34 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. TINJAUAN UMUM
Dalam penelitian ini, sampel terdiri dari 3 benda uji silinder dengan ukuran diameter 15 cm dam tinggi 30 cm untuk pengujian kuat tekan beton, dan 3 benda uji balok ukuran 15x25x320 cm untuk pengujian lentur dengan mutu beton rencana f’c 20 MPa dimana satu balok beton beton bertulang tanpa perkuatan dan satu balok beton bertulang dengan menggunakan perkuatan GFRP. Balok diuji pada saat umur beton 28 hari.
3.2. RUANG LINGKUP PEKERJAAN
Ada beberapa tahap yang perlu diperhatikan dalam pembuatan benda uji untuk pengujian balok beton bertulang. Tahap-tahap yang dilakukan dalam pembuatan benda uji antara lain:
1. Persiapan material
2. Persiapan pembuatan benda uji 3. Pengecoran benda uji
4. Perawatan Benda uji
35 3.3. FLOWCHART PENELITIAN
Mulai
Pembatasan Masalah
Studi Literatur Terkait
Penyediaan dan pemeriksaan Material Benda Uji
Perencanaan Campuran Beton (Mix Design) mutu 20 Mpa
Pengecoran Benda Uji
3 buah silinder beton untuk Trial Mix
Balok Beton tanpa Perkuatan
Balok Beton dengan GFRP
Data yang didapat dari Trial Mix digunakan untuk Analisa data teoritis:
Analisa Perbandingan Kuat Lentur
Pengujian Kuat Lentur pada umur 28 hari
Analisa dan Pengolahan data hasil Pengujian :
Analisa Perbandingan Kuat Lentur Pengujian Kuat Tekan pada Silinder
untuk mendapatkan kuat tekan aktual
Penarikan Kesimpulan dan Saran
Selesai
36 3.4. BAHAN DAN PERALATAN
3.4.1 BAHAN
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:
1. Semen yang digunakan sebagai pengikat adukan campuran beton adalah jenis semen
type-1 , Semen Padang
2. Agregat halus (pasir) yang digunakan untuk penelitian ini adalah pasir yang diambil dari Binjai.
3. Agregat kasar (kerikil) yang digunakan untuk penelitian ini adalah batu pecah dengan ukuran 1-2 mm
4. Air PDAM dar Laboratorium Beton FT USU.
5. Baja tulangan dengan fy 240 Mpa dengan 2 ∅6 mm sebagai tulangan tekan , 4 ∅12 mm sebagai tulangan tarik dan sengkang ∅6 mm setiap jarak 20 cm.
6. Bekisting balok dengan dimensi 15 cm x 25 cm x 320 cm sebanyak dua buah.
7. Glass Fiber Reinforced Polymer bermerek MapeWrap G Uni-AX 900 E-Glass Type
dengan dimensi 300 cm x 10 cm.
3.4.2. PERALATAN
Peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Shieve Shaker Machine, digunakan untuk mengayak agregat yang telah dimasukkan ke dalam susunan ayakan saringan uji, mesin ini akan mengayak secara mekanik dengan lama pengayakan ±5 menit
2. Kerucut Abrahams, untuk menentukan nilai slump dari adukan beton 3. Compression Machine Test, digunakan untuk uji tekan beton silinder
4. Magnetic Stand bermerek MITUTOYO 7012-10 untuk melekatkan dial gauge ketika pengujian kuat lentur
37 5. Jacking Hydraulic bermerek ENERPAC RC-1006 dengan berat 59 kg dan kapasitas 100
ton, dipakai untuk memberikan beban statis pada balok
6. Dial gauge bermerek DELTA TYPE DI-2046Y, dengan kapasitas pengukuran 5,0 cm dengan ketelitian pembacaan 0,01 mm, digunakan untuk mengukur defleksi vertikal 7. Static Loading Frame , dipakai untuk meletakkan sampel yang akan diberi pembebanan.
Static Loading Frame ini telah tersedia di Laboratorium Struktur FT USU dan siap digunakan untuk mengembangkan penelitian struktur kedepannya.
Gambar 3.1. Dial Gauge dan Magnetic Stand
Gambar 3.2. Jacking Hydraulic
38 Gambar 3.3. Static Loading Frame
3.5. PERSIAPAN DAN PEMERIKSAAN MATERIAL
Pada tahap ini, yang pertama dilakukan adalah pengujian material-material berupa pasir dan kerikil di Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan Universitas Sumatera Utara, dimana pengujian ini dilakukan untuk memeriksa kelayakan pasir dan kerikil juga untuk mengetahui karakteristik/sifat material itu sendiri. Adapun pengujian-pengujian yang dilakukan antara lain:
1. Analisa Ayakan Agregat Halus berdasarkan ASTM C 136 – 84a, bertujuan untuk mendapatkan gradasi/distribusi perbutiran pasir dan mengetahui Fineness Modulus
(kehalusan) pasir. Fineness Modulus yang didapat dari hasil pengujian sebesar 2,92. 2. Analisa Ayakan Agregat Kasar berdasarkan ASTM C 136- 84a & ASTM D 448-86,
bertujuan untuk mendapatkan gradasi kerikil dan mengetahui nilai Fineness Modulus
(kehalusan) kerikil, Fineness Modulus yang didapat dari hasil pengujian sebesar 6,01. 3. Berat Jenis dan Absorbsi Agregat Halus berdasarkan ASTM C 128-88, bertujuan untuk
mendapatkan berat jenis pasir dalam keadaan SSD (Saturated Surface Dry), semu, dan kering serta mendapatkan nilai persentasi peresapan pasir.
4. Berat Jenis dan Absorbsi Agregat Kasar berdasarkan ASTM C 127-88, bertujuan untuk mendapatkan berat jenis kerikil dalam keadaan SSD (Saturated Surface Dry), semu, dan kering serta mendapatkan nilai persentasi peresapan kerikil.
39 5. Berat Isi Agregat Halus berdasarkan ASTM C.136-71, bertujuan untuk menentukan berat isi pasir dengan metode merojok, cara longgar (menyiram) tanpa pemadatan dalam satu satuan m3.
6. Berat Isi Agregat Kasar berdasarkan ASTM C.29/C.29M-90, bertujuan untuk menentukan berat isi kerikil dengan metode merojok, cara longgar (menyiram) tanpa pemadatan dalam satu satuan m3.
