KAJIAN SIFAT MEKANIKA BETON STYROFOAM. Arusmalem Ginting Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta

Transkripsi

1 KAJIAN SIFAT MEKANIKA BETON STYROFOAM Arusmalem Ginting Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta Jurnal Janateknika Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta Vol. 6, No. 2, Juli 2004

2 KAJIAN SIFAT MEKANIKA BETON STYROFOAM Arusmalem Ginting Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta INTISARI Beton merupakan bahan bangunan yang banyak digunakan dan mempunyai berat sendiri cukup besar sehingga rawan terhadap gempa. Salah satu cara mengurangi berat sendiri beton adalah dengan menggunakan agregat yang berbobot ringan yang sering disebut dengan beton ringan. Pada penelitian ini beton ringan dibuat dengan mengganti agregat kasar dengan styrofoam. Penggunaan styrofoam ini dipilih karena mempunyai berat sendiri yang relatif sangat ringan.. Beton styrofoam yang diteliti pada penelitian ini dibuat dengan proporsi campuran: 350 kg semen : 200 kg pasir : 15 kg styrofoam untuk 1 m 3 beton, dan air sebanyak 157,5 liter dengan faktor air semen (fas) 0,45. Pada penelitian ini jumlah benda uji silinder sebanyak 3 buah, benda uji kuat lekat sebanyak 6 buah, benda uji kuat lentur balok tanpa tulangan dengan ukuran x x 60 cm sebanyak 5 buah. Beton styrofoam hanya dapat digunakan untuk non struktural dengan kuat tekan rata-rata (f c ) = 1,59 MPa, modulus elastisitas (E c ) = 496 MPa, modulus of rupture 0,6282 MPa dan berat jenis rata-rata sebesar 760 kg/m 3. Kuat lekat tulangan cukup baik dengan kuat lekat rata-rata tulangan D16 = 1,45 MPa, tulangan D10 = 1,82 MPa. Kata Kunci: beton ringan, styrofoam. 1

3 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Indonesia merupakan daerah yang rawan terhadap gempa, sehingga bangunan-bangunan yang berat sangat beresiko terhadap gempa. Beton merupakan salah satu bahan bangunan yang banyak dipakai disamping baja dan kayu. Beton biasa merupakan bahan yang cukup berat, dengan berat sekitar 2400 kg/m 3 dan menghantarkan panas. Untuk mengurangi beban mati suatu struktur beton atau untuk mengurangi sifat penghantaran panas maka pada saat ini telah banyak diadakan penelitian-penelitian mengenai beton ringan. Beton disebut sebagai beton ringan jika beratnya kurang dari 1800 kg/m 3. Beton ringan dapat dibuat dengan memberikan gelembung udara ke dalam campuran beton sehingga terjadi pori-pori udara. Pemberian gelembung udara ini dapat dilakukan dengan menambahkan bubuk alumunium ke dalam campuran. Beton ringan dapat juga dibuat dengan menghilangkan butir-butir agregat halus, yang sering disebut dengan beton non pasir yang campurannya hanya terdiri dari semen dan agregat kasar saja. Selain dengan cara pemberian gelembung udara dan beton non pasir, beton ringan dapat juga dibuat dengan menggunakan agregat ringan seperti: tanah liat bakar dan batu apung. Pada penelitian ini beton ringan dibuat dengan mengganti agregat kasar dengan styrofoam, sehingga bahan campuran betonnya hanya terdiri dari: semen, pasir dan styrofoam. Pemakaian styrofoam ini dipilih karena mempunyai berat sendiri yang relatif sangat ringan. Beton styrofoam yang diteliti pada penelitian ini dibuat dengan proporsi campuran: 350 kg semen : 200 kg pasir : 15 kg styrofoam untuk 1 m 3 beton, dan air sebanyak 157,5 liter dengan faktor air semen (fas) 0,45. B. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan masukan mengenai penggunaan beton styrofoam untuk struktural atau non struktural berdasarkan tinjauan sifat mekanikanya. C. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat mekanika beton styrofoam yang meliputi: 1). kuat tekan 2). diagram tegangan regangan 3). modulus elastisitas 4). berat jenis 5). kuat lekat tulangan 6). modulus of rupture D. Batasan Penelitian Penelitian ini dilakukan hanya terhadap sifat mekanika beton styrofoam dan tidak dilakukan tinjauan ekonomi. 2

