TINJAUAN KEKAKUAN PADA KOLOM RETROFIT DENGAN PENGEKANGAN CARBON WRAPPING.

TINJAUAN KEKAKUAN PADA KOLOM RETROFIT DENGAN
PENGEKANGAN CARBON WRAPPING
Oleh : Edy Purwanto1), Rudi Setiadji A2)
ABSTRAKSI / ABSTRACT
Metode pengekangan pada permukaan kolom merupakan salah satu usaha untuk
meningkatkan kemampuan dan kekakuan kolom tersebut. Kekakuan kolom diperlukan
untuk membatasi defleksi lateral struktur. Retakan yang terjadi pada kolom yang rusak
mengurangi nilai kekakuan sehingga diperlukan adanya confinement untuk
memperlambat perluasan retak yang bisa menimbulkan kehancuran kolom pada beban
yang lebih tinggi. Hasil pengujian pada benda uji kolom menunjukkan bahwa kekakuan
KPR pada tahap uncrackec lebih rendah, tetapi mempunyai nilai beban retak pertama
lebih besar. Kekakuar KPR pada tahap cracked mengalami peningkatan hingga lebih
dari tiga kali lipat nilai kekakuan KN, tetapi terdapat nilai beban leleh yang lebih rendah
Confinement method of column surface represent one of the effort to increase
capacity and stiffness of column. Column’s stiffnes is used to restrict lateral deflection
of structure. Crack at damaged column decrease it’s stiffnes so that it needs an
existence of confinement to slow down crack extension which can generate ruination of
structure at higher level load. Result of this experiment indicates that stiffnes of
uncracked phase is lower but it has bigger initial crack load value. Stiffnes at carcked
phase experiences a stiffness three times as value as stiffness of KN, but it has a lower
yield load.

Keywords : confinement, crack, stiffness, increase.
1

1)
2)

Dosen Jur. Teknik Sipil FT UNS
Alumni Jur. Teknik Sipil FT UNS

1

dideteksi. Tegangan berlebihan yang

PENDAHULUAN

timbul
Kerusakan
dapat

disebabkan

manusia.

Faktor

struktur
oleh

bangunan
alam

alam

dan

mempunyai

kontribusi melalui perubahan cuaca,

pada

kolom

bangunan

menghasilkan pola retak, kehancuran
bagian kolom secara lokal, bahkan
keruntuhan

seluruh

struktur

(total

collapse).
Bangunan

proses abrasi, kebakaran, dan gempa

yang

mengalami

bumi. Faktor manusia memberikan

kerusakan bisa dengan mudah diganti

pengaruh

perhitungan

dengan bangunan baru, tetapi pada

beban rencana yang tidak tepat oleh

situasi bangunan yang rusak banyak

perancang

jumlahnya dan biaya penggantiannya

pada

proses

bangunan,

berkurangnya
kelebihan

sangat tinggi tidak memberi pilihan

penambahan air dalam mix design,

selain perbaikan. Perbaikan kerusakan

dimensi elemen struktur yang berkurang

dapat

akibat kesalahan pemasangan bekisting

bangunan seperti semula, tetapi untuk

ataupun tulangan, dan pembebanan

menghindari terjadi kembali kerusakan

yang melebihi beban rencana oleh

dengan penyebab yang sama diperlukan

pengguna

peningkatan

kekuatan

beton

karena

bangunan.

Kerusakan

mengembalikan

kemampuan

kemampuan

struktur

beban

(retrofit). Kerusakan bangunan selain

biasanya terlihat jelas dan mudah

total collapse dapat diperbaiki dengan

bangunan

akibat

kelebihan

2

berbagai teknik, misalnya pengisian

material dan teknologi yang tersedia.

retak dengan epoxy injection grouting,

Perbaikan

elemen

perbaikan bagian yang hancur dengan

perkuatan

eksternal

polymer/epoxy mortars, dan pemberian

bertulang

kurungan (confinement) bagian yang

menghasilkan pertambahan beban dan

rusak untuk meningkatkan kekuatan

pertambahan dimensi yang cukup besar

steel

dengan

encasing,

concrete

di

sehingga

struktur

dengan

lapisan

sekeliling

beton

penampang

mengganggu

arsitektural

encasing, atau fiber wrap encasing.