7. Pemeriksaan Kadar Lumpur Kerikil berdasarkan ASTM C 1864-89, bertujuan untuk menentukan kadar kandungan lumpur dari kerikil.
8. Clay Lump Pasir berdasarkan ASTM C 117-90, bertujuan untuk menentukan persentase kadar liat dalam pasir.
9. Los Angeles Test berdasarkan ASTM C 535-96, bertujuan untuk memeriksa keausan agregat kasar (kerikil). Persentasae keausan yang didapat dari pengujian sebesar 28,3 %.
3.6. CONCRETE MIX DESIGN
Setelah dilakukan pengujian material, langkah berikutnya adalah perhitungan mix design yang bertujuan untuk menentukan nilai perbandingan dari pasir, kerikil, air dan semen dalam campuran beton yang akan di cor dimana dilakukan perhitungan terlebih dahulu pada perencanaan mutu beton (dalam penelitian ini kuat beton yang diinginkan adalah f’c 20 MPa). Penimbangan pasir, kerikil, air dan semen berdasarkan kebutuhan dilakukan sesuai dengan volume benda uji yang akan dibuat. Dari hasil perencanaan campuran yang dilakukan didapat perbandingan sebagai berikut:
Tabel 3.1. Perbandingan Campuran Beton
SEMEN AIR PASIR KERIKIL
1 0.46 1.60 2.75
40 Untuk lebih meyakinkan atas perhitungan mix design, pada penelitian ini dilakukan pengujian Trial Mix, dimana dibuat benda uji silinder dengan ukuran 15 x 30 cmsebanyak 3 buah yang kemudian direndam dalam bak air selama 13 hari dan dibiarkan kering selama 1 hari lalu diuji dengan alat kuat tekan beton.
3.7. PERSIAPAN PEMBUATAN BENDA UJI
Dalam persiapan pembuatan benda uji, yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Pembuatan bekisting balok dimana dalam penelitian ini, bekisting yang dibuat berbentuk persegi panjang dengan ukuran 15 x 25 x 320 cm. Cetakan benda uji harus dibuat dengan baik dan memperhatikan hal-hal berikut:
a. Cetakan tidak ada lubang/celah sehingga tidak memberikan kesempatan air/pasta emen keluar
b. Dinding bekisting harus benar-benar vertikal dan kedataran alas bekisting harus diperiksa.
c. Pengaku dan perkuatan pada bekisting harus dilakukan agar tidak terjadi pergeseran pada dinding bekisting pada saat pengecoran.
2. Perakitan tulangan
Tulangan yang dirakit sesuai dengan kerangka yang diharapkan diikat kuat pada setiap pertemuan tulangan memanjang dengan sengkang. Pengikatan dilakukan dengan kawat beton. Pada penelitian ini, tulangan tarik berukuran 4∅12 mm , tulangan tekan berukuran 2∅6 mm. Sengkang berukuran 6 mm berjarak 20 cm. Pada ujung tulangan memanjang dilakukan pembengkokkan 5 cm ujung kiri dan 5 cm ujung kanan agar tulangan tidak bergerak pada saat dilakukan pengujian.
3. Tulangan yang telah dirakit dimasukkan ke dalam bekisting/cetakan balok dan diletakkan 2,5 cm diatas dasar cetakan.
41 4. Dilakukan pemeriksaan jarak-jarak tulangan memanjang terhadap bekisting dan jarak antar
tulangan.
Gambar 3.4. Proses Pembuatan Bekisting dan Tulangan
5. Setelah pemeriksaan, ditimbang material untuk campuran beton sesuai dengan perhitungan
mix design dan dipersiapkan untuk satu kali pengadukan dalam Molen/Mesin Pengaduk. 6. Persiapan alat-alat pendukung pengecoran, seperti Molen/Mesin Pengaduk, rojok besi,
vibrator, kerucut Abrahams untuk pengujian slump, scrap dan sendok semen.
7. Persiapan cetakan silinder ukuran 15 x 30 cm yang sudah dipasang dengan penutup besi sebanyak 3 buah.
8. Cetakan silinder harus dilumuri oli atau vaselin untuk mencegah melekatnya beton pada dinding cetakan.
3.8. PENGECORAN BENDA UJI
Tahap-tahap pengecoran yang baik adalah sebagai berikut :
1. Setelah semua material sudah dipersiapkan, mesin pengaduk dihidupkan, kemudian disiram dengan air.
2. Pertama-tama masukkan agregat kasar terlebih dahulu kemudian masukkan agregat halus, lalu aduk hingga merata.
42 3. Setelah agregat kasar dan agregat halus teraduk secara merata, masukkan semen
perlahan-lahan sambil dituangkan air ke dalam mesin pengaduk sesuai dengan yang diperhitungkan di mix design.
4. Setelah diaduk secara merata dalam mesin pengaduk, tuangkan beton dalam pan besar yang cukup mengisi volume beton, kemudian dilakukan pengujian slump test untuk mengetahui apakah adukan beton terlalu kental atau terlalu encer. Jika terlalu kental maka dilakukan penambahan air.
5. Setelah nilai slump terpenuhi, adukan beton dimasukkan ke dalam bekisting balok secara bertahap lalu dirojok/digetarkan dengan menggunakan vibrator sampai udara yang ada keluar dan kerikil dapat menutupi celah-celah dalam beton.
6. Setelah beton terisi penuh, pada permukaan balok diratakan dengan menggunakan sendok semen.
Gambar 3.5. Pengecoran Benda Uji
3.9. PERAWATAN BENDA UJI
Setelah lebih kurang 24 jam (satu hari) dari waktu saat pengecoran, bagian dinding cetakan dibuka secara hati-hati. Demikian juga pada cetakan benda uji silinder. Setelah cetakan benda uji silinder dibuka, benda uji tersebut diletakkan di dalam bak perendaman selama 14 hari sebelum dilakukan pengujian kuat tekan beton dengan menggunakan faktor umur 14-28
43 hari, sedangkan pada benda uji balok direndam dengan cara menutupi seluruh permukaan beton dan dikontrol supaya tetap basah selama 27 hari. Pada hari perendaman ke 27, pada balok beton dibuat grid 5 cm dengan tujuan agar pada saat pengujian dapat dilihat pola retaknya.
