PERKUATAI\ T,STRENGTHENTNq STRUKTUR BETON DENGAN FIBER REINFORCED POLYMER (FRP) Ignatius Christiawan Jurusan Teknik Sipil PSD III Teknik, UNDIP Semarang Jl, Prof Sudarto SH, Pedalangarl Tembalang, Semaran g 50239 Abstract
In efort fulfill requirement the well building infrastructure, safety of building user such as building avalanche damage as result of earthquake is principal priority. Load addition on butlding tryceeds the planning load as result of the iwoluntary building function change always generating the building ovalanche damage. It was needed evalaate to the strength of building structure ut the aisting condition and strengthening if it was needed before the structure given the new load One of the strength procedure is external reinforcement method especially give Fiber Reinforced Polymer (FRP) that it was adhered on the concrete companent surface which reinforced by epoxy glue. From several former reseorches, base anatysis and bent plannrng along with uample of the praaice catqtlation of beam strength by FRP can be concluded that the use of FRP in combination with the others strength method is eary and .oracticefor conducted and also capable to increase the strength of concrete beam bent.
Kcywords: loqd addition, strength, sofety
I. PENDAIIULUAN
dalam mendukung beban baru
Dalam usaha memenuhi kebutuhan
akibat
pertambahan beban.
keselamatan pengguna bangunan terhadap
Perkuatan struktur biasanya dilakukan sebagai upaya pencegahan
bahaya keruntuhan bangunan merupakan
sebelum
prioritas utama Penambahan beban pada
kerusakan/kehancuran. Perkuatan atau
bangunan diluar beban rencana sebagai
perbaikan struktur diperlukan apabila terjadi
akibat perubahan fungsi bangunan tanpa
kerusakan yang menyebabkan degradasi
disengaja sen'ng menimbulkan
bencana
yang berakibat tidak terpenuhi lagi
keruntuhan bangunan. Diperlukan evaluasi
persyaratan-persyaratan yang bersifat teknik
kekuatan struktur bangunan pada kondisi
yaitu kekuatan, kekakuan dan
existing dan perkuatan (strengthening) bila
kestabilan, serta ketahanan terhadap kinerja
diperlukan sebelum struktur diberi beban
tertentu (Triwiyono, 1998)
infrastruktur bangunan gedung yang baik
yang baru
Perkuatan diterapkan pada struktur atau komponen struktur yang belum rusak,
struktur
Secara umum
mengalami
daktilitas,
dilakukannya
perkuatan disebabkan oleh beberapa hal antara lain
:
agar didapatkan kapasitas yang lebih besar 25
(a). Kesalahan perencanaan
melindungi beton terhadap kerusakan.
(b). Kesalahan pelaksanaan
Bahan selubung
(c). Perubahan fungsi yang berakibat
metaUbajq karet, beton, komPosit.
(c).
penambahan beban,
ini daPat beruPa
Penambahan tulangan, metode ini
(d). Perkembangan ilmu pengetahuan,
digunakan untuk memperkuat elemen
(e). Timbulnya keluhan terhadaP
struktur agar dapat berfungsi lagi atau
menambah kemampuan elemen struktur memikul beban. Tulangan tambatran dapat berupa tulangan
kenyamanan struktur
(f). Perubahan persyaratan untuk memenuhi peraturan Yang baru. Setelah diketahui dan dimungkinkan
longitudinal ataupun lateral. Perkuatan dengan pemberian bahan
struktur dapat diperkuat maka langkah selanjutnya adalah pemilihan metode
Fiber Reinforced Polymer (F'nP)
perkuatatr untuk masing-masing elemen
dilakukan dengan oara menempelkan pada
struktur. Pemilihan metode
perkuatan
permukaan beton lama dengan banfuan
dipengaruhi oleh beberapa pertimbangan,
perekat epory pada prinsipnya sama dengan
antara lain
metode steel plate bonding
:
,
yang
steel and
concrete jacketing.
