09e00663
TRANSCRIPT
-
8/12/2019 09E00663
1/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
ANALISA KOLOM BETON BERTULANG YANG
DIPERKUAT DENGAN CARBON FIBER REINFORCED
POLYMER (CFRP)
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat untuk
Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh:
MAROLOP TUA SIANIPAR02 0404 081
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK USU
2009
-
8/12/2019 09E00663
2/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
ABSTRAK
Salah satu upaya untuk meningkatkan kemampuan suatu struktur betonbertulang dalam memikul beban-beban adalah dengan meningkatkan daktilitas
struktur tersebut. Peningkatan daktilitas yang dimaksud dapat dilakukan denganmemberikan tulangan pengikat, pengekang (confinement) dari dalam beton dankekangan yang dari luar beton (externally wrap) oleh CFRP yang dapatmemberikan ikatan dan kekangan terhadap beton maupun tulangan lentur.
Confinement mampu mencegah tekuk premateur tulangan tekanlongitudinal, sebagai tulangan sebagai tulangan geser mencegah terjadinyakeruntuhan, serta mampu meningkatkan kekuatan tekan beton terhadap bebanaksial dan momen lentur.
Dilakukannya externally CFRPpada kolom akan membuat kolom semakinkuat terhadap lentur dan beban aksial yang dipikul karena memiliki nilai kuat tarikyang sangat tinggi. Kekangan yang dilakukan pada CFRP dipengaruhi oleh jari-
jari sudut siku penampang kolom bujur sangkar. Tulangan tranvesal yang bekerjaakan mempengaruhi tulangan longitudinal yang bekerja terhadap lentur. Teganganlateral yang bekerja pada FRP terhadap bidang beton yang di luar akan melenturke luar terhadap panjang dan lebar penampang atau mengalami tekan dansebaliknya tulangan tranversal cenderung mengalami tekan.
Peningkatan mutu beton (fC) = 25 MPa dengan menggunakan CFRPsebagai perkuatan dari luar untuk tebal (tj) = 0,3 mm dapat mencapai FCC =29,364 MPa, peningkatan kapasitas kolom pada beban aksial sebesar 23,906%momen lentur 133,198%.
-
8/12/2019 09E00663
3/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
DAFTAR ISI
ABSTRAK........................i
KATA PENGANTAR.....................ii
DAFTAR ISI.......................iv
DAFTAR NOTASI....................vii
DAFTAR GAMBAR.......................x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Umum...1
1.2 Latar belakang masalah2
1.3 Maksud dan tujuan...3
1.4 Pembatasan masalah.....4
1.5 Metode pembahasan.....4
1.6 Sistematika pembahasan......5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum...7
2.2 Fiber Reinforced Polimer....9
2.3 Pengunaan FRPyang ada di Pasaran.13
2.4 Alasan pengunaan CFRP.......17
2.5 Fungsi CFRP..18
2.6 Pekerjaan sebelum dilakukan pemasangan....19
2.6.1. Investigasi..19
2.6.2. Evaluasi..20
2.6.3. Metode perbaikan.......21
-
8/12/2019 09E00663
4/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
2.7 Struktur bangunan yang menggunakan FRP......24
2.8 Bentuk dan tipe FRP......24
2.9 Aplikasi FRPterhadap bangunan...24
2.10 Pekerjaan dan pemasangan FRPpada kolom....26
2.10.1.pekerjaan pada FRP.......26
2.10.2.pemasangan FRPpada kolom...28
2.11 Perumusan CFRPpada Kolom......29
BAB III ANALISIS CONFINEMENT dan CFRPKOLOM
3.1 Umum.....32
3.2 Kekuatan Tekan Beton...33
3.3 Kekuatan Tarik Beton........34
3.4 Kolom Beton Bertulang Berdasarkan Bentuk....35
3.5 Persyratan Penulangan Kolom...44
3.6 Pengaruh Sengkang terhadap Kolom.....44
3.7 Pengaruh FRPterhadap Sengkang.....47
3.8 Tegangan dan Regangan Beton dengan CFRP..47
3.9 Analisis Kolom...51
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN
4.1 Analisa Gaya Aksial dan Momen Lentur pada Kolom
Confinement...61
4.2 Menganalisa gaya aksial dan momen pada kolom karena pengaruh
tebal CFRP(t_CFRP)........78
-
8/12/2019 09E00663
5/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
4.2.1 Tebal CFRP= 0,3 mm...78
4.2.2 Tebal CFRP= 0,5 mm...98
4.2.3 Tebal CFRP= 0,7 mm...99
4.2.4 Tebal CFRP= 1,0 mm...99
4.3 Pengaruh Kuat Tekan Beton (fC)101
4.3.1 Kuat Tekan Beton (fC) = 30 MPa...101
4.3.2 Kuat Tekan Beton (fC) = 35 MPa....102
4.3.3 Kuat Tekan Beton (fC) = 40 MPa....103
4.4 Pengaruh Dimensi Kolom (B, H).....104
4.4.1 Dimensi 500 mm x 500 mm.....104
4.4.2 Dimensi 600 mm x 600 mm.....105
4.4.3 Dimensi 700 mm x 700 mm.....106
4.5 Merencanakan Dimensi dan Tulangan Kolom.............................107
BAB V KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan..112
5.2 Saran ....113
DAFTAR PUSTAKA..114
-
8/12/2019 09E00663
6/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
KATA PENGATAR
Puji serta syukur kepada Allah Bapa, karena berkat dan karuniaNYA saya
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dimana tugas akhir ini merupakan salah
satu syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan program sarjana (S1) di
Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan, doa, dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada
kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada:
Bapak Prof. Dr. Ing. JOHANNES TARIGAN selaku ketua Departemen
Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc., selaku sekertaris Departmen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT selaku dosen wali dan pembimbing
yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk
memberikan bimbingan dan masukan dalam penyelesaian tugas akhir ini
serta selama masa kuliah.
Bapak Ibu dosen staf pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas
Sumatera utara.
Seluruh pegawai yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan
administrasi.
Hormat saya kepada orang tua Alm. M.T Sianipar dan M. Hutapea serta
saudara-saudara yang telah memberikan Restu dan Doa selama kuliah
hingga sekarang.
-
8/12/2019 09E00663
7/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan masukan semangat, dan
doa diantaranya Daniel Damanik, Togi Sagala, Daniel Pasaribu, Parna,
Tohap, Jekson, Galumbang (02), Fornando, Samuel, Roby, Siska, Indah,
(04) serta adik-adik 05. Teman-teman disekitar tempat tinggalku Lor IX
diantaranya Lasma Sgn, Desmi, Donfri, lintonk, Brians, Nando.
Persekutuan Mahasiswa KMK yaitu: Frans, Adithya, dan BEnru dan yang
lainnya yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu.
Penulis menyadari bahwa manusia tidak luput dari khilaf dari kesalahan,
demikian juga penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini sehingga tugas akhir
ini masih memiliki banyak kekurangan walaupun penulis telah semaksimal
mungkin. Oleh karena itu, dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan
menerima segala saran dan kritikan demi kesempurnaan tugas akhir.
Medan, Maret 2009
Penulis
-
8/12/2019 09E00663
8/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Daftar Notasi
As : Luas tulangan baja, mm2
a : Kedalaman tegangan saat ultimate, mm
b : Lebar area penampang kolom, mm
Cc : Gaya tekan beton, N
Cs : Gaya tekan baja, N
d : jarak efektif, mm
d : Jarak pusat gaya tekan beton didalam sengkang, mm
d : Jarak pusat gaya tekan beton diluar sengkang, mm
d : Jarak pusat gaya tekan beton bagian samping, mm
d1 : Jarak tulangan 1 ke pusat tekan terluar, mm
d2 : Jarak tulangan 2 ke pusat tekan terluar, mm
d3 : Jarak tulangan 3 ke pusat tekan terluar, mm
Ej : Modulus elastis pada FRP, N/mm2
fc : Kekuatan tekan beton, N/mm2
fcc : Kekuatan tekan beton, FRP, N/mm2
fj : Tegangan pada sisi dalam Jaket FRP, N/mm2
fl : Tegangan lateral minimum, N/mm2
Fl : Tegangan lateral maksimum, N/mm2
fr : Modulus rupture atau modulus retak beton, N/mm
fs : Tegangan tulangan baja, N/mm2
h : Tinggi penampang daerah tekan, mm
Jd : Jarak pusat total gaya tekan kepusat gaya tarik, mm
I : Momen inersia kolom, mm4
-
8/12/2019 09E00663
9/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
k : Koefisien retak beton sebesar, 0.62
kc : Faktor penambah kekuatan beton
ke : Rasio area effektif yang terlindung
Mn : Momen lentur murni, Nmm
Mretak : Momen saat pertama retak, Nmm
My : Momen beton setelah baja mengalami leleh, Nmm
Mu : Momen kolom beton mencapai ultimate, Nmm
n : Rasio modulator atau angka ekivalen
P : Gaya tekan aksial kolom, N
P : Selimut beton, N
r : Jari-jari sudut siku-siku kolom, mm
Ss : Gaya tekan tulangan baja, N
Sn : Jarak antar satu tulangan dengan yang lain? Spasi sengkang, mm
Ts : Tulangan mengalami tarik, N
y : Garis netral kolom dalam keadaan seimbang, mm
ydasar : Garis netral kolom, mm
ytarik : Jarak total gaya tarik dari serat tekan terluar kolom, mm
ytekan : Jarak total gaya tekan dari bagian atas kolom, mm
Z : Parameter kolom beton dengan kekangan
: Koefisien; 22/7 atau 3.14
: Faktor tegangan rata-rata
1 : Faktor penambah kekuatan beton terhadap tegangan triaxial
2 : Faktor reduksi terhadap penjumlahan untuk beberapa deviasi
-
8/12/2019 09E00663
10/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
c : Regangan beton
s : Regangan tulang yang memiliki tarik
j : Regangan jaket FRP
50u : Regangan beton unconfinement lebih dari 0.002 saat tegangannya 0.5fc
50c : Regangan beton confinement lebih dari 0.002 saat tegangannya 0.5fc
50h : Selesai 50cdengan 50u
20c : Regangan beton confinement lebih dari 0.002 saat tegangannya 0.2fc
: Ratio tulangan
: Faktor pusat tekan (centroid)
-
8/12/2019 09E00663
11/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 UMUM
Penggunaan bahan serat yang memperkuat kolom (FRP) secara eksternal
kini sudah diterapkan pada banyak jenis bangunan salah satunya pada bangunan
bertingkat. Polimer sebagai perkuatan (FRP) dikenal sebagai bahan yang mampu
memberi menahan tarikan, memperbaiki serta meningkatkan kekuatan dari luar
kolom struktur beton. FRP merupakan bahan yang sangat baik dalam
pengunaannya untuk bentuk kolom. FRP ini pertama kali dikenalkan pada model
kolom bulat oleh para ahli konstruksi dari Amerika sebelum tahun 2002. Namun
untuk pemakaian pada kolom bujur sangkar belum bisa digunakan sehingga para
ahli konstruksi dari Eropa melakukan uji coba untuk kolom tersebut, ternyata hal
itu dapat dipakai untuk kolom bujur sangkar hingga pada tahun 2003 produk
tersebut dimunculkan. Sebagai contoh, disain ini telah menyediakan kenyamanan
untuk kolom berbentuk bulat dengan diselimuti atau dibungkus oleh FRP, tapi
kemudian pembuatan aplikasi di uji cobakan untuk kolom bujur sangkar oleh para
ahli konstruksi.
y
h b x
Unconfined concrete
b
r
Confined concrete
-
8/12/2019 09E00663
12/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
CFRP(tarik) Confinement
(tekan)
daerahyangmengalamikekangan
P
P
Gambar 1.1Batas potongan melintang beton
Pada prinsipnya kekuatan tambahan ini dapat dipakai jika batasan-batasan
yang ada harus diperhatikan, antara lain :
Specimenpada kolom bujur sangkar terhadap FRP.
