ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGGUNAAN GLASS FIBER REINFORCED POLYMER PADA PERKUATAN LENTUR BALOK BETON
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh:
FADEL MUHAMMAD PATRA
13 0404 107
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
iii KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan teladannya dalam menjalankan aktifitas sehari-hari, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis dan Eksperimen Penggunaan Glass
Fiber Reinforced Polymer pada Perkuatan Lentur Balok Beton” ini dimaksudkan untuk
melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
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 Prof. Dr. –Ing. Johannes Tarigan, selaku pembimbing, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Wakil Dekan 1 Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST, MT, Ph.D, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT dan Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku Dosen Penguji.
5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
iv 6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara yang memberikan bantuan selama ini kepada saya.
7. Bapak Drs. Jamin Kusuma, M.B.A., yang telah memberikan arahan, bantuan sponsor dan
meluangkan waktu kepada penulis.
8. Bapak Ir. Koresj Sirait, yang telah memberikan arahan dan bantuan meminjamkan alat-alat untuk melaksanakan pengujian.
9. PT. MAPEI INDONESIA, yang memberikan bantuan sebagai sponsor Mapei Uni-Wax. 10. CV. Dira Alam Lestari, yang memberikan bantuan sebagai Aplikator produk merk
MAPEI.
11. Kepada kedua orangtua penulis, ayahanda Eddy Rifzani Kamaludin dan ibunda Artati, yang selalu memberikan doa, kasih sayang, nasihat, dukungan dan materi yang tiada
hentinya sehingga penulis terus termotivasi untuk menyelesaikan Tugas Akhir.
12. Kepada saudara-saudari penulis, abang saya Muhammad Eky Raditio, dan adik saya Dara
Bella Ngrezekeni yang memberikan dukungan dan hiburan bagi penulis.
13. Kepada orang terdekat sekaligus terspesial penulis, Azizah Chairunnisa yang memberikan dukungan, nasihat, bantuan, dan hiburan yang sangat berarti bagi penulis.
14. Kepada rekan tugas akhir saya, Randi Meka, yang telah memberikan dukungan, bantuan, dan kerjasamanya hingga penyelesaian Tugas Akhir ini.
15. Kepada kawan-kawan seperjuangan angkatan 2013 , Arif, Yashir, Silvy, Soraya, Dian Fajar, Juanda, Jeremy, Randi Meka, Firman, Alif, Rony, Rijal, Zharfan, Anugerah, Uzi, Alby, Akbar, Herru, Hendra, Novra, Jefry, Doni, Sebastian, Ivan, Prasetyo, Ade Indra
v disebutkan seluruhnya. Terimakasih atas semangat, dukungan, dan bantuan yang
diberikan.
16. Seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
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 Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, / / 2017
Penulis
Fadel Muhammad Patra
13 0404 107
vi ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGGUNAAN GLASS FIBER REINFORCED
POLYMER PADA PERKUATAN LENTUR BALOK BETON
ABSTRAK
Saat ini, struktur beton bertulang sangat umum digunakan pada bangunan karena lebih murah dari struktur baja. Namun pada kenyataannya banyak struktur beton yang rusak, sehingga ada beberapa cara untuk mengatasi masalah ini, dengan memberikan perkuatan Fiber Reinforced Polymer (FRP). Dalam penelitian ini, peneliti membahas perbandingan kuat lentur balok beton bertulang menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP). Dalam hal ini peneliti menggunakan Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) sebagai perkuatan eksternal. Dimensi balok berukuran 15 x 25 cm dengan panjang 320 cm. Berdasarkan hasil analisis, kekuatan balok dengan GFRP adalah 1,877 kali kekuatan awalnya. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh kekuatan balok GFRP adalah 1,333 kali kekuatan awalnya. Berdasarkan hasil pengujian ini, dapat disimpulkan bahwa perkuatan balok dengan GFRP mampu menghambat retakan awal juga menahan kekuatan tarik dan lentur lebih besar daripada balok yang tidak diberi perkuatan.
