PERKUATAN STRUKTUR BETON BERTULANG
PASCA KEBAKARAN
(STUDI KASUS GEDUNG FAKULTAS MATEMATIKA
DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS
SUMATERA UTARA)
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
Jostar Maranatha Turnip
09 0404 087
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dan jikalau kita tahu, bahwa Ia mengabulkan apa saja yang kita minta, maka kita juga tahu, bahwa kita telah memperoleh segala sesuatu yang telah kita minta
kepada-Nya. (1 Yohanes 5:15)
Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada orang tua saya, Ibu H. br Manalu,
Kakak saya, Meta Eflin Turnip, dan Abang saya, Arnold Turnip.
vi
ABSTRAK
Struktur beton bertulang dirancang sedemikian rupa agar mampu menahan kombinasi beban yang bekerja pada struktur. Terjadinya peningkatan temperatur yang cukup tinggi pada struktur beton bertulang, seperti peristiwa kebakaran akan berdampak terhadap berkurangnya daya layan dari struktur tersebut, baik pada kuat tekan beton maupun kuat tarik baja tulangan. Sehingga penelitian terhadap struktur beton bertulang pasca kebakaran perlu dilakukan untuk memperloleh estimasi kekuatan struktur. Penelitian berdasarkan analisis perhitungan dan investigasi di lapangan akan menghasilkan solusi dilakukannya perkuatan pada struktur atau tidak.
Penelitian ini bertujuan memberikan rekomendasi metode perkuatan yang paling efektif dan ekonomis pada struktur beton bertulang dengan melakukan analisis perhitungan dan biaya dari dua jenis metode perkuatan yang direncanakan, yaitu: metode perkuatan dengan Carbon-Fiber Reinforced Polymer (CFRP) dan metode perkuatan dengan Concrete Jacketing.
Masing-masing metode perkuatan memberikan peningkatan kapasitas lentur pada balok secara signifikan dengan nilai momen tahanan yang tidak jauh berbeda. Perbandingan analisa biaya antara kedua metode menunjukkan perbedaan harga yang cukup jauh, yang mana total analisa biaya dengan metode Carbon-FRP lebih murah dibanding dengan metode Concrete Jacketing. Sehingga, metode perkuatan dengan Carbon-FRP direkomendasikan berdasarkan pertimbangan kapasitas yang efektif dan lebih efisien untuk aplikasi di lapangan.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat, kasih, dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penelitian dan penyusunan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas akhir yang berjudul Perkuatan Struktur Beton Bertulang Pasca
Kebakaran (Studi Kasus di Gedung Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam) disusun sebagai salah satu syarat untuk memeroleh gelar Sarjana Teknik
Sipil pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan sebagai Ketua Departemen dan
dosen pembimbing, serta Bapak M. Agung Putra Handana, ST. MT. yang
juga sebagai dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan, arahan,
serta motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT. dan Bapak Ir. Robert Panjaitan sebagai dosen
pembanding dan penguji yang memberikan saran dan kritik yang
membangun kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini.
3. Bapak Ir. Sanci Barus, MT. selaku Koordinator Bidang Studi Struktur
4. Seluruh dosen/ staf pengajar di Departemen Teknik Sipil yang telah
memberikan bimbingan dan pengajaran kepada penulis selama masa
perkuliahan.
5. Seluruh staf pegawai di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
6. Kedua orang tua tercinta, Bapak S. Turnip (Alm) dan Ibu H. br Manalu
yang telah memberikan doa, motivasi, tenaga, dan bantuan materi kepada
penulis selama menjalankan masa perkuliahan hingga menyelesaikan tugas
akhir ini.
7. Kakak dan abangku tercinta, Meta Eflin Turnip dan Arnold Turnip yang
telah banyak memberikan motivasi dan bantuan materi dalam penyelesaian
tugas akhir ini.
8. Teman dekatku, Rahyu Swisty Sipayung, S.Pd yang telah memberikan
banyak bantuan, dukungan, serta doa kepada penulis untuk menyelesaikan
tugas akhir ini dengan baik.
9. Sahabat seperjuangan selama penelitian, Frengky Alberto Nainggolan,
serta teman-teman di Teknik Sipil USU, Sahala M Sinaga, Wahyu Agriva,
Agrifa Sianipar, Hasoloan Sinaga, Erik Wansen, Edwin Simbolon,
Abraham Marpaung, Suparta Sihite, Adi Pranata, Antonius Ariyoga, Grace
Simamora, Erin Sebayang, Elgina Manalu, Sandy C Sinaga, Plani Purba,
Yessica Sihotang, Elisa Purba, Sumihar Pasaribu, Maria Samosir, Desi
Pardede, dan teman-teman stambuk 2009 yang telah banyak membantu
10.Teman-teman kostku, Elsa Manik S.Ab, Loly Manik S.S, Daniel Simbolon
A.Md, bang Boin Sirait ST, kak Endang Wijayanti S.Pd, Febrison Sirait,
dan Irma Sirait yang memberikan dukungan dalam penyelesaian tugas
akhir ini.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh
karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari pembaca untuk penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat dalam
menambah wawasan serta pengetahuan pembaca.
Medan, Oktober 2014
Penulis
Jostar Maranatha Turnip
2.1. Beton Bertulang ... 7
2.3. Pengaruh Temperatur Tinggi Terhadap Sifat Fisis Beton Bertulang ... 20
2.4. Pengaruh Peningkatan Temperatur Terhadap Sifat Mekanis Beton ... 24
2.4.1. Kuat tekan beton ... 25
2.4.2. Modulus elastisitas dan modulus geser beton ... 27
2.5. Pengaruh Peningkatan Temperatur Terhadap Sifat Mekanis Baja Tulangan ... 29
2.5.1. Kuat tarik baja tulangan ... 29
2.5.2. Modulus elastisitas baja tulangan ... 30
2.6. Jenis dan Klasifikasi Kerusakan Struktur Beton Bertulang Pasca Kebakaran ... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian ... 33
3.2. Bagan Alir Penelitian ... 35
3.3. Pengujian Karakteristik Beton Dengan Rebound Hammer ... 37
3.5. Pengaujian Kuat Tekan Dengan Compression Testing Machine
(CTM) ... 43
3.6. Identifikasi Visual dan Pengambilan Sampel Baja Tulangan ... 45
3.7. Pengujian Kuat Tarik Baja Tulangan Dengan Universal Testing Machine (UTM) ... 46
3.7.1. Benda uji baja tulangan ... 48
3.7.2. Prosedur pengujian ... 49
3.8. Metode Perkuatan Dengan Carbon-Fiber Reinforced Polymer (CFRP) ... 50
3.9. Metode Perkuatan Dengan Concrete Jacketing ... 54
3.10.Analisa Struktur Menggunakan Program SAP2000 v14 ... 56
3.11.Analisa Kolom Menggunakan Program PCA Col 3.63 ... 58
BAB IV TINJAUAN PUSTAKA 4.1. Denah Eksisting dan Pemodelan Struktur ... 59
4.2. Hasil Pengujian Material Struktur Pasca Kebakaran ... 61
4.2.1. Pengujian dengan Rebound Hammer ... 61
4.2.2. Pengujian kuat tekan sampel Core Drill ... 63
4.2.3. Pengujian kuat tarik baja tulangan ... 64
4.3. Pembahasan Penelitian ... 65
4.3.1. Hasil analisa struktur menggunakan Program SAP2000 .. 65
4.3.2. Perhitungan analisa struktur gedung pasca kebakaran ... 66
4.3.2.2. Perhitungan momen tahanan balok utama
4.3.2.5. Rekapitulasi hasil analisa struktur gedung
pasca kebakaran ... 78
4.3.3. Perhitungan perkuatan lentur balok dengan Carbon-Fiber Reinforced Polymer (CFRP) ... 81 4.3.3.1. Balok utama memanjang (90 x 40 cm2)
bentang 9,3 meter ... 81
4.3.3.2. Balok utama melintang (90 x 40 cm2) bentang
7,3 meter ... 90
4.3.4. Perhitungan perkuatan lentur balok dengan Concrete Jacketing ... 103 4.3.4.1. Balok utama memanjang (90 x 40 cm2)
bentang 9,3 meter ... 103
4.3.4.2. Balok utama melintang (90 x 40 cm2) bentang
7,3 meter ... 106
4.3.5. Perancangan perkuatan struktur ... 113
