ANALISA LENTUR DAN EKSPERIMENTAL PENAMBAHAN MUTU BETON PADA DAERAH TEKAN BALOK BETON BERTULANG TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
KHIBRAN SAMUDRA 09 0404 166
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penelitian yang ada pada saat ini berpengaruh kepada bagaimana cara menciptakan suatu konstruksi yang kuat, aman dan murah dengan memanfaatkan teori-teori yang ada. Berdasarkan diagram tegangan tekan disebutkan bahwa balok beton bertulang mengalami lentur murni pada saat diberikan beban hingga mencapai batas runtuhnya, dimana tegangan tekan ditahan oleh balok sepanjang dari garis netral ke serat atas balok dan tegangan tarik ditahan oleh baja. Ditinjau dari fungsi beton pada balok beton bertulang, dikatakan bahwa pada daerah tarik ditahan oleh tulangan baja dan daerah tekan ditahan oleh beton, maka dari itu perlu dilakukan penelitian menambahkan mutu beton pada bagian tekan untuk meningkatkan kapasitas lentur balok beton bertulang. Dalam penelitian ini untuk pengujian lentur dilakukan pada 2 buah balok beton bertulang, yang terdiri atas 1 buah balok beton bertulang normal (dalam satu balok terdiri dari satu mutu beton yang sama), dan balok beton bertulang yang lainnya merupakan balok beton bertulang berlapis (dimana dalam satu balok terdapat 2 lapisan beton yang berbeda mutu betonnya, pada lapisan awal bagian tarik mutu betonnya sama dengan balok beton bertulang normal, dan lapisan kedua bagian tekan dengan mutu beton yang lebih tinggi dari pada bagian tarik). Hasil pengujian menunjukkan bahwa balok beton bertulang berlapis mengalami penurunan lendutan dan regangan sebesar 10.52 % dan 6,3 % serta peningkatan kapasitas lentur balok beton bertulang sebesar 6,25 %. Dari hasil pengujian dapat diambil kesimpulan bahwa pengaruh beton pada bagian tekan balok beton bertulang sangat berpengaruh dalam mengurangi lendutan yang terjadi. Kata kunci: Balok Beton Bertulang, Normal, Berlapis, Lendutan, Regangan, Kapasitas Lentur.
i Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “ANALISA LENTUR DAN EKSPERIMENTAL PENAMBAHAN MUTU BETON PADA DAERAH TEKAN BALOK BETON BERTULANG” ini dimaksudkan untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala, tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T., sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan, serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Bapak Ir. Robert Panjaitan, dan Ir. Torang Sitorus,M.T., sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orangtua, Irawan Sungkono dan Chairiah Yulia Siregar., yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya untuk saya selama ini. serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu
saya
dalam
menyelesaikan
tugas
akhir
ini.
ii Universitas Sumatera Utara
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa: Fauzi ‘10, Rahmad ‘10, Bagus ’12, Nanda ’12, Zulfikar '12. 8. Seluruh staf pegawai kak Lince, Kak Dina, Kak Dewik, Bang Julpan, Bang Jul KP, Bang Edi , Bang Amin dan Wong Tuo Penunggu Beton dan juga semua pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Seluruh keluarga saya sipil 2009 yang telah sangat banyak membantu saya mulai dari awal proses pengerjaan tugas akhir :Bambang Kennedy, Gustara Iqbal, Ade Septiawan, Tama Husein (Saddam), Odoy, Dicky, Sandy, Kirun, Irsyad, Hafiz Lida, Pandu, Rizky Utama, Rizky Tamba, Perkasa Damanik, Dewik, Posma Nikolas Hutabarat, Mario, Ableh, Bang Alle, dan semuanya. 10. Teman-teman seperjuangan yang sudah duluan tamat. 11. Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis selama pengerjaan tugas akhir ini: Bang Gejond , Bang Indra , Muis, Lumajun, Suryadi, Acong, Puter, yang selalu memberi canda dan tawa serta temaan-teman lainya yang tidak bisa dituliskan satu-persatu yang lainya. 12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan
dengan
baik.
