BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kolom memegang peranan penting dari suatu bangunan karena memikul beban aksial, momen lentur, dan gaya geser sehingga keruntuhan pada suatu kolom merupakan lokasi kritis yang dapat menyebabkan runtuhnya (collapse) lantai yang bersangkutan dan juga runtuh total (total collapse) seluruh struktur (Sudarmoko, 1996). Dewasa ini, banyak konstruksi bangunan dinyatakan layak untuk dihuni namun pada kenyataannya bangunan tersebut banyak kekurangan antara lain kegagalan pada perencanan, kegagalan pada saat pemasangan, keluhan terhadap ketidaknyamanan, perubahan persyaratan peraturan bangunan, pengalihan fungsi bangunan, dan kegagalan karena faktor struktur bawah. Dengan adanya perkembangan teknologi, ditemukanlah material jenis baru yang dapat memperkuat beton tanpa harus mengganti beton lama yang telah mengalami kerusakan yaitu Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). Peningkatan kekuatan tersebut dilakukan dengan penambahan CFRP jacket pada kolom yang berfungsi sebagai confinement. CFRP merupakan bahan yang sangat baik dalam penggunaannya untuk bentuk kolom. Pembebanan yang dilakukan pada kolom umumnya berada di pusat kolom (konsentrik), dimana kolom akan memberikan perlawanan karena adanya perbedaan kuat tekan. Dalam praktek perencanaannya harus diperhitungkan eksentrisitas minimum (Nawy, 1985), karena dalam praktek dilapangan 1
pembebanan sentris sangat jarang ditemukan. Kolom yang mengalami keruntuhan dikarenakan regangan beton mencapai 0,003 atau tegangan baja yang mencapai fs = fy. Asumsi yang digunakan adalah bahwa setelah lewat dari nilai regangan 0,003 ini beton mengalami retak dan pengekangan (confinement) yang diberikan oleh CFRP akan bekerja maksimal. Secara umum CFRP mempunyai fungsi antara lain adalah : meningkatkan kekuatan kompresi dari kolom sirkular, menutup kondisi kolom yang sudah mengalami retak, retak sebelum penambahan bahan cfrp tersebut, meningkatkan kekuatan geser dan kekuatan fleksural dari kolom beton serta menambah atau menggantikan penulangan yang berkurang akibat kerusakan. Penelitian yang dilakukan ini merupakan kajian eksperimental dengan pelapisan CFRP pada kolom beton bertulang terhadap variasi pembebanan. Menurut Richard Sause (2004) pelapisan dengan menggunakan CFRP dilakukan untuk memberikan kekangan terhadap terhadap bangunan tanpa secara signifikan ikut meningkatkan kekuatan lentur kolom seperti pada kekuatan awalnya. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Swammy dkk, 1979 (dalam Sudarmoko, 1990) menyimpulkan bahwa kehadiran serat (fiber) pada beton akan menaikkan kekakuan dan mengurangi lendutan (defleksi) yang terjadi. Hal tersebut juga dipertegas oleh penelitian yang menyatakan bahwa penambahan FRP akan lebih menambah daya tahan tahan perkuatan beton bertulang (Omar Chaallal dan Mohsen Shahawy, 2000). 2
Paramanantham (1993) menguji 14 balok-kolom beton diperkuat dengan serat gelas-reinforced polymer (GFRP) sebagai tulangan. Penelitian ini melaporkan bahwa serat gelas tulangan berpengaruh 20 sampai 30% dari kekuatan utama, dan sampai 70% dari kekuatan tarik spesimen. Kawaguchi (1993) menguji 12 buah beton diperkuat dengan serat aramid-reinforced polymer (AFRP) tulangan dan pembebanan dilakukan dengan eksentrisitas. Dia melaporkan bahwa kolom beton diperkuat dengan AFRP tulangan dapat dianalisis menggunakan prosedur yang sama seperti kolom beton bertulang. Ahli konstruksi Amerika pertama kali melakukan pengujian pada kolom bulat sebelum tahun 2002, namun kolom persegi belum bisa digunakan karena bentuk persegi dianggap kurang baik karena harus memperhatikan spesimen, kelancipan sudut siku, serta radius dari kelenturan spesimen pada kekangan sudut sikunya, sehingga pada tahun 2003 ahli konstruksi Eropa melakukan uji terhadap kolom persegi tersebut. Confinement (Kekangan) merupakan suatu hal yang patut menjadi pertimbangan, karena pada penelitian ini kolom yang diperkuat (dilapisi) dengan CFRP diaplikasikan pada kolom pendek. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penampang yang diberi tulangan transversal, dalam bentuk sengkang ataupun spiral, akan meningkatkan kekuatan dan daktilitas betonnya. Meskipun tidak sebaik lilitan spiral, sengkang bisa dapat memberikan peningkatan kekuatan dan daktilitas beton. (Laurentius Wahyudi, Syahril A. Rahim 1999: 189). Lebih lanjut karena kolom akan mengalami momen lentur selain pembebanan aksial (Omar Chaallal dan Mohsen Shahawy,2000). Selain itu, penelitian terbaru juga 3
Selain itu pola keruntuhan dari kolom yang diperkuat CFRP mengalami perubahan dari retak geser menjadi retak lentur. Retak-retak yang terjadi pada beton bertulang harus bisa dikendalikan dan dibatasi serta diberikan toleransi hanya sampai retak rambut (Dipohusodo, I., 1996). Sebuah kajian komprehensif dan gambaran model disajikan oleh Teng dan Lam (2004). Menurut Teng dan Lam, model tegangan-regangan yang diusulkan FRP beton terkekang dapat diklasifikasikan terutama dalam dua kategori utama: model orientasi desain dan orientasi analisis. Gambar 1.3 Tegangan-Regangan Beton Oleh CFRP Pada bagian ini hubungan tegangan dan regangan akan linier dengan kemiringan berdasarkan kekakuan CFRP. Carbon fiber diletakkan sebagai wrap pada kolom atau sebagai pembungkus yang melingkari seluruh kolom sehingga membuat kolom menjadi tertutup rapat dari bawah hingga keatas kolom. Pada area beton yang terlindungi oleh CFRP dapat bertambah kekuatan tekannya terhadap beban yang harus 5
dipikul. Dengan demikian dapat diketahui seberapa besar pengaruh dari CFRP untuk mengembalikan kekuatan dari benda uji. Rumus yang digunakan untuk perhitungan ini adalah: P n = 0,85 {0,85 f cc Ψ f (A g -A st ) + A st f y } Dimana : P n = Kapasitas beban aksial kolom f cc = Kuat tekan beton terkekang Ψ f = Faktor reduksi CFRP A g = Luas brutto benda uji A st = Luas total f y = Mutu baja Dengan adanya teknik perbaikan dengan menggunakan carbon fiber tersebut, maka akan terjadi peningkatan kapasitas kolom beton bertulang setelah perbaikan sehingga variasi pembebanan yang dilakukan dapat menunjukkan seberapa besar pengaruh carbon tersebut untuk mengembalikan kekuatan kolom seperti pada kekuatan awalnya. 1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang dan landasan teori di atas maka permasalahan yang dibahas adalah : 1. Bagaimana Perilaku kolom beton bertulang berpenampang bulat dengan penambahan carbon fiber terhadap pembebanan aksial? 6
2. Bagaimana Perilaku kolom beton bertulang berpenampang persegi dengan penambahan carbon fiber terhadap terhadap pembebanan aksial? 3. Berapa kapasitas beban aksial yang dapat ditahan oleh kolom setelah dilakukan perkuatan? 4. Bagaimana pengaruh kekangan terhadap kolom bulat dan persegi akibat tulangan transversal maupun CFRP? 5. Apakah kolom dengan perkuatan CFRP aman dan layak untuk dipakai? 1.3. Tujuan Penelitian 1. Memperoleh gambaran kekuatan kolom berbentuk bulat dan kolom berbentuk persegi yang menggunakan CFRP. 2. Melakukan perhitungan analitis kolom yang menggunakan CFRP. 3. Memperoleh gambaran tentang penambahan carbon fiber terhadap kuat tekan dan kuat tarik kolom berbentuk bulat dan kolom berbentuk persegi. 