## PENGARUH FAKTOR LINGKUNGAN INTERNAL DAN AGRESIF TERHADAP KOLOM RETROFIT DENGAN CFRP DAN GFRP
Rida Handiana Devi 1,*) , Senot Sangadji 2)
1) Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Veteran Bangun Nusantara, Sukoharjo
Jl. Letjend Sujono Humardani, No. 1, Sukoharjo
2) Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Jl. Ir. Sutami No.36, Kentingan, Kec. Jebres, Kota Surakarta
*) Email : ridahandiana@gmail.com

## Abstract
The  strengthening  technique  to  retrofit  a  reinforced  concrete  structure  is  an effective strategy to enhance the local and global structure capacity. It could be the structure's strength, stiffness, and failure resistance. The retrofit strategy is selected in the wrapped column method using FRP (Fiber Reinforced Polymer). This study analyzed one column element using the static nonlinear procedure to determine the member  of  the  structure  toward  seismic  forces.  The  rectangular  column  was analyzed  using  Adaptive  Pushover  Analysis.  This  procedure  operates  the  not constant  lateral  load,  then  attaining  more  realistic  results  by  displacement-based inelastic  element  type.  Three  models  were  analyzed  using  Seismostruct  with  the non-retrofit column without FRP and two models with retrofitted FRP by carbon or CRFP  and  glass  or  GFRP.  Those  two  materials  have  advantages  under  different conditions,  so  that  this  enhancement  can  install  under  different  risks  and circumstances. The column capacity increase wrapping  CFRP reached  more than 10  %  compared  with  the  non-retrofit  column.  Wrapping  GFRP  represents  that column  capacity  failure  resistance  is  more  significant  than  CFRP  in  internal  and aggressive environment types.
Kata kunci : Retrofit, non-linier static, Adaptive Pushover, CFRP, GFRP

## PENDAHULUAN
Pengaruh  bencana  yang  disebabkan oleh  alam  maupun  dari  manusia terhadap  bangunan  beton  bertulang menyebabkan penurunan kapasitas struktur  lama  bahkan  untuk  struktur baru  sekalipun.  Gempa  bumi  sebagai salah  satu  bencana  yang  menghasilkan dampak kerusakan cukup besar dibandingkan  dengan  faktor  lain. Kerusakan  struktural  meliputi  balok, kolom,  dinding,  pelat,  dan  bahkan
pondasi,  maka  perlu  ditingkatkan kekuatan,  kekakuan,  dan  daktilitasnya, serta  memiliki  sambungan  balok- kolom  yang  baik  dan  tepat  (Vitorino dkk,  2020).  Sedangkan  bencana  yang berasal  dari  faktor  manusia  yaitu kebakaran juga dapat menjadi penyebab  kerusakan  terhadap  struktur walaupun  tidak  luas.  Faktor  lain  juga bisa  datang  dari  kemampuan  struktur tersebut karena tidak adanya perawatan maupun  perbaikan  secara  berkala,
sehingga  dalam  kurun  waktu  tertentu dapat menyebabkan
runtuhnya bangunan  sebelum  jangka  waktu  yang telah diprediksi oleh perencana. Faktor lain  yang  bersumber  dari  kesalahan perencanaan  atau  pelaksanaan  juga sangat mempengaruhi penurunan kapasitas  serta  kemampuan  suatu bangunan dalam mempertahankan kekuatan dari setiap elemen
penyusunnya.
Sesuai  dengan  aturan strong column  weak  beam serta  fungsinya yang  menyalurkan  beban  dari  balok dan pelat untuk dilanjutkan ke pondasi, kolom  menjadi  elemen  yang  penting untuk  dipertimbangkan  kekuatannya. Berbagai  kerusakan  yang  terjadi  pada kolom menyebabkan menurunnya kekuatan  struktur  secara  global  dan lebih  tinggi  tingkat  kerapuhannya dibandingkan  dengan  kerusakan  yang terjadi  di  balok.  Sendi  plastis  pada kolom  adalah  titik  penting  yang  perlu didesain  dengan  baik  dalam  mencapai kapasitas yang diharapkan untuk mengurangi  efek soft  storey. Sendi plastis juga merupakan bagian struktur yang  dapat  dijadikan  sebagai  bagian untuk memprediksi keretakan dan leleh yang  terjadi  pada  intensitas  tinggi sehingga
mampu menunjukkan
perpindahan high flexural ketika mendekati  kekuatan ultimate yang dipengaruhi pembebanan
siklik (Leslie, 2013).
Elemen  kolom  pada  struktur reguler dapat dianalisis secara dinamik maupun statik untuk mewakili perilaku dan  kapasitas  dari  struktur  global. Analisis  dinamik  dan  statik  dapat digunakan dalam mengevaluasi
bangunan  bertingkat  rendah  sampai tinggi.  Bangunan  bertingkat  rendah sampai  sedang  dapat  mengaplikasikan kapasitas  beban  pada  analisis  statik karena  perpindahan  struktur  dapat diidentifikasi  cukup  akurat  dan  lebih sederhana  dengan  prosedur pushover . Analisis  statik  pushover  pada  skema prosedur  adaptif  berbasis  perpindahan (displacement) menyuguhkan peningkatan  prediksi  secara  signifikan dibandingkan dengan berbasis algoritma  kekuatan (force) (Antoniou &  Pinho,  2004).  Oleh  sebab  itu, evaluasi  elemen  kolom  diusulkan untuk memilih skema parameter inelastic  frame  displacement  based dimana  sendi  plastis  terkonsentrasi pada rotational spring.
Pada  penelitian  ini,  elemen kolom  dikenakan  perkuatan  yang berlatar  belakang  akibat  banyaknya faktor kerusakan yang diakibatkan oleh gempa bumi maupun kebakaran. Perkuatan  yang  diaplikasikan  yaitu menggunakan  material FRP (Fiber Reinforced  Polymer) dengan  dua  jenis bahan  baku,  yaitu carbon dan glass, karena kedua bahan ini yang mempunyai  keunggulan  dibandingkan aramid dan basalt
dalam meningkatkan  kapasitas  elemen  kolom pada  kondisi  yang  berbeda.  Kelebihan berbahan carbon dari  segi  materialnya sangat  ringan  dan  kuat  serta  memiliki kuat  tarik  yang  tinggi,  sedangkan berbahan glass dapat  meningkatkan ketahanan  lelehnya  karena  memiliki ketahanan  tinggi  terhadap  termal, pengaruh  lingkungan  dengan  kadar garam,  kimia,  dan  alkaline  tinggi (Amran  dkk,  2018).  Tujuan  penelitian
x y y x 30 cm 40 cm 30 cm 40 cm FRP ini  untuk  menganalisis  respon  elemen kolom pada saat diberikan lateral force
sampai terjadi keruntuhan, serta mengidentifikasi kerusakan secara rasional  yang  terjadi  ketika  dianalisis menggunakan
prosedur adaptive pushover melalui  pendekatan  metode elemen  hingga  dalam  menentukan sendi plastis dan keretakan.

## METODE PENELITIAN
Analisis Adaptive  Pushover digunakan untuk  memperoleh  beban  perpindahan pada  elemen  dengan  bantuan software yang  kompatibel  dalam  mengevaluasi struktur  yaitu Seismostruct .  Dengan beban  yang  selalu  bertambah  di  setiap langkahnya,  maka  elemen  kolom  ini akan  menunjukkan  respon  yang  lebih realistis
untuk menggambarkan kerusakan  yang  diakibatkan  beban seismik. Pemilihan tipe elemen
menggunakan parameter berbasis perpindahan  dan  penempatan  sendi
plastis  yang  terkonsentrasi  di  bagian ujung elemen.
Gambar 1. Model elemen kolom dengan beban lateral.
Model elemen kolom 3D pada Gambar 1  menggunakan  tipe  elemen  i nelastis frame  dispalcement  based  plastic hinge  (infrmDBPH) dengan  tinggi  3 meter.  Pemberian  node  1  sebagai tumpuan  dan  node  2  merupakan  node yang  akan  dikenakan  pembebanan secara lateral.

## Model elemen kolom 3 dimensi
(a) (b)
Gambar 2. (a) Penampang kolom tanpa FRP (b) Penampang kolom dengan FRP
Gambar 2 menampilkan dimensi penampang  kolom rectangular dengan b sebesar  30  cm, h sebesar  40  cm  dan tebal penutup beton 2.5 cm. Dua model penampang  yaitu  kolom  tanpa FRP sebagai Model 1 artinya tanpa penambahan FRP , sedangkan Model  2 dengan FRP jenis carbon ( CFRP ), dan Model  3  adalah  kolom  menggunakan
FRP jenis glass ( GFRP ) yang diaplikasikan  secara  menyeluruh  di empat sisi sepanjang kolom.

## Material
Material  tulangan baja dan beton  yang diterapkan dalam sistem model mengadopsi dari Managoto-Pinto
(1973)  dengan  kuat  leleh of  420000
kPa  dan  Mander  (1988)  dengan  kuat
tekan  38000  kPa  berdasarkan  model struktur yang telah dianalisis kapasitasnya  secara  global  ( Devi  dkk, 2020). Material tersebut dideskripsikan sebagai  nonlinier  uniaxial  tegangan dan  regangan  yang  tersedia  di  dalam Seismostruct. Tabel  1  dan  Tabel  2 menampilkan  sifat  material FRP yang dipilih dari beberapa tipe yang tersedia di  Seismostruct.    Dua  jenis FRP yaitu tipe carbon yaitu CFRP sika  wrap 600C dan glass yaitu GFRP SikaWrap
Hex  100G  (1) dipilih  berdasarkan ketebalan  yang  tidak  jauh  berbeda. Beberapa sifat material yang diterangkan  antar  lain  ketebalan  serat material,  kuat  tarik,  modulus  tarik, persentase  pemanjangan  material,  dan berat per meter luas.
Tabel 1. Sifat Material CFRP sika wrap 600C Fiber thickness 0.3310 mm Tensile strength 3800 MPa Tensile Modulus 242000 MPa Elongation 1.55 % Weight 600 gr/m2 Tabel 2. Sifat Material GFRP SikaWrap Hex 100G (1) Fiber thickness 0.3590 mm Tensile strength 2276 MPa Tensile Modulus 72413 MPa Elongation 4 % Weight 913 gr/m2 Tipe elemen Berdasarkan plastisitas yang terkonsentrasi pada kedua ujung elemen sebagai sistem untuk membedakan rebar dan material komposit, tipe elemen ini menganalisis deformasi  non  linier  dalam  penyatuan pegas  rotasi,  sedangkan  bagian  lain tetap  elastis.  Tipe  elemen  dengan
kekakuan pegas rotasi lebih konservatif  dalam  mengidentifikasi pola  non  linier  elemen  melalui kalibrasi  menggunakan  data  hasil pengujian  pada  momen-rotasi  dan kurva  histeresis  yang  dimodelkan  oleh bilinier  standar  dengan kinematic strain  hardening (Ibarra  dkk,  2005). Hubungan force-displacement didasari
oleh MIMK_bilin  (Modified  Ibarra- Medina-Krawinkler Deterioration curve with Bilinier Hysteretic Response) yang  diperkenalkan  oleh Ibarra, Medina, and Krawinkler (2005) dan  dimodifikasi  oleh  Lignos  & Krawinkler (2011).
Gambar 3. Pendekatan elemen pegas rotasi untuk pemodelan distribusi plastisitas (Deierlein dkk, 2010).
Elemen  kolom  yang  dimodelkan berdasarkan  pendekatan  tipe  elemen pada  gambar  3,  dimana  kurva  model MIMK_bilin  menjadi  dasar  dalam menampilkan respon beban monotonik dan  menghasilkan  ikatan  kuat  dan perubahan bentuk sebagai karakteristik tingkah  laku  histeresisnya.  Model  ini didefinisikan  sebagai  variabel  dengan post capping gradual strength disorientation model. Parameter permodelan sendi Parameter  permodelan  sendi  pada elemen kolom-balok 3D digeneralisasikan oleh tipe sendi plastis non-elastis berbasis perpindahan.  Tipe  perpindahan  untuk beban  kenaikan  sampai  beban  nodal diterapkan pada noda 2 dengan arah x. Target  analisis  200  kali  pembebanan dan  perpindahan  sebesar  12  cm . Tabel 3  menjelaskan  parameter  pemodelan
sendi engsel dalam Seismostruct berdasarkan kurva non linier
MIMK_bilin sesuai  dengan  material yang dirancang untuk  elemen tersebut. Parameter-parameter ini dijelaskan dengan  memilih  kolom  yang  tidak terkontrol  karena  sesuai  perencanaan tulangan yang dipasang secara menerus. Berdasarkan tabel parameter tersebut, rotasi kolom pada sudut rotasi plastis  a  dan  b  memberikan  radian yang  sama  antara  tepi  a  dan  tepi  b. Radian  sumbu  2  lebih  besar  dari sumbu  3  karena  dipengaruhi  oleh perbandingan distribusi tulangan melintang  dan  memanjang  terhadap luas  beton  yang  tegak  lurus  terhadap tulangan  tersebut. Table  3.  Parameter pemodelan  sendi  pada  kolom  tidak terkontrol  oleh  pengembangan  yang tidak  memadai  atau  penyambungan  di sepanjang ketinggian.
Rotation Edge a (radians) Edge b (radians) Axis 2 Axis 3 Axis 2 Axis 3 a (Plastic Rotation Angle) 0.03942653 0.0378449 0.03942653 0.0378449 b (Plastic Rotation Angle) 0.07992577 0.07700411 0.07992577 0.07700411 c(Residual strength ratio) 0.20 0.20 0.20 0.20 Faktor konversi lingkungan CFRP dan GFRP
mempunyai keunggulan untuk kondisi yang
berbeda.  Pada  proses  memodelkan sebuah  struktur  dengan  beberapa  jenis perkuatan FRP terdapat  pengaruh kondisi  paparan  lingkungan  yang berbeda sesuai sifat materialnya. Dalam  analisisnya,  dikenakan  variasi kondisi  pengaruh  lingkungan  yang berbeda yaitu pada kondisi internal dan pengaruh  lingkungan  yang  ekstrim menggunakan  nilai  faktor  reduksi dalam kondisi tersebut. Kondisi internal  menggunakan  nilai  faktor  na 0.75, sedangkan dengan tipe lingkungan yang agresif nilai faktor na sebesar 0.5 yang dilatar belakangi oleh keunggulan dari material GFRP karena memiliki  ketahanan  tinggi  terhadap paparan lingkungan yang ekstrim.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Lokasi  sendi  plastis  dan  visualisasi kerusakan elemen
Performance criteria didefinisikan untuk  menjelaskan  dan  menampilkan bentuk  deformasi  kolom,  sehingga sendi  plastis  dan  visualisasi  kerusakan dapat  memprediksi  dampak  dari  gaya seismik. Gambar 4 menunjukkan sendi plastis  yang  terbentuk  berada  di  ujung bawah  atau  node  1  karena  beban  di terapkan  pada  node  2  sehingga  respon tegangan dan regangan terbesar
terletak pada area tersebut.
Berdasarkan visualisasi yang ditampilkan  oleh  hasil  deformasi adalah terjadinya keretakan di sepanjang elemen, namun  hal  ini tidak sepenuhnya  respon  realistis  karena daerah  tengah  elemen  merupakan bagian  elastis  dengan  momen  sama dengan nol tepat pada titik belok. Titik belok (inflection  point) merupakan daerah  lemah,  sehingga  keruntuhan akibat  geser  selalu  diawali  dari pelelehan  sengkang  dan  keruntuhan beton  (Zheng  dkk,  2019).  Keretakan sebagai kerusakan yang terjadi sebenarnya  dapat  terlihat  di  daerah sendi plastis, terutama di sisi tegangan.
Gambar 4. Deformasi elemen
Ketiga  model  menunjukkan  deformasi yang  sama  pada  perpindahan  ketika terbentuknya  sendi  plastis  yaitu  0.048 m.  Perbedaan  nilai base  shear pada perpindahan  tersebut  hanya  0.72  % antara  Model  1  dan  Model  2,  karena mulai  terjadi  leleh  pada  material. Selain sendi plastis terbentuk,
kerusakan  pada  elemen  juga  mulai terlihat  dari  hasil  visualisasi  yang mulai  terjadi  keretakan  pada  selimut beton (unconfined concrete) di seluruh permukaan.  Lebar  keretakan  yang terjadi dapat diperkecil dengan penggunaan CFRP dan GFRP (Tibhe & Rathi, 2016).

## Kapasitas elemen kolom
Gambar  5  merupakan  kurva  kapasitas yang  menunjukkan  kapasitas  elemen kolom.  Kurva  tersebut  menunjukkan bahwa  maksimum base  shear yaitu 88.83  kN  pada  Model  1,  98.36  kN
untuk  Model  2,  dan  91.51  kN  untuk model  3,  dengan  perpindahan  saat tercapai maksimum base shear sebesar 1.62  m  pada  Model  1,  0.85  m  pada Model  2,  dan  1.02  m  pada  Model  3. Selisih base shear antara Model  1 dan
Model  2  mencapai  10.73  %,  namun hanya 3% saja untuk Model 3 terhadap Model 1. Pada perpindahannya menunjukkan perbedaan yang
signifikan  pada  Model  2  terhadap Model  1  dan  3  yaitu  24.65  %  lebih awal  pada  saat  tercapainya  maksimum base shear .
Gambar 5. Kurva kapasitas elemen 3 model kolom pada tipe lingkungan internal
Pada  gambar  6  menunjukkan  bahwa Model  2  dan  Model  3  dimana keduanya  menggunakan FRP dengan jenis  berbeda  dengan  pengaruh  tipe lingkungan  yang  agresif,  memperoleh hasil 7.5% lebih besar nilai maksimum base  shear pada  jenis carbon atau
CFRP .  Sebesar  19.7%  ketika  tercapai maksimum  base  shear,  perpindahan
yang  dihasilkan  lebih  besar  untuk Model  3  dibandingnya  Model  2.  Hal ini  dipengaruhi  oleh  material  dasar berupa glass. Dalam  teknik  retrofit, GFRP dapat  mengembalikan  kapasitas perpindahan  ultimit  dari  kolom  yang mengalami  kerusakan  (Aslam  dkk, 2021).
0 20 40 60 80 100 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 Base shea r Displacement Kolom Asli Kolom dengan CFRP
Kolom dengan GFRP
Gambar 6. Kurva kapasitas Model 2 dan Model 3 pada tipe lingkungan yang agresif.

## SIMPULAN
Deformasi  yang  terjadi  pada  ketiga model  menunjukkan  hasil  yang  sama ketika  awal  terbentuknya  sendi  plastis dan  material  mulai  luluh (first  yield), karena  material  dan  penampang  yang dimodelkan  sama,  sehingga  pengaruh FRP sebagai  strategi  retrofit  belum terlihat pada fase tersebut.  Pada ketiga model,  sendi  plastis  terjadi  pada  saat capaian perpindahan kolom yang sama, namun  keretakan  yang  terjadi  pada model  2  dan  3  dengan  penyelimutan FRP dapat  diperkecil  karena  ada tambahan  pengekangan  pada  selimut beton.
Kurva  kapasitas  pada  ketiga model  dengan  pengaruh  lingkungan internal  menunjukkan  bahwa  adanya perbedaan  yang signifikan pada kolom yang  diaplikasikan CFRP dengan kolom  tanpa FRP ,  yaitu    mencapai lebih  dari  10%  untuk  maksimum base shear ,  namun  lebih  rendah  24%  untuk
nilai perpindahannya. Hal ini menunjukkan  bahwa CFRP dapat meningkatkan  kekuatan  dari  struktur beton bertulang, namun terjadi keruntuhan  lebih  awal.  Sedangkan GFRP memiliki  efek  dibawah  10% dalam  peningkatan  kekuatan  elemen serta  lebih  awal  terjadinya  keruntuhan dibandingkan  dengan  kolom  tanpa FRP .
Lingkungan  agresif  dengan  nilai reduksi  yang  diterapkan  pada  model retrofit  memiliki  efek  pada  besarnya perpindahan saja pada Model 3 GFRP . Material  berbahan  dasar glass dapat mempertahankan strukturnya lebih lama terhadap keruntuhan dibandingkan  dengan carbon. CFRP dapat  meningkatkan  kekuatan  yang ditunjukkan oleh nilai base shear yang lebih  tinggi  dari GFRP yaitu  sebesar 7.5%. GFRP dapat  menahan  beban lebih lama dibandingkan dengan CFRP yaitu  sebesar  19.7%.  Oleh  sebab  itu,
0 20 40 60 80 100 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 Base shea r Displacement Kolom dengan CFRP Kolom dengan GFRP
pengaplikasian FRP dapat  disesuaikan dengan kebutuhan
peningkatan strukturnya  berdasarkan  material  dasar yang berbeda.

## DAFTAR PUSTAKA
Amran,  Y.M.,  Alyousef,  R.,  Rashid, R.S., Alabduljabbar, H., & Hung,
C.C.,  2018, Properties  and Applications Of FRP in Strengthening  RC  Structures:  A
Review, In Structures (Vol.  16, pp. 208-238), Elsevier. Antoniou,  S.,  &  Pinho,  R.,  2004,
Development  and  Verification  af A  Displacement-Based  Adaptive Pushover  Procedure ,  Journal  of earthquake  engineering,  8  (05),
643-661.
Aslam, H.M.U., Sami, A., & Raza, A.,
2021 , Axial Compressive Behavior  of  Damaged  Steel  and GFRP Bars Reinforced Concrete Columns  Retrofitted  with  CFRP
Laminates. Composite  Structures, 258, 113206.
Deierlein,  G.G.,  Reinhorn,  A.M.,  & Willford,  M.R.,  2010, Nonlinear Structural  Analysis  for  Seismic Design , NEHRP  seismic  design technical brief, 4, 1-36.
Devi,  R.H.,  Sangadji,  S.,  &  Saifullah,
H.A.,  2020, Fragility  Curve  of
Low-To-Mid-Rise Concrete Frame  Retrofitted  with  FRP , In E3SWeb of Conferences (Vol.
156, p. 03006), EDP Science.
Ibarra, L.F., Medina, R.A., & Krawinkler,  H.,  2005, Hysteretic Models That Incorporate Strength And Stiffness Deterioration , Earthquake
Engineering & structural dynamics, 34 (12), 1489-1511. Mander, J. B., Priestley, M. J., & Park,
R.,  1988, Theoretical  Stress- strain Model for Confined
Concrete. Journal  of  structural engineering, 114 (8), 1804-1826.
Menegotto,  M.,  1973, Method  of Analysis  for  Cyclically  Loaded RC  Plane  Frames  Including Changes  in  Geometry  and  Non- elastic  Behavior  of  Elements Under  Combined  Normal  Force and  Bending. Paper  presented  at the  Proc.  of  IABSE  symposium on resistance and ultimate deformability  of  structures  acted on  by  well  defined  repeated loads.
Leslie,  R.,  2013, The  Pushover Analysis, Explained in Its Simplicity , In National Conference (Recent  Advances in Civil  Engineering)  RACE  13  at
Saintgits College of Engineering,
Kottayam.
Lignos, D.G., & Krawinkler, H., 2011,
Deterioration  Modeling  of  Steel Components in Support of Collapse  Prediction  of  Steel Moment Frames Under Earthquake  Loading .  Journal of
Structural Engineering, 137 (11),
1291-1302.
Tibhe,  S.B.,  &  Rathi,  V.R.,  2016,
Comparative Experimental Study on  Torsional  Behavior  of  RC Beam  Using  CFRP  and  GFRP
Fabric Wrapping , Procedia Technology, 24, 140-147.
Vitorino,  H.,  Rodrigues,  H.,  &  Couto,
C.,  2020, Evaluation  of  Post-
Earthquake  Fire  Capacity  of Reinforced Concrete Elements, Soil  Dynamics  and Earthquake Engineering, 128, 105900. Zheng,  K.,  Kuwornu,  M.,  &  Liu,  Z., 2019, Shear  Test  of  Variable Depth  RC  Beams  with  Inflection Point. In MATEC Web of Conferences (Vol. 275, p. 02003). EDP Sciences.