Experimental Analisis Penggunaan CFRP (Carbon Fiber Reinforcement Polymer) dan GFRP (Glass Fiber Reinforcement Polymer) pada Perkuatan Beton
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. UMUM
Perkembangan teknologi beton pada saat sekarang ini, membuat
konstruksi beton semakin banyak dipilih sebagai bahan konstruksi. Konstruksi
dari beton banyak memiliki keuntungan selain bahannya sangat mudah diperoleh,
juga memiliki beberapa keuntungan antara lain harganya relatif lebih murah,
mempunyai kekuatan tekan tinggi, serta mudah perawatannya, sehingga banyak
bangunan-bangunan yang didirikan memilih konstruksi yang terbuat dari beton
sebagai bahan materialnya.
Pemilihan bahan sebagai konstruksi telah membuat para ahli beton
menciptakan bahan tambahan bagi beton. Bahan tambahan merupakan bahan yang
dianggap penting, terutama untuk konstruksi pada saat sekarang ini yang
membutuhkan segala sesuatu yang serba praktis, efisien, tanpa mengurangi mutu
dari beton tersebut. .
Evolusi dari standart pengurangan gaya gempa telah dikenalkan
persamaan design baru untuk dalam pengikatan dari kolom beton bertulang. Salah
satu metode untuk perkuatan kolom beton bertulang menggunakan FRP (Fiber
Reinceforment Polymer) Composit sebagai perkuatan sengkang. (Remi Eid
Paultre, 2017)
Penggunaan FRP sebagai salah satu alternatif baru dalam kegiatan
perbaikan dan penguatan struktur beton, mampu menawarkan solusi perbaikan
yang lebih mudah dari segi pelaksanaan dan dapat diaplikasikan oleh setiap
pelaksana (kontraktor). Aplikasi metode penguatan dengan serat polimer
membutuhkan perencanaan yang tepat, baik dari segi desain (analisis perilaku
struktur beton), kondisi lapangan (pengaruh lingkungan) dan pemeliharaan jenis
tipe serat (fiber). Hal ini untuk menghindari proses perbaikan sehingga tidak
terjadi kegagalan pada sistem penguatan. Penggunaan serat polimer pada kondisi
lingkungan yang ekstrim, akan memerlukan suatu sistem perlindungan terhadap
Universitas Sumatera Utara
permukaan serat dari pengaruh suhu, zat kimia maupun radiasi sinar ultraviolet.
(Ariyadi Basuki. 2005)
2.2. FRP (FIBER REINFORCEMENT POLYMER)
Salah satu material perkuatan strukutur adalah
Fiber Reinforcement
Polymer yang dapat memperkuat struktur secara eksternal, dan kini dipakai pada
banyak jenis bangunan. Dikarenakan FRP (Fiber Reinforcement Polymer) adalah
perkuatan dengan kekuatan tarik yang besar. Dari Fiber Reinforcement Polymer
juga memiliki kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Dan pemasangannya sangat
mudah dilakukan. FRP composit merupakan material yang menjanjikan dalam
industri perbaikan konstruksi. Material ini bisa diperoleh dalam bentuk lembaran
yang dalam penggunaanya diaplikasikan dengan resin atau epoxy. Material ini
telah banyak dipergunakan dan telah diterapkan penggunaanya. Metode
tradisional dengan menggunakan material pelat baja yang diikat dengan epoxy
pada struktur kolom beton bertulang. Namun lambat laun teknik atau metode ini
mulai tergeser dengan hadirnya material baru yang disebut dengan FRP. Dengan
material ini perkuatan struktur dapat menghasilkan peningkatan kekuatan yang
cukup substansial (aksial, geser, lentur, dan torsi). (US Army Research
Laboratory.2002)
FRP dapat dibuat dari material yang berbeda seperti kaca, karbon,
aramid, boron, dan produk lainnya. FRP kuat terhadap tarik dan memiliki
kekuatan paling tinggi sepanjang arah longitudinal. Keuntungan penggunaan pada
material kaca yaitu harga murah, kekuatan tarik tinggi, reaksi terhadap kimia
tinggi, sedangkan kebalikannya modulus tarik rendah, berat jenis relative tinggi,
sensitif terhadap abrasi. Keuntungan penggunaan pada material karbon yaitu
perbandingan kekuatan tarik terhadap berat yang tinggi, perbandingan modulus
tarik terhadap berat yang tinggi, Keuntungan penggunaan pada material aramid
yaitu tidak ada titik leleh, tingkat integritas pabrik yang baik terhadap tinggi suhu.
(Hota Gangarao, 2006)
Universitas Sumatera Utara
Karakteristik FRP sangat tahan untuk ion klorida dan reaksi kimia, juga
memiliki gaya tarik lebih besar dari baja namun beratnya hanya seperempat, serta
GFRP rendah listrik dan konduktifitas termal. (Gevin McDanie, 2014)
Keunggulan FRP adalah peningkatan kekuatan. Penambahan FRP pada
kedua sisi balok mempengaruhi pola retak yang terjadi. Retak pada beton
beralih/terjadi ke posisi yang tidak ada perkuatan GFRP. Hal tersebut membuat
beton bertambah kedaktailanya. (Fikri Alami, Ratna Widyawati. 2010)
Fiberwrap systems adalah one stop solution yang diberikan berupa sistem
yang mencakup desain, material, aplikasi dan garansi serta dilakukan oleh FRP itu
sendiri. Fiberwrap systems adalah salah satu produsen dan spesialis dalam bidang
FRP. FRP (Fibre Reinforced Polymer) adalah hasil kombinasi serat dan damar.
