ANALISA KAPASITAS GESER TERHADAP PENAMBAHAN CARBON FIBRE REINFORCED POLYMER (CFRP) PADA BALOK BETON BERTULANG.

(1)

TUGAS AKHIR

ANALISA KAPASITAS GESER

TERHADAP PENAMBAHAN CARBON FIBRE REINFORCED

POLYMER (CFRP) PADA BALOK BETON BERTULANG

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya Pada Program Studi D-3 Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Negeri Medan

Oleh :

Rijon Samosir

5123210031

PROGRAM STUDI D-3 TEKNIK SIPIL

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK BANGUNAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

ABSTRAK

Rijon Samosir, 5123210031, Analisa Kapasitas Geser Terhadap Penambahan Carbon Fiber Reinforced Polymer ( CFRP) Pada Balok Beton Bertulang, Tugas Akhir, Medan : Fakultas Teknik Jurusan Pendidikan Teknik Bangunan, Program Studi D-3 Teknik Sipil Universitas Negeri Medan, 2016.

Dalam perencanaan struktur beton bertulang, diperlukan desain yang dapat menahan beban-beban yang bekerja terhadap struktur. Beban yang melebihi kapasitas penampang balok beton bertulang akan mengakibatkan retakan– retakan diagonal dan vertikal. Retakan vertikal terjadi diakibatkan kegagalan balok dalam menahan beban lentur, biasanya terjadi pada daerah lapangan (bentang tengah) balok. Retakan diagonal terjadi akibat kegagalan balok dalam menahan beban geser, terjadi pada daerah ujung dekat tumpuan balok. Jika balok tersebut tidak mempunyai jumlah tulangan transversal dan longitudinal yang cukup serta direncanakan tidak didetail dengan benar, retakan-retakan tersebut dapat terjadi lebih awal dan pada akhirnya akan berakibat terjadi keruntuhan yang tiba-tiba pada balok. Salah satu alternatif untuk meningkatkan kemampuan balok beton bertulang dalam menahan beban geser, antara lain dengan menggunakan Carbon Fiber Reinforced Polymer ( CFRP) yang direkatkan pada permukaan komponen beton yang diperkuat dengan bantuan perekat Epoxy, dipasang vertikal pada setiap sisi balok dimana serat ini dapat meningkatkan kapasitas geser pada balok.

Dalam analisa ini model balok yang digunakan adalah balok beton bertulang rangkap berukuran 25x50x800cm dengan tulangan tarik 5D16 dan tulangan tekan 2D16 serta tulangan geser D10-200 dan Mutu beton untuk semua balok K-300 dan Mutu Baja 400 MPa. Untuk balok dengan perkuatan CFRP digunakan jarak yang bervariasi, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm dan lebar serat 30mm dengan mengabaikan jarak tulangan geser.

Dari hasil analisa untuk model balok beton bertulang dengan jarak pemasangan Carbon Fiber Reinforced Polymer ( CFRP) yang semakin rapat, dapat meningkatkan kapasitas geser pada balok beton bertulang dalam menahan tegagan geser yang terjadi.

(6)

v

ABSTRACK

Rijon Samosir, 5123210031, analysis of the shear Capacity Against the addition of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) on reinforced concrete Beams, the final Task, the terrain: the Faculty of Engineering Department of Engineering Education Courses, Building D-3 civil engineering State University of Medan, 2016.

In planning the structure of reinforced concrete, required a design that can withstand loads that work against the structure. Loads that exceed the capacity of reinforced concrete beam cross-section would result in cracks – diagonal and vertical cracks. Vertical cracks occur resulting from any failure of the beams in bending load holding, usually occur in the area of the field (span) beams. Diagonal cracks occur due to failure of the beams in a holding load of the slide, occur at the fringes near the objectbeam. If the beam does not have a number of transversal and longitudinal reinforcement enough as well as planned is not didetail properly, cracks-cracks can occur earlier and will ultimately result in a collapse occurred suddenly on the block. One alternative to improve the capability of reinforced concrete beams in shear load holding, among other things by using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) are glued together on the surface of reinforced concrete component with the help of Epoxy adhesives, mounted vertically on each side of the beam where the fiber is able to increase the capacity of shear on a beam.