(a). Efektifitas perkuatan
(b). Kemudahan pelaksanaan
IL Perkuatan Struktur Dengan Frp
perkuatan
(c). Biaya, dalam hal ini terkait
dengan
pemilihan bahan agar diperoleh hasil
2.1 Kelebihan dan
Kekurangan
Penggunaan FRP
perbaikan yang kekuatannya sesuai
Perkuatan struktur dilakukan apabila
dengan yang diinginkan dan daPat
di masa yang akan datang diperkirakan akan
tahan larna.
terjadi kerusakan yang
menyebabkan
Beberapa metode perkuatan yang dapat
penurunan kekuatan, kekakuan, stabilitas
dilakukan diantaranya adalah
dan integritas serta ketahanan
:
terhadap
(a). Shotcrete, metode ini dilakukan dengan
kondisi lingkungan yang bersifat merusak
cara menyemprotkan mortar atau beton
bangunan. Pemilihan metode perkuatan
(biasanya dengan ukuran agregat yang
merupakan keputusan
kecil) pada permuakaan beton
Yang
terhadap beberapa aspek antara lain aspek
alat
biay4 tersedianya bahan/material,
diperbaiki dengan suatu bertekanan,
(b).
Jaclceting, merupakan penggunarul
hasil
kompromi
kelengkapan peralatan, pembebanan, tenaga
dan waktu pelaksanaan serta aspek estetika
bahan berupa selubung Yang daPat 26
llllllllllillilllllllllllllllilllilLilili
LlilLil,
i,l
r.u
I
dan arsitektur bangunan.
Sehingga untuk mengatasi kekurangan ini
FRP diproduksi dalam bentuk pelat
dan
lembaran
tipis
sehingga
bisa
diperlukan proteksi, misalnya
dengan
pelapisan atau penutupan dengan mortar.
menyesuaikan dengan bentuk komponen
Penggunaan FRP pada bangunan
yang akan diperkuat. Beberapa faktor
yang mungkin terjadi kebakaran
keunggulanlkelebihan penggunaan FRp
dibatasi kenaikan kapasitas lenturnya agar
(Hartono dan Sentos4 2003) antara lain
nantinya
a.
:
yd
Kuat tarik sangat tinggi (+ 7
10
kali lebih tinggi dari baja U39)
b.
c.
Sangat ringan (density
=
atau
kerusakan pada FRP karena suhu yang
1,4 -2,4
masih bisa tetap bertahan memikul beban
gt/cm3,4 s/d 6 kali lebih ringan dari
selama kebakaran berlangsung (sekitar 30%
baja)
dari beban hidup) (Triwiyono, 2006\.
Pelaksanaan pekerjaan
sangat
2.2 Penelitian Tentang Perkuatan Dengan
d. Pada pekerjaan perbaikan/ perkuatan jembatan tidak
F.RP
Sejauh
.
ini
diketahui
bahwa
memerlukan penutupan lalu-lintas.
penelitian tentang perkuatan struktur beton
Tidak memerlukan area kerja yang
antara lain pada pelat, balok dan kolom
luas.
dengan .FRP telah banyak dilakukan, antara
f. Tidak memerlukan g.
jika terjadi kegagalan
sangat tinggi, komponen struktur diharapkan
mudah dan cepat.
e.
harus
sambungan
lain Nguyen dkk, (2003)
datam
$oint) walaupun bentang yang harus
penelitiannya menyatakan
bahwa
diperkuat cukup paqiane.
plat carbon fiber reinforced polymer (CRFP) menunjukkan adanya penambahan
Tidakberkarat.
peningkatan kapasitas ultimit balok sampai
Sedangkan
faktor kekurangan
diantaranya adalah
a-
b.
FRp
:
132
%
dengan bentuk kegagalan yang
tergantung pada panjang pelat CRFP. Jenis
Kurang tahan terhadap suhu yang
kegagal an y ang teqadi arftara lain kegagalan
tinggi, dengan suhu sekitar 70o C,
lentur dan pecahnya beton antara plat CRFP
bahan perekat epo)ty resin akan
dan tulangan longitudinal pada bagian ujung
berubah dari kondisi keras menjadi
plat CRFP,
lunak, bersifat plastis sehingga daya
te{adi ketika balok diperkuat dengan pelat
lekatnya akan menurun.
CRFP dengan panjang pelat terbatas.
