TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN GESER PADA BALOK LANGSING TESIS. Oleh :

(1)

TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI

PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN

GESER PADA BALOK LANGSING

TESIS

Oleh :

EDO BARLIAN

077016006/TS

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI

PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN

GESER PADA BALOK LANGSING

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh :

EDO BARLIAN

077016006/TS

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

Judul Tesis :Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon Fiber Strip Di Pasang Vertikal Terhadap Lentur Dan Geser Pada Balok Langsing

Nama Mahasiswa :Edo Barlian Nomor Pokok : 077016006 Program Studi :Teknik Sipil

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Dr. Ing. Hotma Panggabean) (Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT)

Ketua Program Studi Dekan,

(4)

Telah diuji pada tanggal: 31 Januari 2013

Panitia Penguji Tesis

Ketua : Dr. Ing. Hotma Panggabean

Anggota : 1. Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT

2. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan

3. Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc

(5)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMSI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis "Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon

Fiber Strip di Pasang Vertikal Terhadap Lentur dan Geser pada Balok Langsing"

adalah karya saya dan belum pernah di ajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau di kutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

Medan, Januari 2013

EDO BARLIAN NIM: 077016006/TS

(6)

ii

ABSTRAK

Dalam perencanaan struktur beton bertulang, diperlukan suatu kepastian tentang keamanan struktur terhadap keruntuhan yang mungkin terjadi selama umur bangunan. Salah satu keruntuhan yang cukup fatal dalam konstruksi balok beton bertulang adalah keruntuhan geser yang diakibatkan oleh kombinasi beban lentur, beban aksial, dan beban geser. pBeban geser yang melebihi kapasitas penampang balok beton bertulang akan mengakibatkan retakan-retakan diagonal disepanjang balok beton tersebut. Jika balok tersebut tidak mempunyai jumlah tulangan transversal dan tulangan longitudinal yang cukup serta didetail dengan benar, retakan-retakan tersebut dapat terjadi lebih awal dan pada akhirnya akan berakibat terjadi keruntuhan yang tiba-tiba pada balok. Jadi salah satu hal yang sangat perlu untuk diperhatikan dalam merencanakan maupun menganalisa suatu struktur beton betulang adalah kegagalan geser pada unit-unit struktur, karena kegagalan geser adalah keruntuhan getas yang berakibat fatal.Perkuatan merupakan salah satu alternatif untuk meningkatkan kemampuan struktur dalam memikul beban geser, antara lain menggunakan woven carbon fiber berbentuk lembaran yang terdiri dari serat-serat carbon dan fiber yang berfungsi meningkatkan kapasitas geser pada balok.

Model balok yang digunakan adalah balok beton bertulang dengan tampang empat persegi berukuran 15×20×130cm; dengan tulangan tarik 3D12 dan tulangan tekan 2D12 serta tulangan geser dia.6 sebanyak 12 (dua belas) buah dan Mutu Beton untuk semua benda uji adalah K-250. Variasi benda uji dibedakan berdasarkan jarak tulangan geser dan ditambah dengan perkuatan lilitan lembaran woven carbon fiber dengan lebar 30 mm.

Dari hasil eksperimental balok Uji I keruntuhan terjadi pada beban sebesar 8 ton dengan lendutan maksimal 0,95 mm; untuk balok uji II keruntuhan terjadi pada beban 7 ton dengan lendutan maksimal 0,75 mm; untuk balok uji III keruntuhan terjadi pada beban 8 ton dengan lendutan maksimal sebesar 0,66 mm dan pada balok uji IV keruntuhan terjadi pada beban 7 ton dengan lendutan maksimal sebesar 0,67 mm. Pola retak lentur dimulai pada daerah dibawah beban kemudian diikuti retak pada tengah bentang dan semakin rapat lembaran woven carbon fiber semakin meningkat kapasitas geser pada balok.