This model in analysis of beams used are double sized reinforced concrete beams 25x50x800cm with 5D16 and tensile reinforcement reinforcement reinforcement andshear 2D16 press D10-200 and concrete Quality for all beam K-300 and 400 MPa Steel Quality. For beams with CFRP reinforcement purposes used varied distance, 100 mm, 200 mm, 300 mm, 400 mm, 500 mm wide and 30 mm by ignoring the fiber reinforcement shear distance.

From the results of the analysis to the model of reinforced concrete beams with Carbon Fiber Reinforced Polymer mounting (CFRP) are increasingly meeting, can increase the capacity of shear on reinforced concrete beams in shear tegagan hold back happens.

(7)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan

rahmat dan karunia-Nya dan melimpahkan pengetahuan serta memberikan

kesempatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir (TA)

yang berjudul “Analisa Kapasitas Geser Terhadap Penambahan Carbon Fibre

Reinforced Polymer (CRFP) Pada Balok Beton Bertulang”.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini masih banyak

kekurangan dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat

diharapkan untuk penyempurnaan laporan tugas akhir ini.

Dalam menyelesaikan laporan ini, penulis banyak mendapat nasihat,

bimbingan, arahan, kritik, dan saran serta bantuan oleh berbagai pihak. Dengan

penuh rasa hormat, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada:

1. Edo Barlian ST., MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah

banyak memberikan waktu, tenaga, pikiran, bimbingan serta nasehat kepada

penulis selama mengerjakan penulisan laporan ini.

2. Prof. Dr. Harun Sitompul M. Pd., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Negeri Medan.

3. Prof. Dr. Sumarno, M.Pd., selaku Wakil Dekan Bidang Akademik Fakultas

Teknik Universitas Negeri Medan.

4. Drs. Asri Lubis, ST., M.Pd., selaku Ketua Jurusan Pendidikan Teknik

Bangunan Fakultas Teknik Universitas Negeri Medan

5. Irma N. Nasution, ST., M.Ds., selaku Ketua Program Studi D-3 Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Negeri Medan.

6. Syafiatun Siregar, ST., MT, selaku Dosen Pembimgbing Akademik penulis

yang telah memberikan motivasi kepada penulis selama masa perkuliahaan dan

dalam rangka penyelesaian Tugas Akhir ini.

7. Sutrisno, ST., MT, Syafiatun Siregar, ST., MT dan Dr. Ir. Rumila Harahap, MT

selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran, kritikan dan masukan

(8)

vii

8. Seluruh Dosen dan Staf Pegawai pada Jurusan Pendidikan Teknik Bangunan

Fakultas Teknik Universitas Negeri Medan.

9. Keluarga tercinta yang menjadi alasan utama penulis, dimana tanpa mereka

penulis tidak akan bisa menyelesaikan masa studi D3-Teknik Sipil di

Universitas Negeri Medan dan menyelesaikan Tugas Akhir ini. Bapak saya P.

Samosir (Almarhun), Ibunda tercinta M. Sinaga, Abang, Kakak dan Adik saya

Lasker Samosir, Afrita Evaleria Samosir dan Novita Samosir, serta Keluarga

saya dari Bapak (SAMOSIR) dan Ibu (SINAGA). Terimaksih atas dukungan

moril maupun material yang telah diberikan kepada penulis. Saya sanggat

bangga dilahirkan menjadi bagian dari keluarga ini.

10. Teman-teman D3- Teknik Sipil Program Studi Teknik Sipil D3 yang tidak

dapat penulis sebutkan satu persatu.

11. Sahabat saya Hendra Simbolon, Nanda Aprian, Ari Perdana Nasution, Azlan

Panggabean dan Ikhsan Septiawan yang merupakan anggota kost Dantob yang

selalu memberikan doa dan semangat yang begitu mendukung kepada penulis

dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

12. Abang/Kakak serta Adik – adik Program Studi D3-Teknik Sipil, terima kasih

atas doa dan dukunganya.

Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan

manfaat pada pembaca. Penulis menyadari bahwa isi Tugas Akhir ini mempunyai

banyak kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang

bersifat membangun guna menyempurnakan Tugas Akhir ini. Sekian dan Terima

kasih.

