1. Pendahuluan
Saat sekarang pembangunan struktur beton di daerah pantai bahkan di dalam air laut pun bukan hal yang mustahil untuk dilaksanakan. Struktur yang berada di daerah pantai yang dalam proses pembuatannya kontak dengan air laut terkadang tidak dapat dihindarkan. Struktur beton yang umumnya berada di daerah pantai sangat rawan mengalami kerusakan ataupun degradasi kekuatan akibat adanya korosi yang terjadi pada tulangan. Saat ini berkembang teknologi perkuatan dengan menggunakan material berbahan dasar fiber seperti Aramid Fiber, Glass Fiber dan Carbon Fiber. Salah satu sifat dari material fiber adalah yang tahan terhadap korosi, sehingga memungkinkan digunakan pada daerah pantai.
Pembangunan struktur beton kearah tersebut sudah banyak dilakukan sebagai contoh pembangunan dermaga, struktur pemecah gelombang (break water), tiang pancang jembatan, fondasi gedung pinggir pantai dan bangunan maritim dari segala jenis. Semua pelaksanaan itu pengerjaannya menggunakan material beton sebagai sebagai struktur dasarnya. Dalam perkembangannya struktur beton juga dihadapkan pada masalah-masalah kegagalan struktur yang diakibatkan oleh faktor intern seperti karbonasi pada beton, maupun faktor eksteren seperti gempa bumi. Struktur yang dibangun pada lingkungan agresif, seperti di laut atau di lingkungan laut perlu diperhatikan lebih baik. Di lingkungan tersebut kekuatan struktur beton akan menurunan di samping oleh beban struktur tersebut adalah dengan adanya beban lingkungan yang diakibatkan oleh penetrasi ion kholrida yang dikandung oleh air laut yang masuk ke dalam beton.
Beberapa penelitian yang berkaitan dengan penggunaan GFRP pada balok antara lain : Khaled Sudki, et al. (2009) menunjukkan bahwa balok yang diperkuat dengan FRP akan meningkatkan kekakukan, batas leleh dan kekuatan batas pada penelitian perbaikan tulangan yang telah korosi pada balok GFRP digunakan sebagai perkuatan lentur pada balok beton bertulang dapat meningkatkan beban sampai 75,15% dan peningkatan lendutan maksimum. Alami, Fikri (2010) melakukan penelitian dengan penggunaan FRP pada bagian lentur, menyimpulkan bahwa penggunaan FRP pada beton bertulang dapat meningkatkan kapaistas beban. Banthia (2009), melaporkan hasil penelitian dengan menggunakan material komposit GFRP pada balok dibagian tertarik dan pada pelat, dapat meningkatkan kapasitas momen.
Perkuatan dengan menggunakan lembaran GFRP pada balok beton bertulang yang telah terbebani hingga leleh tulangan memiliki kapasitas lentur yang lebih tinggi dari balok aslinya (Djamaluddin dan Hino, 2011). Balok yang diperkuat dengan FRP akan meningkatkan kekakukan, batas leleh dan kekuatan batas pada penelitian perbaikan tulangan yang telah korosi pada balok (Rose dkk, 2009). Menurut Sultan dkk (2015) Lingkungan laut memberikan efek terhadap penurunan kekuatan balok dengan perkuatan GFRP-Sheet. Djamaluddin, Irmawatai dan Kwandouw (2015) melakukan penelitian pada balok beton dengan perendaman pada kolam yang berisi air laut dan perendaman di laut, diperoleh kesimpulan bahwa hubungan kapasitas beban dengan waktu perendaman menunjukkan hubungan eksponensial yang cenderung menurun terhadap waktu. Kapasitas lentur balok beton bertulang yang telah diperkuat GFRP-Sheet pada sisi tarik balok mengalami penurunan kapasitas setelah direndam dalam air laut selama 6 bulan (Sultan dkk, 2015).
Balok merupakan elemen struktur yang bekerja untuk menahan lentur dan deformasi. Distribusi tegangan akibat beban lentur akan menyebabkan serat bagian atas balok tertekan dan serat bagian bawah balok tertarik. Pada saat beban ditingkatkan, balok tersebut menahan regangan dan defleksi tambahan yang menyebabkan retak-retak lentur sepanjang serat tarik dari balok tersebut.
Beberapa mode kegagalan yang sering terjadi pada balok yang diperkuat dengan FRP yaitu :
- 1. Rusaknya FRP setelah tulangan tarik meleleh.
- 2. Hancurnya beton sekunder setelah tulangan tarik meleleh.
- 3. Inti beton rusak karena tekanan sebelum tulangan tarik meleleh.
