Perkuatan Lentur pada Balok Beton Bertulang dengan Tambahan Pelat Cold Formed Steel (Eksperimen)

(1)

PERKUATAN LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN TAMBAHAN

PELAT COLD FORMED STEEL

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian

pendidikan sarjana teknik sipil

Oleh :

070404115

SUHARDI

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PERKUATAN LENTUR PADA BALOK BETON BERTULANG DENGAN TAMBAHAN

PELAT COLD FORMED STEEL

Oleh :

07 0404 115

SUHARDI

Tugas Akhir ini diajukan unruk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh

gelar sarjana Teknik Sipil

Disetujui Oleh :

DOSEN PEMBIMBING :

NIP. 19590707 198710 1 001

IR. DANIEL RUMBI TERUNA, MT

Diketahui Oleh :

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

NIP. 19561224 198103 1 002

PROF.DR.ING. JOHANNES TARIGAN

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATRA UTARA

MEDAN

(3)

ABSTRAK

Salah satu metode alternatif yang dapat diterapkan untuk meningkatkan

kemampuan struktur dalam memikul beban lentur yaitu menggunakan komponen Cold Formed Steel (CFS), yang merupakan pelat baja tipis yang jauh lebih ringan dibandingkan baja konvensional yang sudah sering digunakan sebagai bahan

perkuatan. Lembaran CFS ini akan diletakkan pada bagian serat bawah balok yaitu

daerah tarik beton tersebut dengan menggunakan bahan perekat adiktif. Penelitian ini

merupakan kajian eksperimental yang bertujuan untuk mengetahui seberapa besar

konstribusi perkuatan lembaran serat cold formed steel dalam memikul gaya lentur balok beton bertulang. Lebih lanjut lagi membandingkan kuat lentur balok beton

bertulang yang menggunakan serat cold formed steel dengan balok beton bertulang tanpa serat cold formed steel.

Penelitian ini dilakukan dengan 3 (tiga) buah balok beton bertulang yang mana

1 buah balok beton bertulang tanpa perkuatan selaku balok kontrol, 1 buah balok

beton bertulang dengan perkuatan lembaran pelat cold formed steel sedangkan balok satunya lagi dengan perkuatan lembaran cold formed steel berupa u wrap Pengujian balok dilakukan diatas 2 (dua) perletakan sendi dan rol untuk pengujian kuat lentur

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang

telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini

dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil

bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera

Utara, dengan judul “Perkuatan Lentur pada Balok Beton Bertulang dengan

Tambahan Pelat Cold Formed Steel (Eksperimen)”

Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari

dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin

menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak

yang berperan penting yaitu :

1. Bapak Ir.Daniel Rumbi Teruna, MT selaku dosen pembimbing, yang telah banyak

memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan

pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Prof Dr Ir Bustami Syam MSME, selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Syahrizal, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

(5)

6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas

Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.

7. Buat keluargaku, terutama kepada kedua orang tuaku yang telah memberikan

motivasi, semangat dan nasehat kepada saya.

8. Buat kawan-kawan seperjuangan, David, Kelvin, Josua, Yossi, Christian,

Desmound, Foloe, Doan Sasuke, Rodo, Nopandi, Emsiakui, Redokson, Marco, Roy,

Irvan, Ray, Ruben, Afrye, abang dan kakak senior, adik-adik, serta teman-teman

angkatan 2007 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat

dan bantuannya selama ini.

9. Dan segenap pihak yang belum Penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam

mendukung dan membantu Penulis dari segi apapun, sehingga tugas akhir ini dapat

diselesaikan dengan baik.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata

sempurna. Yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahamahan

saya dalam hal ini. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang

konstruktif dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Mei 2014

Penulis

(6)

