1.1 Latar Belakang Masalah BAB I PENDAHULUAN Kayu merupakan material struktural dan banyak disediakan oleh alam dan diminati di beberapa daerah di Indonesia. Material utama pada bangunan tradisional Indonesia mayoritas adalah kayu. Peminat kayu pada dunia konstruksi meningkat dalam beberapa dekade terakhir, dari sisi arsitektur dinilai indah, mewah, penuh seni, dan nyaman sebagai tempat tinggal. Kerusakan konstruksi kayu disebabkan oleh beberapa penyebab, diantaranya adalah cendawan/ jamur, bakteri, serangga pengerek (rayap), dan pengausan mekanis. Masyarakat Indonesia, dinilai konsumtif dalam pemeliharaan struktur kayu. Perbaikan dan perkuatan struktur kayu dengan mengganti dinilai tidak ekonomis, tidak praktis, lama untuk dikerjakan, dan tidak efektif karena kualitas material pengganti belum tentu akan lebih baik dari sebelumnya, sehingga diperlukan teknik khusus untuk penyelesaian masalah tersebut. Penggunaan material komposit Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) dan punched metal plate atau NailPlate (NP) pada balok kayu struktural direkomedasikan sebagai bahan perbaikan dan perkuatan kayu struktural. Sifat dan bentuk fisik CFRP adalah ringan, memiliki kekuatan struktur baik, Modulus of Elastisitas (MoE) mendekati baja, dan lentur namun menjadi sangat kaku ketika diberi perekat epoxi. NP dibuat dari plat baja ringan berduri/berpaku akibat di Punch. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apakah kuat lentur balok dipengaruhi oleh panjang lekatan CFRP pada tension? 2. Berapa panjang efektif dan efisien lekatan CFRP, untuk mengembalikan (kuat lentur) balok kepada kondisi sebelum retak/gagal. 3. Apakah perkuatan balok kayu menggunakan NP lebih efektif dibandingkan CFRP? 1
2 1.3 Tujuan Penelitian 1. Mengetahui pengaruh perkuatan CFRP dan NP, terhadap beban (P), momen (M), kekakuan (EI) dan lendutan (δ) pada benda uji. 2. Mengetahui mode kegagalan pada balok kayu dengan artificial crack tanpa perbaikan dan perkuatan, dan setelah diperkuat CFRP dan NP. 1.4 Batasan Masalah Yang menjadi batasan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Kayu Meranti (shorea ap) digunakan sebagai benda uji (kerapatan 696,26 kg/m3 dan kadar air 17%) penampang 55mm x 95 mm x 2000mm. Artificial crack dibuat pada jarak 900 mm (sedalam 25 mm dan lebar 2 mm) dari tumpuan, digergaji, sebagai bentuk penyederhanaan kerusakan kayu, yang disebabkan oleh decay. Perbaikan dan perkuatan diberikan pada tensile side balok kayu. 2. CFRP type SCH-11 (tensile strength = 3,79 GPa, tensile modulus = 230 GPa, and Ultimate elongation break 1.7%) yang disponsori oleh PT.Fyfe Fibrwrap Indonesia digunakan sebagai material perkuatan. Material kedua yang digunakan sebagai pembandingnya adalah NP 3. Sepuluh benda uji dikelompokkan menjadi 4, sebagai berikut: a. Kelompok A : 1 balok kayu dengan artificial crack dan tidak diperkuat. b. Kelompok B : 3 balok kayu diperkuat CFRP pada tensile side. c. Kelompok C : 3 balok kayu diperkuat CFRP pada tensile side dan sisi kanan-kiri balok setinggi retak. d. Kelompok D : 3 benda uji balok diperkuat NP e. Bentang lekatan CFRP pada benda uji Kelompok B dan C masing-masing 0,33L; 0,5L; dan 1,0L (Jarak tumpuan (L) = 1800 mm). 4. Pengujian balok (kayu komposit) dengan four point bending flexural test (ASTM, D198-15), yaitu diletakkan pada tumpuan dan dibebani 2 beban terpusat, 600 mm ditengah bentang. 2 LVDT diletakkan sejajar beban (masing-masing 600 mm dari support) dan 1 LVDT ditengah bentang balok (900 mm dari support).
