BAB II STUDI PUSTAKA

BAB II STUDI PUSTAKA

2.1

Beton Bertulang Pengertian beton adalah campuran antara

semen

portland atau semen

hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air dengan atau tanpa bahan tambah membentuk massa padat.

2.2

Kelebihan Beton Bertulang sebagai struktur Beton bertulang banyak digunakan sebagai bahan konstruksi/struktur yang

sangat penting. Jenis-jenis pekerjaan struktur yang menggunakan beton bertulang misalnya gedung, jembatan, saluran, jalan, dinding penahan tanah, bendungan, tangki, irigasi dan lain sebagainya. Beton bertulang mempunyai beberapa kelebihan yang dibutuhkan dalam pembangunan struktur yaitu: 1.

Beton mempunyai kuat tekan yang tinggi dibandingkan dengan kebanyakan material lain yang digunakan dalam struktur.

2.

Beton bertulang sangat baik digunakan dalam struktur bangunan yang bersentuhan dengan air, dalam bebarapa kasus, terlihat bahwa beton sebagai penutup menjadi pelindung yang baik terhadap tulangan di dalamnya. Di samping itu dalam peristiwa terjadinya kebakaran, struktur yang menggunakan beton sebagai bahan konstruksinya hanya mengalami kerusakan pada permukaannya dan tidak mengalami keruntuhan. 4 Universitas Sumatera Utara

5

3.

Struktur yang menggunakan beton bertulang sangat kaku/kokoh.

4.

Pemeliharaan beton bertulang tidak tinggi.

5.

Beton memiliki umur layan yang lebih tinggi, dalam hal ini beton mempunyai kemampuan yang tetap selama masih dalam batas layannya.

6.

Beton merupakan bahan yang ekonomis untuk struktur struktur seperti pondasi tapak, dinding basemen, tiang tumpuan jembatan atau bangunanbangunan sejenis yang memerlukan beban gravitasi sebagai struktur.

7.

Ciri khas beton adalah beton dapat dibentuk dalam bentuk cetakan yang sangat beragam atau dengan kata lain beton dapat dibentuk dengan bentuk yang diinginkan.

8.

Material pembentuk beton (pasir, kerikil, dan air) banyak terdapat di daerah-daerah, dan hanya memerlukan sedikit semen dan tulangan baja dari pabrikan atau tempat lain.

9.

Keahlian buruh untuk membangun konstruksi beton bertulang lebih rendah bila dibandingkan dengan keahlian buruh yang dibutuhkan untuk membangun konstruksi lain seperti konstruksi baja.

2.3

Kelemahan Beton sebagai struktur Di samping mempunyai kelebihan beton juga mempunyai kelemahan-

kelemahan seperti: 1.

Kuat tarik beton rendah, akan tetapi beton mempunyai kuat tekan yang tinggi, karena itu diperlukan tulangan untuk menahan tarik.

Universitas Sumatera Utara

6

2.

Beton memerlukan bekisting untuk menahan beton sampai beton itu mengeras. Penggunaan bekisting menyebabkan biaya yang mahal pada pembentukan beton.

3.

Beton mempunyai berat yang besar sehingga sangat berpengaruh pada struktur-struktur bentang panjang.

2.4

Material FRP Material FRP (Fiber Reinforced Plates) adalah kumpulan serat-serat fiber

yang mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Jenis fiber yang digunakan pada FRP terbuat dari glass (kaca), carbon, dan aramid. Perbedaan dari masing-masing bahan terdapat pada Tabel 2.1 ini. Tabel 2.1 Kekuatan tipikal dari Material Perkuatan (“Yasmeen Taleb Obaidat-Jurnal Structural Retrofitting of Reinforced Concrete Beams Using CFRP”) Material

Kuat Tarik (MPa)

Carbon Aramid Glass Epoxy CFRP Steel

2200-5600 2400-3600 3400-4800 60 1500-3700 280-1900

2.5

Modulus Elastisitas (GPa)

