Analisis Perbandingan Kolom Beton Bertulang Berbentuk Bulat Dan Persegi Menggunakan Carbon Fiber Wrap Terhadap Variasi Pembebanan Aksial (Eksperimen)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
UMUM
Seiring dengan kemajuan teknologi yang kian meningkat pesat, membuat
konstruksi beton semakin banyak dipilih sebagai bahan konstruksi suatu
bangunan. Penggunaan konstruksi beton relatif lebih murah serta lebih mudah
untuk memperolehnya. Perlu diketahui bahwa untuk beton normal kuat tekan pada
umur 28 hari berkisar antara 17 – 35 Mpa. Sementara kuat tariknya hanya berkisar
1/10 dari kuat tekannya.
SK SNI T-15-1991-03 menyebutkan bahwa baja mempunyai modulus
elastisitas sebesar 200.000 Mpa. Penentuan kuat tarik beton dengan menggunakan
split cylinder akan memberikan hasil yang lebih baik karena dapat menunjukkan
hasil yang sebenarnya. Untuk beton normal pengujian kuat tarik beton ditentukan
dengan rumus
0,7√
.
0,57 √
, dalam SK SNI T-15-1991-03 ditetapkan sebesar
Pemilihan beton sebagai bahan utama dalam suatu konstruksi telah
mengalami perkembangan sehingga pada akhirnya para ahli menemukan bahan
tambahan yang cocok untuk meningkatkan kualitas dari beton. Bahan tambahan
tersebut akan membuat kinerja beton akan semakin lebih baik karena menawarkan
beberapa keunggulan. Keunggulan akibat penambahan bahan tambahan pada
beton antara lain :
Ekonomis dan bisa didaur ulang dan material nya mudah didapat
12
Universitas Sumatera Utara
Kekakuan dan daktilitas, serta durabilitas yang tinggi
Perawatan yang tidak terlalu mahal dan mudah dalam pengerjaannya
Tahan terhadap lingkungan sekitar dan tahan terhadap api
Kelemahan penggunaan struktur beton adalah :
Mempunyai kuat tarik yang rendah.
Rawan retak struktural
Membutuhkan bekisting dan perancah
Secara umum, kerusakan pada beton disebabkan oleh kesalahan pada
perencanaan, pembebanan yang berlebihan, maupun kondisi lingkungan yang
bersifat korosif. Restoration treatmeant merupakan suatu cara yang dapat
dilakukan untuk memperbaiki kerusakan pada beton yaitu dengan cara
mengeliminasinya.
Restoration treatment dibagi menjadi 3 bagian yaitu berdasarkan jenis,
tujuan maupun sifat struktural bangunan. Berdasarkan jenisnya, aktivitas restorasi
ini terbagi atas struktural dan arsitektural. Struktural restoration adalah perbaikan
bangunan akibat pembebanan yang berlebihan. Sementara architectural restoration
harus mempertimbangkan desain fisik bangunan. Berdasarkan tujuannya aktivitas
restorasi dibagi menjadi beberapa bagian antara lain :
1. Perbaikan (repair)
2. Pembangunan kembali (rebuilding)
3. Perkuatan (Strenghening)
13
Universitas Sumatera Utara
4. Rekonstruksi (reconstruction).
Repair diartikan perbaikan pada konstruksi bangunan dimana gaya dalam
tidak berpengaruh. Rebuilding diartikan sebagai perbaikan struktur akibat
pembebanan berlebihan yang ditandai dengan adanya perubahan gaya.
Reconstruction diartikan sebagai perubahan rencana struktural dalam upaya
mengubah denah bangunan. Strengthening diartikan sebagai peningkatkan
kekuatan struktur dari tingkat desain awal ke tingkat desain baru yang lebih tinggi.
Pada tugas akhir ini, akan dibahas mengenai perbandingan perkuatan
(strenghening) bangunan khususnya pada elemen struktur kolom. Hal ini
menunjukkan bahwa kolom merupakam unsur penting dalam peninjauan
keamanan struktur sehingga muncullah konsep perencanaan bangunan “Strong
Column Weak Beam” yang lebih diinginkan dalam desain bangunan.
2.2
ANALISIS DAN DESAIN KOLOM
Kolom adalah batang tekan vertikal dalam rangka struktural yang memikul
beban dari balok serta beban yang ada diatasnya. Kolom meneruskan beban-beban
dari atas ke bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi. Karena
kolom merupakan komponen tekan, maka keruntuhan pada kolom merupakan
lokasi kritis yang dapat menyebabkan keruntuhan pada struktur. Keruntuhan pada
kolom dapat disebabkan oleh :
Kelelehan tulangan pada zona tarik biasanya terjadi pada kolom pendek
Crushing beton pada zona tekan
Tekuk pada kolom langsing
14
Universitas Sumatera Utara
Apabila kolom runtuh karena kegagalan materialnya (yaitu lelehnya baja,
atau hancurnya beton) kolom diklasifikasikan sebagai kolom pendek (short
column). Apabila panjang kolom bertambah, kemungkinan kolom runtuh karena
tekuk semakin besar. Pemisahan atas kolom pendek dan kolom langsing didasari
atas nilai rasio kelangsingan kolom, yaitu :
≤ 22 kolom yang tidak diberi bresing / pengaku
> 22 kolom panjang/langsing yang tidak diberi bresing
Jika
≤ 22 dapat dipenuhi (komponen struktur lateral, yang tidak
disokong agar tidak bergerak kearah samping), maka efek kelangsingan dapat
diabaikan.
Dimana : Lu = tinggi bagian kolom yang ditumpu secara lateral
K = faktor yang bergantung kondisi restrain pada ujung-ujung kolom
Jika pembebanan pada kolom ditingkatkan, maka retak akan banyak
terjadi di seluruh tinggi kolom pada lokasi-lokasi tulangan sengkang. Dalam
keadaan batas keruntuhan (limit state of failure), selimut beton di luar sengkang
(pada kolom bersengkang atau di luar spiral pada kolom berspiral) akan lepas
sehingga tulangan memanjangnya akan terlihat. Jika pembebaban lewat dari
kapasitas kolom, maka terjadi keruntuhan dan tekuk lokal (local buckling)
tulangan memanjang pada panjang yang tak tertumpu sengkang atau spiral. Dapat
dikatakan bahwa dalam keadaan batas keruntuhan, selimut beton lepas dahulu
sebelum lekatan baja-beton hilang.
15
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
paling mudah dalam pelaksanaannya. Walaupun demikian, kolom berbentuk
spiral sering juga digunakan karena memiliki daktilitas yang tinggi yang cocok
pada daerah yang rawan gempa. Kemampuan kolom berspiral untuk menahan
beban maksimum pada deformasi besar mencegah terjadinya collapse pada
struktur. Gambar 2.3 memperlihatkan peningkatan daktilitas sebagi efek dari
digunakannya tulangan spiral.