Prinsip dari penambahan FRP sama seperti penambahan plat baja, yaitu
menambah kekuatan di bagian tarik dari struktur. FRP yang sering digunakan
pada perkuatan struktur adalah plate/composite dan fabric/wrap. Bentuk plate
lebih efektif dan efisien untuk perkuatan lentur baik pada balok maupun pelat
serta pada dinding, sedangkan bentuk wrap lebih efektif dan efisien untuk
perkuatan geser pada balok serta meningkatkan kapasitas beban aksial dan geser
pada kolom.
Keuntungan perkuatan menggunakan FRP (Fiber Reinforced Polymer) adalah
sebagai berikut:
1. Tidak merusak dan mudah dipasang
2. Waktu shutdown/pemberhentian operasi singkat yang pendek atau tidak perlu
waktu shutdown
3. Ringan dan berkekuatan tarik tinggi
4. Tidak memerlukan peralatan berat atau khusus
5. Dapat diaplikasi di lokasi yang mempunyai ruang sempit dan sulit
6. Dapat menyatu dengan material finishing
7. Dapat diaplikasi di bawah air
8. Meningkatkan bending strength elemen lentur
Universitas Sumatera Utara
9. Meningkatkan kuat geser pada balok, kolom dan dinding
10. Meningkatkan daya tahan terhadap beban vertikal pada kolom
11. Meningkatkan ductility karena cyclic loading
12. Tidak menyebabkan korosi dan dapat mencegah korosi
Adapun jenis-jenis dari FRP itu sendiri yang akan dijelaskan pada tabel
2.1.
Tabel 2.1 Jenis-jenis FRP (U.S. Army Reasearch, 2002)
Fiber
Diameter
Relative
Modulus of
Tensile
Elongation
(μm)
Density
Elasticity
Strength
at Break (%)
(GPa)
(GPa)
Steel
5-500
7.84
200
0.5-2.0
0.5-3.5
Glass
9-15
2.60
70-80
2-4
2-3.5
Asbestos
-
Crocidolite
0.02-0.4
3.40
196
3.5
2.0-3.0
-
Chrysotile
0.02-0.4
2.60
164
3.1
2.0-3.0
Aramid (Kevlar)
10
1.45
65-133
3.6
2.1-4.0
Carbon (High
9
1.90
230
2.6
1
-
1.10
4.0
0.9
13.0-15.0
Strength)
Nylon
1 GPa = 1000 MPa = 145 x 10 psi
Jenis produk FRP yaitu carbon, glass dan aramid fiber dengan
kombinasi yang unik dengan polymer menjadi satu kesatuan komposit fiber.
CFRP dan GFRP berpengaruh terhadap kuat lentur balok. Beban
maksimal yang bisa ditahan balok dengan perkuatan CFRP maupun GFRP lebih
besar daripada beban maksimal yang dapat ditahan balok kontrol. CFRP lebih
baik dalam menambah kekuatan lentur balok daripada GFRP. Hal ini dikarenakan
mutu dan bahan dasar CFRP yang lebih baik dalam menahan beban daripada
Universitas Sumatera Utara
mutu dan bahan dasar GFRP. Selain itu, inersia penampang balok yang diperkuat
CFRP lebih kecil daripada inersia dari balok yang diperkuat GFRP. (Ireneus
Petrico G. 2013)
Sistem fiberwrap dapat digunakan untuk:
1. Perlindungan struktur secara keseluruhan
2. Memperbaiki ketahanan gempa suatu bangunan
3. Memperkuat jembatan dengan menaikkan tingkat beban, ketahanan
gempa, perbaikan dampak kerusakan dan memperpanjang umur jembatan
4. Upgrade struktur (menaikkan kekuatan balok, pelat, dan kolom yang
sudah ada)
5. Memperkuat struktur yang tidak lagi memiliki kekuatan disain aslinya
karena kesalahan konstruksi, korosi dan penambahan beban
6. Rehabilitasi pipa atau perkuatan pipa untuk mengatasi peningkatan
tekanan dari dalam, beban lentur, traffic dan beban tanah. Sistem Tyfo®
fibrwrap® dapat dilem dari luar maupun dari dalam pipa
7. Ideal untuk perkuatan struktur industri karena angka perbandingan
kekuatan dan berat yang tinggi, serta kemudahan pemasangan
8. Memperbaiki struktur yang korosi/berkarat
9. Memperkuat struktur beton dan struktur pada area laut yang mana dapat
memperbaiki dan memelihara element struktur yang ada
10. Perlindungan dari kebakaran
11. Dapat dipakai dengan berbagai jenis coating untuk memenuhi kebutuhan
masing-masing proyek
2.3. APLIKASI FRP PADA BETON
Proses aplikasi dan epoxy underwater pada struktur bangunan adalah
sebagai berikut:
1. Perbaikan permukaan beton yang akan dibalut (wraping) FRP. Perbaikan
beton dibagi tiga yaitu perbaikan ringan, perbaikan sedang dan perbaikan
berat. Metode perbaikan berat ditentukan oleh jenis kerusakan strukturnya
yang meliputi:
Universitas Sumatera Utara
a. Coating
Perbaikan coating adalah melapisi permukaan beton dengan cara
mengoleskan atau menyemprotkan bahan yang bersifat plastik dan
cair. Lapisan ini digunakan untuk menyelimuti beton terhadap
lingkungan yang merusak beton.
