Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)

(1)

Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber Reinforced

Polymer (Cfrp), 2009.

ANALISA KOLOM BETON BERTULANG YANG

DIPERKUAT DENGAN CARBON FIBER REINFORCED

POLYMER (CFRP)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh:

MAROLOP TUA SIANIPAR

02 0404 081

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK USU

(2)

ABSTRAK

Salah satu upaya untuk meningkatkan kemampuan suatu struktur beton bertulang dalam memikul beban-beban adalah dengan meningkatkan daktilitas struktur tersebut. Peningkatan daktilitas yang dimaksud dapat dilakukan dengan memberikan tulangan pengikat, pengekang (confinement) dari dalam beton dan kekangan yang dari luar beton (externally wrap) oleh CFRP yang dapat memberikan ikatan dan kekangan terhadap beton maupun tulangan lentur.

Confinement mampu mencegah tekuk premateur tulangan tekan longitudinal, sebagai tulangan sebagai tulangan geser mencegah terjadinya keruntuhan, serta mampu meningkatkan kekuatan tekan beton terhadap beban aksial dan momen lentur.

Dilakukannya externally CFRP pada kolom akan membuat kolom semakin kuat terhadap lentur dan beban aksial yang dipikul karena memiliki nilai kuat tarik yang sangat tinggi. Kekangan yang dilakukan pada CFRP dipengaruhi oleh jari-jari sudut siku penampang kolom bujur sangkar. Tulangan tranvesal yang bekerja akan mempengaruhi tulangan longitudinal yang bekerja terhadap lentur. Tegangan lateral yang bekerja pada FRP terhadap bidang beton yang di luar akan melentur ke luar terhadap panjang dan lebar penampang atau mengalami tekan dan sebaliknya tulangan tranversal cenderung mengalami tekan.

(3)

DAFTAR ISI

ABSTRAK………...………...……..i

KATA PENGANTAR………...………..ii

DAFTAR ISI………...……..…..iv

DAFTAR NOTASI………...vii

DAFTAR GAMBAR………..…………...x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Umum………..……….…1

1.2 Latar belakang masalah………2

1.3 Maksud dan tujuan………...…3

1.4 Pembatasan masalah……….…………...….4

1.5 Metode pembahasan………..…...…4

1.6 Sistematika pembahasan……….…...…..5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum……….………..7

2.2 Fiber Reinforced Polimer……….…...…………9

2.3 Pengunaan FRP yang ada di Pasaran……….………13

2.4 Alasan pengunaan CFRP………..….…..…..17

2.5 Fungsi CFRP……….….…………18

2.6 Pekerjaan sebelum dilakukan pemasangan……….…….…..19

2.6.1. Investigasi………..…19

2.6.2. Evaluasi……….………….20

(4)

2.7 Struktur bangunan yang menggunakan FRP………...……...……24

2.8 Bentuk dan tipe FRP………..………....24

2.9 Aplikasi FRP terhadap bangunan……….……….….24 2.10 Pekerjaan dan pemasangan FRP pada kolom………….….……..26

2.10.1.pekerjaan pada FRP………...……..…..26 2.10.2.pemasangan FRP pada kolom………..……….28 2.11 Perumusan CFRP pada Kolom………...….……..29

BAB III ANALISIS CONFINEMENT dan CFRP KOLOM

3.1 Umum……….……..…..32

3.2 Kekuatan Tekan Beton……….………..33

3.3 Kekuatan Tarik Beton………...…………...34

3.4 Kolom Beton Bertulang Berdasarkan Bentuk………..…………..35

3.5 Persyratan Penulangan Kolom………...44

3.6 Pengaruh Sengkang terhadap Kolom……….……..………..44 3.7 Pengaruh FRP terhadap Sengkang………...………..47 3.8 Tegangan dan Regangan Beton dengan CFRP………….……….47

3.9 Analisis Kolom……….…….….51

BAB IV ANALISA PERHITUNGAN

4.1 Analisa Gaya Aksial dan Momen Lentur pada Kolom Confinement……….………..61

(5)

4.2.1 Tebal CFRP = 0,3 mm………….………..78

4.2.2 Tebal CFRP = 0,5 mm……….………..98

4.2.3 Tebal CFRP = 0,7 mm……….………….…….99

4.2.4 Tebal CFRP = 1,0 mm……….…………..………99

4.3 Pengaruh Kuat Tekan Beton (fC’)………101

4.3.1 Kuat Tekan Beton (fC’) = 30 MPa…………...…………101

4.3.2 Kuat Tekan Beton (fC’) = 35 MPa…………...………….102

4.3.3 Kuat Tekan Beton (fC’) = 40 MPa…………...………….103

4.4 Pengaruh Dimensi Kolom (B, H)………...……..………104

4.4.1 Dimensi 500 mm x 500 mm………...…………..104

4.4.2 Dimensi 600 mm x 600 mm…………..………...…105

4.4.3 Dimensi 700 mm x 700 mm………..……...……106

4.5 Merencanakan Dimensi dan Tulangan Kolom...107

BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan……….……….112

5.2 Saran ……….………...……113

(6)

KATA PENGATAR

Puji serta syukur kepada Allah Bapa, karena berkat dan karuniaNYA saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dimana tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan program sarjana (S1) di Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara (USU).

Penulis menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, doa, dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada:

 Bapak Prof. Dr. Ing. JOHANNES TARIGAN selaku ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

 Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc., selaku sekertaris Departmen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

 Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT selaku dosen wali dan pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan masukan dalam penyelesaian tugas akhir ini serta selama masa kuliah.

 Bapak Ibu dosen staf pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera utara.

 Seluruh pegawai yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan administrasi.

(7)

 Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan masukan semangat, dan doa diantaranya Daniel Damanik, Togi Sagala, Daniel Pasaribu, Parna, Tohap, Jekson, Galumbang (02), Fornando, Samuel, Roby, Siska, Indah, (04) serta adik-adik 05. Teman-teman disekitar tempat tinggalku Lor IX diantaranya Lasma Sgn, Desmi, Donfri, lintonk, Brians, Nando. Persekutuan Mahasiswa KMK yaitu: Frans, Adithya, dan B’Enru dan yang lainnya yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu.

Penulis menyadari bahwa manusia tidak luput dari khilaf dari kesalahan, demikian juga penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini sehingga tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan walaupun penulis telah semaksimal mungkin. Oleh karena itu, dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima segala saran dan kritikan demi kesempurnaan tugas akhir.

(8)

Daftar Notasi

As : Luas tulangan baja, mm 2

a : Kedalaman tegangan saat ultimate, mm b : Lebar area penampang kolom, mm Cc : Gaya tekan beton, N

Cs : Gaya tekan baja, N d : jarak efektif, mm

d” : Jarak pusat gaya tekan beton didalam sengkang, mm d” ’ : Jarak pusat gaya tekan beton diluar sengkang, mm d” ” : Jarak pusat gaya tekan beton bagian samping, mm

d1 : Jarak tulangan 1 ke pusat tekan terluar, mm d2 : Jarak tulangan 2 ke pusat tekan terluar, mm d3 : Jarak tulangan 3 ke pusat tekan terluar, mm Ej : Modulus elastis pada FRP, N/mm2

fc’ : Kekuatan tekan beton, N/mm2 fcc’ : Kekuatan tekan beton, FRP, N/mm2

fj : Tegangan pada sisi dalam Jaket FRP, N/mm2 fl : Tegangan lateral minimum, N/mm2

Fl : Tegangan lateral maksimum, N/mm2

fr : Modulus rupture atau modulus retak beton, N/mm fs : Tegangan tulangan baja, N/mm2

h : Tinggi penampang daerah tekan, mm

(9)

k : Koefisien retak beton sebesar, 0.62 kc : Faktor penambah kekuatan beton ke : Rasio area effektif yang terlindung Mn : Momen lentur murni, Nmm

Mretak : Momen saat pertama retak, Nmm

My : Momen beton setelah baja mengalami leleh, Nmm Mu : Momen kolom beton mencapai ultimate, Nmm n : Rasio modulator atau angka ekivalen