Berdasarkan posisi beban terhadap penampang melintang, kolom dapat
diklasifikasikan atas kolom dengan beban sentris dan kolom dengan beban
eksentris seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4. Pada pembebanan sentris, kolom
tidak akan mengalami momen lentur (Gambar 2.4(a)). Namun pada praktek
lapangannya eksentrisitas haruslah diperhitungkan, hal ini berguna untuk
mengantisipasi karena kesalahan dari pembuatan acuan beton dan sebagainya.
Kolom dengan beban eksentris (Gambar 2.4 (b) dan (c) mengalami momen lentur
juga gaya aksial.
17
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Seperti pada kolom persegi, pada kolom bulat keseimbangan momen dan
gaya digunakan untuk mencari gaya tahanan nominal Pn untuk suatu eksentrisitas
yang diberikan.
Menurut Whitney, jika suatu kolom mengalami keruntuhan tekan, maka
persamaannya harus mengikuti ketentuan sebagai berikut :
Transformasi kolom bulat menjadi segi empat ekivalen, dengan
tebal penampang diambil sebesar 0,8h (h=diameter kolom bulat)
Lebar kolom bulat juga di ekivalenkan dengan kolom segi empat
yaitu sebesar Ag/0,8h
Luas total tulangan segi empat ekivalen pada dua lapis yang sejajar
berjarak 2Ds/3 dalam arah lentur dimana Ds adalah diameter
tulangan terluar as ke as
Berdasarkan besarnya regangan pada tulangan baja yang tertarik (Gambar
2.8), penampang kolom dapat dibagi menjadi dua kondisi awal keruntuhan, yaitu:
a. Keruntuhan tarik, yang diawali dengan lelehnya tulangan yang tertarik
b. Keruntuhan tekan, yang diawali dengan hancurnya beton yang tertekan.
c. Keruntuhan Balanced, keruntuhan dimana lelehnya tulangan tarik dan
hancurnya beton
Jika eksentrisitas semakin kecil, maka akan ada suatu transisi dari
keruntuhan tarik utama ke keruntuhan tekan utama. Kondisi keruntuhan balanced
tercapai apabila tulangan tarik mengalami regangan lelehnya Ey dan pada saat itu
pula beton mengalami regangan batasnya (0.003) dan mulai hancur.
Kapasitas penampang beton bertulang untuk menahan kombinasi gaya
aksial dan momen lentur dapat digambarkan dalam bentuk suatu kurva interaksi
25
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Ø = 0,70, untuk kolom dengan tulangan spiral.
Walaupun demikian, SKSNI T-15-1991-01 mempertimbangkan untuk
adanya peningkatan nilai Ø dari 0,7 ke 0,8 (untuk tulangan spiral) dan dari 0,65 ke
0,8 (untuk tulangan sengkang pengikat) jika ØPn lebih kecil dari 0,1 Ag. F‟c.
Berikut ini akan ditampilkan perbandingan faktor reduksi kekuatan yang
mengacu pada SNI dan ACI.
Tabel 2.1 Faktor Reduksi Kekuatan Berdasarkan Tipe Pembebanan
SNI
ACI
Tipe Pembebanan
0,8
0,9
Lentur tanpa beban aksial kolom bertulang
0,8
0,9
Tarik aksial dengan atau lentur
0,7
0,75
Aksial tekan dengan atau tanpa lentur spiral
0,65
0,75
Aksial tekan(termasuk kolom tul.persegi)
0,75
0,85
Geser dan torsi
2.3
METODE PERKUATAN STRUKTUR
Penggunaan bahan tambahan pada konstruksi belakangan ini telah
berkembang secara signifikan, hal ini tentu sejalan dengan pembangunan di
bidang konstruksi. Berbagai penemuan baru telah banyak ditemukan yang
menggantikan
menggabungkan
cara-cara
dengan
manual
bahan
(konvensional)
tambahan
yang
yaitu
dengan
tentunya
akan
cara
sedikit
memperbesar dimensi struktur.
27
Universitas Sumatera Utara
Perkuatan pada struktur juga perlu dilakukan karena adanya :
Perubahan fungsi bangunan.
Perubahan ketentuan (building code requirement).
Bertambahnya nilai keamanan pada suatu bangunan (safety
requirement).
Terjadinya kerusakan struktur.
Desain yang kurang baik.
Konstruksi yang kurang baik.
Pada umumnya metoda yang dapat digunakan dalam perkuatan kolom
berguna untuk meningkatkan kapasitas lentur atau menambah daktilitas. Kapasitas
lentur pada kolom dapat meningkat apabila perkuatannya menggunakan beton
atau bungkus pelat baja. Bertambahnya daktilitas akan meningkatkan kuat geser
sehingga dapat mengantisipasi kelemahan tarik pada beton.
Gambar 2.10 Tipe-tipe pembungkus kolom
28
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 Pembungkus untuk meningkatkan kapasitas
geser kolom
Berbagai metode yang umum dilakukan dalam usaha perkuatan kolom antara lain:
1. Memperpendek maupun mempertinggi struktur dengan konstruksi beton.
2. Memperbesar dimensi pada konstruksi beton.
3. Penggantian struktur dengan eksisting baru.
4. Menambah jumlah tulangan pada kolom dan memperbesar dimensi kolom
beton tersebut atau dikenal dengan penulangan luar (Externally
reinforcement).
5. Dengan memberikan penyelubungan pada struktur tersebut atau dikenal
fengan metode penyelubungan. Biasanya bahan yang digunakan untuk
menyelubungi struktur beton tersebut adalah FRP (Fiber Reinforced
Polymer).
2.3.1
Reinforced Concrete Jacketing
Concrete jacketing adalah Teknik perkuatan dengan menambah dimensi
beton dengan beton tambahan. Keuntungan utama dari sistem ini adalah
29
Universitas Sumatera Utara
memberikan peningkatan dan pertambahan batas daripada kekuatan dan daktilitas
beton.
Aturan yang umum mengenai pengaturan jarak sengkang dan tulangan
longitudinal di dalam kolom beton bisa diterapkan dalam metoda perkuatan ini,
dengan pengecualian jika tulangan longitudinal yang ditambahkan, ditempatkan
hanya dalam sudut kolom.
ACI 318 mensyaratkan bahwa pengaturan jarak sengkang di dalam kolom
beton bertulang tidak boleh melebihi 16 kali diameter tulangan longitudinal atau
48 diameter sengkang. Seperti halnya beton kolom pada umumnya, ukuran
minimum dari sengkang ini adalah ukuran #3 (0.375 inci ≈ 9.5 mm) untuk
tulangan longitudinal berukuran #10 (1.27 inci ≈ 32 mm) atau lebih kecil dan
ukuran #4 (0.5 inci ≈ 12.5 mm) untuk tulangan longitudinal yang lebih besar.
Pada pelaksaannya, sering menggunakan bahan beton encer/cair.
Diberikan tambahan additive bonding pada selimut beton kolom yang dikelupas
dengan tujuan memberikan daya lekat antara beton lama dengan beton baru.
Ketika adanya pelapisan pada beton lama dengan beton baru,maka penyusutan
akan tertahan. Hal ini akan membuat terjadinya tegangan tarik pada beton baru.
