STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR BALOK DENGAN PELEBARAN DIMENSI PADA DAERAH TUMPUAN BALOK BETON BERTULANG DAN PEMODELAN MENGGUNAKAN LUSAS Laporan Tugas Akhir Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana dari Universitas Atma Jaya Yogyakarta Oleh : Claudya Valentine NPM : 160216502 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ATMA JAYA YOGYAKARTA APRIL 2020
PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir wan, M.Eng., Ph.D 11
Ketua Sekretaris Anggota PENGESAHANPENGUn Laporan Tugas Akhir \ l .l \/i- .I Nama : Dr. Ir. AM. Ade Lisantono, M.Eng. : Johan Ardianto, ST., M.Eng. : Ir. V. Yenni Endang S., M.T. III Tanggal ... "':1.. !.~.Y/1::C)z" ...?ft..!~.!~20 ~ {} Apr'" J..l>.J._c>
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan baik yang merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan tinggi Program Strata-1 di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Atma Jaya Yogyakarta. Pada kesempatan ini penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu baik pada saat persiapan melakukan penelitian sampai selesai penyusunan laporan. Untuk itu penyusun mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr.Eng. Luky Handoko, S.T., M.Eng. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Atma Jaya Yogyakarta; 2. Bapak Ir. AY. Harijanto Setiawan, M. Eng., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Universitas Atma Jaya Yogyakarta; 3. Bapak Dr. Ir. AM. Ade Lisantono, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dengan sangat sabar dan peduli terhadap proses penelitian sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. 4. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Sipil Universitas Atma Jaya Yogyakarta yang telah membimbing dan memberikan ilmu pengetahuan dalam bidang teknik sipil yang sangat berguna bagi penulis. v
5. Kedua orang tua, kakak, dan keluarga yang selalu memberikan semangat dan doa dalam proses perkuliahan dari awal hingga selesai pembuatan Tugas Akhir. 6. Teman-teman yang selalu menemani selama perkuliahan dan selalu memberi support dari awal hingga akhir (Vanesha Astri Hadi, Rahajeng Indika Putri, F. Andika Sayangbati, Helen Tonapa, Rr. Yohana Fabiola D.) dan kakak- kakak tingkat yang telah berbagi pengalaman selama perkuliahan, dan pengerjaan Tugas Akhir (Desy, Ike, Odil, Hendy). 7. Teman-teman Tugas Akhir Struktur, Luki Hariando Purba dan Mikha Angie R. Pungus. 8. Teman-teman yang telah membantu proses pengerjaan tugas akhir dari awal sampai selesai (Dede, Alvian, Nico, Davin, Jaya, Wira, Arif, Diwang, Rico, Inu, Wahyu, Fredy, Gery, Oby, Danur, Alvin, Erwin, Charles, Anan, Andra, Bekti, Costin, Nodi, Rano, Dalu, Yohanes, Yoshua, Vania, Sisca, Irfan). 9. Teman-teman Teknik Sipil UAJY Angkatan 2016 yang telah membantu dalam proses pembelajaran selama kuliah. 10. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu-persatu yang telah membantu selama masa perkuliahan. Penulis penyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan penelitian yang dilakukan. Demikian Tugas Akhir ini ditulis apabila ada kesalahan yang ditemukan dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis meminta maaf yang sebesar-besarnya atas vi
ketidak nyamanan pembaca. Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna dan dapat dimanfaatkan bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Yogyakarta, April 2020 Penyusun Claudya Valentine vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ... i LEMBAR PENGESAHAN ... ii LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI ... iii PERNYATAAN ... iv KATA PENGANTAR ... v DAFTAR ISI ... viii DAFTAR GAMBAR ... xi DAFTAR TABEL ... xii INTISARI ... xiii I. PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Keaslian Penelitian ... 5 1.5 Tujuan Penelitian ... 5 1.6 Manfaat Penelitian ... 5 1.7 Lokasi Penelitian ... 5 II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6 2.1 Penelitian Sebelumnya Terkait Topik Penelitian ... 6 2.1.1 Penelitian kuat lentur balok ... 6 2.1.2 Penelitian penambahan dimensi tumpuan balok ... 7 III. LANDASAN TEORI ... 8 3.1 Kuat Tekan Beton ... 8 3.2 Modulus Elastisitas Beton ... 9 3.3 Analisis Kuat Lentur Balok ... 9 3.4 Kuat Tarik Belah Beton ... 12 3.5 Beton Bertulang ... 13 3.6 Baja Tulangan ... 13 3.7 Balok Bertulang Rangkap ... 15 VIII
IV. METODOLOGI PENELITIAN ... 17 4.1 Umum ... 17 4.2 Kerangka Penelitian ... 18 4.3 Pemodelan Software LUSAS ... 19 4.4 Analisis Penampang Balok ... 19 4.5 Tahap Persiapan dan Pengadaan Material ... 25 4.5.1 Bahan ... 25 4.5.2 Alat Bantu Penelitian ... 26 4.6 Mix Design ... 27 4.7 Tahap Pembuatan Benda Uji ... 28 4.7.1 Pembuatan Silinder Beton ... 28 4.7.2 Pembuatan Balok Beton Bertulang ... 28 4.8 Tahap Perawatan Benda Uji ... 29 4.9 Tahap Pengujian Benda Uji ... 31 4.9.1 Pengujiam Kuat Tekan Silinder Beton ... 31 4.9.2 Pengujian Modulus Elastisitas Beton ... 31 4.9.3 Pengujiam Kuat Tarik Belah Beton ... 31 4.9.4 Pengujian Kuat Tarik Baja ... 32 4.9.5 Pengujian Kuat Lentur Balok Bertulang ... 32 4.10 Pemodelan Ulang Software LUSAS dan Analisis ... 33 V. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 43 5.1 Studi Eksperimental ... 43 5.1.1 Pengujiam Kuat Tekan Beton ... 43 5.1.2 Pengujian Modulus Elastisitas Beton ... 44 5.1.3 Pengujiam Kuat Tarik Belah Beton ... 44 5.1.4 Pengujian Kuat Tarik Baja ... 45 5.1.5 Pengujian Kapasitas Beban Balok Beton Bertulang ... 46 5.1.6 Pengujian Defleksi Balok ... 46 5.1.7 Pola Retak Balok ... 48 5.2 Analisis Software LUSAS ... 54 5.2.1 Pembebanan dan defleksi pada balok ... 54 5.2.2 Perilaku balok setelah pembebanan ... 55 IX
