Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017
PENINGKATAN KEKUATAN TARIK BETON MELALUI PEMANFAATAN LIMBAH SERAT AREN
Hazairin 1, Bernardinus Herbudiman 2 dan Leorat 3
1Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional (Itenas) Bandung, Jl. PHH. Mustofa 23 Bandung 40124 e-mail: herin_hz@yahoo.com;
2Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional (Itenas) Bandung, Jl. PHH. Mustofa 23 Bandung 40124 e-mail: herbudiman@itenas.ac.id; herbudimanb@yahoo.com
3Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional (Itenas) Bandung, Jl. PHH. Mustofa 23 Bandung 40124
ABSTRAK
Kekuatan tarik merupakan kekurangan dari sifat mekanik beton. Salah satu cara untuk meningkatkan kekuatan tarik, maka pada campuran beton ditambahkan serat. Untuk setiap 200 ton/tahun hasil pati aren, dihasilkan pula limbah serat hingga 659 ton/tahun. Hasil pengolahan aren menghasilkan serat (56%), hasil pati (17%), kulit keras (25%) dan lainnya (2%). Serat aren ini memiliki potensi untuk digunakan sebagai serat alami pada campuran beton mengingat serat aren ini memiliki ketahanan susut yang baik, memiliki kemampuan lekat dengan beton, serta memiliki kuat tarik serat hingga 1,55 MPa. Penelitian ini menggunakan eksperimen untuk menguji kelecakan campuran, kekuatan tekan silinder, kekuatan tarik-belah silinder, serta kekuatan lentur balok beton pada umur 28 hari. Campuran beton dirancang untuk mencapai 30 MPa. Variasi kadar serat adalah 0,25%, 0,5%, dan 1% dari berat beton. Variasi rasio panjang-diameter (l/d) yang dipilih adalah 50, 100, dan 150. Dengan diameter serat 0,2 mm, maka panjang serat yang digunakan menjadi 10, 20, dan 30 mm. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa serat aren dengan rasio l/d 100 dengan panjang serat 20 mm mampu meningkatkan kekuatan tarik-belah hingga 3,12 MPa (naik 36,2%
dibandingkan beton normal) pada kadar serat 0,25% dan meningkatkan kekuatan lentur beton hingga 4,61 MPa (naik 3,8% dibandingkan beton normal) pada kadar serat 0,5%. Panjang serat 20 mm optimum karena distribusi serat pada beton bertumpang tindih (overlapping) tanpa terjadi penggumpalan (balling) sehingga serat dapat menghambat laju penjalaran retak akibat kuat tarik beton yang terlampaui.
Kata kunci: limbah serat aren, kekuatan tarik beton.
1. PENDAHULUAN
Pohon aren banyak terdapat di Indonesia. Pohon aren yang dipotong dan digiling atau diparut menghasilkan serabut untuk diambil patinya dan sisa ampasnya menjadi limbah. Hasil produksi pengolahan batang pohon aren menjadi pati/tepung menghasilkan limbah berbentuk serat berdiameter rata-rata 0,2 mm dengan panjang serat variatif kurang dari 120 mm. Hasil pengolahan aren menghasilkan beberapa komponen, komponen terbanyak yaitu: serat aren sebanyak 56%, hasil pati 17%, kulit keras 25%, dan 2% kotoran lain (Sudarsono dkk, 2013). Untuk setiap produksi pati aren (onggok) rata-rata 200 ton/tahun menghasilkan limbah berupa serat 659 ton/tahun atau 2,19 ton/hari.
Produksi pati/tepung aren menghasilkan banyak limbah serat paling banyak. Mengingat jumlah limbah semakin banyak maka perlu segera dicarikan solusi supaya pencemaran tidak meluas. Sekarang ini limbah tersebut hanya dibakar dan dihanyutkan ke sungai karena belum ada riset pemanfaatan limbah serat aren. Limbah aren yang dihanyutkan ke sungai menimbulkan air sungai menjadi kotor akibat gumpalan limbah serat yang tidak terbawa hanyut oleh arus, sehingga menyebabkan pendangkalan sungai. Jika tidak secepatnya ditanggulangi maka pencemaran ini akan menimbulkan masalah yang serius seperti bencana alam banjir.
