MEMAKAI BAJA DAN CHEMICAL ANCHOR
Johannes Tarigan
1,Simon Dertha
21Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU), Jln. Perpustakaan 2 Medan Email : johannes.tarigan@usu.ac.id dan johnstar@indosat@net.id
2Jurusan Sipil Universitas Katolik St.Thomas, Jln SetiaBudi 497, Medan
ABSTRAK
Pada suatu bangunan yang dibeli oleh developer yakni bangunan yang dalam perencanaannya akan dibangun Hotel dengan dua lantai basement dan lima belas lantai upper structure. Akan tetapi yang baru dibangun adalah dua lantai basement. Lantas Pemilik yang baru mengubah peruntukan bangunan tersebut menjadi empat lantai ruko dengan bentang 8 m satu ruko tanpa mau merubah balok dan kolom pada bangunan existing yakni dua basement tersebut. Tentu saja pondasinya sangat aman karena semula didesain untuk dua basement dan lima belas lantai di atasnya. Setelah didisain ada dua belas kolom yang bertumpu pada balok extisting, sebagian besar memang didisain tepat diatas kolom existing. Adapun beban maximum perletakan bangunan empat lantai adalah dengan reaksi perletakan 250 ton. Beban tersebut dipikulkan ke balok existing sebagai beban terpusat. Dengan tanpa merubah balok existing maka solusinya agar balok existing mampu menerima beban tersebut adalah dengan perkuatan balok baja dibawah balok. Agar balok perkuatan baja dengan balok beton bisa bekerja sama maka dipasanglah shear connector dengan memilih anchor standart dengan pemasangan memakai chemical anchor. Selain shear connector diantara balok dan perkuatan baja diisi dengan epoxy agar hubungan balok beton dengan perkuatan baja lebih dapat bekerja sama. Demikian juga penyambungan balok perkuatan dengan kolom digunakan chemical anchor dan kolom baru dengan kolom existing dipakai chemical anchor.
Dalam disain perkuatan balok maupun pemakaian chemical anchor digunakan berdasarkan EN Standar Eropah dan DIN Jerman, dimana antara balok beton existing dengan balok baja terjadi aksi komposit. Dalam paper ini akan dituliskan analisa perhitungannya beserta peraturan-peraturan yang terdapat didalam EN dan DIN beserta experimental yang dilakukan sebelum didisain. Kata kunci: Perkuatan, Shear Connector, Chemical anchor, epoxi, jacketting
I. Pendahuluan
Dalam kegiatan pembangunan para pemillik ingin agar biaya ditekan, akan tetapi konstruksi aman dan dapat dipertanggung jawabkan secara teknis. Oleh karena itu dalam makalah ini kami menuliskan bagaiamana kajian teknis dan pelaksanaan pada suatu proyek yang berlokasi di Medan, dimana pada beberapa balok existing diadakan perkuatan untuk dapat menopang kolom diatasnya yang bebannya mencapai 250 ton.
II. Keadaan struktur existing dan rencana penambahan kolom 2.1 Permasalahan
Pada awalnya bangunan ini didesain untuk menjadi hotel bintang 5, dengan jumlah lantai 15 dan 2 basement. Pembangunan hotel dihentikan ketika tahap konstruksi telah mencapai ground floor dengan dua lantai basement. Setelah pembangunan dihentikan maka pemilik merubah fungsi dan bentuk bangunan
menjadi bangunan ruko. Dengan perubahan fungsi ini ada beberapa masalah yang timbul sehubungan dengan sistem struktur. Permasalahan yang timbul adalah kolom-kolom ruko baru sebahagian ada yang menumpu di balok eksisting yang dimensinya hanya 30x60 cm dan ada juga yang menumpu di pelat lantai. Dengan kondisi ini maka harus dilakukan analisis dan desain sistem struktur perkuatan sehingga struktur eksisiting mampu memikul beban-beban ruko.
2.2 Sistem Struktur Eksisting
Sistem struktur eksisting merupakan sistem struktur beton bertulang dengan mutu beton nya adalah K350, mutu baja untuk tulangan dengan diameter lebih besar dari 10 mm adalah tulangan ulir dengan Fy=400 Mpa dan untuk tulangan dengan diameter lebih kecil atau sama dengan 10 mm menggunakan tulangan polos dengan kekuatan Fy=240 Mpa. Dimensi balok dan kolom yang ditinjau di sini adalah balok 30 cm x 60 cm dan kolom 80x80 cm.
2.3 Tahapan Studi
Untuk melakukan analisis dan desain perkuatan maka ada beberapa tahapan yang dilakukan:
1. Mengumpulkan data-data perencanaan awal seperti gambar as build drawing denah, struktur, potongan, hasil pengujian material beton dan tulangan baja, dan catatan-catatan perubahan dalam masa konstruksi.
2. Melakukan survey ke lapangan untuk menyesuaian kembali data yang ada dengan kondisi eksisting di lapangan. Hal ini perlu dilakukan karena sering sekali gambar perencanaan awal mengalami perubahan ketika dilaksanakan di lapangan.
3. Menggambarkan ruko yang akan dibangun di atas gambar eksisiting sehinga diperoleh posisi kolom-kolom ruko pada bangunan eksisiting.
4. Melakukan penyelidikan kekuatan beton eksisiting di lapangan dengan menggunakan hammer test dan juga melakukan core drill untuk mengambil sampel di lapangan untuk diuji tekan di laboratorium USU.
5. Melakukan pemodelan struktur ruko dan struktur eksisting dengan 3 D, memodelkan pembebanan, seperti beban mati, beban hidup, dan beban gempa.
6. Melakukan analisis struktur eksisiting terhadap beban ruko apakah struktur eksisting masih memenuhi kekuatan terhadap beban-beban ruko.
7. Jika struktur yang eksisiting tidak mampu memikul beban dari ruko maka dilakukan studi mengenai metode perkuatan yang akan dilaksanakan.
8. Melakukan analisis dan desain sistem perkuatan struktur. 9. Membuat gambar kerja sistem perkuatan yang akan dilaksanakan. 2.4 Hasil Penyelidikan Kekuatan Struktur
Penyelidikan kekuatan material struktur dilakukan dengan menggunakan non destructive test menggunakan hammer test dan juga compression test di mana sampel diambil dengan menggunakan core drill dengan ukuran 3 inchi. Pengujian dilakukan oleh Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Hammer dilakukan pada semua elemen balok dan kolom yang akan mengalami pembebanan akibat penambahan ruko. Core drill hanya dilakukan pad a pelat lantai dan balok, sedangkan pada kolom hanya dilakukan hammer test. Core drill pada balok dilakukan pada daerah dengan gaya-gaya dalam minimum untuk menghindari terjadinya reduksi kekuatan elemen struktur eksisiting. Kekuatan tidak dilakukan pengujian cukup digunakan hasil pengujian yang telah dilakukan pada masa konstruksi sebelumnya. Hasil pengujian baik dengan hammer test maupun dengan menggunakan compression test menunjukkan bahwa kekuatan material beton untuk balok dan kolom telah mencapai nilai yang diharapkan sedangkan untuk pelat lantai sebahagian besar mutu betonnya di bawah mutu yang direncanakan.
III. Analisis dan Desain Struktur Eksisiting Dan Ruko
Tata cara perhitungan mengikuti [SKSNI 3-2002] untuk beton bertulang, perkuatan baja [SNI-03-1729-2002], dan pembebanan gempa mengikuti [SNI-1726-2002]. Sedangkan software yang digunankan adalah program ETABS.
Pemodelan struktur eksisiting dan ruko untuk dianalisis dilakukan seperti Gambar 1. Hasil output Bidang Momen, Normal dan Lintang dapat dilihat di gambar 2, 3 dan 4, sebagai output dari program Etabs.
Gambar 2 Bidang momen
Gambar 4 Bidang Lintang
Pada bangunan exsting ada 12 balok yang dimensinya terlalu kecil, dimana balok tersebut bentangnya 8 m dan kolom tumbuh bervariasi rata-rata 2 m dari tumpuan. Khusus untuk balok yang tidak aman tersebut gaya dalamnya yakni khusus bidang Momen dapat dilihat digambar 5. Dan kedua belas balok inilah harus diperkuat.
IV. Metode Perkuatan
Ada beberapa metode perkuatan yang dapat dilakukan pada balok eksisiting yaitu dengan menggunakan (1) jacketting di mana balok eksisiting diperbesar dimensinya dan ditambah tulangan lentur dan tulangan gesernya untuk mencapai kekuatan yang diharapkan. Tata cara metode perkuatan dengan jacketing dapat dilihat di [Mahdy A.S. et al. (2004)] dan [Murat Engindeniz et al. (2005)] (2) dengan menggunakan fiber reinforcement (3) menggunakan perkuatan profil baja WF.
Dari ketiga metode di atas maka diputuskan menggunakan perkuatan balok eksisting dengan menggunakan profil WF dengan alasan metode ini bisa dilakukan lebih cepat dan mempertimbangkan beban yang besar maka dianggap lebih aman. Untuk pemakaian baja mengikikuti [ R.L, Brokenbrough, P.E.(2006)] dan [R.L. Brockenbrough dan Merrit, F.S. (1999)].
Sesuai dengan hasil evaluasi maka balok-balok yang harus mengalami perkuatan adalah seperti Gambar 6, dimana ukuran balok existing adalah 30 cm x 60 cm, dimana diatasnya akan dipikulkan beban tambahan 250 ton. Berdasarkan hasil hitungan maka dibutuhkan profil WF 500.
Gambar 6 Balok-balok yang diperkuat dengan profil WF
Beberapa hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan perkuatan balok beton bertulang dengan menggunakan WF adalah:
1. Sistem sambungan antara balok WF dan balok beton bertulang. Harus dilakukan desain sehingga balok WF dan balok beton bertulang dapat bekerja sama (composite system). Untuk itu direncanakan menggunakan shear connector dan epoxy.
2. Sistem sambungan antara balok WF dan kolom beton bertulang dengan menggunakan baut mutu tinggi dan juga epoxy.
3. Sistem sambungan antara kolom ruko dengan balok eksisiting dengan menggunakan chemical anchor.
Ketiga hal di atas harus benar-benar diperhatikan dan dianalisis dengan baik karena kalau ketiga hal di atas tidak bekerja seperti yang diharapkan maka akan terjadi kegagalan struktur.
Sebelum memulai pekerjaan dilakukan test tarik pada shear connector mutu tinggi serta chemical anchor yang digunakan. Shear connector yang dipakai adalah type 16 dari Dia Kress. Shear connector terlebih dahulu diuji tarik dan geser, apakah sesuai dengan kekuatan yang tercantum di brosur.
4.1 Shear Connector
Ada beberapa produk yang bisa dipakai untuk shear connector. Diproyek ini dipakai Dia Kress. Gambar Detail dapat dilihat di gambar 7. Yang dipakai untuk sher connector adalah M 16, dimana panjang angkur (anchor length) 17.5 cm., dengand drill hole diam 1.6 cm dengan keadalaman 11 cm. Gaya tarik pada angkur diperkenankan 14.5 kN dan geser 19.0 kN. Sedangkan pada kolom dipakai M 20, dengan panjang angkur 17 cm dan drill hole sebesar 2 cm panjang 13 cm , dengan gaya tarik 18.3 kN dan geser 28.9 kN. Dan kualitas beton pada balok yang diperkuat dikehendaki > 30 Mpa, dengan faktor keamanan 3. Dari data tersebut dapat dihitung jumlah angkur berdasarkan gaya lintang yang terjadi dan kemudian di kontrol dengan Momen. Secara teknik pekerjaan anchoring harus mengikuti kaidah-kaidah yang ditetapkan didalam building code, dan dapat dilihat di [Laternse Klaus, Beton Kalender 2007], yang mengikuti Europa Norm EN dan DIN.
Gambar 7 :detail chemical anchor
4.2. Epoxy dan bahan perekat anhor
Epoxy digunakan antara balok perkuatan baja WF dan beton existing dan yang dipakai pada produk ini adalah SIKA yakni tipe Sikadur 31 CF sedangkan pengisi anchor dipakai Sikur 752. Bahan ini adalah epoxy bonding, yakni sejenis bahan perekat anatar anchor dan beton existing.
4.3. Pelaksanaan
Pelaksanaan metode perkuatan di lapangan:
Gambar 8 Detail perkuatan balok
Sedngkan pada gambar 9 s/d 14 dapat dilihat pemasangan shear connector sampai dengan perkuatan baja dan jacketing pada kolom.
Gambar 9 Pemasangan chemical anchorage pada balok dan kolom yang akan diperkuat
Gambar 10 Pemasangan balok WF pada balok beton
Gambar 12 Epoxi antara balok WF dan beton bertulang
Gambar 13 Pekerjaan jacketting pada kolom eksisiting
Beberapa permasalahan yang ditemukan dalam pekerjaan perkuatan adalah:
1. Pemasangan chemical anchorage yang didesain sering sekali tidak bisa diterapkan di lapangan karena kondisi tulangan eksisiting di lapangan sering tidak sesuai dengan gambar rencana. Dengan kondisi seperti ini maka posisi anchorage sering harus dirubah karena itu perlu kontrol pelaksanaan yang ketat di lapangan.
2. Begesernya posisi anchorage sering sekali membuat jarak antara baut ke tepi kolom tidak memenuhi syarat minimal. Hal ini mengakibatkan dapat terjadi keretakan pada tepi kolom. Dengan pertimbangan itulah maka pada kolom dilakukan jacktting supaya jarak antara anchorage ke tepi kolom memenhuhi syarat yang ditentukan.
3. Sering juga terjadi kedalaman anchorage tidak sesuai dengan yang diharapkan karena terhalang oleh tulangan eksisiting, untuk ini juga perlu dilakukan kontrol.
4. Penuncian anchorage di lapangan dengan kekuatan pratarik yang cukup besar dapat mengakibatkan keretakan pada kolom.
5. Penggunaan las pada saat penyambungan juga harus diperhatikan suhunya karena perbedaan suhu dapat mengakibatkan gaya tarik yang cukup besar dan dapat menimbulkan keretaan. V. Kesimpulan
Dari evaluasi perkuatan dengan balok WF dapat disimpulkan beberapa hal yaitu:
Dalam pelaksanaan perkuatan di lapangan sering sekali gambar perencanaan tidak dapat diterapkan dengan sempurna karena kondisi elemen struktur eksisiting, oleh karena itu perlu kontrol pekerjaan di lapangan dengan baik.
Untuk memeriksa bahwa desain perkuatan sesuai dengan yang diharapkan maka perlu sekali dilaksanakan loading test sebelum konstruksi dilanjutkan.
Metode perkuatan balok beton dengan menggunakan WF cukup efektif dilakukan di lapangan karena pelaksaannya cepat dan juga kontrol pelaksanaannya lebih baik.
Daftar Pustaka:
Laternser Klaus (2007), Europaeische Regelung fuer Befestigungssysteme, Beton Kalender 2007 hal 437 s/d 506, Ernst& Sohn, Berlin.
Manual ETABS Version 9.0.7
Mahdy A.S. et al. (2004) :” Flexural Behaviour and Mode of Failure of Jacketed RC Beams”, Scientific Bulletin Vol. 39, No. 4 ,Ain Sham University, Faculty of Engineering.
Murat Engindeniz et al. (2005) :” Repair and strengthning of Reinforced Concrete Beam-Column Joints: State of the Art, ACI Structural Journal, America.
R.L, Brokenbrough, P.E.(2006)”: Properties of Structural Steel s and Effects of Steel Making and FabricationL,R.L, Brokenbrough and Associates , Inc., Pittsburgh, Pensylvania.
R.L. Brockenbrough dan Merrit, F.S. (1999):” Steel Designer’s Handbook, McGraw-Hill, Inc , New York. Standar Perencanaan tahah Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI-1726-2002).
Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SKSNI 3-2002) Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung ( SNI-03-1729-2002).