5.3 Perbandingan eksperimental dengan analisis software LUSAS ... 56 VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 58 6.1 Kesimpulan ... 58 6.2 Saran ... 60 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN X
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Detail tulangan balok kontrol BL1 ... 3 Gambar 1.2 Detail tulangan balok BL2 ... 4 Gambar 3.1 Set Up pembebanan balok kantilever ... 10 Gambar 3.2 Diagram momen kurvatur ... 11 Gambar 4.1. Bagan alir penelitian ... 18 Gambar 4.2 Detail Penulangan ... 29 Gambar 4.3 Grid line dimensi balok 2D ... 34 Gambar 4.4 Pemodelan Tulangan menggunakan grid line Balok BL ... 34 Gambar 4.5 Mendefinisikan Elemen ... 35 Gambar 4.6 Mendefinisikan karakteristik beton ... 36 Gambar 4.7 Mendefinisikan Kuat Tarik Tulangan ... 37 Gambar 4.8 Cross Sectional Area Tulangan Tarik BL1 ... 37 Gambar 4.9 Cross Sectional Area Tulangan Tekan BL1 ... 38 Gambar 4.10 Cross Sectional Area Tulangan Geser ... 38 Gambar 4.11 Cross Sectional Area Tulangan Tarik Tumpuan Balok BL2 ... 39 Gambar 4.12 Cross sectional area Tulangan Tekan Tumpuan Balok BL2 ... 39 Gambar 4.13 Beam Thickness ... 40 Gambar 4.14 Meshing Plane Stress ... 40 Gambar 4.15 Supports Balok ... 41 Gambar 4.16 Point Load Balok ... 41 Gambar 4.17 Pemodelan Balok 2D dengan Software Lusas BL1 dan BL2 ... 41 Gambar 4.18 Pemodelan 3D Dengan Software Lusas ... 42 Gambar 5.1 Grafik Hubungan Beban dengan Defleksi Eksperimental (LVDT 1) ... 47 Gambar 5.2 Pola retak hasil pembebanan BL1 ... 50 Gambar 5.3 Pola retak hasil pembebanan BL2 ... 53 Gambar 5.4 Grafik Hubungan Beban dengan DefleksiBalok BL1 dan Balok BL2 .. 54 Gambar 5.5 Pola retak balok dan defleksi ... 56 Gambar 5.6 Grafik Hubungan Beban dengan Defleksi Balok Lusas dan Eksperimental ... 57 XI
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Kelas Baja Tulangan ... 14 Tabel 4.1 Alat Bantu Penelitian ... 26 Tabel 4.2 Membuat 1 m3 beton mutu f'c = 31,2 MPa ... 27 Tabel 4.3 Kebutuhan Material untuk Total Volume 0,138339 m3 ... 27 Tabel 5.1 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton ... 43 Tabel 5.2 Hasil Pengujian Modulus Elastisitas ... 44 Tabel 5.3 Hasil Pengujian Kuat Tarik Belah ... 45 Tabel 5.4 Hasil Pengujian Kuat Tarik Baja ... 45 Tabel 5.5 Beban Retak Pertama pada Balok ... 46 Tabel 5.6 Hasil Uji Defleksi Akhir Balok ... 47 Tabel 5.7 Hasil Analisis LUSAS ... 54 xii
STUDI EKSPERIMENTAL KUAT LENTUR BALOK DENGAN PELEBARAN DIMENSI PADA DAERAH TUMPUAN BALOK BETON BERTULANG DAN PEMODELAN MENGGUNAKAN LUSAS Claudya Valentine Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Atma Jaya Yogyakarta Jalan Babarsari No. 44, Caturtunggal, Kec. Depok, Kab. Sleman, Daerah Istimewa Yogyakarta, 55281 Email : INTISARI Kegagalan pada balok beton bertulang adalah salah satunya pada tumpuan atau sambungan antara kolom dan balok. Perkuatan (retrofitting) pada daerah kerusakan menjadi solusi dalam mencegah kegagalan tumpuan balok. Bentuk perkuatan dapat dalam bentuk penambahan material ataupun penambahan dimensi. Dalam studi eksperimental ini digunakan perkuatan berupa variasi dimensi tumpuan balok yaitu pelebaran dimensi tumpuan balok. Eksperimental dilakukan terhadap dua buah jenis balok kantilever dengan total bentang 1000 mm, balok tanpa pelebaran sebagai balok kontrol dan balok dengan pelebaran dimensi tumpuan sebagai fokus penelitian. Pembebanan yang dilakukan adalah pembebanan terpusat pada bentak 700 mm dari tumpuan balok. Dilakukan pula pemodelan dan analisis menggunakan software LUSAS dengan input data sesuai dengan keadaan benda uji eksperimental. Hasil eksperimental menunjukan bahwa balok dengan pelebaran dimensi pada daerah tumpuan memiliki ketahanan dalam menahan beban sebesar 145% lebih besar dan kekakuan yang dapat dilihat dari nilai defleksinya. Didapat pula transfer retak pada daerah transisi perubahan kedua dimensi tumpuan dan lapangan sebelum kegagalan fatal terjadi di tumpuan atau sambungan balok. Kegagalan pada tumpuan atau sambungan balok diakibatkan karena momen yang diterima sudah melampaui momen maksimal dari balok tersebut. Ada pula analisis menggunakan software LUSAS yang menghasilkan perbandingan ketahanan kedua jenis balok terhadap overloading. Didapat kapasitas beban balok dengan pelebaran dimensi pada tumpuan menggunakan software LUSAS yaitu sebesar 154% lebih besar dari balok kontrol. Selain kapasitas beban maksimum didapat pula nilai defleksi, sehingga dapat dilihat pula daktilitas balok uji. Kata kunci : balok kantilever, kuat lentur, software LUSAS, daktilitas, perkuatan, retrofitting. xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Balok merupakan salah satu elemen penting dalam