ANALISA PELAT BETON BERTULANG YANG DIPERKUAT DENGAN FIBER REINFORCED POLYMER (FRP) (STUDY LITERATUR)
TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Oleh:
ZULFARIZA 030404049
SUB JURUSAN : STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Pada pelaksanaan suatu proyek, faktor utama yang harus diperhatikan adalah kekuatan dari bangunan itu sendiri yang didukunng oleh faktor ekonomis, efisien dan estetika bangunan yang direncanakan. Untuk negara-negara yang sedang berkembang seperti Indonesia dalam mengejar ketertinggalannya maka dibutuhkan sarana dan prasarana yang dibangun dengan cepat tanpa mengabaikan aspek keindahan, kenyamanan dan keamanan strukturnya khususnya dari pengaruh gempa dan pembebanan. Penelitian ini merupakan studi literatur yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh perkuatan FRP terhadap kekuatan lentur pada pelat beton bertulang dengan terlebih dahulu menguraikan secara umum tentang teori pelat. Adapun pelat beton yang diteliti adalah pelat dengan dukungan balok ( bukan pelat datar). Dalam penelitian ini digunakan metode menganalisa dengan membandingkan hasil analisa pelat sebelum perkuatan dan setelah perkuatan dengan menggunakan FRP. Permasalahan yang timbul adalah ketika struktur tersebut menerima beban yang lebih besar dari beban yang direncakan (Mu>Md), sehingga struktur tersebut membutuhkan perkuatan untuk dapat memikul beban yang ada. Perkuatan (strenghtning) merupakan suatu alternativ untuk meningkatkan kapasitas struktur dalam memikul beban. Metode perkuatan ini menggunakan bahan FRP (Fiber Reinforced Polymer) yang merupakan komposit yang terdiri dari serat-serat carbon, aramid, dan glass (kaca). Dimana seratserat tersebut memiliki tegangan tarik yang sangat tinggi bila dibandingkan dengan tulangan baja biasa. Analisa menggunakan metode yang ada di SK SNI 1991 dan ACI Committee , setelah melakukan penelitian secara analitis dan numeris ternyata ada peningkatan momen yang cukup signifikan pada pelat yang diperkuat.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, Puji dan Syukur saya panjatkan kepada Allah SWT atas berkat Rahmat dan Karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik, Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara (USU). Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui Tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada : 1. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT dan Bapak Ir. Robert Panjaitan selaku Dosen Pembimbing saya yang telah meluangkan waktu, tenaga dan fikiran untuk memberikan dukunga dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr.Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak / Ibu Staff pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar dalam mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis. 5. Seluruh
pegawai
administrasi
yang
telah
memberikan
bantuan
dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Ayahanda, Ibunda dan segenap keluarga khususnya bang Jon Kennedi yang telah banyak berkorban demi penyelesaian pendidikan saya. 7. Rekan-rekan Mahasiswa Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara, Arman, Rustam, Sahdan,Ardani, Masana Bangun, Ade satria dan yang lainnya tanpa saya sebutkan namanya satu persatu yang telah memberikan masukan dan motivasi yang positif buat saya.
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhiir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritikan yang positifdemi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan pen ulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khusunya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.
Medan, Penulis
2009
Zulfariza Lubis
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR........................................................................................................i ABSTRAK ...................................................................................................................... iii DAFTAR ISI ....................................................................................................................iv DAFTAR NOTASI ........................................................................................................ vii DAFTAR TABEL ............................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR.........................................................................................................x BAB I. PENDAHULUAN ........................................................................................... I-1 I.1. Umum........................................................................................................ I-1 I.2. Latar Belakang Masalah........................................................................... I-1 I.3. Maksud Dan Tujuan .................................................................................. I-2 I.4. Pembatasan Masalah ................................................................................. I-2 I.5. Metode Penelitian...................................................................................... I-3 BAB II. TEORI DASAR PELAT ................................................................................II-1 II.1. Teori Dasar Elastis Linier .......................................................................II-1 II.2. Komponen Tegangan ..............................................................................II-2 II.3. Komponen Regangan..............................................................................II-5 II.4. Hubungan Tegangan-Regangan..............................................................II-7 II.5. Perilaku Umum Pelat Terlentur ............................................................II-10 II.6. Hubungan Regangan- Kelengkungan ...................................................II-12 II.7. Tegangan dan Resultan Tegangan ........................................................II-14 II.8. Variasi Tegangan Di Dalam Pelat.........................................................II-19 II.9. Persamaan Lendutan Pelat ....................................................................II-21 II.10. Beberapa Syarat Batas ........................................................................II-22
BAB III
PERBAIKAN DAN PERKUATAN STRUKTUR ................................... III-1 III.1. Umum ............................................................................................... III-1 III.2. Investigasi......................................................................................... III-2
Universitas Sumatera Utara
