Jurnal Teknologi, Vol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68
PERILAKU KEHANCURAN GESER BALOK BETON BERTULANG AKIBAT PEMASANGAN CARBON FIBRE SHEET (CFS) DENGAN POLA PASANG MIRING DI SISI LUAR Anwar*dan Yasril Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl. B. Aceh Medan Km 280 Buketrata, PO Box 90, Lhokseumawe 24301 *E-mail:
[email protected] Abstract This study aimed to determine the effect of the use of carbon fiber sheet (CFS) with mounting patterns skewed pattern of shear behavior in reinforced concrete beams. Specimens were the object of this study is cross-sectional reinforced concrete beams measuring 20 cm x 30 cm x 200 cm with the addition of carbon fiber sheet slanting pattern on the outside. Beam specimen is 3 pieces divided into 3 types: type I specimens without reinforcement, type II specimen with reinforcement 2 strips CFS with a strip width of 5 cm with mounting angle 90o, and type III with CFS reinforcement strip with a width of 2 strip with of 5 cm and the mounting angle 45o. Shear testing is done by putting the beam on the second pedestal to pedestal 200 cm spacing were 2 pieces symmetrical concentrated loads to the distance between the weight 40 cm. The results showed the addition of CFS can increase shear capacity. Increasing the capacity of shear reinforcement beam with 2 strips 2 strips angles 90o and 45o to the beam without carbon fiber reinforcement sheet is respectively 36.5% and 60.6%. In this study, the addition of CFS to minimize deflection and increases the stiffness of the beam. Key words : Carbon fibre sheet, increased, shear strength, load, deflection. PENDAHULUAN Kerusakan akibat geser pada stuktur dapat ditimbulkan akibat beberapa hal, yaitu pemakaian material tidak memenuhi syarat seperti yang telah ditetapkan, terjadinya kesalahan pelaksanaan di lapangan, terlampauinya beban diluar dugaan perencanaan. [1,2]. Untuk mengatasi masalah tersebut Carbon Fiber Sheet (CFS) merupakan solusi paling efektif dalam meningkatkan atau mengembalikan kekuatan struktur, maka oleh sebab itu material ini menjadi objek yang menarik untuk diteliti mengingat tingginya biaya yang diperlukan untuk membangun sebuah bangunan baru. Carbon Fiber Sheet ini merupakan unsur polymer nonlogam yang memiliki sifat mekanik yang tahan lama dan bersifat ringan, sehingga CFS ini juga sering dianggap sebagai material tulangan eksternal untuk beton bertulang [3,4]. Dalam penelitian ini direncanakan perkuatan balok beton bertulang dengan menggunakan Carbon Fiber Sheet (CFS) sebagai material tambahan guna memperkuat
kapasitas geser pada balok. Material ini dipilih dengan beberapa alasan tertentu yaitu material ini lebih ringan dan mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi bila dibandingkan dengan baja dimana kuat tarik rata-rata CFS ini mencapai 5 x kuat luluh baja. Metode perkuatan dengan menggunakan CFS ini mudah dipasang bila dibandingkan dengan metode perkuatan lain seperti metode jacketing.
METODE Pada penelitian ini dilakukan berbagai tahapan penelitian, mulai dari persiapan benda uji, pengujian benda uji serta pengolahan data hasil pengujian. Persiapan benda uji meliputi data perencanaan balok, pemeriksaan sifat-sifat fisis agregat, pemeriksaan kandungan bahan organik dalam agregat, pemeriksaan air untuk campuran beton, perencanaan campuran beton dan pengujian kuat tekan beton serta pengujian kuat tarik baja [5]. Data perencanaan balok dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini:
62
Perilaku Kehancuran Geser Balok Beton Bertulang (T. Anwar dan Yasril)
Tabel 1: Perencanaan Balok Uji VsRencana Ton 4.823 4.823
VcRencana Ton 4.565 4.565
Vcfsencana Ton
T-S T-S1
MutuBeton (f'c) MPa 33.17 32.83
15.16
PlenturRencana Ton 36.48 36.48
T-S2
30.36
4.823
4.565
21.41
36.48
TipeBalok
Parameter yang diukur pada penelitian ini adalah lendutan (deflection), untuk menngukur lendutan/defleksi ini digunakan dial gauge, sedangkan untuk mengukur P
P
.
