TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI
PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN
GESER PADA BALOK LANGSING
TESIS
Oleh :
EDO BARLIAN
077016006/TS
FAKULTAS TEKNIK
TINJAUAN KONTRIBUSI LEMBARAN CARBON FIBER STRIP DI
PASANG VERTIKAL TERHADAP LENTUR DAN
GESER PADA BALOK LANGSING
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh :
EDO BARLIAN
077016006/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Tesis :Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon Fiber Strip Di Pasang Vertikal Terhadap Lentur Dan Geser Pada Balok Langsing
Nama Mahasiswa :Edo Barlian Nomor Pokok : 077016006 Program Studi :Teknik Sipil
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Dr. Ing. Hotma Panggabean) (Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT)
Ketua Program Studi Dekan,
Telah diuji pada tanggal: 31 Januari 2013
Panitia Penguji Tesis
Ketua : Dr. Ing. Hotma Panggabean
Anggota : 1. Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
2. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
3. Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMSI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis "Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon
Fiber Strip di Pasang Vertikal Terhadap Lentur dan Geser pada Balok Langsing"
adalah karya saya dan belum pernah di ajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau di kutip dari karya yang diterbitkan
maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan
dicantumkan dalam daftar pustaka.
Medan, Januari 2013
ii
ABSTRAK
Dalam perencanaan struktur beton bertulang, diperlukan suatu kepastian tentang keamanan struktur terhadap keruntuhan yang mungkin terjadi selama umur bangunan. Salah satu keruntuhan yang cukup fatal dalam konstruksi balok beton bertulang adalah keruntuhan geser yang diakibatkan oleh kombinasi beban lentur, beban aksial, dan beban geser. pBeban geser yang melebihi kapasitas penampang balok beton bertulang akan mengakibatkan retakan-retakan diagonal disepanjang balok beton tersebut. Jika balok tersebut tidak mempunyai jumlah tulangan transversal dan tulangan longitudinal yang cukup serta didetail dengan benar, retakan-retakan tersebut dapat terjadi lebih awal dan pada akhirnya akan berakibat terjadi keruntuhan yang tiba-tiba pada balok. Jadi salah satu hal yang sangat perlu untuk diperhatikan dalam merencanakan maupun menganalisa suatu struktur beton betulang adalah kegagalan geser pada unit-unit struktur, karena kegagalan geser adalah keruntuhan getas yang berakibat fatal.Perkuatan merupakan salah satu alternatif untuk meningkatkan kemampuan struktur dalam memikul beban geser, antara lain menggunakan woven carbon fiber berbentuk lembaran yang terdiri dari serat-serat carbon dan fiber yang berfungsi meningkatkan kapasitas geser pada balok.
Model balok yang digunakan adalah balok beton bertulang dengan tampang empat persegi berukuran 15×20×130cm; dengan tulangan tarik 3D12 dan tulangan tekan 2D12 serta tulangan geser dia.6 sebanyak 12 (dua belas) buah dan Mutu Beton untuk semua benda uji adalah K-250. Variasi benda uji dibedakan berdasarkan jarak tulangan geser dan ditambah dengan perkuatan lilitan lembaran woven carbon fiber dengan lebar 30 mm.
Dari hasil eksperimental balok Uji I keruntuhan terjadi pada beban sebesar 8 ton dengan lendutan maksimal 0,95 mm; untuk balok uji II keruntuhan terjadi pada beban 7 ton dengan lendutan maksimal 0,75 mm; untuk balok uji III keruntuhan terjadi pada beban 8 ton dengan lendutan maksimal sebesar 0,66 mm dan pada balok uji IV keruntuhan terjadi pada beban 7 ton dengan lendutan maksimal sebesar 0,67 mm. Pola retak lentur dimulai pada daerah dibawah beban kemudian diikuti retak pada tengah bentang dan semakin rapat lembaran woven carbon fiber semakin meningkat kapasitas geser pada balok.
