilakukan di Laboratorium Struktur Program
Magister (S-2) Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.3Perletakan Balok Beton Bertulang
5. Perhitungan analitis untuk mendapatkan nilai lendutan, regangan dan
kapasitas balok beton bertulang tanpa perkuatan dan dengan perkuatan
1.5 Batasan Masalah
Pembatasan masalah dalam penelitian ini dalam hal karakteristik bahan
sebagai benda uji sebagai berikut.
1. Benda uji berupa balok beton bertulang dengan ukuran 15 cm x 25 cm
dan panjang 320 cm
2. Beton yang digunakan adalah beton K-225
3. Tulangan yang digunakan adalah tulangan polos
4. Ukuran tulangan yang digunakan:
• Tulangan tekan : 2D12
• Tulangan tarik : 2D12
• Tulangan sengkang: D6-100 5. Menggunakan baut dynabolt Ø8 mm
6. Perletakan balok adalah perletakan sederhana (sendi-rol)
7. Proses pemasangan baja ringan profil U pada balok beton bertulang
menggunakan baut dynabolt diabaikan perhitungannya secara analitis
8. Pengujian yang dilakukan pada benda uji balok hanya pengujian lentur
9. Penambahan perkuatan pada daerah tarik dengan baja ringan profil U
TS.45.40 dari PT. BlueScope Lysaght Indonesia
10. Standar pengujian dan pengolahan benda uji dilakukan berdasarkan
standard ASTM dan SKSNI (mix design)
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan ini bertujuan untuk memberikan gambaran secara
garis besar isi dari setiap bab yang dibahas pada tugas akhir ini. Sistematika
penulisan adalah sebagai berikut.
BAB. I PENDAHULUAN
Bab ini mencakup latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian,
metode penelitian dan batasan masalah
BAB. II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang dasar-dasar teori yang berkaitan tentang penelitian
BAB. III METODE PENELITIAN
Bab ini berisi tentang persiapan penelitian meliputi penyediaan bahan yang
digunakan sampai pelaksanaan pengujian
BAB. IV HASIL dan PEMBAHASAN
Bab ini berisi hasil pengujian dan analisa serta pembahasan yang
dilakukan
BAB. V KESIMPULAN dan SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil penelitian yang diperoleh
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Beton merupakan salah satu bahan atau material yang paling banyak
dipakai sebagai bahan konstruksi di bidang teknik sipil, baik pada bangunan
gedung, jembatan, bendung, maupun konstruksi yang lain. Hal ini disebabkan
bahan campuran beton mudah didapat, lebih murah, praktis dalam pengerjaannya
dan mampu memikul beban yang cukup besar.
Beton terdiri dari agregat halus, agregat kasar, semen portland dan air.
Beton terjadi karena adanya interaksi mekanis dan kimiawi antara agregat halus
dan agregat kasar yaitu pasir, batu atau batu pecah atau bahan sejenis lainnya,
dengan menambahkan secukupnya bahan perekat yaitu semen portland, dan air
sebagai pembantu untuk keperluan reaksi kimia selama proses pengerasan dan
perawatan beton berlangsung.
Teknologi beton yang terus berkembang dan semakin dikenal masyarakat
saat ini menjadikan beton sebagai pilihan utama sebagai bahan konstruksi. Selain
bahan-bahannya mudah diperoleh, beton juga mempunyai beberapa keuntungan
seperti harganya relatif murah, mempunyai kuat tekan yang tinggi, mudah dalam
pengangkutan dan pembentukan serta mudah perawatannya.
Pada bangunan yang beresiko terhadap beban tambahan yang besar
diperlukan perkuatan struktur, sehingga meningkatkan kemampuan bangunan
tersebut atau menambahkan elemen struktur baru yang tidak tersedia atau
Perkuatan struktur biasanya dilakukan sebagai upaya pencegahan sebelum
struktur mengalami kehancuran sedangkan perbaikan struktur diterapkan pada
bangunan yang telah rusak sebagai upaya untuk mengembalikan fungsi struktur
seperti semula.
Pemilihan metode perkuatan harus memperhatikan beberapa hal yaitu
kapasitas struktur yang akan diperkuat, lingkungan dimana struktur berada,
peralatan yang tersedia, kemampuan tenaga pelaksana serta batasan-batasan dari
pemilik seperti keterbatasan ruang kerja, kemudahan pelaksanaan, waktu
pelaksanaan dan biaya perkuatan.
2.2 Sifat Bahan 2.2.1 Beton
2.2.1.1 Mutu/Kuat Tekan Beton
Beton adalah bagian dari konstruksi yang dibuat dari campuran beberapa
material, sehingga mutunya akan sangat tergantung pada kondisi material
pembentuk beton dan proses pembuatannya. Untuk mendapatkan mutu yang
optimal maka bahan dan proses pelaksanaannya harus dikendalikan.
Jika semua bahan pembentuk beton merupakan material dengan kualitas
dan komposisi yang baik, maka hal lain yang mempengaruhi mutu beton adalah
kadar airnya. Beton dengan kadar air yang rendah akan menghasilkan mutu beton
yang lebih tinggi namun akan sulit dalam proses pengecorannya (workability
rendah), sedangkan beton dengan kadar air yang tinggi akan menghasilkan beton
dengan mutu yang lebih rendah tetapi lebih mudah dalam proses pengecorannya
Dalam perencanaan mutu beton, biasanya output yang dihasilkan adalah
fc’dalam satuan Mpa. Namun dalam spesifikasi teknis suatu proyek, yang tercantumkan adalah mutu beton dengan menggunakan beton K. Mutu beton K
adalah kuat tekan karakteristik beton kg/cm2dengan benda uji kubus sisi 15 cm.
Kuat tekan karakteristik ialah kuat tekan dimana dari sejumlah besar
hasil-hasil pemeriksaan benda uji, kemungkinan adanya kekuatan tekan yang kurang
dari itu terbatas sampai 5% saja. Yang diartikan dengan kuat tekan beton ialah
kuat tekan yang diperoleh dari pemeriksaan benda uji kubus yang bersisi 15
(+0,06) cm pada umur 28 hari.
Sedangkan fc’ adalah kuat tekan beton yang disyaratkan (dalam Mpa), didapat berdasarkan hasil pengujian benda uji silinder berdiameter 15cm dan
tinggi 30cm. Perbandingan benda uji dengan kuat tekan dapat dilihat pada tabel
2.1.