Kurang tahan tcrhadap sinar ulha
kegagalan pecahnya beton
l,orenzis dkk, (2000)"
dalam
violet. 27
penelitiannya menggunakan batang Near
2.3. Perkuatan Lentur Dengan .ERP
Surface Mounted Fiber Reinforced Polymer
Dalam Triwiyono (2006), dasar
(NSM FitP) sebagai perkuatan kapasitas
perhitungan kapasitas lentur balok yang
lentur dan geser balok beton bertulang.
diperkuat dengan FM berdasarkan rekomendasi dari ACI Committee 440
Balok yang diperkuat pada bagian lentur menunjukkan peningkatan kapasitas antara 25,7 yo sampai 44,3 yo bila dibandingkan
(20AT, dengan asumsi batrwa
dengan balok kontrol. Sedangkan pada balok
gagal lekat antara beton dengan pelat FXP,
yang diperkuat pada bagian geser
akan
lepasnya beton disekitar pelat maupun
terjadi peningkatan kapasitas hingga 105,7
panjang penyaluran yang kurang. Kapasitas
Yo. Dalam penggunaan metode
ini,
lekatan
antara batang NSM FRP dan merupakan
hal
penting yang
saat m€ncapai kekuatan lentur tidak terjadi
lentur balok didasarkan pada limit state
ACI 318, yang ditentukan
beton
sesuai dengan
Perlu
oleh batasan kuat tekan beton dan tegangan
leleh baja tulangan serta tegangan efektif
diperhatikan.
Chajes
kerusakan
dkk. (1996),
dalam
penelitiannya dengan mempelajari lekatan
antara plat komposit dan
FRP. resln tvoe
Reducfron foctor Co
Carbodepory
0,95
Glass/epoxy
Aramid/epow
0.75 0,85
Carboilepory
0,85
Glass/epow
0,65
Aramid/epoxy
0,75
Carboilepory
0,85
Glass/epory
0.50
Aramid/epoxy
0,70
Fiber and
Exltosurc condilion
beton
menyimpulkan bahwa persiapan permukaan
beton dapat mempengaruhi kuat
lnlerior uposure
lekat Interior exposure
ultimit. Dalam mendapatkan kemungkinan
(bridges,piers, and
lekatan yang paling baik, permukaan beton
unenclosed parking
harus dibersihkan terlebih dahulu. Permukaan plat komposit jugu harus dikasarkan dengan menggunakan semprotan
sarase) Aggressive erwlronment (chemical plants, wsste water treatment nlants)
butiran-butiran dan kemudian dibersihkan Tabel 2.
dengan suatu larutan seperti aseton.
Dalam penelitian Arjanto (2002)
l. Erwirouental
reduction factor (ACI Committee 440)
Kuat tarik
ultimitfi
yang digunakan
didapatkan hasil bahwa perbaikan dengan
sebagai dasar perencanaan dan analisis
FfiP ini tidak banyak mempengaruhi sifat-
adalah sama dengan tegangan
sifat dinamik komponen sfuktur, misalnya
pabrik
redaman dan frekuensi alaminyq sehingga
reduksi (reduction factor) Cr yarl,g nilainya
bila diterapkan nantinya juga tidak
dipengaruhi oleh kondisi lingkungan tempat
akan
mengubah sifat-sifat dinamik struktur sectra keseluruhan.
ultimit dari
f*n yang dikalikan dengan faktor
bangunan b€rada" demikian
pula nilai
il
regangannya, lihat persamaan (2.1) dan (Z.Z)
Kuat tarik
serta Tabel 2.1.
f n: Crfn n: CrQ*t
e
iltimit f7, yang di gunakan
sebagai dasar perencanaan dan analisis adalah sama dengan tegangan ultimit dari
............(2.1)
..............Q.2)
pabrik
fxr
yang dikalikan dengan faktor
Karena bahan fiber adalah bahan yang
reduksi (reduction factor) C6 yang nilainya
elastik hingga patah, nilai
modulus
dipengaruhi oleh kondisi lingkungan tempat
elastisitasnya dihitung berdasarkan hukum
bangunan beradq demikian pula nilai
Hook:
regangannyq lihat persamaan (2.1) dan (2.2) serlaTabel 2.1.
.c Jn uf" €f, - .....'.'..