P : Gaya tekan aksial kolom, N P : Selimut beton, N

r : Jari-jari sudut siku-siku kolom, mm Ss : Gaya tekan tulangan baja, N

Sn : Jarak antar satu tulangan dengan yang lain? Spasi sengkang, mm Ts : Tulangan mengalami tarik, N

y : Garis netral kolom dalam keadaan seimbang, mm ydasar : Garis netral kolom, mm

ytarik : Jarak total gaya tarik dari serat tekan terluar kolom, mm ytekan : Jarak total gaya tekan dari bagian atas kolom, mm

Z : Parameter kolom beton dengan kekangan : Koefisien; 22/7 atau 3.14

: Faktor tegangan rata-rata

(10)

c : Regangan beton

s : Regangan tulang yang memiliki tarik j : Regangan jaket FRP

50u : Regangan beton unconfinement lebih dari 0.002 saat tegangannya 0.5 fc’ 50c : Regangan beton confinement lebih dari 0.002 saat tegangannya 0.5 fc’ 50h : Selesai 50cdengan 50u

20c : Regangan beton confinement lebih dari 0.002 saat tegangannya 0.2 fc’ : Ratio tulangan

(11)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 UMUM

Penggunaan bahan serat yang memperkuat kolom (FRP) secara eksternal kini sudah diterapkan pada banyak jenis bangunan salah satunya pada bangunan bertingkat. Polimer sebagai perkuatan (FRP) dikenal sebagai bahan yang mampu memberi menahan tarikan, memperbaiki serta meningkatkan kekuatan dari luar kolom struktur beton. FRP merupakan bahan yang sangat baik dalam pengunaannya untuk bentuk kolom. FRP ini pertama kali dikenalkan pada model kolom bulat oleh para ahli konstruksi dari Amerika sebelum tahun 2002. Namun untuk pemakaian pada kolom bujur sangkar belum bisa digunakan sehingga para ahli konstruksi dari Eropa melakukan uji coba untuk kolom tersebut, ternyata hal itu dapat dipakai untuk kolom bujur sangkar hingga pada tahun 2003 produk tersebut dimunculkan. Sebagai contoh, disain ini telah menyediakan kenyamanan untuk kolom berbentuk bulat dengan diselimuti atau dibungkus oleh FRP, tapi kemudian pembuatan aplikasi di uji cobakan untuk kolom bujur sangkar oleh para ahli konstruksi.

y

h b x Unconfined concrete

b

(12)

CFRP

(tarik) Confinement

(tekan)

daerah yang mengalami kekangan P

P

Gambar 1.1 Batas potongan melintang beton

Pada prinsipnya kekuatan tambahan ini dapat dipakai jika batasan-batasan yang ada harus diperhatikan, antara lain :

• Specimen pada kolom bujur sangkar terhadap FRP.

• Kelancipan dari sudut siku potongan melintang kolom bujur sangkar.

• Radius dari kelenturan specimen pada kekangan sudut sikunya. Beberapa hal tersebut sangat penting untuk diperhatikan pada saat pemasangan dikarenakan fungsinya sebagai pelapis dari luar yang akan dibebankan terhadap beban yang akan diterima.

FRP sebagai perkuatan yang memiliki nilai tarik yang sangat tinggi pada

kolom yang ber-confinement, serta berat sendiri yang sangat ringan sehigga pemasangannya sangat mudah dilakukan.

Gambar 1.2. Kolom dan potongan kolom yang mengalami tekan pada

confinement dan FRP mengalami tarik

(13)

Banyak struktur konstruksi bangunan dinyatakan layak untuk dihuni namun pada kenyataannya bangunan tersebut banyak kekurangannya terutama pada bagian kolomnya hal ini dapat dilihat dari beberapa tahun belakangan ini seperti bencana yang terjadi di Indonesia sehingga para ahli mencari cara untuk mengatasi hal tersebut, terutama yang terjadi pada kolom. Sehingga para ahli mencari solusi dengan membuat metode perkuatan yang bekerja dari luar.

Dibuatnya kekuatan tambahan yang dari luar membuat para ahli itu melakukan riset dibeberapa tahun terakhir ini untuk mendapatkan perkuatan tambahan. Perkuatan tambahan biasanya sangat baik untuk model tertentu saja misalnya untuk kolom bulat tapi untuk kolom bujur sangkar kurang baik ini dikarenakan beberapa hal termasuk karena bentuknya yang persegi.

Agar bahan tersebut dapat dipakai untuk model kolom bujur sangkar maka dilakukanlah riset untuk jenis kolom ini. Setelah hal itu dilakukan secara terus-menerus maka didapatlah perbandingan-perbandingan yang ada dari hasil percobaan-percobaan yang ada.

I.3 MAKSUD DAN TUJUAN

Adapun maksud dan tujuan tulisan tugas akhir ini adalah :

1. Menyediakan suatu hubungan studi yang parametrik dengan batasan model dengan petunjuk disain.

(14)

3. Menjelaskan yang mendalam serta kritis terhadap kelemahan dan kekuatan dari model kolom bujur sangkar dengan perkuatan yang terikat secara eksternal oleh FRP.

I.4 PEMBATASAN MASALAH

Penulis akan membatasi permasalahan dengan tujuan untuk menyerderhanakan perhitungan-perhitungan serta pembahasan materi yang lebih detail, pembatasan masalah tersebut antara lain:

1. Kolom bujur sangkar dengan dimensi 400mm x 400mm yang digunakan adalah beton bertulang seimbang.

2. Kolom bujur sangkar mengunakan confinement atau tulangan sengkang (tulangan transversal).

3. Material dasar dari perkuatan-serat polimer yang digunakan adalah carbon (CFRP), dengan ketebalannya specimen CFRP t_f = 0,5mm ; 0,7mm

4. Perkuatan eksternal CFRP dilakukan pada daerah yang paling bahaya seperti ujung atas dan dasar kolom dengan masing-masing lebar CFRP 0,25m dan tinggi kolom (1m) overlap ≥200mm. 5. Perkuatan eksternal FRP pada kolom satu lapis.

I.5 METODE PEMBAHASAN

(15)

akan ditimbulkan oleh FRP itu sendiri. Bahan utama pada FRP adalah resin dengan serat carbon yang dibentuk menjadi bahan.

Perhitungan-perhitungan dilakukan dengan manual dan bantuan simulasi program komputer dengan mengunakan program Microsoft Excel sebagai desain grafik. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan perbandingan yang signifikan dari hasil perhitungan yang ada.

1.6 SISTEMATIKA PEMBAHASAN

Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan sistematika pembahasan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Uraian mengenai hal umum tentang penulisan tugas akhir, latar belakang masalah, maksud dan tujuan, pembatasan masalah, metode pembahasan dan sistematika pembahasan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Uraian singkat tentang alternatif peningkatan/perbaikan kekuatan struktur, komposisi FRP, pengunaan FRP yang ada dipasaran, alasan penggunaan FRP, fungsi FRP, investigasi, evaluasi, metode perbaikan, struktur bangunan yang mengunakan FRP, bentuk dan tipe FRP, aplikasi FRP terhadap bangunan, pekerjaan dan pemasangan FRP pada kolom, perumusan CFRP pada kolom.

BAB III ANALISIS CONFINEMENT dan FRP KOLOM

(16)

pendekatan yang digunakan, conmfinement, kolom beton dengan confinement, analisa kolom beton bertulang dengan Confinement dan FRP, tegangan regangan dan kegagalan beton bertulang tanpa confinement.

