Analisis dan Eksperimen Penggunaan Glass Fiber Reinforced Polymer pada Perkuatan Lentur Balok Beton
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Saat ini banyak struktur beton bertulang yang mulai rusak ditandai dengan adanya
timbul retak-retak halus, lendutan yang berlebihan, bahkan tulangan yang sudah terlihat dari
luar. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain : kesalahan pada mix design,
human error saat pengecoran di lapangan ataupun proses curing yang tidak tepat. Maka perlu
diadakan perbaikan (retrofitting) agar struktur yang ada dapat menerima beban sesuai dengan
desain awal maupun beban yang baru untuk struktur yang berubah fungsi. Perbaikan ini dapat
dilakukan dengan beberapa cara seperti penambahan lapisan beton, perkuatan pelat baja,
maupun menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP).
Fiber Reinforced Polymer sendiri mempunyai banyak jenis, antara lain adalah CFRP
(Carbon Fiber Reinforced Polymer) dan GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) yang
fungsinya yang hampir sama dengan penggunaan pelat baja tipis sebagai perkuatan balok beton
bertulang, yaitu memperkuat bagian tarik dari balok beton bertulang (Ireneus G.Petrico,2013).
Fiber Reinforced Polymer memiliki kuat tarik yang lebih besar dari baja dan kekakuan
yang cukup tinggi, Fiber Reinforced Polymer (FRP) sendiri juga memiliki berat yang lebih
ringan daripada tulangan dan juga lebih praktis sehingga pemasangan lebih mudah dan Fiber
Reinforced Polymer (FRP) sendiri juga tahan terhadap korosi. Meskipun harganya yang relatif
mahal, FRP ,memberi jalan keluar paling ekonomis dalam masalah perkuatan karena secara
dramatis dapat menekan biaya tenaga kerja.
Ireneus G. Petrico (2013) dalam penelitiannya membahas perbandingan kekuatan
lentur balok beton dengan menggunakan CFRP dan GFRP. Hasil penelitian dan analisis
menggunakan CFRP dan GFRP menunjukkan peningkatan kekuatan lentur balok yang
1
Universitas Sumatera Utara
signifikan. CFRP dapat menambah kekuatan lentur balok sampai 65,934%, sedangkan GFRP
hanya sebesar 43,956%. Sedangkan untuk perbandingan kedua material ini, CFRP lebih unggul
daripada GFRP dalam hal menambah kekuatan lentur.
Manna Haloho dan Johannes Tarigan (2015), dalam penelitiannya
membahas
perkuatan balok beton bertulang menggunakan pelat baja yang diangkur. Balok yang digunakan
berdimensi 15x25 cm dengan panjang 320 cm. Berdasarkan hasil analitis terjadi peningkatan
kekuatan balok yaitu 3,79 kali kekuatan awal sedangkan dari pengujian diperoleh peningkatan
kekuatan balok sebesar 2,44 kali kekuatan awal. Berdasarkan hasil pengujian ini, dapat ditarik
kesimpulan bahwa penggunaan pelat baja pada daerah tarik dapat meningkatkan kekuatan dan
memperkecil lendutan dan penggunaan angkur untuk merekatkan pelat baja dengan beton dapat
mengatasi masalah lepasnya pelat dari balok beton.
Ivandy Yoman dan Johannes Tarigan (2016) dalam penelitiannya membahas
perbandingan kekuatan perkuatan balok beton bertulang menggunakan pelat baja dan Fiber
Reinforced Polymer (FRP). Jenis Fiber Reinforced Polymer yang dipakai adalah Carbon Fiber
Reinforced Polymer (CFRP). Balok yang digunakan berdimensi 15x25 cm dengan panjang 320
cm. Berdasarkan hasil analitis terjadi peningkatan kekuatan balok dengan FRP yaitu 1,991 kali
kekuatan awal, sedangkan dengan pelat baja yaitu 1,64 kali kekuatan awal. Dari pengujian
diperoleh peningkatan kekuatan balok dengan FRP sebesar 1 ,44 kali kekuatan awal, sedangkan
dengan pelat baja sebesar 1,056 kali kekuatan awal. Berdasarkan hasil pengujian ini, dapat
ditarik kesimpulan bahwa penggunaan FRP pada daerah tarik mampu menahan kekuatan lebih
besar daripada pelat baja dan juga mampu menghambat retak awal.
