Analisis dan Eksperimen Penggunaan Glass Fiber Reinforced Polymer pada Perkuatan Lentur Balok Beton
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.
Dengan berbagai kelebihan yang dimiliki beton maka tidak heran jika konstruksi
bangunan sekarang ini menggunakan beton sebagai material dasar. Namun saat ini banyak
bangunan dari beton yang sudah tua sehingga banyak kerusakan yang terjadi. Dengan
membangun ulang atau redesign bangunan yang sudah rusak dirasa tidak cukup ekonomis.
Dengan situasi seperti ini, sekarang banyak digunakan retrofitting atau perbaikan terhadap
beton dengan menggunakan perkuatan. Perkuatan ini dapat diaplikasikan terhadap konstruksi
beton yang masih dalam keadaan baik guna untuk menambah kekuatan beton pada gedung
bertingkat ataupun juga untuk perkuatan akibat gempa.
7
Universitas Sumatera Utara
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
(cohesive) yang memungkinkan melekatkan fragmen-fragmen mineral menjadi suatu massa
yang padat. Semen terbuat dari bahan utama limestone yang mengandung kalsium oksida
(CaO), dan lemoung yang mengandung silika dioksida (SiO2) sertal aluminium oksida
(Al2O3). Semen ada beberapa jenis, yaitu :
8
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Portland Semen (Mc. Cormack, 2004)
JENIS
PENGGUNAAN
I
Konstruksi biasa dimana sifat yang khusus tidak diperlukan.
Konstruksi biasa dimana diinginkan perlawanan terhadap sulfat atau panas
II
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.
4. Tidak boleh digunakan pasir laut (kecuali dengan petunjuk staf ahli), karena pasir laut
ini banyak mengandung garam yang dapat merusak beton/baja tulangan.
9
Universitas Sumatera Utara
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.
.
10
Universitas Sumatera Utara
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).
3. Mutu beton dengan
′
sebesar 20 MPa ke atas, digunakan untuk struktur beton yang
direncanakan tahan gempa.
11
Universitas Sumatera Utara
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)
�
�
′
= Kuat tekan beton (MPa)
12
Universitas Sumatera Utara
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
diagram hubungan tegangan-regangan tipikal untuk baja tulangan dapat dilihat pada Gambar
2.2 . Tegangan leleh (titik leleh) baja ditentukan melalui prosedur pengujian standar SII 013684 dengan ketentuan bahwa tegangan leleh adalah tegangan baja pada saat dimana
meningkatnya tegangan tidak disertai lagi dengan peningkatan regangannya. Di dalam
perencanaan atau analisis beton bertulang umumnya nilai tegangan leleh baja tulangan
diketahui atau ditentukan pada awal perhitungan.
13
Universitas Sumatera Utara
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.
Gambar 2.3 Kedudukan Tulangan dalam Balok Beton Bertulang (Mc Cormac, 2004)
14
Universitas Sumatera Utara
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 (sendirol), 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
P
q
P
Gambar 2.4 Balok dengan Beban P dan q (Nawy, 2008)
Bagian tekan
Garis netral
retak
Bagian tarik
Gambar 2.5 Balok Melengkung (Nawy, 2008)
15
Universitas Sumatera Utara
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
Struktur balok beton bertulang dengan tumpuan sederhana (simple beam) yang
dibebani secara simetris dengan dua buah gaya P sejauh a dari tumpuan, maka akan terjadi
keadaan lentur murni yaitu dimana momen konstan sebesar P.a di daerah antara kedua
beban P (Gambar 2.7). Untuk mendapatkan uji lentur struktur balok dapat dilakukan dengan
membuat perbandingan antara bentang geser dan tinggi efektif balok (a/d ≥ 3), serta
mendesain agar keruntuhan yang akan terjadi adalah keruntuhan tarik (Tension Failure).
16
Universitas Sumatera Utara
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
a = tinggi distribusi tegangan persegi ( = β1.c )
gn = garis netral
17
Universitas Sumatera Utara
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
a=
� .
,8
(2.6)
(2.7)
’ .
Berdasarkan gaya – gaya yang bekerja di atas, momen nominal penampang adalah :
∑� =
� .
Karena Ts = Cc makan Mn dapat dijabarkan menjadi :
�
=
�
,
= � .
.
’ . . .
=�
(2.8)
(2.9)
−
(2.10)
Apabila balok beton dipasang FRP maka kuat lentur balok yang terjadi adalah seperti yang
diusulkan oleh Kuriger et al (2001), seperti pada Gambar 2.9, dimana Tf adalah gaya tarik FRP
dan jdf adalah jarak dari Cc sampai Tf.