vii DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ... ii
Kata Pengantar ... iii
Abstrak ... vi
Daftar Isi ... vii
Daftar Tabel ... xii
Daftar Gambar ... xiv
Daftar Notasi ... xvii
BAB I PENDAHULUAN. ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 3
1.3. Tujuan Masalah ... 4
1.4. Pembatasan Masalah... 4
1.5. Metode Penelitian ... 5
viii
2.2.3. Campuran ... 10
2.3. Kuat Tekan Beton ... 11
2.4. Tulangan Baja ... 13
2.5. Balok Beton ... 15
2.5.1. Balok Beton tanpa Tulangan ... 15
2.5.2. Balok Beton Bertulang ... 16
2.6. Lentur pada Balok ... 16
2.6.1. Lentur Murni ... 16
2.6.2. Kuat Lentur Balok Berpenampang Persegi ... 17
2.6.3. Jenis Keruntuhan pada Balok ... 20
2.6.4. Hubungan Pembebanan-Lendutan pada Balok... 21
2.7. Perkuatan Balok Beton Bertulang dengan FRP ... 22
2.7.1. Serat ( Fiber) ... 23
2.7.2. Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) ... 24
2.8. Perhitungan Beban Maksimum yang dapat dipikul Balok ... 26
2.8.1. Balok tanpa Perkuatan ... 26
2.8.2. Balok dengan FRP ... 27
2.9. Perhitungan Lendutan yang terjadi pada Balok ... 28
2.9.1. Balok tanpa Perkuatan ... 28
2.9.2. Balok dengan FRP ... 29
2.10. Hasil dari Penelitian Sebelumnya ... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 34
3.1. Tinjauan Umum ... 34
3.2. Ruang Lingkup Pekerjaan ... 34
ix
3.4. Bahan dan Peralatan ... 36
3.4.1. Bahan ... 36
3.4.2. Peralatan ... 36
3.5. Persiapan dan Pemeriksaan Material ... 38
3.6. Concrete Mix Design ... 39
3.7. Persiapan Pembuatan Benda Uji ... 40
3.8. Pengecoran Benda Uji ... 41
3.9. Perawatan Benda Uji ... 42
3.10. Pemasangan Perkuatan GFRP ... 43
3.11. Pengujian Benda Uji ... 45
3.11.1. Pengujian Kuat Tekan Beton ... 45
3.11.2. Pengujian Balok Beton ... 45
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN ... 47
4.1. Data Awal untuk Analisa ... 47
4.1.1. Kuat Tekan Beton ... 47
4.1.2. Tulangan Baja ... 48
4.1.3. Spesifikasi GFRP ... 48
4.2. Analisa Teoritis Balok Beton ... 49
4.2.1. Beban pada Balok Beton tanpa Perkuatan ... 49
x
4.2.2. Beban pada Balok Beton dengan GFRP ... 53
4.2.3. Lendutan yang Terjadi pada Balok Beton tanpa Perkuatan... 60
4.2.4. Lendutan yang Terjadi pada Balok Beton dengan GFRP ... 63
4.2.5. Tabel Analisa Teoritis... 67
4.2.5.1. Balok Beton tanpa Perkuatan ... 67
4.2.5.2. Balok Beton dengan Perkuatan Pelat Baja ... 68
4.2.5.3. Balok Beton dengan Perkuatan CFRP ... 69
4.2.5.4. Balok Beton dengan Perkuatan GFRP ... 70
4.3. Hasil Pengujian Balok Beton ... 71
4.3.1. Balok Beton tanpa Perkuatan... 71
4.3.2. Balok Beton dengan Perkuatan Pelat Baja ... 72
4.3.3. Balok Beton dengan Perkuatan CFRP ... 73
4.3.4. Balok Beton dengan Perkuatan GFRP ... 75
4.4. Pola Retak yang Terjadi pada Balok Beton ... 76
4.5. Pembahasan Hasil Pengujian ... 77
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 83
5.1. Kesimpulan ... 83
5.2. Saran ... 84
xi Daftar lampiran ... xviii
xii DAFTAR TABEL
BAB 1
Tidak terdapat tabel
BAB II
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Portland Semen ... 9
Tabel 2.2. Karakteristik Fiber ... 23
BAB III Tabel 3.1. Perbandingan Campuran Beton ... 39
BAB IV Tabel 4.1. Data Kuat Tekan Beton ... 47
Tabel 4.2. Spesifikasi GFRP ... 48
Tabel 4.3. Analisa Teoritis Penurunan Balok Tanpa Perkuatan ... 67
Tabel 4.4. Analisa Teoritis Penurunan Balok dengan Perkuatan Pelat Baja ... 68
Tabel 4.5. Analisa Teoritis Penurunan Balok dengan Perkuatan CFRP ... 69