DAFTAR ISI

I.1. Latar Belakang Masalah ... 1

I.2. Studi Literatur ... 2

I.3. Perumusan Masalah ... 3

I.4. Tujuan Penelitian ... 4

I.5. Pembatasan Masalah ... 4

I.6. Metodologi Penelitian ... 5

I.7. Sistematika Penulisan ... 6

BAB II. TINJAUANPUSTAKA ... 8

II.1. Umum ... 8

II.2. Cold Formed Steel ... 10

II.2.1. Sejarah Cold Formed Steel ... 10

II.2.2. Sejarah dari Standar Desain AISI ... 11

II.2.3. Kelebihan dan Kekurangan Cold Formed Steel ... 13

II.2.4. Properti Tegangan dan Regangan Cold Formed Steel ... 13

II.2.5. Kriteria Daktalitas ... 15

II.3. Balok Beton Bertulang ... 17

II.3.1. Kekuatan Tekan Beton ... 17

II.3.2. Kekuatan Tarik Beton ... 18

II.3.3. Kekakuan Lentur ... 19

II.3.4 Hubungan Beban dan Lendutan ... 20

II.4. Analisa Penampang ... 24

II.5. Beton Bertulang Underreinfoced dan Overreinforced ... 30

II.6 Kuat Lentur balok Beeton Bertulang dengan Cold Formed Steel ... 31

II.7 Pola Retak ... 33

BAB III METOLOGI PENELITIAN ... 35

(7)

III.2 Perakitan Tulangan ... 35

III.3 Benda Uji Beton. ... 35

III.3.1 Dimensi Benda Uji ... 35

III.3.2. Variabel Pengujian ... 36

III.3.3. Pemasangan Lembaran Cold Formed Steel ... 37

III.4 Pengujian Beton ... 38

III.4.1 Pengujian Kuat Tekan Beton ... 38

III.4.2 Pengujian Kekuatan Lentur Balok Beton Bertulang ... 38

BAB IV PEMBAHASAN ... 40

IV.1 Pendahuluan ... 40

IV.2 Kekuatan Tekan Silinder Beton ... 40

IV.3 Pengujian Balok Beton Bertulang ... 41

IV.3.1 Pengujian Lendutan Pada Balok ... 41

IV.3.1.1 Pengujian Lendutan pada Balok Secara Teoritis ... 50

IV.3.1.2 Beban Pada Lendutan Izin ... 74

IV.4 Analisa Retak Balok ... 75

IV.5 Keterbatasan Fasilitas ... 81

IV.6 Akurasi dari Alat Ukur ... 81

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 82

V.1 Kesimpulan ... 82

V.2 Saran ... 82

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(8)

Gambar 1.1 : _{Pemberian Beban Pada Benda Uji Balok ...}₆

Gambar 2.1 : _{Grafik Tegangan-Reganngan Cold Formed Steel………..}₁₄

Gambar 2.2 : _{Lendutan pada Balok}_{……….. 19}

Gambar 2.3 : _{Hubungan Beban dan lendutan}_{……….. 20}

Gambar 2.4 : _{Idealisasi Hubungan Beban dan lendutan.}_{……… 21}

Gambar 2.5 : _{Deformasi Elemen Lentur}_{……….. 22}

Gambar 2.6 : _{Hubungan Momen dan Kelengkungan}_{………. 22}

Gambar 2.7 : _{Grafik Tegangan-Regangan Beton dan Tulangan}_{………... 25}

Gambar 2.8 : _{Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulangan Tanpa Beban}_{…… 26}

Gambar 2.9 : _{Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulang Sebelum Runtuh}_{…... 26}

Gambar 2.10 : _{Diagram Tegangan-Regangan Beton Bertulang Pasca Runtuh}_{…….. 27}

Gambar 2.11 : _{Tegangan dalam Beton Bertulang}_{………...……. 27}

Gambar 4.1 : _{Penempatan Pembacaan Alat Dial Lendutan}_{………….……….. 41}

Gambar 4.2 : _{Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Kontrol (BK)}_{.………... 44}

Gambar 4.3 : _{Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Fiber BK1}_……… ₄₆

Gambar 4.4 : _{Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Dengan Fiber Bendrat}_.….. ₄₈

Gambar 4.5 : _{Grafik Hubungan Beban-Lendutan Tengah Bentang Pada Masing-masing} Balok……….……… 49