18
Universitas Sumatera Utara
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
,
’ . .
= � .
a=
sehingga akan menghasilkan :
�
= � .
.
� .
,8
+�
+�
+�
’ .
.
(2.12)
.
.
.
(2.13)
(2.14)
(2.15)
Berdasarkan kedua bentuk persamaan (2.9) dan (2.15), maka terlihat adanya penambahan
pada kapasitas lenturnya sebesar (�
,
,
). Sehingga dapat dikatakan bahwa dengan
penambahan FRP kapasitas lenturnya akan meningkat.
19
Universitas Sumatera Utara
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.
3. Keruntuhan Tarik (ductile failure), keadaan dimana baja tulangan sudah leleh sebelum
beton hancur. Hal ini berarti regangan tarik baja tulangan sudah mencapai titik leleh
20
Universitas Sumatera Utara
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.
(a)
(b)
(c)
(d)
Penampang
bertulangan tunggal
Distribusi regangan
ultimit pada
keruntuhan tarik
(under-reinforced)
Distribusi regangan
ultimit pada
keruntuhan tekan
(over-reinforced)
Distribusi regangan
ultimit pada
keruntuhan seimbang
(balance)
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.
21
Universitas Sumatera Utara
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.
d. Tidak mengalami karat.
22
Universitas Sumatera Utara
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 EGlass) 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)
Fiber
Carbon High
Strength
Carbon High
Module
Carbon Ultra
High Module
Aramid
Glass
Tensile
Strength
(N/mm2)
Modulus of
Elasticity
(kN/mm)
Elongation
(%)
Specific
Density
4300 - 4900
230 – 240
1,9 – 2,1
1,8
2740 - 5490
294 – 329
0,7 – 1,9
1,78 – 1,81
2600 - 4020
510 – 610
0,4 - 0,8
1,91 - 2,12
3200 – 3600
2400 - 3500
424 – 430
70 – 85
2,4
3,5 – 4,7
1,44
2,6
23
Universitas Sumatera Utara
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:
1. E-Glass, yang memiliki kandungan alkali yang lebih rendah dan merupakan jenis
yang paling banyak digunakan. Keuntungannya yaitu memiliki sifat mekanis yang
tinggi.
24
Universitas Sumatera Utara
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.
8. Meningkatkan kekuatan pengekangan kolom beton.
9. Perbaikan struktur lama.
25
Universitas Sumatera Utara
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
�
�
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.
Dengan berbagai kelebihan yang dimiliki beton maka tidak heran jika konstruksi
bangunan sekarang ini menggunakan beton sebagai material dasar. Namun saat ini banyak
bangunan dari beton yang sudah tua sehingga banyak kerusakan yang terjadi. Dengan
membangun ulang atau redesign bangunan yang sudah rusak dirasa tidak cukup ekonomis.
Dengan situasi seperti ini, sekarang banyak digunakan retrofitting atau perbaikan terhadap
beton dengan menggunakan perkuatan. Perkuatan ini dapat diaplikasikan terhadap konstruksi
beton yang masih dalam keadaan baik guna untuk menambah kekuatan beton pada gedung
bertingkat ataupun juga untuk perkuatan akibat gempa.
7
Universitas Sumatera Utara
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
(cohesive) yang memungkinkan melekatkan fragmen-fragmen mineral menjadi suatu massa
yang padat. Semen terbuat dari bahan utama limestone yang mengandung kalsium oksida
(CaO), dan lemoung yang mengandung silika dioksida (SiO2) sertal aluminium oksida
(Al2O3). Semen ada beberapa jenis, yaitu :
8
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Portland Semen (Mc. Cormack, 2004)
JENIS
PENGGUNAAN
I
Konstruksi biasa dimana sifat yang khusus tidak diperlukan.
Konstruksi biasa dimana diinginkan perlawanan terhadap sulfat atau panas
II
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.
4. Tidak boleh digunakan pasir laut (kecuali dengan petunjuk staf ahli), karena pasir laut
ini banyak mengandung garam yang dapat merusak beton/baja tulangan.
9
Universitas Sumatera Utara
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.
.
10
Universitas Sumatera Utara
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).
3. Mutu beton dengan
′
sebesar 20 MPa ke atas, digunakan untuk struktur beton yang
direncanakan tahan gempa.
11
Universitas Sumatera Utara
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)
�
�
′
= Kuat tekan beton (MPa)
12
Universitas Sumatera Utara
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
diagram hubungan tegangan-regangan tipikal untuk baja tulangan dapat dilihat pada Gambar
2.2 . Tegangan leleh (titik leleh) baja ditentukan melalui prosedur pengujian standar SII 013684 dengan ketentuan bahwa tegangan leleh adalah tegangan baja pada saat dimana
meningkatnya tegangan tidak disertai lagi dengan peningkatan regangannya. Di dalam
perencanaan atau analisis beton bertulang umumnya nilai tegangan leleh baja tulangan
diketahui atau ditentukan pada awal perhitungan.