- 4. Lepasnya ikatan antara FRP dan beton (debonding)
Beberapa penelitian yang membahasa kegagalan pada balok berkuatan FRP antara lain : Guo, et al. (2005) menyatakan bahwa kegagalan debonding sering dijumpai pada balok berkuatan FRP. Menurut Lu, et
al. (2007) Kegagalan debonding dipengaruhi oleh rambatan retak lentur yang hanya diperkuat pada sisi tarik balok. Kegagalan debonding dimulai dari lokasi retak lentur yang kemudian merambat ke ujung perkuatan FRP (Teng dan Chen, 2007).
Namun perlu penelitian lebih lanjut untuk mengklarifikasi perilaku balok beton bertulang dengan perkuatan GFRP apabila dipengaruhi oleh rendaman laut, dinama penelitian ini memberikan informasi terhadap perilaku kapasitas rekatan yang terjadi GFRP akibat pengaruh lingkungan laut selama 1 bulan, 3 bulan, 6 bulan dan 12 bulan.
2. Metode Penelitian
2.1 Benda uji
Penelitian ini menggunakan 11 buah benda uji balok beton bertulang dengan dimensi 15 cm x 20 cm x 330 cm, pada daerah tekan dipasang tulangan 2 6 dan 2D14 pada daerah tarik. Tulangan sengkang digunakan 10-7.7. Mutu beton f'c sebesar 25 Mpa. Detail benda uji seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Detail benda uji
Tabel 1. Variasi benda uji
| No | Kode Benda Uji | Lama perendaman |
|---|---|---|
| 1. | BF0-1 | |
| 2. | BF0-2 | 0 bulan |
| 3. | BF0-3 | |
| 4. | BF1-1 | 1 bulan |
| 5. | BF1-2 | |
| 6. | BF3-1 | 3 bulan |
| 7. | BF3-2 | |
| 8. | BF6-1 | 6 bulan |
| 9. | BF6-2 | |
| 10. | BF12-1 | 12 bulan |
| 11. | BF12-2 |
Variasi dan jumlah benda uji dapat dilihat pada Tabel 1. Total benda uji yang digunakan 11 buah dengan rincian sebagai berikut :
Pada perendaman 0 bulan atau tanpa perendaman sebanyak 3 buah (BF0-1, BF0-2dan BF0-3), perendaman 1 bulan sebanyak 2 buah (BF1-1 dan BF1-2), perendaman 3bulan sebanyak 2 buah (BF3-1 dan BF3-2), perendaman 6 bulan sebanyak 2 buah (BF6-1 dan BF6-2) dan perendaman 12 bulan sebanyak 2 buah (BF12-1 dan BF12- 2). Pengkodean benda uji BFx-n, x dimana menyatakan waktu perendaman dan n menyatakan jumlah benda uji.
Tabel 2. Spesifikasi GFRP-Sheet tipe SEH51
| Properti | Nilai Test |
|---|---|
| Tegangan tarik ultimit dalam arah utama fiber (Psi) | 575 MPa |
| Regangan | 2,2 % |
| Modulus Tarik (Psi) | 26,1 GPa |
| Tegangan tarik ultimit 900 dari arah utama fiber | 25,8 MPa |
| Tebal lapisan | 1,3 mm |
Pemasangan GFRP-Sheet dilakukan setelah perawatan benda uji selama 28 hari. Untuk pemasangan GFRP-Sheet pada balok beton menggunakan metode wet lay-up. Metode ini merupakan metode pemasangan FRP, dimana FRP yang akan dipasang perlu dibasahi terlebih dahulu dengan epoxy untuk selanjutnya dilapisi pada balok yang akan diperkuat. GFRP-Sheet dipasang pada sisi tarik balok. Setelah GFRP-Sheet diletakkan pada permukaan balok, bahan perekat kembali diberikan di atas lapisan GFRP-Sheet karena dalam penelitian ini digunakan dua lapisan GFRP-Sheet. Spesifikasi GFRP-Sheet dan bahan perekat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 2 dan Tabel 3.
Tabel 3. Sifat material epoxy
| Sifat Material | Nilai Test |
|---|---|
| Kekuatan Tarik | 72.4 Mpa |
| Modulus Tarik | 3.18 Gpa |
| Persen Regangan | 5% |
| Kekuatan Lentur | 123.4 Mpa |
| Modulus Lentur | 3.12 Gpa |
Setelah pemasangan GFRP-Sheet selesai, maka benda uji didiamkan selama tiga hari. Setelah itu benda uji siap dibawa ke kolam perendaman. Ketika dimulai perendaman maka saat itu merupakan awal penentuan waktu untuk pengamatan.
