STUDI PUSTAKA
2.1 Beton Bertulang
Pengertian beton adalah campuran antara semen portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air dengan atau tanpa bahan tambah membentuk massa padat.
2.2 Kelebihan Beton Bertulang sebagai struktur
Beton bertulang banyak digunakan sebagai bahan konstruksi/struktur yang sangat penting. Jenis-jenis pekerjaan struktur yang menggunakan beton bertulang misalnya gedung, jembatan, saluran, jalan, dinding penahan tanah, bendungan, tangki, irigasi dan lain sebagainya.
Beton bertulang mempunyai beberapa kelebihan yang dibutuhkan dalam pembangunan struktur yaitu:
1. Beton mempunyai kuat tekan yang tinggi dibandingkan dengan kebanyakan material lain yang digunakan dalam struktur.
3. Struktur yang menggunakan beton bertulang sangat kaku/kokoh. 4. Pemeliharaan beton bertulang tidak tinggi.
5. Beton memiliki umur layan yang lebih tinggi, dalam hal ini beton mempunyai kemampuan yang tetap selama masih dalam batas layannya. 6. Beton merupakan bahan yang ekonomis untuk struktur struktur seperti
pondasi tapak, dinding basemen, tiang tumpuan jembatan atau bangunan-bangunan sejenis yang memerlukan beban gravitasi sebagai struktur. 7. Ciri khas beton adalah beton dapat dibentuk dalam bentuk cetakan yang
sangat beragam atau dengan kata lain beton dapat dibentuk dengan bentuk yang diinginkan.
8. Material pembentuk beton (pasir, kerikil, dan air) banyak terdapat di daerah-daerah, dan hanya memerlukan sedikit semen dan tulangan baja dari pabrikan atau tempat lain.
9. Keahlian buruh untuk membangun konstruksi beton bertulang lebih rendah bila dibandingkan dengan keahlian buruh yang dibutuhkan untuk membangun konstruksi lain seperti konstruksi baja.
2.3 Kelemahan Beton sebagai struktur
Di samping mempunyai kelebihan beton juga mempunyai kelemahan-kelemahan seperti:
2. Beton memerlukan bekisting untuk menahan beton sampai beton itu mengeras. Penggunaan bekisting menyebabkan biaya yang mahal pada pembentukan beton.
3. Beton mempunyai berat yang besar sehingga sangat berpengaruh pada struktur-struktur bentang panjang.
2.4 Material FRP
Material FRP (Fiber Reinforced Plates) adalah kumpulan serat-serat fiber yang mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Jenis fiber yang digunakan pada FRP terbuat dari glass(kaca),carbon, dan aramid. Perbedaan dari masing-masing bahan terdapat pada Tabel 2.1 ini.
Tabel 2.1 Kekuatan tipikal dari Material Perkuatan ( Yasmeen Taleb Obaidat-Jurnal Structural Retrofitting of Reinforced Concrete Beams Using CFRP )
Material Kuat Tarik(MPa) ElastisitasModulus (GPa) Carbon 2200-5600 240-830 1800-2200 130-380
Aramid 2400-3600 130-160 1400-1500 90-110
Glass 3400-4800 70-90 2200-2500 31-33
Epoxy 60 2,5 1100-1400 1,8-2,3
CFRP 1500-3700 160-540 1400-1700 110-320
Steel 280-1900 190-210 7900 24-27
2.5 Sejarah FRP
Perkembangan penelitian FRP pada era tahun 1930-an di Inggris di bidang industri penerbangan oleh Norman de Bruyne dan Owens-Illinois, sehingga penemuan terbaru ini dipatenkan oleh perusahaanCorning. Perkembangan yang cukup signifikan pada tahun-tahun berikutnya menyebabkan variasi jenis dari FRP bertambah. Jenis Carbon pertama kali ditemukan pada tahun 1950, akan tetapi pada tahun 1960 baru berkembang di perindustrian Inggris. Sejak saat itu penggunaan FRP berkembang pesat seiring dengan kebutuhan global dan penemuan-penemuan dalam peningkatan FRP terus bertambah.