Gambar 3.6. Perawatan Benda Uji Silinder dan Balok
3.10. PEMASANGAN PERKUATAN GFRP
Pada balok yang sudah direndam selama 27 hari, kemudian pada bagian serat tarik balok dipasang perkuatan GFRP . GFRP yang dipakai dalam penelitian ini adalah MapeWrap G UNI-AX 900 dengan lebar 100 mm dan panjang 3 m serta ketebalan 0,35 mm. Peralatan yang diperlukan saat pemasangan GFRP adalah sendok semen, rubber roller, mixing container, sikat. Prosedur pemasangan GFRP adalah sebagai berikut :
1. Campur bahan perekat (epoxy adhesive) yang terdiri dari 2 komponen, yaitu komponen
MAPE Wrap 1 SP A dan komponen Mape Wrap 31 SP B. Perbandingan campuran komponen A dan B adalah 3 : 1 dan warna epoxy setelah hasil campuran adalah warna kuning cerah keemasan.
2. Setelah epoxy (perekat) tercampur merata, kemudian oleskan epoxy secukupnya pada GFRP yang akan dipasangkan pada balok dan pasangkan pada bagian tarik balok.
44 3. Gunakan rubber roller pada perrmukaan GFRP agar GFRP yang dipasangkan pada balok
semakin lengket dan tidak terjadinya lepas (debonding failure) pada saat pengujian.
4. Balok yang sudah terpasang GFRP di letakkan pada dalam ruangan atau tidak terkena langsung dengan sinar matahari
5. Balok dibiarkan selama sekitar 7 hari ( 1 minggu) agar epoxy mengering.
Gambar 3.7. Epoxy Adhesive dan GFRP
Gambar 3.8. Pemasangan GFRP pada Balok
45 3.11. PENGUJIAN BENDA UJI
3.11.1. PENGUJIAN KUAT TEKAN BETON
Pengujian kuat tekan beton berdasarkan SNI 03-1974-2011 dilakukan di Laboratorium Beton FT USU . Benda uji berbentuk silinder dengan ukuran 15 x 30 cm sebanyak 3 buah. Adapun prosedur pengujian kuat tekan beton adalah sebagai berikut :
1. Benda uji silinder dikeluarkan dari bak perendaman dan dikeringkan 1 hari sebelum dilakukan pengujian dengan tujuan agar benda uji silinder kering permukaan. 2. Panaskan belerang hingga mencair kemudian tuang pada cetakan capping, benda uji
diletakkan di cetakan capping yang berisi belerang cair panas selama ± 5 detik kemudian diangkat. pada permukaan benda uji dilakukan capping dengan tujuan agar permukaan benda uji menjadi rata.
3. Benda uji diletakkan pada Compression Test Machine tepat di tengah-tengah torak penekan dengan posisi tegak.
4. Compression Test Machine dihidupkan dan jarum penunjuk angka pada manometer akan bergerak dan berhenti pada saat benda uji hancur.
5. Angka pada manometer menunjukkan gaya yang diberikan pada benda uji dalam satuan kN.
3.11.2. PENGUJIAN BALOK BETON
Pengujian balok beton mengacu kepada ASTM C-78 yang dilakukan di Laboratorium Struktur FT USU. Adapun langkah-langkah pengujiannya adalah sebagai berikut :
1. Pada balok terlebih dahulu dibuat grid atau garis petak-petak dengan jarak 5 cm dengan tujuan agar garis pola retak pada saat pengujian mudah dilihat dan ditandai. 2. Balok diletakkan di atas perletakan Static Loading Frame yang telah disediakan.
46 3. Dial Gauge (alat pengukur lendutan/penurunan) diletakkan di bawah balok dengan
posisi 3 titik, yakni 1/4L-L, Center Line dan 1/4L-R.
4. Profil I dengan panjang 1 meter diletakkan tepat di tengah-tengah balok, guna membagi beban gaya terpusat menjadi dua gaya terpusat dengan besar P.
5. Dilakukan pemeriksaan ke-vertikal-an alat-alat penerus beban dan jacking hydraulic yang ada di atas profil I guna mendapatkan gaya vertikal yang murni. 6. Setelah semua alat terpasang, dilakukan pembebanan bertahap dengan kenaikan
beban setiap 0,5 ton.
7. Setiap kenaikan 0,5 ton dilakukan pembacaan penurunan dan penggambaran pola retak yang terjadi.
8. Pembebanan dihentikan setelah balok mengalami retakan dan lendutan yang besar sehingga walaupun diberi beban, balok tidak lagi memberi perlawanan.
Gambar 3.9. Pengujian Balok Beton
47
BAB IV
ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN
4.1. DATA AWAL UNTUK ANALISA
Adapun data awal yang akan digunakan dalam perhitungan analisa secara teoritis balok beton yaitu data kuat tekan beton, data kuat tarik tulangan baja serta spesifikasi GFRP.
4.1.1. KUAT TEKAN BETON
Data dan hasil perhitungan hasil pengujian kuat tekan benda uji silinder yang dilakukan pada umur 14 hari dan diestimasikan ke umur 28 hari dapat dilihat seperti dibawah ini :
Tabel 4.1 Data Kuat Tekan Beton
No.
Dari data diatas diperoleh :
= √∑ � −� �
− = ,
� = � − , = , − , , = ,
48
Karena benda uji kurang dari 20 buah, maka
� = � + , = , + , , = ,
4.1.2. TULANGAN BAJA
Adapun data kuat tarik tulangan baja yang diperlukan dalam analisa penelitian ini adalah:
• Untuk ∅ nilai tegangan leleh tulangan baja tarik ( = 289,1 MPa
• Untuk ∅ nilai tegangan leleh tulangan baja tekan ( ′
′ = 428,3 MPa
4.1.3. SPESIFIKASI GFRP
GFRP yang digunakan adalah tipe MapeWrap G UNI-AX 900. Spesifikasi dari GFRP adalah sebagai berikut :
Tabel 4.2 Spesifikasi GFRP
49
4.2. ANALISA TEORITIS BALOK BETON
Analisa kapasitas penampang secara teoritis akan dilakukan pada balok beton tanpa perkuatan dan balok dengan GFRP, meliputi analisa beban maksimum yang dapat dipikul balok dan lendutan maksimum yang terjadi.