2.2 Kolam perendaman
Benda uji ditempatkan dalam kolam yang telah diisi dengan air laut, ukuran kolam 8 m x 4 m dengan kedalaman 1 m. Kolam perendaman dapat dilihat dalam Gambar 2. Tinggi air dalam kolam perendaman 80 cm dengan tingkat pH 7,95 dan kadar garam 17,11 mg/mL.
Gambar 2. Kolam perendaman
2.3 Set up pengujian
Gambar 3. Posisi strain gauge pada baja tulangan
Tulangan pada daerah tarik digunakan 2D14, tulangan tekan 26 dengan mutu baja 400 MPa dan tulangan sengkang 10 dengan mutu baja 210 MPa. Mutu beton yang digunakan pada penelitian ini sebesar 25 MPa.
Pemasangan strain gauge pada baja tulangan di daerah tarik sebanyak 2 buah, pada beton dipasang strain gauge sebanyak 3 buah yaitu pada daerah tekan benda uji, daerah ½ tinggi benda uji dan pada daerah ¼ tinggi benda uji ditengah bentang, pada GFRP-Sheet dipasang strain gauge sebanyak 4 buah yang pemasangannya dari posisi tengah benda uji dan menyebar pada masing-masing jarak 35 cm hingga ujung benda uji ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 4. Posisi strain gauge pada beton dan GFRP-Sheet
Setup pengujian diilustrasikan pada Gambar 5, sebelum pengujian dipasang LVDT sebanyak 3 buah untuk merekam lendutan vertikal pada tengah bentang dan pada titik dibawah point load.
Gambar 5. Set up benda uji
3. Hasil Pengujian dan Pembahasan
3.1 Kapasitas lentur
Tabel 4. Beban dan kapasitas lentur maksimum benda uii
| Kode Benda Uji | Pu (kN) | Mu (kN.m) | Mu rata-rata (kN.m) |
|---|---|---|---|
| BF0-1 | 43,26 | 26,76 | |
| BF0-2 | 42,33 | 26,20 | 26,66 |
| BF0-3 | 43,73 | 27,04 | |
| BF1-1 | 42,93 | 25,56 | 25,96 |
| BF1-2 | 40,92 | 25,36 | |
| BF3-1 | 40,46 | 25,08 | 25,94 |
| BF3-2 | 43,33 | 26,80 | |
| BF6-1 | 41,93 | 25,96 | 25,66 |
| BF6-2 | 40,92 | 26,36 | |
| BF12-1 | 40,46 | 25,08 | 25,56 |
| BF12-2 | 42,06 | 26,04 |
Kapasitas beban maksimum benda uji cenderung menurun seiring dengan lama perendaman dalam kolam. Dari beban maksimum yang diperoleh pada saat penguian maka momen lentur benda uji sebelum dan sesudah di rendam dalam kolam dengan menggunakan persamaan \(M_u = 0.8019 + 0.6.P_u\), hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.
Gambar 6. Kapasitas lentur maksimum berdasarkan lama perendaman
Gambar 6 memperlihatkan kapasitas lentur benda uji akan semakin menurun seiring dengan waktu rendaman. Besar kapasitas lentur benda uji BF<sub>0</sub>, BF<sub>1</sub>, BF<sub>3</sub>, BF<sub>6</sub> dan BF<sub>12</sub> masing-masing adalah 26.66 kNm, 25.96 kNm, 25.94 kNm, 25.66 kNm dan 25.56 kNm.
3.2 Hubungan beban dan regangan
Gambar 7. Hubungan beban dan regangan baja masing-masing benda uji
Gambar 7 menunjukkan hubungan beban dan regangan baja masing-masing benda uji. Regangan baja cenderung sama pada saat mencapai titik leleh, perbedaan regangan pada saat benda uji mencapai ultimit cenderung sama, diakibatkan karena pengaruh perendaman dengan air laut dengan waktu sampai satu tahun belum mempengaruhi tulangan yang berada dalam balok beton.
Gambar 8. Hubungan beban dan regangan beton masing-masing benda uji
Gambar 8 menunjukkan hubungan beban dan regangan beton masing-masing benda uji. Regangan maksimum dari benda uji pada saat mecapai beban ultimit cenderung turun.
Gambar 9. Hubungan beban dan regangan GFRP-Sheet masing-masing benda uji
Gambar 9 menunjukkan bahwa regangan maksimum GFRP-Sheet mengalami penurunan seiring dengan lama waktu rendaman air laut, ini menunjukkan bahwa pengaruh rendaman air laut akan mengurangi kapasitas rekatan pada GFRP-Sheet yang menyebabkan proses debonding cepat terjadi. Nilai regangan GFRP-Sheet pada benda uji BF<sub>0</sub>, BF<sub>1</sub>, BF<sub>3</sub>, BF<sub>6</sub> dan BF<sub>12</sub> menghasilkan regangan rata-rata GFRP-S pada saat benda uji hancur masing-masing adalah sebesar 7128 \(\mu\), 5536 \(\mu\), 5524 \(\mu\), 5470 \(\mu\) dan 5442 \(\mu\)Hal ini menunjukkan bahwa benda uji hancur sebelum GFRP-Sheet mencapai regangan putus sebesar 20000 μ. Sehingga berdasarkan data tersebut dapat disimpulkan bahwa tipe keruntuhan pada semua benda uji adalah debonding yaitu terlepasnya rekatan antara GFRP-Sheet dengan permukaan balok.
Kegagalan debonding dimana terlihat lepasnya ikatan antara GFRP-Sheet dan balok. Lepasnya GFRP-Sheet ini ditandai dengan bunyi krek pada benda uji hingga terlihat GFRP-Sheet lepas dari benda uji, dimulai dari posisi ujung hingga ke tengah benda uji. Model kegagalan semua benda uji seperti pada Gambar 10.
3.3 Kapasitas rekatan GFRP-Sheet
Kapasitas rekatan GFRP-Sheet dipengaruhi oleh tiga hal yaitu gaya tekan pada beton serta gaya tarik pada baja dan GFRP-Sheet. Gambar 11 menunjukkan
model analisis regangan FRP yang digunakan. Model analisis ini dapat dilihat sebagai referensi dalam desain balok dengan perkuatan FRP. Untuk menghitung kapasitas rekatan GFRP-Sheet maka perlu dihitung terlebih dahulu nilai lengan momen z. Nilai lengan momen ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (1). Tinggi blok tegangan beton c dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (2).
\[z = \left(h - \frac{1}{2}c\right) \tag{1}\]
\[c = \frac{\varepsilon_c h}{\left(\varepsilon_f + \varepsilon_c\right)} \tag{2}\]
Di mana dalam persamaan ini digunakan nilai regangan hasil eksperimen. Adapun nilai regangan yang digunakan merupakan hasil eksperimen yang diperoleh yaitu berupa kondisi regangan beton ultimit, regangan baja ultimit dan regangan GFRP-Sheet ultimit untuk menghitung kapasitas rekatan ultimit yang terjadi. Nilai regangan baja, regangan beton dan regangan GFRP-Sheet ditampilkan pada gambar hubungan beban dan rengangan (Gambar 7, Gambar 8 dan Gambar 9).
Gambar 11. Hubungan momen kurvatur balok perkuatan GFRP-Sheet
Kapasitas rekatan ultimit Tu dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (3). Nilai kapasitas rekatan ultimit Tu sendiri diperoleh dengan cara membagi nilai momen ultimit Mu dengan lengan momen z sesuai dengan prinsip kesetimbangan gaya. Dengan demikian maka dapat diperoleh nilai kapasitas rekatan ultimit GFRP-Sheet dengan menggunakan data eksperimen yang telah dilakukan.
\[T_u = \frac{M_u}{(h - \frac{1}{2}c)} \tag{3}\]
Gambar 10. Model kegagalan pada benda uji
Gambar 12. Model analisa balok GFRP-Sheet
Tabel 5. Kapasitas rekatan GFRP-Sheet pada semua benda uji
| Benda Uji | Mu [kN.mm] | Tf [kN] |
|---|---|---|
| BF0 | 26664,72 | 80,56 |
| BF1 | 25957,08 | 75.84 |
| \(BF_3\) | 25937,04 | 74.99 |
| \(BF_6\) | 25656,66 | 74.62 |
| BF12 | 25556,52 | 74.40 |
Gambar 13. Hubungan beban dan lendutan pada tengah bentang
Dari Tabel 5 menunjukkan bahwa terjadi penurunan kapasitas rekatan dari benda uji BF<sub>1</sub>, BF<sub>3</sub>, BF<sub>6</sub> dan BF<sub>12</sub> terhadap BF<sub>0</sub>. Adapun nilai kapasitas rekatan yang dihasilkan dari BF<sub>0</sub>, BF<sub>1</sub>, BF<sub>3</sub>, BF<sub>6</sub> dan BF<sub>12</sub> adalah 80,56 kN, 75,84 kN, 74,99 kN, 74,62 kN dan 74,40 kN. Dari data kapasitas rekatan, dapat disimpulkan bahwa terjadi penurunan kapasitas rekatan dari benda uji BF<sub>1</sub>, BF<sub>3</sub>, BF<sub>6</sub> dan BF<sub>12</sub> terhadap BF<sub>0</sub>. Persentase penurunan kapasitas rekatan dari dari benda uji BF<sub>1</sub>, BF<sub>3</sub>, BF<sub>6</sub> dan BF<sub>12</sub> terhadap BF<sub>0</sub>, masing-masing adalah 7,85%; 8,89%; 9,33% dan penurunan kapasitas rekatan desebabkan menurunnya daya rekat GFRP-Sheet setelah dipengaruhi rendaman air laut. Penurunan kapasitas rekatan menyebabkan penurunan kekakuan
balok, ini dapat dilihat dari grafik hubungan beban dan lendutan seperti pada Gambar 13. Dari Gambar 13 dapat dilihat bahwa semakin lama balok direndam dalam kolam air laut maka kemampuan balok dalam menerima beban semakin menurun atau balok lebih cepat mencapai kegagalan.
3.4 Pengaruh waktu terhadap kapasitas rekatan GFRP-Sheet
Hubungan antara penurunan kapasitas rekatan dengan waktu rendaman air laut dapat dilihat pada Gambar 14. Rasio perbandingan antara kapasitas rekatan \(BF_t\) terhadap \(BF_0\) sebesar 1,000; 0,941; 0,931; 0,926 dan 0,924 secara berurutan untuk tanpa perendaman dan lama perendaman 1 bulan, 3 bulan, 6 bulan dan 12 bulan.
Rasio kapasitas rekatan (y) terhadap waktu perendaman yang dinyatakan dalam bulan (x) menunjukkan pola kecenderungan garis eksponensial. Persamaan garis eksponensial ini merupakan persamaan korelasi yang menunjukkan hubungan antara kapasitas rekatan terhadap waktu rendaman. Persamaan korelasi ini dapat dilihat dalam Persamaan (4).
Gambar 14. Pengaruh waktu terhadap rasio kapasitas rekatan GFRP-Sheet
Dari hasil penelitian Robby, dkk. (2015) dan Gambar 14 diperoleh persamaan hubungan antara waktu perendaman air laut dengan kapasitas rekatan yaitu Persamaan (5).
\[KR_{+} = KR_{0}, e^{-0.0045t}\] (5)
dimana KRt = Kapasitas rekatan setelah perendaman t tahun, KR0= Kapasitas rekatan sebelum perendaman dan t adalah lama perendaman dalam tahun.
Dari Persamaan 5 dapat diketahui kapasitas rekatan GFRP-Sheet, yaitu kemampuan serat GFRP-Sheet dalam menerima beban sebelum terlepas dari permukaan beton. Semakin lama direndam dalam air laut maka daya rekat atau kapasitas rekatan GFRP-Sheet semakin menurun sehingga kemampuan balok dalam menahan momen akibat lentur akan semakin menurun.
4. Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
- 1. Kapasitas lentur benda uji akan semakin menurun seiring dengan waktu rendaman. Besar kapasitas lentur benda uji BF0, BF1, BF3, BF6 dan BF12 masing-masing adalah 26.66 kNm, 25.96 kNm, 25.94 kNm dan 25.66 kNm
- 2. Kegagalan yang terjadi pada semua benda uji adalah kegagalan rekatan atau debonding failure dimana terlihat lepasnya ikatan antara GFRP-S dan balok
- 3. Terjadi penurunan kapasitas rekatan dari benda uji BF1, BF3, BF6 dan BF12 terhadap BF0. Persentase penurunan kapasitas rekatan dari dari benda uji BF1, BF3, BF6 dan BF12 terhadap BF0, masingmasing adalah 7,85%; 8,89%; 9,33% dan 11,04%.
- 4. Akibat perendaman air laut memberikan dampak terhadap penurunan kapasitas rekatan GFRP-Sheet pada balok yang selanjutnya menurunkan kapasitas lentur balok beton bertulang.
- 5. Hubungan kapasitas rekatan GFRP-Sheet dengan waktu rendaman menunjukkan hubungan pola eksponensial yang cenderung semakin menurun terhadap waktu
5. Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih dan penghargaan kepada Kementerian Riset dan Teknologi melalui program Hibah Penelitian Disertasi Doktor atas pembiayaan penelitian ini, kepada PT. Graha Citra Anugerah Lestari yang telah memberikan sumbangan GFRP type SEH51 , mahasiswa yang telah membantu serta staf Laboratorium Struktur dan Bahan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.