STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR PADA
BALOK BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN
BAJA RINGAN PROFIL U
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
090404091
LOLIANDY
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Jika struktur beton bertulang memikul beban melebihi daya pikulnya,
maka struktur beton tersebut akan mengalami ketidakmampuan dalam
memikul beban. Ketidakmampuan ini berwujud pada penurunan kapasitas
lentur yang akan mengakibatkan struktur beton menjadi hancur (failure).
Oleh karena itu perbaikan atau perkuatan dilakukan pada bagian-bagian yang
dominan dalam mendukung lentur.
Pada penelitian ini digunakan baja ringan profil U sebagai bahan
alternatif untuk perkuatan lentur pada balok beton bertulang yang diharapkan
dapat meningkatkan kekuatan struktur tersebut. Perkuatan dilakukan pada
daerah tarik dengan menggunakan baja ringan profil U dengan sambungan
baut.
Penelitian ini dilakukan dengan 3 (tiga) balok beton bertulang, dimana
1 (satu) balok beton bertulang normal dan 2 (dua) lainnya berupa balok beton
bertulang dengan perkuatan baja ringan profil U . Pengujian balok dilakukan
di atas 2 (dua) perletakan sendi dan rol untuk pengujian kuat lentur, regangan,
lendutan, dan retak.
Hasil pengujian balok dengan perkuatan baja ringan profil U TS.40.45
menunjukkan terjadi penurunan lendutan sebesar 20,04 %, penurunan
regangan beton (Ɛs) sebesar 8,38 % dan penurunan regangan tulangan baja
tarik (Ɛs) sebesar 7,55 %.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah
memberikan anugrah, berkat dan karunia-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan
Tugas Akhir ini dengan judul "Studi Eksperimental Kuat Lentur Pada Balok
Beton Bertulang Dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U".
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik
Sipil Bidang Studi Struktur, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
Untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, tentunya tidak dapat terlepas
dari segala hambatan dan rintangan, namun berkat bantuan moril maupun materil
dari berbagai pihak serta dukungan dan saran dari berbagai pihak, akhirnya Tugas
Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini saya
menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku dosen pembimbing yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk memberikan saran dan bimbingan.
2. Ibu Rahmi Karolina, ST, MT, selaku dosen penguji I yang telah memberikan
kritikan dan nasehat yang membangun.
3. Bapak Ir. Robert Panjaitan, selaku dosen penguji II yang telah memberikan
kritikan dan nasehat yang membangun.
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil,
5. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, selaku dosen yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk memberikan saran dan bimbingan.
6. Bapak/Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
7. Bapak/Ibu pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bantuan selama ini
kepada saya.
8. Bapak/Ibu pegawai administrasi Magister (S2) Program Studi Teknik Sipil
Pascasarjana, Universitas Sumatera Utara, atas bantuannya yang telah
memberikan ijin untuk dapat menggunakan peralatan Laboratorium Struktur
Pascasarjana (S2).
9. Kedua orang tua saya yang tidak pernah lelah berdoa, memberikan semua
yang terbaik, kasih sayang yang tak terhingga dan untuk abang dan adik
yang selalu mendukung terima kasih banyak.
10.Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa: Hafiz '09, Prima '09, Reza '09, Fauzi
'10, Rahmad '10.
11.Teman-teman mahasiswa seperjuangan 2009: Adi, Ajo, Antonius, Agus,
Bennny, Deser, Desi, Elgina, Elisa, Erin, Evi, Fathony, Frans, Grace,
Hendriko, Jimmy, Kevin, Lia, Leslie, Manna, Mariance, Nora, Punut, Putri,
Sahala, Sri, Utin, Wahyu, Yessica serta stambuk 2009 lainnya.
12.Abang dan Kakak mahasiswa stambuk 2004, 2006, 2007, 2008 yang telah
banyak membantu memberikan informasi maupun memberikan dukungan
13.Adik-adik mahasiswa stambuk 2010, 2011, 2012, 2013 yang telah banyak
membantu memberikan dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga
saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menambah pengetahuan
dan wawasan saya di masa depan.
Akhirnya saya berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi saya dan
rekan-rekan serta adik-adik di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
Medan, Mei 2014
(09 0404 091)
ABSTRAK ... i
DAFTAR NOTASI ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
II.5 Kurva Tegangan-Regangan Beton ... 20
II.6 Modulus Elastisitas Beton ... 22
II.8 Baja Tulangan ... 25
II.9 Balok Beton Bertulang ... 27
II.10 Penampang Beton Bertulang Dalam Keadaan Lentur Murni ... 30
II.10.1 Tegangan Elastis Tidak Retak ... 30
II.10.2 Tegangan Pada Pembebanan Ultimit ... 31
II.11 Perilaku Defleksi Pada Balok... 34
II.12 Ragam Keruntuhan... 37
II.13 Penggolongan Jenis Retak ... 39
II.14 Jenis-Jenis Material Baja ... 40
II.15 Macam-Macam Profil Baja ... 41
II.16 Baut ... 42
II.16.1Sistem Sambungan Baut ... 43
II.17 Struktur Komposit ... 44
II.17.1Metode Pelaksanaan Struktur Komposit ... 45
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 47
III.1 Perencanaan Balok Terlentur Bertulangan Tarik Saja ... 47
III.2 Kuat Lentur Balok ... 50
III.3 Lendutan Sesaat ... 51
III.4 Lendutan Jangka Panjang ... 52
III.5 Perhitungan Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 55
III.5.1 Benda Uji Balok Beton Bertulang Normal ... 55
III.5.2 Benda Uji Balok Beton Bertulang Perkuatan Baja Ringan 59 III.5.3 Perhitungan Tulangan Geser ... 63
III.6.1 Semen ... 65
III.7.1.Perencanaan Campuran Beton ... 74
III.7.1.1. Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder ... 74
III.7.1.2. Perencanaan Campuran Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 75
III.7.2.Persiapan Pembuatan Benda Uji ... 76
III.7.2.1. Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder ... 76
III.7.2.2. Persiapan Pembuatan Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 77
III.7.3.Pengecoran Benda Uji ... 78
III.7.4.Perawatan Benda Uji ... 79
III.7.5.Perkuatan Baja Ringan Profil U TS.40.45 ... 81
III.8 Pengujian Benda Uji ... 82
III.8.1.Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder ... 82
III.8.2.Pengujian Kuat Lentur Balok Beton Bertulang ... 84
III.8.2.1. Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang .... 84
III.8.2.3. Pengukuran Pola Retak Balok Beton Bertulang 88
III.9 Bagan Alir Percobaan (Flowchart)... 89
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 91
IV.1.Pendahuluan ... 91
IV.2.Pengujian Slump Test ... 91
IV.3.Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder ... 92
IV.4.Pengujian Kuat Tarik Perkuatan Baja Ringan Profil U ... 94
IV.5.Pengujian Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 96
IV.5.1.Pengujian Lendutan ... 96
IV.5.1.1. Pengujian Lendutan Secara Eksperimental ... 96
IV.5.1.2. Perhitungan Lendutan Secara Teoritis ... 103
IV.5.1.2.1. Balok Beton Bertulang Normal ... 103
IV.5.1.2.2. Balok Beton Bertulang Dengan Perkuatan Baja Ringan ... 123
IV.5.2.Pengujian Regangan ... 151
IV.5.2.1. Balok Beton Bertulang Normal ... 151
IV.5.2.2. Balok Beton Bertulang Perkuatan Baja Ringan 155 IV.5.3.Beban Secara Teoritis ... 165
IV.5.3.1. Balok Beton Bertulang Normal ... 165
IV.5.3.2. Balok Beton Bertulang I Dengan Perkuatan Baja Ringan ... 170
IV.5.3.3. Balok Beton Bertulang II Dengan Perkuatan Baja Ringan ... 177
IV.6.Keterbatasan Fasilitas ... 184
IV.7.Akurasi Dari Alat Ukur ... 184
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 185
V.1. Kesimpulan ... 185
V.2. Saran ... 186
Tabel 3.1 : Perhitungan Lendutan yang Terjadi Pada Beberapa Kondisi
Tabel 3.6 : Komposisi Rencana Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 75
Tabel 4.1 : Hasil Slump Test ... 92
Tabel 4.2 : Hasil Pengujian Kuat Tekan Silinder Beton ... 93
Tabel 4.3 : Hasil Uji Tarik Perkuatan Baja Ringan Profil U ... 94
Tabel 4.4 : Hasil Pengujian Lendutan Balok Normal ... 97
Tabel 4.5 : Hasil Pengujian Lendutan Balok I Perkuatan Baja Ringan ... 99
Tabel 4.6 : Hasil Pengujian Lendutan Balok II Perkuatan Baja Ringan ... 101
Tabel 4.7 : Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Pada Balok Normal ... 121
Tabel 4.8 : Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan ... 144
Tabel 4.9 : Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan ... 146
Tabel 4.10 : Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada Balok Beton Bertulang ... 148
Tabel 4.12 : Hasil Pengujian Regangan Pada Balok I Perkuatan Baja
Ringan ... 158
Tabel 4.13 : Hasil Pengujian Regangan Pada Balok II Perkuatan Baja
Ringan ... 160
Tabel 4.14 : Hasil Pengujian Regangan Pada Balok Beton Bertulang ... 162
Tabel 4.15 : Data Perbandingan Beban Percobaan Dengan Beban Teoritis
Pada Balok Normal ... 168
Tabel 4.16 : Data Perbandingan Beban Percobaan Dengan Beban Teoritis
Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan ... 175
Tabel 4.17 : Data Perbandingan Beban Percobaan Dengan Beban Teoritis
Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan ... 179
Gambar.1.1 : Perilaku Dalam Kondisi Batas ... 5
DAFTAR GAMBAR
Gambar.1.2 : Balok Dengan Perkuatan Baja Ringan Profil U ... 9
Gambar.1.3 : Baja Ringan Profil U TS.40.45 ... 9
Gambar.2.1 : Tegangan Normal (Normal Stress) Pada Batang ... 17
Gambar.2.2 : Arah Tegangan Normal (Normal Stress) dan Pola Retak Pada
Silinder ... 18
Gambar.2.3 : Regangan (Strain) ... 19
Gambar.2.4 : Kurva Stress-Strain Tipikal Untuk Agregat, Pasta Semen,
Mortar dan Beton ... 21
Gambar.2.5 : Contoh Kurva Tegangan-Regangan Pada Beton Dengan
Berbagai Variasi Kuat Tekan ... 22
Gambar.2.6 : Letak Batang-Batang Tulangan Dalam Balok Beton Bertulang . 25
Gambar.2.7 : Diagram Tegangan-Regangan Batang Tulangan Baja ... 27
Gambar.2.8 : Penampang Potongan, Diagram Regangan, Diagram Tegangan,
Gaya-Gaya ... 29
Gambar.2.9 : Distribusi Tegangan-Regangan Pada Penampang Beton
Bertulang yang Tidak Mengalami Retak ... 31
Gambar.2.10 : Distribusi Tegangan-Regangan Penampang Beton Bertulang
Pada Beban Batas ... 31
Gambar.2.11 : Isometrik Hubungan Gaya-Gaya Dalam ... 33
Gambar.2.12 : Regangan dan Tegangan ... 35
Gambar.2.13 : Variasi Letak Garis Netral dengan Perbedaan Jenis Penulangan 36
Gambar.2.15 : Idealisasi Hubungan Beban dan Lendutan ... 39
Gambar.2.16 : Ragam Keruntuhan Balok ... 44
Gambar.2.17 : Jenis Keretakan Pada Balok ... 45
Gambar.2.18 : Macam-Macam Struktur Komposit ... 50
Gambar.3.1 : Penampang Balok Beton Bertulang Normal ... 52
Gambar.3.2 : Pembebanan Balok Beton Bertulang ... 55
Gambar.3.3 : Penampang Balok Beton Bertulang Perkuatan Baja Ringan ... 56
Gambar.3.4 : Pembebanan Balok Beton Bertulang ... 60
Gambar.3.5 : Baja Ringan Profil U TS.40.45 ... 70
Gambar.3.6 : Cetakan Benda Uji Silinder ... 74
Gambar.3.7 : Material Benda Uji ... 74
Gambar.3.8 : Cetakan (Bekisting) Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 75
Gambar.3.9 : Mesin Pengaduk/ Molen ... 76
Gambar.3.10 : Perawatan Benda Uji Silinder Dengan Cara Direndam ... 78
Gambar.3.11 : Balok Dengan Perkuatan Baja Ringan ... 79
Gambar.3.12 : Potongan A-A Balok Dengan Perkuatan Baja Ringan ... 79
Gambar.3.13 : Baja Ringan Setelah Dilubangi ... 79
Gambar.3.14 : Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder ... 80
Gambar.3.15 : Benda Uji Setelah Diberi Beban ... 81
Gambar.3.16 : Penempatan Beban dan Dial Indikator Pada Balok ... 82
Gambar.3.17 : Hydraulic Jack Kapasitas 25 Ton ... 83
Gambar.3.18 : Dial Indikator ... 83
Gambar.3.19 : Penempatan Beban dan Pembaca Regangan Pada Balok ... 84
Gambar.3.21 : Alat Strain Meter ... 85
Gambar.3.22 : Pembagian Segmen Pengamatan Posisi Retak ... 85
Gambar.3.23 : Penomoran Segmen Pengamatan Posisi Retak ... 86
Gambar.4.1 : Pengujian Slump Test ... 89
Gambar.4.2 : Spesimen Baja Ringan Untuk Uji Tarik ... 92
Gambar.4.3 : Alat Pengujian Kuat Tarik ... 92
Gambar.4.4 : Proses Pengujian Kuat Tarik ... 92
Gambar.4.5 : Spesimen Baja Ringan Setelah Diuji Tarik ... 93
Gambar.4.6 : Penempatan Pembebanan dan Dial Lendutan ... 93
Gambar.4.7 : Pembebanan Terpusat ... 101
Gambar.4.8 : Pembebanan Akibat Beban Sendiri Balok ... 102
Gambar.4.9 : Pembebanan Terpusat ... 121
Gambar.4.10 : Pembebanan Akibat Beban Sendiri Balok ... 122
Gambar.4.11 : Penempatan Pembebanan dan Pembaca Regangan Balok ... 147
Gambar.4.12 : Pengujian Regangan Balok ... 147
Gambar.4.13 : Diagram Regangan Pada Balok Normal Pada Pembebanan 6000 kg ... 148
Gambar.4.14 : Penempatan Pembebanan dan Pembaca Regangan Balok ... 151
Gambar.4.15 : Pengujian Regangan Balok ... 151
Gambar.4.16 : Diagram Regangan Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan 7000 kg ... 153
Gambar.4.17 : Diagram Regangan Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan 7000 kg ... 153
Gambar.4.19 : Retak Pada Balok Normal Pada Pembebanan 6000 kg ... 176
Gambar.4.20 : Pola Retak Pada Balok I Dengan Perkuatan Baja Ringan ... 177
Gambar.4.21 : Retak Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan
7000 kg ... 177
Gambar.4.22 : Pola Retak Pada Balok II Dengan Perkuatan Baja Ringan ... 178
Gambar.4.23 : Retak Pada Balok II Perkuatan Baja Ringan Pada Pembebanan
Grafik 4.1 : Hubungan Beban-Lendutan Balok Normal ... 95
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.2 : Hubungan Beban-Lendutan Balok I Perkuatan Baja Ringan ... 97
Grafik 4.3 : Hubungan Beban-Lendutan Balok II Perkuatan Baja Ringan .... 99
Grafik 4.4 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada
Balok Normal ... 119
Grafik 4.5 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada
Balok I Perkuatan Baja Ringan ... 142
Grafik 4.6 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian dan Teoritis Pada
Balok II Perkuatan Baja Ringan ... 144
Grafik 4.7 : Hubungan Beban-Lendutan Hasil Pengujian Pada Balok
Normal dan Balok I, II Perkuatan Baja Ringan ... 145
Grafik 4.8 : Hubungan Beban-Lendutan Secara Teoritis Pada Balok
Normal dan Balok Perkuatan Baja Ringan ... 146
Grafik 4.9 : Hubungan Beban-Regangan Pada Balok Normal ... 150
Grafik 4.10 : Hubungan Beban-Regangan Pada Balok I Perkuatan Baja
Ringan ... 154
Grafik 4.11 : Hubungan Beban-Regangan Pada Balok II Perkuatan Baja
Ringan ... 156
Grafik 4.12 : Hubungan Beban-Regangan Beton (Ɛc) Pada Balok Normal
dan Balok I, II Perkuatan Baja Ringan ... 157
Grafik 4.13 : Hubungan Beban-Regangan Tulangan Tarik (Ɛs) Pada Balok
Grafik 4.14 : Hubungan Beban-Regangan Secara Percobaan dan Teoritis
Pada Balok Normal ... 163
Grafik 4.15 : Hubungan Beban-Regangan Secara Percobaan dan Teoritis
Pada Balok I Perkuatan Baja Ringan ... 170
Grafik 4.16 : Hubungan Beban-Regangan Secara Percobaan dan Teoritis
f'ct = Kuat tarik belah beton (MPa)
ND = Resultan seluruh gaya tekan pada daerah di atas garis
netral (N)
NT = Resultan seluruh gaya tarik pada daerah di bawah garis
netral (N)
β1 = Konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton
ND1 = Resultan gaya tekan yang ditahan oleh beton (N)
ND2 = Resultan gaya tekan yang ditahan oleh tulangan baja
NT1 = Resultan gaya tarik pada tulangan tarik akibat beton (N)
Xi = Kekuatan tekan beton dari masing-masing benda uji (MPa)
Xrt = Kekuatan tekan beton rata-rata (MPa)
Ie = Momen inersia efektif (mm4)
Ma = Momen beban layan maksimum terjadi pada kondisi
yang diharapkan (Nmm)
Ig = Momen inersia penampang (mm4)
Icr = Momen inersia transformasi pada penampang retak (mm4)
Mcr = Momen retak (Nmm)
fr = Modulus retak beton (MPa)