bangunan. Situasi tersebut menjadi

Analisa tingkat kerusakan dilakukan

pertimbangan

dahulu

perbaikan dengan

untuk

perbaikan.

pemilihan

Menurut

metode

Thermou

dan

untuk

melakukan

fiber wrapping

sebagai bahan perkuatan yang relatif

Elnashai (Bai, 2003) terdapat beberapa

ringan,

faktor yang mempengaruhi pemilihan

mempunyai

teknik perbaikan, yaitu : perbandingan

terhadap korosi, dan hanya sedikit

biaya terhadap keutamaan struktur,

menambah dimensi kolom.

ketersediaan tenaga kerja, jangka waktu

mudah

Hampir

dalam

kekuatan

semua

pemasangan,
besar,

kolom

tahan

pada

pekerjaan, fungsi dan estetika bangunan

struktur beton mengalami gaya fleksural

yang

disamping

ada,

kekuatan,
pondasi

kecukupan

dan
yang

daktilitas,
masih

kekakuan,

gaya

tekan.

Hal

ini

kapasitas

disebabkan letak beban yang tidak

mencukupi,

berada di pusat penampang kolom, atau

3

disebabkan kolom menahan sebagian

tanpa perkuatan. Retakan yang terjadi

dari momen pada ujung balok yang

pada kolom yang rusak mengurangi

ditopangnya. Selain defleksi vertikal

nilai kekakuan dan diperlukan adanya

balok, defleksi lateral rangka struktur

confinement

harus menjadi pertimbangan dalam

perluasan retak yang bisa menimbulkan

perencanaan struktur rangka beton.

kehancuran penampang beton pada

Defleksi lateral harus dibatasi untuk

tahap

mencegah perasaan tidak nyaman bagi

sehingga diperkirakan carbon fiber

pengguna bangunan, kerusakan pada

wrapping

partisi, atau efek P- yang berbanding

kekakuan kolom perbaikan.

terbalik

LANDASAN TEORI

dengan

kekakuan

lateral.

Defleksi lateral rangka dipengaruhi oleh
kekakuan

semua

elemen

penyusun

pembebanan

akan

memperlambat

yang

mampu

tinggi,

menambah

Peningkatan Kapasitas Struktur
Peningkatan
(retrofit)

struktur termasuk kolom.

untuk

pada

kapasitas
umumnya

struktur
dapat

Berdasarkan jenis serat perkuatan

dilakukan dengan dua metode. Metode

yang ada, carbon fiber mempunyai

pertama adalah structure-level retrofit

kekuatan dan kekakuan yang terbesar.

yang meliputi modifikasi menyeluruh

Penelitian sebelumnya

terhadap sistem struktural. Modifikasi

menunjukkan

peningkatan kekakuan kolom dengan

tersebut

dapat

berupa

penambahan

carbon fiber wrap dibanding kolom

dinding struktural atau steel braces.

4

Penambahan dinding struktural atau

penambahan concrete jacket atau FRP

perbaikan dinding geser yang sudah ada

jacket pada kolom yang berfungsi

efektif

lateral

sebagai confinement. Perbaikan ini lebih

bangunan dan mengurangi kerusakan

efektif dari segi biaya karena hanya

elemen struktur. Biaya dan waktu dapat

komponen

dikurangi dengan pemakaian shotcrete

ditingkatkan kemampuannya. Perkuatan

atau precast panels. Pemasangan steel

kolom dengan FRP jacket bertujuan

bracing efektif meningkatkan kekuatan

untuk meningkatkan kapasitas geser,

dan kekakuan keseluruhan bangunan.

daktilitas,

Pondasi mungkin mendapat tambahan

akibat lentur. Pemasangan yang mudah,

beban pada lokasi bracing sehingga

rasio kekuatan terhadap berat yang

pondasi tersebut masih perlu dievaluasi

besar, dan ketahanan terhadap korosi

kembali. Sambungan terhadap rangka

menjadi pilihan utama untuk perbaikan

beton

walaupun harga FRP cukup mahal.

mengontrol

dapat

defleksi

menjadi

bagian

yang

berbahaya selama pembebanan terutama
saat gempa. Metode retrofit kedua
adalah

member-level

retrofit

yang

meliputi peningkatan daktilitas elemen
struktur lokal hingga mencapai batas
ijin.

