STUDI PERILAKU KUAT TEKAN PADA BETON BERSERAT BAJA
Srisadewo Fauzi Adiprakoso, Elly Tjahjono, dan Essy Arijoeni Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Depok
dewofauzi@gmail.com
ABSTRAK
Beton merupakan material yang mampu menahan tegangan tekan yang cukup tinggi tetapi mempunyai kemampuan menahan tegangan tarik yang rendah. Tegangan tarik dapat menyebabkan retak pada beton yang telah mengeras. Salah satu sifat mekanis beton adalah mempunyai daktilitas yang rendah sehingga bersifat getas.
Tujuan dari penambahan serat adalah untuk meningkatkan sifat mekanis beton khususnya kekuatan tarik pada beton serta meningkatkan ketahanan beton terhadap retak. Kadar serat baja yang akan digunakan pada penelitian ini sebesar 1%, 1.5%, 2% dan 2.5% dari volume beton normal. Penambahan serat baja akan menyebabkan efek gumpal pada beton segar.
Pengujian kuat tekan menggunakan cetakan silinder 150 mm x 300 mm dan pengujian dilakukan pada hari ke – 7, 14 , 28. Benda uji akan dilakukan pengujian non destructive test berupa alat UPV untuk mengetahui pengaruh penambahan serat baja terhadap modulus elastisitas. Kuat tekan beton normal yang direncanakan adalah fc’ 25 MPa. Untuk meningkatkan workability beton segar pada beton segar, dilakukan penambahan bahan admixture berupa Superplasticizer.
Berdasarkan hasil penelitian, penambahan serat baja akan menaikkan kuat tekan namun menurunkan modulus elastisitas. Penambahan serat baja akan menurunkan workability dari beton segar. Peningkatan kuat tekan beton pada umur 28 hari yang terjadi sebesar 14% dengan kadar serat baja sebesar 2.5%.
Kata kunci : Beton Berserat Baja, Serat Baja, Kuat Tekan, Modulus Elastisitas, UPV
ABSTRACT
Concrete has relatively high compressive strength but has lower tensile strength. Tensile strength can lead a cracks in the hardened concrete. The low ductility is one of the mechanical properties of concrete and therefore called brittle material. Addition of steel fibers on concrete can make increase on the mechanical properties of concrete especially tensile strength that can reduce cracks. In this studies, the steel fiber content is 1%, 1.5%, 2%
and 2.5% based on the concrete volume. Steel fiber on the fresh concrete would develop the balling effect on the fresh concrete.
Compression tests were conducted on 150 mm x 300 mm concrete cylinders and the test of specimens at 7,14 and 28 days. The influence of steel fiber content on the modulus elasticity of concrete will be determined using non- destructive test (UPV). The expected normal compressive strength is 25 MPa. Addition of the Superplasticizer provided better workability of the fresh concrete.
Based on the studies, addition of steel fiber provided higher compressive strength but reduce the modulus of elasticity of concrete. Workability of the steel fiber reinforced concrete are worse than normal concrete. The concrete that content 2.5% steel fiber would increase 14% of the compressive strength.
Key words : Steel Fiber Reinfoced Concrete, Steel Fiber, Compressive Strength, Modulus of Elasticity, UPV
PENDAHULUAN
Peningkatan kualitas material beton merupakan tantangan besar seiring meningkatnya kebutuhan manusia, berkembangnya pengetahuan dan teknologi dan timbulnya kesadaran akan ramah lingkungan. Kualitas material beton berkaitan erat dengan komposisi material - material pembentuk beton. Material - material pembentuk beton umumnya adalah semen, agregat kasar, agregat halus dan air. Komposisi material – material pembentuk beton akan mempengaruhi sifat mekanis beton. Sifat – sifat mekanis beton adalah mempunyai daktilitas yang rendah sehingga bersifat getas, mempunyai kuat tekan yang tinggi dan mempunyai kuat tarik yang rendah.
Seiring dilakukannya penelitian – penelitian untuk meningkatkan kualitas beton, menutupi kelemahan beton dan mengurangi material – material yang kurang ramah lingkungan, digunakan limbah – limbah industri seperti fly ash, serbuk besi, serat baja dan bahan aditif lainnya. Penambahan serat baja untuk meningkatkan daktilitas beton serta meningkatkan ketahanan beton terhadap kuat tarik yang merupakan kelemahan beton. Sifat mekanis serat baja adalah kuat terhadap gaya tarik. Material beton yang menahan gaya tarik akan mengakibatkan retak sehingga memerlukan perkuatan atau penambahan material lain sehingga dapat manahan beban tarik tersebut.
Serat baja adalah serat baja pendek yang mempunyai aspect ratio antara 20 – 100 dan penyebaran dilakukan pada beton segar dengan menggunakan prosedur pencampuran biasa (Vikrant S, 2012) [1]. Penggunaan serat baja akan meningkatkan ketahanan beton terhadap retak. Serat baja yang dicampur dengan beton normal lebih dikenal dengan Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC). Kadar serat baja dalam beton ditentukan berdasarkan volume beton normal. Pengaruh dari penambahan serat baja terhadap sifat – sifat mekanis beton belum diketahui oleh masyarakat di Indonesia secara umum. Oleh karena itu, skripsi ini akan dibahas sifat mekanis pada beton biasa dengan penambahan serat baja. Secara khusus, tentang kuat tekan pada beton dengan penambahan serat baja.
TINJAUAN TEORITIS
Sifat Mekanis Beton
Sifat mekanis beton tergantung dari material pembentuk beton yang digunakan serta proses pencampuran (mixing) dan perawatan beton. Kuat tekan beton merupakan karakteristik kekuatan dari beton yang akan ditinjau. Beton merupakan material yang mampu menahan
tegangan tekan yang cukup tinggi atau biasa disebut kuat tekan. Definisi kuat tekan beton adalah kuat tekan yang ditetapkan dengan benda uji berbentuk silinder diameter 150 mm dan tinggi 300 mm dan dapat dinyatakan dalam satuan MPa (SNI 03-2847-2002) [2]. Kuat tekan beton akan mencapai kekuatan akhirnya pada umur beton 28 hari akibat dari proses hidrasi semen. Uji kuat tekan beton merupakan standar pengujian beton untuk mengukur performa beton yang akan digunakan untuk desain bangunan atau struktur bangunan lainnya. Nilai kuat tekan beton atau tegangan beton akan diberi notasi fc’ dan dalam satuan MPa pada benda uji berupa silinder. Kuat tekan beton diukur dengan beban P yang akan mengakibatkan keruntuhan silinder beton. Tegangan tekan beton dapat dihitung berdasarkan gaya tekan beban P dibagi dengan luas permukaan silinder.
Beberapa hal yang mempengaruhi kuat tekan beton adalah Faktor air-semen, umur beton, proporsi dan jenis semen, proses pencampuran beton dan bentuk serta ukuran agregat. Faktor air-semen berpengaruh cukup besar terhadap kuat tekan beton. Semakin rendah nilai faktor air - semen maka semakin tinggi kuat tekan beton sedangkan semakin tinggi nilai faktor air – semen maka semakin rendah kuat tekan beton.
Umur beton akan mencapai tingkat kekuatan yang baik pada umur 28 hari yang disebabkan oleh reaksi hidrasi semen. Jenis atau tipe semen akan mempengaruhi kuat tekan beton disebabkan oleh komposisi senyawa pembentuk semen tersebut.
Proses pencampuran beton merupakan hal yang penting dalam membuat campuran beton dengan mutu yang baik. Kontrol mutu beton dimulai dari pemeriksaan material pembentuk beton, cara pencampuran beton segar dan pemadatan beton segar. Proses pemadatan beton berkaitan dengan faktor air - semen dan kuat tekan beton.
Pemadatan beton dengan cara menggunakan vibrator dan dipadatkan secara manual dengan tangan dipengaruhi oleh faktor air - semen beton. Faktor air - semen akan mempengaruhi tingkat porositas dari pasta semen. Bentuk dan ukuran agregat juga akan mempengaruhi tingkat porositas beton. Beton yang padat akan menghasilkan beton dengan kuat tekan yang lebih tinggi.
Penggunaan beton sebagai material konstruksi harus didukung dengan mutu beton sesuai dengan kebutuhan. Menurut P.K. Metha dan Paulo J.M.M (2001) [3], berdasarkan kuat tekan beton, beton dibagi menjadi tiga kategori, yaitu Low – strength concrete dengan kuat tekan beton kurang dari 20 MPa, Moderate – strength concrete dengan kuat tekan beton antara 20 MPa sampai dengan 40 MPa dan High – strength concrete dengan kuat tekan beton lebih dari 40 MPa.
Material Pembentuk Beton
Beton adalah campuran antara Semen Portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk masa padat (SNI 03-2847-2002) [2]. Semen merupakan material yang dapat menyatukan komponen material lainnya. Pasta dapat terbentuk apabila semen ditambahkan dengan air. Pasta semen bersifat sebagai perekat dan dapat berfungsi pengisi rongga-rongga udara diantara butiran – butiran agregat halus. Mortar akan terbentuk dengan campuran semen dan air. Sifat - sifat fisis semen yang perlu diperhatikan adalah kehalusan butir, waktu ikat semen, panas hidrasi dan berat jenis semen.
Pengaruh agregat pada beton segar adalah kemudahan mengalir dan sifat kohesif. Pengaruh tersebut dipengaruhi dengan jumlah, tipe, tekstur permukaan dan gradasi agregat. Agregat dapat mempengaruhi beton yang telah mengeras khususnya dari segi fisik dan sifat mekanis beton, seperti kekakuan, berat jenis, kekuatan, ikatan dan keausan pada beton. Fungsi utama dari agregat pada beton adalah sebagai bahan pengisi beton, menentukan workability beton, membuat campuran beton yang stabil terhadap pengaruh luar dan cuaca, memperkecil pemakaian pasta semen, mengurangi penyusutan.
Air digunakan pada proses hidrasi semen untuk menjadikan pasta semen. Kualitas air cukup penting dalam campuran beton karena kotoran yang dikandung dalam air dapat mengganggu pengerasan semen dan mempengaruhi kekuatan beton. Jumlah air akan mempengaruhi workability campuran beton. Jumlah air yang sedikit akan memberikan kekuatan yang tinggi pada beton tetapi mengurangi workability sedangkan jumlah air yang banyak meningkatkan workability tetapi mengurangi kekuatan beton.
Superplasticizer merupakan salah satu bahan tambah (admixture). Admixture adalah material selain semen, agregat dan air yang ditambahkan pada campuran beton saat pencampuran beton untuk mengubah sifat beton. Tujuan dari penggunaan Superplasticizer adalah untuk meningkatkan workability campuran beton.
Beton berserat baja
Beton serat terdiri dari semen hidraulik, air, agregat halus, agregat kasar dan serat yang terputus-putus disebut fiber reinforced concrete. Serat terdapat beberapa bentuk dan ukuran yang terbuat dari baja, plastik, kaca dan material alami yang dapat digunakan untuk bangunan struktural ataupun non-struktural (P.K. Metha dan Paulo J.M.M ,2001) [3]. Tujuan dari
penambahan serat adalah untuk meningkatkan sifat mekanis beton khususnya kekuatan tarik dan lentur pada beton serta meningkatkan ketahanan beton terhadap retak.
Salah satu material serat adalah serat baja. Serat baja adalah serat baja pendek yang mempunyai aspect ratio antara 20 – 100 dan penyebaran dilakukan pada beton segar dengan menggunakan prosedur pencampuran biasa (Vikrant S, 2012) [1]. Dengan penambahan serat baja pada campuran beton, umumnya beton tersebut lebih dikenal dengan istilah Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC). Serat baja memiliki beberapa bentuk dan ukuran seperti, bulat dengan diameter antara 0,25 – 0,75 mm, pipih dengan ketebalan antara 0,25 – 0,9 mm dan berbentuk kerutan (crimped deformed) atau disebut hooked end dengan kerutan pada total panjang atau hanya kerutan pada ujung serat. Penambahan serat baja dapat mengurangi workability pada campuran beton. Umumnya, penambahan serat baja dengan volume antara 0,25 – 2 % dari total volume. Kadar serat baja terhadap total volume beton umumnya disebut volume fraction. Selain volume fraction, ukuran dari serat baja akan mempengaruhi sifat mekanis beton atau biasa disebut aspect ratio. Aspect ratio adalah Perbandingan dari panjang dan diameter serat baja. Aspect ratio umumnya berkisar antara 20 – 100, dengan panjang serat berkisar antara 0,25-3 inch atau 6,4 – 76 mm. Faktor lainnya yang mempengaruhi SFRC adalah ukuran agregat maksimum dan gradasi agregat. Kecenderungan dari campuran SFRC adalah campuran tersebut akan menggumpal. Hal tersebut dipengaruhi oleh ukuran agregat maksimum, gradasi agregat, volume fraction, bentuk serat dan metode pencampuran. Semakin besar ukuran agregat maksimum dan aspect ratio, semakin kecil volume fraction dari serat baja yang ditambahkan untuk tidak menggumpal. Penambahan serat baja akan meningkatkan daktilitas beton dan kekuatan beton terhadap gaya tekan, tarik, geser, torsi dan lentur.
Peningkatan kuat tekan beton tidak begitu besar sesuai dengan volume fraction berkisar antara 0,25 – 2 % tetapi dapat mengubah sifat beton yang getas menjadi daktail.
METODE PENELITIAN
Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental, yang dilakukan di Laboratorium Struktur dan Material, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kadar optimum serat baja dalam beton serta pengaruh penambahan serat baja terhadap kuat tekan dan modulus elastisitas. Kadar serat baja adalah 0% (beton normal), 1%, 1.5%, 2% dan 2.5%. Kode benda uji yang digunakan pada benda uji dengan penambahan serat baja adalah SFRC (Steel Fiber
Reinforced Concrete). Pengujian kuat tekan dilakukan pada umur beton 7 hari, 14 hari dan 28 hari. Benda uji menggunakan cetakan silinder 150 mm x 300 mm.
Tahapan penelitian yang dilakukan, yaitu:
Studi literatur
Penulis mempelajari teori serta referensi yang terkait beton serat. Penulis juga mempelajari penelitian-penelitian terdahulu terkait dengan beton serat khususnya penambahan serat baja.
Pemeriksaan mutu material pembentuk beton
Pemeriksaan mutu material pembentuk beton berupa semen, agregat kasar dan agregat halus.
o Semen (Portland Composite Cement)
Pengujian konsistensi normal (ASTM C187-98)
Pengujian waktu ikat semen (ASTM C91-82) o Agregat kasar
Pengujian berat isi dan rongga udara (ASTM C29/29M-97)
Pengujian specific gravity dan absorbsi (ASTM C127-04)
Pengujian abrasi dengan mesin Los Angeles (ASTM C 131-89)
Pengujian analisa saringan (ASTM 136-05) o Agregat Halus
Pengujian berat isi (ASTM C29/29M-97)
Pengujian specific gravity dan absorbsi (ASTM C128-93)
Pengujian analisa saringan (ASTM 136-95a)
Pengujian kadar lumpur (ASTM C117-04)
Pengujian kotoran organik (ASTM C 40)
Perancangan mix design
Perhitungan campuran beton menggunakan standar ACI 211.1-91 [4]. Data yang diperlukan dalam mix design didapatkan melalui pengujian properti material dan menentukan target yang ingin dicapai.
o Data properti material
Ukuran agregat maksimum
Specific gravity agregat kasar
Specific gravity agregat halus
Modulus kehalusan
Berat isi agregat kasar o Target yang ingin dicapai
Kuat tekan : 25 MPa
Slump : 150 mm
Pembuatan benda uji
Berikut merupakan tahapan pembuatan benda uji:
o Persiapan material semen, air, agregat kasar, agregat halus, Superplasticizer dan serat baja berdasarkan mix design.
o Persiapan serat baja dilakukan dengan cara membagi berdasarkan volume cetakan benda uji.
o Pengecoran diawali dengan pembuatan pasta semen lalu ditambahkan agregat kasar.
Gambar 1. Hasil Pengecoran Beton Segar
o Pengujian slump dilakukan dengan tambahan komposisi serat baja yang telah dikalkulasikan berdasarkan volume dari alat pengujian slump berupa cetakan kerucut terpancung.
Gambar 2. Pengujian Slump o Pengisian beton segar kedalam cetakan benda uji.
o Penambahan serat baja pada beton segar kedalam cetakan benda uji sesuai berdasarkan volume cetakan benda uji.
Gambar 3. Proses Penambahan Serat Baja Pada Beton Segar o Perawatan benda uji (curing) dalam kolam khusus berisi air.
Pengumpulan data
Penulis akan melakukan tes tekan pada setiap sampel yang telah dibuat kemudian akan mencatat hasilnya. Benda uji akan dilakukan tes Ultrasonic Pulse Velocity untuk mengetahui modulus elastisitas beton.
Analisa data.
o Kuat Tekan
Pengujian kuat tekan dengan menggunakan universal testing machine dengan tegangan konstan sebesar 2 sampai 4 kg/cm2 per detik. Pengujian berdasarkan standar ASTM C39-2012 [5]. Sebelum dilakukan pengujian kuat tekan, benda uji ditimbang dan dicapping agar permukaan benda uji rata. Pengujian kuat tekan beton akan didapatkan dari gaya tekan beton yang dapat ditahan benda uji. Apabila gaya tekan dan luas permukaan beton diketahui maka dapat diketahui tegangan beton.
σ =
Keterangan:
σ = Tegangan beton (MPa) P = Gaya tekan (N)
A = Luas permukaan beton (mm2)
o Modulus Elastisitas
Pengujian modulus elastisitas menggunakan alat Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) yang bersifat alat non-destructive test. Alat UPV dapat digunakan untuk menentukan modulus elastisitas dinamis (Ed). Metode pengetesan ini
menggunakan cepat rambat gelombang longitudinal. Gelombang longitudinal disalurkan dari transducer awal dan diterima transducer akhir yang mengapit beton. Gelombang yang diterima akan dikonversi menjadi enegri listrik oleh transducer akhir yang berada pada jarak L dari transducer awal. Transit time merupakan waktu yang diperlukan gelombang dari transducer awal menuju transducer akhir.
Gambar 4. Skematik Alat UPV
Sumber: ASTM C597-09 [6]
Berdasarkan ASTM C 597-09 [6], Nilai modulus elastisitas dinamis dapat ditentukan melalui rumus sebagai berikut:
Ed = V2 ) )) )
Keterangan:
Ed = Modulus elastisitas dinamis (MPa)
V = Kecepatan rambat gelombang ultrasonik (m/s) ρ = Densitas beton (kg/m3)
µ = Poisson ratio dinamis (0,2 - 0,25)
Menurut Joseph F. Lamond [7], nilai Poisson ratio dinamis berkisar antara 0,2 sampai dengan 0,25 sehingga modulus elastisitas dinamis dapat ditentukan.
Modulus elastisitas dinamis berbeda dengan modulus elastisitas statis yang terdapat pada kurva tegangan regangan. Beberapa penelitian telah menujukan korelasi antara modulus elastisitas dinamis dan modulus elastisitas statis dari beton. Berdasarkan rumus empiris Lydon dan Balendran [7], korelasi antara modulus elastisitas dinamis dan modulus elastisitas statis sebagai berikut:
Ec = 0,83 Ed Keterangan:
Ed = Modulus elastisitas dinamis (MPa) Ec = Modulus elastisitas statis (MPa)
HASIL PENELITIAN
Campuran Beton
Perhitungan campuran beton menggunakan standar ACI 211.1-91 [4]. Data yang diperlukan dalam mix design didapatkan melalui pengujian properti material dan menentukan target yang ingin dicapai. Berikut merupakan data – data properti material yang akan digunakan untuk mix design :
Data Properti material
o MSA (Maximum Size of Aggregate) = 20 mm o Berat jenis semen = 3,15 gr/cm3
o Specific Gravity agregat kasar (SSD) = 2,6 o Specific Gravity agregat halus (SSD) = 2,18 o Finesss Modulus agregat halus = 2,41
Target yang ingin dicapai o Fc’ = 25 MPa o Slump = 150 mm
Tabel 1. Kebutuhan Material Pembentuk Beton per m3 Benda Uji Air
(Kg/m3)
Semen (Kg/m3)
Agregat Kasar (Kg/m3)
Agregat Halus (Kg/m3)
Superplasticizer (Kg/m3)
Serat Baja (Kg/m3)
Beton Normal
210 338,71 994,61 811,67 0 0
SFRC 1% 210 338,71 994,61 811,67 2,54 78,6
SFRC 1,5% 210 338,71 994,61 811,67 3,38 117,9
SFRC 2% 210 338,71 994,61 811,67 4,23 157,2
SFRC 2,5% 210 338,71 994,61 811,67 5,42 196,2
Pengujian Slump
Pengujian slump bertujuan untuk mengetahui kekentalan / plastisitas dan kohesif dari beton segar. Nilai slump menujukan kemudahan pekerjaan (workability) dari beton segar tersebut.
Berikut merupakan hasil pengujian slump beton segar:
Tabel 2. Hasil Pengujian Slump
Kuat Tekan
Pengujian kuat tekan diuji dengan variasi beton normal, SFRC 1%, SFRC 1,5%, SFRC 2%
dan SFRC 2,5%. Benda uji dibuat berjumlah 5 buah untuk setiap variasi dan minimal data yang digunakan sejumlah 3 benda uji. berdasarkan ASTM C39 – 09 [6], data yang dipakai memiliki standar deviasi kurang dari 14%. Berikut merupakan grafik hasil kuat tekan rata-rata dibandingkan dengan umur beton dan kadar serat baja:
15,273
9,711
4,678
2,536
1,533 0
2 4 6 8 10 12 14 16 18
Beton Normal SRFC 1% SRFC 1,5% SRFC 2% SRFC 2,5%
Slump (cm)
Slump
Gambar 5. Grafik Kuat Tekan Dibandingkan Dengan Umur Beton.
Gambar 6. Grafik Kuat Tekan Dibandingkan Dengan Kadar Serat Baja.
Modulus Elastisitas
Pengujian menggunakan alat Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) yang bersifat alat non- destructive test. Persiapan pengujian dimulai dengan mengukur tinggi silinder sehingga dapat diketahui panjang dari transducer awal sampai dengan transducer akhir. Pada ujung – ujung
11,60
14,93
16,40
12,76
16,56
16,54
10,40
16,33
16,75
13,10
16,93 17,08
15,18
18.32 18,41
8 10 12 14 16 18 20 22 24
0 7 14 21 28
Kuat Tekan Beton (MPa)
Umur Beton
Perbandingan Kuat Tekan Beton Terhadap Umur Beton
Normal Kadar 1% Kadar 1,5% Kadar 2% Kadar 2,5%
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0%
Kuat Tekan (MPa)
Kadar Serat Baja
Perbandingan Kuat Tekan Beton dengan Kadar Serat Baja
Kuat Tekan (28 Hari) Kuat Tekan (14 Hari) Kuat Tekan (7 Hari)
silinder diberikan pelumas yang berguna sebagai coupling agent. Coupling agent berfungsi untuk mengeliminasi udara dari benda uji dengan transducer. Berikut merupakan hasil pengujian:
Gambar 7. Perbandingan Modulus Elastisitas Dengan Kadar Serat Baja
Tabel 3. Hasil Pengujian Modulus Elastisitas
Benda Uji Ed (MPa)
Ec (MPa)
Perbandingan Ec Teori (%)
Umur Beton 28 Hari
Beton Normal 32603 27704 37,07
SFRC 1% 29523 24504 23,09
SFRC 1,5% 28493 23649 22,43
SFRC 2% 23751 21746 16,54
SFRC 2,5% 23669 19645 -0,02
Umur Beton 14 Hari
Beton Normal 33431 27748 37,93
SFRC 1% 26161 21714 11,43
SFRC 1,5% 26034 21608 16,86
SFRC 2% 26154 20878 8,91
SFRC 2,5% 23291 19332 2,1
Umur Beton 7 Hari
Beton Normal 39535 24514 31,81
SFRC 1% 25002 20751 20,8
SFRC 1,5% 21015 17442 15,29
SFRC 2% 19965 16571 6,77
SFRC 2,5% 20952 17390 -1,89
10000 13000 16000 19000 22000 25000 28000 31000
0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0%
Modulus Elastisitas (MPa)
Kadar Serat Baja
Perbandingan Modulus Elastisitas Dengan Kadar Serat Baja
ME (28 Hari) ME (14 Hari) ME (7 Hari)
PEMBAHASAN
Pengujian Slump
Berdasarkan hasil pengujian slump nilai rata-rata slump campuran beton normal, SFRC 1%, SFRC 1,5%, SFRC 2% dan SFRC 2,5% yaitu 15,273 cm 9,711 cm, 4,678 cm , 2,536 cm dan 1,533 cm. Hasil tersebut menujukan bahwa semakin tinggi kadar serat baja maka semakin rendah slump yang akan dicapai. Penurunan slump yang terjadi pada beton segar karena dengan penambahan serat baja maka akan membuat campuran beton segar semakin kental walaupun telah ditambahkan Superplasticizer.
Kuat Tekan
Berdasarkan grafik perbandingan kuat tekan rata-rata, kecenderungan nilai kuat tekan meningkat sebanding dengan penambahan kadar serat baja. Pada benda uji umur 28,14 dan 7 hari terjadi kecenderungan peningkatan kuat tekan akibat penambahan serat baja. Berdasarkan tabel diatas menujukan bahwa SFRC 2,5% memiliki kuat tekan tertinggi apabila dibandingkan dengan benda uji lainnya yang berumur sama. Peningkatan kuat tekan rata-rata benda uji SFRC 2,5% pada umur 28, 14 dan 7 hari akibat penambahan serat baja sebesar 14,16% , 22,8% dan 30,86% .
Namun, terjadi perbedaan kecenderungan pada benda uji SFRC 1,5% dengan umur beton 14 hari yang memiliki kuat tekan rata-rata 16,33 MPa bila dibandingkan dengan SFRC 1% yang memiliki kuat tekan rata-rata 16,54 MPa. Hal tersebut disebabkan terjadinya segregasi pada pengecoran karena beton segar yang dihasilkan encer. Perbedaan kecenderungan juga terjadi pada SFRC 1,5% dengan umur beton 7 hari yang mengalami penurunan kuat tekan rata-rata.
Hal tersebut disebabkan benda uji masih lembab tepat sebelum dilakukan pengetesan.
Kecenderungan peningkatan kuat tekan rata-rata pada umur beton 7 hari sedikit berbeda bila dibandingkan dengan SFRC 2,5% pada umur 14 dan 28 hari. Hal tersebut disebabkan pada beton umur 7 hari belum menghasilkan kuat tekan beton yang optimal. Senyawa C2S yang merupakan salah satu senyawa pada beton mulai bereaksi setelah umur beton 7 hari. Dari hasil pengujian ini menujukan bahwa kecenderungannya, semakin tinggi kadar serat baja semakin tinggi kuat tekan beton yang dicapai.
Penambahan serat baja menyebabkan pola keruntuhan lebih sukar terlihat karena terdapat beberapa benda uji yang hanya mengalami retak pada kulit luar beton. Hal tersebut terjadi karena serat baja meningkatkan daktilitas pada beton. Serat baja didalam beton dapat mengekang beton sehingga tidak timbul keruntuhan yang bersifat getas
Pada penelitian ini hasil kuat tekan tidak sesuai dengan kuat tekan rencana beton umur 28 hari yaitu sebesar 25 MPa. Kuat tekan yang didapatkan pada umur beton 28 hari adalah 16,12 MPa. Hal tersebut disebabkan karena faktor air semen yang cukup besar yaitu sebesar 0,62.
Nilai tersebut didapatkan berdasarkan ACI 211.1-91 [4] sedangkan menurut SNI-03-2834- 1993 [8], nilai faktor air semen untuk mencapai kuat tekan beton normal berkisar antara 0,4 sampai 0,6. Berikut merupakan perbandingan faktor air semen berdasarkan standar – standar tersebut:
Tabel 4. Hubungan antara Faktor Air Semen dan Kuat Tekan Beton.
Average compressive
strength at 28 days Effective water/cement ratio (by mass)
MPa Psi Non-air-entrained
concrete
Air-entrained concrete
- 7000 0,33 -
45 - 0,38 -
- 6000 0,41 -
40 - 0,43 -
35 5000 0,48 0,40
30 - 0,55 0,46
- 4000 0,57 0,48
25 - 0,62 0,53
- 3000 0,68 0,59
20 - 0,70 0,61
15 - 0,80 0,71
- 2000 0,82 0,74
Gambar 8. Hubungan Antara Kuat Tekan dan Faktor Air Semen (Benda Uji Berbentuk Silinder Diamater 150 mm, Tinggi 300 mm)
Sumber: ACI 211.1-91 [4] dan SNI -03-2834-1993 [8]
Faktor lainnya yang menyebabkan kuat tekan rencana tidak tercapai adalah specific gravity agregat halus yang kecil dan gradasi agregat kasar yang kurang baik. Specific gravity agregat halus sebesar 2,18 serta nilai absorbsi sebesar 11,61%. Nilai absorbsi yang besar akan menurunkan mutu beton karena ikatan pasta dengan agregat halus berkurang.
Modulus Elastisitas
Berdasarkan grafik perbandingan modulus elastisitas dengan kadar serat baja, benda uji dengan umur beton 28,14 dan 7 hari memiliki kecenderungan yang sama yaitu kecenderungan menurun akibat penambahan kadar serat baja. Hal tersebut menujukan bahwa penambahan serat baja akan meningkatkan porositas beton. Penambahan serat baja akan mengurangi workability dan kepadatan dari beton segar. Kepadatan yang rendah akan menimbulkan porositas. Pengaruh lainnya dari penambahan serat baja adalah peningkatan densitas beton.
Perbandingan Hasil Penelitian Dengan Penelitian Lain
Tabel 5. Perbandingan Hasil Penelitian Dengan Penelitian Lain
Hasil Penelitian
Srisadewo Fauzi
Vikrant S
[1] R.P. Dhakal [9]
Er.
Prashanty [10]
R.M.
Damgir [11]
Yu-Chen Ou [12]
Semsi Yazici [13]
Denny Irawan [14]
Jenis Fiber Steel Fiber
Bekisting (Cm)
Silinder (15x30)
Silinder
(10x20) Silinder (10x20) Silinder (15x30)
Kubus (15x15x15)
Silinder (15x30)
Kubus (15x15x15)
Silinder (15x30)
Variasi Kadar Serat(%) (Volume Beton)
1%, 1.5%,
2%,2.5% 0.5 % 0.5%,1%,1.5%2% 0.5%, 1%,
1.5% 0.5%-5%
0.57%, 1.14%, 1.43%, 1.71%, 1.86%, 2.14%, 2.43%
0.5%, 1%, 1.5%
0.5%, 0.75%,
1%
Panjang &
Diameter Fiber (mm)
60 & 0,75 (mm)
35 & 0,65
(mm) 30 & 0,75 (mm) 60 & 1
(mm) - 35 & 0,5
(mm) - -
Aspect
Ratio 80 53.85 43 60 60 70 80 -
Bentuk
Fiber Hook End Hook End Flattened End Crimped - Hook End Hook End -
Kadar Optimum Serat Baja
2.5% 0.5% 2% 1.5% 2% 2% 1% 1%
Kuat Tekan Beton Normal (28
Hari)
16 MPa 26 MPa 33 MPa 34 MPa 37.5 MPa 40 MPa 49.1 MPa 60 MPa
Tambahan
aditif - - - 8% Dari
Semen
5% dari
Semen - - 7.5% dari
Semen Tambahan
Admixture (% Dari
Berat Semen
Super Plasticizer
(0,75- 1,6%)
- -
Super Plasticizer
(0,75- 1,4%)
-
Super Plasticizer
1.5%
Super Plasticizer
2.5%
Super Plasticizer
2.5%
Peningkatan Kuat Tekan Dari Kadar Optimum
14% 18% 24.5% 21% 20.5% 25.5% 19% 31%
Keterangan:
: Beton mutu rendah, beton mutu sedang dan beton mutu tinggi
Penulis membandingkan hasil penelitian dengan penelitian yang didapatkan dari jurnal internasional dan penelitian skripsi Universitas Indonesia. Penulis membandingkan penambahan pada beton mutu sedang dan beton mutu tinggi. Berdasarkan hasil perbandingan, kadar optimum serat baja berkisar antara 1,5% - 2% khususnya pada beton mutu sedang dan tinggi. Hal tersebut disebabkan karena penambahan serat baja yang tinggi akan mengakibatkan porositas yang tinggi. Pengaruh dari bentuk dan dimensi serat baja tidak begitu besar pada peningkatan kuat tekan. Kecenderungan peningkatan pada beton berserat baja berkisar antara 15% - 30%. Pada beton mutu rendah dibutuhkan kadar serat baja yang lebih tinggi dibandingkan dengan beton mutu sedang dan mutu tinggi. Hal tersebut disebabkan pada mutu beton sedang dan tinggi memiliki faktor air semen yang rendah dibandingkan dengan beton mutu rendah. Pada beton mutu rendah memiliki faktor air semen yang tinggi sehingga lebih encer dan dapat mengisi rongga pada beton.
Selanjutnya, penulis akan membandingkan hasil penelitian untuk penggunaan alat Ultrasonic Pulse Velocity. Berikut merupakan hasil perbandingan penelitian:
Tabel 6. Perbandingan Hasil Penelitian Dengan Penelitian Lain (UPV)
Hasil Penelitian Srisadewo Fauzi
Kamran
Keikhaei [15] Semsi Yazici [13]
Jenis Fiber Steel Fiber
Variasi Kadar Serat(%) (Volume
Beton)
1%, 1.5%, 2%,2.5%
0.5%, 1%,
1.5% 0.5%, 1%, 1.5%
Panjang &
Diameter Fiber (mm)
60 & 0,75 (mm)
60 & 0,75
(mm) -
Aspect Ratio 80 80 80
Bentuk Fiber Hook End Hook End Hook End
Variasi Maksimum Serat
Baja
2.5% 1.5% 1.5%
Cepat Rambat
(Kontrol) (m/s) 4050 4960 4523
Penurunan Cepat
Rambat UPV 17,09% 5,85% 9,09%
Analisa Porositas Beton
Berdasarkan hasil perbandingan dengan penelitian lain, terjadi penurunan kecepatan rambat pada beton berserat baja. Penurunan cepat rambat disebabkan kadar serat baja yang tinggi pada beton sehingga porositas cukup tinggi. Pada kadar serat baja yang tinggi, cukup sulit untuk memadatkan campuran beton segar sehingga timbul rongga – rongga pada beton. Kadar serat baja yang tinggi akan menimbulkan kecenderungan balling effect atau penggumpalan pada serat baja. Penurunan cepat rambat mengakibatkan penurunan pada modulus elastisitas dinamis.
KESIMPULAN
Berdasarkan data dan analisa penelitian dari perilaku kuat tekan beton dengan penambahan serat baja dapat disimpulkan bahwa:
Kuat tekan rencana (Fc’ = 25 MPa) tidak tercapai karena pengaruh faktor air semen yang terlalu tinggi, absorbsi agregat halus yang besar dan gradasi agregat kasar yang kurang baik.
Semakin tinggi kadar serat baja terhadap volume total (volume fraction) dalam beton segar maka semakin rendah slump yang didapatkan.
Semakin tinggi kadar serat baja terhadap volume total (volume fraction) maka akan terjadi efek gumpal (Balling effect) dari serat baja sehingga serat baja tidak tersebar secara merata dan menyebabkan porositas yang tinggi.
Penambahan serat baja akan meningkatkan densitas dari beton yang telah mengeras.
Metode penambahan serat baja pada beton segar akan mempengaruhi hasil kuat tekan beton.
Semakin tinggi kadar serat baja dalam beton yang telah mengeras maka semakin tinggi kuat tekan beton namun semakin tinggi pula porositas dari beton tersebut.
Persentase optimum kadar serat baja berdasarkan penelitian skripsi ini tidak dapat ditemukan berdasarkan hasil penelitian karena kecenderungan peningkatan kuat tekan beton akibat penambahan serat baja.
Persentase optimum kadar serat baja pada beton mutu rendah lebih tinggi dibandingkan dengan beton mutu sedang dan mutu tinggi.
Peningkatan kuat tekan tertinggi sebesar 14,16% pada umur beton 28 hari dengan kadar serat baja sebesar 2,5%.
Pola keruntuhan beton akan sukar terlihat seiring penambahan serat baja pada beton.
Terjadi kecenderungan penurunan cepat rambat gelombang ultrasonik pada alat UPV akibat penambahan serat baja dalam beton.
Perbedaan tertinggi pada modulus elastisitas penelitian dengan modulus elastisitas teori sebesar 37,93%.
SARAN
Untuk menyempurnakan penelitian beton berserat baja, berikut merupakan saran yang dianjurkan:
Pada mix design, sebaiknya menggunakan standar SNI karena material dan kondisi geografis yang berbeda apabila menggunakan standar ACI.
Pembuatan benda uji untuk kadar serat yang sama sebaiknya dilakukan pembuatan benda uji secara bersamaan sehingga didapatkan hubungan peningkatan kekuatan terhadap umur beton yang lebih representatif.
Melakukan kontrol kualitas pada material campuran beton dan beton yang telah mengeras.
Disarankan penggunaan destructive test untuk mengetahui modulus elastisitas statis dan hubungan tegangan dan regangan beton berserat baja.
Diperlukan studi perilaku beton berserat baja lebih lanjut seperti kuat tarik, kuat geser, beban kejut dan lain-lain.
Diperlukan studi perilaku beton dengan penambahan jenis serat lainnya
DAFTAR REFERENSI
[1] Vikrant.S. (2012). Investigation of Steel Fiber Reinforced Concrete on Compressive and Tensile Strength. International Journal of Engineering Research & Technology
[2] Standar Nasional Indonesia (2002). Tata cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03- 2847-2002). Jakarta: Badan Standarisasi Nasional
[3] Metha, P.K. & Monteiro P.J.M. (2001). Concrete Microstructure, Properties and Materials. Amerika
[4] American Concrete Institute (1991). Standard Practice for Selecting Proportions for Normal Heavyweight and Mass Concrete (ACI 211.1-91) Amerika: American Concrete Institute
[5] American Society for Testing and Materials (2012). Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens (ASTM C39/C39M -12). Amerika: ASTM International
[6] American Society for Testing and Materials (2009). Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete (ASTM C597-09). Amerika: ASTM International
[7] Lamond. J.F. Significance of Tests and Properties of Concrete and Concrete-Making Materials. Amerika [8] Standar Nasional Indonesia (1993). Tata Cara Pembuatan Rencana Campuran Beton Normal (SNI03-2834-
1993). Jakarta : Badan Standarisasi Nasional
[9] Dhakal, R.P. Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete in Compression. University of Canterbury
[10] Prashanty, E.R (2011). Effect of Steel Fiber on Modulus of Elasticity of Concrete. International Journal of Advanced Engineering Sciences and Technologies
[11] Damgir, R.M. (2011). Compressive Strength for FRC Member using Silica Fume. International Journal of Engineering and Technology
[12] Yu, C.O. Compressive Behavior os Steel Fiber Reinforced Concrete with a High Reinforcing Index.
American Society of Civil Engineers
[13] Yazici, S. Effect of Aspect Ratio and Volume Fraction os Steel Fiber On The Mechanical Properties of SFRC. Turkey.Elsevier
[14] Denny Irawan. (1995). Studi Perilaku Mekanik Akibat Tegangan Geser Pada Beton Mutu Tinggi Dengan Bahan Tambah Serat Baja. Indonesia
[15] Kekhaei K. (2012). Properties of Concretes Produced by Single and Combined Hooked End Discontinous Discrete Steel Fibers. Cyprus.