Kelancipan dari sudut siku potongan melintang kolom bujur
sangkar.
Radius dari kelenturan specimenpada kekangan sudut sikunya.
Beberapa hal tersebut sangat penting untuk diperhatikan pada saat
pemasangan dikarenakan fungsinya sebagai pelapis dari luar yang akan
dibebankan terhadap beban yang akan diterima.
FRPsebagai perkuatan yang memiliki nilai tarik yang sangat tinggi pada
kolom yang ber-confinement, serta berat sendiri yang sangat ringan sehigga
pemasangannya sangat mudah dilakukan.
Gambar 1.2. Kolom dan potongan kolom yang mengalami tekan pada
confinementdan FRPmengalami tarik
I.2 LATAR BELAKANG MASALAH
-
8/12/2019 09E00663
13/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Banyak struktur konstruksi bangunan dinyatakan layak untuk dihuni
namun pada kenyataannya bangunan tersebut banyak kekurangannya terutama
pada bagian kolomnya hal ini dapat dilihat dari beberapa tahun belakangan ini
seperti bencana yang terjadi di Indonesia sehingga para ahli mencari cara untuk
mengatasi hal tersebut, terutama yang terjadi pada kolom. Sehingga para ahli
mencari solusi dengan membuat metode perkuatan yang bekerja dari luar.
Dibuatnya kekuatan tambahan yang dari luar membuat para ahli itu
melakukan riset dibeberapa tahun terakhir ini untuk mendapatkan perkuatan
tambahan. Perkuatan tambahan biasanya sangat baik untuk model tertentu saja
misalnya untuk kolom bulat tapi untuk kolom bujur sangkar kurang baik ini
dikarenakan beberapa hal termasuk karena bentuknya yang persegi.
Agar bahan tersebut dapat dipakai untuk model kolom bujur sangkar maka
dilakukanlah riset untuk jenis kolom ini. Setelah hal itu dilakukan secara terus-
menerus maka didapatlah perbandingan-perbandingan yang ada dari hasil
percobaan-percobaan yang ada.
I.3 MAKSUD DAN TUJUAN
Adapun maksud dan tujuan tulisan tugas akhir ini adalah :
1. Menyediakan suatu hubungan studi yang parametrik dengan
batasan model dengan petunjuk disain.
2. Menyediakan suatu perbandingan antara parametrik-parametrik
pembatasan model dengan petunjuk disain serta nilai-nilai dengan
model yang dipakai dengan petunjuk disain dari hasil percobaan
yang sudah ada.
-
8/12/2019 09E00663
14/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
3. Menjelaskan yang mendalam serta kritis terhadap kelemahan dan
kekuatan dari model kolom bujur sangkar dengan perkuatan yang
terikat secara eksternal oleh FRP.
I.4 PEMBATASAN MASALAH
Penulis akan membatasi permasalahan dengan tujuan untuk
menyerderhanakan perhitungan-perhitungan serta pembahasan materi yang lebih
detail, pembatasan masalah tersebut antara lain:
1. Kolom bujur sangkar dengan dimensi 400mm x 400mm yang
digunakan adalah beton bertulang seimbang.
2. Kolom bujur sangkar mengunakan confinement atau tulangan
sengkang (tulangan transversal).
3. Material dasar dari perkuatan-serat polimer yang digunakan adalah
carbon (CFRP), dengan ketebalannya specimen CFRPft = 0,5mm
; 0,7mm
4. Perkuatan eksternal CFRP dilakukan pada daerah yang paling
bahaya seperti ujung atas dan dasar kolom dengan masing-masing
lebar CFRP0,25m dan tinggi kolom (1m) overlap 200mm.
5. Perkuatan eksternal FRP pada kolom satu lapis.
I.5 METODE PEMBAHASAN
Dalam penulisan tugas akhir ini, materi diambil dengan mengumpulkan
data literature yang ada mengenai data perilaku dari kolom beton bertulang
dengan pengunaan material FRP sebagai perkuatan dari luar serta perilaku yang
-
8/12/2019 09E00663
15/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
akan ditimbulkan oleh FRP itu sendiri. Bahan utama pada FRP adalah resin
dengan serat carbon yang dibentuk menjadi bahan.
Perhitungan-perhitungan dilakukan dengan manual dan bantuan simulasi
program komputer dengan mengunakan program Microsoft Excel sebagai desain
grafik. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan perbandingan yang signifikan dari
hasil perhitungan yang ada.
1.6 SISTEMATIKA PEMBAHASANPenulisan tugas akhir ini dilakukan dengan sistematika pembahasan
sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Uraian mengenai hal umum tentang penulisan tugas akhir, latar
belakang masalah, maksud dan tujuan, pembatasan masalah,
metode pembahasan dan sistematika pembahasan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Uraian singkat tentang alternatif peningkatan/perbaikan kekuatan
struktur, komposisi FRP, pengunaan FRP yang ada dipasaran,
alasan penggunaan FRP, fungsi FRP, investigasi, evaluasi, metode
perbaikan, struktur bangunan yang mengunakan FRP, bentuk dan
tipe FRP, aplikasi FRP terhadap bangunan, pekerjaan dan
pemasangan FRPpada kolom, perumusan CFRPpada kolom.
BAB III ANALISIS CONFINEMENTdan FRPKOLOM
Uraian singkat tentang perbaikan kolom dengan mengunakan
alternatif terhadap kekauatan kolom, pembahasan kekuatan tekan
beton, pembahasan kekuatan tarik beton, analisa kolom beton tanpa
confinement, kolom beton bertulang berdasarkan ukuran,
-
8/12/2019 09E00663
16/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
pendekatan yang digunakan, conmfinement, kolom beton dengan
confinement, analisa kolom beton bertulang dengan Confinement
dan FRP, tegangan regangan dan kegagalan beton bertulang tanpa
confinement.
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN
Perhitungan momen pada saat beton mengalami retak, tulangan
baja mengalami leleh/ultimate, menghitung beban axial dan
momen lentur pada kolom beton unconfinement. Perhitungan
beban axial dan momen lentur pada kolom confinement.
Perhitungan peningkatan kekuatan beton akibat pemakaian CFRP,
beban axial, dan momen lentur pada confinement dan CFRP serta
peningkatan dan penurunan perbandingan kolom yang Confined
dengan Unconfined.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini diuraikan kesimpulan-kesimpulan yang diambil dari
serangkaian pembahasan dan perhitungan yang telah dilakukan,
serta saran-saran yang mungkin diterapkan lebih lanjut.
-
8/12/2019 09E00663
17/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 UMUM
Perkembangan teknologi beton pada saat sekarang ini, membuat
konstruksi beton semakin banyak dipilih sebagai bahan konstruksi. Konstruksi
dari beton banyak memiliki keuntungan selain bahannya sangat mudah diperoleh,
juga memiliki beberapa keuntungan antara lain harganya relatif lebih murah,
mempunyai kekuatan tekan tinggi, mudah dalam pengangkutan dan pembentukan,
serta mudah perawatannya, sehingga banyak bangunan bangunan yang didirikan
memilih konstruksi yang terbuat dari beton sebagai bahan materialnya.
Pemilihan beton sebagai konstruksi telah membuat para ahli beton
menciptakan bahan tambahan (admixture) bagi beton. Bahan tambahan
(admixture) merupakan bahan yang dianggap penting, terutama untuk konstruksi
pada saat sekarang ini yang membutuhkan segala sesuatu yang serba praktis,
efisien dan ekonomis, tanpa mengurangi mutu dari beton tersebut. Penggunaan
bahan tambahan tersebut dimaksudkan untuk memperbaiki dan menambah sifat
beton sesuai dengan sifat beton yang diinginkan.
Penggunaan bahan tambahan pada konstruksi belakangan ini telah
berkembang dengan pesat seiring dengan pesatnya pembangunan di bidang
konstruksi. Banyak penemuan baru yang dapat menggantikan cara-cara
konvensional seperti dibidang perkuatan struktur, dimana telah ditemukan metode
dan sistem yang semakin mudah diaplikasikan serta hanya sedikit pertambahan
dimensi dari struktur, sehingga tetap terjaga keindahan dari konstruksi tersebut
-
8/12/2019 09E00663
18/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Gempa bumi merupakan salah satu penyebab kerusakan bangunan
pemakaian struktur dengan berbagai fungsi dan kombinasi beban tergolong
rentan, baik terhadap perubahan fungsi yang mengakibatkan pertambahan beban
yang dipikul, maupun kemungkinan terjadinya kesalahan perhitungan pada saat
perencanaan. Untuk mempertahankan dan meningkatkan kekuatan (strengthening)
fungsi struktur tersebut, terutama struktur yang menahan beban aksial tekan dan
momen lentur.
Ada beberapa cara yang lazim digunakan antara lain:
1. Dengan cara memberi penyelubungan pada struktur tersebut atau dikenal
dengan metode Penyelubungan (Jacketing Methods) misalnya FRP (Fiber
ReinforcedPlastic) sebagai bahan kompositnya.
2. Memperpendek tinggi dari struktur dengan konstruksi beton.
3. Memperbesar dimensi pada konstruksi beton.
4. Dengan menambah jumlah tulangan pada kolom dan memperbesar dimensi
kolom beton tersebut atau dikenal dengan metode penulangan luar
(ExtemallyReinforcement).
