Data Hasil Pengujian Bahan CFRP

BAB III PENGUMPULAN DATA

3.6 Data Hasil Pengujian Bahan CFRP

Pengujian Carbon Fiber Reinforcement Polymer (CFRP) dilakukan di salah satu Laboratorium milik Universitas di Indonesia. Data ini nantinya akan digunakan untuk perhitungan perkuatan plat lantai dan balok dengan sistem perkuatan Carbon Fiber Reinforcement Polymer (CFRP). Berikut hasil pengujian CFRP disajikan pada Tabel 3.3.

Tabel 3.3 Hasil uji kuat tarik MBrace 230/4900 ASTM D3039/D3039M No.

Tes

Benda Uji Tebal (mm)

Lebar (mm)

Luas Penampang

(mm²)

Beban Maks

(kg)

Kuat Tarik (MPa)

1 A (1 lapis) 0,166 30 4,98 1103,9 2175

2 B (1 lapis) 0,166 30 4,98 1071,9 2112

3 C (1 lapis) 0,166 30 4,98 1167,7 2300

4 D (2 lapis) 0,166 30 9,96 2193,1 4320

5 E (2 lapis) 0,166 30 9,96 1412,3 2782

6 F (2 lapis) 0,166 30 9,96 2191,1 4316

7 G (3 lapis) 0,166 30 14,94 3294 6489

8 H (3 lapis) 0,166 30 14,94 2966,6 5844

9 I (3 lapis) 0,166 30 14,94 3123 6152

Gambar 3.10 Grafik Hasil uji kuat tarik MBrace 230/4900

Dari grafik yang disajikan pada Gambar 3.10, nilai kuat tarik nominal pada sampel dengan 2 lapis nilai kuat tarik nominalnya mendekati dua kali lipat dari sampel dengan 1 lapis, begitu pula yang 3 lapis memiliki kuat tarik nominal mendekati 3 kali lipat dari kuat tarik nominal sampel dengan 1 lapis. Rasio kuat tarik nominal antara sampel 1 lapis, 2 lapis, dan 3 lapis disajikan pada Tabel 3.4.

Tabel 3.4 Rasio Kuat tarik nominal hasil pengujian fiber

No Sampel

Kuat Tarik Nominal (MPa) Rasio Kuat Tarik Nominal 1 Lapis 2 Lapis 3 Lapis 2-1 Lapis 3-1 Lapis

1 Sampel 1 2175 4320 6489 1,99 2,98

2 Sampel 2 2112 2782 5844 1,32 2,77

3 Sampel 3 2300 4316 6152 1,88 2,67

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

1 lapis 2 lapis 3 lapis

Kuat Tarik Nominal

Jumlah Lapisan

Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3

35 Dari data hasil pengujian serat karbon yang didapat, dibandingkan dengan standard yang ada di Pedoman Perbaikan dan Perkuatan Struktur Beton Pada Jembatan No. 022/BM/2011, hasilnya disajikan pada Tabel 3.5.

Tabel 3.5 Perbandingan hasil uji fiber dengan PPPSBJ No. 022/BM/2011 No. Benda Uji Kuat Tarik

(MPa)

Standard (MPa)

Keterangan

1 A (1 lapis) 2175 3790 Tidak memenuhi standard

2 B (1 lapis) 2112 3790 Tidak memenuhi standard

3 C (1 lapis) 2300 3790 Tidak memenuhi standard

4 D (2 lapis) 4320 3790 Memenuhi standard

5 E (2 lapis) 2782 3790 Tidak memenuhi standard

6 F (2 lapis) 4316 3790 Memenuhi standard

7 G (3 lapis) 6489 3790 Memenuhi standard

8 H (3 lapis) 5844 3790 Memenuhi standard

9 I (3 lapis) 6152 3790 Memenuhi standard

Dari hasil pengujian material dapat memenuhi standard jika dilakukan dengan 2 maupun 3 lapis. Pengujian antara 1 lapis, 2 lapis dan 3 lapis diperoleh hasil yang linear. Nilai kuat tarik pada benda uji D (2 lapis) nilai kuat tarik nya 2 kali dari hasil uji yang 1 lapis begitu juga pada benda uji 3 lapis.

Tabel 3.6 Hasil uji kuat tarik Komposit MBrace CF 230 ASTM D3039/D3039M No.

Tes

Benda Uji (1 lapis)

Tebal Nominal

(mm)

Lebar Nominal

(mm)

Luas Penampang

(mm²)

Beban Maks

(kg)

Kuat Tarik (MPa)

1 Sampel 1 0,166 30 4,98 23,053 4629

2 Sampel 2 0,166 30 4,98 20,708 4158

3 Sampel 3 0,166 30 4,98 20,596 4136

4 Sampel 4 0,166 30 4,98 20,394 4095

5 Sampel 5 0,166 30 4,98 19,375 3891

Dari hasil pengujian material komposit fiber dengan epoxy pada Tabel 3,6, dibandingkan dengan standard material yang ada pada Pedoman Perbaikan dan Perkuatan Struktur Beton Pada Jembatan No. 022/BM/2011, hasilnya disajikan pada Tabel 3.7.