240-830 130-160 70-90 2,5 160-540 190-210

Density (kg/m3)

1800-2200 1400-1500 2200-2500 1100-1400 1400-1700 7900

Modulus Elastisitas dalam density ratio (Mm2/ s2)

130-380 90-110 31-33 1,8-2,3 110-320 24-27

Sejarah FRP Bakelite adalah jenis FRP yang pertama kali diciptakan oleh Dr. Baekelite,

seiring berkembangnya penggunaan kimia dalam pertemuan di American Chemical Society diumumkanlah bahwa penemuan itu disahkan pada 5 Pebruari 1909.


7

Perkembangan penelitian FRP pada era tahun 1930-an di Inggris di bidang industri penerbangan

oleh

Norman de Bruyne dan Owens-Illinois, sehingga

penemuan terbaru ini dipatenkan oleh perusahaan Corning. Perkembangan yang cukup signifikan pada tahun-tahun berikutnya menyebabkan variasi jenis dari FRP bertambah. Jenis Carbon pertama kali ditemukan pada tahun 1950, akan tetapi pada tahun 1960 baru berkembang di perindustrian Inggris. Sejak saat itu penggunaan FRP berkembang pesat seiring dengan kebutuhan global dan penemuan-penemuan dalam peningkatan FRP terus bertambah.

2.6

Penggunaan FRP pada Struktur Bangunan FRP dapat digunakan untuk memperkuat balok, kolom dan lantai pada

bangunan dan jembatan. FRP dapat meningkatkan kekuatan bagian struktur pada pembebanan besar. Kerusakan beton yang akan diperbaiki harus dibersihkan dari kotoran dan diisi dengan mortar atau epoxy resin. FRP untuk memperkuat struktur terhadap lentur dengan melekatkan pada daerah yang mengalami tarik, sedangkan untuk perkuatan terhadap geser, FRP dilekatkan pada badan struktur. Perkuatan pada lantai dengan melekatkan FRP di bagian bawah atau pada bagian lantai yang tertarik. Khusus untuk perkuatan kolom jenis FRP wrap yang digunakan sebagai bahan perkuatan. Prinsip dari FRP wrap ini serupa dengan penulangan spiral pada kolom.

2.7

Sika Carbodur Plates sebagai Bahan CFRP Sika CarboDur Plates termasuk pada jenis Carbon Fiber Reinforced Polymer

(CFRP), digunakan sebagai bahan untuk memperkuat struktur beton, kayu dan batu


8

bata. Jenis ini ditempelkan di bagian permukaan luar dari struktur sebagai tulangan yang berfungsi sebagai: 1.

Kegunaan dari Sika CarboDur Plates untuk memperkuat struktur: a. Akibat penambahan beban seperti: 1.

Meningkatnya kebutuhan kapasitas dari lantai dan balok.

2.

Meningkatnya kebutuhan kapasitas jembatan untuk melayani penambahan beban lalu lintas.

3.

Pemasangan mesin yang lebih besar.

4.

Menstabilkan getaran pada struktur.

5.

Memperkuat struktur akibat perubahan fungsi.

b. Kerusakan pada elemen struktur akibat: 1.

Rendahnya mutu pada material yang digunakan.

2.

Terjadinya korosi pada tulangan baja.

3.

Benturan kenderaan, kebakaran, Gempa Bumi.

c. Meningkatkan kemampuan struktur seperti: 1.

Mengurangi terjadinya lendutan.

2.

Mengurangi tegangan pada tulangan baja.

3.

Mengurangi lebar retak.

4.

Mengurangi kelelahan pada struktur.

d. Perubahan pada sistem struktur seperti: 1.

Perubahan letak dinding atau kolom.

2.

Perubahan bukaan lantai.


9

e. Kesalahan pada perencanaan seperti:

2.

1.