4.2.1. BEBAN PADA BALOK BETON TANPA PERKUATAN
Pembebanan yang terjadi pada balok tanpa perkuatan secara umum dapat dilihat pada Gambar 4.1. Pada Gambar 4.2 dijelaskan mekanisme tegangan – tegangan dalam yang timbul di dalam balok. Gaya tekan beton Cc ( Compression Concrete) merupakan resultante seluruh gaya tekan pada daerah daiatas garis netral. Sedangkan resultante gaya tarik tulangan baja Ts (Tensile Steel), merupakan jumlah seluruh gaya tarik yang diperhitungkan untuk daerah di bawah garis netral. Kedua gaya ini, arah garis kerjanya sejajar, sama besar, tetapi berlawanan arah dan dipisahkan dengan jarak sehingga membentuk kopel momen tahanan dalam dimana nilai maksimumnya disebut sebagai kuat lentur atau momen tahan penampang komponen struktur terlentur.
Gambar 4.1. Pembebanan Balok tanpa Perkuatan
Gambar 4.2. Potongan Balok tanpa Perkuatan
50
Data-data Balok tanpa Perkuatan:
b = 150 mm ′ = 29,348 MPa
h = 250 mm ′ = 428,3 MPa
p = 25 mm = 289,1 MPa
= 200.000 MPa
Tulangan tekan 2∅6 ( ′ = 56,571 )
Tulangan tarik 4∅12 ( = 452,571 )
Spasi antar tulangan = 50 mm
Penyelesaian :
= ℎ − − ∅ − ∅ −
= − − − −
=
′= + ∅ +∅
′= + +
d′= mm
1. Periksa rasio tulangan (mengacu pada persamaan 2.16)
� = = , = ,
51
� = , ′ ′. + ′ = , , , , . + , = ,
� = , � = ,
� = ,′ = , , = ,
� � < � < � �� � < � → −
2. Kontrol tulangan tekan (mengacu pada persamaan 2.17)
= −
Karena tulangan tekan belum leleh maka nilai a dihitung lagi dengan
=
3. Kontrol tulangan tarik (mengacu pada persamaan 2.18)
= − − −
= − − − =
ℎ = + = ,+ , = , = ,
< ℎ → ℎ ℎ
Karena tulangan tekan belum leleh , dihitung tegangan tulangan tekan ′
52
4. Cek nilai tegangan tulangan tekan (mengacu pada persamaan 2.19)
′ = − ′. = , − ,
, .
= , < ′ = ,
5. Menentukan yang dapat dipikul (mengacu pada persamaan 2.20)
= , ′ − = , , , ( − , )
= ,
= ′ ′ − ′ = , , −
= ,
= + = , = ,
6. Beban yang dapat dipikul balok (mengacu pada persamaan 2.21 ; 2.22 ; 2.23)
Berat sendiri balok (q) = ℎ = , , = , /
Momen luar = + −
Momen luar = + , − ,
Momen luar = + ,
=
+ , = ,
= ,
53
4.2.2. BEBAN PADA BALOK BETON DENGAN GFRP
Pembebanan yang terjadi pada balok dengan perkuatan GFRP secara umum dapat dilihat pada Gambar 4.3. Pada Gambar 4.4 dijelaskan mekanisme tegangan – tegangan dalam yang timbul di dalam balok dengan GFRP. Gaya tekan beton Cc ( Compression Concrete) merupakan resultante seluruh gaya tekan pada daerah daiatas garis netral. Sedangkan resultante gaya tarik tulangan baja Ts (Tensile Steel) dan gaya tarik dari FRP Tf ( Tensile FRP), merupakan jumlah seluruh gaya tarik yang diperhitungkan untuk daerah di bawah garis netral. Kedua gaya ini (Cc versus Ts dan Tf), arah garis kerjanya sejajar, sama besar, tetapi berlawanan arah dan dipisahkan dengan jarak sehingga membentuk kopel momen tahanan dalam dimana nilai maksimumnya disebut sebagai kuat lentur atau momen tahan penampang komponen struktur terlentur.
Gambar 4.3. Pembebanan Balok dengan GFRP
Gambar 4.4. Potongan Balok dengan GFRP GFRP
54
Data-data Balok + GFRP :
b = 150 mm ′ = 29,348 MPa
h = 250 mm ′ = 428,3 MPa
p = 25 mm = 289,1 MPa
= 200.000 MPa
= 72.000 MPa = 35 mm2
Tulangan tekan 2∅6 ( ′ = 56,571 )
Tulangan tarik 4∅12 ( = 452,571 )
Spasi antar tulangan = 50 mm
Penyelesaian :
= ℎ − − ∅ − ∅ −
= − − − −
=
′= + ∅ +∅
′= + +
d′= mm
55
1. Menentukan tegangan dan regangan ultimate FRP
= . ′ = , . = , /
� = . �′ = , . , = , /
2. Perhitungan awal
= , − , ′
= , − , . ,
= , ; , ≤ ≤ , Maka diambil nilai = ,
= √ ′ = . (√ , ) = , /
Material direncanakan 1 lapis lembaran GFRP
= . . = , =
� =��= = ,
3. Menghitung nilai k
Berat sendiri balok (q) = ℎ = , . , . = , /
= −
= , − , = , =
� = � = , = ,
= √ � �+ � � + � � + � � ℎ − � �+ � �
= , = ,
= , = ,
� �+ � �= , , + , , = ,
� �+ � � ℎ = , , + , , = ,
56
= √ , + , − ,
= , Sehingga
= , = ,
4. Mendefinisikan regangan eksisting pada saat pemasangan GFRP
= = , = ,
= + − + ′ − ′ + ( ℎ + − )
= , + , + , + ,
= ,
Maka,
� = � ℎ−
�
� = , − , , = ,
5. Menentukan koefisien lekatan (mengacu pada persamaan 2.25)
. . ≤
, ≤
≤
Maka,
= �
�� −
. �.� ≤ ,
= , − ≤ ,
= , ≤ ,
57
