6
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Beton adalah bahan yang diperoleh dengan cara mencampurkan semen portland, air, dan agregat dengan atau tanpa bahan campuran tambahan yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia tambahan, serat sampai bahan buangan non kimia pada perbandingan tertentu (Tjokrodimuljo, 1996).
Bahan tambah adalah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, dan agregat), yang ditambahakan pada adukan beton, sebelum atau selama pengadukan beton. Tujuannya adalah mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam keadaan segar atau setelah mengeras, misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer adukan, menambah kuat tekan, menambah daktilitas, mengurangi sifat getas, mengurangi retak-retak pengerasan dan sebagainya (Tjokrodimuljo, 1996).
Pada penelitian yang dilakukan oleh Yanita Nurul Chotimah (2014) untuk Struktur beton bertulang merupakan salah satu struktur yang sangat diandalkan kekuatannya saat ini dan banyak dimanfaatkan pada pembangunan gedung-gedung tinggi, tower, jalan beton dan bangunan air. Struktur demikian membutuhkan beton mutu tinggi dengan kuat tekan lebih besar dari 6000 Psi atau 41,4 MPa. Dengan demikian perlu adanya peningkatan mutu beton dengan langkah menambahkan serat bendrat pada beton segar yang bertujuan meningkatkan kuat tekan beton.
Pada penelitian yang dilakukan oleh A. Pujianto (2010) untuk penambahan Abu sekam padi pada beton yaitu semakin besar kadar Abu sekam padi semakin menurun nilai slumpnya. Hal tersebut diakibatkan karena Abu sekam padi lebih banyak menyerap air jika dibandingkan dengan semen, sehingga adukan menjadi lebih kering yang kemudian mempengaruhi nilai slump beton segar menjadi semakin rendah sesuai dengan kadar Abu sekam padi yang ditambahkan.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Pricillia Mindrasari, Persentase bahan tambah abu sekam padi yang digunakan adalah 0%; 5%; 10 %; 15%;
dan 20%. Setiap variasi benda uji masing-masing direndam dalam air laut bergerak dan air tawar diam sebagai indikasi abrasi dari gelombang zat cair. Pengujian dilakukan setelah benda uji berumur 28 hari. Pada analisis pengujian X-ray fluorescence (XRF) abu sekam padi,diperoleh kandungan terbesar yaitu SiO2 yaitu sebesar 82,59%, yang mana menunjukan bahwa kandungan silica yang ada pada abu sekam padi sangatlah besar. Dan hal ini bisa meningkatkan mutu kuat tekan beton. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penambahan bahan tambah abu sekam padi pada beton mutu tinggi mempengaruhi nilai kuat tarik belah dan modulus of rupture dimana akan meningkat hingga kadar 15% dari berat semen dan menurun pada kadar 20% dari berat semen
Menurut ACI Comitee 544 (1984) beton bertulang serat, fiber reinforced concrete, adalah bahan komposit yang dibuat dari bahan semen hidrolis, agregat halus atau campuran agregat kasar ditambah dengan sejumlah serat yang disebarkan secara acak. Hasil dari percobaan menunjukkan bahwa serat yang disebar secara acak mempunyai tahanan lentur dan kuat tarik yang lebih besar bila dibandingkan dengan serat yang disebar seacara teratur dengan peningkatan kuat tarik sebesar 20% ( Giaccio dkk, 1986). Ide dasar penambahan serat adalah beton diberi tulangan serat baja yang ditambahkan pada beton saat membuat adukan dimana serat
dimasukkan dengan cara ditaburkan, dengan adanya serat baja yang tertanam dalam beton tersebut dapat mencegah terjadinya retakan- retakan beton didaerah tarik yang terlalu awal akibat pembebanan (Soroshian & Bayasi, 1987). Dewasa ini jenis serat yang sering dipakai di luar negeri adalah serat baja atau steel fiber yang mempunyai diameter antara 0,45 mm sampai 0,1 mm dan dengan panjang serat yang beragam antara 12,70 mm sampai 63,50 mm, mempunyai bentuk geometri yang beraneka ragam untuk meningkatkan tahanan tarik. Disamping itu jumlah serat yang ditambahkan dalam adukan berkisar antara 0,25% fraksi volume (20 kg/m3) sampai dengan 2% fraksi volume atau 157 kg/m3.
Beberapa jenis serat telah banyak diteliti oleh banyak peneliti dan digunakan baik di dalam maupun di luar negeri. Hasil positif dari penggunaan serat melandasi pemikiran bagaimana aplikasi yang praktis dan ekonomis. Salah satu ide yang ingin dikembangkan dalam penelitian ini adalah bagaimana kontribusi serat dalam material beton mutu tinggi metode American Concrete Institute (ACI) berserat bendrat.
Keausan beton didefinisikan kemampuan beton khususnya bagian permukaan untuk menahan gaya atau beban yang melewatinya dapat berupa gesekan maupun aliran.
2.2. Landasan Teori 2.2.1. Pengertian Beton
Beton diperoleh dengan cara mencampurkan semen, air, dan agregat dengan atau tanpa bahan tambahan (admixture) tertentu. Material pembentuk beton tersebut dicampur merata dengan komposisi tertentu menghasilkan suatu campuran yang homogen sehingga dapat dituang dalam cetakan untuk dibentuk sesuai keinginan. Campuran tersebut bila dibiarkan akan mengalami pengerasan sebagai akibat reaksi kimia antara
semen dan air yang berlangsung selama jangka waktu panjang atau dengan kata lain campuran beton akan bertambah keras sejalan dengan umurnya. (Istimawan Dipohusodo, 1994)
2.2.2. Beton Mutu Tinggi
Beton mutu tinggi merupakan beton yang mempunyai sifat khusus yang berbeda dengan beton biasa, seperti tingkat susut (shrinkage) rendah, permeabilitas rendah modulus elastisitas tinggi dan kuat tekan tinggi.
Beton mutu tinggi umumnya memiliki faktor air semen yang rendah (fas) dengan rentang 0,2-0,45. Semakin rendah fas maka porositas beton juga cenderung semakin rendah.
Kriteria beton mutu tinggi selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat mutu yang berhasil dicapai. Tahun 1950-an beton dengan kuat tekan 30 MPa sudah dikategorikan sebagai beton mutu tinggi. Tahun 1960-an hingga awal 1970-an, kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini, disebut mutu tinggi untuk kuat tekan di atas 50 MPa-80 MPa (Supartono, 1998).
Sementara itu, beton mutu tinggi (high strength concrete) yang tercantum dalam SNI 03-6468-2000 (Pd T-18-1999-03) didefinisikan sebagai beton yang mempunyai kuat tekan yang disyaratkan lebih besar sama dengan 41,4 MPa. Upaya untuk mendapatkan beton mutu tinggi yaitu dengan meningkatkan mutu material pembentuknya misalnya kekerasan agregat dan kehalusan butir semen. Selain itu, pencampuran beton mutu tinggi perlu di tambahkan admixture seperti superplasticizer dengan dosis dan jumlah yang tepat agar workability beton tetap tinggi. Selain itu penambahan material berukuran lebih kecil dari semen, seperti silica fume berfungsi mengurangi rongga di dalam beton dapat dikurangi sehingga beton menjadi lebih padat. Ketika terjadi peningkatan kepadatan,
porositas dalam beton berkurang dan menyebabkan beton lebih kedap terhadap air dan material perusak lainnya sehingga beton menjadi lebih tahan lama.
Menurut American Concrete Institude (ACI) Committee, Beton Mutu Tinggi adalah beton yang memenuhi kombinasi kinerja khusus dengan sesuai dengan yang diinginkan yang tidak ditemui secara rutin pada beton konvensional, diantaranya:
a. Mudah pengerjaanya b. Mudah di bentuk c. Kedap dan padat
d. Durable terhadap lingkungan, kekerasan yang memadai e. Umur layan lebih lama (sekitar 75 tahun atau lebih) f. panas hidrasi yang rendah
g. Stabilitas volume yang memadai (minimum shrinkage atau ekpansi termal)
h. Kemampuan mengalir (flowability) dan self-leveling yang memadai Perbedaan perancangan beton mutu tinggi dengan beton normal adalah bagaimana mencari susunan gradasi ukuran butir yang dapat mengisi ruang kosong pada matrix semen. Sedangkan pada beton mutu tinggi dengan filler nanomaterial ukuran butir yang digunakan dalam rentang nanometer yang disingkat nm. Dengan pemilihan degradasi yang tepat, akan diperoleh kepadatan persatuan volum (packing density).
Menurut Nawy (1996) beton mutu tinggi didefinisikan sebagai beton dengan kuat tekan yang lebih besar dari 6000 psi atau 42 MPa pada umur 28 hari, dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Klasifikasi High Strength Concrete, High Performance Concrete
Parameter High Strength Very High Ultra High Strength Strength Kuat Tekan
(Strength), 6000-14500 14500-21750
>21750 (150)
psi (Mpa) (42-100) (100-150)
W/(C+P) ratio 0.45-0.30 0.30-0.24 <0.24 Bahan Tambah
Kimiaa WRA/HR WR HR WR HR WR
Bahan Tambah Mineral
Abu sekam padi atau
silica fumeb silica fumeb Dikombinasikan
dengan silica fume Koefisien
Permeabilitas c10-11 10-12 <10-14
(cm/sec) Freeze-thaw
protection
No freezeable
Water
(Sumber : Edward G Nawy, 1996)
Keterangan :
WRA : Water Reducer Agent
aHRWR : High Range Water Reducer (Superplasticizer)
bDapat juga dicampur dengan Abu sekam padi
Koefisien permeabilitas untuk beton normal adalah ≈10-10
Manfaat beton mutu tinggi di bidang teknik sipil :
a. Menghasilkan beton dengan ketahanan tinggi (high durability)
b. Menghasilkan beton dengan kuat tekan awal yang tinggi dan mempercepat pelaksanaan konstruksi
c. Meningkatkan nilai modulus elastisitas dan mengurangi efek rangkak (creep)
d. Memungkinkan pembangunan konstruksi bangunan tingkat tinggi (high rise contruction)
e. Memperkecil dimensi kolom, sehingga penggunaan ruang lantai lebih efisien
Adapun kelemahan pengunaan beton mutu tinggi adalah : a. Meningkatkan biaya beton per unit volume
b. Memerlukan kontrol kualitas terhadap mutu beton dan kebutuhan produksi
c. Workability kurang baik dan sering kali menurun dengan cepat setelah waktu pencampuran
d. Menghasilkan panas hidrasi tinggi sehingga perlu menurunkan hidrasi semennya
(Sumber : L. J. Parrot, 1988)
Contoh aplikasi beton mutu tinggi adalah:
a. Bangunan yang memerlukan masa layan pada umur awal (kekerasan awal)
b. Bangunan-bangunan tinggi dengan reduksi ukuran kolom dan meningkatkan luasan yang tersedia.
c. Struktur bagian atas dari jembatan-jembatan bentang panjang dan untuk mengembangkan durabilitas lantai-lantai jembatan.
d. Untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan khusus dari aplikasi-aplikasi tertentu seperti durabilitas, modulus elastisitas dan kekuatan lentur.
Beberapa dari aplikasi ini termasuk dam, atap-atap tribun, pondasi- pondasi pelabuhan, garasi-garasi parkir, dan lantai-lantai heavy duty pada area industri.
2.2.3. Material Dasar Pembentuk Beton
Material dasar pembentuk beton terdiri atas semen, agregat, air, dan bahan tambah bila diperlukan (SKSNI T 15-1990-03). Perbandingan tersebut mengacu pada standar American concrete Institute (ACI), atau Road Note No.4 yang diperbarui dengan The British Mix Design Method atau yang lebih dikenal dengan Department Of Environment (DOE), atau campuran coba-coba (Tjokrodimuljo, 1996). Kajian mengenai material dasar pembentuk beton akan disajikan sebagai berikut:
2.2.3.1. Semen Portland
Semen berfungsi untuk merekatkan butir-butir agregat agar terjadi suatu massa yang padat dan juga mengisi rongga-rongga diantara butiran- butiran agregat. Salah satu jenis semen yang biasa dipakai dalam pembuatan beton ialah semen portland. Bahan dasar pembentuk semen portland terdiri dari kapur, silika, alumina dan oksida besi. Oksida tersebut bereaksi membentuk suatu produk akibat peleburan. Unsur- unsur pembentuk semen dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.2 Susunan Unsur Semen Portland
Oksida Persen (%)
Kapur (CaO) Silika (SiO2) Alumina (Al2O3) Besi (Fe2O3)
Magnesium (MgO) Sulfur (SO3)
Soda/potash (Na2O+K2O)
60 - 65 17 - 25 3 - 8 0,5 - 6 0,5 - 4 1 - 2 0,5 - 1 Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo (1996)
Pada umumnya semen portland diklasifikasikan menjadi 5 jenis, seperti yang tercantum pada Tabel 2.2.
Tabel 2.3 Jenis-jenis Semen Portland Jenis
Semen
Karakteristik Umum
Jenis I Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus.
Jenis II Semen Portland yang penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.
Jenis III Semen Portland yang penggunaannya memerlukan persyaratan kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan.
Jenis IV Semen Portland yang penggunaannya menuntut panas hidrasi rendah.
Jenis V Semen Portland yang penggunaannya menuntut persyaratan sangat tahan terhadap sulfat.
Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo (1996 : 11)
Dalam pedoman beton 1989 disyaratkan dalam pembuatan beton harus memenuhi syarat-syarat SNI 0013-18 “Mutu dan Cara Uji Semen”. Dalam penelitian ini digunakan semen jenis PC yang digunakan untuk tujuan umum.
2.2.3.2. Agregat
Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran mortar atau beton. Kira-kira 70 % volume mortar atau beton diisi oleh agregat. Agregat sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat mortar atau beton, sehingga pemilihan agregat merupakan suatu bagian penting dalam pembuatan mortar atau beton (Tjokrodimuljo,1996).
Penggunaan agregat bertujuan untuk memberi bentuk pada beton, memberi kekerasan yang dapat menahan beban, goresan dan cuaca, mengontrol workability,serta agar lebih ekonomis karena menghemat pemakaian semen.
Agregat yang dipakai campuran beton dibedakan menjadi dua jenis yaitu agregat halus dan agregat kasar.
a. Agregat Halus
Menurut Tjokrodimuljo (1996), agregat halus adalah agregat yang berbutir kecil (antara 0,15 mm dan 5 mm). Dalam penelitian agregat halus harus benar-benar memenuhi persyaratan yang telah ditentukan.
Karena sangat berpengaruh pada pengerjaan (workability), kekuatan (strength), dan tingkat keawetan (durability) dari beton yang dihasilkan.
Pasir sebagai pembentuk mortar bersama semen dan air, berfungsi mengikat agregat menjadi satu kesatuan yang kuat dan padat.
Untuk memperoleh hasil beton yang seragam, mutu pasir harus dikendalikan. Oleh karena itu pasir sebagai agregat halus harus memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan.
Tabel 2.4. Batasan Susunan Butiran Agregat Halus Ukuran
Saringan (mm)
Persentase Lolos Saringan
Daerah 1 Daerah 2 Daerah 3 Daerah 4 9,50 100 100 100 100
4,75 90 - 100 90 - 100 90 - 100 95 - 100
2,36 60 - 95 75 - 100 85 - 100 95 - 100 1,18 30 - 70 55 - 90 75 - 100 90 - 100 0,85 15 - 34 35 - 59 60 - 79 80 - 100 0,30 5 - 20 8 - 30 12 – 40 15 - 50 0,15 0 - 10 0 - 10 0 – 10 0 - 15 Sumber : Tjokrodimuljo (1996)
Keterangan :
Daerah 1 : Pasir kasar Daerah 2 : Pasir agak kasar Daerah 3 : Pasir agak halus Daerah 4 : Pasir halus
b. Agregat Kasar
Agregat kasar adalah agregat yang ukuran butirannya lebih dari 5 mm (PBI 1971). Agregat kasar untuk beton dapat berupa kerikil atau batu pecah. Kerikil adalah bahan yang terjadi sebagai hasil desintegrasi alami sedangkan batu pecah adalah bahan yang diperoleh dari batu yang digiling (dipecah) menjadi pecahan- pecahan berukuran 5-70 mm.
Tabel 2.5. Batasan Susunan Butiran Agregat Kasar UkuranSaringan
(mm)
Persentase Lolos Saringan (%)
40 mm 20 mm
40 95 – 100 100
20 30 – 70 95 – 100
10 10 – 35 25 –55
4,8 0 – 5 0 – 10
Sumber : Tjokrodimuljo (1996)
2.2.3.3. Abu Sekam Padi
Penggilingan padi selalu menghasilkan kulit gabah yang cukup banyak yang akan menjadi material sisa. Ketika bulir padi digiling, 78% dari beratnya akan menjadi beras dan akan menghasilkan 22% berat kulit gabah. Kulit gabah ini dapat digunakan sebagai bahan bakar dala proses produksi. Kulit gabah terdiri dari 75% bahan mudah terbakar dan 25%
berat akan berubah menjadi abu. Abu ini dikenal dengan Rice Husk Ask
(RHA) yang mempunyai kandungan silika reaktif (amorphous silica) sekitar 85-90%.Jadi dari setiap 1000 kg padi yang digiling akan dihasilkan 220 kg (22%0 kulit gabah. Bila kulit gabah itu dibakar pada tungku pembakaran maka akan mengkasilkan sekitar 55 kg (25%RHA).Untuk membuat abu kulit gabah menjadi silika reaktif yang dapat digunakan sebagai material pozolan dalan beton maka diperlukan kontrol pembakaran yang baik.Temperatur tungku pembakaran tidak melebihi 800ºC sehingga dapat dihasilkan RHA yang terdiri dari silika yang tidak terkristalisasi. Jika kulit gabah ini terbakar pada suhu lebih dari 850ºC maka akan mengkasilkan abu yang sudah terkristalisasi menjadi arang dan tidak reaktif lagi sehingga tidak memiliki sifat pozzolan.(Paul Nugroho Antoni Buku Tehnologi Beton)
Sekam padi dioven pada suhu antara 600ºC – 700ºC di laboratorium Transportasi Politeknik Negeri Sriwijaya sehingga menghasilkan Abu.
Dari hasil pengujian abu sekam padi di laboratorium Dinas Pertambangan dan Energi Palembang didapat hasil Kandungan senyawa kimia yang terdapat didalam abu sekam padi adalah :
Tabel 2.6 Susunan Unsur Abu Sekam Padi
Oksida Persen
(%)
SiO 2 89,64 %
Fe 2 O 3 0,06 %
Al 2 O 3 0,73 %
CaO 3,56 %
Sumber : Dharma Putra,(2006)
Dilihat dari kandungan senyawa diatas, maka abu sekam padi dapat digunakan sebagai pozzollan karena mengandung SiO 2 + Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 lebih dari 70 % sesuai dengan mutu pozzollan yang disyaratkan ( Dharma Putra, 2006 )
2.2.3.4. Air
Dalam pelaksanaan suatu proyek, air adalah bahan yang sangat penting dan vital yang berfungsi antara lain:
a. Pembuatan adukan beton.
b. Pembuatan adukan untuk spesi.
c. Perawatan beton dan kegiatan penunjang lainnya.
Air diperlukan pada pembuatan beton agar terjadi reaksi kimiawi dengan semen yang menyebabkan pengikatan dan berlangsungnya pengerasan, untuk membasahi agregat dan untuk melumas butir-butir agregat agar dapat mudah dikerjakan dan dipadatkan. Untuk bereaksi dengan semen, air yang diperlukan hanya sekitar 25% dari berat semen, namun dalam kenyataannya nilai faktor air semen yang dipakai sulit kurang dari 0,45.
Karena beton yang mempunyai proporsi air sangat kecil menjadi kering dan sukar dipadatkan. Oleh sebab itu, dibutuhkan tambahan air untuk menjadi pelumas campuran agar mudah dikerjakan dan karena seluruh bagian air menguap ketika beton mengering dengan meninggalkan rongga-rongga, maka penting dalam hal ini untuk menjaga agar air yang digunakan seminimal mungkin.
Air yang digunakan harus memenuh syarat-syarat air untuk pengerjaan beton. Menurut SNI 03-2847-2002 syarat-syarat air yang boleh digunakan antara lain:
a. Tidak boleh mengandung minyak, asam, alkali, garam-garam, dan bahan-bahan kimia (asam alkali), bahan organik yang dapat merusak beton atau baja tulangan.
b. Sebaiknya dipakai air bersih yang dapat diminum.
c. Air yang dapat dipakai sebaiknya diuji dulu sehingga dapat diketahui jenis dan kadar mineral yang terkandung didalamnya.
2.2.3. Beton Metode ACI
Metode American Concrete Institute (ACI) mensyaratkan suatu campuran perancangan beton dengan mempertimbangkan sisi ekonomisnya dengan memperhatikan ketersediaan bahan-bahan di lapangan, kemudahan pekerjaan, serta keawetan kekuatan dan pekerjaan beton.
Dalam metode American Concrete Institute (ACI) kuat tekan rata-rata yang ditargetkan (f’cr) untuk proporsi campuran berdasarkan campuran coba di laboratorium di ambil persamaan : f'cr = ( f'c + 9,66 )/ 0,9
Dengan ketetentuan kekuatan tekan rata-rata beton pada umur 28 hari yang didasarkan atas benda uji silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm. f’cr adalah kuat tekan rata-rata yang ditargetkan (MPa) dan f’c adalah kuat tekan rata-rata yang disyaratkan (MPa)
2.2.4 Beton Serat
ACI (American Concrete Institute) memberikan definisi untukbeton serat, sebagai suatu konstruksi yang tersusun dari bahan semen,agregat halus dan kasar serta sejumlah kecil serat. Menurut Tjokrodimuljo (1996), beton serat ialah bahan komposit yang terdiri dari beton biasa dan bahan lain yang berupa serat. Serat dalam beton ini berguna untuk mencegah adanya retak-retak sehingga menjadikan beton serat lebih daktail daripada beton biasa.
Beberapa sifat-sifat beton dapat diperbaiki dengan penambahan serat, di antarannya adalah meningkatnya daktilitas, ketahanan, kuat tarik dan lentur, ketahanan terhadap kelelahan, ketahanan terhadap pengaruh susutan, ketahanan terhadap abrasi, ketahanan terhadap pecahan atau fragmentasi, ketahanan terhadap pengelupasan.
Beton serat didefinisikan sebagai beton yang dibuat dari campuran semen, agregat, air dan sejumlah serat yang disebar secara acak seperti terlihat pada Gambar 2.1. Hasil dari percobaan menunjukkkan bahwa serat yang disebar secara acak mempunyai tahanan lentur dan kuat tarik yang lebih besar bila dibandingkan dengan serat yang disebar seacara teratur dengan peningkatan kuat tarik sebesar 20% ( Giaccio dkk, 1986). Ide dasar penambahan serat adalah beton diberi tulangan serat baja yang ditambahkan pada beton saat membuat adukan dimana serat dimasukkan dengan cara ditaburkan, dengan adanya serat baja yang tertanam dalam beton tersebut dapat mencegah terjadinya retakan-retakan beton didaerah tarik yang terlalu awal akibat pembebanan (Soroshian & Bayasi, 1987).
Dewasa ini jenis serat yang sering dipakai di luar negeri adalah serat baja atau steel fiber yang mempunyai diameter antara 0,45 mm sampai 0,1 mm dan dengan panjang serat yang beragam antara 12,70 mm sampai 63,50 mm, mempunyai bentuk geometri yang beraneka ragam untuk meningkatkan tahanan tarik. Disamping itu jumlah serat yang ditambahkan dalam adukan berkisar antara 0,25% fraksi volume (20 kg/m3) sampai dengan 2% fraksi volume atau 157 kg/m3. Penyebaran serat dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Serat tersebar merata dalam beton
Teori penulangan dalam mekanika retak berdasarkan pada kekuatan dari serat mencakup:
a. Menitik beratkan lekatan dan penjangkaran b. Memerlukan serat yang kuat dan kaku c. Retak sepanjang serat
d. Banyaknya kerusakan matrik beton
2.2.5. Pengertian Serat
Serat merupakan bahan tambah yang dapat digunakan untuk memperbaiki sifat atau kekuatan beton (Tjkrodimuljo1992). Serat memiliki peranan yang penting dalam komposit karena menentukan kinerja komposit secara keseluruhan (Balaguru dan Shah, 1992). Kinerja antar muka (Interface) antara serat dan matrik sangat ditentukan oleh kinerja serat, karena istilah lain untuk mempresentasikan antar muka adalah zona transisi antar muka, ZTA (Interfacial Transition Zona) (Bentur, et. al, 1996).
Perkembangan serat dimulai pada tahun 1960-an, dengan diterapkannya aplikasi serat anorganik sebagai tambahan pada beton, yaitu serat baja lurus (Balaguru dan Shah, 1992). Sejak tahun1970-an, serat polimer sintetis mulai digunakan secara komersial dengan tujuan antara lain sebagai kontrol retak awal. Inovasi ini diikuti aplikasi serat kaca yang tahan terhadap alkali, pada tahun 1980-an sampai dengan tahun 1990-an serat karbon mulai digunakan karena memiliki kuat tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan serat polimer sintetis (Balaguru dan Shah, 1992)
Ada beberapa jenis serat yang sudah dikenal saat ini, antara lain:
1. Naturally occuring fibers atau serat alami yang berasal dari alam, seperti serat tebu, serat kelapa, dan serat kayu.
2. Steel fibers atau serat baja, seperti kawat bendrat, seng, galvalum.
3. Fiberglass atau serat kaca
4. Polimeric fiber atau serat polimer, yakni serat yang berasal dari serat sintetis. Serat polimer terdiri dari polypropylene, polyethylene, polyester, nylon, carbon, dan acrylic.
2.2.6. Beton Mutu Tinggi Metode ACI dengan penambahan serat bendrat
Beton mutu tinggi metode ACI dengan penambahan serat tembaga, bahan betonnya mudah didapat di Pulau Jawa ini karena banyak terdapat gunung vulkanik, sedangan tembaga yang merupakan kawat tembaga dapat dibeli dalam bentuk kawat ataupun yang didapat berasal dari limbah kabel yang berasal dari tembaga. Beton mutu tinggi metode ACI berserat tembaga ini bisa dibuat rancang campur σk = 60 Mpa kira-kira menjadi f’c = 50 Mpa. Pada beton mutu tinggi menurut Dobrowalski (1998) kuat tekan mutu tinggi lebih besar dari 41,4 Mpa.
Dengan demikian beton mutu tinggi metode ACI berserat tembaga diharapkan kuat tekannya menjadi bertambah. Kekuatan tekan pada beton konvensional berkisar antara 17,5 - 40 Mpa sedangkan beton mutu tinggi dapat direncanakan kuat tekan > 41,4 Mpa.
2.2.7. Sifat Struktural Beton Serat
Peningkatan sifat struktural yang diperlihatkan oleh beton serat dipengaruhi oleh:
a. Orientasi penyebaran
Fibre dispersionatau teknik pencampuranadukan agar serat yang ditambahkan dapat tersebar merata dengan orientasi random dalam
beton. Arah penyebaran serat yang random dan terdistribusi secara merata dan baik akan menyebabkan peningkatan sifat struktural yang optimal. Untuk mencapai hal ini, faktor yang perlu diperhatikan adalah metode penyebaran dan pencampuran serat ke dalam adukan beton, konsentrasi, dan aspek ratio serat.
b. Lekatan pada alur retakan
Ukuran serat yang pendek dan tidak menerus memungkinkan terjadinya alur retak tidak melewati serat sehingga lekatan antara serat dan partikel penyusun beton dalam komposit tidak optimal. Apabila lekatan serat yang terjadi pada massa beton lebih kecil daripada kuat tarik serat maka kekuatan beton serat akan ditentukan oleh kuat lekat serat (bond strength).
c. Panjang tertanam serat yang tidak teratur (random)
Gaya aksial yang diakibatkan oleh tegangan lekat serat pada pasta semen merupakan fungsi dari panjang tertanam minimum serat pada bidang retak. Panjang tertanam serat ini juga tidak teratur.
2.2.8. Konsep Beton Serat
Pemakaian beton serat ada dua istilah yang sering digunakan untuk memudahkan perencanaan dan pengenalan kuantitas dan kualitas yang dihasilkan oleh penambahan serat, yaitu:
a. Fiber Volume (Vf)
Fiber Volume adalah prosentase volume serat (fiber) yang ditambahkan pada setiap volume beton. Dalam kenyataan, prosentase yang digunakan adalah berat seratnya yang dapat diketahui dari berat jenis serat. Umumnya semakin besar fiber volume (Vf) akan meninggikan kualitas beton. Selain itu Vf juga mempengaruhi workabilitas adukan beton serat.
b. Fiber Aspect Ratio (ld)
Fiber Aspect Ratio merupakan rasio antara panjang serat (l) dan diameter serat (d). Rasio perbandingan panjang dan diameter juga mempengaruhi kekuatan beton serat dan workabilitasnya.
2.2.9. Mekanisme Kerja Serat
Teori yang dipakai sebagai pendekatan untuk menjelaskan mekanisme kerja serat yaitu:
a. Spacing Concept
Spacing concept dalam teori ini diartikan dengan mendekatkan jarak antarserat dalam campuran beton sehingga beton akan lebih mampu membatasi ukuran retak dan mencegah berkembangnya retak menjadi lebih besar.
b. Composite Material Concept
Composite material concept atau konsep material komposit merupakan salah satu pendekatan yang cukup populer yang memperkirakan kuat tarik maupun kuat lentur dari beton serat. Konsep ini dikembangkan untuk memperkirakan kekuatan material komposit pada saat timbul retak pertama/first crack strength. Dalam konsep ini diasumsikan bahwa bahan penyusun saling melekat sempurna, bentuk serat menerus, dan angka poisson dari material dianggap nol.
Serat yang digunakan dalam beton serat adalah ukuran pendek/short fiber dan bukan continous fiber, maka perlu dikoreksi berdasarkan pertimbangan-pertimbangan berikut:
a. Orientasi dari short fiber yang ramdom akan mengurangi efisiensi penulangan serat terhadap material komposit
b. Lekatan yang tidak sempurna serta ukuran serat yang pendek dapat menyebabkan adanya alur retakan yang tidak melewati serat
c. Distribusi alur retakan yang sembarang menyebabkan alur retak tidak selalu memotong serat tepat di tengah-tengah
d. Efektifitas beton dapat menahan tarik pada saat timbul retak.
Mekanisme kerja serat dalam adukan beton secara bersama-sama adalah sebagai berikut:
a. Serat bersama pasta beton akan membentuk matriks komposit, dimana serat akan menahan beban yang ada sesuai dengan modulus elastisitasnya.
Gambar 2.2 Serat dalam Beton
b. Pasta beton akan semakin kokoh/stabil dalam menahan beban karena aksi serat (fiber bridding) yang sangat mengikat di sekelilingnya.
Gambar 2.3 Aksi Serat Bersama Pasta Semen
c. Serat akan melakukan dowel action (aksi pasak) sehingga pasta yang sudah retak dapat stabil/kokoh menahan beban yang ada.
Gambar 2.4 Aksi Pasak dalam Beton d p
d p
P
Pengaruh penambahan serat ke dalam adukan beton tergantung pada hal- hal berikut:
a) Jenis (ukuran dan bentuk) serat b) Aspek rasio serat
c) Konsentrasi serat
2.2.10. Kuat Tekan Beton (f’c)
Pengertian kuat tekan beton adalah besarnya beban per satuan luas, yang menyebabkan benda uji beton hancur bila dibebani dengan gaya tekan tertentu yang dihasilkan oleh mesin tekan. Kuat tekan beton merupakan sifat terpenting dalam kualitas beton dibanding dengan sifat-sifat lain.
Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan dari perbandingan semen, agregat kasar dan halus, airdan berbagai jenis campuran.
Perbandingan dari air semen merupakan faktor utama dalam menentukan kekuatan beton. Semakin rendah perbandingan air semen, semakin tinggi kekuatan desaknya. Suatu jumlah tertentu air diperlukan untuk memberikan aksi kimiawi dalam pengerasan beton, kelebihan air meningkatkan kemampuan pekerjaan (mudahnya beton untuk dicorkan) akan tetapi menurunkan kekuatan (Chu Kia Wang dan C. G. Salmon, 1990).
Beton relatif kuat menahan tekan. Keruntuhan beton sebagian disebabkan karena rusaknya ikatan pasta dan agregat. Besarnya kuat tekan beton dipengaruhi oleh sejumlah faktor antara lain :
1. Faktor air semen, hubungan faktor air semen dan kuat tekan beton secara umum adalah bahwa semakin rendah nilai faktor air semen semakin tinggi kuat tekan betonnya, tetapi kenyataannya pada suatu nilai faktor air semen tertentu kuat tekan betonnya semakin rendah.
Hal ini karena jika faktor air semen semakin rendah maka beton
semakin sulit dipadatkan. Dengan demikian ada suatu nilai faktor air semen yang optimal yang menghasilkan kuat tekan yang maksimal.
2. Jenis semen dan kualitasnya, mempengaruhi kekuatan rata-rata dan kuat batas beton.
3. Jenis dan lekuk-lekuk (relief) bidang permukaan agregat. Kenyataan menunjukkan bahwa pcnggunaan agregat batu pecah akan menghasilkan betondengan kuat desak maupun kuat tarik yang lebih besar dari pada kerikil.
4. Efisiensi dari perawatan (curing). Kehilangan kekuatan sampai 40 % dapat terjadi bila pengeringan terjadi sebelum waktunya. Perawatan adalah hal yang sangat penting pada pekerjaan dilapangan dan pada pembuatan benda uji.
5. Suhu, pada umumnya kecepatan pengerasan beton bertambah dengan bertambahnya suhu. Pada titik beku kuat hancur akan tetap rendah untuk waktu yang lama.
6. Umur pada keadaan yang normal, kekuatan beton bertambah dengan bertambahnya umur, tergantung pada jenis semen, misalnya semen dengan kadar alumina tinggi menghasilkan beton yang kuat hancurnya pada 24 jam sama dengan semen portland biasa pada 28 hari. Pengerasan berlangsung terus secara lambat sampai beberapa tahun.
Nilai kuat tekan beton didapat melalui cara pengujian standar,menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban bertingkat dengan kecepatan peningkatan tertentu atas benda uji silinder beton (diameter 15 cm.tinggi 30 cm) sampai hancur. Kuat tekan masing- masing benda uji ditentukan oleh tegangan tekan tertinggi (f’c) yang dicapai benda uji umur 28 hari akibat beban tekan selama percobaan.
Nilai kuat tekan beton beragam sesuai dengan umurnya dan biasanya ditentukan waktu beton mencapai umur 28 hari setelah pengecoran.
Umumnya pada umur 7 hari kuat tekan beton mencapai 70 % dan pada umur 14 hari mencapai 85 % sampai 90 % dari kuat tekan beton umur 28 hari (Himawan Dipohusodo,1994 : 10).Untuk mendapatkan besarnya tegangan hancur pada benda uji silinder digunakan rumus :
f’c = P/A ... (2.3) Dimana:
f’c = Kuat tekan beton benda uji silinder (MPa) P = Beban desak maksimum (N)
A = Luas permukaan benda uji silinder (mm² )
Pengujian Kuat Tekan beton mutu tinggi dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Alat Uji Kuat Tekan Beton
2.2.11. Permeabilitas dan penetrasi
Nilai penetrasi pada beton ditentukan oleh besarnya nilai permeabilitas beton. Permeabilitas adalah sifat dapat dilewati/dimasuki zat atau gas.
Jadi permeabilitas adalah kemudahan cairan atau gas untuk melewati beton. Beton yang baik adalah yang relatif tidak bisa dilewati oleh zat/gas,atau dengan kata lain mempunyai permeabilitas yang rendah.
Menurut (Murdock, 1991), beton tidak bisa kedap air secara sempurna.
Permeabilitas penting untuk diketahui karena pada beton bertulang terdapat tulangan baja yang berfungsi untuk menahan tegangan tarik yang bekerja pada beton dan lapisan beton akan melindungi baja agar tidak kontak langsung dengan udara luar yang dapat mengakibatkan reaksi oksidasi sehingga akan menyebabkan terjadinya korosi pada tulangan baja.
Baik ASTM maupun BS tidak terdapat tentang deskripsi uji permeabilitas secara rinci, namun berdasarkan (Murdock dan Brooks, 1987) (Concrete Technology,1987), uji permeabilitas beton dapat dilakukan denga cara sampel beton yang di- sealed dari air yang bertekanan pada sisi atasnya saja dan meliputi aspek banyaknya air yang mengalir lewat ketebalan beton pada waktu tertentu (seperti yang telah disyaratkan oleh SK SNI S- 36-1990-03 ayat 2.2.1.2).
Permeabilitas beton dapat pula diekspresikan sebagai koefisien permeabilitas K,yang dievaluasi berdasarkan hukum Darcy sebagai berikut :
dV = A’ (h)……… (2.3)
Q ……… (2.4)
Dengan kombinasi dan integrasi persamaan (2.3) dan(2.4) didapat
K = ln ………(2.5)
Dengan : V : Volume total yang diserap sampel (m³) A’ : Luas penampang pipa (m²)
h : Tinggi air dalam pipa (m) Q : Kecepatan aliran air (m³/dt)
A : Luas penampang sampel (m) L : Ketebalan penetrasi air (m) K : Koefisien permeabilitas air (m) Ho : Tinggi air mula-mula (m) Hi : tinggi air akhir (m)
t : waktu pengaliran (detik)
Nilai permeabilitas maksimum yang dianjurkan standar ACI 301 – 729 (revisi 1975) adalah sebesar 1,5E – 11 m/dt (4,8E-11 ft/dt).
Faktor air semen yang digunakan juga akan mempengaruhi besarnya koefisien permeabilitas. Makin tinggi faktor air semen akan menyebabkan nilai koefisien permeabilitas makin tinggi.
Faktor-faktor lain yang mempengaruhi besarnya permeabilitas beton adalah :
a. Mutu dan porositas dari agregat yang digunakan dalam adukan beton.
Dalam hal ini jenis , sifat dan porositas agregat akan mempengaruhi permeabilitas beton yang mana penggunaan agregat yang porous akan meningkatkan permeabilitas.
b. Umur beton
Dengan bertambahnya umur beton maka permeabilitanya akan menurun.
c. Gradasi agregat dalam adukan beton
Pemakaian agregat dengan gradasi yang kasar serta terlalu banyak pasir akan menyebabkan workabilitas turun sehingga memerlukan tambahan air untuk kemudahan pengerjaan yang baik dan akan berdampak pada meningkatnya permeabilitas.
d. Tingkat perawatan (curing) beton
Perawatan beton yang baik akan sangat berpengaruh sekali terhadap tingkat permeabilitas beton, oleh sebab itu perlu membasahi beton selama beberapa hari setelah pengecoran. (dalam Yusuf Efendi,2006)
Mekanisme pengaliran bertindak sebagai model yang teoritis untuk mengevaluasi karakteristik pengaliran beton dalam metode pengujian yang berbeda. Dalam (Dhir dan Jackson Neil,Ravindra K,1996), bentuk mekanisme pengaliran antara lain :
1. Absorbsi
Aliran zat cair yang disebabkan oleh tegangan permukaan. Aliran zat cair dipengaruhi oleh karakteristik zat cair berupa :
a. Vuscosity (kekentalan) b. Density (massa jenis)
c. Surface tension (tegangan permukaan)
Dan karakteristik zat padat yang lain berupa struktur pori (jari-jari dan pori-pori kapiler) dan surface energy.
2. Permeabilitas
Aliran zat cair atau gas yang disebabkan oleh tekanan. Permeabilitas tergantung pada struktur pori dari zat padat dan viskositas zat cair, aliran kapiler dapat berupa laminar atau turbulen. Untuk aliran turbulen, volume aliran tidak proporsional untuk tinggi tekanan.
3. Difusi
Perpindahan massa berupa ion atau molekul bebas yang bergerak secara acak di dalam pori-pori yang menghasilkan aliran dari daerah berkonsentrasi padat ke daerah berkonsentrasi rendah.