(9)

Gambar 4.7 : _{Perletakan Beban Merata….}_………_{……….….. 51}

Gambar 4.8 : _{Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok BK Secara Teoritis…………}₅₇

Gambar 4.9 : _{Perletakan Beban Terpusat}_{………....}₅₈

Gambar 4.10 : _{Perletakan Beban Merata….}_………_{……….….. 59}

Gambar 4.11 : _{Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok BK1 Secara Teoritis}_……… ₆₅

Gambar 4.12 : _{Perletakan Beban Terpusat}_………...₆₆

Gambar 4.13 : _{Perletakan Beban Merata….}_………_{……….….. 67}

Gambar 4.14 : _{Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok BK2 Secara Teoritis}_……….₇₃

Gambar 4.15 : _{Pembagian Segmen Balok………..}_.….. ₇₆

Gambar 4.16 : _{Retak Pada Balok BK….……….. 77}

Gambar 4.17 : _{Retak Pada Balok BK1.}_………...₇₈

Gambar 4.18 : _{Retak Pada Balok BK2……….………. 79}

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : _{Perbandingan Konfigurasu Material}

Baja Konvensional dengan Baja Ringan……….. 17

Tabel 3.1 : _{Penamaan Benda Uji..……….}₃₆

Tabel 4.1 : _{Uji Kuat Tekan Silinder……….……….}₄₁

Tabel 4.2 : _{Data Hasil Pengujian Lendutan Balok BK..….………..}₄₃

Tabel 4.3 : _{Data Hasil Pengujian Lendutan Balok BK1……….………..}₄₅

Tabel 4.4 : _{Data Hasil Pengujian Lendutan Balok BK2……….………..}₄₇

Tabel 4.5 : _{Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan Balok} BK……….……… 56

Tabel 4.6 : _{Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan Balok} BK1………..……….. 64

(11)

DAFTAR NOTASI

A

=

Luas Penampang

𝐴𝑠 = Luas Tulangan Tarik

𝐴𝑆′ = Luas Tulangan Tekan

Acfs = Luas Penampang Cold Formed Steel

a = Kedalaman Tegangan Saat Ultimate

b = Lebar Penampang

c = Jarak Garis Netral Saat Ultimate

d = Jarak Pusat Tulangan Tarik ke Tepi Ujung Balok / Tinggi Efektif

𝑑′ = Jarak Pusat Tulangan Tekan ke Tepi Ujung Balok

E = Modulus Elastisitas

Es = Modulus Elastisitas Tulangan

Ecfs = Modulus Elastisitas Cold Formed Steel

𝑓′𝑐 = Kuat Tekan Beton

𝑓′𝑐𝑟 = Kuat Tekan Rata-rata

fr = Modulus Retak Beton

fy = Kuat Leleh Baja

fcfs = Kuat Leleh Cold Formed Steel

h = Tinggi Penampang

tcfs = Tebal Cold Formed Steel

I = Momen Inersia Penampang Balok

Ie = Momen Inersia Efektif

Icr = Momen Inersia Penampang Retak Transformasi

(12)

L = Panjang Bentang Diantara Dua Perletakan

Ma = Momen Maksimum Pada Komponen Struktur Saat Lendutan Dihitung

Mcr = Momen Saat Timbul Retak Pertama Kali

Mn = Momen Nominal Penampang

Mr = Momen Rencana

Mu = Momen Ultimate

ND = Gaya Tekan Dalam

NT = Gaya Tarik Dalam

N = Gaya Normal Tekan

P = Gaya

R = Jari – jari Kelengkungan Balok

x = Jarak Sepanjang Balok

𝛽1 = Koefisien, 0,85

y = Jarak dari Sumbu Netral ke sembarang Titik

ε = Regangan

𝜀𝑠 = Regangan Tulangan Tarik

𝜀𝑠′ = Regangan Tulangan Tekan

𝜀𝑦 = Regangan Luluh Tulangan

εcfs = Regangan Luluh Cold Formed Steel

σ = Tegangan Lentur