Jurnal Teknologi, ol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68 ERILAKU KEHANCURAN GESER BALOK BETON BERTULANG AKIBAT EMASANGAN CARBON FIBRE SHEET () DENGAN OLA ASANG MIRING DI SISI LUAR Anwar*dan Yasril Jurusan Teknik Sipil oliteknik Negeri Lhokseumawe Jl. B. Aceh Medan Km 280 Buketrata, O Box 90, Lhokseumawe 24301 *E-mail: t.anwarabdurrahman@yahoo.com Abstract This study aimed to determine the effect of the use of carbon fiber sheet () with mounting patterns skewed pattern of shear behavior in reinforced concrete beams. Specimens were the object of this study is cross-sectional reinforced concrete beams measuring 20 cm x 30 cm x 200 cm with the addition of carbon fiber sheet slanting pattern on the outside. Beam specimen is 3 pieces divided into 3 types: type I specimens without reinforcement, type II specimen with reinforcement 2 strips with a strip width of 5 cm with mounting angle 90 o, and type III with reinforcement strip with a width of 2 strip with of 5 cm and the mounting angle 45 o. Shear testing is done by putting the beam on the second pedestal to pedestal 200 cm spacing were 2 pieces symmetrical concentrated loads to the distance between the weight 40 cm. The results showed the addition of can increase shear capacity. Increasing the capacity of shear reinforcement beam with 2 strips 2 strips angles 90 o and 45 o to the beam without carbon fiber reinforcement sheet is respectively 36.5% and 60.6%. In this study, the addition of to minimize deflection and increases the stiffness of the beam. Key words : Carbon fibre sheet, increased, shear strength, load, deflection. ENDAHULUAN Kerusakan akibat geser pada stuktur dapat ditimbulkan akibat beberapa hal, yaitu pemakaian material tidak memenuhi syarat seperti yang telah ditetapkan, terjadinya kesalahan pelaksanaan di lapangan, terlampauinya beban diluar dugaan perencanaan. [1,2]. Untuk mengatasi masalah tersebut Carbon Fiber Sheet () merupakan solusi paling efektif dalam meningkatkan atau mengembalikan kekuatan struktur, maka oleh sebab itu material ini menjadi objek yang menarik untuk diteliti mengingat tingginya biaya yang diperlukan untuk membangun sebuah bangunan baru. Carbon Fiber Sheet ini merupakan unsur polymer nonlogam yang memiliki sifat mekanik yang tahan lama dan bersifat ringan, sehingga ini juga sering dianggap sebagai material tulangan eksternal untuk beton bertulang [3,4]. Dalam penelitian ini direncanakan perkuatan balok beton bertulang dengan menggunakan Carbon Fiber Sheet () sebagai material tambahan guna memperkuat kapasitas geser pada balok. Material ini dipilih dengan beberapa alasan tertentu yaitu material ini lebih ringan dan mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi bila dibandingkan dengan baja dimana kuat tarik rata-rata ini mencapai 5 x kuat luluh baja. Metode perkuatan dengan menggunakan ini mudah dipasang bila dibandingkan dengan metode perkuatan lain seperti metode jacketing. METODE ada penelitian ini dilakukan berbagai tahapan penelitian, mulai dari persiapan benda uji, pengujian benda uji serta pengolahan data hasil pengujian. ersiapan benda uji meliputi data perencanaan balok, pemeriksaan sifat-sifat fisis agregat, pemeriksaan kandungan bahan organik dalam agregat, pemeriksaan air untuk campuran beton, perencanaan campuran beton dan pengujian kuat tekan beton serta pengujian kuat tarik baja [5]. Data perencanaan balok dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini: 62
erilaku Kehancuran Geser Balok Beton Bertulang (T. Anwar dan Yasril) Tabel 1: erencanaan Balok Uji MutuBeton (f'c) s Rencana c Rencana cfs encana lenturrencana TipeBalok Ma Ton Ton Ton Ton T-S 33.17 4.823 4.565 36.48 T-S1 32.83 4.823 4.565 15.16 36.48 T-S2 30.36 4.823 4.565 21.41 36.48 arameter yang diukur pada penelitian ini adalah lendutan (deflection), untuk menngukur lendutan/defleksi ini digunakan dial gauge, sedangkan untuk mengukur. a regangan digunakan strain gauge [6]. Alat yang digunakan untuk mengukur difleksi atau displacement adalah LDT (Linear ariable Displacement..Transuders. 8 mm 16 mm 300 mm 12.5 cm 15 cm 8 cm 200 mm 10 Strain Gauges Gambar 3.1 (a) pemasangan tulangan pada benda uji (S-1) 10 5 a 40 cm 80 cm 300 mm 90 5 cm 35 cm 15 cm 200 mm 200 cm Gambar 3.1 (b) pemasangan pada benda uji TS-1 a 40 cm 80 cm 10 cm 300 mm 50 cm 5 cm 200 cm Gambar 3.1 (c) pemasangan pada benda uji TS-2 200 mm Gambar 1 : Metode engujian Balok Benda uji yang dibuat berjumlah 3 buah balok beton bertulang dengan ukuran 20 cm x 30 cm x 200 cm, serta 15 buah selinder standar dengan tinggi 30 cm dan diameter 15 cm sebagai benda uji kontrol, penempatan benda uji seperti diperlihatkan pada Gambar 1. ariabel benda uji adalah penggunaan carbon fiber sheet. erencanaan benda uji selengkapnya diperlihatkan pada Tabel 2. 63
Jurnal Teknologi, ol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68 Tabel 2. erencanaan emasangan dan Sudut emasangannya Jumlah strip JarakSengkang Lebar per No Benda Uji RasioLuasTulanganLentur dansudut (cm) strip (cm) 1 S-1 0,030144 d/2 = 12,5 0 0 2 TS-1 0,030144 d/2 = 12,5 2 strip 90 0 5 3 TS-2 0,030144 d/2 = 12,5 2 strip 45 0 5 HASIL DAN EMBAHASAN Benda uji S-1, merupakan balok pembanding tanpa perkuatan. ada balok ini tidak diberi perkuatan sebagai bahan penguat, tetapi hanya untuk melakukan kontrol terhadap geser dan lentur yang akan terjadi. Hasilnya dapat dibandingkan dengan benda uji yang diperkuat. Balok ini diuji dengan beban bertahap dengan peningkatan beban tiap-tiap 1 ton. Setelah dilakukan pengujian didapatkan kondisi balok mengalami kegagalan geser pada beban 20 ton dan ditutup dengan kegagalan tekan geser (Shear Compresion Failure). Gambar 2. Foto Hasil engujian Balok S-1 memperlihatkan pola rekatnya ola retak yang terjadi adalah dimulai dengan adanya retak kecil pada daerah lentur dan retak ini terjadi pada pada beban 8 ton, karena daerah lentur diperkuat, retak beralih kedaerah geser pada beban 10 ton, kemudian retak geser terus menyebar sampai pada beban 18 ton. ada saat bersamaan retak juga terjadi pada daerah lentur dan beban geser terus naik hingga 23 ton sehingga daerah geser mengalami kegagalan yang disebabkan pecahnya blok tekan beton sehingga benda uji mengalami kegagalan tekan geser. Hasil pengujian balok S-1 diperlihatkan pada Gambar 2. Benda uji TS-1 merupakan balok yang diperkuat dengan menggunakan Carbon FiberSheet sebagai bahan penguat daerah geser, balok ini juga mengikuti penulangan balok S-1 tanpa perkuatan. Setelah, balok mengalami kehancuran geser dengan keruntuhan tekan geser (shear compression failure). ola retak yang terjadi dimulai dengan adanya retak kecil pada daerah lentur dan pada bentang geser pada beban 10 ton, kemudian beralih kedaerah lentur di tengah bentang pada beban mencapai 12 ton. Retak pada daerah lentur terus menyebar sesuai dengan penambahan beban hingga mencapai 30 ton. ada beban 12 ton selain retak lentur juga terjadi retak geser hingga balok ini mengalami kegagalan geser pada beban 30 ton. ada beban 28 hingga 30 ton retak mengarah ke daerah blok tekan beton hingga mencapai kegagalan tekan geser pada beban maksimum 30 ton, sementara masih belum mencapai kegagalan.dengan demikian balok mengalami kegagalan geser dengan tipe kegagalan Shear CompresionFailure dengan kondisi yang masih utuh (tidak terkelupas). Foto hasil pengujian balok TS-1 dapat dilihat pada Gambar 3. 64
erilaku Kehancuran Geser Balok Beton Bertulang (T. Anwar dan Yasril) Gambar 3. Foto Hasil engujian Balok T-S1 dn ola Kehancurannya Benda uji TS-2 merupakan balok diperkuat yang diuji berdasarkan acuan balok tanpa perkuatan. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa pola retak yang terjadi adalah mngikuti interval-interval pembebanan. Retak awal yang terjadi adalah retak halus pada interval beban 7 ton-10 ton dan hanya terjadi pada daerah lentur saja. Kemudian pada pembebanan selanjutnya retak halus terus menyebar pada daerah lentur murni dan menjalar pada daerah geser yang tidak dipasang.sedangkan pada daerah geser yang dipasang retak sama sekali belum muncul, kondisi ini terjadi pada interval beban 11-20 ton. ada tingkatan beban selanjutnya retak mulai muncul pada daerah yang dipasang. Retak yang terjadi terus terkonsentrasi pada daerah ini hingga mencapai beban maksimum 32 ton, pada daerah ini mengalami tarik yang cukup kuat sehingga menyebabkan satu strip mencapai kegagalan pada beban 30 ton. Dapat disimpulkan bahwa balok TS-2 mengalami kegagalan geser pada beban 32 ton. Kegagalan ini terjadi akibat hancurnya blok tekan beton pada beban 32 ton, sedangkan lentur masih cukup kuat. Berdasarkan perencanaan, kuat lentur balok adalah 36 ton dan pada balok ini bekerja maksimum hingga mencapai kondisi maksimum dalam membantu tulangan geser. Foto hasil pengujian balok TS-2 dapat diperlihatkan pada Gambar 4. Gambar 4. Foto Hasil engujian Balok T-S2 Setelah dilakukan pengujian didapatkan variasi peningkatan kapasitas geser pada setiap benda uji, balok yang mengalami peningkatan kapasitas geser hanya balok yang diperkuat dengan yaitu balok TS-1, dan TS-2. Sedangkan balok normal S-1 hanya digunakan sebagai pembanding. eningkatan tersebut dapat diperlihatkan pada Tabel 3. Dari hasil perhitungan Tabel 3 dapat diperhatikan bahwa balok dengan perkuatan Carbon Fiber Sheet 2 strip dengan sudut 45 o (TS-2) pertambahan kekuatan geser mencapai 60,62%. Nilai peningkatan kapasitas ini lebih besar bila dibandingkan dengan balok dengan perkuatan 2 strip dengan sudut 90 o (TS- 1) yang peningkatannya hanya mencapai 36,54%. Hal ini disebabkan pada balok TS-2 Carbon Fiber Sheet bekerja maksimal melawan gaya geser dimana Carbon Fiber Sheet nya bekerja sejajar serat dengan arah gaya geser, sedangkan pada pemasangan dengan sudut 90 o Carbon Fiber Sheet tidak bekerja efektif karena gaya geser hanya memotong bagian Carbon Fiber Sheet tertentu saja. 65
Jurnal Teknologi, ol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68 Tabel 3. ersentase ertambahan Kekuatan pada emasangan erkuatan 2 Strip. Benda Uji No u exp (ton) δ max (mm) Hasil enelitian max (ton) cf exp (ton) esentase ertambahan Kekuatan (%) S-1 10.671 8.450 21.3428 0.000 0.000 Mode Hancur Fiber TS-1 14.571 8.570 29.141 3.899 36,54 Utuh TS-2 17.141 8.135 34.2810 6.469 60,62 utus Untuk lebih jelasnya perbandingan persentase pertambahan kekuatan geser balok yang mengalami perkuatan yaitu TS-1 (2 strip 90 0 ) dan TS-2 (2 strip 45 0 ) dengan balok tanpa perkuatan S-1 dapat dilihat pada Gambar 5 berikut ini. Gambar 5. erbandingan ersentase ertambahan Beban Geser u ada Balok yang diperkuat dan Balok Tanpa erkuatan Berdasarkan hasil penelitian didapatkan beban geser experimen (uexp) dan nantinya dapat dihubungkan dengan nilai kekuatan geser (u) secara teoritis. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada balok TS- 1 kapasitas geser yang mampu disumbangkan oleh Carbon Fiber Sheet adalah 3.899 ton hingga mencapai beban ultimit, seperti pada Gambar 6. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan beban geser experimen (uexp) dan nantinya dapat dihubungkan dengan nilai kekuatan geser (u) secara teoritis. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada balok TS-2 kapasitas geser yang mampu disumbangkan oleh Carbon Fiber Sheet adalah 5,271 ton hingga mencapai beban ultimit. Kontribusi kekuatan tiga elemen terhadap geser yang masing-masing disumbangkan oleh beton, baja dan pada balok balok TS-2 dapat dilihat pada Gambar 7, dan hasil perhitungannya dapat dilihat pada Tabel 4. Gambar 6. Kontribusi Beban oleh Beton, Baja, dan Balok TS-1 66
Beban (Ton) Beban (Ton) erilaku Kehancuran Geser Balok Beton Bertulang (T. Anwar dan Yasril) perkuatan carbon fiber sheet 2 strip sudut 90 0, dan carbon fiber sheet 2 strip dengan sudut 45 0 carbon dapat dilihat pada Gambar 8. S-1 TS-1 TS-2 Gambar 7. Kontribusi Beban Oleh Beton, Baja, dan Balok TS-2 Hubungan antara beban dan lendutan untuk masing-masing balok beton bertulang tanpa perkuatan carbon fiber sheet, dengan Lendutan (Cm) Gambar 8. Hubungan Beban dan Lendutan Gabungan Balok S-1, TS-1, dan TS-2 Benda Uji No Tabel 4. Kontribusi cfs berdasarkan hasil teoritis dan Eksperimen U exp (ton) Hasil erhitungan S Cal (ton) C Cal cfs S-1 10.671 4.800 4.500 0.000 TS-1 14.571 4.800 4.500 5.271 TS-2 17.141 4.800 4.500 7.841 Berdasarkan grafik pada Gambar 8 dapat diperhatikan bahwa lendutan yang terjadi pada balok tanpa perkuatan dengan balok yang di perkuat relatif sama, tetapi beban yang mampu ditahan oleh balok dengan perkuatan jauh lebih meningkat bila dibandingkan balok tanpa perkuatan. Jadi dapat disimpulkan bahwa penggunaan mampu menurunkan lendutan yang terjadi pada balok, dan pemasangan pada balok dengan sudut 45 0 akan menimbulkan lendutan yang lebih kecil bila dibandingkan dengan balok yang nya dipasang dengan sudut 90 0. Gambar 9 menunjukkan bahwa penambahan Carbon Fiber Sheet dengan sudut 45 0 mampu meningkatkan kekakuan lebih besar bila dibandingkan penambahan Carbon Fiber Sheet dengan sudut 90 0. S-1 TS-1 TS-2 Angka Kekakuan (EI) Gambar 9. Hubungan Beban dan Kekakuan (EI) pada Tiap-tiap Balok. 67
Jurnal Teknologi, ol. 12, No. 2, Oktober 2012 : 62-68 KESIMULAN Berdasarkan hasil penelitian pengaruh panambahan carbon fiber sheet terhadap perilaku lentur balok beton bertulang dapat diambil beberapa kesimpulan bahwa penggunaan Carbon Fiber Sheet mampu meningkatkan kapasitas geser pada balok beton bertulang. ada saat balok mencapai beban maksimum kapasitas geser balok TS-1, dan TS-2 terjadi peningkatan geser masing-masing sebesar 3,899 ton (36,54%), dan 6,469 ton (60,62%) bila dibandingkan dengan balok tanpa perkuatan. enambahan carbon fiber sheet mampu menurunkan lendutan yang terjadi pada balok, dengan cara pemasangan 45 0 akan mampu menimbulkan lendutan yang lebih kecil dibandingkan pemasangan dengan sudut 90 0. enambahan carbon fiber sheet mampu meningkatkan kekakuan balok. dengan cara pemasangan 45 0 akan mampu meningkatkan kekakuan yang lebih besar dibandingkan pemasangan dengan sudut 90 0. DAFTAR USTAKA [1] Abdullah, 2004. Retrofitting Existing R/C Structures and Repair Materials, Seminar Sehari. Department of Civil Engineering Syiah Kuala University, Darussalam Banda Aceh. [2] Anwar, A.R, T., 2007. Analisa erilaku Geser ada Beton yang Menggunakan Carbon Fiber Sheet Untuk erbaikan Beton Struktur, Universitas Syiah Kuala, rogram Magister Teknik Sipil, Darussalam Banda Aceh. [3] ACI Committee 440, 1997. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FR Systems for Strengthening Concrete Structures, ACI 440.2R-02, Michigan. [4] Miyauchi, K., dkk, 1997. Shear Behavior of Reinforced Concrete Beam Strengthening with CFR Sheet, Transactions of The Japan Concrete Institute, ol. 19, Japan. [5] Hong Jin H.E., dkk, 1997. Strengthening of Reinforced Concrete Beams With CFR lates, roceedings of the Third Internasional Symposium (FRRCS-3), Japan Concrete Institute, olume 1, Sapporo Japan. [6] Li, Y. F., dkk, 1998. A erification Test for RC Beams Repaired by CFR Composite Materials, The Sixth East Asia- acific Conference on Structural Engineering and Construction, January 14-16, 1998, Taipei, Taiwan. 68