PENGARUH PENGGUNAAN BERBAGAI SERAT PADA BALOK BETON MUTU TINGGI TERHADAP KEKUATAN GESER

(1)

PENGARUH PENGGUNAAN BERBAGAI SERAT PADA BALOK BETON MUTU

TINGGI TERHADAP KEKUATAN GESER

Joey Tirtawijaya1, Harianto Hardjasaputra2, Merryana2 1

Alumni Teknik Sipil, Universitas Pelita Harapan

2

Staf Pengajar Teknik Sipil, Universitas Pelita Harapan

ABSTRACT

The advanced in Concrete Technology enables us to use fibre as an additive for concrete mix design. This research intends to investigate how much fibre will improve compression strength, flexural strength and shear strength of the concrete. There are many kinds of fibre. But only four kinds are used in this research, such as steel fibre, mesh fibre, polyprophyelene fibre, and bamboo fibre. These four kinds of fibre are added into concrete mix at different percentage. Steel Fibre is added at four different percentages: 0.75%, 1.0%, 1.25% and 1.5% of concrete mix mass. Mesh fibre and polyprophyelene fibre are also added at four difference percentage: 0.05%, 0.075%, 0.1% dan 0.125% of concrete mix mass. And the last bamboo fibre is added at percentage of 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.5% of concrete mix mass. This research is expected to show the effect of fibre toward the shear strength of high strength concrete beam without strirrup.

Key words: Concrete, steel fibre, mesh fibre, polyprophyelene fibre, bamboo fibre, Shear strength

1. PENDAHULUAN

Beton merupakan material bangunan yang memiliki banyak keuntungan, diantaranya adalah relatif murah, memiliki kuat tekan yang tinggi, mudah dibuat, bahan-bahan pembentuknya mudah didapat, dan biaya perawatannya rendah. Akan tetapi material ini memiliki kekurangan yaitu tidak kuat terhadap gaya tarik, untuk menanggulangi kelemahan ini maka beton harus diperkuat dengan tulangan baja yang akan dicampur dalam pembuatan beton tersebut. Beton yang menggunakan tulangan baja sudah umum digunakan dalam pembuatan beton bertulang, oleh karena itu peneliti bermaksud untuk memberi variasi serat sebagai adiktif dalam membuat campuran beton maupun beton bertulang tersebut. Dalam penelitian ini, peneliti menggunakan beton mutu tinggi. Hal ini disebabkan efek serat yang ditambahkan hanya akan lebih berguna bila menggunakan beton mutu tinggi.

2. INFORMASI SERAT YANG DIGUNAKAN

Macam- macam Serat

Pada penelitian kali ini peneliti menggunakan empat macam serat, yaitu 1. Serat Polypropylene

Serat Polypropylen berupa filament tunggal ataupun jaringan serabut tipis yang berbentuk jala dengan panjang antar 6 mm sampai 50 mm dan memiliki diameter 90 mikron. Kadar serat Polypropylene yang digunakan dalam penelitian ini adalah 0.005 %, 0.075 %, 0.1 %, dan 0.125 %.

2. Serat Baja

Serat baja merupakan serat metalik yang memiliki kekuatan tarik antar 345MPa – 1380 MPa dengan panjang 45 mm dan diameter 0.25 mm - 1 mm. Serat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Crimped-end wire

dengan kadar serat 0.75 %, 1 %, 1.25 %, 1.5 %. 3. Serat Mesh

Serat Mesh merupakan salah satu serat polymeric, serat ini bentuknya mirip “jaring laba – laba”. Karena bentuknya yang solid maka dalam pencampuran serat ini harus dibantu untuk merobek – robekannya dengan tangan. Kadar serat mesh yang digunakan sama dengan kadar dari serat polypropylene yaitu 0.005 %, 0.075 %, 0.100 %, dan 0.125 %.

4. Serat Bambu

Serat bambu yang digunakan dibuat dari bambu yang telah dihaluskan sampai berbentuk seperti lembaran dengan panjang + 3 cm. Kuat tarik dan modulus elastisitas bambu sekitar 2500 kg/cm2 dan 200000 kg/cm2. Kadar serat bambu yang digunakan dalam penelitian ini adalah 0.2 %, 0.3 %, 0.4 %, dan 0.5 %.

(2)

Gambar 1: Serat Polypropylene, Serat Baja, Serat Mesh, Serat Bambu Bahan Aditif

Pada penelitian ini bahan tambahan yang digunakan adalah Silica Fume dengan nama dagang Sika Fume, produksi PT. Sika. Aditif ini memenuhi standar ASTM C 1240-00. Sika Fume digunakan dengan dosis 3%-10% dari berat semen. Fungsi aditif ini antara lain: meningkatkan kekuatan beton, mengurangi pengaruh klorida, mengurangi komposisi air, dan mengurangi penyerapan terhadap gas. Bahan aditif lainnya adalah Super Plastisizer dengan nama dagang Sika Viscocrete 10 yang diproduksi PT. Sika. Aditif ini memenuhi standard pREN 934-2. Sika Viscocrete 10 digunakan dengan dosis 0.2%-0.6% dari berat semen. Fungsi aditif ini antara lain: mempercepat waktu setting, meningkatkan kekuatan awal, dan mengurangi bahaya retak.

3. METODOLOGI PENELITIAN

Pada penelitian digunakan tiga macam benda uji:

• silinder (diameter 15cm, tinggi 30cm) untuk uji tes tekan

• balok (panjang 65cm, lebar 10cm, dan tinggi 15cm) untuk uji lentur

• lempengan (panjang 20cm, lebar 3cm, dan tebal 1cm) untuk uji tarik.

Total benda uji sebanyak 138 buah, terbagi menjadi 86 balok, 18 silinder, dan 34 lempengan.

4. ANALISA DAN PEMBAHASAN

Uji Tekan Silinder Beton

Tabel 1. Kuat Tekan Silinder Polos dan Silinder dengan Berbagai Variasi Serat

No Serat Kode Keterangan fc' (MPa)

1 SPTS -1 Tanpa serat 56.57

2 Tanpa Serat SPTS -2 Tanpa serat 55.72

3 SPSPPA Serat Polyprophylene kadar 0.05% 56.00 4 SPSPPB Serat Polyprophylene kadar 0.075% 56.57 5 SPSPPC Serat Polyprophylene kadar 0.10% 56.28 6

Polyprophylene

SPSPPD Serat Polyprophylene kadar 0.125% 59.39

7 SPSMEA Serat mesh kadar 0.05% 56.85

8 SPSMEB Serat mesh kadar 0.075% 56.00

9 SPSMEC Serat mesh kadar 0.10% 56.00

10

Mesh

SPSMED Serat mesh kadar 0.125% 57.13

11 SPSBMA Serat bambu kadar 0.20% 56.57

12 SPSBMB Serat bambu kadar 0.30% 57.13

13 SPSBMC Serat bambu kadar 0.40% 59.39

14

Bambu

SPSBMD Serat bambu kadar 0.50% 59.11

15 SPSBJA Serat baja kadar 0.75% 60.24

16 SPSBJB Serat baja kadar 1.00% 60.53

17 SPSBJC Serat baja kadar 1.25% 60.24

18

Baja

(3)

Hasil pengujian kuat tekan silinder menunjukan bahwa dengan menggunakan tambahan variasi serat, diperoleh kuat tekan pada umur 28 hari meningkat ±10% dari kekuatan rencananya. Perbedaan kekuatan beton pada umur 28 yang dihasilkan dari silinder polos tanpa serat dan silinder polos dengan variasi serat berkisar antara ± 4MPa (± 7%). Maka dapat disimpulkan bahwa serat tidak banyak pengaruh pada kekuatan tekan silinder.

Uji Lentur Balok Beton

Uji lentur balok akan mendapatkan nilai fr (kuat lentur) dan vc (kuat geser). Nilai fr diperoleh dari retak pertama

balok dengan dan tanpa tulangan lentur. Tulangan lentur yang digunakan adalah 2D10. Nilai Vc hanya didapat dari

balok dengan tulangan lentur. Berikut ini adalah tabel hasil dari nilai fr dan vc terhadap berbagai serat.

Tabel 2. fr dan vc pada Balok Tanpa Serat

Serat Kode fr (MPa)

fr retak pertama (MPa) Vc teori (MPa) Vc (MPa) BPTS

(Tanpa Tulangan lentur) 4.1 - - -

Tanpa Serat

BTTS

(Dengan Tulangan lentur 2D10) - 6.1 1.18 1.74

Bila dibandingkan dengan nilai teori, yaitu vc = dengan fc’ rencana 50 Mpa maka didapat vc adalah 1.18 MPa,

berarti hasil yang didapat sudah berada diatas hasil teori.

Tabel 3. Pola Keruntuhan pada Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Polyprophyelene

Kode Pola Keruntuhan Kode Pola Keruntuhan

BPSPP-A Tanpa Tulangan lentur (0.05%)

BPSPP-A

dengan Tulangan lentur 2D10 (0.05%)

BPSPP-B Tanpa Tulangan lentur (0.075%)

BPSPP-B dengan Tulangan lentur

2D10 (0.075%) BPSPP-C

Tanpa Tulangan lentur (0.10%)

BPSPP-C dengan Tulangan lentur

2D10 (0.10%) BPSPP-D Tanpa Tulangan lentur (0.125%) BPSPP-D denganTulangan lentur 2D10 (0.125%)

Tabel 4. fr dan vu pada Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Polyprophyelene

Serat Kode Keterangan fr (MPa) fr retak pertama (Mpa) Vc (MPa) TANPA SERAT BPTS (0%) 4.1 - - BPSPPA (0.05%) 4.2 BPSPPB (0.075%) 4.38 BPSPPC (0.10%) 4.49 Tanpa Tulangan Lentur POLYPROPHYLENE BPSPPD (0.125%) 4.5 - - TANPA SERAT BTTS (0%) - 6.1 1.74 BTSPPA (0.05%) 9.1 2.22 Dengan Tulangan Lentur 2D10 BTSPPB (0.075%) 9.75 2.38 BTSPPC (0.1%) 10.9 2.563 POLYPROPHYLENE BTSPPD (0.125%) - 11 2.68

(4)

Tabel 5. Pola Keruntuhan pada Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Mesh

BPSME-A

BPSME-A Dengan Tulangan lentur

2D10 (0.05%) BPSME-B

BPSME-B Dengan Tulangan lentur

2D10 (0.075%) BPSME-C

BPSME-C Dengan Tulangan lentur

2D10 (0.1%) BPSME-D

BPSME-D Dengan Tulangan lentur

2D10 (0.125%)

Tabel 6. fr dan vc pada Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Mesh

Serat Kode Ket fr (MPa)

fr retak pertama (Mpa) Vc (MPa) TANPA SERAT BPTS (0%) 4.1 - - BPSMEA (0.05%) 4.23 BPSMEB (0.075%) 4.23 BPSMEC (0.10%) 4.275 Tanpa Tulangan Lentur MESH BPSMED (0.125%) 4.47 - - TANPA SERAT BTTS (0%) - 6.1 1.74 BTSMEA (0.05%) 6.8 1.79 Dengan Tulangan Lentur 2D10 _BTSMEB _(0.075%) _7.2 _1.83 BTSMEC (0.1%) 7.1 1.85 MESH BTSMED (0.125%) - 7.9 1.88

Tabel 7. Pola Keruntuhan pada Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Bambu

BPSBM-A Tanpa Tulangan lentur (0.2%) BPSBM-A Dengan Tulangan lentur 2D10 (0.2%) BPSBM-B Tanpa Tulangan lentur (0.3%) BPSBM-B Dengan Tulangan lentur 2D10 (0.3%) BPSBM-C Tanpa Tulangan lentur (0.4%) BPSBM-C Dengan Tulangan lentur 2D10 (0.4%) BPSBM-D Tanpa Tulangan lentur (0.5%) BPSBM-D Dengan Tulangan lentur 2D10 (0.5%)

(5)

Tabel 8. fr dan vc pada Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Bambu

fr retak pertama (Mpa) Vc (MPa) TANPA SERAT BPTS (0%) 4.1 - - BPSBMA (0.2%) 4.29 BPSBMB (0.3%) 4.35 BPSBMC (0.4%) 4.53 Tanpa Tulangan Lentur BAMBU BPSBMD (0.5%) 4.8 - - TANPA SERAT BTTS (0%) - 6.1 1.74 BTSBMA (0.2%) 7.3 1.95 Dengan Tulangan Lentur 2D10 _BTSBMB _(0.3%) _7.7 _2.05 BTSBMC (0.4%) 8.5 2.18 BAMBU BTSBMD (0.5%) - 9 2.37

Tabel 9. Pola Keruntuhan Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Baja

BPSBJ-A Tanpa Tulangan lentur (0.75%) BPSBJ-A Dengan Tulangan lentur 2D10(0.75%) BPSBJ-B Tanpa Tulangan lentur (1.0%) BPSBJ-B Dengan Tulangan lentur 2D10 (1.0%) BPSBJ-C Tanpa Tulangan lentur (1.25%) BPSBJ-C Dengan Tulangan lentur 2D10 (1.25%) BPSBJ-D Tanpa Tulangan lentur (1.5%) BPSBJ-D Dengan Tulangan lentur 2D10 (1.5%)

Tabel 10. fr dan vc pada Balok Tulangan Lentur dan Balok Tanpa Tulangan Lentur Serat Baja

fr retak pertama (Mpa) Vc (MPa) TANPA SERAT BPTS (0%) 4.1 - - BPSBJA (0.75%) 4.65 BPSBJB (1.00%) 4.8 BPSBJC (1.25%) 4.92 Tanpa Tulangan Lentur BAJA BPSBJD (1.50%) 5.1 - - TANPA SERAT BTTS (0%) - 6.1 1.74 BTSBJA (0.75%) 6.1 2.11 Dengan Tulangan Lentur 2D10 BTSBJB (1.00%) 7.5 2.27 BTSBJC (1.25%) 8.5 2.44 BAJA BTSBJD (1.50%) - 8.8 2.56

(6)

Tabel 11. Tabel Persen Peningkatan Kuat Geser Antar Serat

Vc (MPa) Vc (MPa) Vc (MPa) Vc (MPa)

Serat

Polyprophyelene Mesh Bambu Baja

Tanpa serat 1.74

2.22 1.79 1.95 2.11

2.38 1.83 2.05 2.27

2.563 1.85 2.18 2.44

Dengan Tulangan Lentur 2D10 _{Dengan serat}

2.68 1.88 2.37 2.56

Persen Peningkatan (%) 56.38 7.79 36.03 47.06

Dari tabel dapat terlihat bahwa serat cukup berpengaruh dalam peningkatan kekuatan geser, dari tabel juga terlihat bahwa serat mesh memberikan peningkatan yang sangat kecil hal ini disebabkan karena karakteristik dari serat mesh yang tidak dapat tercerai (gambar 2) dalam proses pencampuran sehingga serat mesh ini akan kembali menggumpal atau menyatu dengan serat mesh lainnya yang menyebabkan serat tidak merata persebarannya dalam campuran beton.

Serat mesh kembali menyatu

Gambar 2. Serat Mesh Ketika Dicampur dalam Molen

5. KESIMPULAN

1. Dari pengujian sebanyak 86 buah balok beton diperoleh hasil sebagai berikut:

• Tegangan tarik putus lentur (fr) pada balok beton tanpa tulangan lentur meningkat antara 9% - 25%

tergantung jenis dan prosentase serat. Serat baja memberikan peningkatan terbesar, yaitu 24.39%

• Tegangan tarik putus lentur (fr) pada balok beton dengan tulangan lentur tapi tanpa tulangan geser

meningkat antara 30% - 80% tergantung jenis dan prosentase serat. Serat Polyprophyelene memberi peningkatan terbesar, yaitu 80.33%

• Tegangan kuat geser (vu) pada balok dengan tulangan lentur tanpa tulangan geser meningkat antara 8% -

53% tergantung jenis dan prosentase serat. Serat Polyprophyelene memberi peningkatan terbesar, yaitu

53.68%

2. Dari pengujian sebanyak 18 buah silinder diperoleh hasil sebagai berikut:

Dari pengujian kuat tekan (fc’) dihasilkan bahwa dengan menggunakan tambahan serat dalam campuran beton akan meningkatkan kekuatan tekan beton ± 10% dari kekuatan rencana. Dari hasil penelitian ini juga diperlihatkan bahwa semua jenis serat yang digunakan dapat disimpulkan tidak berpengaruh terhadap kekuatan beton pada umur 28,

3. Berdasarkan grafik hubungan antara tulangan memanjang dengan kapasitas geses (vc) yang bersumber dari ACI

445R-99, untuk balok beton tanpa serat, dimana berdasarkan hubungan antara dengan dapat ditarik kesimpulan untuk nilai vc adalah 1/6 (gambar 3).

(7)

Gambar 3. Grafik hubungan antara tulangan memanjang terhadap kapasitas geser (vc)

Tetapi pada penelitian ini telah didapat data-data baru untuk ditambahkan ke dalam grafik tersebut, dan setelah dimasukkan maka dapat terlihat perbedaan yang signifikan dengan tambahan serat di dalamnya. Dengan tambahan serat polyprophyelene didapat pada tabel 13, setelah data didapat kemudian hasil tersebut akan diplot ke dalam grafik hubungan antara tulangan memanjang terhadap kapasitas geser (vc) (gambar 3) dan akan

menghasilkan gambar baru yang titik-titiknya sudah diplot ke dalam grafik (gambar 4)

Tabel 13. Tabel Nilai dan dengan Tambahan Serat Polyprophyelene

Serat Kode Keterangan

TANPA SERAT BTTS 0% 0.012 0.246 BTSPPA 0.05% 0.012 0.314 BTSPPB 0.075% 0.012 0.337 BTSPPC 0.100% 0.012 0.362 POLYPROPHYELENE BTSPPD 0.125% 0.012 0.379

Gambar 4. Grafik Hubungan antara Tulangan Memanjang terhadap Kapasitas Geser (vc) dengan Tambahan Serat Polyprophyelene

(8)

Dari gambar 4 telah diketahui bahwa pada 0.012 didapat nilai vc yang sudah di atas rata-rata, begitu juga

dengan tambahan serat baja (Tabel 14)

Tabel 14. Tabel Nilai dan dengan Tambahan Serat Baja

Serat Kode Keterangan

TANPA SERAT BTTS 0% 0.012 0.246 BTSBJA 0.75% 0.012 0.298 BTSBJB 1.00% 0.012 0.321 BTSBJC 1.25% 0.012 0.345 BAJA BTSBJD 1.50% 0.012 0.362

Gambar 5. Grafik Hubungan Tulangan Memanjang Terhadap Kapasitas Geser (vc) dengan Serat Baja

Dari data yang telah didapat dari kedua jenis serat maka dapat ditarik kesimpulan bahwa serat cukup berpengaruh dalam meningkatkan kekuatan geser.

6. UCAPAN TERIMA KASIH

Pembiayaan untuk penelitian ini seluruhnya diperoleh dari dana penelitian Universitas Pelita Harapan yang disalurkan melalui Lembaga LPPM UPH. Untuk itu kami mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Universitas Pelita Harapan yang telah mendukung sampai penelitian ini selesai. Serta kepada PT. Sika dan PT. Kuperin Karya Utama yang telah mensponsori produk-produk yang mendukung penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Adianto, Yohanes Lim Dwi dan Dhimas Lazuhardy Putro. “Analisis Resources Leveling Tenaga Kerja”. Jurnal Teknik Sipil Vol.2 No.2. Bandung:Universitas Kristen Maranata,2007

Adianto, Yohanes L.D. dan Tri Basuki. Jurnal Teknik Sipil Vol.5 No.2 Desember. 2004.

Hardjasaputra, Harianto. Struktur Beton 1. Diktat Kuliah Jurusan Teknik Sipil Universitas Pelita Harapan Semester Genap 2004/2005. Karawaci:Universitas Pelita Harapan, 2004.

Nawy, Edward G. Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar. Bandung:PT Eresco, 1990 Park R. dan T. Paulay. Reinforced Concrete Structures. Canada:John Wiley &Sons Inc, 1993. MacGregor, James G. Reinforced Concrete Mechanics And Design:Prentice Hall,1997

Dewobroto, Wiryanto. Aplikasi Rekayasa Konstruksi dengan Visual Basic 6.Jakarta:PT Elex Media Komputindo, 2005.