universitas indonesia studi eksperimental balok komposit baja ringan dengan balok...

UNIVERSITAS INDONESIA

STUDI EKSPERIMENTALBALOK KOMPOSIT BAJA RINGAN

BALOK

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIAPROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

UNIVERSITAS INDONESIA


DENGANBALOK BETON BERTULANG

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana T

ANDREAS

1006807131

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIAPROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

DEPOKJANUARI 2012

i

Universitas Indonesia

Sarjana Teknik

Studi eksperimental ..., Andreas, FT UI, 2012

ii


UNIVERSITY OF INDONESIA

EXPERIMENTAL STUDY

OF COMPOSITE BEAM CONSTRUCTED WITH

COLD FORMED STEEL VERSUS REINFORCED CONCRETE

FINAL PROJECT

Submitted as a partial fulfillment of the requirement for the degree of

Bachelor of Engineering

ANDREAS

1006807131

FACULTY OF ENGINEERINGCIVIL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPOKJANUARY 2012


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar

Nama

NPM

Tanda Tangan

Tanggal

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar

: Andreas

: 1006807131

Tanda Tangan :

: 26 Januari 2012

iii



PAGE OF ORIGINALITY PRONOUNCEMENT

I declare that this undergraduate thesis is the result of my own research,

and all of the references either quoted or cited here

Name

NPM

Signature

Date

PAGE OF ORIGINALITY PRONOUNCEMENT


and all of the references either quoted or cited here

have been stated clearly.

: Andreas

: 1006807131

Signature :

: january 26, 2012

iv




Skripsi ini diajukan oleh:

Nama : Andreas

NPM : 1006807131

Program Studi : Teknik Sipil

Judul Skripsi : Studi Eksperimental Balok komposit Baja

Balok

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima

sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik,


Pembimbing 1 : Dr.-Ing. Henki W.Ashadi

Pembimbing 2 : Mulia Orientilize, ST, M.Eng

Penguji : Ir. Essy Ariyuni

Penguji : Dr.Ir. Heru Purnomo

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 26 Januari 201

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh:

Andreas

1006807131

: Teknik Sipil

Studi Eksperimental Balok komposit Baja Ringan dengan

Balok Beton Bertulang.




DEWAN PENGUJI

Ing. Henki W.Ashadi (............................................)

Mulia Orientilize, ST, M.Eng (............................................)

Essy Ariyuni, M.Sc, PhD (……………..…...…….......)

Heru Purnomo, DEA (……………......……....…..)

Januari 2012

v


dengan




(............................................)

(............................................)

(……………..…...…….......)

(……………......……....…..)


STATEMENT OF LEGITIM

This final report is submitted by :

Name

Student Number

Study Program

Thesis Title

Has been successfully defended before the Council of Examiners and was

accepted as part of the requirements necessary to obtain a Bachelor of

Engineering degree in

Engineering, Universitas Indonesia

Councelor 1 : Dr.-Ing. Henki W.Ashadi

Councelor 2 : Mulia Orientilize, ST, M.Eng

Examiner : Ir. Essy Ariyuni

Examiner : Dr.Ir. Heru Purnomo

Defined in : Depok

Date : january

STATEMENT OF LEGITIMATION

This final report is submitted by :

: Andreas

: 1006807131

: Civil Engineering

: Experimental Study of Composite

Constructed with Cold Formed Steel

Reinforced Concrete.



Engineering degree in Civil Engineering Study Program, Faculty of

Engineering, Universitas Indonesia

BOARD OF EXAMINERS

Ing. Henki W.Ashadi (............................................)

Mulia Orientilize, ST, M.Eng (............................................)

Essy Ariyuni, M.Sc, PhD (……………..…...…….......)

Heru Purnomo, DEA (……………......……....…..)

Depok

january 26, 2012

vi


omposite Beam

ormed Steel versus



Program, Faculty of

(............................................)

(............................................)

……………..…...…….......)

(……………......……....…..)


Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan rahmat dan hidayah-Nya, saya dapat menyelesaikan ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil kekhususan Struktur pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia.bimbingan dari berbagai pihak, dari awal perkuliahan sampai pada penyusunan seminar ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan seminar ini. Oleh karena itu saya mengucapkan terima kasih kepa

1. Dr.-Ing. Henki W.Ashadi dan Mulia Orientilize, ST, M.Eng, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan seminar ini.

2. Ayah dan ibu saya yang tfase penyusunan

3. Fernandus Sihombing, ST selaku pembimbing teknis dan manajerial equipment yang telah memberi fasilitas PT.INDONAKANOGUMI, Tbk pada proses skripsi ini.

4. Ikatan keluarga besar Teknik Sipil FTUI angkatan 2002 Program Reguler u

5. Seluruh sahabat yang telah memberikan bantuan/dukungan semangat dan doa untuk kelancaran penyusunan seminar ini.

Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membmanfaat bagi pengembangan ilmu di Indonesia.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena atas Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan

ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil kekhususan Struktur pada Fakultas

ersitas Indonesia. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari awal perkuliahan sampai pada penyusunan seminar ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan seminar ini. Oleh karena itu saya mengucapkan terima kasih kepada:

Ing. Henki W.Ashadi dan Mulia Orientilize, ST, M.Eng, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan seminar ini.Ayah dan ibu saya yang telah memberikan doa dan perhatian dalam

penyusunan skripsi ini. Fernandus Sihombing, ST selaku pembimbing teknis dan manajerial equipment yang telah memberi fasilitas PT.INDONAKANOGUMI, Tbk pada proses skripsi ini.Ikatan keluarga besar Teknik Sipil FTUI angkatan 2002 Program Reguler untuk bantuan materi dan non materi.Seluruh sahabat yang telah memberikan bantuan/dukungan semangat dan doa untuk kelancaran penyusunan seminar ini.

Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga seminar ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu di Indonesia.Depok, 13 Januari 2012.

vii


, karena atas ini. Penulisan skripsi

ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil kekhususan Struktur pada Fakultas

Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari awal perkuliahan sampai pada penyusunan seminar ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan seminar ini. Oleh

Ing. Henki W.Ashadi dan Mulia Orientilize, ST, M.Eng, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran

perhatian dalam

Fernandus Sihombing, ST selaku pembimbing teknis dan manajerial equipment yang telah memberi fasilitas PT.INDONAKANOGUMI,

Ikatan keluarga besar Teknik Sipil FTUI angkatan 2002 - 2004

Seluruh sahabat yang telah memberikan bantuan/dukungan semangat

Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala antu. Semoga seminar ini membawa

2.

Andreas


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama :

NPM :

Program Studi : Teknik Sipil/Struktur

Departemen : Teknik Sipil

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

BALOK KOMPOSIT BAJA RINGAN BALOK BETON BERTULANG

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan).Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/ formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.



Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

: Andreas

: 1006807131

: Teknik Sipil/Struktur

: Teknik Sipil

: Teknik

: Skripsi

ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non –exclusive Royalty

) atas karya ilmiah saya yang berjudul :


DENGANBALOK BETON BERTULANG

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/ formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Tanggal : 16 Juni 2011

(Andreas)

viii




Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada exclusive Royalty-

Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/

), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai


ix


ABSTRAK

Nama : Andreas

Program Studi : Teknik Sipil / Struktur

Judul : Studi Eksperimental Balok komposit Baja Ringan denganBalok Beton Bertulang

Penggunaan baja ringan sangat diminati dewasa ini. Namun tebatasnya acuan penggunaan secara khusus pada baja ringan di Indonesia, menyebabkan terbatasnya penggunaan elemen baja ringan secara luas. Salah satu metode penggunaan elemen struktur adalah metode komposit. Untuk menggambarkan peningkatan utilitas pada baja ringan, dilakukan pengujian lentur secara monotonik terhadap spesimen balok komposit baja ringan dan spesimen balok beton bertulang sebagai pembanding.Pada penelitian ini struktur balok komposit terdiri dari tiga variasi bentuk penghubung geser, yaitu balok komposit dengan kemiringan sayap baja ringan, penghubung geser mekanik pendek, dan penghubung geser mekanik tinggi sebagai penghubung geser. Variasi dari penghubung geser bertujuan untuk menggambarkan kenaikan kapasitas maksimum. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan pula perilaku komposit (parsial shear connection – full shear connection) dengan melihat kemungkinan adanya slip.

Kata kunci:Baja Ringan, Komposit, Balok, Lentur, Penghubung geser, Slip.


x


ABSTRACT

Name : Andreas

Study Program : Civil Engineering / Stucture

Judul : Experimental Study Of Composite Beam constructed with Cold Formed Steel versus Reinforced Concrete.