Fikri Alami (2010) dalam tulisannya di Seminar dan Pameran HAKI menjelaskan untuk
perkuatan lentur dengan FRP, perhitungan desain mengacu pada ACI committee 440. Kapasitas
momen nominal perkuatan lentur dengan menggunakan FRP dapat dihitung dengan persamaan
(1.1). Untuk perkuatan lentur ACI committee 440 merekomendasikan f nilai faktor reduksi
2
Universitas Sumatera Utara
untuk FRP ( � ) sebesar 0,85. Besarnya momen nominal perkuatan lentur yang terjadi
tergantung pada beberapa faktor, diantaranya luas tulangan tarik dan tekan tulangan balok ,
dimensi balok serta tegangan FRP.
�� = [�� �� � −
�1 �
2
+ �� ′ �� � − �′ + � �� �
ℎ−
�1 �
2
]
(1.1)
Berdasarkan data hasil penelitian Manna Haloho (2015) dan Ivandy Yoman (2016) di
atas, peneliti ingin mencoba melakukan eksperimen penggunaan pelat baja, Carbon Fiber
Reinforced Polymer (CFRP) serta Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) pada kuat lentur
beton dan menganalisa balok jenis perkuatan manakah yang paling praktis dengan kondisi
pengujian yang dilakukan hanya balok dengan GFRP saja.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka rumusan masalah yang akan dikaji dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1.
Bagaimana pengaruh perkuatan menggunakan Pelat Baja, CFRP, dan GFRP terhadap kuat
lentur balok beton ?
2.
Bagaimana perilaku benda uji balok beton yang diperkuat dengan Pelat Baja, CFRP, dan
GFRP akibat pembebanan ?
3.
Bagaimana perbandingan kuat lentur balok beton tanpa dan dengan perkuatan Pelat Baja,
CFRP, dan GFRP?
4.
Diantara Pelat Baja, CFRP, dan GFRP manakah yang memiliki dampak peningkatan paling
signifikan terhadap kuat lentur balok beton?
3
Universitas Sumatera Utara
1.3
TUJUAN MASALAH
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1.
Mengetahui pengaruh perkuatan menggunakan Pelat Baja, CFRP, dan GFRP terhadap kuat
lentur balok beton.
2.
Mengetahui perilaku balok beton yang diperkuat dengan Pelat Baja, CFRP, dan GFRP
akibat pembebanan.
3.
Mengetahui perbandingan kuat lentur balok beton tanpa dan dengan perkuatan Pelat Baja,
CFRP, dan GFRP.
4.
Mengetahui dari Pelat Baja, CFRP, dan GFRP manakah yang memiliki dampak
peningkatan paling signifikan terhadap kuat lentur balok beton.
1.4
PEMBATASAN MASALAH
Untuk memperjelas ruang lingkup yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini dan untuk
mempermudah penulis dalam menganalisa maka dibuat batasan-batasan masalah yang
meliputi:
1. Dimensi balok adalah 15 cm x 25 cm dengan panjang 3,2 m
2. Mutu beton rencana yang digunakan adalah �� ′ 20 Mpa dan mutu baja �� 240 Mpa.
3. Dikarenakan pada penelitian ini data hasil pengujian balok dengan pelat baja yang diangkur
diambil dari penelitian Manna Haloho (2015) dan balok dengan CFRP diambil dari
penelitian Ivandy Yoman (2016) maka jumlah balok yang akan dibuat dalam penelitian ini
hanya berjumlah 2 buah balok dengan rincian satu buah balok normal (BN) dan balok
dengan perkuatan GFRP (BG).
4. Balok beton bertulang dianalisa hanya menahan lentur.
4
Universitas Sumatera Utara
5. Pembebanan dilakukan dengan sistem beban terpusat.
6. Perletakan benda uji adalah perletakan sederhana (sendi-rol)
1.5
METODE PENELITIAN
Metodologi dan tahapan pelaksanaan yang dibuat penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini
menggunkan beberapa pendekatan antara lain:
1. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen.