Medan, Agustus 2016

Penulis,

Rijon Samosir

(9)

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN ... i

LEMBAR PEGESAHAAN ... ii

SURAT PERNYATAAN ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACK ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang Masalah ... 1

1.2Batasan Masalah ... 1

1.3Rumusan Masalah ... 2

1.4Tujuan Penulisan ... 2

1.5Metode Pengumpulan Data ... 2

BAB II LANDASAN TEORI 2.1Penjelasan Umum ... 4

2.1.1 Beton ... 4

2.1.2 Beton Bertulang ... 4

a. Pengertian beton bertulang . ... 4

(10)

ix

2.1.3 Beton Serat ... 7

2.2Balok Persegi Panjang Dengan Tulangan Rangkap ... 9

2.2.1 Pengertian Balok Tulangan Rangkap ... 9

2.2.2 Perencanaan Balok Tulangan Rangkap ... 10

a. Pemasangan tulangan rangkap . ... 10

b. Distribusi regagan dan tegagan ... 10

c. Tinggi balok tegagan beton tekan ... 12

d. Momen nominal dan momen rencana balok ... 13

e. Nilai a untuk baja tulangan ... 14

f. Balok dengan tulangan tekan belum leleh ... 16

2.2.3 Lentur Pada Balok ... 17

2.2.4 Geser Pada Balok ... 20

BAB III ANALISA STRUKTUR DAN PERHITUNGAN 3.1Data Umum ... 24

3.2Perhitungan Kapasitas Momen Dan Geser Rencana Pada Balok Bertulang Rangkap ... 25

3.2.1 Gaya Tekan Baja Tulangan ... 25

3.2.2 Gaya Tarik Baja Tulangan ... 26

3.2.3 Gaya Tekan Beton ... 26

3.2.4 Momen Gaya Lentur Maksimum ... 26

3.2.5 Perhitungan Kuat Geser Nominal ... 27

a. Kuat geser nominal yang disumbangkan beton . ... 27

(11)

3.3Perhitungan Kapasitas Momen Dan Geser Rencana Pada Balok

Bertulang Rangkap Terhadap Penambahan Serat Carbon FRP ... 28

3.3.1 Perhitungan kuat geser yang disumbangkan FRV jarak 100mm .. 29

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

4.1Kesimpulan ... 42

4.2Saran ... 42

DAFTAR PUSTAKA

(12)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis dan Kelas Baja Tulangan sesuai SII 0136-80 ... 7

Tabel 2.2 Aplikasi Penggunaan CFRP ... 9

Tabel 2.3 Karakteristik CFRP (PT. Sika Indonesia) ... 9

Tabel 2.4 Karakteristik Epoxy (PT. Sika Indonesia) ... 10

Tabel 2.5 Rasio Tulangan Maksimal (ρmaks) dalam persen (%) ... 11

Tabel 3.1 Hasil Analisa Kuat Geser dengan Tulangan Sengkang ... 46

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Benda Uji Tarik CFRP ... 10

Gambar 2.2 Pemasangan CFRP pada Balok ... 10

Gambar 2.3 Letak Tulangan pada Balok Rangkap ... 12

Gambar 2.4 Pemasangan Tulangan Longitudinal pada Balok Rangkap ... 13

Gambar 2.5 Distribusi Regagan dan Tegagan pada Balok Tulangan Rangkap 11 Gambar 2.6 Distribusi Regagan pada Penampang Balok Dengan Tulangan Tarik dan Tulangan Tekan Lebih dari 1 baris ... 16

Gambar 2.7 Skema Hitungan Momen Rencana Balok (Penampang Balok dengan Tulangan Rangkap ... 22

Gambar 3.1 Penampang Balok Bertulang Rangkap ... 29

Gambar 3.2 Penampang Balok Bertulang Rangkap Penambahan FRP ... 33

Gambar 3.3 Balok Bertulang Rangkap dengan Jarak Serat 100mm ... 34

(14)

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Surat Permohonan Judul dan Pembimbing Tugas Akhir

Lampiran 2 Surat Penugasan Dosen Pembimbing Tugas Akhir

Lampiran 3 Gambar Bestek Penampang Balok pada Bangunan Gedung Wilmar

Lampiran 4 Karekteristik CFRP (PT. Sika Indonesia)

Lampiran 5 Daftar Assistensi Tugas Akhir

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Beton merupakan bahan yang sangat penting dan banyak digunakan dalam

dunia konstruksi terutama dalam bidang struktur. Beton dibentuk oleh pengerasan

campuran antara semen, air, agregat halus (pasir), dan agregat kasar (batu pecah atau

kerikil). Untuk beton dengan tambahan tulangan disebut beton bertulang dan

merupakan bahan yang paling banyak dipakai pada pembangunan dalam bidang

teknik sipil, baik pada bangunan gedung, bendungan, jembatan, maupun konstruksi

yang lain.

