7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. UMUM
Banyak bangunan-bangunan sekarang ini yang menggunakan beton, daripada baja ataupun kayu, sebagai material konstruksi bangunan karena beton memiliki beberapa kelebihan yaitu :
1. Harganya relatif murah karena menggunakan bahan-bahan dasar dari bahan lokal seperti agregat dan semen.
2. Beton termasuk material tahan aus dan tahan kebakaran sehingga biaya perawatan termasuk rendah.
3. Beton termasuk bahan yang berkekuatan tekan tinggi, serta mempunyai sifat tahan terhadap pengkaratan/pembusukan oleh kondisi lingkungan.
4. Beton sangat kokoh dan kuat terhadap gempa bumi, getaran, maupun beban angin. 5. Biaya pemeliharaan atau perawatan pada beton sangat rendah.
6. Beton segar dapat dengan mudah diangkat maupun dicetak dalam bentuk apapun dan ukuran seberapa apapun tergantung keinginan sehingga waktu pengerjaan tidak terbuang.
Perkuatan konstruksi beton untuk mempertahankan atau menambah kekuatan sebenarnya sudah sangat lama dikembangkan, sehingga saat ini banyak cara yang dapat dipakai untuk memperkuat struktur. Beberapa cara perkuatan yang umum digunakan antara lain :
1. Memberi selubung pada konstruksi beton atau disebut dengan jacketing menggunakan material Fiber Reinforced Polymer (FRP)
2. Menambah lapisan beton yang baru
3. Memperbesar dimensi pada konstruksi beton
4. Menambah jumlah tulangan dari luar atau dikenal dengan externally reinforcement
2.2. BETON
Beton merupakan bahan material pencampuran dari agregat-agregat halus dan kasar, yaitu pasir, batu, batu pecah (split) , atau bahan semacam lainnya, dengan menambahkan secukupnya bahan perekat semen, dan air sebagai bahan pembantu guna keperluam reaksi kimia selama proses pengerasan dan perawatan beton berlangsung. Beton sendiri juga merupakan bahan material yang tahan terhadap tegangan tekan dan lemah terhadap tegangan tarik.
2.2.1. SEMEN
Semen adalah suatu jenis bahan yang memiliki sifat adhesif (adhesive) dan kohesif
9 Tabel 2.1 Jenis-Jenis Portland Semen (Mc. Cormack, 2004)
JENIS PENGGUNAAN
I Konstruksi biasa dimana sifat yang khusus tidak diperlukan.
II
Konstruksi biasa dimana diinginkan perlawanan terhadap sulfat atau panas dari hidrasi yang sedang.
III Jika kekuatan permulaan yang tinggi diinginkan.
IV Jika panas yang rendah dari hidrasi diinginkan.
V Jika daya tahan yang tinggi terhadap sulfat diinginkan.
2.2.2. AGREGAT
Agregat terbagi atas agregat kasar dan halus. Pada umumnya penggunaan bahan agregat dalam campuran beton mecapai jumlah ± 70% - 75% dari seluruh volume massa padat beton. Untuk mencapai kuat beton yang baik perlu diperhatikan kepadatan dan kekerasan massanya, karena pada umumnya semakin padat dan keras massa agregat, maka akan semakin tinggi kekuatan dan daya tahan (durability) beton.
Pasir merupakan agregat halus yang mempunyai ukuran diameter 1 mm – 5 mm.pasir yang digunakan sebagai bahan beton harus memenuhi syarat berikut :
1. Berbutir tajam dan keras.
2. Bersifat kekal, yaitu tidak mudah lapuk/hancur oleh perubahan cuaca, seperti terik matahari dan hujan.
3. Tidak boleh mengandung lumpur lebih dari 5% dari berat keringny, jika kandungan lumpur lebih dari 5%, maka pasir tersebut harus dicuci.
