tugas akhir pengaruh lebar sabuk terhadap …

TUGAS AKHIR

PENGARUH LEBAR SABUK TERHADAP KAPASITAS LENTUR

BALOK BETON BERTULANG YANG DIPERKUAT DENGAN

LEMBAR CARBON FIBER REINFORCED POLYMER PASCA

TULANGAN MELELEH

DISUSUN OLEH :

FRANSISCA J. FIOLA

D 111 12 253

JURUSAN SIPIL

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

ii

EFFECT OF WIDTH OF THE BELT ON FLEXURAL CAPACITY OF THE

STRENGTHENED YIELDED REINFORCED CONCRETE BEAMS

USING CARBON FIBER REINFORCED POLYMER SHEET

ABSTRACT

Strengthening of structures is usually done as a preventive measure before the structure

is destroyed. While structural improvements applied to buildings that have been

damaged, which is an attempt to restore the function of the structure as before after

experiencing a decrease in strength. Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) is one of

the most widely used solutions at present. The advantages of CFRP are corrosion

resistant, has high tensile strength, high ductality, and light weight so it does not require

heavy equipment to carry it to the location, otherwise in the implementation does not

interfere with the existing activity in the area of improvement of the structure. This study

used a test object in the form of reinforced concrete beams with dimensions of 15 cm x

20 cm x 3300 cm, with the quality of concrete used 25 MPa. Test specimens made in 2

variations, the first is a reinforced concrete beam with CFRP reinforcement with 30 cm

belt width as much as 3 pieces of beam. The second variation is reinforced concrete beam

with CFRP reinforcement with 60 cm belt width as much as 3 pieces of beam. Both of

these variations are post-yield reinforced. The observed data were bending capacity,

deflection and collapse modes that occurred on reinforced concrete beams reinforced

with CFRP post-yield reinforcement. The results showed the addition of belt width is not

effective in increasing the load capacity.

Keywords: CFRP, Post-Yield, Bending Capacity, Beams

Dr. Eng. Rudi Djamaluddin, S.T. M.Eng.

Pembimbing I

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Jl. Poros Malino Km. 6

Bontomarannu

Gowa 92172, Sulawesi Selatan

Fransisca J. Fiola

D111 12 253

Mahasiswa S1 Jurusan Sipil



Bontomarannu, Gowa 92172, Sulawesi Selatan

Email: [email protected]

Dr.Eng. Hj. Rita Irmawaty, S.T., M.T.

Pembimbing II



Bontomarannu


iii

PENGARUH LEBAR SABUK TERHADAP KAPASITAS LENTUR BALOK

BETON BERTULANG YANG DIPERKUAT DENGAN LEMBAR CARBON

FIBER REINFORCED POLYMER PASCA TULANGAN MELELEH

ABSTRAK

Perkuatan struktur biasanya dilakukan sebagai upaya pencegahan sebelum struktur

mengalami kehancuran. Sedangkan perbaikan struktur diterapkan pada bangunan yang

telah rusak, yaitu merupakan upaya untuk mengembalikan fungsi struktur seperti semula

setelah mengalami penurunan kekuatan. Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)

merupakan salah satu solusi yang banyak digunakan pada saat ini. Kelebihan CFRP yaitu

tahan korosi, mempunyai kuat tarik yang tinggi, daktalitas tinggi, dan ringan sehingga

tidak memerlukan peralatan yang berat untuk membawanya ke lokasi, selain itu dalam

pelaksanaan tidak mengganggu aktifitas yang ada pada daerah perbaikan struktur

tersebut. Pada penelitian ini digunakan benda uji berupa balok beton bertulang dengan

dimensi 15 cm x 20 cm x 3300 cm, dengan mutu beton yang digunakan 25 MPa. Benda

uji yang dibuat dalam 2 variasi yaitu yang pertama adalah balok beton bertulang dengan

perkuatan CFRP dengan lebar sabuk 30 cm sebanyak 3 buah balok. Variasi kedua yaitu

balok beton bertulang dengan perkuatan CFRP dengan lebar sabuk 60 cm sebanyak 3

buah balok. Kedua variasi ini diperkuat setelah tulangan tarik meleleh. Data yang diamati

adalah kapasitas lentur, lendutan dan moda keruntuhan yang terjadi pada balok beton

bertulang yang diperkuat dengan CFRP pasca tulangan leleh. Hasil penelitian

menunjukkan penambahan lebar sabuk tidak efektif dalam meningkatkan kapasitas

beban.

Kata Kunci : CFRP, Pasca Tulangan Meleleh, Kapasitas Lentur, Balok

Dr. Eng. Rudi Djamaluddin, S.T. M.Eng.

Pembimbing I



Bontomarannu


Fransisca J. Fiola

D111 12 253

Mahasiswa S1 Jurusan Sipil



Bontomarannu, Gowa 92172, Sulawesi Selatan

Email: [email protected]

Dr.Eng. Hj. Rita Irmawaty, S.T., M.T.

Pembimbing II



Bontomarannu


v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas

segala berkah dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang

berjudul “Pengaruh Lebar Sabuk Terhadap Kapasitas Lentur Balok Beton

Bertulang Yang Diperkuat Dengan Lembar Carbon Fiber Reinforced Polymer Pasca

Tulangan Meleleh”, sebagai salah satu syarat yang diajukan untuk menyelesaikan studi

pada Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Hasanuddin. Tugas akhir ini disusun

berdasarkan hasil penelitian di Laboratorium Struktur dan Bahan Jurusan Sipil Fakultas

Teknik Universitas Hasanuddin.

Penyusunan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bimbingan, petunjuk dan perhatian

dari dosen pembimbing. Maka dalam kesempatan kali ini, penulis mengucapkan terima

kasih kepada :

Pembimbing I : Dr. Eng. Rudy Djamaluddin, S.T., M. Eng

Pembimbing II : Dr. Eng. Rita Irmawaty, S.T., M.T.

Sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Terima kasih atas segala bantuan

berupa sumbangan pemikiran, arahan dan saran yang dosen pembimbing berikan.

Dengan segala kerendahan hati, penulis juga ingin menyampaikan terima kasih

serta penghargaan yang setinggi – tingginya kepada:

1 Kedua orang tua tercinta Yansi Alfian dan Joice Parera atas kasih sayang,

pengorbanan, dukungan dan doanya.

2 Bapak Dr. Ing. Ir. Wahyu H. Piarah, MS, ME., selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin.

3 Bapak Dr. Ir. Arsyad Thaha, M.T., selaku ketua Jurusan Sipil Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin.

4 Bapak Dr. Eng. Rudy Djamaluddin, S.T., M.Eng. selaku Kepala Laboratorium

Struktur dan Bahan Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

5 Ibu Dr. Eng. Rita Irmawaty, S.T., M.T. yang telah banyak meluangkan waktu dan

tenaga untuk bimbingan dan pengarahan dalam penelitian ini.

6 Kak Dr. Eng. Fakhruddin, ST, M.Eng. Selaku Koordinator Laboratorium Riset

Perkuatan atas bimbingan dan pengarahan selama pembuatan Tugas Akhir.

7 Kak Hasmanullah Sudirman, S.T. dan Alm. Bapak Sudirman Sitang, S.T. selaku staf

Laboratorium Struktur dan Bahan Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas

Hasanuddin atas segala bimbingan dan pengarahan selama pelaksanaan penelitian di

laboratorium.

vi

8 Seluruh dosen, staf dan karyawan Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas

Hasanuddin.

9 Saudara Kresna selaku rekan TA dan rekan-rekan Lab Riset Rekayasa dan Perkuatan

Struktur, khususnya untuk Christy, Ray, Ismu, Nandar, Peri, dan Erik yang

senantiasa memberi masukan, semangat dan doa dalam menyelesaikan tugas akhir

ini.

10 Rekan mahasiswa S2 dan S3 khususnya untuk Pak Hidayat, Bu Hijriah, Pak Pieter

dan Pak Datnur yang senantiasa memberi masukan menyelesaikan tugas akhir ini.

11 Rekan–rekan mahasiswa angkatan 2012 Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas

Hasanuddin khususnya untuk Rima, Inayah, Auliyah, Puspa, Ismi, Cici, Mega,

Firah, dan Ainun serta rekan-rekan yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang

senantiasa memberikan semangat, bantuan dan dukungan dalam penyelesaian tugas

akhir ini.

12 Jeremia Caesar, yang senantiasa memberikan dukungan dan doa dalam penyelesaian

tugas akhir ini.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis menyadari masih banyak

kekurangan, maka dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan sumbangsi

kritik dan saran untuk memperbaiki penulisan ini agar dapat bermanfaat bagi penelitian

ataupun penulisan di masa mendatang.

Akhir kata, kiranya hasil penulisan ini dapat bermanfaat untuk peradaban

kehidupan manusia di masa sekarang dan akan masa depan.

Makassar, 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

ABSTRAK ...................................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iv

KATA PENGANTAR .................................................................................... v

DAFTAR ISI ................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ........................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... x

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 2

1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................... 2

1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 5

2.1 Tinjauan Umum ........................................................................... 5

2.2 Beton Bertulang ........................................................................... 6

2.3 Momen Inersia Penampang Retak ............................................... 13

2.4 Retak Pada Balok ......................................................................... 15

2.5 Hubungan Beban dan Lendutan ................................................... 16

2.6 Fiber Reinforced Polymer ............................................................ 17

2.6.1 Fiber Reinforced Polimer (FRP) ..................................... 17

2.6.2 Epoxy Resin ..................................................................... 19

2.6.3 Mode Kegagalan ............................................................. 21

2.6.4 Debonding FRP ............................................................... 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 25

3.1 Jenis Dan Desain Penelitian ........................................................ 25

3.1.1 Jenis Penelitian ................................................................ 25

3.1.2 Desain Penelitian ............................................................. 28

3.2 Kerangka Prosedur Penelitian ..................................................... 32

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ...................................................... 33

3.4 Alat dan Bahan Penelitian ........................................................... 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 37

viii

4.1 Karakteristik Bahan ...................................................................... 37

4.1.1 Pengujian Tarik Baja Tulangan ........................................... 37

4.1.2 Pengujian Karakteristik Beton ............................................ 37

4.2 Kapasitas Lentur Maksimm Balok Beton Bertulang ................... 38

4.3 Hubungan Beban Dan Lendutan ................................................. 40

4.7 Hubungan Beban Dan Regangan Beton ...................................... 40

4.9 Pola Retak .................................................................................... 41

4.10 Mode Keruntuhan Balok CFRP ................................................... 44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 50

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 50

5.2 Saran ............................................................................................. 50

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 51

LAMPIRAN .................................................................................................... 52

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi CFRP type SCH-41 dalam bentuk dry sheet ............ 19

Tabel 2.2 Spesifikasi CFRP type SCH-41 dalam bentuk komposit ............ 19

Tabel 2.3 Sifat Material Epoxy .................................................................. 20

Tabel 3.1 Variasi Benda Uji 15 cm x 20 cm x 330 cm .............................. 29

Tabel 4.1 Hasil pengujian tarik baja tulangan............................................. 37

Tabel 4.2 Hasil pengujian Kuat Tekan Beton ............................................ 38

Tabel 4.3 Kapasitas Beban dan Momen Balok Benda Uji .......................... 39

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Distribusi regangan penampang balok ultimit ............................ 9

Gambar 2.2 Perilaku lentur pada beban sebelum retak .................................. 10

Gambar 2.3 Perilaku lentur beton setelah retak .............................................. 11

Gambar 2.4 Perilaku lentur pada beban ultimit .............................................. 11

Gambar 2.5 Blok tegangan ekuivalen ............................................................. 12

Gambar 2.6 Regangan untuk metode ACI 440-2R-08 ................................... 14

Gambar 2.7 Jenis retakan pada beton ............................................................. 16

Gambar 2.8 Hubungan antara beban dan lendutan ......................................... 17

Gambar 2.9 CFRP Tyfo SCH-41 dan Epoxy Resin Tyfo S ............................. 20

Gambar 2.10 Putusnya FRP dan hancurnya beton pada sisi tekan .................. 21

Gambar 2.12 (a) Cover debonding ................................................................... 23

Gambar 2.12 (b) FRP debonding from laminate end........................................ 23

Gambar 2.12 (c) CDC (Critical Diagonal Crack) debonding .......................... 23

Gambar 2.12 (d) IC (Intermediate Crack) debonding ...................................... 23

Gambar 3.1 (a) Pencampuran epoxy resin ...................................................... 26

