PENINGKATAN KUAT LENTUR PADA BETON DENGAN PENAMBAHAN FIBER POLYPROPHYLENE DAN COPPER SLAG (TERAK TEMBAGA)

Transkripsi

1 PENINGKATAN KUAT LENTUR PADA BETON DENGAN PENAMBAHAN FIBER POLYPROPHYLENE DAN COPPER SLAG (TERAK TEMBAGA) Safrin Zuraidah 1, Bambang Sudjatmiko, Eko Salaudin 3 1 Dosen Teknik Sipil Universitas Dr. Soetomo Surabaya safrini@yahoo.com safrin@unitomo.ac.id Dosen Teknik Sipil Universitas Dr. Soetomo Surabaya 3 Mahasiswa Teknik Sipil Universitas Dr. Soetomo Surabaya ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh penambahan Fiber Polyprophylene dan Copper Slag (terak tembaga) sebagai substitusi agregat halus terhadap peningkatan kuat lentur pada balok. Penelitian sebelumnya yang pernah dilakukan menunjukkan bahwa pemakaian Copper Slag (terak tembaga) dengan komposisi 5 % dari pasir alam mengalami peningkatan terhadap kuat tekan beton, sedangkan dengan penambahan Fiber Polyprophylene dengan konsentrasi tertentu dapat meningkatkan sifat mekanis pada beton. Dalam penelitian ini dilakukan percobaan untuk mutu beton K-300 (fc : 30 Mpa) dengan variasi konsentrasi fiber 0 Kg/m 3 ; 0.8 Kg/m 3 ; 1. Kg/m 3 ; 1.6 Kg/m 3, dan penambahan Copper Slag 5 % terhadap pasir alam. Pengujian yang terdiri dari kuat lentur (16 balok 60x10x15 cm) dan pengujian kuat tarik (16 silinder 10x0 cm) yang diuji pada umur 8 dan 56 hari dan benda uji dilakukan curing sampai pada umur pengujian. Penambahan fiber dengan komposisi 0.8 Kg/m 3 terhadap campuran beton menunjukkan terjadinya peningkatan kuat lentur sekitar 11.9 % dan kuat tarik % dibandingkan beton tanpa Fiber Polyprophylene. Pada saat pengujian lentur, balok dapat menerima beban yang lebih besar meskipun terjadi retak pertama. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kekuatan beton yang memberikan kontribusi paling baik terhadap lentur dan tarik adalah penambahan Fiber Polyprophylene dengan konsentrasi fiber 0.8 kg/m 3 dan pemakaian Copper Slag 5 % terhadap pasir alam. Dengan demikian membuktikan sekaligus menguatkan dari penelitian beton fiber sebelumnya yang menunjukkan terjadinya peningkatan kekuatan lentur pada beton. Kata-kata kunci : Agregat, Copper Slag, Fiber Polyprophylene, Kuat lentur, Kuat tarik. PENDAHULUAN Pemakaian beton sebagai bahan bangunan sangat populer di Indonesia karena bisa memanfaatkan bahan lokal yang mudah diperoleh seperti pasir, batu pecah, semen dan air dengan harga yang relatif murah, mudah dibentuk sesuai kebutuhan, tidak membutuhkan biaya yang terlalu mahal untuk perawatannya, memiliki kuat tekan yang tinggi, memiliki ketahanan terhadap air, api dan cuaca sehingga menyebabkan beton banyak dipakai untuk struktur besar maupun kecil dan perawatannya juga murah. Namun demikian beton memiliki kelemahan antara lain sifat yang getas, retak pada beton yang terlalu dini sehingga praktis tidak mampu menahan beban tarik. Karena sifat getas ini maka beton akan hancur secara tiba-tiba jika beban mencapai beban maksimum. Untuk mengatasi kelemahannya maka dikombinasikan pemakaiannya dengan bahan baja dengan kata lain perlu diberi baja tulangan untuk menahan tegangan tarik yang terjadi. Berbagai usaha telah ditempuh oleh para peneliti untuk meningkatkan performance beton untuk mendapatkan beton mutu tinggi. Dari beberapa penelitian yang pernah dilakukan di antaranya ada yang meninjau dari segi hubungan antara beton ISBN dengan tulangannya (struktur beton) dan ada juga dari segi peningkatan mutu material betonnya. Usaha untuk meningkatkan performance beton dari sisi material telah banyak dilakukan seperti bahan alternatif material sebagai pengganti agregat halus (filler) seperti menggunakan pasir besi dan copper slag (terak tembaga), sebagai pengganti bahan