Kerikil merupakan agregat kasar yang mempunyai ukuran diameter 5 mm – 40 mm. Sebagai pengganti kerikil dapat pula dipakai batu pecah (split). Kerikil atau batu pecah yang mempunyai ukuran diameter lebih dari 40 mm tidak baik untuk pembuatan beton. Kerikil atau batu pecah yang digunakan sebagai bahan beton harus memenuhi syarat berikut :
1. Bersifat padat dan keras, tidak berpori.
2. Harus bersih, tidak boleh mengandung lumpur lebih dari 1%. Jika kandungan lumpur lebih dari 1% maka kerikil/batu pecah harus dicuci terlebih dahulu.
2.2.3. CAMPURAN
Selain semen, agregat halus, agregat kasar dan air, bahan-bahan lain yang dikenal sebagai campuran (admixture) dapat ditambahkan ke campuran beton segera sebelum atau ketika sedang mencampur. Campuran dapat merubah sifat dari beton agar dapat berfungsi lebih baik atau agar lebih ekonomis. Beberapa kegunaan penting dari campuran adalah sebagai berikut :
1. Meninggikan daya tahan terhadap mutu beton.
2. Meninggikan kelayanan tanpa menambahkan kadar air atau untuk mengurangi kadar air dengan kelayanan yang sama.
3. Untuk mempercepat perkembangan kekuatan pada usia dini. 4. Memperlambat kenaikan suhu.
5. Meninggikan kekuatan.
11 2.3. KUAT TEKAN BETON
Kuat tekan beton ditentukan oleh pengaturan dari perbandingan semen, agregat kasar dan halus, air, dan berbagai jenis campuran. Perbandingan dari air terhadap semen merupakan faktor utama dalam penentuan kekuatan beton. Semakin rendah perbandingan air-semen, semakin tinggi kekuatan tekan beton. Suatu jumlah tertentu air diperlukan untuk memberikan aksi kimiawi di dalam pengerasan beton; kelebihan air meningkatkan kemampuan pengerjaan, tetapi akan menurunkan kekuatan.
Sifat bahan beton yang hanya mempunyai nilai kuat tarik relatif rendah maka pada umumnya hanya diperhitungkan bekerja dengan baik di daerah tekan pada penampangnya, dan hubungan tegangan-regangan yang timbul karena pengaruh gaya tekan tersebut digunakan sebagai dasar pertimbangan.
Kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum ′ dengan satuan N/mm2 atau MPa (Mega Pascal). Untuk struktur beton bertulang pada umumnya menggunakan beton degan kuat tekan berkisar antara 17 – 30 MPa, sedangkan untuk beton prategangan digunakan beton dengan kuat tekan lebih tinggi, berkisar antara 30 – 45 MPa.. Mutu beton dibedakan atas 3 macam menurut kuat tekannya, yaitu :
1. Mutu beton dengan ′ kurang dari 10 MPa, digunakan untuk beton non struktur (misalnya: kolom praktis, balok praktis).
2. Mutu beton dengan ′ antara 10 MPa sampai 20 MPa, digunakan untuk beton struktur (misalnya : balok, kolom, pelat amupun pondasi).
Gambar 2.1 Hubungan antara Tegangan dan Regangan Tekan Beton (Dipohusodo, 1994)
Berdasarkan SNI 03-2847-2002 pasal 10.5.1 nilai modulus elastisitas untuk beton dengan berat isi berkisar antara 1500 kg/m3 dan 2500 kg/m3 adalah sebagai berikut :
� = � , . , √ �′ (2.1)
Untuk beton normal dengan berat isi antara 2200 kg/m3 hingga 2500 kg/m3 dapat digunakan nilai :
� = √ �′ (2.2)
Dimana :
� = Modulus elastisitas beton tekan (MPa)
� = Berat isi beton (kg/m3)
13 2.4. TULANGAN BAJA
Beton tidak dapat menahan gaya tarik melebihi nilai tertentu tanpa mengalami retak-retak. Untuk beton agar dapat bekerja dengan baik dalam suatu sistem struktur, perlu dibantu dengan memberikan perkuatan penulangan yang terutama akan mengemban tugas menahan gaya tarik yang bakal timbul di dalam sistem.