b. Injection (grouting)
Perbaikan injection adalah memasukkan bahan yang bersifat encer
ke dalam celah atau retakan pada beton, kemudian disuntikkan
dengan tekanan, sampai terlihat pada lubang atau celah lain telah
terisi atau mengalir keluar.
c. Shotcrete
Perbaikan shotcrete adalah menembakkan mortar atau beton
dengan ukuran agregat yang kecil pada permukaan beton yang
akan diperbaiki. Shotcrete dapat digunakan untuk perbaikan
permukaan yang vertikal maupun horisontal dari bawah.
d. Prepacked Concrete
Perbaikan prepacked concrete adalah mengupas beton, kemudian
dibersihkan dan diisi dengan beton segar, beton baru ini dibuat
dengan cara mengisi ruang kosong dengan agregat sampai penuh.
Kemudian disuntikkan dengan mortar yang sifat susutnya kecil dan
mempunyai ikatan yang baik dengan beton lama.
2. Cat dasar/mengoleskan (priming) permukaan beton dengan tyfo SW-1
Epoxy.
3. Penjenuhan (saturation) Tyfo SEH 51-A dengan Tyfo SW-1 epoxy
menggunakan kuas.
Universitas Sumatera Utara
4. Membungkus (wraping) permukaan beton dengan Tyfo seh-51 A setelah
permukaan dioleskan epoxy.
5. Pelapisan dengan mortar dengan tujuan melindungi dari sinar ultraviolet.
2.4. HUBUNGAN TEGANGAN DAN REGANGAN DALAM HUKUM
HOOKE
2.4.1. Tegangan
Tegangan merupakan keadaan dimana sebuah benda mengalami
pertambahan panjang ketika sebuah benda diberi gaya pada salah satu ujungnya
sedangkan ujung lainnya ditahan.
�=
(2.1)
�
Keterangan:
F = Gaya (N)
A = Luas penampang (m2)
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
2.4.2. Regangan
Regangan merupakan perbandingan antara pertambahan panjang kawat
dalam x meter dengan panjang awal benda dalam x meter. Regangan dapat
terjadi dikarenakan gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan,
sehingga benda kembali ke bentuk awal.
Hubungan ini secara matematis dapat dituliskan seperti dibawah ini.
�=
∆
(2.2)
Keterangan:
� = Regangan
ΔL = Pertambahan panjang (m)
Lo = Panjang mula-mula (m)
Universitas Sumatera Utara
Sesuai dengan persamaan di atas, regangan (e) tidak memiliki satuan dikarenakan
pertambahan panjang (ΔL) dan panjang awal (Lo) adalah besaran dengan
satuan yang sama
2.4.3. Modulus Elastisitas (Modulus Young)
Dalam fisika, modulus elastisitas disimbolkan dengan E. Modulus
elastisitas menggambarkan perbandingan antara tegangan dengan regangan yang
dialami bahan. Dengan kata lain, modulus elastis sebanding dengan tegangan dan
berbanding terbalik regangan.
