LAPORAN AKHIR PENELITIAN APBU
Transcript of LAPORAN AKHIR PENELITIAN APBU
LAPORAN AKHIR PENELITIAN
APBU
DESAIN PERKUATAN GESER BALOK GIRDER JEMBATAN
TIM PENGUSUL
MUSTAKIM, ST.,MT ( KETUA ) HENDRO WIDARTO, ST.,MT (ANGGOTA)
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PAREPARE
2017
HALAMAN PENGESAHAN
Judul Penelitian : DESAIN PERKUATAN GESER BALOK GIRDER JEMBATAN
Peneliti / Pelaksana Nama Lengkap : MUSTAKIM, ST.,MT NIDN : 0927078303 Program Studi : Teknik Sipil Nomor Hp : 081 354 595 027 Anggota Peneliti (1) Nama Lengkap : HENDRO WIDARTO, ST.,MT NIDN : 0907096707 Program Studi : Teknik Sipil Nomor Hp : 085 240 605 275 Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Parepare Lama Penelitian :1 Tahun Penelitian tahun ke : 1 Biaya tahun berjalan : - Biaya keseluruhan : - Mengetahui Parepare, Dekan Teknik Ketua Peneliti (DR.Muhammad Nashir T,ST.,MT) (MUSTAKIM, ST.,MT) NIDN. 0814047501 NIDN. 0927078303
Menyetujui, An, Ketua LPPM UMPAR
(Nasrullah. A., S.Pd., M.Pd) NBM. 1098942
PRAKATA
Assalamu alaikum warahmatullahi wabarakatu.
Alhamdulillah segala puji bagi Allah yang menguasai bumi dan segala isinya,
tiada lain yang sepatutnya penulis haturkan kepada ALLAH SWT sebagai seorang
hamba melainkan hamba melainkan rasa syukur yang tiada henti. Shalawat kita
curahkan kepada junjungan kita Rasulullah SAW beserta keluarganya, yang telah
memperjuangkan kebenaran dalam hidupnya hingga manusia jahiliyah dapat
keluar dari kebodohan dan kegelapan.
Penelitian ini merupakan penelitian dosen pemula yang diselenggarakan
dengan bantuan dana dari lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat
Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi tahun anggaran 2017. Penelitian ini
bertujuan mengaplikasikan pengetahuan dosen sekaligus memberikan sumbangsi
dalam hal masukan dalam proses pembelajaran..
Informasi ini diharapkan dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu
dibidang teknik khususnya pada program studi Teknik Sipil.
Pada kesempatan, peneliti juga menyampaikan terima kasih kepada
beberapa pihak yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini, diantaranya yang
dapat kami sebutkan sebagai berikut :
1. Rektor Universitas Muhammadiyah Parepare sebagai penanggung
jawab terlaksananya penelitian internal perguruan tinggi ini.
2. Lembaga Penelitian Universitas Muhammadiyah Parepare yang telah
memberi kesempatan dan dukungan bagi peneliti untuk dapat
melaksanakan pemelitian ini.
Demikian prakata yang dapat kami sampaikan, semoga penelitian ini dapat
bermanfaat bagi pengembangan
Parepare,
Ketua,
Mustakim,ST.,MT
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i HALAMAN PENGAJUAN ii LEMBAR PENGESAHAN iii HALAMAN PENGESAHAN iv LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN v PRAKATA vi ABSTRAK viii ABSTRACT ix DAFTAR ISI x DAFTAR TABEL xii DAFTAR GAMBAR xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv DAFTAR ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN xv
I. PENDAHULUAN 1 A. Latar Belakang 1 B. Rumusan Masalah 2 C. Tujuan Penelitian 2 D. Batasan Masalah 3 E. Manfaat Penelitian 3 F. Sistematika Penulisan 4
II. TINJAUAN PUSTAKA 5 A. Tinjauan Umum 5 B. Teknik Perkuatan Balok 10 C. Kapasitas balok beton bertulang dengan FRP sesuai ACI
440- 2R02 13
III. METODE PENELITIAN 25
A. Kondisi Awal Balok Girder 26 B. Karakteristik Bahan Penyusun Balok 27 C. Perhitungan Kapasitas Geser Eksisting Balok 28 D. Desain Perkuatan Geser Balok 29 E. Perkuatan Geser Menggunakan GFRP 29 F. Kerangka Prosedur Penelitian 31
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 32 A. Data Perencanaan 35 B. Perhitungan Kapasitas Geser Balok Girder 37 C. Disain Perkuatan Geser Balok Girder dengan TYFO®
System 39 D. Aplikasi GFRP Terhadap Kuat Geser Balok Girder 42
V. PENUTUP 52
A. Kesimpulan 52 B. Saran-Saran 52
DAFTAR PUSTAKA xvii LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1 Tabel 1. Karakteristik fiber 7
2 Tabel 2. Modulus elastisitas young 20
3 Tabel 3. Data geometrik balok sungai Maleleng 36
4 Tabel 4. Desain perkuatan Balok Girder dengan GFRP 42
DAFTAR GAMBAR
Nomor Halaman
1. Kondisi awal balok girder 27
2. Perkuatan girder jembatan maleleng 29
3. Kerangka prosedur penelitian 31
4. Penampang balok girder jembatan .S. Maleleng 34
5. Existing jembatan Maleleng 34
6. Existing jembatan 35
7. Data geometrik balok girder 35
8. Grafik 1. Peningkatan Kapasitas Geser GFRP 43
9. Persiapan permukaan balok beton 44
10. Pemasangan tyfo 45
11. Proses pencampuran Tyfo epoxy 45
12. Tyfo S komponen A 46
13. Tyfo S komponen B 46
14. Persiapan GFRP yang akan dipasang 47
15. Proses saturasi lembaran GFRP 47
16. Proses Pemasangan GFRP 48
17. Lembaran GFRP yang terpasang 49
18. Pemasangan GFRP secara merata 49
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
1. Gambar perencanaan perkuatan jembatan
2. GFRP ( Glass Fiber Reinforced Polymer )
3. Gambar-gambar penelitian
4. Hasil laboratorium
5. Brosur GFRP Tyfo BC Composite
xv
DAFTAR ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
Lambang/Singkatan Arti dan
Keterangan As Luas penampang
(mm2)
Af Luas penampang serat transversal
Av Luas Tulangan Geser
b Lebar balok (mm)
BW Lebar badan atau diameter penampang (mm)
d jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik (mm)
d Tinggi efektif balok (mm)
Ec Modulus elastisitas beton (MPa)
Es Modulus elastisitas baja tulangan
Ef Modulus elastisitas serat fiber
f‟c Kuat tekan beton yang diisyaratkan (MPa)
fy Kuat leleh tulangan Prategang yang diisyaratkan (MPa)
ffe Kuat tarik efektif serat transversal
ffu Tegangan ultimit serat transversal
xvi
f wa tegangan tarik yang diijinkan dalam
komposit GFRP, MPa
f wu tegangan tarik utama dari komposit GFRP, MPa
h Tinggi balok (mm)
hw kedalaman komposit GFRP, mm
L Panjang bentang (m)
xvii
Kf Konstanta komposit
Mn Nominal nilai momen (KN)
Mu Beban Berfaktor
s Tebal selimut beton (mm)
t w ketebalan komposit GFRP, mm
sf Jarak antar serat fiber
P Beban yang diberikan (kg)
Pn Tegangan Geser nominal
Vc Gaya geser yang dihasilkan oleh beton (KN)
Vf kuat geser dari serat karbon
Vn Kuat geser nominal (N)
Vs Gaya geser yang dihasilkan oleh tulangan baja (KN)
Vt Kapasitas gabungan gaya geser (KN)
ℇ f Nilai regangan dari perkuatan FRP (mm/mm)
ℇ c Nilai regangan dari beton (mm/mm)
ℇ s Nilai regangan dari tulangan baja
(mm/mm
ψf Faktor reduksi FRP
σ'b Kuat tekan beton
BAB I
PENDAHULUN
A. Latar Belakang
Peningkatan kekuatan struktur /pada infrastruktur teknik sipil
telah menjadi sebuah isu yang penting sekarang ini. Kehancuran
pelat jembatan, balok-balok, kolom, serta bagian konstruksi
lainnya umumnya disebabkan karena umur, lingkungan yang
mempengaruhi penurunan kekuatan struktur, desain awal yang
lemah atau kurang baik, kelemahan perawatan, dan kejadian-
kejadian alam seperti gempa. Oleh karena itu perkuatan struktur
akan menjadi salah satu solusi dari keinginan untuk menjadikan
struktur yang telah ada menjadi lebih kuat dan memenuhi
persyaratan keamanan serta kekuatan sehingga tindakan
rekonstruksi atau penggantian struktur dengan yang baru
menjadi pilihan terakhir.
Perkembangan teknologi material yang baru serta metode
dan teknik perkuatan struktur telah banyak dilakukan penelitian.
Salah satu material untuk perkuatan struktur yang saat ini mulai
banyak dikembangkan adalah penggunaan FRP (Fiber
Reinforced Polymer), misalnya GFRP dan CFRP. FRP
merupakan material composit serat tekstil dari bahan Polymer.
Fungsi perkuatan dengan sistim komposit FRP adalah
meningkatkan kekuatan atau memberikan peningkatan kapasitas
lentur, geser, axial dan daktilitas, atau berbagai kombinasi gaya
dalam. Daya tahan FRP yang tinggi lebih ekonomis digunakan
pada lingkungan korosif dimana baja akan
2
mudah berkarat. Penggunaan FRP lebih populer mengingat
banyaknya keuntungan yang dapat diperoleh seperti bobot yang
kecil, mudah diaplikasikan serta biaya instalasi dan
pemeliharaan yang rendah.
Salah satu contoh kegagalan struktur yang sangat penting
untuk segera dilakukan penanganan serius adalah kegagalan
geser pada balok, dimana biasanya berupa retak diagonal yang
terjadi pada daerah bentang geser (1/4 bentang dari perletakan).
Kegagalan ini berlangsung relatif singkat dan berdampak
kerusakan yang serius.
Berangkat dari fenomena diatas maka penulis bermaksud
melakukan penelitian dengan judul “ Desain Perkuatan Geser
Balok Girder Jembatan”.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka rumusan masalah
pada penelitian ini dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Bagaimana menghitung Kapasitas dan kekuatan Geser
balok girder beton sebelum dan sesudah dipasangi
sabuk GFRP.
2. Bagaimana mendisain sistem perkuatan geser pada
balok girder dengan pemasangan sabuk GFRP.
3
C. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah maka tujuan penelitian ini
adalah sebagai berikut :
4
1. Mengetahui kapasitas dan kekuatan geser balok girder
beton sebelum dan sesudah dilapisi / dipasangi sabuk
GFRP.
2. Mendisain perkuatan geser balok girder dengan
pemasangan sabuk GFRP.
D. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Balok girder yang ditinjau mengalami kerusakan pada
daerah bentang geser.
2. Data perencanaan yang digunakan adalah data primer
yang didapatkan dari pengukuran di lokasi Jembatan
yang ditinjau.
3. Data sekunder yang digunakan dapat berupa informasi
dari pihak terkait maupun asumsi-asumsi dari kajian
literatur yang relevan.
4. Perkuatan Geser menggunakan Glass Fiber Reinforced
Polymer setara SEH51A, dan Tyfo Epoxy S.
E. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat, antara lain:
5
1. Memberikan informasi perilaku geser pada balok
beton yang dilapisi dan dipasangi sabuk CFRP dan
GFRP.
2. Memberikan informasi tentang kegunaan GFRP
sebagai salah satu alternatif pada peningkatan
kapasitas geser balok beton.
3. Sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya
mengenai Kapasitas Geser balok dilapisi
GFRP.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Tinjauan Umum
Studi terhadap pemanfaatan material FRP sebagai bahan
perkuatan struktur beton yang sudah ada telah berkembang
pesat di beberapa negara seperti Amerika Utara (Labossiere
et.al. 1997; Hasen et.al. 1998; Grace and Abdel-Sayed 2003),
Eropa (Meier et.al. 1992; Steiner 1996; Nanni 1997; Matthys
et.al. 2004; Blasi et.al. 2004; Rostasy et.al. 2004) dan di Jepang
(Ichimasu et.al. 1993; Katsumata et.al. 2001). Teknik perkuatan
seperti ini dapat dibuat efisien, tidak menyebabkan karat seperti
plat baja eksternal. Fungsi perkuatan dengan sistim komposit
FRP adalah untuk meningkatkan kekuatan atau memberikan
peningkatan kapasitas lentur, geser, axial dan daktilitas, atau
berbagai kombinasi dari jenis gaya-gaya dalam tersebut.
Daya tahan FRP yang tinggi, sehingga lebih ekonomis
digunakan pada lingkugan korosif dimana baja akan mudah
berkarat. Penggunaan FRP semakin populer mengingat
banyaknya keuntungan yang dapat diperoleh seperti bobot unit
yang kecil, mudah diaplikasikan dan ditangani, biaya instalasi
dan pemeliharaan yang rendah. Kerugian yang paling prinsip
penggunaan FRP sebagai sistim perkuatan adalah harga
material yang relatif lebih mahal. Pada situasi tertentu,
bagaimanapun, FRP memberikan
6
jalan keluar yang paling ekonomis dalam masalah perkuatan
karena secara dramatis dapat menekan biaya tenaga kerja
[Meier and Erki, 1997]. FRP dapat digunakan untuk
meningkatkan kapasitas lentur dan geser balok beton
bertulang, lentur pelat, desak, geser dan lentur kolom. FRP
dalam bentuk lembaran, plat atau batangan dapat dipasang
pada permukaan balok atau plat yang
mengalami peregangan sebagai perkuatan lentur. Sebagai
perkuatan geser balok, lembaran FRP dapat direkatkan pada
sisi balok. Penggunaan pada balok, lembaran FRP atau
pelapisan dapat ditempatkan pada bagian luar
balok untuk
meningkatkan daktilitas dan kekuatan.
Mekanisme transfer gaya antara beton dengan FRP pada
bagian ini menjelaskan secara diskriptif persamaan dasar
sederhana yang dapat memberikan klarifikasi masalah fisik.
1. Fiber
Secara spesifik, fiber sebagai material yang
diaplikasikan sebagai perkuatan dapat berupa serat kaca,
karbon dan kevlar. Masing-masing mempunyai kemiripan
antara yang satu dengan yang lainnya. Nilai karakteristik
7
masing- masing fiber diberikan pada Tabel
2.1. Nilai elastiknya linear untuk semua fiber, tetapi nilai
lelehnya tidak signifikan. Pemilihan tipe fiber untuk aplikasi
tertentu sangat tergantung pada beberapa faktor seperti:
tipe struktur, beban yang
8
direncanakan, kondisi lingkungan dan lain-lain. Fiber
diproduksi berbentuk:
a. Lembaran, pada umumnya mempunyai arah serat
sembarang meskipun ada yang mempunyai arah serat
biaxial dan triaxial, diatas lapisan bagian belakang yang
dapat dilepas atau berbentuk anyaman.
b. Fiber yang sebelumnya dicairkan dengan resin (“pre-preg
material”), dimana perawatannya dilakukan di site dengan
pemanasan atau dengan cara lain.
Fiber produksi pabrik, kemungkinan mempunyai
perbandingan kekuatan searah serat 70 % dan ke arah
melintang serat sebesar 30 %. Fiber mempunyai ketebalan
minimum 0,1 mm dengan lebar 500 mm atau lebih.
Tabel 1.Karakteristik
fiber
Fibre Tensile strength
Modulus of Elasticity Elongation Specific
(N/mm2) (kN/mm2) (%) density
Carbon high strength 4300-4900 230-240 1.9-2.1 1.8
Carbon high module 2740-5490 294-329 0.7-1.9 1.78-1.81
Carbon ultra high 2600-4020 510-610 0.4-0.8 1.91-2.12
Aramid 3200-3600 424-430 2.4 1.44
Glass 2400-3500 70-85 3.5-4.7 2.6
9
Sumber: Simonelli (2005)
10
2. GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer)
GFRP merupakan salah satu bahan alternatif sebagai
pengganti bahan logam. Bahan ini memiliki bobot yang
ringan, mudah dibentuk, kekuatan yang baik, serta biaya
produksi yang relatif lebih murah. Namun data-data
pengujian bahan ini masih sangat minim, terutama pada
pengujian dinamik impak pada kondisi laju regangan tinggi.
Seperti contoh pada bamper mobil dimana rata-rata
digunakan pada kecepatan tinggi dan segala cuaca. Oleh
karena itu perlu dilakukan pengujian bahan ini pada kondisi
dinamik.
Struktur komposit ialah struktur yang terdiri dari dua
atau lebih bahan yang memiliki perbedaan secara
makroskopis yang digabungkan menjadi satu. Hasilnya ialah
sebuah struktur baru dengan sifat-sifat mekanik yang
mewakili bahan penyusun. Komposit GFRP tersusun dari
polister resin sebagai matriks dan serat kaca sebagai
penguatnya. Bahan ini pada umumnya dipergunakan untuk
peralatan rumah tangga dan panel-panel listrik. Akan tetapi
penggunaan bahan ini untuk bagian-bagian permesinan
masih sangat sedikit sekali karena belum intensif-nya
penelitian dan pengembangan bahan untuk bidang
11
permesinan.
Matriks polister resin yang digunakan ialah jenis diester
tak jenuh. Sifat mekanik bahan ini mampu menyerap dan
menyebarkan beban yang diberikan sama rata di semua
arah. Hal ini menyebabkan
12
bahan ini dapat meredam beban yang diberikan dengan sangat
baik. Modulus elastisitas bahan ini ialah berkisar antara 2 s.d. 4
GPa.
Serat kaca yang digunakan sebagai penguat merupakan
bahan olahan dengan bahan dasar silica (SiO2) dan
penambahan oksida- oksida alkali serta logam. Sifat mekanik
yang umumnya dimiliki oleh bahan ini ialah kaku, kuat,
namun getas. Selain itu bahan ini pada umumnya memiliki
ketahanan terhadap suhu yang tinggi dengan koefisien
thermal explosion yang merata.
3. Perekat (Adhesive)
GFRP direkatkan pada permukaan elemen struktur
secara kimiawi dengan perekat. Perekatan secara kimiawi
sangat praktis karena tidak menyebabkan terjadinya
konsentrasi tegangan, lebih mudah dilaksanakan
dibandingkan dengan perekat mekanis dan tidak
menyebabkan kerusakan pada material dasar atau material
kompositnya. Perekat yang paling cocok digunakan pada
material komposit adalah perekat yang mempunyai bahan
dasar epoxy resin. Perekat ini dibuat dari campuran dua
komponen. Komponen utamanya adalah cairan organik yang
13
diisikan kedalam kelompok epoxy, mengikat susunan satu
atom oksigen dan dua atom karbon. Reaksi ini ditambahkan
pada campuran untuk mendapatkan campuran akhir.
Permukaan yang akan dilekatkan harus dipersiapkan untuk
14
mendapatkan lekatan yang efektif. Permukaan harus bersih dan
kering, bebas dari kontaminan seperti: oxida, oli, minyak dan
debu.
B Teknik Perkuatan Balok
Penggunaan bahan FRP (Fiber Reinforced Polymer) untuk
perbaikan dan perkuatan struktur semakin meningkat dalam
beberapa tahun terakhir, karena beberapa keunggulan yang
dihasilkan dari pemilihan untuk komposit ini terhadap kekurangan
bahan konstruksi tradisional seperti baja, kayu dan beton.
Manfaat ini termasuk berat sendiri yang kecil, pemasangan relatif
mudah, daya tahan tinggi (non korosif) dan kekuatan tarik,
netralitas elektromagnetik dan ketersediaannya praktis tak
terbatas dalam hal ukuran, geometri dan dimensi.
Teknik perkuatan dengan pemasangan Sabuk atau EBR
(Externally bonded reinforcing) dengan pelapisan FRP (Fiber
Reinforced Polymer) dapat digunakan untuk menambah
ketahanan geser dari balok beton bertulang. Hasil analisis suatu
studi penelitian menegaskan bahwa perlawanan geser dari balok
beton bertulang dapat secara signifikan meningkat dari
menerapkan teknik EBR. Namun demikian, penelitian tersebut
mengungkap bahwa teknik ini tidak dapat memobilisasi kekuatan
15
tarik FRP secara penuh, karena:
1. Debonding dini, yaitu terlepasnya rekatan sabuk dari permukaan beton
2. Perkuatan EBR sangat rentan terhadap kerusakan akibat
tumbukan, kebakaran dan variasi suhu, sinar ultraviolet, dan
penyerapan air.
16
Sebagai solusi dari permasalahan tersebut, maka
diusulkan penggunaan lembaran GFRP (Glass Fiber
Reinforced Polymer) dengan satu atau lebih lapisan.
1. Beban keruntuhan geser
Kekuatan penampang beton menahan geser:
Vc = bw d ............................................................................(1)
Berdasarkan persamaan yang diberikan ACI 440, kapasitas
geser pada balok beton bertulang yang diperkuat dengan FRP
composite dapat dihitung dengan persamaan:
Vn = Vc + Vs + Vf….......................................................................(2)
Khalifa, dkk (2000) menjelaskan faktor reduksi untuk kapasitas
geser pada balok beton bertulang yang diberi perkuatan geser
dengan FRP sebagai berikut :
V n = 0,85 (Vc + Vs) + 0,7 Vf…......................................................(3)
Terdapat dua kemungkinan kegagalan atau kehancuran yang
terjadi pada perkuatan geser yang disumbangkan FRP pada balok
beton bertulang, yaitu kegagalan akibat retak atau patahnya FRP
dan kegagalan akibat lepasnya rekatan FRP dengan balok beton
bertulang. Untuk perencanaan perkuatan geser berdasarkan
kegagalan akibat retaknya (fracture mechanisme) FRP, ACI
Committee Report 440 memberikan persamaan
1
6 f '
c
17
εfe = kv.εfu ≤ 0,004...........................................................................(5)
Ffe = εfe Ef........................................................................................(6)
Af = 2 n x Wf....................................................................................(7)
Dari persamaan regangan efektif FRP (εfe ), koefisien reduksi
(Kv) dapat dihitung menggunakan persamaan :
Kv = { �1 �2 ��
}...........................................................................(8)
11900���
�′�
K1 = {27
}
2/3 for two side‟s bonded.................................................(9)
K2 = {��−��
} for U wrap.............................................................(10) ��
Le = 416
(� � �� � ��)0.58
.....................................................................(11)
Menghitung design material properties akibat
faktor reduksi lingkungan
Ffu = C f*fu......................................................................................(12)
„εfu = Cε*
fu....................................................................................(13)
Untuk perencanaan perkuatan geser berdasarkan
kegagalan akibat lepasnya rekatan FRP dengan balok
beton bertulang (bond mechanisme), Khalifa, dkk (1998)
memberikan persamaan:
Vf = 2��.��.���.���
......................................................................
(14) ��
18
Kuat retakan FRP dengan konstanta (k) adalah :
19
tbw = k Ef
tf....................................................................................(15)
Kuat retakan FRP terhadap beton :
tbw = k(��⁄42)²/3Ef
tf..........................................................................(16)
Panjang daerah rekatan efektif yang merupakan
fungsi dari tebal dan modulus elastisitas FRP dapat
dihitung dengan persamaan:
Le = �(6,134−0,581∗ (�����))...............................................................(17)
Pengaruh dari tipe pemasangan FRP terhadap lebar
efektif rekatan FRP.
Untuk balok yang dibungkus dengan FRP :
Wfe
=df..........................................................................................(18)
Untuk FRP yang dipasang tipe U:
Wfe= df – Le...................................................................................(19)
Untuk FRP yang dipasang pada bagian samping :
Wfe= df - 2Le.................................................................................(20)
C. Kapasitas Balok Beton Bertulang dengan FRP sesuai
20
ACI 440- 2R02
Untuk perkuatan lentur dengan FRP, perhitungan desain
mengacu pada ACI-440. Perhitungan tersebut disajikan dalam
rumus-rumus berikut. Dalam mendesain kekuatan geser
diperlukan factor reduksi terhadap momen yang terjadi.
21
ℎ −�
ɸ Mn ≥ Mu…...................................................................................(21)
Untuk melindungi kemampuan lekatan FRP diberikan
persamaan untuk menghitung koefisien lekatan yaitu :
km = 1
60 ℰ �� ( 1 −
n Ef tf
360.000 ≤ 0.90 untuk n Eftf ≤ 180.000 ….......(22)
Dengan memberikan asumsi bahwa nilai regangan
maksimum pada beton sebesar 0,003 maka regangan yang
terjadi pada FRP dapat dihitung dengan persamaan .
ℰ fe = ℰ cu ( ) − ℰ bi ≤ km ℰ fu….....................…..............................(23)
�
Setelah mendapatkan nilai regangan pada FRP, Nilai
Tegangan pada FRP dapat dihitung dengan persamaan (25).
f fe = Ef ℰ
fe…...................................................................................(24)
Dengan menggunakan persamaan (26) dan (27) nilai
regangan dan nilai tegangan pada tulangan dapat dihitung.
Setelah diketahui nilai regangan dan tegangan pada tulangan
dan FRP, posisi garis netral dapat dicek berdasarkan gaya
dalam yang terjadi dengan menggunakan persamaan (28).
ℰ s = ℰ fe + ℰ bi
(�−�
)…...............................................................................................................(25) ℎ −�
Fs = Esℰ s ≤ fy….........................................................................................................................(26)
C = �� ��+�� �
22
��…......................................................................................................(27)
� �′� �1�
Kapasitas momen nominal perkuatan lentur dengan
menggunakan FRP dapat dihitung dengan persamaan (29).
Untuk perkuatan lentur ACI- 440 merekomendasikan nilai faktor
reduksi untuk FRP (ωf) sebesar 0,85.
23
M = A f (� − �1�
�1�
fd
n s s )+ ψf Af f fe (ℎ − ) .......................................................(28)
2 2
Menurut ACI, kontribusi kuat geser dari sistem perkuatan geser
FRP diberikan oleh,
V = φ ψƒ(��� ��� ��
).................................................................................
..... (29) ��
Dimana φ adalah faktor reduksi kekuatan yang diambil
sebesar 0,85 untuk kasus perkuatan geser, ψƒ adalah faktor
reduksi tambahan yang diambil sebesar 0,85 untuk pelapisan
pada ketiga sisi (U-wraps), �� adalah jarak spasi dan ���
adalah luas perkuatan geser FRP dengan spasi ��.
A fv = 2n . t
f..........................................................................................................................(30)
Dengan n, t f , dan Wf berturut-turut adalah jumlah lapisan,
tebal lapisan dan lebar strip. Tegangan efektif FRP, fe
merupakan hasil perkalian modulus elastisitas FRP Ef dengan
regangan efektif ε fe.
ε fe = kv ε fu ≤ 0.004(for U-
wraps)................................................. (31)
dimana kv adalah koefisien reduksi lekatan yang merupakan fungsi
dari tegangan beton, skema pembungkusan yang digunakan dan
kekakuan
FRP.
24
11900๙��
e
1 =
k v = ( �1 �2 �� )≤0,75......................................................................(32)
dimana,
L = ( 23300
(�� �� �) ⁵⁸
)……………………………....................................................(33)
K ( �′�
)………………………………………......................................................................... (34) 27
�2=
��− ��(for U-wraps)………………………………………………………….(35)
��
25
Dalam (30) dan (35) �� adalah kedalaman
perkuatan geser FRP, dan f c ' adalah
Kuat tekan beton karakteristik. Panjang dan gaya satuan dari variabel
dalam (33) hingga (35) masing-masing adalah milimeter dan Newton.
1. Perhitungan pembebanan
Dalam perencanaan jembatan, pembebanan yang
diberlakukan pada jembatan jalan raya, adalah mengacu
pada standar “RSNI T-02- 2005 Pembebanan Untuk
Jembatan”. Standar ini menetapkan ketentuan pembebanan
dan aksi-aksi yang akan digunakan dalam perencanaan
jembatan jalan raya termasuk jembatan pejalan kaki dan
bangunan-bangunan sekunder yang terkait dengan
jembatan.
Standar Pembebanan untuk Jembatan 2004 memuat
beberapa penyesuaian berikut :
a) Gaya rem dan gaya sentrifugal yang semula mengikuti
Austroads, dikembalikan ke Peraturan Nr. 12/1970 dan
Tata Cara SNI 03- 1725-1989 yang sesuai AASHTO.
b) Faktor beban ultimit dari “Beban Jembatan” BMS-1992
direduksi dari nilai 2 ke 1,8 untuk beban hidup yang
26
sesuai AASHTO.
c) Kapasitas beban hidup keadaan batas ultimit (KBU)
dipertahankan sama sehingga faktor beban 1,8
menimbulkan kenaikan kapasitas beban hidup keadaan
batas layan (KBL) sebesar 2/1,8 - 11,1 %.
d) Kenaikan beban hidup layan atau nominal (KBL) meliputi :
27
d1) Beban T truk desain dari 45 ton = menjadi 50 ton.
d2) Beban roda desain dari 10 ton = menjadi11,25ton.
d3) Beban D terbagi rata (BTR) dari q = 8 kPa menjadi 9 kPa.
d4) Beban D garis terpusat (BGT) dari p = 44 kN/m menjadi 49
kN/m.
e) Beban mati ultimit (KBU) diambil pada tingkat nominal (faktor beban
= 1) dalam pengecekan stabilitas geser dan guling dari pondasi
langsung.
Sesuai standar SNI 03-1725-1989, beban truk legal adalah 50 ton
dengan konfigurasi satu truk setiap jalur sepanjang bentang jembatan.
Rangkaian truk legal diperhitungkan berdasarkan kasus konfigurasi
kendaraan dan kapasitas aktual jembatan. Jembatan direncanakan
untuk menahan beban hidup yang sesaat melewati jembatan. Dengan
demikian kemacetan lalu lintas di atas jembatan harus dihindari.
1. Beban primer, adalah beban yang merupakan beban utama dalam
perhitungan tegangan pada setiap perencanaan jembatan. Yang
temasuk beban primer adalah:
a. Beban mati.
Adalah semua beban tetap yang berasal dari berat sendiri
jembatan atau bagian jembatan yang ditinjau, termasuk segala
unsur tambahan yang dianggap merupakan satu kesatuan tetap
dengannya.
b. Beban hidup.
28
Adalah semua beban yang berasal dari berat kendaraan-
kendaraan bergerak/lalu lintas dan/atau pejalan kaki yang
dianggap bekerja pada jembatan.
c. Beban kejut
Adalah Beban kejut dihasilkan apabila dua benda
bertumbukan atau apabila benda jatuh dan mengenai suatu
struktur.
d. Gaya akibat tekanan tanah.
Tekanan tanah timbul selama pergeseran tanah (soil
displacement) atau selama peregangan tetapi sebelum tanah
tersebut mengalami keruntuhan. Agar dapat merencanakan
konstruksi penahan tanah dengan benar, maka kita perlu
mengetahui gaya horisontal yang bekerja antara konstruksi
penahan dan massa tanah yang ditahan. Gaya horisontal
disebabkan oleh tekanan tanah arah horisontal (lateral). Analisa
dan penentuan tekanan tanah lateral sangat penting dalam
mendesain dinding penahan tanah. Besar dan distribusi tekanan
lateral yang bekerja pada struktur dinding penahan tanah atau
pondasi tergantung pada regangan relatif tanah dibelakang
struktur.
2. Beban sekunder, adalah beban yang merupakan beban sementara
yang selalu diperhitungkan dalam perhitungan tegangan pada
setiap perencanaan jembatan.
29
Yang termasuk beban sekunder adalah :
a. Beban angin.
Pengaruh beban angin pada jembatan ditinjau berdasarkan
bekerjanya beban angin horisontal terbagi rata pada bidang
vertikal jembatan, dalam arah tegak lurus sumbu memanjang
jembatan. Jumlah luas bidang vertikal bangunan atas jembatan
yang dianggap terkena oleh angin ditetapkan sebesar suatu
prosentase tertentu terhadap luas bagian-bagian sisi jembatan
dan luas bidang vertikal beban hidup
b. Gaya akibat perbedaan suhu.
Peninjauan diadakan terhadap timbulnya tegangan-tegangan
struktural karena adanya perubahan bentuk akibat perbedaan
suhu antara bagian-bagian jembatan baik yang menggunakan
bahan yang sama maupun dengan bahan yang berbeda.
Perbedaan suhu ditetapkan sesuai dengan data perkembangan
suhu setempat.
Pada umumnya pengaruh perbedaan suhu tersebut dapat dihitung
dengan mengambil perbedaan suhu:
1. Bangunan baja
a. Perbedaan suhu maksimum – minimum = 30˚C
b. Perbedaan suhu antara bagian-bagian jembatan = 15˚C
2. Bangunan beton
a. Perbedaan suhu maksimum – minimum = 15˚C
30
b. Perbedaan suhu antara bagian-bagian jembatan < 15˚C,
tergantung dimensi penampang.
Untuk perhitungan tegangan-tegangan dan pergerakan pada
jembatan/bagian-bagian jembatan/perletakan akibat perbedaan suhu dapat
diambil nilai modulus elastis young (E) dan koefisien muai panjang (ε)
sesuai Tabel dibawah ini
Tabel 2. Modulus Elastisitas Young (E) dan Koef. muai Panjang (ε)
Jenis Bahan E ( kg/cm² Ɛ per derajat
celcius
Baja Beton Kayu
- Sejajar serat - Tegak lurus
serat
2,1 x 10² 2 sanpai 4 x 105*
1,0 x 105*
1,0 x 104*
12 x 10-6
10 x 10-6
5 x 10-6
50 x 10-6*
tergantung pada mutu bahan
3. Gaya rangkak dan susut
Pengaruh rangkak dan susut bahan beton terhadap konstruksi
harus ditinjau. Besarnya pengaruh tersebut apabila tidak ada
ketentuan lain dapat diangap senilai dengan gaya yang timbul akibat
turunnya suhu sebesar 15oC.
a. Gaya rem dan traksi
Pengaruh gaya-gaya dalam arah memanjang jembatan
akibat gaya rem harus ditinjau. Pengaruh ini diperhitungkan
31
senilai dengan pengaruh gaya rem sebesar 5%dari beban “D”
tanpa koefisien kejut yang memenuhi semua jalur lalu – lintas
yang ada dan dalam satu jurusan. Gaya rem tersebut dianggap
bekerja horisontal dalam arah sumbu jembatan dengan titik
tangkap setinggi 1,80 meter di atas permukaan lantai
kendaraan.
b. Gaya gaya akibat gempa bumi
Pengaruh-pengaruh gempa bumi pada jembatan dihitung
senilai dengan pengaruh suatu gaya horisontal pada konstruksi
akibat beban mati konstruksi/bagian konstruksi yang ditinjau dan
perlu ditinjau pula gaya-gaya lain yang berpengaruh seperti gaya
gesek pada perletakan, tekanan hidrodinamik pada gempa,
tekanan tanah akibat gempa dan gaya angkat apabila pondasi
yang direncanakan merupakan pondasi terapung/pondasi
langsung.
c. Gaya gesekan pada tumpuan-tumpuan bergerak.
Jembatan harus pula ditinjau terhadap gaya yang timbul
akibat gesekan pada tumpuan bergerak, karena adanya
pemuaian dan penyusutan dari jembatan akibat perbedaan suhu
atau akibat-akibat lain. Gaya gesek yang timbul hanya ditinjau
akibat beban mati saja, sedangkan besarnya ditentukan
berdasarkan koefisiengesek pada tumpuan yang bersangkutan
dengan nilai sebagaiberikut:
32
a. Tumpuan rol baja:
1) Dengan satu atau dua roll = 0.01
2) Dengan tiga atau lebih roll = 0.05
b. Tumpuan gesekan:
1) Antara baja dengan campuran tembaga keras dan baja = 0.15
2) Antara baja dengan baja atau besi tuang = 0.25
3) Antara karet dengan baja/beton = 0.15 sampai 0.18
Tumpuan-tumpuan khusus harus disesuaikan dengan
persyaratan spesifikasi dari pabrik material yang bersangkutan
atau didasarkan atas hasil percobaan dan mendapat
persetujuan pihak yang berwenang.
Pada umumnya beban ini mengakibatkan tegangan-
tegangan relatif lebih kecil dari tegangan-tegangan akibat
beban primer kecuali gaya akibat gempa bumi dan gaya
gesekan yang kadang-kadang menentukan dan biasanya
tergantung dari bentang, bahan, sistem konstruksi, tipe
jembatan serta keadaan setempat.
Berat, adalah massa dari suatu benda dikali gaya gravitasi
yang bekerja pada massa benda tersebut (kN).
W = m x g
Dimana:
W = berat benda
33
m = massa benda
g = percepatan akibat gaya gravitasi bumi.
Faktor beban, adalah pengali numerik yang digunakan pada
aksi nominal untuk menghitung aksi rencana. Faktor beban
diambil untuk :
- Adanya perbedaan yang tidak diinginkan pada beban.
- Ketidak-tepatan dalam memperkirakan pengaruh
pembebanan.
- Adanya perbedaan ketepatan dimensi yang dicapai dalam
pelaksanaan
Faktor beban digunakan apabila pengaruh dari aksi rencana
adalah mengurangi keamanan. Faktor beban terkurangi,
digunakan apabila pengaruh dari aksi rencana adalah
menambah keamanan.
Jangka waktu aksi, adalah perkiraan lamanya aksi bekerja
dibandingkan dengan umur rencana jembatan. Ada dua macam
katagori jangka waktu yang diketahui :
− Aksi tetap adalah bekerja sepanjang waktu dan bersumber
pada sifat bahan jembatan cara jembatan dibangun dan
bangunan lain yang mungkin menempel pada jembatan.
− Aksi transien (sementara) bekerja dengan waktu yang pendek,
walaupun mungkin terjadi seringkali.
Dalam hal tertentu aksi bisa meningkatkan respon total
34
jembatan (mengurangi keamanan) pada salah satu bagian
jembatan, tetapi mengurangi respon total (menambah
keamanan) pada bagian lainnya. Aksi Tak dapat dipisah-
pisahkan, artinya aksi tidak dapat dipisah kedalam salah satu
bagian yang mengurangi keamanan dan bagian lain yang
menambah keamanan.
BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupakan penelitian kualitatif dengan pendekatan
deskriptif yang lebih menekankan pada proses dari pada produk atau
outcome/hasil. Teknik analisis yang digunakan dalam menyusun Disain
Perkuatan Geser pada penelitian ini didasarkan pada ketentuan-ketentuan
serta rekomendasi terkait penggunaan FRP-composite sebagai material
perkuatan struktur sebagaimana tertuang dalam ACI commitee-440.
Dalam mendisain sistem perkuatan pada suatu elemen struktur, hal yang
paling penting adalah memahami karakteristik elemen struktur, baik
karakteristik beban yang bekerja pada elemen struktur tersebut maupun
mekanisme yang terjadi ketika elemen struktur menerima beban.
Pada penelitian ini, jenis elemen struktur yang menjadi obyek penelitian
adalah balok girder sebuah jembatan yang menalami kegagalan lentur
pada saat menerima beban. Metode penelitian sebagai langkah-langkah
terstruktur yang perlu dilakukan dalam menyusun desain perkuatan geser
terhadap sebuah balok yang mengalami kegagalan struktur pada area
bentang geser adalah sebagai berikut:
a. Melakukan investigasi terhadap kondisi balok yang akan diberikan
perkuatan untuk mengetahui data-data pada “kondisi awal” yang
meliputi, kondisi geometrik, jenis dan karakteristik bahan penyusun
balok.
26
b. Menyusun analisis untuk mengetahui kapasitas balok yang akan
diperkuat.
c. Memilih sistem perkuatan yang sesuai serta mengumpulkan data-data
yang dibutuhkan dalam menyusun suatu Disain Sistem Perkuatan.
d. Menetapkan kapasitas rencana balok
e. Menyusun disain sistem perkuatan
A. Kondisi Awal Balok Girder
Kondisi awal balok girder sebelum dipasangi GFRP secara visual dapat
digambarkan balok girder tersebut telah mengalami retak diagonal pada
daerah geser (1/4 bentang dari perletakan) yang disimpulakan sebagai
kegagalan geser. Proses kegagalan geser pada elemen struktur umumnya
berlangsung secara singkat, sehingga sangat perlu untuk dilakukan
penanganan serius dan sesegera mungkin untuk mencegah kerusakan
yang fatal. Salah satu metode yang bisa digunakan untuk menangani
permasalahan tersebut adalah metode perkuatan geser menggunakan
GFRP. Cara ini lebih afesien dan relatif efektif dalam mengatsi berbagai
jenis kegagalan struktur mengingat bahwa waktu pelaksanaannya relatif
lebih mudah dandapat diselesaikan dalam waktu yang relatif singkat serta
efektibilitasnya telah dibuktikan melalui berbagai penelitian eksperimental.
27
A
1,40 m
A 20,30 m
Dimensi Girder Jembatan
:Lebar Girder : 0,56 m 1,40 m
Tinggi Girder : 1,40 m
Panjang Girder : 20,30 m
0,56 m
Gambar 1. Kondisi awal balok Girder
B. Karakteristik Bahan Penyusun Balok
Komponen struktur yang akan ditinjau sebagai obyek perencanaan
perkuatan geser adalah balok girder jembatan beton bertulang dengan
data-data material sebagai berikut:
Tegangan Karakteristik (F‟c) = 29,05 Mpa (K350)
Tegangan leleh baja tulangan (Fy):
- Polos untuk tulangan < ø12 mm, fy = 240 Mpa
- Ulir untuk tulangan > ø12 mm, fy = 390 Mpa
28
C. Perhitungan Kapasitas Geser Eksisting Balok
Kapasitas geser balok girder pada kondisi awal (Existing shear
capacity) dihitung menurut ketentuan ACI 318-99
1. Kapasitas geser beton pada balok girder
Kapasitas geser yang disumbangkan oleh beton dihitung menurut
ACI 318-99 Sect. 11.3 disajikan sebagai berikut :
Vc = 1/6 sqrt (fc) x (bw) x d ......................................................... (36)
2. Kapasitas geser sistem penulangan pada Balok Girder
Sistem penulangan balok berkontribusi dalam mengantisipasi gaya
geser pada balok sebagaimana menurut ACI 318-99 Sect. 11.5.6
sebagai berikut
Vs = (Av) x (fyv) x d /s ............................................................ (37)
3. Kapasitas geser penampang balok girder
Menghitung kapasitas geser penampang balok girder :
Vt = Vc + Vs .............................................................................. (38)
29
D. Desain Perkuatan Geser Balok
1. Data perencanaan
- Data geometrik balok
U Wrapping 1 Layer SEH51 A
Layer SCH 7 UP
U Wrapping 1 Layer SEH51
A
Layer SCH 7 UP
potongan II-II
Layer SCH 7 UP
Gambar 2. Perkuatan Girder Jembatan Maleleng.
E. Perkuatan Geser Menggunakan GFRP
Type GFRP yang dipilih sebagai material sabuk untuk meningkatkan
kemampuan geser balok adalah TYFO® SEH51A. Disain perkuatan balok
girder dengan pemasangan sabuk GFRP pada sisi luar balok dimaksudkan
untuk mengetahui berapa lapisan GFRP yang harus dipasang untuk
30
mengantisipasi gaya geser yang diprediksi akan terjadi sesuai hasil
perhitungan beban rencana. Dasar perencanaan perkuatan geser
mengacu pada ACI 1440.2R-2008 bagian 11.4.1.2 yang mensyaratkan
regangan FRP dianggap sebesar 0.4% untuk penampang lapisan
berbentuk U dengan penjangkaran, hal ini dianggap menyerupai perlakuan
jika seluruh bidang permukaan balok girder dilapisi GFRP.
Penambahan kapasitas geser ultimit yang dapat disediakan oleh
TYPO® System dapat disajikan sebagai berikut:
øVddf = ø(DF1 + DF2)*kf*tf*nf......................................................(39)
dimana:
Vddf = Tambahan kapasitas geser ultimate disediakan oleh
Sistem TYFO®
kf = konstanta komposit ≈ 0.4% x Ef ; atau
= 0.75 x ℰ fu x Ef
nf = Jumlah Lapisan
tf = tebal lapisan (mm)
Kedalaman komposit sisi 1, DF1 = D-hf1-d‟
Kedalaman komposit sisi 2, DF2 = D-hf2-d‟
Setelah pemasangan GFRP maka kekuatan geser aktual balok girder
akan menjadi sebesar :
Vnew = Vt + øVaddf..................................................................(40)
Dengan pertimbangan faktor keamanan konstruksi, maka Kekuatan
geser perkuatan rencana diambil sebesar: Vstrengthened = 0,75 x øVnew.
31
Berdasarkan uraian diatas, untuk prosedur penelitian dapat
disimpulkan dalam bentuk diagram alir sebagai berikut :
F. Kerangka Prosedur Penelitian
Gambar 3. Kerangka prosedur penelitian
MULAI
OBSERVASI
IDENTIFIKASI
STRUKTUR
KEGAGALAN
GESER KEGAGALAN
LENTUR
DATA PRIMER
DATA SEKUNDER
KAPASITAS EXISTING
BALOK GIRDER
JENIS
PERKUATAN
SISTEM PERKUATAN
BALOK GIRDER
DESAIN
PERKUATAN
GESER
KESIMPULAN
&
SARAN
SELESAI
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Disain perkuatan balok girder jembatan dimaksudkan sebagai salah
satu alternatif pilihan ketika sebuah jembatan mengalami kegagalan
struktur khususnya yang terjadi pada elemen Balok Girder sebagai salah
satu struktur utama pada sebuah konstruksi jembatan.
Langkah awal yang harus dilakukan dalam mendisain perkuatan
struktur adalah mengevaluasi kekuatan existing (kapasitas eksisting)
struktur dan melakukan estimasi beban struktur pada akhir umur rencana
untuk memperoleh Kuat Perlu (kapasitas struktur yang diperlukan). Pada
akhirnya disain perkuatan yang dihasilkan diaplikasikan pada struktur
tersebut sehingga diharapkan mampu mengantisipasi beban yang terjadi
selama umur rencana.
Pada penelitian ini penerapan Disain Perkuatan Balok Girder Jembatan
dilakukan berupa studi kasus Perkuatan Balok Girder Jembatan S.
Maleleng, Kabupaten Pangkep, Provinsi Sulawesi Selatan yang berlokasi
pada Jalan Poros Makassar - Pangkep tepatnya STA. 046 + 500. Disain
perkuatan balok girder jembatan dimaksudkan agar kegagalan struktur
yang sementara terjadi secara berkelanjutan dapat segera teratasi sebelum
efek kegagalan tersebut menyebabkan keruntuhan pada elemen struktur
lainnya sehingga menyebabkan keruntuhan pada struktur jembatan secara
33
keseluruhan, mengingat elemen Balok Girder sebagai salah satu struktur
utama pada sebuah konstruksi jembatan.
Untuk memperoleh data-data pembebanan yang akurat, membutuhkan
waktu yang cukup lama dan sumberdaya yang besar sehingga tidak
memungkinkan untuk dilakukan pada penelitian ini. Dalam mengatasi
persoalan tersebut, maka pendekatan yang digunakan adalah menyusun
disain perkuatan berdasarkan hasil evaluasi kekuatan existing (kapasitas
eksisting) struktur secara analitis dan melakukan estimasi beban struktur
untuk akhir umur rencana (kapasitas struktur perlu). Hasil evaluasi existing
struktur dan estimasi beban tersebut menjadi acuan dalam menyusun
disain perkuatan struktur sehingga dihasilkan suatu struktur komposit
dengan kemampuan layan yang memadai.
Pada penelitian ini penerapan Disain Perkuatan Balok Girder Jembatan
dilakukan berupa studi kasus Perkuatan Balok Girder Jembatan S.
Maleleng, Kabupaten Pangkep, Provinsi Sulawesi Selatan yang berlokasi
pada Jalan Poros Makassar - Pangkep tepatnya STA. 046 + 500.
34
Gambar 4. Penampang balok girder Jembatan S. Maleleng (existing)
.Gambar 5. existing jembatan
hf1 hf2
Asv
D d
df1 As df2
b
35
Gambar 6. existing jembatan.
A. Data Perencanaan
Data-data perencanaan diklasifikasi dalam 2 kategori yakni Data
Geometrik dan Data Material, dengan uraian sebagai berikut:
1. Data geometrik balok girder
hf1 = 2 50 mm hf2 = 2 50 mm
df2 = 1 15 0 mm
df1 = 1 15 0 mm
d = 1 40 0 mm
b = 560 mm
Gambar 7. Data Geometrik Balok S. Maleleng (existing).
L = 2 0,30 m
36
Kondisi jembatan S. Maleleng pada saat survey, ditemukan
bahwa struktur atas terdiri dari dua jenis balok girder. Pada bagian
tepi kiri dan kanan, masing-masing terdapat 3 (tiga) buah secara
berurutan berupa Balok Girder beton bertulang dan pada bagian
tengah terdiri dari 4 (empat) buah balok girder berupa Girder Baja
profil H Beam.
Secara umum, balok girder baja H beam kondisinya masih
sangat layak, sedangkan balok girder Beton Bertulang mengalami
kegagalan struktur berupa kegagalan geser dan lentur. Bagian
ujung balok mengalami kegagalan geser berupa retak diagonal
sedangkan bagian tengah balok (mid span) telah mengalami
kegagalan lentur.
Adapun data geometrik balok girder jembatan S. Maleleng
dapat dilihat pada tabel hasil pengukuran sebagai berikut :
Tabel 3. Data geometrik balok s. Maleleng
Uraian Simbol Nilai Satuan
Panjang Balok Girder L 20,30 m
Tinggi Balok D 1400 mm
Lebar badan Balok b 560 mm
Tebal Sayap - sisi 1 hf1 250 mm
Tinggi badan – sisi 1 df1 1150 mm
Tebal Sayap – sisi 2 hf2 250 mm
Tinggi badan – sisi 2 df2 1150 mm
Existing Tulangan Geser 2 kaki
Diameter tulangan 10 - 100 mm
Tebal selimut balok d‟ 76 mm
Tinggi efektif balok d 1324 mm
Sumber : hasil penelitian
37
2. Data material
Dari hasil pengamatan langsung dan dokumen hasil
pelaksanaan serta brosur, diperoleh data-data material penyusun
balok girder serta bahan perkuatan yang akan diaplikasikan pada
balok tersebut sebagai berikut:
Mutu Beton, f‟c = 29,05 N/mm2
Mutu Baja Tulangan Geser, fyv = 240 N/mm2
Material perkuatan balok girder menggunakan TYFO® SEH51A
Faktor Reduksi, Ø = 0,85 (0,85 for U wrapping As T-Beam)
Untuk tujuan konservatif, digunakan koefisien geser kv = 0,75
B. Perhitungan Kapasitas Geser Balok Girder
Kapasitas penampang balok girder pada kondisi eksisting (sebelum
aplikasi perkuatan struktur) terdiri dari Kapasitas Geser Beton (Vc) dan
Kapasitas Geser sistem penulangan (Vs), sehingga Kapasitas geser
balok (Vt) dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Vt = Vc + Vs
Perhitungan masing-masing komponen kapasitas geser
penampang balok girder tersebut diatas dihitung berdasarkan ACI 318-
99 dengan uraian sebagai berikut:
38
1. Kapasitas geser penampang balok akibat beton (Vc)
Menurut ACI 318-99 section 11.3, kontribusi beton pada
kapasitas geser penampang balok beton bertulang dihitung dengan
menggunakan rumus sebagai berikut:
Vc = 1/6 (f‟c)2 x (bw) x d
Dimana : f‟c = Mutu beton = 29,05 N/mm2
bw = lebar badan balok = 560 mm
d = tinggi efektif balok = 1.324 mm
dengan demikian maka sehingga:
Vc = 1/6 x (29,05) 2 x 560 x 1.324 = 666.036,2 N ≈ 666,04 kN
2. Kapasitas geser penampang balok akibat sitem penulangan (Vs)
Menurut ACI 318-99 section 11.5.6, sistem penulangan dapat
berkontribusi pada kapasitas geser penampang balok sebesar:
Vs = (Av) x (fyv) x d /s
Dimana :
Av = Luas tulangan geser = (1/4) x π x (10)2 x 2 = 157,08 mm2
fyv = lebar badan balok = 240 N/mm2
d = tinggi efektif balok = 1.324 mm
s = jarak tulangan geser (as ke as) = 100 mm
sehingga:
Vs = (157,08) x (240) x (1.324) /(100) = 499136,24 N = 499,14 kN
39
C. Disain Perkuatan Geser Balok Girder dengan TYFO® System
Berdasarkan ACI1440.2R-2008 pasal 11.4.1.2, regangan FRP
(Fiber Reinforced Polymer) dapat diambil sebesar 0,4% untuk
pemasangan sabuk berpenampang U disertai penjangkaran (aplikasi
pada 3 sisi balok), hal tersebut sebagai penyesuaian terhadap kinerja
pemasangan sabuk pada penampang secara penuh (4 sisi balok).
Penyesuaian regangan FRP sebagai berikut :
ɛfe = Kv . ɛfu ≤ 4%
Dimana : ɛfe = Regangan fiber efektif
ɛfu = Regangan fiber ultimit
Kv = Koefisien regangan geser = 0,75
Untuk maksud perencanaan yang konservatif maka regangan
efektif diambil nilai yang terendah dari 4 % dan 0,75. ɛfu , dalam hal ini
diambil: ɛfe = 4% .
Perkuatan balok girder jembatan S. Maleleng direncanakan
menggunakan material perkuatan TYFO® SEH51A berupa GFRP
(glass Fiber Reinforced Polymer) yaitu lembaran anyaman serat kaca
yang dikombinasikan dengan material epoxy resin (epoxy modified).
Epoxy Modified diperoleh dari pencampuran Tyfo® S componen A
dengan Tyfo® S componen B dengan proporsi volume 100 : 42 dan
diaduk dengan mixer berkecepatan rendah. Kombinasi GFRP dengan
Epoxy modified akan bereaksi dan menghasilkan bahan komposit
sehingga diharapkan dapat meningkatkan kekuatan struktur secara
40
signifikan. Aplikasi system perkuatan FRP pada elemen struktur berupa
pemasangan sabuk GFRP dapat dilakukan dengan 1 (satu) atau lebih
lapisan sesuai kebutuhan.
Perkuatan pada daerah bentang geser balok girder jembatan S.
Maleleng direncanakan menggunakan 1 (satu) lapis Sabuk GFRP,
dengan data-data perencanaan sebagai berikut:
Material perkuatan yang digunakan : TYFO® SEH51A
Jumlah Lapisan, nf = 1 Lembar
Ketebalan per lembar, tf = 1,3 mm
Tinggi Komposit sisi 1 = D-hf1-d‟ = df1 = 1074 mm
Tinggi Komposit sisi 2 = D-hf2-d‟ = df2 = 1074 mm
Modulus elastisitas komposit, Ef = 26.100 N/mm2
Konstanta Komposit, Kf dapat dihitung sebagai berikut :
Kf = 0,4% x Ef = 0,004 x 26100 = 104,4 , atau
Kf = 0,75 x ℰ fu x Ef = 0,75 x 0,022 x 26100 = 430,65
Dari hasil perhitungan Kf diatas, diambil nilai Kf terkecil, sehingga
digunakan Kf = 104,4
Penambahan kapasitas geser balok ultimit yang diberikan oleh
TYFO® System dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Ø Vaddf = Ø(DF1 + DF2)* Kf * tf * nf
Dimana : ØVaddf = Kapasitas geser TYFO® System
Ø = Faktor Reduksi = 0,85
df1 = Tinggi Badan Balok Sisi1 = 1150 mm
df2 = Tinggi Badan Balok Sisi2 = 1150 mm
41
Kf = Konstanta Komposit = 104,4
tf = Ketebalan Per Lembar =1,3 mm
nf = 1 lapis
sehingga kapasitas geser untuk 1 lapis sabuk GFRP dapat dihitung
sebagai berikut:
Ø Vaddf =0,85(1074+1074)*104,4 *1,3 *1/1000 = 246.84816 kN
Kuat geser balok girder setelah dipasang sabuk GFRP 1 lapis
(Vnew) merupakan hasil akumulasi dari kuat geser balok sebelum
aplikasi perkuatan (Vt) dengan Kuat geser sabuk GFRP (ØVaddf),
dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Vnew = Vt + ØVaddf
Dimana :
Vnew = Kapasitas geser balok setelah pemasangan sabuk GFRP
Vt = Kapasitas geser balok eksisting = 1115,17 kN
Ø Vaddf = Kapasitas geser TYFO® System = 246.84816 kN
Sehingga Kapasitas geser balok setelah pemasangan sabuk GFRP
menjadi :
Vnew = (1117,15156 * 246.84816) = 1424,00 kN
Untuk alasan keamanan, Kapasitas geser efektif balok girder
setelah pemasangan sabuk GFRP 1 lapis dapat dihitung dengan
rumus:
Vperkuatan = 0,75 x ØVnew
Dimana : Vperkuatan = Kapasitas geser efektif balok setelah
perkuatan
42
Vnew = Kapasitas geser ultimit balok setelah pemasangan
sabuk GFRP
Kv = 0,75
D. Aplikasi GFRP Terhadap Kuat Geser Balok Girder
Berdasarkan perhitungan disain, pemasangan perkuatan geser balok
girder berupa pemasangan 1 lapis GFRP dapat meningkatkan kapasitas
geser balok secara signifikan. Selanjutnya hubungan kapasitas balok girder
terhadap jumlah lapisan perkuatan GFRP disajikan dalam tabel perhitungan
berikut ini :
Tabel 4. Desain Perkuatan Balok Girder dengan GFRP
Jumlah
Lapisan
Ketebalan
per Lapis
Tinggi
Komposit
Sisi 1
Tinggi
Komposit
Sisi 2
Konstanta
Komposit
Kapasitas
Geser
Kenaikan
kapasitas Geser
Persentase
kenaikan
(nf) (tf) (df1) (df2) (Kf) =ф(df1+df2)*kf*tf*nf (%)
0 - 1074 1074 104,4 1165,17 1165,17 -
1 1,3 1074 1074 104,4 1412,97 247,80 21,27
2 2,6 1074 1074 104,4 1660,77 495,60 42,53
3 3,9 1074 1074 104,4 1908,56 743,39 63,80
4 5,2 1074 1074 104,4 2156,36 991,19 85,07
5 6,5 1074 1074 104,4 2404,16 1238,99 106,34 6 7,8 1074 1074 104,4 2651,96 1486,79 127,60
Sumber : Hasil perhitungan
Dari tabel perhitungan diatas, diperoleh grafik hubungan antara jumlah
lapisan perkuatan GFRP terhadap Kapasitas Geser Balok Girder sebagai
berikut :
43
Gambar 8. Grafik Peningkatan Kapasitas Geser GFRP
Grafik hubungan antara jumlah lapisan perkuatan GFRP terhadap
Kapasitas Geser Balok Girder menunjukkan bahwa peningkatan kapasitas
geser balok berbanding lurus terhadap jumlah lapisan perkuatan GFRP.
Hal ini sesuai denganrumusan 39 yaitu kekuatan geser yang dihasilkan
oleh sabuk GFRP (Vddf) berbanding lurus dengan jumlah lapisan GFRP
yang terpasang (nf). Pemasangan GFRP pada sisi balok sangat efektif
untuk meningkatkan Kapasitas Geser balok mengingat mekanisme
kegagalan geser bekerja secara melintang (tegak lurus terhadap serat
balok) sesuai arah kerja beban dan sifat keutamaan GFRP yang sangat
kaku dengan kuat tarik yang sangat besar.
Dalam pengaplikasian metode perkuatan geser GFRP pada balok
girder, jumlah lapisan yang akan dipasang sebagai perkuatan geser balok
disesuaikan dengan Kapasitas Geser Rencana yang diharapkan mampu
melayani beban-beban yang akan diterima oleh struktur.
6 5 4 3
Jumlah Lapis
2 1 0
500
0
1165,17 1000
1412,97
1660,77 1500
1908,56
2156,36 2000
2404,16
2651,96
3000
2500
KAPASITAS GESER
Vn
ew
(K
n)
44
E. Metode Pelaksanaan Perkuatan Geser Balok
Metode pelaksanaan dimaksudkan sebagai prosedur pelaksanaan
yang disusun secara sistematis dan terstruktur disajikan sebagai berikut :
1. Persiapan permukaan beton
- Sebelum GFRP diaplikasikan pada balok girder, maka retakan yang
relatif lebar sehingga membentuk rongga terlebih dahulu ditutup
dengan metode injeksi.
- Semua material finishing seperti plesteran dan koating harus
dihilangkan dari permukaan beton.
- Permukaan beton yang tidak rata atau bergelombang harus
diratakan dengan metode grinding seperti pada gambar dibawah.
Gambar 9. Persiapan permukaan balok beton
- Permukaan beton yang berlubang harus di isi dengan material
comentious non srink atau Epoxy modified material.
45
Gambar 10. Pemasangan Tyfo
2. Pencampuran epoxy
Proses pencampuran epoxy sebagai bahan priming (perekat)
dimulai sebagai berikut :
- Kelembaban dan suhu tyfo epoxy s pada saat pencapuran adalah
10ºC dan 38 ºC.
- Komponen tyfo epoxy s harus dicampur dengan proporsi part A :
part B sama dengan 100 : 34,5 diaduk dengan mixer berkecepatan
rendah selama 3-5 menit.
Gambar 11. Proses Pencampuran tyfo epoxy
46
3. Priming permukaan beton
- Permukaan beton yang telah dipersiapkan, dipriming dengan tyfo
epoxy s menggunakan kuas/Roller cat.
Gmbar 12. Tyfo S komponen A
Gmbar 13. Tyfo S komponen B
47
4. Saturasi tyfo SCH51A
- Potong lembaran tyfo SEH51A sesuai dengan kebutuhan
permukaan beton yang akan diperkuat.
- Saturasi antara tyfo SEH51A dan tyfo epoxy s harus dilakukan
secara berhati hati dan tyfo SEH51A yang sudah dibasahi dengan
tyfo epoxy S harus ditempat khusus.
Gambar 14. Persiapan GFRP yang akan dipasang
Gambar 15. Proses saturasi lembaran GFRP
48
Gambar 16. Proses Pemasangan GFRP
Tyfo SEH51A yang sudah disaturasi dengan tyfo S epoxy
diwraping layer perlayer pada permukaan beton yang sudah
dipriming lebih dulu dengan tyfo epoxy S.
5. Curing time (masa perawatan)
- Waktu pengeringan komposit Fiber Glass (SEH51A) tyfo fibrewrap
system harus sesuai dengan ketentuan produsen dan biasanya
antara 48 – 72 jam tergantung pada kondisi kelembaban udara.
- Temperatur pada saat masa pengeringan harus sesuai dengan
ketentuan produsen
- Permukaan komposit harus mempunyai ketebalan dan kepadatan
yang sama dan antar layer harus melekat dengan baik, hal ini
ditunjukkan dengan tidak adanya celah atau cekungan/udara
terterapkan didalam Komposit Carbon (SEH51A) tyfo fibrwrap
system.
49
Gambar 17. Lembaran GFRP yang terpasang
Gambar 18. Pemasangan GFRP secara merata
6. Finishing
- Setelah aplikasi, permukaan Komposit Fiber Glass (SEH51A) tyfo
fibrewrap system dimungkinkan untuk dikeramik atau diplester. Jika
hal ini di inginkan, butiran pasir yang lembut harus ditaburkan pada
permukaan Komposit Fiber Glass (SEH51A) tyfo fibrwrap system
yang masih basah dan setelah 24 jam bisa diplester. Hal ini
50
dilakukan untuk mendapatkan kelekatan yang baik antara
permukaan komposite dan plesteran.
7. Pemeriksaan dan perbaikan
a. Komposit Lembaran FRP harus diberikan perawatan maksimal,
permukan komposit yang sudah mengeras harus di ketok
menggunakan palu untuk mendeteksi adanya gelembung atau
ruang yang berisi udara, apabila ditemukan hal tersebut harus
dilakukan injeksi dengan epoxy.
b. Urutan perbaikan komposit yang terdapat gelembung udara ,
harus dilakukan sebagai berikut :
- Bor lubang dengan diameter 5 mm pada ujung
gelembungnya. Untuk vertical komposit pada bagian yang
paling atas gelembung dan paling bawah. Jumlah lubang
harus disesuaikan dengan kebutuhan.
- Pasang Grout port sebagai jalur untuk masuk dan keluar
material injeksi
- Inject epoxy dengan tekanan melalui port grouting dengan
cara bertahap, dari ujung satu ke uj/png lainnya (dari yang
terendah ke bagian yang tertinggi). Apabila epoxy sudah
keluar dari grout port yang lain, berarti void tersebut sudah
penuh dan injeksi dapat dilakukan ke void berikutnya.
- Biarkan area injeksi selama 12 jam, sebelum grout port
dilepas.
c. Pemeriksaan akhir dilakukan untuk memeriksa gelembung yang
51
mungkin masih ada. Pada umumnya, apabila masih terdapat
gelembung dengan luasan 5% dari total wrapping, hal tersebut
masih di terima,dengan criteria tidak terdapat ukuran
gelembung dengan ukuran lebih dari 20mm.
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan dapat ditarik beberapa
kesimpulan sebagai berikut :
1. Kapasitas geser balok girder sebelum perkuatan Vt adalah akumulasi
dari kuat geser balok dan kuat geser sistem penulangannya, sedangkan
kekuatan geser balok girder setelah pemasangan satu atau lebih lapisan
sabuk GFRP (Vnew) adalah akumulasi dari kuat geser sabuk GFRP
(Vaddf) dan kuat geser balok girder (Vt).
2. Disain perkuatan geser balok girder jembatan dengan pemasangan
sabuk GFRP dengan skema U-wrapped (dipasang pada alas dan kedua
sisi balok) disusun sesuai rekomendasi ACI commitee 440, mengingat
bahwa sistem perkuatan GFRP belum diatur dalam SNI.
B. Saran – saran
Dari hasil penelitian ini dapat disarankan beberapa hal yaitu sebagai
berikut :
1. Bilamana dibutuhkan kapasitas geser yang lebih besar maka dapat
dilakukan variasi lapisan tertentu sesuai keperluan geser yang
diperlukan.
53
2. Untuk penelitian lebih lanjut yang menyangkut tentang perkuatan
dengan GFRP, agar supaya lapisan serat di variasi sehingga dapat
diketahui persentasi kenaikan kapasitas perlapisan perlapisan serat
apakah seragam atau tidak.
3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terkait pemanfaatan GFRP
sebagai pengganti tulangan baja misalnya: Design External Reinforced
Beam (disain balok beton bertulang luar) berupa pemasangan GFRP-S
dengan skema completely wrapped atau Disain Balok Beton Bertulang
menggunakan FRP Rebar (tulangan FRP) sebagai pengganti tulangan
baja.
xvii
DAFTAR PUSTAKA
ACI Committee 318. 1995. "Building Code Requirements for Reinforced Concrete, ACI-95 and comentary ACI 318R-95" ACI, hal. 369.
ACI Committee 440. 2002. “Guide for The Design and Construction of
Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures’’.
Adhikary B.B, Mutsuyoshi, H., Ashraff,M. 2004., “Shear strengthening of
Reinforced Concrete Beams Using Fiber-ReinforcedbPolymer Sheets wiyh Bonded Anchorage”, ACI Structural Journal.
American Concrete Institute (ACI). 2008. Building Code Requirements for
Structural Concrete. ACI 318-08.
Bousselham, A., Chaallal, O. 2004. “ Shear Strengthening Reinforced Concrete Beams with Fiber-Reinforced Polymer : Assessment of Influencing Parameters and Required Research”, ACI Structural Journal.
Chajes, MJ, Januska, TF, Mertz, DR, Thomson, TA, dan Finch, WW. (1995).
"Shear Strengthening of reinforced Concrete Beams Using Externally Applied Composite Fabrics ," ACI Struktural Journal , Vol. 92, No. 3, Mei-Juni p. 295-303.
Chajes, MJ, Thomson, TA, Tarantino, B. 1995."Rein forcement of Concrete Structures Using Externally Bonded Composite Materials." In Proccedings Non-Metallic Reinforcement for Concrete Struktures, E & FN Spon, London, p.. 501- 508.
Departemen Pekerjaan Umum, 1991. TataCara Perhitungan Struktur
Beton Untuk Bangunan Gedung, SK SNI T15-1991-03, Yayasan Lembaga Pen- didikan Masalah Bangunan, Bandung,174 pp.
Fyfe Fibrwrap Indonesia. 2014. Strengthening Document : Reviewed To
Existing Of Girder Structures For Malelleng Bridge. Tangerang : Fyfe Co.
International Conference of Building Officials Evaluation Service,ICBO.
1997."Acceptance Criteria For Concrete and Reinforced and Unreinforced Masonry Strengthening Using Fiber-Reinforced Composite Systems " AC125.
xviii
Rudy Djamaluddin, Shinichi Hino, 2011. Kapasitas lentur perkuatan balok beton bertulang yang telah meleleh dengan menggunakan lembaran GFRP. Dinamika Teknik Sipil/Vol. 11/No. 3/September.
Shandy Sary, 2015. Pre-Test Berbasis Metode Elemen Hingga balok beton
bertulang dengan perkuatan geser menggunakan GFRP.
Sudiasa, I M. A., 2002. Perilaku Runtuh Balok Beton Bertulang dengan
Pe- nambahan Lapis Glass Fibre Rein- forced Polymer (GFRP), Tugas Ak- hir, Fakultas Teknik Universitas Uda- yana, Denpasar.
Standar Nasional Indonesia (SNI). 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. SK-SNI-03-2847-2002.
Triantafillou, TC (1998). Shear Strengthening of Reinforced concrete
Beams Using Epoxy-Bonded FRP Composites, ACI struktural Journal 95 (2), Mar.-Apr. 107-115.
Woo Kim, Putih, RN. 1991. "Intiation of Shear Cracking in Reinforced
Concrete Beams with no web Reinforcement." ACI Struktural Journal, Vol. 88 , No 3,p. 458- 308.
Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP)
GFRP merupakan jenis FRP yang menggunakan bahan dari serat
kaca. GFRP terbuat dari kaca cair yang dipanaskan pada suhu sekitar
2300°F dan dipintal dengan bantuan Bushing Platinumrhodium pada
kecepatan 200 mph. Gambar 2.6 merupakan contoh lembaran GFRP yang
digunakan sebagai perkuatan geser balok dalam penelitian ini.
Gambar. Lembaran GFRP
Material ini memiliki cukup banyak keuntungan yang dapat diberikan,
antara lain merupakan material yang tahan korosi, mempunyai kuat tarik
tinggi, superior dalam daktalitas, lebih ringan sehingga tidak memerlukan
alat berat untuk dibawa ke lokasi, dan lebih murah dibanding FRP dengan
bahan lain. Karakteristik dari material GFRP dapat dilihat dari tabel berikut:
Tabel. Karakteristik GFRP
Keadaan Lepas Keadaan Komposit
Sifat Nilai Sifat Nilai Test
Material Tes Material Test Design
Tegangan tarik 3,24 GPa Tegangan Ultimit 575 MPa 460 MPa
Modulus tarik 72,4 Gpa Regangan maks. 2,2 % 1,76 %
Regangan maks 0,045 Modulus tarik 26,1 GPa 20,9 GPa
Kerapatan 2,55 gr/cm3 Teg. Tarik ultimit 25,8 GPa 20,7 Gpa
Tebal Fiber 0,366 mm Tebal komposit 1,3 mm 1,3 mm
Sumber : Fyfe.Co LLC
Beberapa jenis serat kaca yang tersedia di pasaran, antara lain:
1. E-Glass, yang memiliki kandungan alkali yang lebih rendah dan
merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Keuntungannya yaitu
memiliki sifat mekanis yang tinggi.
2. Z-Glass, digunakan untuk mortar semen dan beton karena memiliki
resistensi yang tinggi terhadap alkali.
3. A-Glass yang memiliki kandungan alkali tinggi.
4. C-Glass, yang digunakan untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan
korosi yang besar untuk asam.
5. S-Glass atau R-Glass, yang diproduksi untuk ekstra kekuatan dan
modulus yang tinggi.
Sebagai material untuk perkuatan eksternal, GFRP bentuk lembaran dapat digunakan untuk:
1. Perbaikan balok dan slab beton yang rusak, dengan asumsi bahwa
debonding antara FRP dan beton tidak menyebabkan kegagalan
elemen struktur.
2. Mengatasi penambahan lebar retakan akibat bertambahnya beban layan.
3. Melindungi tulangan dari korosi karena adanya retakan.
4. Meningkatkan kekuatan lentur akibat peningkatan beban.
5. Merencanakan beton baru yang memiliki daktalitas tinggi.
6. Perbaikan struktur akibat kesalahan desain atau konstruksi.
7. Meningkatkan kemampuan geser beton.
8. Meningkatkan kekuatan pengekangan kolom beton.
9. Perbaikan struktur lama.
Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP)
GFRP merupakan jenis FRP yang menggunakan bahan dari serat
kaca. GFRP terbuat dari kaca cair yang dipanaskan pada suhu sekitar
2300°F dan dipintal dengan bantuan Bushing Platinumrhodium pada
kecepatan 200 mph. Gambar 2.6 merupakan contoh lembaran GFRP yang
digunakan sebagai perkuatan geser balok dalam penelitian ini.
Gambar. Lembaran GFRP
Material ini memiliki cukup banyak keuntungan yang dapat diberikan,
antara lain merupakan material yang tahan korosi, mempunyai kuat tarik
tinggi, superior dalam daktalitas, lebih ringan sehingga tidak memerlukan
alat berat untuk dibawa ke lokasi, dan lebih murah dibanding FRP dengan
bahan lain. Karakteristik dari material GFRP dapat dilihat dari tabel berikut:
Tabel. Karakteristik GFRP
Keadaan Lepas Keadaan Komposit
Sifat Nilai Sifat Nilai Test
Material Tes Material Test Design
Tegangan tarik 3,24 GPa Tegangan Ultimit 575 MPa 460 MPa
Modulus tarik 72,4 Gpa Regangan maks. 2,2 % 1,76 %
Regangan maks 0,045 Modulus tarik 26,1 GPa 20,9 GPa
Kerapatan 2,55 gr/cm3 Teg. Tarik ultimit 25,8 GPa 20,7 Gpa
Tebal Fiber 0,366 mm Tebal komposit 1,3 mm 1,3 mm
Sumber : Fyfe.Co LLC
Beberapa jenis serat kaca yang tersedia di pasaran, antara lain:
1. E-Glass, yang memiliki kandungan alkali yang lebih rendah dan
merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Keuntungannya yaitu
memiliki sifat mekanis yang tinggi.
2. Z-Glass, digunakan untuk mortar semen dan beton karena memiliki
resistensi yang tinggi terhadap alkali.
3. A-Glass yang memiliki kandungan alkali tinggi.
4. C-Glass, yang digunakan untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan
korosi yang besar untuk asam.
5. S-Glass atau R-Glass, yang diproduksi untuk ekstra kekuatan dan
modulus yang tinggi.
Sebagai material untuk perkuatan eksternal, GFRP bentuk lembaran dapat digunakan untuk:
1. Perbaikan balok dan slab beton yang rusak, dengan asumsi bahwa
debonding antara FRP dan beton tidak menyebabkan kegagalan
elemen struktur.
2. Mengatasi penambahan lebar retakan akibat bertambahnya beban layan.
3. Melindungi tulangan dari korosi karena adanya retakan.
4. Meningkatkan kekuatan lentur akibat peningkatan beban.
5. Merencanakan beton baru yang memiliki daktalitas tinggi.
6. Perbaikan struktur akibat kesalahan desain atau konstruksi.
7. Meningkatkan kemampuan geser beton.
8. Meningkatkan kekuatan pengekangan kolom beton.
9. Perbaikan struktur lama.
DOKUMENTASI PENELITIAN
Kondisi awal balok girder jembatan
Kondisi awal balok girder jembatan
Pekerjaan persiapan
Pekerjaan persiapan
Pekerjaan pembersihan permukan beton yang akan diperkuat dengan
GFRP menggunakan mesin grinda
Pekerjaan pembersihan permukan beton yang akan diperkuat dengan
GFRP menggunakan mesin grinda
Bahan yang di pakai sebagai bahan tambah epoxy agar rongga pada
permukaan beton sebelum diperkuat tertutup
Kompone epoxy A dan epoxy B di campur dengan komposisi 100 : 34,5
Hasil campuran epoxy dengan wacker silicone yang akan dipriming pada
permukaan beton sebelum CFRP dipasang
GFRP yang akan di pasang agar supaya di priming dengan komponen
epoxy A dan epoxy B yang telah di campur
Pekerjaan priming epoxy pada permukaan balok girder yang telah
dipersiapkan
Pekerjaan priming epoxy yang telah dicampur dengan wacker silicone
pada permukaan beton
Pekerjaan priming epoxy yang telah dicampur dengan wacker silicone
pada permukaan beton
Pekerjaan priming epoxy yang telah dicampur dengan wacker silicone
pada permukaan beton
Pekerjaan pemasangan GFRP pada permukaan balok girder beton yang
telah dipriming
Pekerjaan pemasangan GFRP pada permukaan balok girder beton yang
telah dipriming
LABORATORIUM
Pengujian agregat dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan
Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Pengujian agregat
berupa agregatkasar (batu pecah) dan agregat halus (pasir). Pengujian
agregat didasarkan pada standar ASTM. Hasil rekapitulasi pengujian
agregat kasar dan halus dapat dilihat pada tabel. Berdasarkan hasil
rekapitulasi tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa agregat yang
digunakan untuk pengecoran termasuk dalam kategori agregat yang bagus
dan baik untuk digunakan sebagai material beton
Hasil pemeriksaan karakteristik agregat
No Jenis Pengujian Spesifikasi SNI Hasil Pengujian
Keteranagn
Sumber : Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH 2015
- Komposisi Mix Design
Dari hasil pemeriksaan material dan hasil perhitungan mix design
beton diperoleh komposisi agregat seperti pada Tabel berikut :
Pasir Kerikil Pasir Kerikil
1 Kadar Lumpur (%) ≤ 5 ≤ 1 2.77 0.60 Memenuhi
2 Kadar Organik < No. 3 No. 1 Memenuhi
3 Berat Volume (kg/l)
a. Kondisi Lepas
1.4 - 1.9
1.4 - 1.9
1.46
1.61
Memenuhi
b. Kondisi Padat 1.4 - 1.9 1.4 - 1.9 1.68 1.76 Memenuhi
4 Absorpsi (%) ≤ 2 0.2 - 4 1.46 1.46 Memenuhi
5 Berat jenis spesifik
a. Bj. Curah 1.6 - 3.3 1.6 - 3.2 2.34 2.5 Memenuhi
b. Bj. Kering 1.6 - 3.3 1.6 - 3.2 2.5 2.54 Memenuhi
Permukaan
c. Bj. Semu 1.6 - 3.3 1.6 - 3.2 2.79 2.6 Memenuhi
6 Modulus Kehalusan 1.5 - 3.8 5.5 - 8.5 3.1 6.7 Memenuhi
Tabel. Komposisi bahan campuran beton
Bahan Beton Berat/m³ Beton Berat untuk 1
Sumber : Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH 2015
- Kuat Tekan Beton
Tabel. Hasil pengujian kuat tekan beton benda uji
Kuat Tekan
Rata – rata
Sumber : Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH 2015
Hasil uji kuat tekan beton pada tabel di atas menunjukkan bahwa beton
umur 28 hari memenuhi nilai kuat tekan yang disyaratkan yaitu 25 MPa.
- Hasil Analisis Balok Beton Bertulang
Pengujian sampel balok dilakukan pada saat beton telah mencapai
umur lebih dari 28 hari. Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan
(kg) sampel (kg)
Air 197 34,13
Semen 410 71,03
Pasir 589,88 102,2
Kerikil 1093,18 189,38
Umur Berat Kuat Tekan
Hari (kg) (kg/cm²) (kg/cm²)
3 3,64 125,247
123,652
3,65 122,002
7 3,66 122,003
195,334
3,63 122,004
14 3,67 122,005
244,654
3,64 122,006
21 3,68 122,007
255,362
3,65 122,008
28 3,67 122,009
260,553
3,62 260,228
balok di atas 2 tumpuan dan dibebani dengan 2 beban terpusat. Pada
balok normal, pembebanan dilakukan secara bertahap sampai balok
mengalami kegagalan, sedangkan pada balok yang akan diberi perkuatan
terdapat dua tahap pembebanan. Pertama balok diberi pembebanan
hingga sekitar 60 % dari kekuatan maksimumnya setelah itu balok
diberi perkuatan geser dengan lembaran GFRP kemudian balok akan
dibebani lagi hingga runtuh.
Adapun data-data yang diambil pada pengujian ini adalah beban
saat terjadi retakan pertama, beban saat tulangan mengalami leleh, beban
ultimit, dan besarnya lendutan yang terjadi pada balok. Besarnya nilai
beban diperoleh dari pembacaan Load Cell dan besarnya lendutan yang
terjadi pada balok saat pengujian diperoleh dari pembacaan LVDT yang
dipasang di bagian bawah balok.
Gambar. LVDT dan Load Cell pada benda uji
- Balok Normal (BN)
Pada penelitian ini, balok normal dijadikan acuan untuk menentukan
beban maksimum yang dapat dipikul oleh sampel balok, menjadi acuan
besarnya beban awal yang akan diberikan pada balok yang akan diberi
perkuatan, dan menjadi perbandingan untuk kekuatan balok yang telah
diperkuat serta untuk membandingkan pola retak dan keruntuhannya.
Gambar. Grafik hubungan beban dan lendutan Balok Normal
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa Balok Normal mencapai
kekuatan maksimum pada beban sebesar 128,33 kN dengan lendutan
sebesar 18,38 mm. Dari pengamatan saat pengujian balok normal, balok
mengalami retak awal pada beban 40 kN dimana lendutan yang terjadi
adalah 1,68 mm. Balok mengalami kondisi leleh pada saat beban
mencapai 125,262 kN dimana lendutan yang terjadi sebesar 10,580 mm.
Hubungan beban dan lendutan yang terjadi dapat dilihat lebih rinci
dalam tabel beri.kut ini :
Tabel . Beban dan lendutan pada balok normal
Beban (P) Lendutan (Δ)
(kN) (mm)
Pcr 40 Δcr 1,68
Py 125,262 Δy 10,58 Pu 128,33 Δu 18,38
Sumber : Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH
2015
- Balok yang Diperkuat GFRP ( Balok BVG)
Sebelum dilakukan perkuatan, sampel balok terlebih dahulu diberi
pembebanan hingga 80 kN. Besar nilai pembebanan ini ditentukan
dari pembebanan terhadap balok normal yaitu sekitar 60% dari beban
maksimum balok normal, dengan mengasumsikan pada beban tersebut
telah muncul retak geser pada balok.
- Balok BVG 1
Balok yang sebelumnya telah diberi beban hingga muncul retak
geser kemudian diberi perkuatan dengan GFRP sepanjang bidang
gesernya dengan model U wraps yang dipasang menerus.
Gambar. Grafik hubungan beban dan lendutan balok BVG 1
Gambar di atas menunjukkan grafik perbandingan hubungan antara
beban yang diberikan dengan lendutan yang terjadi pada balok BVG
1 sebelum dan setelah diperkuat. Grafik hubungan beban-lendutan pada
balok sebelum diperkuat masih cenderung linear hingga pembebanan
dihentikan sedangkan pada grafik beban-lendutan balok setelah diperkuat,
awalnya masih linear hingga mencapai kondisi leleh yang ditandai
dengan peningkatan lendutan yang besar tanpa diikuti dengan
peningkatan beban yang signifikan, sehingga grafik beban- lendutan
menjadi jauh lebih datar dari sebelumnya. Beban terus diberikan hingga
mencapai beban maksimum dan balok mengalami kegagalan.
Pada pembebanan pertama, beban dihentikan setelah mencapai 80
kN. Pada beban tersebut telah muncul retak geser pada balok.
Lendutan maksimal yang terjadi yaitu sebesar 6,575 mm. Retak awal
pada balok terjadi saat beban yang diberikan sebesar 34 kN dengan
lendutan sebesar 1,765 mm.
Balok BVG 1 mengalami kondisi leleh saat beban mencapai 115,927
kN dengan lendutan sebesar 7,155 mm. Pembebanan yang terus
bertambah hingga balok mencapai beban maksimum yaitu pada 136,407
kN dengan lendutan yang terjadi sebesar 30,155 mm.
- Balok BVG 2
Grafik hubungan antara beban dan lendutan pada balok BVG 2
ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Gambar. Grafik hubungan beban dan lendutan Balok BVG 2
Gambar di atas menunjukkan grafik perbandingan hubungan antara
beban dan lendutan yang terjadi pada balok BVG 2 pada saat pembebanan
sebelum dan setelah diperkuat. Seperti yang terjadi pada balok BVG 1,
grafik beban-lendutan pada balok sebelum diperkuat masih linear hingga
pembebanan dihentikan. Pada pembebanan balok yang diperkuat GFRP
grafik hubungan beban-lendutan yang terbentuk awalnya masih linear
hingga balok mencapai kondisi leleh dimana grafik yang terbentuk
menjadi lebih datar dari sebelumnya. Hal ini terjadi karena peningkatan
lendutan yang cukup besar namun tidak diikuti dengan peningkatan beban
yang signifikan. Balok terus dibebani hingga mencapai beban
maksimumnya dan mengalami kegagalan.
Pembebanan pertama dihentikan pada beban sebesar 80 kN dan
telah muncul retak geser pada balok dengan besar lendutan yang
terjadi pada balok adalah 6,435 mm. Retak awal pada balok terjadi
saat beban mencapai 42 kN, dengan lendutan 1,74 mm. Balok BVG
2 mengalami leleh pada beban 122,129kN dimana lendutan yang
terjadi sebesar 9,050 mm. Sebelum mengalami kegagalan, balok BVG
2 mencapai beban maksimum pada beban 136,402 kN dengan lendutan
yang terjadi sebesar 41,005 mm.
- Pola Retak dan Model Keruntuhan Balok
Balok Normal (BN)
Pola retakan yang terjadi pada balok normal dapat dilihat
pada gambar berikut ini.
Gambar. Pola retak Balok Normal
Dari gambar di atas terlihat adanya retakan yang terjadi
pada daerah lentur (retak lentur) dan juga pada bidang geser balok
(retak geser). Hal ini menunjukkan bahwa balok normal
mengalami kegagalan lentur dan juga kegagalan geser.