Nowadays, the use of cold formed steel is in great demand. However, the limited use of special instructions on cold-formed steel in Indonesia, led to limited use of lightweight steel elements widely. One of the methods of use is composite structural elements method. To illustrate the increase in utility of cold-formed steel, monotonic bending tests performed on composite specimens of cold-formed steel beam and reinforced concrete beam specimens as a comparison. In this study, the composite beam structure consists of three variations of the shear connector, which is a composite beam with a tilted flange of cold-formed steel, short mechanical shear connector, and high mechanical shear connector as the interface shear. Variation of shear connector aims to describe the increase of maximum capacity. From the research results can also be concluded, the behavior of the composite (partial shear connection - full shear connection) by looking at the possibility of slippage.

Keywords:Cold-formed steel, Composite, Beam, Flexure, Shear connector, slippage.


xi


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ v

KATA PENGANTAR............................................................................................ vii

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH.......................... viii

ABSTRAK.............................................................................................................. ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR.............................................................................................. xiv

DAFTAR TABEL .................................................................................................. xviii

DAFTAR GRAFIK................................................................................................ xiv

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xxi

BAB1 PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 LATAR BELAKANG ............................................................................ 1

1.2 TUJUAN PENELITIAN......................................................................... 3

1.3 RUANG LINGKUP PENELITIAN ........................................................ 3

1.5 BATASAN PENELITIAN ..................................................................... 4

1.5 HIPOTESA AWAL................................................................................ 9

1.6 METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 9

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN ............................................................... 9

BAB 2 LANDASAN TEORI.................................................................................. 11

2.1. BETON BERTULANG ......................................................................... 11

2.1.1 Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang....................................... 11

2.1.2 Jenis – Jenis Keruntuhan pada Balok Beton Bertulang .................. 15

2.2 MATERIAL PEMBENTUK BETON..................................................... 18


xii


2.2.1 Semen Portland............................................................................. 19

2.2.2 Agregat ......................................................................................... 21

2.3 BAJA (hot-rolled).................................................................................. 24

2.4 BAJA RINGAN (Cold-Formed) ............................................................ 29

2.5 STRUKTUR KOMPOSIT ..................................................................... 32

2.3.1 Komposit Baja .............................................................................. 35

2.3.2 Komposit Baja Ringan .................................................................. 36

BAB 3 METODE PENELITIAN .......................................................................... 37

3.1 SISTEMATIKA PENELITIAN.............................................................. 37

3.2 STUDI LITERATUR ............................................................................. 38

3.3 PERENCANAAN SAMPLE .................................................................. 38

3.4 PENGUJIAN MATERIAL..................................................................... 40

3.4.1 Pengujian Spesimen Baja Ringan .................................................. 40

3.4.2 Pengujian Beton............................................................................ 40

3.5 BENDA UJI BALOK ............................................................................. 41

3.6 PENGUJIAN BALOK KOMPOSIT....................................................... 46

3.6.1 Daftar Spesimen............................................................................ 46

3.6.2 Skema Pengujian........................................................................... 47

3.6.3 Pembebanan Monotonik................................................................ 49

BAB 4 PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS................................................. 50

4.1 HASIL PENGUJIAN MATERIAL......................................................... 50

4.2 HASIL PENGUJIAN BEBAN................................................................ 52

4.2.1 Grafik P- ∆ & M – Φ..................................................................... 53

4.2.2 P.Maksimum dan Bentuk kegagalan (Failure Mode)..................... 65

4.3PENGARUH SHEAR CONNECTOR TERHADAP KAPASITAS MAKSIMUM............................................................................................... 74


xiii


BAB 5 PENUTUP .................................................................................................. 79

5.1 KESIMPULAN ...................................................................................... 79

5.2 SARAN .................................................................................................. 80

DAFTAR REFERENSI ......................................................................................... 81

LAMPIRAN ........................................................................................................... 83


xiv


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Baja ringan C100 ............................................................... 4

Gambar 1.2. Potongan balok komposit CBNoSC ......................................... 7

Gambar 1.3 Potongan balok komposit CBSCL............................................ 7

Gambar 1.4. Potongan balok komposit CBSCH ........................................... 8

Gambar 1.5. Potongan balok beton bertulang RC ......................................... 8

Gambar 2.1. Kondisi sebelum retak.............................................................. 12

Gambar 2.2. Tegangan Regangan pada tahap sebelum retak ......................... 12

Gambar 2.3. kondisi setelah retak................................................................. 14

Gambar 2.4. Tegangan regangan dalam kondisi elastis setelah retak ............ 14

Gambar 2.5. Tegangan regangan dalam kondisi ultimate ............................. 14

Gambar 2.6. Pola retak tipikal akibat lentur.................................................. 17

Gambar 2.7. Pola retak................................................................................. 18

Gambar 2.8. Spesimen baja uji tarik ............................................................. 24

Gambar 2.9. Profil tulangan ......................................................................... 28

Gambar 2.10. Bentuk tekuk lokal (local buckling) baja ringan (cold-formed) . 31

Gambar 2.11. Bentuk pengaruh Ring Baut (Washer) pada Sambungan Baut ..

……………………………………………………………….…32

Gambar 2.12. Tegangan regangan Full interaction – full shear connection .... 32

Gambar 2.13. Tegangan regangan Partial interaction – full shear connection…................................................................................................ 33

Gambar 2.14. Ilustrasi shear connector yang tertanam pada balok komposit (terjadi slip) ............................................................................. 34

Gambar 2.15. Deformed shape pada partial interaction composite (terjadi slip)................................................................................................. 35


xv


Gambar 2.16. Komposit kolom .................................................................... 35

Gambar 2.17. Komposit balok...................................................................... 36

Gambar 2.18. Komposit plat – slab .............................................................. 36

Gambar 2.19. Baja ringan sebagai pengganti tulangan – bekisting pada bondek................................................................................................ 39

Gambar 3.1. Analisa spesimen .................................................................. 39

Gambar 3.2. Silinder beton........................................................................ 40

Gambar 3.3 Rakitan Spesimen ................................................................. 43

Gambar 3.4. Pengukuran batas cor bekisting ............................................. 43

Gambar 3.5. Pengukuran batas cor pada sisi lain bekisting ........................ 43

Gambar 3.6. Pengecekkan lebar bekisting ................................................. 43

Gambar 3.7. Waterpassing antar sisi bekisting .......................................... 44

Gambar 3.8. Validasi waterpassing sisi bekisting ...................................... 44

Gambar 3.9. Pengadukan ready mix beton................................................. 44

Gambar 3.10. Spesimen yang telah dicor..................................................... 44

Gambar 3.11. Couring benda uji.................................................................. 45

Gambar 3.12. Genangan air setelah couring ................................................ 45

Gambar 3.13. Genangan air setelah couring ................................................ 45

Gambar 3.14. Genangan air pada benda uji ................................................. 45

Gambar 3.15. Skema pengujian................................................................... 47

Gambar 3.16. Ilustrasi karakteristik Pengujian struktur terlentur ................. 48

Gambar 3.17. Dial indikator hydraulic jack ................................................. 48

Gambar 3.18. Pengukuran waterpass antar tumpuan .................................. 48

Gambar 3.19. Pengukuran waterpass plat baja dudukan jack....................... 49

Gambar 3.20. Balok komposit baja ringan................................................... 49

Gambar 4.1. Hasil uji tarik (tensile test) baja ringan 568MPa .................... 51


xvi


Gambar 4.2. Skema Pengujian................................................................... 52

Gambar 4.3 Ilustrasi spesimen CBNoSC-1 ............................................... 67

Gambar 4.4. Ilustrasi spesimen CBNoSC -2 .............................................. 67

Gambar 4.5. Ilustrasi spesimen CBSCL -1 ................................................ 67

Gambar 4.6. Ilustrasi spesimen CBSCL -2 ................................................ 67

Gambar 4.7. Ilustrasi spesimen CBSCH -1 ................................................ 67

Gambar 4.8. Ilustrasi spesimen CBSCH -2................................................ 67

Gambar 4.9. Ilustrasi spesimen RC -1 ....................................................... 67

Gambar 4.10. Ilustrasi spesimen RC -2 ....................................................... 67

Gambar 4.11. Spesimen CBNoSC -1........................................................... 68

Gambar 4.12. Spesimen CBNoSC -2........................................................... 68

Gambar 4.13. Spesimen CBSCL -1 ............................................................. 68

Gambar 4.14. Spesimen CBSCL -2 ............................................................. 68