Tabel 2.1.Tabel Perbandingan Benda Uji dan Kuat Tekan Benda Uji Perbandingan Kuat Tekan
kubus 15 x 15 x 15 1,00
kubus 20 x 20 x 20 0,95
silinder Ø15 x 30 0,83
Dalam menentukan mutu beton diperlukan ketelitian karena jika salah
dalam mengkonversikan, maka mutu beton yang terpasang pada struktur akan
berbeda dengan mutu beton rencana. Jika mutu beton yang terpasang di lapangan
lebih rendah dari yang direncanakan, maka ada dua pilihan :
1. Dengan terpaksa struktur harus dibongkar dan dikerjakan ulang (rework).
2. Dilakukan analisis pada kekuatan strukturnya dan dapat diperkuat dengan
cara menambah balok dan kolom untuk memperkecil bentangan, balok dan
kolom ini bisa dari bahan beton maupun baja atau memperbesar dimensi
balok dan kolom tapi harus melalui perhitungan yang matang karena akan
menambah beban struktur dan mengurangi ruang yang harusnya tersedia.
2.2.1.2 Kekuatan Tarik Beton
Kuat tarik beton bervariasi antara 8% sampai 15% dari kuat tekannya.
Karena kuat tarik yang kecil menyebabkan beton dipenuhi oleh retak-retak halus.
Retak-retak ini tidak berpengaruh besar bila beton menerima beban tekan yang
menyebabkan retak menutup sehingga memungkinkan terjadinya penyaluran
tekanan. Jelas ini tidak terjadi bila balok menerima beban tarik.
Meskipun biasanya diabaikan dalam perhitungan desain, kuat tarik tetap
merupakan sifat penting yang mempengaruhi ukuran beton dan seberapa besar
retak yang terjadi. Selain itu, kuat tarik dari batang beton diketahui selalu akan
mengurangi jumlah lendutan. Karena kuat tarik beton tidak besar, hanya sedikit
usaha yang dilakukan untuk menghitung modulus elastisitas tarik dari beton.
Namun, berdasarkan informasi yang terbatas ini, diperkirakan bahwa nilai
Kuat tarik beton tidak berbanding lurus dengan kuat tekan ultimatnya fc’. Meskipun demikian, kuat tarik ini diperkirakan berbanding lurus terhadap akar
kuadrat dari fc’. Kuat tarik ini cukup sulit diukur dengan beban-beban tarik aksial langsung akibat sulitnya memegang spesimen uji untuk menghindari konsentrasi
tegangan dan akibat kesulitan dalam meluruskan beban-beban tersebut. Sebagai
akibat dari kendala ini, diciptakanlah dua pengujian yang agak tidak langsung
untuk menghitung kuat tarik beton. Keduanya adalah metode modulus keruntuhan
dan uji pembelahan silinder.
2.2.1.3 Tegangan-Regangan Beton
Tegangan didefinisikan sebagai tahanan terhadap gaya-gaya luar. Jika
suatu benda diberi gaya tarik atau tekan akan mengakibatkan adanya tegangan
antar partikel dalam material yang besarnya berbanding lurus dengan gaya yang
diterima. Perubahan tegangan partikel ini menyebabkan adanya pergeseran
struktur material yaitu regangan atau himpitan yang besarnya juga berbanding
lurus. Karena adanya pergeseran, maka terjadilah deformasi bentuk material
misalnya perubahan panjang menjadi L + ∆L (atau L - ∆L). Dimana L adalah panjang awal benda dan ∆L adalah perubahan panjang yang terjadi. Rasio perbandingan antara ∆L terhadap L inilah yang disebut strain (regangan) dan dilambangkan dengan "ε" (epsilon). Dengan demikian didapatkan rumus:
= ...(2.1)
dimana : ε = regangan/strain
Δ l= perubahan panjang benda (cm)
Gambar 2.1Regangan (strain)
Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum atau fc’. Perilaku beton tergantung pada hubungan regangan-tegangan yang terjadi di
dalam beton dan juga jenis tegangan yang dapat ditahan. Hal ini mengakibatkan
kurva hubungan tegangan-regangan untuk tiap beton berbeda-beda tergantung
nilai kuat tekannya seperti terlihat pada gambar berikut.
Gambar 2.2Kurva Tegangan Regangan Berbagai Kuat Tekan
Terlihat dari kurva tegangan-regangan beton yang berbeda, tampak bahwa
umumnya kuat tekan maksimum tercapai pada saat nilai satuan regangan tekan ε’
nilai regangansampai dengan kuat tekan t
maksimum. Regangan
tekan terluar adalah 0,003
kurva tegangan-regan
G
2.2.1.4 Modulus Elast Untuk beton de
modulus elastis beton da
Ec= 0,043 w
dimana : Ec= m
wc= be
fc’= kua Sedangkan unt
modulus elastis beton da
Ec= 4700
dimana : Ec= m
fc’= kua
pai benda uji hancur pada nilai ε’ mencapai 0,003
tinggi lebih getas dan akan hancur pada
gan kerja maksimum yang diperhitungkan di
h 0,003 sebagai batas hancur. Secara umum unt
angan terlihat pada gambar berikut.
Gambar 2.3Kurva Tegangan Regangan
lastisitas Beton
on dengan berat isi antara 1500 kg/m3sampai 2500
on dapat dihitung dengan rumus :
= 0,043 wc√fc’ ... modulus elastisitas beton tekan (MPa)
berat isi beton (kg/m3)
kuat tekan beton (MPa)
untuk beton normal dengan berat isi ± 2300
on dapat dihitung dengan rumus :
= 4700√fc’ ...
modulus elastis beton tekan (MPa)
kuat tekan beton (MPa)
0,003-0,005. Beton
da nilai regangan
di serat tepi beton
untuk semua beton
i 2500 kg/m3, nilai
...(2.2)
2300 kg/m3, nilai
2.2.2 Baja Tulangan
Tulangan yang digunakan pada struktur beton terdapat dalam bentuk
batang atau anyaman kawat yang dilas (welded wire fabric). Batang tulangan
dibedakan antara tulangan polos (plain bar) dan tulangan ulir (deformed bar).
Tulangan ulir adalah tulangan yang diberi ulir melalui proses rol pada
permukaanya (polanya tergantung dari pabrik pembuatnya). Ulir pada tulangan
bermanfaat untuk mendapatkan ikatan yang lebih baik antara beton dan baja.
Tulangan polos jarang digunakan kecuali untuk membungkus tulangan
longitudional, terutama pada kolom.
2.2.2.1 Mutu Baja Tulangan
Menurut SNI 03 - 1729 - 2002, baja struktur dapat dibedakan berdasarkan
kekuatannya menjadi beberapa jenis, yaitu:
Tabel 2.2.Tabel Mutu Baja Jenis Baja Kuat Leleh (fy)
MPa
Tegangan Tarik Batas (fu) MPa
BJ 34 210 340
BJ 37 240 370
BJ 41 250 410
BJ 50 290 500
BJ 55 410 550
2.2.2.2 Jenis-jenis Material Baja
Jenis material baja yang ada di pasaran saat ini terdiri dariHot Rolled Steel danCold Formed Steel(Baja Ringan).
