## PENGARUH  LEBAR  SERAT  ABAKA  SEBAGAI  MATERIAL  NFRP UNTUK KUAT GESER BALOK BETON BERTULANG
Wirahman Salvana a,d , Taufiq Saidi b,* , Iskandar Hasanuddin c , Muttaqin Hasan b , Zahra Amalia b a Magister Teknik Sipil, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, Indonesia
b Jurusan Teknik Sipil, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, Indonesia
c Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, Indonesia
d BPK RI Perwakilan Provinsi Aceh *Corresponding author, email address: taufiq_saidi@unsyiah.ac.id
A R T I C L E     I N F O

## A B S T R A C T
Article History:
Fiber  Reinforced  Polymer  (FRP)  is  an  alternative  for  planning, repairing, and strengthening structures. FRP is a combination of fiber as  reinforcement  and  resin  as  adhesive.  Reinforcing  materials  can  be made of carbon, aramid, glass, and natural fibers. Utilization of Natural Fiber Reinforced Polymer (NFRP) FRP with natural fibers can be more economical. The natural fiber used in this research is abaca fiber which is often found and is not used for structural reinforcement. The purpose of  this  study  was  to  determine  the  increase  in  shear  strength  of reinforced concrete beams with different widths of NFRP abaca fiber. NFRP Abaca fiber is fully wrapped (complete wrapping) on the surface of  the  reinforced  concrete  beam.  The  study  was  conducted  on  four reinforced  concrete  beams  measuring  15  cm  x  30  cm  x  220  cm  with simple  support  with  two  load  points  to  determine  the  effect  of  abaca fiber width on increasing the shear strength of the beam. One specimen as a control test object and three specimens reinforced with Abaca Fiber NFRP  with  variations  in  fiber  width  of  2.5  cm,  5  cm,  and  7.5  cm, respectively. The test results show an increase in the shear capacity of reinforced  concrete  beams  as  the  fiber  width  increases.  The  flexural failure occurred in the test object with a width of 7.5 cm, this was the case  that  the  shear  capacity  of  the  beam  had  exceeded  the  flexural capacity of the beam.
Received 28 January 2022 Accepted 02 March 2022 Online 30 March 2022 Keywords: Natural fiber reinforced polymer (NFRP)
Abaka fiber Shear strength
Fiber width ©2022 Magister Teknik Sipil USK. All rights reserved

## 1. PENDAHULUAN
Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan alternatif dalam melakukan perencanan, perbaikan, dan perkuatan struktur. Hal ini karena memiliki keunggulan rasio kekuatan terhadap berat sendiri yang tinggi, ringan, anti korosi dan cepat dalam instalasi. Penggunaan FRP bisa menggunakan material carbon, aramid, glass dan serat alami sebagai fiber penguat dan resin sebagai perekat.
Perbaikan  dan  perkuatan  struktur  dilakukan  karena  faktor  umur,  lingkungan  yang  mempengarui penurunan  kekuatan  struktur,  desain  awal  yang  kurang  tepat,  penggunaan  yang  tidak  sesuai  dengan fungsinya dan kerusakan akibat bencana alam. Bencana alam yang sering terjadi di daerah Provinsi Aceh seperti intensitas gempa bumi yang cukup tinggi dapat mengakibatkan kerusakan bangunan. Perbaikan dan perkuatan struktur dibutuhkan untuk menghindari kegagalan struktur yang berdampak kerusakan bangunan hingga korban jiwa dan kerugian material.
Pemanfaatan Natural Fiber Reinforced Polyme (NFRP) menggunakan serat alami yang diaplikasikan dengan resin atau epoxy dapat menekan biaya produksi menjadi lebih ekonomis. Serat alami juga banyak
Jurnal Arsip Rekayasa Sipil dan Perencanaan (JARSP)
Journal of Archive in Civil Engineering and Planning
E-ISSN: 2615-1340; P-ISSN: 2620-7567
Journal homepage: http://www.jurnal.unsyiah.ac.id/JARSP/index
dijumpai di daerah tropis seperti Indonesia, sehingga pemanfaatan serat alami bisa memajukan usaha lokal yang mengelola serat alami untuk jadi bahan FRP.
Penggunaan NFRP sebagai tulangan geser external diharapkan dapat meningkatkan kapasitas geser balok beton bertulang dengan praktis, sederhana, dan biaya yang relatif murah. Serat yang digunakan pada penelitian ini adalah serat abaka yang banyak dijumpai dan kurang dimanfaatkan untuk perkuatan struktur.

## 2. KAJIAN PUSTAKA

## 2.1 Fiber Reinforced Polymer (FRP)
FRP adalah salah satu jenis material komposit yang terdiri atas matrik resin polimer yang diperkuat dengan  serat  gelas  atau  serat  karbon.  FRP  banyak  digunakan  sebagai  komponen  struktur  pada  elemen pesawat terbang, otomotif, perkuatan ( retrofit ), dan struktur lain termasuk jembatan. Kelebihan material FRP dibandingkan dengan material lainnya adalah tahan korosi ( corrosion resistance ), memiliki kekuatan tinggi,  bobotnya  ringan,  memiliki  stabilitas  dimensi,  mengurangi  penggunaan  alat  produksi,  memiliki karakteristik  insulasi  listrik/non  konduktif,  tidak  memerlukan  proses  finishing  yang  besar.  Faktor kekurangan dari material ini adalah biayanya relatif mahal.

## 2.2 Kuat Geser Balok
Dalam  perencanaan  kekuatan  geser,  McCormack  (2003a)  meninjau  kekuatan  geser  nominal  (Vn) sebagai jumlah dari dua bagian :
Ø Vn  = Ø (Vc + Vs) (1) dimana : Vn = Kekuatan geser nominal (kg) Vc = Kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton (kg),
Vs = Kekuatan geser yang disumbangkan oleh tulangan geser (kg)
Ø = Faktor reduksi (0.75)
Tujuan pemasangan sengkang adalah meminimalisasi ukuran retak tarik diagonal atau untuk memikul tegangan tarik diagonal dari satu sisi ke sisi retak lainnya. Sangat sedikit retak yang dipikul oleh sengkang sampai setelah retak mulai terbentuk. Sebelum retak diagonal mulai terbentuk, regangan dalam sengkang adalah sama dengan regangan pada beton disekelilingnya. Sengkang tidak mencegah retak diagonal dan sengkang bukan faktor yang menentukan sampai retak mulai terjadi (McCormack, 2003a).
Kapasitas  kemampuan  beton  (tanpa  penulangan  geser)  untuk  menahan  gaya  geser  dapat  dihitung dengan meggunakan Persamaan (2):
Vc = ′ d
(2)
dimana:
Vc = Kapasitas geser beton (N); f’c = Kuat tekan beton (MPa);
bw = Lebar balok(mm); dan
d = Tinggi efektif penampang beton (mm).

## 2.3 Perilaku Geser Balok
Menurut  Nawy  (1998),  perilaku  balok  beton  bertulang  pada  keadaan  runtuh  karena  geser  sangat berbeda dengan keruntuhan karena lentur. Balok yang hancur karena geser  kehancurannya secara tiba-tiba tanpa  adanya  pemberitahuan  terlebih  dahulu.  Jika  geser  murni  dihasilkan  dalam  suatu  batang,  tegangan tarik utama dengan besar yang sama akan dihasilkan pada bidang yang lain. Karena kekuatan tarik beton lebih  kecil  dari  kekuatan  geser,  beton  akan  runtuh  dalam  tarik  sebelum  kekuatan  gesernya  dicapai  (Mc Cormack, 2003).
Menurut  Mc  Cormack  (2003),  retak  geser memiliki pola  diagonal  atau  miring. Retak  miring  dapat terjadi  pada  beton  bertulang  baik sebagai kelanjutan dari  retak lentur atau  kadang-kadang  sebagai retak yang independen. Pengujian terhadap balok beton bertulang menunjukkan bahwa balok tidak akan runtuh dengan melebarnya retak tarik diagonal sampai sengkang yang melintasi retak mencapai tegangan lelehnya. (McCormack, 2003b).

## 2.4 Pola Retak Beton
Beton dapat retak pada awal pembebanan karena material ini lemah terhadap tarik. Retak mempunyai kontribusi  terhadap  proses  korosi  tulangan,  rusaknya  permukaan  beton  dan  efek-efek  jangka  panjang lainnya.  Tegangan  lekatan  antara  baja  tulangan  dengan  beton  di  sekitarnya  ( bond  strength )  merupakan parameter utama yang mempengaruhi retak geser, juga lebar retak. Lebar retak maksimum yang diizinkan bervariasi, tergantung lokasi, jenis struktur, tekstur permukaan beton, dan faktor-faktor lain. Komite ACI 224 dalam laporannya tentang retak, telah memperlihatkan sejumlah perkiraan lebar retak maksimum yang diizinkan  untuk  berbagai  situasi.  Pembentukan  retak  geser  pada  penambahan  beban  dapat  dilihat  pada gambar 1 dibawah ini.
Gambar 1. Pembentukan Retak Geser setiap Penambahan Beban
(Sumber : Al-Nu’man dan Al-Sahlani, 2006)
Retak  perlu  diperbaiki,  terutama  retak  struktur  (retak  tembus)  karena  dapat  mengurangi  kekuatan, kekakuan, durabilitas struktur maupun fungsi struktur lainnya. Perbaikan retak dilakukan dengan tujuan antara lain (Amri, 2006);
1) Melindungi tulangan pada lokasi retak agar tidak terpengaruh lingkungan luar (korosi)
2) Merekatkan beton kembali setelah mengalami pemisahan akibat retak agar beton dapat berfungsi kembali.

## 2.5 Serat Alam Abaka
Abaka ( Musa textillis Nee ) adalah tumbuhan yang termasuk dalam famili Musaceae yang berasal dari Filipina yang telah dikenal dan telah dikembangkan sejak tahun 1519 (Wibowo,1998) . Tanaman Abaca penghasil  serat  panjang  yang  banyak  digunakan  sebagai  bahan  pembuat  tali  kapal  laut,  karena  seratnya kuat,  mengapung diatas  air,  dan  tahan air  garam.  Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Nugroho, serat pisang abaca memiliki kekuatan tarik sebesar 434.654 MPa.

## 3. METODE PENELITIAN
Pengujian terhadap empat balok beton bertulang dengan tumpuan sederhana yang dibebani pada dua titik  simetri  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh  lebar  NFRP  terhadap  peningkatan  kapasitas  gaser.
Semua benda uji memiliki ukuran yang sama, yaitu 15 cm x 30 cm x 220 cm dengan ratio a/d 2,95 dan direncanakan sedemikian hingga akan mengalami kegagalan geser. NFRP Serat Abaca direkatkan secara penuh ( complete wraping ) pada permukaan dari salah satu sisi bentang geser balok beton bertulang dengan perekat resin epoxy dan hardener  dengan perbandingan 1:  1 berbentuk strip dengan jarak 15 cm. Strain gauge dilekatkan pada tulangan geser, NFRP Serat Abaca tulangan lentur tekan dan tulangan lentur tarik untuk mengukur regangan yang terjadi selama pengujian. Gambar 2 memperlihatkan detail benda uji balok beton bertulang dan lokasi penempatan NFRP Serat Abaca. Sedangkan data tulangan, kuat tekan beton dan material properti diperlihatkan pada Tabel 1.
Pengujian kuat geser balok yang dilakukan dengan pemberian beban terpusat secara bertahap hingga benda uji mengalami kehancuran. Setiap tahapan pemberian beban, regangan yang terjadi pada tulangan geser, tulangan lentur dan NFRP Serat Abaca serta lendutan balok dicatat, dan perkembangan retak diamati secara detail. Displacement transducer digunakan untuk mengukur lendutan balok selama pemberian beban. Set Up pengujian benda uji balok dapat dilihat pada gambar 3
Gambar 2. Detail Benda Uji Balok
Tabel 1. Material Properti Benda Uji
No Kode Benda Uji Tulangan Pokok Tulangan Geser diperkuat Tulangan Geser diperlemah Lebar Serat Tekan  Tarik 1. BBN 2D13 2D16 dan 2D19 Ø 6 - 50 Ø 6 - 150 Tidak Ada 2. BBS 2,5 2,5 cm 3. BBS 5 5    cm 4. BBS 7,5 7,5 cm
Gambar 3. Set Up Benda Uji
Pengujian kuat geser balok beton dengan empat benda uji. Satu benda uji sebagai kontrol dan tiga benda uji divariasi dengan lebar serat 2,5 cm, 5cm dan 7,5 cm. Mutu beton yang digunakan dalam sebesar 43,46 MPa dan FAS 0,43

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Beban dan Lendutan
Hasil pengujian beban dan lendutan dari 4 (empat) balok benda uji yaitu balok beton normal(BBN), balok beton serat 2,5 cm (BBS 2,5), balok beton serat 5 cm (BBS 5), dan balok beton serat 7,5 cm (BBS 7,5)  menunjukan  peningkatan  beban  maksimum  yang  diterima  oleh  balok.  Peningkatan  tersebut  dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Grafik Beban dan lendutan benda uji
Berdasarkan  hasil  pengujian,  lendutan  pada  beban maksimum  terjadi  pada  BBS 7,5  yaitu sebesar 25,90 mm dengan beban maksimum 309,51 kN . Pada BBN lendutan yang terjadi sebesar 9,91 mm pada beban 262,81 kN, sedangkan pada BBS 2,5 dan 5 lendutan yang terjadi sebesar 12,38 mm dan 11,89 mm pada  beban  283,12  kN  dan  288,51  kN.  Hasil  penelitian  balok  dengan  perkuatan  NFRP  mengalami peningkatan kapasitas beban maksimum atau lendutan pada beban maksimum jika dibandingkan dengan balok normal tanpa perkuatan NFRP.
Peningkatan  terbesar  terjadi  pada  BBS  7,5  yaitu  untuk  lendutan  sebesar  161,30%  dan  beban maksimum  sebesar 17,77%. Hasil dari pengujian beban dan lendutan dari empat benda uji dapat  dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil kenaikan beban dan lendutan pada benda uji
No Benda Uji Beban (kN) Lendutan (mm) Kenaikan Beban (%) Kenaikan Lendutan (%) 1 BBN 262,81 9,91 - - 2 BBS 2,5 283,12 12,38 7,73 24,87 3 BBS 5 288,51 11,89 9,78 19,93 4 BBS 7,5 309,51 25,90 17,77 161,30

## 4.2 Pola Retak dan Kehancuran
Penambahan NFRP berpengaruh pada pola retak yang dirancang kegagalan geser sehingga pada BBN, BBS 2,5% dan BBS 5% pola kehancuran sesuai dengan desain awal yaitu terjadi kehancuran geser– tarik ( shear–tension failure ). Kehancuran geser tarik ini ditandai dengan terjadinya kehancuran pada daerah tarik balok tersebut.  Pada BBS 7,5% terjadi kehancuran lentur yang disebabkan distribusi tegangan geser akibat beban terpusat dibantu dengan pengaruh serat abaka yang lebarnya 7,5 cm, sehingga kapasitas beban geser belum  mencapai  ultimit  tetapi  kapasitas  lentur  telah  mencapai  batasnya.  Kehancuran  geser  –  tarik mengakibatkan  balok  hancur  dalam  keadaan  getas,  sedangkan  kehancuran  lentur  mengakibatkan  balok menjadi  daktail.  Pola  retak  balok  beton  pada  bagian  yang  tanpa  perkuatan  NFRP  lebih  dominan  terjadi keretakan.
Kegagalan NFRP terjadi pada BBS 5 ialah kegagalan putus dikarenakan serat sudah bekerja sampai dengan leleh. Pada NFRP BBS 2,5 dan BBS 7,5 serat belum bekerja secara maksimal tetapi balok sudah mengalami  kehancuran.  Sudut  pola retak  pada  BBN, BBS  2,5  dan  BBS  5  terlihat miring  dibawah  <90 0 menunjukan  pola  kehancuran  geser-  tarik,  sedangkan  pada  BBS  7,5  sudut  pola  retak  hampir  90 0 menunjukan pola kehancuran lentur. Pola Retak dapat dilihat pada Gambar 5, 6, 7, dan 8.
Gambar 5. Pola Retak Balok Beton Normal
Gambar 6. Pola Retak Balok Beton Serat 2,5 cm
Gambar 7. Pola Retak Balok Beton Serat 5 cm

## 4.3 Gaya Dalam
Gaya dalam balok beton pada sisi sebelah kiri yang diberikan oleh tulangan sengkang, NFRP dan beton sendirinya. Grafik hubungan beban dan gaya dalam dapat dilihat pada Gambar 9 dan 10.
Gambar 8. Pola Retak Balok Beton Serat 7,5 cm
Gambar 9. Grafik Beban dan Gaya Dalam BBN dan BBS 2,5
Gambar 10. Grafik Beban dan Gaya Dalam BBS 5 dan BBS 7,5
Pada BBS 7,5 kapasitas geser belum mencapai ultimit dikarenakan telah terjadi kegagalan lentur. Pada saat  terjadi  kegagalan lentur  dengan  beban  75,73  kN,  tegangan  yang  diukur  strain  gauge  pada  tulangan geser  sebesar  168,  40  MPa.  Sehingga  diperkirakan  masih  dapat  meningkatkan  kekuatan  geser  sebesar 62,46%.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN
Pengunaan  material  komposit  NFRP  serat  abaka  dengan  variasi  lebar  serat  7,5  cm  meningkatkan kapasitas  beban  maksimum  sebesar  17,77%  dan  lendutan  pada  beban  maksimum  sebesar  161,30%. Kehancuran yang terjadi pada BBN, BBS 2,5 dan BBS 5 ialah kehancuran geser – tarik (shear – tension failure) .  Untuk  BBS  7,5  mengubah  pola  kehancuran  beton  yang  awalnya  di  desain  kehancuran  geser menjadi  kehancuran  lentur.  Hasil  penelitian  benda  uji  dengan  lebar  serat  lebih  lebar  dari  7,5  cm,  perlu direncanakan dengan kapasitas lentur lebih besar agar dapat diperoleh kapasitas geser maksimum.

## DAFTAR PUSTAKA
Al-Nu’man, B. S., dan Al-Sahlani, M. H. 2006. Behavior of repaired reinforced concrete beams failed in shear. Journal of Engineering and Development , 10(3), pp. 115-134.
Amri, S. 2006. Teknologi audit forensik, repair dan retofit untuk rumah dan bangunan gedung . Penerbit Yayasan John Hi–Tech Ideatama, Jakarta.
McCormack, J. C. 2003a. Desain Beton Bertulang Jilid 1 . Erlangga, Jakarta.
McCormack, J. C. 2003b. Desain Beton Bertulang Jilid 2 . Erlangga, Jakarta.
Nawy, E. G. 1998. Beton bertulang suatu pendekatan dasar. Cetakan kedua . PT. Refika Aditama, Bandung. Wibowo, A. 1998. Abaca (Musa Textillis Nee) penghasil serat . Duta Rimba.