prestasi lenturan rasuk konkrit bertetulang …...ii prestasi lenturan rasuk konkrit bertetulang...
TRANSCRIPT
ii
PRESTASI LENTURAN RASUK KONKRIT BERTETULANG
DIPERKUATKAN MENGGUNAKAN PLAT CFRP
OSCAR CHEW WEI KUNG
UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA
iii
UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA
PSZ 19:17
BORANG PENGESAHAN STATUS TESIS
JUDUL : PRESTASI LENTURAN RASUK KONKRIT BERTETULANG DIPERKUATKAN MENGGUNAKAN PLAT CFRP
SESI PENGAJIAN : 2002/2003
Saya : OSCAR CHEW WEI KUNG
(HURUF BESAR)
mengaku membenarkan tesis ini disimpan di Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dengan syarat-syarat kegunaan seperti berikut :
1. Hakmilik tesis adalah dibawah nama penulis melainkan penulisan sebagai projek bersama dan dibiayai oleh UTM, hakmiliknya adalah kepunyaan UTM. 2. Naskah salinan di dalam bentuk kertas atau mikro hanya boleh dibuat dengan kebenaran bertulis daripada penulis. 3. Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dibenarkan membuat salinan untuk tujuan pengajian sahaja. 4. Tesis hanya boleh diterbitkan dengan kebenaran penulis. Bayaran royalti adalah mengikut kadar yang dipersetujui kelak. 5.*Saya membenarkan/tidak membenarkan Perpustakaan membuat salinan tesis ini sebagai bahan pertukaran di antara institusi pengajian tinggi. 6. **Sila tandakan ( )
SULIT (Mengandungi maklumat yang berdarjah keselamatan atau kepentingan Malaysia seperti yang termaktub di dalam AKTA RAHSIA RASMI 1972)
TERHAD (Mengandungi maklumat TERHAD yang telah ditentukan oleh organisasi/ badan di mana penyelidikan dijalankan)
√ TIDAK TERHAD
Disahkan oleh
_______________________________________ _______________________________ (TANDATANGAN PENULIS) (TANDATANGAN PENYELIA) Alamat Tetap : 5A, JALAN PEDADA, DR. ABDUL RAHMAN MOHD. SAM 96000 SIBU, SARAWAK. Tarikh : Tarikh :
CATATAN : * Potong yang tidak berkenaan.
** Jika Tesis ini SULIT atau TERHAD, sila lampirkan surat daripada pihak berkuasa/ organisasi berkenaan dengan menyatakan sekali tempoh tesis ini perlu dikelaskan sebagai SULIT atau TERHAD.
(NAMA PENYELIA)
iv
“Saya akui bahawa saya telah membaca tesis ini dan pada pandangan saya tesis ini
adalah memadai dari segi skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan
Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Awam”
Tandatangan : _________________________
Nama Penyelia : DR. ABDUL RAHMAN MOHD. SAM
Tarikh : _________________________
i
PRESTASI LENTURAN RASUK KONKRIT BERTETULANG
DIPERKUATKAN MENGGUNAKAN PLAT CFRP
OSCAR CHEW WEI KUNG
Laporam projek ini dikemukakan sebagai memenuhi
sebahagian daripada syarat penganugerahan
Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Awam
Fakulti Kejuruteraan Awam
Universiti Teknologi Malaysia
2003
ii
“Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang
tiap-tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya”.
Tandatangan : .............................................
Nama Penulis : OSCAR CHEW WEI KUNG
Tarikh : 3 MAC 2003
iii
Buat Ayah, bonda dan seisi keluarga yang tersayang,
terima kasih atas segala sokongan dan bantuan yang telah
dicurahkan selama ini.
Segungguhnya segala sokongan dan bantuan yang
diberikan menguatkan lagi semangat dan iltizam untuk
meneruskan perjuangan
yang tiada penghujungnya ini.
iv
PENGHARGAAN
Sekalung terima kasih diucapkan kepada Dr. Abdul Rahman Mohd. Sam selaku
penyelia Projek Sarjana Muda ini. Bimbingan dan nasihat yang beliau berikan telah
banyak memberi bimbingan dan tunjuk ajar dalam menjalankan dan menjayakan Projek
Sarjana Muda ini.
Terima kasih juga diucapkan kepada Encik Shukur Abu Hassan, MSc (Fakulti
Kejuruteraan Mekanikal) yang banyak menyumbangkan idea pendapat yang bernilai
untuk menyiapkan laporan ini.
Buat kakitangan Makmal Struktur Dan Bahan Fakulti Kejuruteraan Awam,
terima kasih atas segala bantuan dan sokongan yang telah diberikan dalam usaha
menyaipkan ujikaji.
Akhir sekali, penghargaan juga ditujukan kepada semua pihak yang terlibat
secara langsung atau tidak langsung dalam menjayakan Projek Sarjana Muda ini.
Semoga jasa budi baik yang dicurahkan mendapat balasan rahmat yang tidak terhingga.
v
ABSTRAK
Perkembangan dan perubahan dalam kod piawai bangunan dan keperluan
struktur telah menyebabkan banyak bangunan atau struktur menanggung beban yang
semakin menghampiri ataupun melebihi kapasiti rekabentuk. Pelbagai sistem pasca-
penguatan dan penampalan telah dibangunkan untuk memenuhi keperluan pemuliharaan
anggota struktur yang rosak akibat pengaratan keluli dan tetulang, rekabentuk awal
yang teruk, dan pembebanan lampau. Pengikatan luaran plat komposit kepada struktur
konkrit bertetulang menawarkan alternatif yang menarik berbanding keluli disebabkan
oleh sifat seperti ketumpatan yang rendah, kekukuhan yang tinggi, dan rintangan tinggi
terhadap pengaratan. Suatu ujikaji makmal telah dilaksanakan untuk mengkaji kelakuan
rasuk konkrit bertetulang yang diperkuatkan dengan plat CFRP. Kertas kerja ini
melaporkan keputusan ujian lenturan empat titik yang dijalankan ke atas dua rasuk
konkrit bertetulang kurang berukuran 100 x 150 x 2300 mm dengan satu daripadanya
diperkuat dengan plat CFRP Sika®CarboDur®S berukuran 50 x 1.2 x 1900 mm.
Spesimen rasuk telah direkabentuk dan difabrikasi di Makmal Struktur dan Bahan,
Fakulti Kejuruteraan Awam, Universiti Teknologi Malaysia. Kelakuan rasuk tersebut
dinilai dari segi pesongan, terikan tetulang dan konkrit, keretakan, dan mod kegagalan.
Perhatian ditumpukan kepada aspek terikan setempat di sepanjang gentian CFRP untuk
meninjau pemindahan daya antaramuka dan agihan tegasan. Secara bandingan, rasuk
diperkuat didapati lebih kukuh di samping mempunyai kawalan pesongan yang lebih
baik. Plat CFRP telah menggandakan kapasiti penanggungan beban dengan sifat mulur
pada takat gagal rasuk.
vi
ABSTRACT
With the advent of changes in building codes and structural needs, many
buildings and load bearing structures today are found to be fast approaching, and
sometimes exceeding their designed capacity. Many systems of post strengthening and
retrofitting have been developed to meet the needs of repairing structural member that
are fast decaying due to steel corrosion, poor initial design, and over-burdening.
External bonding of composite plates to reinforced concrete structures presents an
interesting alternative to steel because of its low density, high stiffness, and resistance
to corrosion. A laboratory investigation was conducted with the objective to study the
behaviour of reinforced concrete beams strengthened with CFRP plates. This paper
reports on the experimental results of four-point bending tests carried out on two 100 x
150 x 2300 mm under-reinforced beams with one of them strengthened using a
1900mm Sika®CarboDur®S carbon-fibre plate. The beams where design and fabricated
in the structural laboratory of the Faculty of Civil Engineering, University Technology
of Malaysia. The performance of the beams were judged based on load-deflection
characteristics upon loading, concrete and reinforcement strains, cracking history and
mode of failure. Special attention was placed on the local strain at various locations
throughout the fibre in order to observe the interfacial force transfer and shear stress
distribution. By comparison, the strengthened beam behaved in a much stiffer manner
then the control beam, whilst showing enhanced deflection control at the same load
levels as the control beam. The CFRP plate doubled the beam’s ultimate load capacity
in a more ductile behaviour at failure.
vii
KANDUNGAN
BAB PERKARA MUKA SURAT
JUDUL i
PENGAKUAN ii
DEDIKASI iii
PENGHARGAAN iv
ABSTRAK v
ABSTRACT vi
KANDUNGAN vii
SENARAI JADUAL xi
SENARAI RAJAH xii
SENARAI SIMBOL xvi
SENARAI LAMPIRAN xiii
BAB 1 PENGENALAN
1.1 Latar belakang kajian 1
1.2 Kelebihan menggunakan bahan FRP
dalam sistem penguatan 2
1.3 Kenyataan masalah 3
1.4 Matlamat/tujuan 4
viii
1.5 Objektif kajian 4
1.6 Kepentingan kajian 5
1.7 Skop kajian 5
BAB II KAJIAN LITERATUR
2.1 Pengenalan 6
2.2 Matriks 7
2.3 Kekuatan Komposit Bertetulang Gentian 9
2.4 Fabrikasi Komposit Bergentian Karbon 9
2.4.1 Teknik Pengacuanan Mudah 12
2.4.2 Fabrikasi Komposit dengan
Teknik pre-impregnation 13
2.4.3 Teknik Putar belit Filamen
(Filament winding method) 16
2.4.4 Teknik penarikan (Pultrusion) 16
2.5 Ciri-ciri luluhawa (Weathering) 18
2.5.1 Radiasi Ultra-lembayung (UV) 19
2.5.2 Mikroorganisma 20
2.5.3 Oksigen, kelembapan, tenaga terma,
dan faktor lain 20
2.6 FRP Sebagai Elemen Penguat/Pengukuh
(Strengthener) 21
2.7 Kesan tegasan awal terhadap kapasiti
Muktamad rasuk diperkuat 23
2.8 Jenis-jenis lenturan 23
2.9 Blok tegasan BS 8110 24
2.10 Mod kegagalan 27
ix
BAB III METODOLOGI
3.1 Pengenalan 29
3.2 Prosedur Ujikaji 29
3.3 Perincian Spesimen 30
3.4 Kerja Makmal 31
3.4.1 Penyediaan Acuan 31
3.4.2 Penyediaan Spesimen Rasuk 31
3.4.2.1 Rekabentuk Campuran konkrit 32
3.4.2.2 Rekabentuk tetulang keluli 34
3.4.3 Penuangan Konkrit 41
3.4.4 Penampalan plat CFRP 46
3.4.5 Instrumentasi 52
3.5 Ujian-ujian Makmal 54
3.6 Analisis Data 57
BAB IV KEPUTUSAN MAKMAL DAN
PERBINCANGAN
4.1 Pendahuluan 58
4.2 Kekuatan mampatan kiub 59
4.3 Kekuatan tegangan tetulang 59
4.4 Pesongan rasuk 60
4.5 Keterikan rasuk 62
4.6 Keretakan rasuk 70
4.7 Mod kegagalan dan tanggungan beban 73
4.8 Terikan, beban, tegasan setempat pada
plat CFRP 79
x
BAB V RUMUSAN DAN PERBINCANGAN
5.1 Kesimpulan 84
5.2 Cadangan ujikaji selanjutnya 85
RUJUKAN 87
LAMPIRAN 89
xi
SENARAI JADUAL
NO. JADUAL TAJUK MUKA SURAT
2.1 Perbandingan kekuatan bahan FRP dengan bahan lain
2.2 Sifat-sifat mekanik pelbagai jenis gentian dan komposit
2.3 Senarai Piawai-piawai berkaitan Peluluhawaan
3.1 Rekabentuk campuran konkrit gred 30
3.2 Ciri-ciri tetulang utama dan tetulang ricih
3.3 Pengiraan nisbah tetulang keratan seimbang dan
keratan bertetulang kurang
3.4 Pengiraan untuk rekabentuk tetulang utama rasuk
bertetulang kurang
3.5 Ciri-ciri Sika®CarboDur®CFRP Pultruded Plate type
S512
3.6 Ciri-ciri mekanikal Sikadur-30 adhesive
3.7 Parameter, instrumentasi, faktor koefisyen
4.1 Kekuatan mampatan kiub
4.2 Kekuatan tegangan tetulang
4.3 Data keretakan pada rasuk
4.4 Beban muktamad dan mod kegagalan rasuk
8
10
21
33
35
35
36
46
46
52
59
59
71
73
xii
SENARAI RAJAH
NO. RAJAH TAJUK MUKA SURAT
2.1 Jenis-jenis bahan kejuruteraan
2.2 Kekuatan gentian kaca mengikut kandungan kaca
2.3 Geometri susunan bahan bertetulang gentian
2.4 Beberapa contoh teknik penghasilan bahan FRP
2.5 Susunan ujian ricih 3 titik dan ricih 4 titik
2.6 Perbezaan antara ricih 3 titik dan ricih 4 titik dari segi
taburan momen dan daya ricih
2.7 Blok tegasan rekabentuk untuk keadaan had
muktamad BS 8110
2.8 Lengkung tegasan-terikan BS 8110
2.9 Ciri-ciri blok tegasan BS 8110 – Keadaan had
muktamad
2.10 Lengkung tegasan-terikan untuk BS 8110 – keadaan
had muktamad
2.11 Beberapa mod kegagalan lazim dalam rasuk
diperkuat dengan plat FRP
3.1 Pengiraan nisbah tetulang keratan seimbang dan
keratan bertetulang kurangan
3.2 Pengiraan untuk rekabentuk tetulang utama rasuk
bertetulang kurangan
7
11
12
17
23
24
25
25
26
27
28
37
38
xiii
3.3 Alat radas untuk penampalan strain gauge pada
tetulang
3.4 Strain gauge dibalut dengan bitumen kalis air
3.5 Peletakan spacer kiub dan corak tambatan tetulang
3.6 Tetulang yang siap dipasang strain gauge diletakkan
dalam acuan kayu yang diperkukuhkan dengan acuan
besi dan G-clamp
3.7 Batu baur kasar dan halus dikeluarkan dari ketuhar
dan dibiarkan menyejuk sehari sebelum penbancuhan
konkrit dijalankan
3.8 Runtuhan konkrit sebanyak 25 mm menepati
menepati runtuhan dalam rekabentuk,iaitu 10–30 mm
3.9 Konkrit yang siap dibancuh dituangkan ke dalam
acuan
3.10 Penggetaran konkrit dijalankan dengan menggunakan
vibrator
3.11 Konkrit yang telah digetar dibiarkan mengawet
selama 3 hari
3.12 Kiub konkrit disediakan untuk ujian mampatan
konkrit
3.13 Penanggalan acuan dibuat pada hari ke-4 selepas
pengkonkritan
3.14 Penggetaran konkrit yang cukup menghasilkan
permukaan konkrit yang elok tanpa kehadiran liang
yang besar. Warna konkrit bertambah cerah selepas
pengawetan 28 hari
3.15 Ukuran spesimen dan kedudukan plat CFRP
3.16 Spesimen rasuk yang akan dikasarkan
3.17 Alat Air tool dan jet blaster untuk proses pengasaran
39
40
40
42
42
43
43
44
44
45
45
45
48
48
49
xiv
3.18 Konkrit dikasarkan dengan Airtool untuk
mendedahkan agregat kasar dan dibersihkan
menggunakan jet
3.19 Adhesif dua komponen Sikadur-30 dan penimbang
dan baldi
3.20 Campuran adhesif digaul dengan mixer selama 3
minit
3.21 Adhesif disapukan ke atas permukaan penampalan
rasuk dan plat CFRP
3.22 Plat CFRP yang siap ditampal ke atas rasuk ditutup
dengan panel kaca
3.23 Strain gauge dipasang pada jarak
3.24 Kedudukan Strain Gauge CFRP
3.25 Mod kegagalan kiub mampatan konkrit
3.26 Mesin Dartec dan sampel hasil ujian tegangan
3.27 Ujian lenturan empat titik yang dijalankan ke atas
rasuk kawalan
4.1 Perbandingan pesongan rasuk di bawah pembebanan
lenturan
4.2 Terikan tetulang dan plat CFRP di bawah
pembebanan lenturan