Tabel 4.6. Analisa Teoritis Penurunan Balok dengan Perkuatan GFRP... 70
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Penurunan Balok Tanpa Perkuatan ... 71
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Penurunan Balok Dengan Perkuatan Pelat Baja... 72
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Penurunan Balok Dengan Perkuatan CFRP ... 73
xiii BAB V
Tida terdapat tabel
xiv DAFTAR GAMBAR
BAB 1
Gambar 1.1. Model Balok Pengujian. ... 6
BAB II Gambar 2.1. Hubungan antara Tegangan dan Regangan Tekan Beton ... 12
Gambar 2.2. Diagram Tegangan-Regangan Batang Tulangan Baja ... 14
Gambar 2.3. Kedudukan Batang Tulangan dalam Balok Beton Bertulang ... 14
Gambar 2.4. Balok dengan Beban P dan q ... 15
Gambar 2.5. Balok Melengkung ... 15
Gambar 2.6. Elemen Balok Beton Bertulang ... 16
Gambar 2.7. Balok Dibebani Lentur Murni ... 17
Gambar 2.8. Distribusi tegangan – regangan beton ... 17
Gambar 2.9. Distribusi tegangan – regangan beton dengan FRP ... 19
Gambar 2.10. Distribusi Regangan Ultimit pada Keruntuhan Lentur ... 21
Gambar 2.11. Hubungan Beban – Lendutan ... 22
Gambar 2.12. Glass Fiber Reinforced Polymer ... 24
Gambar 2.13. Road Map Penelitian ... 33
xv
Gambar 3.2. Jacking Hydraulic ... 37
Gambar 3.3. Static Loading Frame... 38
Gambar 3.4. Proses Pembuatan Bekisting dan Tulangan ... 41
Gambar 3.5. Pengecoran Benda Uji ... 42
Gambar 3.6. Perawatan Benda Uji Silinder dan Balok ... 43
Gambar 3.7. Epoxy Adhesive dan GFRP ... 44
Gambar 3.8. Pemasangan GFRP pada Balok... 44
Gambar 3.9. Pengujian Balok Beton... 46
BAB IV Gambar 4.1. Pembebanan Balok tanpa Perkuatan ... 49
Gambar 4.2. Potongan Balok tanpa Perkuatan ... 49
Gambar 4.3.Pembebanan Balok dengan GFRP ... 53
Gambar 4.4. Potongan Balok dengan GFRP ... 53
Gambar 4.5 Retak Lentur pada Balok Beton tanpa Perkuatan ... 76
Gambar 4.6. Retak Lentur pada Balok Beton dengan perkuatan GFRP ... 77
Gambar 4.7. Grafik Perbandingan hubungan beban-lendutan setiap sampel balok berdasarkan analisa teoritis ... 81
Gambar 4.8. Grafik Perbandingan hubungan beban-lendutan tiap sampel balok berdasarkan hasil pengujian ... 82
xvi BAB V
xvii
∆� = lendutan pada satu bentang akibat beban terpusat (mm)
∆ = lendutan akibat beban sendiri balok (mm)
∆ = lendutan total (mm)
� = luas penampang FRP (mm2)
�� = koefisien faktor reduksi FRP terhadap lingkungan
� = modulus elasisitas beton (N/mm2)
= modulus elastisitas FRP (Mpa)
xviii � = momen saat retak awal (kNm)
� = momen ultimit (Nmm)
� = momen nominal (Nmm)
� = tegangan ultimate FRP (Mpa)
�′ = tegangan FRP berdasarkan spesifikasi pabrik (Mpa)
� = modulus pecah beton (Mpa)
�� = tegangan izin leleh tulangan tarik baja (Mpa)
� � = regangan eksisting pada saat pemasangan FRP
� = regangan efektif FRP
� = regangan ultimate FRP (mm/mm)
�′ = regangan / elongasi FRP berdasarkan spesifikasi pabrik (%)
� = regangan baja tulangan eksisting
� = rasio tulangan tarik yang memberikan kondisi regangan berimbang
xix q = berat sendiri balok beton (kN/m)
� = luas penampang benda uji (cm2)
� = beban tekan (kg)
= jarak dari serat tekan terluar ke garis netral (mm)
= jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik non pratekan
′ = jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tekan
� = banyak jumlah benda uji
� = letak titik pusat penampang (mm)
� = regangan baja (%)
� = rasio tulangan tarik non pratekan
� = faktor reduksi kekuatan