6. Estimasi nilai c
= ,
= ,
= ,
7. Menentukan regangan efektif GFRP (mengacu pada persamaan 2.26)
� = � ℎ− − � ≤ . �
� = , − ,, − , ≤ , ,
� = , < ,
Maka, pakai nilai � = ,
8. Menentukan regangan baja tulangan eksisting
� = (� + � ) ℎ−−
� = , + , − ,− ,
� = ,
9. Menentukan tegangan baja tulangan dan FRP (mengacu pada persamaan 2.27)
= . � ≤
= ,
= , / > = , /
Maka, ambil = = , /
= . �
= ,
= /
10.Menentukan resultan gaya dalam dan cek kesetimbangan (mengacu pada persamaan 2.28 ; 2.29 ; dann 2.30)
= − ′′ +
58
= , ,, − , , , , +
= , ≠ ,
Lakukan iterasi ke-2 dengan nilai = ,
� = , − ,, − , ≤ , ,
� = , ≤ ,
Maka pakai nilai � = ,
� = , + , − ,− ,
� = ,
= , <
= , / > , /
Maka pakai nilai = = , /
= ,
= , /
= , , −, ,, , , + ,
= , ≠ ,
Setelah dilakukan iterasi beberapa kali didapat : Asumsi nilai = ,
� = , − ,, − , ≤ , ,
� = , ≤ ,
Maka pakai nilai � = ,
� = , + , − ,− ,
59 � = ,
= , <
= , / > , /
Maka pakai nilai = = , /
= ,
= , /
= , , −, ,, , , + ,
= , = ,
Maka diambil nilai = ,
11.Menentukan momen nominal perkuatan lentur (mengacu pada persamaan 2.31) Diketahui :
� = ,
= ,
� = ,
= [ −� + ′ − ′ + � ℎ −� ]
= , + , + ,
= , = ,
12.Beban yang dapat dipikul oleh balok
Momen luar = + −
Momen luar = + , − ,
Momen luar = + ,
=
+ , = ,
= ,
60
4.2.3. LENDUTAN YANG TERJADI PADA BALOK BETON TANPA
PERKUATAN
Pada bagian ini akan dibahas langkah perhitungan lendutan maksimum yang akan terjadi jika balok diberi Pmaks dari perhitungan beban balok tanpa perkuatan yang sebelumnya telah dilakukan. Data-data Balok tanpa perkuatan:
b = 150 mm ′ = 29,348 MPa
h = 250 mm ′ = 428,3 MPa
p = 25 mm = 289,1 MPa
= 200.000 MPa
Tulangan tekan 2∅6 ( ′ = 56,571 )
Tulangan tarik 4∅12 ( = 452,571 )
Spasi antar tulangan = 50 mm
Penyelesaian :
= ℎ − − ∅ − ∅ −
= − − − −
=
′= + ∅ +∅
′= + +
d′= mm
61
= √ ′ = . (√ , ) = , /
= = , = ,
Berat sendiri balok = = ×ℎ × = , , = , /
1. Mencari letak titik penampang (mengacu pada persamaan 2.32)
= . . + .
′. ′ + . .
. + . ′+ .
+ . . ′+ . . = . ′. ′ + . .
+ , , + , , =
, , + , ,
+ , − , =
= ,
2. Menghitung inersia penampang retak (mengacu pada persamaan 2.33)
= + . − + . ′ − ′
= , + , , − , +
, , , −
= ,
3. Mencari titik pusat penampang
= . ℎ. ℎ + − .
′. ′+ − . .
. ℎ + − . ′+ − .
= + ,+ , −− , , + ,+ , − − , ,
= ,
= ℎ − = − , = ,
62
4. Menghitung momen inersia gross (mengacu pada persamaan 2.34)
= ℎ = =
5. Menghitung modulus pecah beton (mengacu pada persamaan 2.35)
= , √ ′= , √ , = , = , /
6. Menghitung momen yang terjadi saat retak awal (mengacu pada persamaan 2.36)
= . = , , = , = ,
= ,
= . . = , = ,
7. Menghitung momen inersia efektif (mengacu pada persamaan 2.37)
= ( ) + − ( )
= ( ,, ) + − ( ,, ) ,
= ,
8. Menghitung lendutan seketika (mengacu pada persamaan 2.38 dan 2.39)
∆ pada bentang ½ L
∆ = −
∆ = , , , −
∆ = ,
Lendutan pada tengah bentang akibat beban terpusat,
∆�= = ,
Maka, lendutan total
∆ = , + , = ,
63 ∆ pada bentang ¼ L,
∆ = [( − ) + − − − + − ]
∆ = ,
Lendutan pada ¼ L akibat beban terpusat,
∆�= = ,
Maka, lendutan total
∆ = , + , = ,
4.2.4. LENDUTAN YANG TERJADI PADA BALOK BETON DENGAN GFRP
Pada bagian ini akan dibahas langkah perhitungan lendutan maksimum yang akan terjadi jika balok diberi Pmaks dari perhitungan beban balok dengan GFRP yang sebelumnya telah dilakukan. Data-data Balok dengan GFRP :
b = 150 mm ′ = 29,348 MPa
h = 250 mm ′ = 428,3 MPa
p = 25 mm = 289,1 MPa
= 200.000 MPa
= 72.000 MPa ` = 35 mm2
Tulangan tekan 2∅6 ( ′ = 56,571 )
Tulangan tarik 4∅12 ( = 452,571 )
Spasi antar tulangan = 50 mm
64
Penyelesaian :
= ℎ − − ∅ − ∅ −
= − − − −
=
′= + ∅ +∅
′= + +
d′= mm
= √ ′ = . (√ , ) = , /
= = , = ,
Berat sendiri balok
= ×ℎ × + × ×
= , , + , , = , /
1. Mencari nilai k (mengacu pada persamaan 2.40)
� = � = , = ,
= √ � �+ � � + � � + � � ℎ − � �+ � �
= , = ,
�=
, = ,
65
� �+ � �= ,
� + � (ℎ) = ,
= √ , + , − ,
= , Sehingga
= , = ,
2. Menghitung inersia penampang retak (mengacu pada persamaan 2.41)
= + − + ′ − ′ + ( ℎ + − )
= , + , + , + ,
= ,
3. Mencari titik pusat penampang (mengacu pada persamaan 2.42)
= . ℎ. ℎ + − .
′. ′+ − . . + − . . ℎ +
. ℎ + − . ′+ − . + − .