4.3 Terikan tetulang dan plat pada peringkat pembebanan
awal
4.4 Perbandingan terikan konkrit zon mampatan
4.5 Perbandingan terikan konkrit zon tegangan
4.6 Perubahan ukurdalam paksi neutral rasuk B1-2T12
4.7 Perubahan ukurdalam paksi neutral rasuk B2-2T12+P
4.8 Corak keretakan pada rasuk
4.9 Kegagalan rasuk B1-2T12 pada zon konkrit
mampatan
49
50
50
51
51
53
53
54
55
57
61
64
65
66
67
68
69
72
74
xv
4.10 Pengambilan bacaan demec disc dijalankan
menggunakan demec gauge
4.11 Retak awal pada rasuk B2-2T12+P
4.12 Retak pada rasuk B2-2T12+P menjelang akhir
pembebanan
4.13 Takat kegagalan rasuk menyaksikan pengopekan plat
CFRP dan retak ricih di zon daya ricih yang paling
kritikal
4.14 Tegasan yang besar mericihkan penutup konkrit
sehingga mendedahkan tetulang tegangan
4.15 Retak yang terhasil merintangi ikatan plat kepada
konkrit melalui epoksi den menghasilkan ricihan
yang besar pada plat
4.16 Kegagalan mod 6 dan mod 7 pada permukaan konkrit
4.17 Hujung plat yang masih terikat kepada konkrit
4.18 Ikatan epoksi adhesif kepada konkrit adalah baik
kerana lapis konkrit turut tericih tanpa kegagalan
epoksi
4.19 Terikan setempat bagi plat CFRP dari garis tengah
4.20 Beban setempat bagi plat CFRP dari garis tengah
4.21 Tegasan ikatan setempat lwn jarak dari garis tengah
74
75
75
76
76
77
77
78
78
81
82
83
xvi
SENARAI SIMBOL
As - Luas keratan tetulang tegangan
As’ - Luas keratin tetulang mampatan
x - Ukurdalam paksi neutral
d’ - Ukurdalam paksi neutral ke tetulang mampatan
εs - Terikan dalam tetulang tegangan
εs’ - Terikan dalam tetulang mampatan
k1 - Nisbah tegasan mampatan purata kepada tegasan mampatan ciri
konkrit
k2 - Nisbah ukurdalam sentroid blok tegasan ke paksi neutral
fcu - Kekuatan ciri konkrit
fy - kekuatan tegasan alah tetulang tegangan
fyv - Kekuatan tegasan alah tetulang ricih
Q - Nisbah keluli tetulang
εy - Nilai terikan keluli alah
εc - Terikan konkrit
γm - Faktor keselamatan separa konkrit
Mu - Kekuatan lenturan muktamad
φ - Diameter tetulang
av - Rentang ricih
τL - Tegasan setempat
E - Modulus elastic
Es - Modulus elastic tetulang
Ec - Modulus elastic konkrit
xvii
ECFRP - Modulus elastic plat CFRP
µε - Mikro terikan
Fi - Daya setempat
P - Daya lenturan paksi
R - Daya tindakbalas
v - Daya ricih
vc - Daya ricih kritikal
sv - Jarak selangan tetulang ricih
B - Lebar
H - Tinggi
AL - Luas keratan plat
εL - Terikan setempat pada plat
xviii
SENARAI LAMPIRAN
LAMPIRAN TAJUK MUKA SURAT
A Hubungan di antara sisihan piawai dan kekuatan ciri
B Anggaran kekuatan mampatan campuran konkrit yang
dibuat dari nisbah air (bebas)- simen 0.5
C Hubungan di antara kekuatan mampatan dan nisbah air
(bebas)- simen
D Ukurhampir kandungan air bebas (kg/m3) yang
diperlukan untuk mandapatkan pelbagai tahap
kebolehkerjaan
E Anggaran ketumpatan basah bagi konkrit padat
F Kadar agregat halus yang disyorkan mengikut peratus
lulus ayak 600 µm
G Had pengredan
H Data Ujian tegangan untuk tiga sampel tetulang T12
dan tiga sampel tetulang R6
I Data ujian tegangan untuk tiga sampel tetulang T12
dan tiga sampel tetulang R6
91
92
93
94
95
96
97
98
101
19
BAB I
PENGENALAN
1.1 Latar belakang kajian
Pencapaian kejuruteraan sentiasa dikaitkan dengan kewujudan bahan binaan
yang sesuai. Konkrit menjadi satu-satunya bahan terawal yang dicipta oleh manusia
untuk tujuan pembinaan (Tewary,1978). Awal kurun ke-20 menyaksikan bagaimana
besi dan aloi menjadi tumpuan penyelidikan dan pembangunan yang pesat semasa
Revolusi Perindustrian di benua Eropah sehingga meningkatkan tamadun manusia
sehingga hari ini. Penemuan penggabungan di antara konkrit dan keluli telah melahirkan
konkrit bertetulang yang mempunyai aplikasi yang meluas dalam industri pembinaan.
Kemajuan selanjutnya dalam kejuruteraan akan bergantung kepada
pembangunan bahan binaan yang kuat serta ringan. Kriteria ini ditemui dalam bahan
rencam yang mempunyai kekukuhan dan kekuatan yang lebih tinggi berbanding keluli
(Gill,1972).
Sejak lebih 70 tahun yang lalu , penggunaan bahan polimer bertetulang gentian
(FRP) dalam bidang pembinaan dikaji dan dibangunkan di negara-negara maju seperti
Amerika Syarikat dan Jepun. Hari ini , teknologi FRP digunakan dalam pembinaan
struktur sama ada sebagai elemen bangunan ataupun sebagai bahan penguat kepada
2
anggota bangunan. Buat masa ini , penguatan semula struktur konkrit bertetulang
dengan plat keluli menjadi amalan pemuliharaan bangunan lama yang lazim
dipraktikkan di Malaysia (Siti Hasimah, 1999).
Namun , masalah pengaratan pada plat keluli dan kerumitan penyenggaraan
telah mengalihkan perhatian jurutera kepada penggunaan bahan FRP sebagai alternatif
yang menarik kepada keluli. Sifat-sifat jangka panjang FRP menjadi penentu kepada
keberkesanan FRP dalam menggantikan keluli sebagai plat penguat struktur bangunan.
1.2 Kelebihan menggunakan bahan FRP dalam sistem penguatan
FRP merupakan kumpulan bahan komposit yang terdiri daripada 3 fasa yang
penting. Fasa 1 ialah struktur penguat atau gentian kukuh. Contoh gentian yang paling
lazim digunakan ialah karbon (CFRP), aramid (AFRP), dan kaca (GFRP). Fasa 2 ialah
epoksi pengikat atau resin yang membaluti struktur gentian mengikut susunan tertentu.
Contoh resin adalah polyester dan vinyl. Fasa 3 ialah permukaan ikatan yang wujud di
antara resin dan gentian. Keadaan dan luas permukaan ini mempengaruhi ketegaran
bahan komposit yang dihasilkan. Fasa 3 dimanipulasi untuk mendapatkan FRP yang
bersesuaian dengan matlamat dan aplikasi akhirnya. Kebolehan pengeluar mengawal
ciri-ciri kekuatan dan bentuk FRP amat berguna khasnya dalam aspek kerencaman.
Kebanyakan aplikasi bahan FRP ditemui dalam bidang industri mekanikal,
kimia, dan angkasa lepas. Penggunaan FRP dalam bidang kejuruteraan awam dam
struktur binaan berkembang disebabkan ciri-ciri kekuatan tegangannya yang jauh
melebihi kekuatan tegangan keluli, dengan hanya 10% berat keluli.
Di samping itu, FRP juga mempunyai kekukuhan tinggi (sehingga 75% daripada
modulus elastik keluli untuk CFRP), sifat kelesuan yang baik (kecuali GFRP),
3
koefisyen pengembangan linear terma yang rendah, ketumpatan rendah, rintangan baik
terhadap pengaratan dan ringan.
1.3 Kenyataan masalah
Elemen struktur konkrit bertetulang seperti rasuk, papak, dan tiang suatu
bangunan mengalami pembebanan tegak dan ufuk yang berubah-ubah terhadap masa
mengikut penggunaan bangunan tersebut. Struktur konkrit bertetulang boleh
mengalamin kerosakan akibat beberapa sebab seperti pengaratan pada tetulang dalaman,
kesan beku-cair, dan rekabentuk awal yang tidak tepat. Kadang kala keperluan
memaksa suatu elemen menanggung beban khidmat yang melebihi beban
muktamadnya. Jika elemen didedahkan kepada keadaan ini untuk jangka masa yang
panjang, rayapan dan kelesuan dalam konkrit dan tetulang akan berlaku.
Plat FRP boleh digunakan sebagai penguat semula untuk membaikpulih elemen
yang mengalami pesongan lampau. Namun, plat FRP itu sendiri boleh mengalami
tindakan elemen cuaca dan serangan agen penghakis dari persekitaran tempat khidmat
yang ekstrim seperti di kawasan tepi laut, loji pembuatan, kilang tekstil,dan struktur
relau.
Kelebihan utama menggunakan sistem penguatan FRP ialah rintangan terhadap
pengaratan yang menjadi halangan terbesar penguatan menggunakan plat keluli. Tetapi
secara tidak langsung penguatan dengan FRP berkemungkinan akan mengubah mod
kegagalan anggota lenturan daripada mulur kepada rapuh. Kegagalan ricih dalam
konkrit boleh mengurangkan keupayaan lenturan nominal. Kegagalan rapuh seperti
penyahlekatan (debonding) plat dan pengopekan penutup konkrit adalah keadaan yang
lazim diperhatikan pada rasuk yang diperkuat dengan plat FRP.
4
Mod kegagalan dan kriteria kegagalan rasuk diperkuat dengan plat FRP perlu
dikaji untuk menentukan keberkesanan sistem penguatan dalam membawa beban.
1.4 Matlamat/tujuan
Matlamat kajian ini adalah untuk mengkaji penguatan rasuk konkrit bertetulang
menggunakan plat CFRP dan pengaruh kegagalan setempat pada mod kegagalan serta
keupayaan lenturan muktamad. Kajian ini juga bertujuan melihat ciri-ciri tegasan dan
terikan pada plat CFRP.
1.5 Objektif kajian
Objektif yang ingin dicapai melalui kajian dan analisis yang dijalankan adalah
seperti berikut:
1. Mengkaji peningkatan keupayaan lenturan rasuk bertetulang kurangan yang
diperkuat dengan plat penguat CFRP.
2. Memerhatikan pengaruh penguatan terhadap keretakan dan keupayaan pembebanan
muktamad rasuk.
3. Memerhatikan kesan integriti ikatan antara muka plat penguat CFRP dan konkrit
terhadap jarak agihan ikatan dan tegasan ikatan setempat.
5
1.6 Kepentingan kajian
Kajian ini adalah penting untuk menjelaskan kebolehkhidmatan dan kelakuan
konkrit bertetulang diperkuatkan menggunakan plat CFRP di bawah pembebanan malar.
FRP jenis karbon dipilih kerana ia merupakan bahan yang paling sesuai digunakan
dalam bidang penguatan dan pemuliharaan kerana sifat-sifat kekuatan, kekukuhan,
ketahanlasakan dan kelesuan yang baik.
1.7 Skop kajian
Kajian ini bertumpu kepada penyelidikan terhadap sifat-sifat kelakunan rasuk
konkrit bertetulang kurang yang diperkuatkan dengan plat CFRP di bawah beban
lenturan empat titik. Rasuk yang dipilih berdimensi 100 x 150 x 2300 mm dan plat
penguat ialah 50 x 1.2 x 1900 mm. Ujian makmal dijalankan terhadap rasuk bertetulang
yang diperkuatkan dengan plat CFRP. Parameter ujikaji yang diperoleh daripada ujian
makmal adalah seperti berikut:
• Ukuran pesongan lentur rasuk di bawah pembebanan empat titik.
• Kekukuhan.
• Terikan pada permukaan atas konkrit.
• Terikan tetulang utama.
• Terikan plat CFRP
• Mod kegagalan rasuk.
• Beban kegagalan pada takat muktamad.
• Corak keretakan: selang, panjang, kedudukan, dan jenis retak
6
BAB II
KAJIAN LITERATUR
2.1 Pengenalan
Polimer Bertetulang Gentian atau Fibre Reinforced Plastic (FRP) ialah sejenis
bahan rencam yang dibuat daripada penggabungan matriks plastik (polimer) dan gentian
yang menghasilkan bahan baru yang amat kuat. Perkataan ‘rencam’ yang digunakan
menunjukkan bahawa dua atau lebih bahan digabungkan pada skala makroskopik
menjadi bahan yang mempunyai ciri-ciri yang lebih baik dari segi kekuatan, kekakuan,
rintangan kakisan, rintangan haus, estatika, berat, hayat lesu, kelakuan bersandar suhu,
keberaliran terma dan tebatan akustik (Robert, 1993).
Sejarah penggunaan bahan rencam boleh dirujuk melalui catatan kewujudan
bentuk bahan rencam tertentu. Sebagai contohnya, jerami telah digunaakan oleh kaum
Yahudi untuk mengukuhkan bata tanah liat. Kayu lapis telah digunakan oleh orang
Mesir purba apabila mereka sedar bahawa penyusunan kayu secara ortotropik selang
lapis memberikan kekuatan yang lebih baik dan rintangan terhadap pengembangan
terma.
FRP tergolong dalam keluarga bahan binaan berteknologi canggih yang semakin
mendapat sambitan dalam pasaran yang mengkehendaki bahan berketahanlasakan
tinggi.
7
Rajah 2.1 : Jenis-jenis bahan kejuruteraan (Charles et.al, 1997)
2.2 Matriks
Matriks dan pengisi gentian adalah dua komponen yang terpenting dalam FRP.
Matriks terdiri daripada resin termoplastik atau termoset. Pengisi gentian terdiri
daripada gentian kaca, karbon atau aramid. Kombinasi kedua-dua bahan ini
menghasilkan bahan rencam yang kuat dan kukuh melalui ikatan fizikal di antara
gentian dan matriks.
8
Matriks adalah komponen yang mengagihkan beban kepada gentian di samping
melindungi gentian daripada tindakan persekikaran yang ekstrim (Gill, 1972). Matriks
yang baik menanggung beban luaran dan memindahkannya kepada gentian melalui
ikatan antara muka yang baik tanpa kesan sampingan kepada kekuatan gentian. Antara
matriks yang digunakan ialah resin termoset dan termoplastik.
Berikut disenaraikan kekuatan mampatan dan tegangan beberapa jenis bahan.
Didapati kekuatan bahan FRP jauh mengatasi bahan binaan yang lain.
Jadual 2.1: Perbandingan kekuatan bahan FRP dengan bahan lain. (Charles et.al, 1997)
Kekuatan Kekuatan
tegangan mampatan
MPa ksi MPa ksi
Low-strength grey cast iron 155 22 620 88
High-strength grey cast iron 400 58 1200 174
Simen Portland 4 0.6 40 6
Konkrit 3 0.5 40 6
Kayu 100 15 27 4
Polyether ether ketone (PEEK) 233 34 240 35
+ 30% gentian karbon pendek
Epoksi + 50% unidirectional E-glass prepreg
Laminat
- selari dengan gentian 1100 160 900 130
- serenjang dengan gentian (40) (6) (150) (22)
Epoksi + 60% unidirectional gentian karbon
Kekuatan tinggi laminat prepreg
- selari dengan gentian 2000 290 1300 190
- serenjang dengan gentian (80) (12) (250) (36)
9
2.3 Kekuatan Komposit Bertetulang Gentian
Ciri-ciri FRP menurut Charles et.al (1997) ditentukan oleh lima faktor utama
iaitu:
a) Ciri-ciri relatif antara matriks dan gentian
b) Nisbah relatif matriks dan gentian dalam komposit
c) Panjang juzuk gentian individu
d) Keadaan antaramuka gentian dan matriks
e) Geometri susunan gentian dalam komposit
Tujuan am adalah untuk menambahkan kekuatan dan kekakuan bahan rencam
dengan menambahkan gentian yang lebih kuat dan kaku kepada matriks. Matriks
lazimnya terdiri daripada jenis termoplastik, termoset, seramik, logam atau konkrit.