(7)

ABSTRACT

In the structural design of reinforced concrete, the assurance about the safety of the structure against collapse is need, because it may occur during the age of the building. One of the potential fatal collapses in the construction of reinforced concrete beams is shear failure caused by a combination of bending loads, axial loads, and shear loads. Shear loads that exceed the capacity of reinforced concrete crossbeams will cause diagonal cracks along the concrete beams. If the beam does not have numbers of transverse and longitudinal steel reinforcement and correct details, cracks can occur earlier and will eventually result in a sudden collapse on the beam. So one way that must be considered really in planning and analyzing a reinforced concrete structure is shear failure in structural units, because collapse of the brittle shear failure is fatal. The use of wofen carbon fiber is one of alternative ways to increase the strenght of the load carrying capacity in shear structure, composing of carbon fibers and fiber that can increase the capicity of the concrete beam.

The model used is a beam reinforced concrete beams with rectangular face measuring 15×20×130 cm with tensile reinforcement 3D12 and 2D12 press reinforcement and shear reinforcement diameter of 6 by 12 (twelve) pieces and quality concrete for all test objects is K-250.Variations of the test specimen is distinguished by shear reinforcement spacing and reinforcement winding coupled with woven carbon fiber sheet with of 30 mm width.

The experimental results of the first test beam the collapse happened at a load of 8 tons with a maximum deflection of 0,95 mm; the second test beam collapse occurred on 7 ton load with a maximum deflection 0,75 mm; the third test beam collapse occurred at load of 8 tons with a maximum deflection 0,66 mm and the fourth test beam collapse occurred on 7 ton with a maximum deflection 0,67 mm. Bending fracture pattern began at the buttom area of the load then spread to the middle of a landscape and the more closely woven carbon fiber sheet is the stronger the capacity on the shear of concrete beam.

(8)

iv

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Penyayang atas Rahmat dan KaruniaNya, penulis berhasil menyelesaikan tesis yang berjudul "Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon Fiber Strip di Pasang

Vertikal Terhadap Lentur dan Geser pada Balok Langsing" sebagai salah satu

persyaratan untuk menyelesaikan program Magister bidang Rekayasa Struktur, Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.

Dalam proses penulisan dan pelaksanaan tesis ini banyak pihak yang telah turut menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ing. Hotma Panggabean, sebagai ketua komisi pembimbing dan penguji beserta Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, sebagai anggota komisi pembimbing dan penguji yang telah memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat diperlukan dalam penulisan tesis ini.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, selaku ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU yang telah memberikan motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan tesis ini. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU yang juga telah memberikan motivasi kepada saya untuk mempercepat penulisan tesis ini. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Prof. Dr. Bachrian Lubis dan Ir. Sanci Barus, MT, sebagai anggota komisi penguji yang telah memberi masukan sehingga menyempurnakan tesis ini. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,

(9)

M.Sc(CTM), Sp.A(K) selaku Rektor Universitas Sumatera Utara. Seluruh Dosen (Staff Pengajar) dan Bapak Yun staff administrasi Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Kedua orang tua dan mertua tercinta yang telah memberikan dorongan dan motivasinya selama ini. Istri tercinta Evi Yanti Dalimunthe, anak-anak tersayang Alfath Fazle Barlian, Fathiyah Alya Barlian, Alfhi Fikri Barlian, selalu senantiasa menemani, memberikan dorongan dan kekuatan bagi penulis dalam penyusunan dan penyelesaian penulisan tesis ini. Rekan-rekan kerja di Biro Administrasi UNIMED yang telah memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat diperlukan dalam penulisan tesis ini.

Penulis sangat menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi perbaikan pada masa- masa mendatang. Akhir kata penulis berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Januari 2013 Penulis

EDO BARLIAN NIM: 077016006/TS

(10)

vi

RIWAYAT HIDUP

A. DATA PRIBADI

Nama : Edo Barlian

Tempat/Tgl Lahir : Balige / 10 Januari 1977

Alamat : Villa Gading Mas Blok N. No. 1 Medan

Agama : Islam

B. RIWAYAT PENDIDIKAN

1983 – 1989 : SDN Inpres No. 064977 Medan

1989 – 1992 : SMPN 08 Medan

1992 – 1995 : SMA Swasta Harapan - Jurusan Ilmu Biology (A2)

Medan

1995 – 2001 : Universitas Gadjah Mada - Yogyakarta

Program of Civil Engineering of Technical Department

C. RIWAYAT PEKERJAAN

1997 – 1999 : CV. Sandy Soilindo Consultant Yogyakarta

Posisi : Staff Teknik

- Investigation and measurement of work in field.