Gambar 4.15. Spesimen CBSCH -1............................................................. 68

Gambar 4.16. Spesimen CBSCH -2............................................................. 68

Gambar 4.17. Spesimen RC -1 .................................................................... 68

Gambar 4.18. Spesimen RC -2 .................................................................... 68

Gambar 4.19. Balok komposit full shear connection.................................... 72

Gambar 4.20. Balok komposit parsial shear connection............................... 72

Gambar 4.21. Pengamatan aksi komposit CBSCL - 2 saat beban maksimum(tak terjadi slip)............................................................................................... 73

Gambar 4.22. Pengamatan aksi komposit CBSCH - 2 saat beban maksimum(tak terjadi slip)............................................................................................... 73

Gambar 4.23. Tampak bawah CBSCL......................................................... 73

Gambar 4.24. Tampak bawah CBSCH ........................................................ 74

Gambar 4.25. Retakan membelah bagian tengah spesimen RC -1 (2,3 Ton) 78

Gambar 4.26. Retakan membelah bagian tengah spesimen RC -2 (2,3 Ton) 78


xvii


Gambar 4.27. Kondisi shear connector CBSCH-1 saat beban maksimum .... 78


xviii


DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Profil baja ringan C100................................................................... 4

Tabel 1.2. Spesimen benda uji......................................................................... 5

Tabel 2.1. Sifat-sifat semen............................................................................. 20

Tabel 2.2. Persyaratan gradasi agregat halus ASTM C 33-74a......................... 22

Tabel 2.3. Persyaratan gradasi agregat halus ASTM C 33-74b ........................ 23

Tabel 3.1. Prediksi kuat tulangan sampel ........................................................ 39

Tabel 3.2. Daftar Spesimen ............................................................................. 46

Tabel 4.2. Hasil Uji Kuat Tekan...................................................................... 50

Tabel 4.2. Hasil Uji Kuat Lentur ..................................................................... 50

Tabel 4.3. Hasil pengujian .............................................................................. 66

Tabel 4.4. Failure mode .................................................................................. 69

Tabel 4.5. Perbandingan M.Maksimum spesimen komposit ............................ 75

Tabel 4.6 Perbandingan rerata M.maksimum spesimen komposit.................... 76

Tabel 4.7. Perbandingan M.maksimum spesimen komposit – beton bertulang. 77

Tabel 4.8. Perbandingan rerata M.Maksimum spesimen komposit – beton bertulang......................................................................................................... 77

Tabel 5.1. Analisa kuat tulangan .................................................................... 79


xix


DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1. Karakteristik material terhadap lendutan..................................... 11

Grafik 2.2. Hubungan non linear – balok beton bertulang ............................ 16

Grafik 2.3. Karakteristik baja ....................................................................... 25

Grafik 2.4. Grafik tegangan regangan untuk reserve loading ........................ 27

Grafik 2.5.a Kurva tegangan regangan baja – baja ringan.

(a) Sharp-yielding of hot rolled steel ........................................ 29

Grafik 2.5.b Kurva tegangan regangan baja – baja ringan.

(b) Gradual-yielding of cold-formed steel .................................. 29

Grafik 4.3. P-∆ & P-∆ rata – rata CBNOSC – 1............................................ 53

Grafik 4.2. Momen - Curvature CBNOSC – 1.............................................. 53

Grafik 4.3. P-∆ & P-∆ rata – rata CBNOSC – 2............................................ 54

Grafik 4.4. Momen - Curvature CBNOSC – 2.............................................. 54

Grafik 4.5. P-∆ & P-∆ rata – rata CBSCL – 1............................................... 56

Grafik 4.6. Momen - Curvature CBSCL – 1 ................................................. 56

Grafik 4.7. P-∆ & P-∆ rata – rata CBSCL – 2............................................... 57

Grafik 4.8. Momen - Curvature CBSCL - 2.................................................. 57

Grafik 4.9. P-∆ & P-∆ rata – rata CBSCH – 1 .............................................. 59

Grafik 4.10. Momen - Curvature CBSCH – 1................................................. 59

Grafik 4.11. P-∆ & P-∆ rata – rata CBSCH – 2 .............................................. 60

Grafik 4.12. Momen - Curvature CBSCH – 2................................................. 60

Grafik 4.13. P-∆ & P-∆ rata – rata RC – 1...................................................... 62

Grafik 4.14. Momen - Curvature RC – 1 ........................................................ 62

Grafik 4.15. P-∆ & P-∆ rata – rata RC – 2...................................................... 63

Grafik 4.16. Momen - Curvature RC – 2 ........................................................ 63


xx


Grafik 4.17. Perbandingan momen-curvature spesimen komposit – beton bertulang …………….……………………………………………..74


xxi


DAFTAR DIAGRAM

Diagram3.4. Sistematika penelitian ............................................................... 37


xxii


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Perhitungan momen dan curvature................................................ 84

Lampiran 2 Hasil bacaan CBNoSC - Komposit polos ...................................... 85

Lampiran 3 Hasil Bacaan CBNoSC 2 - Komposit polos................................... 86

Lampiran 4 Hasil Bacaan CBSCL - Komposit Shear Pendek ........................... 87

Lampiran 5 Hasil Bacaan CBSCL 2 - Komposit Shear Pendek ....................... 88

Lampiran 6 Hasil Bacaan CBSCH - Komposit Shear Tinggi........................... 89

Lampiran 7 Hasil Bacaan CBSCH 2 - Komposit Shear Tinggi........................ 90

Lampiran 8 Hasil Bacaan RC - Beton bertulang .............................................. 91

Lampiran 9 Hasil Bacaan RC 2 - Beton bertulang........................................... 92


1 Universitas Indonesia

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Baja ringan (cold formed steel) sebagai elemen struktur telah mulai diminati

dewasa ini. Hasil riset yg cukup intensif terhadap perilaku baja ringan yang telah

dituangkan di dalam design code di berbagai negara seperti Australia Standard

(AS/AZS), America Iron and Steel Institute (AISI), British Standard (BS code) dan

Eurocode telah meningkatkan kredibilitas baja ringan sebagai elemen struktur yang

sama dengan baja biasa (hot-rolled steel) dan beton bertulang.

Riset tentang baja ringan untuk konstruksi bangunan, dimulai oleh Prof.

George Winter dari Universitas Cornell tahun 1939. Berdasarkan riset-riset beliau

maka dapat dilahirkan edisi pertama tentang “Light Gauge Steel Design Manual”

tahun 1949 atas dukungan AISI (American Iron and Steel Institute). Sejak

dikeluarkan peraturan tersebut lima dekade yang lalu, maka pemakaian material baja

ringan semakin berkembang untuk konstruksi bangunan, mulai struktur sekunder

sampai struktur utama, misalnya untuk balok lantai, rangka atap dan dinding pada

bangunan industri, komersial maupun rumah tinggal.

Walaupun termasuk dalam kategori elemen struktur yang tipis (thin-walled

structures), pemakaiannya telah meluas yaitu meliputi box-girder jembatan, anjungan

kapal (ship hulls) dan badan pesawat terbang. Ide dari pembuatan struktur baja ringan

adalah untuk mendapatkan kekuatan maksimum dari material yang relatif tipis.

Belakangan ini penggunaan baja ringan di indonesa menjadi trend yang cukup

menarik, dimana material ini lebih banyak digunakan untuk rangka atap dibandingkan

menjadi struktur lainnya. Hal ini dikarenakan gencarnya iklan-iklan yang

menawarkan produk rangka atap baja ringan menggantikan material kayu. Disamping

itu kemudahan dalam mendapatkan, kecepatan pemasangan dan struktur yang kuat

membuat rangka atap dari baja ringan menjadi terkenal.


2


Penggunaan baja ringan di Indonesia tidak didukung oleh tersedianya

peraturan (design code) tentang penggunaan baja ringan tersebut di Indonesia. Baja

ringan yang beredar dipasaran hampir didominasi oleh produk-produk yang

dikeluarkan oleh Bluescope Lysaght, Bluescope Steel dan Pryda yang berasal dari

Australia, dengan Australian/New Zeland Standard (AS/NZ 46000) sebagai design

code. Secara umum Australia Standard bisa digunakan untuk mendisain struktur baja

ringan yang digunakan di Indonesia terhadap pembebanan statik, namun harus dikaji

ulang terhadap pembebanan dinamik akibat gempa karena area dan karakteristik

gempa yang terjadi di Indonesia dan Australia berbeda.