Gambar 3.1 (b) Pengolesan epoxy resin pada permukaan lembar CFRP........ 26

Gambar 3.1 (c) Penempelan lembar CFRP pada permukaan balok ................ 26

Gambar 3.1 (d) Pengolesan epoxy resin tahap kedua pada permukaan lembar

CFRP ........................................................................................... 26

Gambar 3.2 Balok beton bertulang yang telah dilapisi lembar CFRP dan sabuk

Lembar CFRP ............................................................................. 27

Gambar 3.3 (a) Desain set-up benda ji. ........................................................... 28

Gambar 3.3 (b) Set-up benda uji di laboratorium ........................................... 28

Gambar 3.4 Desain benda uji balok beton bertulang dengan CFRP ............... 29

Gambar 3.5 Posisi strain gauge beton ............................................................ 29

Gambar 3.6 Posisi strain gauge baja pada tulangan ....................................... 30

Gambar 3.7 Posisi strain gauge FRP pada balok ........................................... 30

Gambar 3.8 Bagan Alir Penelitian .................................................................. 32

Gambar 3.9 (a) Strain gauge baja tipe FLK-6-11-5L ..................................... 34

Gambar 3.9 (b) Strain gauge beton tipe PL 60-11-5L .................................... 34

Gambar 3.9 (c) Strain gauge FRP tipe FLA-6-11-5L .................................... 34

Gambar 3.9 (d) Perbandingan ukuran strain gauge yang digunakan pada baja,

FRP dan beton ............................................................................. 34

xi

Gambar 3.8 (e) CN Adhesive .......................................................................... 34

Gambar 3.9 (e) CN-E Adhesive ...................................................................... 34

Gambar 3.10 LVDT .......................................................................................... 35

Gambar 3.11 Data logger TDS-530 ................................................................. 35

Gambar 4.1 Hasil slump test ........................................................................... 38

Gambar 4.2 Grafik hubungan beban-lendutan ................................................ 40

Gambar 4.3 Grafik hubungan beban-regangan beton ..................................... 41

Gambar 4.4 Pola retak beton BCS2-1 ............................................................ 42






Gambar 4.10 (a) Hubungan beban-regangan CFRP balok BCS2-1 ................. 44

Gambar 4.10 (b) Hubungan beban-lendutan dan bunyi balok BCS2-1 ........... 44

Gambar 4.11 (b) Mode keruntuhan balok BCS2-1 ........................................... 44
















1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perkembangan mengenai konstruksi beton telah menghasilkan banyak teori dan

eksperimen dalam beberapa dekade terakhir, termasuk salah satunya adalah tentang

perbaikan struktur pada beton bertulang. Beton bertulang terdiri dari kombinasi beton

dan baja tulangan, dimana beton berfungsi untuk menahan gaya tekan yang diakibatkan

oleh beban-beban yang diberikan dan baja tulangan yang berfungsi untuk menahan gaya

tarik yang terjadi.

Balok beton bertulang menahan beban aksial. Balok digunakan dalam berbagai

infrastruktur seperti bangunan dan jembatan. Beton bertulang umumnya digunakan

sebagai struktur konstruksi hampir semua jenis bangunan seperti jembatan, bendungan,

tunnel, pengerasan jalan, viaduct, drainase, pengairan, dan sebagainya. Penggunaan

balok yang terus menerus akan mengurangi kemampuan balok dalam memikul beban,

sehingga dapat mengalami keruntuhan. Untuk mencegah hal itu terjadi, maka perlu

membangun infrastruktur yang baru atau memperbaiki infrastruktur yang ada. Dengan

memperbaiki infrastruktur, maka biaya pembongkaran dan pembuatan infrastruktur

menjadi lebih sedikit dibandingkan apabila harus membongkar dan membuat

infrastruktur yang baru.

Perkuatan struktur menurut Triwiyono (2004) dilakukan untuk bangunan yang

riskan terhadap beban baru yang akan dipikul, sehingga perlu meningkatkan kemampuan

bangunan tersebut atau menambahkan elemen struktur baru yang tidak tersedia atau

dianggap tidak ada pada saat struktur dibangun. Perkuatan struktur biasanya dilakukan

sebagai upaya pencegahan sebelum struktur mengalami kehancuran. Sedangkan

perbaikan struktur diterapkan pada bangunan yang telah rusak, yaitu merupakan upaya

untuk mengembalikan fungsi struktur seperti semula setelah mengalami penurunan

kekuatan. Jika bangunan tidak segera ditangani perbaikan atau perkuatannya, kerusakan

dapat berlanjut lebih parah lagi. Perkuatan atau retrofit dapat dilakukan dengan cara

penambahan tulangan dengan sistem jacketing, penambahan pelat baja, penambahan

rangka batang, dan dengan penambahan FRP (Fiber Reinforced Polymer). FRP sendiri

mempunyai banyak jenis, antara lain adalah CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer),

GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) dan AFRP (Aramyd Fiber Reinforced

Polymer).

2

Dewasa ini telah mulai banyak digunakan material jenis baru yaitu Carbon Fiber

Reinforced Polymer (CFRP) yang merupakan bahan non logam dari serat karbon. CFRP

adalah material ringan dengan berat 1,5 g/cm3 yang mempunyai kekuatan tarik jauh lebih

tinggi dibanding kekuatan baja yaitu sebesar 2800 MPa, sehingga apabila digabungkan

secara komposit pada struktur beton, CFRP akan berperan dalam menyumbangkan

kekuatan tarik yang besar.

Perilaku keruntuhan yang dominan pada struktur balok pada umumnya adalah

keruntuhan lentur. Perilaku keruntuhan dapat dibagi dalam tiga tahapan yaitu: elastis

penuh (belum retak), tahapan mulai terjadi retak, dan tahapan plastis (leleh pada baja

atau beton hancur). Pada balok dengan penambahan lembar FRP terjadi keruntuhan

lentur yang disertai dengan peningkatan kapasitas beban sampai terjadi pelepasan lekatan

antara lapis FRP dengan beton (debonding) yang terjadi secara tiba-tiba. Setelah terjadi

retak pada balok dilanjutkan dengan pelelehan baja tulangan sampai balok mengalami

kehancuran pada serat tekan balok. Salah satu metode untuk menghindari debonding

pada balok beton dengan perkuatan lembar FRP yakni dengan memasang sabuk pada

ujung FRP yang telah diaplikasikan pada permukaan bawah balok beton.

Berdasarkan latar belakang di atas, judul penelitian yang diangkat oleh penulis

yaitu Pengaruh Lebar Sabuk Terhadap Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang

Yang Diperkuat Dengan Lembar Carbon Fiber Reinforced Polymer Pasca Tulangan

Meleleh.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah yakni

bagaimana pengaruh lebar sabuk terhadap kapastitas lentur dan mode keruntuhan balok

yang diperkuat dengan CFRP pasca tulangan meleleh.

1.3 Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah di atas, maka tujuan penelitian ini adalah untuk

mengevaluasi variasi lebar sabuk terhadap kapasitas lentur dan mode keruntuhan balok

yang diperkuat dengan CFRP pasca tulangan meleleh.

1.4 Batasan Masalah

Untuk mencapai tujuan penelitian dan menghindari pembahasan diluar dari konsep

penelitian, maka pada penelitian ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut:

1. Bentuk penampang yang digunakan adalah persegi empat. Ukuran balok yang

digunakan 15 cm x 20 cm dengan panjang 330 cm.

3

2. Balok diperkuat dengan CFRP satu lapis di sepanjang sisi tarik balok dalam kondisi

tulangan tarik telah meleleh

3. Sabuk yang digunakan adalah lembar GFRP

4. Lebar sabuk 30 cm dan 60 cm berbentuk U (U-Shape) vertikal (90)

5. Tidak membahas pengaruh CFRP terhadap geser

6. CFRP dapat digunakan pada kondisi tertentu, misalnya untuk beton di laut yang

memiliki mutu beton yang sangat tinggi karena adanya keharusan penggunaan

kadar semen yang tinggi pula, yang mampu menahan kondisi ekstrim air laut

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Memberikan informasi sehubungan dengan kapasitas lentur dan mode keruntuhan

pada balok dengan perkuatan CFRP pasca tulangan meleleh.

2. Sebagai referensi untuk penelitian lanjutan mengenai perkuatan balok beton yang

diperkuat dengan menggunakan CFRP.

3. Sebagai referensi dan alternatif perbaikan perkuatan struktur yang mengalami

kerusakan dan kegagalan dalam pelaksanaan.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah penulisan tugas akhir ini, diuraikan dalam sistematika

penulisan yang dibagi dalam 5 (Lima) pokok bahasan berturut-turut sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang gambaran umum mengenai latar belakang mengenai

pemilihan judul tugas akhir, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah,

manfaat penelitian, serta sistematika penulisan yang menguraikan secara singkat

komposisi bab yang ada pada penulisan tugas akhir.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menyajikan teori secara singkat dan gambaran umum mengenai

karakteristik beton bertulang, CFRP, dan pola keruntuhan.

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini menyajikan mengenai tahapan penelitian, bahan uji yang digunakan,

metode penelitian serta alat – alat yang digunakan dalam pengujian.

BAB IV. ANALISA DATA

Bab ini menyajikan hasil analisis perhitungan data-data yang diperoleh dari hasil

pengujian serta pembahasan dari hasil pengujian yang diperoleh.

4

BAB V. PENUTUP

Merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dari hasil analisis masalah dan

disertai dengan saran-saran.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hasil Penelitian Sebelumnya

Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Antonius dan Endah

K. Pangestu (2007), pada benda uji balok beton bertulang yang diperkuat dengan Carbon

Fiber Reinforced Polymer didapat beberapa kesimpulan berikut:

1. Penambahan pelat CFRP secara eksternal pada serat tarik balok dapat menghambat

munculnya retak awal. Retak awal tersebut ditandai dengan adanya retak-retak

rambut pada serat tarik balok sebagai indikasi telah terlampauinya regangan tarik

beton.

2. Penambahan pelat CFRP secara eksternal pada balok dibandingkan dengan balok

normal dapat meningkatkan kuat lentur sebesar sebesar 49 %.

3. Penambahan pelat CFRP secara eksternal pada balok tanpa tulangan kurang efektif,

karena kuat lentur yang terjadi turun sebesar 52,9 % dan lendutannya turun 89 %

terhadap balok normal. Hal itu disebabkan debonding failure CFRP pada salah satu

ujungnya terlebih dahulu sehingga balok beton tersebut tidak mampu menahan

gaya tarik yang terjadi, akibatnya balok runtuh (patah) secara brittle.

4. Pola keruntuhan yang terjadi pada semua balok uji dengan penambahan CFRP

adalah terjadinya debonding failure yaitu lepasnya ikatan antara beton dengan

CFRP, sehingga dapat dikatakan bahwa material komposit tersebut belum bisa

bekerja secara optimal. Hal itu bisa diakibatkan karena epoxy yang kurang kuat

atau bidang kontak yang kurang luas.

Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Rudy Djamaluddin

dan Shinichi Hino (2011), pada benda uji balok beton bertulang yang telah meleleh

dan diperkuat dengan lembaran GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) didapat

beberapa kesimpulan berikut:

1. Kekakuan balok yang diperkuat dengan lembaran GFRP tidak terlalu dipengaruhi

oleh kondisi awal dimana tulangan baja telah meleleh dan adanya retakan akibat

pembebanan awal sebelum perkuatan. Hubungan beban-lendutan balok yang

diperkuat memperlihatkan perilaku cukup baik walaupun memiliki karakteristik

yang lebih getas dibanding balok beton bertulang biasa.

2. Perkuatan menggunakan lembaran GFRP pada balok beton bertulang yang telah

mengalami leleh tulangan memiliki beban ultimit yang lebih tinggi dari balok beton

6

bertulang biasa. Namun jika dibandingkan dengan beban ultimit teoritis, beban

ultimit hasil pengujian masih lebih rendah.

3. Pengaruh melelehnya tulangan dan adanya retakan pada saat perkuatan dengan

lembaran GFRP memberi pengaruh pada turunnya beban ultimit balok

dibandingkan dengan estimasi beban ultimit dengan menggunakan teori balok

beton bertulang. Sehingga perlu untuk dilakukan studi lebih lanjut terkait pengaruh

leleh tulangan dan keberadaan retak terhadap kapasitas lentur balok beton

bertulang yang diperkuat dengan lembaran GFRP.