Kajian awal terhadap potensi pemanfaatan serat aren pada beton dilakukan melalui pemeriksaan kuat tarik serat aren kering dan pemeriksaan kuat lekat serat aren pada beton. Hasil pengujian kuat tarik serat aren yang mencapai 1,55 MPa yang relatif tinggi dibandingkan kuat tarik serat natural lainnya, dan kemampuan serat aren melekat pada beton menunjukkan potensi pemanfaatan serat aren ini untuk meningkatkan kekuatan tarik serta meningkatkan daktilitas beton. Selanjutnya penelitian terhadap beton serat ini dibatasi pada pengujian workabilitas beton segar, serta pengujian kekuatan tekan, tarik belah, serta tarik lentur pada beton keras umur 28 hari.
2. KAJIAN PUSTAKA Aren dan serat aren
Aren merupakan pohon yang dikelilingi oleh serabut hitam yang dinamakan ijuk. Bagian dari pohon aren banyak dimanfaatkan untuk berbagai produk diantaranya yaitu pati tepung. Pati tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan aneka produk makanan, seperti soun, cendol, bakmi, dan hun kwe (Sudarsono, 2013).
Serat aren mempunyai potensi sebagai penguat dalam material komposit. Serat aren meliliki kadar alfa-selulosa yang cukup tinggi yaitu sebesar 95,34%. Selulosa aren memiliki kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Selulosa yang terkandung dalam tanaman berfungsi sebagai pengaku rangka struktur tanaman sehingga tanaman lebih kaku (Purnawan, 2014).
Gambar 1. Pohon aren, limbah aren, dan serat aren Beton serat
Salah satu bahan tambah beton adalah serat (fiber). Beton yang ditambahkan serat dinamakan beton serat (fiber reinforced concrete). Penambahan serat pada beton dimaksudkan untuk menambah kuat tarik karena kuat tarik beton rendah, menambah daktilitas karena beton merupakan bahan yang getas, dan menambah ketahanan terhadap retak karena kuat tarik beton yang rendah berakibat beton mudah retak sehingga retakan beton mudah dimasuki air.
Serat pada umunya berupa batang-batang berdiameter antara 5 – 500 m (mikrometer), dan panjang sekitar 25 mm sampai 100 mm. Beton serat bersifat lebih tahan benturan dan lenturan sehingga cocok dipakai pada landasan pesawat udara, jalan raya, dan lantai jembatan (Tjokrodimuljo, 2007).
Penambahan bahan serat nenas dengan panjang serat 0,5 cm; 1,0 cm; 1,5 cm pada adukan beton segar 1:2:3 menghasilkan peningkatan nilai kuat tarik dan kuat lentur beton. Pemakaian serat nenas dengan panjang 1,5 cm menghasilkan peningkatan kuat tarik belah beton sebesar 7,99% dan meningkatkan kuat lentur beton sebesar 26%
dengan hasil kuat tarik belah sebesar 19,78 kg/cm² meningkat 21,36 kg/cm² dan kuat tarik lentur sebesar 51,42 kg/cm² meningkat 64,70 kg/cm² (Gerung, 2012).
Penambahan bahan serat bambu ori pada adukan beton mampu meningkatkan kuat tekan dan kuat tarik beton dengan peningkatan kuat tarik beton tertinggi pada penambahan serat sebanyak 1,5% dari berat semennya, kuat tekan 24,067 MPa dan kuat tarik sebesar 2,69 MPa. Tetapi kekuatan mulai turun pada penambahan serat sebanyak 2% dengan kuat tarik 2,46 MPa dan kuat tekan 21,32 MPa (Suhardiman, 2011).
