STUDI EKSPERIMEN DAN NUMERIKAL
KUAT LEKAT TARIK TULANGAN POLOS
DENGAN BETON
Tesis
Oleh
Armeyn
087 016 003/TS
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
STUDY EXSPERIMENT AND NUMERICAL
STRENGTH OF ADHESION PULL OUT TEST
SIMPLE STELL WITH REINFORCEMENT
Tesis
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Sipil
Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
Armeyn
087 016 003/TS
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Judul Tesis
:
STUDI EKSPERIMEN DAN NUMERIKALKUAT LEKAT TARIK TULANGAN POLOS DENGAN BETON
Nama Mahasiswa : Armeyn
Nomor
Pokok
: 087 016 003
Program Studi : Teknik Sipil
Menyetujui : Komisi Pembimbing
Ketua
(Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc)
Anggota
(Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT)
Ketua Program Studi, Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE)
Tanggal lulus : 11 Pebruari 2012
Telah diuji pada:
Tanggal 11 Pebruari 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, MSCE Anggota : 1. Ir. Daniel Rumbi, MT
2. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan 3. Dr. Ing. Hotma Panggabean 4. Ir. Sanci Barus, MT
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tesis saya yang berjudul:
“Studi Eksperimen dan Numerikal Kuat Lekat Tarik Tulangan Polos Dengan
Beton” adalah benar hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan oleh siapapun juga sebelumnya.
Sumber-sumber data yang diperoleh dan digunakan telah dinyatakan secara jelas dan benar.
Medan, 11 Pebruari 2012 Yang membuat pernyataan,
( Armeyn NP. 087 016 003
ABSTRAK
Salah satu percobaan yang dapat dilakukan untuk mengetahui perilaku dari sifat-sifat monolit balok terhadap material tarik lainnya adalah melalui percobaan tarik (pull out
test). Melalui percobaan ini, tulangan beton yang sudah ditanam ke dalam beton dengan
bentuk silinder serta ciri-ciri yang telah ditentukan akan ditarik dengan kecepatan konstan sampai beton tersebut pecah atau tercabut baja tulangannya. Daya lekat antara baja tulangan dan beton merupakan hal yang cukup rumit mengingat adanya kaitan beberapa parameter yaitu mutu beton, jenis dan dimensi tulangan jenis beban yang bekerja, jarak antara tulangan dan beberapa efek sekunder lainnya. Oleh karena itu nantinya diharapkan diperoleh nilai-nilai perilaku beton seperti kuat lekat baja tulangan terhadap beton. Melalui percobaan tarik (pull out test) ini pula kita dapat membandingan kuat lekat baja tulangan polos tanpa fly ash dan beton dengan fly ash. Dengan demikian dapat diketahui dan dibuktikan secara empiris bahwa nilai kuat lekat baja tulangan polos tanpa fly ash lebih besar daripada kuat lekat tulangan polos dengan memakai fly ash untuk material dan campuran beton yang sama. Akan tetapi nilai-nilai ini akan berubah secara variabel pada setiap penggunaan dari material percobaan tarik (pull out test) tersebut. Oleh karena itu ketersediaan alat serta uji material sebelum dilakukan percobaan tarik/ pull out test ini akan sangat menentukan ketetapan dari variabel-variabel nilai kuat lekat yang ditinjau. Benda uji yang diberi tulangan polos Ø16 mm kemudian dites pada umur 28 hari untuk mendapatkan daya lekat yang terbentuk antara beton K-225 dan baja tulangan U-32. Dari hasil penelitian dapat disimpulan bahwa untuk kuat lekat tarik tulangan polos dengan beton adalah pada beban maks 2000 kg untuk beton tanpa FA didapat perpindahan berdasarkan FEM 1.986 mm dan eksperimen 1.783 mm (deviasi 11%) dan beton dengan FA mak 1500 kg didapat perpindahan berdasarkan FEM 1.867 mm dan eksperimen 2.068 mm (deviasi 12%).