Tabel 3.7 Perbandingan hasil uji komposit dengan PPPSBJ No. 022/BM/2011 No Benda Uji Kuat

Tarik (MPa)

Standard (MPa)

Keterangan

1 Sampel 1 4629 1062 Memenuhi standard

2 Sampel 2 4158 1062 Memenuhi standard

3 Sampel 3 4136 1062 Memenuhi standard

4 Sampel 4 4095 1062 Memenuhi standard

5 Sampel 5 3891 1062 Memenuhi standard

Gambar 3.11 Alat uji kuat tarik CFRP

37 (a) (b)

Gambar 3.12 (a) Benda uji CFRP, (b) Proses Pengujian CFRP

(a) (b)

Gambar 3.13 (a) Benda uji CFRP komposit setelah dilakukan pengujian, (b) Output data secara komputerisasi

BAB IV

PEMBAHASAN DAN ANALISA

4.1 Pemodelan Struktur

Pemodelan struktur jembatan dilakukan dengan menggunakan program SAP2000 versi 18. Pemodelan dilakukan dengan membuat model struktur 2D dan 3D untuk membandingkan pengaruh yang lebih besar dalam perhitungan struktur.

4.2 Pemodelan Struktur Jembatan Dua Dimensi

Pemodelan struktur jembatan dua dimensi yang dilakukan menggunakan program SAP2000 versi 18, hal yang diperlukan yaitu memasukkan dan mendefinisikan data – data yang dibutuhkan seperti, grid, penampang dan tumpuan.

A. Pemodelan Untuk Analisis Struktur Pelat

Pemodelan struktur pelat jembatan untuk analisis dua dimensi dilakukan dengan memodelkan potongan arah memanjang jembatan. Untuk pemodelan dua dimensi struktur pelat lantai jembatan disajikan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Pemodelan dua dimensi struktur pelat lantai B. Pemodelan Untuk Analisis Struktur Balok

Pemodelan struktur balok jembatan untuk analisis dua dimensi dilakukan dengan memodelkan potongan arah melintang jembatan. Untuk pemodelan dua dimensi struktur balok lantai jembatan disajikan pada Gambar 4.2.

39 Gambar 4.2 Pemodelan dua dimensi struktur balok

4.3 Pemodelan Struktur Jembatan Tiga Dimensi

Pemodelan struktur jembatan tiga dimensi yang dilakukan menggunakan program SAP2000 versi 18, hal yang diperlukan yaitu memasukkan dan mendefinisikan data – data yang dibutuhkan seperti, denah jembatan berupa grid, tumpuan, material – material yang digunakan dan penampang yang digunakan.

A. Menghitung Kedalaman Jepit Tiang Pancang

Tiang pancang dimodelkan dengan perletakan jepit pada kedalaman dimana diasumsikan tiang pancang berada dalam kondisi terjepit penuh. Diasumsikan tidak ada lapisan tanah yang berada diatas titik jepit. Perhitungan kedalaman titik jepit dilakukan dengan metode OCDI (2002). Kedalaman titik jepit diperhitungkan dengan cara coba – coba sampai nilai x sama dengan kedalaman yang diperhitungkan.

1 4

x k B

 ... (1)

dimana:

kh = Sub grade reaction number = 0,15.NSPT B = Diameter tiang (cm)

E = Modulus elastisitas tiang (kg/cm²) I = Momen inersia tiang (cm⁴)

Berikut hasil perhitungan kedalaman jepit tiang dengan cara coba – coba menggunakan metode OCDI (2002) disajikan pada Tabel 4.1.

B = 50 cm ; ¹ ⁴ ¹



^{3,14 50}

  

⁴ ^{306.640, 6} ⁴

64 64

I  D   cm ; E = 354.722,1 kg/cm²

40 Tabel 4.1 Penentuan kedalaman jepit

Kedalaman (m) NSPT kh x

0,00 0,00 0,0000 0,00

0,50 3,25 0,4875 3,65

1,00 6,50 0,9750 2,07

1,50 9,75 1,4625 2,77

2,00 13,00 1,9500 2,58

2,50 13,75 2,0625 2,54

3,00 14,50 2,1750 2,51

3,50 15,25 2,2875 2,48

4,00 16,00 2,4000 2,45

4,50 27,25 4,0875 2,14

5,00 38,50 5,7750 1,97

5,50 49,75 7,4625 1,84

6,00 61,00 9,1500 1,75

6,50 63,25 9,4875 1,74

7,00 65,50 9,8250 1,72

7,50 67,75 10,1625 1,71

8,00 70,00 10,5000 1,69

Dari hasil perhitungan, didapat kedalaman jepit berada pada kedalaman 2,5 meter dari permukaan tanah, sehinggi tinggi tiang yang ditinjau adalah tinggi jembatan dari muka tanah sebesar 3,0 meter ditambah kedalaman jepit 2,5 meter, hasilnya 5,5 meter.

B. Membuat Grid

Untuk membuat grid, template yang digunakan adalah digunakan template “grid only”

pada menu “new model”. Untuk tampilan template yang digunakan dalam program SAP2000 versi 18 disajikan pada Gambar 4.3 dan hasil penggambaran grid yang telah dibuat disajikan pada Gambar 4.4.

41 Gambar 4.3 Template pada program SAP2000 versi 18

(a)

(b)

42 (c)

(d)

Gambar 4.4 (a) XY View (b) XZ View (c) YZ View (d) 3D View

C. Mendefinisikan Material

Untuk pendefinisian material beton yang digunakan disajikan pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6, dan untuk pendefinisian material tulangan yang digunakan disajikan pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8.