�=
�
(2.3)
�
Keterangan:
E = Modulus elastisitas (N/m)
e = Regangan
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
2.4.4. Hubungan Antara Gaya dan Modulus Elastisitas
Jika ditulis secara matematis, hubungan antara gaya tarik dan modulus
elastisitas meliputi:
�=
�
�
=
Keterangan:
� ∆
(2.4)
F = Gaya (N)
E = Modulus elastisitas (N/m)
e = Regangan
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
A = Luas penampang (m2)
E = Modulus elastisitas (N/m)
ΔL = Pertambahan panjang (m)
Lo = Panjang mula-mula (m)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1. Grafik Hubungan Tegangan dan Regangan pada beton
(Gere, James M, Stephen P Timoshenko, 1972)
2.5. PERHITUNGAN KUAT TEKAN, MODULUS ELASTISITAS, DAN
REGANGAN
2.5.1. Perhitungan Kuat Tekan
Untuk memperoleh kuat tekan beton digunakan benda uji silinder beton
berdiameter 150 mm dan tinggi 300 mm. Untuk perhitungan kuat desak benda uji
silinder beton dapat digunakan rumus berikut:
f’c =
�
(2.5)
�
Keterangan,
f’c = kuat desak beton (MPa)
P = beban tekan (N)
A = luas penampang benda uji (mm2)
2.5.2. Modulus Elastis
Modulus elastisitas beton adalah kemiringan kurva tegangan regangan
beton pada kondisi linier atau mendekati linier. Untuk beton normal dapat
digunakan nilai (SNI 03-2847-2002 Pasal 8.5.1):
Universitas Sumatera Utara
Ec =4700 √�′�
(2.6)
Keterangan,
f’c = kuat tekan beton (MPa)
2.5.3. Perhitungan Regangan
Untuk memperoleh regangan beton digunakan rumus Hukum Hooke
berikut:
�=
�
�
,
Keterangan,
� ��=
�
(2.7)
Ɛ = regangan beton
E = modulus elastisitas beton (MPa)
σ = kuat tekan beton (MPa)
2.5.4 Persamaan kuat tekan beton dengan FRP (f’cc)
Berikut ini disampaikan beberapa persamaan kuat tekan yang telah
dikemukakan oleh peneliti-peneliti sebelumnya mengenai kuat tekan beton
dengan FRP (f’cc):
Oleh Richart’s Model (1928) di dalam (ACI Committee 440.2R,2008)
Model analitis kekangan pada prinsipnya menyatakan hubungan antara
kuat tekan dengan tegangan lateral yang timbul akibat kekangan. Persamaan dasar
yang menggambarkan hubungan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
� ′ �� = � ′ �� +
Keterangan,
.�
(2.8)
f’cc = kuat tekan beton terkekang (MPa)
f’co = kuat tekan beton tidak terkekang (MPa)
fl = tegangan pengekang akibat FRP (MPa)
Universitas Sumatera Utara
k1 = faktor kekangan (dipakai kl = 1 dikarenakan beton yang dipakai tidak
memakai tulangan spiral)
Untuk nilai fl adalah tegangan yang diakibatkan oleh FRP yang dapat dirumuskan
sebagai berikut :
.� .
� =
.�
(2.9)
Keterangan,
�� = faktor efisiensi bentuk penampang (untuk penampang lingkaran Ka =1)
� =rasio perkuatan FRP
Ef = modulus elastisitas FRP (MPa)
�
= regangan fraktur efektif (=0.004 ≤ 0.75 � , �
= regangan ultimate FRP)
Untuk nilai � dirumuskan sebagai berikut :
� =
.�.
(2.10)
ℎ
Keterangan,
h= diameter kolom (mm)
tf = tebal FRP (mm)
n= jumlah lapisan FRP
2.5.5 Persamaan regangan beton dengan FRP (��� )
Berikut ini disampaikan beberapa persamaan yang telah dikemukakan
oleh peneliti-peneliti sebelumnya mengenai regangan beton dengan FRP (� ) :
Di dalam (ACI Committee 440-2R, 2008)
�
= �′
Keterangan,
.5 +
�
�
′
�
�′ �
.
(2.6.5.1)
� ′ = regangan beton (MPa)
Universitas Sumatera Utara
Kb = faktor efisiensi bentuk penampang (untuk lingkaran =1)
fl = tegangan pengekang akibat FRP (MPa)
f’c = kuat tekan beton tidak terkekang (MPa)
�
= regangan fraktur efektif (=0.004 ≤ 0.75 � , �
= regangan ultimate FRP)
�′ = regangan beton tidak terkekang
2.6. HASIL PENELITIAN DARI PENELITI LAIN
Penggunaan GFRP dapat meningkatkan daya dukung aksial sebesar
11.86 % sampai dengan 15.25 % dan daktilitas aksial sebesar 12.41 % sampai
dengan 47.14 %. (I Ketut Sudarsana dan A.A Gede Sutapa. 2007)
Perbaikan kekuatan dan daktilitas balok dan kolom beton bertulang
menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP) seperti yang telah diteliti. dengan
retrofit FRP mengalami penambahan sebesar 20 % dibandingkan dengan kolom
original. Dalam menentukan peningkatan daktilitas maka digunakan parameter
displacement ductility. Nilai meningkat sebesar 4% pada balok FRP dibandingkan
dengan b original. (Parmo Taufikurrahman. 2013)
Pengunaan FRP memberikan kontribusi peningkatan secara signifikan
terhadap besarnya kapasitas aksial maupun daktilitas sebesar berturut-turut 97.5%
dan 64.2% dari kolom dengan tulangan non-standar. Penggunaan FRP sebagai
perkuatan pada tulangan pengekang yang tidak standar (sengkang lingkaran)
memberikan peningkatan kapasitas aksial sebesar 58% dari kolom dengan
tulangan standar. (Anang Kristianjo, Yosafat Aji Pranata, dan Iswandi Imran.
2016)
Evolusi dari standart pengurangan gaya gempa telah dikenalkan
persamaan design baru. Salah satu metode untuk perkuatan kolom beton bertulang
menggunakan FRP (Fiber Reinceforment Polymer) Composit sebagai perkuatan
sengkang. Hasil penelitian Remi Eid dan Patrick Paultre di akhir penelitian
tulangan sengkang terjadi tekuk diikuti oleh hancurnya FRP, hasil dari penelitian
gaya aksial mengalami penambahan 25%. (Remi Eid, Patrick Paultre. 2017).
