PERBAIKAN DAN PEKUATAN STRUKTUR
III.9 Material Perkuatan
Tipe FRP yang sering dipakai pada perkuatan struktur adalah dari bahan carbon, aramid
dan glass. Perbandingan dari ketiga macam bahan FRP ini dapat dilihat pada Gambar 3, dan Tabel 3.2.
Bentuk FRP yang sering digunakan pada struktur adalah : Plate / Composite
Fabric / Wrap
Tabel 3.2. Perbandingan Performance FRP¹(ACI Comitte)
Performance Carbon Aramid Glass
Alkaline Resistant Good Good Bad
UV Resistant Yes No Yes
Electrical Conductivity Yes No No
Compressive vs Tensile Strength Close to Lower Close
Elastic Modulus vs Steel Similar Lower Lower
Melting Point 650ºC 200ºC 1000ºC
Creep Rupture Best Moderate Bad
Bentuk plate lebih efektif dan efesien untuk perkuatan lentur baik pada balok maupun plat serta pada dinding, sedang bentuk wrap lebih efektif dan efisien untuk perkuatan geser
pada balok serta untuk meningkatkan kapasitas beban axial dan geser pada kolom.
Pemasangan FRP pada umumnya adalah dengan menggunakan epoxy sebagai bonding
untuk menyatukan FRP dengan beton. Yang perlu diperhatikan adalah pemasangan bentuk
Fabric / wrap, dimana terdapat dua sistem yaitu ‘dry system’ (FRP tidak perlu dijenuhkan
dulu dengan epoxy) dan ‘Wet system’ (FRP harus dijenuhkan dulu dengan epoxy
menggunakan mesin saturator). Untuk menentukan sistem mana yang akan digunakan, tergantung dari banyaknya fiber per m². Pada umumnya FRP dengan banyaknya fiber kurang dari 300 gr/m² menggunakan ‘dry system’, sebaliknya menggunakan ‘wet system’.
Fiber Reinforced Polymer (FRP) diartikan sebagai bahan komposit, kata komposit berasal dari bahasa latin yaitu componer, yang berarti menyatukan. Komposit adalah suatu material yang dibentuk dari bagian-bagian yang terpisah yang memiliki sifat berbeda
dengan yang lainnya. Komposit yang akan dibahas disini berupa Fiber Reinforced
Polymer. Ini merupakan komposit dengan dimana polymernya terdiri dari serat yang relatif
tipis dan panjang. Komposit ini banyak ditemukan dalam alat-alat olah raga, pesawat, dan
industri ruang angkasa. Walaupun komposit digunakan selama beberapa waktu dalam
industri bangunan, namun pemakaian bahan ini sendiri bisa dianggap sebagai hal yang baru dalam bidang Teknik Sipil.
III.9.1 Komponen - komponen komposit a) Fiber
Sifat -sifat komposit sangat dipengaruhi oleh jenis seratnya. Dalam Teknik Sipil ada tiga jenis serat yang terkenal yaitu serat carbon, aramid, dan glass (kaca). Namun yang sering digunakan dalam perkuatan struktur beton yaitu serat carbon (CFRP). Karena serat ini memiliki sifat yang berbeda dengan yang lainnya, termasuk dari segi harganya.untuk tujuan perkuatan struktur serat carbon merupakan pilihan yang tepat, oleh karena itu
dalam tulisan ini yang akan dibahas adalah serat carbon.serat ini memiliki tegangan yang lebih tinggi dari pada tegangan baja biasa. Perbedaan ketiga jenis serat tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.1 dan data materialnya ditunjukkan dalam Tabel 3.3.
Stress (MPa) 1 2 3 4 5 4000 Carbon HS Aramid Glass Carbon HM Steel bar Steel tendon 6000 2000 Strain % 0
Gambar 3.1 Perbedaan sifat fiber dan baja ( ACI Comitte 1996) Tabel 3.3 Sifat mekanis material (ACI Comitee 440)
Material Mod. Elastis
(GPa) Compressif strenght (MPa) Tensile strenght (MPa) Density(kg/m³) Beton 20 – 40 5 - 60 1 – 3 2400 Steel 200 - 210 240 - 690 240 – 690 7800 Carbon fiber 200 - 800 - 2500 – 6000 1750 - 1950 Carbon
Serat carbon memiliki modulus elastis yang tinggi dengan kisaran 200-800 GPa.