1.Hot Rolled Steel(Baja Canai Panas)
Hot rolled steel(baja canai panas) adalah material baja yang dihasilkan dari proses pengerolan panas. Proses pembuatannya melalui beberapa
tahapan antara lain melalui proses thermomekanik dan proses
desulfurisasi. Baja jenis ini dapat dipergunakan untuk berbagai
penggunaan dari kualitas umum/ komersil hingga kualitas khusus
seperti struktur rangka baja, tiang pancang, komponen alat berat, dan
komponen kendaraan bermotor, fabrikasi umum, pipa dan tabung
bertekanan tinggi, baja tahan korosi, cuaca, boilers, dan lain-lain.
Ketebalan pelathot rolled steelberkisar antara 0,18 - 25 mm sedangkan lebarnya berkisar antara 600 - 2060 mm, produk pelat hot rolled steel dapat berupa pelat ataucoildan berupa HRC-PO.
2.Cold Formed Steel(Baja Canai Dingin)
Cold formed steel (baja canai dingin) adalah baja yang dihasilkan dari proses pengerolan dingin. Material baja ini memiliki sifat tipikal
berbeda secara signifikan dengan material baja hot rolled steel. Cold formed steelmemiliki kualitas permukaan yang lebih baik, ukuran yang lebih presisi serta memiliki sifat mekanis dan formability yang sangat
baik. Material jenis ini umumnya dipergunakan dalam proses
mm untuk pelat yang mengalami penguatan (annealed steel) dan
ketebalan maksimum 2 mm untuk pelat dalam bentuk gulungan
(unannealed steel).
2.2.2.3 Macam-macam Profil Baja
Profil baja struktural yang tersedia di pasaran terdiri dari banyak jenis dan
bentuk. Semua bentuk profil tersebut mempunyai kelebihan dan kelemahan
masing-masing. Beberapa jenis profil baja menurut ASTM bagian I diantaranya
[image:30.595.157.468.346.526.2]adalah profil IWF, O, C, profil siku (L), tiang tumpu (HP), dan profil T structural.
Gambar 2.4Profil Baja
Profil IWF terutama digunakan sebagai elemen struktur balok dan kolom.
Semakin tinggi profil ini, maka semakin ekonomis untuk banyak aplikasi profil M
mempunyai penampang melintang yang pada dasarnya sama dengan profil W, dan
juga memiliki aplikasi yang sama.
Profil S adalah balok standar Amerika. Profil ini memiliki bidang flens
konstruksi, tetapi masih digunakan terutama untuk beban terpusat yang sangat
besar pada bagian flens.
Profil HP adalah profil jenis penumpu (bearing type shape) yang
mempunyai karakteristik penampang agak bujur sangkar dengan flens dan web
yang hampir sama tebalnya. Biasanya digunakan sebagai fondasi tiang pancang.
Bisa juga digunakan sebagai balok dan kolom, tetapi umumnya kurang efisien.
Profil C atau kanal mempunyai karakteristik flens pendek, yang mempunyai
kemiringan permukaan dalam sekitar 1:6. Biasanya diaplikasikan sebagai
penampang tersusun, bracing tie, ataupun elemen dari bukaan rangka (frame
opening).
Profil siku atau profil L adalah profil yang sangat cocok untuk digunakan
sebagai bracing dan batang tarik. Profil ini biasanya digunakan secara gabungan,
yang lebih di kenal sebagai profil siku ganda. Profil ini sangat baik untuk
digunakan pada struktur truss.
2.3 Beton Bertulang
Material konstruksi beton bertulang mempunyai sifat yang unik
dibandingkan dengan material lain seperti kayu, baja, aluminium atau plastik
karena beton bertulang adalah material konstruksi yang menggunakan dua jenis
bahan yang berbeda secara bersamaan.
Beton bertulang merupakan gabungan yang logis dari dua jenis
bahan/material yaitu beton polos dan tulangan baja. Beton polos merupakan bahan
yang memiliki kekuatan tekan yang tinggi akan tetapi mempunyai kekuatan tarik
Sedangkan tulangan baja akan memberikan kekuatan tarik yang besar
sehingga tulangan baja akan memberikan kekuatan tarik yang diperlukan. Dengan
adanya kelebihan masing-masing elemen tersebut, maka konfigurasi antara beton
dan tulangan baja diharapkan dapat saling bekerja sama dalam menahan
gaya-gaya yang bekerja dalam struktur tersebut, dimana gaya-gaya tekan ditahan oleh beton,
dan tarik ditahan oleh tulangan baja.
Dengan demikian prinsip-prinsip yang mengatur perencanaan struktur dari
beton bertulang dalam beberapa hal berbeda dengan prinsip-prinsip yang
mengatur perencanaan struktur dari bahan yang terdiri dari satu macam saja.
Gambar 2.5 memperlihatkan kekuatan balok yang secara nyata dapat
ditingkatkan dengan menambahkan batangan-batangan baja di daerah tarik. Baja
tulangan yang mampu menerima tekan dan tarik juga dimanfaatkan untuk
menyediakan sebagian dari daya dukung kolom beton dan kadang-kadang di
[image:32.595.151.477.490.592.2]dalam daerah tekan balok.
Gambar 2.5Letak Tulangan dalam Balok Beton Bertulang
2.4 Struktur Komposit
Struktur komposit (Composite) merupakan struktur yang terdiri dari dua
kesatuan dalam menahan gaya atau beban luar. Struktur komposit memanfaatkan
sifat fisik dan mekanik masing-masing bahan sehingga akan diperoleh komponen
yang lebih baik dan mempunyai kelebihan-kelebihan tertentu bila dibandingkan
dengan bahan yang membentuknya.
Perencanaan komposit mengasumsikan bahwa baja dan beton bekerja
sama dalam memikul beban yang bekerja, sehingga akan menghasilkan desain
elemen yang lebih ekonomis. Di samping itu, struktur komposit juga mempunyai
beberapa kelebihan, di antaranya adalah lebih kuat (stronger) dan lebih kaku
(stiffer) daripada struktur non-komposit.
2.4.1 Metode Pelaksanaan Struktur Komposit
Perancangan balok komposit disesuaikan dengan metode yang digunakan
di lapangan. Ada dua metode yang biasanya digunakan dalam pelaksanaan di
lapangan yaitu dengan pendukung (perancah) dan atau tanpa pendukung.
Jika tanpa pendukung, balok baja akan mendukung beban mati primer
selama beton belum mengeras. Beban mati sekunder serta beban-beban lain akan
didukung oleh balok komposit yang akan berfungsi jika beton telah mengeras dan
menyatu dengan baja.