struktur bangunan. Pada umumnya balok menggunakan bahan beton dan tulangan baja. Beton yang bersifat getas menjadikan perilakunya yang tahan akan kuat tekan namun memiliki kuat tarik yang rendah. Sedangkan tulangan baja memiliki kuat tarik yang tinggi, namun kuat tekannya rendah. Maka dari itu beton bertulang dengan kombinasi beton dan tulangan baja adalah kombinasi yang baik. Sifat dari masing-masing bahan penyusun balok beton bertulang tidak menjadikan balok tersebut sempurna. Kegagalan suatu balok bukanlah hal yang tidak mungkin. Kemajuan zaman memaksa teknologi untuk terus berkembang, sehingga harus ada inovasi untuk menyempurnakan atau memperbaiki suatu kegagalan. Kegagalan pada daerah tertentu dapat dijadikan evaluasi untuk perencanaan selanjutnya. Salah satu kerusakan pada balok sendiri adalah pada tumpuan, atau sambungan antara kolom dan balok. Perkuatan pada daerah kerusakan menjadi solusi untuk mengatasi kegagalan. Dengan semakin majunya teknologi, mulai banyak peneliti yang menemukan metode-metode untuk memperbaiki kerusakan yang ada. Bagus dkk (2011) melakukan penelitian perbaikan balok bertulang dengan metode jacketing dengan ferosemen. Penelitiannya menghasilkan peningkatan kapasitas beban ultimit pada tahap ultimit akibat beban siklik. 1
Hernowo dan Lisantono(2016) melakukan penelitian tentang retrofitting berupa planar segitiga pada sambungan kolom-balok bertulang. Dalam penelitian perkuatan ekspansi planar segitiga dikatakan salah satu hasilnya adalah memberi pengaruh peningkatan kekuatan sambungan dan daktilitas yang memenuhi syarat SNI 7438-2012. Selama pencarian jurnal dan sumber lainnya sebagian besar ditemukan penelitian perkuatan yang terfokus pada pemberian bahan tambahan sebagai contoh yaitu jacketing, penambahan tulangan geser dan pelat baja. Namun selain bahan tambahan ditemukan juga perkuatan berupa penambahan dimensi yaitu pertebalan diantara balok dan kolom pada area tumpuan. Dikarenakan adanya hal yang menarik perhatian penulis berupa balok yang ditemukan penulis di suatu proyek pada saat melaksanakan kerja praktik yaitu pelebaran dimensi pada area tumpuan balok. Maka dari itu diperlukan penelitian untuk meninjau pengaruh yang didapat dari pelebaran dimensi pada tumpuan balok. 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan dalam tugas akhir ini adalah bagaimana analisa dari benda uji berupa balok yang memiliki perbedaan dimensi pada bagian tumpuan yang lebih besar. Analisa yang dilakukan berupa penelitian yang terfokus pada perilaku dan lentur balok, serta membandingkan perbedaan kekuatan yang didapat balok dengan dan tanpa penambahan dimensi pada daerah tumpuan. Selanjutnya hasil eksperimen dibandingkan hasilnya dengan hasil analisa dengan pemodelan software LUSAS. 1.3 Batasan Masalah Dalam penelitian tugas akhir ini, terdapat batasan masalah sebagai berikut: a) Benda uji yang digunakan yaitu balok kantilever. Balok BL1 berupa balok persegi dan balok BL2 berupa balok dengan pelebaran dimensi pada daerah 2
tumpuan, dengan detail seperti pada Gambar 1.1 Detail Tulangan Balok Kontrol BL1 dan Gambar 1.2 Detail Tulangan Balok Kontrol BL2 Gambar 1. 1 Detail tulangan balok kontrol BL1 3
Gambar 1. 2 Detail tulangan balok BL 2 b) Tebal selimut beton 20 mm c) Beton normal dengan kuat tekan rencana f'c = 25 MPa. d) Pembebanan diberikan di satu titik pada jarak 70cm. e) Tulangan longitudinal yang digunakan P10, dengan mutu fy = 240 MPa. f) Tulangan geser yang digunakan P6. g) Jarak antar tulangan geser balok 100mm. h) Baut yang digunakan berdiameter 19mm sebanyak 4 buah. 4
1.4 Keaslian Penelitian Berdasarkan hasil pencarian informasi mengenai tugas akhir ini, ditemukan penelitian serupa yaitu perkuatan dengan variasi ukuran di daerah tumpuan. Hernowo dan Lisantono melakukan penelitian Retrofitting Sambungan Kolom-Balok Beton Bertulang Ekspansi Planar Segitiga dengan Variasi Ukuran. Hasil dari penelitiannya membuktikan bahwa ekspansi planar dapat meningkatkan kekuatan sambungan kolom-balok. Namun untuk variasi dimensi berupa pelebaran pada daerah tumpuan balok tidak ditemukan studi literatur sebelumnya, sehingga dapat dilakukan penelitian mengenai topik tersebut. 1.5 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan dimensi berupa pelebaran pada tumpuan balok terhadap kuat lentur yang didapat setelah pembebanan. Diharapkan terjadi perbedaan perilaku balok bertulang dengan perbedaan dimensi dengan balok dimensi tanpa pelebaran pada saat runtuh akibat overloading. Dari perilaku tersebut maka dapat dilihat perbedaan kuat lentur kedua balok tersebut. 1.6 Manfaat Penelitian Manfaat yang didapat dari hasil penelitian adalah menghasilkan analisis dari penelitian penambahan lebar dimensi pada tumpuan balok sehingga dapat digunakan sebagai alternatif dalam perkuatan tumpuan balok. 1.7 Lokasi Penelitian Penelitian tugas akhir ini akan dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan Bangunan, Program Studi Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Yogyakarta. 