4. Penurunan beban ultimit dibanding dengan estimasi teoritis juga dipicu oleh

terjadinya kehilangan rekatan lebih awal antara GFRP dengan beton terjadi

sebelum beton mencapai tegangan hancurnya.

5. Pola retak pada balok yang diperkuat dengan lembaran GFRP menggambarkan

mekanisme lentur beton bertulang yang berperilaku seperti asumsi beton bertulang

dengan rekatan penuh.

6. Rekatan antara lembaran GFRP dengan permukaan beton merupakan faktor

penentu beban ultimit balok. Terlepasnya rekatan menyebakan penampang

kehilangan kapasitas momennya lebih awal sebelum beton mencapai tegangan

hancurnya.

2.2 Beton Bertulang

Beton adalah campuran antara semen Portland atau semen hidraulik yang lain,

agregat halus, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk

massa padat. Terkadang, satu atau lebih bahan aditif ditambahkan untuk menghasilkan

beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan (workability),

durabilitas, dan waktu pengerasan.

Seperti substansi-substansi mirip batuan lainnya, beton memiliki kuat tekan yang

tinggi dan kuat tarik yang sangat rendah. Beton bertulang adalah suatu kombinasi antara

beton dan baja dimana tulangan baja berfungsi menyediakan kuat tarik yang tidak

dimiliki beton.

Beton kuat terhadap tekan, tetapi lemah terhadap tarik. Oleh karena itu, perlu

tulangan untuk memikul beban-beban yang bekerja beton. Adanya tulangan ini sering

kali digunakan untuk memperkuat daerah tekan pada penampang balok. Tulangan baja

tersebut perlu untuk beban-beban berat dalam hal untuk mengurangi lendutan jangka

panjang (Nawy, Edward G. 1990).

7

Balok beton bertulang akan melentur pada saat beban bekerja. Lentur pada balok

adalah akibat regangan deformasi yang disebabkan oleh beban eksternal. Pada saat beban

ditingkatkan, balok tersebut menahan regangan dan defleksi tambahan, mengakibatkan

retak-retak lentur sepanjang bentang dari balok tersebut. Penambahan yang terus-

menerus terhadap tingkat beban mengakibatkan kegagalan elemen struktural ketika

beban eksternal mencapai kapasitas elemen tersebut.

Sukses besar beton bertulang sebagai bahan konstruksi yang universal cukup

mudah dipahami jika dilihat dari banyaknya kelebihan yang dimilikinya. Kelebihan

tersebut antara lain (McCormac, Jack C. 2001):

1. Beton memiliki kuat tekan yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan

kebanyakan bahan yang lain.

2. Beton bertulang mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap api dan air, bahkan

merupakan bahan struktur terbaik untuk bangunan yang banyak bersentuhan

dengan air.

3. Struktur beton bertulang sangat kokoh.

4. Beton bertulang tidak memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi (serviceability).

5. Dibandingkan dengan bahan lain, beton memiliki usia layan yang sangat panjang.

Dalam kondisi-kondisi normal, struktur beton bertulang dapat digunakan sampai

kapan pun tanpa kehilangan kemampuannya untuk menahan beban.

6. Beton biasanya merupakan satu-satunya bahan yang ekonomis untuk pondasi

tapak, dinding, basement, tiang tumpuan jembatan, dan bangunan-bangunan lain

semacam itu.

7. Salah satu ciri khas beton adalah kemampuannya untuk dicetak menjadi bentuk

sangat beragam, mulai dari pelat, balok dan kolom yang sederhana sampai atap

kubah dan cangkang besar.

8. Di sebagian besar daerah, beton terbuat dari bahan-bahan lokal yang murah (pasir,

kerikil, air) dan relatif hanya membutuhkan sedikit semen dan tulangan baja, yang

mungkin saja harus didatangkan dari daerah lain.

9. Keahlian buruh untuk membangun konstruksi beton bertulang lebih rendah bila

dibandingkan dengan bahan lain seperti baja struktur.

Di samping kelebihan-kelebihan beton bertulang sebagai suatu bahan struktur

seperti yang telah disebutkan di atas, beton bertulang juga mempunyai berbagai

kekurangan dan kelemahan. Kelemahan-kelemahan tersebut antara lain adalah:

8

1. Beton mempunyai kuat tarik yang sangat rendah, sehingga memerlukan tulangan

tarik.

2. Beton bertulang memerlukan bekisting untuk menahan beton tetap di tempatnya

sampai beton tersebut mengeras. Selain itu, penopang atau penyangga sementara

mungkin diperlukan untuk menjaga agar bekisting tetap berada pada tempatnya,

misalnya pada kolom, dinding, atap, dan struktur-struktur sejenis, sampai bagian-

bagian beton ini cukup kuat untuk menahan beratnya sendiri.

3. Rendahnya kekuatan persatuan berat dari beton mengakibatkan beton bertulang

menjadi berat. Ini akan sangat berpengaruh pada struktur-struktur bentang panjang

di mana berat beban mati beton yang besar akan sangat mempengaruhi momen

lentur.

4. Akibat rendahnya kekuatan persatuan berat, rendahnya kekuatan persatuan volume

akan mengakibatkan beton akan berukuran relatif lebih besar.

Kegagalan pada balok beton bertulang pada dasarnya dipengaruhi oleh melelehnya

tulangan baja dan hancurnya beton bertulang. Ada 3 kemungkinan yang bisa terjadi yang

menyebabkan kegagalan balok beton bertulang, yaitu (Nawy, Edward G. 2008):

a. Kondisi balanced reinforced

Tulangan tarik mulai leleh tepat pada saat beton mencapai regangan batasnya

dan akan hancur karena tekan.

Kondisi regangan : 𝜀𝑐 = 0,003 𝑑𝑎𝑛 𝜀𝑠 = 𝑓𝑦

𝐸𝑠

Pada kondisi ini berlaku : 𝜌 = 𝜌𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑑 dan 𝜀𝑠 = 𝜀𝑦

b. Kondisi Over-Reinforced

Kondisi ini terjadi apabila tulangan yang digunakan lebih banyak dari yang

diperlukan dalam keadaan balanced. Keruntuhan ditandai dengan hancurnya

penampang beton terlebih dahulu sebelum tulangan baja meleleh.

Pada kondisi ini berlaku: 𝜌 > 𝜌𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑑 dan 𝜀𝑠 < 𝜀𝑦

c. Kondisi Under-Reinforced

Kondisi ini terjadi apabila tulangan tarik yang dipakai pada balok kurang dari

yang diperlukan untuk kondisi balanced. Keruntuhan ditandai dengan

lelehnya tulangan baja terlebih dahulu dari betonnya.

Pada kondisi ini berlaku : 𝜌 < 75% 𝜌𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑑 dan 𝜀𝑠 < 𝜀𝑦

9

Dalam perencanaan elemen struktur, suatu elemen struktur harus

direncanakan berada pada kondisi under-reinforced.

Gambar 2.1. Distribusi regangan penampang balok ultimit

Beton dan baja dapat bekerja sama dengan beberapa alasan yaitu:

1. Lekatan (bond) atau interaksi antara batangan baja dengan beton keras

disekelilingnya) berguna untuk mencegah slip relatif antara baja dengan beton.

2. Campuran beton yang memadai memberikan sifat anti resap yang cukup dari beton

untuk mencegah karat terhadap baja tulangan.

3. Angka kecepatan muai yang hampir serupa yaitu 0,0000055 sampai dengan

0,000075.

Adapun gambar distribusi regangan sesuai dengan penjelasan di atas, dapat dilihat

pada Gambar 2.1. Balok beton bertulang merupakan elemen struktur yang dominan

menahan gaya lentur pada saat beban diberikan. Pada saat beban ditingkatkan maka nilai

regangan dan defleksi balok akan semakin meningkat yang diiringi dengan timbulnya

retak-retak lentur sepanjang bentang balok tersebut. Penambahan beban secara terus-

menerus akan mengakibatkan kegagalan elemen struktural ketika beban eksternal telah

melebihi kapasitas elemen balok tersebut.

Untuk lebih memahami kondisi tegangan dan regangan beton pada saat dibebani

maka akan diuraikan secara lebih terperinci mengenai hal tersebut. Nilai tegangan pada

sumbu

netral

(kondisi

balanced)

c=0,003

𝑠 > 𝑦

=𝑓𝑦

𝐸𝑠

𝑠 < 𝑦

=𝑓𝑦

𝐸𝑠

𝑠 = 𝑦

=𝑓𝑦

𝐸𝑠

10

daerah tekan beton bersifat linear atau kira-kira sebanding dengan regangannya hanya

sampai pada tingkat pembebanan tertentu pada kondisi 0.45 f’c. Pada tingkat pembebanan

ini, apabila beban ditambah terus-menerus maka keadaan sebanding akan lenyap dan

diagram tegangan tekan pada penampang balok beton akan berbentuk seperti kurva

tegangan-regangan beton.

Gambar 2.2 Perilaku lentur pada beban sebelum retak

Secara jelasnya dapat diuraikan pada Gambar 2.2 Pada kondisi pembebanan

sebelum terjadinya retak pada beton, beton dan baja tulangan secara bersama-sama

bekerja dalam menahan gaya tarik yang bekerja sementara beton pada sisi tekan hanya

menahan gaya tekan saja. Distribusi tegangan pada kondisi ini masih bersifat linear,

bernilai nol pada garis netral dan sebanding dengan nilai regangan yang terjadi. Hal ini

hanya dijumpai apabila tegangan maksimum yang timbul pada sisi tarik masih cukup

rendah di mana nilainya masih berada di bawah nilai modulus keruntuhan (rupture

modulus).

Pada kondisi pembebanan setelah retak di mana nilai pembebanan yang diberikan

telah melebihi nilai pembebanan sebelum terjadinya retak pada beton, nilai kuat tarik

beton telah dilampaui sehingga beton mulai mengalami retak rambut seperti tampak pada

Gambar 2.3. Pada kondisi ini beton tidak dapat meneruskan gaya tarik melintasi daerah

retak yang disebabkan karena kondisi lebar retak yang menyebabkan terputusnya aliran

distribusi tegangan sepanjang sisi tarik beton.

Akibatnya maka distribusi tegangan tarik pada daerah beton yang retak akan

terhenti dan kemudian selanjutnya diambil alih sepenuhnya oleh baja tulangan. Tulangan

akan mulai meregang dan apabila nilai beban semakin ditingkatkan maka tulangan akan

mencapai kondisi lelehnya. Distribusi tegangan tarik pada tulangan ini terjadi hingga

kondisi 0.5 f’c. Pada keadaan ini nilai tegangan beton tekan masih dianggap bernilai

11

sebanding dengan nilai regangannya dimana model tegangan yang terjadi masih

berbentuk blok segitiga seperti terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Perilaku lentur beton setelah retak

Apabila nilai beban diberikan lebih besar lagi maka nilai regangan serta tegangan

tekan akan meningkat dan cenderung untuk tidak sebanding lagi antara keduanya, di

mana tegangan tekan pada beton akan mulai membentuk kurva nonlinear.

Gambar 2.4. Perilaku lentur pada beban ultimit

Kurva tegangan di atas garis netral penampang balok atau pada daerah tekan balok

akan berbentuk sama dengan kurva tegangan-regangan beton seperti yang terlihat pada

Gambar 2.4. Bentuk distribusi tegangan ini berupa garis lengkung dengan nilai nol pada

garis netral.

12

Pada Gambar 2.4 dapat dilihat model distribusi tegangan dan regangan yang timbul

pada kondisi pembebanan mendekati pembebanan ultimit. Bentuk distribusi tegangan

aktual yang melengkung ini tentunya menimbulkan kesulitan tersendiri dalam

menghitung volume blok tegangan tekan.

Model persegi Whitney yang diusulkan tahun 1937 mengusulkan agar digunakan

blok tegangan segiempat ekuivalen yang dapat digunakan untuk menghitung gaya tekan

tanpa harus kehilangan ketelitiannya. Blok tegangan ekuivalen ini mempunyai tinggi a

dan tegangan tekan rata-rata sebesar 0.85 f’c. Nilai ini diperoleh berdasarkan hasil

percobaan pada beton yang berumur lebih dari 28 hari.