(a) (b)

Gambar 4.5 (a) Beton fc’50 dalam satuan (ton, m, C) (b) dalam satuan (N, mm, C)

(a) (b)

Gambar 4.6 (a) Beton K-350 dalam satuan (ton, m, C) (b) dalam satuan (N, mm, C)

(a) (b)

Gambar 4.7 (a) Tulangan longitudinal dalam satuan (ton, m, C) (b) dalam satuan (N, mm, C)

(a) (b)

Gambar 4.8 (a) Tulangan bagi dalam satuan (ton, m, C) (b) dalam satuan (N, mm, C)

45 D. Mendefinisikan Penampang

Untuk mendefinisikan penampang – penampang yang digunakan dalam program SAP2000 versi 18, dapat dilakukan dengan memilih menu Define → Frame Properties → Frame Section untuk pendefinisan balok dan kolom, dan Define → Frame Properties → Area Section untuk pendefinisian pelat. Untuk tampilan menu “Frame Section” disajikan pada Gambar 4.9. Tampilan untuk pendefinisian penampang balok disajikan pada Gambar 4.10, untuk pendefinisian penampang kolom disajikan pada Gambar 4.11, untuk pendefinisian penampang pelat disajikan pada Gambar 4.12. Untuk memperhitungkan terjadinya momen sekunder momen inersia penampang harus direduksi sesuai ketentuan pada SNI T-12-2004.

Momen Inersia :

Balok : 0,35 Ig

Kolom : 0,70 Ig

Pelat dan lantai : 0,25 Ig

Gambar 4.9 Tampilan menu “Frame Section”

46 Gambar 4.10 Pendefinisian penampang balok perahu

Gambar 4.11 Pendefinisian penampang kolom / tiang

47 Gambar 4.12 Pendefinisian penampang pelat lantai

E. Menggambar Pemodelan Struktur

Setelah menghitung kedalaman jepit, mendefinisikan material dan penampang yang digunakan, langkah berikutnya adalah menggambar pemodelan struktur. Hasil penggambaran pemodelan struktur jembatan disajikan pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Pemodelan struktur jembatan pile slab

48 4.4 Pembebanan Struktur Jembatan Tiga Dimensi

Untuk pembebanan pada struktur jembatan, beban – beban yang diperhitungkan sesuai dengan SNI 1725:2016 tentang pembebanan untuk jembatan.

A. Beban Mati (Dead Load)

1. Berat Struktur Utama Jembatan

Berat struktur jembatan dihitung berdasarkan material dan penampang jembatan yang sudah dimasukkan ke dalam program SAP2000 versi 18.

2. Berat Parapet

Berat railing dimodelkan sebagai beban garis terbagi merata pada sisi tepi sepanjang bentang jembatan. Dimensi dari parapet jembatan yang ditinjau disajikan pada Gambar 4.14.

Berat railing jembatan = Luas penampang railing x BIbeton

= 0,3434 m² x 2,5 t/m³

= 0,8585 t/m

Gambar 4.14 Parapet jembatan B. Beban Mati Tambahan (Super Dead Load)

1. Beban Perkerasan

Beban perkerasan bekerja menyeluruh di atas struktur pelat jembatan dengan tebal perkerasan yaitu 5 cm.

Beban perkerasan = BIaspal x tebal perkerasan

= 2,2 t/m³ x 0,05 m

= 0,11 t/m² 2. Beban Air Hujan

Beban air hujan bekerja menyeluruh di atas struktur pelat jembatan dengan tebal genangan air yang terjadi diasumsikan yaitu 5 cm.

Beban air hujan = BIair x tebal genangan air

= 1 t/m³ x 0,05 m

= 0,05 t/m² C. Beban Hidup (Live Load)

Beban hidup yang terjadi yaitu beban lajur “D”, beban Truck “T”, dan beban rem.

1. Beban Lajur “D”

Beban lajur “D” terdiri dari Beban Terbagi Rata (BTR) dan Beban Garis Terpusat (BGT).

Beban Terbagi Rata (BTR) = 9,0 t/m² Beban Garis Terpusat (BGT) = 4,9 ton/m 2. Beban Truck “T”

Beban truck “T” yang disalurkan disetiap roda kendaraannya, besar nilainya harus dikalikan dengan faktor beban dinamis yang didapat dari Gambar 4.15.

Beban roda 2,5 ton → (1 + 0,4) x 2,5 ton = 3,5 ton Beban roda 11,25 ton → (1 + 0,4) x 11,25 ton = 15,75 ton

Gambar 4.15 Besarnya nilai Faktor Beban Dinamis 3. Beban Rem

Beban rem bekerja secara horizontal pada jarak 1800 mm diatas permukaan jalan pada masing – masing arah longitudinal dan dipilih yang paling menentukan. Beban rem diambil yang paling besar dari:

50 - 25% berat gandar = 25% x 22,5 ton = 5,625 ton

- 5% (berat truck + BTR) = 5% (50 ton + 1,8 m x 50 m x 0,9 ton/m²)

= 6,55 ton

⸫Maka Yang digunakan adalah 6,55 ton.