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Sebelumnya Terkait Topik Penelitian 2.1.1 Penelitian kuat lentur balok Penelitian mengenai kuat lentur balok beton bertulang pernah dilakukan oleh Yohanes dkk [2015] dengan judul Pengaruh Kuat Tekan Terhadap Kuat Lentur Balok Beton Bertulang. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental laboratorium dengan benda uji berupa kubus beton polos berukuran (150x150x150)mm, dan balok beton bertulang tunggal berukuran (150x150x600)mm. Penelitian yang dilakukan yaitu pemeriksaan kuat tarik baja, pemeriksaan slump, penentuan nilai fas, pemeriksaan kuat tekan, pemeriksaan kuat lentur, perhitungan analitis, perhitungan tulangan geser, serta analisis hubungan kuat tekan dan kuat lentur. Berdasarkan hasil dari penelitiannya didapatkan beberapa kesimpulan. Pengujian kuat tekan beton menghasilkan kuat tekan yang jauh lebih rendah dari kuat tekan rencana, dikarenakan persentase agregat halus yang digunakan cukup besar. Pengujian kuat lentur menghasilkan kuat lentur pada serat tekan (tegangan lentur beton) berbanding lurus denga kuat lentur serat tarik (tegangan lentur baja). Hasil analisa akan hubungan antara kuat tekan dan kuat lentur menunjukkan semakin tinggi kuat tekan beton maka kuat lentur meningkat pula, sehingga apabila digambarkan dalam grafik akan bersifat parabola. Hasil penelitian yang mereka lakukan juga menunjukkan perilaku balok terhadap pembebanan yang diberi. Pada saat balok mengalami retak awal, nilai Pcr menunjukkan selisih nilai yang hamper sama di setiap variasi penambahan kuat tekan. Sedangkan Pmax 6
mengalami peningkatan yang signifikan. Pengamatan pola retak yang terjadi pada semua benda uji menunjukkan bahwa retak yang dihasilkan akibat lentur murni. 2.1.2 Penelitian penambahan dimensi tumpuan balok Penelitian serupa yang berkaitan dengan penambahan dimensi pada tumpuan balok pernah dilakukan sebelumnya oleh beberapa peneliti yang memiliki tujuan yaitu perkuatan pada sambungan balok-kolom. Salah satu penelitian yang memanfaatkan penebalan yaitu penelitian oleh Hernowo dan Lisantono [2016] dengan judul Retrofitting Sambungan Kolom-Balok Beton Bertulang Ekspansi Planar Segitiga dengan Variasi Ukuran. Metode yang digunakan yaitu eksperimental laboratorium dengan benda uji balok berukuran (150x250x1500)mm yang disambungkan dengan kolom berukuran (250x250x1750)mm dan diberi perkuatan berupa ekspansi planar segitiga berukuran (125x187.5x250)mm di bawah antara balok dan kolom. Hasil dan pembahasan dari penelitian yang mereka lakukan meliputi : pola retak, kapasitas beban maksimal, kurva histeris (hubungan beban dan defleksi lateral), disipasi energi, kekakuan siklus, dan daktilitas. Berdasarkan hasil pengujian tersebut dapat ditarik kesimpulan yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir ini. Salah satunya menunjukkan bahwa perkuatan ekspansi planar dapat meningkatkan kekuatan sambungan yang memenuhi kriteria yang disyaratkan dalam SNI 7438-2012. 7
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 5.1 Studi Eksperimental Eksperimental dilakukan dengan menggunakan beberapa benda uji berupa dua balok bertulang, sembilan silinder beton, dan 6 tulangan baja. Pengujian terhadap benda uji tersebut berupa pengujian kuat tekan beton, modulus elastisitas, modulus of rupture, tarik belah, kuat tarik baja, kapasitas beban balok, dan defleksi pada balok akibat pembebanan. 5.1.1 Pengujian kuat tekan beton Pengujian kuat tekan beton dilakukan untuk mengetahui kuat tekan maksimum yang dapat ditahan oleh beton berumur 28 hari dengan kuat rencana sebesar 25 MPa. Hasil uji yang dilakukan menggunakan mesin CTM merk ELE dapat dilihat pada Tabel 5.1. Tabel 5.1 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton Diameter (mm) 149,42 149,38 149,42 Luas Permukaan (mm2) 17.526,17 17.516,79 17.526,17 Beban (KN) 530 500 290 Kuat Tekan (MPa) 30,24 28,54 16,54*) Kuat Tekan Rerata (MPa) 29,39 ) Tidak diperhitungkan karena tidak masuk kedalam kuat tekan yang direncanakan. 43
44 Dari hasil pengujian terhadap beton berumur 28 hari didapatkan kuat tekan beton rata-rata sebesar 29,39 MPa yang berarti lebih besar dari pada kuat rencana beton 25 MPa. 5.1.2 Pengujian modulus elastisitas beton Pengujian ini dilakukan terhadap 3 beton silinder untuk mengetahui modulus elastisitas beton menggunakan alat uji mesin UTM merk Shimadzu dengan hasil uji yang dapat dilihat pada Tabel 5.2. Tabel 5.2 Hasil Pengujian Modulus Elastisitas No Diameter (mm) Beban (kN) Tegangan (MPa) Regangan (x10-5) Ec (N/mm2) Modulus Elastisitas Rata-rata 1 2 3 150 150 150 127,53 93,195 127,53 7,2204 5,28 7,2204 34,9893 30,44 6,20 20.899,9712 17.345,6 116.375,232 *) 19.122,24 ) Tidak diperhitungkan karena terjadi kesalahan teknis saat pengujian. Berdasarkan SNI 03-2847-2002 modulus elastisitas untuk beton normal adalah 4.700 √𝑓𝑐′ maka didapat untuk mutu beton 29 MPa adalah 25.310,275 MPa. Hasil pengujian memberikan nilai modulus elastisitas pada beton lebih kecil dibandingkan dengan hasil hitung dari ketetapan oleh SNI 03-2847-2002. 5.1.3 Pengujian kuat tarik belah Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kuat tarik belah beton beton menggunakan alat uji mesin CTM merk ELE dengan hasil uji yang dapat dilihat pada Tabel 5.3.
