ABSTRAK
Kolom memegang peranan penting dari suatu bangunan karena memikul beban aksial, momen lentur, dan gaya geser. Dengan adanya perkembangan teknologi, ditemukanlah material jenis baru yang dapat memperkuat beton tanpa harus mengganti beton lama yang telah mengalami kerusakan yaitu Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). Dengan adanya teknik perbaikan dengan menggunakan carbon fiber tersebut, maka akan terjadi peningkatan kapasitas kolom beton bertulang setelah perbaikan sehingga variasi pembebanan yang dilakukan dapat menunjukkan seberapa besar pengaruh carbon tersebut untuk mengembalikan kekuatan kolom seperti pada kekuatan awalnya.
Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan kolom berpenampang bulat dan kolom berpenampang persegi akibat pengaruh Carbon Fiber terhadap kapasitas aksial ultimate kolom dan kekangan yang diberikan oleh tulangan transversal dan CFRP.
Peningkatan kapasitas beban aksial ultimate yang signifikan akan memberikan faktor keamanan yang tinggi pada perencanaan kolom. Selain itu, efek kekangan yang diberikan oleh CFRP dan tulangan transversal akan memberikan ketahanan dari gaya-gaya luar maupun dalam serta nilai daktilitas yang tinggi.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah Bapa,Putra,dan Roh
Kudus serta Bunda Maria Bunda Pertolongan Abadi, atas berkat dan karunia –
Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi persyaratan dalam
menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik
Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menghadapi berbagai kendala,
tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, Penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT., sebagai Dosen Pembimbing dan Penguji yang
telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada
Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT., dan Ibu Nursyamsi, ST, MT., sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Ing-.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
5. Bapak Ir. Sanci Barus, MT., sebagai Kepala Laboratorium Struktur
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan
memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
8. Kepada Abang,kakak dan adik-adikku, yang selalu mendukung dan
memberi semangat serta doa demi kelancaran kuliahku.
9. Sahabat-sahabat seperjuangan di Teknik Sipil USU,Ahli Mendi (Am), Si
caeengg(Edwin Simbolon), Sissu (Suparta Sihite), Si perra (Sahala
Sinaga),Sibbah (Wahyu Agriva),Frengky‟o nasih, Wanjem polri, adi “bang
tuti”,cumiikk pasaribu,yesnoqq sihotang, maria samosir, dessa
purba,desibece pardede,planet purba , terima kasih dukungan serta
semangat dalam perkuliahan penulis dan pengerjaan tugas akhir ini.
10.Seluruh rekan-rekan seperjuangan stambuk 2009 dan Adik-adik 2012 yang
tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi
dukungan serta semangat dalam perkuliahan penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat
yang sebesar–besarnya bagi kita semua. Amin.
Medan, April 2014
Jimmy Carter Tarigan
DEDICATION
TUGAS AKHIR INI SAYA DEDIKASIKAN KEPADA KE
–
DUA
ORANG TUA SAYA YANG TERKASIH
BAPAK T. TARIGAN
&
DAFTAR ISI
Daftar Notasi dan Singkatan ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... .1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 6
1.3 Tujuan Penelitian ... 7
1.4 Metode Penelitian... 7
1.5 Batasan Masalah... 8
1.6 Mekanisme Pengujian ... 9
1.7 Sistematika Penulisan ... 10
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 12
2.1 Umum ... 12
2.2 Analisis dan Desain Kolom ... 14
2.2.1. Jenis Kolom ... 16
2.2.2. Kolom Beton Bertulang Pendek ... 19
2.2.3. Perilaku Kolom Pendek Denga Beban Sentris ... 22
2.2.5. Faktor Reduksi Kekuatan Kolom ... 26
2.3 Metode Perkuatan Struktur ... 27
2.3.1 Reinforced Concrete Jacketing ... 29
2.3.2 Steel Jacketing / Steel Plate Bonding ... 30
2.4 Fiber Reinforced Polymer ... 31
