BAB 2
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, serta mudah perawatannya, sehingga banyak bangunan-bangunan yang didirikan memilih konstruksi yang terbuat dari beton sebagai bahan materialnya.
Pemilihan bahan sebagai konstruksi telah membuat para ahli beton menciptakan bahan tambahan bagi beton. Bahan tambahan merupakan bahan yang dianggap penting, terutama untuk konstruksi pada saat sekarang ini yang membutuhkan segala sesuatu yang serba praktis, efisien, tanpa mengurangi mutu dari beton tersebut. .
Evolusi dari standart pengurangan gaya gempa telah dikenalkan persamaan design baru untuk dalam pengikatan dari kolom beton bertulang. Salah satu metode untuk perkuatan kolom beton bertulang menggunakan FRP (Fiber Reinceforment Polymer) Composit sebagai perkuatan sengkang. (Remi Eid Paultre, 2017)
permukaan serat dari pengaruh suhu, zat kimia maupun radiasi sinar ultraviolet. (Ariyadi Basuki. 2005)
2.2. FRP (FIBER REINFORCEMENT POLYMER)
Salah satu material perkuatan strukutur adalah Fiber Reinforcement Polymer yang dapat memperkuat struktur secara eksternal, dan kini dipakai pada banyak jenis bangunan. Dikarenakan FRP (Fiber Reinforcement Polymer) adalah perkuatan dengan kekuatan tarik yang besar. Dari Fiber Reinforcement Polymer juga memiliki kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Dan pemasangannya sangat mudah dilakukan. FRP composit merupakan material yang menjanjikan dalam industri perbaikan konstruksi. Material ini bisa diperoleh dalam bentuk lembaran yang dalam penggunaanya diaplikasikan dengan resin atau epoxy. Material ini
telah banyak dipergunakan dan telah diterapkan penggunaanya. Metode tradisional dengan menggunakan material pelat baja yang diikat dengan epoxy
pada struktur kolom beton bertulang. Namun lambat laun teknik atau metode ini mulai tergeser dengan hadirnya material baru yang disebut dengan FRP. Dengan material ini perkuatan struktur dapat menghasilkan peningkatan kekuatan yang cukup substansial (aksial, geser, lentur, dan torsi). (US Army Research Laboratory.2002)
Karakteristik FRP sangat tahan untuk ion klorida dan reaksi kimia, juga memiliki gaya tarik lebih besar dari baja namun beratnya hanya seperempat, serta
GFRP rendah listrik dan konduktifitas termal. (Gevin McDanie, 2014)
Keunggulan FRP adalah peningkatan kekuatan. Penambahan FRP pada kedua sisi balok mempengaruhi pola retak yang terjadi. Retak pada beton beralih/terjadi ke posisi yang tidak ada perkuatan GFRP. Hal tersebut membuat beton bertambah kedaktailanya. (Fikri Alami, Ratna Widyawati. 2010)
Fiberwrapsystems adalah one stop solution yang diberikan berupa sistem yang mencakup desain, material, aplikasi dan garansi serta dilakukan oleh FRP itu sendiri. Fiberwrapsystems adalah salah satu produsen dan spesialis dalam bidang
FRP. FRP (Fibre Reinforced Polymer) adalah hasil kombinasi serat dan damar.
Prinsip dari penambahan FRP sama seperti penambahan plat baja, yaitu menambah kekuatan di bagian tarik dari struktur. FRP yang sering digunakan pada perkuatan struktur adalah plate/composite dan fabric/wrap. Bentuk plate
lebih efektif dan efisien untuk perkuatan lentur baik pada balok maupun pelat serta pada dinding, sedangkan bentuk wrap lebih efektif dan efisien untuk perkuatan geser pada balok serta meningkatkan kapasitas beban aksial dan geser pada kolom.
Keuntungan perkuatan menggunakan FRP (Fiber Reinforced Polymer) adalah sebagai berikut:
1. Tidak merusak dan mudah dipasang
2. Waktu shutdown/pemberhentian operasi singkat yang pendek atau tidak perlu waktu shutdown
3. Ringan dan berkekuatan tarik tinggi
4. Tidak memerlukan peralatan berat atau khusus
5. Dapat diaplikasi di lokasi yang mempunyai ruang sempit dan sulit
6. Dapat menyatu dengan material finishing
7. Dapat diaplikasi di bawah air
9. Meningkatkan kuat geser pada balok, kolom dan dinding
10. Meningkatkan daya tahan terhadap beban vertikal pada kolom
11. Meningkatkan ductility karena cyclic loading
12. Tidak menyebabkan korosi dan dapat mencegah korosi
Adapun jenis-jenis dari FRP itu sendiri yang akan dijelaskan pada tabel 2.1. kombinasi yang unik dengan polymer menjadi satu kesatuan komposit fiber.