Kekurangan pada penulangan.

2.

Kekurangan tebal struktur.

Karakteristik dan keuntungan dari Sika CarboDur Plates

untuk

memperkuat struktur adalah: a. Tidak korosi dan mempunyai kekuatan yang sangat tinggi, tahan lama dan ringan. b. Panjang tidak terbatas, tidak memerlukan sambungan, tipis dan dapat dilapisi. c. Mudah dalam pengangkutan karena dapat digulung dan mudah dipasang pada persilangan. d. Sangat mudah dipasang terutama yang letaknya di atas. e. Tahan terhadap kelelahan. f. Persiapan dalam pemasangan tidak sulit, dapat dipasang berlapis. g. Tahan terhadap alkali, permukaan yang bersih dan diakui di banyak Negara di dunia. 3.

Tipikal Sika CarboDur Plates a. Modulus Elastisitas : 165.000 N/mm 2, tipikalnya dilihat Tabel 2.2. Tabel 2.2 Tipikal Sika CarboDur Plates (www.Sika.co.id-Product) Tipe

Lebar (mm)

Tebal (mm)

Luas (mm2)

Sika CarboDur S 512/80 Sika CarboDur S 1012/160

50 100

1,2 1,2

60 120


10

2.8

Sikadur 30 sebagai bahan perekat (Bonding) Sikadur -30 adalah bahan perekat Sika CarboDur Plates yang bersifat

adhesi. Keuntungan dari Sikadur -30 sebagai berikut: 1.

Mudah dalam pencampuran, tidak diperlukan penambahan lain.

2.

Tahan terhadap rangkak dalam pembebanan tetap.

3.

Bahan adhesi yang baik untuk beton, bata, pasangan batu, baja, besi, aluminium, kayu dengan SikaDur plates.

2.9

4.

Tahan terhadap abrasi dan kejut.

5.

Bersifat impermeable.

Analisis Geser Balok Beton Bertulang Penulangan Benda Uji dapat dilihat Gambar 2.1, tulangan untuk benda uji

dapat dilihat Tabel 2.3 dengan dimensi balok 150 x 300 mm dengan panjang konsol 500 mm. 2  13

2  13  6 -100

 6 -150

2  16

2  16

Benda Uji I

2  13

 6 -125

2  16

Benda Uji II

Benda Uji III

Gambar 2.1 Penulangan Benda Uji I, II dan III

Tabel 2.3 Benda Uji Benda Uji Benda Uji 1 Benda Uji 2 Benda Uji 3

Tulangan Tarik 2  16 2  16 2  16

Tulangan Tekan 2  13 2  13 2  13

Sengkang ( mm )  6 – 100  6 – 125 mmmm 6 – 150


11

Perhitungan kapasitas penampang dari masing-masing benda uji dihitung dengan menggunakan sitem pentabelan. Kapasitas penampang untuk beban 80% ultimit untuk Benda Uji I dicapai pada 6,4 Ton dilihat pada Gambar 2.2. ANALISIS BALOK BETON BERTULANG PENAMPANG PERSEGI ANALISIS GESER ACI 318 - 99

Informasi Data Pengujian

P As

h=30 mm

C

A's

L Data Penampang b= 15 h= d=

d' =

30 27,4 2,5

Data Tulangan Tulangan Tul. Tekan Tul. Tarik A's = As =

Sengkang

n 2 2

2,65 4,02 dia (cm) 0,6

Luas

Data Bahan

mm

400

Panjang (L ) =

Mod. Elastis (E ) =

mm mm

18.203 N/mm2 8 ton

Beban (P ) =

V M

mm

M

dia (cm) 1,3 1,6

mm2 mm2 jarak (cm) 10

0,57

u

a

=

=

Inersia (I ) = c

cm2

Data Masukan ke Perhitungan Reinforcing Yield Strength, fy = Concrete Comp. Strength, f 'c = Beam Width, b = Depth to Tension Reinforcing, d = Total Beam Depth, h = Tension Reinforcing, As = No. of Tension Bars in Beam, Nb = Tension Reinf. Bar Spacing, s1 = Clear Cover to Tension Reinf., Cc = Depth to Compression Reinf., d' = Tulangan Tekan, A's = Momen kerja, Ma = Momen Ultimit, Mu = Gaya Geser Ultimit, Vu = Total Stirrup Area, Av(stirrup) = Tie/Stirrup Spacing, s2 =

