## Analisis Geser pada Balok Komposit Kayu Kamper Laminasi Baut Perekat- Beton Bertulang dengan Perkuatan CFRP
Pamella M Sri Rezeki 1 , Intan Nuriskha Rachma 2
Jurnal Konstruksi Institut Teknologi Garut Jl. Mayor Syamsu No. 1 Jayaraga Garut 44151 Indonesia Email : jurnal@itg.ac.id
1 pamella.msr@itg.ac.id 2 intan.nr@itg.ac.id
Abstrak – Dimensi penampang kayu terbatas karena mengalami kembang susut, sehingga untuk memperoleh dimensi kayu yang besar salah satunya bisa dilakukan laminasi. Balok kayu laminasi dikompositkan  dengan  pelat  beton  bertulang  menghasilkan  bentuk  struktur  dimana  kayu dilindungi oleh pelat beton. Sistem laminasi kayu dalam penelitian ini menggunakan baut perekat dengan Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) sebagai perkuatan eksternal. Balok uji terdiri dari balok normal tanpa perkuatan (BLN-00) dan balok uji dengan perkuatan eksternal lapisan CFRP  (BLF-01).  Penelitian  ini  dilakukan  eksperimen  dengan  metode Displacement  Control . Balok  uji  dibebani  satu  beban  terpusat  statik  monotonik  di  tengah  bentang  dengan  kecepatan konstan 0,05 mm/dtk sampai runtuh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa balok uji normal tanpa perkuatan (BLN-00) memiliki kekuatan 52,43 kN, kekakuan 7,06 kN/mm, dan daktilitas 13,42. Sedangkan balok dengan perkuatan CFRP (BLF-01) memiliki kekuatan 65,81 kN, kekakuan 9,33 kN/mm, dan daktilitas 16,85. Selain itu, nilai tegangan geser maksimum yang terjadi pada balok normal sebesar 4,23 MPa dan pada balok dengan perkuatan CFRP sebesar 1,95 MPa.
Kata Kunci – Balok Komposit; CFRP; Laminasi Kayu; Perkuatan Eksternal; Tegangan Geser.

## I. PENDAHULUAN
Luas hutan tropis yang tersebar di wilayah Indonesia menjadi salah satu penunjang proses konstruksi jembatan- jembatan yang terbuat dari kayu. Indonesia memiliki 130 juta hektar luas hutan tropis dengan kawasan hutan alam 111.713.000 Ha dan hutan produksi 19.039.000 Ha [1]. Kebutuhan kayu dalam dunia konstruksi semakin terbatas, sehingga struktur kayu dapat dibuat dari potongan kayu kecil yang digabungkan dengan bahan lain agar mendapatkan dimensi yang diperlukan [2].
Perkembangan konstruksi yang semakin pesat menciptakan berbagai cara baru untuk menambah kemampuan struktur dalam menerima beban. Salah satunya adalah dengan menggunakan perkuatan eksternal berupa Fiber Reinforced  Polymer  (FRP).  Beberapa  jenis  FRP  diantaranya  AFRP  (Aramid),  CFRP  ( Carbon ),  dan  GFRP ( Glass ). Penelitian ini menggunakan jenis CFRP sebagai perkuatan eksternal pada balok beton yang bekerja untuk menahan lentur dan deformasi. Distribusi tegangan akibat beban lentur menyebabkan serat bagian atas balok tertekan dan serat bagian bawah balok tertarik. Kuat lentur suatu struktur akan mempengaruhi kekuatan dan  estetika  struktur  tersebut.  Kuat  lentur  struktur  akan  bertambah  ketika  struktur  tersebut  mengalami perkuatan dan perbaikan. Degradasi kekuatan struktur tersebut tidak sesuai dari perencanaan akibat mutu beton [3].
Glulam vertikal lebih unggul dari pada glulam horizontal. Glulam vertikal memiliki kekuatan, kekakuan serta ketangguhan  yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan  glulam  horisontal.  Penggunaan  konektor  semi-kaku
berfungsi  secara  maksimal  pada  balok  komposit.  Hal  tersebut  disimpulkan  karena  balok  komposit  tidak mengalami kerusakan geser yang dominan pada saat pengujian. Penggunaan laminasi GFRP pada sepanjang area lentur balok adalah metode yang sangat efektif untuk meningkatkan kinerja struktural balok komposit [4]. Penerapan  komposit  beton  dengan  kayu  laminasi  diaplikasikan  dengan  konektor.  Konektor  baja  terbukti sebagai elemen yang sangat kuat dan kaku pada struktur TCC. Penelitian mengamati kekuatan dan kekakuan konektor bila digunakan secara terpisah, sendiri dan dalam kombinasi dengan tulangan [5].
Pengujian  lentur  terhadap  balok  komposit  kayu  laminasi  dengan  beton  bertulang  dilakukan  menggunakan beban terpusat sebanyak dua buah. Beban ditempatkan pada sepertiga (1/3) panjang bentang. Hasil pengujian menunjukkan bahwa balok uji (BN; BL-1; BL-2) mampu menahan beban maksimum berturut-turut (81,32; 82,82; 82,69) kN; memiliki kekakuan berturut-turut (7,51; 8.22; 6,32) kN/mm dan memiliki daktilitas berturut- turut (16,67; 28.83; 20.21) [6]. Hasil pemeriksaan fisik dan mekanik pengujian sifat kayu kamper menunjukkan kelembaban kandungan kayu kamper mencapai kompresi persyaratan  > 16%. Oleh karena itu, penggunaan kayu dalam penelitian perlu dikeringkan sebelum ditekan. Penggunaan CFRP sebagai tulangan lentur, beton laminasi  balok  komposit  kamper  yang  diperkuat  dapat  menahan  beban  85,42  kN  dengan  dimensi  balok komposit  250  x  25,5  x  30  cm.  Penambahan  lapisan  CFRP  pada  balok  komposit  dapat  meningkatkan kemampuan  balok  komposit  untuk  menerima  beban.  Peningkatan  beban  penerimaan  pada  masing-masing balok komposit menggunakan CFRP adalah 86,86 kN (101,68%) untuk balok komposit dengan 1 lapis CFRP, dan 87,99 kN (103,07%) untuk balok komposit dengan 2 lapis CFRP, dan 93,81 kN (109,83%) untuk balok komposit dengan 3 lapis CFRP [7].
Perkuatan lentur terhadap balok tentu akan berpengaruh terhadap perilaku geser balok tersebut.  Gaya geser terbesar  terjadi  dekat joint antara  balok  dan  kolom.  Penempatan  sengkang  yang  mengikuti truss  analogy kegagalan geser yang bersudut 45 0 sampai dengan permodelan strut and tie berfungsi menahan gaya geser [8]. Perilaku  geser  pada  balok  beton  bertulang  sangat  kompleks.  Mekanisme  pembentukan  retak  miring  akibat geser  yang  tinggi  sangat  sukar  untuk  ditetapkan  [9].  Keruntuhan  geser  bersifat  rapuh  yang  mengakibatkan keruntuhan katastropik dengan peringatan dini yang terbatas dan tidak ada kemungkinan redistribusi tekanan internal. Oleh karena itu, keruntuhan geser secara alami lebih berbahaya dan menuntut perhatian yang lebih besar dari para insinyur struktur dimana struktur perlu didesain secara khusus untuk menghindari keruntuhan geser yang tiba-tiba [10].

## II. METODOLOGI PENELITIAN
Nilai modulus elastisitas beton mendekati sama dengan nilai modulus elastisitas kayu. Hal tersebut tergantung pada konfigurasi penampang komposit. Pada balok T komposit akan mengalami 3 (tiga) kemungkinan kasus yaitu garis netral berada didalam sayap beton, garis netral tepat pada shear connector , atau garis netral berada pada badan kayu.

## A. Garis netral berada didalam sayap beton (a < t)
Kondisi tinggi blok tegangan beton a < t jika garis netral terjadi pada beton. Perhitungan distribusi regangan, tegangan dan keseimbangan gaya berdasar pada persamaan (1) dan (2).
Cc = 0,85 f’c x a x b tr (1) Tw = {𝑏𝑤 x (ℎ𝑤 + 𝑡 – 𝑦) x (0,8 𝑀𝑂𝑅)} 2 (2) maka: a = (3)
Cc = Tw (terjadi momen kopel dengan lengan z).
Kondisi tegangan tarik beton dibawah garis netral dapat diabaikan, sehingga lengan momen dalam : z = h – (a/2) + h/3) atau z = (2/3) hw + t – a/2
(4)
𝑏 𝑤 . ℎ 𝑤 (0,8 𝑀𝑂𝑅) 2 (𝑛 1 . 𝑏 𝑐 ). 0,85𝑓 ′ 𝑐
Vol. 21; No. 2; 2023; Hal 275-280

## B. Garis netral tepat pada shear connector (a = t)
Kondisi garis netral ada pada badan kayu (a = t), maka distribusi regangan, tegangan dan keseimbangan gaya dapat diperhitungkan dengan:
Cc = 0,85 𝑓’𝑐 x 𝑡 x 𝑏𝑡𝑟 (5) Tw = ½ 𝑏𝑤 (ℎ − 𝑦) x (0,8 𝑀𝑂𝑅)
(6)
Kondisi keseimbangan gaya dalam Cw = Tw, maka tinggi posisi garis netral (y) dapat diukur dari serat tertekan:
y = 𝑎 0,80 (7)
h-y = (8) disederhanakan menjadi: y = h- {(bw x t) / bw x 2,125 f’c / (MOR)} (9) Maka, lengan momen dalam : z = h – t/2 – (h-y) / 3, disederhanakan:
z = 1/6 x (4h – 3t + 2y)
(10)

## C. Garis netral berada pada badan kayu (a > t)
Kondisi garis netral pada badan kayu (a > t), maka bagian badan yang tertekan dapat diabaikan. Oleh karena itu, distribusi regangan, tegangan dan keseimbangan gaya dapat ditentukan dengan:
Tw = (ℎ − 𝑦) 𝑏𝑤 x 0,80 𝑀𝑂𝑅
(11)
Gaya tekan pada sayap dapat dihitung dengan:
Cc = 𝑏𝑡𝑟 x 𝑡 x 0,85 𝑓’𝑐 (12) y = (13)
Lengan momen dalam menjadi:
z = 1/6 x (4h – 3t + 2y) (14)
Berdasar pada 3 (tiga) kemungkinan nilai a di atas, semakin besar nilai a mempengaruhi luasan blok tegangan tekan beton ekivalen yang menjadi semakin luas. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin besar gaya tekan beton yang terjadi.

## D. Pengujian
Pengujian dilakukan dengan meletakkan balok uji pada loading frame dengan tumpuan sendi-rol. Pembebanan dilakukan di tengah bentang balok beton bertulang pada jarak 1150 mm dari tumpuan. Metode hydraulic jack dan load cell digunakan dalam pembebanan. LVDT dipasang pada balok uji  sebanyak 3 (tiga) buah untuk mengetahui lendutan yang terjadi saat pengujian. Sedangkan regangan yang terjadi antara kayu dan CFRP diketahui melalui strain guage yang dipasang pada posisi tertentu [11]. Pengujian balok dilakukan dengan Displacement  Control menggunakan Center  Point  Load .  Beban  monotonik ramp  actuator konstan  0,05 mm/dtk dibebankan pada balok uji sampai mengalami runtuh. D ata logger dilakukan pembacaan data secara bertahap dengan kenaikan interval beban 0,05 mm/dtk [ 12 ] . Kondisi daerah tekan pada balok hancur dan telah mencapai  ultimit  menunjukkan  batas  pembebanan  pada  benda  uji.  Ilustrasi  pengujian  balok  seperti  pada Gambar 1. Hasil pengujian kemudian digunakan untuk analisis geser balok normal dan balok dengan perkuatan 1 (satu) lapis CFRP.
0,85 𝑓 ′ 𝑐. 𝑡. 𝑏 𝑡𝑟 1 2 𝑏 𝑤 (0,80 𝑀𝑂𝑅)
(ℎ 𝑤 + 𝑡) − 𝑏 𝑡𝑟 𝑥 𝑡 𝑥 0,85 𝑓′𝑐
1 2 𝑏 𝑤 (0,80 𝑀𝑂𝑅)
Gambar 1: Ilustrasi Pengujian Lentur Balok Komposit

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa  geser  balok  komposit  dilakukan  untuk  mengetahui  besarnya  tegangan  geser  yang  terjadi  pada penampang balok uji. Mengacu pada hasil pengujian lentur balok komposit, diperoleh besar gaya lintang yaitu 41.053,94 N.
Gambar 2: Diagram Tegangan Geser Balok Komposit
Keterangan: τmax  = Tegangan Geser Maksimum (Garis Netral) τ1 = Tegangan Geser Shear Connector (n-n) τ2 = Tegangan Geser Perekat Laminasi (A-A)
τ2
=
Tegangan Geser Perekat Laminasi (B-B).

## A.  Analisa Geser Balok Komposit
Analisa  geser  dilakukan  terhadap  balok  komposit  tanpa  perkuatan.  Hasil  analisis  menunjukkan  data  yang terlihat dalam Tabel 1.
Tabel 1: Hasil Analisis Geser Balok Komposit Normal No Titik Gaya Ruang Gaya (S) a Tegangan Geser (τ) b 1 Tegangan Geser Garis Netral (Garis GN) 737.311,815 0,66 2 Tegangan Geser Shear Connector (Garis n-n) 281.250 0,11 3 Tegangan Geser Perekat Laminasi (Garis A-A) 1.023.750 2,77 4 Tegangan Geser Perekat Laminasi (Garis B-B) 1.563.750 4,23
a Volume dalam Milimeter Kubik b Tegangan dalam satuan MegaPascal Berdasar pada hasil analisa geser balok komposit diperoleh tegangan geser yang terlihat dalam Gambar 3.
255 -c

## Gambar 3: Diagram Tegangan Geser Balok Komposit tanpa Perkuatan

## B.  Analisa Geser Balok Komposit dengan Perkuatan
Analisa  geser  dilakukan  terhadap  balok  komposit  tanpa  perkuatan.  Hasil  analisis  menunjukkan  data  yang terlihat dalam Tabel 2.
Tabel 2: Hasil Analisis Geser Balok Komposit dengan Perkuatan
No Titik Gaya Ruang Gaya (S) a Tegangan Geser (τ) b 1 Tegangan Geser Garis Netral (Garis GN) 1.887.646,815 1,70 2 Tegangan Geser Shear Connector (Garis n-n) 1.620.000 0,65 3 Tegangan Geser Perekat Laminasi (Garis A-A) 720.000 1,95 4 Tegangan Geser Perekat Laminasi (Garis B-B) 180.000 0,49
a Volume dalam Milimeter Kubik
b Tegangan dalam satuan MegaPascal
Berdasar pada hasil analisa geser balok komposit diperoleh tegangan geser yang terlihat dalam Gambar 4.
Gambar 4: Diagram Tegangan Geser Balok Komposit dengan Perkuatan

## IV. KESIMPULAN
Hasil analisa geser balok komposit normal menunjukkan bahwa tegangan geser maksimum terjadi pada garis perekat laminasi B-B dengan besarnya tegangan 4,23 MPa. Sedangkan, tegangan  geser paling kecil terjadi pada  garis  penghubung  ( shear  connector )  yaitu  0,11  MPa.  Pada  analisa  penampang  balok  komposit  tanpa perkuatan diperoleh tegangan lentur yang terjadi pada bagian atas kayu sebesar 2,05 MPa dan tegangan lentur pada bagian bawah kayu sebesar 77,59 MPa. Oleh karena itu, tegangan maksimum lentur kayu lebih besar dari pada tegangan maksimum geser kayu, maka balok komposit kuat terhadap geser. Sedangkan, Hasil analisa
geser balok komposit menunjukkan bahwa pada garis netral mengalami tegangan geser maksimum dengan besarnya tegangan 1,70 MPa. Sedangkan, tegangan geser pada garis penghubung ( shear connector ) sebesar 0,65  MPa.  Pada  kondisi  ini,  balok  komposit  mengalami  tegangan  geser  paling  rendah  pada  garis  perekat laminasi B-B yaitu 0,49 MPa karena penerapan perkuatan dengan menggunakan CFRP. Maka, balok komposit dengan perkuatan CFRP mampu menahan tegangan geser yang terjadi lebih baik dibandingkan balok komposit tanpa perkuatan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] L. M. R. Z. Putra et al. , “Hukum Kehutanan”, 1st ed. Bandung: CV. Media Sains Indonesia, 2022.
[2] T. M. Wicaksono, A. Awaludin, and S. Siswosukarto, “Analisis Perkuatan Lentur Balok Kayu Sengon dengan Sistem Komposit Balok Sandwich (Lamina dan Plate),” INERSIA lnformasi dan Ekspose Hasil Riset  Teknik  Sipil  dan  Arsitektur ,  vol.  13,  no.  2,  pp.  129–140,  Dec.  2017,  doi: 10.21831/INERSIA.V13I2.17176.
[3] A. M. Setiawan et al. , “Perilaku Lentur Balok Beton pada Kombinasi Daerah Geser dan Tarik yang Menggunakan Material FRP sebagai Perkuatan Eksternal di Lingkungan Ekstrim,” Indonesian Journal of Fundamental Sciences , vol. 6, no. 2, 2020.
[4] Y. A.  Z. Ali, “Flexural  behavior  of  FRP  strengthened  concrete-wood  composite beams,” 2018,  doi: 10.1016/j.asej.2018.06.003.
[5] D.  Otero-Chans,  J.  Estévez-Cimadevila,  F.  Suárez-Riestra,  and  E.  Martín-Gutiérrez,  “Experimental analysis of glued-in steel plates used as shear connectors in Timber-Concrete-Composites,” Eng Struct , vol. 170, pp. 1–10, Sep. 2018, doi: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2018.05.062.
[6] M. Mujiman, F. Igustiany, and R. Hakiki, “Flexural strengthening of composite bridge glued laminated timber beams-concrete plate using CFRP layers,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering , Institute of Physics Publishing, May 2020. doi: 10.1088/1757-899X/830/2/022047.
[7] P. M. S. Rezeki, Y. Astor, Mujiman, and E. R. Juarti, “The Reinforcement of Flexible Composite Beams Laminated Camphor – Reinforced Concrete,” Proceedings of the 2nd International Seminar of Science and  Applied  Technology  (ISSAT  2021) ,  vol.  207,  pp.  58–62,  Nov.  2021,  doi: 10.2991/AER.K.211106.010.
[8] L. Zhou, Z. Liu, and Z. He, “Elastic-to-Plastic Strut-and-Tie Model for Deep Beams,” Journal of Bridge Engineering , vol. 23, no. 4, p. 04018007, Apr. 2018, doi: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001206.
[9] L. Buarlele, B. Kusuma, and J. Tanijaya, “Prediksi Kekuatan Geser Beton Pada Balok Beton Bertulang Tanpa  Tulangan  Geser,” Jurnal  Teknik  Sipil ,  vol.  16,  no.  1,  pp.  1–13,  Feb.  2020,  doi: 10.24002/JTS.V16I1.4212.
[10]  T. Jayasinghe, T. Gunawardena, and P. Mendis, “Assessment of shear strength of reinforced concrete beams without shear reinforcement: A comparative study between codes of practice and artificial neural network,” Case  Studies  in  Construction  Materials ,  vol.  16,  p.  e01102,  Jun.  2022,  doi: 10.1016/J.CSCM.2022.E01102.
[11]  P.  Geser  Balok  Beton  Bertulang Menggunakan  Sengkang  Luar, A.  Saputra,  S. Murni  Dewi,  and  L. Susanti,  “Shear  Strengthening  of  Reinforced  Concrete  Beam  Using  Externally  Strirrups,” Jurnal Rekayasa  Sipil  dan  Lingkungan ,  vol.  3,  no.  2,  pp.  105–112,  Dec.  2019,  doi: 10.19184/JRSL.V3I2.10296.
[12]  M. K. Effendi and N. Rahmayanti, “Analisis Elemen Hingga Nonlinier Balok Geser Beton Memadat Mandiri  dan  Beton  Mutu  Tinggi,” TERAS  JURNAL ,  vol.  11,  no.  2,  p.  375,  Oct.  2021,  doi: 10.29103/tj.v11i2.518.