BAB IV ANALISA PERHITUNGAN

Perhitungan momen pada saat beton mengalami retak, tulangan baja mengalami leleh/ultimate, menghitung beban axial dan momen lentur pada kolom beton unconfinement. Perhitungan beban axial dan momen lentur pada kolom confinement. Perhitungan peningkatan kekuatan beton akibat pemakaian CFRP, beban axial, dan momen lentur pada confinement dan CFRP serta peningkatan dan penurunan perbandingan kolom yang Confined dengan Unconfined.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(17)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 UMUM

Perkembangan teknologi beton pada saat sekarang ini, membuat konstruksi beton semakin banyak dipilih sebagai bahan konstruksi. Konstruksi dari beton banyak memiliki keuntungan selain bahannya sangat mudah diperoleh, juga memiliki beberapa keuntungan antara lain harganya relatif lebih murah, mempunyai kekuatan tekan tinggi, mudah dalam pengangkutan dan pembentukan, serta mudah perawatannya, sehingga banyak bangunan –bangunan yang didirikan memilih konstruksi yang terbuat dari beton sebagai bahan materialnya.

Pemilihan beton sebagai konstruksi telah membuat para ahli beton menciptakan bahan tambahan (admixture) bagi beton. Bahan tambahan (admixture) merupakan bahan yang dianggap penting, terutama untuk konstruksi pada saat sekarang ini yang membutuhkan segala sesuatu yang serba praktis, efisien dan ekonomis, tanpa mengurangi mutu dari beton tersebut. Penggunaan bahan tambahan tersebut dimaksudkan untuk memperbaiki dan menambah sifat beton sesuai dengan sifat beton yang diinginkan.

(18)

Gempa bumi merupakan salah satu penyebab kerusakan bangunan pemakaian struktur dengan berbagai fungsi dan kombinasi beban tergolong rentan, baik terhadap perubahan fungsi yang mengakibatkan pertambahan beban yang dipikul, maupun kemungkinan terjadinya kesalahan perhitungan pada saat perencanaan. Untuk mempertahankan dan meningkatkan kekuatan (strengthening) fungsi struktur tersebut, terutama struktur yang menahan beban aksial tekan dan momen lentur.

Ada beberapa cara yang lazim digunakan antara lain:

1. Dengan cara memberi penyelubungan pada struktur tersebut atau dikenal dengan metode Penyelubungan (Jacketing Methods) misalnya FRP (Fiber Reinforced Plastic) sebagai bahan kompositnya.

2. Memperpendek tinggi dari struktur dengan konstruksi beton. 3. Memperbesar dimensi pada konstruksi beton.

4. Dengan menambah jumlah tulangan pada kolom dan memperbesar dimensi kolom beton tersebut atau dikenal dengan metode penulangan luar (Extemally Reinforcement).

5. Atau struktur tersebut harus dibongkar dan diganti dengan baru.

Perkuatan (strengthening) merupakan suatu kegiatan yang bertujuan meningkatkan perilaku komponen atau struktur agar menjadi lebih kuat dibanding sebelumnya. Pada penelitian untuk perkuatan (strengthening) dalam mempertahankan fungsi struktur dilakukan dengan menggunakan Carbon Fiber Reinforced Polimer (CFRP) dengan konsep dan metode perbaikan/perkuatan

(19)

2.2 FIBER REINFORCED POLIMER

FRP merupakan suatu material komposit yang digunakan dalam konstruksi sipil. Bahan ini menggabungkan polimer resin, filler dan fiber. Resin yang digunakan adalah polyester, vinylester atau epoxy dan filler yang digunakan adalah kaolin clay, calcium carbonate dan alumina. Sedangkan fiber terdiri dari beberapa jenis seperti glass, carbon, dan aramide.

Gambar 2.1: Model kurva tegangan lekat-slip tulangan FRP (Caibal, R.J, 2003)

Gambar 2.2: Tipe tulangan FRP yang sering digunakan (Roberts, C.L.,

2006)

(20)

baja, FRP punya kuat tarik lebih besar, modulus elastisitas kecil dan hubungan tegangan-regangan adalah elastis. FRP terdiri dari beberapa jenis seperti bar, wrap, grid dan strip. Untuk struktur baru digunakan FRP bar sebagai pengganti

baja tulangan. FRP dengan jenis wrap lebih banyak dipakai pada kolom sedangkan jenis sheet atau strip biasa digunakan pada balok, pelat dan kolom.

Gambar 2.3: Jenis-jenis FRP di Jepang (UEDA, T., 2004)

FRP dengan jenis grid digunakan untuk perkuatan pelat. Pengembangan penggunaan FRP pada rekayasa sipil terdiri dari dua bagian, pertama untuk rehabilitasi dan perbaikan struktur dan kedua untuk pembuatan konstruksi baru yang sepenuhnya menggunakan FRP ataupun komposit dengan beton. Penggunaan FRP dalam perkuatan struktur antara lain pada balok, pelat, jembatan, kolom (BRE and Trend 2000). Menurut BRE and Trend 2000 ltd terdapat beberapa keuntungan menggunakan FRP sebagai bahan perkuatan struktur antara lain:

1. Teknik yang digunakan dalam pemasangan tidak mengganggu penggunaan struktur oleh pihak lain.

2. Meningkatkan kapasitas struktur dengan penambahan berat struktur sendiri adalah minimum.

(21)

4. Material FRP lebih tipis dan lebih ringan daripada menggunakan perkuatan dari baja.

Keuntungan FRP sebagai tulangan menurut Carin L. Robert dan Wallman yaitu :

1. Tulangan FRP tidak berkarat 2. Tulangan FRP sangat ringan 3. Memiliki kekuatan yang tinggi.

Kentungan pemakaian FRP menurut Hartono dan Santosa, 2003 antara lain: 1. Kuat tarik sangat tinggi ( +7-10 kali lebih tinggi dari baja U39 )

2. Sangat ringan ( density: 1,4 – 2,4 gr/cm+, 4-6 kali lebih ringan dari baja ) 3. Pelaksanaan sangat mudah dan cepat

4. Memungkinkan tidak perlu penutupan lalu lintas 5. Tidak perlu area kerja yang luas

6. Tidak diperlukan join meskipun bentang yang diperekat cukup panjang 7. Tidak berkarat

Namun demikian perlu juga diperhatikan kelemahan – kelemahan pemakaian bahan ini, antara lain kurang tahan teradap suhu tinggi. Dengan suhu sekitar 700C bahan perekat epoxy resin akan berubah dari kondisi keras menjadi lunak, bersifat plastis sehingga daya lekatnya akan menurun. Selain itu bahan ini juga tidak tahan terhadap sinar ultra violet. Untuk mengatasi kelemahan ini perlu dilakukan proteksi, misalnya pelapisan atau penutupan dengan mortar.

(22)

dan fiber. Carbon Fiber Reinforced Polymer digunakan pada konstruksi struktur bangunan yang sudah ada. Pemakaian CFRP pada suatu konstruksi biasanya disebabkan oleh beberapa hal yaitu:

• Terjadinya kesalahan pada perencanaan.

• Adanya kerusakan – kerusakan dari bagian struktur sehingga dikhawatirkan tidak berfungsi sesuai dengan yang diharapkan.

• Adanya perubaan fungsi pada sistem struktur dan adanya penambahan beban yang melebihi beban rencana.

Perkuatan tambahan ini telah banyak digunakan diberbagai belahan dunia. Selain digunakan sebagai perkuatan tambahan untuk jembatan, juga digunakan pada gedung – gedung seperti pelat lantai, balok dan kolom hal ini hanya biasa diaplikasikan pada kolom yang bundar dan lain sebagainya. Disamping karena bahan tambahan ini lebih efektif, juga disebabkan karena keuntungannya lebih dari sistem perkuatan lainnya.