.......(2.3)
Crfn s ft: C6€*fu .f n:
Agar perkuatan optimal persyaratan minimum kualitas beton harus dipenuhi, yaitu a"
ftZ
.......,.....,Q.2)
Karena bahan fiber adalah bahan yang
elastik hingga patah,
nilai
modulus
elastisitasnya dihitung berdasarkan hukum
1,4 Mpa
b.fc217
............(2.1)
Itrook:
Mpa
c. sebaiknya tidak digunakan pada
f*
t-'r-
-
beton yang terjadi proses korosi baja
...-......
.......(2.3)
"fu
Agar
tulangan.
Persyaratan kekuatan lentur pada kondisi
perkuatan optimal persyaratan minimum kualitas beton harus dipenuhi,
batas secara umum berlaku
yaitu
oM,
>_
M,
:
............
a
....(2.4)
Dalam analisis tampang,
sebagai
dasar perhitungan untuk mendapatkan
.11,
"ft>_ 1,4 Mpa
b.fcZ l7 Mpa c. sebaiknya tidak digunakan pada
pada kondisi lentur murni dapat diturunkan
beton yang terjadi proses korosi baja
dari
tulangan.
persamaan kesetimbangan gaya-gaya
dalam, lihat persamaan (2.5) dan Gambar
Persyaratan kekuatan lentur pada kondisi
2.1.
batas secara umum berlaku
T, +
77,
= C" * C" ........................(2.5)
dengan :
T,
\2
:
gayatarik baja tulangan
gayatarik sumbangan
FM
:
Dalam analisis tampang
sebagai
dasar perhitungan untuk mendapatkan
M
pada kondisi lentur murni dapat diturunkan
dari
persamaan kesetimbangan gaya-gaya
C":
gayatekan baon
dalam, lihat persamaan (2.5) dan Gambar
C, :
gayatekan baja tulangan
2.1.
Kekuatan geser Y1 kontribusi FftP dapat
,
W-t"rv
nt" = -dengan:
h 7p
dihitung berdasar persamaan (2.14) berikurt
7.................(2.r l)
,, _ Arf n(sin a + cos a)d,
faktor pembesaran
ST
momen (diambil 1,2) Ma
d: A,
f, rt,
Selain
itu
A =Znt
momen desain
rw,
...........(2.15)
tinggi efektif balok
Tegangan
Iuas tulangan
regangan yang terjadi pada kondisi batas
longitudinal (tarik)
geser, yaitu
efektif FRP ditentukan
dari
:
:tegangm leleh tulangan
"fr
kuat tarik FRP
= Ey,E1
dalam Altmark dkk (1998)
disarankan bahwa kuat lentur nominal balok
setelah diperkuat
M, tidak boleh
melebihi
dua kali kuat lentur sebelum diperkuat atau
M,-
l
:
: 4a
M,/M*< 2 ..........................(2. I 2) Gambar 2.2. Perkuatan geser dengan
2.4. PERKUATAN GESER DENGAN
FRP tipa sisi
FRP
Kuat geser nominal I/, merupakan gabungan konstribusi beton T" dan tulangan geser V, dan FRP
l/t(ACI Committee
440).
Ketahanan geser masih dikalikan dengan
fa}tor reduksi kekuatan, sehinga dituliskan sebagai berikut @l/n
=@{Y"+ Y, +
:
Dalam pelaksanaannya regangan e6 dibatasi
nilai berikut: a. untuk wrap yang direkatkan pada empat sisi
:
dapat
€r
= 0,004 < 0,75e ,..-.............(2-17)
tyYl)............(2. l3)
dengan:
b. untuk wrap yang direkatkan pada figa sisi
@ : 0,65 (faktor reduksi kekuatan)
y : 0,95 untukkomponanditutup lembaran keempat sisinya
€y" = ku€9 <0,004 tu..................(2.18)
0,85 untuk U-wrap tiga sisi atau bentuk pelat
dengan k adalah faktor reduksi untuk lekatan geser, yang nilainya adalah sebagai berikut 31
:
dengan FRP tebal
o. =
t" =
*W<
sebanyak 2 buah.