4 II. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI A. Umum Salet (1990) melakukan penelitian tentang beton ringan dengan menggunakan foam yang mempunyai berat jenis 50 kg/m 3 dengan perbandingan campuran 340 kg semen : 70 kg pasir : 136 liter air dan 50 kg foam. Hasil yang didapat adalah workability betonnya tinggi dan menghasilkan kuat tekan beton 2,25 2,75 MPa, kuat tarik 0,28 MPa dan modulus Young s (E) = 1506 MPa dengan berat jenis sebesar 600 kg/m 3. Hunaiti (1997) menggunakan foam (busa) neopore pada campuran mortar dengan perbandingan semen dan pasir 1 : 3 dengan faktor air semen 0,5 dan ditambah busa (foam) sebanyak 2 % dari berat total campuran dan didapat kuat tekan pada umur 28 hari sebesar 12,11 MPa. Kristiyanto (1998, dalam Purwanto, 2003), kuat tekan yang dihasilkan beton ringan menggunakan ALWA (partikel lempung yang berkembang) sebesar 43,93 MPa dicapai pada fas 0,28 dengan penambahan Silica Fume sebesar 10 %. Kuat tekan sebesar 26,68 MPa dicapai pada fas 0,35 dengan penambahan Silica Fume 5 % B. Beton Ringan Menurut Murdock dan Brook (1986), berat jenis beton ringan berkisar antara kg/m 3 dan berat jenis 1850 kg/m 3 dapat dianggap sebagai batas dari beton ringan yang sebenarnya, meskipun nilai ini kadang-kadang melebihi. Menurut Tjokrodimuljo (1997) beton disebut beton ringan jika beratnya kurang dari 1800 kg/m 3. Menurut Winter dan Nilson (1993) beton ringan dibedakan dalam tiga kelompok yaitu: beton ringan sebagai penyekat, beton ringan sebagai bahan pengisi dan beton ringan untuk elemen struktur. Beton ringan yang digunakan untuk elemen struktur dikenal sebagai beton struktur beragregat ringan yang mempunyai kuat tekan lebih besar dari 17,5 MPa dan berat satuannya kurang dari 1800 kg/m 3. Sebagian besar beton ringan untuk struktur mempunyai berat antara 1500 kg/m 3 dan 1700 kg/m 3 dan kuat tekan rencana berkisar antara 20 MPa sampai 27,5 MPa. C. Styrofoam Styrofoam termasuk dalam kategori polimer sintetik dengan berat molekul tinggi. Polimer sintetik berbahan baku monomer berbasis etilena yang berasal dari perengkahan minyak bumi. Styrofoam hanya sebuah nama dalam dunia perdagangan, nama sesungguhnya adalah polystyrene atau poli (feniletena) dalam bentuk foam. Feniletena atau styrene dapat dipolimerkan dengan menggunakan panas, sinar ultra violet, atau katalis. Poli (feniletena) merupakan bahan termo plastik yang bening (kecuali jika ditambahkan pewarna atau pengisi), dan dapat dilunakkan pada suhu sekitar 100 o C. Poli (feniletena) tahan terhadap asam, basa dan zat pengarat (korosif) lainnya, tetapi mudah larut dalam hidrokarbon aromatik dan berklor. Dalam propanon (aseton), poli (feniletena) hanya mengembang. Penyinaran dalam waktu yang lama oleh sinar ultra ungu, sinar putih, atau panas, sedikit mempengaruhi kekuatan dan ketahanan polimer terhadap panas. Poli (feniletena) berbusa atau styrofoam diperoleh dari pemanasan poli (feniletena) yang menyerap hidrokarbon volatil. Ketika dipanasi oleh kukus (steam) butiran akan melunak, dan penguapan hidrokarbon di dalam butiran akan menyebabkan butiran mengembang (Cowd, 1991). 3