Ketiadaan design code ini cukup menghambat perkembangan penggunaan

baja ringan di Indonesia. Sejauh ini penggunaan baja ringan di indonesia sebagai

elemen struktur hanya sebatas pada kuda-kuda atap dan sebagai decking pada

komposit pelat dengan produk yang biasa dikenal sebagai “bondek”.

Pada pelat komposit, baja ringan (bondek) berperan sebagai tulangan

sekaligus bekisting. Komposit pelat sebagai elemen struktur sudah cukup lama

digunakan dan secara ekonomis cukup efisien karena mengurangi perancah /

bekisting. Ide dari komposit pelat tidak dilakukan pada balok karena posisi dari baja

ringan di bagian bawah tidak meniadakan bekisting. Berbeda dengan pelat , komposit

balok tetap membutuhkan tambahan bekisting pada sisi kiri dan kanan balok. Hal

inilah yang mengakibatkan penggunaan komposit baja ringan pada balok komposit

tidak berkembang. Penelitian yang dilakukan oleh Richard P.Nguyen menemukan

bahwa penggunaan baja ringan sebagai elemen balok komposit memiliki kekuatan

yang hampir sama dengan balok beton bertulang biasa.

Sebagai upaya untuk meningkatkan utilitas penggunaan baja ringan di

Indonesia, maka perlu dilakukan studi terhadap balok komposit baja ringan, dengan

memanfaatkan jenis / profil baja ringan yang ada di Indonesia. Penelitian yang

dilakukan Richard P.Nguyen sebelumnya menggunakan profil baja ringan dengan

embosement (lekukan) pada tengah web sebagai shear connector tanpa adanya shear

connector tambahan.


3


1.2 Tujuan Penelitian

Penelitian ini ditujukan untuk mempelajari aksi komposit antara beton dengan

baja ringan Liped Channel pada struktur balok. Baja ringan dimanfaatkan pada serat

bawah sebagai pengganti tulangan sekaligus digunakan sebagai bekisting balok. Efek

dari shear connector terhadap kapasitas M.maksimum balok merupakan salah satu

hal yang akan diteliti.

Studi eksperimental ini diharapkan dapat meningkatkan utilitas baja ringan di

indonesia dan memberikan alternatif struktur balok selain beton bertulang biasa.

1.3 Ruang Lingkup Penelitian

Parameter yang akan diteliti adalah :

1. Aksi komposit baja ringan liped chanel dengan beton.

2. Pengaruh dari shear connector terhadap kekuatan M.maksimum balok

komposit.

3. Membandingkan kekuatan balok komposit dengan balok beton bertulang

biasa.


1.4 Batasan Penelitian

i. Penelitian yang dilakukan adalah studi eksperimental

balok komposit dan

ii. Pegujian yang dilakukan dengan uji monotoni

iii. Spesimen yang diuji

dengan data-

a. Tulangan sengkang menggunakan Ф

dan Ф6 – 200 U24 pada daerah lapangan.

b. Tulangan lentur menggunakan

c. Pada semua spesimen benda uji menggunakan 2

penyangga sengkang

d. Shear connector

e. Baja ringan yang digunakan lip channel C

Wgt Ag

1,067 kg/m 136 mm

e. Beton yang digunakan adalah mutu beton K


Penelitian yang dilakukan adalah studi eksperimental terhadap 6

balok komposit dan 2 balok beton bertulang biasa.

Pegujian yang dilakukan dengan uji monotonik.

Spesimen yang diuji, panjang L = 1,5m, lebar b = 10cm, tinggi h = 20cm

-data sebagai berikut:

Tulangan sengkang menggunakan Ф6 – 100 U24 pada daerah tumpuan

200 U24 pada daerah lapangan.

Tulangan lentur menggunakan 2D10.

c. Pada semua spesimen benda uji menggunakan 2Ф6

penyangga sengkang.

connector menggunakan High Tension Bolt berdiameter 10 mm.

aja ringan yang digunakan lip channel C100 dengan ukuran berikut:

Gambar 1.1 Baja ringan C100

Tabel 1.1 Profil baja ringan C100

Ag Av Ix Iy

136 mm2 75 mm2 208130 mm2 23060 mm2

eton yang digunakan adalah mutu beton K300

8 mm

4


terhadap 6 spesimen

, lebar b = 10cm, tinggi h = 20cm .

100 U24 pada daerah tumpuan

U24 sebagai

berdiameter 10 mm.

dengan ukuran berikut:

2


No. TUMPUAN

1

2

α

Shear connector


Table 1.2 Spesimen benda uji

TUMPUAN LAPANGAN

CBNoSC

Balok komposit

baja ringan

tanpa

connector

mekanik.

Kemiringan dari

flange Baja

Ringan (

CBSCL

Balok komposit

baja ringan

dengan

connector

75mm.

α

Shear connector Shear connector

(diasumsikan sebagai shear connector)

5


SAMPLE

CBNoSC

Balok komposit

baja ringan

tanpa shear

connector

mekanik.

Kemiringan dari

flange Baja

Ringan (α = 60.).

CBSCL

Balok komposit

baja ringan

dengan shear

connector h =

75mm.


3

4


CBSC

Balok komposit

baja ringan

dengan

connector

150mm.

.

RC

Balok

bertulang

sebagai

pembanding.

6


CBSCH

Balok komposit

baja ringan

dengan shear

connector h =

150mm.

RC

alok beton

bertulang

sebagai

pembanding.


Gambar 1.2 Potongan balok komposit CBNoSC

Gambar 1.3 Potongan balok komposit CBSCL

7



Gambar 1.4 Potongan balok komposit CBSCH

Gambar 1.5 Potongan balok beton bertulang RC

8



9


1.5 Hipotesa Awal

Dengan jumlah luas tulangan yang sama dan ukuran balok yang sama,

struktur dengan tulangan baja ringan akan lebih kuat dibandingkan balok bertulang

biasa. Hal ini dikarenakan baja ringan memiliki kekuatan tarik yang lebih tinggi

(550Mpa) dibandingkan tulangan biasa (390Mpa) dengan asumsi shear connector

mampu menyatukan baja dan beton (full shear connector). Adanya variasi tinggi

shear connector pada penelitian diharapkan dapat memperbesar kapasitas ultimate

spesimen komposit.

1.6. Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan adalah Uji eksperimental dengan langkah-

langkah sebagai berikut :

1. Studi kepustakaan

2. Pengujian material meliputi uji tekan pada balok dan uji tarik pada baja ringan

3. Pembuatan sampel balok komposit baja ringan

4. Uji eksperimental “loading test” komposit baja ringan di Lab Bahan

Departemen Teknik Sipil Universitas Indonesia

5. Analisa hasil pengujian

1.7.Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan adalah sebagai berikut :

Bab I . Pendahuluan

Pendahuluan yang berisi tentang latar belakang, tujuan penelitian, ruang

lingkup penelitian, batasan penelitian, hipotesa awal, metodologi penelitian,

dan sistematika penulisan.

Bab II . Landasan Teori

Menjelaskan tentang teori beton bertulang, teori baja, teori tulangan, teori baja

ringan, struktur komposit, dan teori lentur. Teori - teori pendukung yang

digunakan pada penelitian ini berasal dari buku-buku referensi dan jurnal

teknik sipil.


10


Bab III. Metodologi penelitian

Berisi tentang sistematika penelitian yang dilakukan pada percobaan ini ,

ringkasan singkat dari jurnal ilmiah ASCE tentang percobaan balok komposit

baja ringan, perencanaan sample, alur kerja dan skema pengujian.

Bab IV. Pengolahan data dan analisis.

Berisi tentang data hasil percobaan, proses pengolahan data hasil percobaan

dan analisa hasil data percobaan.

Bab V. Penutup

Berisi tentang penarikan kesimpulan dari hasil kegiatan penelitian yang telah

dilakukan serta saran mengenai hasil penelitian.


11


BAB 2

DASAR TEORI

2.1. Beton Bertulang

Beton bertulang adalah beton yang dipadukan dengan baja sebagai

tulangannya. Kelebihan pada material beton adalah nilai kuat tekan yang tinggi. Nilai

kuat tekan beton relatif lebih tinggi dibandingkan dengan kuat tariknya. Pada struktur

beton bertulang terdapat dua karakteristik material yang dipadukan dimana material

beton berperilaku getas (britle), sedangkan perilaku baja pada struktur beton

bertulang berperilaku liat (ductile). Kuat tarik yang dimiliki beton hanya berkisar

antara 9-15% dari kuat tekannya, karenanya sering kali dalam perencanaan kuat tarik

beton dianggap sama dengan nol [2] .