D. Beban Angin (Wind Load)

Beban angin pada struktur atas = 4,4 N/mm Beban angin pada kendaraan = 1,46 N/mm E. Beban Gempa (Quake Load)

Berdasarkan Gambar 3.8 nilai NSPT rata - rata adalah :

NSPTrata-rata = 13 16 61 70 21 17 24 42

      

= 33

Nilai NSPTrata-rata adalah 33, maka tanah termasuk tanah sedang.

Berdasarkan data yang didapat dari wabsite www.puskim.pu.go.id dengan memasukkan kota jakarta, maka didapat data respon spektra di permukaan tanah disajikan dalam bentuk grafik dan tabel pada Gambar 4.16 dan Tabel 4.2.

Gambar 4.16 Grafik respon spektra permukaan tanah Jakarta Sumber: www.puskim.pu.go.id

51 Tabel 4.2 Tabel Data respon spektra permukaan tanah Jakarta

Sumber: www.puskim.pu.go.id 4.5 Pembebanan Struktur Dua Dimensi Untuk Analisis Pelat A. Beban Mati (Dead Load)

1. Pelat Beton

Beban pelat beton dianggap bekerja sebagai beban terbagi rata dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 4 meter.

- Pelat Beton = Bibeton x tebal x λ

= 2,5 ton/m³ x 0,35 m x 4 m

= 3,5 ton/m 2. Balok

Beban balok dianggap bekerja sebagai beban terpusat dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 4 meter.

- Balok = BIbeton x luas penampang x λ Variabel Nilai

PGA (g) 0,247917 SS (g) 0,467361 S1 (g) 0,205556

CRS 0,688889

CR1 0,652778

FPGA 1.143

FA 1.261

FV 1.807

PSA (g) 0,283333 SMS (g) 0,589583 SM1 (g) 0,372222 SDS (g) 0,393056 SD1 (g) 0,247917 T0 (detik) 0,0875 TS (detik) 0,438194

T (detik) SA (g) T (detik) SA (g) 0 0,156944 TS+1.7 0,102083 T0 0,393056 TS+1.8 0,097917 TS 0,393056 TS+1.9 0,094444 TS+0 0,339583 TS+2.0 0,090972 TS+0.1 0,298611 TS+2.1 0,087500 TS+0.2 0,266667 TS+2.2 0,084722 TS+0.3 0,240278 TS+2.3 0,081944 TS+0.4 0,219444 TS+2.4 0,079167 TS+0.5 0,201389 TS+2.5 0,077083 TS+0.6 0,186111 TS+2.6 0,074305 TS+0.7 0,173611 TS+2.7 0,072222 TS+0.8 0,161806 TS+2.8 0,070139 TS+0.9 0,152083 TS+2.9 0,09800 TS+1 0,143056 TS+3.0 0,09600 TS+1.1 0,135417 TS+3.1 0,09300 TS+1.2 0,128472 TS+3.2 0,09100 TS+1.3 0,122222 TS+4.0 0,08900

TS+1.4 0,116667 - -

TS+1.5 0,111111 - -

TS+1.6 0,106250 - -

= 2,5 ton/m³ x 0,48 m² x 4 m

= 4,8 ton

B. Beban Mati Tambahan (Super Dead Load) 1. Perkerasan

Beban perkerasan dianggap bekerja sebagai beban terbagi rata dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 4 meter.

- Perkerasan = BIaspal x tebal perkerasan x λ

= 2,2 ton/m³ x 0,05 m x 4 m

= 0,44 ton/m 2. Air Hujan

Beban air hujan dianggap bekerja sebagai beban terbagi rata dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 4 meter.

- Air Hujan = BIair x tebal genangan air x λ

= 1 ton/m³ x 0,05 m x 4 m

= 0,2 ton/m C. Beban Hidup (Truck)

Beban truck “T” yang disalurkan disetiap roda kendaraannya, besar nilainya harus dikalikan dengan faktor beban dinamis yang didapat dari Gambar 4.15.

- Beban roda 2,5 ton → (1 + 0,4) x 2,5 ton = 3,5 ton - Beban roda 11,25 ton → (1 + 0,4) x 11,25 ton = 15,75 ton 4.6 Pembebanan Struktur Dua Dimensi Untuk Analisis Balok A. Beban Mati (Dead Load)

1. Pelat Beton

Beban pelat beton dianggap bekerja sebagai beban terbagi rata dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 5 meter.

53 - Pelat Beton = Bibeton x tebal x λ

= 2,5 ton/m³ x 0,35 m x 5 m

= 4,375 ton/m 2. Balok

Beban balok dianggap bekerja sebagai beban terbagi rata dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 5 meter.

- Balok = BIbeton x luas penampang x λ

= 2,5 ton/m³ x 0,48 m² x 5 m

= 1,2 ton/m

B. Beban Mati Tambahan (Super Dead Load) 1. Perkerasan

Beban perkerasan dianggap bekerja sebagai beban terbagi rata dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 5 meter.

- Perkerasan = BIaspal x tebal perkerasan x λ

= 2,2 ton/m³ x 0,05 m x 5 m

= 0,55 ton/m 2. Air Hujan

Beban air hujan dianggap bekerja sebagai beban terbagi rata dihitung dengan lebar tinjauan (λ) adalah 5 meter.