Dengan menggunakan semua asumsi di atas maka perhitungan volume blok

tegangan tekan dapat lebih mudah dilakukan dengan hanya menggunakan rumus volume

balok sederhana. Bentuk blok tegangan ekuivalen ini dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Apabila kapasitas batas kekuatan beton pada daerah tekan telah terlampaui maka balok

akan mengalami kehancuran. Sampai dengan tahap ini tampak bahwa tercapainya

kapasitas ultimit merupakan proses yang tidak dapat berulang karena beton telah

melewati kondisi elastisnya.

Gambar 2.5. Blok tegangan ekuivalen

Komponen struktur balok yang telah retak disertai dengan kondisi baja tulangan

yang telah meleleh tentunya ditandai dengan nilai lendutan yang besar. Lendutan besar

yang terjadi pada balok tidak akan kembali ke kondisinya yang semula dipengaruhi oleh

kondisi baja tulangan yang telah meleleh. Berdasarkan penjelasan-penjelasan yang telah

diuraikan sebelumnya maka dalam memperhitungkan kapasitas momen ultimit suatu

komponen struktur, kuat tarik beton biasanya diabaikan (tidak diperhitungkan). Seluruh

gaya tarik yang terjadi hanya dilimpahkan pada baja tulangan di daerah tarik.

13

Dengan demikian maka bentuk penampang beton pada daerah tarik tidaklah

mempengaruhi kekuatan lentur. Tinggi penampang yang menentukan adalah tinggi

efektif d, yaitu jarak dari serat tekan terluar terhadap titik berat tulangan tarik. Nilai

regangan beton tekan maksimum pada serat tekan terluar ditetapkan sebesar 0.003.

Penetapan nilai tersebut didasarkan atas hasil-hasil pengujian yang menunjukkan bahwa

umumnya regangan beton hancur berada di antara nilai 0.003 dan 0.004.

2.3 Momen Inersia Penampang Retak

Seperti yang telah diuraikan sebelumnya bahwa kondisi beton bertulang sebelum

beton retak (praretak) maka tulangan dan beton bekerja bersama-sama pada daerah tarik.

Dengan demikian maka untuk menentukan nilai lendutan yang terjadi tentunya juga

menggunakan nilai momen inersia penampang utuh dengan asumsi bahwa beton belum

mengalami keretakan sehingga momen inersia penampang masih utuh sepenuhnya.

Rumus perhitungan momen inersia penampang utuh dapat dilihat pada Persamaan (2.1).

𝐼𝑔 =1

12𝑏ℎ3 (2.1)

Setelah beton mengalami retak maka beton akan memasuki daerah pascaretak di

mana kondisi ini dimulai dengan munculnya retak pertama. Apabila telah terjadi retak

lentur maka kontribusi kekuatan tarik beton dapat dikatakan sudah tidak ada lagi. Hal ini

berarti pula bahwa kekakuan lentur penampangnya telah berkurang sehingga kurva

hubungan beban-defleksi akan semakin landai dibandingkan dengan taraf praretak. Pada

tahap ini digunakan nilai momen inersia penampang retak Icr. Nilai Icr ini dapat dihitung

menggunakan Persamaan (2.2).

𝐼𝑐𝑟 =1

3𝑏𝑐3 +

𝐸𝑠

𝐸𝑐𝐴𝑠(𝑑 − 𝑐)2 (2.2)

𝐼𝑐𝑟 =1

3𝑏𝑐3 +

𝐸𝑠

𝐸𝑐𝐴𝑠(𝑑 − 𝑐)2 +

𝐸𝑓

𝐸𝑐𝐴𝑓(ℎ − 𝑐)2 (2.3)

Bila dalam perhitungan balok beton menggunakan FRP maka Persamaan (2.2)

dapat diperluas menjadi Persamaan (2.3) dengan memperhitungkan pengaruh kontribusi

FRP.

Pedoman perencanaan untuk FRP dapat mengacu pada standard ACI yaitu “ACI

440.2R-08, Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP System

for Strengthening Concrete Structures”.

14

Untuk perkuatan lentur dengan FRP, perhitungan desain mengacu pada ACI

committee 440.2R-08 . Dalam mendesain balok dengan perkuatan FRP, digunakan nilai

regangan di bawah dari regangan putus FRP, hal ini dimaksudkan agar nantinya tipe

kegagalan yang terjadi pada balok adalah kegagalan debonding. Perhitungan tersebut

disajikan pada Gambar 2.6 dan dalam rumus-rumus berikut.

Gambar 2.6. Regangan untuk metode ACI 440-2R-08

Dalam mendesain kekuatan lentur diperlukan faktor reduksi terhadap momen yang

terjadi.

∅𝑀𝑛 ≥ 𝑀𝑢 (2.4)

Untuk melindungi kemampuan lekatan FRP diberikan persamaan untuk

menghitung koefisien lekatan yaitu :

𝑘𝑚 = 1

60 𝜀𝑓𝑢 (1 −

𝑛 𝐸𝑓 𝑡𝑓

360.000) ≤ 0,90 untuk n Ef tt ≤ 180.000 (2.5)

Dengan memberikan asumsi bahwa nilai regangan maksimum pada beton sebesar

0,003, maka regangan yang terjadi pada FRP dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).

𝜀𝑓𝑒 = 𝜀 𝑐𝑢(

ℎ−𝑐

𝑐) − 𝜀𝑏𝑖 ≤ 𝑘𝑚𝜀𝑓𝑢 (2.6)

Setelah mendapatkan nilai regangan pada FRP, Nilai tegangan pada FRP dapat

dihitung dengan Persamaan (2.7).

𝑓𝑓𝑒 = 𝐸𝑓𝜀𝑓𝑒 (2.7)

Dengan menggunakan Persamaan (2.7) dan (2.8) nilai regangan dan nilai tegangan

pada tulangan dapat dihitung. Setelah diketahui nilai regangan dan tegangan pada

15

tulangan dan FRP, posisi garis netral dapat dicek berdasarkan gaya dalam yang terjadi

dengan menggunakan Persamaan (2.8).

𝜀𝑠 = 𝜀𝑓𝑒 + 𝜀𝑏𝑖 (𝑑−𝑐

ℎ−𝑐) (2.8)

𝑓𝑠 = 𝐸𝑠𝜀𝑠 ≤ 𝑓𝑦 (2.9)

𝑐 =𝐴𝑠 𝑓𝑠+𝐴𝑓𝑓𝑓𝑒

𝛾 𝑓′𝑐 𝛽1 𝑏 (2.10)

Kapasitas momen nominal perkuatan lentur dengan menggunakan FRP dapat

dihitung dengan Persamaan (2.11). Untuk perkuatan lentur ACI committee 440

merekomendasikan nilai faktor reduksi untuk FRP (𝜓f ) sebesar 0,85.

𝑀𝑛 = 𝐴𝑠𝑓𝑠 (𝑑 −𝛽1 𝑐

2) + 𝜓𝑓𝐴𝑓𝑓𝑓𝑒 (ℎ −

𝛽1𝑐

2) (2.11)

2.4 Retak pada balok

Retak terjadi pada umumnya menunjukkan bahwa lebar celah retak sebanding

dengan besarnya tegangan yang terjadi pada batang tulangan baja tarik dan beton pada

ketebalan tertentu yang menyelimuti batang baja tersebut. Meskipun retak tidak dapat

dicegah, namun ukurannya dapat dibatasi dengan cara menyebar atau mendistribusikan

tulangan.

Apabila struktur dibebani dengan suatu beban yang menimbulkan momen lentur

masih lebih kecil dari momen retak maka tegangan yang timbul masih lebih kecil dari

modulus of rupture beton fr = 0,70 √f’c . Apabila beban ditambah sehingga tegangan

tarik mencapai fr, maka retak kecil akan terjadi. Apabila tegangan tarik sudah lebih besar

dari fr, maka penampang akan retak.

Ada tiga kasus yang dipertimbangkan dalam masalah retak yaitu:

1. Ketika tegangan tarik ft < fr, maka penampang dipertimbangkan untuk tidak terjadi

retak. Untuk kasus ini Ig = 1/12 b.h3.

2. Ketika tengangan tarik ft = fr, maka retak mulai timbul. Momen yang timbul

disebut momen retak dan dihitung sebagai berikut:

𝑀𝑐𝑟 = 𝑓𝑟𝐼𝑔

𝑐, dimana c = h/2 (2.12)

3. Apabila momen yang bekerja sudah lebih besar dari momen retak, maka retak

penampang sudah meluas. Untuk perhitungan digunakan momen inersia retak (Icr),

tranformasi balok beton yang tertekan dan tranformasi dari tulangan n.As. Pada

dasarnya ada tiga jenis keretakan pada balok (Gilbert, 1990):

16

a. Retak lentur (flexural crack), terjadi di daerah yang mempunyai harga

momen lentur lebih besar dan gaya geser kecil. Arah retak terjadi hampir

tegak lurus pada sumbu balok (lihat Gambar 2.7.(a)).

b. Retak geser pada bagian balok (web shear crack), yaitu keretakan miring

yang terjadi pada daerah garis netral penampang dimana gaya geser

maksimum dan tegangan aksial sangat kecil (lihat Gambar 2.7.(b)).

c. Retak geser-lentur (flexural shear crack), terjadi pada bagian balok yang

sebelumnya telah terjadi keretakan lentur. Retak geser lentur merupakan

perambatan retak miring dari retak lentur yang sudah terjadi sebelumnya

(lihat Gambar 2.7 (c)).

Gambar 2.7. Jenis retakan pada beton

2.5 Hubungan Beban dan Lendutan

Hubungan beban-defleksi balok beton bertulang pada dasarnya dapat

diidealisasikan menjadi bentuk trilinear sebelum terjadi rupture seperti pada diagram

Gambar 2.9 (Nawy, 2003):

1. Daerah I : Taraf praretak, dimana batang-batangnya strukturalnya bebas retak.

Segmen praretak dari kurva beban-defleksi berupa garis lurus yang

memperlihatkan perilaku elastis penuh. Tegangan tarik maksimum pada balok

lebih kecil dari kekuatan tariknya akibat lentur atau lebih kecil dari modulus

rupture ( fr) beton.

2. Daerah II : Taraf beban pascaretak, dimana batang-batang struktural mengalami

retak-retak terkontrol yang masih dapat diterima, baik distribusinya maupun

lebarnya. Pada balok tumpuan sederhana retak akan terjadi semakin lebar pada

daerah lapanga, sedangkan pada tumpuan hanya terjadi retak minor yang tidak

lebar. Apabila sudah terjadi retak lentur maka kontribusi kekuatan tarik beton

sudah dapat dikatakan tidak ada lagi. Ini berarti pula kekakuan lentur

penampangnya telah berkurang sehingga kurva beban-defleksi didaerah ini akan

semakin landai dibanding pada taraf praretak. Momen inersia retak disebut Icr.

(a) Retak geser

17

3. Daerah III : Taraf retak pasca-serviceability, dimana tegangan pada tulangan tarik

sudah mencapai tegangan lelehnya. Diagram beban defleksi daerah III jauh lebih

datar dibanding daerah sebelumnya. Ini diakibatkan oleh hilangnya kekuatan

penampang karena retak yang cukup banyak dan lebar sepanjang bentang. Jika

beban terus ditambah, maka regangan εs pada tulangan sisi yang tertarik akan terus

bertambah melebihi regangan lelehnya εy tanpa adanya tegangan tambahan. Balok

yang tulangan tariknya telah leleh dikatakan telah runtuh secara struktural. Balok

ini akan terus mengalami defleksi tanpa adanya penambahan beban dan retaknya

semakin terbuka sehingga garis netral terus mendekati tepi yang tertekan. Pada

akhirnya terjadi keruntuhan tekan sekunder yang mengakibatkan kehancuran total

pada beton daerah momen maksimum dan segera diikuti dengan terjadinya rupture.

Gambar 2.8. Hubungan antara Beban dan Lendutan (Nawy, 2003)

2.6 Fiber Reinforced Polymer

2.6.1 Fiber Reinforced Polimer (FRP)

FRP adalah material yang terbuat dari fiber (serat) material sintetis seperti glass,

aramid atau carbon yang disatukan oleh zat matriks, seperti epoksi atau polyester.

Pengembangan penggunaan FRP pada rekayasa sipil terdiri dari dua bagian, pertama

untuk rehabilitasi dan perbaikan struktur dan kedua untuk pembuatan konstruksi baru

yang sepenuhnya menggunakan FRP ataupun komposit dengan beton. Penggunaan FRP

dalam perkuatan struktur antara lain pada balok, pelat, jembatan, dan kolom. Terdapat

beberapa keuntungan menggunakan FRP sebagai bahan perkuatan struktur.