2.4.1 Aplikasi Kebutuhan FRP ... 34
2.4.2 Penggunaan Karakteristik CFRP sebagai perkuatan ... 34
2.4.3 Aplikasi CFRP pada bangunan ... 35
2.4.4 Pemasangan CFRP pada kolom ... 36
2.4.5 Beban aksial Ultimate yang Dipikul Oleh CFRP ... 36
2.5 Pengaruh Kekangan pada Kolom ... 37
2.5.1 Kekangan akibat tulangan transversal ... 40
2.5.1.1 Pengaruh kekangan akibat tulangan transversal pada kolom bulat ... 40
2.5.1.2 Pengaruh kekangan akibat tulangan transversal pada kolom persegi ... 41
2.5.2 Kekangan akibat CFRP ... 42
2.5.3 Tegangan dan Regangan Beton dengan CFRP ... 43
2.5.4 Kekangan CFRP terhadap Kolom Bulat ... 47
2.5.5 Kekangan CFRP terhadap Kolom Persegi ... 48
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 49
3.2 Perhitungan Benda Uji Kolom Beton Bertulang ... 52
3.2.1 Kolom Beton Bertulang Penampang Persegi ... 52
3.2.2 Kolom Beton Bertulang Penampang Bulat.. ... .55
3.3 Alat Uji yang Digunakan ... 58
3.4 Benda Uji ... 59
3.5 Gambar Perletakan Benda Uji ... 60
3.6 Pembuatan Benda Uji ... 61
3.6.1 Perencanaan Campuran Beton ... 61
3.6.1.1 Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder ... 61
3.6.1.2 Perencanaan Campuran Benda Uji Kolom... 62
3.6.2 Persiapan Alat dan Bahan Pembuatan Benda Uji ... 65
3.6.2.1 Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder ... 65
3.6.2.2 Persiapan Pembuatan Benda Uji Kolom ... 66
3.6.3 Pengecoran Benda Uji ... 66
3.6.4 Perawatan Benda Uji ... 68
3.6.5 Pekerjaan dan Pemasangan CFRP pada Kolom ... 69
3.6.5.1 Pekerjaan pada CFRP ... 71
3.6.5.2 Pemasangan CFRP pada Kolom ... 73
3.6.6 Pengujian Benda Uji ... 75
3.6.6.1 Pengujian Kuat tekan Silinder ... 75
3.6.6.2 Pengujian Beban Aksial pada Kolom... 76
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 78
4.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan Silinder ... 78
4.2.1 Perhitugan Kuat Tekan Beton Normal Benda Uji Silinder ... 79
4.3 Hasil Perhitungan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang ... 80
4.3.1.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang Tanpa Tulangan dan Fiber ... 80
4.3.1.1 Kolom Berpenampang Bulat ... 80
4.3.1.2 Kolom Berpenampang Persegi ... 81
4.3.2.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang Dengan Menggunakan Tulangan ... 82
4.3.2.1 Kolom Berpenampang Bulat ... 82
4.3.2.2 Kolom Berpenampang Persegi ... 83
4.3.3.Perhitugan Beban Aksial Ultimate Kolom Beton Bertulang Dengan Menggunakan Tulangan dan Carbon Fiber ... 84
4.3.3.1 Kolom Berpenampang Bulat ... 84
4.3.3.2 Kolom Berpenampang Persegi ... 86
4.4Analisis Pengaruh Kekangan Terhadap Kuat Tekan Kolom... ... 88
4.4.1 Kekangan terhadap Kolom Bulat ... 88
4.4.2 Kekangan terhadap Kolom Persegi ... 110
4.5Faktor Tekuk (Buckling )Pada Kolom... ... 135
4.5.1. Tekuk Pada Kolom Pendek Penampang Persegi ... 135
4.5.1. Tekuk Pada Kolom Pendek Penampang Bulat ... 136
BABV KESIMPULAN DAN SARAN ... ... 139
5.1Kesimpulan ... 139
5.2Saran ... 140
Daftar Pustaka ... xix
DAFTAR TABEL
3.2 Komposisi rencana kolom beton bertulang penampang persegi 63
3.3 Komposisi rencana kolom beton bertulang penampang bulat 65
4.1 Pengujian Kuat Tekan Beton 79
4.2 Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Tak terkekang) 94
4.3 Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Terkekang Tul. Transversal 88
4.4 Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik 104
4.5 Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik dan tekan 109
4.6 Tegangan dan regangan kolom 110
4.7 Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Tak terkekang) 119
4.8 Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Terkekang Tul. Transversal 124
4.9 Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik 129
4.10 Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik dan tekan 134
4.11 Tegangan dan regangan kolom persegi 135
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Hal