ABSTRACT
One of the experiments that can be done to find out the behavior of the nature of monolith beam toward the other pull-out materials is through pull out test. Through this experiment, concrete reinforcement which has been put into the concrete in the form of cylinder with the set characteristics will be pulled with constant speed that the concrete is broken and the steel reinforcement is pulled out.The adhesion between concrete reinforcement and the concrete itself is a quite complicated thing considering the relationship between several parameters such as the quality of concrete, kind and dimension of reinforcement of the working load, distance between the reinforcement and several other effects. Therefore, it is expected that the values of concrete behaviors such as the strong adhesion of steel reinforcement on the concrete will be obtained. Through this pull out test, we can compare the strength of the adhesion of steel reinforcement without fly ash to the concrete with fly ash. Thus, it can be empirically proven that the value of the strength of adhesion of simple steel reinforcement without fly ash is bigger than that of reinforcement with fly ash for the same materials and concrete mixture. But the value will change according to the variable of materials used in pull out test. Therefore, the availability of equipment test materials before this pull out test is implemented will very much determine the constancy of the variables of the strength of adhesive value of reviewed.The test material with reinforcement of Ǿ 16 mm was tested at the age of 28 days to obtain the adhesion formed between the concrete K-225 and steel reinforcement U-32.The result of this study showed that the strength of the adhesion of pulled reinforcement to the concrete was at the load of maximum 2000 kg for the concrete without FA and the shift obtained was based on FEM 1.986 mm and the experiment 1.783 mm (deviation 11%) and for the concrete with FA maximum 1500 kg, the shift obtained was based on FEM 1.867 mm and the experiment 2.068 mm (deviation 12%).
KATA PENGANTAR
Bismillahhirrahmanirrahim. Puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT atas pertolongan-Nya serta kekuatan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini yang merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Sarjana Strata-2 di Program Studi Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Pada tesis ini penulis memilih judul ”Studi Eksperimen dan Numerikal Kuat Lekat Tarik Tulangan Polos Dengan Beton”. Dalam pelaksanaan eksperimental serta untuk menyelesaikan tesis ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
Kepada Yang terhormat Bapak Komisi Pembimbing Prof, Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc sebagai Ketua serta Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT sebagai anggota.
Kepada Yang terhormat Bapak Ketua Program Studi Prof, Dr. Ir. Roesyanto MSCE dan Bapak Sekretaris Ir. Rudi Iskandar, MT.
Kepada Yang terhormat Bapak Komisi Penguji Dr. Ing. Hotma Panggabean; Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan; Ir. Sanci Barus, MT; dan Ir. Rudi Iskandar, MT.
Kepada Yang terhormat Bapak/ Ibu Staf pengajar Fakultas Teknik Sipil Institut Teknologi Padang yang telah memberikan dorongan dan semangat dalam penulisan tesis ini.
Pemerintah Republik Indonesia khususnya BPPS Dikti, yang telah memberikan bantuan beasiswa selama empat semester masa pendidikan di Program Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara.
Ibu Direktur Program Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. Chairunisa.
Bapak Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. Syahril Pasaribu DTM & H.Sp.AK.
Bapak Ketua Kopertis Wilayah X Sumbar, Riau dan Riau Kepulauan serta Jambi Prof. Dr. H. Elfindri, SE, MA.
Bapak Yuyun sebagai staf administrasi pada Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Rekan saya Ir. Odjak Maryono, MT yang cukup setia dalam memotivasi selama penyelesaian tesis ini.
Kepada adikku Angga Pranajaya, ST serta Adriyan, ST yang telah banyak membantu dalam program Ansysnya.
Istri tercinta Sri Indriati, serta anak-anakku Surya Ariansyah, Amd ; Ayu Arnita Putri, ST ; Arief Cahyadi ; Taufiq Ardhan dan adikku Kurniati serta keluarga Rudi Lubis di Medan yang telah memberikan dukungan selama masa pendidikan.
Seluruh keluarga dan teman-teman yang berada di Kota Medan yang telah memberikan dukungan selama masa pendidikan di Universitas Sumatera Utara.
Serta seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu identitasnya, yang secara langsung ataupun tidak langsung telah memberikan konstribusinya selama pendidikan.
Saya sadari bahwa tentu tidak akan pernah memperoleh solusi yang sempurna atas usaha dan karyanya, oleh karena itu kepada pejuang ilmu pengetahuan dimasa yang akan datang, semoga dapat memberikan peningkatan dan pencerahan kembali terhadap khasanah ilmu pengetahuan yang pernah ada, sehingga diperoleh sesuatu yang berharga bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dan kejayaan bangsa Indonesia. Terima Kasih.
Medan, Pebruari 2012
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi. Sepanjang pengetahuan saya juga, tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali yang secara tertulis diakui dalam naskah ini dan disebut dalam daftar pustaka.