45 Tabel 5.3 Hasil Pengujian Kuat Tarik Belah No 1 2 3 Diameter (mm) 151,63 149,57 151,57 Tinggi (mm) 302,70 302,76 303,53 Beban (KN) 180 195 175 Kuat Tarik Belah (MPa) 2,538 2,743 2,423 Kuat Tarik Belah (MPa) 2,568 Dari hasil pengujian diperoleh kuat tarik belah pada beton umur 28 hari sebesari 2,568 MPa. Nilai kuat tarik beton hanya 9% sampai 15% dari kuat tekannya yaitu 29 MPa. Maka dari itu, untuk mengimbangi beton menahan gaya tarik, dibutuhkan baja tulangan untuk menutupi kekurangan beton dalam menahan kuat tarik. 5.1.4 Pengujian kuat tarik baja Pengujian kuat tarik baja dilakukan untuk mengetahui kemampuan tulangan baja dalam menahan beban tarik yang diberikan. Hasil pengujian kuat tarik baja dapat dilihat pada tabel 5.4. Tabel 5.4 Hasil Pengujian Kuat Tarik Baja Luas Beban Beban No Diameter (mm) Penampang (mm2) Leleh (kgf) Putus (kgf) Fy (MPa) Fu (MPa) 1 8,84 61,3443 2.240 3.210 358,2142 513,3338 2 8,68 59,1438 2.100 2.960 348,3206 490,9662 3 8,77 60,3766 2.210 3.115 359,081 506,1255 Dari pengujian diambil nilai fy dan fu terendah yaitu fy 355,205 MPa dan fu 503,475 MPa.
5.1.5 Pengujian kapasitas beban balok beton bertulang Pengujian kapasitas beban balok dilakukan dengan cara mengamati pola retak yang terjadi pada saat diberi pembebanan. Pengamatan dilakukan dengan membuat plot pola retak pada grid berukuran 5x5 cm yang sudah digambar terlebih dahulu sebelum pengujian. Beban terjadinya retak pertama dapat dilihat pada Tabel 5.5. Kode balok yang digunakan sebagai penamaan balok yaitu BL1 untuk balok kontrol tanpa pelebaran, dan BL2 untuk balok dengan pelebaran dimensi tumpuan. Tabel 5.5 Beban Retak Pertama pada Balok Kode Balok Retak Pertama (kg) Retak Pertama (kN) Beban Maksimum (kg) BL 1 424 4,15802 2.067,9276 BL 2 595 5,83496 3.000,4978 Perbandingan pembebanan yang dapat ditahan kedua balok sangat jauh berbeda, dari Tabel 5.5 dapat dilihat bahwa balok dengan pelebaran mampu menahan 145% beban lebih besar dari pada balok tanpa pelebaran. Pada Tabel 5.5 dilampirkan beban retak pertama dan beban maksimum yang didapat lebih besar terjadi pada balok dengan pelebaran. 5.1.6 Pengujian defleksi balok Pengujian defleksi balok dilakukan dengan memasang LVDT di tiga titik yaitu LVDT 1 pada bentang 70cm, LVDT2 pada bentang 25cm, dan LVDT 3 pada ujung atas tumpuan. Defleksi akhir kedua balok dapat dilihat pada Tabel 5.6 Hasil Uji Defleksi Akhir Balok 46
Tabel 5.6 Hasil Uji Defleksi Akhir Balok Kode Balok BL 1 BL 2 LVDT 1 56,32682 54,97321 Besar Defleksi (mm) LVDT 2 17,51048 14,27692 LVDT 3 -0,40354 -0,40235 HUBUNGAN BEBAN DENGAN LENDUTAN 3500 3000 2500 ) g k ( 2000 n a b e B 1500 1000 500 0 0 10 20 30 Lendutan (mm) 40 50 60 Gambar 5.1 Grafik Hubungan Beban dengan Defleksi Eksperimental (LVDT 1) Pada Gambar 5.1 dapat dilihat perbedaan grafik kedua balok bahwa balok BL2 memiliki ketahanan terhadap beban lebih besar dibanding BL1. 47 BL1 BL2
5.1.7 Pola retak balok Setelah diberi pembebanan terpusat di ujung balok, balok uji mengalami kegagalan berupa retakan. Pola retak balok BL1 dapat dilihat pada Gambar 5.2, dan pola retak balok BL2 dapat dilihat pada Gambar 5.3. (a) (b) 48
(c)
(d)
(e)
(f) Gambar 5.2 Pola retak hasil pembebanan BL1 (a) tampak depan, (c) tampak atas, (d) tampak belakang dan sketsa pola retak balok (b) tampak depan, (d) tampak atas, (f) tampak belakang Retak pertama pada balok BL1 berupa retak halus pada jarak 33 cm dari tumpuan saat pembebanan sebesar 424 kg. Selanjutnya terjadi retakan yang menyebar pada daerah tumpuan balok dan sambungan balok. Kegagalan terbesar balok yaitu pada sambungan balok yang dapat dilihat dari pola retak yang semakin banyak dan melebar. Sedangkan pola retak dibagian lain adalah retak halus yang semakin memanjang retakannya. 50