Peningkatan

tersebut

tertentu

dan

saja

kapasitas

yang

deformasi

Kekakuan Kolom
Kolom yang diberi beban titik p
secara

eksentris,

akan

mengalami

momen pada dasar kolom sebesar :
M = p.e

(1)

melalui

5

Kolom mengalami defleksi sebesar 

kolom diperlukan berhubungan dengan

saat beban titik p bekerja, untuk

masalah kekuatan kolom.

kesetimbangan gaya internal, momen

Perencana

struktur

harus

memperhatikan faktor kekakuan untuk

pada dasar kolom menjadi :
M = p(e+Δ)

(2)

pembatasan defleksi yang terjadi dan
tidak hanya memperhitungkan kekuatan
semua komponen struktur agar mampu
menahan beban layan dalam kondisi
elastis. Beton bertulang diperbolehkan
mengalami retak, tidak terjadi leleh
pada baja tulangan (dapat menyebabkan
retakan lebih lebar), dan beton tidak

Gambar 1. Pembebanan Eksentris

hancur. Keruntuhan struktur daktail

Kolom

dianggap mulai terjadi setelah tulangan
tarik leleh, sehingga pada pembebanan

Kekakuan menunjukkan kemampuan
untuk mengalami defleksi seminimal
mungkin.

Besarnya

defleksi

akan

meningkatkan nilai momen kolom yang
harus

didesain,

sehingga

kekakuan

setelah leleh faktor daktilitas lebih
berperan dibanding kekakuan karena
berfungsi sebagai cadangan kapasitas
defleksi pada kondisi beban yang
berlebihan.

6

Defleksi kolom akibat beban titik

beton

bertulang

karena

harus

statis eksentris pada Gambar 1 dapat

mempertimbangkan pengaruh retakan

dihitung dengan persamaan :

dan kontribusi beton terhadap tegangan

 p.eL2

Δ

tarik (Paulay, 1992). Hubungan antara
(3)

2 EI

beban dengan defleksi elemen beton

dimana : p=beban titik statis eksentris,

bertulang dapat diidealisasikan menjadi

e=eksentrisitas beban, L=tinggi kolom,

bentuk trilinier dari tahap sebelum

E=modulus

retak, setelah retak, dan setelah tulangan

elastisitas

material,

I=momen inersia penampang kolom.

tarik

Nilai

rumus

pembebanan dengan hubungan linier

defleksi yang ada didapatkan dari

dari awal hingga runtuh meliputi tahap

persamaan berikut :

berikut :

kekakuan

berdasarkan

K
K

p
Δ

(4)

2 EI
eL2

(5)

elemen

pada
dan

ukuran

modulus

(Nawy,

1990).

Tahap

1. Tahap uncracked, pada daerah ini
hubungan beban dan defleksi linier

Kekakuan lentur pada awalnya
tergantung

leleh

geometri
elastisitas

materialnya. Hubungan tersebut tidak
berlaku secara sederhana pada struktur

elastis hingga beban retak pertama
(Pcrack). Retak pertama terjadi saat
tegangan tarik melebihi kekuatan
tarik beton. Besarnya kekakuan tahap
ini sebesar kemiringan kurva yang
dihitung dengan rumus :

7

K

Pcrack
d crack

(6)

Kemiringan
penurunan

kurva
lebih

2. Tahap cracked, terjadi setelah Pcrack

tegangan

tekan

dimana retakan mulai terbentuk dan

maksimal

pada

kontribusi kekuatan tarik beton tidak

(Ppeak).

ada. Akibat hal tersebut kekakuan

mengalami

cepat
beton

sampai
mencapai

beban

puncak

4. Tahap post peak, dari titik Ppeak

berkurang hingga kondisi tulangan

regangan

tarik leleh pada nilai beban leleh

bertambah hingga akhirnya beton

(Pyield). Selama tahap ini, baja

daerah tekan hancur dan terkelupas

tulangan mulai kehilangan kekuatan

pada saat beban runtuh (Pfailure)

lekat dan retakan bertambah banyak.

tercapai.

beton

daerah

tekan

Nilai kekakuan tahap ini dihitung
melalui persamaan :

K

Pyield  Pcrack
d yield  d crack

(7)

3. Tahap post yield, terjadi setelah titik
Pyield dimana tulangan tarik mulai
mengalami regangan leleh pada nilai
tegangan leleh tulangan yang tetap.