2.3.2
Steel Jacketing / Steel Plate Bonding
Metoda steel jacketing dilakukan dengan menambahkan plat baja pada
pelapisan konstruksi beton, penambahan ini berguna untuk menambah kapasitas
geser sehingga dapat mengantisipasi keruntuhan karena kesalahan pada
perencanaan. Dengan peningkatan kapasitas geser pada kolom tersebut maka akan
meningkatkan kemampuan struktur dalam melakukan deformasi.
30
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
adalah polyester, vinylester (epoxy) dan filler yang digunakan adalah kaolin clay,
calcium carbonate, dan alumina. Sedangkan fiber nya adalah jenis glass, carbon,
dan aramide.
Perkuatan kolom dengan menggunakan metode FRP memberikan
kemudahan dari banyak aspek serta dapat menggantikan metoda perkuatan yang
telah ada. Perkuatan kolom dengan metoda ini akan meningkatkan kekuatan geser
dan kuat tekan sebagai akibat dari kekangan dari material fiber. Metoda perkuatan
ini sering diaplikasikan dalam hal perkuatan seismik pada jembatan dan juga
dalam renovasi bangunan.
Pelaksanaan metoda ini pada dasarnya adalah dengan memasang lembaran
fiber pada permukaan beton. Prosedur pemasangan fiber dapat dilihat pada
diagram berikut ini:
Gambar 2.14 Diagram Tipikal prosedure perkuatan kolom menggunakan FRP
Keuntungan menggunakan FRP sebagai bahan perkuatan kolom
dibandingkan perkuatan lainnya antara lain:
•
FRP memiliki berat yang ringan dibandingkan dengan baja dan beton
serta memiliki kekuatan yang tinggi.
32
Universitas Sumatera Utara
•
FRP lebih mudah dan cepat dikerjakan dan dipasang di lapangan, tidak
membutuhkan tenaga kerja terlatih seperti welders .
•
FRP cukup dilekatkan pada beton dengan menggunakan epoxy resinnya sehingga tidak menghasilkan kebisingan.
•
FRP dapat dipasang pada kolom yang sangat panjang.
•
Jika terjadi kerusakan pada pemasangan dan masa bekerjanya FRP
dapat dengan mudah diperbaiki dengan menambahkan lapisan baru.
•
Tahan terhadap korosi dan lingkungan yang reaktif.
•
Tingkat durabilitas yang lebih tinggi dibandingkan material perkuatan
lainnya.
•
Tidak terlalu mengubah struktural kolom existing, terutama ukuran
jika dibandingkan dengan steel dan concrete jacketing.
Walaupun
memiliki
banyak
keuntungan
tetapi
metode
perkuatan
menggunakan FRP juga memiliki beberapa kerugian antara lain resiko terhadap
bahaya kebakaran yang cukup tinggi, sehingga FRP perlu dilindungi oleh lapisan
plesteran beton dan harga FRP yang relatif tinggi.
FRP terdiri dari beberapa jenis seperti bar, wrap, dan strip. Jenis bar
digunakan untuk menggantikan tulangan pada struktur baru. Jenis strip digunakan
pada balok, kolom, san pelat. Sementara wrap paling banyak digunakan pada struktur
kolom.
Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) merupakan salah satu jenis FRP
yang pengaplikasi-an nya dalam bentuk wrap pada struktur. CFRP merupakan sejenis
33
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Pada penggunaannya CFRP berfungsi sebagai berikut :
Meningkatkan kekuatan kompresi dari kolom.
Melapisi dan memperkuat kolom yang telah mengalami retak.
Meningkatkan kekuatan geser dan kekuatan fleksural dari kolom beton.
Menambah atau menggantikan penulangan yang berkurang akibat
kerusakan.
2.4.3
Aplikasi CFRP Pada Kolom Bangunan
Penggunaan FRP telah banyak digunakan pada bangunan-bangunan
seperti jembatan, gedung-gedung, dll. Karena bahannya yang kuat, sederhana dan
tidak mencemari lingkungan maka bahan ini banyak dipakai. Berikut ini adalah
contoh bangunan yang menggunakan bahan CFRP tersebut :
a. Kolom Gedung
CFRP dipasang sebagai wrap pada kolom hingga seluruh permukaannya
terlapisi. Bahan tersebut merupakan perpaduan antara fiber dengan resin.
CFRP tersebut sangat baik digunakan pada kolom berbentuk bulat
dibandingkan dengan kolom yang berbentuk bujur sangkar dengan luas
penampang yang sama. Selain bentuknya yang tidak perlu dibentuk dengan sudutsudut tertentu pada kolom bulat, material ini juga akan lebih kuat dan terisi penuh
pada kolom berbentuk bulat.
35
Universitas Sumatera Utara
b. Kolom Jembatan
Pemasangan CFRP pada kolom jembatan harus didahului dengan
pemasangan kait penjepit pada bagian sekitar peletakan CFRP dan pada sekitar
permukaan bagian atas kolom.
2.4.4
Pemasangan CFRP pada Kolom
Sebelum dilakukan pemasangan CFRP pada kolom, perlu dilakukan
koreksi terhadap kolom sehingga pada waktu pemasangan akan menjamin
keselamatan dan kenyamanan. Pemasangan CFRP pada kolom dilakukan dengan
2 tahap yaitu pekerjaan pada CFRP terlebih dahulu, kemudian pemasangan CFRP
pada kolom.
2.4.5
Beban Aksial Ultimate yang Dapat Dipikul Oleh Kolom Akibat
Pengaruh CFRP
Pada penjelasan sebelumnya telah disebutkan bahwa, keretakan yang
terjadi pada beton disebabkan oleh tegangan yang terjadi pada daerah gabungan
yang terkekang. Berdasarkan hasil ekperimental (ACI Committe 440,2002), kuat
tekan akibat tegangan kekang dapat dirumuskan sebagai berikut :
F‟cc
= f‟c
[ 2,25 √
-2
- 1,25 ] (2.6)
Dimana :
36
Universitas Sumatera Utara
F‟cc
= Kuat tekan kekangan beton
F‟c
= kuat tekan beton
F‟cp
= tegangan kekang sumbangan CFRP
Dengan demikian, kapasitas beban aksial ultimate yang dapat dipikul oleh kolom
adalah :
Untuk kolom dengan sengkang spiral :
Pn = 0,85
[ 0,85 f‟cc Ψf (Ag - Ast) + Ast Fy ]
(2.7)
Untuk kolom dengan sengkang persegi :
Pn = 0,80
[ 0,85 f‟cc Ψf (Ag - Ast) + Ast Fy ]
(2.8)
Dimana :
Ψf
2.5
= Faktor reduksi kekangan CFRP
PENGARUH KEKANGAN TERHADAP KOLOM
Aplikasi pengekangan pada kolom biasanya dapat berupa tulangan
sengkang yang berfungsi sebagai pengikat maupun spiral. Dalam tugas akhir ini
pengekangan dilakukan dengan tulangan sengkang yang berfungsi sebagai
tulangan pengikat agar beton tidak pecah. Efek dari kekangan ini nantinya akan
meningkatkan kekuatan dan tegangan ultimate beton. Selain itu, pengekangan
juga akan memberikan material beton bertulang yang cukup daktail.
Pada tugas akhir ini, karakteristik tulangan longitudinal yang digunakan
mempunyai Ø 7 mm, sementara tulangan sengkang memiliki Ø 5mm. Hasil
37
Universitas Sumatera Utara
pengujian kuat tarik baja tulangan yang digunakan tersebut dapat dilihat dari tabel
berikut :
Tabel 2.3Spesifikasi baja tulangan
yang digunakan
Tulangan Ø 7 mm Tulangan Ø 5 mm
No
Keterangan
1
Tegangan Leleh baja (fy)
474,2 Mpa
417,8 Mpa
2
Tegangan Tarik max (fsu)
598 Mpa
519,71 Mpa
3
Tegangan Putus baja (fsp)
428,4 Mpa
402,5 Mpa
4
Fyactual/fyspec
1,98
1,74
5
Fsu/fy
1,26
1,25
Dari tabel dapat dilihat bahwa tegangan leleh baja tulangan hampir 2 kali
spesifikasi pabrik baja U24 (fy = 240 Mpa).
Menurut SNI 03-2847-2002 syarat pengekangan pada kolom beton
dirumuskan sebagai berikut :
Pada seluruh tinggi kolom harus menggunakan tulangan transversal
sesuai dengan jarak yang telah ditentukan.
Spasi tulangan transversal pengekang minimum dari ¼ dari
dimensi komponen terkecil atau pun 6x diameter tulangan
longitudinal.
Pengekangan harus dilakukan pada seluruh daerah sendi plastis
Rasio tulangan spiral tidak boleh kurang dari :
38
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Efek pemberian fiber sebagai kekangan dalam jangka waktu yang lama
harus diperhatikan juga karena pada penggunannya kolom harus dapat berdiri
sendiri setelah masa layannya berakhir. Yagi,dkk. (1997) mengadakan percobaan
untuk mengetahui resistensi material fiber terhadap cuaca yaitu dengan diperiksa
dengan memeriksa kuat tarik lembaran fiber setelah tiga tahun dalam keadaan
natural
exposure
dan
setelah
accelerated
exposure.
Proses
perkuatan
menggunakan fiber berarti menambahkan material baru pada kolom beton oleh
karena itu material fiber ini juga akan memikul tegangan dan menjadi sangat
penting untuk menjamin penyaluran tegangan pada bidang batas antar beton
dengan fiber terpelihara dengan baik selama masa layan dari suatu struktur.
2.5.3
Tegangan dan Regangan Beton dengan CFRP
Peningkatan regangan pada beton akan berbanding lurus dengan
peningkatan tegangan aksial nya. Regangan pada beton tak terkekang tipikal
diasumsikan sebesar 0,003. Artinya bahwa setelah nilai regangan melampaui batas
0,003, maka beton akan mengalami retak dan pengekangan sepenuhnya yang
diberikan oleh CFRP akan bekerja secara optimal.
Percobaan yang dilakukan oleh ilmuwan Omar Chaallal dan Munzer
Hassan (2006) berdasarkan perhitungan dan desain sebagai berikut :
a. Penampang bidang rata akan tetap rata setelah mengalami lentur,
prinsip Bernoulli menyatakan bahwa regangan yang dialami oleh beton
43
Universitas Sumatera Utara
dan baja tulangan pada titik yang beragam pada penampang akan
berbanding lurus dengan garis netral.
b. Momen lentur terjadi pada sumbu simetri penampang
c. Regangan maksimum pada serat beton tak terkekang terluar adalah
sebesar 0,003, sementara regangan ultimit sebagai pengaruh tulangan
sengkang adalah sebagai berikut :
(2.14)
Untuk beton yang terkekang oleh CFRP, regangan serat maksimum
ditentukan dengan rumus sebagai berikut :
(2.15)
(2.16)
Dimana,
fuj = tegangan ultimit jacket dari CFRP
uj = regangan ultimit jacket dari CFRP
fcc‟ = tegangan tekan terlindung sengkang
ss = rasio tulangan sengkang akibat CFRP
Nilai dari tegangan ultimit CFRP hanya sebesar 50% dari modulus
elastis CFRP yang menyebabkan nilai regangan menjadi sangat besar
dibandingkan dengan yang tidak terkekang. Hal ini bisa saja
44
Universitas Sumatera Utara
menyebabkan kecukupan pada kapasitas geser beton yang akan
mengakibatkan kelebihan beban mendadak (Priestley, 1996).
d. Kekuatan tarik hanya dipikul oleh baja tulangan dan CFRP, sementara
itu kekuatan tarik beton diabaikan.
e. Kekuatan tekan diberikan oleh baja tulangan dan beton untuk diagram
interaksi yang hanya memperhitungkan kekuatan tekan CFRP.
f. Tegangan beton yang digunakan adalah tegangan beton equivalen,yaitu:
Tegangan beton sebesar fc‟ harus diasumsikan terdistribusi
secara merata pada daerah tekan equivalen yang dibatasi oleh
tepi penampang dan suatu garis lurus yang sejajar sengan sumbu
netral berjarak a=β.x dari serat dengan regangan tekan
maksimum dimana x adalah tinggi garis netral
Jarak x dari serta dengan regangan maksimum kesumbu netral
harus diukur dalam arah tegak lurus terhadap sumbu tersebut.
Nilai β = 0,85 untuk fc‟≤ 30 Mpa, tetapi β1 tidak boleh kurang dari 0,65.
Sebuah kajian komprehensif dan gambaran model disajikan oleh Teng dan
Lam (2004). Menurut Teng dan Lam, model tegangan-regangan yang diusulkan
FRP beton terkekang dapat diklasifikasikan terutama dalam dua kategori utama:
model orientasi desain dan orientasi analisis. Dalam model orientasi desain, kurva
tegangan-regangan yang dihasilkan menggunakan bentuk tertutup sederhana
berdasarkan evaluasi dan interpretasi data eksperimen. Dalam analisis berorientasi
45
Universitas Sumatera Utara
model,
kurva
tegangan-regangan
yang
dihasilkan
lebih
detail,
karena
menggunakan sebuah prosedur iteratif dengan mempertimbangkan interaksi antara
inti beton dengan kekangan FRP.
Gambar 2.18 Tegangan-Regangan beton
terkekang CFRP
Pada bagian ini hubungan tegangan dan regangan akan linier dengan
kemiringan berdasarkan kekakuan CFRP.
Beton yang terkekang oleh bahan komposit dapat mempertahankan kuat
tekan dan regangan jauh lebih tinggi dari beton tak terkekang. Kekangan
mencegah perluasan yang terjadi pada benda uji akibat pembebanan uniaksial,
sehingga memberikan kontribusi untuk kapasitas beban yang lebih tinggi.
Penerapan model Mander untuk setiap penampang kolom yang terkekang
mendefinisikan tekanan pengekangan lateral berdasarkan pada geometri
penampang dan menunjukkan adaptasi dari model mereka ke penampang
lingkaran atau persegi panjang, di bawah pembebanan statis atau dinamis, baik
46
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
UMUM
Seiring dengan kemajuan teknologi yang kian meningkat pesat, membuat
konstruksi beton semakin banyak dipilih sebagai bahan konstruksi suatu
bangunan. Penggunaan konstruksi beton relatif lebih murah serta lebih mudah
untuk memperolehnya. Perlu diketahui bahwa untuk beton normal kuat tekan pada
umur 28 hari berkisar antara 17 – 35 Mpa. Sementara kuat tariknya hanya berkisar
1/10 dari kuat tekannya.
SK SNI T-15-1991-03 menyebutkan bahwa baja mempunyai modulus
elastisitas sebesar 200.000 Mpa. Penentuan kuat tarik beton dengan menggunakan
split cylinder akan memberikan hasil yang lebih baik karena dapat menunjukkan
hasil yang sebenarnya. Untuk beton normal pengujian kuat tarik beton ditentukan
dengan rumus
0,7√
.
0,57 √
, dalam SK SNI T-15-1991-03 ditetapkan sebesar
Pemilihan beton sebagai bahan utama dalam suatu konstruksi telah
mengalami perkembangan sehingga pada akhirnya para ahli menemukan bahan
tambahan yang cocok untuk meningkatkan kualitas dari beton. Bahan tambahan
tersebut akan membuat kinerja beton akan semakin lebih baik karena menawarkan
beberapa keunggulan. Keunggulan akibat penambahan bahan tambahan pada
beton antara lain :
Ekonomis dan bisa didaur ulang dan material nya mudah didapat
12
Universitas Sumatera Utara
Kekakuan dan daktilitas, serta durabilitas yang tinggi
Perawatan yang tidak terlalu mahal dan mudah dalam pengerjaannya
Tahan terhadap lingkungan sekitar dan tahan terhadap api
Kelemahan penggunaan struktur beton adalah :
Mempunyai kuat tarik yang rendah.
Rawan retak struktural
Membutuhkan bekisting dan perancah
Secara umum, kerusakan pada beton disebabkan oleh kesalahan pada
perencanaan, pembebanan yang berlebihan, maupun kondisi lingkungan yang
bersifat korosif. Restoration treatmeant merupakan suatu cara yang dapat
dilakukan untuk memperbaiki kerusakan pada beton yaitu dengan cara
mengeliminasinya.
Restoration treatment dibagi menjadi 3 bagian yaitu berdasarkan jenis,
tujuan maupun sifat struktural bangunan. Berdasarkan jenisnya, aktivitas restorasi
ini terbagi atas struktural dan arsitektural. Struktural restoration adalah perbaikan
bangunan akibat pembebanan yang berlebihan. Sementara architectural restoration
harus mempertimbangkan desain fisik bangunan. Berdasarkan tujuannya aktivitas
restorasi dibagi menjadi beberapa bagian antara lain :
1. Perbaikan (repair)
2. Pembangunan kembali (rebuilding)
3. Perkuatan (Strenghening)
13
Universitas Sumatera Utara
4. Rekonstruksi (reconstruction).
Repair diartikan perbaikan pada konstruksi bangunan dimana gaya dalam
tidak berpengaruh. Rebuilding diartikan sebagai perbaikan struktur akibat
pembebanan berlebihan yang ditandai dengan adanya perubahan gaya.
Reconstruction diartikan sebagai perubahan rencana struktural dalam upaya
mengubah denah bangunan. Strengthening diartikan sebagai peningkatkan
kekuatan struktur dari tingkat desain awal ke tingkat desain baru yang lebih tinggi.
Pada tugas akhir ini, akan dibahas mengenai perbandingan perkuatan
(strenghening) bangunan khususnya pada elemen struktur kolom. Hal ini
menunjukkan bahwa kolom merupakam unsur penting dalam peninjauan
keamanan struktur sehingga muncullah konsep perencanaan bangunan “Strong
Column Weak Beam” yang lebih diinginkan dalam desain bangunan.
2.2
ANALISIS DAN DESAIN KOLOM
Kolom adalah batang tekan vertikal dalam rangka struktural yang memikul
beban dari balok serta beban yang ada diatasnya. Kolom meneruskan beban-beban
dari atas ke bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi. Karena
kolom merupakan komponen tekan, maka keruntuhan pada kolom merupakan
lokasi kritis yang dapat menyebabkan keruntuhan pada struktur. Keruntuhan pada
kolom dapat disebabkan oleh :
Kelelehan tulangan pada zona tarik biasanya terjadi pada kolom pendek
Crushing beton pada zona tekan
Tekuk pada kolom langsing
14
Universitas Sumatera Utara
Apabila kolom runtuh karena kegagalan materialnya (yaitu lelehnya baja,
atau hancurnya beton) kolom diklasifikasikan sebagai kolom pendek (short
column). Apabila panjang kolom bertambah, kemungkinan kolom runtuh karena
tekuk semakin besar. Pemisahan atas kolom pendek dan kolom langsing didasari
atas nilai rasio kelangsingan kolom, yaitu :
≤ 22 kolom yang tidak diberi bresing / pengaku
> 22 kolom panjang/langsing yang tidak diberi bresing
Jika
≤ 22 dapat dipenuhi (komponen struktur lateral, yang tidak
disokong agar tidak bergerak kearah samping), maka efek kelangsingan dapat
diabaikan.
Dimana : Lu = tinggi bagian kolom yang ditumpu secara lateral
K = faktor yang bergantung kondisi restrain pada ujung-ujung kolom
Jika pembebanan pada kolom ditingkatkan, maka retak akan banyak
terjadi di seluruh tinggi kolom pada lokasi-lokasi tulangan sengkang. Dalam
keadaan batas keruntuhan (limit state of failure), selimut beton di luar sengkang
(pada kolom bersengkang atau di luar spiral pada kolom berspiral) akan lepas
sehingga tulangan memanjangnya akan terlihat. Jika pembebaban lewat dari
kapasitas kolom, maka terjadi keruntuhan dan tekuk lokal (local buckling)
tulangan memanjang pada panjang yang tak tertumpu sengkang atau spiral. Dapat
dikatakan bahwa dalam keadaan batas keruntuhan, selimut beton lepas dahulu
sebelum lekatan baja-beton hilang.
15
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
paling mudah dalam pelaksanaannya. Walaupun demikian, kolom berbentuk
spiral sering juga digunakan karena memiliki daktilitas yang tinggi yang cocok
pada daerah yang rawan gempa. Kemampuan kolom berspiral untuk menahan
beban maksimum pada deformasi besar mencegah terjadinya collapse pada
struktur. Gambar 2.3 memperlihatkan peningkatan daktilitas sebagi efek dari
digunakannya tulangan spiral.
Berdasarkan posisi beban terhadap penampang melintang, kolom dapat
diklasifikasikan atas kolom dengan beban sentris dan kolom dengan beban
eksentris seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4. Pada pembebanan sentris, kolom
tidak akan mengalami momen lentur (Gambar 2.4(a)). Namun pada praktek
lapangannya eksentrisitas haruslah diperhitungkan, hal ini berguna untuk
mengantisipasi karena kesalahan dari pembuatan acuan beton dan sebagainya.