Gentian pula boleh dari jenis kaca, korban, logam, seramic, atau bahan berpolimer.
Jadual 2.2 memberikan nilai-nilai untuk kekuatan dan kekukuhan beberapa gentian dan
poliester atau resin epoksi yang ada di pasaran.
2.4 Fabrikasi Komposit Bergentian Karbon
Kekuatan dan modulus sesuatu struktur komposit berkadar terus dengan nisbah
isipadu gentian tetulang (Gill, 1972). Maka, makin besar isipadu gentian, makin tinggi
juga kekuatan dan kekakuan komposit yang dihasilkan. Namun, terdapat faktor-faktor
yang menyebabkan nilai kiraan secara teori berbeza daripada keputusan eksperimen,
iaitu:
1. orientasi gentian dalam komposit sebenar yang berbeza daripada sepatutnya.
2. nisbah panjang-diameter gentian yang tidak dapat ditentukan.
3. kehadiran filamen yang mempunyai kekuatan purata yang lebih rendah.
4. darjah lekapan antara gentian dan matriks resin yang tidak mudah diukur.
10
Rajah 2.2 menunjukkan pengaruh kandungan dan arah susunan gentian terhadap
modulus elastik dan juga kekuatan tegangan. Rajah 2.3 memberikan contoh corak
susunan gentian yang lazim digunakan.
Jadual 2.2 Sifat-sifat mekanik pelbagai jenis gentian dan komposit (Charles et.al, 1997)
Gentian/Komposit Tensile strength Tensile modulus Density MPa ksi GPa 103 ksi Mg/m3 Kaca E (disediakan khas) 3000 435 70 10 2.54 Kaca E (piawai) 1500-2000 220-290 70 10 2.50 Kaca S (disediakan khas) 4300 624 80 12 2.49 Kaca S (piawai) 2600 377 86 12.5 2.52 Gentian karbon (bermodulus tinggi) 4000-5000 580-725 390-450 57-65 1.91 Gentian karbon (kekuatan tinggi) 4000-7000 580-1015 230-300 33-44 1.74 Gentian karbon (modulus sederhana) 3000-5000 435-725 290-300 42-44 1.81 Gentian karbon (mesophase pitch) 2200 320 830 120 2.20 Gentian Boron 3500 510 420 60 2.65 Gentian Aramid (Kevlar 29) 2700 390 60 9 1.44 Gentian Aramid (Kevlar 49) 2700 390 130 19 1.45 Gentian Polietilena 3000 436 115 17 0.95 Matriks Poliester 30-40 3 1.2 Matriks Epoksi 40-90 3.5 1.2-1.8 Matriks PEEK 100 3.5 1.3 GRP chopped strand mat 20% Kaca 100 15 8 1.2 1.5 GRP woven fabric 30% Kaca 250 36 16 2.3 1.7 Epoksi prepreg woven fabric 50% Kaca E 600 87 20 2.9 1.8-2.0 Epoksi prepreg 1100 160 45 6.5 1.8-2.0 unidirectional 50% Kaca E 35 5 8 1.2 Epoksi prepreg woven fabric 50% Aramid 500 73 30 4.4 1.2-1.4 Epoksi prepreg 1100 160 60 8.7 1.2-1.4 unidirectional 50% Aramid 35 5 8 1.2 Epoksi prepreg 2000 290 140 20 1.5-1.6 unidirectional 60% High strength carbon 80 12 10 1.5 Epoksi prepreg unidirectional 60% 2400 348 160 23 1.5-1.6 Karbon bermodulus sederhana 80 12 10 1.5 Keluli berkarbon tinggi 2800 406 210 30 7.8 Aluminium aloi 7075 570 83 72 10.5 2.8 Ti-6 Al-4V 950 138 115 17 4.5
11
Rajah 2.2 : Kekuatan gentian kaca mengikut kandungan kaca (Young et.al, 1998).
Teknik fabrikasi memainkan peranan yang penting dalam mengawal faktor-
faktor di atas dan perlu memastikan semua gentian menyumbangkan kekuatan
maksimum kepada komposit. Tujuan menggunakan gentian karbon dalam komposit
ialah untuk mendapatkan sifat mekanikal yang memerlukan teknik fabrikasi yang
canggih.
12
Rajah 2.3 : Geometri susunan bahan bertetulang gentian (Young et.al, 1998)
2.4.1 Teknik Pengacuanan Mudah
Cara termudah dalam menghasilkan komposit adalah dengan mendapatkan
seretan (tow) tunggal, merendaminya dalam resin, dan meletakkannya bersebelahan di
dalam acuan untuk menghasilkan bahan satu-arah seperti rod, lapis dan plat. Tekanan
dikenakan pada acuan bersama dengan haba tinggi untuk mengawet separa resin
tersebut. Semasa pemadatan, lebihan resin ditekan keluar dan filamen yang tinggal
menjadi hampir selari. Setelah menyejuk, acuan dibuka untuk mengeluarkan komposit
yang telahpun diawet sepenuhnya.
13
Teknik ini mampu menghasilkan komposit yang elok jika langkah-langkah
penghasilan dikawal dengan sempurna. Namun, ia bukan cara pengeluaran pilihan dan
selalu gagal memberi kelakunan komposit yang konsisten atas sebab-sebab berikut:
1. resin lebihan dan udara cenderung terperangkap di dalam komposit dan
mengganggu keseragaman komposit
2. gentian tidak berjalin sepenuhnya semasa operasi pemadatan
Maka, cara fabrikasi yang lebih canggih telah dibangunkan dan dijelaskan dalam
bahagian berikut.
2.4.2 Fabrikasi Komposit dengan Teknik Pre-impregnation
Bahan komposit yang baik mempunyai darjah orientasi gentiannya dalam arah
yang dikehendaki. Untuk mencapai tujuan ini, teknik pre-preg telah dibangunkan di
mana gentian diadun dengan kuantiti resin yang sesuai dalam bentuk lapik atau pita
yang senang dikendalikan.
a) Penghasilan Lapis dan Pita Pre-preg
Filamen atau seretan terlebih dahulu ditutupi resin sebagai matriks dan disusun
selari antara satu sama lain secara seragam di atas permukaan tak-lekat seperti kertas
bersilikon, lapis palstik atau filem untuk memudahkan penanggalan pada peringkat
lanjut. Seretan diuli antara dua lapisan kertas bersilikon untuk mengempiskan filamen
supaya seretan bersebelahan bertemu dan memenuhi ruang antaranya. Tindakan
pengulian mengeluarkan kawasan kaya-resin dan gelembung udara. Seretan yang
berdiameter 2mm boleh mencapai penebaran sebanyak 12 mm.
14
Semasa gelekan, haba dikenakan untuk memberi mobiliti dalam pengempisan
filamen dan resin sambil mengawet komposit supaya fleksibel dan tidak terlalu lekit.
Suatu ciri penting pre-preg ialah nisbah berat per unit luasnya dapat ditentukan dengan
tepat dan ini membantu dalam operasi seterusnya.
b) Fabrikasi komposit arah-tunggal (unidirectional) daripada pre-preg
Jumlah lapis pre-preg yang mencukupi diletakkan dalam acuan yang dipanaskan
pada suhu yang sesuai dan tekanan dikenakan pada omboh (plunger) atas supaya
seluruh pre-preg dikempiskan sambil mengawet separa resin. Acuan leleh (leaky mould)
digunakan untuk mengalirkan keluar lebihan resin. Penggunaan lapis pre-preg yang
bermutu tinggi dapat dikenalpasti jika jumlah lebihan resin adalah hampir sifar
disebabkan kandungan gentian yang tinggi.
Jika bilangan dan berat gentian beresin di dalam acuan diketahui, maka dimensi,
ketumpatan, dan kandungan gentian dalam acuan dikekalkan dalam julat yang terbaik.
Kebaikan cara ini adalah ia mengekalkan penyusunan gentian dan membenarkan
kuantiti gentian maksimum digabungkan dengan seragam. Pengawetan akhir dijalankan
pada suhu bilik.
c) Fabrikasi komposit dwi-arah (Bidirectional)
Cara yang digunakan pada asasnya sama dengan fabrikasi unidirectional. Lapis
atau pita pre-preg diletakkan dalam arah dan ketebalan yang diperlukan bergantung
kepada ciri-ciri komposit yang dikehendaki. Pengawetan adalah sama seperti fabrikasi
arah-tunggal.
15
d) Teknik lapik rawak (Random-mat)
Teknik ini banyak digunakan dalam bidang gentian kaca dan melibatkan
peletakan gentian kaca dalam bentuk lapik untuk menguatkan resin. Lapik rawak
dengan resin belum berawet adalah fleksibel dan boleh dilipat kepada bentuk yang
dikehendaki. Orientasi rawak gentian memberikan ciri-ciri mekanikal yang seragam
dalam satah lapik. Untuk gentian karbon, teknik ini lebih murah berbanding pre-preg
yang disusun rapi. Namun, orientasi rawak menghasilkan banyak rantau kaya-resin
yang lemah. Dengan itu, fabrikasi bahan berkekuatan tinggi seperti gentian karbon tidak
banyak dipraktiskan menggunakan kaedah ini.
e) Teknik lapik lembaran terpenggal (Chopped-strand mat)
Teknik ini serupa dengan teknik sebelum ini tetapi gentian dikerat separuh
supaya seretan kekal dan lembaran terpenggal disebarkan ke dalam lapis dan diselaputi
resin. Ciri-ciri yang diperolehi mungkin lebih teruk daripada teknik lapik rawak tetapi
penggunaan gentian terpenggal lebih murah. Lapik pre-preg lembaran terpenggal juga
fleksibel dan boleh dibengkokkan kepada bentuk yang dikehendaki.
f) Tenunan fabrik gentian (woven fabric)
Fabrik tenun dikelaskan kepada dua jenis iaitu lilitan benang dan jenis roving. Fabrik
tenun benang (yarn) terdiri daripada satu atau lebih lembaran (twisted strand) yang
digabung bersama. Fabrik tenun disemburi resin sejurus sebelum operasi laying-up
untuk membina bentuk komponen. Namun, gentian karbon bermodulus tinggi susah
ditenun disebabkan sifat rapuh filamen individu. Untuk gentian berkekuatan tinggi,
proses tenunan dijalankan dengan gentian beresin.
16
2.4.3 Teknik Belitan Filamen (Filament winding method)
Teknik ini banyak digunakan untuk gentian kaca dan kini digunakan untuk
gentian karbon dalam bentuk rentang panjang dan memaksimakan kelakunan daripada
belitan kerana gentian diletakkan dalam orientasi yang tepat. Cara-cara belitan kini
menghasilkan banyak variasi corak dengan menggunakan mandrel dan winder serta
orbital winder. Cara whirling arm adalah paling fleksibel dan boleh menghasilkan
sebarang kombinasi belitan.
2.4.4 Teknik penarikan (Pultrusion)
Teknik penarikan atau pultrusion adalah proses selanjar untuk menghasilkan
struktur FRP bergentian dalam bentuk keratan seragam. Bentuk yang biasa dihasilkan
adalah seperi rod, tiub, dan plat yang berkekuatan tinggi.
Filamen dibasahkan dengan die dan ditarik secara selanjar menerusi alat penarik
(puller) yang memegang dan memastikan bahan lembaran bergerak secara berterusan.
Die bertindak menambah kelekapan permukaan gentian terhadap resin. Gentian selanjar
yang digunakan terdiri daripada glass roving, mat, cloth, dan sebagainya. Kombinasi
gentian selanjar membentuk ciri-ciri tetulang yang lebih kuat.
Plat-plat dalam unit pre-forming akan menumpukan lembaran gentian tersebut
sebelum menarik lembaran memasuki bekas yang mengandungi resin untuk menjalani
mandian resin (resin bath). Ini untuk memastikan gentian dijajar dengan sempurna
sebelum pengerasan matriks bermula. Resin menyaluti seluruh bahagian gentian dan
resin berlebihan dialirkan semula ke dalam tangki mandian resin bagi mengelakkan
gelembung udara di dalam matriks. Rola penggelek dalam bekas menggerakkan bahan
gentian sambil menjalani proses wet-out.
17
Gentian beresin ditarik memasuki sitem die pengawet yang memberi bentuk akhir bagi
FRP yang dikehendaki. Larian komposit yang telah keras ditarik ke mesin pemotong
bermata berlian yang mengerat komposit mengikut ukuran rentang yang diigini.
Kelajuan lazim seluruh proses ini adalah sekitar 0.3m/minit bergantung kepada
diameter keratan.
Rajah 2.4 : Beberapa contoh teknik penghasilan bahan FRP - (i) Spray up, (ii) hand lay
up, (iii) hot press moulding, (iv) pultrusion, (v) filament winding (Young et.al, 1998)
18
Perbincangan terperinci mengenai keberkesanan kaedah pultrusion, pita pre-
preg, dan putar belitan filamen dikemukakan oleh Hardesty (1973). Pengeluaran
komersil bahan FRP dilaksanakan dengan peningkatan teknologi penghasilan yang
lebih efisyen.
2.5 Ciri-ciri luluhawaan (Weathering)
Pemahaman tentang kesan persekitaran terhadap FRP diperlukan
memandangkan penggunaan FRP di luar bangunan semakin meningkat. Faktor
persekitaran membawa kesan negatif terhadap ciri-ciri FRP. Kesan-kesan yang
dimaksudkan mungkin dari segi pelunturan warna atau keretakan kecil dan boleh juga
pemusnahan seluruh struktur polimer FRP. Sebarang percubaan untuk merekabentuk
komponen FRP tanpa kefahaman tentang mekanisma keroaskan yang disebabkan oleh
persekitaran akan membawa kepada kegagalan awalan FRP berkenaan. Faktor-faktor
persekitaran utama yang memberi kesan kepada FRP adalah:
1. Radiasi solar - UV, IR, Sinar-X. (Chin et.al, 1997)
2. Mikroorganisma, bakteria, fungi dan kulat
3. Kelembapan tinggi (Toutanji dan Gomez, 1997)
4. Ozon dan oksigen
5. Air wap, cecair, ais (Toutanji dan Balaguru, 1998;Toutanji dan Yong Deng,
2002 ; Fukuda , 1986)
6. Tenaga Terma
7. Pencemaran: bahan kimia industri
Dalam aplikasi Kejuruteraan Awam, perhatian diberikan kepada peluluhawaan
luar terhadap polimer kerana pendedahan kepada radiasi solar, kelembapan, dan haba
boleh menyebabkan kehilangan kekuatan, kekukuhan, kerapuhan, keretakan (crazing),
19
dan perubahan warna. Kesan-kesan ini biasanya berpunca daripada proses kimia dan
fizikal yang kompleks dan berlaku pada masa yang sama.
Kesan gabungan faktor-faktor ini lebih teruk jika dibandingkan dengan mana-
mana-mana satu faktor dan proses pelusuhan menjadi lebih cepat. Dalam bahagian ini
hanya kesan radiasi solar, mikroorganisma, oksigen, kelembapan dan tenaga terma akan
dibincangkan.
Bahan-bahan berpolimer biasanya mempunyai rintangan yang baik terhadap
pelbagai jenis bahan kimia seperti asid, alkali, dan larutan garam. Maka, ia banyak
digunakan untuk menutupi permukaan komponen yang terdedah kepada persekitaran
kimia agresif. Sesetengah polimer (terutamanya termoplastik) amat sensitif kepada
cecair organik seperti minyak dan solven. Cecair-cecair ini terdiri daripada molekul
organik ringan yang sedia menusuk antara rantai polimer dan mengurangkan ikatan van
der Waals, yang membawa kepada pelembikan dan pengembangan (Young et.al, 1998).
2.5.1 Radiasi Ultra-lembayung (UV)
Semua jenis radiasi solar membawa kesan buruk kepada FRP, dengan radiasi
UV sebagai sinaran yang paling merbahaya. Tenaga dalam sinaran UV cukup terik
untuk memecahkan ikatan molekul dalam polimer. Proses degredasi foto berlaku akibat
penyerapan sinaran solar. Gelombang cahaya UV (290-410 nm) mempunyai tenaga
kuantum yang sama darjah dengan ikatan rantai polimerik (99-70 kcal/mol). Maka, jika
radiasi ini tidak dileraikan setelah diserap, peleraian ikatan boleh berlaku. Aktiviti ini
menyebabkan kerosakan oksida terma, atau pengoksidaan foto pada polimer, yang
menghasilkan perapuhan, pelunturan dan pengurangan keseluruhan dalam ciri-ciri
fizikal bahan (Vishu, 1998).
20
Cara terbaik untuk melindungi FRP terhadap sinaran UV ialah dengan
menyertakan penyerap UV atau penstabil UV ke dalam bahan. Penyerap mampu
menyerap kebanyakan sinaran secara selektif dan meleraikan tenaga dengan selamat
dan penyerap sendiri dimusnahkan dalam proses itu. Penstabil menyekat pemecahan
ikatan dengan cara kimia atau meleraikan tenaga kepada aras rendah yang tidak
menyerang ikatan.
2.5.2 Mikroorganisma
Bahan berpolimer pada umumnya tidak mudah diserang oleh mikrob di bawah
keadaan biasa. Namun, bahan tambah yang bermolekul ringan seperti plasticizer,
pelincir, penstabil, dan anti-oksidan boleh terpindah ke permukaan komponen plastik
dan menggalakkan pertumbuhan mikroorganisma. Kesan buruk yang diperhatikan
adalah seperti kehilangan ciri-ciri kekuatan fizikal, perubahan kualiti estatika, dan
peningkatan kerapuhan. Kadar pertumbuhan bergantung kepada faktor haba, cahaya,
and kelembapan.
Bahan awet seperti fungisid atau biosid ditambah kepada FRP untuk mengawal
pertumbuhan mikrob dan tidak membawa kesan kepada organisma peringkat tinggi.
2.5.3 Oksigen, Kelembapan, Tenaga terma, dan faktor yang lain.
Walaupun kebanyakan polimer bertindak balas perlahan dengan oksigen,
keadaan penaikan suhu dan sinaran UV boleh pencepatan proses pengoksidanan. Air
secara kimia membawa tindak balas hidrolisis ikatan yang kurang stabil, secara
fizikalnya menyebabkan fenomena pengkapuran (chalking) daripada pemusnahan
ikatan antara polimer dan gentian (Somjai et.al, 2002 ; Fukuda, 1986). Kesan lembapan
21
yang disebabkan oleh pengembangan apabila lembapan menusuki bahan juga
menyebabkan leachate (Young et.al, 1998). Tenaga kimia memainkan peranan secara
tidak langsung dengan memecutkan tindak balas hidrolisis, pengoksidanan, dan
fotokimia yang dibawa oleh faktor yang lain. Banyak faktor lain seperti ozon, pencemar
atmosferik termasuk debu, habuk, wasap, sulfur dioksida, dan bahan kimia industri
yang lain memberi kesan yang ketara kepada Polimer (Vishu, 1998).
Jadual 2.3 : Senarai Piawai-piawai berkaitan peluluhawaan (Charles et.al, 1997)
Tajuk Piawai
Exposure of Plastics to Fluorescent UV Lamps and Condensation Exposure of Plastics to Carbon-Arc type Light and Water Exposure of Plastics to Xenon-Arc type Light and Water Outdoor Weathering of Plastics
Resistance of Plastic Materials to Fungi
Resistance of Plastic Materials to Bacteria
ASTM G 53 , ISO 4892 ASTM D 1499 , ISO 4892 ASTM D 2565 , ISO 4892 ASTM D 1435
ASTM G 21
ASTM G 22
2.6 FRP sebagai Elemen Penguat
Penguatan luaran (external strengthening) untuk bangunan dan jambatan
dengan penampalan plat keluli telah dipraktikkan dalam industri pembinaan sejak lebih
20 tahun yang lalu (Keble, 1999). Kelemahan utama menggunakan plat keluli ialah
pengaratan keluli dalam zon pelekatan dan berat sendiri setiap plat. Ini menyebabkan
perlunya perlindungan pengaratan dan penyelenggaraan plat berat yang menyukarkan
operasi. Kelemahaan ini telah membawa kepada penggunaan FRP sebagai alternatif
kepada plat besi.
22
Antara pelbagai jenis bahan FRP yang ada, CFRP didapati paling sesuai untuk
aplikasi dalam bidang ini atas kelebihan kekuatan, kekukuhan, ketahanlasakan, dan ciri-
ciri kelesuan, dan mempunyai rintangan tinggi terhadap pengakisan kimia berbanding
jenis FRP yang lain.
Perkembangan teknologi penguatan dan pengukuhan struktur konkrit dengan
bahan FRP di seluruh dunia telah mendapat perhatian para penyelidik. Aplikasi FRP
dalam bidang pembinaan melibatkan tetulang (rod dan grid komposit), pra-tegasan (tali
gentian dan rod komposit), pemuliharaan dan penguatan luaran (bahan helaian gentian
tulen atau pre-preg resin), dan acuan tetap. Penggunaan helaian FRP semakin banyak
digunakan dalam bidang pemuliharaan jambatan di Eropah dan Amerika Utara (Clarke,
1999 ; Darby et.al, 1999 ; Keble, 1999)
Pelbagai kajian teori dan banyak ujikaji eksperimen telah dilaksanakan di
seluruh dunia untuk memerhatikan kelakuan elemen struktur konkrit bertetulang yang
diperkuat dengan plat CFRP. Saadatmanesh dan Malek (1996) dan Arya et.al (2002)
telah mencadangkan garis panduan rekabentuk untuk rasuk bertetulang konkrit yang
diperkuatkan dalam lenturan dengan plat FRP. Kegagalan plat dan kehancuran konkrit
adalah mod kegagalan utama yang dipertimbangkan dalam pengiraan kekuatan
muktamad rasuk berplat. Alkhrdaji dan Nanni (1999) mengulas tentang teknik
pelekapan FRP pada struktur dan keputusan ujian yang menunjukkan keberkesanan
FRP dalam menambahkan kekuatan muktamad deck dan pier jambatan.
Kegagalan tempatan rasuk konkrit pada hujung plat dan kopekan plat
(debonding) disebabkan tumpuan tegasan pada retak lenturan juga dipertimbangkan
dalam penyediaan garis panduan ini. Etman dan Beeby (2000) membuat program ujikaji
dan analisis tentang taburan tegasan lekapan dengan menggunakan variasi hujung plat
untuk mengkaji keberkesanan corak lekapan dalam mengagihkan beban dalam sistem
rasuk. Aprile et.al (2001) melihat kepada ciri-ciri kelekapan epoksi dan mod kegagalan
lekapan yang sifat rapuh setelah kegagalan konkrit dan tetulang memindahkan beban
23
kepada plat penguat. Kopekan selalunya bermula pada titik kenaan beban dalam rasuk
dengan penguat CFRP tetapi berlaku di hujung plat atau konkrit yang retak.
2.7 Kesan tegasan awal terhadap kapasiti muktamad rasuk diperkuat
Kesan tegasan yang dialami oleh rasuk konkirt bertetulang sebelum penampalan
FRP mesti dipertimbangkan dalam kiraan untuk kekuatan lenturan muktamad rasuk
diperkuat. Untuk mempermudahkan proses rekabentuk, anggapan dibuat bahawa terikan
awal dalam FRP dan konkrit pada permukaan perantaraan adalah sama. Namun, pada
hakikatnya terikan dalam konkrit pada perantaraan adalah lebih tinggi disebabkan
tegasan awal.
2.8 Jenis-jenis lenturan
Dua sistem ujian lenturan(Young et.al, 1998) yang biasa digunakan adalah:
1. Lenturan tiga titik
2. Lenturan empat titik.
Rajah 2.5 : Susunan ujian Ricih 3 titik dan Ricih 4 titik (Neville et.al, 1983)
24
Rajah 2.6 : Perbezaan antara Ricih 3 titk dan Ricih 4 titik dari segi taburan momen dan
daya ricih (Young et.al, 1998)
2.9 Blok tegasan BS 8110
Rekabentuk rasuk bertetulang dalam ujikaji ini adalah berdasarkan blok tegasan
yang telah didefinisikan dalam BS 8110:Part 1 – 1985. Teori am kekuatan lenturan
muktamad adalah bagi rasuk konkrit bertetulang pada keadaan had muktamad (BS
8110, 1985). Berikut merupakan anggapan yang dibuat dalam teori tersebut:
(a) Terikan dalam konkrit dan tetulang adalah berkadar terus dengan jarak dari
paksi neutral, di mana terikan adalah sifar
(b) Kegagalan pada keadaan had muktamad dicapai pada ketika terikan konkrit
dalam zon mampatan mencapai nilai tentu εcu
(c) Pada takat gagal, taburan tegasan mampatan dalam konkrit didefinisikan oleh
lengkung tegasan – terikan rekabentuk (idealized)
(d) Kekuatan tegangan konkrit diabaikan
(e) Tegasan dalam tetulang diperoleh dari lengkung tegasan-terikan yang sesuai
Rajah 2.7 menunjukkan blok tegasan rekabentuk yang dicadangkan dalam BS
8110 untuk pengiraan kekuatan muktamad dalam rekabentuk. Ia diolah daripada
25
lengkung tegasan-terikan dalam Rajah 2.8 dengan faktor keselamatan separa konkrit
diambil sebagai 1.5. BS 8110 juga mengambil terikan muktamad konkrit sebagai malar
pada εcu = 0.0035, dan bahagian parabolik pada blok tegasan berakhir pada takat terikan
ε0 = (fcu)1/2 / 5000.
Rajah 2.7 : Blok tegasan rekabentuk untuk keadaan had muktamad BS 8110
Rajah 2.8 : Lengkung tegasan-terikan BS 8110
26
Luas blok tegasan , k1fcux = 0.45[1-fcu 1/2/ 52.5]fcux
Maka, k1 = 0.45[1- fcu 1/2/ 52.5] (Persamaan 2.1)
Dengan mengambil momen pada bahagian atas blok,
Luas blok k2 = 0.45 fcu(x/2) – (0.45 fcux0)(x- x0/4) (Persamaan 2.2)
di mana x0 = �0x / �cu
Maka, k2 = {[2 - fcu ½ / 17.5]2 + 2 } / {4 [3- fcu ½ / 17.5]} (Persamaan 2.3)
Lengkung untuk nilai k1 dan k2 diplot dalam Rajah 2.9.
Rajah 2.9 : Ciri-ciri blok tegasan BS 8110 – keadaan had muktamad
Dalam rekabentuk, definisi nisbah tetulang seimbang dibuat berdasarkan takat
alah tetulang. Namun, definisi sebenar adalah berdasarkan kekuatan rekabentuk 0.87fy,
seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.10, di mana fy ialah kekuatan ciri bagi tetulang.
Maka, keratan yang seimbang didefinisikan untuk tujuan rekabentuk sebagai keratan di
mana tetulang mencapai kekuatan rekabentuk 0.87fy serentak dengan ketika konkrit
mencapai terikan 0.0035. Keratan rasuk bertetulang kurangan juga akan didefinisikan
berasaskan terikan konkrit 0.0035 dan tegasan tetulang 0.87fy.
27
Nisbah tetulang Q ( = As/bd ) untuk keratan seimbang ialah
Q (keratan seimbang) = (k1fcu/0.87fy[0.0035/(0.0035 + εy)] (Persamaan 2.4)
di mana εy ialah terikan alah rekabentuk 0.87fy / Es .
Rajah 2.10 : Lengkung tegasan-terikan untuk BS 8110 – keadaan had muktamad.
2.10 Mod kegagalan
Rasuk konkrit bertetulang yang mengalami pembebanan empat titik akan gagal
dalam mod-mod tertentu yang akan dibincangkan dalam bahagian ini. Beberapa mod
kegagalan ditunjukkan dalam Rajah 2.11. (Hollaway dan Head, 2002).
Bagi rasuk bertetulang, kegagalan lenturan berlaku sebagai kegagalan konkrit
mampatan pada bahagian atas (mod 1) untuk rasuk terlebih tetulang. Untuk rasuk
tetulang kurang, kegagalan awalan berlaku pada alahan tetulang tegangan (mod 2) tetapi
tiada penambahan keupayaan penanggungan beban dengan penambahan pesongan. Jika
rasuk adalah bertetulang kurang dan tetap demikian setelah diperkuat dengan plat
28
komposit masih bertetulang kurang, maka mod kegagalan mungkin berupa suatu
koyakan tegangan (tensile rupture) di laminat plat (mod 3). Jika rasuk adalah
bertetulang lebihan setelah diperkuat, kegagalan lenturan adalah berupa kegagalan
konkrit mampatan pada bebibir atas (mod 1). Alahan tetulang mungkin berlaku sebelum
konkrit atau plat gagal dan ini akan menyumbang kepada kegagalan muktamad pada
rasuk tetapi ini bukan sebab utama kegagalan berlaku.
Rajah 2.11 : Beberapa mod kegagalan lazim dalam rasuk diperkuat dengan plat FRP.
Kehilangan ikatan dengan plat boleh menyebabkan penumpuan tegasan yang
berserenjang dengan plat. Ini akan menyebabkan plat tercabut ke arah tengah rasuk
yang lebih dikenali sebagai pengopekan tambatan hujung, mod 6 dan 7 (Hollaway,
2001).
Mod 1
Mod 6
Mod 7
Mod 5
Mod 4
Mod 3
Mod 2
Jenis-jenis mod kegagalan Mod 1 Kegagalan mampatan konkrit Mod 2 Alahan tetulang tegangan. Mod 3 Kegagalan tegangan plat FRP. Mod 4 Kegagalan ricih. Mod 5 Kopekan disebabkan anjakan menegak pada retakan ricih. Mod 6 Kopekan tambatan / ricih dalam zon penutup. Mod 7 Kagagalan kopekan. Mod 8 Kegagalan lekatan pada konkrit / permukaan lekatan. Mod 9 Kegagalan lekatan pada adhesive/permukaan plat FRP Mod 10 Kegagalan inter-laminat di dalam plat FRP
Mod 8
Mod 10
Mod 9
Konkrit
Epoksi Plat
29
BAB III
METODOLOGI
3.1 Pengenalan
Tujuan ujikaji yang dijalankan adalah untuk mencapai objektif yang telah
ditetapkan dalam Bab 1. Kerja-kerja makmal dijalankan untuk membina rasuk konkrit
bertetulang kurang dan memperkuatkannya dengan plat CFRP selepas cukup tempoh
pengawetan. Spesimen rasuk konkrit bertetulang berdimensi 100 mm lebar, 150 mm
tinggi, dan 2300 mm panjang disediakan dan diperkuatkan dengan plat CFRP berukuran
50 mm lebar, 1.2 mm tebal, dan 1900 mm panjang pada bahagian soffit rasuk.
3.2 Prosedur Ujikaji
Suatu ringkasan ujikaji makmal dijalankan untuk mendapat data mengenai
kekuatan lenturan rasuk dan prestasi plat CFRP sebagai penguat.
• Komponen pembinaan rasuk seperti acuan, bancuhan konkrit, tetulang, dan
corak pembebanan direkabentuk.
• Acuan dan kiub spacer disediakan.
30
• Tetulang dan perangkai dibengkok dan diikat. Strain gauge dipasang pada
pertengahan rentang.
• Bancuhan konkrit dibuat dan dituang untuk membentuk dua rasuk konkrit
bertetulang dimensi 100x150x2300mm. Kiub ujian mampatan disediakan.
Awetan selama 28 hari dijalankan. Ujian mampatan konkrit dibuat pada hari ke-
7, ke-28, dan hari ujian pembebanan lenturan empat titik.
• Penyediaan permukaan tampalan dibuat dengan air tool. Epoksi dicampur
dengan hardener dan disapu pada plat dan konkrit kedua-duanya ditampal
bersama dan diawet selama 7 hari. Strain gauge dipasang di sepanjang plat
CFRP.
• Selepas 7 hari, ujian pembebanan lenturan empat titik dijalankan. Catatan
bacaan strain gauge dan demec disc masing-masing dibuat melalui data logger
dan demec gauge.
• Analisis data.
3.3 Perincian Spesimen
Dua rasuk direkabentuk mengikut Piawai British BS 8110 bagi Rekabentuk
Struktur Konkrit Bertetulang. Dimensi spesimen yang dipilih ialah 100 x 150 x 2300
mm. Faktor-faktor penggunaan alat ujian di makmal struktur, kuantiti bahan, ruang
kerja yang ada dan tempoh masa ujikaji yang terhad menjadi pertimbangan dalam
memilih saiz rasuk. Rentang rasuk panjang berbanding keratan rasuk dipilih untuk
memaksimumkan kesan lenturan pada rasuk.
Ujian terakhir spesimen melibatkan ujian lenturan rasuk dengan menggunakan
kerangka Magnus yang membenarkan panjang spesimen yang kurang daripada 3 meter.
Panjang efektif spesimen adalah dua meter dan panjang tambahan sebanyak 150 mm
pada kedua-dua hujungnya disediakan untuk penyokong rasuk.
31
Keratan rentas rasuk direkabentuk berdasarkan beban tumpu. Penutup konkrit
yang digunakan setebal 20 mm. Rekabentuk ini menetapkan penggunaan bar tetulang
keluli kekuatan tinggi berdiameter 12 mm bagi tetulang utama dan keluli kekuatan
sederhana berdiameter 6 mm untuk perangkai ricih dan tetulang nominal.
3.4 Kerja Makmal
Semua ujikaji makmal akan dilaksanakan di makmal konkrit Jabatan Struktur
dan Bahan, Fakulti Kejuruteraan Awam. Bahan, spesimen dan peralatan disediakan
dengan bantuan pihak makmal. Suatu kertas kerja Cadangan Pelaksanaan Kerja
Makmal dikemukakan sebelum ujikaji makmal.
3.4.1 Penyediaan Acuan
Dua acuan kayu digunakan bagi membentuk dua rasuk dan setiap acuan kayu
digunakan sekali sahaja. Acuan kayu dibina dengan menggunakan papan lapis yang
dipotong mengikut dimensi rasuk. Acuan keluli digunakan sebagai tapak acuan kayu
untuk meningkatkan kekukuhan seluruh sistem acuan.
Permukaan acuan disapu dengan minyak gris untuk mengelakkan pelekatan
konkrit pada acuan dan menyenangkan kerja pembukaan acuan selepas konkrit
mengeras.
32
3.4.2 Penyediaan Spesimen Rasuk
Kekuatan konkrit gred 30 digunakan untuk spesimen rasuk. Rekabentuk
campuran Konkrit adalah berdasarkan panduan Department of Environment “Design of
Normal Concrete Mixes” (Teychenne et.al, 1975). Jenis simen Portland biasa
digunakan dalam bancuhan konkrit dengan batu baur kasar jenis terhancur bersaiz 10
mm, pasir jenis terhancur dengan 50 peratus lulus ayak 600 µm.
Jumlah isipadu bancuhan yang diperlukan dianggarkan dengan menjumlahkan
kesemua isipadu spesimen dan juga isipadu kiub mampatan. Sembilan kiub diperlukan
untuk membuat ujian mampatan kiub pada hari ke-7, 28 dan hari ujian kekuatan
lenturan rasuk dijalankan. Berdasarkan anggaran yang dibuat, sebanyak 0.0876 m3
konkrit perlu dibancuh termasuk 20% untuk lebihan. Pengiraan bagi rekabentuk
bancuhan ditunjukkan di bawah.
3.4.2.1 Rekabentuk Campuran Konkrit
Konkrit gred 30 pada umur 28 hari direkabentuk mengikut panduan campuran
kaedah DoE (Department of Environment). Data untuk kebolehkerjaan yang digunakan
termasuklah runtuhan dan masa VB.
Hanya dua jenis aggregat dipertimbangkan, iaitu dikisar dan tidak dikisar. Ciri-
ciri aggregat berkaitan yang mempengaruhi kebolehkerjaan dan kekuatan konkrit adalah
bentuk partikel dan tekstur permukaan. Melalui data ujian yang dikumpulkan sejak
penerbitan Road Note No.4 telah menunjukkan bahawa untuk tujuan rekabentuk,
adalah memadai untuk mengelaskan aggregat kepada jenis dikisar dan tidak dikisar.
Maka, jika suatu agregat didapati tidak dikisar, kesan bentuknya tidak akan
mempengaruhi rekaan campuran seperti yang disangkakan sebelum ini.
33
Jadual 3.1 Rekabentuk campuran konkrit Gred 30
Peringkat Butir-butir perkara Rujukan / Kiraan Nilai 1 1.1 Kekuatan Ciri Ditentukan 30 N/mm2 , 28 hari Kadar kerosakan 5% 1.2 Sisihan piawai Rajah 2 8 N/mm2 , garis A 1.3 Margin C1 K = 1.64 x 8 = 13 N/mm2 1.4 Kekuatan purata sasaran C2 30 + 13 = 43 N/mm2 1.5 Jenis simen Ditentukan SPB 1.6 Jenis Batu Baur: Batu baur kasar Dikisar Batu baur halus Tak Dikisar 1.7 Nisbah air (bebas)/simen Jadual 2 Rajah 4 0.54
1.8 Nisbah Maksimum Ditentukan Air (bebas)/simen
_____________________________________________________________________________ 2 2.1 Runtuhan / V-b Ditentukan Runtuhan 10-30mm, V-b 6-12 saat 2.2 Sais maksimum Batu baur Ditentukan 10 mm 2.3 Kandungan Air bebas Jadual 3 188 kg/m3 3 3.1 Kandungan simen C3 348 kg/m3 3.2 Kandungan maksimum Ditentukan …. kg/m3 simen
3.3 Kandungan minimum Ditentukan …. Kg/m3, gunakan jika Simen besar dari 3.1 dan 3.3
3.4 Nisbah air (bebas) / Simen yang diubahsuai ……….
_____________________________________________________________________________ 4 4.1 Ketumpatan bandingan 2.7 diketahaui / anggapan batu baur kasar 4.2 Ketumpatan konkrit Rajah 5 2420 kg/m3 4.3 Jumlah batu baur C4 1833 kg/m3 5 5.1 Gred batu baur halus Peratus lulus 50% ayak 600 µm
5.2 Kadar batu baur halus Rajah 6 43% Dalam jumlah batu baur
5.3 Kandungan batu baur halus C5 1894x 0.43 = 814 kg/m3 5.4 Kandungan batu baur kasar 1894 x 0.57 = 1080 kg/m3
Kuantiti Simen (kg) Air (kg) Batu baur halus (kg) Batu baur kasar (kg)
1 m3 188 348 814 1080 0.0876 m3 16.47 30.48 94.61 71.31
34
3.4.2.2 Rekabentuk tetulang keluli
Kesemua tetulang dan perangkai dipotong mengikut spesifikasi dengan
menggunakan pemotong elektrik. Pembengkokan dilakukan secara manual dengan
menggunakan pembengkok. Perangkai diikat pada tetulang dengan menggunakan dawai
besi mengikut jarak antara perangkai yang ditetapkan dalam rekabentuk.
Rekabentuk tetulang untuk rasuk konkrit adalah berdasarkan panduan BS 8110:
Part 1: 1985. Untuk tujuan rekabentuk, tegasan alah tetulang alah tinggi ialah 460
N/mm2 dan 250 N/mm2 untuk tetulang sederhana, dan gred konkrit ialah 30 N/mm2.
Tetulang alah tinggi berdiameter 12 mm (T12) telah digunakan untuk menghasilkan
rasuk tetulang kurang. Penutup konkrit yang digunakan ialah 20 mm. Tetulang ricih
keluli sederhana berdiameter 6 mm (R6) telah diikatkan kepada tetulang pada selang
100 mm di sepanjang rasuk untuk memastikan tiada kegagalan ricih berlaku pada rasuk.
Seperti yang diterangkan dalam Bab 2, keratan yang seimbang didefinisikan
sebagai keratan di mana tegasan tetulang mencapai kekuatan rekabentuk 0.87fy pada
ketika terikan konkrit mencapai 0.0035. Nisbah keluli Q (As/bd) untuk keratan
seimbang ialah
Q (seimbang) = (k1fcu/0.87fy)[0.0035/(0.0035 + εy)] (Persamaan 2.4)
di mana εy ialah terikan alah rekabentuk 0.87fy/Es.
fcu = 30 N/mm2 dan fy = 460 N/mm2. Daripada Rajah 2.9, k1fcu = (0.403)(40) = 16.12
N/mm2, εy = 0.002. Maka, Q menjadi
Q (seimbang) = (16.12/400)[0.0035/(0.0035+0.002)] = 0.0256
Nilai Q seimbang yang diperolehi di atas digunakan untuk menentukan nisbah tetulang
dalam ujikaji ini. Untuk mendapat rasuk bertetulang kurang, Q di bawah nilai ini
digunakan. Kiraan untuk rekabentuk rasuk ditunjukkan dalam Jadual 3.3 dan Jadual 3.4.
35
Keputusan ujian kekuatan alah yang telah dijalankan ke atas tetulang T12 sebagai
tetulang utama dan R6 sebagai tetulang ricih ditunjukkan dalam Jadual 3.2. Perincian
rasuk yang direkabetuk ditunjukkan dalam Rajah 3.2.
Jadual 3.2 : Ciri-ciri tetulang utama dan tetulang ricih
Ciri-ciri
Tetulang utama T12
(φ 12 mm)
Tetulang ricih R6
(φ 6 mm)
Kekuatan alah (N/mm2) 369 600
Kekuatan muktamad (N/mm2) 533 650
Modulas Young (N/mm2) 135492 162445
Jadual 3.3: Pengiraan nisbah tetulang keratan seimbang dan keratan bertetulang kurang
(MacGinley, 1993).
Pengiraan nisbah tetulang:
Panjang rasuk = 2300 mm
b = 100 mm
h = 150 mm
Penutup konkrit = 20 mm
Gred konkrit = 30 N/mm2
φ tetulang utama = 12 mm
φ perangkai = 6 mm
fy = 460 N/mm2
fyv = 250 N/mm2
2T12 (226mm2) dipilih, maka
Kedalaman berkesan,d= 150 - 20 - 6 - 6
= 118 mm
As/bd = 226 / (100x118)
= 0.0192
36
Q (nisbah tetulang) = [0.0192 / 0.0256] x 100%
= 75 %
Namun, kiraan dibetulkan mengikut fy = 360 N/mm2. Maka , 0.87fy = 313.2 N/mm2.
Q (seimbang) = (16.12 / 313.2)[0.0035/(0.0035+0.002)] = 0.0328
Maka, nisbah tetulang yang dibetulkan ialah
Q (nisbah tetulang) = [0.0192 / 0.0328] x 100%
= 58 %
Jadual 3.4 : Pengiraan untuk rekabentuk tetulang utama rasuk bertetulang kurang
Rekabentuk tetulang rasuk bertetulang kurangan
(BS 8110: Part 1- 1985)
Untuk Nisbah tetulang 58%
Fst = Fcc
0.405 fcu b x = 0.87 fy As
x = 0.87 fy As / 0.405 fcu b
= 0.87 (460) (226) / 0.405 (30) (100)
= 74.44 mm
x / d = 74.44 / 118
= 0.631
Momen muktamad = 0.87 fy As (d – 0.45x)
= 0.87 x 460 x 226 x (118 – 0.45 x 74.44)
= 7.64 kNm
37
Rajah 3.1 : Gambarajah daya ricih dan gambarajah momen lentur.
Dengan daya ricih maksimum = 9.55 kN ,
Tegasan ricih muktamad di penyokong , v = V / bv d
= 9.55 x 103 / (100 x 118)
= 0.809 N/mm2
< 0.8 fcu ½ (= 4.38 N/mm2)
100 As / b d = 100(226)/ (100 x 118)
= 1.915
400 / d = 400 / 118
= 3.39
vc = 0.79 (100As/(bv d))1/3 (400/d)1/4 (fcu/25)1/3 /γm
= 0.79 (1.915)1/3 (3.39)1/4 (30/25)1/3 /1.25
= 1.13 N/mm2
vc + 0.4 = 1.53 N/mm2
0.5 vc < v < vc + 0.4
av = 800 400 800
2300
P = R av / d = 800 / 118 = 6.78 > 6 Kegagalan lenturan sahaja berlaku.
P/2
R/2
P/2
R/2
150 150
7.64 kNm
Gambarajah Momen Lentur
Gambarajah Daya Ricih
Daya ricih maksimum, P/2 = 7.64 / 0.8 = 9.55 kN
9.55 kN
38
Maka, perangkai minimum untuk seluruh rasuk ialah
As/sv = 0.4 bv / 0.87fyv
= 0.4(100) / 0.87(250)
= 0.184 N/mm2
Saiz perangkai ialah R6 (luas keratan = 56.6 mm2)
Maka, sv = 56.6 / 0.184
= 307.6
> 0.75d (= 89 mm)
Guna sv = 100 mm
Perincian
Rajah 3.2 : Susunan tetulang utama dan perangkai ricih dalam rasuk.
150 mm
100 mm
R6 - 100
2T12
2T6
Perincian dalam unit mm (Lukisan tidak berskala)
Keratan X-X X
150 mm 150 mm 2000 mm
X
22R6@100
39
Penyediaan permukaan (surface preparation) merupakan langkah yang penting
sebelum pemasangan alat pengukur terikan keluli (strain gauge). Teknik pemasangan
pengukur terikan pada tetulang yang disyorkan dalam risalah keluaran Measurements
Group (1995) adalah berikut:
1. Kawasan 50 mm di sepanjang lokasi pengukur di keluli dibersihkan dengan
penanggal gris.
2. Seluruh lilitan tetulang dibuang bebunga dan diratakan dengan grinder.
3. Permukaan keluli dikasar-basah (wet abrade) dengan Conditioner dan kertas
pengasar silicon carbide. Permukaan sepatutnya berkekasaran 1.6 µm.
4. Lokasi pengukur dipelotkan dan dibasuh dengan Conditioner dan
Neutralizer dengan kapas.
5. Bahan gam jenis M-Bond digunakan untuk melekatkan pengukur terikan
pada keluli dan diawet suhu bilik yang mengambil masa enam jam.
6. Satu lapisan bitumen digunakan untuk melindungi strain gauge.
Tetulang yang siap dipasang alat pengukur terikan dan spacer dimasukkan ke
dalam acuan. Penutup konkrit disediakan dengan menggunakan blok spacer adalah 20
mm. Langkah-langkah penyediaan tetulang dan pemasangan strain gauge dan penutup
mortar digambarkan dalam Rajah 3.3 hingga Rajah 3.5 .
Rajah 3.3 : Alat radas untuk penampalan strain gauge pada tetulang.
40
Rajah 3.4 : Strain gauge dibalut dengan bitumen kalis air.
Rajah 3.5 : Peletakan spacer kiub dan corak tambatan tetulang.
41
3.4.3 Penuangan Konkrit
Semua bahan yang diperlukan untuk bancuhan konkrit ditimbang mengikut
jumlah yang ditentukan dalam rekabentuk dan dimasukkan ke dalam mesin bancuhan.
Berikut adalah langkah pembancuhan konkrit:
1. Permukaan dalam mesin pembancuh dibasahkan.
2. Satu per tiga bahagian air dimasukkan ke dalam mesin.
3. Kesemua batu baur dimasukkan dalam mesin dan dibiarkan seketika.
4. Kesemua pasir dimasukkan dan digaul sebati dengan batu baur dan air.
5. Kesemua simen dimasukkan dan digaul sebati dengan campuran.
6. Satu per tiga bahagian air dimasukkan ke dalam mesin dan digaul seketika.
7. Bahan tambah superplastisizer dibancuh sebati dengan baki air dan
dimasukkan ke dalam mesin bancuhan secar perlahan-lahan.
8. Ujian runtuhan kon dilakukan untuk menilai kebolehkerjaan konkrit basah.
Setelah runtuhan kon didapati memuaskan, konkrit dituang ke dalam acuan
dengan segera. Pemadatan konkrit dilakukan dengan poker vibrator untuk memastikan
tiada liang udara yang terbentuk dalam konkrit. Ini mengawal keadaan honey-combing
dimana wujudnya liang dalam konkrit matang.
Beberapa jam selepas penuangan konkrit, spesimen rasuk diawet dengan
menutup permukaan atasnya dengan guni basah selama 3 hari manakala kiub konkrit
direndam ke dalam air sehingga diperlukan untuk ujian kekuatan mampatan kiub.
Acuan dibuka setelah rasuk berumur 3 hari dan dibiarkan sehingga hari ke-28 dengan
awetan biasa yang menggunakan penutupan helaian guni basah dan helaian plastik.
Langkah ini bertujuan mengekalkan kandungan kelembapan dalam konkrit sehingga
semua simen terhidrat membentuk konkrit yang baik.
Rajah 3.6 hingga Rajah 3.14 menunjukkan langkah-langkah pengkonkritan serta
pengawetan rasuk.
42
Rajah 3.6 : Tetulang yang siap dipasang strain gauge diletakkan dalam acuan kayu
yang diperkukuhkan dengan acuan besi dan G-clamp.
Rajah 3.7 : Batu baur kasar dan halus dikeluarkan dari ketuhar dan dibiarkan menyejuk
sehari sebelum penbancuhan konkrit dijalankan.
43
Rajah 3.8 : Runtuhan konkrit sebanyak 25 mm menepati menepati runtuhan dalam
rekabentuk, iaitu 10 – 30 mm.
Rajah 3.9 : Konkrit yang siap dibancuh dituangkan ke dalam acuan.
44
Rajah 3.10 : Penggetaran konkrit dijalankan dengan menggunakan vibrator.
Rajah 3.11: Konkrit yang telah digetar dibiarkan mengawet selama 3 hari.
45
Rajah 3.12 : Kiub konkrit disediakan untuk ujian mampatan konkrit.
Rajah 3.13 : Penanggalan acuan dibuat pada hari ke-4 selepas pengkonkritan.
Rajah 3.14 : Penggetaran konkrit yang cukup menghasilkan permukaan konkrit yang
elok tanpa kehadiran liang yang besar. Warna konkrit bertambah cerah
selepas pengawetan 28 hari.
46
3.4.4 Penampalan plat CFRP
Plat CFRP yang digunakan ialah Unidirectional Sika®CarboDur® CFRP
Pultruded Plate Type S512. Sampel yang digunakan berdimensi 50 mm lebar, 1.2 mm
tebal dan 2000 mm panjang. CFRP untuk menyediakan ruang pada penyokong,
bahagian hujung sebanyak 50 mm dikerat. Ini memberikan panjang penamapalan
berkesan sebanyak 1900 mm. Jadual 3.5 memberikan ciri-ciri plat CFRP tersebut
seperti yang diberikan dalam risalah spesifikasi produk Sika Company.
Jadual 3.5 : Ciri-ciri Sika®CarboDur® CFRP Pultruded Plate type S512
Kekuatan tegangan
muktamad (N/mm2)
Modulus tegangan
(N/mm2)
Lebar plat
(mm)
Tebal plat
(mm)
2800 165000 50 1.2
Bahan pelekat atau epoksi yang digunakan adalah Sikadur-30 adhesive. Epoksi
ini terdiri daripada dua komponen, iaitu komponen A (epoxy) dan B (hardener) yang
disimpan dalam bekas yang berlainan. Nisbah pencampuran dua komponen ini ialah 3:1
dan tempoh kebolehkerjaan adalah lebih kurang 20 minit di mana campuran epoksi
mula mengeras dan tempoh awetan bermula. Ciri-ciri mekanikal bahan pelekat
Sikadur-30 yang disediakan dalam risalah spesifikasi produk Syarikat Sika adalah
seperti yang disenaraikan dalam Jadual 3.6.
Jadual 3.6 : Ciri-ciri mekanikal Sikadur-30 adhesive
Kekuatan
mampatan
(N/mm2)
Kekuatan
tegangan
(N/mm2)
Kekuatan
ricih
(N/mm2)
Kekuatan lekatan
pada konkrit
(N/mm2)
E-modulus
(N/mm2)
80 28 18 > 2 12800
Penyediaan permukaan konkrit perlu dijalankan sebelum pemasangan helaian
CFRP dilakukan. Ini amat penting kerana permukaan tampalan yang bebas daripada
47
bahan cemar seperti habuk, minyak dan gris menjamin ikatan sempurna antara epoksi
dan konkrit.
Permukaan konkrit dikasarkan dengan air tool bagi menjadikan permukaan
konkrit kasar sehingga batu baur terdedah. Pengasaran permukaan menyediakan
mekanisma lekatan di antara epoksi dan komponen yang akan ditampal bersama.
Permukaan yang telah dikasarkan seterusnya dibersihkan dengan cara air blasting untuk
menghilangkan habuk dan debu. Pembersihan menggunakan udara termampat diikuti
oleh pengelapan dengan larutan aceton pada permukaan konkrit beragregat dan muka
pelekatan plat CFRP. Langkah ini dilakukan untuk menghilangkan gris, debu, dan
simen.
Kedua-dua komponen A dan B Sikadur-30 dicampurkan dalam bekas plastik
mengikut nisbah 3:1. Campuran digaul dengan pengaul elektrik selama 2 minit sehingga
warna campuran yang seragam diperolehi. Epoksi yang siap dicampur dilepa pada
permukaan konkrit dan plat dengan ketebalan 1 hingga 2 mm. Plat diletakkan dengan
perlahan-lahan ke atas konkrit dan ditekan menggunakan rola untuk mengeluarkan
lebihan epoksi dan gelembung udara yang mungkin terperangkap dalam permukaan
tampalan. Celah-celah plat dibersihkan untuk menanggalkan lelehan epoksi. Panel-
panel kaca diletakkan di atas plat untuk mengekalkan sedikit tekanan pada tampalan dan
sampel dibiarkan mengawet selama 7 hari.
Rajah 3.15 menunjukkan kedudukan plat CFRP pada rasuk. Rajah 3.16 hingga
Rajah 3.22 menunjukkan proses pembancuhan epoksi dan penampalan plat.
48
Rajah 3.15 : Ukuran spesimen dan kedudukan plat CFRP.
Rajah 3.16 : Spesimen rasuk yang akan dikasarkan.
1900 mm Plat CFRP Sika®Carbodur®S
150 mm 150 mm 2000 mm
22R6@100
49
Rajah 3.17 : Alat Air tool dan jet blaster untuk proses pengasaran.
Rajah 3.18 : Konkrit dikasarkan dengan Airtool untuk mendedahkan agregat kasar dan
dibersihkan menggunakan jet.
50
Rajah 3.19 : Adhesif dua komponen Sikadur-30 dan penimbang dan baldi.
Rajah 3.20 : Campuran adhesif digaul dengan mixer selama 3 minit.
51
Rajah 3.21 : Adhesif disapukan ke atas permukaan penampalan rasuk dan plat CFRP.
Rajah 3.22 : Plat CFRP yang siap ditampal ke atas rasuk ditutup dengan panel kaca.
52
3.4.5 Instrumentasi
Kedua-dua rasuk dipasang dengan peralatan untuk mengukur perubahan
beberapa parameter penting untuk membanding kelakuan rasuk-rasuk tersebut.
Parameter yang diukur dan peralatan yang digunakan serta koefisyennya disenaraikan
dalam Jadual 3.7.
Jadual 3.7 : Parameter, Instrumentasi, Faktor koefisyen
Parameter Instrumentasi Faktor / Koefisyen
Pesongan di tengah rentang LVDT, data logger 500
Terikan tetulang tegangan Steel strain gauge, data logger 0.987
Terikan konkrit Demec disc, demec gauge 0.65 x 10-6
Terikan plat CFRP FRP strain gauge, data logger 0.957
Anjakan menegak pada LVDT (Linear Variable Displacement Transducers)
diambil sebagai pesongan. Demec disc dipasang pada tengah kawasan yang mengalami
lenturan malar pada jarak 250 mm untuk mendapatkan bacaan terikan pada konkrit.
Pemasangan strain gauge telah dibincangkan dalam bahagian sebelum ini. Untuk
mengukur terikan plat CFRP, lapan unit strain gauge dipasang pada jarak-jarak yang
ditunjukkan dalam Rajah 3.24. Rajah 3.23 menunjukkan strain gauge yang dipasang
pada rasuk. Strain gauge tersebut disambung kepada unit data logger.
53
Rajah 3.23 : Strain gauge dipasang pada jarak
Rajah 3.24 : Kedudukan Strain Gauge CFRP
G.T. = Garis tengah T.B. = Titik beban T.T = Titik tindakbalas A1,A2.. = Luas ikatan SG1,SG2.. = Kedudukan strain gauge = Jarak dari garis tengah 440
150 10
G.T.
5010150200250190190
SG1 SG2 SG3 SG4 SG5 SG6 SG7 SG8
T.T.. T.B. T.B.
50
A1 A2 A3 A4 A5 A6
A7
190 440 640 790 890 940-190
54
3.5 Ujian-ujian Makmal
Bahan-bahan utama seperti batu baur, pasir dan tetulang keluli diuji untuk
memastikan komponen komponen spesimen mampu memenuhi keperluan rekabentuk.
Antara ujian yang dilakukan ialah ujian pengkelasan saiz batu baur, analisis
ayakan, ujian tegangan tetulang keluli, dan ujian mampatan kiub.
a) Ujian mampatan kiub
Permukaan dalam acuan-acuan kiub disapu minyak pelincir untuk mengelakkan
konkrit melekat pada dinding acuan apabila konkrit mengeras. Saiz kiub yang
digunakan ialah 100 x 100 x 100 mm. Konkrit dimasukkan ke dalam kiub sebanyak tiga
lapisan dan setiap lapisan dipadatkan tidak kurang dari 35 kali menggunakan sebatang
bar keluli berkeratan rentas 25 x 25 mm.
Tarikh bancuhan konkrit dicatatkan pada setiap kiub. Kiub-kiub tersebut diuji
pada umur 7, 28, dan pada hari ujian lenturan rasuk dijalankan. Mod kegagalan kiub
mampatan yang berbentuk ricih sisi adalah paling baik. Carok kegagalan kiub ujikaji
ini ditunjukkan dalam Rajah 3.25.
Rajah 3.25 : Mod kegagalan kiub mampatan konkrit
55
b) Ujian tegangan bar keluli
Kekuatan bar keluli yang digunakan ialah 460 N/mm2 untuk keluli berkekuatan
tinggi dan 250 N/mm2 untuk keluli berkekuatan sederhana. Ujian ini dijalankan untuk
memastikan kekuatan bar keluli menepati spesifikasi yang ditetapkan.
Bar keluli diletakkan pada alat ujian tegangan Dartec dan diklipkan dengan alat
pengukur keterikan caliper clip gauge sehingga necking berlaku. Pengukur dikeluarkan
dan tegangan diteruskan sehingga alah. Nilai kekuatan alah bar yang dibandingkan
dengan nilai piawai mesti berada dalam sisihan kekuatan yang dibenarkan. Rajah 3.26
menunjukkan mesin Dartec yang digunakan untuk ujian tegangan tetulang.
Rajah 3.26 : Mesin Dartec dan sampel hasil ujian tegangan.
c) Ujian lenturan empat titik (Four-point flexural test)
Ujian ini dijalankan di atas kerangka Magnus. Berikut adalah alatan yang
digunakan dalam ujian ini:
• Hydraulic jack - mengenakan beban ke atas spesimen.
• Load cell - membaca beban yang dikenakan ke atas rasuk.
• Transducer - pengesan pesongan kepada specimen.
• Magnetic stand - memegang transducer pada kedudukan tetap.
• Data Logger - mencetak bacaan transducer dan load cell
• Demec gauge - membaca jarak antara demec-disc.
Jack dipasang pada kerangka Magnus dan beban dikenakan ke atas kekuda besi
yang membahagi dua beban melalui dua rola yang masing-masing terletak 950 mm dari
hujung rasuk. Ini mewujudkan beban tumpu yang sama jarak dari tengah rentang. Load
cell diletakkan di atas kekuda besi, tepat di bawah jack. Penyokong spesimen pada
hujung rasuk terdiri daripada rola yang mempunyai ketinggian yang sama.
Tiga unit transducer ditetapkan kedudukannya dengan menggunakan magnetic
stand di tengah spesimen untuk mengesan pesongan akibat beban. Transducer
dihubungkan kepada data logger dengan kabel.
Selepas semua alat dipasang, jack beban dikenakan pada kadar 0.5 kN sehingga
retak pertama berlaku. Kadar pembebanan dinaikkan kepada 1 kN seterusnya. Bacaan
pesongan dari LVDT dan keterikan tetulang diambil dengan menggunakan data logger.
Jarak antara pasangan demec disc juga diukur dengan demec gauge dan dicatatkan
untuk setiap peningkatan beban 1 kN sehingga gagal.
Seperti yang dinyatakan, semua spesimen rasuk dicat dengan warna putih untuk
memudahkan pengesanan keretakan. Semua keretakan pada rasuk disurih dengan
57
penanda. Rajah 3.27 menunjukkan ujian lenturan empat titik yang dijalankan ke atas
rasuk kawalan.
Rajah 3.27 : Ujian lenturan empat titik yang dijalankan ke atas rasuk kawalan.
3.6 Analisis Data
Semua maklumat dan data yang dikumpulkan di sepanjang tempoh ujikaji
dianalisis dalam bentuk graf tegasan-terikan, carta masa, rajah corak keretakan, dan
sebagainya. Proses analisis akan dilaksanakan menggunakan perisian Excel.
Keputusan yang diperoleh akan digunakan untuk membuat kesimpulan dan
cadangan berkaitan ujikaji yang dijalankan.
58
BAB IV
KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
4.1 Pendahuluan
Dalam bab ini, keputusan semua ujian yang dijalankan ke atas komponen
pembinaan rasuk dan bahan penguat serta rasuk dibincangkan.
Kekuatan mampatan kiub konkrit dan kekuatan tegangan tetulang dibincangkan
terlebih dahulu untuk mengesahkan kriteria rekabentuk dan menjangka kelakuan rasuk
dengan nisbah tetulang kurang.
Ujian lenturan empat titik dijalanakan ke atas dua rasuk iaitu rasuk kawalan (B1-
2T12 under-reinforced) dan rasuk diperkuat dengan plat CFRP (B2-2T12+P
strengthened) untuk menentukan kelakuan rasuk seperti pesongan, keterikan tetulang
keluli dan plat CFRP, keterikan konkrit, corak keretakan dan beban muktamad. Data
yang diperoleh direkadkan dan dianalisis bagi menentukan perbezaan ciri-ciri rasuk
biasa dan rasuk yang diperkuat. Selain itu, terikan dan tegasan tempatan plat CFRP juga
diperhatikan.
59
4.2 Kekuatan mampatan kiub
Kuib konkrit berdimensi 100 x 100 x 100 mm diuji pada umur 7, 28, dan 64 hari
selepas pengkonkritan. Kekuatan purata tumpuan ialah 43 N/mm2. Pematangan
kekuatan kiub disenaraikan dalam Jadual 4.1.
Jadual 4.1 : Kekuatan mampatan kiub
Umur (hari) Kekuatan mampatan kiub (N/mm2 )
7 31
28 38
64 48
4.3 Kekuatan tegangan tetulang
Sampel-sampel tetulang T12 sepanjang 600 mm dipotong dari bar keluli yang
akan dibengkok menjadi tetulang utama. Ujian tegangan yang dijalankan dengan
menggunakan Dartec M1000 / RK-100 kN. Data ujian adalah seperti Jadual 4.2.
Jadual 4.2 : Kekuatan tegangan tetulang
Kekuatan tegangan alah (N/mm2)
No. sample T-12 R-6
1 347 641
2 369 635
3 362 629
Kekuatan purata 360 635
Kekuatan rekabentuk 460 250
60
Didapati kekuatan tegangan bagi tetulang T12 tidak mencapai kekuatan yang
telah dispesifikasikan oleh pihak pengilang. Hal ini menyumbang kepada nisbah
tetulang rendah yang menjadikan rasuk bertetulang kurang. Pada masa yang sama,
kekuatan tegangan R6 yang jauh melebihi kekuatan rekabentuk dapat memastikan tiada
keretakan ricih berlaku.
4.4 Pesongan rasuk
Perbandingan pesongan rasuk-rasuk di bawah pembebanan ditunjukkan di dalam
Rajah 4.1. Kelakuan rasuk-rasuk sehingga gagal terbahagi kepada tiga peringkat yang
ketara iaitu peringkat kukuh, peringkat lenturan, dan peringkat gagal. Pesongan rasuk
kawalan dibandingkan dengan pesongan teori dan didapati rasuk kawalan mengalami
pesongan yang lebih banyak. Ini menunjukkan bahawa tetulang dalam rasuk kawalan
tidak berupaya menanggung jumlah beban yang direkabentuk. Ujian tegangan bagi
tetulang membuktikan tetulang tidak mencapai kekuatan rekabentuk 460 N/mm2.
Pada peringkat kukuh (awal), kedua-dua rasuk memesong pada kadar yang
hampir sama. Selepas beban 5 kN, rasuk B1-2T12 melalui peringkat lenturan tetapi
rasuk B2-2T12+P tidak bermula melentur sebelum 7 kN. Retak pertama yang muncul
pada rasuk-rasuk dalam peringkat lenturan akan diterangkan dalam bahagian keretakan
rasuk. Lengkung graf yang mencapah menunjukkan bahawa kekukuhan rasuk B2-
2T12+P lebih tinggi daripada rasuk B1-2T12. Untuk mencapai pesongan yang sama,
iaitu 10 mm, pembebanan ke atas rasuk B2-2T12+P adalah 30% lebih tinggi berbanding
B1-2T12. Lengkung graf B1-2T12 yang melandai selepas pesongan 10 mm dan beban
17 kN menunjukkan permulaan peringkat gagal. B1-2T12+P kekal dalam peringkat
lenturan sehingga pesongan 13 mm dan beban 29 kN sebelum memasuki peringkat
gagal. Ini menunjukkan rasuk yang diperkuat mempunyai kekukuhan yang lebih tinggi
dan ini adalah kesan daripada penguatan dan lekatan yang baik.
61
Rajah 4.1 : Perbandingan pesongan rasuk di bawah pembebanan lenturan
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00
Pesongan (mm)
Beban(
kN)
B1-2T12
B2-2T12+CFRP
B1-2T12 (Teori)
62
4.5 Keterikan rasuk
Kajian keterikan yang dialami oleh rasuk merangkumi dua aspek iaitu keterikan
tetulang keluli dalam rasuk dan keterikan konkrit. Keterikan tetulang keluli diambil
sebagai terikan purata antara pasangan tetulang utama yang diperoleh daripada strain
gauge. Keterikan konkrit pada zon mampatan dan zon tegangan diambil dengan
mengukur anjakan antara demec disc.
Keterikan tetulang kedua-dua rasuk diplotkan bersama dengan keterikan plat
CFRP rasuk B2-2T12+P dalam Rajah 4.2. Pada peringkat kukuh, kadar peningkatan
terikan tetulang dan plat CFRP adalah hampir sama sehingga 4 kN, selepas itu
mencapah dalam peringkat lenturan. Tetulang B1-2T12 alah pada beban 16 kN tetapi
tetulang rasuk B2-2T12+P hanya alah selepas 26 kN. Plat CFRP telah mengongsi
terikan yang dialami oleh tetulang dan membolehkan rasuk menanggung beban yang
lebih tinggi sebelum tetulang alah. Plat CFRP mampu menanggung terikan yang lebih
tinggi sehingga 130% beban yang ditanggung oleh tetulang keluli B1-2T12. Rajah 4.3
menunjukkan terikan tetulang rasuk-rasuk pada peringkat pembebanan awal. Didapati
capahan lengkung terikan bermula pada 4 kN. Retak pertama dalam konkrit akan
bermula pada terikan melebihi 500 µε.
Dengan memerhatikan kombinasi lengkung terikan tetulang dan plat CFRP
rasuk B2-2T12+P, alahan tetulang selepas 26 kN menyebabkan semua terikan
berpindah kepada plat CFRP melalui ikatan epoksi. Semasa alahan tetulang, plat CFRP
mengalami 500 µε atau 25% lebih banyak terikan berbanding tetulang. Lengkung
terikan plat CFRP mula melandai sehingga takat beban muktamad 39 kN dalam
peringkat gagal.
Terikan konkrit zon mampatan untuk kedua-dua rasuk diplotkan dalam Rajah
4.4. Perbezaan terikan konkrit mampatan pada kedua-dua rasuk adalah kecil tetapi B2-
2T12+P lebih mampu menanggung beban pada terikan yang sama. Namun, plat CFRP
63
telah meningkatkan terikan konkrit mampatan B2-2T12+P sehingga lebih dua kali
ganda terikan konkrit mampatan B1-2T12.
Terikan konkrit zon tegangan untuk rasuk-rasuk diplotkan dalam Rajah 4.5.
Peringkat kukuh hanya berada pada 3 kN pertama. Ini menunjukkan konkrit lemah
dalam aspek tegangan. Pada takat terikan konkrit zon tegangan yang sama, B2-2T12+P
mampu menanggung beban dua kali ganda B1-2T12. Lengkung terikan untuk B2-
2T12+P melandai selepas 28 kN setelah rasuk memasuki peringkat gagal. Selain
daripada beban kenaan, konkrit zon tegangan juga menanggung daya mampatan yang
disebabkan oleh ikatan epoksi pada plat CFRP. Kesan kelakuan epoksi terhadap
keterikan zon tegangan dibincangkan dalam bahagian seterusnya.
Terikan konkrit secara keseluruhannya ditunjukkan dalam Rajah 4.6 untuk B1-
2T12 dan Rajah 4.7 untuk B2-2T12+P. Didapati B2-2T12+P mempunyai ukurdalam
paksi neutral sebanyak 50 mm manakala ukurdalam paksi neutral untuk B1-2T12 ialah
30 mm. Ini menunjukkan B1-2T12 sangat tidak cukup tetulang berbanding B2-2T12+P.
Selain itu, agihan terikan konkrit mampatan adalah lebih seragam dengan pertambahan
beban. Penguatan dengan plat CFRP telah menurunkan ukurdalam paksi neutral. Ini
juga bermaksud penguatan semula dengan plat CFRP telah memperbaiki mampatan
konkrit untuk menanggung beban yang lebih tinggi.
64
Rajah 4.2 : Terikan tetulang dan CFRP di bawah pembebanan lenturan
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000Terikan (x10-6)
Beban(
kN)
Steel (R1-2T12)
Steel (R2-2T12+P)
CFRP (R2-2T12+P)
65
66
Rajah 4.4 : Perbandingan terikan konkrit zon mampatan
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
-700.00-600.00-500.00-400.00-300.00-200.00-100.000.00
Terikan (x10-6)
Beban(
kN)
B1-2T12
B2-2T12+P
67
Rajah 4.5 : Perbandingan terikan konkrit zon tegangan
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00Terikan (x10-6)
Beban(
kN)
Konkrit (B1-2T12)
Konkrit (B2-2T12+P)
68
Rajah 4.6 : Perubahan ukurdalam paksi neutral rasuk B1-2T12
0
20
40
60
80
100
120
140
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000Terikan (x10-6)
Paksineu
tral(mm)
2kN
4kN
5.2kN
7kN
10kN
15kN
17kN
17.2kN
69
Rajah 4.7 : Perubahan ukurdalam paksi neutral rasuk B2-2T12+P
0
20
40
60
80
100
120
140
-1000.00 -500.00 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00Terikan (x 10-6)
Paksineu
tral(mm)
2kN
4kN
6kN
7kN
10kN
20kN
30kN
35kN
70
4.6 Keretakan rasuk
Rasuk diperiksa dengan mata karas sejurus selepas setiap peningkatan beban
untuk mengesan garis-garis retak. Jadual 4.3 menyenaraikan beberapa aspek corak
keretakan pada rasuk. Keretakan pertama muncul pada 5.2 kN bagi B1-2T12 dan 7 kN
bagi rasuk B2-2T12+P, sejajar dengan takat bermulanya peringkat lenturan seperti
mana yang dibincangan dalam bahagian pesongan rasuk. Rasuk mula melentur dan
menghasilkan keretakan pada permukaan rasuk.
Lakaran corak keretakan untuk kedua-dua rasuk ditunjukkan dalam Rajah 4.8.
Didapati retak pada B2-2T12+P tertabur lebih jauh dari garis tengah rasuk (maksimum
825 mm) dan lebih rapat di antara satu sama lain (selang purata 50 mm). Bilangan retak
yang lebih banyak di B2-2T12+P menunjukkan pelepasan tenaga yang tinggi di zon
konkrit tegangan.
B1-2T12 mempunyai retak yang lebih dalam di tengah kawasan momen malar.
Tetapi retak-retak terdalam di B2-2T12+P lebih menumpu pada titik pembebanan di
tebing kawasan momen malar. Keadaan ini berkaitan dengan taburan tegasan agihannya
pada plat CFRP yang akan dibincangkan dalam bahagian tegasan tempatan pada plat.
Corak keretakan tidak segaram pada kedua-dua muka rasuk. Ini mungkin
berpunca daripada pembebanan sipi paksi (axially eccentric loading) dan juga taburan
tegasan yang tidak seragam dalam konkrit. Keadaan ini menghasilkan lateral torsional
buckling pada rasuk
71
72
73
4.7 Mod kegagalan dan tanggungan beban
Beban muktamad diambil sebagai beban tertinggi yang dicatatkan oleh data
logger sejurus sebelum rasuk gagal. Keadaan rasuk semasa dan selepas kegagalan
disenaraikan dalam Jadual 4.4.
Jadual 4.4 : Beban muktamad dan mod kegagalan rasuk
Rasuk Beban muktamad (kN) Mod kegagalan
B1-2T12 19.8 Tetulang tegangan alah – mod 2
Konkrit pecah pada zon mampatan – mod 1
B2-2T12+P 38.8 Tetulang tegangan alah – mod 2
Plat terkopek (plate peel-off) – mod 7
Didapati rasuk B2-2T12+P yang diperkuat dengan plat CFRP dapat
menanggung beban dua kali ganda lebih tinggi daripada rasuk kawalan. Secara tidak
langsung ini meningkatkan keupayaan menanggung beban muktamad sehingga 96 %
berbanding dengan rasuk B1-2T12.
Kegagalan B2-2T12+P adalah unik kerana plat CFRP tercabut pada hujung
bebas dan menarik bersamanya sejumlah lapisan penutup konkrit zon tegangan dan juga
sebuah blok konkrit yang mendedahkan tetulang keluli. Kejadian ini berkait rapat
dengan penumpuan tegasan tempatan (local stress build-up) yang tinggi pada kawasan
plat CFRP berkenaan. Secara umumnya, hal ini menunjukkan bahawa lekatan antara
epoksi dan konkrit adalah sangat memuaskan dan seragam.
Mod kegagalan yang berlaku pada B2-2T12+P mematuhi anggapan yang dibuat
dalam rekabentuk penguatan di mana keretakan konkrit dan alah tetulang mendahului
pengopekan plat dari muka penampalan (Steiner, 1998). Halaman-halaman berikut
memuatkan Rajah 4.9 hingga Rajah 4.18 yang mengilustrasikan corak keretakan dan
mod kegagalan rasuk-rasuk yang telah diuji.
74
Rajah 4.9 : Kegagalan rasuk B1-2T12 pada zon konkrit mampatan.
Rajah 4.10 : Pengambilan bacaan demec disc dijalankan menggunakan demec gauge
75
Rajah 4.11 : Retak awal pada rasuk B2-2T12+P
Rajah 4.12 : Retak pada rasuk B2-2T12+P menjelang akhir pembebanan
76
Rajah 4.13 : Takat kegagalan rasuk menyaksikan pengopekan plat CFRP dan retak
ricih di zon daya ricih yang paling kritikal.
Rajah 4.14 : Tegasan yang besar mericihkan penutup konkrit sehingga mendedahkan
tetulang tegangan
77
Rajah 4.15 : Retak yang terhasil merintangi ikatan plat kepada konkrit melalui epoksi
dan menghasilkan ricihan yang besar pada plat.
Rajah 4.16 : Kegagalan mod 6 dan mod 7 pada permukaan konkrit
78
Rajah 4.17 : Hujung plat yang masih terikat kepada konkrit.
Rajah 4.18 : Ikatan epoksi adhesif kepada konkrit adalah baik kerana lapis konkrit turut
tericih tanpa kegagalan epoksi.
79
4.8 Terikan, beban, tegasan setempat pada plat CFRP
Perubahan terikan pada plat CFRP dalam arah memanjang diukur dengan
meletakkan strain gauge pada jarak-jarak tertentu dari garis tengah rasuk yang
disenaraikan dalam Rajah 4.9. Bacaan strain gauge dicatitkan meneggunakan data
logger. Bacaan strain gauge diambil serentak dengan data terikan tetulang dan konkrit
iaitu pada selang 0.5 kN sehingga retak pertama dan 1 kN untuk selang selanjutnya
sehingga kegagalan rasuk berlaku. Maklumat terikan yang diperolehi diolah melalui
Persamaan 4.1 dan Persamaan 4.2 untuk mendapatkan nilai beban setempat dan tegasan
setempat.
Beban setempat, Fi = ECFRP x εL x AL (Persamaan 4.1)
Tegasan setempat, τL= (Fi – Fi-1) x 10-3 / Ai- i-1 (Persamaan 4.2)
di mana ECFRP = Modulus elastik plat = 165x109 N/m2
AL = Luas keratan rentas plat = (50 x 1.2)x10-6 m2
Ai- i-1 = Luas permukaan plat di antara 2 strain gauge yang dipertimbangkan.
εL = Terikan plat yang diukur oleh strain gauge.
Rajah 4.9 menunjukkan pemanjangan jarak pemindahan ikatan (bond transfer
length) secara progresif dengan peningkatan beban. Kadar peningkatan daya-daya
setempat meningkat dengan mendadak bermula dari 20 kN sehingga kegagalan rasuk.
Ini menunjukkan bahawa banyak nyahikatan (debonding) berlaku akibat pertambahan
retak yang bertambah dari garis tengah rasuk ke arah hujung bebas. Dan jumlah jarak
agihan daya dan pemisahan setempat dari plat di zon momen malar bertambah secara
progresif dengan penambahan beban kenaan.
Pemindahan daya pada plat untuk B2-2T12+P yang mengalami beban lenturan
ditunjukkan dalam Rajah 4.10. Hasilnya menunjukkan bahawa agihan agak seragam
sebelum retak pertama dan terhad di kawasan 0 mm hingga 600 mm dari garis tengah
rasuk. Maka, jarak pemindahan ikatan adalah agak pendek pada pembebanan rendah.
Namun, dengan penambahan daya lenturan melebihi 10 kN sehingga rasuk gagal,
80
kelihatan agihan daya dalam zon momen malar menjadi semakin tidak seragam dan
tidak linear terutamanya di zon momen malar. Ini bermaksud nyahikatan telah berlaku
di kawasan tersebut. Hal ini juga disahkan oleh perkembangan bilangan retak yang
bertumpu dalam kawasan ini pada beban separuh daripada beban kegagalan muktamad.
Pemindahan daya-daya memanjang daripada plat CFRP kepada konkrit
menghasilkan tegasan dalam epoksi dan juga muka antara konkrit-adhesif dan plat-
adhesif. Anggapan dibuat bahawa wujud suatu perubahan linear dalam daya memanjang
di antara lokasi strain gauge yang berturutan bagi penggiraan daya tegasan setempat
pada plat CFRP menggunakan Persamaan 4.2.
Penilaian pemindahan tegasan ricih difokuskan kepada dua kumpulan beban,
iaitu beban rendah (0 kN hingga 7 kN) dan beban tinggi (10 kN hingga kegagalan
rasuk). Agihan tegasan ricih ditunjukkan dalam bentuk histogram seperti dalam Rajah
4.11. Pemindahan tegasan mewakili tegasan ricih antara muka dan mencerminkan
darjah, lokasi dan perkembangan nyahikatan dengan penambahan beban kenaan.
Daripada histogram, didapati pemindahan tegasan ricih bertambah dengan perlahan
pada beban rendah, dan bertumpu di zon momen malar dan kawasan berhampiran. Ini
menunjukkan bahawa jarak pemindahan daya adalah pendek, dan daya maksimum
berlaku di zon tersebut.
Apabila beban kenaan ditambah melebihi 10 kN, kelihatan tegasan ricih
bertambah tetapi pada kawasan yang berlainan. Ini menunjukkan bahawa jarak
pemindahan daya telah berkembang ke kawasaan yang lebih jauh dari zon momen
malar. Banyak keretakan konkrit dan nyahikatan berlaku di zon momen malar dan jarak
berhampiran. Tegasan ricih memuncak di kawasan antara 190 mm dan 440 mm dan
menurun kepada nilai 2 N/mm2, sehingga takat gagal. Nilai ini selaras dengan nilai
lekatan adhesif kepada konkrit yang diberikan oleh pihak pengeluar produk dan akan
gagal secara kegagalan penutup konkrit (Sika Co., 1998). Bukti fizikal terhadap
pemuncakan tegasan ricih ini ialah blok konkrit yang tercabut di kawasan disebabkan
oleh daya mampatan yang besar dari plat CFRP.
81
Rajah 4.9 : Terikan setempat Bagi plat CFRP dari garis tengah
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Jarak dari garis tengah (mm)
Terikanse
tempat(x1
06)
4kN
6kN
7kN
10kN
20kN
30kN
38.8kN
82
Rajah 4.10 : Beban setempat bagi plat CFRP dari garis tengah (mm)
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Jarak dari garis tengah mm)
Bebans
etempat
padaCF
RP(kN)
4kN
7kN
10kN
20kN
30kN
30kN
38.8kN
83
Rajah 4.11 : Tegasan ikatan setempat lwn Jarak dari garis tengah -0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Jarak dari garis tengah (mm)
Teagas
anikata
n(N/mm
2)
7kN
10kN
20kN
30kN
38.8kN
84
BAB V
KESIMPULAN DAN CADANGAN
5.1 Kesimpulan
Kajian terhadap rasuk-rasuk konkrit bertetulang kurang untuk menentukan kesan
penampalan plat CFRP dalam pembebanan 4 titik telah menghasilkan data yang dapat
dirumuskan seperti berikut:
1. Rasuk yang diperkuatkan dengan plat CFRP mampu menanggung beban muktamad
yang lebih besar daripada rasuk kawalan.
2. Rasuk diperkuat dengan plat CFRP menunjukkan kekukuhan yang tinggi dan
pesongan relatif yang rendah. Kegagalan rasuk bersifat brittle dan bukan mulur.
3. Penampalan plat CFRP meningkatkan ukurdalam paksi neutral dalam keratan,
menyebabkan lebih banyak kuantiti konkrit yang mengalami mampatan. Ini
menghasilkan tegasan yang lebih rendah dalam konkrit zon mampatan. Maka,
penampalan plat CFRP mengurangkan tegasan mampatan dalam konkrit.
4. Bilangan retak yang banyak pada rasuk diperkuat plat CFRP merupakan petanda
yang baik tentang kebolehkhidmatan rasuk tersebut. Retak terhasil disebabkan oleh
85
penumpuan tegasan yang tinggi pada kawasan berkenaan. Tegasan setempat
diagihkan kepada ikatan epoksi di sebelah retak tersebut. Tegasan yang amat tinggi
bertumpu pada kawasan yang tidak retak.
5. Keberkesanan plat CFRP sebagai penguat menurun disebabkan oleh
penyahtampalan (debonding) di antara plat dan muka tampalan konkrit. Retak
menghilangkan pemindahan beban dari konkrit ke plat CFRP melalui ikatan epoksi.
Penggunaan plat CFRP sebagai penguat rasuk berentang panjang amat berkesan
dalam menghalang pesongan di samping menguatkan rasuk sehingga berupaya
menanggung beban muktamad yang lebih tinggi.
Kajian dalam bidang kelakuan plat CFRP menampilkan bahan komposit sebagai
pilihan bahan binaan yang menarik.
5.2 Cadangan ujikaji selanjutnya
Kajian terhadap kebolehkhidmatan plat CFRP di bawah keadaan tapak sebenar
yang terdedah kepada elemen alam sekitar seperti cuaca dan tindakan elemen pengakis
amat digalakkan. Kajian seterusnya harus menjurus kepada jarak pengagihan beban
(load transfer length) dan kekuatan ikatan setempat untuk mengetahui pengumpulan
tegasan pada jangka panjang dan terikan di pelbagai lokasi di plat CFRP khasnya
apabila retak berkembang dengan pesat sehingga takat gagal.
Corak dan turutan kemunculan retak (crack development pattern) perlu
direkodkan kerana kelakuan plat banyak dipengaruhi oleh perkembangan retak.
Parameter seperti lebar, kedalaman, dan selang (spacing) setiap retak perlu dicatatkan
dengan lebih terperinci. Kajian kebolehkhidmatan epoksi akan menghasilkan garis
panduan tentang kadar campuran, tempoh awetan, dan penyenggaraan yang baik.
86
Kajian terhadap keberkesanan balutan helaian CFRP di zon momen malar perlu
dikaji memandangkan retak pertama pada amnya berlaku di kawasan tersebut. Halangan
kepada berlakunya retak pertama akan meningkatkan kekukuhan rasuk dalam peringkat
kukuh.
Kelakuan plat CFRP banyak dipengaruhi oleh kandungan gentian dan peratus
resin. Parameter-parameter ini perlu dinilai dengan lebih terperinci melalui Burn-out
test. Kandungan gentian menentukan kadar pemindahan tegasan dan terikan dalam plat
CFRP. Di samping itu, ciri-ciri epoksi yang digunakan sebagai adhesif juga perlu diberi
perhatian kerana keberkesanan penampalan dan ikatan di antara plat dan konkrit amat
penting dalam sistem penguatan menggunakan FRP.
87
RUJUKAN
Alkhrdaji, T. dan A. Nanni. (1999) "Surface Bonded FRP Reinforcement for
Strengthening/Repair of Structural Reinforced Concrete" Baltimore: Proc. ICRI-
NRCC Workshop, MD. 19-20.
Aprile A., Spacone E., Suchart Limkatanyu (2001) “Role of Bond in RC Beams
Strengthened with Steel and FRP Plates” Journal of Structural Engineering. 1445-
1452.
Arya, C., Clarke, J.L., Kay, E.A.., O’Regan P.D..(2002) “TR55: Design Guidance for
Strengthening Concrete Structures using Fibre Composite Materials: A Review.”
Engineering Structures 24. Elsevier Science, Ltd. 889-900.
Charles, J. A., Crane, F.A.A., Furness, J. A.G. (1997) “Selection and Use of
Engineering Materials:Third edition” Oxford: Butterworth-Heinemann.
Chin, J.W., Tinh Nguyen, Khaled Aouadi. (1997) “Effects of Environmental Exposure
on Fiber-reinforced Plastic (FRP) Materials Used in Construction” USA: American
Society of Testing and Materials.
Clarke, J.L. (1999) “FRP Materials for Reinforcing and Strenthening Concrete
Structures” Conference on Composites and Plastics in Construction. Shawbury:
Rapra technology. paper 17.
88
Darby, J, Taylor, M., Luke, S and Andrzej Skwarski. (1999) “Stressed and Unstressed
Advanced Composte Plates for the Repair and Strenthening of Structures”
Conference on Composites and Plastics in Construction. Shawbury: Rapra
technology. paper13.
Etman, E.E., Beeby, A.W. (2000) “Experimental programme and analytical study of
bond stress distributions on a composite plate bonded to a reinforced concrete
beam” Cement & Concrete Composites 22, Elsevier Science Ltd. 281-291.
Fukuda, H. (1986) “Effect of Moisture Absorption on the Mechanical Properties of
Advanced Composites” Proceedings of International Symposium on Composite
Materials and Structures. Technomic Publishing co. 50-55.
Gill, R.M. (1972) “Carbon Fibres in Composite Materials.” London: Iliffe Books untuk
The Plastics Institute.
H. Saadatmanesh dan A.M. Malek (1996) “Design Guidelines for Flexural
Strengthening of RC Beams with FRP Plates” Journal of Composites for
Construction, ASCE Online. 158-164.
Hardesty, E.E. (1973) “Pultrusion, Tape Laying & Filament Winding: Proven
Production Methods For Today’s Structural Composites” Composite Materials in
Engineering Design. Proceedings of the 6th Symposium. 486-501.
Hollaway, L.C. dan Head, P.R. (2001). “Advanced Polymer Composites and Polymers
in the Civil Infrastructure.” Oxford: Elsevier Science Ltd (UK).
Keble, J. (1999) “Alternative Structural Strengthening with Advanced Composites”
Conference on Compososites and Plastics in Construction. Shawbury: Rapra
technology. paper18.
89
Lee, Yeong Liang (2001). “Flexural Properties of Reinforced Concrete Beams
Strengthened with Unidirectional CFRP Laminate System.” University of
Technology Malaysia: Degree Thesis.
MacGinley, T.J dan Choo, B.S. (1991) “Reinforced Concrete: Design Theory and
Examples- Second Edition.” London: E&FN Spon. 55-70
Measurements Group. (1995) “Tech Tip: Strain Gage Installations for Concrete
Structures” North Carolina: Measurements Group Inc.
Robert, M.J. (1993) “Mekanik Bahan Rencam” diterjemahkan oleh Daud Abd. Rahman,
Unit Pernerbitan Akademik UTM, pp. 1-2.
Siti Hasimah Tapsir, Jamaludin Mohamad Yatim, Zainai Mohamed. (1999)
“Environmental Effects on Mechanical Properties of Glass Fibers Polyester
Composites: State of the Art Review.” IEM: Journal.
Somjai Kajorncheappunngam, Rakesh K. Gupta, Hota, V.S., Ganga Rao (2002) “Effect
of Aging Environment on Degradation of Glass-Reinforced Epoxy” Journal of
Composites for Construction. ASCE Online. 69-72
Steiner, W. (1998) “Design of Strengthening Structures with Carbon Fibre Reinforced
Polymer (CFRP) Laminates.” Kuala Lumpur: IEM, 1-41
Tewary, V.K. (1978) “Mechanics of Fibre Composites.” NewYork: John Wiley & Sons,
Inc.
Teychenne, D.C., Franklin, R.E. and Erntroy, H.C. (1975) “Design of Normal Concrete
Mixes.” London: Department of Environment.
90
Toutanji H. dan Yong Deng. (2002) “Strength and durability performance of concrete
axially loaded members confined with AFRP composite sheets” Composites Part B:
Engineering 33. ASCE Online: Elsvier Science Ltd. 255-261
Toutanji, H.A. dan Gomez, W. (1997) “Durability Characteristics of Concrete Beams
Externally Bonded with FRP Composite Sheets” Cement and Composites 19, ASCE
Online: Elsvier Science Ltd. 351-358
Toutanji, H.A. dan P.Balaguru. (1998) “Durability Characteristics of Concrete
Columns Wrapped with FRP Tow Sheets” Journal of Materials in Civil
Engineering, pp.52-57
Vishu, Shah. (1998) “Handbook of Plastics Testing Technology: Second Edition”
Canada: JohnWiley &Sons Inc. 135-136
Young, J.F., Mindess, S., Gray, R.J., Arnon Bentur (1998) “The Science and
Technology of Civil Engineering Materials” New Jersey: Prentice-Hall, Inc. .96-99
91
Lampiran A : Hubungan di antara sishan piawai dan kekuatan ciri
92
Lampiran B : Anggaran kekuatan mampatan campuran konkrit yang dibuat dari nisbah
air (bebas)- simen 0.5
93
Lampiran C : Hubungan di antara kekuatan mampatan dan nisbah air (bebas) / simen
94
Lampiran D : Ukurhampir kandungan air bebas (kg/m3) yang diperlukan untuk
mendapat pelbagai tahap kebolehkerjaan
95
Lampiran E : Anggaran ketumpatan basah bagi konkrit padat
96
Lampiran F : Kadar agregat halur yang disyorkan mengikut peratus lulus ayak 600µm
97
Lampiran G : Had pengredan
98
Lampiran H : Prosedur penggiraan untuk rekabentuk bancuhan konkrit gred 30
Butir-butir rekabentuk adalah seperti berikut:
• Kadar kerosakan (defective rate) = 5%
• Saiz agregat kasar = 10 mm
• Jenis agregat kasar = dikisar
• Jenis agregat halus = tidak dikisar
• Jenis simen = simen Portland biasa (OPC)
• Runtuhan (slump) =10-30 mm
• Masa VB = 6-12 saat
• Peratus lulus ayak 600 µm = 50 %
1. Penentuan Nilai margin
Nilai Margin, M = k x s
K untuk 5% kadar kerosakan = 1.64
Dari Rajah 2 ((lampiran A) sisihan piawai, s = 8 N/mm2
Maka, M = 1.64 x 8 = 13 N/mm2
2. Pengiraan Nilai Purata Kekuatan Tumpuan
fm = fc + M
fc = kekuatan ciri yang ditetapkan
= 30 N/mm2
M = 13 N/mm2
fm = 30 + 13
= 43 N/mm2
3. Penentuan Nisbah Air (bebas)/simen
Dari Jadual 2 (lampiran B), Kekuatan mampatan = 49 N/mm2
Purata Kekuatan Tumpuan, fm = 43 N/mm2
Maka, dari Rajah 4 (lampiran C), Nisbah air (bebas)/simen = 0.54
99
4. Penentuan Jumlah Kandungan Air Bebas
Runtuhan (ditetapkan) = 10-30mm
Saiz agregat maksimum = 10 mm jenis dikisar
Oleh sebab batu dan pasir dari jenis yang berlainan, maka
Kandungan air bebas = (2/3) Wf + (1/3) Wc
di mana Wf = Kandungan air bebas untuk agregat halus
Wc = Kandungan air bebas untuk agregat kasar
Dari jadual 3 (lampiran D), Wf = 180 kg/m3 untuk 10 mm pasir tidak dikisar,
Wc = 205 kg/m3 untuk 10 mm baru dikisar
Kandungan air bebas = (2/3) (180) + (1/3) (205)
= 188 kg/m3
5. Pengiraan kandungan simen
Kandungan simen = (Kandungan air bebas) / (Nisbah air bebas / simen)
= 188 / 0.54
= 348 kg/m3
6. Penentuan Jumlah Kandungan Agregat
Jumlah agregat = (Ketumpatan basah konkrit) – (Kandungan simen) – (Kandungan
air bebas)
Anggapan ketumpatan bandingan bandingan agregat kasar = 2.7
Dari Rajah 5 (lampiran E), ketumpatan basah konkrit = 2420 kg/m3
Jumlah agregat = 2420 – 348 – 188 = 1884 kg/m3
Kaedah lain:
Isipadu liang dipenuhi agregat = 1 – kandungan simen / γc – kandungan air / γw
= 1 – 348/ 3150 – 188 / 1000
= 0.702
Jumlah kandungan agregat = γa x isipadu liang dipenuhi agregat
= 2700 x 0.702
= 1894 kg/m3
100
7. Penentuan kandungan pasir dan batu
Peratus batu baur halus yang lulus ayak 600 µm = 50 %
Dari Rajah 6 (lampiran F), kadar agregat halus = 43 %
w/c = 0.54
Kandungan agregat halus = 0.43 x 1894 = 814 kg/m3
Kandungan agregat kasar = 0.57 x 1894 = 1080 kg/m3
8. Isipadu konkrit yang diperlukan
Isipadu konkrit = 2 (2 x 0.001 + 0.0345)
= 0.073 m3
-tambah 20% untuk lebihan
Isipadu konkrit = 0.073 m3 x 1.20
= 0.0876 m3
9. Kuantiti bahan yang diperlukan
Air 188 kg/m3 x 0.0876 = 16.4 kg
Simen 348 kg/m3 x 0.0876 = 30.4 kg
Agregat 10 mm 1080 kg/m3 x 0.0876 = 94.6 kg
Pasir 814 kg/m3 x 0.0876 = 71.3 kg
101
Lampiran I :
Data ujian tegangan untuk tiga sampel tetulang T12 dan tiga sampel tetulang R6
102
103
104
105
106
107