5. Atau struktur tersebut harus dibongkar dan diganti dengan baru.
Perkuatan (strengthening) merupakan suatu kegiatan yang bertujuan
meningkatkan perilaku komponen atau struktur agar menjadi lebih kuat dibanding
sebelumnya. Pada penelitian untuk perkuatan (strengthening) dalam
mempertahankan fungsi struktur dilakukan dengan menggunakan Carbon Fiber
Reinforced Polimer (CFRP) dengan konsep dan metode perbaikan/perkuatan
lentur beton bertulang khususnya kolom yang diakibatkan oleh gempa beserta
keuntungan dan kerugiannya.
-
8/12/2019 09E00663
19/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
2.2 FIBER REINFORCED POLIMER
FRP merupakan suatu material komposit yang digunakan dalam konstruksi
sipil. Bahan ini menggabungkan polimer resin, filler dan fiber. Resin yang
digunakan adalah polyester, vinylester atau epoxy dan filler yang digunakan
adalah kaolin clay, calcium carbonate dan alumina. Sedangkan fiber terdiri dari
beberapa jenis seperti glass, carbon,dan aramide.
Gambar 2.1:Model kurva tegangan lekat-slip tulangan FRP(Caibal, R.J, 2003)
Gambar 2.2: Tipe tulangan FRP yang sering digunakan (Roberts, C.L.,
2006)
Material komposit punya beberapa kelebihan seperti berkekuatan tinggi,
ringan dan punya daya tahan yang tinggi (BRE and Trennd:2000). Selain itu FRP
juga bahan non korosi, netral terhadap gaya magnet jika dibandingkan terhadap
-
8/12/2019 09E00663
20/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
baja, FRP punya kuat tarik lebih besar, modulus elastisitas kecil dan hubungan
tegangan-regangan adalah elastis. FRP terdiri dari beberapa jenis seperti bar,
wrap, grid dan strip. Untuk struktur baru digunakan FRPbar sebagai pengganti
baja tulangan. FRP dengan jenis wrap lebih banyak dipakai pada kolom
sedangkan jenis sheetatau stripbiasa digunakan pada balok, pelat dan kolom.
Gambar 2.3: Jenis-jenis FRP di Jepang (UEDA, T., 2004)
FRP dengan jenis griddigunakan untuk perkuatan pelat. 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, kolom (BRE and Trend 2000). Menurut BRE and Trend 2000 ltd
terdapat beberapa keuntungan menggunakan FRP sebagai bahan perkuatan
struktur antara lain:
1. Teknik yang digunakan dalam pemasangan tidak mengganggu penggunaan
struktur oleh pihak lain.
2. Meningkatkan kapasitas struktur dengan penambahan berat struktur sendiri
adalah minimum.
3. Teknik yang digunakan relatif cepat, meminimalkan waktu bekerja.
-
8/12/2019 09E00663
21/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
4. Material FRP lebih tipis dan lebih ringan daripada menggunakan
perkuatan dari baja.
Keuntungan FRP sebagai tulangan menurut Carin L. Robert dan Wallman
yaitu :
1. Tulangan FRPtidak berkarat
2. Tulangan FRPsangat ringan
3. Memiliki kekuatan yang tinggi.
Kentungan pemakaian FRPmenurut Hartono dan Santosa, 2003 antara lain:
1. Kuat tarik sangat tinggi ( +7-10 kali lebih tinggi dari baja U39 )
2. Sangat ringan ( density: 1,4 2,4 gr/cm+, 4-6 kali lebih ringan dari baja )
3. Pelaksanaan sangat mudah dan cepat
4. Memungkinkan tidak perlu penutupan lalu lintas
5. Tidak perlu area kerja yang luas
6. Tidak diperlukan join meskipun bentang yang diperekat cukup panjang
7. Tidak berkarat
Namun demikian perlu juga diperhatikan kelemahan kelemahan
pemakaian bahan ini, antara lain kurang tahan teradap suhu t inggi. Dengan suhu
sekitar 700C bahan perekat epoxy resin akan berubah dari kondisi keras menjadi
lunak, bersifat plastis sehingga daya lekatnya akan menurun. Selain itu bahan ini
juga tidak tahan terhadap sinar ultra violet. Untuk mengatasi kelemahan ini perlu
dilakukan proteksi, misalnya pelapisan atau penutupan dengan mortar.
Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) merupakan salah satu jenis
Fiber Reinforced Polimer (FRP). Carbon Fiber Reinforced Polymer ( CFRP )
merupakan sejenis plat baja tipis yang didalamnya terdapat serat serat carbon
-
8/12/2019 09E00663
22/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
dan fiber. Carbon Fiber Reinforced Polymerdigunakan pada konstruksi struktur
bangunan yang sudah ada. Pemakaian CFRP pada suatu konstruksi biasanya
disebabkan oleh beberapa hal yaitu:
Terjadinya kesalahan pada perencanaan.
Adanya kerusakan kerusakan dari bagian struktur sehingga
dikhawatirkan tidak berfungsi sesuai dengan yang diharapkan.
Adanya perubaan fungsi pada sistem struktur dan adanya
penambahan beban yang melebihi beban rencana.
Perkuatan tambahan ini telah banyak digunakan diberbagai belahan dunia.
Selain digunakan sebagai perkuatan tambahan untuk jembatan, juga digunakan
pada gedung gedung seperti pelat lantai, balok dan kolom hal ini hanya biasa
diaplikasikan pada kolom yang bundar dan lain sebagainya. Disamping karena
bahan tambahan ini lebih efektif, juga disebabkan karena keuntungannya lebih
dari sistem perkuatan lainnya.
Beberapa aplikasi dari CFRPpada proyek proyek konstruksi di berbagai
negara dapat dilihat dalam table, yaitu:
Tabel 2.1: Aplikasi Penggunaan Carbon Fiber Reinforced Polimer( CFRP)
Negara Proyek Jumlah Kontraktor Utama
Argentina Metro Red 500m2 Caputo S.A
Australia Boiler House 500m Kane ConstructionsAustralia West end Shopping 180m AB & MA Cick Pty Ltd
Mall
Australia Te Glen SoppingCentre
300m Constuction Engineering
Austria IBM Building 1174m IBM
Austria Bregenzerac Bridge 1100m Hembau Gesmbh
Austria A10 Tauernautobahn 8500m Strabag AG
-
8/12/2019 09E00663
23/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Hongkong Six bayan Temple 2800m2 Guangzhou Province No. 1Construction
Qatar Qafco Prill tower 3600m Apollo
Singapore Main UpgradingProject
5500m2 Hong Lai Huat Construction
Turkey Frtolay Turkey 1000m2 Detay Construction Co
Turkey PETKIM 2500m Ken Engineering
UK Highway M11 Bridge 1400m2 Balvac
UK West Burton 1600m2 Bierrum
UK Leaden Hall Market 400m2 Rusview
2.3 PENGGUNAANFRPYANG ADA DI PASARAN
Adapun penggunaan FRP yang di Indonesia merupakan bahan perkuatan
yang telah digunakan luas diberbagai negara seperti Inggris, Afrika Selatan,
Jepang, Swiss dan Perancis untuk digunakan sebagai perkuatan pada gedung dan
jembatan.
Pembagian tipe kekuatan FRPberdasarkan angka modulus elastisitasnya,
angka modulus elastisitasnya terdiri dari tiga tipe yaitu:
1. High strengh
2. High modulus
3. Ultra high modulus
Spesipikasi dari masing-masing tipe FRP ini dapat dilihat pada Tabel yang
terdapat dibawah ini:
-
8/12/2019 09E00663
24/125
-
8/12/2019 09E00663
25/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Table.2.4: Properti dari material FRPberbentuk plate
Trade name Strength(N/mm2)
Modulus(kN/mm2)
Thickness(mm)
Width(mm)
DML Composites 21001400
140360
Up to 30Up to 30
Up to 1400Up to 1400
Enforce 2200-25002200-2500
165210
1.2, 1.4, 2.11.2, 1.4, 2.1
10,50,80,90,100,12050,80,90,100,120,150
MBrace LMMBrace HM
>2200>2200
150200
1.2, 1.41.4
50,80,100,12050,80,100,120,150,200
Selfix Carbofibe SSelfix Carbofibe MSelfix Carbofibe H
280032001600
150200280
1.2, 1.41.2, 1.41.2, 1.4
50,80,12050,80,12050,80,120
Sika Carbodur SSika Carbodur MSika Carbodur H
305029001450
165210300
1.2, 1.41.41.4
50,60,80,90,100,120,150
60,90,10050
Note: properti ini diambil dari pabrik dan telah dikoreksi pada saat publikasi(summer
2000). Untuk mendesign properti actual harus diperoleh dari pabrikan.Karena
Metode test yang bervariasi, informasi yang diperoleh harus detail(contoh:freku-
Ensi test, standar deviasi).
Tabel.2.5: Properti dari material FRP berbentuk lembaran
Trade name Fibre Strength
(kN/mm2
)
Modulus
(kN/mm2
)
Areal
Weight(g/m2)
Effective
thickness*
(mm2)
Widhth
(mm)
DML Com-Posites
CarbonGlassAramid
490034002800
23070115
150,300,900
200,250 to1200
200,300
300,500,1500
350,500340
Enforce CarbonCarbonGlassAramid
3900265017002900
24064065120
200400350
290,420
0,1170,2350,135
0.2,0,29
300300680300
Kevlar#StructuralReinforcement
System
Aramid 2100 120 280,420 0.193,0.286
100,300,500
Mbrace TowSheet
CarbonCarbonGlass
355030001550
23538074
300300915
0.11,0.1650.1650.118
500500500
Replark
CarbonCarbonCarbon
340029001900
230390640
200300300
0.11-0.1670.1650.143
250,330,500
250,330,500
250,330,500
SelfixCarbofibeESelfix
GlassCarbonAramid
1099+
1417+1086+
42+120+61+
432300240
0.1670.1670.167
150,300150,300150,300
-
8/12/2019 09E00663
26/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
CarbofibeCSelfixCabofibeAR
SikaWrap Hex230C
SikaWrap Hex100G
CarbonGlass
35002250
23070
230840
6101270
Torayca UT70-20Torayca UT70-30
CarbonCarbon
40904220
230235
200300
0.1110.167
100,250,500,1000
100,250,500,1000
Notes:
#kecuali untuk hal ini, property untuk fibre kering.Nilai-nilai yang dimuat hanya
yang diindikasi.Perhatikan juga Note pada tabel 2.5
*Ketebalan efektif adalah area total Cross-sectionaldarifiberyang dibagi lebar
lembaran
+Hasil normalisasi 55% volume menggunakan resin Selfix Carbofibelaminating
Tabel.2.6: Properti dari perekat epoxy (epoxy adhesives)
PropertySupplier and Trade Name
Exchem MBT SBD Sika
Resifix 31 MBrace
Laminate
adhesive
Epoxy Plus Sikadur
Tensile strength (N/mm ) 24 30 19 30
Flexual strength (N/mm2 ) 55 100 35
Shear strength (N/mm ) 22 18
Flexural modulus(kN/mm2) 6.5 3.5 9.8 12.8
Shear modulus (kN/mm ) 3.8
Glass transition temperatureTg(
0C)60 56 60,80 62
Note: Lihat note pada tabel 2.6
-
8/12/2019 09E00663
27/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Tabel. 2.7: Properti dari resin pelapis (laminating resins)
Property
Suplier
MBT SBD DML Sika Sumitomo
Composites
Tensile strength (N/mm ) 50 17 81 30 29
Flexural strength (N/mm2) 120 28
Flexural Modulus(kN/mm2) 3 5
Glass transition temperature
Tg (0C)
55 60,80 59 53 55
2.4 ALASAN PENGGUNAAN CFRP
Carbon fiber lebih baik digunakan dibanding aramid fiber dan glass fiber.