5 D. Tegangan Regangan Beton Menurut Dipohusodo (1994), kuat tarik beton relatif rendah, maka pada umumnya hanya diperhitungkan bekerja dengan baik pada daerah tekan penampangnya. Pada beton normal kuat tekan maksimum tercapai pada nilai regangan tekan ε mencapai ± 0,002, selanjutnya nilai tegangan f c akan turun dengan bertambahnya nilai regangan dan benda uji hancur pada nilai ε mencapai 0,003 0,005. Beton mutu tinggi lebih getas dan akan hancur pada nilai regangan maksimum yang lebih rendah. Kemiringan awal kurva agak melengkung dan sangat beragam yang tergantung dari nilai kuat tekan betonnya. Nilai modulus elastisitas beton juga beragam sesuai dengan teori elastisitas bahwa kemiringan kurva pada tahap awal menggambarkan nilai modulus elastisitas suatu bahan. Gambar 2.1. Tegangan regangan beton normal (Dipohusodo,1994) Kurva tegangan dan regangan beton pada kondisi tekan dapat didekati dengan suatu persamaan berdasarkan penelitian Carreira dan Chu (1985, dalam Paryongko, 2003) seperti pada Persamaan 2.1. f c β ( ε / ε ' c ) β f ' = c β 1+ ( ε / ε ' c ) (2.1) dengan: β = parameter bahan yang tergantung pada bentuk diagram tegangan regangan beton ( β 1,0) = 1 f ' c 1 ε ' c E it ε = regangan beton (ε < ε cu ) ε cu = regangan maksimum (ultimate strain) f c = tegangan beton f c = tegangan maksimum beton ε c = regangan saat tegangan maksimum beton (f c tercapai) E it = modulus elastisitas beton yang diambil berdasarkan nilai modulus tangen awal (initial tangent modulus) E. Kuat Lekat Tulangan Menurut Nawy (1998) kuat lekat antara tulangan dan beton merupakan hasil dari berbagai parameter, seperti lekatan antara beton dengan permukaan tulangan baja dan tekanan beton terhadap tulangan akibat adanya susut pengeringan pada beton. Gesekan antara tulangan baja dan beton juga 4

6 meningkatkan tahanan terhadap gelincir. Efek total ini disebut sebagai lekatan (bond). Kuat lekat tulangan dan beton tergantung pada faktor-faktor utama sebagai berikut : a. lekatan antara beton dan tulangan baja b. effek gripping (memegang) sebagai akibat dari susut pengeringan beton di sekeliling tulangan c. tahanan gesekan terhadap gelincir dan saling mengunci pada saat tulangan mengalami tegangan tarik d. efek kualitas beton dan kekuatan tarik dan tekannya e. efek penjangkaran ujung tulangan f. diameter, bentuk dan jarak tulangan. Menurut Park dan Paulay (1975) gaya tarik (T L ) pada tulangan akibat lentur tergantung pada besarnya kuat lekat tulangan dengan beton (u), keliling batang tulangan (Σ o ) dan panjang lekatan (l d ) seperti Persamaan 2.2, dan untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.2. T L = u Σ o l d (2.2) dengan: T L = gaya tarik tulangan (N) u = kuat lekat tulangan Σ o = keliling tulangan tarik (mm) l d = panjang lekatan (mm) u T L Gambar 2.2. Kuat lekat tulangan lentur (Park dan Paulay, 1975) l d Berdasarkan SNI cetakan benda uji kuat lekat dibuat dari baja berbentuk kubus dengan panjang sisi, setelah benda uji berumur 24 jam cetakan dilepas. Bentuk, ukuran dan set up pengujian benda uji dapat dilihat pada Gambar 2.3. beton baja tulangan baja tulangan 70 cm Gambar 2.3. Detail benda uji kuat lekat tulangan Setelah benda uji berumur 28 hari dilakukan pull out test, menggunakan alat Universal Testing Machine, kecepatan penambahan beban maksimum 22 kn/menit, kemudian dihentikan bila dicapai titik leleh baja 5

7 tulangan, beton penutup pecah atau tulangan telah bergeser minimum 2,5 mm. Kuat lekat (u) antara baja tulangan dengan beton dapat dihitung dengan Persamaan 2.3. Pmax u = (2.3) π. d. l dengan: u = kuat lekat tulangan d = diameter tulangan (mm) P max = beban tarik maksimum (N) l = panjang tulangan tertanam (mm) F. Kuat Lentur Balok (Modulus of Rupture) Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui modulus of rupture dari beton styrofoam. Balok dibebani dengan 2 beban 1/2P yang terletak pada jarak 1/3 L dari masing-masing tumpuan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4. ½P ½P 7,5cm ⅓L ⅓L L = 45 cm ⅓L 7,5cm Gambar 2.4. Detail benda uji lentur dan set up pengujian Besarnya nilai modulus of rupture (f r ) dihitung berdasarkan Persamaan PL + ql f r = 6 8 (2.4) 1 2 bh 6 dengan: f r = modulus of rupture P = beban maksimum (N) q = berat sendiri beton (N/mm) L = panjang bentang (mm) b = lebar balok (mm) h = tinggi balok (mm) 6