Material FRP yang sangat laku dipasaran adalah dalam bentuk lembaran, dimana

keuntungan yang diperoleh dari FRP lembaran adalah kemudahan dalam aplikasi yaitu

I II III

Beban

Lendutanban

18

lembaran FRP ini dapat ditempelkan dengan mudah pada bagian permukaan anggota

struktur yang rusak dengan bantuan perekat (resin), biaya yang relatif murah

dibandingkan FRP dengan bahan yang lain, kekuatan tarik yang tinggi, ketahanan yang

tinggi terhadap kimia, memiliki sifat isolasi yang baik. Adapun kekurangannya : berat

jenis yang tinggi, memiliki sifat kekerasan yang tinggi, ketahanan kelelahan yang relatif

rendah. Sebagai penguatan eksternal, FRP tipe lembaran digunakan untuk:

a. Perbaikan balok dan slab beton yang rusak, dengan asumsi bahwa debonding antara

FRP dan beton tidak menyebabkan kegagalan elemen struktur

b. Mengatasi penambahan lebar retakan akibat beban layanan

c. Meningkatkan kekuatan lentur akibat peningkatan beban seperti beban gempa dan

beban lalu lintas

d. Merencanakan beton baru yang memiliki daktalitas tinggi

e. Perbaikan struktur akibat kesalahan desain atau konstruksi

f. Meningkatkan kemampuan geser beton

g. Meningkatkan kemampuan pengekangan kolom beton

h. Perbaikan struktur lama dan bersejarah

i. Teknik yang digunakan dalam pemasangan tidak mengganggu penggunaan struktur

oleh pihak lain

Ada beberapa keuntungan penggunaan FRP sebagai perkuatan struktur, antara lain:

a. Kuat tarik sangat tinggi (± 7-10 kali lebih tinggi dari U39)

b. Sangat ringan (density 1.4-2.6 gr/cm3, 4-6 kali lebih ringan dari Baja)

c. Pelaksanaan sangat mudah dan cepat

d. Memungkinkan untuk tidak menutup lalu lintas (misalnya jembatan)

e. Tidak memerlukan area kerja yang luas

f. Tidak memerlukan joint, meskipun bentang yang harus diperkuat cukup panjang

g. Tidak berkarat (non logam)

Terdapat juga beberapa kekurangan dari FRP, yaitu:

a. Ketahanan terhadap kebakaran (harus diberikan lapisan tahan kebakaran)

b. Pengrusakan dari luar (umumnya untuk fasilitas umum harus diberikan lapisan

penutup dari mortar).

Dalam penggunaannya, FRP digabungkan dengan suatu bahan perekat (Epoxy

Resin) yang akan merekatkan lembaran fiber pada balok beton. Bahan perekat yang akan

digunakan pada penelitian ini berupa epoxy dengan nama Tyfo S yang merupakan produk

dari Fyfe Co terdiri dari 2 (dua) komponen yaitu komponen A dan komponen B.

Perbandingan campuran antara bagian A : bagian B = 2 : 1. Untuk CFRP, yang

19

dipergunakan adalah Tyfo SCH-41. Adapun spesifikasinya dapat dilihat pada Tabel 2.1

dan Tabel 2.2.

Tabel 2.1. Spesifikasi CFRP tyfo SCH-41 dalam bentuk dry sheet

Sumber: Fyfo.Co LLC

Tabel 2.2. Spesifikasi CFRP tyfo SCH-41 dalam bentuk komposit

Sumber: Fyfo.Co LLC

2.5.2 Epoxy Resin

Epoxy Resin adalah larutan yang digunakan untuk merekatkan serat fiber pada

beton atau objek yang ingin diperkuat. Campuran Epoxy resin terdiri dari bahan padat

dan cair yang saling larut. Campuran dengan Epoxy resin yang lain dapat digunakan

untuk mencapai kinerja tertentu dengan sifat yang diinginkan. Epoxy resin yang paling

banyak digunakan adalah Bisphenol A Eter Diglisidil.

Sifat- Sifat Material Fiber Lepas

Sifat Nilai Test

Tegangan Tarik 4.0 GPa

Modulus Tarik 230 GPa

Regangan Maksimum 1.7%

Kerapatan 1.74 g/cm3

Berat per luasan 644 g/cm2

Sifat Lapisan Komposit (CFRP + EPOXY)

Uraian Metode ASTM Nilai Test Nilai Desain

Tegangan tarik

Ultimit dalam arah

utama fiber

D-3039 986 MPa 834 MPa

Regangan D-3039 1,0 % 0,85 %

Modulus Tarik D-3039 123.4 GPa 104.8 GPa

Kuat Lentur D-790 25,8 MPa 20,7 MPa

Tebal Lapisan 1,0 mm 1,0 mm

20

Resin biasanya terdiri dari dua komponen, yaitu vinil atau epoxy dan pengeras

(hardener), kemudian diterapkan ke permukaan balok. Lembar CFRP diletakkan ke

permukaan yang rata, kemudian campuran epoxy resin ditambahkan dengan

menggunakan kuas atau roller. Ketika lembar CFRP diaplikasikan ke atas permukaan

balok, udara tidak boleh terjebak antara CFRP dan cetakan. Tekanan tangan atau rol

digunakan untuk memastikan resin jenuh dan penuh membasahi semua lapisan.

Pekerjaan harus dilakukan cukup cepat sebelum resin mulai bereaksi. Dalam beberapa

kasus, lapisan ditutupi dengan plastik lembaran dan vakum untuk menghilangkan

gelembung udara.

Tabel 2.3. Sifat material epoxy

Sumber: Fyfo.Co LLC

Tyfo SCH41 Tyfo S Component A Tyfo S Component B

Gambar 2.9. CFRP Tyfo SCH-41 dan Epoxy Resin Tyfo S

SIFAT MATERIAL EPOXI

Waktu Pengeringan : 72 Jam (Suhu ruang 60˚C)

KekuatanTarik ASTM D-638 72.4 MPa

Modulus Tarik - 3,18 GPa

PersenRegangan ASTM D-638 5%

KekuatanLentur ASTM D-790 123,4 MPa

Modulus Lentur ASTM D-790 3,12 GPa

21

Epoxy Resin dikeringkan dengan menambahkan anhidrida atau pengeras amina.

Setiap pengeras menghasilan profil larutan yang berbeda dan sifat yang diinginkan untuk

produk jadinya. Kecepatan pengeringan dapat dikendalikan melalui seleksi yang tepat

dari pengeras atau katalis untuk memenuhi persyaratan proses. Beberapa keuntungan

epoxy resin sebagai berikut:

a. Berbagai sifat mekanis memungkinkan pilihan yang lebih banyak

b. Tidak ada penguapan selama proses pengeringan

c. Rendahnya penyusutan selama proses pengeringan

d. Ketahanan yang baik terhadap bahan kimia

e. Memiliki sifat adhesi yang baik terhadap berbagai macam pengisi, serat dan substrat

lainnya

Kelemahan epoxy resin adalah biaya yang relatif mahal dan proses pengeringan

yang relatif lama. Bahan perekat yang digunakan dalam penelitian ini juga merupakan

produk dari Fyfo Co dengan nama Tyfo SCH-41 yang terdiri dari 2 komponen yaitu

komponen A (resin) dan komponen B (hardener) seperti yang ditunjukkan pada Gambar

2.10. Untuk proses pencampuran antara komponen A dan komponen B digunakan

perbandingan 2: 1.

2.6.3 Mode Kegagalan

Beberapa mode kegagalan yang sering terjadi pada balok yang diperkuat dengan

FRP yaitu:

a. Rusaknya FRP setelah tulangan tarik meleleh

b. Hancurnya beton sekunder setelah tulangan tarik meleleh

c. Inti beton rusak karena tekanan sebelum tulangan tarik meleleh

d. Lepasnya ikatan antara FRP dan beton (debonding)

Gambar 2.10. Putusnya FRP dan hancurnya beton pada sisi tekan

Gambar 2.10 secara berurutan menunjukkan mode kegagalan berupa putusnya

lapisan FRP yang terjadi setelah melelehnya tulangan dan hancurnya beton pada sisi

22

tekan. Hancurnya beton pada sisi tekan terjadi sebelum tulangan tarik meleleh sehingga

kondisi ini identik dengan kondisi over-reinforced.

Selain itu, terdapat pula kondisi di mana tulangan tarik telah meleleh namun

disertai dengan hancurnya beton pada sisi tekan tanpa disertai putusnya FRP. Mode

kegagalan selanjutnya merupakan mode kegagalan debonding.

Mode kegagalan debonding ini merupakan model kegagalan yang paling sering

dijumpai pada balok yang diperkuat FRP. Debonding merupakan lepasnya ikatan antara

beton dengan FRP. Mode kegagalan debonding sendiri dapat dibedakan atas empat jenis

di mana hal ini akan diuraikan lebih rinci pada subbab debonding FRP.

2.6.4 Debonding FRP

Perkuatan eksternal dengan menggunakan lembaran FRP merupakan cara dan

metode perkuatan yang efektif dan populer yang digunakan untuk konstruksi beton

bertulang saat ini. Kinerja FRP ini biasanya ditentukan dan dipengaruhi oleh masalah

rekatan antara FRP dengan beton. Hal ini dibuktikan dengan banyaknya dijumpai kasus

kegagalan debonding pada struktur yang diperkuat dengan FRP.

Oleh karena itu masalah debonding atau lepasnya ikatan antara FRP dengan beton

ini merupakan masalah yang kritis dan sangat penting dari penggunaan material FRP

dalam hal perbaikan dan perkuatan struktur. Bidang rekatan, dalam hal ini merupakan

bidang antara FRP dengan beton, biasanya merupakan bagian terlemah di mana

debonding paling sering terjadi.

Hal ini disebabkan karena adanya konsentrasi tegangan yang tinggi pada daerah

tersebut saat terjadi transfer gaya dari beton ke FRP. Daerah-daerah kritis terjadinya

debonding terletak pada ujung lapisan FRP dan juga area sekitar adanya retak geser

maupun lentur.

Kegagalan akibat debonding dapat dibedakan atas empat jenis yaitu lepasnya

selimut beton pada ujung lapisan FRP (cover debonding), lepasnya lapisan FRP tanpa

ikut terlepasnya beton (FRP debonding from laminate end), lepasnya FRP akibat retak

geser-lentur (FRP debonding from flexure-shear crack) dan lepasnya FRP akibat retak

lentur murni (FRP debonding from flexural crack).

Gambar 2.11(a) menunjukkan kegagalan cover debonding. Fenomena cover

debonding atau disebut juga concrete cover separation diakibatkan karena adanya

rambatan retak yang terjadi pada sepanjang sisi tulangan tarik. Kegagalan ini dimulai

dengan munculnya retak di sekitar ujung lapisan FRP. Retak ini kemudian semakin

merambat dan membentuk pola retakan yang hampir sejajar dengan daerah pemasangan

23

tulangan sehingga pada akhirnya menyebabkan terlepasnya selimut beton. Pada Gambar

2.11(b) menunjukkan kegagalan debonding akibat lepasnya lapisan FRP tanpa ikut

terlepasnya beton. Pada fenomena lepasnya lapisan FRP tanpa ikut terlepasnya beton

(FRP debonding from laminate end), kegagalan debonding diawali dengan terjadinya

tegangan geser permukaan yang tinggi pada ujung lapisan FRP.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.11. (a) Cover debonding. (b) FRP debonding from laminate end. (c) CDC

(Critical Diagonal Crack) debonding. (d) IC (Intermediate Crack)

debonding

Terjadinya debonding pada kondisi ini dimulai pada sisi ujung lapisan FRP

kemudian merambat ke tengah balok. Kegagalan ini biasanya diakibatkan karena lebar

pemasangan lapisan FRP yang lebih kecil daripada lebar penampang balok, bahan

perekat yang kurang baik maupun pelaksanaan penempelan lapisan FRP yang kurang

sempurna.

Gambar 2.11(c) menunjukkan kegagalan debonding akibat retak geser-lentur.