ABSTRACT
In the structural design of reinforced concrete, the assurance about the safety of the structure against collapse is need, because it may occur during the age of the building. One of the potential fatal collapses in the construction of reinforced concrete beams is shear failure caused by a combination of bending loads, axial loads, and shear loads. Shear loads that exceed the capacity of reinforced concrete crossbeams will cause diagonal cracks along the concrete beams. If the beam does not have numbers of transverse and longitudinal steel reinforcement and correct details, cracks can occur earlier and will eventually result in a sudden collapse on the beam. So one way that must be considered really in planning and analyzing a reinforced concrete structure is shear failure in structural units, because collapse of the brittle shear failure is fatal. The use of wofen carbon fiber is one of alternative ways to increase the strenght of the load carrying capacity in shear structure, composing of carbon fibers and fiber that can increase the capicity of the concrete beam.
The model used is a beam reinforced concrete beams with rectangular face measuring 15×20×130 cm with tensile reinforcement 3D12 and 2D12 press reinforcement and shear reinforcement diameter of 6 by 12 (twelve) pieces and quality concrete for all test objects is K-250.Variations of the test specimen is distinguished by shear reinforcement spacing and reinforcement winding coupled with woven carbon fiber sheet with of 30 mm width.
The experimental results of the first test beam the collapse happened at a load of 8 tons with a maximum deflection of 0,95 mm; the second test beam collapse occurred on 7 ton load with a maximum deflection 0,75 mm; the third test beam collapse occurred at load of 8 tons with a maximum deflection 0,66 mm and the fourth test beam collapse occurred on 7 ton with a maximum deflection 0,67 mm. Bending fracture pattern began at the buttom area of the load then spread to the middle of a landscape and the more closely woven carbon fiber sheet is the stronger the capacity on the shear of concrete beam.
iv
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang Maha
Pengasih lagi Penyayang atas Rahmat dan KaruniaNya, penulis berhasil menyelesaikan
tesis yang berjudul "Tinjauan Kontribusi Lembaran Carbon Fiber Strip di Pasang
Vertikal Terhadap Lentur dan Geser pada Balok Langsing" sebagai salah satu
persyaratan untuk menyelesaikan program Magister bidang Rekayasa Struktur, Program
Studi Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.
Dalam proses penulisan dan pelaksanaan tesis ini banyak pihak yang telah turut
menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu penulis tidak
lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ing. Hotma
Panggabean, sebagai ketua komisi pembimbing dan penguji beserta Bapak Ir. Daniel
Rumbi Teruna, MT, sebagai anggota komisi pembimbing dan penguji yang telah
memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat diperlukan dalam penulisan tesis ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto,
MSCE, selaku ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU yang
telah memberikan motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan tesis ini. Bapak Ir.
Rudi Iskandar, MT selaku sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas
Teknik USU yang juga telah memberikan motivasi kepada saya untuk mempercepat
penulisan tesis ini. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Prof. Dr. Bachrian Lubis dan
Ir. Sanci Barus, MT, sebagai anggota komisi penguji yang telah memberi masukan
M.Sc(CTM), Sp.A(K) selaku Rektor Universitas Sumatera Utara. Seluruh Dosen (Staff
Pengajar) dan Bapak Yun staff administrasi Program Studi Magister Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Kedua orang tua dan mertua tercinta yang
telah memberikan dorongan dan motivasinya selama ini. Istri tercinta Evi Yanti
Dalimunthe, anak-anak tersayang Alfath Fazle Barlian, Fathiyah Alya Barlian, Alfhi
Fikri Barlian, selalu senantiasa menemani, memberikan dorongan dan kekuatan bagi
penulis dalam penyusunan dan penyelesaian penulisan tesis ini. Rekan-rekan kerja di
Biro Administrasi UNIMED yang telah memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat
diperlukan dalam penulisan tesis ini.
Penulis sangat menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna karena
keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk
itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi perbaikan pada masa-
masa mendatang. Akhir kata penulis berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi kita
semua.
Medan, Januari 2013
Penulis
vi
RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
Nama : Edo Barlian
Tempat/Tgl Lahir : Balige / 10 Januari 1977
Alamat : Villa Gading Mas Blok N. No. 1 Medan
Program of Civil Engineering of Technical Department
C. RIWAYAT PEKERJAAN
1997 – 1999 : CV. Sandy Soilindo Consultant Yogyakarta
Posisi : Staff Teknik
- Investigation and measurement of work in field.
