PENGEMBANGAN MODEL BOND ANTARA CFRP DAN BETON MENGGUNAKAN RIGID BODY SPRING MODEL

Perubahan dalam standar desain struktur beton membuat gedung-gedung yang telah berdiri (existing) tidak memenuhi kriteria standar yang baru. Untuk tetap dapat berfungsi dengan baik dalam umur rencananya, elemen struktur gedung-gedung tersebut perlu diberikan perkuatan struktur. Perkuatan menggunakan Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) merupakan salah satu perkuatan structural yang banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan mencakup properti material yang tinggi, rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, serta ketahanan terhadap karat. Namun, perkuatan menggunakan CFRP sering tidak dapat mencapai kapasitas optimalnya dikarenakan terjadinya fenomena debonding, yaitu terlepasnya serat CFRP dari permukaan beton. Penelitian terkait fenomena ini banyak dilakukan baik secara eksperimental maupun simulasi menggunakan model. Pada penelitian ini digunakan metode Rigid Body Spring Model (RBSM) dengan ditunjang pengujian eksperimental sebagai metode untuk mendapatkan properti material dalam pemodelan. Kebaruan dalam penelitian ini adalah metode pengukuran respons bond geser antara CFRP dan beton yang diukur secara langsung pada lapisan epoksi primer dan implementasi model bond ke dalam RBSM dengan memperhitungkan respons geser dan normal tarik.

Rigid Body Spring Model merupakan metode berbasis elemen diskret, di mana domain model dipecah menjadi elemen-elemen kaku (rigid) yang dihubungkan pegas normal dan pegas geser pada sisi kontak antar elemen. Perpindahan relatif antar elemen digunakan untuk mengukur respons pada pegas normal dan pegas geser antar elemen. Selanjutnya, besaran regangan dan tegangan dihitung pada pegas. Nilai regangan dan tegangan digunakan untuk menentukan kondisi plastis material. Kriteria Mohr-Coulomb termodifikasi digunakan pada material beton dan elemen bond, sementara material CFRP berperilaku elastis hingga mencapai keruntuhan. Dalam model digunakan dua jenis elemen, yaitu elemen isotropic plane stress 2D untuk memodelkan beton dan bond, serta elemen orthotropic plane stress 2D untuk memodelkan CFRP.

Pengujian eksperimental digunakan untuk mendapatkan properti material beton dan bond. Properti material beton meliputi modulus elastisitas, rasio Poisson, tegangan tekan dan tarik ultimit didapatkan melalui pengujian silinder beton. Properti bond geser diperoleh melalui pengujian lentur 12 spesimen balok beton dengan perkuatan CFRP, sementara properti bond normal tarik didapatkan dari pengujian pulloff 12 pelat beton dengan perkuatan CFRP. Aspek novelty dalam pengujian eksperimental diterapkan dalam pengujian lentur balok untuk mendapatkan respons bond geser, yaitu dengan menempatkan strain gauge secara dua lapis pada lapisan epoksi primer untuk mengukur perilaku bond antara CFRP dan beton. Strain gauge lapis pertama dilekatkan pada permukaan beton dengan sisi sensor meninggalkan permukaan beton, sementara strain gauge lapis kedua ditempatkan setelah pengaplikasian lapis epoksi primer dengan sensor menghadap permukaan beton. Strain gauge ditempatkan pada serat tarik balok beton. pada bentang geser spesimen balok beton diberikan perkuatan CFRP geser sehingga kegagalan akibat lentur bias diperoleh.

Model RBSM yang telah dikembangkan digunakan untuk melakukan analisis sensitivitas untuk mendapatkan model optimal yang dapat digunakan dalam analisis lebih lanjut. Properti material beton dan bond  yang telah didapatkan diimplementasikan ke dalam model. Proses kalibrasi properti material pada model dilakukan untuk mendapatkan model yang valid sesuai dengan hasil pengujian eksperimental. Proses tersebut dimulai dengan analisis model untuk mendapatkan mode kegagalan yang sesuai dengan pengujian, yaitu concrete peeling. Setelah mode kegagalan sesuai, proses kalibrasi berikutnya dilakukan untuk mendapatkan estimasi beban puncak dan perpindahan maksimum, serta usaha model yang sesuai dengan spesimen. Berdasarkan hasil simulasi didapatkan rasio kalibrasi sebesar 0,387; 0,710; dan 0,396 untuk modulus elastisitas beton, tegangan tarik beton, dan tegangan kohesi beton. Sementara itu, properti bond didapatkan sebesar 30% terhadap properti beton untuk mendapatkan mode kegagalan concrete peeling. Model dengan properti material yang telah dikalibrasi digunakan untuk analisisis parametrik rasio lebar CFRP lentur terhadap lebar beton (b_f/b_c), yang dibandingkan terhadap hasil analisis kapasitas penampang. Penggunaan rasio sebesar 0,4 memberikan kapasitas penampang mencapai 93,44% kapasitas penampang dengan rasio b_f/b_c sebesar 1. Nilai kapasitas tersebut telah mencapai 3,75 kali dibandingkan kapasitas penampang beton tanpa perkuatan CFRP. (Dr. Joko Purnomo, ST., M.Sc)