2.6 Penggunaan FRP pada Struktur Bangunan
FRP dapat digunakan untuk memperkuat balok, kolom dan lantai pada bangunan dan jembatan. FRP dapat meningkatkan kekuatan bagian struktur pada pembebanan besar. Kerusakan beton yang akan diperbaiki harus dibersihkan dari kotoran dan diisi dengan mortar atau epoxy resin. FRP untuk memperkuat struktur terhadap lentur dengan melekatkan pada daerah yang mengalami tarik, sedangkan untuk perkuatan terhadap geser, FRP dilekatkan pada badan struktur. Perkuatan pada lantai dengan melekatkan FRP di bagian bawah atau pada bagian lantai yang tertarik. Khusus untuk perkuatan kolom jenis FRP wrap yang digunakan sebagai bahan perkuatan. Prinsip dari FRP wrap ini serupa dengan penulangan spiral pada kolom.
2.7 Sika Carbodur Plates sebagai Bahan CFRP
bata. Jenis ini ditempelkan di bagian permukaan luar dari struktur sebagai tulangan yang berfungsi sebagai:
1. Kegunaan dariSika CarboDur Plates untuk memperkuat struktur:
a. Akibat penambahan beban seperti:
1. Meningkatnya kebutuhan kapasitas dari lantai dan balok.
2. Meningkatnya kebutuhan kapasitas jembatan untuk melayani penambahan beban lalu lintas.
3. Pemasangan mesin yang lebih besar. 4. Menstabilkan getaran pada struktur.
5. Memperkuat struktur akibat perubahan fungsi.
b. Kerusakan pada elemen struktur akibat:
1. Rendahnya mutu pada material yang digunakan. 2. Terjadinya korosi pada tulangan baja.
3. Benturan kenderaan, kebakaran, Gempa Bumi.
c. Meningkatkan kemampuan struktur seperti:
1. Mengurangi terjadinya lendutan.
2. Mengurangi tegangan pada tulangan baja. 3. Mengurangi lebar retak.
4. Mengurangi kelelahan pada struktur.
d. Perubahan pada sistem struktur seperti:
e. Kesalahan pada perencanaan seperti:
1. Kekurangan pada penulangan. 2. Kekurangan tebal struktur.
2. Karakteristik dan keuntungan dari Sika CarboDur Plates untuk memperkuat struktur adalah:
a. Tidak korosi dan mempunyai kekuatan yang sangat tinggi, tahan lama dan ringan.
b. Panjang tidak terbatas, tidak memerlukan sambungan, tipis dan dapat dilapisi.
c. Mudah dalam pengangkutan karena dapat digulung dan mudah dipasang pada persilangan.
d. Sangat mudah dipasang terutama yang letaknya di atas. e. Tahan terhadap kelelahan.
f. Persiapan dalam pemasangan tidak sulit, dapat dipasang berlapis.
g. Tahan terhadap alkali, permukaan yang bersih dan diakui di banyak Negara di dunia.
3. TipikalSika CarboDur Plates
a. Modulus Elastisitas : 165.000 N/mm2, tipikalnya dilihat Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Tipikal Sika CarboDur Plates (www.Sika.co.id-Product) Tipe Lebar (mm) Tebal (mm) Luas (mm2)
Sika CarboDur S 512/80 50 1,2 60
2.8 Sikadur 30 sebagai bahan perekat(Bonding)
Sikadur -30 adalah bahan perekat Sika CarboDur Plates yang bersifat adhesi. Keuntungan dari Sikadur -30sebagai berikut:
1. Mudah dalam pencampuran, tidak diperlukan penambahan lain. 2. Tahan terhadap rangkak dalam pembebanan tetap.
3. Bahan adhesi yang baik untuk beton, bata, pasangan batu, baja, besi, aluminium, kayu dengan SikaDur plates.
4. Tahan terhadap abrasi dan kejut. 5. Bersifatimpermeable.
2.9 Analisis Geser Balok Beton Bertulang
Penulangan Benda Uji dapat dilihat Gambar 2.1, tulangan untuk benda uji dapat dilihat Tabel 2.3 dengan dimensi balok 150 x 300 mm dengan panjang konsol 500 mm.
Gambar 2.1 Penulangan Benda Uji I, II dan III
Tabel 2.3 Benda Uji
Benda Uji Tulangan
Tarik TulanganTekan Sengkang( mm )
Perhitungan kapasitas penampang dari masing-masing benda uji dihitung dengan menggunakan sitem pentabelan. Kapasitas penampang untuk beban 80% ultimit untuk Benda Uji I dicapai pada 6,4 Ton dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Gambar Tabel Analisis Geser untuk Benda Uji I
Kapasitas penampang untuk beban 80% ultimit untuk Benda Uji II dicapai pada 5.6 Ton dan penghitungannya dilihat pada Gambar 2.3.
ANALISIS BALOK BETON BERTULANG PENAMPANG PERSEGI
ANALISIS GESER
Tul. Tarik 2 1,6 193.601.857 mm4
A's = 2,65 mm2 c = 0,48 mm
As = 4,02 mm2 Es = 200.000 N/mm2
dia (cm) jarak (cm) fy = 240 N/mm2
Sengkang 0,6 10 y = 0,0012
Luas 0,57 cm2 's = 0,001461 tul tarik
Data Masukan ke Perhitungan
Reinforcing Yield Strength, fy = 390 M Pa Konversi mutu beton ke K Concrete Comp. Strength, f 'c = 15 M Pa K - 177
Beam Width, b = 15 cm Depth to Tension Reinforcing, d = 27,2 cm Total Beam Depth, h = 30 cm Tension Reinforcing, As = 4,02 cm2 No. of Tension Bars in Beam, Nb = 2
Tension Reinf. Bar Spacing, s1 = 11 cm Clear Cover to Tension Reinf., Cc = 2 cm Depth to Compression Reinf., d' = 2,5 cm Tulangan Tekan, A's = 2,65 cm2
Momen kerja, Ma = 31,39 kNm Momen Ultimit, Mu = 31,39 kNm Gaya Geser Ultimit, Vu = 78,48 kN Total Stirrup Area, Av(stirrup) = 0,56548668 cm2
Tie/Stirrup Spacing, s2 = 10 cm
Gambar 2.3 Gambar Tabel Analisis Geser untuk Benda Uji II
Kapasitas penampang untuk beban 80% ultimit untuk Benda Uji III dicapai pada 5.2 Ton dan penghitungannya dilihat Gambar 2.4.
ANALISIS BALOK BETON BERTULANG PENAMPANG PERSEGI ANALISIS GESER
Tul. Tarik 2 1,6 193.969.858 mm4
A's = 2,65 mm2 c = 0,41 mm
As = 4,02 mm2 Es = 200.000 N/mm2
dia (cm) jarak (cm) fy = 240 N/mm2
Sengkang 0,6 12,5 y = 0,0012
Luas 0,45 cm2 's = 0,001461 tul tarik
Data Masukan ke Perhitungan
Reinforcing Yield Strength, fy = 390 M Pa Konversi mutu beton ke K
Concrete Comp. Strength, f 'c = 15 M Pa K - 177
Beam Width, b = 15 cm
Depth to Tension Reinforcing, d = 27,2 cm
Total Beam Depth, h = 30 cm
Tension Reinforcing, As = 4,02 cm2
No. of Tension Bars in Beam, Nb = 2
Tension Reinf. Bar Spacing, s1 = 11 cm
Clear Cover to Tension Reinf., Cc = 2 cm
Depth to Compression Reinf., d' = 2,5 cm
Tulangan Tekan, A's = 2,65 cm2
Momen kerja, Ma = 27,47 kNm
Momen Ultimit, Mu = 27,47 kNm
Gaya Geser Ultimit, Vu = 68,67 kN
Total Stirrup Area, Av(stirrup) = 0,45238934 cm2
Tie/Stirrup Spacing, s2 = 12,5 cm
Gambar 2.4 Gambar Tabel Analisis Geser untuk Benda Uji III
Beban yang dihitung secara teoritis tersebut digunakan sebagai acuan beban yang diberikan sebelum diperkuat dengan CFRP.
ANALISIS BALOK BETON BERTULANG PENAMPANG PERSEGI ANALISIS GESER
Tul. Tarik 2 1,4 156.775.079 mm4
A's = 1,57 mm2 c = 0,48 mm
Reinforcing Yield Strength, fy = 390 M Pa Konversi mutu beton ke K
Concrete Comp. Strength, f 'c = 15 M Pa K - 177
Beam Width, b = 15 cm
Depth to Tension Reinforcing, d = 27,3 cm
Total Beam Depth, h = 30 cm
Tension Reinforcing, As = 3,08 cm2
No. of Tension Bars in Beam, Nb = 2
Tension Reinf. Bar Spacing, s1 = 11 cm
Clear Cover to Tension Reinf., Cc = 2 cm
Depth to Compression Reinf., d' = 2,5 cm
Tulangan Tekan, A's = 1,57 cm2
Momen kerja, Ma = 25,51 kNm
Momen Ultimit, Mu = 25,51 kNm
Gaya Geser Ultimit, Vu = 63,765 kN
Total Stirrup Area, Av(stirrup) = 0,67020643 cm2
Tie/Stirrup Spacing, s2 = 15 cm
2.10 Analisis Geser Balok Beton Bertulang dengan CFRP
CFRP yang digunakan adalah produk dari SIKA, dalam analisis ini digunakan program SIKA sebagai bahan perhitungan persiapan penggunaan CFRP tersebut. Hasil Program dilampirkan dalam lampiran dan Gambar 2.5 adalah Tampilan Program Analisis FRP keluaran PT.SIKA. Perkiraan tambahan beban geser bila digunakan CFRP 1 baris untuk benda uji I, II dan III adalah sebesar 1 ton.
Gambar 2.5 Tampilan Program Analisis FRP keluaran PT.SIKA
2.11 Panjang Pemasangan Pelat CFRP
2.12 Teori Numerik pada Program Numerik
2.12.1 Parameter KekuatanConcrete Damage Plasticity
Hipotesa tentang parameter kekuatan untuk beton sering diaplikasikan dengan pemodelan Drucker Prager (1952). Pemodelan oleh Drucker Prager (1952) seperti Gambar 2.6 ini.
Gambar 2.6Drucker Prager Boundary(P.KMIECIK)
Model yang digunakan pada program numerik ini adalah model dari Modifikasi Drucker Prager. Modifikasi ini dilakukan oleh Majewski adalah modifikasi Kc sebesar 2/3. Modifikasi lain terhadap Kc dilakukan oleh William dan Warnke (1975) dilihat Gambar 2.7.
Kupler melakukan modifikasi terhadap kegagalan akibat tekanan biaxial. Oleh Kupler disebutkan nilai yang diberikan fcc adalah 1.16248 fc. Oleh program numerik angka tersebut dibulatkan dengan 1.16.
Perubahan yang terakhir adalah sudut dilatasi dari beton terhadap tegangan gabungan tarik dan tekan, sudut inklinasi ini diukur dari kegagalan permukaan yang ditinjau terhadap sumbu vertikal dan sumbu horizontal. Secara fisik sudut kegagalan ini diinterpretasikan sebagai sudut gesek dari beton dan besaran sudut ini ditetapkan dengan sudut 360atau 400 dilihat Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Kekuatan beton di bawah teganganbiaxial(Manual Program Numerik)
Program numerik menetapkan parameter untuk CDP seperti dilihat pada Tabel 2.4 ini.
Tabel 2.4 Parameter CDP (Program Numerik)
2.12.2 Kurva Tegangan regangan pada PembebananUniaxial
Parameter lain yang dimasukkan dalam program numerik yaitu hubungan tegangan dan regangan pada pembebanan uniaksial. Hubungan perilaku beton terhadap tarik pada pembebanan uniaksial dapat dilihat pada Gambar 2.9 dan hubungan perilaku beton terhadap tekanan pada pembebanan uniaksial dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.9 Kekuatan beton di bawah tegangan tarik uniaksial
Gambar 2.10 Kekuatan beton di bawah tegangan tekan uniaksial
2.12.3 Matriks ElemenTrussT3D2
2.12.4 Matriks ElemenSolidC3D8
Matriks Elemen Solid yang dibentuk pada program numerik seperti dilihat Gambar 2.12 ini.
Gambar 2.12 Idealisasi SolidElemen (G.R. Liu)
Uraian elemen matriks pada program numerik untuk elemen C3D8.
2.13 Perencanaan denganStrutdanTieModel
Metode Strut dan Tie dapat juga digunakan untuk memprediksi kapasitas beban yang mampu dipikul balok konsol seperti dalam percobaan setelah diperkuat dengan pelat CFRP disamping hasil yang didapatkan melalui perhitungan numerik. Di dalam tesis ini, penulis hanya ingin membuka wawasan bahwa selain metode numerik, strut dan tie metode juga baik digunakan untuk menghitung kenaikan beban setelah diperkuat. Berikut distribusi tegangan pada balok konsol dilihat Gambar 2.13.
Pemodelan beban dan gaya yang bekerja pada balok konsol dengan metode StrutdanTieseperti dilihat Gambar 2.14.