- Air Hujan = BIair x tebal genangan air x λ

= 1 ton/m³ x 0,05 m x 5 m

= 0,25 ton/m C. Beban Hidup (Truck)

Beban truck “T” yang disalurkan disetiap roda kendaraannya, besar nilainya harus dikalikan dengan faktor beban dinamis yang didapat dari Gambar 4.15.

54 - Beban roda 2,5 ton → (1 + 0,4) x 2,5 ton = 3,5 ton

- Beban roda 11,25 ton → (1 + 0,4) x 11,25 ton = 15,75 ton 4.7 Hasil Analisis Struktur

Setelah tahap pemodelan struktur dan pembebanan selesai, maka langkah selanjutnya adalah analisis struktur untuk mendapatkan nilai terbesar momen dan geser yang terjadi.

A. Analisis Struktur Pemodelan Pelat Dua Dimensi

Analisis struktur dilakukan dengan menggunakan kombinasi beban 1,4DL + 2,0SDL + 1,8LL. Letak pembebanan beban truck disajikan pada Gambar 4.17, diagram momen disajikan pada gambar 4.18 dan hasil Analisis struktur disajikan pada Gambar 4.19.

Gambar 4.17 Letak pembebanan truck

Gambar 4.18 Diagram momen analisis pelat

Gambar 4.19 Hasil analisis pelat

55 Berdasarkan hasil analisis struktur menggunakan program SAP2000 versi 18, didapat nilai momen positif maksimum untuk struktur pelat yaitu, Mupelat = 335,0504 kNm.

B. Analisis Struktur Pemodelan Balok Dua Dimensi

Analisis struktur dilakukan dengan menggunakan kombinasi beban 1,4DL + 2,0SDL + 1,8LL. Letak pembebanan beban truck disajikan pada Gambar 4.20, diagram momen disajikan pada gambar 4.21 dan hasil Analisis struktur disajikan pada Gambar 4.22.

(a)

(b)

Gambar 4.20 (a) letak pembebanan truk kondisi 1 (b) letak pembebanan truk kondisi 2

(a)

(b)

Gambar 4.21 (a) diagram momen balok kondisi 1 (b) diagram momen balok kondisi 2

56 (a)

(b)

Gambar 4.22 (a) Hasil analisis balok kondisi 1 (b) hasil analisis balok kondisi 2

57 Berdasarkan hasil analisis 2D struktur menggunakan program SAP2000 versi 18, didapat nilai momen positif maksimum struktur balok yaitu pada kondisi 2, Mubalok = 389,0162 kNm dan gaya geser maksimum pada kondisi 1 yaitu, Vubalok = 504,582 kN.

C. Analisis Struktur Pemodelan 3 Dimensi

Analisis struktur dilakukan dengan menggunakan kombinasi beban:

1. KUAT I = 1,4DL + 2,0SDL + 1,8LL

2. EKSTRIM I =1,4DL + 2,0SDL + 0,5LL + 1,0E

Letak pembebanan disajikan pada Gambar 4.23, diagram momen dan geser disajikan pada gambar 4.24, dan hasil Analisis struktur untuk momen dan geser maksimum disajikan pada Gambar 4.25.

(a)

(b)

Gambar 4.23 (a) Letak BGT untuk lentur pada pelat (b) letak BGT untuk lentur pada balok

58 (a)

(b)

(c)

Gambar 4.24(a) (a) Diagram momen pelat (b) diagram momen balok (c) diagram geser balok

59 (a)

(b)

60 (c)

Gambar 4.25 (a) Hasil analisis 3D lentur pelat (b) hasil analisis 3D lentur balok (c) hasil analisis 3D geser balok

Berdasarkan hasil analisis 3D struktur menggunakan program SAP2000 versi 18, didapat nilai momen positif maksimum untuk struktur pelat yaitu, Mupelat = 164,5931 kNm, untuk nilai momen positif maksimum sturktur balok yaitu, Mubalok = 294,4953 kNm, untuk nilai geser maksimum struktur balok yaitu, Vubalok = 471,935 kN.

4.8 Nilai Kapasitas Struktur Terhadap Momen dan Geser yang Terjadi A. Menghitung Momen Nominal Pelat (Mn)

1. Data Teknis Material Beton dan Tulangan Longitudinal

Tabel 4.3 Data Teknis Material Beton dan Tulangan Longitudinal Pelat

Beton Tulangan

b 1000 mm D 19 mm

h 350 mm n 8 buah

p 25 mm As 2267,08 mm²

d 315,5 mm fy 400 MPa

f'’c 29,05 MPa Es 200000 MPa

61 Ec 25332,08 MPa

εcu 0,003

2. Momen Nominal Pelat (Mn) 2267,08 400

36,725 0,85 29,05 1000

a x

x x

  mm

315,5

2267, 08 400 315,5 269, 454

n 2

M  x   

  kNm

M Mu

 215,563 kNm < 335,0564 kNm →Perlu dilakukan perkuatan B. Menghitung Momen Nominal Balok (Mn)