3 3 3 Universitas Sumatera Utara
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Juni 2015 Penulis
( Khibran Samudra )
4 4 Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................................ i KATA PENGANTAR .............................................................................………………... ii DAFTAR ISI ....................................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... ix DAFTAR GRAFIK ........................................................................................................... xi DAFTAR TABEL ........................................................................................................... xiii DAFTAR NOTASI .......................................................................................................... xiv BAB I
BAB II
PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1
Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .......................................................................
4
1.3
Tujuan Penelitian ...........................................................................
4
1.4
Batasan Masalah ............................................................................
5
1.5 Sistematika Penulisan.....................................................................
6
1.6
Metode Penelitian ..........................................................................
7
1.7 Pelaksanaan Penelitian ..................................................................
7
TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 13 2.1. Umum ............................................................................................... 13 2.2. Bahan Yang Digunakan ................................................................... 13 2.2.1 Semen Portland ....................................................................... 13 2.2.2 Agregat ..................................................................................... 18 2.2.3 Air ............................................................................................. 20 2.2.4 Bahan Tambah (Additive) ......................................................... 21 5 5 Universitas Sumatera Utara
2.2.5 Beton Berlapis .........……………………..………................. 23 2.3. Sifat Beton ………………………...………..……………................ 23 2.3.1 Kuat Tekan ……………..……………….…………………… 23 2.3.2 Kuat Tarik ……………………..……..………………………. 25 2.3.3 Kuat Geser ……………..……..……………………………… 25 2.3.4 Rangkak …………………………..……..…………………… 26 2.3.5 Susut ………………………..……..………………................. 26 2.4. Perilaku Tegangan-Regangan Beton …..………..…………………. 27 2.5. Regangan Tegangan Balok Beton Bertulang ……………..……….. 29 2.6. Balok Beton Bertulang ……………...…………….……………….. 29 2.6.1 Baja Tulangan …………………………………....…………... 30 2.6.2 Analisa Balok Beton Bertulang ……..…………..…………… 31 2.6.2.1 Analisa Balok Terlentur Tulangan (Tunggal) ……………... 32 2.6.2.2 Analisis Balok Terlentur Tulangan(Rangkap) …………….. 34 2.6.2.3 Tulangan Geser …………………..…..…...………………... 36 2.7. Retak ……………………………………..………..……………….. 37 2.8. Lendutan ……………………………………….…………………... 39 2.8.1 Perhitungan Lendutan ………………………..…..................... 40 2.8.2 Momen Inersia Penampang Retak ………………….………... 42 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 43 3.1 Perhitungan Benda Uji Balok Beton Bertulang ................................ 43 3.2
Perencanaan Campuran Beton ……………………………………... 48 3.2.1 Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder……….................. 48 6 6 Universitas Sumatera Utara
3.2.2 Perencanaan Campuran Benda Balok Beton Bertulang ..……. 48 3.2.2.1 Benda Uji Balok Beton Bertulang Normal ......……. 48 3.2.2.2 Benda Uji Balok Beton Bertulang Berlapis .............. 50 3.2.3 Persiapan Pembuatan Benda Uji ………..…………………… 51 3.2.3.1 Persiapan Pembuatan Benda Uji Silinder .…………… 51 3.2.3.2
Persiapan
Pembuatan
Benda
Uji
Balok
Beton
Bertulang ………………...………….………………. 53 3.2.4 Pengecoran Benda Uji ...…………….………….......………... 54 3.2.5 Perawatan Benda Uji Pasca Pengecoran ……………….……. 58 3.3 Pengujian Kuat Tekan Beton …………………………...………….. 60 3.4