Grafik 2.1 karakteristik material terhadap lendutan [1]

Dengan menambahkan baja tulangan pada daerah tarik pada beton, maka

kelemahan tarik beton dapat di tanggung oleh baja tulangan yang memiliki kuat tarik

yang lebih besar. Hal ini yang merupakan dasar perhitungan kuat lentur dan momen

tahanan penampang komponen pada struktur terlentur.

2.1.1 Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang.

Pada analisa lentur murni pada beton bertulang, hal yang perlu diperhatikan

adalah kaidah dasar dan asumsi yang terjadi pada kondisi di dalam penampang balok

akibat pembebanan sehingga skema keruntuhan berjalan sesuai prosedur.

Kaidah dasar dan asumsinya adalah sebagai berikut [3].:

Material liat (ductile)

Material getas (britle)

∆

P


1. Beton tidak dapat menerima gaya tarik karena beton diasumsikan tidak

memiliki kuat tarik.

2. Perubahan bentuk berupa perpanjangan dan perpendekan pada penampang

berbanding lurus terhadap kesetimbangan gaya gaya dalam. dalam hal ini

regangan tarik dan gaya tekan harus setimbang terhadap garis netral.

3. Hubungan tegangan regangan beton

skematis dengan diagram

Pada beberapa kondisi pembebanan, kondisi struktur balok beton bertulang

menuju keruntuhan terbagi dalam beberapa tahap. Kondisi tahapan struktur balok

bertulang adalah sebagai berikut

a. Tahap sebelum r

b. Tahap setelah retak, sebelum tulangan meleleh (elastis), beban servis.

c. Tahap ultimate

a. Sebelum terjadinya

Gambar 2.

Gambar 2.

Pada penampang tidak retak disumsikan terjadinya lekatan sempurna antara

baja dan beton, s c .

s c


Beton tidak dapat menerima gaya tarik karena beton diasumsikan tidak

memiliki kuat tarik.

Perubahan bentuk berupa perpanjangan dan perpendekan pada penampang



Hubungan tegangan regangan beton dan baja dapat dinyatakan secara

dengan diagram Whitney.



bertulang adalah sebagai berikut [4]:

Tahap sebelum retak.

Tahap setelah retak, sebelum tulangan meleleh (elastis), beban servis.

ultimate

terjadinya retak

Gambar 2.1 Kondisi sebelum retak [4]

Gambar 2.2 Tegangan Regangan pada tahap sebelum retak [4]


s c

s cs c

s c

f f

E E

12


Beton tidak dapat menerima gaya tarik karena beton diasumsikan tidak

Perubahan bentuk berupa perpanjangan dan perpendekan pada penampang



dinyatakan secara



Tahap setelah retak, sebelum tulangan meleleh (elastis), beban servis.


(2.1)


13


ss c s c

c

Ef f f nf

E (2.2)

n = sc

E

E (2.3)

fs = cr.M I

y (2.4)

jika fs < fr, maka gunakan fr.

fr = 0.7 √fc’ (SI Unit) (2.5)

dimana :

c = regangan beton

s = regangan baja

fr = modulus rupture

n = rasio modular

cE = modulus elastisistas beton

sE = modulus elastisitas baja

I = momen inersia penampang homogen

cf = tegangan beton

'cf = kuat tekan beton

sf = tegangan baja

M cr = momen luar


b. Setelah Beton mengalami

Gambar 2.4

Pada tahap ini beton di bawah garis netral tidak memikul

sepenuhnya ditahan oleh baja. Diasumsikan

garis netral. Perhitungan garis netral denga

c. Tahap Ultimate

Gambar 2.5

Pada kondisi ini diasumsikan tulangan tarik leleh sebelum beton di daerah

tekan hancur. Dalam hal ini keruntuhan dimulai tulangan pada struktur balok telah

mengalami deformasi yang cukup besar sehingga putus kemudian daerah pada serat

atas hancur.


Setelah Beton mengalami Retak

Gambar 2.3 Kondisi setelah retak [4]

Gambar 2.4 Tegangan regangan dalam kondisi elastis setelah retak [4]

Pada tahap ini beton di bawah garis netral tidak memikul gaya tarik, dan

sepenuhnya ditahan oleh baja. Diasumsikan retak pada penampang berkembang ke

garis netral. Perhitungan garis netral dengan metode penampang transformasi

Gambar 2.5 Tegangan regangan dalam kondisi ultimate [4].

kondisi ini diasumsikan tulangan tarik leleh sebelum beton di daerah



As

N.A

n.As

14


[4]

gaya tarik, dan

retak pada penampang berkembang ke

n metode penampang transformasi.

kondisi ini diasumsikan tulangan tarik leleh sebelum beton di daerah



fc

sf

n


15


Berdasarkan gambar 2.5 di atas, analisanya adalah sebagai berikut [4]:

T = As . fy (2.6)

C = 1 . fc’. a . b (2.7)

Dengan asumsi T = C,

a =.

0,85. '.

As fy

fc b(2.8)

Mn = T . ( d -2

a) = As. fy . ( d -

2

a) (2.9)

untuk fc’ 28 MPa, 1 = 0,85 [5].

dimana :

c = regangan beton

s = regangan baja


sE = modulus elastisitas baja

I = momen inersia penampang homogen


C = gaya tekan beton

sf = tegangan baja

d = tinggi penampang balok dari titik jari jari tulangan pada serat tarik.

c = jarak tegak lurus dari garis netral ke titik terjauh dari garis netral

2.1.2 Jenis – Jenis Keruntuhan pada Balok Beton Bertulang.

Pada saat struktur balok diberi beban dimana tidak melebihi kapasitas tahanan

dalamnya, retak tidak akan muncul. Dalam pengertian ini, nilai momen inersia balok

tidak terganggu. Bila pembebanan pada struktur balok berlebih maka akan timbul

retak pada penampang sehingga keadaan penampang balok tidak sebaik sebelum


pembebanan berlebih. Pembebanan berlebih akan menimbulkan retak pada struktur

balok sehingga nilai inersia penampang berkurang. Mekanismenya ad

bertambah besar sehingga tegangan tarik pada struktur balok beton melampaui

kapasitas kekuatan tariknya, maka akan timbul retakan

tertarik.

Grafik 2.2

Dimana :

M1 = Momen pada retak pertama

M2 = Momen pada saat retakan telah berkembang

∆1 = lendutan pada retak pertama

∆2 = lendutan pada saat retakan telah berkembang

Keruntuhan dibagi menjadi tiga pola retak (

a. Keruntuhan Tarik

Pada tipe keretakan ini diawali dengan munculnya retak rambut pada daerah

zona tidak adanya gaya lintang.. Bentuk keretakan ini berarah tegak lurus dengan

garis netral pada penampang. Apabila beban terus bertamba

terjadi akan semakin lebar dan memanjang. Mekanismenya adalah pada pembebanan

∆1

M2

M1

M



balok sehingga nilai inersia penampang berkurang. Mekanismenya adalah bila beban


kapasitas kekuatan tariknya, maka akan timbul retakan – retakan di bagian yang

Grafik 2.2 Hubungan non linear – balok beton bertulang [3]

= Momen pada retak pertama

= Momen pada saat retakan telah berkembang

= lendutan pada retak pertama

= lendutan pada saat retakan telah berkembang

Keruntuhan dibagi menjadi tiga pola retak (failure mode) yakni :



garis netral pada penampang. Apabila beban terus bertambah, retak awal yang


∆2

16



alah bila beban


retakan di bagian yang

[3]

) yakni :



h, retak awal yang sudah


∆


17


tahap tertentu, retak rambut pada daerah dimana tidak adanya gaya lintang,

memanjang dan melebar seiring berlanjutnya pembebanan.

Gambar 2.6 Pola retak tipikal akibat lentur [6].

b. Keruntuhan Diagonal Tarik.

Keruntuhan ini terjadi pada kekuatan balok dalam diagonal tarik lebih kecil

daripada kekuatan lenturnya. Retak mulai terjadi di tengah bentang, berarah vertikal

berupa retak halus yang diakibatkan oleh lentur. Hal ini diikuti dengan rusaknya

lekatan antara tulangan dan beton di sekitarnya.

c. Keruntuhan Geser.

Keruntuhan ini dimulai dengan timbulnya retak lentur halus vertikal di tengah

bentang dan tidak terus menjalar, karena terjadi kehilangan lekatan antara tulangan

longitudinal dengan beton di sekitarnya pada perletakan. Setelah itu, diikuti dengan

retak miring yang lebih curam daripada retak diagonal tarik secara tiba-tiba dan

menjalar menuju sumbu netral. Kecepatan penjalaran ini semakin berkurang sebagai

akibat hancurnya beton pada tepi tertekan dan terjadinya redistribusi tegangan pada

daerah atas.