13
Universitas Sumatera Utara
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.
Gambar 2.3 Kedudukan Tulangan dalam Balok Beton Bertulang (Mc Cormac, 2004)
14
Universitas Sumatera Utara
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 (sendirol), 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
P
q
P
Gambar 2.4 Balok dengan Beban P dan q (Nawy, 2008)
Bagian tekan
Garis netral
retak
Bagian tarik
Gambar 2.5 Balok Melengkung (Nawy, 2008)
15
Universitas Sumatera Utara
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
Struktur balok beton bertulang dengan tumpuan sederhana (simple beam) yang
dibebani secara simetris dengan dua buah gaya P sejauh a dari tumpuan, maka akan terjadi
keadaan lentur murni yaitu dimana momen konstan sebesar P.a di daerah antara kedua
beban P (Gambar 2.7). Untuk mendapatkan uji lentur struktur balok dapat dilakukan dengan
membuat perbandingan antara bentang geser dan tinggi efektif balok (a/d ≥ 3), serta
mendesain agar keruntuhan yang akan terjadi adalah keruntuhan tarik (Tension Failure).
16
Universitas Sumatera Utara
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
a = tinggi distribusi tegangan persegi ( = β1.c )
gn = garis netral
17
Universitas Sumatera Utara
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
a=
� .
,8
(2.6)
(2.7)
’ .
Berdasarkan gaya – gaya yang bekerja di atas, momen nominal penampang adalah :
∑� =
� .
Karena Ts = Cc makan Mn dapat dijabarkan menjadi :
�
=
�
,
= � .
.
’ . . .
=�
(2.8)
(2.9)
−
(2.10)
Apabila balok beton dipasang FRP maka kuat lentur balok yang terjadi adalah seperti yang
diusulkan oleh Kuriger et al (2001), seperti pada Gambar 2.9, dimana Tf adalah gaya tarik FRP
dan jdf adalah jarak dari Cc sampai Tf.
18
Universitas Sumatera Utara
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
,
’ . .
= � .
a=
sehingga akan menghasilkan :
�
= � .
.
� .
,8
+�
+�
+�
’ .
.
(2.12)
.
.
.
(2.13)
(2.14)
(2.15)
Berdasarkan kedua bentuk persamaan (2.9) dan (2.15), maka terlihat adanya penambahan
pada kapasitas lenturnya sebesar (�
,
,
). Sehingga dapat dikatakan bahwa dengan
penambahan FRP kapasitas lenturnya akan meningkat.
19
Universitas Sumatera Utara
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.
3. Keruntuhan Tarik (ductile failure), keadaan dimana baja tulangan sudah leleh sebelum
beton hancur. Hal ini berarti regangan tarik baja tulangan sudah mencapai titik leleh
20
Universitas Sumatera Utara
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.
(a)
(b)
(c)
(d)
Penampang
bertulangan tunggal
Distribusi regangan
ultimit pada
keruntuhan tarik
(under-reinforced)
Distribusi regangan
ultimit pada
keruntuhan tekan
(over-reinforced)
Distribusi regangan
ultimit pada
keruntuhan seimbang
(balance)
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.
21
Universitas Sumatera Utara
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.
d. Tidak mengalami karat.
22
Universitas Sumatera Utara
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 EGlass) 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)
Fiber
Carbon High
Strength
Carbon High
Module
Carbon Ultra
High Module
Aramid
Glass
Tensile
Strength
(N/mm2)
Modulus of
Elasticity
(kN/mm)
Elongation
(%)
Specific
Density
4300 - 4900
230 – 240
1,9 – 2,1
1,8
2740 - 5490
294 – 329
0,7 – 1,9
1,78 – 1,81
2600 - 4020
510 – 610
0,4 - 0,8
1,91 - 2,12
3200 – 3600
2400 - 3500
424 – 430
70 – 85
2,4
3,5 – 4,7
1,44
2,6
23
Universitas Sumatera Utara
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:
1. E-Glass, yang memiliki kandungan alkali yang lebih rendah dan merupakan jenis
yang paling banyak digunakan. Keuntungannya yaitu memiliki sifat mekanis yang
tinggi.
24
Universitas Sumatera Utara
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.
8. Meningkatkan kekuatan pengekangan kolom beton.
9. Perbaikan struktur lama.
25
Universitas Sumatera Utara
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
�
