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