1. Data Teknis Material Beton dan Tulangan Longitudinal Balok

Tabel 4.4 Data Teknis Material Beton dan Tulangan Longitudinal Balok

Beton Tulangan

b 800 mm D 19 mm

h 400 mm n 7 buah

p 25 mm As 1983,695 mm²

d 365,5 mm fy 400 MPa

f'’c 29,05 MPa Es 200000 MPa

Ec 25332,08 MPa εcu 0,003

2. Momen Nominal Balok (Mn) 1983,695 400

40,168 0,85 29,05 800

a x

x x

  mm

365,5

1983, 695 400 365,5 274, 08

n 2

M  x    kNm

M Mu

 219,264 kNm < 389,0162 kNm →Perlu dilakukan perkuatan C. Menghitung Geser Nominal Balok (Vn)

1. Data Teknis Material Beton dan Tulangan Geser Balok

62 Tabel 4.5 Data Teknis Material Beton dan Tulangan Geser Balok

Beton Tulangan

b 800 mm D 19 mm

h 400 mm Av 283,385 mm²

p 25 mm fy 400 MPa

d 365,5 mm Es 200000 MPa

f'’c 29,05 MPa S 200 mm

Ec 25332,08 MPa εcu 0,003

2. Geser Nominal Balok (Vn) 29, 05

800 365,5 262, 663

c 6

V  x x  kN

283,385 400 365,5

207,154

s 200

x x

V   kN

262,663 207,154 469,817

Vn    kN

n? V Vu

 328,872 kNm < 600 kNm →Perlu dilakukan perkuatan 4.9 Menghitung Perkuatan Menggunakan CFRP

A. Perkuatan Lentur Pelat Menggunakan CFRP 1. Data Teknis Material CFRP

Tabel 4.6 Data Teknis material CFRP untuk perkuatan lentur pelat CFRP

ffu* 3891 MPa

ffu 3307,35 MPa

Ef 230000 MPa

tf 0.166 mm

wf 900 mm

εfu 0.017

2. Perkuatan Menggunakan CFRP a. Estimasi Kebutuhan CFRP

 

335, 0564 0,8 269, 453

420825 0,9 315,5

T x

   N

420825

166,326 0,9 0,85 3307,35

f est

A  x x  mm²

166,326

1,1133 3 900 0,166

n x   Lapis

3 0,166 900 448, 2

Af  x x  mm²

0,166 2

350 350, 249

f 2

d   x  mm

b. Hitung Regangan Serat Beton (εbi)

Mip = 83,9335 kNm, didapat dari SAP dengan kombinasi beban 1,3DL + 2,0SDL, disajikan pada Gambar 4.26

Gambar 4.26 Nilai Mip pelat hasil analisis SAP2000 versi 18 2267,08

0,00719 . 1000 315,5

s s

b d x

   

448, 2

0, 00142 . 1000 315,5

f f

b d x

   

f 2 f f f

s s s

s f s f s f

c c c c c c

E E d E

E E E

k ^ E  E ^  ^ E  E ^ d ^^^ E  E ^

 

     

200000 230000 2 200000 230000 350,166

0, 00719 0, 00142 2 0, 00719 0, 00142

25332 25332 25332 25332 315,5

k        

= 0, 00719²⁰⁰⁰⁰⁰ 0, 00142²³⁰⁰⁰⁰

25332 25332

 

  =0,31371

200000

7,895 25332, 08

s c

ns E

 E  

. 2. . 7,895 2267, 08 2 1000 315,5

1 1 1

. 1000 7,895 2267, 08

ns As b d x x x

yaDL b ns As x

 

     

         

= 89,872mm 315,5 89,872 225, 628

ybDL d yaDL   mm

 

3 2 3

1 1

. . ( ) 1000 89,872 7,895 2267, 08 225, 628

3 3

cr s

I  b yaDL ns A ybDL  x  x

= 1153160879mm⁴

 

83,9335 350 0,30456 315,5 1153160879 25332, 08

  ^ x =0,00073

c. Estimasi nilai c, lalu menentukannya dengan cara coba - coba.

125,11

c mm

fu bi? cu

h c

   ^ c^ ^

0,017721 > 0,005392→keruntuhan beton maka,

0, 003

c cu

  

0, 00456

s cu

d c

  ^ c^ ^

65 0, 00539

f cu

h c

  ^ c^ ^

 

Tegangan fiber dan tulangan, .E 913, 0685

s s s

f   MPa

.E 1240,3013

f f f

f   MPa

Cek nilai c,

' 1

125,11 0,85

s s f f

A f A f

c f b

   mm→OK!

d. Momen nominal setelah perkuatan CFRP

1 0,85 1 683, 276

2 2

n s s f f

c c

M  A f d  A f h  kNm 546, 6207

  kNm > M_u 335, 0504kNm → OK!

e. Cek tegangan yang terjadi

Momen yang terjadi akibat kombinasi Layan I = 1,0DL+1,0SDL+1,3LL yaitu, Ms = 240,7255 kNm.

Gambar 4.27 Nilai Ms pelat hasil analisis SAP2000 versi 18

66 Tegangan pada tulangan,

 

   

3 3

s bi f f s

s s f f

M A E h kd d kd E

f kd kd

A E d d kd A E h h kd

     

  

 

         

= 318,467 MPa < 0,85 fy = 320Mpa → OK!

Tegangan pada fiber,

258, 702

f s bi f

E h kd

f f E

E d kd 

  

      MPa < 0,55ffu = 1819,043 MPa → OK!