1998 : Kerja Praktek pada Proyek Pembangunan Mesjid
Kampus UGM Yogyakarta
1999 : Kerja Praktek pada Proyek Kantor Pusat
Muhammadiah Yogyakarta
2002 – 2005 : PT. Tor Ganda, Jl. Abdullah Lubis No. 26 Medan
Staff Perencanaan Sipil. Bagian Teknik Proyek Industri
2005 – Sekarang : Staff Pengajar Jurusan Teknik Sipil UNIMED
2006 – 2007 : PT. Waskita Karya, Jl. Eka Rasmi Komplek
Famili Asri Blok B No. 4 Medan
Juni - Des 2007 : Ketua Pengawas, Pada Proyek Pembangunan dan Pemeliharaan Gedung Kuliah Unimed
Juli - Nov 2007 : Tim Perencana Struktur
Proyek Pembangunan Mesjid Jami' Al Jami'ah Universitas Islam Sumatera Utara
2007 – 2010 : SIGE CONSORIUM
Posisi: Engineering
viii
2.3. Geser Pada Balok ... 21
2.3.1. Tegangan Geser ... 22
2.3.2. Kuat Geser Nominal yang Disumbangkan Oleh Beton ... 25
2.3.3. Kuat Geser Nominal yang Disumbangkan Oleh Tulangan Geser ... 25
2.4. Fiber Reinforced Polymer ... 26
2.4.1. Standard Pedoman Perencanaan ... 31
2.4.2. Aplikasi FRP ... 34
2.5. Geser dan Tarik Diagonal ... 36
2.5.1. Retak Geser Dari Balok Bertulang ... 37
2.5.2. Analisa Kuat Geser Balok Tanpa Tulangan Geser ... 38
2.5.3. Analisa Kuat Geser Balok yang Bertulangan Geser Mekanisme Analogi Rangka... 44
2.6. Ragam Kegagalan Balok ... 48
2.6.1. Keruntuhan Lentur ... 50
2.6.2. Keruntuhan Tarik Diagonal ... 50
2.6.3. Keruntuhan Tekan Geser... 51
2.7. Kontribusi Lembaran FRP Dalam Memikul Lentur dan Geser ... 52
2.7.1. Kontribusi Lembaran FRP Terhadap Lentur ... 52
2.7.2. Kontribusi Lembaran FRP Terhadap Geser ... 54
x
3.2. Bahan Penyusunan Beton ... 58
3.2.1. Semen ... 59
3.3. Benda Uji dan Prosedur Perawatan ... 69
3.4. Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data ... 74
3.4.1. Pengujian Silender Beton ... 74
3.4.2. Pengujian Balok Beton Bertulang ... 74
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Penelitian ... 76
4.1.1. Agregat Halus ... 76
4.1.2. Agregat Kasar ... 77
4.1.3. Air ... 77
4.1.5. Kuat Tekan Beton ... 79
4.1.6. Lendutan Balok Beton Bertulang ... 80
4.2. Pembahasan ... 87
4.2.1. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji I ... 87
4.2.2. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji II ... 89
4.2.3. Perhitungan Kapasitas Momen dan Geser Rencana Pada Benda Uji III... 90
4.2.4. Perhitungan Geser Rencana Pada Benda Uji IV ... 92
4.2.5. Penyelesaian dengan Metode Virtual Work ... 94
4.2.6. Hasil Pengujian ... 95
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 106
5.2. Saran ... 107
DAFTAR PUSTAKA ... 108
xii
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Tabel Halaman
2.1 Susunan Besar Butiran Agregat Halus ... 10
2.2 Susunan Besar Butiran Agregat Kasar ... 12
2.3 Data FRP (nilai ini hanya untuk fiber saja bukan composite) ... 26
2.4 Perbandingan Performance FRP ... 27
2.5 Faktor Reduksi Lingkungan CE ... 32
2.5.1 Faktor Keamanan Parsial Untuk Kekuatan ... 32
2.6 Recommended Values of Partial Safety Factor, to be Applied to Design Strength of Manufactured Composites, Based on Clarke ... 33
2.7 Faktor Keamanan Parsial Untuk Modulus Elastisitas ... 33
2.8 Tipe dan Spesifikasi dari Sika Carbodur ... 35
2.9 Proyek Besar yang Telah Menggunakan SIKA FRP... 35
2.10 Nilai-nilai vc ... 43
2.11 Pengaruh Kelangsingan Balok dengan Ragam Keruntuhan ... 52
3.1 Pemeriksaaan yang Dilakukan Terhadap Agregat Halus ... 60
3.2 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Agregat Kasar ... 62