Gambar 2. Kurva Beban- defleksi (P-) Elemen
Struktur Daktail

8

Tabel 1. Kode nama sampel

METODOLOGI PENELITIAN
Benda Uji
Benda

uji

Silinder Beton

yang

digunakan

dalam

penelitian ini ada dua macam, yaitu
berupa

silinder

dan

kolom.

Jenis

silinder ada dua buah, yaitu silinder
normal dan silinder terkekang, sedang
kolom yang dipakai adalah kolom yang
telah

rusak

karena

pengujian

Kode
SN-1
SN-2
SN-3
SW-1
SW-2
SW-3
SW-4

Jmla
1
1
1
1
1
1
1

Kolom Beton
Bertulang
Kode
KN-1
KN-2
KN-3
KPR-1
KPR-2
KPR-3

Jml
1
1
1
1
1
1

Keterangan
S = silinder
N = normal
W = wrapping satu
lapis CFRP
KN = kolom normal
KPR = perbaikan dan

sebelumnya, selanjutnya kolom tersebut
diperbaiki

dan

diperkuat

dengan

Tahapan dan Prosedur Pengujian

memakai bahan carbon fiber berupa

Benda Uji Kolom

CFRP-Wrapping yang dipasang dalam

Semua benda uji yang telah diperbaiki

arah transversal sebanyak satu lapis.

dan diperkuat dengan bahan carbon
wrapping, setelah berumur 28 hari
kemudian di-set-up pada loading frame
dan

diberi

beban

secara

eksentris

dengan eksentrisitas sebesar 120 mm.
Pembebanan dilakukan secara bertahap
dengan interval kenaikan beban sebesar

9

150 kg. Pembebanan dilakukan sampai
benda uji mengalami keruntuhan yang
direncanakan dengan indikasi beban
telah

melewati

beban

maksimum

kemudian turun sebesar 20 % dari
beban

maksimum

pembebanan

tersebut.

dilakukan

Selama

pengamatan

besarnya lendutan yang terjadi diujung
atas benda uji kolom yang sebelumnya
telah

dipasang

dilakukan

dial

gauge,

pengamatan

juga

terhadap

munculnya retak pada permukaan benda

Gambar 2. Set-up alat dan benda uji

uji dan diukur lebar retaknya. Dari data
beban

dan

lendutan

yang

ada

selanjutnya dibuat grafik hubungan
antara

besarnya beban dan lendutan

untuk mengetahui kondisi beban dan
lendutan pada saat leleh, maksimum
dan saat runtuh.

Hasil Penelitian dan Pembahasan
Dari data beban dan lendutan yang
didapat pada pengujian benda uji kolom
selanjutnya dibuatkan grafik hubungan
beban lendutan seperti
Selanjutnya

dari

gambar 3-5.

gambar

tersebut

diambil data-data beban dan lendutan

10

pada kondisi yang diinginkan saeperti

Beban (Kg)
14000

yang terangkum pada Tabel 2. Sedang

KN-2

KPR-2

12000
10000

nilai

kekakuannya

dihitung

dan

8000
6000

ditabelkan pada Tabel 3.