4. Mengetahui kekangan yang terjadi pada kolom melalui haisl perhitungan teoritis pada kolom berbentuk bulat dan kolom berbentuk persegi. 5. Membandingkan hasil perhitungan analitis dengan uji eksperimental. 1.4. Metode Penelitian 1. Menyediakan material yang diperlukan sebagai persyaratan test eksperimental. 2. Benda uji yang digunakan adalah benda uji kolom berpenampang bulat dan berpenampang persegi dengan penambahan carbon fiber. 3. Pekerjaan penulangan dan bekisting benda uji kolom. 4. Mix design beton dengan K-225. 7
5. Pengecoran dilakukan di Laboratorium Bahan Rekayasa Strata 1 (S 1) Teknik Sipil. 6. Pembebanan dengan Hydraulic Jack dengan umur benda uji 28 hari dilakukan di Laboratorium Bahan Rekayasa Strata 2 (S 2) Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 7. Pengamatan kondisi benda uji ketika pemberian beban. 8. Pencatatan hasil pengujian. 1.5. Batasan Masalah 1. Kolom yang digunakan adalah kolom beton bertulang berpenampang bulat dan persegi. 2. Kolom menggunakan tulangan polos,dengan jumlah tulangan longitudinal 4Ø7 mm, dan sengkang Ø5-55 mm. 3. Dimensi benda uji kolom berpenampang persegi (13,3 X13,3 X 50) cm. 4. Dimensi benda uji kolom berpenampang bulat (D= 15 cm dan t=50 cm). 5. Pengujian beton terhadap kuat tekan dan kuat tarik. 6. Pengujian benda uji terhadap beban aksial ultimate dan pengaruh kekangan terhadap kolom tak terkekang,kolom terkekang tulangan transversal dan kolom terkekang oleh CFRP 7. Beton yang digunakan adalah beton K-225. 8. Perkuatan dengan carbon fiber dilakukan 1 lapis. 9. Beban pengujian merupakan beban terpusat. 8
1.6. Mekanisme Pengujian Pelaksanaan penelitian ini dilakukan berdasarkan SNI-03-6827-2002 dan ACI 440.2R-08 1. Persiapan Bahan Bahan yang digunakan adalah semen tipe I, agregat kasar (Ømin=4,76), Agregat halus (Ømax=4,76), air bersih, carbon fiber tebal 3mm, tulangan besi, vaselin,dsb. 2. Persiapan peralatan Peralatan yang dipergunakan antara lain : Ayakan(siever), pengaduk beton (concrete mixer), cetakan benda uji, alat uji tekan, dsb. 3. Pembuatan campuran adukan beton. 4. Pembuatan cetakan benda uji kolom berbentuk bulat dan kolom berbentuk persegi. 5. Perawatan (curing) beton : setelah 24 jam cetakan dibuka, kemudian dilakukan perendaman selama 28 hari. 6. Pengujian kuat tekan beton : Benda uji diangkat dari rendaman, kemudian dianginkan atau dilap hingga kering permukaan. Menimbang dan mencatat berat sampel benda uji, kemudian diamati apakah terdapat cacat pada beton sebagai bahan laporan. Pengujian kuat tekan dengan menggunakan mesin uji tekan beton. Meletakkan sampel beton ke dalam alat penguji, lalu menghidupkan mesin dan secara perlahan alat menekan sampel beton. Mencatat hasil kuat tekan beton untuk tiap sampelnya. 9
Bab ini berisi uraian tentang kriteria kolom dengan CFRP yang akan diteliti berdasarkan referensi-referensi yang didapat oleh penulis. BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisi uraian tentang persiapan penelitian mencakup penyediaan bahan yang diperlukan untuk eksperimen dan pekerjaan pertukangan hingga pelaksanaan penelitian. BAB IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN Bab ini berisi analisa dan hasil pengujian benda uji dalam penelitian di laboratorium yaitu hasil pengujian kuat tekan kolom dengan pembebanan aksial yang diperkuat CFRP serta pembahasannya. BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dari hasil eksperimen yang dilakukan dari seluruh kegiatan tugas akhir ini dengan menitikberatkan pada perilaku struktur kolom dengan perkuatan CFRP diberi variasi pembebanan aksial. 11