Agar dapat berlangsung lekatan erat antara baja tulangan dengan beton, selain batang polos berpenampang bulat (BJTP) juga ada digunakan batang deformasian (BJTD), yaitu batang tulangan baja yang permukaannya dikasarkan secara khusus, diberi sirip teratur dengan pola tertentu, atau batang tulangan yang dipilin pada proses produksinya. Pola permukaan yang dikasarkan atau pola sirip sangat beragam tergantung pada mesin giling atau cetak yang dimiliki oleh produsen, asal masih dalam batas-batas spesifikasi teknik yang diperkenankan oleh standar. Baja tulangan polos (BJTP) adalah baja tulangan beton berpenampang bundar dengan permukaan rata tetapi tidak bersirip dan baja tulangan polos hanya digunakan untuk tulangan pengikat sengkang atau spiral, umumnya diberi kait pada ujungnya.
Sifat fisik batang tulangan baja yang paling penting untuk digunakan dalam perhitungan perencanaan beton bertulang ialah tegangan leleh ( ) dan modulus elastisitas ( ). Suatu
Gambar 2.2 Diagram Tegangan-Regangan Batang Tulangan Baja (Dipohusodo, 1994)
Modulus elastisitas baja tulangan ditentukan berdasarkan kemiringan awal kurva tegangan-regangan di daerah elastis dimana antara mutu baja yang satu dengan yang lainnya tidak banyak bervariasi. Menurut SNI 03-2847-2002 pasal 10.5.2 , modulus elastisitas baja tulangan non-prategang ( ) diambil sebesar 200.000 MPa, sedangkan modulus elastisitas tendon prategang ditentukan melalui pengujian atau dari data pabrik.
Retak-retak melintang yang halus boleh timbul di dekat baja tulangan yang ditempatkan di daerah tarik dari beton biasa (kecuali jika diberi prategang); retak-retak demikian diharapkan akan terjadi namun tidak mempengaruhi penampilan dari unsur struktur.
15 2.5. BALOK BETON
Balok dikenal sebagai elemen lentur, yaitu elemen struktur yang dominan memikul gaya dalam berupa momen lentur dan juga geser. Balok juga merupakan bagian struktur yang digunakan sebagai dudukan lantai dan pengikat kolom lantai atas. Fungsinya adalah sebagai rangka penguat horizontal bangunan akan beban-beban.
2.5.1 BALOK BETON TANPA TULANGAN
Sifat dari bahan beton, yaitu sangat kuat untuk menahan tekan, tetapi tidak kuat (lemah) untuk menahan tarik. Oleh karena itu, beton dapat mengalami retak jika beban yang dipikulnya menimbulkan tegangan tarik yang melebihi kuat tariknya.
Jika sebuah balok beton (tanpa tulangan) ditumpu oleh tumpuan sederhana (sendi-rol), dan diatas balok tersebut bekerja beban terpusat P serta beban merata q, maka akan timbul momen luar, sehingga balok akan melengkung ke bawah seperti tampak pada Gambar 2.4 dan Gambar 2.5
Gambar 2.4 Balok dengan Beban P dan q (Nawy, 2008)
Gambar 2.5 Balok Melengkung (Nawy, 2008) retak
Bagian tarik
Bagian tekan
Garis netral
2.5.2 BALOK BETON BERTULANG
Untuk menahan gaya tarik yang cukup besar pada serat-serat balok bagian tepi bawah, maka perlu diberi baja tulangan sehingga disebut dengan istilah beton bertulang. Pada bagian balok beton bertulang ini, tulangan baja ditanam di dalam beton sedemikian rupa, sehingga gaya tarik yang dibutuhkan untuk menahan momen pada penampang retak dapat ditahan oleh baja tulangan seperti tampak pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Elemen Balok Beton Bertulang (Nawy, 2008)
Karena sifat beton yang tidak kuat terhadap tarik, maka pada bagian balok yang menahan tarik (di bawah garis netral) akan ditahan oleh tulangan, sedangkan pada bagian yang menahan tekan (di atas garis netral) tetap ditahan oleh beton.