regangan digunakan strain gauge [6]. Alat yang digunakan untuk mengukur difleksi atau displacement adalah LVDT (Linear Variable Displacement..Transuders. 8 mm 16 mm
a
300 mm
15 cm
12.5 cm
200 mm
8 cm
Strain Gauges
V
V 10
10
Gambar 3.1 (a) pemasangan tulangan pada benda uji (S-1) CFS
P
P
a
40 cm
5
80 cm
CFS
300 mm 90° 5 cm 15 cm
35 cm
200 mm 200 cm
V
Gambar 3.1 (b) pemasangan CFS pada benda uji TS-1
P
P
CFS
V
CFS a
40 cm
10 cm
80 cm
300 mm
5 cm
200 mm
50 cm 200 cm V
Gambar 3.1 (c) pemasangan CFS pada benda uji TS-2
V
Gambar 1 : Metode Pengujian Balok Benda uji yang dibuat berjumlah 3 buah balok beton bertulang dengan ukuran 20 cm x 30 cm x 200 cm, serta 15 buah selinder standar dengan tinggi 30 cm dan diameter 15 cm sebagai benda uji kontrol, penempatan benda
uji seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Variabel benda uji adalah penggunaan carbon fiber sheet. Perencanaan benda uji selengkapnya diperlihatkan pada Tabel 2.
63
Jurnal Teknologi, Vol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68
Tabel 2. Perencanaan Pemasangan CFS dan Sudut Pemasangannya
No
Benda Uji
RasioLuasTulanganLentur
JarakSengkang (cm)
1
S-1
0,030144
d/2 = 12,5
Jumlah strip dansudut CFS 0
2
TS-1
0,030144
d/2 = 12,5
2 strip 900
5
d/2 = 12,5
0
5
3
TS-2
0,030144
HASIL DAN PEMBAHASAN Benda uji S-1, merupakan balok pembanding tanpa perkuatan. Pada balok ini tidak diberi perkuatan CFS sebagai bahan penguat, tetapi hanya untuk melakukan kontrol terhadap geser dan lentur yang akan terjadi. Hasilnya dapat dibandingkan dengan
2 strip 45
Lebar per strip (cm) 0
benda uji yang diperkuat. Balok ini diuji dengan beban bertahap dengan peningkatan beban tiap-tiap 1 ton. Setelah dilakukan pengujian didapatkan kondisi balok mengalami kegagalan geser pada beban 20 ton dan ditutup dengan kegagalan tekan geser (Shear Compresion Failure).
Gambar 2. Foto Hasil Pengujian Balok S-1 memperlihatkan pola rekatnya Pola retak yang terjadi adalah dimulai dengan adanya retak kecil pada daerah lentur dan retak ini terjadi pada pada beban 8 ton, karena daerah lentur diperkuat, retak beralih kedaerah geser pada beban 10 ton, kemudian retak geser terus menyebar sampai pada beban 18 ton. Pada saat bersamaan retak juga terjadi pada daerah lentur dan beban geser terus naik hingga 23 ton sehingga daerah geser mengalami kegagalan yang disebabkan pecahnya blok tekan beton sehingga benda uji mengalami kegagalan tekan geser. Hasil pengujian balok S-1 diperlihatkan pada Gambar 2. Benda uji TS-1 merupakan balok yang diperkuat dengan menggunakan Carbon FiberSheet sebagai bahan penguat daerah geser, balok ini juga mengikuti penulangan balok S-1 tanpa perkuatan. Setelah, balok mengalami kehancuran geser dengan keruntuhan tekan geser (shear compression
failure). Pola retak yang terjadi dimulai dengan adanya retak kecil pada daerah lentur dan pada bentang geser pada beban 10 ton, kemudian beralih kedaerah lentur di tengah bentang pada beban mencapai 12 ton. Retak pada daerah lentur terus menyebar sesuai dengan penambahan beban hingga mencapai 30 ton. Pada beban 12 ton selain retak lentur juga terjadi retak geser hingga balok ini mengalami kegagalan geser pada beban 30 ton. Pada beban 28 hingga 30 ton retak mengarah ke daerah blok tekan beton hingga mencapai kegagalan tekan geser pada beban maksimum 30 ton, sementara CFS masih belum mencapai kegagalan.Dengan demikian balok mengalami kegagalan geser dengan tipe kegagalan Shear CompresionFailure dengan kondisi CFS yang masih utuh (tidak terkelupas). Foto hasil pengujian balok TS-1 dapat dilihat pada Gambar 3.