0,7r......... ......(2.1s)
23300 "Q'20)
,r rrfn
o,=(+\'1. ' \27 ) """' """"' sedangkan harga
k2
..........(zzt)
dibedakan untuk 2
kondisi seperti pada persamaan (2.22)
k.=dr-L" '
fc
dr-L" untuk 2 sisi
dl
2.5. Contoh Penentuan Kuat
Balok yang diperkuat dengan FRP
Penentuan
FRP: Suatu balok dimensi 200 x 300 mm dengan
0,
Mpa, nutu baja
t :
f,'
:
17
390 Mpa dari hasil
analisis didapatkan hanya mampu memikul
momen
rencana
sedangkan
M, :
52,57 *t',Im,
akibat penambahan
beban
didapatkan momen yang harus dipikul
menjadi M6
=
78,68 kNm,
rnm mm mm mm mm
Jumlah tulangan
A. : A"' :
kuat lentur balok setelah diperkuat dengan
tulangan rangkap 3Dl9 mutu treton
Mpa
d' : 32,5 mm d : 267,5 mm M6 78,69 kNm
Lentur
Berikut adalah contoh
Mpa
17
:3e0 :300 :200
h b @u: 19 b"8 t =15
...untuk U-wrap
dr
"
DataBalok:
ry
berikut:
.
= I mm, Iebar: 100 mm,
sehingga
diperlukan penambatran kuat lentur. Dicoba
6.u
3Dl9 (850,6 3Dl9
nrm2)
(850,6 mm2)
0,85
:
0,003
I14,8 mm
c :135 Data FRP
ts fn Fn = tn1 t*r,
mm
:
1
nrm
589 Mpa
620 Mpa 0,01615 0,017 32
(c) distribusi teg"
(a) pcnampang
ekivala
pada Gambar 2.1. Distribusi regangan, distribusi tgg?qgan dan keseimbangan gaya penampang balok
Dengan perbandmgan segltlga sebangun dapat dicari regangan yang terjadi pada baja
T, + Tft : C"
* C, ........................(2.5)
dengan : Ts
:
gayatarik baja tulangan
Tye
:
$a!a taik
tulangan sehingga nilai pada persamaan(2.9)
4 dapat
dicari dari
:
sumbangan
A,.f,-A',f',+AIFP
FRP
q--
C": gayatekan
beton
C, : gayatekan
baja tulangan
Dengan memperhatikan letak
titik
b
Atas saran ACI Committee 440, kontribusi
masing-
masing resultan gaya selta
0,85f"
FRP masih perlu dikalikan
dengan faktor
ukuran
reduksi V1:0,85, sehingga momen nominal
penampang, akan didapatkan kuat lentur
total Mn dapat dicari dengan persirmaan
nominal M".
(2.10) berikut
Regangan
efektif efr sebagai
dasar
perhitungan kuat lentur pada kondisi batas
*
=
:
o,? A+ A / "(d -dvw + t,Q$ "
Karena pertimbangan kompabilitas regangan
adalah:
(
t 1' = €,n= I
FRP sebaiknya hanya digunakan
t"-^\
\c )l-
eo,
3 k,e*......(2.6)
untuk
menahan gaya taxik (ACI Committee 440,
=
2002\. Dimungkinkan FfiP digunakan pada komponen struktur yang menerima momen
Agar keruntuhan lentur terjadi
tanpa
positif dan negatif secara bergantian, namun
tekan
didahului dengan kerusakan delaminasi,
disarankan kekuatan
yang sifat keruntuhannya tiba-tiba, maka
diperhitungkan dalam menghitung kuat
regangan esperlu dibatasi sebagaimana pada
lenturnya.
persamaan
(2.6), dengan nilai
persamaax (2.7) berikut
[
pada
Untuk perencanan awal Qreliminary design)
kebutuhan luas penampang
:
k'-m= t (r-n'"'\rlp 360000 60e,
k^
/
tidak
Aft
digunakan rumus pendekatan
dapat
sebagai
berikut: 30
Vr E6 : Cs :
0,85
Dari perhitungan diatas didapatkan settlah
3700 Mpa
diperkuaf dengan FRP maka balok mampu
0,95 (reductionfactor)
menahan momen lentur sebesar M,
:
103,68
kNm, sehingga mampu memikul beban baru
) = I mm ; jumlah (n) :2 buah dan lebar (b) : 100 mm didapat luas aktual FRP Ar :200 mmz . dicoba dengan .FnP bbal
(
tr
Agar keruntuhan lentur terjadi tanpa
didahului dengan kerusakan delaminasi, yang sifat keruntuhannya tiba-tib4 maka regangan er" perlu dibatasi dengan nilai k_
(M,:
:78,69 kNm).
KESIMPULAN
Dari uraian dan contoh perhitungan
diatas
maka dapat disimpulkan sebagai berikut
I.
:
Pemberian FRP untuk perkuatan lentur
balok dapat meningkatkan kuat lentur
:
UntuknErtr:74000
K- =0,82 <
103,68 kNm>M6
suatu balok.
2.
0,9
diambil hargaKm:0,90
Kapasitas lentur balok dibatasi agar
penampang masih dalam kategori
Regangan efektif e6 sebagai dasar perhitungan kuat lentur pada kondisi batas adalah:
daktail
3.
Kapasitas lentur balok dibatasi agar
tidak terjadi keruntuhan
(n-"\ ro, < K_€p \c ^ )l-
debonding
antara F'RP dengan beton pada bagian
€p = €",1
ujungnya.
DATTAR PUSTAKA diambil harga qu
ACI Committen,2002, Guidefor the Design
: 0,0145
and Construction
of
Externalty
Bonded FRP System for Tegangar efektifnya (f6l adalah
{
J ye
-D - " fo- f"
Strengthening Concrete Structure s,
:
American Concrete Institute.
-
537,g Mpa
Arjanto, 2002, Perilaku Dinamik Balok Beton Bertulang Retrofit dengan
^_A"fr-A'"f,+A1fp 37,22mm A=" (0$5/")6
CRFP WRAP, Tesis Progran pasca Sarjana Universitas Gadjah Mada
,, = n-f,? :
t).
r, t
"10
- d). w,e, r,fu -
Yogyakarta
;)
Badan Standarisasi Nasional, 2002, Tata Cara Pcrhitungan Struktur Beton
103,68 kNm
untuk Bangunan Gedung
,
SNI-
2487-2002, Jakarta 33
Teknik Struktur, Program Studi Teknik Sipil, Program Pasca
Chajes, M.J.,Finch, W.W-, Januszka, T-F., an Thomson,
T.A-, 1996, Bond and
Force Transfer of ComPosite Material Plates Bonded , to
Sarj
ana UGM, YogYakarta.
Triwiyono,A.,
2006,
Perbaikan
dan
Concrete, ACI Structural Journal,
Perkuatan Struktur Beton Pasca
vol. 93, no.2, Mar-APr,PP-208-217
Gempa dengan FRP, Makalah
PU, 1983,
Peraturan
Seminar Perkembangan Standard
Pembebanan Indonesia Untuk
dan Methodologi Konstruksi Tahan
Gedung 1983, YaYasan Lembaga
Gempg HimPunan Ahli Konstruksi
Penyelidikan Masalah Gedung,
Indonesia, Medan.
Departemen
Bandung
A. dan Tegola, A, 2000, Flexural and Shear
Lorenzis,L.D., Nanni,
Strengthening
of
Reinforced
with Near Surface Mounted FRP Rods, Concrete Structures
Proc.,3'd Inter. Conf. On Advanced
Composite Materials in Bridge and
Structures, Ottawa, Canada' J.Humar and A.G. RazaqPur, Editors, 15-18 Aug, PP 521-528. Nguyen,D.M.,Chan, T.K., dan Cheng, H.K., 2003, Efects of Plates Lenght on
the Stength of
Reinforced
Concrete Beams Bonded with
CFRP
Plates,
http//ww. must. edu.my/tkchan/n guy en1999a.pdf.
Triwiyono,,{.,
2004,
Evaluasi
dan
Rehabilitasi Bangunan Gedung
Bahan Ajar MPSP
,
UGM,
Yogyakarta.
Triwiyono,A.,
2001,
Perbaikan dan
Perkuatan Struktur Beton
,
Bahan
Ajar Special ToPic, Minat
Studi 34