2.6. LENTUR PADA BALOK 2.6.1 LENTUR MURNI
17 Gambar 2.7 Balok Dibebani Lentur Murni (Endah Pengestuti, 2009)
2.6.2 KUAT LENTUR BALOK BERPENAMPANG PERSEGI
Kondisi tegangan – regangan penampang beton yang mengalami lentur dapat dilihat pada Gambar 2.8, dimana a) penampang balok, b) diagram regangan, c) diagram tegangan aktual, dan d) diagram tegangan persegi, sedangkan Cc adalah gaya tekan beton, Ts adalah gaya tarik tulangan baja dan jd adalah jarak dari Cc sampai Ts
Gambar 2.8 . Distribusi tegangan – regangan beton (Endah Pangestuti, 2009) Dimana:
b = lebar balok h = tinggi balok
β1 = faktor koreksi
c = jarak garis netral dari serat tekan terluar d = jarak serat tekan terluar terhadap tulangan Cc = gaya tekan beton
Ts = gaya tarik tulangan
Jd = jarak Cc terhadap Ts (Jd = d - a/2)
f’c = kuat tekan beton
fy = kuat leleh baja
As = luas penampang tulangan Berdasarkan Gambar 3 maka :
Cc = 0,85 f’c . a. b (2.3)
Ts = As. fy (2.4)
Syarat kesetimbangan gaya – gaya dalam adalah
∑ = � = � (2.5)
As. fy = 0,85 f’c . a. b (2.6)
a =
� .,8 ’ .
(2.7)
Berdasarkan gaya – gaya yang bekerja di atas, momen nominal penampang adalah :
∑ � = � . = � (2.8) Karena Ts = Cc makan Mn dapat dijabarkan menjadi :
� = � . . (2.9)
19 Gambar 2.9 . Distribusi tegangan – regangan beton dengan FRP
(Endah Pangestuti, 2009) dimana :
Tf = gaya tarik FRP
jdf = jarak Cc terhadap Tf
fyf = tegangan pada FRP
Asf = luas penampang FRP
Berdasarkan gambar 2.9 :
Tf = Asf . fyf (2.11)
Syarat kesetimbangan gaya-gaya dalam penampang balok dengan perkuatan FRP:
Cc = Ts + Tf (2.12)
, ’ . . = � . + � . (2.13)
a =
� . +� .,8 ’ . (2.14)
sehingga akan menghasilkan :
� = � . . + � . . (2.15)
2.6.3 JENIS KERUNTUHAN PADA BALOK
Jenis keruntuhan yang dapat terjadi pada balok lentur bergantung pada sifat-sifat penampang balok, dan dibedakan menjadi 3 jenis berikut :
1. Keruntuhan Tekan (brittle failure), keadaan dimana beton hancur sebelum baja tulangan leleh. Hal ini berarti reganagan tekan beton sudah melampaui regangan batas 0,003 tetapi regangan tarik baja tulangan belum mencapai leleh (� < � ). Penampang seperti
keruntuhan tersebut disebut penampang over-reinforced. Pada balok yang mengalami keruntuhan tekan atau keruntuhan getas, pada saat beton mulai hancur, baja tulangannya masih kuat (belum leleh), sehingga lendutan pada balok relatif tetap (tidak bertambah). Tetapi, jika diatas balaok ditambah beban yang besar, maka baja tulangan akan meleleh dan dapat terjadi keruntuhan secara mendadak tanpa ada peringatan lendutan membesar pada balok. Keadaan demikian sangat berbahaya sehingga sistem perencanaan beton bertulang yang dapat mengakibatkan over-reinforced tidak diperbolehkan.