64
Perilaku Kehancuran Geser Balok Beton Bertulang (T. Anwar dan Yasril)
Gambar 3. Foto Hasil Pengujian Balok T-S1 dn Pola Kehancurannya Benda uji TS-2 merupakan balok diperkuat yang diuji berdasarkan acuan balok tanpa perkuatan. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa pola retak yang terjadi adalah mngikuti interval-interval pembebanan. Retak awal yang terjadi adalah retak halus pada interval beban 7 ton-10 ton dan hanya terjadi pada daerah lentur saja. Kemudian pada pembebanan selanjutnya retak halus terus menyebar pada daerah lentur murni dan menjalar pada daerah geser yang tidak dipasang CFS.Sedangkan pada daerah geser yang dipasang CFS retak sama sekali belum muncul, kondisi ini terjadi pada interval beban 11-20 ton. Pada tingkatan beban selanjutnya retak mulai muncul pada daerah yang dipasang CFS. Retak yang terjadi terus
terkonsentrasi pada daerah ini hingga mencapai beban maksimum 32 ton, CFS pada daerah ini mengalami tarik yang cukup kuat sehingga menyebabkan satu strip CFS mencapai kegagalan pada beban 30 ton. Dapat disimpulkan bahwa balok TS-2 mengalami kegagalan geser pada beban 32 ton. Kegagalan ini terjadi akibat hancurnya blok tekan beton pada beban 32 ton, sedangkan lentur masih cukup kuat. Berdasarkan perencanaan, kuat lentur balok adalah 36 ton dan CFS pada balok ini bekerja maksimum hingga mencapai kondisi maksimum dalam membantu tulangan geser. Foto hasil pengujian balok TS-2 dapat diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Foto Hasil Pengujian Balok T-S2 Setelah dilakukan pengujian didapatkan variasi peningkatan kapasitas geser pada setiap benda uji, balok yang mengalami peningkatan kapasitas geser hanya balok yang diperkuat dengan CFS yaitu balok TS-1, dan TS-2. Sedangkan balok normal S-1 hanya digunakan sebagai pembanding. Peningkatan tersebut dapat diperlihatkan pada Tabel 3. Dari hasil perhitungan Tabel 3 dapat diperhatikan bahwa balok dengan perkuatan Carbon Fiber Sheet 2 strip dengan sudut 45o (TS-2) pertambahan kekuatan geser mencapai 60,62%. Nilai peningkatan kapasitas
ini lebih besar bila dibandingkan dengan balok dengan perkuatan 2 strip dengan sudut 90o (TS1) yang peningkatannya hanya mencapai 36,54%. Hal ini disebabkan pada balok TS-2 Carbon Fiber Sheet bekerja maksimal melawan gaya geser dimana Carbon Fiber Sheet nya bekerja sejajar serat dengan arah gaya geser, sedangkan pada pemasangan dengan sudut 90oCarbon Fiber Sheet tidak bekerja efektif karena gaya geser hanya memotong bagian Carbon Fiber Sheet tertentu saja.
65
Jurnal Teknologi, Vol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68
Tabel 3. Persentase Pertambahan Kekuatan pada Pemasangan Perkuatan 2 Strip CFS.
S-1
Vu exp (ton) 10.671
Hasil Penelitian δ max Pmax (ton) (mm) 8.450 21.3428
TS-1
14.571
8.570
TS-2
17.141
8.135
Benda Uji No
Vcf exp (ton)
Pesentase Pertambahan Kekuatan (%)
0.000
0.000
29.141
3.899
36,54
Utuh
34.2810
6.469
60,62
Putus
Untuk lebih jelasnya perbandingan persentase pertambahan kekuatan geser balok yang mengalami perkuatan yaitu TS-1 (2 strip
Mode Hancur Fiber
900) dan TS-2 (2 strip 450) dengan balok tanpa perkuatan S-1 dapat dilihat pada Gambar 5 berikut ini.
Gambar 5. Perbandingan Persentase Pertambahan Beban Geser Vu Pada Balok yang diperkuat dan Balok Tanpa Perkuatan Berdasarkan hasil penelitian didapatkan beban geser experimen (Vuexp) dan nantinya dapat dihubungkan dengan nilai kekuatan geser (Vu) secara teoritis. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada balok TS1 kapasitas geser yang mampu disumbangkan oleh Carbon Fiber Sheet adalah 3.899 ton hingga mencapai beban ultimit, seperti pada Gambar 6. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan beban geser experimen (Vuexp) dan nantinya dapat dihubungkan dengan nilai kekuatan geser (Vu) secara teoritis. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada balok TS-2 kapasitas geser yang mampu disumbangkan oleh Carbon Fiber Sheet adalah 5,271 ton hingga mencapai beban ultimit. Kontribusi kekuatan tiga elemen terhadap geser yang masing-masing disumbangkan oleh beton, baja dan CFS pada balok balok TS-2 dapat dilihat
pada Gambar 7, dan hasil perhitungannya dapat dilihat pada Tabel 4.