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. UMUM
Perkembangan teknologi beton pada saat sekarang ini, membuat
konstruksi beton semakin banyak dipilih sebagai bahan konstruksi. Konstruksi
dari beton banyak memiliki keuntungan selain bahannya sangat mudah diperoleh,
juga memiliki beberapa keuntungan antara lain harganya relatif lebih murah,
mempunyai kekuatan tekan tinggi, serta mudah perawatannya, sehingga banyak
bangunan-bangunan yang didirikan memilih konstruksi yang terbuat dari beton
sebagai bahan materialnya.
Pemilihan bahan sebagai konstruksi telah membuat para ahli beton
menciptakan bahan tambahan bagi beton. Bahan tambahan merupakan bahan yang
dianggap penting, terutama untuk konstruksi pada saat sekarang ini yang
membutuhkan segala sesuatu yang serba praktis, efisien, tanpa mengurangi mutu
dari beton tersebut. .
Evolusi dari standart pengurangan gaya gempa telah dikenalkan
persamaan design baru untuk dalam pengikatan dari kolom beton bertulang. Salah
satu metode untuk perkuatan kolom beton bertulang menggunakan FRP (Fiber
Reinceforment Polymer) Composit sebagai perkuatan sengkang. (Remi Eid
Paultre, 2017)
Penggunaan FRP sebagai salah satu alternatif baru dalam kegiatan
perbaikan dan penguatan struktur beton, mampu menawarkan solusi perbaikan
yang lebih mudah dari segi pelaksanaan dan dapat diaplikasikan oleh setiap
pelaksana (kontraktor). Aplikasi metode penguatan dengan serat polimer
membutuhkan perencanaan yang tepat, baik dari segi desain (analisis perilaku
struktur beton), kondisi lapangan (pengaruh lingkungan) dan pemeliharaan jenis
tipe serat (fiber). Hal ini untuk menghindari proses perbaikan sehingga tidak
terjadi kegagalan pada sistem penguatan. Penggunaan serat polimer pada kondisi
lingkungan yang ekstrim, akan memerlukan suatu sistem perlindungan terhadap
Universitas Sumatera Utara
permukaan serat dari pengaruh suhu, zat kimia maupun radiasi sinar ultraviolet.
(Ariyadi Basuki. 2005)
2.2. FRP (FIBER REINFORCEMENT POLYMER)
Salah satu material perkuatan strukutur adalah
Fiber Reinforcement
Polymer yang dapat memperkuat struktur secara eksternal, dan kini dipakai pada
banyak jenis bangunan. Dikarenakan FRP (Fiber Reinforcement Polymer) adalah
perkuatan dengan kekuatan tarik yang besar. Dari Fiber Reinforcement Polymer
juga memiliki kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Dan pemasangannya sangat
mudah dilakukan. FRP composit merupakan material yang menjanjikan dalam
industri perbaikan konstruksi. Material ini bisa diperoleh dalam bentuk lembaran
yang dalam penggunaanya diaplikasikan dengan resin atau epoxy. Material ini
telah banyak dipergunakan dan telah diterapkan penggunaanya. Metode
tradisional dengan menggunakan material pelat baja yang diikat dengan epoxy
pada struktur kolom beton bertulang. Namun lambat laun teknik atau metode ini
mulai tergeser dengan hadirnya material baru yang disebut dengan FRP. Dengan
material ini perkuatan struktur dapat menghasilkan peningkatan kekuatan yang
cukup substansial (aksial, geser, lentur, dan torsi). (US Army Research
Laboratory.2002)
FRP dapat dibuat dari material yang berbeda seperti kaca, karbon,
aramid, boron, dan produk lainnya. FRP kuat terhadap tarik dan memiliki
kekuatan paling tinggi sepanjang arah longitudinal. Keuntungan penggunaan pada
material kaca yaitu harga murah, kekuatan tarik tinggi, reaksi terhadap kimia
tinggi, sedangkan kebalikannya modulus tarik rendah, berat jenis relative tinggi,
sensitif terhadap abrasi. Keuntungan penggunaan pada material karbon yaitu
perbandingan kekuatan tarik terhadap berat yang tinggi, perbandingan modulus
tarik terhadap berat yang tinggi, Keuntungan penggunaan pada material aramid
yaitu tidak ada titik leleh, tingkat integritas pabrik yang baik terhadap tinggi suhu.
(Hota Gangarao, 2006)
Universitas Sumatera Utara
Karakteristik FRP sangat tahan untuk ion klorida dan reaksi kimia, juga
memiliki gaya tarik lebih besar dari baja namun beratnya hanya seperempat, serta
GFRP rendah listrik dan konduktifitas termal. (Gevin McDanie, 2014)
Keunggulan FRP adalah peningkatan kekuatan. Penambahan FRP pada
kedua sisi balok mempengaruhi pola retak yang terjadi. Retak pada beton
beralih/terjadi ke posisi yang tidak ada perkuatan GFRP. Hal tersebut membuat
beton bertambah kedaktailanya. (Fikri Alami, Ratna Widyawati. 2010)
Fiberwrap systems adalah one stop solution yang diberikan berupa sistem
yang mencakup desain, material, aplikasi dan garansi serta dilakukan oleh FRP itu
sendiri. Fiberwrap systems adalah salah satu produsen dan spesialis dalam bidang
FRP. FRP (Fibre Reinforced Polymer) adalah hasil kombinasi serat dan damar.