= , ,
= ,
= ℎ − = − , = ,
4. Menghitung momen inersia gross (mengacu pada persamaan 2.43)
= ℎ = =
5. Menghitung modulus pecah beton (mengacu pada persamaan 2.44)
= , √ ′= , √ , = , = , /
66
6. Menghitung momen yang terjadi saat retak awal (mengacu pada persamaan 2.45)
= . = , = ,
= ,
= . . = , = ,
7. Menghitung momen inersia efektif (mengacu pada persamaan 2.46)
= ( ) + − ( )
= ( , , ) + − ( , , ) ,
= ,
8. Menghitung lendutan seketika (mengacu pada persamaan 2.47 dan 2.48)
∆ pada bentang ½ L
∆ = −
∆ = ,
Lendutan pada tengah bentang akibat beban terpusat,
∆�= � = ,
Maka, lendutan total
∆ = , + , = ,
∆ pada bentang ¼ L,
∆ = [( − ) + − − − + − ]
∆ = ,
Lendutan pada ¼ L akibat beban terpusat,
∆�= � = ,
67
Maka, lendutan total
∆ = , + , = ,
4.2.5. TABEL ANALISA TEORITIS
Pada bagian ini hasil analisa teoritis setiap variasi balok akan dirangkum dalam satu bentuk tabel yang berisi pembebanan dengan lendutannya.
4.2.5.1. BALOK BETON TANPA PERKUATAN
Data hasil analisa teoritis pada balok tanpa perkuatan telah dirangkum pada Tabel 4.3, yaitu terjadi pembebanan maksimum pada 2946,7 kg dan lendutan maksimum 17,4712 mm.
Tabel 4.3 Analisa Teoritis Penurunan Balok Tanpa Perkuatan
Beban (P) kg Lendutan (mm) 1/4 L-L CL 1/4 L-R 0 0,0000 0,0000 0,0000 500 2,3926 2,9646 2,3926 1000 4,7852 5,9291 4,7852 1500 7,1778 8,8937 7,1778 2000 9,5704 11,8583 9,5704 2500 11,9630 14,8228 11,9630 2946,7 14,1004 17,4712 14,1004
68
4.2.5.2. BALOK BETON DENGAN PERKUATAN PELAT BAJA
Data hasil analisa teoritis pada balok dengan pelat baja (Manna Haloho, 2015) telah dirangkum pada Tabel 4.4, yaitu terjadi pembebanan maksimum pada 7705 kg dan lendutan maksimum 14,8878 mm.
Tabel 4.4 Analisa Teoritis Penurunan Balok dengan Perkuatan Pelat Baja
(Manna Haloho, 2015)
Beban(P) Lendutan (mm)
Kg 1/4L-L CL 1/4L-R
0 0 0 0
500 0.6854 0,9661 0.6854 1000 1.3709 1,9322 1.3709 1500 2.0563 2,8983 2.0563 2000 2.7418 3,8645 2.7418 2500 3.4272 4,8306 3.4272 3000 4.1127 5,7967 4.1127 3500 4.7981 6,7628 4.7981 4000 5.4835 7,7289 5.4835 4500 6.1690 8,6950 6.1690 5000 6.8544 9,6612 6.8544 5500 7.5399 10,6273 7.5399 6000 8.2253 11,5934 8.2253 6500 8.9108 12,5595 8.9108 7000 9.5962 13,5256 9.5962 7705 10.5627 14,8878 10.5627
69
4.2.5.3. BALOK BETON DENGAN PERKUATAN CFRP
Data hasil analisa teoritis pada balok dengan CFRP (Ivandy Yoman, 2016) telah dirangkum pada Tabel 4.5, yaitu terjadi pembebanan maksimum pada 8731,5 kg dan lendutan maksimum 22,6785 mm.
Tabel 4.5 Analisa Teoritis Penurunan Balok dengan Perkuatan CFRP
(Ivandy Yoman, 2016)
70
4.2.5.4. BALOK BETON DENGAN PERKUATAN GFRP
Data hasil analisa teoritis pada balok dengan GFRP telah dirangkum pada Tabel 4.6, yaitu terjadi pembebanan maksimum pada 8478,96 kg dan lendutan maksimum 29,2967 mm.
Tabel 4.6 Analisa Teoritis Penurunan Balok dengan Perkuatan GFRP
beban (P) kg Lendutan (mm) 1/4 L-L CL 1/4 L-R 0 0,0000 0,0000 0,0000 500 1,2464 1,7284 1,2464 1000 2,4835 3,4519 2,4835 1500 3,5961 5,1746 3,5961 2000 4,7958 6,8952 4,7958 2500 5,8529 8,6204 5,8529 3000 6,4527 10,3436 6,4527 3500 7,2673 12,0663 7,2673 4000 8,6025 13,7892 8,6025 4500 10,7502 15,5125 10,7502 5000 12,8993 17,2359 12,8993 5500 13,3476 18,9574 13,3476 6000 14,8942 20,6817 14,8942 6500 15,0482 22,4063 15,0482 7000 17,1973 24,1286 17,1973 7500 19,3485 25,8508 19,3485 8000 21,4957 27,5734 21,4957 8478,96 23,6442 29,2967 23,6442
71
4.3. HASIL PENGUJIAN BALOK BETON
Pada bagian ini hasil pengujian setiap variasi balok beton akan dirangkum dalam satu bentuk tabel yang berisi pembebanan dengan lendutannya di tengah bentang dan ¼ bentang.
4.3.1. BALOK BETON TANPA PERKUATAN
Pada balok beton bertulang tanpa perkuatan, dial diletakkan pada tiga titik yaitu : 1/4 L kiri, 1/2L, dan 1/4L kanan dimana balok dibebani sampai terjadi retakan dan pembacaan
dial konstan.
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Penurunan Balok Tanpa Perkuatan
BEBAN 1/4 L-L CL 1/4 L-R
(2P) DIAL READING LENDUTAN DIAL READING LENDUTAN DIAL READING LENDUTAN
72
4.3.2. BALOK BETON DENGAN PERKUATAN PELAT BAJA
Pada balok beton bertulang dengan perkuatan pelat baja, dial diletakkan pada tiga titik yaitu : 1/4 L kiri, 1/2L, dan 1/4L kanan dimana balok dibebani sampai terjadi retakan dan pembacaan dial konstan.
