Apa Itu Steel Plate Bonding, dan Kapan Metode Ini Dipilih?

Steel plate bonding adalah metode perkuatan yang menempelkan pelat baja pada permukaan balok dengan perekat epoxy, lalu mengunci ujungnya dengan angkur. Untuk kuat lentur, tim memasang pelat di sisi bawah balok yang menahan tarik. Sementara itu, untuk kuat geser, tim memasang pelat di sisi samping, idealnya berbentuk U.

Metode ini cocok ketika penampang balok tidak boleh membesar. Misalnya, dibanding jacketing beton, pelat baja nyaris tidak mengubah dimensi balok, sehingga tinggi bersih ruang tetap. Namun, keputusan memperkuat dan besar kapasitas yang kurang berasal dari perencana struktur lewat kajian dan perhitungan. Kontraktor kemudian mengerjakan sesuai gambar tersebut.

Tiga kondisi biasanya mendorong perkuatan balok:

• Kapasitas turun, misalnya karena tulangan berkarat, retak lentur, atau mutu beton di bawah rencana.
• Beban naik, misalnya akibat alih fungsi ruang, mesin baru, atau penambahan lantai.
• Ketentuan berubah, misalnya setelah evaluasi seismik untuk bangunan eksisting.

Bagaimana Pelat Baja dan Epoxy Bekerja Memikul Beban?

Pada balok yang melentur, sisi bawah menahan tarik. Akibatnya, pelat yang menempel di sana menjadi tulangan tambahan di luar penampang. Agar pelat bekerja bersama beton, epoxy harus meneruskan gaya geser dari beton ke pelat sepanjang bidang tempel.

Gaya itu tidak terbagi rata. Tegangan geser dan tegangan kupas (peeling) menumpuk di ujung pelat, karena di sanalah gaya pelat berpindah ke beton. Karena itu, pedoman Inggris BA 30/94 (kini sudah ditarik, tetapi masih menjadi rujukan praktis) mengatur tiga hal:

• Lebar pelat minimal 50 kali tebalnya, karena pelat lebar dan tipis lebih kecil kemungkinannya memicu kupas.
• Selain itu, panjang angkur minimal 1,5 kali lebar pelat untuk rasio 50, dan 1,2 kali untuk rasio 60 atau lebih, ditambah pelebihan 100 mm.
• Terakhir, baut di zona angkur menahan gaya geser longitudinal sebesar tiga kali beban batas.

Tinjauan literatur 2023 mencatat bahwa angkur ujung menjadi cara paling efektif menahan kupas di ujung pelat. Namun, lubang baut mengurangi penampang pelat. Pada pelat aluminium, penambahan baut menurunkan kenaikan kapasitas dari 32% menjadi 24% dibanding pelat yang hanya menempel.

Dampak pada Perilaku Balok

Dalam satu uji balok T bermutu beton sekitar 16 MPa, pelat baja 6 mm menaikkan beban leleh sekitar 2,3 sampai 2,6 kali balok acuan. Namun, daktilitasnya turun sekitar 20 sampai 50%. Angka laboratorium ini bukan nilai desain, tetapi menunjukkan pertukarannya: balok menjadi lebih kuat sekaligus lebih getas. Oleh karena itu, perencana struktur harus memperhitungkannya, terutama di zona gempa.

Bagaimana Pelat Baja Memperkuat Geser?

Kegagalan geser bersifat tiba-tiba, sehingga perkuatannya butuh kehati-hatian ekstra. Hasil laboratorium menunjukkan bahwa konfigurasi pelat sangat menentukan:

• Pelat samping menerus (3 mm, epoxy 1 mm) menaikkan kapasitas balok kecil sekitar 85 sampai 145%.
• Sebaliknya, strip vertikal terpisah menghasilkan keruntuhan geser yang getas.
• Sementara itu, selubung berbentuk U yang membungkus zona geser menjadi satu-satunya konfigurasi yang menghilangkan keruntuhan geser dalam penelitian yang makalah itu rangkum.
• Angkur yang kurang di kedua sisi zona geser membuat pelat lepas lebih awal. Misalnya, pada balok dengan rasio bentang geser terhadap tinggi 0,8, pelat 6 mm tidak menambah kapasitas sama sekali karena angkur di luar tumpuan tidak cukup.

Namun, pelat yang terlalu tebal pun tidak selalu efektif. Regangan pelat hanya mencapai sekitar 1.000 mikrostrain saat balok gagal, sedangkan leleh baja sekitar 2.100. Namun, pelat di bawah 3 sampai 4 mm melengkung saat blasting, sehingga ketebalan minimum praktis tetap sekitar 4 mm.

Angka di atas berasal dari benda uji laboratorium. Perencana struktur tetap menghitung kebutuhan geser untuk balok yang sebenarnya.

Bagaimana Perkuatan dengan Pelat Baja Bisa Gagal?

Kegagalan perkuatan jarang berupa baja yang putus. Sebaliknya, lekatanlah yang lebih sering menyerah lebih dulu:

Syarat Apa yang Harus Beres sebelum Pemasangan Pelat?

Pelat baja tidak memperbaiki beton yang buruk. Oleh karena itu, syarat berikut harus selesai lebih dulu:

• Beton sehat. Tim memeriksa kuat tarik permukaan dengan uji pull-off. Panduan perkuatan FRP (ACI 440.8 dan ASTM D7522) menargetkan kegagalan di dalam beton dengan kekuatan di atas 1,4 MPa, sedangkan perencana menetapkan angka final untuk proyek Anda.
• Korosi tulangan teratasi. Karena itu, beton yang terkelupas dan tulangan berkarat harus pulih lebih dulu, sebab perkuatan tidak menghentikan korosi di balik pelat.
• Retak tertutup. Selain itu, pedoman BA 30/94 meminta retak lebih lebar dari 0,2 mm dan area berpori ditutup dengan resin yang cocok.
• Permukaan kering. Akibatnya, epoxy tidak merekat pada permukaan basah atau berdebu.
• Suhu dan kelembapan sesuai. Epoxy dingin dalam pedoman itu mengeras pada 10 sampai 30°C dengan kelembapan hingga 95%. Di bawah 10°C, tim perlu memanaskan area kerja.
• Penopangan siap. Tim menopang balok atau mengurangi bebannya selama pemasangan, sehingga pelat ikut bekerja sejak awal.

Bagaimana Tahapan Kerjanya dari Persiapan hingga Pengerasan?

Spesifikasi Acuan

Nilai di atas berasal dari pedoman Inggris yang sudah ditarik dan berfungsi sebagai acuan praktis. Spesifikasi final proyek mengikuti desain perencana struktur dan lembar data produk.

Bagaimana Membuktikan Mutu Pekerjaan?

Pedoman Inggris tersebut juga meminta inspeksi setiap enam bulan selama minimal dua tahun setelah pekerjaan selesai, serta sebelum dan sesudah beban abnormal. Misalnya, pemeriksaan mencakup retak tertutup yang terbuka kembali, pelat yang lepas, baut yang kendur, dan cat yang rusak.

Bagaimana Melindungi Pelat dari Korosi?

Pelat baja akan berkarat bila lingkungan membiarkannya. Selain itu, karat di antarmuka lebih berbahaya karena sulit terlihat. Karena itu, perlindungannya berlapis:

• Persiapan baja yang benar (Sa 2½ dan primer epoxy segera) menjadi lapisan pertama.
• Sistem pelapis sesuai lingkungan, karena kebutuhan ruang dalam yang kering berbeda dari area lembap atau lingkungan pantai.
• Penyegelan tepi pelat dengan dempul resin, mortar, atau tepi miring, agar air tidak merembes ke antarmuka.
• Perlindungan baut dan angkur, yang termasuk titik paling rawan.
• Terakhir, inspeksi berkala untuk mendeteksi cat rusak sebelum karat menjalar.

Pedoman BA 30/94 mensyaratkan penanganan korosi tulangan lebih dulu. Pedoman itu juga menyatakan bahwa tidak ada uji laboratorium dipercepat yang bisa memprediksi ketahanan jangka panjang sistem ini. Akibatnya, inspeksi lapangan lebih menentukan daripada klaim pabrik.

Bagaimana Melindungi Pelat dari Api?

Inilah titik terlemah metode ini. Epoxy biasa mulai kehilangan kekuatan pada suhu rendah: resin epoxy normal memiliki suhu transisi gelas sekitar 60 sampai 80°C, sedangkan resin tahan panas sekitar 100 sampai 150°C. Sementara itu, pelat baja menghantar panas ke lapisan perekat dengan cepat. Begitu epoxy melewati batas itu, lekatan hilang.

Dalam praktik desain, ada dua pendekatan:

• Anggap perkuatan hilang saat kebakaran. Balok harus tetap memenuhi kebutuhan saat kebakaran dengan kapasitas aslinya. Panduan perkuatan FRP memakai pendekatan ini.
• Lindungi pelat dengan isolasi tambahan, misalnya cat intumescent, mortar tahan api semprot, atau papan tahan api, agar suhu perekat tetap di bawah batas.

Tinjauan literatur 2023 mencatat bahwa penelitian suhu tinggi pada balok berpelat masih sedikit. Karena itu, perencana struktur harus menetapkan kebutuhan proteksi api berdasarkan fungsi bangunan dan ketentuan proteksi kebakaran (Permen PU 26/PRT/M/2008), bukan menebaknya dari praktik umum.

Bagaimana Perbandingan Steel Plate Bonding dengan CFRP?

Namun, total biaya tidak sama dengan biaya material. Perancah, tenaga, dan waktu kerja bisa mengubah urutannya. Karena itu, perencana sebaiknya membandingkan keduanya per elemen.

Kapan Metode Ini Tidak Cocok?

• Beton eksisting lemah (hasil pull-off rendah) atau tulangan masih berkarat aktif.
• Selain itu, lingkungan sangat korosif tanpa kemampuan inspeksi rutin.
• Area bersuhu tinggi permanen, misalnya dekat tungku atau boiler, karena epoxy melewati suhu transisi gelas.
• Elemen kritis kebakaran yang tidak bisa menerima proteksi tambahan.
• Terakhir, elemen yang daktilitasnya vital, kecuali perencana menyatakan aman.

Faktor Apa yang Menentukan Biaya dan Jadwal?

Tanpa angka per m² yang bisa dipertanggungjawabkan, faktor penentunya adalah sebagai berikut:

• Jumlah dan panjang balok yang diperkuat.
• Kondisi beton eksisting, karena perbaikan awal menambah pekerjaan.
• Selain itu, akses dan perancah di lokasi.
• Kontrol debu saat blasting di gedung yang beroperasi.
• Suhu dan kelembapan lokasi, yang memengaruhi pengerasan epoxy.
• Jumlah angkur serta sistem proteksi korosi dan api.
• Terakhir, uji mutu dan dokumentasi.

Selain itu, waktu pengerasan sekitar tiga hari per segmen perlu masuk jadwal.

Bagaimana Ardhiya Konstruksi Mengerjakan Perkuatan dengan Pelat Baja?

Ardhiya Konstruksi adalah kontraktor perkuatan struktur untuk pabrik, gudang, apartemen, dan gedung perkantoran. Konsultan struktur mitra menyiapkan kajian kondisi dan desain perkuatan, kemudian Ardhiya mengeksekusinya dengan metode kerja tertulis dan bukti mutu yang terdokumentasi.

Ardhiya Konstruksi melayani proyek di seluruh Indonesia, dengan fokus di Pulau Jawa, khususnya Jabodetabek. Pelajari layanan perkuatan struktur kami selengkapnya.

Pertanyaan Seputar Perkuatan Balok dengan Pelat Baja (FAQ)