Tabulasi perhitungan lendutan No P P/2 (ton) 1 0 0 2 2 1 2 4 2 3 6 3 4 8 4 5 10 5 6 12 6 7 14 7 8 16 8 9 18 9

u

= =

P/2 (kN) 0 9,81 19,62 29,43 39,24 49,05 58,86 68,67 78,48 88,29

'

=

Es = fy = y

s

= =

390 15 15 27,2 30 4,02 2 11 2 2,5 2,65 31,39 31,39 78,48 0,56548668 10

mm

78

kN

31,39 kN m 0,9

31,39 kN m 19.360 cm4 193.601.857 mm4

0,48 mm 200.000 N/mm2 240 N/mm2 0,0012

0,001461 M Pa M Pa cm cm cm cm2

b=15 mm

78,48

Mu max (kN m) = Vu max (kN)=

35,16 73,28

80%Pu = 6,4 ton

tul tarik

Konversi mutu beton ke K K - 177

cm cm cm cm2 kNm kNm kN cm2 cm

d (mm) 0,00 0,10 0,23 0,35 0,48 0,59 0,71 0,83 0,95 1,07

Gambar 2.2 Gambar Tabel Analisis Geser untuk Benda Uji I Kapasitas penampang untuk beban 80% ultimit untuk Benda Uji II dicapai pada 5.6 Ton dan penghitungannya dilihat pada Gambar 2.3.


12 ANALISIS BALOK BETON BERTULANG PENAMPANG PERSEGI ANALISIS GESER ACI 318 - 99


P As

h=30 mm

C

A's


d' =

30 27,4 2,5


Sengkang

n 2 2

2,65 4,02 dia (cm) 0,6

Luas

Data Bahan

mm

Mod. Elastis (E ) =

mm mm

V M

0,45

u

u

= =

=

Ma=

dia (cm) 1,3 1,6

12,5

18.203 N/mm2 7 ton

Beban (P ) =

mm

mm2 mm2 jarak (cm)

400 mm

Panjang (L ) =

Inersia (I ) = c

cm2

'

=

Es = fy = y

s

= =

69 kN

27,47 kN m 0,9

27,47 kN m 19.397 cm4 193.969.858 mm4

0,41 mm 200.000 N/mm2 240 N/mm2

P/2 (kN) 0 9,81 19,62 29,43 39,24 49,05 58,86 68,67 78,48 88,29

68,67


35,16 54,93

80%Pu = 5,6 ton

0,0012

0,001461 tul tarik

Data Masukan ke Perhitungan Reinforcing Yield Strength, fy = 390 M Pa Concrete Comp. Strength, f 'c = 15 M Pa Beam Width, b = 15 cm Depth to Tension Reinforcing, d = 27,2 cm Total Beam Depth, h = 30 cm Tension Reinforcing, As = 4,02 cm2 No. of Tension Bars in Beam, Nb = 2 Tension Reinf. Bar Spacing, s1 = 11 cm Clear Cover to Tension Reinf., Cc = 2 cm Depth to Compression Reinf., d' = 2,5 cm Tulangan Tekan, A's = 2,65 cm2 Momen kerja, Ma = 27,47 kNm Momen Ultimit, Mu = 27,47 kNm Gaya Geser Ultimit, Vu = 68,67 kN Total Stirrup Area, Av(stirrup) = 0,45238934 cm2 Tie/Stirrup Spacing, s2 = 12,5 cm


b=15 mm


d (mm) 0,00 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17

Gambar 2.3 Gambar Tabel Analisis Geser untuk Benda Uji II

Kapasitas penampang untuk beban 80% ultimit untuk Benda Uji III dicapai pada 5.2 Ton dan penghitungannya dilihat Gambar 2.4.


