PENGARUH RENDAMAN AIR LAUT TERHADAP KAPASITAS BALOK LENTUR BETON BERTULANG YANG DIPERKUAT GFRP-S
THE EFFECT OF SEA WATER SUBMERSION ON FLEXURAL CAPACITY REINFORCED CONCRETE STRENGTHENED WITH GFRP-S
Irma Umar1,Rudy Djamaluddin2, Rita Irmawaty2 1
2
Mahasiswa S2 Struktur UNHAS Makassar Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Hasanuddin Makassar
Alamat Korespondensi: Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Hasanuddin Makassar, 90245 HP : 085342002314 Email :
[email protected]
Abstrak Penggunaan GFRP-S bukan hanya pada struktur yang mengalami kerusakan, tetapi juga pada struktur baru sebagai proteksi dari kondisi lingkungan ekstrim seperti lingkungan laut. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan menganalisis perilaku lentur balok dan efektivitas rekatan GFRP-S pada balok yang terendam air laut. Metode yang digunakan yaitu metode pembebanan monotonik yang menggunakan two poin load pada kecepatan ramp actuator konstan sebesar 0,05 mm/dt sampai balok runtuh. Pengujian dilakukan terhadap empat variasi benda uji dengan total 12 benda uji. Benda uji I terdiri atas 2 buah balok normal dan 3 buah balok GFRP-S yang tidak direndam air laut. Benda uji II, yaitu balok yang direndam air laut selama 1 bulan yang terdiri atas 2 buah balok GFRP-S. Benda uji III terdiri atas 2 buah balok GFRP-S yang direndam air laut selama 3 bulan. Sementara benda uji IV terdiri atas 1 buah balok normal dan 2 buah balok GFRP-S yang direndam air laut selama 6 bulan. Hasil ini penelitian menunjukkan bahwa seiring penurunan kapasitas beban balok GFRP-S yang direndam selama 1, 3, dan 6 bulan, efektivitas rekatan balok GFRP-S yang direndam juga mengalami penurunan sebesar 0.23% , 2.73% dan 5.25% terhadap efektivitas rekatan balok GFRP-S yang tidak direndam. Adapun prediksi beban maksimum setiap waktu perendaman dapat dihitung dengan persamaan Pt = Po x e(-0.0053t) Kata kunci : GFRP-S, air laut, kapasitas rekatan, kapasitas momen.
Abstract The use of GFRP-S is not only for deteriorated structure, but also for new structure as protection from extreme environment such as marine environment. Therefore, the research aimed at analysing the flexural behavior and effectiveness of GFRP-S bonding capacity on the beam submersed in the sea water. The research used a monotonic loading with two point loads at the constant ramp actuator speed 0.05 mm/sc until the beam underwent the failure. The testing was carried out on four variations of the specimens with the total of twelve specimens. The first variation of specimens comporised two normal beams and three GFPR- S beams which were not submersed in the sea water. The second variation of specimens submersed in the sea water for one month consisted of two GFRP-S beams. The third variation of the specimens comporised two GFPR- S beams submersed in the sea water for three months. the fourth variation of the specimens consisted of one normal beam and two GFPR-S beams submersed in the sea water for six months. The research results indicates that as the decreasie of the load capacity of the GFRP-S beams submersed in the sea water for 1 month, 3 months , and 6 months, the bonding effectiveness of GFRP-S beams submersed also decreases as much as 0.23%, 2.73% and 5.25% on the bonding effectiveness of GFRP-S which are not submersed. Then the prediction maximum load for each the submersion period can be calculated by the equation Pt = Po x e(-0.0053t) Keywords: GFRP-S, sea water, bonding capacity, moment capacity.