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f) Gambar 5.3 Pola retak hasil pembebanan BL2 (a) tampak depan, (c) tampak atas, (d) tampak belakang dan sketsa pola retak balok (b) tampak depan, (d) tampak atas, (f) tampak belakang Retak pertama pada balok BL2 terjadi pada jarak 32 cm dari tumpuan yaitu daerah transisi perubahan lebar dimensi balok berupa retak halus. Kegagalan berikutnya terjadi bergantian pada kedua area yaitu tumpuan dan lapangan, sampai terjadi kegagalan berupa retak halus dibagian tumpuan pada saat retakan ke-11. Pada saat retakan ke-14 terlihat retakan yang melebar di pola retak ke-11. Setelah terjadi kegagalan yang sangat terlihat di bagian sambungan, keretakan akibat pemberian beban selanjutnya kemudian terjadi pada area transisi perubahan lebar dimensi balok. Retakan melebar pada retakan pertama, kemudian retakan mulai terlihat pada bagian samping balok yaitu balok tampak belakang. Pembebanan 53
dihentikan saat terlihat pola retak pada sambungan balok yang mencapai bagian samping bawah balok. 5.2 Analisis software LUSAS Analisis menggunakan software LUSAS berdasarkan hasil yang didapatkan berupa beban runtuh balok, hubungan beban dengan lendutan, perilaku fisik berupa pola retak, dan kontur tegangan. 5.2.1 Pembebanan dan defleksi pada balok Dalam pemodelan pada LUSAS didapat hasil analisis seperti yang tertera pada Tabel 5.7 Tabel 5.7 Hasil Analisis LUSAS Kode Balok BL 1 BL 2 Beban (kg) 1.783,894 2.755,474 Defleksi (mm) 23,1015 20,3002 Perbandingan BL1 dan BL2 Sofware LUSAS 3000 2500 ) g k ( 2000 n a b e B 1500 1000 BL 1 BL 2 500 0 0 5 10 15 20 25 Defleksi (mm) Gambar 5.4 Grafik Hubungan Beban dengan Defleksi Balok BL1 dan Balok BL2 54
Sama halnya dengan hasil eksperimental, didapatkan hasil analisis dari LUSAS bahwa balok dengan pelebaran memiliki kekuatan menahan beban lebih besar sekitar 154% lebih besar dari balok tanpa pelebaran. 5.2.2 Perilaku balok setelah pembebanan Pola retak yang dihasilkan dalam pemodelan paada software LUSAS memiliki kecenderungan serupa dengan hasil eksperimental yaitu pola retak yang terlihat jelas pada sisi bagian atas balok. Banyaknya kegagalan berupa retakan yang terjadi diakibatkan karena tulangan tarik sudah mengalami luluh, sedangkan tulangan tekan belum mencapai titik luluh seperti yang sudah direncanakan bahwa balok beton bertulang akan mengalami jenis keruntuhan under reinfocement. 700 mm ẟ = 23,1015 mm 200 mm 800 mm (a) 55
56 700 mm ẟ = 20,3002 mm 800 mm 800 mm (b) Gambar 5.5 Pola retak balok dan defleksi (a) BL 1, (b) BL 2 Perbedaan yang terlihat jelas pada kedua gambar hasil analisis LUSAS yaitu defleksi. Defleksi balok BL1 lebih besar disbanding balok BL2. 5.3 Perbandingan Eksperimental dengan Analisis Software LUSAS Perbandingan Hubungan Beban dan Defleksi Eksperimental dengan Sofware LUSAS BL 1 2500 2000 ) g k ( 1500 n a b e B 1000 LUSAS EKSPERIMEN 500 0 0 10 20 30 Defleksi (mm) 40 50 60 (a)
Perbandingan Hubungan Beban dan Defleksi Eksperimental dengan Sofware LUSAS BL 2 3500 3000 ) g k ( 2500 2000 n a b e B 1500 1000 LUSAS EKSPERIMEN 500 0 0 10 20 30 Defleksi (mm) 40 50 60 (b) Gambar 5.6 Grafik Hubungan Beban dengan Defleksi Balok Lusas dan Eksperimental (a) BL1. (b) BL2) Berdasarkan hasil eksperimen dan pemodelan yang telah dilakukan didapatkan perbandingan grafik seperti Gambar 5.6. Perbedaan hasil kedua metoda penelitian yaitu kemampuan balok dalam menahan beban lebih besar dan kekakuan balok. Beban yang didapatkan dari hasil eksperimental lebih besar dari pada analisis menggunakan software LUSAS. Pembebanan yang didapat dari analisis software LUSAS tidak diketahui mengapa pembebanan tidak dapat diteruskan sehingga tidak diketahui beban runtuh balok. Kekakuan balok dapat dilihat dari kenaikan beban yang diikuti dengan kenaikan defleksi yang terjadi. Software LUSAS menunjukan kenaikan pembebanan diikuti kenaikan angka defleksi yang cenderung lebih kecil dari defleksi eksperimental pada saat nilai pembebanan yang sama. 57
