i
KAJIAN KUAT LENTUR
BALOK BETON BERTULANG KOMPOSIT
TUGAS AKHIR
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari
Universitas Katolik Soegijapranata
Oleh:
Dika Ananditya NIM: 14.B1.0088 Adri Praditya NIM: 14.B1.0090
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG
iv
v
vi
ABSTRAK
KAJIAN KUAT LENTUR BALOK BETON BERTULANG
KOMPOSIT
Oleh
DIKA ANANDITYA
NIM : 14.B1.0088
ADRI PRADITYA
NIM : 14.B1.0090
Permintaan terhadap perbaikan usia kinerja beton, durability dan asesmen kondisi eksisting bangunan dengan struktur beton bertulang mempunyai kecenderungan meningkat. Pemilihan metode yang tepat dengan memperhitungkan aspek ekonomi memberikan pilihan rebuilt atau retrofit. Upaya yang dapat dilakukan dalam rangka
retrofit struktur balok, dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah satunya yaitu
penggunaan chemical anchor. Perbaikan menggunakan chemical anchor
melibatkan dua elemen, yaitu chemical berupa HILTI HIT-RE 500 V3 dan angkur. Kedua elemen tersebut menggabungkan balok eksisting dengan balok baru agar menjadi satu kesatuan balok komposit. Penggunaan HILTI HIT-RE 500 V3 dapat menjamin sifat monolithic dari komponen struktur dan mentransfer tegangan meskipun ada sedikit retak. Penggunaan angkur pada beton dapat meningkatkan beban yang mampu ditopang sebesar 5,87%-8,91% dan akan semakin bertambah seiring dengan panjang pengangkuran.
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kuat lentur balok beton bertulang komposit yang diperbaiki dengan metode chemical anchor. Ruang lingkup yang digunakan adalah benda uji berbentuk balok berukuran 15 cm x 15 cm x 60 cm, balok monolit 15 cm x 30 cm x 60 cm, angkur baja tulangan sirip diameter 13 mm, mutu beton 24,9 MPa (K-300), dan chemical anchor HILTI HIT-RE 500 V3.
Hasil pengujian menunjukan bahwa pengkompositan beton meningkatkan beban maksimum yang dapat diterima sebesar tiga kali lipat antara balok komposit tebal 30 cm dan balok single tebal 15 cm. Beban maksimum balok monolit tebal 30 cm mengalami peningkatan sebesar 1,5 kali lipat dibandingkan balok komposit tebal 30 cm. Beban maksimum rata–rata yang dapat ditopang oleh balok single tebal 15 cm adalah 6.515 kg, balok beton monolit tebal 30 cm 12.800 kg, dan balok beton komposit tebal 30 cm adalah 19.267 kg.
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan atas kehadirat Tuhan yang Maha Esa, karena berkat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudulKajian Kuat Lentur Balok Beton Bertulang Komposit. Tugas Akhir ini dibuat guna
memenuhisalah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Program Studi TeknikSipil Universitas Katolik Soegijapranata Semarang
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam proses penelitian serta pembuatan Tugas Akhir ini:
1. Dr. Ir. Djoko Suwarno, M.Si selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
2. Daniel Hartanto, S.T., M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Universitas Katolik Soegijapranata.
3. Ir. David Widianto, M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Dosen Penguji I yang telah bersedia memberikan waktu, pengetahuan, informasidan bimbingan dengan sabar selama penulisan Tugas Akhir ini.
4. Dr. Hermawan, S.T., M.T. Dosen Pembimbing II yang telah memberikan waktu, bimbingan dan arahan serta dengan sabar memberikan langkah-langkah penyelesaian masalah dalam penulisan Tugas Akhir ini.
5. Ir. Yohanes Yuli Mulyanto, M.T. dan Ir. Widija Suseno, M.T. sebagai dosen penguji.
6. Bapak Ausonta Martono selaku pemilik CV. Jati Kencana Beton.
7. Bapak Ferryano Prahadika selaku perwakilan dari CV. Jati Kencana Beton yang telah memberikan waktu, tenaga, bimbingan dan arahan selama penulis melakukan penelitian untuk menyelesaikan Tugas Akhir.