pengikat (cementitious bonding) dan ada pula sebagai bahan tambahan untuk meningkatkan daya rekat dari bahan pengikat atau sebagai campuran tambahan serat (fiber) dalam beton. [1], menyatakan bahwa ada beberapa macam bahan serat (fiber) yang dapat dipakai untuk memperbaiki sifat-sifat beton yaitu : Baja (steel), plastik (polyprophylene), kaca (glass), karbon (carbon). Selain bahan bahan ini, dapat juga dipakai serat dari bahan alami seperti ijuk atau sabut kelapa atau serat dari tumbuhan lainnya untuk keperluan non struktural, asalkan memenuhi syarat-syarat teknis sebagai bahan yang bersifat fiber. Copper slag adalah limbah industri dari peleburan tembaga, saat ini sudah mulai banyak digunakan sebagai agregat halus pada campuran beton atau sebagai cementitious (pengganti semen) karena copper slag mempunyai sifat fisik seperti pasir alami dan sifat kimia yang stabil. Bentuk butiran copper slag adalah runcing, kasar, dan tidak beraturan, fm (modulus A-75

2 kehalusan) yang tinggi, bersih dari zat organik (lumpur) dan mempunyai porositas yang kecil terlihat dari butirannya yang mengkilap. Selain itu copper slag sering digunakan sebagai campuran untuk perkerasan jalan dan juga sebagai pengisi (backfill) dari retailing wall dan konstruksi pengurukan pondasi dangkal. Kekuatan beton yang memberikan kontribusi yang paling baik adalah penggunaan copper slag sebanyak 5 % dari pasir alami []. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan prosentase optimum Fiber Polyprophylene dan menambah copper slag sebanyak 5 % dari pasir alami dalam beton yang dapat meningkatkan tegangan maksimum namun masih terjaga workability dan untuk mengetahui seberapa besar peningkatan kekuatan lentur (flexural strength) dari beton bertulang terhadap retak dan kuat tarik beton dengan penambahan Fiber Polyprophylene dan copper slag (terak tembaga). Komposisi campuran beton fiber dibuat dengan variasi berat fiber terhadap volume beton yaitu 0, 0.8, 1.0, dan 1. kg/m 3. METODE Fiber reinforced concrete didefinisikan sebagai beton yang dibuat dari campuran semen, agregat halus, agregat kasar, air dan sejumlah fiber yang disebar secara random dalam adukan. Penambahan fiber adalah memberikan tulangan pada beton yang disebar merata ke dalam adukan beton dengan orientasi random dimana dapat mencegah terjadinya retakan pada beton di daerah tarik akibat pengaruh pembebanan, pengaruh susut pada beton atau pengaruh panas hidrasi. Kuat tarik beton dipengaruhi oleh bentuk fiber dan jumlah yang digunakan. Setiap jenis fiber mempunyai kelebihan dan kekurangan, masing-masing tergantung dari tujuan pemakaiannya. Perilaku fisik beton berserat ditentukan oleh beberapa faktor, antara lain sifat-sifat fisik serat matriknya dan perlekatan / interaksi antara serat dan matriknya. Pengamatan mengenai kedua hal ini sangat diperlukan untuk memperkirakan kontribusi serat sehingga sifat-sifat beton komposit dapat diperkirakan. Perbaikan terhadap sifat-sifat struktur beton dengan menggunakan fiber dari luar negeri dapat meningkatkan beban kejut, kemampuan untuk menyerap energi, daktilitas, ketahanan terhadap kelelahan, susut, kekuatan lentur, geser, dsb. [] Kuat tekan rata-rata pada masing-masing campuran copper slag mengalami kenaikan bila dibandingkan dengan kuat tekan beton tanpa menggunakan campuran copper slag, Terutama pada campuran 5% copper slag mengalami kenaikan sebesar 16,5 %. [3] Efektivitas Kombinasi Copper Slag sebagai Cementitious terhadap Kuat Tekan pada Beton. Menyatakan, penggunaan copper slag lebih baik digunakan untuk beton mutu tinggi dikarenakan beton dengan variasi copper slag 0% dapat mencapai kuat tekan yang paling optimum yaitu 6,6 kg/cm dengan kenaikan 