Balok beton bertulang sebagai suatu batang struktur harus didesain untuk

dapat menahan beban – beban yang bekerja terhadap struktur. Beban yang melebihi

kapasitas penampang balok beton bertulang akan mengakibatkan retakan diagonal

dan vertikal. Retakan vertikal terjadi diakibatkan kegagalan balok dalam menahan

beban lentur, biasanya terjadi pada daerah lapangan (bentang tengah) balok, karena

pada daerah ini timbul momen lentur paling besar. Retakan diagonal terjadi akibat

kegagalan balok dalam menahan beban geser, terjadi pada daerah ujung dekat

tumpuan balok.

Untuk meningkatkan ketahanan balok terhadap retak awal (first crack) beton

dapat ditempuh dengan jalan menambahkan beberapa perkuatan struktur yang

mendukung. Salah satunya adalah penambahan serat pada balok beton bertulang.

PT. Sika Indonesia memproduksi 2 jenis serat yang dapat digunakan untuk

perkuatan struktur. Sika carbodur plate adalah lembaran karbon fibre (CFRP), yang

didesain untuk perkuatan struktur beton, kayu, batu bata, dan baja. CFRP

ditempelkan pada struktur dengan menggunakan sikadur -30 dan berfungsi sebagai

tulangan tambahan pada sisi luar. Serat ini memiliki modulus elastis rata – rata

165000 MPa dan kuat tarik rata – rata 3100 MPa. Dengan nilai kuat tarik yang sangat

tinggi, serat ini bisa digunakan sebagai tambahan tulangan pada sisi luar untuk

mengatasi retak diagonal (geser) dan vertikal (lentur) pada balok. Sikawrap -231C

(16)

2

modulus elastis 234000 MPa dan kuat tarik 4800 MPa. Untuk kesalahan perencanaan

struktur kolom, serat ini bisa digunakan sebagi perkuatan untuk meningkatkan kuat

tekan dan kekakuan dari kolom beton

Dengan pertimbangan – pertimbangan diatas timbul pemikiran untuk

mengadakan suatu analisa terhadap pengaruh penambahan CRFP untuk perkuatan

balok beton bertulang tersebut, yang diharapkan dapat meningkatkan tegagan geser.

Berdasarkan uraian di atas penulis tertarik melakukan analisa tentang “Analisa

Kapasitas Geser Terhadap Penambahan Carbon Fibre Reinforced Polymer

(CFRP) Pada Balok Beton Bertulang ”

1.2 Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka yang menjadi batasan

masalah antara lain sebagai berikut:

a. Balok yang akan dianalisa adalah balok beton bertulang rangkap.

b. Menggunakan Carbon Fibre Reinforced Polymer ( C FRP) yang direkatkan

pada permukaan komponen beton yang diperkuat dengan bantuan perekat

Epoxy.

c. Carbon Fibre Reinforced Poliymer (CFRP) dipasang vertikal pada balok.

d. Menganalisa Momen lentur dan geser balok beton bertulang.

1.3 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka dirumuskan beberapa

masalah antara lain sebagai berikut:

a. Seberapa besar kapasitas momen lentur dan geser balok bertulang dengan

tulangan sengkang.

b. Seberapa besar kapasitas geser balok beton bertulang dengan penambahan

Carbon Fibre Reinforced Polymer ( C FRP).

c. Bagaimana pengaruh Carbon Fibre Reinforced Polymer ( C FRP) terhadap

balok beton bertulang.