Jika dengan pendukung, selama beton belum mengeras, beban mati primer
akan dipikul oleh pendukung. Setelah beton mengeras dan penunjang dilepas,
2.5 Lentur Murni
Balok melentur adalah suatu batang yang dikenakan oleh beban-beban
yang bekerja secara transversal terhadap sumbu pemanjangannya. Beban-beban
ini menciptakan aksi internal, atau resultan tegangan dalam bentuk tegangan
normal, tegangan geser dan momen lentur. Beban samping (lateral loads) yang
bekerja pada sebuah balok menyebabkan balok melengkung atau melentur,
sehingga dengan demikian mendeformasikan sumbu balok menjadi suatu garis
lengkung.
Jenis-jenis lenturan dapat dibedakan sebagai berikut:
1. Lenturan Murni (Pure Bending)
Lenturan dihasilkan oleh kopel dan tidak ada gaya geser transversal yang
bekerja pada batang. Balok dengan lenturan murni hanya mempunyai
tegangan normal (tegangan lentur tarik dan tekan).
2. Lenturan Biasa (Ordinary Bending)
Lenturan dihasilkan oleh gaya-gaya yang bekerja pada batang dan tidak
terdapat kopel. Balok dengan lenturan biasa mempunyai tegangan normal
dan tegangan geser.
Jika sebuah balok beton bertulang dengan perletakan sederhana diberi dua
beban simetris maka bagian tengah bentang tidak memiliki gaya lintang tetapi
memikul momen kopel. Hal inilah yang disebut dengan lentur murni seperti
Gambar 2.6Diagram Momen dan Lintang
Gambar 2.7Diagram Penyebaran Tegangan Normal
Untuk balok dari bahan homogen dan elastis berlaku rumus lenturan
sebagai berikut:
f =
.=
. ...(2.4)dimana: f = tegangan lentur
M = momen yang bekerja pada balok
c = jarak serat terluar terhadap garis netral, baik di daerah
tekan maupun tarik
2.6 Kuat Lentur Balok Persegi
Distribusi tegangan tekan beton pada penampang bentuknya setara dengan
kurva tegangan-regangan tekan beton. Bentuk distribusi tegangan tersebut berupa
[image:36.595.176.443.244.365.2]garis lengkung dengan nilai nol pada garis netral, seperti pada gambar 2.8 :
Gambar 2.8Distribusi Tegangan-Regangan
Pada suatu komposisi tertentu balok menahan beban sedemikian hingga
regangan tekan lentur balok maksimum (ε’b maks) mencapai 0,003 sedangkan
tegangan tarik baja tulangan mencapai luluh fy. Apabila hal demikian terjadi,
penampang dinamakan mencapai keseimbangan regangan, atau disebut
penampang bertulang seimbang. Dengan demikian berarti bahwa untuk suatu
komposisi beton dengan jumlah baja tertentu akan memberikan keadaan hancur
tertentu pula.
Momen batas adalah momen akibat beban luar yang timbul tepat pada saat
terjadi hancur. Momen mencerminkan kekuatan atau disebut sebagai kuat lentur
ultimate balok. Kuat lentur suatu balok beton tersedia karena berlangsungnya
mekanisme tegangan-regangan dalam yang timbul di dalam balok yang pada
ND adalah resultan gaya tekan dalam, merupakan resultan gaya tekan
pada daerah di atas garis netral. Sedangakan NT adalah resultan gaya tarik
dalam, merupakan jumlah seluruh gaya tarik yang diperhitungkan untuk
daerah di bawah garis netral. Kedua gaya ini, arah garis kerjanya sejajar,
sama besar tapi berlawanan arah dan dipisahkan dengan jarak z sehingga
membentuk Koppel momen tahanan dalam dimana nilai maksimumya disebut
sebagai kuat lentur atau momen tahanan penampang komponen struktur
terlentur.
Momen tahanan dalam akan menahan atau memikul momen lentur rencana
aktual yang ditimbulkan oleh beban luar. Menentukan momen tahanan dalam
merupakan hal yang kompleks sehubungan dengan bentuk diagram tegangan
tekan di atas garis netral yang berbentuk garis lengkung. Kesulitan tidak hanya
pada waktu menghitung besarnya ND, tetapi juga menentukan letak garis
netral kerja gaya relatif terhadap pusat berat tulangan baja tarik. Untuk
menentukan momen tahanan dalam, yang penting adalah mengetahui terlebih
dahulu resultan total gaya beton tekan ND, dan letak garis kerja gaya dihitung
Gambar 2.9Blok Tegangan Ekivalen
Berdasarkan bentuk empat persegi panjang seperti tampak pada gambar
2.9, intensitas tegangan tekan beton rata-rata ditentukan sebesar 0,85f’c dan
dianggap bekerja pada daerah tekan dari penampang balok sebesar b dan sedalam
a, yang mana besarnya ditentukan dengan rumus :
a=β1.c ...(2.5)
dimana : c = jarak serat terluar ke garis netral
β1= konstanta merupakan fungsi dari kuat tekan.
Standar SK–SNI T–15–199–03, menetapkan nilai β1 = 0,85 untuk f’c ≤
30 MPa, berkurang 0,008 untuk setiap kenaikan 1 Mpa kuat beton dan nilai
2.7 Perilaku Defl Apabila balok
dari nol hingga menc
maka hubungan ant
[image:39.595.166.458.210.389.2]digambarkan menjadi
Gambar 2.10Hubun
Keterangan :
Daerah I : Kondisi
Daerah II : Kondisi
menga
patah/ha
Daerah III : Kondisi
sudah m
Pada kondisi
lurus yang memperli
pada balok dalam da
efleksi pada Balok
lok beton bertulang dibebani secara berangsu
encapai suatu harga yang menyebabkan balok
antara beban defleksi pada balok beton b
adi bentuk trilinier seperti berikut:
ubungan Antara Beban dan Defleksi pada Balok B
ondisi praretak, dimana balok beton bertulang beba
ondisi pascaretak, dimana balok beton bertulang
ngalami retak namun masih terkontrol sehingga t
h/hancur
ondisi pasca-serviceability, dimana tegangan pada
h mencapai tegangan lelehnya
si praretak, kurva dari beban defleksi masih m
rlihatkan perilaku elastis penuh. Tegangan ta
daerah ini masih lebih kecil dari tegangan
gsur–angsur mulai
lok tersebut patah,
bertulang dapat
ok Beton Bertulang
bebas retak
g
a tidak
da tulangan tarik
h merupakan garis
n tarik maksimum
Kekuatan lentur EI balok dapat diestimasi dengan menggunakan Modulus Young
(Ec) dari beton dan momen inersia penampang beton bertulang tak retak.