13 ANALISIS BALOK BETON BERTULANG PENAMPANG PERSEGI ANALISIS GESER ACI 318 - 99


P As

h=30 mm

C

A's


30 27,4

d' =

2,5


Sengkang

n 2 2

1,57 3,08 dia (cm) 0,8

Luas

Data Bahan

mm

400 mm

Panjang (L ) =

Mod. Elastis (E ) =

mm mm

18.203 N/mm2 6,5 ton

Beban (P ) =

Vu= Mu=

mm

=

Ma=

dia (cm) 1 1,4

mm2 mm2 jarak (cm) 15

0,67

Inersia (I ) = c

cm2

=

Es = fy =

y = 's=

64 kN

25,51 kN m 0,9

25,51 kN m 15.678 cm4 156.775.079 mm4

P/2 (kN) 0 9,81 19,62 29,43 39,24 49,05 58,86 68,67 78,48 88,29

63,765


27,14 62,81

80%Pu = 5,2 ton

0,48 mm 200.000 N/mm2 240 N/mm2 0,0012

0,001399 tul tarik

Data Masukan ke Perhitungan Reinforcing Yield Strength, fy = 390 M Pa Concrete Comp. Strength, f 'c = 15 M Pa Beam Width, b = 15 cm Depth to Tension Reinforcing, d = 27,3 cm Total Beam Depth, h = 30 cm Tension Reinforcing, As = 3,08 cm2 No. of Tension Bars in Beam, Nb = 2 Tension Reinf. Bar Spacing, s1 = 11 cm Clear Cover to Tension Reinf., Cc = 2 cm Depth to Compression Reinf., d' = 2,5 cm Tulangan Tekan, A's = 1,57 cm2 Momen kerja, Ma = 25,51 kNm Momen Ultimit, Mu = 25,51 kNm Gaya Geser Ultimit, Vu = 63,765 kN Total Stirrup Area, Av(stirrup) = 0,67020643 cm2 Tie/Stirrup Spacing, s2 = 15 cm


b=15 mm


d (mm) 0,00 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17

Gambar 2.4 Gambar Tabel Analisis Geser untuk Benda Uji III Beban yang dihitung secara teoritis tersebut digunakan sebagai acuan beban yang diberikan sebelum diperkuat dengan CFRP.


14

2.10

Analisis Geser Balok Beton Bertulang dengan CFRP CFRP yang digunakan adalah produk dari SIKA, dalam analisis ini digunakan

program SIKA sebagai bahan perhitungan persiapan penggunaan CFRP tersebut. Hasil Program dilampirkan dalam lampiran

dan Gambar 2.5 adalah Tampilan Program

Analisis FRP keluaran PT.SIKA. Perkiraan tambahan beban geser bila digunakan CFRP 1 baris untuk benda uji I, II dan III adalah sebesar 1 ton.

Gambar 2.5 Tampilan Program Analisis FRP keluaran PT.SIKA

2.11

Panjang Pemasangan Pelat CFRP Panjang pemasangan Pelat CFRP dilaksanakan dalam bentang dari rencana

tumpuan satu ke tumpuan lainnya. Variasi dari pemasangan CFRP dalam bentang antara kedua tumpuan agar pengamatan pada tengah bentang akibat momen lentur diharapkan tidak mengalami kegagalan pada terlepasnya perekat/debonding CFRP dari beton.


15

2.12

Teori Numerik pada Program Numerik

2.12.1 Parameter Kekuatan Concrete Damage Plasticity Hipotesa tentang parameter kekuatan untuk beton sering diaplikasikan dengan pemodelan Drucker Prager (1952). Pemodelan oleh Drucker Prager (1952) seperti Gambar 2.6 ini.

Gambar 2.6 Drucker Prager Boundary (P.KMIECIK) Model yang digunakan

pada program numerik ini adalah model dari

Modifikasi Drucker Prager. Modifikasi ini dilakukan oleh Majewski

adalah

modifikasi Kc sebesar 2/3. Modifikasi lain terhadap Kc dilakukan oleh William dan Warnke (1975) dilihat Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Modifikasi kegagalan permukaan (Manual Program Numerik)


16

Kupler melakukan modifikasi terhadap kegagalan akibat tekanan biaxial. Oleh Kupler disebutkan nilai yang diberikan

fcc

1.16248 fc.

adalah

Oleh program

numerik angka tersebut dibulatkan dengan 1.16. Perubahan yang terakhir adalah sudut dilatasi dari beton terhadap tegangan gabungan tarik dan tekan, sudut inklinasi ini diukur dari kegagalan permukaan yang ditinjau

terhadap sumbu

vertikal

dan sumbu horizontal.

Secara

fisik sudut

kegagalan ini diinterpretasikan sebagai sudut gesek dari beton dan besaran sudut ini ditetapkan dengan sudut 360 atau 400 dilihat Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Kekuatan beton di bawah tegangan biaxial (Manual Program Numerik)

Program numerik menetapkan parameter untuk CDP seperti dilihat pada Tabel 2.4 ini. Tabel 2.4 Parameter CDP (Program Numerik) No 1 2 3 4 5

Parameter Dilatasi Eksentrisitas fbo/fco K Viscositas

Nilai 36 0.1 1.16 0.667 0


17

2.12.2 Kurva Tegangan regangan pada Pembebanan Uniaxial Parameter lain yang dimasukkan dalam program numerik yaitu hubungan tegangan dan regangan pada pembebanan uniaksial. Hubungan

perilaku beton

terhadap tarik pada pembebanan uniaksial dapat dilihat pada Gambar 2.9

dan

hubungan perilaku beton terhadap tekanan pada pembebanan uniaksial dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.9 Kekuatan beton di bawah tegangan tarik uniaksial

Gambar 2.10 Kekuatan beton di bawah tegangan tekan uniaksial

2.12.3 Matriks Elemen Truss T3D2 Matriks untuk elemen truss 3D pada program numerik diidealisasikan pada Gambar 2.11.


18

Gambar 2.11 Idealisasi Truss Elemen (G.R. Liu)


19

2.12.4 Matriks Elemen Solid C3D8 Matriks Elemen Solid yang dibentuk pada program numerik seperti dilihat Gambar 2.12 ini.

Gambar 2.12 Idealisasi Solid Elemen (G.R. Liu) Uraian idelaisasi solid 3D pada program numerik adalah:


20

Uraian elemen matriks pada program numerik untuk elemen C3D8.

2.13

Perencanaan dengan Strut dan Tie Model Metode

Strut dan Tie dapat juga digunakan untuk memprediksi kapasitas

beban yang mampu dipikul balok konsol seperti dalam percobaan setelah diperkuat dengan

pelat

CFRP disamping

hasil

yang

didapatkan

melalui

perhitungan

numerik. Di dalam tesis ini, penulis hanya ingin membuka wawasan bahwa selain metode numerik,

strut dan tie

metode

juga baik digunakan untuk menghitung

kenaikan beban setelah diperkuat. Berikut distribusi tegangan pada balok konsol dilihat Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Distribusi Tegangan pada Balok Konsol


21

Pemodelan beban dan gaya yang bekerja pada balok konsol dengan metode Strut dan Tie seperti dilihat Gambar 2.14.

Gambar 2. 14 Metode Strut dan Tie


BAB II STUDI PUSTAKA

Recommend Documents