Kegagalan geser ditunjukkan dengan munculnya retak-retak miring
pada bidang geser balok pada saat pembebanan dilakukan.
Kegagalan geser terjadi akibat kekuatan beton dan tulangan
geser balok tidak cukup besar untuk menahan besarnya gaya
geser yang terjadi pada balok.
Balok BVG – 1
Pola retak balok BVG - 1 dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar. Pola retak Balok BVG - 1
Dari gambar pola retakan balok BVG 1 di atas, terlihat
bahwa balok mengalami kegagalan lentur. Retakan-retakan yang
terjadi akibat pembebanan terhadap balok hanya terdapat pada
daerah lentur balok saja. Hal ini dapat terjadi karena pada bagian
bentang geser balok telah diperkuat dengan lembaran GFRP.
Lembaran GFRP telah meningkatkan kekuatan geser balok
sehingga retak geser yang telah ada akibat pembebanan
sebelumnya tidak bertambah besar, dan juga tidak muncul retak
geser yang baru akibat pembebanan.
Setelah pembebanan dilakukan, tidak terjadi kegagalan pada
perkuatan GFRP sanpai balok mengalami keruntuhan. Gambar
berikut menunjukkan kondisi GFRP pasca pembebanan.
Gambar. Kondisi GFRP setelah pembebanan balok BVG 1
Setelah pembebanan dilakukan pada balok BVG 1, kondisi
GFRP yang digunakan untuk perkuatan dan juga lekatannya
masih dalam keadaan baik. Pada permukaan GFRP hanya muncul
garis-garis putih yang searah dengan retakan geser yang
sebelumnya terjadi. Hal ini menunjukkan GFRP bekerja dengan
baik dalam menahan gaya geser yang terjadi pada balok saat
proses pembebanan dilakukan dan juga mencegah munculnya
retakan baru serta mencegah retak geser yang telah ada
menjadi lebih lebar.
Balok BVG – 2
Pola retak balok BVG - 2 dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar. Pola retak Balok BVG 2
Dari gambar pola retakan balok BVG 2 di atas, terlihat
bahwa balok mengalami kegagalan lentur dimana retakan-
retakan yang terjadi akibat pembebanan pada balok hanya
terdapat pada daerah lentur balok saja seperti pada balok BVG
1. Hal ini dapat terjadi karena pada bagian bentang geser balok
telah diperkuat dengan lembaran GFRP.
Seperti halnya pada balok BVG 1, lembaran GFRP yang
dipasang untuk perkuatan geser balok telah meningkatkan
kekuatan geser balok sehingga retak geser yang telah ada akibat
pembebanan sebelumnya tidak bertambah besar, dan juga tidak
muncul retak geser yang baru akibat pembebanan.
Setelah pembebanan dilakukan pada balok BVG 2, tidak
terjadi kegagalan pada perkuatan GFRP, bahkan sampai balok
mengalami keruntuhan. Gambar berikut ini menunjukkan kondisi
GFRP setelah pembebanan.
Gambar. Kondisi GFRP setelah pembebanan balok BVG 2
Setelah pembebanan dilakukan pada balok BVG 2, kondisi
GFRP yang dipasang untuk perkuatan masih dalam keadaan baik.
Seperti halnya pada balok BVG 1, pada permukaan GFRP hanya
muncul garis-garis putih yang searah dengan retakan geser yang
sebelumnya terjadi. Hal ini menunjukkan GFRP bekerja dengan
baik dalam menahan gaya geser yang terjadi pada balok selama
proses pembebanan dilakukan dan juga mencegah munculnya
retakan baru serta mencegah retak geser yang telah ada menjadi
lebih lebar.
- Perbandingan Balok Normal dan Balok yang Diperkuat GFRP
Dari hasil pengujian tiap balok, diperoleh grafik
perbandingan yang menunjukkan hubungan beban-lendutan dari
tiap sampel balok pada gambar berikut ini.
Gambar.. Grafik perbandingan hubungan beban-lendutan tiap sampel balok
Dari grafik di atas jelas terlihat bahwa beban maksimum
yang dapat dipikul oleh balok yang diperkuat dengan GFRP
lebih besar daripada beban maksimum yang dapat dipikul oleh
balok normal. Selain itu, lendutan yang terjadi pada balok yang
diperkuat juga lebih besar bila dibandingkan dengan lendutan
yang terjadi pada balok normal.
Dari grafik pada gambar diatas diperoleh data yang tersaji
dalam tabel berikut ini.
Tabel . Beban dan lendutan tiap sampel balok
Type Beban (k N) Lendutan (mm) Daktilitas
Sumber : Hasil Pengujian-Laboratorium Struktur & Bahan Jurusan Sipil FT-UH
2015
Dari data-data pada tabel di atas menjelaskan bahwa
perkuatan balok dengan lembaran GFRP memberikan
peningkatan kekuatan pada balok. Pada balok normal, beban
maksimal yang dapat dipikul adalah 128,33 kN dan setelah
diberi perkuatan geser dengan GFRP pada balok BVG 1 dan
BVG 2, rata-rata beban maksimal yang dapat dipikul meningkat
menjadi 136,41 kN. Selain peningkatan beban yang terjadi pada
balok yang diperkuat, lendutan yang terjadi pada balok juga
bertambah. Pada balok normal, lendutan yang terjadi saat balok
Pcr Py Pu Δcr Δy Δu Δu/Δy
Balok Normal 40 125,26 128,33 1,68 10,58 18,38 1,74
BVG 1 34 115,93 136,41 1,77 7,16 30,16 4,21
BVG 2 42 122,13 136,40 1,74 9,05 41,01 4,53
BVG rata-rata 38 119,03 136,41 1,75 8,10 35,58 4,39
mencapai beban maksiimum hanya 18,38 mm, sedangkan pada
balok yang diperkuat, rata-rata lendutan yang terjadi pada balok
mencapai beban maksimum 35,58 mm.
Lendutan yang bertambah pada balok yang diperkuat GFRP
menunjukkan adanya peningkatan daktalitas pada balok.
Daktilitas menyatakan kemampuan suatu struktur untuk
mengalami lendutan yang besar tanpa mengalami penurunan
kekuatan yang berarti. Dari tabel 4.5 diperoleh nilai daktalitas pada
Balok Normal yaitu 1,74 sedangkan nilai daktalitas rata-rata dari
balok BVG yaitu 4,39. Peningkatan daktalitas yang terjadi pada
sampel balok BVG cukup signifikan yaitu sebesar 152 %
terhadap balok normal. Hal ini menunjukkan bahwa balok yang
telah diperkuat dengan GFRP menjadi lebih daktil, atau dengan
kata lain balok BVG menjadi lebih lentur bila dibandingkan dengan
balok normal.
Hasil pengujian juga menunjukkan adanya peningkatan
kekuatan geser pada balok yang telah mengalami retak geser
setelah diperkuat dengan GFRP pada bidang gesernya. Dengan
adanya peningkatan pada kekuatan geser balok, maka pola
kegagalan yang terjadi pada balok setelah diperkuat bukan lagi
keruntuhan karena gagal geser tetapi karena kegagalan lentur,
sesuai dengan model keruntuhan yang diharapkan terjadi bila
sebuah balok mengalami kegagalan struktur.
- Analisis Perhitungan Hasil Pengujian Balok
- Pengujian Balok Normal
Dari pengujian balok normal diperoleh data-data hasil pengujian :
Beban maksimum balok (P) = 128,33 kN (hasil pengujian BN)
Beban merata (D) = 1.3 kN/m (berat sendiri balok)
Beban balok pada setiap tumpuan dinyatakan sebagai berikut:
Balok diberi pembebanan dengan 2 beban terpusat, sehingga ½ P = 64,2
Kn
Beban mati yang bekerja ( berat sendiri balok) = (1,3)(3) = 1,95 kN. 2
Sehingga beban pada satu tumpuan = 64,2 kN + 1,95 kN = 66,15 kN
Beban-beban yang bekerja pada balok normal lebih jelas terlihat
pada gambar berikut ini:
Vu pada jarak d dari tumpuan = 65,5 + (0,5−0,325
(66,15 - 65,5) 0,5
= 65,73 kN
Untuk menghitung kekuatan geser yang bekerja pada balok normal,
maka digunakan persamaan berikut :
Vu = Vc + Vs
Menghitung kuat geser yang diberikan beton (Vc):
)
= 41429,53 N
= 41,43 kN
Menghitung kuat geser yang diberikan tulangan geser (Vs)
Vs = Vud – Vc
= 65,73 – 41,43
= 24,3 kN
- Pengujian Balok yang Diperkuat
Dari pengujian balok BVG 1 dan BVG 2 diperoleh data-data hasil
pengujian sebagai berikut :
Beban maksimum balok (P) = 136,41 kN (rata-rata beban
maksimum)
Beban merata yang bekerja = 1.3 kN/m (berat sendi balok)
Beban balok pada setiap tumpuan dinyatakan sebagai berikut:
Balok diberi pembebanan dengan 2 beban terpusat, sehingga ½ P
= 68,21 kN.
Beban mati yang bekerja ( beban sendiri balok) = ((1,3)(3)
) = 1,95 2
kN
Sehingga beban pada satu tumpuan balok = 68,21 kN + 1,95 kN =
70,16 Kn
Pada balok yang diperkuat dengan GFRP, kuat geser yang
diberikan oleh beton = 0, karena balok telah mengalami retak
sebelum diperkuat, sehingga kuat geser balok hanya ditentukan
oleh kuat geser yang diberikan tulangan geser dan GFRP saja.
Beban-beban yang bekerja pada balok BVG lebih jelas terlihat
pada gambar berikut ini :
Vu pada jarak d dari tumpuan = 69,51 + (0,5−0,325
)( 70,16 - 69,51) 0,5
= 69,74 kN
Analisa perhitungan dari kekuatan geser balok kemudian dihitung
dengan persamaan berikut :
Vu = Vs + Vf
Menghitung kuat geser yang diberikan GFRP pada balok BVG (Vf)
:
Vf = A f v f f e (sin α+cos α)d f v
S f A f v = 2n tf wf
= (2)(1)(1,3)(425)
= 1105 mm2
f f e = ƐfeEf Ɛfe = KvƐfu ≤ 0,004
Kv = k1 k2 Le
11900 Ɛfu
Le = 23300
(nf tf Ef)0.58
= 23300 (1 x 1,3 x 26100)0.58
= 54,9 mm
k1 = f’c 2/3
27
= 26 2/3
27
= 0,98
k2 = dfv – Le……(U wraps) d f v
= 325-54,9
325
= 0,83
kv = (0,98)(0,83)(54,9) (11900)(0,022)
= 0,17 ≤ 0,75
Ɛfe = (0,17)(0,022)
= 0,0037 ≤ 0,004
Sehingga :
f f e = (0,0037)(26100) = 97,6 N/mm2
maka :
vf = (1105)(97,6)(1)
= 107848 N = 107,85 kN
ϕVf = 0,7 (107,85) = 75,5 kN
Vu = 24,3 kN + 75,5 kN
= 99,8 kN
- Perbandingan Hasil Analisa Balok BN dan Balok BVG
Berdasarkan analisa pengujian sampel balok di laboratorium,
diperoleh
nilai kekuatan geser maksimum balok (Vud) pada balok normal (balok BN
) lebih kecil dibandingkan dengan nilai Vud pada balok yang diperkuat
(balok BVG).
Vud BVG > Vud BN
Hal ini menunjukkan bahwa balok BVG mengalami peningkatan
pada kekuatan gesernya setelah diperkuat dengan lembaran GFRP.
Besarnya peningkatan pada kekuatan geser balok BVG adalah 4,01
kN pada setiap tumpuan. Terjadinya peningkatan pada kekuatan geser
balok BVG menyebabkan balok mengalami kegagalan lentur sesuai
dengan kemungkinan model kegagalan yang diharapkan terjadi.
Pada balok BVG, berdasarkan analisa perhitungan secara teoritis
yang dibandingkan dengan hasil pengujian, menunjukkan bahwa
kekuatan geser maksimum balok (Vu) yang diperoleh dari analisa
perhitungan masih jauh lebih besar dari kekuatan geser maksimum
balok (Vud) yang diperoleh dari hasil pengujian di laboratorium. Hal ini
terjadi karena balok telah mengalami kegagalan lentur sebelum perkuatan
GFRP mencapai batas kekuatan maksimumnya. Kondisi ini menunjukkan
bahwa GFRP dapat memberikan kontribusi kekuatan yang cukup besar
sebagai perkuatan geser balok.