Prinsip dari penambahan FRP sama seperti penambahan plat baja, yaitu
menambah kekuatan di bagian tarik dari struktur. FRP yang sering digunakan
pada perkuatan struktur adalah plate/composite dan fabric/wrap. Bentuk plate
lebih efektif dan efisien untuk perkuatan lentur baik pada balok maupun pelat
serta pada dinding, sedangkan bentuk wrap lebih efektif dan efisien untuk
perkuatan geser pada balok serta meningkatkan kapasitas beban aksial dan geser
pada kolom.
Keuntungan perkuatan menggunakan FRP (Fiber Reinforced Polymer) adalah
sebagai berikut:
1. Tidak merusak dan mudah dipasang
2. Waktu shutdown/pemberhentian operasi singkat yang pendek atau tidak perlu
waktu shutdown
3. Ringan dan berkekuatan tarik tinggi
4. Tidak memerlukan peralatan berat atau khusus
5. Dapat diaplikasi di lokasi yang mempunyai ruang sempit dan sulit
6. Dapat menyatu dengan material finishing
7. Dapat diaplikasi di bawah air
8. Meningkatkan bending strength elemen lentur
Universitas Sumatera Utara
9. Meningkatkan kuat geser pada balok, kolom dan dinding
10. Meningkatkan daya tahan terhadap beban vertikal pada kolom
11. Meningkatkan ductility karena cyclic loading
12. Tidak menyebabkan korosi dan dapat mencegah korosi
Adapun jenis-jenis dari FRP itu sendiri yang akan dijelaskan pada tabel
2.1.
Tabel 2.1 Jenis-jenis FRP (U.S. Army Reasearch, 2002)
Fiber
Diameter
Relative
Modulus of
Tensile
Elongation
(μm)
Density
Elasticity
Strength
at Break (%)
(GPa)
(GPa)
Steel
5-500
7.84
200
0.5-2.0
0.5-3.5
Glass
9-15
2.60
70-80
2-4
2-3.5
Asbestos
-
Crocidolite
0.02-0.4
3.40
196
3.5
2.0-3.0
-
Chrysotile
0.02-0.4
2.60
164
3.1
2.0-3.0
Aramid (Kevlar)
10
1.45
65-133
3.6
2.1-4.0
Carbon (High
9
1.90
230
2.6
1
-
1.10
4.0
0.9
13.0-15.0
Strength)
Nylon
1 GPa = 1000 MPa = 145 x 10 psi
Jenis produk FRP yaitu carbon, glass dan aramid fiber dengan
kombinasi yang unik dengan polymer menjadi satu kesatuan komposit fiber.
CFRP dan GFRP berpengaruh terhadap kuat lentur balok. Beban
maksimal yang bisa ditahan balok dengan perkuatan CFRP maupun GFRP lebih
besar daripada beban maksimal yang dapat ditahan balok kontrol. CFRP lebih
baik dalam menambah kekuatan lentur balok daripada GFRP. Hal ini dikarenakan
mutu dan bahan dasar CFRP yang lebih baik dalam menahan beban daripada
Universitas Sumatera Utara
mutu dan bahan dasar GFRP. Selain itu, inersia penampang balok yang diperkuat
CFRP lebih kecil daripada inersia dari balok yang diperkuat GFRP. (Ireneus
Petrico G. 2013)
Sistem fiberwrap dapat digunakan untuk:
1. Perlindungan struktur secara keseluruhan
2. Memperbaiki ketahanan gempa suatu bangunan
3. Memperkuat jembatan dengan menaikkan tingkat beban, ketahanan
gempa, perbaikan dampak kerusakan dan memperpanjang umur jembatan
4. Upgrade struktur (menaikkan kekuatan balok, pelat, dan kolom yang
sudah ada)
5. Memperkuat struktur yang tidak lagi memiliki kekuatan disain aslinya
karena kesalahan konstruksi, korosi dan penambahan beban
6. Rehabilitasi pipa atau perkuatan pipa untuk mengatasi peningkatan
tekanan dari dalam, beban lentur, traffic dan beban tanah. Sistem Tyfo®
fibrwrap® dapat dilem dari luar maupun dari dalam pipa
7. Ideal untuk perkuatan struktur industri karena angka perbandingan
kekuatan dan berat yang tinggi, serta kemudahan pemasangan
8. Memperbaiki struktur yang korosi/berkarat
9. Memperkuat struktur beton dan struktur pada area laut yang mana dapat
memperbaiki dan memelihara element struktur yang ada
10. Perlindungan dari kebakaran
11. Dapat dipakai dengan berbagai jenis coating untuk memenuhi kebutuhan
masing-masing proyek
2.3. APLIKASI FRP PADA BETON
Proses aplikasi dan epoxy underwater pada struktur bangunan adalah
sebagai berikut:
1. Perbaikan permukaan beton yang akan dibalut (wraping) FRP. Perbaikan
beton dibagi tiga yaitu perbaikan ringan, perbaikan sedang dan perbaikan
berat. Metode perbaikan berat ditentukan oleh jenis kerusakan strukturnya
yang meliputi:
Universitas Sumatera Utara
a. Coating
Perbaikan coating adalah melapisi permukaan beton dengan cara
mengoleskan atau menyemprotkan bahan yang bersifat plastik dan
cair. Lapisan ini digunakan untuk menyelimuti beton terhadap
lingkungan yang merusak beton.
