Conference PaperPDF Available

Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa

Authors:
  • Engineering Software Research Center (www.esrcen.com)

Abstract

Pembangunan gedung bertingkat di Indonesia umumnya dimulai pada akhir abad 19 sebelum Perang Dunia I dan dimulai kembali sejak tahun 1970-an pada masa Pelita I. Dalam sepuluh tahun terakhir ini telah banyak terjadi gempa besar di beberapa kota besar di Indonesia. Dengan demikian mulai diperlukan audit struktur untuk gedung-gedung tersebut karena ada penurunan kekuatan gedung akibat usia, cuaca, gempa bumi, maupun peningkatan pesyaratan kekuatan gedung sesuai peraturan yang baru. Dalam tulisan ini akan dibahas beberapa metode audit struktur dan metode perkuatan pasca kejadian gempa disertai contoh kasus dari Audit Struktur yang dilakukan oleh PT AMCK Engineering Consultant.
SEMINAR HASTAG 2013
Audit Kekuatan Struktur dan
Perkuatan Struktur Pasca Gempa
Nathan Madutujuh (ESRC, Bandung),
Johan Prawiranegara, Ariadi, Dafit Natalius (PT AMCK, Bandung)
Abstrak
Pembangunan gedung bertingkat di Indonesia umumnya dimulai pada akhir abad 19 sebelum Perang Dunia I
dan dimulai kembali sejak tahun 1970-an pada masa Pelita I. Dalam sepuluh tahun terakhir ini telah banyak
terjadi gempa besar di beberapa kota besar di Indonesia. Dengan demikian mulai diperlukan audit struktur
untuk gedung-gedung tersebut karena ada penurunan kekuatan gedung akibat usia, cuaca, gempa bumi, maupun
peningkatan pesyaratan kekuatan gedung sesuai peraturan yang baru. Dalam tulisan ini akan dibahas beberapa
metode audit struktur dan metode perkuatan pasca kejadian gempa disertai contoh kasus dari Audit Struktur
yang dilakukan oleh PT AMCK Engineering Consultant.
Catatan:
1. Dr. Ir. Nathan Madutujuh, M.Sc. adalah Direktur ESRC dan PT Anugrah Multi Cipta Karya –
Engineering Consultant, Bandung
2. Ir. Johan Prawirangara adalah Structural Audit Engineer di PT AMCK Engineering Consultant,
Bandung
3. Ir. Ariadi adalah Structural Engineer di PT AMCK Engineering Consultant, Bandung
4. Ir. Dafit Natalius adalah Structural Engineer di PT AMCK – Engineering Consultant, Bandung
Seminar HASTAG 2013 Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa
I. Kebutuhan akan Audit Struktur
Audit struktur adalah proses evaluasi kekuatan struktur
secara menyeluruh pada struktur eksistng dan biasanya
diperlukan pada gedung sbb:
1. Telah mendekati usia pakai dan mau
diperpanjang usia pemakaiannya (khususnya
untuk bangunan bersejarah / monumental)
2. Kekuatannya telah berkurang dimakan usia
dan cuaca
3. Kekuatan baja tulangan telah berkurang
akibat karat
4. Mutu beton dan baja yang digunakan tidak
sesuai dengan persyaratan peraturan terkini
5. Telah mengalami berbagai kejadian gempa
bumi besar dengan skala >= 6 SR
6. Gedung mengalami deformasi (miring,
melendut) atau mengalami keretakan
7. Gedung mengalami vibrasi layanan
berlebihan (bergoyang pada saat orang
berjalan)
8. Kebutuhan audit untuk persyaratan asuransi
dan keamanan (safety) sesuai kebijakan
perusahaan
II. Tahapan dalam Audit Struktur
1. Survey Awal
Visual checking untuk menentukan kelayakan
struktur untuk dapat diperbaiki dan digunakan
kembali.
a. Tingkat kerusakan
b. Nilai historis dan budaya
c. Kemungkinan diperbaiki
d. Biaya perbaikan vs bangun baru
2. Pengukuran
a. Pengukuran deformasi dan retakan
b. Pengukuran dimensi struktur
c. Pengukuran settlement
3. Non-Destructive Test (NDT)
a. Schmmidt Hammer Rebound Test untuk
kekuatan beton
b. UPV Test untuk densitas beton
c. Profometer untuk jumlah, jarak dan
diameter tulangan
d. Micro-Tremor Vibration Test untuk
kekakuan gedung (Time Period To)
4. Destructive Test
a. Chipping untuk mengetahui jumlah,
jarak dan diameter tulangan
b. Core DrillTest untuk mengetahui
kekuatan tekan beton aktual
5. Loading Test
a. Static Loading Test
(Kekuatan terhadap beban gravitasi)
b. Static / Dynamic Lateral Test untuk
mengetahui kekakuan gedung
6. Analisis Kekuatan Struktur
7. Perkuatan Pondasi dengan menggunakan
Bored Pile, raft, Grouting, dsb.
8. Perbaikan Struktur dengan berbagai metode
: grouting, recasting, dsb
9. Perkuatan Struktur dengan berbagai
metode : Fiber wrap, Rebar cage, Steel
Profile, Steel Plate
III. Survey dan Pengukuran
Pada tahap ini dilakukan visual checking dan
pengukuran untuk mengetahui tingkat kerusakan
bangunan dan kelayakan untuk diperbaiki. Diamati
juga apakah terjadi deformasi yang terlalu besar,
bangunan miring, differential settlement yang besar
akibat efek kegagalan pondasi dan liquifaksi. Pada
tahap ini kemudian diputuskan apakah gedung layak
digunakan atau layak untuk diperbaiki dengan estimasi
biaya, resiko keamanan dan kesulitan konstruksi yang
dapat diterima.
Gambar 1. Wisma Bergamin, Padang (sebelum dan
sesudah perkuatan, AMCK 2012)
Gambar 2. Yang tidak perlu audit struktur (Padang)
IV. Non-destructive Test
Setelah gedung dinyatakan layak untuk diperbaiki,
maka dilakukan test yang lebih akurat dengan NDT
yang bersifat cepat dan tidak merusak gedung yang
ada. Setelah itu bila diperlukan dapat dilakukan test
yang bersifat destruktif.
Seminar HASTAG 2013 Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa
a. Schmmidt Hammer Rebound Test
Untuk mengetahui kekuatan beton yang ada digunakan
Hammer Test. Walaupun metode ini sangat populer,
karena cepat dan mudah, sebenarnya tingkat
akurasinya kurang begitu bagus (+/-10-15%) dan
hasilnya sangat rentan terhadap kondisi test:
1. Kondisi permukaan beton
2. Sudut aplikasi alat (harus tegak lurus)
3. Arah gravitasi (hanya bila menggunakan Hammer
Test dengan pegas,non-digital)
4. Kadar air dan ukuran agregat
Gambar 3. Original dan Electronic Schmidt
Gambar 4. Aplikasi Hammer Test di GKY Pluit (4)
Walaupun telah dikembangkan beberapa rumus
korelasi antara nilai R dan fc', namun yang paling tepat
adalah bila dibuat kurva korelasi yang spesifik untuk
suatu projek. Contoh korelasi R da fc' dalam Mpa (1):
(1)
b. UPV Test untuk densitas beton
Kuat tekan beton juga dapat diestimasi dari
densitasnya. Karena kecepatan rambat gelobang
ultrasonik pada beton tergantung pada densitas
material, maka untuk mencari densitas beton, dapat
digunakan Ultrasonic Pulse Velocity Test yang
mengukur kecepatan rambat gelombang ultrasonik 54
Khz pada beton. Rumus dasar yang digunakan adalah:
V = √E/ρ (2)
Atau rumus yang lebih akurat (2):
(2a)
Dari test UPV ini bisa diperoleh juga apakah ada
retakan atau rongga dalam beton. Test UPV ini cukup
mudah dan sederhana namun perlu dilakukan dengan
hati-hati :
1. Permukaan transducer harus menempel rapat
tanpa rongga udara dan diberikan lapisan gel.
2. Kedua transducer harus membentuk garis
lurus tegak lurus permukaan
3. Jarak kedua transducer >= 100-150mm
4. Lebar benda uji, w >= l = 80mm
5. Input jarak ke-2 transducer harus akurat
Gambar 5. Alat UPV Test dan Transducer 54Khz
Walaupun sudah dilakukan dengan hati-hati, hasil dari
UPV Test ini masih dapat dipengaruhi oleh:
1. Adanya tulangan memanjang
(Test perlu diulang pada jarak 25mm)
2. Faktor Kelembaban pada beton
3. Adanya rongga atau retakan
Dalam aplikasinya UPV dapat dilakukan dengan tiga
cara yaitu Direct, Semi-direct dan Indirect.
Penggunaan standard untuk mencari nilai V adalah
dengan metode Direct, sedangkan metode Indirect
dapat digunakan untuk mencari lokasi retakan.
Gambar 6. Metode Aplikasi Test UPV (3)
Seminar HASTAG 2013 Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa
Contoh rumus korelasi V (km/s) dan fc' (1) :
(3)
Hasil dari Schmidt Hammer dan UPV dapat dirata-
ratakan atau dikombinasikan pada projek tertentu
untuk mendapat rumus korelasi yang lebih akurat.
Contoh korelasi R, V, dan fc' :
(4)
Penilaian kualitatif kecepatan rambat V:
Velocity (V, km/s) Concrete Quality
> 4 Very good to excellent
3.5 - 4.0 Good to very good
3.0 -3.5 Satisfactory, loss
integrity.
< 3.0 Poor, loss integrity
Tabel 1. Korelasi V dan quality (3)
Bila hasil dari Hammer Test dan UPV berbeda secara
signifikan, ini dapat merupakan indikasi terjadinya
korosi pada beton,sbb:
Hammer UPV Indication
High High Good,
No corrosion
Low Medium Bad surface or
possible
corrosion
High Low No corrosion
Low Low Possible
corrosion
Tabel 2. Indikasi Korosi pada beton (3)
c. Test Profometer untuk jumlah, jarak dan
diameter tulangan
Setelah mutu beton diketahui, maka bila tidak ada data
as-built drawing yang akurat, perlu dilakukan
pengujian untuk mendapatkan jumlah, jarak dan
diameter tulangan. Test ini sangat mudah dilakukan
namun sangat tidak akurat karena dipengaruhi
berbagai faktor:
1. Tebal selimut beton yang tidak seragam
2. Plesteran tambahan
3. Jarak tulangan yang tidak seragam
4. Tulangan sengkang dan tul arah tegak lurus
5. Overlap antar tulangan
6. Posisi final Profometer (Trial and error)
Gambar 7. Profometer dan Profocope (6)
Karena test profometer ini sangat tergantung banyak
faktor, diperlukan verifikasi tambahan dengan test lain
seperti Test Chipping.
Gambar 8. Profoscope Test di GKY Pluit (4)
d. Micro-Tremor Vibration Test untuk
kekakuan gedung (Time Period, To)
Pada kondisi layanan, suatu gedung akan mengalami
getaran kecil akibat beban lateral yang bekerja,
misalkan beban angin atau getaran akibat lalu-lintas.
Bila getaran ini dapat diukur gelombangnya, maka
dengan Fast Fourier Transform dapat ditentukan
periode dasar gedung yang merupakan fungsi dari akar
massa dibagi kekakuan lateral gedung. Untuk itu perlu
digunakan alat pengukur getaran yang peka seperti
MicroTremor dan accelerometer resolusi tinggi.
V. Coring dan Loading Test
Unuk mendapatkan kuat tekan beton yang lebih akurat
dapat dgunakan Core Dril Test, namun membutuhkan
sampling bahan (destruktif), waktu yang lebih lama,
pelaksanaan lebih sulit dan biaya yang lebih mahal.
Walaupun test ini lebih akurat, namun karena bersifat
destruktf, tidak akan dilakukan dalam jumlah banyak,
lain halnya test non-destruktif yang dapat dilakukan
sebanyak-banyaknya dan di semua tempat.
Gambar 9. Core Drill Test di GKY Pluit (4)
Seminar HASTAG 2013 Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa
Persyaratan untuk Core Drill Test adalah:
Diameter > 2-3 x ukuran agregat
H = 1.0-2.0 D (Faktor koreksi fc')
Umur beton minimal 14 hari
Lokasi di bawah, tengah kolom/wall
Direndam dalam air kapur 40 jam
Test pada waktu masih jenuh air
Minimum 3 benda uji
Nilai rata-rata fc' >= 0.85 * fc'
Tidak ada nilai fc' dibawah 0.75 * fc'
Loading Test dapat dilakukan untuk memeriksa apakah
struktur masih memiliki kekuatan untuk memikul
beban yang direncanakan (setelah diperkuat). Beban
total harus diberikan 48 jam sebelum test dilakukan,
sebesar :
TL = 0.85 (1.4 DL + 1.7 LL) (5)
Dengan lendutan maksimum yang terjadi harus lebih
kecil dari :
dmax = L2 / (20000 h), inches (6)
Untuk beban uji, dapat menggunakan blok beton,
karung pasir, air atau dengan metode jacking + load
cell. Untuk pengukuran lendutan dapat digunakan
LVDT, Digital Indicator, Dial gauge, atau juga Laser
Distance Meter. Loading test dapat dilakukan setelah
struktur beton berusia 60 hari.
VI. Analisis Kekuatan Struktur
Setelah diperoleh data ukuran penampang, kuat tekan
beton dan jumlah/jarak/diameter rebar, maka dapat
dilakukan pemodelan 3D dan analisis struktur sesuai
kondisi dan data material yang ada. Material dapat
dimasukkan berbeda-beda sesuai hasil test yang ada.
Untuk bangunan gedung dapat digunakan Program
SANSpro, sedangkan untuk Tower dapat
menggunakan TOWERWIN.
Pada model ini dapat digunakan peraturan beban,
peraturan gempa dan peraturan disain yang lebih baru
dibandingkan dengan yang digunakan pada awal
berdirinya bangunan. Dengan demikian perilaku
gedung terhadap beban aktual dapat ditentukan.
Beberapa poin dalam peraturan gempa (SNI) yang
baru yang mempengaruhi perilaku gedung lama adalah
sbb:
Item Lama (2002) Baru (2011)
Importancy
Factor
1 1.25 (untuk
penghuni > 300)
Redundancy 1 1.3 untuk SDC =
D, E dan F
Cd Fungsi C, I, R Fungsi Ss, S1, I,
R
Mutu beton >= K-225 >= K-300
Gempa vertikal
Ψ * Ao*I
0.2 Sds D
Tabel 3. Perbandingan Peraturan Gempa Lama dan
Baru
Setelah model di-run dan dilakukan disain elemen
struktur, maka deformasi dan kebutuhan tulangan yang
ada dibandingkan dengan data aktual hasil survey dan
NDT.
Gambar 10. Model Audit Struktur Adira, (AMCK)
Untuk elemen struktur yang membutuhkan kekakuan
dan tulangan yang lebih dari yang telah terpasang,
maka perlu dilakukan perkuatan seperti dibawah ini.
VII. Perbaikan dan Perkuatan Struktur
a. Perkuatan Pondasi
Pondasi yang mengalami masalah liquifaksi perlu
diperkuat dengan pondasi Bored Pile yang menembus
lapisan liquifaksi. Demikian juga dengan masalah
tanah ekspansif. Bored pile baru in perlu dihubungkan
dengan pilecap yang lama dengan menggunakan
chemset.
Penambahan pondasi raft juga sangat membantu
meratakan settlement yang terjadi. Efek liquifaksi
dapat dikurang dengan injeksi cairan semen pada
lapisan pasir halus lepas yang berpotensi memadat
pada saat gempa. Namun pelaksanaan injeksi semen
ini cukup mahal dan sulit.
b. Perbaikan Beton
Seminar HASTAG 2013 Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa
Beton yang mengalami retakan halus pada saat gempa
mungkin masih bisa diperkuat bila test UPV
menunjukan bagian dalam beton masih cukup padat
dan tidak remuk dan retakan terjadi pada area tulangan
tarik. Namun bila retakan terdapat pada join kolom-
balok, sebaiknya dibongkar dan apabila kondisi
tulangan masih baik, dapat dicor ulang.
Retakan yang berukuran kurang dari 5mm masih dapat
dilakukan grouting dengan mutu bahan grouting
minimum adalah K-400.
Gambar 11. Yang bisa dan tidak bisa diperbaiki
Setelah dilakukan grouting, sebaiknya penampang
beton diperkuat dengan Fiber wrap atau pelat strip
baja agar integritas beton dapat dijaga.
c. Perkuatan dengan Fiber wrap
Perkuatan dengan Fiber wrap memiliki keuntungan
sbb:
Sangat praktis, ringan, cepat dan mudah
dilaksanakan
Tersedia dalam lembaran dan strip
Kekuatan bahan lebih dari baja (Kevlar)
Dapat meningkatkan kapasitas lentur, tekan
dan geser hingga 50%
Dapat diaplikasikan pada pelat, balok, kolom,
dan juga pier jembatan
Gambar 12. Contoh Aplikasi Fiber Wrap (MrSafety)
Namun metode ini memiliki beberapa kelemahan
yaitu:
Biaya bahan cukup mahal
Tidak tahan api dan sinar UV, perlu dilapisi
mortar setebal 50mm
Supplier bahan Aplikator khusus
Program khusus untuk perhitungan kekuatan
penampang (SFRS, Sky-SAP)
Penambahan kekuatan dibatasi maksimal
50% saja.
Gambar 13. Program SFRS, ESRC, 2011
d. Perkuatan dengan Lapisan Beton baru
Bila dibutuhkan penambahan kekuatan yang lebih
besar, maka metode perkuatan dengan membungkus
kolom dengan tulangan dan lapisan beton baru dapat
digunakan. Tulangan perlu diangkur ke pelat beton
dibawahnya dengan chemset yang sebaiknya
menembus pelat sampai penebalan kolom dibawahnya.
Tebal lapisan beton baru minimal 75mm. Lapisan
beton baru juga perlu diikat dengan chemset ke beton
kolom yang lama.
Gambar 14. Perkuatan dengan Bungkus Beton,
Santika, AMCK, 2012
e. Perkuatan dengan pelat dan profil baja
Bila dibutuhkan penambahan kekuatan yang lebih
besar namun tempat terbatas, maka metode perkuatan
dengan pelat atau profil baja dapat digunakan sebagai
Seminar HASTAG 2013 Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa
alternatif bungkus beton. Kolom dan balok beton dapat
dibungkus pelat baja yang dilas mengelilingi
penampangnya dan celah antara pelat baja dan beton
digrouting. Pelat baja diangkur ke beton lama dengan
menggunakan chemset.
Balok beton dapat diperkuat dengan menambahkan
balok baja dibawah pelat atau balok beton dan diikat
ke beton lama dengan chemset.
Gambar 15. Perkuatan pelat beton dengan balok baja,
Hotel Santika, AMCK, 2012
f. Perbaikan dengan metode Jacking
Bila gedung telah mengalami deformasi yang besar
dan miring, dan kondisi struktur masih
memungkinkan, maka dapat dilakukan proses jacking
untuk meluruskan gedung tersebut. Proses jacking ini
harus dilakukan oleh kontraktor spesialis dan
dilakukan dengan hati-hati secara bertahap sesuai
urutan pekerjaan dan gaya yang telah diperhitungkan.
Dudukan dongkrak/hydraulic jack harus didisain agar
cukup menahan beban yang ada. Bila ada perkuatan
pondasi dan struktur beton maka perlu ditunggu
sampai 60 hari sebelum dapat dilakukan proses ini.
Contoh pelaksanaan Jacking lantai mezannin gedung
di Bukit Indah City yang mengalami penurunan
sampai 20-30cm, memerlukan persiapan 3 bulan
menunggu umur beton perkuatan pondasi dengan
Bored Pile, Pemasangan alat dan dudukan jacking
selama 2 minggu dan proses jacking 6 jam.
Gambar 16. Proses Jacking Lantai, Bukit Indah City,
AMCK, 2012
VIII. Kesimpulan danSaran
1. Kesimpulan
1. Audit Struktur sangat dibutuhkan di
Indonesia karena banyaknya kejadian gempa
dan mutu pelaksanaan konstruksi yang tidak
seragam
2. Metode NDT sebaiknya digunakan dalam
audit struktur karena lebih cepat, murah dan
tidak merusak struktur
3. Struktur yang tidak memenuhi syarat ada
yang masih dapat diperkuat sampai batas
tertentu asalkan dilakukan dengan metode
yang sesuai
2. Saran
1. Gedung yang telah melewati usia 20 tahun
atau telah mengalami gempa diatas 6 SR
perlu diaudit strukturnya secara menyeluruh
2. Pelaksanaan metode NDT perlu dilakukan
dengan hati-hati dan dibandingkan dengan
metode lainnya
3. Pemilihan metode perkuatan struktur perlu
dilakukan dengan memper-timbangkan jenis
komponen struktur, kondisi eksisting dan
kebutuhan kapasitas penampang yang baru
DAFTAR PUSTAKA
1. Assessing the strength of reinforced concrete
structures through UPV and Schmidt
Hammer, Mahdi Shariati, Nor Hafizah Ramli-
Sulong, Department of Civil Engineering,
University of Malaya, Malaysia.
2. Reliability of nondestructive tests for on site
concrete strength assessment, E. Proverbio, V.
Venturi, University of Messina, Italy
3. ULTRASONIC PULSE VELOCITY (UPV)
TEST, The Constructor Civil Engineering
Home, 2012
4. Laporan Audit Struktur GYK, Pluit, PT
AMCK, 2013
5. Laporan Audit Struktur KU BCA 22 Lokasi,
PT AMCK, 2011-2012
6. Pundit Lab Brochures, 2012
7. Proceq Brochures, 2012
8. Manual SANSpro, ESRC, 2010
9. Manual TOWERWIN, ESRC, 2010
10. Manual SFRS, ESRC, 2011
Website: www.esrcen.com
E-mail: amck.nathan@gmail.com
esrc.nathan@gmail.com
Seminar HASTAG 2013 Audit Kekuatan Struktur dan Perkuatan Struktur Pasca Gempa
Reliability of nondestructive tests for on site concrete strength assessment
  • E Proverbio
  • V Venturi
Reliability of nondestructive tests for on site concrete strength assessment, E. Proverbio, V. Venturi, University of Messina, Italy 3. ULTRASONIC PULSE VELOCITY (UPV) TEST, The Constructor Civil Engineering Home, 2012