Daerah praretak diakhiri dengan mulainya retak pertama dan mulai
bergerak menuju daerah pascaretak. Hampir semua balok beton bertulang berada
di daerah ini pada saat beban bekerja. Untuk suatu balok di atas tumpuan
sendi-rol, retak akan semakin lebar pada daerah lapangan dan semakin ke arah tumpuan
retak semakin kecil.
Apabila terjadi retak, konstribusi kekuatan tarik beton sudah dikatakan
tidak ada lagi. Maka, kekuatan tarik akan dipikul sepenuhnya oleh tulangan.
Daerah batas kekuatan tarik dan tekan antara balok beton dan tulangan terlihat
[image:40.595.233.390.382.533.2]pada gambar 2.11 berikut.
Gambar 2.11Daerah Batas Kekuatan Tarik dan Tekan
Pada gambar 2.11 di atas, bagian tekan atau sebatas y dipikul oleh beton
dan tulangan As’ sedangkan bagian tarik atau daerah y ke bawah dipikul oleh tulangan As. Berarti kekuatan lentur penampang beton telah berkurang hingga
kurva beban defleksi di daerah pascaretak semakin landai dibandingkan dengan
hingga mencapai suatu harga berupa batas bawah keruntuhan. Pada saat
mencapai batas runtuh, distribusi kekuatan tarik beton terhadap balok dapat
diabaikan.
Pada daerah pasca-serviceability, jika beban terus bertambah, maka
regangan pada tulangan tarik akan terus bertambah melebihi regangan lelehnya.
Bila balok terus mengalami defleksi tanpa adanya beban tambahan dan retaknya
semakin terbuka hingga letak titik penampang retak transformasinya terus
mendekati garis tepi yang tertekan. Akhirnya terjadi keruntuhan tekan sekunder
yang dapat mengakibatkan kehancuran total pada daerah momen maksimum dan
diikuti keruntuhan.
2.8 Ragam Keruntuhan
2.8.1 Keruntuhan Lentur Akibat Kondisi Batas ( Ultimate )
Untuk menerangkan apa yang dimaksud dengan kekuatan batas atau kuat
ultimate maka akan ditinjau struktur balok beton bertulang yang diberi beban
terpusat secara bertahap sampai runtuh (tidak kuat menerima tambahan beban
lagi). Keruntuhan yang akan ditinjau adalah lentur. Agar dapat diperoleh
suatu keruntuhan lentur murni maka digunakan konfigurasi dua buah beban
terpusat yang diletakkan simetri sehingga di tengah bentang struktur tersebut
hanya timbul momen lentur saja (tidak ada gaya geser).
Penampang di tengah diberi sensor-sensor regangan untuk mengetahui
tegangan yang terjadi. Tegangan yang terjadi di sepanjang balok bervariasi seperti
Gamb
Beban diberika
tengah bentang sehingga
yang disebut diagram
pada gambar 2.13.
G
mbar 2.12Variasi Tegangan Sepanjang Balok
rikan secara bertahap dan dilakukan pencata
hingga dapat dilihat tiga tahap perilaku balok aki
am momen-kurvatur. Diagram momen-kurvat
Gambar 2.13Diagram Momen-Kurvatur ok
atatan lendutan di
ok akibat beban atau
Pada diagram momen-kurvatur, θ adalah perubahan sudut balok dalam
panjang tertentu yang besarnya dihitung dengan persamaan 2.6 di mana ϵ adalah
regangan pada serat balok yang berjarak y dari sumbu netral balok:
=
ϵ ...(2.6)Tahap pertama diagram momen-kurvatur adalah momen-momen kecil
yang lebih kecil daripada momen retak Mcrdi mana seluruh penampang melintang
balok mampu menahan lentur. Pada kisaran ini, regangan yang terjadi kecil dan
diagram hampir vertikal dan menyerupai garis lurus.
Ketika momen bertambah hingga melebihi momen retak, kemiringan
kurva akan sedikit berkurang karena balok tidak cukup kaku seperti pada tahap
awal sebelum beton mulai retak. Diagram akan mengikuti garis yang hampir lurus
dari Mcr, hingga ke titik di mana tulangan mengalami tegangan sampai titik
lelehnya. Agar tulangan baja meleleh, diperlukan beban tambahan yang cukup
besar untuk meningkatkan lendutan balok.
Setelah tulangan meleleh, balok memiliki kapasitas momen tambahan
yang sangat kecil sehingga hanya sedikit saja beban tambahan yang diperlukan
untuk secara substansial meningkatkan putaran sudut dan lendutan. Kemiringan
diagram sekarang sangat datar.
Keruntuhan yang didahului oleh lendutan atau deformasi yang besar
seperti yang diperlihatkan pada balok di atas disebut keruntuhan yang bersifat
daktail. Sifat seperti itu dapat dijadikan peringatan dini mengenai kemungkinan
akan adanya keruntuhan sehingga pengguna struktur bangunan mempunyai waktu
untuk menghindari struktur tersebut sebelum benar-benar runtuh, dengan
Keruntuhan lentur tersebut dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda :
1. Keruntuhan tarik, terjadi bila jumlah tulangan baja relatif sedikit
sehingga tulangan tersebut akan leleh terlebih dahulu sebelum
betonnya pecah, yaitu apabila regangan baja (εs) lebih besar dari
regangan beton (εy). Penampang seperti itu disebut penampang
under-reinforced, perilakunya sama seperti yang diperlihatkan pada balok uji yaitu daktail (terjadinya deformasi yang besar sebelum runtuh).
2. Keruntuhan tekan, terjadi bila jumlah tulangan relatif banyak
maka keruntuhan dimulai dari beton sedangkan tulangan bajanya
masih elastis, yaitu apabila regangan baja (εs) lebih kecil dari regangan beton (εy). Penampang seperti itu disebut penampang over-reinvorced,
sifat keruntuhannya adalah getas (non-daktail). Suatu kondisi yang
berbahaya karena penggunaan bangunan tidak melihat adanya deformasi
yang besar yang dapat dijadikan pertanda bilamana struktur tersebut mau
runtuh, sehingga tidak ada kesempatan untuk menghindarinya terlebih
dahulu. Semua balok yang direncanakan sesuai peraturan diharapkan
berperilaku seperti itu.
3. Keruntuhan seimbang, jika baja dan beton tepat mencapai kuat batasnya,
yaitu apabila regangan baja (εs) sama besar dengan regangan beton (εy).
Jumlah penulangan yang menyebabkan keruntuhan seimbang dapat
dijadikan acuan untuk menentukan apakah tulangan relatif sedikit atau
tidak, sehingga sifat keruntuhan daktail atau sebaliknya.