Dilihat dari kekuatan dan elastisitasnya yang jauh lebih bagus dari kedua bahan
lain. Ini dapat dilihat dari tabel, yaitu :
Tabel 2.8: Perbandingan performance FRP
Performance Carbon Aramid GlassAlkaline Resistant Good Good Bad
UV Resistant Yes No yes
Electrical Conductivity Yes No No
Compressive vs tensile Strength Close to Lower Close to
Elastic Modulus vs Steel Similar Lower Lower
Melting Point 650 0 C 200 0 C 1000 0 C
Creep Rupture Best Moderate Bad
Banyak alasan mengapa diperlukan kekuatan tambahan untuk struktur
beton bertulang, yaitu:
Kapasitas beban hidup bertambah, seperti pada jembatan yang selalu
menerima beban pada kendaraan atau gedung yang dulunya dijadikan
tempat tinggal kemudian diganti untuk kepentingan umum.
Melakukan penambahan kebutuhan bangunan diluar dari desain yang
dibuat atau kesalahan dalam merancang.
-
8/12/2019 09E00663
28/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Memperbaiki kekuatan terhadap gempa, yang mana memberikan lapisan
tambahan terhadap beton akibat tegangan, atau penambahan secara terus
menerus diantara lapisan.
Menganti perkuatan atau menambah zat paska perkuatan, seperti dampak
dari kerusakan atau menutup (menghilangkan) korosi.
Dari semua kasus tersebut penambahan perkuatan pada bangunan
dilakukan pada bagian bangunan yang menerima beban hidup karena hal itu
sangat membantu dalam kelangsungan bangunan.
2.5 FUNGSI CFRP
Pada penggunaannya, CFRPfungsinya adalah :
Meningkatkan kekuatan kompresi dari kolom sirkular.
Meningkatkan kekuatan geser total kolom beton.
Meningkatkan kekuatan flextural dari kolom beton.
Menutup kondisi kolom yang sudah mengalami retak, retak sebelum
diberikan bahan ini.
Gambar 2.4 : Kolom yang rusak, retak.
-
8/12/2019 09E00663
29/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
2.6 PEKERJAAN SEBELUM DILAKUKAN PEMASANGAN
Dalam mendapatkan hasil yang maksimal untuk perkuatan struktur pada
suatu konstruksi ada hal yang harus dilakukan, yaitu:
2.6.1 INVESTIGASI
Tujuan dari investigasi adalah :
Mendapatkan gambaran yang lengkap dari lokasi dan besarnya kerusakan
yang terjadi serta kemungkinan penyebabnya.
Memperoleh data-data struktur yang baik pada dimensi struktur; data
material maupun data beban (mutu beton, mutu dan jumlah tulangan serta
beban yang bekerja).
Mengetahui kondisi lingkungan pada sekitar struktur yang ada.
Data-data di atas dijadikan sebagai evaluasi, karena tanpa data-data yang
benar dan akurat, maka rekomendasi perbaikan atau perkuatan hasil evaluasi akan
tidak tepat serta tidak tercapai sasaran, maka itu diperlukan data-data yang benar-
benar dari hasil investigasi hal ini dilakukan untuk mempermudah dan menunjang
tahapan evaluasi yang akan dilakukan selanjutnya.
Untuk mencapai tujuan di atas, maka harus dilakukan ;
Pengamatan secara visual (melakukan mapping disekitar kerusakan,
dimensi dari struktur beton dll).
Memeriksa dokumen-dokumen yang ada, baik dokumen perencanaan,
pelaksanaan, operasional maupun perawatan.
Melakukan testing-testing non destruktif yang diperlukan untuk
melengkapi data-data investigasi.
-
8/12/2019 09E00663
30/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Pada saat melakukan pengamatan secara visual, beberapa jenis kerusakan
didapat adalah sebagai berikut :
Keretakan non struktur dan struktur.
Keropos (honeycomb).
Karat.
Lepasnya bagian beton (spalling).
Penurunan.
Penyebab kerusakan-kerusakan pada struktur bangunan, bisa diakibatkan oleh :
Kesalahan dalam perencanaan.
Kesalahan dalam pemilihan material.
Kesalahan pelaksanaan.
Pengaruh lingkungan sekitar (tempratur, kimia, beban dll).
Investigasi merupakan awal dari tahapan perbaikan atau perkuatan yang
akan dilakukan dan merupakan tahapan yang sangat penting dalam menunjang
dan mempermudah untuk melakukan evaluasi yang tepat, maka harus diusahakan
untuk mendapatkan data-data yang maksimal.
2.6.2 EVALUASI
Setelah mendapatkan data-data dari hasil investigasi, maka dilakukan
evaluasi untuk menentukan tindakan-tindakan apa yang akan diambil.
Penurunan kapasitas struktur (menurunkan beban operasional).
Melakukan perbaikan.
Melakukan perkuatan.
Melakukan pembongkaran.
-
8/12/2019 09E00663
31/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Didalam menentukan salah satu tindakan di atas, maka harus dipertimbangkan
beberapa aspek yaitu :
Masa layan struktur.
Kebutuhan struktur.
Keselamatan umum.
Batasan-batasan yang ada apabila dilakukan perbaikan atau perkuatan,
misalnya waktu, biaya, keindahan dan kemudahan pelaksana.
Apabila ditentukan tindakan perbaikan atau perkuatan, maka evaluasi yang
dilakukan selanjutnya adalah menentukan metode dan material perbaikan atau
perkuatan.
2.6.3 METODE PERBAIKAN
Beberapa pertimbangan yang menjadi dasar penentuan metode perbaikan
yang akan digunakan adalah :
Jenis kerusakan.
Besar dan luasnya kerusakan yang terjadi.
Peralatan yang tersedia.
Kemampuan tenaga pelaksana.
Keterbatasan ruang kerja.
Kemudahan pelaksana.
Waktu pelaksanaan.
Biaya perbaikan.
-
8/12/2019 09E00663
32/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Metode perbaikan yang umumnya dilakukan adalah :
a. Patching
Metode perbaikan ini adalah metode perbaikan konvensional, dimana
kedalaman kerusakan tidak terlalu dalam (kurang dari selimut beton).
Pada metode perbaikan ini, yang perlu diperhatikan adalah penekanan
pada saat mortar ditempelkan; sehingga benar-benar didapatkan hasil
yang padat.
Material yang digunakan harus memiliki sifat mudah dikerjakan dan
tidak jatuh setelah terpasang (lihat maksimum ketebalan yang dapat
dipasang tiap lapis).
b. Grouting
Metode perbaikan ini umumnya dilakukan apabila kerusakan melebihi
selimut beton.
Metode grouting ini dapat dilakukan secara manual (gravitasi) atau
mengunakan pompa.
Pada metode perbaikan ini yang perlu diperhatikan adalah bekisting
yang terpasang harus benar-benar kedap, agar tidak ada kebocoran spesi
yang mengakibatkan terjadinya keropos.
Material yang digunakan harus memiliki sifat mengalir dan tidak susut.
c. Shotcrete(Beton Tembak)
Metode perbaikan ini umumnya digunakan untuk kerusakan yang
sangat luas, dimana metode patching ataupun grouting sudah tidak
efektif lagi. Dan pada metode ini tidak diperlukan bekisting lagi seperti
halnya pengecoran pada umumnya.
-
8/12/2019 09E00663
33/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Metode shotcrete ada dua system yaitu dry-mixdan wet-mix.
Pada sistim dry-mix, campuran yang dimasukan dalam mesin berupa
campuran kering, dan akan tercampur dengan air di ujung selang.
Sehingga mutu dari beton yang ditembakan sangat tergantung pada
keahlian tenaga yang memegang selang, yang mengatur jumlah air.
Tapi sistim ini sangat mudah dalam perawatan mesin shotcrete, karena
tidak pernah terjadi blocking.
Pada sistim wet-mix, campuran yang dimasukan dalam mesin berupa
campuran basah, sehingga mutu beton ditembakan lebih seragam. Tapi
sistim ini memerlukan perawatan mesin tinggi, apalagi bila sampai
terjadi blocking.
Pada metode shotcrete, umumnya digunakan additive untuk
mempercepat pengeringan (accelerator), dengan tujuan mempercepat
pengerasan dan mengurangi terjadinya banyaknya bahan yang terpantul
dan jatuh (rebound).
d. Injection
Metode ini umumnya digunakan untuk kerusakan yang berupa
keretakan. Dalam proses perbaikan dengan metode ini dapat digunakan
alat manual ataupun mesin bertekanan.
Material yang digunakan harus mempunyai viskositas yang rendah,
sehingga mampu mengisi keretakan.
e. Coating
Metode ini berupa pemberian lapisan pada permukaan beton, dengan
tujuan melindungi beton dari serangan bahan kimia ataupun air laut;
-
8/12/2019 09E00663
34/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
biasanya digunakan pada waktu struktur didaerah laut atau struktur
yang berada dilingkungan aggressif.
2.7 STRUKTUR BANGUNAN YANG MENGGUNAKAN CFRP
CFRPpada umumnya digunakan pada perkuatan :
Lentur pada balok dan plat, bagian tumpuan maupun lapangan.
Geser pada balok dan kolom
Axial pada kolom
Lentur pada dinding (dinding penahan, silo dll)
2.8 BENTUK DAN TIPEFRP
Bentuk FRPyang sering digunakan pada perkuatan struktur adalah :
Plat / composite
Fabric/ Wrap
Bentuk plat lebih efektif dan efisien untuk perkuatan lentur baik pada balok
maupun plat serta pada dinding; sedangkan bentuk wrap lebih efektif dan efesien
untuk perkuatan geser pada balok serta untuk meningkatkan kapasitas beban axial
dan geser pada kolom.