2.2 Material Pembentuk Beton

Beton adalah material yang dihasilkan dari sekumpulan interaksi mekanis dan

kimiawi sejumlah material pembentuknya. Material pembentuk tersebut berupa

agregat halus dan agregat kasar yaitu pasir, batu, batu pecah atau bahan semacam

lainnya, dengan menambahkan secukupnya bahan perekat semen Portland, dan air

sebagai bahan pembantu

perawatan beton berlangsung.

Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum

N/mm2 atau Mpa (Mega Pascal

10-65 Mpa [9].. Untuk struktur beton bertulang umumnya menggunakan beton dengan

kuat tekan berkisar 17-

Mpa [9].

Kuat Tekan beton biasanya didapat dari

tinggi dengan diameter adala

tegangan yang rendah hingga mencapai tegangan maksimum dalam waktu 2

menit. Untuk pengujian

dan diameter 152 mm. Kuat tekan beton ditest

berkisar antara 13,8 – 55,2 N/mm

Biasanya kurva tegangan regangan beton mendekati linier sampai dengan

setengah dari kuat tekan beton tetapi mendekati puncak dari kurva maka garis akan

mendekati datar. Pada beton dengan mutu yang rendah maka puncak dari kurva

tegangan dan regangan adalah datar.


Gambar 2.7 Pola retak [4].

2.2 Material Pembentuk Beton





sebagai bahan pembantu guna keperluan reaksi kimia selama proses pengerasan dan

perawatan beton berlangsung.

Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum fc’

Mega Pascal). Kuat tekan beton berumur 28 hari berkisar antara ±

Untuk struktur beton bertulang umumnya menggunakan beton dengan

-30 Mpa, beton ready mix sanggup mencapai kuat tekan 62

Kuat Tekan beton biasanya didapat dari uji tekan silinder beton dengan ra

tinggi dengan diameter adalah 2. Silinder beton diberi gaya longitudinal dengan laju

tegangan yang rendah hingga mencapai tegangan maksimum dalam waktu 2

ntuk pengujian tekan standard silinder beton adalah dengan tinggi 305 mm

diameter 152 mm. Kuat tekan beton ditest pada saat 28 hari. Kuat tekan beton

55,2 N/mm2 [9].

kurva tegangan regangan beton mendekati linier sampai dengan



tegangan dan regangan adalah datar.

18






guna keperluan reaksi kimia selama proses pengerasan dan

fc’ dengan satuan

). Kuat tekan beton berumur 28 hari berkisar antara ±

Untuk struktur beton bertulang umumnya menggunakan beton dengan

sanggup mencapai kuat tekan 62

silinder beton dengan rasio

h 2. Silinder beton diberi gaya longitudinal dengan laju

tegangan yang rendah hingga mencapai tegangan maksimum dalam waktu 2 – 3

ilinder beton adalah dengan tinggi 305 mm

pada saat 28 hari. Kuat tekan beton

kurva tegangan regangan beton mendekati linier sampai dengan




19


Modulus Elastisitas beton pada daerah elastis pada SNI dapat diambil sebesar;

'4730c cE f

(2.10)

Dimana :



2.2.1 Semen Portland

Semen Portland mengandung kalsium dan alumina silica dibuat dari bahan

utama limestone yang mengandung kalsium oksida (CaO), dan lempung yang

mengandung silica dioksida (SiO2) serta alumunium oksida (Al2O3) [7].

Semen berfungsi sebagai bahan perekat untuk menyatukan bahan agregat

kasar dan agregat halus menjadi satu massa yang kompak dan padat dengan proses

hidrasi. Semen akan berfungsi sebagai perekat apabila diberi air, sehingga semen

tergolong bahan pengikat hidrolis.

Kekuatan semen merupakan hasil dari proses hidrasi. Proses kimiawi ini

berupa rekristlisasi dalam bentuk interlocking-crystals sehingga membentuk gel

semen yang akan mempunyai kekuatan tekan tinggi apabila mengeras. Tabel 2.1

memperlihatkan kontribusi relatif masing-masing komponen semen dalam mencapai

kekuatannya. Kekuatan awal semen portland semakin tinggi apabila semakin banyak

persentase C3S. Jika perawatan kelembaban terus berlangsung, kekuatan akhirnya

akan lebih besar apabila persentase C2S semakin besar. C3A mempunyai kontribusi

terhadap kekuatan selama beberapa hari sesudah pengecoran beton karena bahan ini

yang terdahulu mengalami hidrasi.


20


Tabel 2.1 Sifat-sifat semen [7].

Komponen Kelajuan reaksi Pelepasan

panas

Besar

penyemenan

batas

Trikalsium silikat

C3S

Sedang Sedang Baik

Dikalsium silikat

C2S

Lambat Kecil Baik

Trikalsium aluminat

C3A

Cepat Besar Buruk

Tetrakalsium

aluminoferrat

C4AF

Lambat Kecil Buruk

Jika semen portland dicampur dengan air, maka komponen kapur dilepaskan

dari senyawanya. Banyaknya kapur yang dilepaskan ini sekitar 20% dari berat semen.

Kondisi terburuknya adalah terjadinya pemisahan struktur yang disebabkan oleh

lepasnya kapur dari semen. Situasi ini harus dicegah dengan menambahkan pada

semen suatu mineral silica seperti pozolan. Mineral yang ditambahkan bereaksi

dengan kapur bila ada uap membentuk bahan yang kuat, yaitu kalsium silikat.

Zat kapur adalah proporsi terbesar dalam pembentukan semen sehingga

berperan menentukan sifat semen. Kelebihan zat kapur berdampak kurang baik untuk

semen, serta menyebabkan disintegrasi (perpecahan) semen setelah timbul ikatan.

Kadar kapur yang tinggi tapi tidak berlebihan cenderung memperlahan perkerasan

tetapi menghasilkan kekuatan awal yang tinggi. Kekurangan kapur menghasilkan

semen yang lemah dan bilamana kurang sempurna pembakarannya, menyebabkan

ikatan yang cepat.

Karena berbagai jenis semen menghasilkan panas yang berbeda-beda, begitu

juga dengan kelajuan pelepasan panas yang berbeda, maka sangat perlu diketahui

untuk struktur apakah semen tersebut digunakan. Semakin besar dan berat

penampang struktur beton, semkin sedikit panas hidrasi yang di inginkan.


21


Adapun jenis-jenis semen portland adalah sebagai berikut:

A. Semen jenis I : Semen portland untuk penggunaan umum untuk semua

tujuan.

B. Semen jenis II : Relatif sedikit pelepasan panas; digunakan untuk struktur

besar.

C. Semen jenis III : Mencapai kekuatan tinggi pada umur 3 hari.

D. Semen jenis IV : Dipakai pada bendungan beton, karena mempunyai sifat

panas hidrasi rendah.

E. Semen jenis V : Dipakai untuk beton yang akan di tempatkan di lingkungan

dengan konsentrasi sulfat yang tinggi.

2.2.2 Agregat

Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi

dalam campuran beton. Pada beton biasanya terdapat sekitar 60%-80% volume

agregat [8]. Agregat ini harus bergradasi sedemikian rupa sehingga seluruh massa

beton dapat berfungsi sebagai benda yang utuh, homogen, dan rapat, dimana agregat

yang berukuran kecil berfungsi sebagai pengisi celah yang ada diantara agregat yang

berukuran besar. Bentuk, tekstur, dan gradasi agregat mempengaruhi sifat pengikatan

dan pengerasan beton segar. Untuk mencapai kuat beton baik perlu diperhatikan

kepadatan dan kekerasan massanya, karena umumnya semakin padat dan keras massa

agregat akan semakin tinggi kekuatan dan durability-nya (daya tahan terhadap

penurunan mutu akibat pengaruh cuaca). Sedangkan sifat fisik, kimia, dan mineral

mempengaruhi kekuatan, kekerasan dan ketahanan dari beton, sehingga pemilihan

agregat merupakan suatu bagian yang penting dalam pembuatan beton.

Maksud penggunaan agregat di dalam campuran beton ialah:

1. Menghemat penggunaan semen portland.

2. Menghasilkan beton dengan kekuatan besar.

3. Mengurangi penyusutan pada pengerasan beton.

4. Dengan gradasi agregat yang baik dapat tercapai beton padat.

5. Sifat mudah dikerjakan (workability) dapat diperiksa pada adukan beton

dengan gradasi yang baik.