Lepasnya FRP akibat retak geser-lentur (FRP debonding from flexure-shear crack) biasa

disebut juga CDC (Critical Diagonal Crack) debonding. Kegagalan CDC debonding

semacam ini terjadi pada balok dengan penempatan lapisan FRP yang berada pada zona

geser yang tinggi tetapi momennya rendah, misalnya pada lokasi dekat tumpuan balok

sederhana. Pada lokasi tersebut tulangan geser yang diberikan hanya terbatas dan tidak

mampu memikul gaya geser yang terjadi sehingga akan menyebabkan terjadinya retak

geser-lentur yang besar di mana pola keruntuhan geser yang terjadi lebih dominan

dibandingkan dengan pola keruntuhan lentur.

Hal ini ditunjukkan dengan retakan diagonal yang cukup besar membentuk sudut

mendekati 450. Seiring dengan peningkatan lebar retak yang terjadi maka tegangan

permukaan yang tinggi akan terjadi antara beton dengan lapisan FRP dan merambat ke

ujung lapisan FRP yang didahului dengan terjadinya rambatan retak geser-lentur yang

cukup besar dan hampir mencapai permukaan balok.

24

Pada balok dengan jumlah tulangan geser yang memenuhi, retak geser-lentur hanya

akan berupa retakan-retakan kecil dalam jumlah yang banyak dan panjang retak yang

pendek tanpa adanya dominasi retak geser-lentur yang besar. Salah satu langkah yang

dapat dilakukan untuk mencegah kegagalan semacam ini yaitu dengan menambahkan

sabuk FRP pada daerah geser yang besar untuk memastikan kuat geser pada lokasi

tersebut lebih besar daripada kuat lenturnya.

Gambar 2.11(d) menunjukkan kegagalan FRP debonding from flexural crack.

Fenomena ini dimulai saat retak lentur terjadi pada beton, di mana terjadi konsentrasi

tegangan terjadi pada daerah retakan.

Lokasi konsentrasi tegangan berada pada sisi tengah di mana zona momen

maksimum berada. Tegangan tarik yang terjadi hanya berpusat pada sisi tengah dan

belum merambat ke ujung lapisan FRP. Tegangan tarik yang terjadi pada daerah beton

yang telah retak kemudian ditransfer atau dipindahkan ke lapisan FRP sehingga tegangan

lokal permukaan antara lapisan FRP dengan beton akan semakin meningkat dan berpusat

pada daerah retakan dan sekitarnya.

Seiring dengan peningkatan beban yang diberikan maka terjadi pula peningkatan

tegangan lokal permukaan antara lapisan FRP dengan beton. Ketika tegangan ini telah

mencapai nilai kritisnya maka tegangan ini akan mulai disalurkan atau mulai merambat

ke salah satu ujung FRP dan menjadi penyebab terlepasnya ikatan antara FRP dengan

beton atau biasa disebut dengan istilah debonding.

Pelepasan lapisan FRP ini kemudian mulai merambat dari tengah ke ujung lapisan

FRP hingga akhirnya menyebabkan terlepasnya sebagian lapisan FRP pada setengah

bentang balok. Peristiwa debonding seperti ini biasa disebut dengan FRP debonding from

flexural crack atau juga dapat disebut IC (intermediate crack) debonding.

25

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Jenis dan Desain Penelitian

3.1.1 Jenis Penelitian

Penelitian yang dilakukan adalah uji eksperimental dan kajian pustaka tentang

perilaku lentur balok beton bertulang yang diperkuat dengan menggunakan CFRP.

Penelitian ini dilaksanakan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut:

1. Pengujian material baja tulangan

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui tegangan leleh dan modulus elastisitas

baja. Pengujian ini dilakukan dengan melihat kuat tarik tulangan ∅6 yang akan

digunakan sebagai tulangan memanjang pada serat tekan dan diameter D12 untuk

serat tarik. Tulangan geser menggunakan tulangan ∅8.

2. Pembuatan benda uji

Benda uji yang digunakan berbentuk balok persegi dengan ukuran 15 cm x 20 cm x

330 cm. Pengecoran benda uji menggunakan ready mix dengan kuat tekan ƒ’c

sebesar 25 MPa atau K300.

3. Pengujian material beton normal

Pengujian material beton yang akan dilakukan meliputi; pengujian kuat tekan, uji

lentur, dan modulus elastisitas. Setiap jenis pengujian dilakukan terhadap tiga

spesimen. Untuk pengujian kuat tekan, kuat lentur serta modulus elastisitas

digunakan alat Concrete Compression Testing Machine kapasitas 100 ton dengan

beberapa alat tambahan.

4. Prosedur Pemasangan CFRP

Pada sampel balok yang akan diperkuat, bagian permukaan balok dibersihkan, dan

dipersiapkan sebelum pemasangan CFRP, dengan urutan sebagai berikut:

a. Menyediakan segala bahan dan peralatan yang diperlukan;

b. Menegakkan posisi balok yang melendut ke posisi nol defleksi;

c. Meratakan permukaan balok yang akan diperkuat dengan CFRP serta

membersihkannya dari segala kotoran yang mungkin mengurangi lekatan beton

dan CFRP;

d. Memastikan permukaan beton dalam keadaan kering agar epoxy resin dapat

melekat dengan baik;

e. Memotong lembaran Tyfo SCH-41 sesuai ukuran permukaan dasar balok;

26

f. Mempersiapkan campuran bahan perekat epoxy resin komponen A dan

komponen B dengan perbandingan berat 2: 1. Proses pengadukan tidak boleh

berlebihan hingga menghasilkan busa dan gelembung yang bisa terperangkap

sebagai rongga udara dalam perekat seperti yang ditunjukkan pada Gambar

3.1(a);

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 3.1 (a) Pencampuran epoxy resin. (b) Pengolesan epoxy resin pada

permukaan lembar CFRP. (c) Penempelan lembar CFRP pada

permukaan balok. (d) Pengolesan epoxy resin tahap kedua pada

permukaan lembar CFRP

g. Mengoleskan bahan perekat pada permukaan balok dan lembaran CFRP Tyfo

SCH-41 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1(b);

h. Menempelkan bahan perkuatan yang telah dipotong dan diberi perekat dengan

arah longitudinal balok dan ditekan perlahan terhadap perekat yang masih basah

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1(c). Rongga udara yang terjebak antara

lapisan perkuatan dengan permukaan beton akan dilepas dengan tekanan roller

searah serat perkuatan agar perekat menyatu dengan serat dan permukaan beton.

27

Penekanan roller tegak lurus arah serat tidak diperbolehkan karena dapat

mengubah arah serat atau merusak serat;

i. Mengoleskan perekat tahap kedua diatas permukaan CFRP Tyfo SCH-41 yang

telah dilekatkan seluruhnya untuk menjamin lekatan serat ke permukaan beton

seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.1(d). Beton ditekan dengan roller agar

bahan perekat dapat melapisi permukaan CFRP Tyfo SCH-41 secara merata;

j. Mendiamkan benda uji minimal selama 72 jam sebelum dilakukan pengujian

Gambar 3.2 Balok beton bertulang yang telah dilapisi lembar CFRP dan sabuk GFRP

5. Pengujian Lentur Balok Beton bertulang

a. Pengujian dilakukan diatas frame yang terbuat dari profil baja yang didesain

dengan perletakan sederhana (sendi-rol) untuk menguji kekuatan lentur balok

dengan panjang bentang 330 cm dan penampang berbentuk persegi empat

berdimensi 15 cm x 20 cm.

b. Pengujian lentur pada balok beton bertulang dilaksanakan pada sampel yang

telah berumur diatas 28 hari. Benda uji ini terdiri dari enam buah balok beton

bertulang yang akan diperkuat dengan CFRP.

c. Balok akan dibebani terlebih dahulu hingga tulangan tarik meleleh dan terjadi

retak lentur. Kemudian balok tersebut akan diperkuat dengan CFRP dan

kemudian dibebani kembali hingga balok tersebut mengalami kegagalan lentur.

d. Pengujian balok beton bertulang ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan

balok dalam memikul beban. Pembacaan load cell untuk pengujian balok

dilaksanakan setiap pembebanan 1 kN. Untuk mencatat lendutan yang terjadi

Sabuk GFRP

CFRP

28

pada balok dipasang tiga buah LVDT (Linear Variable Displacement

Transducer) yang ditempatkan pada bagian bawah balok.

Ket : Satuan dalam mm

(a)

(b)

Gambar 3.3. (a) Desain set-up benda uji. (b) Set-up benda uji di laboratorium

6. Pengujian ini membahas hubungan antara beban dan lendutan dan hubungan antara

beban dan regangan.

7. Dari hasil penelitian dibagi menjadi 2 daerah yaitu:

a. Daerah I, yaitu pada saat mulai retak sampai tulangan meleleh.

b. Daerah II, yaitu pada saat berakhirnya Daerah I sampai beban maksimum.

3.1.2. Desain Penelitian

Dimensi dan tulangan balok dianalisa dengan metode kekuatan batas (ultimate

strength design) dan pengujian balok dilakukan dengan instrumen standar umum

pengujian balok. Adapun variasi benda uji balok bertulang yang digunakan dapat dilihat

sebagai berikut:

29

Tabel 3.1 Variasi benda uji 15 cm x 20 cm x 330 cm

Kode Benda

Uji Lebar Sabuk

Variasi Jumlah

Pemasangan FRP

Jumlah

(buah)

BCS2 2b (300 mm) 1 lapis CFRP 3

BCS4 4b (600 mm) 1 lapis CFRP 3


Gambar 3.4. Desain benda uji balok beton bertulang dengan perkuatan CFRP

(a) Tampak atas posisi strain gauge pada beton

(b) Posisi strain gauge pada beton untuk balok BCS2-1 dan BCS4-1

(c) Posisi strain gauge pada beton untuk balok BCS2-2, BCS2-3, BCS4-2 dan BCS4-3


Gambar 3.5. Posisi strain gauge beton

30

(a) Tampak depan posisi strain gauge baja pada balok BCS2-1 dan BCS4-1

(b) Tampak depan posisi strain gauge baja pada balok BCS2-2, BCS2-3, BCS4-2 dan

BCS4-3


Gambar 3.6. Posisi strain gauge baja pada tulangan

(a) Tampak depan posisi strain gauge FRP pada balok BCS2-1

(b) Tampak bawah posisi strain gauge FRP pada balok BCS2-1

(c) Tampak depan posisi strain gauge FRP pada balok BCS2-2 dan BCS2-3

31

(d) Tampak bawah posisi strain gauge FRP pada balok BCS2-2 dan BCS2-3

(e) Tampak depan posisi strain gauge FRP pada balok BCS4-1

(f) Tampak bawah posisi strain gauge FRP pada balok BCS4-1

(g) Tampak depan posisi strain gauge FRP pada balok BCS4-2 dan BCS4-3

(h) Tampak bawah posisi strain gauge FRP pada balok BCS4-2 dan BCS4-3


Gambar 3.7. Posisi strain gauge FRP pada balok

32

3.2 Kerangka Prosedur Penelitian

Untuk memperjelas tahapan dan pelaksanaan penelitian, dapat dilihat pada

bagan alir seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.

f’c ≥ 25

Mpa

Mulai

Kajian Pustaka

Penelitian sebelumnya

dan Teori Pendukung

Persiapan

Desain, Bahan, dan Alat

Pengujian

Beton Normal f’c= 25 MPa

Uji karakteristik material, mix

design/buat sampel

Uji tekan benda

uji

Baja Tulangan

Menentukan: fy, Es

Pembuatan Balok Beton

Bertulang dan Perawatan

A

tidak

ya

Pengujian Lentur Balok

-Setting Up Instrumen

-Pengukuran Lendutan dan Retakan

Uji balok hingga mendekati

ambang plastis

33

Gambar 3.8. Bagan Alir Penelitian

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dengan waktu kurang lebih tiga bulan, dimulai dengan

persiapan, pencampuran, pengujian karakteristik, perendaman, pengetesan, dan

pengelohan data. Proses dan pelaksanaan pengujian akan dilaksanakan pada

Laboratorium Bahan dan Struktur Program Studi Teknik Sipil Universitas Hasanuddin

Gowa.

3.4 Alat dan Bahan Penelitian

Instrumen yang digunakan pada pengujian balok adalah sebagai berikut :

1. Alat Ukur Regangan Baja Tulangan

Pada tulangan longitudinal bawah dipasang strain gauge tipe FLK-6-11-5L (gauge

factor 2,12±1%), ditempatkan pada tengah bentang (momen maksimum). Perekat

yang digunakan untuk merekatkan strain gauge pada permukaan tulangan adalah

CN Adhesive.