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Berdasarkan eksperimen dan pemodelan menggunaka software LUSAS didapatkan hasil penelitian mengenai perilaku terhadap pembebanan dan kemampuan balok dalam menahan beban yang dapat disimpulkan seperti di bawah ini. a) Perilaku berupa pola retak yang didapatkan kedua balok memiliki kegagalan terbesar pada tumpuan balok kantilever atau pada sambungan. Kegagalan terjadi akibat momen yang diterima melebihi momen maksimal balok. Perbedaan perilaku yang terjadi adalalah pada balok BL1 kegagalan berupa retak halus yang menyebar langsung ke daerah tumpuan sampai pada sambungan, kemudian retakan pada titik yang sama di daerah tumpuan balok mengalami perpanjang, sedangkan pada sambungan mengalami pelebaran retak. Pola munculnya retakan yang terjadi pada balok BL2 memiliki alur yang serupa dengan balok BL1. Namun pada balok BL2 sebelum terjadi pelebaran retakan pada sambungan, retakan menyebar pada transisi perubahan dimensi antara tumpuan dan lapangan yang setelah mengalami perpanjangan retakan di daerah tersebut, kemudian retakan pada sambungan baru mengalami pelebaran. Dapat ditarik kesimpulan bahwa pelebaran pada tumpuan dapat mencegah kegagalan pada sambungan sebelum sambungan mengalami kegagalan yang parah. 58
b) Retak pertama pada balok BL1 (balok kontrol tanpa pelebaran) yaitu pada saat pembebanan sebesar 424 kg dan retak pertama balok BL2 (balok dengan pelebaran) yaitu pada saat pembebanan sebesar 595 kg. Adapun beban maksimum yang didapat dari eksperimen yaitu balok BL1 sebesar 2.067,93 kg dan balok BL2 sebesar 3.000,5 kg. Dapat disimpulkan bahwa balok BL2 memiliki ketahanan terhadap beban 154% lebih besar dibanding balok BL1. c) Defleksi akhir yang terjadi pada balok BL1 sebesar 56,33 mm dan balok BL2 sebesar 54,97 mm. Apabila dilihat dari grafik perbandingan hubungan beban dan defleksi kedua balok maka disimpulkan bahwa balok BL2 lebih kaku dibandingkan balok BL1. d) Hasil analisis software LUSAS didapatkan nilai beban maksimum dan defleksi kedua balok. BL1 memiliki beban maksimum 1.783,894 kg dengan defleksi 23,1 mm dan BL2 memiliki beban maksimum 2.755,474 kg dengan defleksi 20,3 mm. Dari hasil analisis yang didapatkan meyakinkan bahwa balok BL2 lebih kuat 154% dari BL1 dalam menahan beban dan lebih kaku. e) Perbedaan yang didapat dari kedua metoda penelitian yaitu kekakuan dan beban maksimum yang didapat. Kekakuan balok dari hasil analisis menggunakan software LUSAS cenderung lebih kaku apabila dibandingkan dengan hasil eksperimen, namun untuk beban maksimum hasil eksperimen memiliki nilai yang lebih besar daripada hasil analisis menggunakan software LUSAS. 59
6.2 Saran Penelitian yang telah dilakukan bukanlah penelitian yang sempurna, maka apabila suatu saat dilakukan penelitian lebih lanjut diharapkan dapat memperbaiki atau menambahkan kekurangan yang sudah terjadi. Berikut adalah saran untuk penelitian selanjutnya. a) Dalam merancang balok lebih baik tidak hanya dimensi yang disamakan, tetapi ada variable perhitungan juga yang disamakan seperti misalnya momen negatif atau bebannya. b) Saat melakukan pengujian, pastikan bahwa prosedur pengujian sudah benar, sehingga data yang dihasilkan dari benda uji dapat dipakai secara maksimal. 60
DAFTAR PUSTAKA Dady, Y.T., Sumajouw, M.D.J., Windah, R.S., 2015, Pengaruh Kuat Tekan Terhadap Kuat Lentur Balok Beton Bertulang, Jurnal Sipil Statik vol 3, No.5, 341-350 Hassoun, N.M., Al-Manaseer, A., 2015, Structural Concrete Theory and Design Sixth Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. Hernowo, S., Lisantono, A,. 2016, Rertrofitting Sambungan Kolom-Balok Beton Bertulang, Forum Teknik vol.37, No.1. MacGregor, J.G., 2015, Design of Reinforced Concrete 10th Edition, Prentice- Hall International, Inc. MacGregor, J.G., 1997, Reinforced Concrete : Mechanics and Design 3rd Ed, Prentice-Hall International, Inc. SNI 03-2847-2002, 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung Beta Version, Bandung. SNI 2847:2013, 2013, Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung, Badan Strandarisasi Nasional. SNI 03-2843-2000, 2000, Tata Cara Pembuatan Rencana Campuran Beton Normal, Badan Standarisasi Nasional. SNI 03-4431-2011, 2011, Cara Uji Kuat Lentur Beton non-serat dengan Dua Titik Pembebanan, Badan Standarisasi Nasional. Soembandono, B., Triwiyono, A., Muslikh, 2011, Perbaikan Balok Beton Bertulang dengan Metode Jacketing dengan Bahan Ferosemen Akibat Beban Siklik pada Beban Ultimit, Jurnal Ilmiah Semesta Teknik vol. 14, No. 2, 166-176. Tjokrodimultjo, 2007, Teknologi Beton, KMTS FT UGM, Yogyakarta.