Tabel 4.8 Hasil Pengujian Penurunan Balok Dengan Perkuatan Pelat Baja
(Manna Haloho,2015)
LENDUTAN DIAL LENDUTAN
73
4.3.3. BALOK BETON DENGAN PERKUATAN CFRP
Pada balok beton bertulang dengan perkuatan CFRP, dial diletakkan pada tiga titik yaitu : 1/4 L kiri, 1/2L, dan 1/4L kanan dimana balok dibebani sampai terjadi retakan dan pembacaan dial konstan.
Tabel 4.9 Hasil Pengujian Penurunan Balok Dengan Perkuatan CFRP
(Ivandy Yoman,2016)
BEBAN 1/4 L-L CL 1/4 L-R
(2P) DIAL READING LENDUTAN DIAL READING LENDUTAN DIAL READING LENDUTAN
75
4.3.4. BALOK BETON DENGAN PERKUATAN GFRP
Pada balok beton bertulang dengan perkuatan GFRP, dial diletakkan pada tiga titik yaitu : 1/4 L kiri, 1/2L, dan 1/4L kanan dimana balok dibebani sampai terjadi retakan dan pembacaan dial konstan.
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Penurunan Balok Dengan Perkuatan GFRP
BEBAN 1/4 L-L CL 1/4 L-R
(2P) DIAL READING LENDUTAN DIAL READING LENDUTAN DIAL READING LENDUTAN
76
17500 1649 16,490 1863 18,630 1724 17,240
18000 1694 16,940 1903 19,030 1756 17,560
18500 1736 17,360 1980 19,800 1783 17,830
19000 1783 17,830 2140 21,400 1828 18,280
19500 1827 18,270 2275 22,750 1849 18,490
20000 1856 18,560 2483 24,830 1865 18,650
20500 1872 18,720 2745 27,450 1885 18,850
21000 1893 18,930 2969 29,690 1910 19,100
Keterangan :
1/4L-L : jarak ¼ bentang dari kiri (x = 1/4L) CL : jarak ½ bentang (x = 1/2L)
1/4L-R : jarak ¼ bentang dari kanan (x = 1/4L)
4.4. POLA RETAK YANG TERJADI PADA BALOK BETON
Pola retak yang terdapat pada pengujian kedua balok ini adalah retak lentur. Retak lentur adalah retak yang biasanya terjadi karena beban melebihi kemampuan balok. Dalam pengujian ini retakan pertama terjadi pada saat beban 6 Ton pada balok tanpa perkuatan dan 11 Ton pada balok dengan perkuatan GFRP, kemudian disusul dengan retakan berikutnya mencapai beban ultimate yaitu 9 Ton untuk balok tanpa perkuatan dan 21 Ton untuk balok dengan perkuatan GFRP dan akhirnya balok mengalami runtuh.
Gambar 4.5. Retak Lentur pada Balok Beton tanpa Perkuatan
77
Gambar 4.6. Retak Lentur pada Balok Beton dengan perkuatan GFRP
4.5. PEMBAHASAN HASIL PENGUJIAN
Berdasarkan hasil pengujian pada balok beton bertulang dengan ukuran 15 x 25 x 320 cm, adalah sebagai berikut:
1. Efisiensi Perkuatan
• Efisiensi perkuatan balok menggunakan pelat baja berdasarkan hasil pengujian Manna Haloho (2015) :
P Balok Normal: 9 Ton
P Balok dengan pelat baja : 19,5 Ton
= − × %
= , −
, = , %
• Efisiensi perkuatan balok menggunakan CFRP berdasarkan hasil pengujian Ivandy Yoman (2016) :
P Balok Normal : 9 Ton
P Balok dengan CFRP : 22 Ton
= � − �
� × %
= − = , %
78 • Efisiensi perkuatan balok menggunakan GFRP berdasarkan hasil pengujian :
P Balok Normal : 9 Ton
P Balok dengan GFRP : 21 Ton
= � − �
� × %
= − = , % 2. Kapasitas Penampang Berdasarkan Analisa Teoritis
Daya dukung balok beton bertulang berdasarkan analisa teoritis
• Balok dengan Pelat Baja (Manna Haloho, 2015) P tanpa perkuatan = 2,9115 Ton P dengan Pelat Baja = 7,705 Ton
• Balok dengan CFRP (Ivandy Yoman, 2016) P tanpa perkuatan = 2,9197 Ton
P dengan CFRP = 8,7315 Ton
• Balok dengan GFRP
P tanpa perkuatan = 2,94670 Ton
P dengan GFRP = 8,47896 Ton
3. Kapasitas Penampang Berdasarkan Pengujian P tanpa perkuatan = 9 Ton P dengan pelat baja = 19,5 Ton P dengan CFRP = 22 Ton
P dengan GFRP = 21 Ton
79
4. Peningkatan Kapasitas Balok dalam Memikul Lentur
• Balok dengan pelat baja:
= − = , ,− , = ,
5. Perbandingan Kemampuan Balok secara Teoritis dan Pengujian Daya dukung balok beton bertulang berdasarkan analisa teoritis : P tanpa perkuatan = 2,9467 Ton
P dengan pelat baja = 7,705 Ton P dengan CFRP = 8,7315 Ton P dengan GFRP = 8,47896 Ton
Daya dukung balok beton bertulang berdasarkan hasil pengujian : P tanpa perkuatan = 9 Ton
P dengan pelat baja = 19,5 Ton
P dengan CFRP = 22 Ton
P dengan GFRP = 21 Ton
80
Menurut Pangestuti (2009), pemasangan pelat FRP pada balok mampu menghambat propagasi retak awal dan perkembangan retak yang dibuktikan pada percobaan diatas dimana retak awal pada balok tanpa perkuatan terjadi pada beban 6 Ton, sedangkan pada balok dengan perkuatan GFRP terjadi pada beban 11 Ton.
Dalam penelitian Lorenzis dkk (2000), balok yang diperkuat dengan FRP mengalami peningkatan kapasitas dalam memikul beban yang dibuktikan pada eksperimen ini bahwa kapasitas beban balok GFRP meningkat dibanding balok normal.
Hasil penelitian dari Alnadher Ali dkk (2014) menyimpulkan bahwa terjadi peningkatan kuat lentur pada balok beton bertulang sebesar 7,4 % dari kuat lentur beton bertulang tanpa CFRP. Hal ini membuktikan bahwa pemasangan perkuatan eksternal pada balok dengan CFRP dapat meningkatkan kuat lenturnya dari kondisi tanpa perkuatan. Hal ini sesuai juga dengan hasil analisis dan eksperimen yang dilakukan penulis.