4000
2000

Beban (Kg)

0

14000

KN-1

KPR-1

0

5

10

15

20

25

30

Defleksi (mm)

12000
10000

Gambar 4. Grafik hubungan beban-lendutan KN-2

8000

dan KPR-5

6000
4000

Beban (Kg)

2000

10000

KN-3

0
0

5

10

15

20

KPR-3

25

Defleksi (mm)

8000
6000

Gambar 3. Grafik hubungan beban-lendutan KN-1
4000

dan KPR-1
2000

0
0

5

10

15

20

25

30

Defleksi (mm)

Gambar 5. Grafik hubungan beban-lendutan KN3dan KPR-3

11

Tabel 2. Beban dan Defleksi Kolom Normal
Kode
Sampel

Retak

Tulangan Tarik

Kapasitas

Kolom

Pertama

Leleh

Puncak

Runtuh

Pcrack

dcrack

Pyield

dyield

Ppeak

dpeak

Pfailure

dfailure

(kg)

(mm)

(kg)

(mm)

(kg)

(mm)

(kg)

(mm)

0,88
1,39
1,25
1,17
5,19
2,38
2,07
3,21

6750
7250
7750
7250
6666,67
11076,92
4444,44
7396,01

20,20
22,96
24,05
22,40
17,54
20,93
26,91
21,79

6000
7000
7250
6750
10000
10000
4750
8250

21,50
24,10
26,10
23,90
22,86
26,32
28,52
25,90

KN-1
KN-2
KN-3
ratarata
KPR-1
KPR-2

750
1250
1250
1083,33
2380,95
1176,47
KPR-3 588,24
rata-rata 1381,89

18,95
7250
19,30
8250
21,33
8750
19,86 8083,33
9,22
11750
16,46 11750
10,75
6000
12,14 9833,33

Tabel 3. Hasil Perhitungan Kekakuan Kolom
Kode
Sampel

Tahap uncracked
Pcrack
dcrack
K

KN-1
KN-2
KN-3

(kg)
(mm) (kg/mm)
750,00
0,88 852,27
1250,00
1,39 899,28
1250,00
1,25 1000,00

KPR-1
KPR-2
KPR-3

2380,95
1176,47
588,24

5,19
2,38
2,07

Tahap cracked
Pyield
dyield
K
(kg)
(mm) (kg/mm)
6750,00 18,95 332,04
7250,00 19,30 335,01
7750,00 21,33 323,71

458,76 6666,67
494,32 11076,92
284,17 4444,44

9,22 1063,45
16,46 1431,54
10,75 444,26

12

Tabel 4. Perbandingan Nilai Rata-rata Kekakuan
Tahap uncracked
Pcrack
dcrack
K

Kode
Sampel

(kg)
1083,33
1381,89
1,28

KN
KPR
Rasio

Tahap cracked
Pyield
dyield
K

(mm) (kg/mm)
(kg)
1,17 917,18 7250,00
3,21 412,42 7396,01
2,74
0,45
1,02

Dari hasil analisis yang dilakukan

(mm) (kg/mm)
19,86 330,25
12,14 979,75
0,61
2,97

retak sampel KN) menyebabkan nilai

maka bisa diketahui bahwa kekakuan

momen

tahap uncracked semua sampel KPR

sehingga kekakuan berkurang dan setiap

mengalami

penambahan

penurunan

dan

hanya

inersia

penampang

beban

diikuti

kecil,

dengan

bernilai rata-rata 45% dari kekakuan

pertambahan defleksi yang besar. Beban

kolom

penurunan

retak awal KPR meningkat walaupun

tersebut defleksi saat retak pertama

kekakuan turun. Beban retak awal KPR

KPR lebih besar 274% dibanding

naik menjadi 128% dibanding beban

defleksi saat retak pertama sampel KN,

retak awal KN. Pertambahan defleksi

lebar retak awal KPR juga bertambah

yang besar mempercepat pertambahan

22%. Sebagian penampang sepanjang

regangan

aksial

dan

kolom yang sudah banyak mengalami

memicu

peran

CFRP

retak akibat pengujian pada kondisi

Pengaruh CFRP confinement adalah

kolom normal (terlihat jelas dalam pola

memperluas

normal.