b. Injection (grouting)
Perbaikan injection adalah memasukkan bahan yang bersifat encer
ke dalam celah atau retakan pada beton, kemudian disuntikkan
dengan tekanan, sampai terlihat pada lubang atau celah lain telah
terisi atau mengalir keluar.
c. Shotcrete
Perbaikan shotcrete adalah menembakkan mortar atau beton
dengan ukuran agregat yang kecil pada permukaan beton yang
akan diperbaiki. Shotcrete dapat digunakan untuk perbaikan
permukaan yang vertikal maupun horisontal dari bawah.
d. Prepacked Concrete
Perbaikan prepacked concrete adalah mengupas beton, kemudian
dibersihkan dan diisi dengan beton segar, beton baru ini dibuat
dengan cara mengisi ruang kosong dengan agregat sampai penuh.
Kemudian disuntikkan dengan mortar yang sifat susutnya kecil dan
mempunyai ikatan yang baik dengan beton lama.
2. Cat dasar/mengoleskan (priming) permukaan beton dengan tyfo SW-1
Epoxy.
3. Penjenuhan (saturation) Tyfo SEH 51-A dengan Tyfo SW-1 epoxy
menggunakan kuas.
Universitas Sumatera Utara
4. Membungkus (wraping) permukaan beton dengan Tyfo seh-51 A setelah
permukaan dioleskan epoxy.
5. Pelapisan dengan mortar dengan tujuan melindungi dari sinar ultraviolet.
2.4. HUBUNGAN TEGANGAN DAN REGANGAN DALAM HUKUM
HOOKE
2.4.1. Tegangan
Tegangan merupakan keadaan dimana sebuah benda mengalami
pertambahan panjang ketika sebuah benda diberi gaya pada salah satu ujungnya
sedangkan ujung lainnya ditahan.
�=
(2.1)
�
Keterangan:
F = Gaya (N)
A = Luas penampang (m2)
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
2.4.2. Regangan
Regangan merupakan perbandingan antara pertambahan panjang kawat
dalam x meter dengan panjang awal benda dalam x meter. Regangan dapat
terjadi dikarenakan gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan,
sehingga benda kembali ke bentuk awal.
Hubungan ini secara matematis dapat dituliskan seperti dibawah ini.
�=
∆
(2.2)
Keterangan:
� = Regangan
ΔL = Pertambahan panjang (m)
Lo = Panjang mula-mula (m)
Universitas Sumatera Utara
Sesuai dengan persamaan di atas, regangan (e) tidak memiliki satuan dikarenakan
pertambahan panjang (ΔL) dan panjang awal (Lo) adalah besaran dengan
satuan yang sama
2.4.3. Modulus Elastisitas (Modulus Young)
Dalam fisika, modulus elastisitas disimbolkan dengan E. Modulus
elastisitas menggambarkan perbandingan antara tegangan dengan regangan yang
dialami bahan. Dengan kata lain, modulus elastis sebanding dengan tegangan dan
berbanding terbalik regangan.