2. Keruntuhan Seimbang (balance), keadaan dimana beton hancur dan baja tulangan leleh terjadi bersamaan. Hal ini berarti regangan tekan beton mencapai regangan batas 0,003 dan regangan tarik baja tulangan mencapai leleh pada saat yang sama (� = � ). Pada
keadaan ini, kekuatan beton dan baja tulangan dapat dimanfaatkan sepenuhnya, sehingga penggunaan material beton dan baja tersebut menjadi hemat. Sistem perencanaan beton bertulang yang demikian ini merupakan sistem perencanaan yang ideal, tetapi sulit dicapai karena dipengaruhi oleh beberapa faktor, misalnya: ketidaktepatan mutu baja dengan mutu baja rencana, ketidaktepatan mutu beton dalam pelaksanaan pembuatan adukan dengan mutu beton rencana, maupun kurang teliti pada perencanaan hitungan akibat adanya pembulatan.
21 tetapi regangan tekan beton belum mencapai regangan batas 0,003 (� > � ).
Penampang seperti keruntuhan tersebut disebut penampang under-reinforced. Pada balok yang mengalami keruntuhan tarik atau keruntuhan daktail, pada saat baja tulangan mulai leleh betonnya masih kuat (belum hancur), sehingga dapat terjadi lendutan pada balok. Jika diatas balok ditambah beban yang besar, maka lendutan balok semakin besar dan akhirnya dapat terjadi keruntuhan. Keadaan demikian dapat memberikan peringatan tentang lendutan membesar sebelum runtuh sehingga sistem perencanaan beton bertulang yang under-reinforced ini lebih aman dan diperbolehkan.
Gambar 2.10 Distribusi Regangan Ultimit pada Keruntuhan Lentur (Nawy, 2008)
2.6.4 HUBUNGAN PEMBEBANAN – LENDUTAN PADA BALOK
Hubungan pembebanan - lendutan balok beton berdasarkan penelitian Brian Uy dan Mark Andrew Bradford (1995), ditunjukkan pada gambar 2.9. Akibat dari naiknya pembebanan pada balok mengakibatkan kuat dan kekakuan balok dalam menerima beban menjadi berkurang. Dari hubungan persamaan kekakuan balok dapat diketahui bahwa semakin besar lendutan yang terjadi maka nilai kekakuan balok menjadi berkurang dengan demikian kekuatan balok dalam menerima beban juga semakin kecil.
Gambar 2.11 Hubungan Beban – Lendutan (Brian Uy, Mark Andrew Bradford, 1995)
2.7. PERKUATAN BALOK BETON BERTULANG DENGAN FRP
Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan sejenis pelat / lembaran tipis yang di dalamnya terdapat serat-serat carbon, kaca, aramid, dan fiber. Tiga prinsip penggunaan FRP dalam perkuatan struktur adalah :
1. Meningkatkan kapasitas momen lentur pada balok atau plat dengan menggunakan FRP pada bagian tarik
2. Meningkatkan kapasitas geser pada balok dengan menambahkan FRP di bagian sisi pada daerah geser
3. Meningkatkan kapasitas beban aksial dan geser pada kolom dengan menambahkan FRP di sekeliling kolom.
Ada beberapa keuntungan dan kerugian dalam penggunaan FRP sebagai perkuatan struktur antara lain:
a. Kuat tarik sangat tinggi.
b. Material FRP lebih tipis dan lebih ringan daripada perkuatan dari baja.
c. Perkuatan dengan FRP dapat menambah kekuatan lentur dan geser tanpa mempengaruhi berat sendiri struktur.
23 Kerugian penggunaan FRP, yaitu :
a. Material FRP tidak tahan terhadap api sehingga harus dilakukan lapisan tahan kebakaran. b. Pemasangan FRP memerlukan biaya yang relatif mahal.
c. Material FRP tidak tahan terhadap sinar ultraviolet sehingga diperlukan pelapisan atau penutupan dengan mortar.
Pengembangan material komposit Fiber Reinforced Polymer (FRP) telah membuka peluang baru untuk keperluan perbaikan dan perkuatan struktur beton bertulang. Ada 3 jenis FRP yang dibedakan berdasarkan serat penyusunnya, yaitu Carbon Fiber Reinforced Polymer
(serat karbon), Glass Fiber Reinforced Polymer (serat gelas), dan Aramid Fiber Reinforced Polymer (serat aramid). Dalam penelitian ini digunakan FRP dari serat gelas (GFRP tipe E- Glass) yang dipakai sebagai perkuatan pengujian.