2. Alat Ukur Regangan CFRP

Alat ukur regangan CFRP adalah strain gauge tipe FLA-6-11-5L (gauge factor

2,12±1%), yang dilekatkan pada permukaan CFRP di tengah bentang. Perekat yang

digunakan untuk merekatkan strain gauge pada permukaan FRP adalah CN

Adhesive.

Penguatan dengan FRP

Pengujian Lentur Balok dengan

FRP

Hasil dan Pengolahan Data

Kesimpulan dan saran

Selesai

A

34

3. Alat Ukur Regangan Beton

Alat ukur regangan beton adalah strain gauge tipe PL-60-11-5L (gauge factor

2,13±1%), yang dilekatkan pada permukaan atas balok, daerah ½ tinggi balok, serta

pada daerah ¼ tinggi balok. Perekat yang digunakan untuk merekatkan strain gauge

pada permukaan beton adalah CN-E Adhesive.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Gambar 3.9. (a) Strain gauge baja tipe FLK-6-11-5L. (b) Strain gauge beton tipe PL

60-11-5L. (c) Strain gauge FRP tipe FLA-6-11-5L. (d) Perbandingan

ukuran strain gauge yang digunakan pada baja, FRP dan beton. (e) CN

Adhesive. (f) CN-E Adhesive.

Strain gauge baja

Strain gauge beton

Strain gauge FRP

35

4. Alat Ukur Lendutan

Alat yang digunakan untuk mengukur besar dan arah lendutan yang terjadi pada

balok uji selama pembebanan adalah LVDT (Linear Variable Displacement

Tranducer) kapasitas 50 mm, dengan ketelitian 0,01mm.

Gambar 3.10. LVDT

5. Alat Uji Pembebanan

Balok uji yang akan dibebani diletakkan pada loading frame. Di atas balok uji di

tengah bentang diletakkan seperangkat alat pembebanan balok, yaitu:

a) Actuator, untuk memberi beban dengan kapasitas 1500 kN

b) Load cell kapasitas 200 kN untuk mengetahui besar beban yang diberikan

Actuator

c) Data logger TDS-530, untuk merekam secara otomatis data yang diukur oleh

strain gauge, LVDT, dan load cell

Gambar 3.11 Data logger TDS-530

36

6. Bahan

a) Semen potland komposit

b) Agregat halus dan kasar (pasir dan batu pecah)

c) Kawat dan tulangan produksi PT. Barawaja

d) CFRP tipe Tyfo SCH-41 produksi Fyfe.Co.LLC

e) Bahan perekat CFRP tipe Tyfo S Epoxy produksi Fyfe.Co.LLC

f) Air yang digunakan untuk campuran adalah air bersih

37

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Karakteristik Bahan

4.1.1 Pengujian Tarik Baja Tulangan

Tabel 4.1 menunjukkan hasil pengujian kuat tarik baja tulangan. Pengujian baja

tulangan ini dilakukan sebelum pembuatan benda uji. Hal ini dimaksudkan agar kita

dapat mengetahui mutu baja tulangan yang akan digunakan. Mutu baja yang digunakan

harus sesuai dengan desain awal rencana benda uji. Pengujian dilakukan dengan menguji

masing-masing 3 sampel baja tulangan untuk masing-masing diameter tulangan yang

akan digunakan, yaitu baja tulangan ø6 sebagai tulangan tekan, baja tulangan ø8 sebagai

tulangan geser, dan baja tulangan D12 sebagai tulangan tarik. Pengujian baja tulangan

ini dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan Fakultas Teknik Gowa, Universitas

Hasanuddin.

Mutu baja yang digunakan pada penelitian ini sebesar 323.19 MPa, jauh berbeda

dengan desain awal benda uji, yaitu 400 MPa.

Tabel 4.1. Hasil pengujian tarik baja tulangan

4.1.2 Pengujian Kuat Tekan Beton

Setelah beton dicor dan dilakukan perawatan (curing) pada beton, selanjutnya

dilakukan pengujian kuat tekan beton. Pengujian kuat tekan beton dilakukan setelah

umur 28 hari sesaat sebelum melakukan pengujian lentur beton. Hal ini dimaksudkan

agar kita dapat mengetahui kuat tekan beton yang lebih aktual. Sampel beton berbentuk

silinder dengan dimensi 10 cm x 20 cm berjumlah 6 buah. Pengujian ini menggunakan

alat Tokyo Testing Machine (TTM) di Laboratorium Struktur dan Bahan Fakultas

Teknik, Universitas Hasanuddin, Gowa.

Diameter Sampel fy fsmax Es

(MPa) (MPa) (GPa)

ø 6 240.5 417.2 20.0

ø 8 384.82 538.75 20.9

D12 323.19 454.71 21.5

38

Berdasarkan hasil slump test saat pengecoran, nilai slump yang diperoleh sebesar

14 cm. Mutu beton yang digunakan pada penelitian ini sebesar 26.3 MPa. Mutu beton

lebih tinggi dari desain awal benda uji yaitu sebesar 25 Mpa.

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton

Gambar 4.1. Hasil slump test

4.2 Kapasitas Lentur Maksimum Balok Beton Bertulang

Pengujian balok beton bertulang ini adalah untuk mengetahui kemampuan balok

dalam memikul beban. Tabel 4.3 menunjukkan hasil pengamatan pengujian kapasitas

momen dan beban pada kondisi awal retak, leleh, dan ultimit pada balok beton bertulang.

Pengujian balok dengan perkuatan CFRP dengan lebar sabuk 2b pada Tabel 4.3

terlihat bahwa, pada balok BCS2-1, kondisi retak awal tejadi pada beban 5.34 kN dengan

Mcr sebesar 4.00 kNm, dan pada kondisi tulangan meleleh pada beban sebesar 26.84 kN

Sampel Beban Kuat Tekan

kN MPa

1 197.5 25.137

2 210.0 26.733

3 249.5 31.797

4 206.5 26.313

5 166.5 21.190

6 209.0 26.614

Rata-Rata 206.5 26.297

Standar Deviasi 3.410

39

dengan My sebesar 16.904 kNm sehingga balok memiliki beban maksimum 50.00 kN

dengan Mu sebesar 30.08 kNm. Pada balok BCS2-2, kondisi retak awal tejadi pada

beban 6.54 kN dengan Mcr sebesar 4.73 kNm, dan pada kondisi tulangan meleleh pada

beban sebesar 25.10 kN dengan My sebesar 15.86 kNm sehingga balok memiliki beban

maksimum 51.27 kN dengan Mu sebesar 30.84 kNm. Pada balok BCS2-3, kondisi retak

awal tejadi pada beban 2.34 kN dengan Mcr sebesar 2.20 kNm dan pada kondisi tulangan

meleleh pada beban sebesar 25.77 kN dengan My sebesar 16.26 kNm sehingga balok

memiliki beban maksimum 49.94 kN dengan Mu sebesar 30.04 kN.

Tabel 4.3 Kapasitas Beban dan Momen Balok Benda Uji

Pengujian balok dengan perkuatan CFRP dengan lebar sabuk 4b pada Tabel 4.3

terlihat bahwa, pada balok BCS4-1, kondisi retak awal tejadi pada beban 2.8 kN dengan

Mcr sebesar 2.48 kNm, dan pada kondisi tulangan meleleh pada beban sebesar 26.30 kN

dengan My sebesar 16.58 kNm sehingga balok memiliki beban maksimum 48.8 kN

dengan Mu sebesar 29.36 kNm. Pada balok BCS4-2, kondisi retak awal tejadi pada

beban 6.21 kN dengan Mcr sebesar 4.53 kNm, dan pada kondisi tulangan meleleh pada

beban sebesar 25.30 kN dengan My sebesar 15.94 kNm sehingga balok memiliki beban

Uraian

Sat.

Tipe Rata-

rata

Tipe Rata -

rata BCS2-

1

BCS2-

2

BCS2-

3

BCS4-

1

BCS4-

2

BCS4-

3

Analisa

Pcrack kN 5.51 5.51 5.51 5.51 5.51 5.51 5.51 5.51

Mcrack kNm 4.11 4.11 4.11 4.11 4.11 4.11 4.11 4.11

Pyield kN 30.98 30.98 30.98 30.98 30.98 30.98 30.98 30.98

Myield kNm 19.39 19.39 19.39 19.39 19.39 19.39 19.39 19.39

Pultimate kN 43.55 43.55 43.55 43.55 43.55 43.55 43.55 43.55

Multimate kNm 26.21 26.21 26.21 26.21 26.21 26.21 26.21 26.21

Hasil

Pengujian

Pcrack kN 5.34 6.54 2.34 4.74 2.80 6.21 2.54 3.85

Mcrack kNm 4.00 4.73 2.20 3.64 2.48 4.53 2.32 3.11

Pyield kN 26.84 25.10 25.77 25.9 26.30 25.30 26.57 26.05

Myield kNm 16.90 15.86 16.26 16.34 16.58 15.94 16.74 16.42

Pultimate kN 50.00 51.27 49.93 50.4 48.80 48.74 46.87 48.14

Multimate kNm 30.08 30.84 30.04 30.32 29.36 29.32 29.20 29.29

Mueksp /

Muanls % 114.76 117.67 114.61 115.68 112.02 111.87 111.41 111.77

40

maksimum 48.74 kN dengan Mu sebesar 29.32 kNm. Pada balok BCS4-3, kondisi retak

awal tejadi pada beban 2.54 kN dengan Mcr sebesar 2.32 kNm dan pada kondisi tulangan

meleleh pada beban sebesar 26.57 kN dengan My sebesar 16.74 kNm sehingga balok

memiliki beban maksimum 46.87 kN dengan Mu sebesar 29.2 kN.

4.3 Hubungan Beban dan Lendutan

Gambar 4.2(a) menunjukkan hubungan beban – lendutan yang terjadi untuk balok

dengan perkuatan lembar CFRP dengan lebar sabuk 2b. Pada balok BCS2-1 lendutan

yang terjadi sebesar 36.47 mm saat beban maksimum sebesar 50.00 kN. Pada balok

BCS2-2 lendutan yang terjadi sebesar 37.85 mm saat beban maksimum sebesar 51.27

kN. Pada balok BCS2-3 lendutan yang terjadi sebesar 39.27 mm saat beban maksimal

sebesar 49.93 kN. Akibat lebar retak yang bertambah, maka kekakuan lentur berkurang

dimana inersia efektif berada di antara nilai inersia gross (Ig) dan inersia crack (Icr).

Gambar 4.2(b) menunjukkan hubungan beban – lendutan yang terjadi untuk balok

dengan perkuatan lembar CFRP dengan lebar sabuk 4b. Pada balok BCS4-1 lendutan

yang terjadi sebesar 31.93 mm saat beban maksimum sebesar 48.80 kN. Pada balok

BCS4-2 lendutan yang terjadi sebesar 34.41 mm saat beban maksimal sebesar 48.74 kN.

Pada balok BCS4-3 lendutan yang terjadi sebesar 23.79 mm saat beban maksimal sebesar

46.87 kN.

(a) Balok CFRP dengan sabuk 2b (BCS2) (b) Balok CFRP dengan sabuk 4b (BCS4)

Gambar 4.2 Grafik hubungan beban-lendutan

4.4 Hubungan Beban dan Regangan Beton

Besar regangan beton pada eksperimen ini diukur dengan menggunakan alat strain

gauge tipe PL-60-11-5L (gauge factor 2,13 ± 1%). Kenaikan regangan direkam melalui

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BCS2-1

BCS2-2

BCS2-3

Icr

ig

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BCS4-1

BCS4-3

BCS4-2

Ig

Icr

LVDT

BEBAN

LVDT

BEBAN

41

data logger TDS 530. Pencatatan data regangan beton pada benda uji dilakukan setiap

perubahan beban oleh hydraulic pump yang direkam oleh load cell yang ditransfer ke

benda uji.

Pada Gambar 4.3(a) menunjukkan hubungan beban-regangan beton untuk balok

dengan perkuatan lembar CFRP dengan lebar sabuk 2b. Pada balok BCS2-1 kondisi leleh

beban berada pada 43.13 kN dengan regangan sebesar 1964 µε hingga balok mengalami

kegagalan pada beban 50.00 kN dengan regangan sebesar 2577 µε. Pada balok BCS2-2

kondisi leleh beban berada pada 40.19 kN dengan regangan sebesar 2004 µε hingga balok

mengalami kegagalan pada beban 51.27 kN dengan regangan sebesar 3076 µε. Pada

balok BCS2-3 kondisi leleh beban berada pada 41.12 kN dengan regangan sebesar 2026

με hingga balok mengalami kegagalan pada beban 49.93 kN dengan regangan sebesar

2302 με.