G
2.9 Lendutan pad Bidang momen
Gam
Gambar 2.14Perilaku Keruntuhan Balok
pada Balok
en yang terjadi pada balok dengan beban terpusa
Perhitungan lendutan didapat dari turunan momen yaitu untuk
mendapatkan lendutan maka momen dianggap sebagai beban. Perhitungan momen
sebagai beban diperoleh dengan cara sebagai berikut.
= . . =
= . =
Setelah didapat nilai beban (q1dan q2) maka dihitung reaksi tumpuan.
+ =
= =
1
36 +361 +181 2
= 2
36 +181 2
= 1
18 +181 2
= 1 18
Setelah diperoleh reaksi tumpuan maka dihitung momen yang
sesungguhnya lendutan dengan memperhitungkan sifat bahan. Besar lendutan
pada jarak 1/3 bentang diperoleh dengan cara sebagai berikut.
. = .1
= 1 1 6 . 1 54. =5 6. 1 54 = 5 324
Besar lendutan pada jarak 1/2 bentang diperoleh dengan cara sebagai berikut.
. = .1
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Pembuatan Benda Uji
Langkah-langkah pembuatan benda uji dibagi dalam empat tahapan, yaitu:
1. Perencanaan campuran beton
2. Persiapan pembuatan benda uji
3. Pembuatan benda uji
4. Perawatan (curing)
3.1.1 Perencanaan Campuran Beton Volume balok = ( 320 x 15 x 25 )cm
= 120000 cm3
= 0,12 cm3
Volume adukan beton = volume balok kotor - ( volume tulangan tarik +
volume tulangan tekan + volume tulangan
sengkang )
= 0,12 m3–{(2 x 113,143 x 10-9x 3,2) + (2 x 113,143 x 10-9x 3,2) + (30 x 28,286 x 10-9x
0,620}
= 0,1199 m3
Umumnya saat proses pengecoran, akan terjadi kehilangan beton sehingga
digunakan Safety Factor (SF) = 1,2 sehingga volume adukan beton
Tabel 3.1Komposisi Rencana Balok Beton Bertulang Normal
Beton Normal
Semen (kg) Pasir (kg) Kerikil (kg) Air (kg)
55,9 116,8 159 27,9
3.1.2 Persiapan Pembuatan Benda Uji
3.1.2.1 Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder
Prosedur pelaksanaan dilakukan sebagai berikut ini
1. Sediakan cetakan silinder dengan ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30
cm
2. Bagian dalam cetakan silinder diolesi dengan vaseline untuk
mempermudah melepas beton dari cetakan
3. Siapkan material penyusun beton seperti semen, pasir, kerikil, air
kemudian ditimbang sesuai dengan perbandingan mix design
[image:49.595.237.388.469.712.2]4. Siapkan alat-alat yang akan digunakan dalam proses pencampuran
Gambar 3.2Bahan Pembuatan Benda Uji
3.1.2.2 Persiapan Pembuatan Benda Balok Beton Bertulang Prosedur pelaksanaan dilakukan sebagai berikut ini.
1. Sediakan cetakan balok berukuran 15 x 25 x 320 cm
2. Rakit tulangan sedemikian sehingga membentuk rangkaian yang telah
direncanakan sedangkan dimensi tulangan yang digunakan adalah
tulangan tekan 2D12, tulangan tarik 2D12, tulangan sengkang D16-10
cm
3. Persiapkan material penyusun beton seperti semen, pasir, kerikil, air
dan ditimbang terlebih dahulu sesuai dengan perbandingan mix design
Gambar 3.3Cetakan (Bekisting) Benda Uji
3.1.3 Pembuatan Benda Uji
Prosedur pelaksanaan dilakukan sebagai berikut ini.
1. Letakkan mesin pengaduk (molen) pada kedudukan yang stabil
2. Hidupkan mesin pengaduk (molen) sesuai dengan tenaga
penggeraknya
3. Masukkan air secukupnya untuk membasahi permukaan dalam mesin
pengaduk (molen)
4. Masukkan pasir dan semen secara berurutan ke dalam mesin pengaduk
(molen)
5. Tambahkan sedikit air dengan tujuan mempermudah proses
pencampuran pasir dan semen
6. Masukkan kerikil ke dalam mesin pengaduk (molen)
7. Masukkan sisa air yang telah dipersiapkan ke dalam mesin
8. Tuangkan
memeriksa
9. Setelah ha
sebelumny
balok seca
dapat terisi
G
an adukan secukupnya ke dalam alat uji slum
ksa nilai slump campuran beton
hasil uji slump test telah memenuhi nilai y
nya, maka adukan dituang ke dalam cetaka
secara bertahap. Gunakan alat perojok/vibarat
risi dengan merata.
[image:52.595.196.426.259.435.2]Gambar 3.4Mesin Pengaduk ( Molen )
Gambar 3.5Slump Test
slump test untuk
i yang ditentukan
takan silinder dan
Gambar 3.6Beton Segar dalam Cetakan Balok
3.1.4 Perawatan (curing) Benda Uji
Perawatan (curing) pada beton dilakukan saat mencapai final setting yang
berarti beton telah mengeras. Tujuannya agar proses hidrasi berikutnya tidak
mengalami hambatan dimana beton tidak mengalami keretakan karena kehilangan
air.
Metode perawatan (curing) pada beton dibagi menjadi dua, yaitu
perawatan normal/pembasahan (moisture curing) dilakukan dengan meletakkan
dalam ruangan lembab, di atas dengan air, di dalam air, diselimuti karung basah
dan peyiraman kontinu. Sedangkan perawatan dipercepat (acceleration curing)
dapat dilakukan dengan uap (steam curing) dan penambahan zat aditif seperti
3.2 Pengujian Benda Uji Silinder 3.2.1 Pengujian Kuat Tekan
Prosedur pelaksanaan dilakukan sebagai berikut ini.
1. Benda uji dikeluarkan dari bak perendam dan diletakkan di tempat
kering kemudian didiamkan selama 1 hari agar kering
2. Timbang berat benda uji
3. Benda uji diletakkan secara sentris atau tepat di tengah-tengah alat
penekanCompression Machine
4. Mesin dijalankan dengan penambahan beban secara konstan melalui
kompresor
5. Lakukan pembebanan sampai jarum penunjuk skala beban tidak naik
lagi dan catatlah angka yang ditunjukkan jarum penunjuk
3.3 Perencanaan Benda Uji Balok Berton Bertulang
Balok beton bertulang yang akan diuji memiliki dimensi 150 x 250 mm
dengan panjang 3000 mm. Beban yang diberikan merupakan beban terpusat dari
hydraulic jack dibagi menjadi dua masing-masing dengan 0,5P.