8 BAB III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Silinder Beton Silinder beton diuji setelah berumur lebih dari 28 hari. Hasil pengujian silinder beton seperti ditunjukkan pada Tabel 3.1. No. Kode Tinggi (mm) Tabel 3.1. Pengujian silinder beton Berat Diameter Berat jenis (mm) (kg) (kg/m 3 ) Beban maks (kn) Kuat tekan 1 SLI 301,30 150,40 4, ,34 26,48 1,49 2 SLII 304,40 149,60 4, ,67 30,04 1,71 3 SLIII 304,30 149,00 4, ,46 27,59 1,58 Kuat tekan rata-rata 1,59 Dari kurva tegangan regangan silinder beton tersebut dibuat kurva pendekatan tegangan regangan menggunakan Persamaan 2.1, dan akhirnya diperoleh kurva tegangan regangan seperti pada Gambar 3.1. Dari Tabel 3.1 didapat kuat tekan maksimum rata-rata silinder beton sebesar 1,59 MPa, dan berat jenis rata-rata sebesar 760,49 kg/m 3. Dengan kuat tekan yang sangat rendah maka beton styrofoam hanya dapat digunakan untuk non struktural. Tegangan Regangan Gambar 3.1. Tegangan regangan beton styrofoam Dari Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa tegangan maksimum tercapai pada nilai regangan 0,0100, nilai ini lebih tinggi bila dibandingkan dengan regangan pada beton normal yang hanya 0,002 (lihat Gambar 2.1). Teori beton normal menetapkan regangan beton maksimum pada serat tepi tekan terluar sebagai regangan ultimit sebesar 0,003, nilai ini berdasarkan regangan hancur beton normal antara 0,003 dan 0,004. Nilai regangan hancur rata-rata beton styrofoam sekitar 0,047, jauh lebih besar dari nilai regangan hancur beton normal. Hal ini terjadi karena beton styrofoam bersifat daktail, sehingga dengan regangan cukup besar penurunan kuat tekan beton belum signifikan. Jadi beton styrofoam lebih daktail dari beton normal dan teori beton normal tidak relevan digunakan pada beton styrofoam. 7

9 Modulus elastisitas beton styrofoam yang diperoleh dari Gambar 3.1 sebesar 496,98 MPa. Berdasarkan SK SNI T pasal 3.1.5, nilai modulus elastisitas beton (E c ) adalah sebagai berikut: E c = 0,043 w c 1,5 ' f c dengan: w c = 760,49 kg/m 3 f c = 1,59 MPa E c = 0, ,49 1,5 1, 59 = 1137,12 MPa Nilai modulus elastisitas beton styrofoam lebih kecil dari hasil perhitungan berdasarkan rumus empiris, hal ini disebabkan rumus empiris tersebut hanya berlaku untuk beton dengan berat antara 1500 dan 2500 kg/m 3 sedangkan berat beton styrofoam jauh lebih kecil. B. Kuat Lekat Tulangan Hasil pengujian kuat lekat baja tulangan ulir D16 seperti ditunjukkan pada Tabel 3.2. No. Tabel 3.2. Kuat lekat tulangan D16 Benda Uji kuat lekat tulangan Hasil Pengujian Kode Diameter tulangan (mm) Panjang tertana m (mm) Luas tulangan tertanam (mm 2 ) Beban maksimum (kn) Kuat lekat 1 KL1/16 16,00 150, ,82 10,992 1,46 2 KL2/16 16,00 150, ,82 9,657 1,28 3 KL3/16 16,00 150, ,82 12,149 1,61 Kuat lekat rata-rata Dari Tabel 3.2 didapat kuat lekat rata-rata tulangan D16 sebesar 1,45 MPa. Berdasarkan peraturan ACI 1963 (Wang dan Salmon, 1985), untuk tulangan dengan diameter lebih kecil dari 35 mm: 20,2 f c ' u = 0,75 db 20,2 1,59 Untuk tulangan D16, u = 0,75 = 1,194 MPa 16 Dari perbandingan hasil di atas nampak bahwa hasil pengujian kuat lekat tulangan D16 lebih besar dari hasil perhitungan teoritis berdasarkan peraturan. No. Tabel 3.3. Kuat lekat tulangan D10 Benda Uji kuat lekat tulangan Hasil Pengujian Kode Diameter tulangan (mm) Panjang tertanam (mm) Luas tulangan tertanam (mm 2 ) Beban maksimum (kn) Kuat lekat 1 KL4/10 9,90 150, ,27 8,900 1,91 2 KL5/10 9,50 150, ,77 6,119 1,37 3 KL6/10 9,50 150, ,77 9,790 2,19 1,45 Kuat lekat rata-rata 1,82 8