2.7.1 SERAT (FIBER)
Secara spesifik, material fiber yang diaplikasikan untuk perkuatan dan perbaikan beton bertulang dapat berupa serat kaca, karbon, dan aramid. Masing-masing mempunyai kemiripan antara yang satu dengan yang lainnya. Nilai karakteristik masing-masing fiber diberikan pada Tabel 2.2. Nilai elastisitasnya bersifat linear untuk semua jenis serat, tetapi nilai lelehnya tidak signifikan.
Tabel 2.2 Karakteristik Fiber (Simonelli, 2005)
Pemilihan jenis fiber untuk perkuatan ataupun perbaikan suatu struktur tergantung pada beberapa faktor, seperti: tipe struktur, biaya yang tersedia, beban yang direncanakan, kondisi lingkungan, dan lain-lain.
2.7.2 GLASS FIBER REINFORCED POLYMER (GFRP)
Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) merupakan jenis FRP yang
menggunakan bahan dari serat kaca. Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) terbuat dari kaca cair yang dipanaskan pada suhu sekitar 2300°F dan dipintal dengan bantuan Bushing Platinumrhodium pada kecepatan 200 mph.
Gambar 2.12. Glass Fiber Reinforced Polymer
Material ini memiliki cukup banyak keuntungan yang dapat diberikan, antara lain merupakan material yang tahan korosi, mempunyai kuat tarik tinggi, superior dalam daktalitas, lebih ringan sehingga tidak memerlukan alat berat untuk dibawa ke lokasi, dan lebih murah dibanding FRP dengan bahan lain.
Beberapa jenis serat kaca yang tersedia di pasaran, antara lain:
25 2. Z-Glass, digunakan untuk mortar semen dan beton karena memiliki resistensi yang
tinggi terhadap alkali.
3. A-Glass yang memiliki kandungan alkali tinggi.
4. C-Glass, yang digunakan untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan korosi yang
besar untuk asam.
5. S-Glass atau R-Glass, yang diproduksi untuk ekstra kekuatan dan modulus yang tinggi.
Sebagai material untuk perkuatan eksternal, GFRP bentuk lembaran dapat digunakan untuk:
1. Perbaikan balok dan slab beton yang rusak, dengan asumsi bahwa debonding antara FRP dan beton tidak menyebabkan kegagalan elemen struktur.
2. Mengatasi penambahan lebar retakan akibat bertambahnya beban layan. 3. Melindungi tulangan dari korosi karena adanya retakan.
4. Meningkatkan kekuatan lentur akibat peningkatan beban. 5. Merencanakan beton baru yang memiliki daktalitas tinggi. 6. Perbaikan struktur akibat kesalahan desain atau konstruksi. 7. Meningkatkan kemampuan geser beton.
2.8. PERHITUNGAN BEBAN MAKSIMUM YANG DAPAT DIPIKUL BALOK 2.8.1. BALOK TANPA PERKUATAN
Tata cara perhitungan beban maksimum yang dapat dipikul balok tanpa perkuatan telah diatur dalam ACI Committee 440 yaitu sebagai berikut:
1. Memeriksa rasio tulangan yang dipakai balok
� � < � < � (2.16)
2. Kontrol tulangan tekan
= ��−��′ �′
,8 ′ (2.17)
3. Kontrol tulangan tarik
ℎ= + � (2.18)
Jika < ℎ → ℎ ℎ
4. Cek nilai tegagan tulangan tekan
′ = − ′
. < ′ (2.19)
5. Menentukan Mn yang dapat dipikul
� = , ′ − + � ′ ′ − ′ (2.20)
6. Beban yang dapat dipikul balok
q = ℎ � (2.21)
� = � (2.22)
27 2.8.2. BALOK DENGAN FRP
Tata cara perhitungan beban maksimum yang dapat dipikul balok dengan FRP telah diatur dalam ACI Committee 440 yaitu sebagai berikut:
1. Dalam mendesain kekuatan lentur diperlukan faktor reduksi terhadap momen yang terjadi.
∅� � (2.24)
2. Untuk melindungi kemampuan lekatan FRP diberikan persamaan untuk menghitung koefisien lekatan
= . . (2.25)
3. Dengan memberikan asumsi bahwa nilai regangan maksimum pada beton sebesar 0,003, maka regangan yang terjadi pada FRP dapat dihitung dengan persamaan (2.26):
� = � ℎ− − � � � . � (2.26)
4. Setelah mendapatkan nilai regangan pada FRP, Nilai tegangan pada FRP dapat dihitung dengan persamaan (2.27)
= . � (2.27)
5. Dengan menggunakan persamaan (2.28) dan (2.29) nilai regangan dan nilai tegangan pada tulangan dapat dihitung. Setelah diketahui nilai regangan dan tegangan pada tulangan dan FRP, posisi garis netral dapat dicek berdasarkan gaya dalam yang terjadi dengan menggunakan persamaan (2.30).
= � (2.29)
=�� �−��′ �+�
′ (2.30)
6. Kapasitas momen nominal perkuatan lentur dengan menggunakan FRP dapat dihitung dengan persamaan (2.31). Untuk perkuatan lentur ACI committee 440
merekomendasikan nilai faktor reduksi untuk FRP ( � ) sebesar 0,85
� = [� − + � ′ ′ − ′ + � � ℎ − ] (2.31)
2.9. PERHITUNGAN LENDUTAN YANG TERJADI PADA BALOK
2.9.1. BALOK TANPA PERKUATAN
Tata cara perhitungan lendutan yang terjadi pada balok tanpa perkuatan telah diatur dalam ACI Committee 440 yaitu sebagai berikut:
1. Mencari letak titik penampang
= . . + .�. + .��′. ′+ .��.
�′+ .�� (2.32)
2. Menghitung inersia penampang retak
� = + . � − + . � ′ − ′ (2.33)
Keterangan:
= lebar balok
= letak titik penampang = nilai perbandingan / �
� = luas tulangan tarik
� ′ = luas tulangan tekan
29
’ = jarak serat tekan terluar terhadap tulangan
3. Menghitung momen inersia gross
� = ℎ (2.34)
4. Menghitung modulus pecah beton
= , √ ′ (2.35)
5. Menghitung momen yang terjadi saat retak awal
� = . �. (2.36)
6. Menghitung momen inersia efektif
� = ��
� � + ( −
�
�� ) � (2.37)
7. Menghitung lendutan seketika
Lendutan pada tengah bentang akibat beban terpusat,
∆�= 8� �� (2.38)
Lendutan pada ¼ L akibat beban terpusat,
∆�= 8 � �� (2.39)
2.9.2. BALOK DENGAN FRP
Tata cara perhitungan lendutan yang terjadi pada balok dengan FRP telah diatur dalam
ACI Committee 440 yaitu sebagai berikut:
2. Menghitung inersia penampang retak
� = . + � − . + � ′ . − ′ + ( � ℎ + − . ) (2.41)
Keterangan:
= lebar balok
= nilai perbandingan / �
� = luas tulangan tarik
� ′ = luas tulangan tekan
= jarak serat tarik terluar terhadap tulangan
’ = jarak serat tekan terluar terhadap tulangan
� = luas penampang FRP
= tebal penampang FRP
3. Mencari titik pusat penampang
=
.ℎ. ℎ+ − .��.ℎ+ − .�′. ′+ − .��. + − .� . ℎ+�′+ − .��+ − .� (2.42)
4. Menghitung momen inersia gross
� = ℎ (2.43)
5. Menghitung modulus pecah beton
= , √ ′ (2.44)
6. Menghitung momen yang terjadi saat retak awal
� = . �. (2.45)
7. Menghitung momen inersia efektif
� = ��
� � + ( −
�
31 8. Menghitung lendutan seketika
Lendutan pada tengah bentang akibat beban terpusat,
∆�= 8� �� (2.47)
Lendutan pada ¼ L akibat beban terpusat,
∆�= 8 � �� (2.48)
2.10. HASIL DARI PENELITIAN SEBELUMNYA
Penelitian – penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan perbaikan struktur menggunakan FRP sudah banyak dilakukan di luar negeri. Alnadher Ali dkk (2014), dalam penelitiannya membahas perbandingan balok beton bertulang tanpa CFRP dan dengan CFRP yang menggunakan metode eksperimental sebanyak 16 sampel beton bertulang yang dicor dengan desain beton SCC (Self Consolidating Concrete). Dimensi beton yaitu 240 x 120 x 1840 mm. Kuat tekan yang dipakai adalah 44,6 Mpa dan kuat tariknya 4,27 Mpa. Untuk D 8 mm kuat tariknya 618 Mpa. Untuk D 10 mm kuat tariknya 621 Mpa. Prosedur pengerjaan dilakukan dengan pembebanan pada satu titik dengan menggunakan alat INSTRON 8806 Universal Testing Machine (UTM) dengan kapasitas 2500 kN. Hasil dari penelitian yaitu terjadi peningkatan kuat lentur pada balok beton bertulang sebesar 7,4 % dari kuat lentur beton bertulang tanpa CFRP.