3 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dilakukannya penelitian ini adalah : 1. Sebagai pengetahuan kepada pembaca, bagaimana cara mengaplikasikan material komposit, sebagai perkuatan pada balok kayu struktural dengan kerusakan lokal. 2. Mengetahui bentuk kegagalan pada balok kayu dengan perkuatan CFRP dan NP ketika dibebani secara terus menerus dengan kecepatan yang konstan. 3. Membantu pembaca untuk mengetahui, bagaimana cara untuk mengoptimasikan penggunaan CFRP sebagai material komposit pada perbaikan dan perkuatan struktur balok kayu. 1.6 Keaslian Penelitian 1.6.1 Penelitian menggunakan FRP Penelitian mengenai perbaikan dan perkuatan balok kayu menggunakan FRP sebelumnya sudah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti dan diaplikasikan langsung dalam konstruksi kayu oleh beberapa pelaksana konstruksi. Dalam tulisan jurnal oleh Genstile, et al., (2000), GFRP digunakan sebagai perkuatan jembatan kayu pada tensile side dan diuji dengan metode four point bending. 5 LVDT dipasang pada balok kayu dan hasil pengujian ditunjukkan dengan meningkatnya kekuatan lentur (Fb) sebesar 25% hingga 50%. Pada jurnal Cruz, et al., (2001), FRP digunakan sebagai perkuatan pada panel dinding batu dan memberikan hasil menjanjikan dan berpotensi baik jika dikerjakan in-situ untuk pasangan bata. Perbaikan dan perkuatan FRP mampu meningkatkan kekuatan dinding panel sebesar 73% hingga 127% dari kekuatan awal dinding panel, dan peningkatan daktalitas antara 158% hingga 316% dari deformasi maksimum pengujian diagonal. Perkuatan pada balok kayu menggunakan GFRP dalam jurnal Gentile, et al., 2002) dibagi menjadi 2 skala pengujian. 22 spesimen dengan skala setengah dan 4 balok kayu dengan skala penuh, diuji lentur dan persentase rasio perkuatan terhadap balok adalah 0,27% s/d 0,82 %. Kegagalan pada benda uji berubah dari
4 kegagalan brittle menjadi gagal compression, dan kuat lentur (Fb) meningkat dari 18% hingga 46%. Perkuatan pada balok kayu menggunakan CFRP (Buell, et al., 2005) diuji mengikuti standar tes (ASTM, D198-15), dengan 3 variasi model lekatan dan diuji geser, terbukti mampu meningkatkan kekuatan geser 68%, dari pada tanpa perkuatan. Daktalitas lendutan balok kayu meningkat sebesar 29%-40% dibandingkan terhadap balok tanpa perkuatan. Penelitian perkuatan sambungan baut menggunakan konektor plat metal dari Pryda (Awaludin, et al., 2005), diperkuat sekitar 50 70 % dari ultimate strength, terlihat bahwa penambahan pelat metal dari Pryda mampu meningkatkan kekuatan ultimate dari sambungan baut secara signifikan. Peningkatan kekuatan ultimate lebih tinggi pada sambungan baut, yang diperkuat 75% dibandingkan 50% pada sambungan baut. Fiber digunakan sebagai material perkuatan kayu laminasi (Andre, 2006). Sifat dari beberapa serat alam (bambu, rami, kapas, woll, dll) menjanjikan jika digunakan sebagai alternatif dari serat kaca perkuatan pada beberapa aplikasi. Efektifitas FRP sebagai perkuatan geser lentur kayu (Hay, et al., 2006) mengacu kepada konsep ramah lingkungan, murah tetapi tetap tahan lama dan diuji menggunakan balok kayu Cemara dengan penampang 100 mm x 400 mm dan panjang 3650 mm, diambil dari bagian jembatan berusia 40 tahun. Konstribusi lekatan diagonal terbukti mampu meningkatkan kekuatan balok sekitar 12% dari beban layan dan 40% dari beban ultimit. hasil ini membuktikan metoda lekatan FRP secara diagonal lebih efektif dari pada menggunakan sistem lekatan vertikal pada daerah ujung balok, yang disebut dengan daerah gagal geser. Pengaruh perkuatan fiber glass pada serat tensile balok laminasi kayu Meranti (Anshari, 2006) menggunakan 3 specimens lentur 5x5x76 cm3 mampu meningkatkan kuat lentur (Fb) laminasi balok, pada tensile side sebesar 9,52% dan 12,53%, menggunakan fiber glass di atas lapisan terbawah dibandingkan dengan tanpa perkuatan sama sekali.