3.4 Pemasangan Baja Ringan Profil U
Proses pemasangan profil pada balok beton bertulang dilakukan pada dua
sampel kemudian dibandingkan dengan balok tanpa perkuatan. Dalam
pemasangan profil di sebelah kiri dan kanan, balok terlebih dahulu dibersihkan
dan diratakan dahulu agar baut dynabolt dapat menembus balok dengan baik.
3.5 Pengujian Balok Beton Bertulang
Prosedur dilakukan dengan tahapan secara berurut sebagai berikut.
1. Pengujian balok tanpa perkuatan
2. Pengujian balok dengan perkuatan baja ringan profil U
3.6 Peralatan Uji Pembebanan 3.6.1 Dial Indikator
Merupakan alat yang menunjukkan besarnya lendutan yang terjadi akibat
[image:55.595.200.425.328.504.2]beban yang diberikanhydraulic jackterhadap balok.
3.6.2 Hydraulic Jack
Merupakan alat yang digunakan untuk memberikan beban secara bertahap
[image:56.595.198.429.175.361.2]dengan kenaikan tiap 500 kg kepada balok. Mempunyai kapasitas sebesar 25T.
Gambar 3.8Hydraulic Jack
3.6.3 Rangka Beban
Merupakan rangka baja yang didesain sebagai tempat penyaluran beban
yang dihasilkan oleh alathydraulic jackserta tempat perletakan balok.
3.6.4 Sendi dan Rol
3.7 Analisis Hasil Eksperimental Balok Beton Bertulang Normal dan
Perkuatan Baja Ringan
Langkah-langkah pengerjaan lendutan sebagai berikut.
a) Kondisi Sebelum Retak
- Menghitung = 4700 ′ ...(3.1)
dimana: = modulus elastisitas beton, Mpa (N/mm2)
′ = mutu beton , MPa ( N/mm2)
- Menghitung = . ...(3.2)
dimana: = momen inersia penampang utuh ( mm4)
= lebar balok ( mm )
= tinggi balok ( mm )
- Menghitung = ...(3.3)
dimana: = berat sendiri beton ( N/mm )
= lebar balok ( mm )
= tinggi balok ( mm )
= berat jenis beton ( kN/m3)
- Menghitung = ...(3.4)
dimana: = berat sendiri perkuatan ( kg/m )
= luas penampang baja ringan ( m2)
- Menghitung lendutan akibat beban terpusat,
=
. ...(3.5)
dimana: = beban yang bekerja ( N )
= panjang bentang ( mm )
= modulus elastisitas beton, Mpa ( N/mm4)
= momen inersia penampang utuh ( mm4)
- Menghitung lendutan akibat beban sendiri,
=
. .. ...(3.6)
dimana: q = berat sendiri beton ( N/mm )
= panjang bentang ( mm )
= modulus elastisitas beton, Mpa ( N/mm4)
b) Kondisi Setelah Retak
- Menghitung nilai perbandingan modulus
• Balok Beton Bertulang Normal
n =
...(3.7)• Balok Beton Bertulang dengan Perkuatan
=
...(3.8)dimana: n = nilai perbandingan modulus baja ke beton
m = nilai perbandingan modulus baja ringan ke beton
= modulus elastisitas perkuatan ( MPa)
= 2,1 x 105MPa
= modulus elastisitas beton, Mpa ( N/mm4)
- Menghitung
• Balok Beton Bertulang Normal
= 1 12 .
• Balok Beton Bertulang dengan Perkuatan
= . + ... (3.9)
dimana: = momen inersia penampang utuh ( mm4)
= lebar balok ( mm )
= tinggi balok ( mm )
= momen inersia baja ringan ( mm4)
- Menghitung = 0,7 ... (3.10)
dimana: = modulus retak beton, MPa ( N/mm2)
- MenghitungAs dan As’ = = ... (3.11)
dimana: As = luas penampang tulangan tarik ( mm2)
As’ = luas penampang tulangan tekan ( mm2 )
D = diameter tulangan ( mm )
r = jari-jari ( mm )
- Menghitung letak penampang titik penampang retak transformasi
• Balok Beton Bertulang Normal
. . + n. As . y n. As . d n. As . d + n. As . y = 0
... (3.12)
• Balok Beton Bertulang Perkuatan
+ n. As . (y d ) n. As . (d y)
m. 2. Aperkuatan . (h 29,55 y) = 0 ... (3.13)
- Menghitung
• Balok Beton Bertulang Normal
. b. + n. As . (d y)2 + n. As . (y d )2 = 0.... (3.14)
• Balok Beton Bertulang Perkuatan
. b. + . . ( ) + . . ( ) +
2. . . ( 29,55 ) = 0...(3.15)
- Menghitungȳ
Balok Beton Bertulang Normal
= . .(2. +)+(( 11).). . ++(( 11)).. . ... (3.16)
Balok Beton Bertulang Perkuatan
= . .2 +(( . )1+).( . +1).( +1(). 1). +. (+( 1)A1)Aperkuatan(h 29,55) perkuatan
... (3.17)
dimana: = jarak
- Menghitung = ... (3.18)
dimana: = jarak
- Menghitung = . ... (3.19)
dimana: = momen retak ( Nmm )
= modulus retak beton, MPa ( N/mm2)
= momen inersia penampang utuh ( mm4)
- Menghitung = . + . ...(3.20)
untuk:
• Balok Beton Bertulang Normal
=
• Balok Beton Bertulang dengan Perkuatan
- Menghitung =( ) . + 1 . ... (3.22)
dimana: = momen inersia efektif ( mm4)
= momen retak ( Nmm )
= momen maksimum ( Nmm )
= momen inersia penampang utuh ( mm4)
- Menghitung lendutan akibat beban terpusat,
=
. ...(3.23)
dimana: = beban yang bekerja ( N )
= panjang bentang ( mm )
= modulus elastisitas beton, MPa ( N/mm4)
= momen inersia efektif ( mm4)
- Menghitung lendutan akibat beban sendiri,
=
. .. ... (3.24)
dimana: q = berat sendiri komposit ( N/mm )
= panjang bentang ( mm )
= modulus elastisitas beton, MPa ( N/mm4)
3.8 Bagan Alir (Flowchart)
Gambar 3.9Bagan Alir Mulai
Pembuatan Benda Uji Penyiapan Alat dan Bahan
Studi Literatur
Perhitungan Analitis
Hasil
Lendutan Hasil Percobaan
Kesimpulan & Saran
BAB IV
HASIL dan PEMBAHASAN
[image:64.595.115.473.488.721.2]4.1. Pengujian Kuat Tarik Baja Ringan Profil U
Tabel 4.1.Hasil Pengujian Kuat Tarik Baja Ringan
No. Nama
Ukuran Benda
Uji (mm) Fy (N) Fu(N) σy
(N/mm2)
Σu
(N/mm2) Ɛ (%) Ket. Lebar Tebal
1. PELAT► 1 16,46 0,45 4095 5850 552,9 789,793 2,4
-2. PELAT► 2 15,45 0,45 3395 4850 488,3 697,590 2,08
-3. PELAT► 3 16,27 0,45 3605 5150 492,4 703,407 0,68
-Rata-rata 511,2 730,264 1,72
4.2 Pengujian Lendutan pada Balok Beton Bertulang Secara Eksperimen 4.2.1 Lendutan pada Balok Beton Bertulang Normal
Pengukuran lendutan diukur dengan Dial Indikator dengan pemberian
pembebanan awal sebesar 500 kg sampai mencapai kegagalan/keruntuhan.