2.9 APLIKASIFRPTERHADAP BANGUNAN
Penggunaan FRP kini telah banyak digunakan oleh bangunan-bangunan
seperti jembatan, gedung-gedung (mall, pencakar langit, apartemen dst), stadion,
rumah tinggal dan lain-lain. Di Inggris terdapat 150 lebih struktur bangunan
mengunakan bahan ini sebagai bahan yang memperkuat struktur bangunan, data
-
8/12/2019 09E00663
35/125
-
8/12/2019 09E00663
36/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
ada di negara Eropa mulai mengunakan bahan ini sebagai kekuatan tambahan dari
luar terhadap bangunannya seperti di Universitas Southampton, Inggris.
b. Kolom jembatan
Dalam bagian ini pekerjaan dilakukan secara berkelompok saat material
ini digunakan. Material pada umumnya dikerjakan dengan mengunakan tangan.
Untuk mesin digunakan pada material yang lebih luas dan yang banyak jumlah
strukturnya seperti kolom jembatan. Sebelum dilakukan pemasangan pada kolom
ada baiknya terlebih dahulu dipasang kait penjepit pada sekitar yang mau
diletakan FRP dan disekitar lingkaran kolom pada bagian atas kolom. Mesin pada
pengunaannya dapat menjangkau sekitar kolom, seperti ukuran yang terlalu tebal
pada waktu pemasanganfiber.
2.10 PEKERJAAN DAN PEMASANGANFRPPADA KOLOM
Sebelum dilakukan pemasangan material komposit (FRP) ini perlu adanya
dilakukan koreksi. Selain karena perlu adanya koreksi, juga perlu dilakukan
peninjauan terhadap kebutuhan pada waktu pemasangan seperti perlengkapan
yang akan dipakai pada pemasangan agar keselamatan dan kenyamanan pada
waktu pemasangan dapat terjamin.
2.10.1 PEKERJAAN PADAFRP
Semua peralatan yang digunakan dalam pengabungan dan pengerjaan
pada pemasangan FRPserta material harus dijaga kebersihan dan perawatannya
-
8/12/2019 09E00663
37/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
sehingga mendapatkan hasil yang baik. Pengerjaan semuanya dilakukan dengan
bantuan alat.
Pengerjaan dan pengaplikasian untuk mengabungkan bahan dalam
membentuk selubung FRP ini harus sesuai dengan instruksi pabrik hal tersebut
dapat dilihat dari panduan yang diberikan oleh perusahaan tersebut. Jumlah
material pencampuran dilakukan hanya sekali saja tidak boleh melebihi jumlah
yang ditentukan, seperti volume yang terlalu banyak hal ini dapat mempengaruhi
tingginya temparatur pada waktu dilakukan pencampuran sehingga dapat merusak
struktur pencampuran. Resin atau perekat terlebih dahulu diaduk agar struktur
perekat tersebut merata kemudian resin dioleskan kepada permukaan kolom.
Resin atau perekat tersebut berfungsi untuk menyatukan wrap CFRP dengan
kolom beton. Bahan ini memiliki daya rekat yang kuat terhadap geser dan mampu
memberikan rekatan terhadap CFRPakibat beban anaksial yang besar.Resinyang
digunakan adalah epoxy dengan ketebalan olesan berkisar antara 1,5-2,0mm
dengan mengunakan roller dan ukuran ini cukup ideal untuk dibuat. Jenis perekat
ini tidak bersifat permanen atau mudah untuk dilepaskan dengan mengunakan
scrab dan bahan pelarut.
Gambar 2.5 : Mengolesi Resin atau perekat (epoxy) pada permukaan
kolom mengunakan Roller atau kuas silinder
-
8/12/2019 09E00663
38/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
2.10.2 PEMASANGANFRPPADA KOLOM
Sebelum dipasangkan ke kolom wrap CFRP ini terlebih dahulu dipotong
dengan mengunakan alat pemotong. Alat pemotong material ini cukup sederhana,
hanya dengan mengunakan gunting pemotong fiberatau dalam skala yang besar
dengan mengunakan mesin pemotongfiber.
Setelah dilakukan pemotongan padafiberuntuk mendapatkan ukuran yang
tepat pada kolom, material tersebut kemudian dipasangkan ke kolom dengan
konvensional atau dengan mesin untuk daerah kolom yang lebih besar dan luas.
Gambar 2.6 : Pemasangan CFRP pada daerah paling berbahaya yang
sudah diolesi resin atau perekat (epoxy)
Agar bahan tersebut terekat dengan erat antara FRP tersebut dengan
permukaan beton maka dipakai epoxy. Epoxy merupakan bahan perekat yang
sangat kuat. Untuk jenis perekat ini ada dua macam dalam pemasangannya, yaitu:
Dry system (FRP tidak perlu dijenuhkan dulu dengan epoxy)
Wet system (FRPharus dijenuhkan dulu denganEpoxymesin saturator)
Untuk menentukan sistim mana yang akan digunakan, tergantung dari banyaknya
fiber per m 2 . Pada umumnya FRP dengan banyaknya fiber kurang dari 300
gr/m 2 menggunakan dry sistem dan sebaliknya menggunakan wet sistem.
-
8/12/2019 09E00663
39/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Gambar 2.7 : Mesin alat pemasang CFRPkolom bulat
2.11 PERUMUSAN CFRPPADA KOLOM
Perumusan Tegangan Regangan CFRPpada kolom
Bagian struktur beton akan mengalami reduksi saat memikul beban aksial
yang besar, karena regangan pada beton mencapai batas ultimate 0,003. Untuk
menghindari terjadinya deformasi lateral yang dapat mengakibatkan reduksi pada
beton maka digunakan CFRP sebagai bahan yang dapat menahan gaya regangan
tersebut. Selain mampu menambah kekuatan menahan gaya regangan pada kolom
beton, bahan ini juga mampu melakukan ikatan terhadap kolom beton tersebut,
sehingga akan membuat kolom beton dan CFRP akan menjadi linier dan
bertambah kaku.
Pada area beton yang terlindungi oleh CFRP dapat bertambah kekuatan
tekannya terhadap beban yang akan dipikul. Rumus yang digunakan dalam
perhitungan kekuatan CFRPadalah :
( )[ ]11'' += ceccc kkfF ...(2.1)
Dimana ek adalah rasio area effektif yang terlindung (persamaan 2.2), sedang ck
adalah faktor penambahan kekuatan beton (persamaan2.3)
( )[ ] ( ) ( )( )22
2222
4
2312314
rrbh
rhrbrrbhke
= ..(2.2)
-
8/12/2019 09E00663
40/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
21=ck ...(2.3)
Dimana b dan h dimensi sisi luar potongan melintang kolom; r adalah radius pada
keliling sudut; 1 adalah faktor penambah kekuatan beton terhadap tegangan
triaxial pada batas-batas tegangan (lihat persamaan 2.4); dan 2 adalah faktor
reduksi terhadap penjumlahan untuk beberapa deviasi (persamaan 2.5);
+= 1
'6,1
'94,718,125,11
c
l
c
l
f
F
f
F .(2.4)
1'
8,06,04,12
2 +
=c
l
l
l
l
l
f
F
F
f
F
f .(2.5)
DimanalF dan lf adalah maksimum dan minimum yang mengikat tegangan
lateral.
Penahan tegangan lateral pada jaket FRP jlf, dapat dihitung pada sumbu x
dan y pada potongan melintang (perhatikan gambar )
h y
x
Unconfined concrete
b
Gambar 2.9 : Panjang dan lebar confinement tertekan sedangkan sudut
confinement tertarik.
j
j
jxl fh
tf 2, = ..(2.6)
r
Confined concrete
-
8/12/2019 09E00663
41/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
j
j
jyl fb
tf 2, = ..(2.7)
Dimanajt adalah ketebalan pada jaket FRP dan jf adalah tegangan pada sisi
dalam jaket FRP, yang dapat didefenisikan sebagai berikut :
tjj Ef = ...(2.8)
Dimanat adalah regangan pada potongan melintang pada FRP. Untuk mencari
nilai dari lFsama halnya dengan mencari nilai dari lf yang merupakan tegangan
lateralnya.
-
8/12/2019 09E00663
42/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
BAB III
ANALISIS CONFINEMENTdan CFRPKOLOM
3.1. UMUM
Sebagai bahan konstruksi, beton bertulang termasuk bahan yang paling
banyak digunakan dalam pembangunan struktur dewasa ini. Dari segi material,
pembuatan dan perakitan tulangan, pengecoran dan biaya, beton relative mudah
dan murah. Kekuatan dari struktur kolom beton bergantung pada mutu beton (mix
design), proses perakitan tulangan, pengecoran, pemadatan dan perawatan setelah
pengecoran (curing). Pada tahap perencanaan, structural engineer mengunakan
mutu beton yang diperoleh berdasarkan hasil dari uji kuat tekan beton dengan
menggunakan moulding (silinder beton) yang diisi adukan beton. Sehingga mutu
yang diperoleh dari hasil uji kuat tekan beton merupakan mutu beton tanpa
tulangan (plain concrete). Sedangkan praktek di lapangan, struktur beton
mengunakan tulangan, baik tulangan longitudinal yang berfungsi menahan lentur
maupun tulangan tranversal (stirrup) yang menahan geser.
Dalam kondisi ultimate banyak faktor yang dapat menyebabkan mutu
beton tidak mencukupi dan hal ini dapat menyebabkan kerusakan dan keruntuhan
pada struktur beton, sehingga pembongkaran/perbaikan struktur beton perlu
dilakukan. Pembongkaran dan pembuatan struktur baru, memerlukan waktu yang
cukup lama, sedangkan perbaikan struktur beton dapat mengunakan berbagai
alternative perbaikan seperti externally bonded steel plates (pengikat luar baja),
steel jacket, concrete jackets dan dengan pemakaian material Carbon Fiber
-
8/12/2019 09E00663
43/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Reinforced Polymer (CFRP) sebagai bahan perbaikan dan perkuatan struktur
beton.
3.2 KEKUATAN TEKAN BETON
Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan dari perbandingan
semen, agregat kasar dan halus, air dan berbagai jenis campuran. Perbandingan air
terhadap semen merupakan faktor utama dalam menentukan kekuatan beton.
Semakin rendah perbandingan air semen, semakin tinggi kekuatan tekan beton
demikian sebaliknya. Kelebihan air pada campuran beton akan menurunkan
kualitas kerja (workability) atau menurunkan kuat tekan beton. Suatu ukuran dari
pengerjaan beton ini diperoleh dengan percobaan nilai slump, dimana lebih kecil
nilai slump lebih kental campuran beton dan lebih sukar dalam pengerjaan.