5 Perkuatan lentur pada balok kayu laminasi menggunakan steel dan Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) dalam jurnal Jacob, et al. (2007) mampu meningkatkan kekakuan dari 80% hingga 107%, momen (M) balok laminasi meningkat dari 57% hingga 96% (hasil pengujian). Perkuatan FRP digunakan pada balok kayu dengan sistem lekatan luar dalam jurnal Rismunarsi (2009) dengan uji eksperimental balok. Kuat lentur meningkat dari 1,81% hingga 28,92% jika dibandingkan dengan balok kayu kruing tanpa perkuatan. Ketika diberi beban sebesar 5500 kg terjadi penurunan defleksi (δ) sebesar 1,6%, dengan perkuatan FRP pada sepertiga bentang, dan 19,9% di sepanjang bentang, dibandingkan tanpa FRP Aplikasi perbaikan dan perkuatan struktur dilakukan pada pile dermaga dengan teknik FRP-bracing, steel jacket dan fiberglass untuk meningkatkan masa layan dan mempertahankan nilai sejarah dari bangunan kayu dermaga (Jack W, et al., 2010). Performa kayu laminasi dengan perkuatan geser dan lentur menggunakan FRP dalam tulisan jurnal Gentry (2011), pada kayu laminasi dan menyatu menjadi Ply-wood-FRP. FRP juga dimasukkan kedalam lubang yang sudah dibor tegak lurus arah laminasi untuk menambahkan kuat geser laminasi balok kayu, yang disebut dengan metode pin, terbukti mampu meningkatkan kekuatan geser laminasi balok kayu dari 40% hingga 100%. Kekuatan lentur (fb) dan kekakuan (EI) pada balok kayu diperkuat menggunakan GFRP (Alhayek, et al., 2012) dan diuji dengan konfigurasi three-point-bending, dibagi menjadi 2 grup pengujian. Grup pertama, balok kayu diperkuat pada sisi tension saja terbukti mampu meningkatkan kekuatan dan kekakuan balok masingmasing sebesar 36% dan 3%. Pada Grup kedua, balok diperkuat pada tension and kompresi, kekuatan balok berhasil ditingkatkan sebesar 31% dan kekakuan 3,5% pada balok kayu. Tinjauan lentur laminasi Meranti balok kayu (Pratama, 2012) menggunakan fiber stripe, direkatkan pada lapisan paling bawah balok kayu, terbukti baik untuk
6 meningkatkan kuat lentur (ft) sebesar 448 kg/cm2. Pada pengujian lentur balok laminasi kombinasi, balok kayu mampu menerima beban maksimum sebesar 2950 kg. Daktalitas dari balok kayu dengan diperkuat FRP (Ahmad, 2013), diuji pada 5 spesimens dimensi 100 mm x 200 mm x 3000 mm dan diberi lubang-lubang kecil dengan diameter 2 mm dan berjarak 10 mm untuk meningkatkan kapasitas ikatan FRP-kayu, mampu memberikan presentase peningkatan daktalitas sebesar 37,5% dan indeks daktalitas tertinggi mengalami kenaikan sebesar 88,2%. Semua balok dalam penelitian ini tidak mengalami kegagalan karena terkelupas atau debonding, hal itu membuktikan bahwa fungsi lubang sebagai pengikat permukaan kayu dan FRP, bekerja dengan baik. 1.6.2 Penelitian menggunakan Nailplate Pengaruh jumlah Pryda Claw Nailplate dan perekat terhadap kuat lentur pada butt join dalam jurnal oleh Setyawan (2010) dengan penampang 60 x 100 x 2500 mm (balok kayu) melalui pengujian lentur (jarak tumpuan 2000 mm) menunjukkan peningkatan kuat lentur balok dari 3 jenis sambungan tegak masing-masing sebesar 82,62%, 65,18% dan 61,89% dibandingkan balok tanpa sambungan. Analisis dari perkuatan kayu menggunakan punched metal plate dalam jurnal Jacob (1999) diuji lentur (three-point-bending) menunjukkan peningkatan hasil kekuatan dan kekakuan (EI) balok 120 mm sebesar 20 hingga 30%. Tetapi, fungsi dari perkuatan tersebut tidak berpengaruh pada balok 170 mm. Dari semua penelitian sebelumnya mengenai perkuatan dan perbaikan balok kayu menggunakan CFRP dan NP, belum ada satupun penelitian menggunakan balok kayu dengan artificial crack maupun decay.