Pengujian Kuat Tarik Beton ………..………….………………...… 62
3.5 Pengujian Kuat Lentur ……………………………………………... 63 3.6 Bagan alir Percobaan …………………………………………..…... 64 BAB IV
ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN .………..... 66 4.1. Hasil Pengujian Kuat Tekan dan Kuat Tarik ………………………. 66 4.1.1 Kuat Tekan Silinder Beton …..………………..……………... 66 4.1.2 Kuat Tarik Belah Silinder Beton ……………………..……… 68 4.2. Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang ……..….…………….. 70 4.3. Lendutan Balok Secara Teori ..…….…………….……………….. 72 4.4. Pengujian Regangan Balok Beton Bertulang ……..……………….. 92 4.5. Hubungan Tegangan-Regangan ……………..…….…..………….. 90 4.5.1 Hubungan Tegangan - Regangan Beton Balok Beton Bertulang………………………………………….………. 90
vii Universitas Sumatera Utara
4.5.2 Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik Balok Beton Bertulang …………………………..……............................ 93 4.6. Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang ……..…………………... 95 4.7. Retak Balok Beton Bertulang……………………………………... 103 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ……………..……................................ 106 5.1 Kesimpulan …………………..………………..……….....……….. 106 5.2 Saran …………………...……………………...……..………..….. 116
DAFTAR PUSTAKA ……………………...……………………….……………...….. 107 LAMPIRAN ……………….……………………...………………..…….…………….. xv
88 88 Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR No
Judul
Hal
1.1
Momen dan Lintang dalam Kondisi Lentur Murni
3
1.2
Diagram Tegangan Tekan Penampang Balok
3
1.3
Potongan Memanjang Benda Uji Balok Beton Bertulang
8
1.4
Potongan Memanjang Benda Uji Balok Beton Bertulang
8
1.5
Pembebanan dan perletakan dial indikator pada balok beton bertulang normal
9
2.1
Hubungan Tegangan dan Regangan Benda Uji Beton
24
2.2
Hubungan Tegangan-Regangan Linear
28
2.3
Hubungan Tegangan-Regangan Non Linier
28
2.4
Deformasi Lentur Balok Beton Bertulang
29
2.5
Diagram Tegangan Regangan Seimbang
31
2.6
Balok Tegangan Ekivalen Whitney
32
2.7
Analisa Balok Bertulangan Rangkap
35
2.8
Retak pada Balok
38
3.1
Sketsa Perencanaan Balok Beton Bertulang
43
3.2
Sketsa Pembebanan Balok Beton Bertulang
47
3.3
Sketsa Perencanaan Balok Beton Bertulang Normal
48
3.4
Sketsa Perencanaan Balok Beton Bertulang Berlapis
50
3.5
Cetakan Benda Uji Silinder
52
3.6
Bahan Adukan Benda Uji
52
3.7
Dimensi Balok Beton Bertulang Normal
53
3.8
Dimensi Balok Beton bertulang Berlapis
53
3.9
Proses Pengadukan Campuran Beton
55
3.10
Pengujian Slump
55
3.11
Proses Pengecoran
56
9 9 Universitas Sumatera Utara
3.12
Beton setelah diratakan dengan sendok semen
56
3.13
Pengecoran beton lapisan pertama
57
3.14
Perawatan Benda Uji Balok
59
3.15
Perawatan Benda Uji setelah cetakan dilepas
59
3.16
Benda Uji Silinder
60
3.17
Penimbangn Benda Uji
61
3.18
Pengujian Kuat Tekan Silinder Beton
61
3.19
Pengujian Kuat Tarik Silinder Beton
62
3.20
Benda Uji Silinder yang Telah Terbelah
62
3.21
Dial Indicator
63
3.22
Alat Pompa dan hydraulic Jack
64
3.23
Selang Hydraulic dan Manometer
64
4.1
Positioning Dial Indicator Lendutan
70
4.2
Pembebanan Terpusat Beton Normal
73
4.3
Momen Sebagai Muatan Pada Balok Berlapis
81
4.4
Penampang Transformasi
82
4.5
Suatu Elemen dari Papan yang Melengkung
92
4.6
Diagram Regangan Balok Beton Bertulang Normal
86
4.7
Diagram Regangan Balok Beton Bertulang Berlapis
87
4.8 4.9 4.10 4.11
1 0 1 Universitas Sumatera Utara 0
DAFTAR GRAFIK
No
Judul
Hal
4.1
Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang Normal
71
4.2
Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang Berlapis
72
4.3
Hubungan Beban-Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Teori pada Balok Beton Bertulang Normal
80
4.4
Hubungan Beban-Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Teori pada Balok Beton Bertulang Berlapis
89
4.5
Hubungan Beban-Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
90
4.6
Hubungan Beban-Lendutan Berdasarkan Hasil Perhitungan Teori pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
91
4.7