III.3. Evaluasi ............................................................................................ III-4 III.4. Metode Perbaikan ............................................................................. III-4 III.5. Material Perbaikan............................................................................ III-6 III.6. Metode Perkuatan ............................................................................. III-8 III.7. Pelaksanaan Perbaikan Dan Perkuatan............................................. III-9 III.8. Fiber Reinforce Polymer ................................................................ III-10 III.8.1. Keuntungan dan Kerugian FRP Secara Umum .................. III-10 III.8.2. Beberapa Penelitian Tentang FRP...................................... III-12 III.9. Material Perkuatan.......................................................................... III-13 III.9.1. Komponen – komponen Komposit..................................... III-14 III.9.2. Durabilitas FRP .................................................................. III-17 III.10. Analisa dengan Program Lusas V. 14. 03 .................................... III-18
BAB IV. APLIKASI ................................................................................................... IV-1 IV.1. Penampang Pelat Beton Bertulang Tanpa FRP Secara Teoritis................................................................................. IV-1 IV.2. Penampang Pelat Beton Bertulang Dengan FRP Secara Teoritis................................................................................. IV-4 IV.3 Penampang Pelat Beton Tanpa FRP (Program Lusass) ................... IV-6 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... V-1 DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
Luas penampang
P
Gaya aksial
σx, σy, σz
Komponen- komponen tegangan yang sejajar dengan sumbu x, y, z
τ
Tegangan geser
u, v, w
Komponen- komponen perpindahan
ε
Regangan
E
Modulus elastisitas pada tarikan dan tekanan
υ
Poisson Ratio
G
Modulus Geser
γ
Regangan Geser
e
Pertambahan Volume
D
Ketegaran Lentur Dari Pelat
r, θ
Koordinat Kutub
x, y, z
Koordinat persegi panjang
Mx, My, Mz
Momen-momen lentur per panjang satuandari potongan pelat yang tegak lurus dengan sumbu x, y, z
Nx, Ny
Gaya-gaya normal persatuan panjangdari potongan pelat yang tegak lurus terhadap arah-arah x dan y
Qx, Qy,
Gaya-gaya geser yang sejajar dengan sumbu z persatuan panjang dari potongan pelatyang tegak lurus terhadap sumbu-sumbu x dan y
Ffe, Fs
Tegangan ijin FRP dan tegangan ijin baja tulangan
F’c
Kuat tekan beton
ρf , ρs
Ratio penulangan FRP dan ratio penulangan dengan baja
Lx, Ly
Panjang bentang arah x dan y
b
Lebar penampang pelat
h
Tebal pelat
d
Tinggi effektif
qu
Beban ultimit
ttf
Tebal FRP
km
Factor pengali untuk membatasi regangan pada FRP
d
Tinggi effektif penampang pelat
penampang pelat
Universitas Sumatera Utara
β
Faktor reduksi kekuatan
Ψ
Faktor reduksi tambahan untuk FRP
Ø
Diameter tulangan baja
a
Tinggi blok tegangan tekan penampang pelat
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 : Perbandingan Performancce Bahan untuk Perbaikan ......................III-7 Tabel 3.2 : Perbandingan Performance FRP ....................................................III-13 Tabel 3.3 : Sifat Mekanis Material ...................................................................III-15 Tabel 3.4 : Sifat Material..................................................................................III-17 Tabel 4.1 : Momen Untuk Pelat 2 Arah..............................................................IV-2 Tabel 4.2 : Hasil Perhitungan ...........................................................................IV-17
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Respon Suatu Benda Elastis Terhadap Gaya Luar ...................... II-1 Gambar 2.2 : Metode Irisan............................................................................... II-2 Gambar 2.3 : Elemen Tiga Dimensi ..................................................................II-3 Gambar 2.4 : Deformasi Suatu Benda ...............................................................II-5 Gambar 2.5 : Distribusi Sudut yang Diproyeksikan..........................................II-6 Gambar 2.6 : Type Konstruksi Pelat Lantai ....................................................II-11 Gambar 2.7 : Geometri Elemen Pelat..............................................................II-12 Gambar 2.8 : Sumbu Lokal Puntir Elemen Pelat.............................................II-14 Gambar 2.9 : Komponen – Komponen Tegangan Pelat..................................II-15 Gambar 2.10 : Komponen Gaya Dan Momen Elemen Pelat.............................II-20 Gambar 2.11 : Tranpormasi Puntir Mxy ...........................................................II-23 Gambar 3.1 : Perbedaan Sifat Fiber dan Baja ................................................III-15 Gambar 3.2 : Jenis – Jenis FRP di Jepang......................................................III-17 Gambar 3.3 : Bentuk – Bentuk Elemen Solid 3D..........................................III-22 Gambar 3.4 : Geometri Elemen Interface.......................................................III-26 Gambar 3.5 : Jenis Mode Patah Elemen Interface..........................................III-28 Gambar 3.6 : Material Interface .....................................................................III-28 Gambar 3.7 : Parameter Interface...................................................................III-29 Gambar 4.1 : Plat Lantai dengan Tumpuan Jepit .............................................IV-1 Gambar 4.2 : Pemodelan FRP dengan Program Lusass ...................................III-7 Gambar 4.3 : Elemen Beton yang digunakan ...................................................IV-7 Gambar 4.4 : Elemen FRP................................................................................IV-8 Gambar 4.5 : Model Pembebanan ....................................................................IV-8 Gambar 4.6 : Pemodelan Tumpuan Sendi .......................................................IV-9 Gambar 4.7 : Pembagian Mesh Pada Plat Beton ..............................................IV-9 Gambar 4.8 : Pembagian Mesh Pada Elemen Interface .................................IV-10
Gambar 4.9
: Properti Beton yang digunakan ..............................................IV-10
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 : Properti FRP yang digunakan.................................................IV-11 Gambar 4.11 : Properti Interface yang digunakan..........................................IV-11 Gambar 4.12 : Beban yang dipakai ...............................................................IV-12 Gambar 4.13 : Diagram Tegangan Plat ..........................................................IV-13 Gambar 4.14 : Beban Batas untuk Mencapai Tegangan Beton......................IV-13 Gambar 4.15 : Tegangan Batas Beton ............................................................IV-14 Gambar 4.16 : Beban Batas Untuk Regangan beton ......................................IV-15 Gambar 4.17 : Regangan Beton .....................................................................IV-15 Gambar 4.18 : Tegangan Batas Beton ...........................................................IV-16 Gambar 4.19 : Regangan FRP Akibat Beban Batas ......................................IV-16
Universitas Sumatera Utara