1998 : Kerja Praktek pada Proyek Pembangunan Mesjid

Kampus UGM Yogyakarta

1999 : Kerja Praktek pada Proyek Kantor Pusat

Muhammadiah Yogyakarta

2002 – 2005 : PT. Tor Ganda, Jl. Abdullah Lubis No. 26 Medan

Staff Perencanaan Sipil. Bagian Teknik Proyek Industri

2005 – Sekarang : Staff Pengajar Jurusan Teknik Sipil UNIMED

2006 – 2007 : PT. Waskita Karya, Jl. Eka Rasmi Komplek

Famili Asri Blok B No. 4 Medan

Posisi: Bagian Teknik Medan Flood Control and Coastal Protection Region I Contract Packege MFC-7

(11)

Juni - Des 2007 : Ketua Pengawas, Pada Proyek Pembangunan dan Pemeliharaan Gedung Kuliah Unimed

Juli - Nov 2007 : Tim Perencana Struktur

Proyek Pembangunan Mesjid Jami' Al Jami'ah Universitas Islam Sumatera Utara

2007 – 2010 : SIGE CONSORIUM

Posisi: Engineering

Rehabilitation Program Secondary Education NAD & NIAS; Proyek Reconstruction of 6 Schools in Nias Island

(12)

viii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v DAFTAR TABEL ... ix DAFTAR GAMBAR ... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Perumusan Masalah ... 2 1.3. Tujuan ... 3 1.4. Batasan Masalah... 3

1.5. Tahapan Pelaksanaan Pengujian ... 4

1.6. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Deskripsi Beton ... 6 2.1.1. Semen Portland ... 7 2.1.2. Air ... 9 2.1.3. Agregat Halus... 9 2.1.4. Agregat Kasar... 12 2.1.5. Baja Tulangan ... 13

(13)

2.3. Geser Pada Balok ... 21

2.3.1. Tegangan Geser ... 22

2.3.2. Kuat Geser Nominal yang Disumbangkan Oleh Beton ... 25

2.3.3. Kuat Geser Nominal yang Disumbangkan Oleh Tulangan Geser ... 25

2.4. Fiber Reinforced Polymer ... 26

2.4.1. Standard Pedoman Perencanaan ... 31

2.4.2. Aplikasi FRP ... 34

2.5. Geser dan Tarik Diagonal ... 36

2.5.1. Retak Geser Dari Balok Bertulang ... 37

2.5.2. Analisa Kuat Geser Balok Tanpa Tulangan Geser ... 38

2.5.3. Analisa Kuat Geser Balok yang Bertulangan Geser Mekanisme Analogi Rangka... 44

2.6. Ragam Kegagalan Balok ... 48

2.6.1. Keruntuhan Lentur ... 50

2.6.2. Keruntuhan Tarik Diagonal ... 50

2.6.3. Keruntuhan Tekan Geser... 51

2.7. Kontribusi Lembaran FRP Dalam Memikul Lentur dan Geser ... 52

2.7.1. Kontribusi Lembaran FRP Terhadap Lentur ... 52

2.7.2. Kontribusi Lembaran FRP Terhadap Geser ... 54

2.8. Perhitungan Lendutan Dengan Metode Kerja Virtual (Unit Load) .... 56

(14)

x

2.8.2. Momen Lentur ... 56

2.8.3. Gaya Lintang ... 57

2.8.4. Pengaruh Lendutan ... 57

BAB III BAHAN DAN METODE 3.1. Umum ... 58

3.2. Bahan Penyusunan Beton ... 58

3.2.1. Semen ... 59

3.2.2.Agregat Halus ... 60

3.2.3. Agregat Kasar ... 62

3.2.4. Air ... 64

3.2.5. Baja Tulangan ... 65

3.2.6. Fiber Reinforced Polymer ... 67

3.3. Benda Uji dan Prosedur Perawatan ... 69

3.4. Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data ... 74

3.4.1. Pengujian Silender Beton ... 74

3.4.2. Pengujian Balok Beton Bertulang ... 74

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Penelitian ... 76

4.1.1. Agregat Halus ... 76

4.1.2. Agregat Kasar ... 77

4.1.3. Air ... 77

(15)