Akibat

daerah

lateral

tekan

untuk

wrapping.

dengan

13

netral,

KPR lebih kecil dibanding retak pada

mencapai sebagian daerah yang sudah

KN dan terdapat beberapa retakan KN

retak sehingga mampu meningkatkan

yang tidak terlihat kembali pada pola

nilai beban retak awal. Perluasan daerah

retak KPR. Kenaikan kekakuan tersebut

tekan terlihat dari pola retak yang

mengurangi defleksi KPR saat leleh,

terjadi, dimana pertambahan retakan

defleksi saat leleh KPR berkurang

terjadi secara bertahap dan tidak secara

menjadi

langsung membentuk retakan sepanjang

menjadi 102% setara dengan beban

retakan lama. Sampel KPR mengalami

leleh

kenaikan kekakuan mencapai 297%

kemungkinan

terhadap

kekakuan KN pada tahap

regangan besar akibat defleksi yang

cracked. Modulus elastisitas CFRP

besar saat tahap uncracked, sehingga

yang besar menambah tahanan terhadap

regangan leleh tercapai lebih awal dan

tekanan lateral beton di daerah tekan,

beban leleh yang terjadi tidak mampu

menghambat perluasan retakan yang

melebihi beban leleh sampel KN.

menurunkan

letak

garis

terjadi setelah tegangan tarik kolom
melebihi kekuatan tarik beton sehingga
kekakuan

meningkat.

Pencegahan

perluasan retakan terlihat dari pola

61%.

Beban

KN.

leleh

Kondisi
karena

KPR

tersebut

sudah

terjadi

Kesimpulan
Berdasarkan

hasil

analisisi

kekakuan dalam penelitian ini dapat
diambil beberapa kesimpulan :

retak, dimana kedalaman jalur retak

14

1.

Perbaikan dengan retrofit kolom

untuk

memakai CFRP wrapping tidak

tekan beton.

meningkatkan kekakuan kolom
pada

tahap

Kekakuan

kolom

kekuatan

perbaikan

dengan retrofit tahap pembebanan

pembebanan

uncracked,

2.

3.

meningkatkan

cracked

sebaliknya

naik

menjadi

297%.

kekakuannya turun menjadi 45%.

Kenaikan

nilai

tersebut

Penurunan

kekakuan

tersebut

disebabkan

pengaruh

modulus

disebabkan

banyaknya

retakan

elastisitas CFRP wrapping yang

terdahulu akibat pengujian kolom

besar,

normal.

perluasan retak.

Penurunan

kekakuan

kolom

4.

sehingga

Peningkatan

menghambat

kekakuan

kolom

perbaikan dengan retrofit tahap

perbaikan dengan retrofit tahap

uncracked menyebabkan defleksi

cracked

saat retak pertama lebih besar

defleksi saat tulangan tarik leleh

274% daripada kolom normal,

menjadi 61% dibanding kolom

tetapi nilai beban retak pertama

normal. Beban saat tulangan tarik

mampu meningkat menjadi 128%,

leleh menjadi 102% walaupun

akibat

besar

defleksi saat leleh berkurang,

memicu peran CFRP wrapping

regangan yang sudah besar setelah

regangan

yang

melewati

berhasil

tahap

mengurangi

uncracked

15

menyebabkan

regangan

leleh

De Lorenzis, L., 2001, A Comparative
Study

tercapai lebih awal.

of

Models

Confinement

of

Daftar Pustaka

Cylinders

with

Applied Technology Council, 1998,

Composites,

Repair

of

Damaged
Masonry

Earthquake

Concrete
Wall

and

University

on

Concrete
FRP
Chalmers

of

Technology,

Goteborg.

Buildings,

Harries, K. A., & Carey, S. A., 2002,

FEMA 308 Report, Federal

Shape and Gap Effect on the

Emergency

Behavior oj Variably Confined

Management

Concrete,

Agency, Redwood City.
Bai, J. W., 2003, Seismic Retrofit for
Reinforced Concrete Building
Structures,
Based

Consequence-

Engineering

(CBE)

Institute Final Report, MidAmerica Earthquake Center,

Cement

and

Concrete Research, Elseviel
Science Ltd.
Lam, L., & Teng , J.,G.,., 2003, Designoriented Stress-strain Model
for FRP confined Concrete in
Rectangular Columns, Journal
of Reinforced Plastics and
Composites, Sage Publication.

Texas.
.

16