B. Perkuatan Lentur Balok Menggunakan CFRP 1. Data Teknis Material CFRP

Tabel 4.7 Data Teknis material CFRP untuk perkuatan lentur balok CFRP

ffu* 3891 MPa

ffu 3307,35 MPa

Ef 230000 MPa

tf 0.166 mm

wf 900 mm

εfu 0.017

2. Perkuatan Menggunakan CFRP a. Estimasi Kebutuhan CFRP

 

389, 0162 0,8 274, 080

420825 0,9 365,5

T x

   N

420825

229, 454 0,9 0,85 3307,35

f est

A  x x  mm²

229, 454

1,536 3 900 0,166

n x   Lapis

3 0,166 900 448, 2

Af  x x  mm²

0,166 2

350 400, 249

f 2

d   x  mm

67 b. Hitung Regangan Serat Beton (εbi)

Mip = 111,5681 kNm, didapat dari SAP dengan kombinasi beban 1,3DL + 2,0SDL, disajikan pada Gambar 4.28

Gambar 4.28 Nilai Mip balok hasil analisis SAP2000 versi 18 1983, 695

0, 00678 . 800 365,5

s s

b d x

   

448, 2

0, 00153 . 800 365,5

f f

b d x

   

f 2 f f f

s s s

s f s f s f

c c c c c c

E E d E

E E E

k ^ E  E ^  ^ E  E ^ d ^^^ E  E ^

 

     

200000 230000 2 200000 230000 350,166

0, 00678 0, 00153 2 0, 00678 0, 00153

25332 25332 25332 25332 315,5

k        

200000 230000

0, 00678 0, 00153

25332 25332

 

  =0,309559

68 200000

7,895 25332, 08

s c

ns E

 E  

. 2. . 7,895 1983, 695 2 800 365,5

1 1 1

. 800 7,895 1983, 695

ns As b d x x x

yaDL b ns As x

 

     

         

= 101,642mm 365,5 101, 642 263,858

ybDL d yaDL   mm

 

3 2 3

1 1

. . ( ) 800 101, 642 7,895 1983, 695 263,858

3 3

cr s

I  b yaDL ns A ybDL  x  x

= 1370391063mm⁴

 

111,5681 350 0,30956 365,5 1370391063 25332, 08

  ^ x =0,00092

c. Estimasi nilai c, lalu menentukannya dengan cara coba - coba.

143,15

c mm

fu bi? cu

h c

   ^ c^ ^

0,017922 > 0,005383→keruntuhan beton maka,

0, 003

c cu

  

0, 00466

s cu

d c

  ^ c^ ^

0, 00538

f cu

h c

  ^ c^ ^

Tegangan fiber dan tulangan, .E 931,9594

s s s

f   MPa

.E 1238, 0475

f f f

f   MPa

69 Cek nilai c,

' 1

143,1499 143,15 0,85

s s f f

A f A f

c f b

    mm→OK!

d. Momen nominal setelah perkuatan CFRP

1 1

0,85 723, 203

2 2

n s s f f

c c

M  A f d  A f h  kNm 578,5623

  kNm > M_u 389, 0162kNm → OK!

e. Cek tegangan yang terjadi

Momen yang terjadi akibat kombinasi Layan I = 1,0DL+1,0SDL+1,3LL yaitu, Ms = 280,8163 kNm.

Gambar 4.29 Nilai Ms balok hasil analisis SAP2000 versi 18

70 Tegangan pada tulangan,

 

   

3 3

s bi f f s

s s f f

M A E h kd d kd E

f kd kd

A E d d kd A E h h kd

     

  

 

         

= 319,878 MPa < 0,85 fy = 320Mpa → OK!

Tegangan pada fiber,

265, 76

f s bi f

E h kd

f f E

E d kd 

  

      MPa < 0,55ffu = 1819,043 MPa → OK!

C. Perkuatan Geser Balok Menggunakan CFRP 1. Data Teknis Material CFRP

Tabel 4.8 Data teknis material CFRP untuk perkuatan geser balok CFRP

ffu* 2650 MPa

ffu 2252,5 MPa

Ef 640000 MPa

tf 0.19 mm

wf 300 mm

εfu 0.017

Sf 300 mm

2. Perkuatan Menggunakan CFRP a. Hitung kuat geser balok

263741,13 6

c w

V f b d

 

 

 

 

 

118003, 71

v y s

A f d

V  S  N

381744,85

n c s

V  V V  N

267, 2214 504,582

n u

V kN V kN

    →Perlu perkuatan

71 b. Hitung regangan efektif fiber



^{. .}⁴¹⁶



^0,58 ^{13, 586}

f f

n t E

  mm

' 2/3

1 1, 0936

254 fc

k  

  

 

2 ^f ^e 0,966

d L

k d

  

1 2 0, 0709 0, 75 11.910

e v

k k L

 ^  ^ ^

0, 0012 0, 004

fe v fu

    

c. Kuat geser nominal setelah perkuatan CFRP

2 342

vf f f

A  nt w  mm² 771,3439

fe fe f

f  E  N/mm²



^sin ^cos



351983, 45

fv fe f

A f d

V S

  

  N

 

^{531, 6098}

n c s f f

V V V V

     kN

 531, 6098 kN > V_u 504,582kN → OK!