Hasil penelitian dari Ireneus G. Petrico (2013) menyimpulkan bahwa CFRP dapat menambah kekuatan lentur balok sampai 65,934%, sedangkan GFRP hanya sebesar 43,956%. Sedangkan untuk perbandingan kedua material ini, CFRP lebih unggul daripada GFRP dalam hal menambah kekuatan lentur. Hasil penelitian ini memiliki kesimpulan yang sama dengan hasil penelitian penulis.
81
Setelah mendapatkan semua data hasil analisa teoritis maka grafik perbandingan hubungan beban – lendutan setiap sampel balok dapat dilihat pada Gambar 4.11. Dari grafik dapat dilihat bahwa secara teoritis balok dengan CFRP mampu menahan beban paling besar (baik) sebesar 8731,5 kg diikuti balok dengan GFRP (8478,96 kg); balok dengan pelat baja (7705 kg) dan balok tanpa perkuatan (2946,7 kg). Sedangkan dilihat dari sisi lendutannya, GFRP mampu menahan lendutan paling besar yaitu 29,2967 mm diikuti balok dengan CFRP (22,6785 mm); balok tanpa perkuatan (17,4712 mm) dan balok dengan pelat baja (14,8878 mm). Hal ini menunjukkan bahwa balok dengan perkuatan GFRP lebih bersifat elastis. Sedangkan pada perkuatan balok dengan perkuatan pelat baja sifat elastisitas balok menurun dibanding balok dengan GFRP maupun CFRP. Hal ini disebabkan adanya peningkatan ketebalan pada daerah perkuatan sehingga meningkatkan kekakuan balok. Dan sudah terbukti bahwa dengan pelat baja (tebal 5 mm) mampu meningkatkan kekakuan balok lebih tinggi dibanding CFRP (tebal 1,2 mm) dan GFRP (tebal 0,35 mm). Jadi, secara teoritis Balok dengan GFRP mampu menahan lendutan paling besar dibanding lainnya serta Balok dengan CFRP mampu menahan beban maksimum paling baik dibanding lainnya.
Gambar 4.7. Grafik Perbandingan hubungan beban-lendutan setiap sampel balok
82
Setelah mendapatkan semua data hasil pengujian maka grafik perbandingan hubungan beban – lendutan setiap sampel balok dapat dilihat pada Gambar 4.12. Dari grafik dapat dilihat bahwa secara eksperimen balok dengan CFRP mampu menahan beban paling besar (baik) sebesar 22000 kg diikuti balok dengan GFRP (21000 kg); balok dengan pelat baja (19500 kg) dan balok tanpa perkuatan (9000 kg). Sedangkan dilihat dari sisi lendutannya, GFRP mampu menahan lendutan paling besar yaitu 29,69 mm diikuti balok dengan CFRP (28,98 mm); balok dengan pelat baja (26,8 mm) dan balok tanpa perkuatan (22,45 mm). Hal ini menunjukkan bahwa balok dengan perkuatan GFRP lebih bersifat elastis. Hal ini disebabkan adanya peningkatan ketebalan pada daerah perkuatan sehingga meningkatkan kekakuan balok. Dan sudah terbukti bahwa dengan pelat baja (tebal 5 mm) mampu meningkatkan kekakuan balok lebih tinggi dibanding CFRP (tebal 1,2 mm) dan GFRP (tebal 0,35 mm). Jadi, secara eksperimen Balok dengan GFRP mampu menahan lendutan paling besar dibanding lainnya serta Balok dengan CFRP mampu menahan beban maksimum paling baik dibanding lainnya.
Gambar 4.8. Grafik Perbandingan hubungan beban-lendutan tiap sampel balok
berdasarkan hasil pengujian
Balok tanpa Perkuatan Balok+Pelat Baja
Balok+CFRP Balok+GFRP
83
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
1. Berdasarkan analisa secara teoritis maupun hasil pengujian terbukti bahwa penambahan perkuatan eksternal baik FRP (CFRP dan GFRP) maupun pelat baja mampu meningkatkan kemampuan balok dalam memikul lentur jauh lebih baik dari kondisi normalnya (tanpa perkuatan).
2. Berdasarkan analisa teoritis, pada balok tanpa perkuatan didapat beban ultimit sebesar 2,946 Ton, balok dengan pelat baja sebesar 7,705 Ton ,balok dengan CFRP sebesar 8,731 Ton, dan balok dengan GFRP sebesar 8,478 Ton. Dari analisa ini, peningkatan beban yang terjadi pada pelat baja sebesar 1,646 kali kekuatan awal sedangkan pada CFRP sebesar 1,991 kali kekuatan awal dan pada GFRP sebesar 1,877 kali kekuatan awal.
3. Berdasarkan hasil pengujian, pada balok tanpa perkuatan diperoleh beban ultimit sebesar 9 Ton, pada balok dengan pelat baja diperoleh beban ultimit sebesar 19,5 Ton, pada balok dengan CFRP diperoleh beban ultimit sebesar 22 Ton, dan pada balok dengan GFRP sebesar 21 Ton. Dari pengujian ini terjadi peningkatan kekuatan pada pelat baja sebesar 1,167 kali kekuatan awal, sedangkan pada CFRP sebesar 1,444 kali kekuatan awal dan GFRP sebesar 1,333 kali.
4. Berdasarkan hasil pengujian , balok dengan CFRP memiliki efisiensi tertinggi sebesar 59,091 % diikuti balok dengan GFRP sebesar 57,143 % dan balok dengan Pelat Baja sebesar 53,846 %.
5. Diantara tiga jenis perkuatan yang telah diuji, maka dapat disimpulkan perkuatan dengan CFRP sebagai solusi terbaik untuk meningkatkan kemampuan balok beton dalam memikul lentur, diikuti dengan GFRP dan Pelat Baja.
84
5.2 SARAN
1. Alat-alat yang digunakan seperti hydraulic jack dan dial gauge sebaiknya sudah dikalibrasi untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.
2. Diperlukan kelengkapan alat pada pengujian seperti strain meter untuk mendukung penelitian selanjutnya.