Kekuatan tekan beton di wakili oleh tegangan tekan maksimum fcdengan
satuan N/m atau Mpa dan juga memakai satuan Kg/cm2 untuk struktur beton
bertulang pada umumnya menggunakan beton normal dengan kuat tekan pada
umur 28 hari berkisar antara 17-35 Mpa, sedangkan untuk beton prategang
digunakan kuat tekan beton lebih tinggi, berkisar antara 30-45 Mpa.
Nilai kuat tekan beton didapatkan melalui tata cara pengujian standar,
menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban tekan bertingkat dengan
kecepatan peningkatan beban tertentu atas benda uji silinder beton (d=150mm,
t=300 mm) sampai hancur. Tata cara pengujian yang umumnya dipakai adalah
standar ASTM C 39-86. kuat tekan masing-masing benda uji di tentukan oleh kuat
tegangan tekan tertinggi yang dicapai benda uji umur 28 hari akibat beban tekan.
-
8/12/2019 09E00663
44/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Pada SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.3.2 menetapkan bahwa regangan kerja
maksimum yang di perhitungkan di serat tepi beton tekan terluar adalah 0.003
sampai hancur. Untuk beton kepadatan normal dengan berat isi 2300 Kg/m3
dapat digunakan nilai :
Ec = 4700fc.....(3.1)
3.3 KEKUATAN TARIK BETON
Nilai kuat tekan dan tarik beton tidak berbanding lurus, setiap usaha
perbaikan mutu kekuatan tekannya hanya desertai peningkatan kecil kuat nilai
kuat tariknya. Suatu perkiraan kasar dapat dipakai, bahwa nilai kuat tarik beton
normal hanya berkisar 9-15% dari kuat tekannya. Kuat tarik beton yang tepat sulit
untuk diukur. Suatu nilai pendekatan yang umum dilakukan dengan menggunakan
modulus of rupture:
2)(
bd
PIMOR = (3.2)
Ialah tegangan tarik lentur beton yang timbul pada pengujian hancur balok
beton polos atau tanpa tulangan, sebagai pengukur kuat tarik sesuai teori
elastisitas. Kuat tarik beton juga di tentukan melalui pengujian split cylinderyang
umumnya memberikan hasil lebih baik dan lebih mencerminkan kuat tarik yang
sebenarnya. Nilai pendekatan yang di peroleh dari hasil pengujian berulangkali
mencapai kekuatan 0.50-0.60 kali fc sehingga untuk beton normal digunakan
nilai 0.57fc. sedangkan dalam SK SNI T-15-1991-03 pada pasal 3.2.5 ditetapkan
bahwa besarnya modulus tarik untuk beton normal adalah 0,7fc.
-
8/12/2019 09E00663
45/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
3.4 KOLOM BETON BERTULANG BERDASARKAN BENTUKKolom bertulang dibagi dalam dua kategori ;
1. Kolom beton bertulang pendek.
Dikatakan kolom beton bertulang pendek atau kolom pendek jika pada
saat pembebanan aksial diberikan pada kolom tersebut terjadi keruntuhan
material. Beban yang dapat dipikul ditentukan oleh dimensi penampang dan
kekuatan material penyusunnya.
Kolom yang mengalami keruntuhan dikarenakan regangan beton mencapai
0,003 atau tegangan baja yang mencapaify. Hal tersebut disebabkan kolom yang
melentur akibat momen cenderung menimbulkan tekanan pada satu sisi kolom
dan tarikan pada sisi yang lainnya. Gaya yang ditimbulkan oleh momen dan beban
aksial relatif besar. Berikut gambar memperlihatkan kolom yang memikul beban
Pn.
a) Beban aksial besar dan momen diabaikan.
Hal ini diawali dengan keruntuhan pada hancurnya beton hingga semua
tulangan dalam kolom mencapai tegangan leleh dalam tekan.
Pn
b) Beban aksial besar dan momen kecil. Sehingga seluruh penampang
tertekan.
-
8/12/2019 09E00663
46/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Jika suatu kolom menerima momen lentur kecil (yaitu, jika eksentrisitas
kecil), seluruh kolom akan tertekan tetapi tekanan disatu sisi akan lebih
besar dari sisi lainnya. Tegangan tekan maksimum dalam kolom sebesar
0,85fc dan keruntuhan akan terjadi oleh runtuhnya beton dan semua
tulangan tertekan.
Pn
e
c) Eksentrisitas lebih besar dari (b) dan momen kecil. Sehingga tarik mulai
dari satu kolom.
Jika eksentrisitas ditingkatkan dari kasus sebelumnya, gaya tarik akan
mulai terjadi pada satu sisi kolom dan baja tulangan pada sisi tersebut akan
menerima gaya tarik yang lebih kecil dari tegangan leleh. Pada sisi lain
tulangan mendapat gaya tekan. Keruntuhan akan terjadi karena hancurnya
beton pada sisi yang tertekan.
Pn
e
-
8/12/2019 09E00663
47/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
d) Kondisi beban berimbang, eksentrisitas ditambah.
Saat penambahan eksentrisitas, maka akan tercapai suatu kondisi dimana
tulangan pada sisi tarik mencapai leleh dan pada saat bersamaan beton
pada sisi lainnya mencapai tekan maksimum 0,85fc
Pn
e
e) Momen besar, beban aksial relatif kecil
Jika eksentrisitas terus ditambah, keruntuhan terjadi akibat tulangan
meleleh sebelum hancurnya beton.
Pn
e
f ) Momen lentur besar
Saat momen lentur besar, keruntuhan pada kolom sama dengan keruntuhan
pada sebuah balok.
Mn
-
8/12/2019 09E00663
48/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
P
M
M
P
=PM
1
2
2. Kolom beton bertulang panjang atau langsing
Pada kolom beton bertulang pendek dibuat sebagai proses evaluasi
kelangsingan kolom untuk mendapatkan batas nilai rasio kelangsingan
tertentu. Jika sebuah kolom semakin langsing maka kolom tersebut akan
semakin mudah mengalami fenomena tekuk. Suatu kolom digolongan
langsing apabila dimensi atau ukuran penampang lintangnya kecil
dibandingkan dengan tinggi bebasnya (tinggi yang ditopangnya).
Gambar 3.1 : Momen Sekunder atau Momen .P
Kolom langsing yang menahan kombinasi beban aksial dengan lentur
akan mendapatkan momen lentur tambahan (momen sekunder) akibat efek P.
dan mengalami deformasi kearah lateral pada penampang yang ditinjau. Apabila
ditinjau suatu kolom langsing yang menahan gaya aksial Pudengan eksentrisitas
e, tampak dengan adanya efek tekuk mengakibatkan momen lentur tambahan
-
8/12/2019 09E00663
49/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Pu.e. Tingkat kelangsingan suatu struktur kolom dapat dibuat sebagai rasio
kelangsingan.
rKlu ...(3.3)
Dimana : K= Faktor panjang efektif komponen struktur tekan.
ul = Panjang komponen struktur tekan yang tidak ditopang.
r = Jari-jari putaran (radius of gyration) potongan lintang
komponen struktur tekan ditetapkan 0,30h dimana h ukuran
dimensi kolom persegi pada bekerjanya momen atau 0,25 D
dimana D adalah diameter kolom bulat.
Untuk menentukan apakah kelangsingan tersebut perlu diperhitungkan
atau diabaikan. Maka terlebih dahulu harus dilakukan pemeriksaan untuk
komponen tekan dengan pengacu lateral.
r
Klu >34-12(M1b/M2b).....(3.4)
Dimana M1b dan M2b = Momen ujung-ujung faktor pada kolom yang posisinya
berlawanan. Momenmomen tersebut terjadi akibat beban yang tidak
menimbulkan goyangan ke samping yang besar, dihitung dengan analisis struktur
elastis. Momen M2b bernilai negatif apabila komponen kolom terlentur dalam
lengkungan ganda dan positif apabila terlentur dalam lengkungan tunggal.
Untuk komponen struktur tekan tanpa pengaku lateral, atau tidak disokong
untuk tertahan ke arah samping, efek kelangsingan dapat diabaikan apabila
memenuhi :
r
Ku < 22...(3.5)
-
8/12/2019 09E00663
50/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Faktor panjang efektif tahanan ujung K bervariasi antara nilai 0,50-2,0
tergantung kondisinya, untuk keadaan tipikal adalah sebagai nilai-nilai berikut ini:
lk=1/2.lV2
2) Sendi-sendi 3) Jepit-Sendi 4) Jepit-jepit
1) Jepit sebelah
l
lk=2l
Pu
lk=l
Pu Pu
lk=1/2.l
Pu
Gambar 3.2 : Panjang batang tekuk
a. Kedua ujung sendi, tidak bergerak lateral k = 1,0
b. Kedua ujung jepit k = 0,50
c. Satu ujung jepit, ujung lain bebas k = 2,0
d. Kedua ujug jepit, ada gerak lateral k =1,0
Untuk kolom yang merupakan komponen rangka yang dikenal sebagai
portal balok kolom, tahanan ujungnya terletak diantara kondisi sendi jepit
dengan nilai k di antara 0,75 0,90. untuk kolom kaku tertahan plat lantai, nilai
berkisar di antara 0,95 1,0.
-
8/12/2019 09E00663
51/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Perencanaan komponen struktur tekan beton bertulang dilakukan dengan
menggunakan beban aksial Pu yang didapat dari analisis rangka elastik dan
momen rencana yang sudah dibesarkanMc, yang didefenisikan sebagai berikut:
Mc= dbM2b + dsM2s (Pers SK SNI T-15-1991-03)(3.3.6)(3.6)
dimana, indeks 2menunjuk kepada yang terbesar dari kedua momen ujung
komponen tekan, indeks bmenyatakan dengan pengakuatau besar
momen momen yang dihasilkan dari goyangan lateral yang tidak
besar, dan indeks smenyatakan momen yang berhubungan dengan
goyangan.
Mc = momen rencana yang diperbesar, digunakan hanya untuk
merencanakan komponen struktur tekan beton bertulang.
d = faktor pembesar momen, diuraikan menjadi db yaitu faktor
pembesar untuk portal dengan pengaku yang
mencerminkan pengaruh dari kelengkungan diantara kedua
ujung komponen tekan dengan momen adalah akibat beban
vertikal atau beban gravitasi, dan ds adalah faktor pembesar
momen untuk portal tanpa pengaku yang mencerminkan
pergeseran akibat momen ujung dari beban yang
menyebabkan goyangan lateral badan seperti beban angin,
gempa dan gaya gravitasi.