22


Karena agregat merupakan bahan yang terbanyak di dalam beton, maka

semakin banyak persentase agregat dalam campuran akan semakin murah harga

beton, dengan syarat campurannya masih cukup mudah dikerjakan untuk elemen

struktur yang memakai beton tersebut [7]. Sifat yang terpenting dari agregat adalah

kekuatan hancur dan ketahanan terhadap benturan, yang mempunyai pengaruh

terhadap ikatan dengan pasta semen, porositas, dan karakteristik penyerapan air yang

mempengaruhi daya tahan terhadap proses pembekuan pada musim dingin, dan

ketahanan terhadap penyusutan. Berdasarkan ukuran butiran, agregat dapat dibedakan

menjadi dua jenis, yaitu agregat halus dan agregat kasar.

2.2.2.1. Agregat Halus

Agregat Halus Merupakan agregat isi yang berupa pasir alam hasil disintegrasi

alami dari batu-batuan (natural sand) atau berupa pasir buatan yang dihasilkan dari

alat-alat pemecah batuan (artificial sand) dengan ukuran kecil (0,15-5 mm). Agregat

halus yang baik harus bebas bahan organik, lempung, partikel yang lebih kecil dari

saringan No. 200, atau bahan-bahan lain yang dapat merusak beton. Persyaratan

gradasi agregat halus dapat dilihat dalam Tabel 2.2 berikut ini:

Tabel 2.2 Persyaratan gradasi agregat halus ASTM C 33-74a [8].

Ukuran saringan (mm) Persentase lolos (%)

9,50 100

4,75 95-100

2,36 80-100

1,18 55-85

0,60 25-60

0,30 10-30

0,15 2-10


23


2.2.2.2. Agregat Kasar

Agregat kasar didefinisikan sebagai butiran yang tertahan saringan 4,75 mm

(No.4 standard ASTM). Agregat kasar mempengaruhi kekuatan akhir beton keras dan

daya tahannya terhadap disintegrasi beton, cuaca, dan efek-efek perusak lainnya.

Agregat kasar harus bersih dari bahan-bahan organik dan harus mempunyai ikatan

yang baik dengan gel semen. Agregat kasar sebagai bahan campuran untuk

membentuk beton dapat berupa kerikil atau batu pecah. Persyaratan gradasi untuk

agregat kasar dapat dilihat pada tabel berikut ini:

Tabel 2.3 Persyaratan gradasi agregat halus ASTM C 33-74b [8].

Ukuran saringan (mm) Persentase lolos (%)

25 95-100

19 -

12,5 25-60

9,5 -

4,75 0-10

2,36 0-5

2.2.3. Air

Pada campuran beton, air mempunyai dua fungsi. Fungsi pertama adalah

untuk memungkinkan reaksi kimia yang menyebabkan pengikatan dan

berlangsungnya pengerasan. Fungsi kedua adalah pertama sebagai pelincir campuran

kerikil, pasir dan semen agar memudahkan percetakan. Proporsi air yang sedikit akan

memberikan kekutan yang tinggi pada beton, tetapi lemasan beton atau daya kerjanya

akan berkurang yang di akibatkan karena proses hidrasi tidak seluruhnya selesai.

Sedangkan proporsi air yang berlebihan akan memberikan kemudahan pada waktu

pelaksanaan pencampuran, tetapi kekuatan hancur beton menjadi rendah dikarenakan

banyaknya gelembung air yang terbentuk. Proporsi air ini dinyatakan dalam rasio air-

semen, yaitu angka yang menyatakan perbandingan antar berat air dibagi dengan berat

semen dalam adukan beton tersebut, pada umumnya dipakai 0,4-0,6 tergantung mutu

beton yang hendak dicapai. Beton yang paling padat dan kuat diperoleh dengan


24


menggunakan jumlah air yang minimal konsisten dan derajat workabilitas yang

maksimal.

Air yang digunakan harus memenuhi persyaratan kualitas air sebagai berikut :

1. Tidak mengandung lumpur (benda melayang lainnya) lebih dari 2

gram/liter.

2. Tidak mengandung garam-garam yang dapat merusak beton (asam, zat

organik, dan sebagainya) lebih dari 15 gram/liter.

3. Tidak mengandung kolorida (Cl) lebih dari 0,5 gram/liter.

4. Tidak mengandung senyawa sulfat lebih dari 1 gram/liter [9].

2.3 Baja (hot-rolled)

Baja adalah material yang memiliki keunggulan pada kuat tarik dan bersifat

elastis. Kekuatan yang tinggi ini terdistribusi secara merata. Kekuatan tarik baja

bervariasi dari 300 Mpa sampai 2000 Mpa [10]. Pengujian umum yang dilakukan pada

baja adalah uji tarik. Pengujian kuat tarik spesimen baja dapat dilakukan dengan

universal testing machine (UTM). Adapun bentuk spesimen untuk uji tarik dapat

dilihat pada Gambar 2.8. Dengan mesin itu spesimen ditarik dengan gaya yang

berubah-ubah,dari nol lalu diperbesar sedikit demi sedikit sampai spesimen putus.

Gambar 2.8 Spesimen baja uji tarik [1].


Material baja memiliki fase fase sebelum putus ketika

ataupun pembebanan berulang (

luar.

Beberapa karakteristik material dapat dilihat dari grafik di atas

A. perilaku elastis: perilaku elastis terjadi apabila tegangan yang terjadi ma

dalam area elastis. Dimana pada daerah elastis ini kurva yang terbentuk

adalah garis linier. Jadi pada pada daerah ini tegangan yang terjadi

proporsional terhadap regangan yang terjadi. Titik akhir dari garis linier ini

disebut dengan batas elastis.

B. leleh : tegangan yang terjadi sedikit diatas area elastis akan menyebabkan

material berdeformasi secara permanen. Perilaku ini disebut dengan leleh.

Peristiwa leleh ini terjadi pada dua buah titik antara tegangan leleh bawah

dimana tegangan tidak berubah tet

leleh atas

C. strain hardening

dapat ditingkatkan dan menghasilkan kurva yang terus meningkat tetapi


Grafik 2.3 Karakteristik baja[11] .

Material baja memiliki fase fase sebelum putus ketika pembebanan (

ataupun pembebanan berulang ( loading unloading ) sebagai reaksi terhadap gaya

Beberapa karakteristik material dapat dilihat dari grafik di atas [11]

perilaku elastis: perilaku elastis terjadi apabila tegangan yang terjadi ma




disebut dengan batas elastis.

leh : tegangan yang terjadi sedikit diatas area elastis akan menyebabkan



dimana tegangan tidak berubah tetapi regangan terus meningkat hingga titik

strain hardening : ketika material telah mencapai titik leleh atas tegangan


25


pembebanan ( loading )

sebagai reaksi terhadap gaya

[11]:

perilaku elastis: perilaku elastis terjadi apabila tegangan yang terjadi masih




leh : tegangan yang terjadi sedikit diatas area elastis akan menyebabkan



api regangan terus meningkat hingga titik

: ketika material telah mencapai titik leleh atas tegangan



26


semakin datar hingga mencapai tegangan ultimate. Kurva tersebut disebut

dengan strain hardening.

D. necking : setelah melewati tegangan ultimate kurva menurun hingga mencapai

tegangan patah. Pada area kurva ini tegangan turun kemudian regangan

bertambah tetapi luas permukaan berkurang pada sebuah titik. Hal ini yang

disebut dengan necking.

Hubungan antara tegangan dan regangan dideskripsikan oleh Robert Hooke

pada tahun 1676 yang dikenal dengan hukum Hooke. Hukum Hooke dapat

diekspresikan dengan persamaan matematis

σ = ε . E (2.11)

dimana E adalah modulus young yang proportional pada daerah elastis. Pertama

tegangan regangan akan bersifat elastis hingga titik leleh bila tegangan tidak

mencapai tegangan leleh (titik A) maka regangan akan kembali ke titik awal (titik O).

Pada daerah plastis, persamaan 2.11 tidak lagi berlaku.

Untuk mengambarkan tegangan regangan pada daerah plastis kita dapat

mempelajari fenomena strain hardening. Ketika material yang bersifat ductile dikenai

pembebanan berulang ( loading unloading ). Apabila tegangan melewati titik leleh

maka rengangan akan bersifat inelastis. Pada saat unloading (titik A’) maka regangan

akan kembali secara sejajar dengan garis elastis tetap tidak kembali ke titik O tapi

titik O’, perbedaan antara titik O dan titik O’ disebut regangan tetap ( permanent set ).