Beberapa aplikasi dari CFRP pada proyek – proyek konstruksi di berbagai negara dapat dilihat dalam table, yaitu:

Tabel 2.1: Aplikasi Penggunaan Carbon Fiber Reinforced Polimer ( CFRP )

Negara Proyek Jumlah Kontraktor Utama

Argentina Metro Red 500m2 Caputo S.A

Australia Boiler House 500m Kane Constructions Australia West end Shopping 180m AB & MA Cick Pty Ltd

Mall

Australia Te Glen Sopping Centre

300m Constuction Engineering Austria IBM Building 1174m IBM

(23)

Hongkong Six bayan Temple 2800m2 Guangzhou Province No. 1 Construction

Qatar Qafco Prill tower 3600m Apollo Singapore Main Upgrading

Project

5500m2 Hong Lai Huat Construction Turkey Frtolay Turkey 1000m2 Detay Construction Co

Turkey PETKIM 2500m Ken Engineering

UK Highway M11 Bridge 1400m2 Balvac

UK West Burton 1600m2 Bierrum

UK Leaden Hall Market 400m2 Rusview

2.3 PENGGUNAAN FRP YANG ADA DI PASARAN

Adapun penggunaan FRP yang di Indonesia merupakan bahan perkuatan yang telah digunakan luas diberbagai negara seperti Inggris, Afrika Selatan, Jepang, Swiss dan Perancis untuk digunakan sebagai perkuatan pada gedung dan jembatan.

Pembagian tipe kekuatan FRP berdasarkan angka modulus elastisitasnya, angka modulus elastisitasnya terdiri dari tiga tipe yaitu:

1. High strengh 2. High modulus 3. Ultra high modulus

(24)

Tabel.2.2: Tipe dan Spesifikasi FRP

Carbon Kuat Tarik

(N/mm2)

Modulus Elastis (N/mm2)

Elongasi (%)

High strengh 4300-4900 3100 155000

High modulus 2740-5490 2400 210000

Ultra high modulus 2600-4020 1600 300000

dan sebagai perencana untuk perbaikan/perkuatan Struktur berikut ini akan uraikan FRP yang tersedia dipasaran termasuk kemampuan material FRP dan Epoxy adhesives agar penggunaannya dapat di lakukan dengan efisien dan tepat

guna.

Tabel.2.3: Material perkuatan/perbaikan yang tersedia

Suplier Trade name Type of material

DML Composites DML Composites Cabon FRP plate

Carbon fibre sheet Glass fibre sheet Aramid fibre sheet Du Pont de Nemours Int. S.A Kevlar structural Reinfor-

Cement Systems

Aramid fibre tape or sheet Aramid FRP sheet

Exchem Selfix Cabofibe Carbon FRP plate

Carbon fibre sheet Aramid fibre seet Glass fibre sheet

Feb MBT Mbrace

Mbrace Kevlar*

Carbon fibre sheet Carbon FRP plate

Aramid fibre tape and sheet Sumitomo Corporation Europa# Replark Carbon fibre prepeg

SBD Enforce Carbon FRP plate

Carbon fibre sheet Glass fibre sheet

Aramid fibre tape and sheet

Sika Sika CarboDur

SikaWrap Hex 230C SikaWrap Hex 100G

Carbon FRP plate Carbon fibre sheet Glass fibre sheet

Toray Europe Ltd. Torayca UT70 Carbon fibre sheet

*

(25)

Table.2.4: Properti dari material FRP berbentuk plate

Trade name Strength

(N/mm2)

Modulus (kN/mm2)

Thickness (mm)

Width (mm) DML Composites 2100

1400

140 360

Up to 30 Up to 30

Up to 1400 Up to 1400

Enforce 2200-2500

2200-2500

165 210

1.2, 1.4, 2.1 1.2, 1.4, 2.1

10,50,80,90,100,120 50,80,90,100,120,150 MBrace LM MBrace HM >2200 >2200 150 200 1.2, 1.4 1.4 50,80,100,120 50,80,100,120,150,200 Selfix Carbofibe S

Selfix Carbofibe M Selfix Carbofibe H

2800 3200 1600 150 200 280 1.2, 1.4 1.2, 1.4 1.2, 1.4 50,80,120 50,80,120 50,80,120 Sika Carbodur S

Sika Carbodur M Sika Carbodur H

3050 2900 1450 165 210 300 1.2, 1.4 1.4 1.4 50,60,80,90,100,120,15 0 60,90,100 50

Note: properti ini diambil dari pabrik dan telah dikoreksi pada saat publikasi (summer

2000). Untuk mendesign properti actual harus diperoleh dari pabrikan. Karena

Metode test yang bervariasi, informasi yang diperoleh harus detail (contoh:freku-

Ensi test, standar deviasi).

Tabel.2.5: Properti dari material FRP berbentuk lembaran

Trade name Fibre Strength (kN/mm2)

Modulus (kN/mm2)

Areal Weight

(g/m2)

Effective thickness* (mm2)

Widhth (mm) DML Com- Posites Carbon Glass Aramid 4900 3400 2800 230 70 115 150,300,9 00 200,250 to 1200 200,300 300,500,1 500 350,500 340

Enforce Carbon

Carbon Glass Aramid 3900 2650 1700 2900 240 640 65 120 200 400 350 290,420 0,117 0,235 0,135 0.2,0,29 300 300 680 300 Kevlar#Structural

Reinforcement System

Aramid 2100 120 280,420 0.193,0.28

(26)

CarbofibeC SelfixCabofibe AR

SikaWrap Hex 230C

SikaWrap Hex 100G

Carbon Glass

3500 2250

230 70

230 840

610 1270

Torayca UT70-20

Torayca UT70-30

Carbon Carbon

4090 4220

230 235

200 300

0.111 0.167

100,250,5 00,1000

Notes:

#

kecuali untuk hal ini, property untuk fibre kering.Nilai-nilai yang dimuat hanya yang diindikasi.Perhatikan juga Note pada tabel 2.5

*

Ketebalan efektif adalah area total Cross-sectional dari fiber yang dibagi lebar lembaran

+

Hasil normalisasi 55% volume menggunakan resin Selfix Carbofibe laminating

Tabel.2.6: Properti dari perekat epoxy (epoxy adhesives)

Property

Supplier and Trade Name

Exchem MBT SBD Sika

Resifix 31 MBrace Laminate

adhesive

Epoxy Plus Sikadur

Tensile strength (N/mm2) 24 30 19 30

Flexual strength (N/mm2 ) 55 100 35

Shear strength (N/mm2) 22 18

Flexural modulus(kN/mm2) 6.5 3.5 9.8 12.8

Shear modulus (kN/mm2) 3.8

Glass transition temperature Tg (0C)

60 56 60,80 62

(27)

Tabel. 2.7: Properti dari resin pelapis (laminating resins)

Property

Suplier

MBT SBD DML Sika Sumitomo

Composites

Tensile strength (N/mm2) 50 17 81 30 29

Flexural strength (N/mm2) 120 28

Flexural Modulus(kN/mm2) 3 5

Glass transition temperature

Tg (0C)

55 60,80 59 53 55

2.4 ALASAN PENGGUNAAN CFRP

Carbon fiber lebih baik digunakan dibanding aramid fiber dan glass fiber. Dilihat dari kekuatan dan elastisitasnya yang jauh lebih bagus dari kedua bahan lain. Ini dapat dilihat dari tabel, yaitu :

Tabel 2.8: Perbandingan performance FRP

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 to Elastic Modulus vs Steel Similar Lower Lower

Melting Point 6500

C 2000

C 10000

C

Creep Rupture Best Moderate Bad

Banyak alasan mengapa diperlukan kekuatan tambahan untuk struktur beton bertulang, yaitu:

• Kapasitas beban hidup bertambah, seperti pada jembatan yang selalu menerima beban pada kendaraan atau gedung yang dulunya dijadikan tempat tinggal kemudian diganti untuk kepentingan umum.

(28)

• Memperbaiki kekuatan terhadap gempa, yang mana memberikan lapisan tambahan terhadap beton akibat tegangan, atau penambahan secara terus – menerus diantara lapisan.

• Menganti perkuatan atau menambah zat paska perkuatan, seperti dampak dari kerusakan atau menutup (menghilangkan) korosi.

Dari semua kasus tersebut penambahan perkuatan pada bangunan dilakukan pada bagian bangunan yang menerima beban hidup karena hal itu sangat membantu dalam kelangsungan bangunan.