Medan, 11 Pebruari 2012
Armeyn Syam
RIWAYAT HIDUP
A.DATA PRIBADI
Nama : Armeyn Syamsuddin
Nip : 19520816198403 1 003 / 131 413 760
Pangkat/Gol.Ruang : Pembina, IV a
Jabatan, Tmt : Lektor Kepala / 1 Mei 2010
Tempat Bekerja : Kopertis Wilayah X dpk. Pada ITP Padang
Jenis kelamin : Laki-laki
Tempat dan tanggal lahir : Medan, 16 Agustus 1952
Agama : Islam
Status perkawinan : Kawin
Alamat : Komplek Jondul IV Blok TT No.20
Parupuk Tabing Padang Telp(0751)7055423
B.RIWAYAT PENDIDIKAN
SD. Taman Harapan Medan : 1959 - 1965
SMP. Yosua Medan : 1965 - 3 Desember 1968
SMA. Yosua Medan : 1969 - 24 Nopember 1971
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil USU : 1972 - 30 Juli 1983 Magister Teknik Sipil Konsentrasi Struktur USU : 2008 - 2012
C.RIWAYAT PEKERJAAN
Staf Pengajar ITP : 1 Maret 1985
Ketua Jurusan Teknik Sipil ITP : 1989 - 1991
Ketua Jurusan Teknik Sipil ITP : 1995 - 1997
Kepala Laboratorium Teknik Sipil ITP : 1997 - 2002 Dekan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan ITP : 2002 - 2005
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
PERNYATAAN ... vi
RIWAYAT HIDUP ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR NOTASI ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan ... 2 1.3 Manfaat Penelitian ... 3 1.4 Pembatasan Masalah ... 3 1.5 Metodologi ... 4 1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Umum ... 7
2.2 Penyaluran Tegangan Lekatan ... 10
2.3 Abu Terbang (Fly Ash) ... 15
2.4 Tegangan Lekat ... 20
2.5 Panjang Penyaluran ... 21
2.6 Distribusi Tegangan Lekat pada Pengujian Lolos Tarik ... 25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN DI LABORATORIUM ... 28
3.1 Umum ... 28
3.2 Pembuatan Campuran Beton Bahan Penelitian... 28
3.2.1 Semen Portland ... 28 3.2.2 Agregat ... 28 3.2.3 Air ... 29 3.2.4 Baja Tulangan ... 29 3.2.5 Peralatan Penelitian ... 29 3.2.6 Saringan/ Ayakan ... 29 3.2.7 Timbangan ... 30 3.2.8 Mesin Siever ... 30 3.2.9 Gelas Ukur ... 30
3.2.10 Mesin Aduk Beton (Rotating Drum Mixer) ... 30
3.2.12 Mistar dan Kaliper ... 31
3.2.13 Kerucut Abrams ... 31
3.2.14 Mesin Uji Desak Beton (Compressing Testing Machine) 31 3.2.15 Alat Uji Pull Out Test ... 31
3.2.16 Dial Gauge ... 32
3.2.17 Pembuatan Benda Uji ... 32
3.2.18 Perawatan Benda Uji (Curing) ... 34
3.2.19 Pengujian Kuat Tekan ... 34
3.2.20 Pengujian Kuat Lekat ... 36
3.2.21 Baja Tulangan ... 36
3.2.22 Pull Out Test ... 38
3.2.23 Pengujian Kuat Tekan Beton ... 39
3.2.24 Kuat Lekat Baja Tulangan Polos Diameter 16 mm dengan Beton Tanpa Menggunakan Fly Ash ... 41
3.2.25 Kuat Lekat Baja Tulangan Polos Diameter 16 mm dengan Beton Memakai Fly Ash ... 43
BAB IV FINITE ELEMEN MODEL ... 46
4.1 Teori ANSYS ... 46
4.2 Nonlinear Geometri dan Nonlinear Material ... 48
4.3 Metode Analisa Elemen Hingga ... 53
4.4 Deskripsi Model Matematis ... 54
4.5 Pengenalan Elemen ... 56
4.6 Element Types / Pemilihan Eleman (Unsur) ... 58
4.7 Metode Elemen Hingga... 60
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 74
5.1 Pengujian Kuat Tekan Beton ... 74
5.2 Pengujian Kuat Tarik Baja Tulangan ... 76
5.3 Kuat Lekat Baja Tulangan Polos Diameter 16 Mm dengan Beton tanpa Menggunakan Fly Ash ... 77
5.4 Kuat Lekat Baja Tulangan Polos Diameter 16 mm dengan Beton Memakai Flay Ash ... 78
5.5 Hasil Analisis Model Struktur Program FEM ... 80
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 83
6.1 Kesimpulan ... 83
6.2 Saran ... 84
DAFTAR PUSTAKA ... 85
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Benda Uji Untuk Pull Out Test ... 5
Tabel 1.2 Variasi Fly Ash ... 5
Tabel 2.1 Variasi Jumlah Sampel ... 15
Tabel 2.2 Komposisi Kimia Berbagai Jenis Abu Terbang dan Semen Portland 17 Tabel 2.3 Susunan Kimia dan Sifat Fisik Abu Terbang ... 18
Tabel 2.4 Hasil Uji Fly Ash Sawahlunto ... 18
Tabel 3.1 Pengelompokan Benda Uji ... 34
Tabel 3.2 Perhitungan Sesar Beton ... 38
Tabel 3.3 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton Tanpa FA ... 40
Tabel 3.4 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton dengan Fly Ash 18% ... 41
Tabel 3.5 Sesar Beton dengan Tulangan Polos, Diameter 16 mm, Ld = 160 mm 42 Tabel 3.6 Kuat Lekat Beton Memakai Fly Ash ... 43
Tabel 3.7 Sesar Beton dengan Baja Tulangan Polos Diameter 16 mm Ld =160mm ... 43
Tabel 3.8 Kuat Lekat Beton Memakai Fly Ash ... 44
Tabel 3.9 Tegangan Lekat ... 45
Tabel 4.1 Pemilihan Model Elemen ... 58
Tabel 5.1 Hasil Pengujian Kuat Beton Tanpa FA ... 75
Tabel 5.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton dengan Fly Ash 18% ... 75 Tabel 5.3 Sesar Beton dengan Tulangan Polos Diameter 16 mm, Ld = 160 mm 77 Tabel 5.4 Sesar Beton dengan Tulangan Polos Diameter 16 Mm, Ld =160mm 79
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1(a) Ideal Bond Zone ... 8
Gambar 2.1(b) Detail Modeling ... 9
Gambar 2.2 Kuat Lekat Baja pada Beton ... 12
Gambar 2.3 Proyeksi Kuat Tekan Karaktreristik Mortal Umur 28 Hari ... 19
Gambar 2.4 Panjang Penyaluran Baja Tulangan ... 22
Gambar 2.5 Sesar Antara Baja Tulangan dan Beton ... 25
Gambar 2.6 Bagan Alir Metodologi ... 27
Gambar 3.1 Alat Pull Out Test ... 32
Gambar 3.2 Sketsa Pengujian Pull Out ... 35
Gambar 3.3 Sesar Antara Baja Tulangan dan Beton ... 37
Gambar 3.4 Kurva Antara Pembebanan dan Sesar Beton ... 38
Gambar 3.5 Kurva Hubungan Antara Beban dan Sesar Beton ... 42
Gambar 3.6 Kurva Hubungan Antara Beban dan Sesar Beton ... 44
Gambar 4.1 Plane 82 ( Finite Elemen Metode ) ... 58
Gambar 4.2 Elemen Quadrilateral ... 64
Gambar 4.3 Elemen Q4 dan Q8 ... 72
Gambar 4.4 Beberapa Jenis Elemen Triangle ... 73
Gambar 5.1 Kurva Hubungan antara Beban dengan Perpindahan Beton dengan FA ... 78
Gambar 5.2 Kurva Hubungan Antara Beban dan Sesar Beton Tanpa FA ... 79
Gambar 5.3 Grafik Gabungan Antara Ekperimen dan Numerik Pada Kondisi Tanpa FA ... 81
Gambar 5.4 Grafik Antara Ekperimen dan Numerik dengan Memakai FA ... 81
Gambar 5.5 Grafik Gabungan Antara Ekperimen dan Numerik Pada Kondisi Tanpa FA dan dengan FA ... 82
DAFTAR NOTASI
P = Gaya tarik keluar
A = Luas penampang baja tulangan fy = Tegangan baja leleh
fc = Tegangan beton
d = Diameter baja tulangan Ld = Panjang penyaluran
fb = Kuat lekat / tegangan lekat Es = Modulus Elastisitas baja Ec = Modulus Elastisitas beton ∆ = Pertambahan panjang ∆s = Pertambahan panjang baja ∆c = Sesar yang terjadi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Dokumentasi ... 87 Lampiran 2 Simulasi Pull Out Test Silinder ... 90