PENDAHULUAN Struktur beton sesuai dengan umur rencananya akan mengalami penurunan kekuatan bahkan mengalami kerusakan. Selain itu pengaruh lingkungan ekstrim terutama air laut juga mengakibatkan kerusakan struktur.Jika hal tersebut terjadi, ada dua cara yang dapat dilakukan, yaitu membongkar struktur tersebut lalu mengganti dengan struktur baru, atau memberikan perkuatan pada struktur tersebut dengan menggunakanGFRP-S(GlassFiber Reinforced Polymer Sheet).(ACI. Committee 440.2R-08, 2008 ; Gangga, 2007). GFRP-S merupakan material bahan konstruksi yang terus dikembangkan dan digunakan sebagai material perkuatan dan perbaikan struktur.Walaupun material ini cukup mahal namun banyak keuntungan yang dapat diberikan yaitu merupakan material yang tahan korosi dan mempunyai kuat tarik yang tinggi.GFRP-S adalah bahan nonlogam sehingga tidak bersifat korosif yang selama ini digunakan untuk dua hal, yaitu untuk beton lama sebagai bahan perkuatan dan peningkatan kinerja pada bagian konstruksi yang sudah mulai mengalami kerusakan serta untuk beton baru dengan perkuatan proteksi dan reduksi penampang. (Alami, 2010 ;Ballaguru et al., 2009). GFRP-S sangat cocok digunakan untuk struktur beton yang pada umumnya berada di lingkungan laut yang sangat rawan mengalami kerusakan ataupun degradasi kekuatan akibat adanya pengaruh lingkungan laut (Bisby, 2006; Ong et al., 2007). Penambahan GFRP-S dapat meningkatkan kapasitas dari struktur yang terpengaruh lingkungan laut (Tjiudiningrat, 2012; Armitha, 2013). Beberapa contoh struktur yang terpengaruh lingkungan laut adalah dermaga, struktur pemecah gelombang (break water), tiang pancang jembatan, pondasi gedung pinggir pantai serta jembatan di lingkungan laut (jetty), dengan menggunakan material beton sebagai struktur dasarnya. Penelitian terdahulu mengungkapkan bahwabalok yang diperkuat dengan FRP akan meningkatkan kekakukan, batas leleh dan kekuatan batas pada perbaikan balok dengan tulangan yang telah korosi. Ini menunjukkan bahwa penggunaan lembar FRP dapat memperkuat balok beton bertulang yang telah terkorosi dengan efesien sehingga mempertahankan durabilitas struktur dan perilaku balok ( Saudki et al., 2009). Perkuatan balok beton bertulang yang telah mengalami korosi dengan lapisan GFRP menunjukkan bahwa terjadi penigkatan kekuatan batas dan daktalitas masing-masing 72,37% dan 49,49% (Rose et al., 2009). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis perilaku lentur balok dan efektifitas rekatan GFRP-S pada balok yang terendam air laut.
BAHAN DAN METODE Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Struktur Jurusan Sipil Fakultas Teknik Gowa Universitas Hasanuddin.Adapun waktu penelitian dilaksanakan selama 6 bulan. Metode Penelitian dan Variasi Benda Uji Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental menggunakan dua jenis balok yaitu balok normal tanpa perkuatan dan balok yang diberi perkuatan GFRP-S dengan empat variasi benda uji dengan total keseluruhan duabelas balok berdimensi 15 cm x 20 cm x 330 cm menggunakan tulangan 2D6 pada daerah tekan dan 2D14 pada daerah tarik. Sementara itu untuk tulangan sengkang menggunakan D10-7.7 cm (Gambar 1a). Adapun variasi benda uji I terdiri dari balok yang tidak direndam dengan air laut yang terdiri dari balok normal tanpa perkuatan GFRP-S sebanyak 2 buah dan balok dengan perkuatan GFRP-S sebanyak 3 buah. Variasi benda uji II terdiri dari balok dengan perkuatan GFRP-S dan direndam dengan air laut selama 1 bulan sebanyak 2 buah.Variasi benda uji III terdiri dari balok dengan perkuatan GFRP-S dan direndam dengan air laut selama 3 bulan sebanyak 2 buah.Variasi benda uji IV terdiri dari balok yang direndam dengan air laut selama 6 bulan yang terdiri dari balok normal tanpa perkuatan GFRP-S sebanyak 1 buah dan balok dengan perkuatan GFRP-S sebanyak 2 buah (Tabel 1). Set up Pengujian Regangan yang terjadi pada tulangan diukur dengan menggunakan strain gauge tipe FLA-2-11 yang ditempatkan pada tulangan longitudinal pada tengah bentang sebanyak 2 buah (Gambar 1b). Untuk mengukur regangan beton digunakan strain gauge tipe PL-60-11 yang dilekatkan pada permukaan atas balok, daerah ½ tinggi balok, serta pada daerah ¼ tinggi balok masing-masing sebanyak satu buah.Sementara itu untuk mengukur regangan GFRP-S digunakan strain gauge tipe FLA-2-11 yang ditempatkan pada GFRP-S posisi tengah bentang balok menyebar hingga ke ujung balok sebayak 4 buah (Gambar 1c). Pengujian balok dilakukan dengan two poin load pada BN dan BF, dengan pembebanan yang bersifat monotonik, pada kecepatan ramp actuator konstan sebesar 0,05 mm/dt sampai balok runtuh. Pembacaan data pada data logger diambil pada setiap kenaikan beban 1 kN pada kondisi normal, sedangkan untuk kondisi-kondisi tertentu, seperti pada first cracking, yield, dan ultimate load data diambil lebih rapat. Sementara itu pengamatan terhadap balok uji terus dipantau secara visual, terutama terhadap perkembangan retak yang terjadi
akibat
bertambahnya
beban,
juga
terhadap
perilaku
keruntuhan
yang
terjadi.Pembebanan dilakukan hingga daerah tekan pada balok hancur dan telah mencapai beban ultimit. Pada saat pengujian lentur juga diadakan pengukuran lendutan dengan memasang LVDT (Linier Variable Displacement Tranducer)pada bagian bawah balok serta pemeriksaan pola retakan yang terjadi dengan menggunakan phi gauge. Metode Analisis Data Data penelitian diperoleh dari hasil pengujian laboratorium sebanyak duabelas benda uji. Adapun data-data yang diperoleh dari hasil pengujian ialah beban maksimum, lendutan, regangan baja, regangan beton,regangan GFRP-S serta lebar retakan yang terjadi akibat pembebanan balok. Hasil pengujian tersebut diolah dan dianalisa dengan sesuai dengan acuan pada ACI committee 440.2R-08. HASIL PENELITIAN Benda Uji I Benda uji I merupakan balok yang tidak direndam dengan air laut yang terdiri dari balok normal tanpa perkuatan GFRP-S (BN0) dan balok dengan perkuatan GFRP-S (BF0) .Pada balok normal (BN0), secara rata-rata beban maksimum yang dihasilkan adalah sebesar 26.74kN dan lendutan sebesar 38.92 mm. Pada kondisi beban maksimum, regangan baja, regangan beton , dan lebar retakan yang dihasilkan adalah sebesar 2567x10-6, 2303x10-6dan 0.63 mm.Sementara itu untuk balok yang diperkuat GFRP-S (BF0) secara rata-rata beban maksimum yang dihasilkan adalah sebesar 43.10 kN dan lendutan sebesar 40.38 mm. Pada kondisi beban maksimum, regangan baja, regangan beton, regangan GFRP-S, lebar retakan ,dan kapasitas rekatan yang dihasilkan adalah sebesar 2736x10-6 , 2660x10-6, 7128x10-6 ,0.32 mm, dan80.46 kN (Tabel 2). Pola retakan pada keseluruhan benda uji adalah retak lentur (Gambar 2a) dan model kegagalan balok GFRP-S yaitu kegagalan lekatan antara beton dengan GFRP-S (Gambar 2b). Benda Uji II Benda uji II merupakan balok dengan perkuatan GFRP-S dan direndam dengan air laut selama 1 bulan (BF1) . Pada balok BF1 secara rata-rata beban maksimum yang dihasilkan adalah sebesar 41.93 kN dan lendutan sebesar 35.2 mm. Pada kondisi beban maksimum, regangan baja, regangan beton, regangan GFRP-S, lebar retakan ,dan kapasitas rekatan yang dihasilkan adalah sebesar 1778x10-6,2103x10-6,5501x10-6,0.28 mmdan 80.27 kN (Tabel 2). Adapun persentase penurunan beban ultimit serta penurunan kapasitas rekatan dari balok BF1terhadap BF0 sebesar 2.74% dan 0.23% (Tabel 3). Pola retakan pada keseluruhan benda
uji adalah retak lentur (Gambar 2a) dan model kegagalan balok GFRP-S yaitu kegagalan lekatan antara beton dengan GFRP-S (Gambar 2b). Benda Uji III Benda uji III merupakan balok dengan perkuatan GFRP-S dan direndam dengan air laut selama 3 bulan (BF3) .Pada balok BF3 secara rata-rata beban maksimum yang dihasilkan adalah sebesar 41. 89 kN dan lendutan sebesar 34.86 mm. Pada kondisi beban maksimum regangan baja, regangan beton, regangan GFRP-S, lebar retakan ,dan kapasitas rekatan yang dihasilkan adalah sebesar 2442x10-6 , 1537x10-6 , 5524x10-6,0.36 mm, dan 78.26 kN (Tabel 2). Adapun persentase penurunan beban ultimit serta penurunan kapasitas rekatan dari balok BF3terhadap BF0 sebesar 2.81% dan 2.73% (Tabel 3). Pola retakan pada keseluruhan benda uji adalah retak lentur (Gambar 2a) dan model kegagalan balok GFRP-S yaitu kegagalan lekatan antara beton dengan GFRP-S (Gambar 2b). Benda Uji IV Benda uji IV merupakan balok yang direndam dengan air laut selama 6 bulan yang terdiri dari balok normal tanpa perkuatan GFRP-S (BN6) dan balok dengan perkuatan GFRP-S (BF6) . Pada balok normal (BN0), beban maksimum yang dihasilkan adalah sebesar 28.57 kN dan lendutan sebesar 48.87 mm. Pada kondisi beban maksimum, regangan baja, regangan beton , dan lebar retakan yang dihasilkan adalah sebesar 2470x10-6, 2878x10-6, dan 2.06 mm. Sementara itu untuk balok yang diperkuat GFRP-S (BF6) secara rata-rata beban maksimum yang dihasilkan adalah sebesar 41.42 kN dan lendutan sebesar 36.74 mm. Pada kondisi beban maksimum, regangan baja, regangan beton, regangan GFRP-S, lebar retakan ,dan kapasitas rekatan yang dihasilkan adalah sebesar 3346x10-6, 2707x10-6, 5870x10-6, 1.21 mm,dan 76.23 kN (Tabel 2). Adapun persentase penurunan beban ultimit serta penurunan kapasitas rekatan dari balok BF6 terhadap BF0 sebesar 3.90% dan 5.25% (Tabel 3).Pola retakan pada keseluruhan benda uji adalah retak lentur (Gambar 2a) dan model kegagalan balok GFRP-S yaitu kegagalan lekatan antara beton dengan GFRP-S (Gambar 2b). PEMBAHASAN Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi penurunan kapasitas beban ultimit pada balok GFRP-S yang direndam selama 1, 3 dan 6 bulan terhadap balok GFRP-S tidak direndam.Penurunan kapasitas beban ini disebabkan oleh melemahnya kapasitas rekatan GFRP-S yang dipengaruhi oleh rendaman air laut. Data regangan GFRP-S yang dihasilkan oleh masing-masing benda uji , menunjukkan bahwa balok hancur sebelum mencapai regangan GFRP-S putus
yaitu sebesar 2.2%
(22000x10-6). Sehingga berdasarkan data tersebut dan pola pengamatan,visual,
model
kegagalan balok GFRP-S yaitu kegagalan lekatan antara beton dengan GFRP-S (debonding failure). Adanya variasi rendaman balok GFRP-S menunujukan adanya perbedaan kapasitas rekatan GFRP-S yang dihasilkan, dimana dalam hal ini balok GFRP-S yang direndam (BF1, BF3, dan BF6) memiliki nilai kapasitas rekatan GFRP-S yang lebih kecil dari balok GFRP-S yang tidak direndam (BF0). Penurunan kapasitas rekatan ini menunjukan bahwa efektifitas rekatan balok GFRP-S yang direndam mengalami penurunan dari balok GFRP-S yang tidak direndam. Penurunan kapasitas rekatan ini yang menyebabkan proses debonding pada balok lebih cepat terjadi. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil analisis,penambahan lapisan GFRP-S meningkatkan kekuatan dari balok GFRP-S terhadap balok normal, namun adanya pengaruh rendaman air laut mengakibatkan kekuatan dari balok berkurang, serta efektifitas dari rekatan GFRP-S terhadap balok semakin menurun seiring dengan periode waktu rendaman. Untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan pengujian dengan model benda uji yang sama namun mengambil variasi waktu rendaman yang lebih lama. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar besarnya kepada PT. Graha Citra Anugerah Lestari yang telah memberikan sumbangan GFRP type SEH51 pada penelitian inidan juga kepada staf Laboratorium Struktur dan Bahan Fakultas Teknik Gowa Universitas Hasanuddin atas bimbingan dan pengarahannya selama penelitian di Laboratorium beserta teman-teman struktur angkatan 2012 yang telah banyak membantu .
DAFTAR PUSTAKA ACI.Committee 440.2R-08.(2008). Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. American Concrete Institute. U.S.A Alami Fikri.(2010). Perkuatan Lentur Balok Beton Bertulang dengan Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP-S). Seminar dan Pameran HAKI 2010: 1-12. Armitha, F. L.(2013).Pengaruh Jangka Panjang Lingkungan Laut Tropis Terhadap Efektifitas GFRP Sheet Sebagai Bahan Penguat Elemen Lentur.Jurnal Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Unhas. Ballaguru Perumalsamy, Nanni Antonio and Diancaspro James.(2009). FRP composites for Reinforced and Prestessed Concreate Structures.Taylor and Francis Group, LLC. U.S.A. Bisby, L.A. (2006). Durability of FRP Composites for Construction.ISIS Educational, Department of Civil Engineering. Gangga Rao V. S. Hotta, Taly Narendra and Vijay P.V.(2007). Reinforced Concrete Design with FRP Composites.Taylor and Francis Group LLC. Rose, A. Leema. et al. (2009). Strengthening of Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Beams with Glass Fiber Reinforced Polymer and Laminates. Journal of Computer Science 5 (6) : 453-439 Saudki, Khaled A. et al. (2009). FRP Repair of Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Beams 5 (6). Journal of Computer Science 5 (6): 453-439 Tjiudiningrat, N. T. (2012). Studi Pengaruh Air Laut Terhadap Efektifitas GFRP Sheet Sebagai Bahan Penguat Elemen Lentur, Jurnal Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Unhas. Ong,W. k. et al.(2007). Evaluation, Selection and Acceptance Criteria for Using FRP Systems for Strengthening Reinforced Concrete and Mansory Structures .International Confrence on Modern Design.
LAMPIRAN
Tabel 1: Variasi benda uji Nomor
Kode benda uji BN0-1 BN0-1 BF0-1 BF0-2 BF0-3 BF1-2 BF1-3 BF3-2 BF3-3 BN6-1 BF6-1 BF6-2
1
2 3 4
Lama perendaman
0 bulan
1 bulan 3 bulan
6 bulan
Tabel 2: Hasil pengujian benda uji Regangan GFRP-S (x10-6)
Pultimit (kN)
Lendutan (mm)
Regangan baja (x10-6)
BN 0-1
27.04
34.59
2692
2407
0.98
BN 0-2
26.44
43.25
2441
3658
0.29
BN rata-rata
26.74
38.92
2567
3033
0.63
BF 0-1
43.26
39.34
2405
2035
0.14
6443
BF 0-2
42.33
37.24
3067
2443
0.23
6842
BF 0-3
43.73
44.56
*7797
3501
0.59
8098
BF-0 rata-rata
43.10
40.38
2736
2660
0.32
7128
BF 1-1
42.93
37.69
1711
2575
0.19
6608
BF 1-2
40.92
32.70
1845
1630
0.37
4395
BF-1 rata-rata
41.93
35.20
1778
2103
0.28
5501
BF 3-1
40.46
35.09
2381
1719
0.42
4782
BF 3-2
43.33
34.64
2463
1355
0.30
6265
BF-3 rata-rata
41.89
34.86
2422
1537
0.36
5524
BF 6-1
40.92
34.39
4357
3064
1.09
4848
BF 6-2
41.93
38.55
2336
2349
1.34
6891
BF-6 rata-rata
41.42
36.47
3346
2707
1.21
5870
BN 6
28.57
48.87
2470
2878
2.06
-
*tidak masuk dalam perhitungan rata-rata
Regangan beton (x10-6)
Lebar retak (mm)
Uraian
-
Kapasitas rekatan (kN)
-
80.46
80.27
78.26
76.23 -
Tabel 3: Persentase penurunan beban dan kapasitas rekatan GFRP-S
Jenis balok
Penurunan kekuatan balok GFRP-S rendaman terhadap balok GFRP-S tanpa rendaman (%)
Penurunan efektifitas rekatan balok GFRP-S rendaman terhadap balok GFRP-S tanpa rendaman (%)
GFRP-S rendaman 1 bulan (BF1)
2.74%
0.23%
GFRP-S rendaman 3 bulan (BF3)
2.81%
2.73%
GFRP-S rendaman 6 bulan (BF6)
3.90%
5.25%
Desain tulangan (a)
Desain strain gauge baja (b)
Desain strain gauge beton dan GFRP-S (c) Ket : satuan dalam mm
Gambar 1.Desain benda uji
Pola retak balok (a)
Model kegagalan balok (b)
Gambar 2. Pola retak dan model kegagalan balok