4.3.6. Perencanaan analisa biaya ... 121
4.3.6.1. Perhitungan biaya pekerjaan perkuatan dengan Carbon-Fiber Reinforced Polymer (CFRP) ... 121
4.3.6.2. Perhitungan biaya pekerjaan perkuatan dengan Concrete Jacketing ... 123
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 125
5.2. Saran ... 126
DAFTAR PUSTAKA ... xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Tebal Minimum Balok Non-Prategang atau Pelat Satu Arah Bila
Lendutan Tidak Dihitung ... 10
Tabel 2.2. Klasifikasi “Visual Damage” ... 23
Tabel 3.1. Faktor Pengali C0 ... 41
Tabel 3.2. Faktor Pengali C1 ... 42
Tabel 3.3. Tipe Material Carbon-Fiber Reinforced Polymer ... 53
Tabel 3.4. Uji Material Carbon-Fiber Reinforced Polymer ... 53
Tabel 3.5. Uji Tegangan Tarik Bahan Perekat Struktural ... 54
Tabel 3.6. Uji Tegangan Tarik Bahan Perekat Struktural Sikadur® 30 ... 54
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Rebound Hammer Kolom Lantai 3 ... 61
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Rebound Hammer Balok Lantai 3 ... 62
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Sampel Core Drill ... 64
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sampel Baja Tulangan ... 64
Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Momen Lentur Balok Pasca Kebakaran ... 79
Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Gaya Geser Balok Pasca Kebakaran ... 80
Tabel 4.7. Perbandingan Momen Ideal Dengan Kapasitas Momen Lentur Setelah Diperkuat Dengan CFRP ... 113
Tabel 4.8. Perbandingan Momen Ideal Dengan Kapasitas Momen Lentur Setelah Diperkuat Dengan Concrete Jacketing ... 117
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Lokasi Kebakaran Gedung Fakultas MIPA ... 2
Gambar 1.2. Tampak Samping Sisi Selatan Gedung Fakultas MIPA ... 2
Gambar 2.1. Distribusi Tegangan-Regangan Pada Balok Tulangan Tunggal 11 Gambar 2.2. Bentuk Penampang Kolom ... 15
Gambar 2.3. Tekan Eksentris, Kekuatan Batas ... 18
Gambar 2.4. Perubahan Warna Akibat Kebakaran Pada Balok ... 21
Gambar 2.5. Spalling dan Crazing ... 22
Gambar 2.6. Retak (cracking) Pada Balok ... 23
Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian ... 36
Gambar 3.2. Ilustrasi Skematik Cara Kerja Rebound Hammer ... 37
Gambar 3.3. Alat Core Drill ... 39
Gambar 3.4. Alat Compression Testing Machine (CTM) ... 45
Gambar 3.5. Alat Gerinda ... 46
Gambar 3.6. Alat Universal Testing Machine (UTM) ... 47
Gambar 3.7. Benda Uji Tulangan Polos Diameter ≤13 mm ... 48
Gambar 3.8. Benda Uji Tulangan Polos dan Ulir (deform) Diameter >13 mm 49 Gambar 3.9. Penampang Melintang Kolom dengan Concrete Jacketing ... 55
Gambar 3.10. Penampang Melintang Balok dengan Concrete Jacketing ... 55
Gambar 4.1. Denah Eksisting Gedung Lantai 3 ... 59
Gambar 4.3. Tampak 3D Sisi Belakang-Samping Gedung Fakultas MIPA
Universitas Sumatera Utara ... 60
Gambar 4.4. Diagram Interaksi P-M Kolom Pasca Kebakaran Menggunakan
Program PCA Col ... 78
Gambar 4.5. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada
Penampang Balok Tumpuan Arah Memanjang Dengan
Perkuatan CFRP ... 82 Gambar 4.6. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada
Penampang Balok Tumpuan Arah Melintang Dengan
Perkuatan CFRP ... 91 Gambar 4.7. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada
Penampang Balok Lapangan Arah Melintang Dengan
Perkuatan CFRP ... 98 Gambar 4.8. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada
Penampang Balok Tumpuan Arah Memanjang Dengan
Perkuatan Concrete Jacketing ... 105 Gambar 4.9. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada
Penampang Balok Tumpuan Arah Melintang Dengan
Perkuatan Concrete Jacketing ... 108 Gambar 4.10. Distribusi Tegangan, Regangan, dan Keseimbangan Gaya Pada
Penampang Balok Lapangan Arah Melintang Dengan
Gambar 4.12. Tipikal Perkuatan Dengan Carbon-FRP Balok Utama Memanjang ... 115
Gambar 4.13. Tipikal Perkuatan Dengan Carbon-FRP Balok Utama Melintang ... 116
Gambar 4.14. Denah Perkuatan Dengan Concrete Jacketing Balok Lantai 3 .. 118 Gambar 4.15. Tipikal Perkuatan Dengan Concrete Jacketing Balok Utama
Memanjang ... 119
xi
DAFTAR GRAFIK
Grafik 2.1. Kuat Tekan Beton Dengan Agregat yang Mengandung Silika ... 26
Grafik 2.2. Kuat Tekan Beton Dengan Agregat Ringan ... 26
Grafik 2.3. Kuat Tekan Beton Dengan Agregat yang Mengandung Karbon .. 27
Grafik 2.4. Hubungan Tegangan Regangan Beton Normal Tanpa Beban
Aksial Pada Temperatur Tinggi ... 27
Grafik 2.5. Modulus Elastisitas Beton Pada Temperatur Tinggi ... 28
Grafik 2.6. Modulus Geser Beton Pada Temperatur Tinggi ... 29
Grafik 2.7. Kuat Tarik Beberapa Jenis Baja Tulangan Pada Temperatur
Tinggi ... 30
Grafik 2.8. Modulus Elastisitas Baja Tulangan Pada Temperatur Tinggi ... 31
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1: Pemeriksaan Tegangan Beton Dengan Hammer Test Lampiran 2: Pengujian Tarik Baja Tulangan
Lampiran 3: Pengujian Kuat Tekan Sampel Core Drill
Lampiran 4: Brosur Material Bahan Sika® CarboDur® Plates Produk PT.
Sika Indonesia
Lampiran 5: Brosur Material Bahan Sikadur® 30 Produk PT. Sika Indonesia
Lampiran 6: Brosur Material Bahan Sikacrete® -08ID Produk PT. Sika
Indonesia
xiii
DAFTAR NOTASI
As Luas penampang tulangan tarik
As’ Luas penampang tulangan tekan
Ag Luas penampang kolom
Ast Luas tulangan kolom
b Lebar balok
d Jarak dari titik berat penampang tulangan tarik ke serat tekan terluar
d’ Jarak dari titik berat penampang tulangan tekan ke serat tekan terluar
h Tinggi balok
Cc Gaya tekan penampang akibat beton tekan Cs Gaya tekan akibat baja tekan
EC Modulus elastisitas beton
Af Luas penampang CFRP
Ef Modulus elastisitas CFRP
ɛbi Regangan beton substrate pada saat pemasangan CFRP
ɛfe Regangan efektif CFRP ɛfu* Regangan ultimit CFRP
ffu* Tegangan ultimit CFRP
Es Modulus elastis baja tulangan
ɛs Regangan baja
ffe Tegangan tarik CFRP
f’c Kuat tekan beton
fs Tegangan tarik baja tulangan
fy Kuat tarik baja tulangan
Icr Inersia kritis penampang balok
Mn Momen nominal lentur balok
Mnb Momen kolom kondisi balanced
MR Momen tahanan lentur balok
Mu Momen ultimit terfaktor
Pnb Gaya aksial kolom kondisi balanced
tf Tebal lapisan lembar CFRP
wf Lebar lapisan lembar CFRP
Ts Gaya dalam tulangan tarik penampang balok Vn Gaya geser nominal balok
VR Gaya geser tahanan balok
Vu Gaya geser ultimit terfaktor
CE Faktor reduksi terhadap kondisi lingkungan
β1 Faktor reduksi tegangan beton
ρ Rasio tulangan tarik baja
ρ’ Rasio tulangan tekan baja
ρf Rasio material CFRP
σy Tegangan leleh baja tulangan
σu Tegangan ultimit baja tulangan
ϕ Faktor reduksi kekuatan untuk lentur
Кm Koefisien kekangan