2.5 FUNGSI CFRP

Pada penggunaannya, CFRP fungsinya adalah :

• Meningkatkan kekuatan kompresi dari kolom sirkular.

• Meningkatkan kekuatan geser total kolom beton.

• Meningkatkan kekuatan flextural dari kolom beton.

• Menutup kondisi kolom yang sudah mengalami retak, retak sebelum diberikan bahan ini.

(29)

2.6 PEKERJAAN SEBELUM DILAKUKAN PEMASANGAN

Dalam mendapatkan hasil yang maksimal untuk perkuatan struktur pada suatu konstruksi ada hal yang harus dilakukan, yaitu:

2.6.1 INVESTIGASI

Tujuan dari investigasi adalah :

• Mendapatkan gambaran yang lengkap dari lokasi dan besarnya kerusakan yang terjadi serta kemungkinan penyebabnya.

• Memperoleh data-data struktur yang baik pada dimensi struktur; data material maupun data beban (mutu beton, mutu dan jumlah tulangan serta beban yang bekerja).

• Mengetahui kondisi lingkungan pada sekitar struktur yang ada.

Data-data di atas dijadikan sebagai evaluasi, karena tanpa data-data yang benar dan akurat, maka rekomendasi perbaikan atau perkuatan hasil evaluasi akan tidak tepat serta tidak tercapai sasaran, maka itu diperlukan data-data yang benar-benar dari hasil investigasi hal ini dilakukan untuk mempermudah dan menunjang tahapan evaluasi yang akan dilakukan selanjutnya.

Untuk mencapai tujuan di atas, maka harus dilakukan ;

• Pengamatan secara visual (melakukan mapping disekitar kerusakan, dimensi dari struktur beton dll).

• Memeriksa dokumen-dokumen yang ada, baik dokumen perencanaan, pelaksanaan, operasional maupun perawatan.

(30)

Pada saat melakukan pengamatan secara visual, beberapa jenis kerusakan didapat adalah sebagai berikut :

• Keretakan non struktur dan struktur.

• Keropos (honeycomb).

• Karat.

• Lepasnya bagian beton (spalling).

• Penurunan.

Penyebab kerusakan-kerusakan pada struktur bangunan, bisa diakibatkan oleh :

• Kesalahan dalam perencanaan.

• Kesalahan dalam pemilihan material.

• Kesalahan pelaksanaan.

• Pengaruh lingkungan sekitar (tempratur, kimia, beban dll).

Investigasi merupakan awal dari tahapan perbaikan atau perkuatan yang akan dilakukan dan merupakan tahapan yang sangat penting dalam menunjang dan mempermudah untuk melakukan evaluasi yang tepat, maka harus diusahakan untuk mendapatkan data-data yang maksimal.

2.6.2 EVALUASI

Setelah mendapatkan data-data dari hasil investigasi, maka dilakukan evaluasi untuk menentukan tindakan-tindakan apa yang akan diambil.

• Penurunan kapasitas struktur (menurunkan beban operasional).

• Melakukan perbaikan.

• Melakukan perkuatan.

(31)

Didalam menentukan salah satu tindakan di atas, maka harus dipertimbangkan beberapa aspek yaitu :

• Masa layan struktur.

• Kebutuhan struktur.

• Keselamatan umum.

• Batasan-batasan yang ada apabila dilakukan perbaikan atau perkuatan, misalnya waktu, biaya, keindahan dan kemudahan pelaksana.

Apabila ditentukan tindakan perbaikan atau perkuatan, maka evaluasi yang dilakukan selanjutnya adalah menentukan metode dan material perbaikan atau perkuatan.

2.6.3 METODE PERBAIKAN

Beberapa pertimbangan yang menjadi dasar penentuan metode perbaikan yang akan digunakan adalah :

• Jenis kerusakan.

• Besar dan luasnya kerusakan yang terjadi.

• Peralatan yang tersedia.

• Kemampuan tenaga pelaksana.

• Keterbatasan ruang kerja.

• Kemudahan pelaksana.

• Waktu pelaksanaan.

(32)

Metode perbaikan yang umumnya dilakukan adalah : a. Patching

Metode perbaikan ini adalah metode perbaikan konvensional, dimana kedalaman kerusakan tidak terlalu dalam (kurang dari selimut beton). Pada metode perbaikan ini, yang perlu diperhatikan adalah penekanan pada saat mortar ditempelkan; sehingga benar-benar didapatkan hasil yang padat.

Material yang digunakan harus memiliki sifat mudah dikerjakan dan tidak jatuh setelah terpasang (lihat maksimum ketebalan yang dapat dipasang tiap lapis).

b. Grouting

Metode perbaikan ini umumnya dilakukan apabila kerusakan melebihi selimut beton.

Metode grouting ini dapat dilakukan secara manual (gravitasi) atau mengunakan pompa.

Pada metode perbaikan ini yang perlu diperhatikan adalah bekisting yang terpasang harus benar-benar kedap, agar tidak ada kebocoran spesi yang mengakibatkan terjadinya keropos.

Material yang digunakan harus memiliki sifat mengalir dan tidak susut. c. Shotcrete (Beton Tembak)

(33)

Metode shotcrete ada dua system yaitu dry-mix dan wet-mix.

Pada sistim dry-mix, campuran yang dimasukan dalam mesin berupa campuran kering, dan akan tercampur dengan air di ujung selang. Sehingga mutu dari beton yang ditembakan sangat tergantung pada keahlian tenaga yang memegang selang, yang mengatur jumlah air. Tapi sistim ini sangat mudah dalam perawatan mesin shotcrete, karena tidak pernah terjadi ‘blocking’.

Pada sistim wet-mix, campuran yang dimasukan dalam mesin berupa campuran basah, sehingga mutu beton ditembakan lebih seragam. Tapi sistim ini memerlukan perawatan mesin tinggi, apalagi bila sampai terjadi ‘blocking’.

Pada metode shotcrete, umumnya digunakan additive untuk mempercepat pengeringan (accelerator), dengan tujuan mempercepat pengerasan dan mengurangi terjadinya banyaknya bahan yang terpantul dan jatuh (rebound).

d. Injection

Metode ini umumnya digunakan untuk kerusakan yang berupa keretakan. Dalam proses perbaikan dengan metode ini dapat digunakan alat manual ataupun mesin bertekanan.

Material yang digunakan harus mempunyai viskositas yang rendah, sehingga mampu mengisi keretakan.

e. Coating

(34)

biasanya digunakan pada waktu struktur didaerah laut atau struktur yang berada dilingkungan aggressif.

2.7 STRUKTUR BANGUNAN YANG MENGGUNAKAN CFRP

CFRP pada umumnya digunakan pada perkuatan :

• Lentur pada balok dan plat, bagian tumpuan maupun lapangan.

• Geser pada balok dan kolom

• Axial pada kolom

• Lentur pada dinding (dinding penahan, silo dll)

2.8 BENTUK DAN TIPE FRP

Bentuk FRP yang sering digunakan pada perkuatan struktur adalah :

• Plat / composite

• Fabric / Wrap

Bentuk plat lebih efektif dan efisien untuk perkuatan lentur baik pada balok maupun plat serta pada dinding; sedangkan bentuk wrap lebih efektif dan efesien untuk perkuatan geser pada balok serta untuk meningkatkan kapasitas beban axial dan geser pada kolom.

2.9 APLIKASI FRP TERHADAP BANGUNAN

(35)

diambil pada tahun 2000. Karena bahannya yang kuat, sederhana dan tidak mencemari lingkungan maka bahan ini banyak dipakai. Berikut jenis contoh bangunan yang mengunakan bahan ini, tabel 2.1.

Kolom bangunan yang mengunakan bahan ini, yaitu : a. Kolom gedung

Berbeda halnya pada balok dan pelat, dikolom FRP digunakan untuk memikul beban axial. FRP diletakan sebagai wrap pada kolom atau sebagai pembungkus yang melingkari seluruh kolom hingga membuat kolom menjadi tertutup rapat dari bawah hingga atas kolom. FRP kolom merupakan perpaduan antara fiber karbon dengan resin.

Bahan ini sangat baik digunakan pada kolom yang berbentuk bulat atau melingkar dibanding dengan kolom yang berbentuk bujur sangkar. Selain karena bentuknya yang tidak perlu dibentuk dengan sudut-sudut tertentu pada kolom bulat, material ini juga lebih rapat dan kuat ketika dipasangkan ke kolom melingkar. Hal tersebut mudah untuk dilakukan dikarenakan sewaktu melakukan pemasangan hanya diperlukan tinggi dan diameter kolom saja, sebagai gambaran sebelum dilakukan pemasangan.

(36)

ada di negara Eropa mulai mengunakan bahan ini sebagai kekuatan tambahan dari luar terhadap bangunannya seperti di Universitas Southampton, Inggris.

b. Kolom jembatan

Dalam bagian ini pekerjaan dilakukan secara berkelompok saat material ini digunakan. Material pada umumnya dikerjakan dengan mengunakan tangan. Untuk mesin digunakan pada material yang lebih luas dan yang banyak jumlah strukturnya seperti kolom jembatan. Sebelum dilakukan pemasangan pada kolom ada baiknya terlebih dahulu dipasang kait penjepit pada sekitar yang mau diletakan FRP dan disekitar lingkaran kolom pada bagian atas kolom. Mesin pada pengunaannya dapat menjangkau sekitar kolom, seperti ukuran yang terlalu tebal pada waktu pemasangan fiber.

2.10 PEKERJAAN DAN PEMASANGAN FRP PADA KOLOM

Sebelum dilakukan pemasangan material komposit (FRP) ini perlu adanya dilakukan koreksi. Selain karena perlu adanya koreksi, juga perlu dilakukan peninjauan terhadap kebutuhan pada waktu pemasangan seperti perlengkapan yang akan dipakai pada pemasangan agar keselamatan dan kenyamanan pada waktu pemasangan dapat terjamin.

2.10.1 PEKERJAAN PADA FRP

(37)

sehingga mendapatkan hasil yang baik. Pengerjaan semuanya dilakukan dengan bantuan alat.

Pengerjaan dan pengaplikasian untuk mengabungkan bahan dalam membentuk selubung FRP ini harus sesuai dengan instruksi pabrik hal tersebut dapat dilihat dari panduan yang diberikan oleh perusahaan tersebut. Jumlah material pencampuran dilakukan hanya sekali saja tidak boleh melebihi jumlah yang ditentukan, seperti volume yang terlalu banyak hal ini dapat mempengaruhi tingginya temparatur pada waktu dilakukan pencampuran sehingga dapat merusak struktur pencampuran. Resin atau perekat terlebih dahulu diaduk agar struktur perekat tersebut merata kemudian resin dioleskan kepada permukaan kolom. Resin atau perekat tersebut berfungsi untuk menyatukan wrap CFRP dengan

kolom beton. Bahan ini memiliki daya rekat yang kuat terhadap geser dan mampu memberikan rekatan terhadap CFRP akibat beban anaksial yang besar. Resin yang digunakan adalah epoxy dengan ketebalan olesan berkisar antara 1,5-2,0mm dengan mengunakan roller dan ukuran ini cukup ideal untuk dibuat. Jenis perekat ini tidak bersifat permanen atau mudah untuk dilepaskan dengan mengunakan scrab dan bahan pelarut.

Gambar 2.5 : Mengolesi Resin atau perekat (epoxy) pada permukaan

[image:37.595.140.410.528.683.2]

(38)

2.10.2 PEMASANGAN FRP PADA KOLOM

Sebelum dipasangkan ke kolom wrap CFRP ini terlebih dahulu dipotong dengan mengunakan alat pemotong. Alat pemotong material ini cukup sederhana, hanya dengan mengunakan gunting pemotong fiber atau dalam skala yang besar dengan mengunakan mesin pemotong fiber.

Setelah dilakukan pemotongan pada fiber untuk mendapatkan ukuran yang tepat pada kolom, material tersebut kemudian dipasangkan ke kolom dengan konvensional atau dengan mesin untuk daerah kolom yang lebih besar dan luas.

Gambar 2.6 : Pemasangan CFRP pada daerah paling berbahaya yang

sudah diolesi resin atau perekat (epoxy)

Agar bahan tersebut terekat dengan erat antara FRP tersebut dengan permukaan beton maka dipakai epoxy. Epoxy merupakan bahan perekat yang sangat kuat. Untuk jenis perekat ini ada dua macam dalam pemasangannya, yaitu:

• ‘Dry system’ (FRP tidak perlu dijenuhkan dulu dengan epoxy)

[image:38.595.148.496.306.442.2]

(39)

[image:39.595.164.431.85.224.2]

Gambar 2.7 : Mesin alat pemasang CFRP kolom bulat

2.11 PERUMUSAN CFRP PADA KOLOM

Perumusan Tegangan – Regangan CFRP pada kolom

Bagian struktur beton akan mengalami reduksi saat memikul beban aksial yang besar, karena regangan pada beton mencapai batas ultimate 0,003. Untuk menghindari terjadinya deformasi lateral yang dapat mengakibatkan reduksi pada beton maka digunakan CFRP sebagai bahan yang dapat menahan gaya regangan tersebut. Selain mampu menambah kekuatan menahan gaya regangan pada kolom beton, bahan ini juga mampu melakukan ikatan terhadap kolom beton tersebut, sehingga akan membuat kolom beton dan CFRP akan menjadi linier dan bertambah kaku.

Pada area beton yang terlindungi oleh CFRP dapat bertambah kekuatan tekannya terhadap beban yang akan dipikul. Rumus yang digunakan dalam perhitungan kekuatan CFRP adalah :

(

)

[

1 1

]

'

'= _c + _e _c −

cc f k k

F ………...(2.1)

Dimana k adalah rasio area effektif yang terlindung (persamaan 2.2 ), sedang e k c

adalah faktor penambahan kekuatan beton (persamaan 2.3 )

(

)

[

]

(

)

(

)

(

2 2

)

2 2

4

2 3 1 2 3 1 4

r r bh

r h r

b r

r bh ke

π π

−

− − − −

− −

−

(40)

Dimana b dan h dimensi sisi luar potongan melintang kolom; r adalah radius pada keliling sudut; α₁adalah faktor penambah kekuatan beton terhadap tegangan triaxial pada batas-batas tegangan (lihat persamaan 2.4); dan α₂adalah faktor reduksi terhadap penjumlahan untuk beberapa deviasi (persamaan 2.5 );

    − − + = 1 ' 6 , 1 ' 94 , 7 1 8 , 1 25 , 1 1 c l c l f F f F α ……….(2.4) 1 ' 8 , 0 6 , 0 4 , 1 2 2 +         −     − = c l l l l l f F F f F f α ……….(2.5)

Dimana F dan _l f adalah maksimum dan minimum yang mengikat tegangan l

lateral.

Penahan tegangan lateral pada jaket FRP f_l_,_j dapat dihitung pada sumbu x dan y pada potongan melintang (perhatikan gambar )

h y

x Unconfined concrete

[image:40.595.167.456.433.619.2]

b

Gambar 2.9 : Panjang dan lebar confinement tertekan sedangkan sudut

confinement tertarik. j j jx l f h t

f _, =2 ………..(2.6)

(41)

j j jy

l f

b t

f , =2 ………..(2.7)

Dimana t_j adalah ketebalan pada jaket FRP dan f_j adalah tegangan pada sisi dalam jaket FRP, yang dapat didefenisikan sebagai berikut :

t j

j E

f = ε ………...(2.8)

Dimana εt adalah regangan pada potongan melintang pada FRP. Untuk mencari

(42)

BAB III

ANALISIS CONFINEMENT dan CFRP KOLOM

3.1. UMUM

Sebagai bahan konstruksi, beton bertulang termasuk bahan yang paling banyak digunakan dalam pembangunan struktur dewasa ini. Dari segi material, pembuatan dan perakitan tulangan, pengecoran dan biaya, beton relative mudah dan murah. Kekuatan dari struktur kolom beton bergantung pada mutu beton (mix design), proses perakitan tulangan, pengecoran, pemadatan dan perawatan setelah

pengecoran (curing). Pada tahap perencanaan, structural engineer mengunakan mutu beton yang diperoleh berdasarkan hasil dari uji kuat tekan beton dengan menggunakan moulding (silinder beton) yang diisi adukan beton. Sehingga mutu yang diperoleh dari hasil uji kuat tekan beton merupakan mutu beton tanpa tulangan (plain concrete). Sedangkan praktek di lapangan, struktur beton mengunakan tulangan, baik tulangan longitudinal yang berfungsi menahan lentur maupun tulangan tranversal (stirrup) yang menahan geser.