2.1 Jenis-jenis kolom 16
2.2 Jenis kolom berdasarkan bentuk dan macam penulangan 18
2.3 Perbandingan perilaku beban-deformasi 18
2.4 Jenis kolom berdasarkan posisi beban pada penampang melintang 19
2.5 Hubungan tegangan-regangan pada beton baja (beban sentris) 22
2.6 Geometri, regangan dan tegangan kolom rectangular 23
2.7 Geometri, regangan dan tegangan kolom circular (beban sentris) 23
2.8 Tegangan dan gaya-gaya pada kolom rectangular 24
2.9 Diagram interaksi kekuatan gaya aksial-momen (P-M) pada kolom 26
Tipe-tipe pembungkus kolom
2.10 Tipe-tipe Pembungkus Kolom 28
2.11 Pembungkus untuk meningkatkan kapasitas 29
2.12 Perkuatan kolom dengan pelat jaket 31
2.13 Skema proses pelaksanaan perkerjaan perkuatan dengan pelat jaket 31
2.14 Diagram tipikal prosedur perkuatan kolom dengan FRP 32
2.15 Daerah terkekang pada kolom 39
2.16 Pengekangan dengan Tulangan Sengkang 40
2.17 Kuat tarik dengan modulus elastisitas fiber dan sheet 42
2.18 Tegangan-Regangan beton terkekang CFRP 46
2.20 Mekanisme Kekangan CFRP pada kolom bulat 47
3.1 Diagram alir pembuatan kolom pendek bulat dan persegi 51
3.2 Alat Uji 59
3.3 Benda Uji 59
3.4 Perletakan Sendi-sendi 60
3.5 Pembuatan Benda Uji Silinder 65
3.6 Pembuatan Bekisting Benda Uji 66
3.7 Proses Pengecoran Beton 68
3.8 Bahan CFRP yang Digunakan 71
3.9 Proses Pencampuran Sika Wrap 231C dengan Sikadur 72
3.10 Bahan yang digunakan 73
3.11 Proses pemasangan CFRP pada Kolom 74
3.12 Proses pemerataan Wrap dengan menggunakan Roller 74
3.13 Proses Pembebanan pada Kolom 76
3.14 Kehancuran Material pada Kolom Pendek 77
3.15 Proses Pembebanan pada Kolom yang Dilapisi Oleh CFRP 77
DAFTAR GRAFIK
No. Judul Hal
2.21 Diagram Interaksi Kolom Bulat (Beton Tak Terkekang) 94
2.22 Diagram interaksi kolom bulat (Beton terkekang tul.transversal) 99
2.23 Diagram interaksi kolom bulat tarik
(Beton terkekang tul.transversal & CFRP) 104
2.24 Diagram Interaksi Kolom Bulat Tarik&tekan (Beton Terkekang
Tul.Transversal dan CFRP) 109
2.25 Diagram Interaksi Kolom Persegi (Beton Tak Terkekang) 119
2.26 Diagram interaksi kolom Persegi (Beton terkekang tul.transversal) 124
2.27 Diagram interaksi kolom Persegi tarik
(Beton terkekang tul.transversal & CFRP) 129
2.28 Diagram Interaksi Kolom Persegi Tarik&tekan (Beton Terkekang
Tul.Transversal dan CFRP) 134
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN LAMBANG
a Tinggi blok tegangan tekan persegi ekuivalen
Ag Luas penampang
A
c, Acc, Accj, Acj Luas beton tanpa tulangan, luas inti beton terkekang
sengkang, luas beton yang dibungkus FRP, luas beton
efektif terkekang fiber
A
sp (Asx, Asy) Luas tulangan transversal pada arah x dan y
A
sl Luas tulangan longitudinal
b Lebar efektif kolom
D, D‟ Diameter kolom, diameter kolom terkekang tulangan
transversal
d
x, dy Dimensi inti dihitung dari pusat keliling bundaran terhadap
x dan y
e Eksentrisitas terhadap pusat plastis penampang
E
f Modulus elastisitas fiber
f‟ c Kekuatan tekan beton
f , F Minimum dan maksimum kekangan lateral efektif akibat
f‟c (fcu) , f‟cc, F‟cc Kuat tekan beton tanpa kekangan (slinder/kubus)
f
cp Tegangan pengekang akibat fiber
f
l Tegangan lateral efektif maksimum
fj Tegangan pada sisi dalam Jaket FRP
F
lsx,Flsy Kekangan lateral akibat sengkang pada inti beton sumbu
s dan y
f
ljx, fljx Tegangan kekangan lateral akibat lembaran fiber pada arah
x dan y
F
yh Tegangan leleh tulangan transversal
h Tinggi kolom
I Momen inersia kolom
k Faktor kelangsingan
k
n Kapasitas beban aksial nominal
M
n Momen tahanan nominal
n
f Jumlah lapisan fiber
n Axial compression ratio
P Gaya aksial tekan kolom
r jari-jari sudut siku-siku kolom
s, s‟ Jarak tulangan transversal pada kolom(as-as), jarak bersih
S
CF Spasi lembaran fiber
Ts Tulangan yang menalami tarik
t
f Tebal satu lapisan fiber
t
x, ty Dimensi penampang melintang kolom
∏ Koefisien,3.14
Regangan
Ψ Faktor pengali CFRP
Rasio Tulangan
Jumlah