3.3 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Air ... 64
3.4 Pemeriksaan yang Dilakukan Terhadap Baja Tulangan ... 66
3.5 Spesifikasi Material Fiber Reinforced Polymer ( FRP) ... 67
4.1 Hasil Pengujian Agregat Halus ... 76
4.2 Hasil Pengujian Agregat Kasar ... 77
4.3 Hasil Pengujian Air ... 78
4.4 Hasil Analisa Kimia, Uji Lengkung Statis dan Uji Statis Baja Tulangan 79 4.5 Hasil Pengujian Juta Tekan Beton ... 80
4.6 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI I-1 K250 ... 80
4.7 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI I-2 K250 ... 81
4.8 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI I-3 K250 ... 81
4.9 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 2-1 K250 ... 82
4.10 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 2-2 K250 ... 82
4.11 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 2-3 K250 ... 83
4.12 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 3-1 K250 ... 84
4.13 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 3-2 K250 ... 84
4.14 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 3-3 K250 ... 85
4.15 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 4-1 K250 ... 85
4.16 Hasil Pengujian Lendutan Balok UJI 4-2 K250 ... 86
xiv
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
2.1 Distribusi Tegangan dan Regangan Pada Balok ... 16
2.2 Distribusi Regangan Penampang Balok: a) Diagram Tegangan Tulangan Baja yang di Idealisasikan; b) Distribusi Regangan Untuk Berbagai Ragam Keruntuhan Lentur ... 18
2.3 Distribusi Tegangan dan Regangan Pada Penambangan Balok, Penampang Melintang Balok, Balok Regangan Ekuivalen yang Diasumsikan ... 20
2.4 Jenis-jenis Retak ... 22
2.5 Distribusi Tegangan Geser Berbentuk Parabolis Pada Penampang Homogeny ... 23
2.6 Jenis-jenis Retak Miring ... 37
2.7 Retribusi Perlawanan Geser Sesudah Terbentuknya Retak Miring ... 39
2.8 Hubungan Antara Vu dan Mu ... 40
2.9 Mekanisme Analogi Rangka Batang ... 44
2.10 Aksi Rangka Dalam Balok Beton Bertulang dengan Tulangan Geser Miring dan Tulangan Geser Vertical ... 45
2.11 Distribusi Geser Dalam Pada Balok dengan Tulangan Geser ... 47
2.12 Jenis Tulangan Geser ... 48
2.13 Analisa Perkuatan FRP Terhadap Lentur ... 52
2.14 Notasi Perkuatan Geser ... 54
3.1 Benda uji silinder Beton uk.15×30 cm dan Balok uji 15×20×130 cm ... 72
3.2 Segmen-Segmen Pada Balok Uji ... 75
4.1 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji I-1 ... 95
4.2 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji I-2 ... 96
4.3 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji I-3 ... 96
4.4 Retak Pada Balok Uji I ... 97
4.5 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji II-1 ... 98
4.6 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji II-2 ... 98
4.7 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji II-3 ... 99
4.8 Retak pada Balok Uji II ... 99
4.9 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji III-1 ... 100
4.10 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok uji III-2 ... 101
4.11 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok uji III-3 ... 101
4.12 Retak Pada Balok uji III ... 102
4.13 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji IV-1 ... 103
4.14 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji IV-2 ... 103
4.15 Hubungan Beban P dengan Lendutan Pada Balok Uji IV-3 ... 104