2. Penulisan tugas akhir ini mengacu pada metode studi analitis berdasarkan data-data dan
literatur yang berhubungan dengan topik dan dilakukan eksperimen serta masukan-masukan
dari dosen pembimbing.
3. Analisa perhitungan perkuatan struktur beton menggunakan Building Code USARetrofitting FRP ACI 440.
4. Data hasil analitis nantinya akan dibandingkan dengan data hasil eksperimen.
5. Adapun mekanisme eksperimen yang akan dilakukan yaitu:
a. Pembuatan balok beton dengan fc = 20 MPa dan mutu tulangan baja fy = 240 Mpa
dengan variasi :
Balok Normal
(BN) = 1 buah benda uji
Balok dengan GFRP
(BG) = 1 buah benda uji
b. Untuk perencanaan awal, ditetapkan dimensi balok 150x250 mm dengan panjang 3200
mm. Untuk tulangan tekan digunakan tulangan baja 2∅6 dan sengkang menggunakan
5
Universitas Sumatera Utara
tulangan baja ∅6 dengan jarak 20 cm. Untuk tulangan tarik digunakan tulangan baja
4∅12.
c. Balok diletakkan di atas loading frame dengan perletakan sendi-rol dan jarak antar
perletakan 3000 mm. Pembebanan dilakukan dengan sistem beban terpusat dengan jarak
antar beban 1000 mm untuk mendapatkan lentur murni. Balok ditandai dengan grid-grid
berukuran 5 x 5 cm untuk memudahkan menggambar pola retak. Pada bagian bawah
balok dipasang 3 buah dial gauge untuk membaca lendutan pada titik ¼ L dari kiri,
tengah dan ¼ L dari kanan. Data pertambahan beban dan lendutan dicatat dan
dimasukkan ke dalam tabel. Pembebanan dihentikan setelah terjadi retak dan
pembacaan dial gauge tidak mengalami kenaikan lagi.
1.
a) Balok Normal (BN)
Gambar 1.1
b) Balok + GFRP (BG)
Model Balok Pengujian
6
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Saat ini banyak struktur beton bertulang yang mulai rusak ditandai dengan adanya
timbul retak-retak halus, lendutan yang berlebihan, bahkan tulangan yang sudah terlihat dari
luar. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain : kesalahan pada mix design,
human error saat pengecoran di lapangan ataupun proses curing yang tidak tepat. Maka perlu
diadakan perbaikan (retrofitting) agar struktur yang ada dapat menerima beban sesuai dengan
desain awal maupun beban yang baru untuk struktur yang berubah fungsi. Perbaikan ini dapat
dilakukan dengan beberapa cara seperti penambahan lapisan beton, perkuatan pelat baja,
maupun menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP).
Fiber Reinforced Polymer sendiri mempunyai banyak jenis, antara lain adalah CFRP
(Carbon Fiber Reinforced Polymer) dan GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) yang
fungsinya yang hampir sama dengan penggunaan pelat baja tipis sebagai perkuatan balok beton
bertulang, yaitu memperkuat bagian tarik dari balok beton bertulang (Ireneus G.Petrico,2013).
Fiber Reinforced Polymer memiliki kuat tarik yang lebih besar dari baja dan kekakuan
yang cukup tinggi, Fiber Reinforced Polymer (FRP) sendiri juga memiliki berat yang lebih
ringan daripada tulangan dan juga lebih praktis sehingga pemasangan lebih mudah dan Fiber
Reinforced Polymer (FRP) sendiri juga tahan terhadap korosi. Meskipun harganya yang relatif
mahal, FRP ,memberi jalan keluar paling ekonomis dalam masalah perkuatan karena secara
dramatis dapat menekan biaya tenaga kerja.
Ireneus G. Petrico (2013) dalam penelitiannya membahas perbandingan kekuatan
lentur balok beton dengan menggunakan CFRP dan GFRP. Hasil penelitian dan analisis
menggunakan CFRP dan GFRP menunjukkan peningkatan kekuatan lentur balok yang
1
Universitas Sumatera Utara
signifikan. CFRP dapat menambah kekuatan lentur balok sampai 65,934%, sedangkan GFRP
hanya sebesar 43,956%. Sedangkan untuk perbandingan kedua material ini, CFRP lebih unggul
daripada GFRP dalam hal menambah kekuatan lentur.