8. Orang tua yang selalu mendukung penulis.
9. Johanna Indah Mannuella dan Novita Cahyaningtyas sebagai rekan tim dalam pelaksanaan penelitian.
viii 11. Rekan-rekan CV. Jati Kencana Beton yang telah membantu ketika berada di
Laboratorium Beton yang tidakdapat disebutkan satu persatu.
Penulis mengharapkan bahwa penelitian ini dapat digunakan sebagai dasar untuk penelitian lanjutan.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ... ii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI ... iii
KARTU ASISTENSI PEMBIMBING I ... iv
KARTU ASISTENSI PEMBIMBING II ... v
ABSTRAK ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xvi
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xix
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Beton ... 9
2.9 Metode Perbaikan Balok Beton Bertulang ... 30
2.9.1 FRP ... 30
xi
3.2 Tahapan Penelitian ... 35
3.2.1 Tahap I (Ujian Proposal) ... 36
3.2.2 Tahap II (Pengolahan Data, Analisis Data, dan Pembahasan) ... 40
3.2.3 Tahap III (Seminar Draft) ... 46
3.2.4 Tahap IV (Ujian Tugas Akhir) ... 46
3.3 Rencana Kegiatan Penelitian ... 46
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Bahan ... 48
4.1.1 Analisis Saringan Agregat Halus ... 49
4.1.2 Berat Jenis dan Penyerapan Agregat Halus ... 53
4.1.3 Kadar Air Agregat Halus ... 58
4.1.4 Kandungan Lumpur Agregat Halus ... 59
4.1.5 Kadar Organik Agregat Halus ... 62
4.1.6 Berat Jenis dan Penyerapan Agregat Kasar ... 63
4.1.7 Berat Isi Agregat Kasar ... 65
4.1.8 Konsistensi Normal Semen ... 67
4.1.9 Berat Jenis Semen ... 72
4.2 Perhitungan Mix Design ... 79
4.3 Perhitungan Shear Connector ... 85
4.4 Pembuatan Benda Uji ... 89
4.4.1 Pembuatan benda uji silinder ... 89
4.4.2 Pembuatan Benda Uji Balok ... 93
4.4.3 Pembuatan Benda Uji Balok Komposit ... 95
4.5 Perawatan Benda Uji (Curing) ... 97
4.6 Pengujian Kuat Tekan Beton ... 98
4.6.1 Langkah Pengujian Kuat Tekan Beton ... 98
4.6.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan... 99
4.7 Pengujian Kuat Lentur Balok Beton Normal ... 102
4.7.1 Langkah Pengujian Kuat Lentur Balok 15 cm × 15 cm × 60 cm ... 102
4.7.2 Hasil Pengujian Kuat Lentur Balok Beton 15 cm × 15 cm × 60 cm ... 104
4.7.3 Langkah Pengujian Kuat Lentur Balok Beton 15 cm × 30 cm × 60 cm ... 105
4.7.4 Hasil Pengujian Kuat Lentur Balok Beton Monolit 15 cm × 30 cm × 60 cm ... 108
4.7.5 Hasil Pengujian Kuat Lentur Balok Beton Komposit 15 cm × 30 cm × 60 cm ... 109
4.7.6 Pola Retak Balok ... 112
4.8 Pemodelan Menggunakan Software ... 113
4.8.1 Lendutan Balok Beton Komposit ... 115
4.8.2 Tegangan Balok Beton Komposit ... 117
xii BAB 5 PENUTUP
5.1 Kesimpulan ... 120 5.2 Saran ... 121
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Compression dan Tension Zones Pada Balok Beton ... 2
Gambar 1.2 Grafik Presentase Penyebab Kerusakan pada Struktur ... 4
Gambar 1.3 Kerangka Pikir Penelitian... 8