1.4 Tujuan Penulisan

Sesuai dengan perumusan masalah dan batasan masalah diatas maka tujuan

(17)

a. Untuk mengetahui pengaruh penambahan Carbon Fibre Reinforced Polymer

( C FRP) untuk tegagan geser pada balok beton bertulang.

b. Untuk dijadikan pemanfaatan langsung terhadap penambahan Carbon Fibre

Reinforced Polymer ( C FRP) pada balok beton bertulang, bila memberikan

pengaruh yang baik terhadap perkuatan beton.

1.5 Metode Pengumpulan Data

Adapun metode pengumpulan data penulisan tugas akhir ini adalah:

a. Metode Literatur.

Data – data yang diperoleh bersumber dari buku, karya tulis, jurnal, dan

website.

b. Metode Lapangan

Data yang diperoleh berupa gambar dan data struktur didapat hasil mengamati

langsung pada Pembangunan Gedung Wilmar Busines Institute Medan yang

terletak di Desa Medan Estage, Kecamatan Percut Sei Tuan Kabupaten Deli

(18)

47

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa teoritis yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Keruntuhan lentur maksimum didapat 156,57 kNm.

2. Kuat geser yang disumbangkan oleh beton 94,198 kN, sementara kuat geser

yang disumbangkan tulangan sengkang 138,67 kN.

3. Semakin rapat pemasangan Carbon Fibre Reinforced Polymer ( CFRP)

semakin besar pula kuat geser yang disumbangkan terhadap balok beton

bertulang

4. Dari hasil analisa, Carbon Fibre Reinforced (CFRP) dapat digunakan sebagai

perkuatan untuk mendukung kuat geser pada balok beton bertulang. Namun

Carbon Fibre Reinforced (CFRP) tidak memberikan sumbangan terhadap

perkuatan lentur, karena CFRP dipasang vertical pada balok beton bertulang.

4.2 Saran

Adapun saran yang dapat penulis berikan adalah sebagai berikut

1. Pada perencanaan beton bertulang, regagan tulangan tarik selalu

diperhitungkan sudah leleh, sedangkan untuk tulangan tekan, regagan

tulangan tekan belum tentu leleh. Sehingga penulis menyarankan untuk

merencanakan balok beton bertulang sampai batas leleh ( f_s′≥ f_y) supaya

tidak mengurangi kekuatan balok dalam mendukung beban yang bekerja .

2. Untuk mengetahui kapasitas momen lentur terhadap penambahan serat CFRP

pada balok bertulang, sebaiknya dilakukan penelitian terhadap pemasangan

serat CFRP memanjang pada balok.

3. Untuk mendapat nilai kuat geser yang besar, sebaiknya serat dipasang tidak

(19)

DAFTAR PUSTAKA

Asroni, Ali. (2010). Balok dan Pelat Beton Bertulang. Yogyakarta: Graha Ilmu

Barlian Edo. (2013). Tinjauan Konstribusi Lembaran Carbon Fiber Strip dipasang Vertikal terhadap lentur dan geser pada balok langsing. Tesis Magister, tidak diterbitkan, Universitas Sumatra Utara, Medan.

Deskarta. (2009). Perkuatan Geser Balok Beton Bertulang Menggunakan Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). Edisi Juli, Vol 13 no.2

Endah K.P. (2009). Penggunaan Carbon Fiber Reinforced Plate sebagai bahan komposit eksternal pada struktur balok beton bertulang. Edisi Desember, Vol 15 no.4

Gideon H. Kusuma dan W.C. Vis. (1993). Dasar – Dasar Perencanaan Beton Bertulang. Jakarta: Erlangga.

Jack C. McCormac, (2001), Desain Beton Bertulang, Edisi kelima. Jakarta: Erlangga.

Khalifa A, Gold W, Nanni A, and Abel – Aziz M., Contribution of externally bonded FRP to shear capacity of RC Flexural Members, Journal of composite for contruction, vol. 2 no.4, 1998, pp 195-203.

Nawy, Edward G,. (1998), Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar. Cetakan kedua, Bandung: PT. Refika Aditama.

PBI – 1971. (1971). Peraturan Beton Bertulang Indonesia.

SNI 03-2847. (2002). Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung.

Sahari, B. Sindur, P.M. Priyo, S. (Eds). (1993). Perencanaan Struktur Beton Bertulang. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Suryoatmono, B. Dan Hardani, H. (Eds). (2001). Beton Prategang: Suatu Pendekatan Mendasar Jilid I. Jakarta: Erlangga.