Manna Haloho dan Johannes Tarigan (2015), dalam penelitiannya
membahas
perkuatan balok beton bertulang menggunakan pelat baja yang diangkur. Balok yang digunakan
berdimensi 15x25 cm dengan panjang 320 cm. Berdasarkan hasil analitis terjadi peningkatan
kekuatan balok yaitu 3,79 kali kekuatan awal sedangkan dari pengujian diperoleh peningkatan
kekuatan balok sebesar 2,44 kali kekuatan awal. Berdasarkan hasil pengujian ini, dapat ditarik
kesimpulan bahwa penggunaan pelat baja pada daerah tarik dapat meningkatkan kekuatan dan
memperkecil lendutan dan penggunaan angkur untuk merekatkan pelat baja dengan beton dapat
mengatasi masalah lepasnya pelat dari balok beton.
Ivandy Yoman dan Johannes Tarigan (2016) dalam penelitiannya membahas
perbandingan kekuatan perkuatan balok beton bertulang menggunakan pelat baja dan Fiber
Reinforced Polymer (FRP). Jenis Fiber Reinforced Polymer yang dipakai adalah Carbon Fiber
Reinforced Polymer (CFRP). Balok yang digunakan berdimensi 15x25 cm dengan panjang 320
cm. Berdasarkan hasil analitis terjadi peningkatan kekuatan balok dengan FRP yaitu 1,991 kali
kekuatan awal, sedangkan dengan pelat baja yaitu 1,64 kali kekuatan awal. Dari pengujian
diperoleh peningkatan kekuatan balok dengan FRP sebesar 1 ,44 kali kekuatan awal, sedangkan
dengan pelat baja sebesar 1,056 kali kekuatan awal. Berdasarkan hasil pengujian ini, dapat
ditarik kesimpulan bahwa penggunaan FRP pada daerah tarik mampu menahan kekuatan lebih
besar daripada pelat baja dan juga mampu menghambat retak awal.
Fikri Alami (2010) dalam tulisannya di Seminar dan Pameran HAKI menjelaskan untuk
perkuatan lentur dengan FRP, perhitungan desain mengacu pada ACI committee 440. Kapasitas
momen nominal perkuatan lentur dengan menggunakan FRP dapat dihitung dengan persamaan
(1.1). Untuk perkuatan lentur ACI committee 440 merekomendasikan f nilai faktor reduksi
2
Universitas Sumatera Utara
untuk FRP ( � ) sebesar 0,85. Besarnya momen nominal perkuatan lentur yang terjadi
tergantung pada beberapa faktor, diantaranya luas tulangan tarik dan tekan tulangan balok ,
dimensi balok serta tegangan FRP.
�� = [�� �� � −
�1 �
2
+ �� ′ �� � − �′ + � �� �
ℎ−
�1 �
2
]
(1.1)
Berdasarkan data hasil penelitian Manna Haloho (2015) dan Ivandy Yoman (2016) di
atas, peneliti ingin mencoba melakukan eksperimen penggunaan pelat baja, Carbon Fiber
Reinforced Polymer (CFRP) serta Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) pada kuat lentur
beton dan menganalisa balok jenis perkuatan manakah yang paling praktis dengan kondisi
pengujian yang dilakukan hanya balok dengan GFRP saja.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka rumusan masalah yang akan dikaji dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1.
Bagaimana pengaruh perkuatan menggunakan Pelat Baja, CFRP, dan GFRP terhadap kuat
lentur balok beton ?
2.
Bagaimana perilaku benda uji balok beton yang diperkuat dengan Pelat Baja, CFRP, dan
GFRP akibat pembebanan ?
3.
Bagaimana perbandingan kuat lentur balok beton tanpa dan dengan perkuatan Pelat Baja,
CFRP, dan GFRP?
4.
Diantara Pelat Baja, CFRP, dan GFRP manakah yang memiliki dampak peningkatan paling
signifikan terhadap kuat lentur balok beton?