CFRP dan GFRP berpengaruh terhadap kuat lentur balok. Beban
mutu dan bahan dasar GFRP. Selain itu, inersia penampang balok yang diperkuat
CFRP lebih kecil daripada inersia dari balok yang diperkuat GFRP. (Ireneus Petrico G. 2013)
Sistem fiberwrap dapat digunakan untuk:
1. Perlindungan struktur secara keseluruhan
2. Memperbaiki ketahanan gempa suatu bangunan
3. Memperkuat jembatan dengan menaikkan tingkat beban, ketahanan gempa, perbaikan dampak kerusakan dan memperpanjang umur jembatan
4. Upgrade struktur (menaikkan kekuatan balok, pelat, dan kolom yang sudah ada)
5. Memperkuat struktur yang tidak lagi memiliki kekuatan disain aslinya karena kesalahan konstruksi, korosi dan penambahan beban
6. Rehabilitasi pipa atau perkuatan pipa untuk mengatasi peningkatan tekanan dari dalam, beban lentur, traffic dan beban tanah. Sistem Tyfo®
fibrwrap® dapat dilem dari luar maupun dari dalam pipa
7. Ideal untuk perkuatan struktur industri karena angka perbandingan kekuatan dan berat yang tinggi, serta kemudahan pemasangan
8. Memperbaiki struktur yang korosi/berkarat
9. Memperkuat struktur beton dan struktur pada area laut yang mana dapat memperbaiki dan memelihara element struktur yang ada
10.Perlindungan dari kebakaran
11.Dapat dipakai dengan berbagai jenis coating untuk memenuhi kebutuhan masing-masing proyek
2.3. APLIKASI FRP PADA BETON
Proses aplikasi dan epoxy underwater pada struktur bangunan adalah sebagai berikut:
1. Perbaikan permukaan beton yang akan dibalut (wraping) FRP. Perbaikan beton dibagi tiga yaitu perbaikan ringan, perbaikan sedang dan perbaikan berat. Metode perbaikan berat ditentukan oleh jenis kerusakan strukturnya
a. Coating
Perbaikan coating adalah melapisi permukaan beton dengan cara mengoleskan atau menyemprotkan bahan yang bersifat plastik dan cair. Lapisan ini digunakan untuk menyelimuti beton terhadap lingkungan yang merusak beton.
b. Injection (grouting)
Perbaikan injection adalah memasukkan bahan yang bersifat encer ke dalam celah atau retakan pada beton, kemudian disuntikkan dengan tekanan, sampai terlihat pada lubang atau celah lain telah terisi atau mengalir keluar.
c. Shotcrete
Perbaikan shotcrete adalah menembakkan mortar atau beton dengan ukuran agregat yang kecil pada permukaan beton yang akan diperbaiki. Shotcrete dapat digunakan untuk perbaikan permukaan yang vertikal maupun horisontal dari bawah.
d. Prepacked Concrete
Perbaikan prepacked concrete adalah mengupas beton, kemudian dibersihkan dan diisi dengan beton segar, beton baru ini dibuat dengan cara mengisi ruang kosong dengan agregat sampai penuh. Kemudian disuntikkan dengan mortar yang sifat susutnya kecil dan mempunyai ikatan yang baik dengan beton lama.
2. Cat dasar/mengoleskan (priming) permukaan beton dengan tyfo SW-1 Epoxy.
3. Penjenuhan (saturation) Tyfo SEH 51-A dengan Tyfo SW-1 epoxy menggunakan kuas.
4. Membungkus (wraping) permukaan beton dengan Tyfo seh-51 A setelah permukaan dioleskan epoxy.
5. Pelapisan dengan mortar dengan tujuan melindungi dari sinar ultraviolet.
2.4. HUBUNGAN TEGANGAN DAN REGANGAN DALAM HUKUM HOOKE
2.4.1. Tegangan
Tegangan merupakan keadaan dimana sebuah benda mengalami pertambahan panjang ketika sebuah benda diberi gaya pada salah satu ujungnya sedangkan ujung lainnya ditahan.
� =
� (2.1)Keterangan:
F = Gaya (N)
A = Luas penampang (m2)
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
2.4.2. Regangan
Regangan merupakan perbandingan antara pertambahan panjang kawat dalam x meter dengan panjang awal benda dalam x meter. Regangan dapat
terjadi dikarenakan gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan, sehingga benda kembali ke bentuk awal.
Hubungan ini secara matematis dapat dituliskan seperti dibawah ini.
� =
∆ (2.2)Keterangan:
� = Regangan
ΔL = Pertambahan panjang (m)
Sesuai dengan persamaan di atas, regangan (e) tidak memiliki satuan dikarenakan pertambahan panjang (ΔL) dan panjang awal (Lo) adalah besaran dengan satuan yang sama
2.4.3. Modulus Elastisitas (Modulus Young)
Dalam fisika, modulus elastisitas disimbolkan dengan E. Modulus elastisitas menggambarkan perbandingan antara tegangan dengan regangan yang dialami bahan. Dengan kata lain, modulus elastis sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik regangan.