4.1.5. Kuat Tekan Beton ... 79

4.1.6. Lendutan Balok Beton Bertulang ... 80

4.2. Pembahasan ... 87

4.2.1. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji I ... 87

4.2.2. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji II ... 89

4.2.3. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji III... 90

4.2.4. Perhitungan Geser Rencana Pada Benda Uji IV ... 92

4.2.5. Penyelesaian dengan Metode Virtual Work ... 94

4.2.6. Hasil Pengujian ... 95

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 106

5.2. Saran ... 107

DAFTAR PUSTAKA ... 108

(16)

xii

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Tabel Halaman

2.1 Susunan Besar Butiran Agregat Halus ... 10

2.2 Susunan Besar Butiran Agregat Kasar ... 12

2.3 Data FRP (nilai ini hanya untuk fiber saja bukan composite) ... 26

2.4 Perbandingan Performance FRP ... 27

2.5 Faktor Reduksi Lingkungan CE ... 32

2.5.1 Faktor Keamanan Parsial Untuk Kekuatan ... 32

2.6 Recommended Values of Partial Safety Factor, to be Applied to Design Strength of Manufactured Composites, Based on Clarke ... 33

2.7 Faktor Keamanan Parsial Untuk Modulus Elastisitas ... 33

2.8 Tipe dan Spesifikasi dari Sika Carbodur ... 35

2.9 Proyek Besar yang Telah Menggunakan SIKA FRP... 35

2.10 Nilai-nilai vc ... 43

2.11 Pengaruh Kelangsingan Balok dengan Ragam Keruntuhan ... 52

3.1 Pemeriksaaan yang Dilakukan Terhadap Agregat Halus ... 60

3.2 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Agregat Kasar ... 62

3.3 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Air ... 64

3.4 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Baja Tulangan ... 66

3.5 Spesifikasi Material Fiber Reinforced Polymer ( FRP) ... 67

(17)

4.1 Hasil Pengujian Agregat Halus ... 76

4.2 Hasil Pengujian Agregat Kasar ... 77

4.3 Hasil Pengujian Air ... 78

4.4 Hasil Analisa Kimia, Uji Lengkung Statis dan Uji Statis Baja Tulangan 79 4.5 Hasil Pengujian Juta Tekan Beton ... 80

4.6 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI I-1 K250 ... 80

4.9 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 2-1 K250 ... 82

(18)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Gambar Halaman

2.1 Distribusi Tegangan dan Regangan Pada Balok ... 16

2.2 Distribusi Regangan Penampang Balok: a) Diagram Tegangan Tulangan Baja yang di Idealisasikan; b) Distribusi Regangan Untuk Berbagai Ragam Keruntuhan Lentur ... 18

2.3 Distribusi Tegangan dan Regangan Pada Penambangan Balok, Penampang Melintang Balok, Balok Regangan Ekuivalen yang Diasumsikan ... 20

2.4 Jenis-jenis Retak ... 22

2.5 Distribusi Tegangan Geser Berbentuk Parabolis Pada Penampang Homogeny ... 23

2.6 Jenis-jenis Retak Miring ... 37

2.7 Retribusi Perlawanan Geser Sesudah Terbentuknya Retak Miring ... 39

2.8 Hubungan Antara Vu dan Mu ... 40

2.9 Mekanisme Analogi Rangka Batang ... 44

2.10 Aksi Rangka Dalam Balok Beton Bertulang dengan Tulangan Geser Miring dan Tulangan Geser Vertical ... 45

2.11 Distribusi Geser Dalam Pada Balok dengan Tulangan Geser ... 47

2.12 Jenis Tulangan Geser ... 48

(19)

2.13 Analisa Perkuatan FRP Terhadap Lentur ... 52

2.14 Notasi Perkuatan Geser ... 54

3.1 Benda uji silinder Beton uk.15×30 cm dan Balok uji 15×20×130 cm ... 72

3.2 Segmen-Segmen Pada Balok Uji ... 75

4.1 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji I-1 ... 95

4.4 Retak Pada Balok Uji I ... 97

4.5 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji II-1 ... 98

4.8 Retak pada Balok Uji II ... 99

4.9 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji III-1 ... 100

4.10 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok uji III-2 ... 101

4.11 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok uji III-3 ... 101

4.12 Retak Pada Balok uji III ... 102

4.13 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji IV-1 ... 103