SIMULASI LABORATORIUM PENGARUH RENDAMAN AIR LAUT TERHADAP KAPASITAS REKATAN GFRP-S PADA BALOK BETON BERTULANG

Transkripsi

1 SIMULASI LABORATORIUM PENGARUH RENDAMAN AIR LAUT TERHADAP KAPASITAS REKATAN GFRP-S PADA BALOK BETON BERTULANG LABORATORY SIMULATION OF THE EFFECT OF SEA WATER SUBMERSION ON BONDING CAPACITY OF GFRP-S OF REINFORCED CONCRETE BEAM Robby Setiadi Kwandou 1, Rudy Djamaluddin 2, Rita Irmawaty 2 1 Mahasiswa S2 Struktur UNHAS Makassar 2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Hasanuddin Makassar Alamat Korespondensi: Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Hasanuddin Makassar, HP : robbykwandou@gmail.com

2 Abstrak Fiber Reinforced Polymer (FRP) telah digunakan secara meluas, tidak hanya terbatas pada konstruksi gedung namun juga dapat digunakan pada jenis konstruksi lainnya yang terekspos di lingkungan laut seperti jembatan. Penelitian ini bertujuan menganalisis perilaku lentur balok akibat pengaruh perendaman di laut dan perendaman di kolam simulasi. Metode pengujian yang digunakan, yaitu metode pembebanan monotonik. Melalui metode ini kelenturan balok diuji di atas dua tumpuan sederhana hingga balok mengalami kegagalan. Benda uji berupa 21 balok beton bertulang berukuran 10 cm x 12 cm x 60 cm yang diperkuat dengan GFRP-S. Tiga balok tanpa rendaman, 9 balok direndam di laut dan 9 balok direndam di kolam. Balok direndam selama 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa persentase selisih beban ultimit antara balok perendaman laut dan perendaman kolam sebesar 8.48%, 12.47% dan 14.95% selama perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Persentase selisih kapasitas rekatan GFRP-S antara balok perendaman laut dan perendaman kolam sebesar 8.10%, 14.4% dan 15.8% selama perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Beban ultimit balok dan kapasitas rekatan GFRP-S pada balok perendaman laut lebih kecil daripada perendaman kolam. Faktor koreksi beban ultimit balok perendaman laut terhadap perendaman kolam sebesar 0.92, 0.89 dan 0.87 untuk perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Rasio faktor koreksi beban (y) terhadap waktu perendaman (x) menunjukkan pola kecenderungan garis logaritmik dengan persamaan y = -0.0ln(x) Kata kunci : faktor koreksi, kolam simulasi, laut, GFRP-S. Abstract Fiber Reinforced Polymer (FRP) has been widely used, not only for building construction but also for other type of construction which is exposed to marine environment such as bridge. The research aimed to analyze the beam flexural behaviour due to the submersion effect in the sea and the submersion in the simulation pool. The research used a monotonic loading method in which the beams were flexural tested on two simple restraints until beams underwent the failure. Specimens were 21 reinforced concrete beams of 10 cm x 12 cm x 60 cm reinforced with GFRP-S. Three beams were not submersed, 9 beams were submersed in the sea and 9 beams were submersed in the pool. The beams were submersed for 1 month, months and 6 months. The testing result indicates that the percentage of the ultimate loading difference between the specimens submersed in the sea and submersed in the simulation pool is 8.48%, 12.47% and 14.95% successively for the submersions of 1 month, months and 6 months. The percentage of GFRP-S bonding capacity difference between the beams submersed in the sea and beams submersed in the simulation pool is 8.10%, 14.4% and 15.8% for the submersions of 1 month, months and 6 months. It is found out that the ultimate loading beams and GFRP-S bonding capacity on the beams submersed in the sea is smaller than the beams submersed in the simulation pool. The correction factors of the ultimate loading beams submersed in the sea on the beams submersed in the simulation pool are 0.92, 0.89 and 0.87 for the submersion of 1 month, months and 6 months. Ratio of the loading factor (y) on the submersion period (x) indicates the logarithmic line inclination pattern with the equation of y = -0.0ln(x) Keywords : correction factor, simulation pool, sea, GFRP-S.

3 PENDAHULUAN Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan material perkuatan dan perbaikan struktur yang telah banyak digunakan saat ini (ACI Committee 440.2R-08, 2008). Penggunaan FRP pada balok beton bertulang dapat meningkatkan kapasitas beban bila dibandingkan dengan balok beton bertulang tanpa perkuatan GFRP (Alami, 2010). GFRP-S (Glass Fiber Reinforced Polymer-Sheet) ini telah digunakan secara meluas, tidak hanya terbatas pada struktur baru namun juga dapat digunakan sebagai material perkuatan pada struktur lama (Djamaluddin dkk., 2011). Aplikasi GFRP -S ini dapat digunakan pada konstruksi gedung dan juga dapat digunakan pada jenis konstruksi lainnya yang terekspos di lingkungan laut seperti konstruksi jetty pada dermaga dan konstruksi jembatan. Kegagalan debonding merupakan hal yang sangat esensial dan sering dijumpai pada elemen struktur dengan perkuatan FRP (Guo dkk., 2005 ; Teng dkk., 2007). Kegagalan debonding dipengaruhi oleh rambatan retak lentur sering terjadi pada elemen struktur dengan perkuatan FRP pada sisi tarik saja (Lu dkk., 2007; Smith dkk., 2005). Dengan demikian maka permasalahan debonding pada elemen struktur lentur merupakan hal yang sangat penting untuk ditinjau. Penelitian yang dilakukan sehubungan dengan perendaman air laut masih sangat kurang dijumpai. Adapun penelitian yang telah dilakukan dengan menggunakan balok beton yang diekspos di lingkungan laut menunjukkan peningkatan kuat lentur yang nilainya bervariasi seiring dengan peningkatan waktu pengeksposan balok (Armitha, 201). Lokasi penempatan balok beton dengan perkuatan GFRP-S pada lingkungan yang ekstrim seperti lingkungan laut turut mempengaruhi nilai kapasitas beban yang dihasilkan (Tjiudiningrat, 2012). Sedangkan untuk elemen kolom saat diekspos di lingkungan laut, juga terjadi peningkatan kuat tekan seiring dengan meningkatnya waktu pengeksposan kolom (Musdalifah, 201). Namun terdapat kelemahan-kelemahan dalam penelitian tersebut sehubungan dengan keterbatasan alat yang digunakan, tidak adanya tinjauan terhadap regangan beton dan GFRP-S yang terjadi serta pola keretakan yang bervariasi sehingga mempengaruhi nilai beban akhir yang diperoleh. Penelitian struktur beton pada lingkungan laut dengan perkuatan GFRP dapat dilakukan dengan merendam spesimen dalam laut secara langsung maupun juga dengan melakukan perendaman dalam kolam simulasi. Simulasi perendaman dalam kolam simulasi laboratorium lebih mudah dilakukan dibandingkan dengan perendaman di lingkungan laut secara langsung terkait dengan permasalahan mobilisasi dan keamanan penyimpanan benda uji. Namun simulasi laboratorium yang dilakukan tentunya tidak dapat memberikan hasil yang akurat sepenuhnya bila dibandingkan terhadap kondisi perendaman di lingkungan laut

4 secara langsung. Oleh karena itu, diperlukan suatu penelitian yang dapat menghasilkan suatu nilai perbandingan kapasitas rekatan GFRP-S antara hasil perendaman di laut dengan kolam simulasi. Penelitian ini bertujuan menganalisis perilaku lentur balok akibat pengaruh perendaman di laut dan perendaman di kolam simulasi. Dari hasil analisis akan diperoleh suatu nilai perbandingan yang dapat digunakan untuk penelitian selanjutnya sehingga dalam penelitian selanjutnya benda uji dapat direndam secara langsung dalam kolam simulasi dengan mempertimbangkan dan menggunakan nilai perbandingan yang dihasilkan dari penelitian ini. BAHAN DAN METODE Lokasi Penelitian Lokasi penelitian untuk perendaman benda uji dalam kolam simulasi berada di Fakultas Teknik Gowa, Sulawesi Selatan sedangkan untuk lokasi perendaman di laut berada di wilayah POPSA, Makassar, Sulawesi Selatan. Lokasi perendaman di laut terletak 8 meter dari tepi jembatan di darat. Pemilihan lokasi ini didasarkan atas pertimbangan faktor keamanan benda uji dan kemudahan aksesibilitas benda uji. Pengujian benda uji dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan Fakultas Teknik Gowa sedangkan pengujian kadar klorida air laut dan beton dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik, Fakultas MIPA, Universitas Hasanuddin Makassar. Sampel dan Metode Pengujian Dalam penelitian ini digunakan total benda uji sebanyak 21 balok beton bertulang dengan dimensi 10 cm x 12 cm x 60 cm (Gambar 1). Benda uji dibuat dengan menggunakan beton ready-mix yang memiliki nilai kuat tekan f c sebesar 25 MPa. Benda uji diberikan notch atau takikan sebagai perlemahan pada sisi tengah balok untuk melokalisasi kegagalan balok terjadi pada daerah tengah. Rasio kedalaman notch terhadap tinggi dimensi balok diambil sebesar 1/6 atau 0.17 di mana batas nilai rasio yang dapat diambil berada antara 0.15 hingga 0.5. Nilai kedalaman notch sebesar 2 cm di mana tinggi dimensi balok sebesar 12 cm sehingga diperoleh perbandingan rasio sebesar 1/6 atau Selain notch, balok juga diberikan tulangan 2D1 pada sisi samping dengan kondisi terputus pada sisi tengah. Jenis GFRP yang digunakan merupakan jenis lembaran GFRP-S tipe SEH-51A produk Fyfe Co. Variabel benda uji masing-masing terdiri atas balok tanpa perendaman, balok perendaman kolam simulasi selama 1 bulan, balok perendaman laut selama bulan, balok perendaman kolam simulasi selama bulan, balok perendaman laut selama bulan, balok

5 perendaman kolam simulasi selama 6 bulan dan balok perendaman laut selama 6 bulan (Tabel 1). Spesimen balok diuji lentur menggunakan pembebanan statik hingga runtuh dengan menggunakan Tokyo Testing Machine kapasitas 1000 kn. Data-data yang diperoleh dari pengujian ini antara lain data beban, regangan beton, regangan GFRP-S dan lendutan. Seluruh pembacaan data pengujian tersambung ke data logger. Pengukuran regangan dilakukan dengan menggunakan strain gauge. Strain gauge beton ditempatkan pada tengah balok sisi atas sedangkan strain gauge GFRP-S ditempatkan pada tengah balok sisi bawah. Pengukuran lendutan dilakukan dengan menggunakan LVDT (Linear Variable Displacement Tranducer). Dua LVDT diletakkan pada tengah balok untuk mengukur nilai lendutan maksimum pada tengah bentang (Gambar 2). HASIL PENELITIAN Kadar Klorida dan ph Nilai rata-rata kadar klorida dalam air laut sebesar 18.5 mg/ml sedangkan untuk air kolam sebesar 16. mg/ml. Nilai rata-rata ph air laut sebesar 8.04 sedangkan nilai rata-rata ph air kolam sebesar 8.5. Infiltrasi klorida pada beton dinyatakan dalam persen. Nilai persen ini merupakan hasil pembagian berat klorida terhadap berat serbuk beton yang diuji. Hasil rendaman selama 1 bulan menunjukkan infiltrasi klorida pada lapisan 1 cm dari permukaan balok sebesar 0.26% untuk balok perendaman kolam dan 0.89% untuk balok perendaman laut. Pada lapisan 2 cm dari permukaan balok diperoleh infiltrasi klorida sebesar 0.51% untuk balok perendaman laut dan 0.10% untuk balok perendaman kolam. Pada lapisan cm dari permukaan balok diperoleh infiltrasi klorida sebesar 0.09% untuk balok perendaman laut dan 0.07% untuk balok perendaman kolam. Hasil rendaman selama bulan menunjukkan infiltrasi klorida pada lapisan 1 cm dari permukaan balok sebesar 0.82% untuk balok perendaman kolam dan 0.92% untuk balok perendaman laut. Pada lapisan 2 cm dari permukaan balok diperoleh infiltrasi klorida sebesar 0.67% untuk balok perendaman laut dan 0.15% untuk balok perendaman kolam. Pada lapisan cm dari permukaan balok diperoleh infiltrasi klorida sebesar 0.1% untuk balok perendaman laut dan 0.0% untuk balok perendaman kolam. Hasil rendaman selama 6 bulan menunjukkan infiltrasi klorida pada lapisan 1 cm dari permukaan balok sebesar 0.64% untuk balok perendaman kolam dan 0.75% untuk balok perendaman laut. Pada lapisan 2 cm dari permukaan balok diperoleh infiltrasi klorida sebesar 0.54% untuk balok perendaman laut dan 0.58% untuk balok perendaman kolam. Pada lapisan

6 cm dari permukaan balok diperoleh infiltrasi klorida sebesar 0.5% untuk balok perendaman laut dan 0.57% untuk balok perendaman kolam. Karakteristik Bahan Pengujian karakteristik bahan meliputi pengujian kuat tekan beton, modulus keruntuhan beton, modulus elastisitas beton, kuat tarik tulangan dan modulus elastisitas tulangan. Nilai karakteristik GFRP-S sendiri diperoleh dari nilai pengujian yang telah dilakukan oleh Fyfe.co. Jenis GFRP-S yang digunakan yaitu tipe SEH-51A dengan ketebalan per lembar 1. mm. Modulus tarik GFRP-S sebesar GPa dan kuat tariknya sebesar 460 MPa. Berdasarkan hasil pengujian karakteristik bahan diperoleh nilai kuat tekan beton sebesar MPa sedangkan nilai modulus elastisitasnya sebesar 2.8 GPa. Nilai modulus keruntuhan beton diperoleh sebesar.4 MPa. Nilai kuat tarik tulangan dan kuat tarik putus diperoleh sebesar 47.0 MPa dan MPa. Modulus elastisitas tulangan sebesar GPa. Kapasitas Beban, Lendutan dan Faktor Koreksi Dari hasil pengujian lentur balok diperoleh beban ultimit rata-rata sebesar kn, kn dan kn secara berurutan untuk balok tanpa perendaman, balok perendaman 1 bulan di kolam dan balok perendaman 1 bulan di laut. Beban ultimit rata-rata untuk balok perendaman bulan sebesar kn dan 2.74 kn secara berurutan untuk perendaman di kolam dan perendaman di laut. Beban ultimit rata-rata untuk balok perendaman 6 bulan sebesar 26.4 kn dan kn secara berurutan untuk balok perendaman di kolam dan balok perendaman di laut (Tabel 2). Lendutan pada kondisi beban ultimit sebesar 1.95 mm untuk balok tanpa perendaman. Lendutan pada kondisi beban ultimit sebesar 1.86 mm, 2.00 mm dan 1.86 mm secara berurutan untuk balok dengan perendaman selama 1 bulan, bulan dan 6 bulan di kolam. Lendutan pada beban ultimit untuk balok perendaman di laut sebesar 1.58 mm, 1.57 mm dan 1.62 mm secara berurutan untuk lama perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan (Tabel 2). Faktor koreksi beban ultimit balok perendaman laut terhadap balok perendaman kolam sebesar 0.92, 0.89 dan 0.87 secara berurutan untuk lama perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan (Gambar ). Kapasitas Rekatan Nilai kapasitas rekatan ultimit rata-rata untuk balok tanpa perendaman sebesar 24.6 kn. Nilai kapasitas rekatan ultimit rata-rata sebesar kn, kn dan kn secara berurutan untuk balok dengan perendaman selama 1 bulan, bulan dan 6 bulan di kolam. Nilai kapasitas rekatan ultimit rata-rata untuk balok perendaman di laut diperoleh sebesar

7 2.61 kn, kn dan kn secara berurutan untuk lama perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan (Tabel 2). Regangan Nilai regangan yang diuraikan merupakan nilai regangan pada kondisi pembebanan ultimit. Regangan beton yang diperoleh merupakan regangan tekan pada lokasi penempatan strain gauge beton (Gambar 2). Regangan tekan beton yang terjadi sebesar 166 x 10-6 untuk balok tanpa perendaman. Regangan tekan beton sebesar 166 x 10-6, 109 x 10-6 dan 15 x 10-6 secara berurutan untuk perendaman di kolam selama 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Regangan tekan beton sebesar 1068 x 10-6, 117 x 10-6, dan 121 x 10-6 secara berurutan untuk perendaman di laut selama 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Regangan GFRP-S yang diperoleh merupakan regangan tarik pada lokasi penempatan strain gauge GFRP-S (Gambar 2). Regangan tarik GFRP-S yang terjadi sebesar 085 x 10-6 untuk balok tanpa perendaman. Regangan tarik GFRP-S sebesar 082 x 10-6, 262 x 10-6 dan 287 x 10-6 secara berurutan untuk perendaman di kolam selama 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Regangan tarik GFRP-S sebesar 2400 x 10-6, 2990 x 10-6 dan 2799 x 10-6 secara berurutan untuk perendaman di laut selama 1 bulan, bulan dan 6 bulan (Tabel 2). PEMBAHASAN Penelitian ini menunjukkan bahwa kapasitas beban balok dan kapasitas rekatan GFRP- S mengalami penurunan dipengaruhi oleh persentase klorida pada beton yang semakin meningkat seiring dengan meningkatnya lama perendaman. Kapasitas beban balok dan kapasitas rekatan GFRP-S pada perendaman di kolam lebih besar bila dibandingkan dengan perendaman di laut. Hal ini kembali dapat dikaitkan dengan kadar klorida air kolam simulasi yang lebih kecil bila dibandingkan dengan kondisi laut sebenarnya sehingga infiltrasi klorida balok perendaman di kolam lebih kecil dan mempengaruhi hasil kapasitas beban pada balok menjadi lebih besar. Terlihat juga bahwa perubahan kadar klorida air di kolam simulasi dipengaruhi oleh adanya faktor penguapan air. Namun air di laut tidak terlalu dipengaruhi oleh faktor penguapan disebabkan karena siklus hidrologi yang secara natural terjadi pada air di laut, berbeda halnya dengan air di kolam simulasi. Siklus hidrologi yang natural pada air di laut menyebabkan fluktuasi perubahan volume air tidak terlalu signifikan dan berdampak pada kadar klorida air di laut yang hampir selalu stabil. Sementara perubahan kadar klorida air di kolam simulasi dipengaruhi oleh perubahan volume air akibat faktor cuaca.

8 Selain kadar klorida, terlihat pula bahwa nilai ph air kolam dan air laut berada di atas 7 menunjukkan air di laut dan air di kolam bersifat basa. Sifat basa dinyatakan dengan nilai ph di atas 7 sedangkan sifat asam dinyatakan dengan nilai ph di bawah 7. Kadar klorida berbanding terbalik dengan nilai ph terlihat dari nilai ph air kolam yang lebih besar dari air laut. Sementara itu persentase infiltrasi klorida pada beton menurun seiring dengan peningkatan lapisan yang ditinjau terhadap sisi permukaan beton. Hal ini menunjukkan bahwa infiltrasi klorida terbesar terjadi pada sisi yang lebih dekat ke permukaan atau pada lapisan 1 cm dari permukaan. Kadar klorida air yang lebih tinggi juga menyebabkan persentase infiltrasi klorida pada beton juga semakin besar, terlihat dari persentase infiltrasi klorida yang lebih besar pada perendaman di laut bila dibandingkan dengan di kolam. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diberikan beberapa kesimpulan sebagai berikut. Kapasitas beban balok perendaman laut lebih kecil daripada balok perendaman kolam dengan persentase selisih sebesar 8.48%, 12.47% dan 14.95% secara berurutan untuk lama perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Nilai kapasitas rekatan balok perendaman laut juga lebih kecil bila dibandingkan dengan balok perendaman kolam. Persentase selisih kapasitas rekatan antara balok perendaman kolam dengan balok perendaman laut sebesar 8.10%, 14.4% dan 15.8% secara berurutan untuk lama perendaman 1 bulan, bulan dan 6 bulan. Rasio faktor koreksi beban (y) terhadap waktu perendaman yang dinyatakan dalam bulan (x) menunjukkan pola kecenderungan garis logaritmik dengan persamaan y = -0.0ln(x) Saran yang dapat diberikan antara lain perlu dipertimbangkan nilai faktor koreksi pengaruh rendaman air laut untuk validasi data jangka panjang. Selain itu perlu dipertimbangkan pula penggunaan variasi benda uji yang berbeda dan jumlah benda uji yang lebih banyak. UCAPAN TERIMA KASIH Dalam kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada PT. Graha Citra Anugerah Lestari atas bantuan berupa sumbangan GFRP-S tipe SEH-51A pada penelitian ini. Tak lupa pula ucapan terima kasih diberikan kepada semua pihak yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

9 DAFTAR PUSTAKA ACI Committee 440.2R-08. (2008). Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP System for Strengthening Concrete Structures. USA: Farmington Hills. Alami, F. (2010). Perkuatan Lentur Balok Beton Bertulang dengan Glass Fiber Reinforced Polymer. Seminar dan Pameran HAKI 2010: Armitha, F.L. (201). Pengaruh Jangka Panjang Lingkungan Laut Tropis terhadap Efektifitas GFRP-S sebagai Bahan Penguat Elemen Lentur. Jurnal Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil UNHAS 201. Djamaluddin, R., Akkas, M. and Hasanuddin, H.A. (2011). Debonding Behavior of GFRP Sheet Reinforced Concrete. EACEF 201: SC-16. Guo, Z.G., Cao, S.Y., Sun, W.M. and Lin, X.Y. (2005). Experimental Study on Bond Stress- Slip Behaviour Between FRP Sheets and Concrete. BBFS 2005: Lu, X.Z., Teng, J.G., Ye, L.P. and Jiang, J.J. (2007). Intermediate Crack Debonding in FRP- Strengthened RC Beams. ASCE 2007: Musdalifah. (201). Pengaruh Jangka Panjang Lingkungan Laut Tropis Terhadap Kuat Tekan dan Modulus Elastisitas pada Kolom Silindris Terkekang GFRP. Jurnal Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil UNHAS 201. Smith, S.T. and Gravina, R.J. (2005). Critical Debonding Length in FRP Flexurally Strengthened RC Members. BBFS 2005: Teng, J.G. and Chen, J.F. (2007). Debonding Failures of RC Beams Strengthened with Externally Bonded FRP Reinforcement. APFIS 2007: -42. Tjiudiningrat, N.T. (2012). Studi Pengaruh Air Laut Terhadap Efektifitas GFRP Sheet Sebagai Bahan Penguat Elemen Lentur. Jurnal Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil UNHAS 2012.

10 LAMPIRAN Tabel 1. Variabel benda uji Lokasi rendaman Tidak direndam Lama rendaman 0 bulan Jumlah benda uji Kolam 1 bulan Laut Kolam bulan Laut Kolam 6 bulan Laut Total = 21 Tabel 2. Hasil pengujian Lama rendaman Lokasi rendaman Regangan Regangan Kapasitas Beban Lendutan beton GFRP-S rekatan P ult Δ ε (kn) (mm) c ε f T u (x 10-6 ) (x 10-6 ) (kn) Tidak direndam Tidak direndam bulan Kolam Laut bulan Kolam Laut bulan Kolam Laut Gambar 1. Model benda uji Gambar 2. Model persiapan pengujian

11 2,00 P laut /P kolam 1,50 1,00 0,50 y = -0,0ln(x) + 0,92 R² = 0,998 0, Waktu (bulan) Gambar. Faktor koreksi rendaman di laut dan rendaman di kolam