Tabel 4.2Hasil Pengujian Lendutan pada Balok Normal
Beban P (kg) δkiri δ tengah δkanan
0 0 0 0
500 22 31 26
1000 29 44 36
1500 38 64 49
2000 60 118 79
2500 115 242 171
3000 203 314 272
3500 237 478 315
4000 310 515 402
4500 389 738 477
5000 506 900 669
5500 882 1126 1019
0 22 29 38 60 115 203 237 310 389 506 882 1203 0 31 44 64 118 242 314 478 515 738 900 1126 1300 0 26 36 49 79 171 272 315 402 477 669 1019 1084 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
0 500 1000 1500
B eb an ( k g)
Lendutan (x 0,01mm)
[image:65.595.112.513.165.674.2]Balok Normal
Beban P (kg) δkiri δ tengah δkanan
0 0 0 0
500 61 83 60
1000 146 198 141
1500 233 214 225
2000 296 258 280
2500 405 322 378
3000 508 367 480
3500 607 608 584
4000 759 737 692
4500 931 826 746
5000 1057 908 937
5500 1133 1013 1034
6000 1149 1129 1154
6500 1239 1177 1235
7000 1356 1268 1359
7500 1430 1391 1432
8000 1437 1448 1455
[image:66.595.135.493.185.479.2]4.2.2 Lendutan pada Balok Beton Bertulang dengan Perkuatan a. Balok Beton Bertulang I
Gambar 4.2Lendutan pada Balok I dengan Perkuatan 0 61 146 233 296 405 508 607 759 931 1057 1133 1149 1239 1356 1430 1437 0 83 198 214 258 322 367 608 737 826 908 1013 1129 1177 1268 1448 0 60 141 225 280 378 480 584 692 746 937 1034 1154 1235 1359 1432 1455 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
0 500 1000 1500
B eb an ( k g)
Lendutan (x 0,01mm)
Beban P (kg) δkiri δ tengah δkanan
0 0 0 0
500 16 82 45
1000 66 158 104
1500 111 221 151,5
2000 246 291 303
2500 414 341 572
3000 533 390 678
3500 705 660 822
4000 846 787 925
4500 1091 859 1093
5000 1107 912 1199
5500 1233 1009 1234
6000 1319 1115 1254
6500 1377 1160 1335
7000 1403 1288 1409
7500 1415 1352 1422
8000 1417 1446 1425
[image:68.595.135.493.159.454.2]b. Balok Beton Bertulang II
0 16 66 111 246 414 533 705 846 1091 1107 1233 1319 1377 1403 1415 1417 0 82 158 221 291 341 390 660 787 859 912 1009 1115 1160 1288 1352 1446 0 45 104 151,5 303 572 678 822 925 1093 1199 1234 1254 1335 1409 1422 1425 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
0 500 1000 1500
B eb an ( k g)
Lendutan (x 0,01mm)
[image:69.595.112.512.136.644.2]Balok II dengan Perkuatan Baja
Ringan
4.3 Perhitungan Lendutan pada Balok Beton Bertulang Secara Teoritis 4.3.1 Lendutan pada Balok Beton Bertulang Normal
4.3.1.1 Kondisi Sebelum Retak
Perhitungan dilakukan dimulai dari beban P= 0 kg sampai P= 2000 kg.
= 4700 ′ ... (3.1)
= 4700 18,68
= 20313,572 MPa
= . ... (3.2)
= .150.250
= 195312500 mm4
qc= b x h x γc... (3.3) = 0,15 x 0,25 x 24
= 0,9 kN/m
• P=0 kg
Lendutan akibat beban terpusat
=
. ... (3.5)
= ,
= 0 mm
Lendutan akibat beban sendiri
= . .
. ... (3.6)
= 5 0,9 3000
384 20313,572 195312500
= 0,239
Maka, lendutan total ( ) = 0,239 mm
• P=500 kg = 5000 N
Lendutan akibat beban terpusat
=
. ... (3.5)
= 23 5000 3000
1296 20313,572 195312500
=0,604 mm
Lendutan akibat beban sendiri
= . .
. ... (3.6)
= 5 0,9 3000
384 20313,572 195312500
=0,239 mm
• P=1000 kg = 10000 N
Lendutan akibat beban terpusat
=
. ... (3.5)
= 23 10000 3000
1296 20313,572 195312500
=1,208 mm
Lendutan akibat beban sendiri
= . .
. ... (3.6)
= 5 0,9 3000
384 20313,572 195312500
=0,239 mm
Maka, lendutan total ( ) =1,447 mm
• P=1500 kg = 15000 N
Lendutan akibat beban terpusat
=
. ... (3.5)
= 23 15000 3000
1296 20313,572 195312500
=1,812 mm
Lendutan akibat beban sendiri
= . .
. ... (3.6)
= 5 0,9 3000
384 20313,572 195312500
=0,239 mm
• P=2000 kg = 20000 N
Lendutan akibat beban terpusat
=
. ... (3.5)
= 23 20000 3000
1296 20313,572 195312500
=2,416 mm
Lendutan akibat beban sendiri
= . .
. ... (3.6)
= 5 0,9 3000
384 20313,572 195312500
=0,239 mm
Maka, lendutan total ( ) = 2,655 mm
4.3.1.2 Kondisi Setelah Retak
Perhitungan dilanjutkan dari dari beban P=2500 kg sampai dengan balok
beton bertulang mengalami keruntuhan/patah di beban P=6000 kg.
= 4700 ′ ... (3.1)
= 4700 18,68
= 20313,572 N/mm2
= 200000
= ... (3.8)
=
,
= . ... (3.2)
= .150.250
= 195312500 mm4
= 0,7 ... (3.10)
= 0,7 18,68= 3,0254 N/mm2
= = 2 ... (3.11)
=2 x
=2 x 12
=226,195 mm2
As’= 2 x ... (3.12)
=2 x
=2 x 12
=226,195 mm2
b = 150mm