Gambar 6. Kontribusi Beban oleh Beton, Baja, dan CFS Balok TS-1
66
Perilaku Kehancuran Geser Balok Beton Bertulang (T. Anwar dan Yasril)
Beban (Ton)
perkuatan carbon fiber sheet 2 strip sudut 900, dan carbon fiber sheet 2 strip dengan sudut 450carbon dapat dilihat pada Gambar 8 .
S-1 TS-1 TS-2
Gambar 7. Kontribusi Beban Oleh Beton, Baja, dan CFS Balok TS-2
Lendutan (Cm)
Hubungan antara beban dan lendutan untuk masing-masing balok beton bertulang tanpa perkuatan carbon fiber sheet, dengan
Gambar 8. Hubungan Beban dan Lendutan Gabungan Balok S-1, TS-1, dan TS-2
Tabel 4. Kontribusi Vcfs berdasarkan hasil teoritis dan Eksperimen Benda Uji No
VU exp (ton)
S-1 TS-1 TS-2
10.671 14.571 17.141
Hasil Perhitungan VS Cal (ton) VC Cal 4.800 4.800 4.800
Beban (Ton)
Berdasarkan grafik pada Gambar 8 dapat diperhatikan bahwa lendutan yang terjadi pada balok tanpa perkuatan dengan balok yang di perkuat relatif sama, tetapi beban yang mampu ditahan oleh balok dengan perkuatan jauh lebih meningkat bila dibandingkan balok tanpa perkuatan. Jadi dapat disimpulkan bahwa penggunaan CFS mampu menurunkan lendutan yang terjadi
4.500 4.500 4.500
Vcfs 0.000 5.271 7.841
pada balok, dan pemasangan CFS pada balok dengan sudut 450 akan menimbulkan lendutan yang lebih kecil bila dibandingkan dengan balok yang CFS nya dipasang dengan sudut 900. Gambar 9 menunjukkan bahwa penambahan Carbon Fiber Sheet dengan sudut 450 mampu meningkatkan kekakuan lebih besar bila dibandingkan penambahan Carbon Fiber Sheet dengan sudut 900.
S-1 TS-1 TS-2
Angka Kekakuan (EI) Gambar 9. Hubungan Beban dan Kekakuan (EI) pada Tiap-tiap Balok .
67
Jurnal Teknologi, Vol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian pengaruh panambahan carbon fiber sheet terhadap perilaku lentur balok beton bertulang dapat diambil beberapa kesimpulan bahwa penggunaan Carbon Fiber Sheet mampu meningkatkan kapasitas geser pada balok beton bertulang. Pada saat balok mencapai beban maksimum kapasitas geser balok TS-1, dan TS-2 terjadi peningkatan geser masing-masing sebesar 3,899 ton (36,54%), dan 6,469 ton (60,62%) bila dibandingkan dengan balok tanpa perkuatan. Penambahan carbon fiber sheet mampu menurunkan lendutan yang terjadi pada balok, dengan cara pemasangan 450 akan mampu menimbulkan lendutan yang lebih kecil dibandingkan pemasangan CFS dengan sudut 900. Penambahan carbon fiber sheet mampu meningkatkan kekakuan balok. dengan cara pemasangan 450 akan mampu meningkatkan kekakuan yang lebih besar dibandingkan pemasangan CFS dengan sudut 900.
DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Anwar, A.R, T., 2007. Analisa Perilaku Geser Pada Beton yang Menggunakan Carbon Fiber Sheet Untuk Perbaikan Beton Struktur, Universitas Syiah Kuala, Program Magister Teknik Sipil, Darussalam Banda Aceh. ACI Committee 440, 1997. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, ACI 440.2R-02, Michigan. Miyauchi, K., dkk, 1997. Shear Behavior of Reinforced Concrete Beam Strengthening with CFRP Sheet, Transactions of The Japan Concrete Institute, Vol. 19, Japan. Hong Jin H.E., dkk, 1997. Strengthening of Reinforced Concrete Beams With CFRP Plates, Proceedings of the Third Internasional Symposium (FRPRCS-3), Japan Concrete Institute, Volume 1, Sapporo Japan. Li, Y. –F., dkk, 1998. A Verification Test for RC Beams Repaired by CFRP Composite Materials, The Sixth East AsiaPacific Conference on Structural Engineering and Construction, January 1416, 1998, Taipei, Taiwan.
Abdullah, 2004. Retrofitting Existing R/C Structures and Repair Materials, Seminar Sehari. Department of Civil Engineering Syiah Kuala University, Darussalam Banda Aceh.
68