Di Indonesia penelitian tentang perkuatan eksternal balok beton dalam upaya
dapat meningkatkan kekuatan dan memperkecil lendutan dan penggunaan angkur untuk merekatkan pelat baja dengan beton dapat mengatasi masalah lepasnya pelat dari balok beton. Ivandy Yoman dan Johannes Tarigan (2016) dalam penelitiannya membahas perbandingan kekuatan perkuatan balok beton bertulang menggunakan pelat baja dan Fiber Reinforced Polymer (FRP). Jenis Fiber Reinforced Polymer yang dipakai adalah Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). Balok yang digunakan berdimensi 15x25 cm dengan panjang 320 cm. Berdasarkan hasil analitis terjadi peningkatan kekuatan balok dengan FRP yaitu 1,991 kali kekuatan awal, sedangkan dengan pelat baja yaitu 1,64 kali kekuatan awal. Dari pengujian diperoleh peningkatan kekuatan balok dengan FRP sebesar 1 ,44 kali kekuatan awal, sedangkan dengan pelat baja sebesar 1,056 kali kekuatan awal. Berdasarkan hasil pengujian ini, dapat ditarik kesimpulan bahwa penggunaan FRP pada daerah tarik mampu menahan kekuatan lebih besar daripada pelat baja dan juga mampu menghambat retak awal.
Penelitian ini akan mengembangkan penelitian yang dilakukan oleh Ivandy Yoman dan Manna Haloho dengan menambah perkuatan eksternal yang lain, yaitu Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). Pertimbangannya adalah GFRP diharapkan menjadi solusi alternatif disamping pelat baja yang berat dan korosif untuk digunakan sebagai perkuatan eksternal. Sedangkan CFRP yang berbahan dasar Carbon yang masih relatif lebih mahal dibanding GFRP. Maka dari hasil penelitian ini nantinya dapat dijadikan pertimbangan bahwa GFRP bisa menjadi solusi terbaik diantara pelat baja dan CFRP. Selain itu penelitian ini tidak hanya melakukan eksperimen saja, tetapi dilakukan juga analisis untuk setiap perkuatan agar dapat dijadikan acuan perkuatan manakah yang terbaik dipakai di lapangan.
33 pengujian yang dilakukan hanya balok dengan GFRP saja. Sedangkan dimensi dan perlakuan benda uji dibuat sama agar dapat dibandingkan secara benar.
Gambar 2.13. Road Map Penelititan
•Perkuatan balok dengan pelat baja
•Perkuatan balok dengan CFRP
Penelitian sebelumnya
•Perkuatan balok dengan GFRP kemudian dibandingkan secara analisa dan eksperimen
dengan penelitian sebelumnya
Penelitian yang akan
dilaksanakan •Menjadi acuan perkuatan
manakah yang terbaik di pakai di lapangan dari segi
performa dan harga.
Rencana pengembangan hasil