Pada Gambar 4.3(b) menunjukkan hubungan beban-regangan beton untuk balok

dengan perkuatan lembar CFRP dengan lebar sabuk 4b. Pada balok BCS4-1 kondisi leleh

beban berada pada 48.00 kN dengan regangan sebesar 1974 με hingga balok mengalamis

kegagalan pada beban 48.80 kN dengan regangan sebesar 2028 με.. Pada balok BCS4-3

kondisi leleh beban berada pada 43.99 kN dengan regangan sebesar 2044 με hingga balok

mengalami kegagalan pada beban 46.87 kN dengan regangan sebesar 2376 με.

(a) Balok CFRP dengan sabuk 2b (BCS2) (b) Balok CFRP dengan sabuk 4b (BCS4)

Gambar 4.3 Grafik hubungan beban-regangan beton

4.5 Pola Retak

Dari hasil pengujian menunjukan bahwa semua balok mengalami kegagalan lentur,

kegagalan ini berawal dari ketidakmampuan balok menerima beban yang melampaui

kekuatannya. Retak awal terjadi pada 1/4 bentang tengah balok yang terus mengalami

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Be

ban

(kN

)

Regangan

BCS2-1

BCS2-2

BCS2-3

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Be

ban

(kN

)

Regangan (µ)

BCS4-1

BCS4-3

CU BEBAN

CU BEBAN

42

perambatan retak bergerak secara intensif dari sisi tarik menuju ke sisi tekan benda uji

dan tipe retak yang terjadi adalah jenis retak lentur (flexural crack). Proses ini berlanjut

sampai tercapainya beban puncak, di mana beban tidak lagi bertambah tetapi lendutan

terus bertambah terutama pada bagian retak yang cukup lebar dan selanjutnya secara tiba-

tiba menurun drastis.

Gambar 4.4 Pola retak beton BCS2-1

Berdasarkan pengamatan pola retak Gambar 4.4 diatas memperlihatkan benda uji

BCS2-1 mengalami retak pertama pada saat beban sebesar 5.34 kN. Setelah itu benda uji

dalam kondisi leleh pada beban sebesar 26.84 kN hingga gagal pada beban maksimum

sebesar 50.00 kN dengan panjang retakan yang merambat melebihi 3/4 bentang balok.


Berdasarkan pengamatan pola retak Gambar 4.5 di atas memperlihatkan bahwa

benda uji BCS2-2 mengalami retak pertama pada saat beban sebesar 6.54 kN. Setelah itu

benda uji dalam kondisi leleh pada beban sebesar 25.10 kN hingga gagal pada beban

maksimum sebesar 51.27 kN dengan panjang retakan yang merambat melebihi 3/4

bentang balok.


43





bentang balok.


Berdasarkan pengamatan pola retak Gambar 4.7 diatas memperlihatkan bahwa




bentang balok.






bentang balok.

Berdasarkan pengamatan pola retak Gambar 4.9 di bawah memperlihatkan bahwa


44



bentang balok.


4.6 Mode Keruntuhan Balok CFRP

Gambar 4.10 (a) Hubungan beban-regangan CFRP balok BCS2-1. (b) Hubungan

beban lendutan balok BCS2-1.

Gambar 4.11 Mode keruntuhan balok BCS2-1

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Be

ban

Regangan

BCS2-1

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BCS2-1

BUNYI BESAR

BUNYI KECIL

cover debonding, CFRP

putus

45

Berdasarkan pengamatan grafik hubungan beban regangan CFRP dan hubungan

beban lendutan dan bunyi pada Gambar 4.10 dan mode keruntuhan balok Gambar 4.11

di atas memperlihatkan bahwa pada benda uji BCS2-1 terjadi keruntuhan lentur yang

disertai dengan terjadinya debonding yaitu lepasnya selimut beton pada ujung lapisan

CFRP (cover debonding) setelah balok mencapai beban maksimum pada beban 50.00 kN

dengan regangan CFRP sebesar 4646 με.


beban lendutan dan bunyi pada Gambar 4.12 dan mode keruntuhan Gambar 4.13 di

bawah memperlihatkan bahwa pada benda uji BCS2-2 menunjukkan terjadinya

keruntuhan lentur disertai dengan terjadinya debonding yang disebabkan oleh retak

lentur yang terjadi pada beban maksimum sebesar 51.27 kN dengan regangan CFRP

sebesar 5185 με.




0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Be

ban

Regangan

BCS2-2

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BCS2-2

BUNYI BESAR

BUNYI SEDANG

BUNYI KECIL

debonding

46



di bawah memperlihatkan bahwa pada benda uji BCS2-3, terjadi keruntuhan lentur

disertai dengan kegagalan lekatan antara sabuk dengan sisi samping balok setelah balok

mencapai beban pada beban 49.54 kN. Kegagalan lekatan ini disertai dengan terjadinya

debonding pada sisi tengah bentang balok pada beban 49.94 kN dan diikuti dengan

hancurnya sisi tekan beton.






di bawah memperlihatkan bahwa pada benda uji BCS4-1 terjadi keruntuhan lentur yang

disertai dengan terjadi kegagalan lekatan antara sabuk dengan sisi samping balok seperti

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Be

ban

Regangan

BCS2-3

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BCS2-3

BUNYI BESAR

BUNYI SEDANG

BUNYI KECIL

Kegagalan lekatan pada sabuk

Sisi tekan beton hancur

Debonding

47

yang ditunjukkan pada Gambar 4.16 setelah balok mencapai beban maksimum pada

beban 48.80 kN dengan regangan CFRP sebesar 6102 με. Kemudian terjadi penurunan

beban tetapi selanjutnya lendutan terus bertambah dan beban relatif konstan. Ketika

beban mencapai 47.39 kN terjadi debonding pada sisi tengah bentang balok dengan

regangan CFRP sebesar 6084 με.

(a) (b)


beban-lendutan balok BCS4-1.




di bawah memperlihatkan bahwa pada benda uji BCS4-2, terjadi debonding pada sisi

kanan balok seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.13(b) ketika balok mencapai beban

maksimum sebesar 48.73 kN dengan regangan CFRP sebesar 7122 με. Setelah itu terjadi

penurunan beban sebesar 2.00 kN kemudian lendutan terus bertambah namun beban

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Be

ban

Regangan

BCS4-1

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BCS4-1

BUNYI BESAR

BUNYI KECIL

Sisi tekan beton hancur

Debonding Kegagalan lekatan pada sabuk

48

relatif konstan. Ketika beban mencapai 46.73 kN, CFRP putus seperti yang ditunjukan

pada Gambar 4.19(a) dengan regangan CFRP sebesar 7766 με dan mengakibatkan

terjadinya penurunan beban dan diikuti putusnya sabuk pada beban 40.65 kN dengan

regangan CFRP sebesar 7383 με dan diikuti dengan hancurnya beton pada sisi tekan

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.18(b).

(a) (b)


beban-lendutan dan bunyi balok BCS4-2

.

(a)

(b)

Gambar 4.19 Moda keruntuhan balok BCS4-2

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Be

ban

Regangan

BCS4-2

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BCS4-2

BUNYI KECIL

BUNYI SEDANG

BUNYI BESAR

Sisi tekan beton

hancur

CFRP putus

Debonding

Sabuk putus

49



di bawah memperlihatkan bahwa pada benda uji BCS4-3, CFRP putus ketika balok

mencapai beban maksimum pada beban 46.86 kN dengan regangan CFRP sebesar 2376

με kemudian diikuti dengan hancurnya beton pada tengah bentang pada beban 46.06 kN

dengan regangan CFRP sebesar 1892 με.


beban-lendutan dan bunyi balok BCS4-3.


0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Be

ban

(kN

)

Regangan (με)

BCS4-3

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Be

ban

(kN

)

Lendutan (mm)

BUNYI BESAR

BUNYI KECIL

BCS4-3

CFRP putus

Sisi tekan beton

hancur

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat disimpulkan

beberapa hal sebagai berikut:

1. Beban maksimum yang mampu dipikul oleh balok beton CFRP dengan sabuk dua

kali lebar balok (2b) rata-rata 50.4 kN dengan lendutan yang bervariasi antara

36.47-39.27 mm, sedangkan untuk balok beton CFRP dengan sabuk empat kali

lebar balok (4b) beban rata-rata 48.14 kN dengan lendutan yang bervariasi antara

23.79-31-93. Berdasarkan hasil yang didapatkan, sabuk dengan lebar 4b tidak

efektif dalam meningkatkan kapasitas lentur balok.

2. Pola retak pada seluruh benda uji adalah pola retak lentur (flexural crack). Hal

ini ditunjukkan dengan retakan yang merambat dalam arah vertikal dari sisi tarik

ke arah tekan balok.

3. Penambahan lebar sabuk tidak mempengaruhi mode keruntuhan balok, dimana

mode keruntuhan balok yang terjadi pada semua benda uji adalah keruntuhan

lentur. Pada balok beton CFRP dengan sabuk 2b (BCS2), keruntuhan disertai

dengan terlepasnya rekatan antara balok dan CFRP (Debonding Failure) dan

hancurnya beton pada daerah tekan, sedangkan balok dengan sabuk 4b (BCS4),

keruntuhan balok disertai dengan putusnya CFRP dan hancurnya beton pada

daerah tekan.

5.2 Saran

Adapun saran-saran yang dapat diberikan sebagai pertimbangan dalam penelitian

ini maupun dapat digunakan sebagai pertimbangan dalam melakukan penelitian lain

adalah sebagai berikut:

1. Oleh karena penelitian ini menggunakan GFRP sebagai sabuk, perlu

dilakukan penelitian dengan penggunaan CFRP sebagai sabuk untuk melihat

pengaruh sabuk terhadap kapasitas lentur.

2. Perlu dilakukan penelitian dengan lebar CFRP yang lebih kecil untuk

menentukan lebar efektif CFRP pada sisi tarik balok.

51

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.

Antonius dan Endah Pangestu. 2007. Mekanisme Keruntuhan Balok Beton yang

Dipasang Carbon Fiber Reinforced Plate, Konferensi Nasional Teknik Sipil,

Universitas Atmajaya Yogyakarta.

Djamaluddin, R. and Hino, S. 2011. Kapasitas Lentur Perkuatan Balok Beton Bertulang

yang Telah Meleleh dengan Menggunakan Lembaran GFRP.Dinamika Teknik

Sipil 11(3): 293 - 300.

Gilbert, R. I. dan Mickleborough, N. C. 1990. Design of Prestressed Concrete. Sydney:

Unwin Hyman Ltd.

McCormac, Jack C.2001. Desain Beton Bertulang Edisi Kelima Jilid 1 dan 2. Jakarta:

Erlangga.

Nawy, E. G. 1990. Beton Bertulang; Suatu Pendekatan Dasar. Bandung: PT. Eresco.

Nawy, E. G. 2003. Reinforced Concrete. Pearson Education, Inc.

Nawy, E. G. 2010. Concrete Construction Engineering Handbook. New York: CRC

Press.

Ratu, Nasradil. 2014. Kapasitas Momen Balok Pascaretak yang Diperkuat dengan GFRP

(Glass Fiber Reinforced Polyme) yang diperkuat dengan Sabuk (U-Shape Straps),

Tugas Akhir. Universitas Hasanuddin.

Triwiyono, Andreas. 2004. Perkuatan Lentur Balok Tampang Persegi dengan

Penambahan Tulangan Menggunakan Perekat Epoxy. Univesitas Gadjah Mada

Yogyakarta

LAMPIRAN

DOKUMENTASI

1. Penyiapan Bekisting

2. Penyiapan baja tulangan

3. Pemasangan strain gauge pada baja

4. Pengecoran

5. Curing beton selama 28 hari

6. Uji tarik tulangan

7. Uji tekan beton silinder

8. Pemasangan strain gauge pada beton

9. Set-up benda uji

10. Pengujian balok hingga tulangan meleleh

11. Penempelan CFRP pada balok yang telah diuji hingga tulangan meleleh\

12. Pemasangan strain gauge FRP

13. Pengujian balok dengan perkuatan CFRP hingga balok runtuh

tugas akhir pengaruh lebar sabuk terhadap …

Documents