Kolom dengan beban eksentris (Gambar 2.4 (b) dan (c) mengalami momen lentur
juga gaya aksial.
17
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Seperti pada kolom persegi, pada kolom bulat keseimbangan momen dan
gaya digunakan untuk mencari gaya tahanan nominal Pn untuk suatu eksentrisitas
yang diberikan.
Menurut Whitney, jika suatu kolom mengalami keruntuhan tekan, maka
persamaannya harus mengikuti ketentuan sebagai berikut :
Transformasi kolom bulat menjadi segi empat ekivalen, dengan
tebal penampang diambil sebesar 0,8h (h=diameter kolom bulat)
Lebar kolom bulat juga di ekivalenkan dengan kolom segi empat
yaitu sebesar Ag/0,8h
Luas total tulangan segi empat ekivalen pada dua lapis yang sejajar
berjarak 2Ds/3 dalam arah lentur dimana Ds adalah diameter
tulangan terluar as ke as
Berdasarkan besarnya regangan pada tulangan baja yang tertarik (Gambar
2.8), penampang kolom dapat dibagi menjadi dua kondisi awal keruntuhan, yaitu:
a. Keruntuhan tarik, yang diawali dengan lelehnya tulangan yang tertarik
b. Keruntuhan tekan, yang diawali dengan hancurnya beton yang tertekan.
c. Keruntuhan Balanced, keruntuhan dimana lelehnya tulangan tarik dan
hancurnya beton
Jika eksentrisitas semakin kecil, maka akan ada suatu transisi dari
keruntuhan tarik utama ke keruntuhan tekan utama. Kondisi keruntuhan balanced
tercapai apabila tulangan tarik mengalami regangan lelehnya Ey dan pada saat itu
pula beton mengalami regangan batasnya (0.003) dan mulai hancur.
Kapasitas penampang beton bertulang untuk menahan kombinasi gaya
aksial dan momen lentur dapat digambarkan dalam bentuk suatu kurva interaksi
25
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Ø = 0,70, untuk kolom dengan tulangan spiral.
Walaupun demikian, SKSNI T-15-1991-01 mempertimbangkan untuk
adanya peningkatan nilai Ø dari 0,7 ke 0,8 (untuk tulangan spiral) dan dari 0,65 ke
0,8 (untuk tulangan sengkang pengikat) jika ØPn lebih kecil dari 0,1 Ag. F‟c.
Berikut ini akan ditampilkan perbandingan faktor reduksi kekuatan yang
mengacu pada SNI dan ACI.
Tabel 2.1 Faktor Reduksi Kekuatan Berdasarkan Tipe Pembebanan
SNI
ACI
Tipe Pembebanan
0,8
0,9
Lentur tanpa beban aksial kolom bertulang
0,8
0,9
Tarik aksial dengan atau lentur
0,7
0,75
Aksial tekan dengan atau tanpa lentur spiral
0,65
0,75
Aksial tekan(termasuk kolom tul.persegi)
0,75
0,85
Geser dan torsi
2.3
METODE PERKUATAN STRUKTUR
Penggunaan bahan tambahan pada konstruksi belakangan ini telah
berkembang secara signifikan, hal ini tentu sejalan dengan pembangunan di
bidang konstruksi. Berbagai penemuan baru telah banyak ditemukan yang
menggantikan
menggabungkan
cara-cara
dengan
manual
bahan
(konvensional)
tambahan
yang
yaitu
dengan
tentunya
akan
cara
sedikit
memperbesar dimensi struktur.
27
Universitas Sumatera Utara
Perkuatan pada struktur juga perlu dilakukan karena adanya :
Perubahan fungsi bangunan.
Perubahan ketentuan (building code requirement).
Bertambahnya nilai keamanan pada suatu bangunan (safety
requirement).
Terjadinya kerusakan struktur.
Desain yang kurang baik.
Konstruksi yang kurang baik.
Pada umumnya metoda yang dapat digunakan dalam perkuatan kolom
berguna untuk meningkatkan kapasitas lentur atau menambah daktilitas. Kapasitas
lentur pada kolom dapat meningkat apabila perkuatannya menggunakan beton
atau bungkus pelat baja. Bertambahnya daktilitas akan meningkatkan kuat geser
sehingga dapat mengantisipasi kelemahan tarik pada beton.
Gambar 2.10 Tipe-tipe pembungkus kolom
28
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 Pembungkus untuk meningkatkan kapasitas
geser kolom
Berbagai metode yang umum dilakukan dalam usaha perkuatan kolom antara lain:
1. Memperpendek maupun mempertinggi struktur dengan konstruksi beton.
2. Memperbesar dimensi pada konstruksi beton.
3. Penggantian struktur dengan eksisting baru.
4. Menambah jumlah tulangan pada kolom dan memperbesar dimensi kolom
beton tersebut atau dikenal dengan penulangan luar (Externally
reinforcement).
5. Dengan memberikan penyelubungan pada struktur tersebut atau dikenal
fengan metode penyelubungan. Biasanya bahan yang digunakan untuk
menyelubungi struktur beton tersebut adalah FRP (Fiber Reinforced
Polymer).
2.3.1
Reinforced Concrete Jacketing
Concrete jacketing adalah Teknik perkuatan dengan menambah dimensi
beton dengan beton tambahan. Keuntungan utama dari sistem ini adalah
29
Universitas Sumatera Utara
memberikan peningkatan dan pertambahan batas daripada kekuatan dan daktilitas
beton.
Aturan yang umum mengenai pengaturan jarak sengkang dan tulangan
longitudinal di dalam kolom beton bisa diterapkan dalam metoda perkuatan ini,
dengan pengecualian jika tulangan longitudinal yang ditambahkan, ditempatkan
hanya dalam sudut kolom.
ACI 318 mensyaratkan bahwa pengaturan jarak sengkang di dalam kolom
beton bertulang tidak boleh melebihi 16 kali diameter tulangan longitudinal atau
48 diameter sengkang. Seperti halnya beton kolom pada umumnya, ukuran
minimum dari sengkang ini adalah ukuran #3 (0.375 inci ≈ 9.5 mm) untuk
tulangan longitudinal berukuran #10 (1.27 inci ≈ 32 mm) atau lebih kecil dan
ukuran #4 (0.5 inci ≈ 12.5 mm) untuk tulangan longitudinal yang lebih besar.
Pada pelaksaannya, sering menggunakan bahan beton encer/cair.
Diberikan tambahan additive bonding pada selimut beton kolom yang dikelupas
dengan tujuan memberikan daya lekat antara beton lama dengan beton baru.
Ketika adanya pelapisan pada beton lama dengan beton baru,maka penyusutan
akan tertahan. Hal ini akan membuat terjadinya tegangan tarik pada beton baru.