Gambar 2.1 Skema Penyusun Beton ... 10
Gambar 2.2 Diagram Regangan Balok Komposit dan Diagram Tegangan Pada Balok Komposit dengan Penampang Transformasi ... 15
Gambar 2.3 Momen Inersia Penampang Dua Balok ... 16
Gambar 2.4 Momen Inersia Penampang Dua Balok Dikompositkan ... 16
Gambar 2.5 Tahap Beton Bertulang Tanpa Retak ... 24
Gambar 2.6 Tahap Beton Tanpa Tulangan Tanpa Retak ... 25
Gambar 2.7 Tahap Tegangan Elastis ... 26
Gambar 2.8 Tahap Tegangan ultimat ... 27
Gambar 2.9 Balok Dua Tumpuan dengan Gaya Tegak Lurus ... 27
Gambar 2.10 Baut Angkur Cast in Place Tipe J, U, dan L... 33
Gambar 2.11 Post installed Anchor ... 34
Gambar 2.12 Chemical Fasteners ... 34
Gambar 3.1 Metode Penelitian ... 36
Gambar 3.2 Benda Uji Tahap Satu ... 41
Gambar 3.3 Pengujian Benda Uji Tahap Satu ... 42
Gambar 3.4 Ilustrasi Pelubangan Benda Uji ... 42
Gambar 3.5 Ilustrasi Pengangkuran Benda Uji ... 42
Gambar 3.6 Chemical Anchor HILTI HIT-RE 500 V3 ... 43
Gambar 3.7 Mesin Bor HILTI TE 7... 43
Gambar 3.8 Gun Set HDM 500 ... 43
Gambar 3.9 Benda Uji Tahap Dua ... 44
Gambar 3.10 Ilustrasi Pembuatan Balok Komposit ... 45
Gambar 3.11 Pengujian Benda Uji Tahap Dua ... 45
Gambar 4.1 Agregat Halus Pasir Muntilan ... 48
Gambar 4.2 Batu Pecah Seloarto Dimensi 2 cm × 3 cm ... 49
Gambar 4.3 Semen Tiga Roda ... 49
Gambar 4.4 Agregat Halus dalam Kondisi Kering ... 50
Gambar 4.5 Alat Uji Saringan Agregat Halus ... 50
Gambar 4.6 Pengujian Agregat Halus untuk Mengetahui Kondisi SSD ... 54
Gambar 4.7 Menimbang Piknometer Kosong dan Piknometer Berisi Air ... 54
Gambar 4.8 Piknometer Berisi Agregat Halus dan Air ... 55
Gambar 4.9 Penimbangan Piknometer Berisi Agregat Halus dan Air ... 55
Gambar 4.10 Pengeringan Agregat Halus ... 56
Gambar 4.11 Penimbangan Berat Wadah dan Benda Uji ... 58
Gambar 4.12 Pengeringan Benda Uji ... 59
Gambar 4.13 Proses Pemasukan Agregat Halus ke Dalam gelas Ukur ... 60
Gambar 4.14 Air Garam ... 60
Gambar 4.15 Agregat Halus Setelah Pengocokan ... 61
Gambar 4.16 Penuangan NaOH ke Dalam Gelas Ukur ... 62
xiv
Gambar 4.18 Larutan NaOH yang Telah Berubah Warna ... 63
Gambar 4.19 Sampel Uji agregat Kasar di Dalam Wadah ... 63
Gambar 4.20 Perendaman dan Penimbangan Sampel Uji Agregat Kasar ... 64
Gambar 4.21 Penimbangan Wadah Kosong ... 65
Gambar 4.22 Pemadatan Benda Uji di Dalam Wadah ... 66
Gambar 4.23 Penimbangan Wadah Berisi Benda Uji ... 66
Gambar 4.24 Satu Set Alat Vicat ... 67
Gambar 4.25 Pengambilan Semen ... 68
Gambar 4.26 Pencampuran Semen dengan Air ... 68
Gambar 4.27 Pengadukan Semen dan Air ... 68
Gambar 4.28 Cincin Ebonit dan Pelat Kaca ... 69
Gambar 4.29 Pemasukkan Pasta Semen ke Dalam Cincin Ebonit ... 69
Gambar 4.30 Penyetelan Alat Vicat ... 70
Gambar 4.31 Bacaan Penurunan Alat Vicat ... 70
Gambar 4.32 Grafik Uji Konsistensi Normal Semen ... 72
Gambar 4.33 Labu Le Chatlier Berisi Kerosin ... 73
Gambar 4.34 Penyesuaian Suhu Labu Le Chatlier dengan Suhu Ruang ... 73
Gambar 4.35 Bacaan Suhu Kerosin pada Labu Le Chatlier ... 74
Gambar 4.36 Volume Awal Setelah Labu Le Chatlier Bersuhu Ruang ... 74
Gambar 4.37 Penimbangan Semen ... 75
Gambar 4.38 Pemasukan Semen ke Dalam Labu Le Chatlier ... 75
Gambar 4.39 Penyesuaian Ulang Labu Le Chatlier dengan Suhu Ruang ... 76
Gambar 4.40 Labu Le Chatlier Bersuhu Ruang ... 76
Gambar 4.41 Bacaan Suhu Labu Le Chatlier ... 77
Gambar 4.42 Bacaan Volume Akhir Labu Le Chatlier ... 77
Gambar 4.43 Diagram Gaya Geser dan Momen Akibat Gaya Tekan P ... 87
Gambar 4.44 Diagram Gaya Geser dan Momen Akibat Beban Sendiri ... 88
Gambar 4.45 Alat Slump ... 90
Gambar 4.46 Penimbangan Semen ... 90
Gambar 4.47 Pencampuran Bahan pada Concrete Mixer ... 91
Gambar 4.48 Pemasukkan Air ke Dalam Concrete Mixer ... 91
Gambar 4.49 Pengukuran Nilai Slump ... 92
Gambar 4.50 Benda Uji Silinder ... 92
Gambar 4.51 Cetakan Balok Ukuran 15 cm × 30 cm × 60 cm ... 93
Gambar 4.52 Pengadukan Bahan dengan Concrete Mixer ... 94
Gambar 4.53 Pencetakan Benda Uji Beton ... 94
Gambar 4.54 Pengeboran Benda Uji ... 95
Gambar 4.55 Pengisian Lubang dengan Chemical Anchor ... 96
Gambar 4.56 Perekatan Angkur dengan Chemical Anchor ... 96
Gambar 4.57 Posisi Beton Berangkur pada Cetakan ... 97
Gambar 4.58 Pencetakan Benda Uji Beton ... 97
Gambar 4.59 Proses Curing Beton ... 98
Gambar 4.60 Pelapisan Permukaan Atas Benda Uji dengan Mortar Belerang ... 99
Gambar 4.61 Pengujian Kuat Tekan ... 99
xv
Gambar 4.63 Peletakan Benda Uji pada Alat Uji Kuat Lentur ... 103
Gambar 4.64 Benda Uji Setelah Pengujian Kuat Lentur ... 103
Gambar 4.65 Alat Uji Kuat Lentur Balok beton 15 cm × 30 cm × 60 cm ... 106
Gambar 4.66 Menimbang Benda Uji Komposit ... 106
Gambar 4.67 Pengangkatan Benda Uji Dengan Alat Crane ... 107
Gambar 4.68 Perletakan Benda Uji Komposit pada Alat Pengujian ... 107
Gambar 4.69 Diagram Perbandingan Gaya Lentur Rata-Rata Balok Beton Bertulang ... 110
Gambar 4.70 Diagram Perbandingan Gaya Tekan Rata-Rata Balok Beton Bertulang ... 111
Gambar 4.71 Retakan pada Balok ... 112
Gambar 4.72 Model Balok Komposit ... 113
Gambar 4.73 Bagian Dalam Model Balok Komposit ... 113
Gambar 4.74 Garis Tinjau Atas ... 114
Gambar 4.75 Garis Tinjau Tengah ... 114
Gambar 4.76 Garis Tinjau Bawah ... 115
Gambar 4.77 Grafik Lendutan Bagian Atas Balok Komposit ... 115
Gambar 4.78 Grafik Lendutan Bagian Tengah Balok Komposit ... 116
Gambar 4.79 Grafik Lendutan Bagian Bawah Balok Komposit ... 116
Gambar 4.80 Tegangan Bagian Atas Balok Komposit ... 117
Gambar 4.81 Tegangan Bagian Tengah Balok Komposit ... 118
Gambar 4.82 Tegangan Bagian Bawah Balok Komposit ... 118
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Penyebab Kerusakan pada Beton ... 3
Tabel 2.1 Daftar Berat Jenis atau Bobot Isi Material Bangunan... 11
Tabel 2.2 Syarat Perencanaan Lebar Efektif ... 13
Tabel 2.3 Tebal Minimum Balok Non-Prategang atau Pelat Satu Arah Bila Lendutan Tidak Dihitung ... 14
Tabel 2.4 Syarat Fisika Utama ... 18
Tabel 2.5 Syarat Fisika Tambahan ... 19
Tabel 2.6 Batas – Batas Gradasi Agregat Halus ... 21
Tabel 2.7 Batas – Batas Gradasi Agregat Kasar ... 22
Tabel 2.8 Persyaratan Gradasi Agregat Ringan untuk Beton Struktural ... 23
Tabel 3.1 Jumlah Benda Uji ... 40
Tabel 3.2 Jadwal Rencana Kegiatan ... 46
Tabel 4.1 Hasil Analsisa Saringan Agregat Halus ... 53
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Berat Jenis dan Penyerapan Air Agregat Halus .... 58
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Berat Jenis dan Penyerapan Air Agregat Kasar... 65
Tabel 4.4 Tabel Penurunan Jarum Vicat ... 71
Tabel 4.5 Data dan Hasil Pengujian Berat Jenis Semen ... 78
Tabel 4.6 Tabel Standar Deviasi dan Nilai Tambah ... 79
Tabel 4.7 Nilai Slump yang Direncanakan Untuk Berbagai Jenis Konstruksi ... 80
Tabel 4.8 Kebutuhan Air Pencampur dan Udara Untuk Berbagai Nilai Slump dan Ukuran Maksimum Agregat... 81
Tabel 4.9 Hubungan Rasio Air – Semen dengan Kuat Tekan Beton ... 81
Tabel 4.10 Volume Agregat Kasar Persatuan Volume Beton Untuk Slump 7,5 cm Sampai 10 cm ... 83
Tabel 4.11 Faktor Koreksi Untuk Nilai Slump Berbeda ... 83
Tabel 4.12 Kuat Tekan Beton A Tanggal 25 Januari 2018 ... 101
Tabel 4.13 Kuat Tekan Beton B Tanggal 6 Maret 2018 ... 101
Tabel 4.14 Hasil Kuat Lentur Balok Beton A Ukuran 15 cm × 15 cm × 60 cm ... 104
Tabel 4.15 Hasil Kuat Lentur Balok Beton B Ukuran 15 cm × 15 cm × 60 cm ... 105
Tabel 4.16 Hasil Kuat Lentur Beton Monolit Ukuran 15 cm × 30 cm × 60 cm Umur 28 Hari ... 108
xvii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
Singkatan Nama
Pemakaian pertama kali pada
halaman
FRP Fiber Reinforced Polymer 4
CV. Commanditaire Vennootschap 5
MPa Mega Pascal 6
PBI Peraturan Beton Indonesia 9
SNI Standart Nasional Indonesia 9
W/C Water Content 9
kg kilogram 11
m3 meter kubik 11
AISC American Institute of Steel Construction 13
AASHTO The American Association of State Highway and
Transportation Officials 13
ASTM American Standard Testing and Material 13
m2 meter persegi 14
cm2 sentimeter persegi 14
C3S trikalsium silikat 14
C3A trikalsium aluminate 14
mm millimeter 16
in inci 19
AC Air Conditioner 32
SSD Saturated Surface Dry 38
ACI American Concrete Institute 39
PT. Perseroan Terbatas 43
ºC celcius 49
gr Gram 51
cc cubic centimeter 59
mL mili liter 61
OPC Ordinary Portland Cement 72
xviii
fs tegangan baja MPa 15
fc tegangan beton MPa 15
M momen kg.m 15
y jarak sumbu netral m 15
Itr momen inersia terhadap sumbu netral kg.m2 16
I momen inersia kg.m2 16
fu tegangan putus shear connector MPa 32
Qn kuat geser nominal shear connector N 32
σ
MR Modulus of Rupture kg/cmxix