� =
�� (2.3)Keterangan:
E = Modulus elastisitas (N/m)
e = Regangan
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
2.4.4. Hubungan Antara Gaya dan Modulus Elastisitas
Jika ditulis secara matematis, hubungan antara gaya tarik dan modulus elastisitas meliputi:
� =
��=
� ∆ (2.4)Keterangan:
F = Gaya (N)
E = Modulus elastisitas (N/m)
e = Regangan
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
A = Luas penampang (m2)
E = Modulus elastisitas (N/m)
ΔL = Pertambahan panjang (m)
2.5. PERHITUNGAN KUAT TEKAN, MODULUS ELASTISITAS, DAN REGANGAN
2.5.1. Perhitungan Kuat Tekan
Untuk memperoleh kuat tekan beton digunakan benda uji silinder beton
berdiameter 150 mm dan tinggi 300 mm. Untuk perhitungan kuat desak benda uji silinder beton dapat digunakan rumus berikut:
f’c
=
�� (2.5)
Keterangan,
f’c = kuat desak beton (MPa)
P = beban tekan (N)
A = luas penampang benda uji (mm2)
2.5.2. Modulus Elastis
Modulus elastisitas beton adalah kemiringan kurva tegangan regangan beton pada kondisi linier atau mendekati linier. Untuk beton normal dapat digunakan nilai (SNI 03-2847-2002 Pasal 8.5.1):
Ec =4700 √�′� (2.6)
Keterangan,
f’c = kuat tekan beton (MPa)
2.5.3. Perhitungan Regangan
Untuk memperoleh regangan beton digunakan rumus Hukum Hooke berikut:
� =
��, � � � =
� (2.7)Keterangan,
Ɛ = regangan beton
E = modulus elastisitas beton (MPa)
σ = kuat tekan beton (MPa)
2.5.4 Persamaan kuat tekan beton dengan FRP (f’cc)
Berikut ini disampaikan beberapa persamaan kuat tekan yang telah dikemukakan oleh peneliti-peneliti sebelumnya mengenai kuat tekan beton dengan FRP (f’cc):
Oleh Richart’s Model (1928) di dalam (ACI Committee 440.2R,2008)
Model analitis kekangan pada prinsipnya menyatakan hubungan antara kuat tekan dengan tegangan lateral yang timbul akibat kekangan. Persamaan dasar yang menggambarkan hubungan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
�′�� = �′�� + . � (2.8)
Keterangan,
f’cc = kuat tekan beton terkekang (MPa)
k1 = faktor kekangan (dipakai kl = 1 dikarenakan beton yang dipakai tidak memakai tulangan spiral)
Untuk nilai fl adalah tegangan yang diakibatkan oleh FRP yang dapat dirumuskan sebagai berikut :
� =
.� . .� (2.9)Keterangan,
�� = faktor efisiensi bentuk penampang (untuk penampang lingkaran Ka =1) � =rasio perkuatan FRP
Ef = modulus elastisitas FRP (MPa)
� = regangan fraktur efektif (=0.004 ≤ 0.75 � , � = regangan ultimate FRP)
Untuk nilai � dirumuskan sebagai berikut :
� =
.�.ℎ (2.10)Keterangan,
h= diameter kolom (mm)
tf = tebal FRP (mm)
n= jumlah lapisan FRP
2.5.5 Persamaan regangan beton dengan FRP (���)
Berikut ini disampaikan beberapa persamaan yang telah dikemukakan
oleh peneliti-peneliti sebelumnya mengenai regangan beton dengan FRP (� ) :
Di dalam (ACI Committee 440-2R, 2008)
� = �′ .5 + � �
′
�
�′� . (2.6.5.1)
Keterangan,
Kb = faktor efisiensi bentuk penampang (untuk lingkaran =1)
fl = tegangan pengekang akibat FRP (MPa)
f’c = kuat tekan beton tidak terkekang (MPa)
� = regangan fraktur efektif (=0.004 ≤ 0.75 � , � = regangan ultimate FRP)
�′ = regangan beton tidak terkekang
2.6. HASIL PENELITIAN DARI PENELITI LAIN
Penggunaan GFRP dapat meningkatkan daya dukung aksial sebesar 11.86 % sampai dengan 15.25 % dan daktilitas aksial sebesar 12.41 % sampai dengan 47.14 %. (I Ketut Sudarsana dan A.A Gede Sutapa. 2007)
Perbaikan kekuatan dan daktilitas balok dan kolom beton bertulang menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP) seperti yang telah diteliti. dengan retrofit FRP mengalami penambahan sebesar 20 % dibandingkan dengan kolom original. Dalam menentukan peningkatan daktilitas maka digunakan parameter
displacement ductility. Nilai meningkat sebesar 4% pada balok FRP dibandingkan dengan b original. (Parmo Taufikurrahman. 2013)
Pengunaan FRP memberikan kontribusi peningkatan secara signifikan terhadap besarnya kapasitas aksial maupun daktilitas sebesar berturut-turut 97.5% dan 64.2% dari kolom dengan tulangan non-standar. Penggunaan FRP sebagai perkuatan pada tulangan pengekang yang tidak standar (sengkang lingkaran) memberikan peningkatan kapasitas aksial sebesar 58% dari kolom dengan tulangan standar. (Anang Kristianjo, Yosafat Aji Pranata, dan Iswandi Imran. 2016)
Evolusi dari standart pengurangan gaya gempa telah dikenalkan