�=
�
(2.3)
�
Keterangan:
E = Modulus elastisitas (N/m)
e = Regangan
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
2.4.4. Hubungan Antara Gaya dan Modulus Elastisitas
Jika ditulis secara matematis, hubungan antara gaya tarik dan modulus
elastisitas meliputi:
�=
�
�
=
Keterangan:
� ∆
(2.4)
F = Gaya (N)
E = Modulus elastisitas (N/m)
e = Regangan
σ = Tegangan (N/ m2 atau Pa)
A = Luas penampang (m2)
E = Modulus elastisitas (N/m)
ΔL = Pertambahan panjang (m)
Lo = Panjang mula-mula (m)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1. Grafik Hubungan Tegangan dan Regangan pada beton
(Gere, James M, Stephen P Timoshenko, 1972)
2.5. PERHITUNGAN KUAT TEKAN, MODULUS ELASTISITAS, DAN
REGANGAN
2.5.1. Perhitungan Kuat Tekan
Untuk memperoleh kuat tekan beton digunakan benda uji silinder beton
berdiameter 150 mm dan tinggi 300 mm. Untuk perhitungan kuat desak benda uji
silinder beton dapat digunakan rumus berikut:
f’c =
�
(2.5)
�
Keterangan,
f’c = kuat desak beton (MPa)
P = beban tekan (N)
A = luas penampang benda uji (mm2)
2.5.2. Modulus Elastis
Modulus elastisitas beton adalah kemiringan kurva tegangan regangan
beton pada kondisi linier atau mendekati linier. Untuk beton normal dapat
digunakan nilai (SNI 03-2847-2002 Pasal 8.5.1):
Universitas Sumatera Utara
Ec =4700 √�′�
(2.6)
Keterangan,
f’c = kuat tekan beton (MPa)
2.5.3. Perhitungan Regangan
Untuk memperoleh regangan beton digunakan rumus Hukum Hooke
berikut:
�=
�
�
,
Keterangan,
� ��=
�
(2.7)
Ɛ = regangan beton
E = modulus elastisitas beton (MPa)
σ = kuat tekan beton (MPa)
2.5.4 Persamaan kuat tekan beton dengan FRP (f’cc)
Berikut ini disampaikan beberapa persamaan kuat tekan yang telah
dikemukakan oleh peneliti-peneliti sebelumnya mengenai kuat tekan beton
dengan FRP (f’cc):
Oleh Richart’s Model (1928) di dalam (ACI Committee 440.2R,2008)
Model analitis kekangan pada prinsipnya menyatakan hubungan antara
kuat tekan dengan tegangan lateral yang timbul akibat kekangan. Persamaan dasar
yang menggambarkan hubungan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
� ′ �� = � ′ �� +
Keterangan,
.�
(2.8)
f’cc = kuat tekan beton terkekang (MPa)
f’co = kuat tekan beton tidak terkekang (MPa)
fl = tegangan pengekang akibat FRP (MPa)
Universitas Sumatera Utara
k1 = faktor kekangan (dipakai kl = 1 dikarenakan beton yang dipakai tidak
memakai tulangan spiral)
Untuk nilai fl adalah tegangan yang diakibatkan oleh FRP yang dapat dirumuskan
sebagai berikut :
.� .
� =
.�
(2.9)
Keterangan,
�� = faktor efisiensi bentuk penampang (untuk penampang lingkaran Ka =1)
� =rasio perkuatan FRP
Ef = modulus elastisitas FRP (MPa)
�
= regangan fraktur efektif (=0.004 ≤ 0.75 � , �
= regangan ultimate FRP)
Untuk nilai � dirumuskan sebagai berikut :
� =
.�.
(2.10)
ℎ
Keterangan,
h= diameter kolom (mm)
tf = tebal FRP (mm)
n= jumlah lapisan FRP
2.5.5 Persamaan regangan beton dengan FRP (��� )
Berikut ini disampaikan beberapa persamaan yang telah dikemukakan
oleh peneliti-peneliti sebelumnya mengenai regangan beton dengan FRP (� ) :
Di dalam (ACI Committee 440-2R, 2008)
�
= �′
Keterangan,
.5 +
�
�
′
�
�′ �
.
(2.6.5.1)
� ′ = regangan beton (MPa)
Universitas Sumatera Utara
Kb = faktor efisiensi bentuk penampang (untuk lingkaran =1)
fl = tegangan pengekang akibat FRP (MPa)
f’c = kuat tekan beton tidak terkekang (MPa)
�
= regangan fraktur efektif (=0.004 ≤ 0.75 � , �
= regangan ultimate FRP)
�′ = regangan beton tidak terkekang
2.6. HASIL PENELITIAN DARI PENELITI LAIN
Penggunaan GFRP dapat meningkatkan daya dukung aksial sebesar
11.86 % sampai dengan 15.25 % dan daktilitas aksial sebesar 12.41 % sampai
dengan 47.14 %. (I Ketut Sudarsana dan A.A Gede Sutapa. 2007)
Perbaikan kekuatan dan daktilitas balok dan kolom beton bertulang
menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP) seperti yang telah diteliti. dengan
retrofit FRP mengalami penambahan sebesar 20 % dibandingkan dengan kolom
original. Dalam menentukan peningkatan daktilitas maka digunakan parameter
displacement ductility. Nilai meningkat sebesar 4% pada balok FRP dibandingkan
dengan b original. (Parmo Taufikurrahman. 2013)
Pengunaan FRP memberikan kontribusi peningkatan secara signifikan
terhadap besarnya kapasitas aksial maupun daktilitas sebesar berturut-turut 97.5%
dan 64.2% dari kolom dengan tulangan non-standar. Penggunaan FRP sebagai
perkuatan pada tulangan pengekang yang tidak standar (sengkang lingkaran)
memberikan peningkatan kapasitas aksial sebesar 58% dari kolom dengan
tulangan standar. (Anang Kristianjo, Yosafat Aji Pranata, dan Iswandi Imran.
2016)
Evolusi dari standart pengurangan gaya gempa telah dikenalkan
persamaan design baru. Salah satu metode untuk perkuatan kolom beton bertulang
menggunakan FRP (Fiber Reinceforment Polymer) Composit sebagai perkuatan
sengkang. Hasil penelitian Remi Eid dan Patrick Paultre di akhir penelitian
tulangan sengkang terjadi tekuk diikuti oleh hancurnya FRP, hasil dari penelitian
gaya aksial mengalami penambahan 25%. (Remi Eid, Patrick Paultre. 2017).
Universitas Sumatera Utara