(43)

Reinforced Polymer (CFRP) sebagai bahan perbaikan dan perkuatan struktur

beton.

3.2 KEKUATAN TEKAN BETON

Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan dari perbandingan semen, agregat kasar dan halus, air dan berbagai jenis campuran. Perbandingan air terhadap semen merupakan faktor utama dalam menentukan kekuatan beton. Semakin rendah perbandingan air semen, semakin tinggi kekuatan tekan beton demikian sebaliknya. Kelebihan air pada campuran beton akan menurunkan kualitas kerja (workability) atau menurunkan kuat tekan beton. Suatu ukuran dari pengerjaan beton ini diperoleh dengan percobaan nilai slump, dimana lebih kecil nilai slump lebih kental campuran beton dan lebih sukar dalam pengerjaan.

Kekuatan tekan beton di wakili oleh tegangan tekan maksimum fc’ dengan satuan N/m atau Mpa dan juga memakai satuan Kg/cm2 untuk struktur beton bertulang pada umumnya menggunakan beton normal dengan kuat tekan pada umur 28 hari berkisar antara 17-35 Mpa, sedangkan untuk beton prategang digunakan kuat tekan beton lebih tinggi, berkisar antara 30-45 Mpa.

Nilai kuat tekan beton didapatkan melalui tata cara pengujian standar, menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban tekan bertingkat dengan kecepatan peningkatan beban tertentu atas benda uji silinder beton (d=150mm, t=300 mm) sampai hancur. Tata cara pengujian yang umumnya dipakai adalah

(44)

Pada SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.3.2 menetapkan bahwa regangan kerja maksimum yang di perhitungkan di serat tepi beton tekan terluar adalah 0.003 sampai hancur. Untuk beton kepadatan normal dengan berat isi ± 2300 Kg/m3 dapat digunakan nilai :

Ec = 4700√f‘c ….………....(3.1)

3.3 KEKUATAN TARIK BETON

Nilai kuat tekan dan tarik beton tidak berbanding lurus, setiap usaha perbaikan mutu kekuatan tekannya hanya desertai peningkatan kecil kuat nilai kuat tariknya. Suatu perkiraan kasar dapat dipakai, bahwa nilai kuat tarik beton normal hanya berkisar 9-15% dari kuat tekannya. Kuat tarik beton yang tepat sulit untuk diukur. Suatu nilai pendekatan yang umum dilakukan dengan menggunakan modulus of rupture:

( ) ₂ bd

PI

MOR = ………(3.2)

(45)

3.4 KOLOM BETON BERTULANG BERDASARKAN BENTUK

Kolom bertulang dibagi dalam dua kategori ; 1. Kolom beton bertulang pendek.

Dikatakan kolom beton bertulang pendek atau kolom pendek jika pada saat pembebanan aksial diberikan pada kolom tersebut terjadi keruntuhan material. Beban yang dapat dipikul ditentukan oleh dimensi penampang dan kekuatan material penyusunnya.

Kolom yang mengalami keruntuhan dikarenakan regangan beton mencapai 0,003 atau tegangan baja yang mencapai fy. Hal tersebut disebabkan kolom yang melentur akibat momen cenderung menimbulkan tekanan pada satu sisi kolom dan tarikan pada sisi yang lainnya. Gaya yang ditimbulkan oleh momen dan beban aksial relatif besar. Berikut gambar memperlihatkan kolom yang memikul beban Pn.

a)Beban aksial besar dan momen diabaikan.

Hal ini diawali dengan keruntuhan pada hancurnya beton hingga semua tulangan dalam kolom mencapai tegangan leleh dalam tekan.

Pn

(46)

Jika suatu kolom menerima momen lentur kecil (yaitu, jika eksentrisitas kecil), seluruh kolom akan tertekan tetapi tekanan disatu sisi akan lebih besar dari sisi lainnya. Tegangan tekan maksimum dalam kolom sebesar 0,85fc dan keruntuhan akan terjadi oleh runtuhnya beton dan semua tulangan tertekan.

Pn

e

c)Eksentrisitas lebih besar dari (b) dan momen kecil. Sehingga tarik mulai dari satu kolom.

Jika eksentrisitas ditingkatkan dari kasus sebelumnya, gaya tarik akan mulai terjadi pada satu sisi kolom dan baja tulangan pada sisi tersebut akan menerima gaya tarik yang lebih kecil dari tegangan leleh. Pada sisi lain tulangan mendapat gaya tekan. Keruntuhan akan terjadi karena hancurnya beton pada sisi yang tertekan.

Pn

(47)

d)Kondisi beban berimbang, eksentrisitas ditambah.

Saat penambahan eksentrisitas, maka akan tercapai suatu kondisi dimana tulangan pada sisi tarik mencapai leleh dan pada saat bersamaan beton pada sisi lainnya mencapai tekan maksimum 0,85 fc

Pn

e

e)Momen besar, beban aksial relatif kecil

Jika eksentrisitas terus ditambah, keruntuhan terjadi akibat tulangan meleleh sebelum hancurnya beton.

Pn

e

f)Momen lentur besar

Saat momen lentur besar, keruntuhan pada kolom sama dengan keruntuhan pada sebuah balok.

(48)

P M

M P

∆ _M ₌_P_∆

1

2 2. Kolom beton bertulang panjang atau langsing

[image:48.595.157.441.309.544.2]

Pada kolom beton bertulang pendek dibuat sebagai proses evaluasi kelangsingan kolom untuk mendapatkan batas nilai rasio kelangsingan tertentu. Jika sebuah kolom semakin langsing maka kolom tersebut akan semakin mudah mengalami fenomena tekuk. Suatu kolom digolongan langsing apabila dimensi atau ukuran penampang lintangnya kecil dibandingkan dengan tinggi bebasnya (tinggi yang ditopangnya).

Gambar 3.1 : Momen Sekunder atau Momen P.∆

(49)

Pu.e. Tingkat kelangsingan suatu struktur kolom dapat dibuat sebagai rasio

kelangsingan.

r Kl_u

………..……….(3.3)

Dimana : K = Faktor panjang efektif komponen struktur tekan. l = Panjang komponen struktur tekan yang tidak ditopang. _u

r = Jari-jari putaran (radius of gyration) potongan lintang

komponen struktur tekan ditetapkan 0,30h dimana h ukuran dimensi kolom persegi pada bekerjanya momen atau 0,25 D dimana D adalah diameter kolom bulat.

Untuk menentukan apakah kelangsingan tersebut perlu diperhitungkan atau diabaikan. Maka terlebih dahulu harus dilakukan pemeriksaan untuk komponen tekan dengan pengacu lateral.

r Kl_u

>34-12(M1b/M2b)……….……….……...…(3.4)

Dimana M1b dan M2b = Momen ujung-ujung faktor pada kolom yang posisinya berlawanan. Momen–momen tersebut terjadi akibat beban yang tidak menimbulkan goyangan ke samping yang besar, dihitung dengan analisis struktur elastis. Momen M2b bernilai negatif apabila komponen kolom terlentur dalam lengkungan ganda dan positif apabila terlentur dalam lengkungan tunggal.

Untuk komponen struktur tekan tanpa pengaku lateral, atau tidak disokong untuk tertahan ke arah samping, efek kelangsingan dapat diabaikan apabila memenuhi :

r K_u

(50)

Faktor panjang efektif tahanan ujung K bervariasi antara nilai 0,50-2,0 tergantung kondisinya, untuk keadaan tipikal adalah sebagai nilai-nilai berikut ini:

lk=1/2.lV2

2) Sendi-sendi 3) Jepit-Sendi 4) Jepit-jepit

1) Jepit sebelah l

lk=2l Pu

lk=l

Pu Pu

[image:50.595.115.489.147.595.2]

lk=1/2.l Pu

Gambar 3.2 : Panjang batang tekuk

a. Kedua ujung sendi, tidak bergerak lateral k = 1,0

b. Kedua ujung jepit k = 0,50

c. Satu ujung jepit, ujung lain bebas k = 2,0 d. Kedua ujug jepit, ada gerak lateral k =1,0

(51)

Perencanaan komponen struktur tekan beton bertulang dilakukan dengan menggunakan beban aksial Pu yang didapat dari analisis rangka elastik dan

momen rencana yang sudah dibesarkan Mc, yang didefenisikan sebagai berikut:

Mc = db M2b + ds M2s (Pers SK SNI T-15-1991-03)(3.3.6)……(3.6) dimana, indeks 2 menunjuk kepada yang terbesar dari kedua momen ujung

komponen tekan, indeks b menyatakan dengan pengaku atau besar

momen – momen yang dihasilkan dari goyangan lateral yang tidak besar, dan indeks s menyatakan momen yang berhubungan dengan goyangan.

Mc = momen rencana yang diperbesar, digunakan hanya untuk

merencanakan komponen struktur tekan beton bertulang.

d = faktor pembesar momen, diuraikan menjadi db yaitu faktor

pembesar untuk portal dengan pengaku yang mencerminkan pengaruh dari kelengkungan diantara kedua ujung komponen tekan dengan momen adalah akibat beban vertikal atau beban gravitasi, dan ds adalah faktor pembesar

momen untuk portal tanpa pengaku yang mencerminkan pergeseran akibat momen ujung dari beban yang menyebabkan goyangan lateral badan seperti beban angin, gempa dan gaya gravitasi.

M2b = momen faktor terbesar pada ujung komponen tekan akibat

(52)

M2s = momen terfaktor terbesar yang terjadi di manapun di

sepanjang komponen struktur tekan akibat dari beban yang menyebabkan goyangan lateral besar, dihitung dengan analisis portal elastik.

Untuk rangka struktur yang mengunakan pengaku terhadap goyangan ke arah lateral, misalnya mengunakan dinding geser, momen yang diperhitungkan hanyalah M2b dan faktor pembesar ds≥1.0. Pada umumnya, apabila defleksi

lateral bangunan tidak melampaui l /1500, struktur dianggap berpengaku. _n

Faktor db dan ds adalah pembesar momen yang secara empiris dapat

ditentukan sebagai berikut :

db = 1.0

1

≥   

 − c u m

P P C

φ

………..………..……....(3.7a)

ds = 1.0

1 1

≥   



∑ ∑ −

c u

P P

φ

…….………...….(3.7b)

dimana Pc adalah beban tekuk Euler,

Pc =

( )

2 2

u

K EI



π _{………..….………....………(3.8)}

dan Pu beban rencana aksial terfaktor, ΣPu dan ΣPc adalah jumlah untuk semua kolom dalam satu tingkat,Cm adalah faktor koreksi seperti ditentukan berikut ini.

Untuk komponen struktur ditopang tertahan ke arah samping (berpengaku) dan tanpa beban tranversal pada dukungan,

Cm = 0.60 + 0.40 0.40 2

1 ≥

   

b b

M M

(53)

dimana M1b≤M2b, sedangakan untuk kelengkungan tunggal 0 2 1 >

b b

M M

apabila hasil dari analisis struktur menunjukan bahwa di kedua ujung tidak terdapat momen, rasio M1b/M2b diambil sama dengan satu. Sedangkan eksentrisitas ujung yang di dapat kurang dari (15 + 0.03h)mm, momen ujung yang didapat dari perhitungan boleh digunakan untuk menentukan rasio M1b/M2b. Apabila perhitungan menunjukan bahwa pada kedua ujung komponen struktur kolom, baik berpengaku maupun tidak, tidak terdapat momen atau eksentrisitas ujung kurang dari (15 + 0.003h)mm, maka M2b harus didasarkan pada eksentrisitas minimum

(15 + 0.003h)mm terhadap setiap sumbu utama secara terpisah (lihat SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.3.11 ayat 5.5). untuk komponen struktur lainnya, Cm ditentukan sama dengan 1.0.

Didalam ungkapan Pc, peraturan SK SNI T-1991-03 pasal 3.3.11 ayat 5.2 memberikan ketentuan untuk perhitungan EI sebagai berikut :

Apabila memperhitungakan dampak sifat nonelastik beton, retak, dan rangkak untuk pembebanan jangka panjang, maka nilai EI diperhitungkan sama dengan blok terlentur tanpa beban aksial :

EI =

(

d

)

se s g c

I E I E

β

+ 

 

 ₊

1 5

.

…………..………...(3.10a)

untuk komponen kolom bertulangan sedikit (ρg≤3%) dapat dihitung secara konservatif.

EI = Ec Ig

(

1+β_d

)

50

. 2

.

………..…...(3.10b)

(54)

Es = modulus elastisitas baja tulangan

Ig = momen inersia beton kotor (penulangan diabaikan) terhadap sumbu berat penampang

Ise = momen inersia terhadap sumbu pusat penampang komponen struktur

Bd =bagian dari momen rencana yang dianggap memberikan kontribusi tetap terhadap deformasi, biasanya ditentukan sebagai nilai banding dari momen beban mati terfaktor maksimum terhadap momen beban total terfaktor maksimum, nilainya selalu positif.

3.5 PERSYARATAN PENULANGAN KOLOM

Jumlah luas penampang tulangan pokok memanjang kolom dibatasi dengan rasio penulangan ρ_gantara 0,01 dan 0,08. penulangan yang lazim dilakukan antara 1,5% sampai 3% dari luas penampang kolom. Khusus untuk struktur bangunan berlantai banyak, penulangan kolom mencapai 4% dan ini tidak boleh mengunakan lebih. Untuk kolom berpengikat sengkang bentuk segi empat minimal terdiri dari 4 batang.

Pada jarak bersih antara batang tulangan pokok memanjang kolom berpengikat sengkang tidak boleh kurang dari 1,5d` atau 40 mm. Persyaratan jarak tersebut juga harus dipertahankan di tempat-tempat sambungan lewatan batang tulangan.

(55)

l

f

yh

f f_yh

Semua batang tulangan pokok harus dilingkup dengan sengkang dan kait pengikat tebal paling sedikit dengan batang D10. Batasan minimum tersebut antara kolom dengan tulangan pokok memanjang batang D32 atau lebih kecil, sedangkan untuk diameter tulangan pokok lebih besar lainnya, umumnya sengkang tidak kurang dari batang D12. Jarak spasi tulangan sengkang p.k.p. tidak lebih dari 16 kali dimeter tulangan pokok memanjang, 48 kali dimeter tulangan sengkang, dan dimensi lateral terkecil (lebar) kolom. Tulangan sengkang atau kait pengikat harus dipasang dan diatur sedemikian rupa sehingga sudut-sudutnya tidak dibengkok dengan sudut yang lebih besar dari 135o.

Sengkang akan memberikan pengaruh pada kuat tekan kolom dan regangan tekan beton pada daerah tekan kolom tersebut. Tegangan lateral efektif maksimum ( fl ), yang diberikan oleh sengkang terjadi pada saat sengkang tersebut sudah mengalami leleh.

(a ). Beban aksial kolom bujur sangkar ( b ). Kekangan tulangan sengkang

[image:55.595.111.486.406.688.2]

(c ). Single lateral stress