2.3.2
Steel Jacketing / Steel Plate Bonding
Metoda steel jacketing dilakukan dengan menambahkan plat baja pada
pelapisan konstruksi beton, penambahan ini berguna untuk menambah kapasitas
geser sehingga dapat mengantisipasi keruntuhan karena kesalahan pada
perencanaan. Dengan peningkatan kapasitas geser pada kolom tersebut maka akan
meningkatkan kemampuan struktur dalam melakukan deformasi.
30
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
adalah polyester, vinylester (epoxy) dan filler yang digunakan adalah kaolin clay,
calcium carbonate, dan alumina. Sedangkan fiber nya adalah jenis glass, carbon,
dan aramide.
Perkuatan kolom dengan menggunakan metode FRP memberikan
kemudahan dari banyak aspek serta dapat menggantikan metoda perkuatan yang
telah ada. Perkuatan kolom dengan metoda ini akan meningkatkan kekuatan geser
dan kuat tekan sebagai akibat dari kekangan dari material fiber. Metoda perkuatan
ini sering diaplikasikan dalam hal perkuatan seismik pada jembatan dan juga
dalam renovasi bangunan.
Pelaksanaan metoda ini pada dasarnya adalah dengan memasang lembaran
fiber pada permukaan beton. Prosedur pemasangan fiber dapat dilihat pada
diagram berikut ini:
Gambar 2.14 Diagram Tipikal prosedure perkuatan kolom menggunakan FRP
Keuntungan menggunakan FRP sebagai bahan perkuatan kolom
dibandingkan perkuatan lainnya antara lain:
•
FRP memiliki berat yang ringan dibandingkan dengan baja dan beton
serta memiliki kekuatan yang tinggi.
32
Universitas Sumatera Utara
•
FRP lebih mudah dan cepat dikerjakan dan dipasang di lapangan, tidak
membutuhkan tenaga kerja terlatih seperti welders .
•
FRP cukup dilekatkan pada beton dengan menggunakan epoxy resinnya sehingga tidak menghasilkan kebisingan.
•
FRP dapat dipasang pada kolom yang sangat panjang.
•
Jika terjadi kerusakan pada pemasangan dan masa bekerjanya FRP
dapat dengan mudah diperbaiki dengan menambahkan lapisan baru.
•
Tahan terhadap korosi dan lingkungan yang reaktif.
•
Tingkat durabilitas yang lebih tinggi dibandingkan material perkuatan
lainnya.
•
Tidak terlalu mengubah struktural kolom existing, terutama ukuran
jika dibandingkan dengan steel dan concrete jacketing.
Walaupun
memiliki
banyak
keuntungan
tetapi
metode
perkuatan
menggunakan FRP juga memiliki beberapa kerugian antara lain resiko terhadap
bahaya kebakaran yang cukup tinggi, sehingga FRP perlu dilindungi oleh lapisan
plesteran beton dan harga FRP yang relatif tinggi.
FRP terdiri dari beberapa jenis seperti bar, wrap, dan strip. Jenis bar
digunakan untuk menggantikan tulangan pada struktur baru. Jenis strip digunakan
pada balok, kolom, san pelat. Sementara wrap paling banyak digunakan pada struktur
kolom.
Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) merupakan salah satu jenis FRP
yang pengaplikasi-an nya dalam bentuk wrap pada struktur. CFRP merupakan sejenis
33
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Pada penggunaannya CFRP berfungsi sebagai berikut :
Meningkatkan kekuatan kompresi dari kolom.
Melapisi dan memperkuat kolom yang telah mengalami retak.
Meningkatkan kekuatan geser dan kekuatan fleksural dari kolom beton.
Menambah atau menggantikan penulangan yang berkurang akibat
kerusakan.
2.4.3
Aplikasi CFRP Pada Kolom Bangunan
Penggunaan FRP telah banyak digunakan pada bangunan-bangunan
seperti jembatan, gedung-gedung, dll. Karena bahannya yang kuat, sederhana dan
tidak mencemari lingkungan maka bahan ini banyak dipakai. Berikut ini adalah
contoh bangunan yang menggunakan bahan CFRP tersebut :
a. Kolom Gedung
CFRP dipasang sebagai wrap pada kolom hingga seluruh permukaannya
terlapisi. Bahan tersebut merupakan perpaduan antara fiber dengan resin.
CFRP tersebut sangat baik digunakan pada kolom berbentuk bulat
dibandingkan dengan kolom yang berbentuk bujur sangkar dengan luas
penampang yang sama. Selain bentuknya yang tidak perlu dibentuk dengan sudutsudut tertentu pada kolom bulat, material ini juga akan lebih kuat dan terisi penuh
pada kolom berbentuk bulat.
35
Universitas Sumatera Utara
b. Kolom Jembatan
Pemasangan CFRP pada kolom jembatan harus didahului dengan
pemasangan kait penjepit pada bagian sekitar peletakan CFRP dan pada sekitar
permukaan bagian atas kolom.
2.4.4
Pemasangan CFRP pada Kolom
Sebelum dilakukan pemasangan CFRP pada kolom, perlu dilakukan
koreksi terhadap kolom sehingga pada waktu pemasangan akan menjamin
keselamatan dan kenyamanan. Pemasangan CFRP pada kolom dilakukan dengan
2 tahap yaitu pekerjaan pada CFRP terlebih dahulu, kemudian pemasangan CFRP
pada kolom.
2.4.5
Beban Aksial Ultimate yang Dapat Dipikul Oleh Kolom Akibat
Pengaruh CFRP
Pada penjelasan sebelumnya telah disebutkan bahwa, keretakan yang
terjadi pada beton disebabkan oleh tegangan yang terjadi pada daerah gabungan
yang terkekang. Berdasarkan hasil ekperimental (ACI Committe 440,2002), kuat
tekan akibat tegangan kekang dapat dirumuskan sebagai berikut :
F‟cc
= f‟c
[ 2,25 √
-2
- 1,25 ] (2.6)
Dimana :
36
Universitas Sumatera Utara
F‟cc
= Kuat tekan kekangan beton
F‟c
= kuat tekan beton
F‟cp
= tegangan kekang sumbangan CFRP
Dengan demikian, kapasitas beban aksial ultimate yang dapat dipikul oleh kolom
adalah :
Untuk kolom dengan sengkang spiral :
Pn = 0,85
[ 0,85 f‟cc Ψf (Ag - Ast) + Ast Fy ]
(2.7)
Untuk kolom dengan sengkang persegi :
Pn = 0,80
[ 0,85 f‟cc Ψf (Ag - Ast) + Ast Fy ]
(2.8)
Dimana :
Ψf
2.5
= Faktor reduksi kekangan CFRP
PENGARUH KEKANGAN TERHADAP KOLOM
Aplikasi pengekangan pada kolom biasanya dapat berupa tulangan
sengkang yang berfungsi sebagai pengikat maupun spiral. Dalam tugas akhir ini
pengekangan dilakukan dengan tulangan sengkang yang berfungsi sebagai
tulangan pengikat agar beton tidak pecah. Efek dari kekangan ini nantinya akan
meningkatkan kekuatan dan tegangan ultimate beton. Selain itu, pengekangan
juga akan memberikan material beton bertulang yang cukup daktail.