Bila beban diberikan lagi maka regangan akan melalui garis O’ menuju A’ dan disini

titik A’ menjadi tegangan leleh yang baru. Bila beban melewati tegangan leleh yang

baru maka regangan akan masuk ke dalam daerah plastis, demikian pula seterusnya[11].


Grafik 2.4

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa beton kuat terhadap tekan

terhadap tarik, oleh karena itu beton umumnya dipakai bersamaan dengan baja yang

kuat terhadap tegangan tarik. Fungsi baja tulangan pada beton adalah :

1. untuk menambah kuat tarik dan daktilitas dari beton.

2. baja tulangan yang digunakan pada tulanga

kuat lentur dari struktur

3. baja tulangan yang digunakan sebagai sengkang umumnya dirancang untuk

menahan gaya tarik diagonal yang terdiri dari geser dan torsi.

4. untuk mengontrol retak lentur pada saat beban kerja pada balok b

tegang sebagian.

5. untuk mengontrol susut dan retak akibat temperatur pada daerah yang gaya

pra-tegang rendah.

6. untuk menahan gaya tekan pada saat kapasitas tekan beton tidak mencukupi.

7. untuk mengurangi lendutan jangka panjang dan perpendekan akibat

dan susut.


Grafik 2.4 Grafik tegangan regangan untuk reserve loading[11].

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa beton kuat terhadap tekan


kuat terhadap tegangan tarik. Fungsi baja tulangan pada beton adalah :

untuk menambah kuat tarik dan daktilitas dari beton.

baja tulangan yang digunakan pada tulangan letur berfungsi untuk menambah

kuat lentur dari struktur

baja tulangan yang digunakan sebagai sengkang umumnya dirancang untuk

menahan gaya tarik diagonal yang terdiri dari geser dan torsi.

untuk mengontrol retak lentur pada saat beban kerja pada balok b

tegang sebagian.

untuk mengontrol susut dan retak akibat temperatur pada daerah yang gaya

tegang rendah.

untuk menahan gaya tekan pada saat kapasitas tekan beton tidak mencukupi.

untuk mengurangi lendutan jangka panjang dan perpendekan akibat

27


Telah dijelaskan sebelumnya bahwa beton kuat terhadap tekan dan lemah


n letur berfungsi untuk menambah

baja tulangan yang digunakan sebagai sengkang umumnya dirancang untuk

untuk mengontrol retak lentur pada saat beban kerja pada balok beton pra-

untuk mengontrol susut dan retak akibat temperatur pada daerah yang gaya

untuk menahan gaya tekan pada saat kapasitas tekan beton tidak mencukupi.

untuk mengurangi lendutan jangka panjang dan perpendekan akibat rangkak


Agar beton bertulang dapat berfungsi dengan baik sebagai bahan komposit

dimana batang baja tulangan saling bekerja sama

perlu diusahakan agar terjadi penyaluran gaya yang baik dari suatu bahan ke bahan

yang lain. Untuk menjamin hal ini diperlukan adanya lekatan yang baik antara beton

dengan penulangan, dan tersedianya penutup beton yang cukup

tulangan dapat menyalurkan gaya sepenuhnya melalui ikatan, baja harus tertanam di

dalam beton hingga suatu kedalaman tertentu yang dinyatakan dengan panjang

penyaluran [12] .

Panjang penyaluran didefinisikan sebagai panjang minimum dari

terbenam yang diperlukan sehingga tulangan dapat diberikan tegangan mencapai titik

leleh [13]. Panjang penyaluran merupakan fungsi dari fy, diameter, dan tegangan lekat.

Panjang penyaluran menentukan tahan terhadap tergelincirnya tulangan

batang dapat menyalurkan gaya sepenuhnya melalui ikatan, tulangan harus tertanam

di dalam beton hingga suatu kedalaman tertentu yang dinyatakan dengan panjang

penyaluran [12].


Gambar 2.9 Profil tulangan [11].


dimana batang baja tulangan saling bekerja sama sepenuhnya dengan beton, maka



dengan penulangan, dan tersedianya penutup beton yang cukup tebal. Agar baja



Panjang penyaluran didefinisikan sebagai panjang minimum dari


Panjang penyaluran merupakan fungsi dari fy, diameter, dan tegangan lekat.

Panjang penyaluran menentukan tahan terhadap tergelincirnya tulangan



28



sepenuhnya dengan beton, maka



tebal. Agar baja



Panjang penyaluran didefinisikan sebagai panjang minimum dari tulangan


Panjang penyaluran merupakan fungsi dari fy, diameter, dan tegangan lekat.

Panjang penyaluran menentukan tahan terhadap tergelincirnya tulangan [2]. Agar




29


2.4. Baja ringan (Cold-Formed)

Baja ringan memiliki perbedaan perilaku bila dibandingkan dengan baja biasa.

Kurva tegangan regangan pada Grafik 2.5 dibawah ini menunjukan perbandingan

perilaku baja Baja (hot-rolled) dengan baja ringan (cold-formed).

Grafik 2.5 Kurva tegangan regangan baja – baja ringan. (a) Sharp-yielding of hot rolled steel. (b)

Gradual-yielding of cold-formed steel [14].

Pada baja (hot-rolled) titik leleh menunjukan tekukan yang tajam setelah fase

elastis sedangkan pada baja ringan (cold-formed) menunjukan pola yang cenderung

naik secara bertahap. Garis yang menunjukan pola mendekati linear pada diagram

kurva tegangan regangan menggambarkan peralihan dari fase elastis ke fase inelastis.

Nilai modulus elastisitas baja ringan (cold-formed) adalah 29,500 ksi (203 GPa)


30


sedangkan pada baja (hot-rolled) nilai modulus elasitisitasnya adalah 29,000 ksi (200

GPa) [15]. Nilai modulus geser untuk baja ringan adalah G = 11,300 ksi (77.9 GPa) [15].

Penggunaan material baja ringan menghasilkan fenomena tersendiri dalam

perencanaannya yang berbeda dengan material baja (hot-rolled) yang umumnya

relatif lebih tebal. Uraian berikut menjelaskan beberapa fenomena pada baja ringan

(cold-formed) yang perlu menjadi pertimbangan dalam desain [14] .

a. Tekuk Lokal dan Kekuatan paska Tekuk.

Elemen struktur baja ringan umumnya mempunyai tebal yang relatif

kecil sehingga mudah mengalami tekuk lokal (setempat) akibat tegangan

tekan, meskipun kondisi masih elastis (belum mencapai tegangan leleh).

Tegangan tekan tersebut dapat timbul akibat gaya tekan, momen, gaya geser

atau tumpu. Jadi tekuk lokal menjadi kriteria penting dalam perencanaan.

Meskipun demikian, hal yang menarik bahwa elemen baja ringan pada

kondisi tegangan tekuk teoritis belum tentu runtuh, dari hasil penelitian

diketahui bahwa elemen baja ringan tetap dapat memikul beban setelah pasca

tekuk. Penelitian Prof George Winter menunjukkan bahwa balok ringan

dengan rasio lebar berbanding tebal kurang lebih 184, pada beban tekuk

teoritis 2.2 kN (100%) belum mengalami runtuh, dan keruntuhan baru terjadi

pada beban 15.4 kN (700%) [15]. Percobaannya lain, balok I dengan rasio lebar

berbanding tebal kurang lebih 46 mencapai keruntuhan sebesar 350% dari

beban teoritis yang menyebabkan tekuk pada sayap bagian atas. Oleh sebab

itu kekuatan pasca tekuk dari elemen baja ringan perlu dipertimbangkan untuk

hasil perencanaan yang ekonomis [15].


Gambar 2.10

b. Kekakuan Torsi

Elemen struktur baja ringan

penampang terbuka (

berbanding lurus terhadap ketebalan sehingga kekuatannya relatif kecil

terhadap torsi.

Pada bentuk profil C yang biasa digunakan, memiliki pusat geser

(shear-center) yang berada di luar titik berat (

Kondisi tersebut menyebabkan tekuk lentur

perencanaan kolom namun relatif bukan

perencanaan balok

c. Sistem Sambungan

Pada sambungan baut, ketebalan bagian yang disambung relati

pada baja ringan dibanding baja biasa (

ringan berbentuk lembaran sheet atau

sempit antara tegangan leleh (


Gambar 2.10 Bentuk tekuk lokal (local buckling) baja ringan (cold-

Elemen struktur baja ringan umumnya langsing dan berupa

penampang terbuka (open section) sehingga mempunyai kekak

universitas indonesia studi eksperimental balok komposit baja ringan dengan balok...

Documents