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan perhitungan terhadap struktur pelat lantai dan balok pada jembatan saya menarik beberapa kesimpulan, diantaranya:

1. Hasil analisis struktur menggunakan bantuan program SAP2000 versi 18 dengan membandingkan analisis secara tiga dimensi (3D) dan secara dua dimensi (2D) didapat nilai momen ultimit pada pelat lantai jembatan (Mupelat) yang terjadi sebesar 335,0564 kNm. Nilai momen ultimit pada balok jembatan (Mubalok) yang terjadi sebesar 389,0162 kNm. Dan nilai gaya geser ultimit pada balok jembatan (Vubalok) yang terjadi sebesar 504,582 kNm.

2. Kapasitas struktur pelat lantai jembatan dalam menahan momen yang terjadi (ФMnpelat) sebesar 215,563 kNm. Kapasitas struktur balok dalam menahan momen yang terjadi (ФMnbalok) sebesar 219,264 kNm. Dan kapasitas struktur balok dalam menahan gaya geser yang terjadi (ФVnbalok) sebesar 267,221 kN.

3. Dari perbandingan momen nominal dan kuat geser nominal pada struktur pelat lantai dan balok dengan momen ultimit dan gaya geser ultimit yang terjadi, struktur pelat lantai dan balok harus dilakukan perkuatan.

4. Setelah dilakukan perhitungan perkuatan struktur menggunakan Carbon Fiber Reinforcement Polymer (CFRP), perkuatan lentur struktur pelat laintai membutuhkan 3 lapis fiber dengan tipe MBrace CF 230/4900 dengan nilai ФMnfpelat sebesar 546,6207 kNm. Untuk perkuatan lentur struktur balok membutuhkan 3 lapis fiber dengan tipe

73 MBrace CF 230/4900 dengan nilai ФMnfbalok sebesar 578,5623 kNm. Untuk perkuatan geser struktur balok membutuhkan 3 lapis fiber dengan tipe MBrace 640/2650 dengan nilai ФVnfbalok sebesar 513,6098 kN.

5. Dari hasil perhitungan mengenai struktur pelat dan balok berdasarkan as built drawing dan hasil pemeriksaan yang dilakukan oleh konsultan perencana, penulis menyimpulkan bahwa kerusakan yang terjadi dikarenakan ada kesalahan perencanaan, karena dari hasil perhitungan menunjukkan, jembatan tidak mampu menahan beban - beban yang terjadi dan juga ada faktor kesalahan dalam pelaksanaan dimana tulangan yang terpasang tidak sesuai dengan ketentuan yang ada pada gambar.

5.2 Saran

Setelah dilakukan analisis untuk perkuatan pelat dan balok pada jembatan, untuk mendapatkan hasil yang optimal dalam pelaksanaannya, penulis ingin memberikan beberapa saran, diantaranya:

1. Bahan dan material yang tidak memenuhi syarat lebih baik jangan digunakan agar tidak terjadi masalah kedepannya.

2. Struktur yang akan diperkuat baik pelat maupun balok harus benar – benar dipastikan bahwa keretakan struktur yang sudah terjadi telah diinjeksi dengan baik dan benar. Dan untuk persiapan permukaan sebelum dilakukan perkuatan juga harus dipastikan permukaan beton dalam kondisi yang halus dan terhindar dari debu dan kotoran karena ini berpengaruh pada kualitas lekatan antara CFRP dengan permuakaan beton.

3. Lalu lintas sebaiknya ditutup untuk sementara selama pemasangan perkuatan struktur menggunakan CFRP, agar pada saat pelaksanaan pemasangannya tidak terganggu oleh getaran yang diakibatkan kendaraan yang melintas.

xxii

DAFTAR PUSTAKA

ACI 440, “Guide for Design and Construction of Externally Bonded FRP system for Strengthening Concrete Structure”, 2011.

ASTM D 3039, “Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials”, 1997.

ASTM D 638, “Standard Test Methode for Tensile Properties of Plastic”, 2003.

Chajes, M.J., Finch, W.W., Januszka, T.F., an Thompson, T.A. 1996. Bond and Force Transfer of Composite Material Plates Bonded to Concrete, ACI Structural Journal, vol 93, no.2, Mar-Apr, PP. 208-217.

Dipohusodo, Istimawan. 1994. Struktur Beton Betulang. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Umum.

Direktorat Jenderal Bina Marga. 2011. Pedoman Perbaikan dan Perkuatan Struktur Beton Pada Jembatan. Jakarta : Direktorat Jenderal Bina Marga.

Nawy, EG. 1985. Reinforce Concrete. New Jersey : Prentice-hall inc.

Standar Nasional Indonesia. 2016. SNI 1725:2016 tentang Pembebanan Untuk Jembatan.

Jakarta : Badan Standardisasi Nasional.

Standar Nasional Indonesia. 2010. SNI 2833:2010 tentang Perencanaan Ketahanan Untuk Jembatan. Jakarta : Badan Standardisasi Nasional.

Standar Nasional Indonesia. 2004. SNI T-12-2004 tentang Perencanaan Struktur Beton Untuk Jembatan. Jakarta : Badan Standardisasi Nasional.

Dalam dokumen TUGAS AKHIR PERKUATAN STRUKTUR PELAT DAN BALOK JEMBATAN DAERAH DKI JAKARTA MENGGUNAKAN CARBON FIBER REINFORCEMENT POLYMER (Halaman 54-59)