Penambahan serat roving menghasilkan peningkatan nilai kuat tarik dan sifat daktilitas beton meningkat sedangkan modulus elastisitas dan kuat tekannya menurun signifikan dari hasil penambahan serat sebesar 1,9%; 3,8%; 5,7%
dan 7,6% (Apriyatno, 2007).
Fiber Volume (Vf) adalah persentase volume serat (fiber) yang ditambahkan pada setiap volume beton. Dalam kenyataan, persentase yang digunakan adalah berat seratnya yang dapat diketahui dari berat jenis serat. Umumnya semakin besar fiber volume akan meninggikan kualitas beton. Selain itu Vf juga mempengaruhi workabilitas adukan beton serat.
Fiber Aspect Ratio (l/d) merupakan rasio antara panjang serat (l) dan diameter serat (d). Rasio perbandingan panjang dan diameter juga mempengaruhi kekuatan beton serat dan workabilitasnya. Aspek rasio yang tinggi akan mengakibatkan serat untuk menggumpal yang sangat sulit disebar secara merata dalam proses pengadukan. Batas maksimum aspek rasio serat yang masih memungkinkan pengadukan dapat dilakukan dengan mudah adalah l/d 100 (Felany, 2004). Aspek rasio serat bervariasi kira-kira 40 sampai 1000, akan tetapi lebih sering kurang dari 300.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Uji pendahuluan potensi pemanfaatan serat
Pengujian kekuatan tarik serat dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dari serat aren itu sendiri dengan menggunakan tali serat aren kering yang dipilin hingga berdiameter 6,6 mm dan diuji tarik pada mesin Universal Testing Machine (UTM).
Pengujian kekuatan lekat serat pada beton dilakukan dengan serat aren yang dipilin hingga berdiameter 1 mm dan ditanam sedalam 2,5 cm pada mortar beton (1:3) berukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm. Pada umur 7 hari, serat aren dibebani menggunakan bandul seberat 2 kg. Serat aren yang tertanam di mortar tidak mengalami putus atau tercabut dari mortar. Pembebanan dilanjutkan sampai runtuh. Keruntuhan terjadi karena serat putus sehingga dapat diasumsikan bahwa kekuatan lekat beton pada serat lebih besar dari kekuatan tarik serat aren.
Gambar 2. Uji kekuatan tarik serat dan kekuatan lekat beton pada serat aren Varian benda uji
Benda uji berupa beton silinder dengan ukuran diameter 100 mm dan tinggi 200 mm untuk pengujian kekuatan tekan dan kekuatan tarik belah. Pengujian kekuatan tarik lentur menggunakan balok dengan ukuran 150 mm x 150 mm x 600 mm, dengan variasi kadar serat 0,25%, 0,5%, 1% dari berat beton. Aspek rasio yang dipilih yaitu l/d <
200 supaya memudahkan pengerjaan campuran adukan. Semakin kecil aspek rasio maka semakin mudah pula pengadukan. Varian rasio panjang per diameter (l/d) yang digunakan yaitu 50; 100; 150. Jumlah benda uji silinder dan balok sebanyak 3 buah per varian. Beton normal dirancang dengan kekuatan tekan 30 MPa pada umur 28 hari, dengan komposisi per m3 adalah semen 432,7 kg, pasir 676,9 kg, split 1015,4 kg, dan air 225 kg.
Pengujian benda uji
Pengujian slump dilakukan pada beton segar. Pengujian beton keras meliputi pengujian kekuatan tekan pada silinder, pengujian kekuatan tarik-belah pada silinder, dan pengujian kekuatan tarik-lentur pada balok yang dilakukan pada umur 28 hari dengan menggunakan alat UTM, seperti tampak pada Gambar 3.
Gambar 3. Pengujian kekuatan tekan, tarik-belah, dan tarik-lentur
4. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian slump, kekuatan tekan, tarik-belah dan tarik-lentur
Tabulasi hasil pengujian slump, kekuatan tekan, tarik-belah dan tarik-lentur ditunjukkan pada Tabel 1. Hasil pengujian slump juga ditunjukkan pada Gambar 4. Hasil pengujian kekuatan tekan, kekuatan tarik-belah, dan kekuatan tarik-lentur, berturut-turut ditunjukkan pada Gambar 5, 6, dan 7.
Tabel 1. Hasil pengujian slump, kuat tekan, kuat tarik-belah, dan kuat tarik-lentur
Variasi Benda
Uji
Panjang Serat (mm)
Diameter Serat (mm)
Rasio (l/d)
Kadar Serat
(%)
Slump (mm)
Kekuatan tekan rata-rata
(MPa)
Kekuatan tarik- belah rata-rata
(MPa)
Kekuatan tarik- lentur rata-rata
(MPa)
1 - 172 30,83 2,29 4,44
2 10 0,2 50 0,25 110 24,95 2,28 2,67
3 10 0,2 50 0,5 115 21,61 2,30 2,99
4 10 0,2 50 1 104 20,97 2,06 2,83
5 20 0,2 100 0,25 106 29,09 2,36 4,27
6 20 0,2 100 0,5 145 27,69 2,43 4,61
7 20 0,2 100 1 130 23,02 3,12 4,18
8 30 0,2 150 0,25 123 26,99 2,27 4,00
9 30 0,2 150 0,5 151 24,88 2,37 3,94
10 30 0,2 150 1 140 23,81 1,97 3,49
Dari Tabel 1 tampak bahwa nilai slump pada beton tanpa serat menghasilkan nilai slump sebesar 172 mm. Nilai slump menurun berkisar 27% akibat penambahan serat, namun penurunan slump masih dalam batas perencanaan yang ditentukan yaitu 60 mm -180 mm.
Dari Tabel 1 dan Gambar 5 tampak bahwa kekuatan tekan beton mengalami penurunan setelah ditambahkan serat.
Penurunan minor terjadi pada penambahan serat dengan kadar 0,25% dengan rasio l⁄d = 100, sedangkan penurunan mayor ditunjukkan pada kadar 1% dengan rasio l⁄d = 50. Penurunan kuat tekan diakibatkan dari penambahan serat aren karena semakin banyak serat yang ditambahkan maka bidang kontak antara agregat semakin berkurang.
Gambar 4. Hasil pengujian slump Gambar 5. Hasil pengujian kekuatan tekan
Gambar 6. Hasil pengujian kekuatan tarik-belah Gambar 7. Hasil pengujian kekuatan tarik-lentur Dari pemeriksaan secara visual, beton tanpa serat mengalami pecah seperti tampak pada Gambar 8. Beton serat tidak mengalami pecah baik pada saat pengujian tekan, tarik-belah, maupun tarik-lentur. Serat yang terdapat pada beton masih memberikan efek lekatan pada bidang penyusun. Beton serat lebih liat/daktail dibandingkan beton tanpa serat.
a) beton tanpa serat b) beton serat, uji tekan c) beton serat, uji tarik-belah
a) beton tanpa serat, uji tarik-lentur
b) beton serat, uji tarik-lentur Gambar 8. Keruntuhan beton
Pengujian kuat tarik belah beton menghasilkan peningkatan kekuatan secara menerus pada rasio l⁄d = 100 dengan kadar 0,25%; 0,50%; 1,00%. Pada rasio lain dengan kadar lebih dari 0,50% maka kuat tarik belah mengalami penurunan kekuatan disebebkan aspek rasio yang digunakan tinggi l⁄d > 100. Batas maksimum aspek rasio serat yang masih memungkinkan pengadukan dapat dilakukan dengan mudah adalah l⁄d = 100 (Felany, 2004). Pada serat pendek, serat tidak memotong alur retakan.
Pengujian kuat lentur beton menunjukkan peningkatan kuat lentur pada kadar serat 0,5% dan pada rasio l⁄d =100.
Kadar dan panjang optimum serat aren pada kadar 0,5% dan panjang 20 mm karena serat memotong alur retakan sehingga dapat menambah kuat tarik beton, dapat dilihat pada Gambar 9b. Jika kadar yang terlalu sedikit atau serat terlalu pendek tidak akan memperbaiki kinerja beton karena serat tidak memotong alur retakan atau tidak ada overlapping pada serat, dapat dilihat pada Gambar 9a. Jika penambahan serat yang terlalu banyak dan terlalu panjang akan terjadi efek balling yang menghalangi ikatan pasta dengan agregat sehingga kekuatan menurun, seperti yang digambarkan pada Gambar 9c.
Gambar 9. Pengaruh panjang serat pada kinerja beton
5. KESIMPULAN
Penambahan serat aren mempengaruhi kelecakan secara moderat dengan penurunan rata-rata 27% namun masih dalam batas slump perencanaan.
Kuat tekan beton mengalami penurunan kuat tekan setelah ditambahkan serat. Hasil kuat tekan menunjukkan penurunan kekuatan berkisar 20% setelah beton ditambahkan serat. Penurunan moderat yaitu pada penambahan serat dengan kadar 0,25% dengan rasio l⁄d = 100, sedangkan penurunan terdalam ditunjukkan pada kadar 1%
dengan rasio l⁄d = 50.
Pada beton serat tidak terjadi runtuh pecah sehingga tidak berserakan seperti beton normal. Hal ini menunjukkan bahwa beton serat lebih liat/daktail dibandingkan beton tanpa serat.
Serat aren dengan rasio l/d 100 dengan panjang serat 20 mm mampu meningkatkan kekuatan tarik-belah hingga 3,12 MPa (meningkat 36,2% dibandingkan beton normal) pada kadar serat 0,25% dan mampu meningkatkan kekuatan lentur beton hingga 4,61 MPa (meningkat 3,8% dibandingkan beton normal) pada kadar serat 0,5%.
Panjang serat 20 mm optimum karena distribusi serat pada beton bertumpang tindih (overlapping) tanpa terjadi penggumpalan (balling) sehingga serat dapat menghambat laju penjalaran retak akibat kuat tarik beton yang terlampaui.
DAFTAR PUSTAKA
Apriyatno, H. (2007). Pengaruh Penambahan Serat Roving Terhadap Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang.
Universitas Negeri Semarang (UNNES), Semarang.
Felany, D. (2004).Tinjauan Kuat Desak dan Kuat Tarik Belah Beton dengan Penambahan Serat Tali Beneser.
Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
Lerry M. N. Gerung, (2012). Pengaruh Serat Daun Nenas Dengan Konsentrasi Serat 0,075% dan Variasi Panjang Serat 0,5 cm; 1,0 cm; 1,5 cm Terhadap Kuat Tarik Beton Normal.Jurnal ilmiah Media Engineering Vol.2, no.2. Fakultas Teknik Unsrat.
Purnawan. dan C. I. Parwati. (2014). Pembuatan Pulp dari Serat Aren (Arenga Pinnata) dengan Proses Nitrat Soda.
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014, Yogyakarta. ISSN: 1979-911X.
Sudarsono., S. Huda, M. Yuniwati, dan Purnawan. (2013). Pemanfaatan Limbah Serat Pati Aren Sebagai Material Komposit–Poliester. Institut Sains & Teknologi AKPRIND, Yogyakarta. Kopertis Wilayah V DIY Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, Surat Perjanjian pelaksanaan Hibah Penelitian Nomor : 1142.12/K5/KL/2013, 21 Mei 2013.
Suhardiman, M. (2011). Kajian Pengaruh Penambahan Serat Bambu Ori Terhadap Kuat Tekan dan Kuat Tarik Beton. Fakultas Teknik Universitas Janabrada, Yogyakarta. ISSN 2088-3676. Vol. 1 No. 2.
Tjokrodimuljo, K. (2007). Teknologi Beton. Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