Pada tugas akhir ini, karakteristik tulangan longitudinal yang digunakan
mempunyai Ø 7 mm, sementara tulangan sengkang memiliki Ø 5mm. Hasil
37
Universitas Sumatera Utara
pengujian kuat tarik baja tulangan yang digunakan tersebut dapat dilihat dari tabel
berikut :
Tabel 2.3Spesifikasi baja tulangan
yang digunakan
Tulangan Ø 7 mm Tulangan Ø 5 mm
No
Keterangan
1
Tegangan Leleh baja (fy)
474,2 Mpa
417,8 Mpa
2
Tegangan Tarik max (fsu)
598 Mpa
519,71 Mpa
3
Tegangan Putus baja (fsp)
428,4 Mpa
402,5 Mpa
4
Fyactual/fyspec
1,98
1,74
5
Fsu/fy
1,26
1,25
Dari tabel dapat dilihat bahwa tegangan leleh baja tulangan hampir 2 kali
spesifikasi pabrik baja U24 (fy = 240 Mpa).
Menurut SNI 03-2847-2002 syarat pengekangan pada kolom beton
dirumuskan sebagai berikut :
Pada seluruh tinggi kolom harus menggunakan tulangan transversal
sesuai dengan jarak yang telah ditentukan.
Spasi tulangan transversal pengekang minimum dari ¼ dari
dimensi komponen terkecil atau pun 6x diameter tulangan
longitudinal.
Pengekangan harus dilakukan pada seluruh daerah sendi plastis
Rasio tulangan spiral tidak boleh kurang dari :
38
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Efek pemberian fiber sebagai kekangan dalam jangka waktu yang lama
harus diperhatikan juga karena pada penggunannya kolom harus dapat berdiri
sendiri setelah masa layannya berakhir. Yagi,dkk. (1997) mengadakan percobaan
untuk mengetahui resistensi material fiber terhadap cuaca yaitu dengan diperiksa
dengan memeriksa kuat tarik lembaran fiber setelah tiga tahun dalam keadaan
natural
exposure
dan
setelah
accelerated
exposure.
Proses
perkuatan
menggunakan fiber berarti menambahkan material baru pada kolom beton oleh
karena itu material fiber ini juga akan memikul tegangan dan menjadi sangat
penting untuk menjamin penyaluran tegangan pada bidang batas antar beton
dengan fiber terpelihara dengan baik selama masa layan dari suatu struktur.
2.5.3
Tegangan dan Regangan Beton dengan CFRP
Peningkatan regangan pada beton akan berbanding lurus dengan
peningkatan tegangan aksial nya. Regangan pada beton tak terkekang tipikal
diasumsikan sebesar 0,003. Artinya bahwa setelah nilai regangan melampaui batas
0,003, maka beton akan mengalami retak dan pengekangan sepenuhnya yang
diberikan oleh CFRP akan bekerja secara optimal.
Percobaan yang dilakukan oleh ilmuwan Omar Chaallal dan Munzer
Hassan (2006) berdasarkan perhitungan dan desain sebagai berikut :
a. Penampang bidang rata akan tetap rata setelah mengalami lentur,
prinsip Bernoulli menyatakan bahwa regangan yang dialami oleh beton
43
Universitas Sumatera Utara
dan baja tulangan pada titik yang beragam pada penampang akan
berbanding lurus dengan garis netral.
b. Momen lentur terjadi pada sumbu simetri penampang
c. Regangan maksimum pada serat beton tak terkekang terluar adalah
sebesar 0,003, sementara regangan ultimit sebagai pengaruh tulangan
sengkang adalah sebagai berikut :
(2.14)
Untuk beton yang terkekang oleh CFRP, regangan serat maksimum
ditentukan dengan rumus sebagai berikut :
(2.15)
(2.16)
Dimana,
fuj = tegangan ultimit jacket dari CFRP
uj = regangan ultimit jacket dari CFRP
fcc‟ = tegangan tekan terlindung sengkang
ss = rasio tulangan sengkang akibat CFRP
Nilai dari tegangan ultimit CFRP hanya sebesar 50% dari modulus
elastis CFRP yang menyebabkan nilai regangan menjadi sangat besar
dibandingkan dengan yang tidak terkekang. Hal ini bisa saja
44
Universitas Sumatera Utara
menyebabkan kecukupan pada kapasitas geser beton yang akan
mengakibatkan kelebihan beban mendadak (Priestley, 1996).
d. Kekuatan tarik hanya dipikul oleh baja tulangan dan CFRP, sementara
itu kekuatan tarik beton diabaikan.
e. Kekuatan tekan diberikan oleh baja tulangan dan beton untuk diagram
interaksi yang hanya memperhitungkan kekuatan tekan CFRP.
f. Tegangan beton yang digunakan adalah tegangan beton equivalen,yaitu:
Tegangan beton sebesar fc‟ harus diasumsikan terdistribusi
secara merata pada daerah tekan equivalen yang dibatasi oleh
tepi penampang dan suatu garis lurus yang sejajar sengan sumbu
netral berjarak a=β.x dari serat dengan regangan tekan
maksimum dimana x adalah tinggi garis netral
Jarak x dari serta dengan regangan maksimum kesumbu netral
harus diukur dalam arah tegak lurus terhadap sumbu tersebut.
Nilai β = 0,85 untuk fc‟≤ 30 Mpa, tetapi β1 tidak boleh kurang dari 0,65.
Sebuah kajian komprehensif dan gambaran model disajikan oleh Teng dan
Lam (2004). Menurut Teng dan Lam, model tegangan-regangan yang diusulkan
FRP beton terkekang dapat diklasifikasikan terutama dalam dua kategori utama:
model orientasi desain dan orientasi analisis. Dalam model orientasi desain, kurva
tegangan-regangan yang dihasilkan menggunakan bentuk tertutup sederhana
berdasarkan evaluasi dan interpretasi data eksperimen. Dalam analisis berorientasi
45
Universitas Sumatera Utara
model,
kurva
tegangan-regangan
yang
dihasilkan
lebih
detail,
karena
menggunakan sebuah prosedur iteratif dengan mempertimbangkan interaksi antara
inti beton dengan kekangan FRP.
Gambar 2.18 Tegangan-Regangan beton
terkekang CFRP
Pada bagian ini hubungan tegangan dan regangan akan linier dengan
kemiringan berdasarkan kekakuan CFRP.
Beton yang terkekang oleh bahan komposit dapat mempertahankan kuat
tekan dan regangan jauh lebih tinggi dari beton tak terkekang. Kekangan
mencegah perluasan yang terjadi pada benda uji akibat pembebanan uniaksial,
sehingga memberikan kontribusi untuk kapasitas beban yang lebih tinggi.
Penerapan model Mander untuk setiap penampang kolom yang terkekang
mendefinisikan tekanan pengekangan lateral berdasarkan pada geometri
penampang dan menunjukkan adaptasi dari model mereka ke penampang
lingkaran atau persegi panjang, di bawah pembebanan statis atau dinamis, baik
46
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara