PEMAKAIAN SERAT PLASTIK SECARA PARSIAL PADA PENAMPANG BALOK

SENTRA III-13

PEMAKAIAN SERAT PLASTIK SECARA PARSIAL PADA

PENAMPANG BALOK

Erwin Rommel1, Yunan Rusdianto2

1. Universitas Muhammadiyah Malang, Malang

Permasalahan limbah plastik menjadi issue utama dibanyak negara, baik dalam hal pengendalian produksi limbah maupun dampak lingkungannya. Beton serat berbahan plastik adalah salah satu cara untuk mengendalikan limbah melalui pemanfaatan serat plastik kedalam campuran beton. Penelitian ini akan melihat sejauh mana kemampuan struktur balok dapat ditingkatkan akibat pemberian serat plastik. Permasalahan workability pada beton serat terletak pada kesulitan proses pencampuran serat kedalam matriks beton sehingga beton tidak tersebar secara acak dan merata. Penelitian ini dilakukan dengan membuat 15 balok (15x15x60) cm, mutu beton 20 MPa dengan diberi 5% serat plastik dari volume beton dengan rasio serat plastik (L/d=5) dan ditempatkan bervariasi pada ketinggian balok, masing-masing ; ¼ h, ½ h, ¾ h dan h (h=tinggi balok).

Pemberian serat plastik pada daerah tarik balok (½ dari ketinggian penampang balok) dapat menghasilkan nilai MOR paling besar yakni 4,29 MPa dan momen lentur sebesar 234 kg-m atau meningkatkan MOR 25,8% dan momen lentur 40% dibandingkan penampang balok konvensional (tanpa serat plastik). Sedangkan kekakuan balok diperoleh nilai terbesar pada balok yang diberi serat pada

¾

dari ketinggian penampang balok dengan nilai 3.651 kg/mm atau 1,5 kali lebih besar dibandingkan pada balok konvensional (tanpa serat plastik).

Kata kunci:beton serat, serat plastik, kuat lentur

Pendahuluan

Pemakaian beton serat yang memiliki kemampuan lebih menahan tarik dan lentur akibat beban siklis telah dikembangkan dan cukup bisa diandalkan terutama pada bangunan yang berada dilingkungan wilayah rawan gempa.Dengan adanya serat dalam beton maka sifat saling mengikat dan menarik antar bagian beton akan memberikan kemampuan daktilitas bahan beton untuk menahan beban siklis yang terjadi. Sehingga keretakan pada beton akibat goncangan gempa kemungkinan terjadi akan dapat dihindari. Karena bahan serat ini diharapkan menjadi tulangan mikro yang tersebar secara acak pada campuran beton dan akan menimbulkan dowel action atau aksi pada kawat sebagai pasak yang terkandung pada beton tersebut

Kelemahan workability beton dalam hal pemakaian jumlah serat yang banyak pada beton dapat dihindari dengan mengatur pola penyebaran dan penempatan serat pada bagian struktur.Struktur balok yang mengalami lentur hanya membutuhkan kekuatan tarik pada bagian yang mengalami tarikan saja, biasanya pada sisi bawah balok, sedangkan sisi atas tidak diperlukan karena mengalami tegangan tekan. Penempatan dan penyebaran serat pada sebagian struktur balok tersebut akan menjadi penting agar pemakaian serat lebih optimal pada beton.

Kemudian penggunaan serat plastik lebih memiliki keunggulan dibandingkan dengan serat baja yang selama ini sudah banyak dikembangkan dan diteliti.Pemakaian serat baja berpotensi menimbulkan korosif pada beton dalam jangka waktu lama karena adanya interaksi air dan udara pada struktur. Pemakaian serat baja juga akan mengakibatkan bobot beton menjadi lebih besar karena berat jenis baja lebih besar jika dibandingkan dengan berat jenis serat plastik.

III-14 SENTRA

digunakan pada campuran beton. Limbah plastik yang akan dimanfaatkan ini adalah limbah dari plastik berjenis HDPE dibandingkan dengan jenis plastik lainnya, antara lain ;massa jenis lebih besar yaitu 0,95-0,97 gm/L, berbentuk kristalin (kristalinitasnya 90%) serta memiliki titik leleh di atas 127oC (beberapa macam sekitar 135oC) [5]

Penambahan serat plastik HDPE (high density poly-ethylene) sebesar 4% sampai 5% akan memberikan nilai kuat tarik beton paling tinggi mencapai 3,04 MPa, demikian halnya pada nilai kuat geser beton diperoleh pada prosentase pemakaian serat yang sama dengan nilai kuat geser terbesar mencapai 8,16 MPa.Jika dibandingkan dengan beton konvensional (tanpa pemakaian serat HDPE) terjadi peningkatan sebesar 18% kuat tarik beton dan 42% kuat geser beton [3][4]

Perbaikan beton serat dengan teknik injeksi (ConbextraEP) dan penyambungan beton (Nitobound) dilakukan pada beton dengan memakai serat metal 1% menghasilkan perilaku balok yang cukup baik menerima beban tumbukan dan sifat-sifat dinamik struktur.[7]

Penambahan serat plastik sebanyak 0,5% pada beton dari cacahan botol plastik PET akan meningkatkan kuat tarik belah beton sebesar 24,44% pada umur 7 hari, sedangkan umur 28 hari peningkatan optimum terjadi pada pemberian 0.7% serat yaitu sebesar 19,39%. Sedangkan peningkatan kuat geser terbesar terjadi pada pemakaian serat 0.5% yaitu sebesar 37,19%.[6]

Pemakaian cacahan limbah gelas plastik Polypropylene (PP) sebesar 0,3% akan meningkatkan kuat tarik belah sebesar 10,989% dengan nilai kuat tarik pada umur 7 hari mencapai 2,3 MPa, sedangkan pada umur 28 hari peningkatan optimum terjadi pada pemakaian serat 0,1% yaitu sebesar 24,904% dengan kuat tarik sebesar 3,18 MPa. Untuk kuat lentur beton peningkatan optimum terjadi pada 0,7% yaitu sebesar 17,098% dengan kuat lentur sebesar 5,017 MPa[2]. Sedangkan pengaruh kuat tekan dan kuat gesernya pada umur 28 hari diperoleh nilai optimum pada pemakaian cacahan polypropylenesebanyak 0,50% dengan nilai mencapai fc’=5,872 MPa meningkat sebesar 42,65%, kuat geser beton secara umum meningkat pada penambahan cacahan polypropylenemulai kadar 0,30% dan 0,50%.[9]

Serat kawat yang digunakan mempunyai diameter 0,6 mm dengan panjang 36 mm, 45 mm dan 54 mm. Untuk diameter 0,9 mm dengan panjang 54 mm, 67,5 mm dan 81 mm. Untuk diameter 1,2 mm dengan panjang 72 mm, 90 mm dan 108 mm sehingga diperoleh aspek rasio untuk tiap-tiap diameter 60, 75 dan 90. Pengujian beton meliputi kuat tekan, kuat tarik belah dan kuat lentur.Dan dari pengujian diperoleh kuat tekan, kuat tarik belah dan kuat lentur beton yang lebih tinggi dari beton normal. Sedangkan dari hasil pengujian kuat tekan dan kuat tarik belah didapatkan nilai yang optimal pada diameter 0,9 mm dengan panjang serat 67,5 mm. Untuk kuat tekan mengalami peningkatan 14,67 % dibandingkan beton normal. Untuk kuat tarik belah mengalami peningkatan 33,46 % dari beton normal. Dari pengujian kuat lentur beton didapatkan nilai yang optimal pada diameter 0,9 mm dengan panjang 54 mm. Pada pengujian kuat lentur diperoleh peningkatan 48,06 % dibandingkan beton normal.[1]

Pemakaian serat nylon pada beton sebagai salah satu serat polymeric telah dilakukan.Pada penelitian dihasilkan bahwa penambahan serat nylon tidak mempengaruhi secara signifikan pada kuat tekan beton dan kuat lentur beton bahkan nilai modulus elastis beton berkurang dengan makin banyaknya serat nylon yang diberikan pada beton. Hal tersebut terlihat dari penambahan 1200, 900, 600 gram/m3 beton serat nylon nilai modulus elastis beton makin berkurang hingga dua kalinya dibandingkan dengan beton tanpa serat yakni dari 20.103 MPa (beton konvensional) menjadi 10.980 MPa (dengan penambahan serat 1200 gram/m3 beton). [10]

Penambahan serat sabut kelapa dan serat bendrat pada pembuatan panel dinding beton menghasilkan fraksi yang berbeda dimana pada serat sabut kelapa (serat alami) optimal terjadi pada 0,5% sedangkan pada serta bendrat (serat baja) terjadi pada fraksi 1,0% dari volume beton. Kuat tekan yang dihasilkan hampir sama yakni meningkat 15% dibandingkan dengan beton tanpa serat, tetapi kuat tarik yang dihasilkan lebih besar dengan memakai serat baja dimana peningkatan terjadi sebesar 38,90% atau hampir dua kali nya dibanding dengan memakai serat alami.Sedangkan kuat lentur pada dinding beton tersebut cenderung konstan pada pemakaian serat sabut kelapa walaupun peningkatan yang lebih tinggi terjadi pada panel dinding yang diberi serat bendrat/baja.[8]

SENTRA III-15 elastisitas beton meningkat sebesar 24,1%, daktilitas material beton juga meningkat sebesar 39,49% dibanding dengan beton normal dimana nilai koefisien arah serat rata-rata mendekati angka nol yaitu 0,098. Tetapi penggunaan serat baja Harex SF juga dapat meningkatkan nilai porositas beton sebesar 4,02% dan hal ini merupakan kelemahan dari beton dengan memakai serat tersebut.[11]

Penggunaan serat baja dengan berbagai variasi rasio L/d masing-masing 12,5 ; 25 dan 37,5 dan jumlah serat baja mulai 1%, 2% dan 3% telah dilakukan. Hasil pengujian terhadap kuat tekan beton memperlihatkan bahwa terjadi penurunan untuk semua variasi jumlah dan rasio L/d hingga mencapai 15% dibandingkan dengan beton konvensional (tanpa serat). Sedangkan untuk kuat geser beton terjadi kenaikan terbesar pada rasio L/d=37,5 dan jumlah serat baja 2% yakni sebesar 5,68 MPa, untuk kuat tarik nilai terbesar diperoleh pada rasio L/d= 12,5 dan pemakaian jumlah serat baja 3% dengan hasil 2,41MPa [12]

Analisa perhitungan kapasitas penampang lentur yang diberi serat plastik untuk masing-masing ketinggian penampang balok diperoleh pada Gambar.1.

Gambar.1 : Distribusi tegangan pada penampang balok yang diberi serat plastik

Parameter yang dihitung dalam analisa penampang balok anatar lain : Nilai modulus of rupture(MOR) adalah :

𝜎

=

𝑀

𝑊

=

3𝑃𝐿

𝑏ℎ2(1) Kapasitas momen lentur balok

M = CT (z2 - z1)= σ b c (z2 – z1)(2)

Kekakuan lentur balok

𝑘

=

𝜕𝑃

𝜕∆ (3)

Metode Penelitian

III-16 SENTRA

Keterangan :

B-0 ; Benda uji balok tanpa serat plastik

B-1/4H ; Benda uji balok beton dengan pemberian serat plastik pada ¼ tinggi balok B-1/2H ; Benda uji balok beton dengan pemberian serat plastik pada ½ tinggi balok B-3/4H ; Benda uji balok beton dengan pemberian serat plastik pada ¾ tinggi balok

B-H ; Benda uji balok beton dengan pemberian serat plastik keseluruhan tinggi balok

Gambar2 : Rancangan benda uji balok

Gambar3 : Set-up pengujian balok

Hasil Penelitian dan Pembahasan

Modulus of Rupture

Pemberian serat plastik pada penampang balok akan mempengaruhi tegangan tarik pada penampang beton. Penampang pada struktur balok yang mengalami beban lentur mengalami penampang tarik dan sebagian penampang tekan. Untuk balok yang murni tanpa diberi perkuatan tulangan maka batas penampang tarik dan penampang tekan berada tepat ditengah-tengah ketinggian penampang. Pemberian serat plastik pada keseluruhan penampang tarik atau 50% dari ketinggian balok mulai sisi bawah akan menghasilkan kemampuan penampang tarik yang optimal sehingga tegangan lentur balok juga menjadi lebih optimal. Nilai tegangan lentur balok yang menyebabkan keruntuhan balok disebut dengan modulus of rupture (MOR) dimana kenaikan terbesar terjadi pada pemberian serat pada bagian penampang tarik beton (atau 50% dari ketinggian balok) dengan nilai MOR = 4,29 MPa. Kenaikan MOR mencapai 25,8% dibandingkan dengan balok beton konvensional (balok tanpa diberi serat).

Tabel-1 : Nilai modulus of rupture bahan beton

Penambahan serat plastik Modulus of Rupture beton (MPa)

Tanpa serat 3,41

25% h 4,00

50% h 4,29

75% h 3,86

SENTRA III-17 Peningkatan nilai MOR tersebut akan mengakibatkan perubahan kemampuan balok dalam menahan beban lentur dan sifat daktilitas balok. Kemampuan tarik beton yang berkisar 10% sampai 15% dari kuat tekan beton, dapat ditingkatkan dengan memberikan serat plastik. Tegangan tarik yang terjadi pada balok akan ditahan oleh kemampuan tarik dari serat plastik yang disebarkan secara acak pada sebagian penampang balok. Pemberian serat pada keseluruhan penampang balok tidak memberikan nilai MOR yang meningkat bahkan cenderung menurun dibandingkan dengan balok tanpa serat, hal ini dapat terjadi karena penampang balok yang mengalami tekan justru dapat menurunkan kekuatan tekannya jika serat plastik tidak tercampur secara acak. Kemungkinan terjadinya penggumpalan pada serat plastik dengan bobot yang ringan sangat besar dan hal ini menjadi kendala dalam pelaksanaan dilapangan.

Kekakuan balok

Kekakuan balok diukur dengan kemampuan balok untuk berdeformasi terhadap beban yang bekerja pada struktur balok tersebut. Pengujian yang dilakukan untuk masing-masing tipe balok dengan pemberian serat plastik yang bervariasi menghasilkan lendutan dan beban ultimit yang berbeda-beda. Beban ultimit diukur dari mulai retakan awal hingga hancurnya balok dimana rentang waktu antara retak awal dan saat hancur balok sangat pendek karena struktur balok masih cenderung bersifat brittle walaupun pada balok dengan penampang yang diberi serat plastik. Sehingga beban yang diukur untuk menentukan kekakuan lentur balok adalah beban yang menyebabkan balok sudah hancur atau terbelah pada keseluruhan penampang. Sedangkan lendutan balok diukur pada saat sisi bawah balok dimana beban diletakkan sudah mengalami retak. Hal ini semata-mata untuk pertimbangan keamanan dan kemudahan dalam pembacaan dial-gauge.

Pengamatan lendutan balok yang dilakukan pada daerah sisi bawah titik beban untuk setiap kenaikan beban memberikan perilaku yang berbeda pada setiap perlakuan specimen balok. Penambahan serat yang makin banyak pada penampang balok akan menyebabkan lendutan balok makin berkurang. Gambar-4 menjelaskan bahwa plotting beban dan displacemen pada masing-masing balok memiliki perilaku yang berbeda, dimana balok yang diberi serat plastik secara penuh pada penampang (100% dari ketinggian balok) memiliki kemiringan kurva yang sangat tajam dibandingkan dengan balok konvensional (tanpa serat plastik). Sedangkan penambahan serat plastik secara parsial pada penampang (25%, 50% dan 75% dari ketinggian balok) memiliki kemiringan kurva yang berada diantaranya. Hal ini menjelaskan bahwa kekakuan lentur balok akan meningkat seiring dengan penambahan serat plastik secara parsial pada ketinggian balok. Jika kemiringan kurva hubungan beban dan lendutan diartikan sebagai kekakuan lentur balok maka nilai kekakuan terbesar diperoleh pada penempatan 75% serat plastik pada penampang yakni sebesar 3.651 kg/mm.

III-18 SENTRA Kapasitas Momen

Kapasitas lentur pada balok dengan dua titik beban yang diberikan secara sentris pada masing-masing 1/3 bentang balok menghasilkan besaran momen lentur yang diukur sebagai kapasitas momen balok. Pada daerah tengah bentang dari struktur balok tersebut hanya terjadi beban lentur murni tanpa adanya beban geser pada penampang. Pemberian beban secara bertahap dengan interval 100 kg akan mengakibatkan penambahan momen lentur secara bertahap juga hingga mencapai batas tegangan lentur pada penampang atau nilai MOR. Kapasitas momen lentur juga dilakukan perhitungan secara teoritis dengan mengacu kepada nilai MOR untuk masing-masing specimen yang dihasilkan. Sedangkan beban lentur terbesar diperoleh pada pemberian 50% serat plastik pada penampang (hanya pada daerah tarik saja) yakni sebesar 2.800 kg.

(a) kekakuan balok (b) beban balok

Gambar.5 : Hubungan kekakuan, beban dan prosentase serat pada balok

Momen lentur terbesar diperoleh pada balok yang diberi serat plastik pada separuh ketinggian balok dengan nilai sebesar 234 kg-m, terjadi kenaikan kapasitas momen balok sebesar 40% dibandingkan dengan balok konvensional (tanpa pemberian serat). Hasil pengujian kapasitas momen balok dibandingkan dengan hasil teoritis memiliki rata-rata rasio Mteoritis/Meksperimen= 0,88. Peningkatan kapasitas momen disebabkan penempatan serat plastik pada penampang tarik balok secara penuh akan lebih optimal kekuatan tarik penampang menahan momen lentur yang terjadi. Hal ini sejalan dengan hasil MOR terbesar yakni 4,29 MPa.

Gambar.6 : Hubungan momen lentur dan penyebaran serat pada balok

SENTRA III-19

Ucapan Terimakasih

Penulis mengucapkan terimakasih atas seluruh pembiayaan penelitian ini melalui Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DPPM) Universitas Muhammadiyah Malang tahun anggaran 2014/2015

Kesimpulan

 Pemakaian serat plastik secara parsial yang ditempatkan pada daerah penampang tarik atau ½ dari tinggi penampang balok akan dapat meningkatkan nilai MOR, kapasitas momen lentur dan kekakuan balok.

 Dibandingkan dengan balok yang tidak diberi serat plastik, pemberian serat plastik pada ½ ketinggian penampang balok dapat meningkatkannilai MOR sebesar 25,8% yakni 4,29 MPa, kemampuan lentur balok meningkat 40% dengan momen yang dihasilkan sebesar 234 kg-m pada balok berukuran (15x15x60) cm

 Peningkatan terbesar kekakuan balok terjadi pada pemberian serat plastik pada ¾ ketinggian penampang balok dengan nilai kekakuan balok mencapai 3.651 kg/mm, meingkat 1,5 kali dibandingkan balok tanpa diberi serat plastik

Daftar Notasi

b : lebar balok (cm)

c : ketinggian penampang yang diberi serat plastik dari sisi bawah balok (cm)

h : tinggi balok (cm)

k : kekakuan lentur balok (kg/mm)

z1: lengan gaya penampang tarik balok CT terhadap sisi bawah balok (cm)

z2: lengan gaya penampang tekan balok CC terhadap sisi bawah balok (cm)

CT: gaya yang bekerja pada penampang tarik balok (kg)

CC: gaya yang bekerja pada penampang tekan balok (kg) M : momen lentur pada balok (kg-cm)

P : beban uji terpusat pada balok (kg)

σ : tegangan beton saat beton retak/hancur, disebut juga nilai MOR (MPa) 𝜕𝑃

𝜕∆ : kemiringan kurva hubungan beban uji dan lendutan uji balok

Referensi

[1] Ariatama, A, 2007, Pemakaian Serat Kawat Berkait Pada Kekuatan Beton Mutu Tinggi Berdasarkan Optimasi Diameter Serat, Tesis Magister Teknik sipil, Universitas Diponegoro Semarang.

[2] Chandra, J. 2008, Pengaruh Pemakaian Cacahan Limbah Gelas Plastik Polypropylene(PP) Pada Kuat Tarik Dan Kuat Lentur Material Beton, Skripsi Teknik Sipil, Universitas Indonesia Jakarta. [3] Erwin.,R dan Yunan R, 2013, Pemanfaatan Serat Plastik Guna Perbaikan Sifat Mekanik Beton

(Tinjauan Pada Kuat Tarik Dan Kuat Geser),Laporan Penelitian, DP2M UMM, Malang

[4] Erwin.,R, Yunan R, Anita Kurniati, 2014, Pengaruh Penggunaan Serat High Density Polyethylene (HDPE) pada Campuran Beton Terhadap Kuat Tarik Beton, Jurnal Media Teknik Sipil Vol XII No-1 tahun 2014 ISSN 1693-3095

[5] Kadir, 2012, Kajian Pemanfaatan Sampah Plastik Sebagai Sumber Bahan Bakar Cair, Dinamika Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Vol-3 No-2, pp 223-228, Mei 2012 Univ Haluoleo, Kendari.

[6] Mahendya, Bambang, 2008 “Penggunaan Limbah Botol Plastik (PET) Sebagai Campuran Beton

Untuk Meningkatkan Kapasitas Tarik Belah Dan Geser” Skripsi Teknik Sipil, Universitas Indonesia Jakarta.

[7] Nurzaman I, 2008, Studi Prilaku Balok Beton Hasil Perbaikan Dengan Teknik Injeksi Berdasarkan Uji Beban Tumbukan, Skripsi, Program Studi Teknik Sipil Universitas Indonesia Jakarta.

[8] Suparjo, 2005, Pemanfaatan Serat Sabut Kelapa dan Serat Bendrat untuk Dinding Beton Ringan Pracetak Tulangan Anyaman Bambu dengan Agregat Limbah batu Apung, Jurnal Media Komunikasi Teknik Sipil, Vol 13 Nomor 3, Edisi XXXIII, pp 86-95, Oktober 2005, Semarang [9] Sjah, Jesica. 2008 “Pengaruh Pemakaian Cacahan Limbah Gelas Plastik Polypropylene(PP)

III-20 SENTRA

[10]Yohanes L.D. Adianto, et al, 2006, “Penelitian Pendahuluan Hubungan Penambahan Serat Polymeric Terhadap Karakteristik Beton Normal”, Jurnal Dimensi Teknik Sipil, , Volume 8,

No.1 pp 34-40, Maret 2006 UK Petra, Surabaya

[11]Zulaichah, Lilis, 2003, Pengaruh Pemakaian Fiber Steel Harex SF pada Campuran Beton Terhadap Daktilitas Material Beton, Tesis S2 ITS Surabaya