Hubungan Beban-Regangan Beton (εc) pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
88
4.8
Hubungan Beban-Regangan Tulangan Tarik (εs) pada Balok Beton Normal dan Berlapis
89
4.9
Hubungan Tegangan-Regangan Beton ( ) pada Balok Beton Bertulang Normal
91
4.10
Hubungan Tegangan-Regangan Beton( )pada Balok Beton Bertulang Berlapis
92
4.11
Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik ( ) pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
92
4.12
Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik ( ) pada Balok Beton Bertulang Normal
94
4.13
Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik ( ) pada Balok Beton Bertulang Berlapis
94
4.14
Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik ( ) pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
95
4.15
Hubungan Beban-Tegangan Lentur pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
102
1 1 1 Universitas Sumatera Utara 1
DAFTAR TABEL No
Judul
Hal
1.1
Rencana Benda Uji Silinder
12
2.1
Komposisi Senyawa Kimia Semen Portland
16
2.2
Batasan Gradasi pada Agregat Halus
19
2.3
Syarat Gradasi Agregat Kasar Berdasarkan ASTM
20
2.4
Tegangan Leleh dan kuat Tarik Minimum Baja Tulangan
31
2.5
Lebar Retak Maksimum yang Diizinkan
38
2.6
Perhitungan Lendutan Maksimum yang Diizinkan
39
2.7
Perhitungan Lendutan pada Beberapa Tumpuan
40
3.1
Komposisi Rencana Benda Uji Balok Beton Berlapis
51
4.1
Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton
66
4.2
Hasil Pengujian Kuat Tarik Belah Beton
68
4.3
Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang Normal
70
4.4
Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang Berlapis
71
4.5
Data Hasil Lendutan Pengujian dan Lendutan Teori Balok Beton Bertulang Normal
79
4.6
Data Hasil Lendutan Pengujian dan Lendutan Teori Balok Beton Bertulang Berlapis
89
4.7
Data Hasil Lendutan Pengujian Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
90
4.8
Data Hasil Lendutan Teoritis Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
91
4.9
Hasil Perhitungan Regangan Tekan Beton ( ) dan Regangan Tulangan Tarik (εs) pada Balok Beton Bertulang Normal
95
4.10
Hasil Perhitungan Regangan Tekan Beton ( ) dan Regangan Tulangan Tarik (εs) pada Balok Beton Bertulang Berlapis
96
4.11
Hubungan Tegangan-Regangan Beton pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
100
xii Universitas Sumatera Utara
4.12
Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik pada Balok Beton Bertulang Normal dan Berlapis
102
4.13
Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang Normal
108
4.14
Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang Berlapis
109
13 13 13 Universitas Sumatera Utara 13
DAFTAR NOTASI
f’c
: Kekuatan tekan (N/mm²)
P
: Beban tekan (kg)
A
: Luas permukaan benda uji (cm²)
SD
: Deviasi standar (kg/cm²)
n
: Jumlah total benda uji hasil pemeriksaan / jumlah data
ft
: Kuat tarik belah (N/mm²) : Tegangan Beton (MPa)
Ec
: Modulus elastis beton (MPa)
Es
: Modulus elastis baja tulangan (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)
Mr
: Momen tahanan (Nmm)
z
: Jarak antara resutante tekan dan tarik (mm)
c
: Jarak serat tekan terluar ke garis netral (mm)
fy
: Tegangan luluh tulangan (MPa)
Asb
: Luas tulangan balok seimbang (mm²)
ρ
: Ratio penulangan
d
: Tinggi efektif balok (mm)
b
: Lebar balok (mm)
β1
: Konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton : Momen inersia efektif (mm⁴) : Momen beban layan maksimum yang terjadi pada kondisi yang diharapkan
14 14 14 Universitas Sumatera Utara
: Momen inersia penampang (mm⁴) r
: Momen inersia transformasi pada penampang retak (mm⁴) r
: Momen retak (Nmm) : Modulus retak beton (MPa) = 0,7√ ′
fr yt
: baja) Jarak=dari garis netral penampang utuh ke serat tepi tertarik (mengabaikan tulangan 1/2ℎ
q
: Berat sendiri balok (N/mm) ′
s
: Regangan tulangan tekan : Regangan tulangan tarik : Regangan beton
Mn
: Momen nominal (Nmm)
Δ : Lendutan (mm) fc
: Tegangan beton (N/mm²)
fs
: Tegangan tulangan tarik (N/mm²)
W
: Luas Bidang Momen
15 15 Universitas Sumatera Utara