Elongasi akhir adalah 0,3 - 2,5 % dimana elongasi yang lebih rendah dengan kekerasan yang lebih tinggi dan sebaliknya. Serat – serat carbon tidak menyerap air dan resisten
terhadap banyak larutan kimia, tidak mengalami korosi dan tidak menunjukkan creep
ataupun relaksasi. Memiliki sedikit relaksasi dibandingkan dengan baja prestress yang memiliki relaksasi rendah. Serat carbon konduktif terhadap listrik, dengan demikian bisa memberikan korosigalvanik bila kontak langsung dengan baja.
Serat kaca jauh lebih murah bila dibandingkan dengan serat carbon dan serat aramid. Dengan demikian komposit serat kaca lebih populer dalam berbagai aplikasi, misalnya dalam industri perkapalan. Modulus Elastisitasnya 70 - 85 GPa dengan elongasi akhir 2 - 5
% yang tergantung pada mutunya. Serat kaca sangat peka terhadap korosi pada tingkat
stress yang tinggi dan bisa memiliki masalah-masalah dalam relaksasi.Serat kaca juga memiliki sifat yang peka terhadap kelembaban.
Aramid
Aramid adalah singkatan dari polyamid aromatik. Merek terkenal dari serat aramid
adalah kevlar,modulus Elastisnya berkisar antara 70 – 200 GPa dengan elongasi akhir 1,5 – 5%. Aramid memiliki energi fraktur tinggi dan dengan demikian dapat digunakan untuk helm dan pakaian anti peluru. Serat aramid peka terhadap suhu yang tinggi, kelembaban dan sinar ultraviolet dan dengan demikian tidak dapat digunakan secara luas dalam bidang Teknik Sipil. Selanjutnya, serat aramid memiliki masalah-masalah dengan relaksasi masalah karat.
b) Resin
Resin akan mentranfer gaya antara serat-serat dan melindungi serat dari lingkungan. Dalam praktek Teknik Sipil resin banyak digunakan sebagai bahan perekat. Resin yang digunakan dalam hal ini adalah epoxy. Epoxy memiliki waktu ikat mencapai 30 menit pada suhu 20 ’ C. Sifat – sifat material epoxy dan polyester ditunjukkan dalam Tabel 3.4.
epoxy memiliki kekuatan yang baik, ikatan, sifat creep dan resistensi kimia.
Tabel 3.4 Sifat Material (ACI Comitee 440)
Material Failur strain
(%) Tensile Modulus (GPa) Tensile strenght (MPa) Density(kg/m³) Polyester 1,0-6,5 2,1-4,1 20-100 1000-1450 Epoxy 1,5-9,0 2,5-4,1 55-130 1100-1300
Gambar 3.2: Jenis-jenis FRP di Jepang (UEDA, T., 2004)
III.9.2. Durabilitas FRP (Ketahanan)
FRP sangat tahan terhadap beberapa aspek. Salah satu keuntungan terpenting adalah bahwa FRP tidak berkarat. Masalah durabilitas yang bisa diidentifikasi terutama
yang berhubungan dengan zat perekat. Epoxy merupakan sebuah polymer yang tahan
terhadap beberapa aspek, misalnya tidak menyerap air.namun demikian zat ini tidak tahan terhadap sinar ultra violet yang dapat merubah konsisitensinya. Namun dengan adanya
lapisan pelindung maka epoxy ini akan terjaga dari hal tersebut.misalnya dengan
pengecatan. Epoxy ini juga sangat peka terhadap suhu yang tinggi. Jika ada resiko
kebakaran, maka komposit ini akan dilindungi oleh rangkaian khusus. Pengikatan plat dengan komposit dapat menahan api lebih lama bila dibandingkan dengan pengikatan plat dengan plat baja karena konduktifitas komposit termal yang lebih rendah. Jika serat karbon
murni bersentuhan dengan baja maka akan terjadi resiko korosi galvanic. Sepanjang zat
perekat masih utuh tidak akan ada masalah dengan kontak antara komposit dan baja.
Namun kemungkinan terjadi untuk mengikatkan lapisan insulasi tipis serat kaca dengan baja sebelum serat karbon digunakan.
III.9.3 Aspek Lingkungan
Seluruh material bisa berbahaya bagi manusia jika digunakan dalam cara yang salah ataupun untuk tujuan yang salah. Epoxy merupakan plasticthermosetting yang terdiri dari resin dan pengeras. Produk yang diawetkan sepenuhnya yang tidak menimbulkan
masalah bagi lingkungan atau kesehatan. Disisi lain jika dua senyawa ditangani secara tidak benar material ini bisa mengakibatkan alergi dan iritasi. Epoxy harus ditangani dengan teliti dengan peralatan pelindung yang tepat menurut jenis pekerjaan. Sebagai contoh pekerjaan diatas kepala akan selalu dilakukan perlindungan wajah sebagai pelengkap.