10 Dari Tabel 3.3 didapat kuat lekat rata-rata tulangan D10 sebesar 1,82 MPa. Berdasarkan peraturan ACI 1963 (Wang dan Salmon, 1985), untuk tulangan dengan diameter lebih kecil dari 35 mm: 20,2 1,59 Untuk tulangan D10, u = 0,75 = 1,910 MPa 10 Dari perbandingan hasil di atas nampak bahwa hasil pengujian kuat lekat tulangan D10 sedikit lebih kecil dari hasil perhitungan teoritis berdasarkan peraturan. C. Kuat Lentur Balok (Modulus of Rupture) Hasil pengujian kuat lentur balok (modulus of rupture) seperti ditunjukkan pada Tabel 3.4. Tabel 3.4. Kuat lentur balok Lebar Tinggi W=1/6.b.h 2 Gaya Berat Muatan Momen f r = f r ratarata No. Kode (b) (h) (P) Sendiri (q) (M) M/W (mm) mm (mm 3 ) (N) (N) (N/mm) (Nmm) 1 I , , ,10 0, ,03 0, II , , ,50 0, ,78 0, III , , ,50 0, ,53 0, IV , , ,50 0, ,84 0, V , , ,50 0, ,03 0,4931 0,6282 Dari Tabel 3.4 didapat kuat lentur balok (modulus of repture, f r ) ratarata sebesar 0,6282 MPa. Berdasarkan peraturan ACI (Wang dan Salmon, 1985), harga rata-rata untuk modulus of rupture (f r ) beton ringan dihitung dengan Persamaan: f r = 0,75 α f c ', dengan α = 0,62 = 0,75(0,62) 1, 59 = 0,5863 MPa Berdasarkan perbandingan hasil di atas, modulus of rupture (f r ) hasil pengujian lebih besar dari hasil perhitungan teoritis berdasarkan peraturan. BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Dari hasil pengujian dan analisis yang dilakukan pada penelitian ini maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Beton styrofoam hanya dapat digunakan untuk non struktural dengan kuat tekan rata-rata (f c ) 1,59 MPa, regangan maksimum (ε c ) 0,0100, modulus elastisitas 496 MPa dan berat jenis rata-rata sebesar 760 kg/m Beton styrofoam bersifat daktail, dan teori beton normal tidak relevan digunakan pada beton styrofoam 3. Kuat lekat rata-rata tulangan ulir D16 dengan beton styrofoam sebesar 1,45 MPa dan kuat lekat tulangan D10 sebesar 1,82 MPa. Kuat lekat ratarata tulangan ulir D16 lebih besar dari hasil perhitungan teoritis 9

11 berdasarkan peraturan, dan kuat lekat tulangan D10 sedikit lebih kecil dari hasil perhitungan teoritis berdasarkan peraturan 4. Modulus of rupture ( f r ) rata-rata beton styrofoam sebesar 0,6282 MPa, lebih besar dari hasil perhitungan teoritis berdasarkan peraturan B. Saran 1. Pembuatan beton styrofoam dengan cara manual dibutuhkan ketelitian penakaran bahan dan cara pengadukan agar didapat beton yang homogen. 2. Perlu diadakan penelitian lanjutan tentang beton styrofoam, terutama menyangkut perbandingan campuran, ketahanan terhadap api, zat kimia dan beban dinamis. DAFTAR PUSTAKA Cowd, M.A., 1991, Kimia Polimer, Penerbit ITB, Bandung Dipohusodo, I., 1994, Struktur Beton Bertulang, PT, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Hunaiti, Y.M., 1997, Composite Action of Foamed and Lightweight Aggregate Concrete, Journal of Material in Civil Engineering, August 1996, pp , Salet, T.A.M., (1990), Struktur Analisis of Sandwich Beam Composed of Reinforced Concrete Faces and a Foamed Concrete Core, Desertation, Univercity Eindhoven, Belanda Murdock, L.J. dan Brook, K.M., 1986, Bahan dan Praktek Beton, edisi ke-4, Erlangga, Jakarta Nawy, Edward G., 1998, Beton Bertulang suatu Pendekatan Dasar, Cetakan II, PT Refika Aditama, Bandung, Park, R. and Paulay, T., 1975, Reinforced Concrete Structures, A Wiley- Interscience Publication, New York London Sydney - Tonronto Paryongko, N., 2003, Pemanfaatan Breksi Baru Ringan untuk Pembuatan Panel Plat Atap dengan Tulangan dari Anyaman Kawat Baja Lunak, Tesis, Program Studi Teknik Struktur, Pascasarjana, UGM, Yogyakarta Tjokrodimuljo, K., 1996, Teknologi Beton, Nafiri, Yogyakarta Wang, Chu-Kia dan Salmon, Charles G., 1985, Disain Beton Bertulang, Jilid I, Edisi IV, Erlangga, Jakarta, Winter, G. dan Nilson, Arthur H., 1993, Perencanaan Struktur Beton Bertulang, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. 10