3
Universitas Sumatera Utara
1.3
TUJUAN MASALAH
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1.
Mengetahui pengaruh perkuatan menggunakan Pelat Baja, CFRP, dan GFRP terhadap kuat
lentur balok beton.
2.
Mengetahui perilaku balok beton yang diperkuat dengan Pelat Baja, CFRP, dan GFRP
akibat pembebanan.
3.
Mengetahui perbandingan kuat lentur balok beton tanpa dan dengan perkuatan Pelat Baja,
CFRP, dan GFRP.
4.
Mengetahui dari Pelat Baja, CFRP, dan GFRP manakah yang memiliki dampak
peningkatan paling signifikan terhadap kuat lentur balok beton.
1.4
PEMBATASAN MASALAH
Untuk memperjelas ruang lingkup yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini dan untuk
mempermudah penulis dalam menganalisa maka dibuat batasan-batasan masalah yang
meliputi:
1. Dimensi balok adalah 15 cm x 25 cm dengan panjang 3,2 m
2. Mutu beton rencana yang digunakan adalah �� ′ 20 Mpa dan mutu baja �� 240 Mpa.
3. Dikarenakan pada penelitian ini data hasil pengujian balok dengan pelat baja yang diangkur
diambil dari penelitian Manna Haloho (2015) dan balok dengan CFRP diambil dari
penelitian Ivandy Yoman (2016) maka jumlah balok yang akan dibuat dalam penelitian ini
hanya berjumlah 2 buah balok dengan rincian satu buah balok normal (BN) dan balok
dengan perkuatan GFRP (BG).
4. Balok beton bertulang dianalisa hanya menahan lentur.
4
Universitas Sumatera Utara
5. Pembebanan dilakukan dengan sistem beban terpusat.
6. Perletakan benda uji adalah perletakan sederhana (sendi-rol)
1.5
METODE PENELITIAN
Metodologi dan tahapan pelaksanaan yang dibuat penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini
menggunkan beberapa pendekatan antara lain:
1. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen.
2. Penulisan tugas akhir ini mengacu pada metode studi analitis berdasarkan data-data dan
literatur yang berhubungan dengan topik dan dilakukan eksperimen serta masukan-masukan
dari dosen pembimbing.
3. Analisa perhitungan perkuatan struktur beton menggunakan Building Code USARetrofitting FRP ACI 440.
4. Data hasil analitis nantinya akan dibandingkan dengan data hasil eksperimen.
5. Adapun mekanisme eksperimen yang akan dilakukan yaitu:
a. Pembuatan balok beton dengan fc = 20 MPa dan mutu tulangan baja fy = 240 Mpa
dengan variasi :
Balok Normal
(BN) = 1 buah benda uji
Balok dengan GFRP
(BG) = 1 buah benda uji
b. Untuk perencanaan awal, ditetapkan dimensi balok 150x250 mm dengan panjang 3200
mm. Untuk tulangan tekan digunakan tulangan baja 2∅6 dan sengkang menggunakan
5
Universitas Sumatera Utara
tulangan baja ∅6 dengan jarak 20 cm. Untuk tulangan tarik digunakan tulangan baja
4∅12.
c. Balok diletakkan di atas loading frame dengan perletakan sendi-rol dan jarak antar
perletakan 3000 mm. Pembebanan dilakukan dengan sistem beban terpusat dengan jarak
antar beban 1000 mm untuk mendapatkan lentur murni. Balok ditandai dengan grid-grid
berukuran 5 x 5 cm untuk memudahkan menggambar pola retak. Pada bagian bawah
balok dipasang 3 buah dial gauge untuk membaca lendutan pada titik ¼ L dari kiri,
tengah dan ¼ L dari kanan. Data pertambahan beban dan lendutan dicatat dan
dimasukkan ke dalam tabel. Pembebanan dihentikan setelah terjadi retak dan
pembacaan dial gauge tidak mengalami kenaikan lagi.
1.
a) Balok Normal (BN)
Gambar 1.1
b) Balok + GFRP (BG)
Model Balok Pengujian
6
Universitas Sumatera Utara