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DATA PENGUJIAN BALOK BL 1 1KeteranganBelum terjadi retakanRetakan menyebar dan melebar ke arah tumpuanRetakan mulai menyebar dan melebar di daerah sambungan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN 1Keterangan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN 1Keterangan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN maxBL 1Keterangan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DATA PENGUJIAN BALOK BL 2 2KeteranganBelum terjadi retakanRetak menyebar di daerah lapanganRetak menyebar ke daerah tumpuan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN menyebar ke sambunganBL 2Keterangan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN melebar pada daerah transisi dimensi tumpuan dan lapanganBL 2Keterangan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN maxRetak melebar pada sambunganBL 2Keterangan
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DATA PENGUJIAN MODULUS ELASTISITAS BETON Beban (kgf)ΔP (0.001)teganganregangan (x10^-4)00.000005000.0030.2777070060.74452772110000.0030.5554140130.74452772115000.0040.8331210190.99270362820000.0051.1108280251.24087953525000.0051.3885350321.24087953530000.0061.6662420381.48905544235000.0061.9439490451.48905544240000.0072.2216560511.7372313545000.0072.4993630571.7372313550000.0072.7770700641.7372313555000.0083.054777071.98540725760000.0083.3324840761.98540725765000.0093.6101910832.23358316470000.0093.8878980892.23358316475000.0104.1656050962.48175907180000.0114.4433121022.72993497885000.0124.7210191082.97811088590000.0124.9987261152.97811088595000.0135.2764331213.226286792100000.0155.5541401273.722638606105000.0165.8318471343.970814513110000.0186.109554144.467166327115000.0196.3872611464.715342235120000.0216.6649681535.211694049125000.0246.9426751595.95622177130000.0257.2203821666.204397677135000.0287.4980891726.948925398
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DATA PENGUJIAN MODULUS ELASTISITAS BETON Beban (kgf)ΔP (0.001)teganganregangan (x10^-4)00.00000.4419988045000.0040.2777070060.99260509210000.0090.5554140132.23336145715000.0140.8331210193.47411782220000.0171.1108280254.21857164125000.0211.3885350325.21117673330000.0271.6662420386.70008437135000.0311.9439490457.69268946340000.0372.2216560519.18159710245000.0412.49936305710.1742021950000.0472.77707006411.6631098355000.0523.0547770712.903866260000.0573.33248407614.1446225665000.0623.61019108315.3853789370000.0663.88789808916.3779840275000.0734.16560509618.1150429380000.0784.44331210219.355799385000.0834.72101910820.5965556690000.0894.99872611522.085463395000.0965.27643312123.82252221100000.1045.55414012725.80773239105000.1075.83184713426.55218621110000.1146.1095541428.28924512115000.1206.38726114629.77815276120000.1276.66496815331.51521167125000.1356.94267515933.50042186130000.1417.22038216634.9893295135000.1517.49808917237.47084223
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DATA PENGUJIAN MODULUS ELASTISITAS BETON Beban (kgf)ΔP (0.001)teganganregangan (x10^-4)0000.6377655855000.0010.2777070060.24860779610000.0060.5554140131.49164677815000.0120.8331210192.98329355620000.0191.1108280254.7235481325000.0261.3885350326.46380270530000.0331.6662420388.20405727935000.0391.9439490459.69570405740000.0472.22165605111.6845664345000.0522.49936305712.9276054150000.062.77707006414.9164677855000.0663.0547770716.4081145660000.0753.33248407618.6455847365000.0833.61019108320.634447170000.0883.88789808921.8774860875000.0974.16560509624.1149562580000.1014.44331210225.1093874385000.1094.72101910827.098249890000.1174.99872611529.0871121795000.1255.27643312131.07597454100000.1355.55414012733.56205251105000.145.83184713434.80509149110000.1486.1095541436.79395386115000.1566.38726114638.78281623120000.1656.66496815341.0202864125000.1736.94267515943.00914877130000.1797.22038216644.50079554135000.1897.49808917246.98687351
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DATA PENGUJIAN KUAT TARIK BELAH BETON TB (kg)Kuat Tarik Belah (Mpa)KodeDiameter (cm)Tinggi (cm)Beban (KN) DATA PENGUJIAN KUAT TARIK BAJA P10 8.8461.344296224032108.6859.143784210029608.7760.376626522103115Diameter (mm)Luas PenampangBeban Leleh (kgf)Beban Putus (kgf) DATA PENGUJIAN KUAT TEKAN BRTON (mm)Kuat Tekan (kgf)Kuat Tekan (Mpa)
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN GAMBAR BALOK DI PROYEK YUDHISTIRA TOWER BEKISTING SIAP PAKAI
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN PROSES PENULANGAN BALOK PROSES PENGECORAN BALOK DAN SILINDER
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK BENDA UJI SILINDER BETON DAN BAJA TULANGAN BALOK SIAP UJI
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN SET UP BENDA UJI SET UP DATA LOGGER
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DETAIL POLA RETAK BALOK BL 1
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DETAIL POLA RETAK BALOK BL 1
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DETAIL POLA RETAK BALOK BL 1
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DETAIL POLA RETAK BALOK BL 2
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DETAIL POLA RETAK BALOK BL 2
LAMPIRAN DOKUMENTASI PENELITIAN DETAIL POLA RETAK BALOK BL 2