M2b= momen faktor terbesar pada ujung komponen tekan akibat
dari beban yang tidak menyebabkan goyangan besar,
momen akibat dari gaya vertikal atau gravitasi, dihitung
dengan analisis portal elastik.
-
8/12/2019 09E00663
52/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
M2s = momen terfaktor terbesar yang terjadi di manapun di
sepanjang komponen struktur tekan akibat dari beban yang
menyebabkan goyangan lateral besar, dihitung dengan
analisis portal elastik.
Untuk rangka struktur yang mengunakan pengaku terhadap goyangan ke
arah lateral, misalnya mengunakan dinding geser, momen yang diperhitungkan
hanyalah M2b dan faktor pembesar ds1.0. Pada umumnya, apabila defleksi
lateral bangunan tidak melampauinl /1500, struktur dianggap berpengaku.
Faktor db dan ds adalah pembesar momen yang secara empiris dapat
ditentukan sebagai berikut :
db= 0.1
1
c
u
m
P
P
C
........(3.7a)
ds= 0.1
1
1
c
u
P
P
........(3.7b)
dimana Pcadalah beban tekuk Euler,
Pc=( )2
2
uK
EI
.......(3.8)
dan Pubeban rencana aksial terfaktor, Pu dan Pc adalah jumlah untuk semua
kolom dalam satu tingkat,Cmadalah faktor koreksi seperti ditentukan berikut ini.
Untuk komponen struktur ditopang tertahan ke arah samping (berpengaku)
dan tanpa beban tranversal pada dukungan,
Cm= 0.60 + 0.40 40.02
1
b
b
M
M....(3.9)
-
8/12/2019 09E00663
53/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
dimanaM1bM2b, sedangakan untuk kelengkungan tunggal 02
1 >b
b
M
M
apabila hasil dari analisis struktur menunjukan bahwa di kedua ujung tidak
terdapat momen, rasioM1b/M2bdiambil sama dengan satu. Sedangkan eksentrisitas
ujung yang di dapat kurang dari (15 + 0.03h)mm, momen ujung yang didapat dari
perhitungan boleh digunakan untuk menentukan rasio M1b/M2b. Apabila
perhitungan menunjukan bahwa pada kedua ujung komponen struktur kolom, baik
berpengaku maupun tidak, tidak terdapat momen atau eksentrisitas ujung kurang
dari (15 + 0.003h)mm, maka M2b harus didasarkan pada eksentrisitas minimum
(15 + 0.003h)mm terhadap setiap sumbu utama secara terpisah (lihat SK SNI T-
15-1991-03 pasal 3.3.11 ayat 5.5). untuk komponen struktur lainnya, Cm
ditentukan sama dengan 1.0.
Didalam ungkapan Pc, peraturan SK SNI T-1991-03 pasal 3.3.11 ayat 5.2
memberikan ketentuan untuk perhitunganEI sebagai berikut :
Apabila memperhitungakan dampak sifat nonelastik beton, retak, dan rangkak
untuk pembebanan jangka panjang, maka nilai EI diperhitungkan sama dengan
blok terlentur tanpa beban aksial :
EI=
( )d
ses
gcIE
IE
+
+
1
5
.
........(3.10a)
untuk komponen kolom bertulangan sedikit (g3%) dapat dihitung secara
konservatif.
EI= ( )dgcIE
+150.2
......(3.10b)
dimana, Ec= modulus elastisitas beton
-
8/12/2019 09E00663
54/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Es= modulus elastisitas baja tulangan
Ig = momen inersia beton kotor (penulangan diabaikan) terhadap
sumbu berat penampang
Ise= momen inersia terhadap sumbu pusat penampang komponen
struktur
Bd =bagian dari momen rencana yang dianggap memberikan
kontribusi tetap terhadap deformasi, biasanya ditentukan
sebagai nilai banding dari momen beban mati terfaktor
maksimum terhadap momen beban total terfaktor maksimum,
nilainya selalu positif.
3.5 PERSYARATAN PENULANGAN KOLOM
Jumlah luas penampang tulangan pokok memanjang kolom dibatasi
dengan rasio penulangang antara 0,01 dan 0,08. penulangan yang lazim
dilakukan antara 1,5% sampai 3% dari luas penampang kolom. Khusus untuk
struktur bangunan berlantai banyak, penulangan kolom mencapai 4% dan ini tidak
boleh mengunakan lebih. Untuk kolom berpengikat sengkang bentuk segi empat
minimal terdiri dari 4 batang.
Pada jarak bersih antara batang tulangan pokok memanjang kolom
berpengikat sengkang tidak boleh kurang dari 1,5d` atau 40 mm. Persyaratan jarak
tersebut juga harus dipertahankan di tempat-tempat sambungan lewatan batang
tulangan.
3.6 PENGARUH SENGKANG TERHADAP KOLOM
-
8/12/2019 09E00663
55/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
lf
yhf yhf
Semua batang tulangan pokok harus dilingkup dengan sengkang dan kait
pengikat tebal paling sedikit dengan batang D10. Batasan minimum tersebut
antara kolom dengan tulangan pokok memanjang batang D32 atau lebih kecil,
sedangkan untuk diameter tulangan pokok lebih besar lainnya, umumnya
sengkang tidak kurang dari batang D12. Jarak spasi tulangan sengkang p.k.p.
tidak lebih dari 16 kali dimeter tulangan pokok memanjang, 48 kali dimeter
tulangan sengkang, dan dimensi lateral terkecil (lebar) kolom. Tulangan sengkang
atau kait pengikat harus dipasang dan diatur sedemikian rupa sehingga sudut-
sudutnya tidak dibengkok dengan sudut yang lebih besar dari 135o.
Sengkang akan memberikan pengaruh pada kuat tekan kolom dan
regangan tekan beton pada daerah tekan kolom tersebut. Tegangan lateral efektif
maksimum (fl), yang diberikan oleh sengkang terjadi pada saat sengkang tersebut
sudah mengalami leleh.
( a ). Beban aksial kolom bujur sangkar (b ). Kekangan tulangan sengkang
( c ). Single lateral stress
Gambar 3.3 : Diagramfreebodyuntuk kolom
Darifreebodytulangan sengkang maka diperoleh fl sebagai berikut:
-
8/12/2019 09E00663
56/125
-
8/12/2019 09E00663
57/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
f'c
f'cc
CompressiveStress,
fc'
Assumed forcover concrete
UnconfinedConcrete
Ec Esec
Compressive Strain,
Confined
Concrete First hoop fracture
CO
CO2
SP CC CU
C
eK = koefisien effektif penampang kolom yang terkekang (pakai eK =
0,75)
Gambar 3.4 : Diagram tegangan-regangan beton tak terkekang dan terkekang
3.7 PENGARUHFRP TERHADAP SENGKANG
FRP akan memberikan pengaruh yang besar terhadap kolom, karena
sifatnya yang mengalami tarik dan juga mampu menghidari terjadi keruntuhan
yang terjadi pada beton atau pada daerah yang tidak terlindungi oleh tulangan
sengkang. Pengunaan FRP akan menambah kekuatan beton serta menambah
tegangan dan regangan. Untuk gaya tekan FRP, dimana pada sisi penampang
kolom memberikan tekanan yang kecil dan gaya tekan yang besar terjadi pada
sudut penampang kolom. Kehancuran beton pada daerah yang tidak terlindungi
sengkang atau pada tebal beton (d) dapat teratasi. Kekuatan beton pada daerah
-
8/12/2019 09E00663
58/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
AxialCompre
ssiveStress
Ei
Axial Strain,
f fd
FRP- Confined Concrete
Plain Concrete
Ep
C
C
yang terlindungi oleh FRPakan lebih besar dibandingkan dengan daerah kolom
yang terlindungi oleh sengkang.
3.8 TEGANGAN DAN REGANGAN BETON DENGAN CFRP
Peningkatan tegangan aksial diikuti dengan peningkatan regangan pada
beton. Regangan ultimit pada beton tak terkekang tipikal diambil sebesar 0,003.
Asumsi yang digunakan adalah bahwa setelah lewat dari nilai regangan 0,003 ini
beton mengalami retak dan pengekangan yang diberikan oleh CFRPakan bekerja
maksimal. Pada bagian ini hubungan tegangan dan regangan akan linier dengan
kemiringan berdasarkan kekakuan CFRP.
Gambar 3.5 : Tegangan-regangan beton terkekang CFRP
Pengujian yang dilakukan oleh Munzer Hassan dan Omar Chaallal (2006) dan
diperoleh perhitungan kuat tekan beton yang terkekang dengan CFRP( persamaan
2.1 ). Perhitungan dan disain dilakukan dengan perencanaan berdasarkan asumsi
sebagai berikut:
1. Penampang bidang rata akan tetap rata setelah mengalami lentur, berdasarkan
prinsip Bernouli yang mengatakan bahwa regangan yang dialami oleh beton
-
8/12/2019 09E00663
59/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
dan baja tulangan pada titik yang beragam pada penampang adalah berbanding
lurus dengan garis netral.
2. Momen lentur yang terjadi adalah pada sumbu simetri penampang.
3. Regangan maksimum pada serat tekan beton tak terkekang terluar adalah
sebesar 0,003, sedangkan untuk regangan ultimit serat tekan beton yang
memperhitungkan pengaruh dari tulangan sengkang adalah:
'
4,1004,0
CC
suys
cuf
f += ..(3.16a )
Untuk beton yang terkekang dengan CFRP, regangan serat tekan maksimum
dapat dicari dengan mengunakan persamaan:
'
5,2004,0
CC
ujujss
ccuf
f += ...(3.16b )
D
tjss
4= ..(3.17)
Dimana, fuj = tegangan ultimitjacketdari CFRP(50%fCFRP)
uj = regangan ultimitjacketdari CFRP(50%CFRP)
'CCf = tegangan tekan beton yang terlindung oleh tulangan
sengkang
ss = rasio tulangan sengkang akibat CFRP
Nilai dari tegangan ultimit CFRP adalah sebesar 50% dari modulus elastis
CFRP, yang mana akan menyebabkan nilai dari reganganCCU menjadi
sangat besar jika dibandingkan dengan beton yang tidak terkekang (C
). Hal
ini dapat mengakibatkan interlock actionantar agregat yang merupakan faktor
penting dalam mekanisme ketahanan geser beton, sehingga kecukupan
-
8/12/2019 09E00663
60/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
kapasitas geser beton tersebut terjadi kelebihan beban mendadak (Priestley,
1996). Untuk itu nilai dari uj direncanakan sebesar 0,004 dan nilai dari ujf
menjadi jf yaitu sebesar :
tjj Ef =
Dimana,ujt
at 5,0=
ambil 004,0=t
jj Ef 004,0=
Dimana,jE = modulus elastis CFRP
a = regangan aksial
t = regangan tulangan sengkang
uj = regangan ultimit pada CFRP
4. Kekuatan tarik hanya dipikul oleh baja tulangan dan CFRP, sedangkan
kekuatan tarik beton diabaikan.
5. kekuatan tekan disumbangkan oleh baja tulangan dan beton untuk diagram
interaksi yang hanya memperhitungkan kekuatan tekan CFRP, maka kekuatan
tekannya disumbangkan oleh baja tulangan, beton dan CFRP pada daerah
tekan.
6. Tegangan beton yang digunakan adalah tegangan beton ekuivalen, yaitu:
a. Tegangan beton sebesar 'Cf harus diasumsikan terdistribusi secara
merata pada daerah tekan ekuivalen yang dibatasi oleh tepi
penampang dan suatu garis lurus yang sejajar dengan sumbu netral
-
8/12/2019 09E00663
61/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Pn,
bebanaksial
-Pn
e= eb
titik 5
0
kondisi seimbang
titik 2
Mn, Momen lentur
Mn
titik 4
daerah tertarik
0,003
daerah seimbang
0,003
titik 1
+Pn
titik 3
daerah tertekan
0,003
penampang kolom
berjarak xa .= dari serat dengan regangan tekan maksimum,
dimanaxadalah tinggi garis netral.
b. Jarak x dari serat dengan regangan maksimum kesumbu netral
harus diukur dalam arah tegak lurus terhadap sumbu tersebut.
c. Nilai 85,0= untuk 30'Cf Mpa dan direduksi sebesar 0,008
untuk setiap kenaikan 1 Mpa, tetapi 1 tidak boleh kurang dari
0,65.
3.9 ANALISIS KOLOM
Letak tulangan longitudinal tersebar pada penampang dengan besar sudut
yang sama. Tulangan sengkang yang terpasang dengan jarak yang sama serta
dimensi penampang memanjang kolom yang sama (panjang sama dengan lebar).
Gambar 3.6 : Diagram interaksi kolom
yS
-
8/12/2019 09E00663
62/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
tulangan memanjang
tulangan sengkang
As As'
As
d d'
Pn
As'
H
B
Dalam pengambaran diagram interaksi dari kolom, diperlukan 5 titik utama
sebagai acuan, yaitu:
Titik 1 ( nM = 0 ; nP = aksial tekan maksimum )
Gaya tekan pada sumbu memanjang kolom yang berjarak e akan
cenderung melentur seiring dengan timbulnya momen M = P (e). Jarak e
dinamakan eksentrisitas gaya terhadap sumbu kolom. Timbulnya jarak
eksentrisitas ini membuat tegangan yang terjadi tidak merata untuk
seluruh permukaan penampang dan akan membuat perbedaan gaya pada
daerah yang satu dengan yang lainnya.
Kondisi pembebanan tanpa eksetrisitas yang merupakan keadaan khusus,
kuat beban aksial nominal atau teoritis dapat diungkapkan sebagai berikut:
})('8,0{65,00 StyStgC AfAAfP += ........................(3.18a )
untuk pemakain CFRPdigunakan persamaan
})('8,0{65,00 JjStyStgC AfAfAAfP ++= ............(3.18b )
Gambar 3.7 : Sketsa kolom pada beban aksial maksimum
-
8/12/2019 09E00663
63/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Sedangkan peraturan memberikan ketentuan hubungan dasar antara beban
dengan kekuatan sebagai berikut:nU PP
dimana, gA = luas kotor penampang lintang kolom (mm2)
StA = luas total penampang penulangan memanjang (mm2)
0P = kuat beban aksial nominal atau teoritis tanpa eksentrisitas
Pn=kuat beban aksial nominal atau teoritis dengan eksentrisitas
tertentu
Pu=beban aksial terfaktor dengan eksentrisitas
g
St
gA
A= ..........................................................(3.19)
Eksentrisitas beban dapat terjadi akibat timbulnya momen yang antara lain
disebabkan oleh kekangan pada ujung-ujung kolom yang dicetak secara
monolit dengan komponen lain.
Titik 2 ( MMn= lentur murni; 0=nP )
Titik ini merupakan titik perpotongan terhadap sumbux, yaitu sumbun
M .
Titik ini disebut juga sebagai full beam condition, dimana beton hanya
mengalami gaya akibat momen, sedangkan akibat aksial adalah 0. Pada
titik ini nilai garis netral harus dicari dulu dengan membuat persamaan
nP = 0. Dengan mengunakan persamaan tersebut nilai dari garis netral (x)
pada penampang kolom untuk kondisi seperti ini dapat diperoleh. Dan
hasil tersebut kemudian diinput untuk mendapatkan harga dari momen
-
8/12/2019 09E00663
64/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
As'
x
Cc
a= 0,85x
F T
As
As
d
0,85f cc'
Cs
0,003
Mn
As'
d'
H
B
yang terjadi pada saat kolom mengalami lentur murni. Sedangkan untuk
daerah eksentrisitas adalah tidak terhingga.
Gambar 3.8 : Untuk =e
S
'Suj
-
8/12/2019 09E00663
65/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Analisis teori tersebut dapat dijelaskan menjadi persamaan sebagai
berikut:
Dengan mengacu pada momen lentur yang mengalami gaya dan gaya
aksial yang terjadi adalah 0. Maka gaya-gaya yang terjadi adalah gaya
tekan dan gaya tarik dalam keadaan seimbang atau disebut juga untuk gaya
tekan dan gaya tarik adalah sama.
Pn= 0 .......................................................................................(3.20)
untuk kolom yang mengunakan confinementdengan persamaan:
CS1 + CC T= 0 ...................................................................(3.21a )
untuk kolom yang mengunakan confinementdan FRPdengan persamaan:
CS1 + CC T F= 0 .............................................................(3.21b )
Dari persamaan diatas dapat diperoleh nilai dari garis netral x, kemudian
nilai tersebut di input kepersamaan untuk mendapatkan nilai dari momen
lentur murni.
untuk kolom yang mengunakan confinementdengan persamaan:
)`()()2
85,0`()(1 sdFsT
xsdCsCM CSn +++++= .(3.22a )
untuk kolom yang mengunakan confinementdan FRPdengan persamaan:
)`()()2
85,0`()(
1 jjCSn
tsdFsTx
tsdCsCM +++++++= ...(3.22b )
Momen lentur murninya adalah:
nn MM = lentur murni= 0,65Mn lentur murni...............................................(3.23)
Titik 3 ( merupakan titik tambahan )
-
8/12/2019 09E00663
66/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
TF
As
As
0,85f cc'
CsCc
As'
a= 0,85x
x
0,003
Pne
As'
d d'
H
B
Titik tambahan ini dipakai untuk membuat diagram interaksi yang lebih
lengkap sebelum mencari gaya yang terjadi pada daerah seimbang pada
kolom.
Untuk analisis teori perhitungannya sama dengan titik 2 tapi beban aksial
0 terjadi pada daerah eksentrisitas bukan daerah plastis pada penampang
kolom. Beban aksial akan semakin kecil nilainya karena tergradasinya
jarak menjauhi pusat plastis dan momen lentur untuk kondisi seperti ini
akan semakin besar disebabkan seluruh batang mengalami tekan.
Gambar 3.9 : Sketsa kolom di titik tambahan
S 'Suj
-
8/12/2019 09E00663
67/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
As'As
d
As
x
0,003
d'
Pn= Pbe= eb
As'
H
B
Titik 4 (nM Balanced; nP Balanced)
Dimana pada titik ini, regangan maksimum serat terluar dari beton tak
terkekang adalah 0,003, sedangkan beton terkekang tulangan sengkang
diperoleh dengan persamaan yang sebelumnya telah dijelaskan. Begitu
juga dengan regangan CFRP sudah di jelaskan sebelumnya. Baja tulangan
terluar dianggap telah mengalami leleh sehingga regangannya sebesar
0,002. dari hubungan ini diperoleh nilai garis netral balanced dengan
rumus perbandingan segitiga. Hasil analisis teori tersebut dapat dibuat
sebagai berikut dalam bentuk persamaan:
003,0
003,0
+
=
S
y
b
E
fd
x.....................................................................(3.24)
Dengan memasukan nilaiS
E = 200.000 Mpa dan tegangan leleh baja yang
digunakan 400=yf Mpa. Sehingga baja yang mengalami leleh memiliki
nilai regangan ( s ) =200000
400=
S
y
E
f= 0,002, maka didapat:
003,0002,0
)(003,0
+=
dxb ...................................................................(3.25)
-
8/12/2019 09E00663
68/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Gambar 3.10 : Kolom keadaan seimbang
Keseimbangan gaya-gaya mensyaratkan:
untuk kolom yang mengunakan confinementdengan persamaan:
Pb= CS1 + CC T..................................................................(3.26a )
untuk kolom yang mengunakan confinementdan FRPdengan persamaan:
Pb= CS1 + CC T F............................................................(3.26b )
di mana, CS1= AS fy
CC = 0,85fCC a b = 0,85fCC(0,85x ) b
T = AS fy
F = AJfJ
Apabila baja tulangan tekan telah meluluh pada keadaan seimbang
regangan, maka:
CS1= AS
(fy 0,85fC)
dengan demikian persamaan keseimbangan gaya-gaya menjadi:
untuk kolom yang mengunakan confinement
Pb= AS(fy 0,85fC) + 0,85fCC(0,85x ) b AS fy..........(3.27a)
untuk kolom yang mengunakan confinementdan FRP
Pb= AS(fy 0,85fC) + 0,85fCC(0,85x ) b AS fy- AJfJ(3.27b)
S
'S
ccu
-
8/12/2019 09E00663
69/125
-
8/12/2019 09E00663
70/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
Gambar 3.11 : Aksial tarik maksimum
Kondisi ini dibuat dengan persamaan sebagai berikut;
bn PP = ..(3.29)
nP = ])[65,0( jjSty fAAf + ..(3.30)
Hasil perhitungan dari kelima titik tersebut kemudian diwujudkan kedalam bentuk
diagram interaksi kolom seperti tergambar 3.6.
-
8/12/2019 09E00663
71/125
Marolop Tua Sianipar : Analisa Kolom Beton Bertulang Yang Diperkuat Dengan Carbon Fiber ReinforcedPolymer (Cfrp), 2009.USU Repository 2009
BAB IV
ANALISA PERHITUNGAN
4.1). Analisa Gaya Aksial dan Momen Lentur pada Kolom Confinement.
Kolom bujur sangkar memiliki karakteristik-karakteristik sebagai berikut:
- Diameter kolom : 400 mm
- Kuat tekan ( 'C
f ) : 25 MPa
- Dimeter