09E00663

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


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


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


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


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


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


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


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



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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


)`()()2

85,0`()(1 sdFsT

xsdCsCM CSn +++++= .(3.22a )


)`()()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


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


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


Gambar 3.10 : Kolom keadaan seimbang

Keseimbangan gaya-gaya mensyaratkan:


Pb= CS1 + CC T..................................................................(3.26a )


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


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


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

09E00663

Documents

Transcript of 09E00663