10,48% dibandingkan beton dengan mutu normal yang mengalami penurunan kuat tekan rata-rata sebesar 9,6% apabila menggunakan copper slag. [4] menyatakan penambahan Fiber Polypropylene dengan konsentrasi 1. kg/m 3 akan meningkatkan kuat lentur sebesar % dan menurunkan kuat tekan beton sebesar 9,09 % dibandingkan dengan beton normal. [5], menyatakan penambahan Styrene Butadin Latex dengan konsentrasi 5 % akan meningkatkan kuat tekan 0%, meningkatkan kuat tarik 0 %, meningkatkan kuat hancur 5 %, meningkatkan modulus elastisitas 0 % tetapi defleksinya menurun 10 %. [6], menyatakan Serat Polypropylene dapat menaikkan kuat tarik, lentur dan tekan beton, mengurangi retakretak akibat penyusutan, meningkatkan daya tahan terhadap impact, dan meningkatkan daktilitas. Prosentase volume serat dalam beton Vr = 6-7 %, kekuatan lentur ultimate b u = 5 30 Mpa, kapasitas regangan tarik = 3 5 % dari kekuatan lentur ultimate. Perilaku Fisik Beton Berserat. Perilaku fisik beton berserat ditentukan oleh beberapa faktor, antara lain sifat-sifat fisik serat matriknya dan perlekatan/ interaksi antara serat dan matriknya. Pengamatan mengenai kedua hal ini sangat diperlukan untuk memperkirakan kontribusi serat sehingga sifat-sifat beton komposit dapat diperkirakan. Sifat- sifat fisik serat dan matrik. Beberapa sifat fisik serat dan matrik, rata-rata serat mempunyai panjang ulur dua sampai tiga kali lebih besar dari regangan runtuh matrik, hal ini akan menyebabkan matrik akan retak sebelum kuat tarik maksimum serat tercapai. Serat serat umumnya mempunyai modulus elastisitas yang lebih besar dari modulus elastisitas matrik tetapi karena perbandingan serat yang digunakan jauh lebih kecil dari volume matrik, modulus elastisitas beton berserat tidak banyak terpengaruh oleh sifat ini dan lebih mendekati modulus elastisitas matrik [7]. Uji Kuat Lentur (flexural streght) Pembebanan dilakukan dengan sistem model pembebanan 3 titik. Satu titik terpusat di tengah bentang yang didistribusikan melalui plat baja menjadi dua beban titik yaitu masing-masing pada posisi sepertiga bentangan. Alat yang digunakan adalah UTM 100kN dengan kecepatan pembebanan rata-rata antara 861 s/d 107 kpa /menit Merk Tokyo Testing Machine Type RAT-00, sesuai standar ASTM C78. A-76 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 009

3 . Untuk pengujian dimana patahnya benda uji ada di luar pusat (di luar daerah 1/3 jarak titik perletakan) di bagian tarik beton, dan jarak antara titik pusat dan titik patah kurang dari 5 % dari panjang titik perletakan maka kuat lentur beton dihitung dengan persamaan : 3P. a δ =...(.) b. h a = Jarak rata-rata antar tampang lintang patah dan tumpuan luar yang terdekat, diukur dari 4 tempat yang berbeda (mm). P P/ P/ 7,5 cm 45 cm 7,5 cm Gambar.3. Model Pembebanan Gambar 1. Model Pengujian, Perletakan dan Pembebanan Dimana kuat lentur balok diperhitungkan dengan persamaan : 1. Untuk pengujian dimana patahnya benda uji ada di daerah pusat pada jarak 1/3 jarak titik perletakan pada bagian tarik dari beton, maka kuat lentur beton dihitung menurut persamaan : P. l δ1 =...(1 ) b. h δ1 = Kuat lentur benda uji (Mpa) P = Beban Maksimum Total (kg) l = Bentang balok (cm) b = Lebar balok (cm) h = Tinggi balok (cm) Gambar. Letak Patah dan Pemakaian Rumus ISBN Untuk menentukan besaran momen yang terjadi pada balok di atas dua tumpuan. Dimana momen diperhitungkan dengan persamaan : M = ½ P. ½ L ½ P. ¼ L...(3.) Mu = ¼. P (4 ) Dimana M = Momen yang terjadi (Kgm) Mu = Momen ultimate (Kgm) P = Gaya (Kg) L = Panjang bentang (m) Tulangan yang dipakai D10, AS actual 157 mm (grafik dan tabel perhitungan beton bertulang CUR) AS =.b...(5 ) Mn Rn (6 ) b x d Mu Mn (7) b = lebar balok (cm) d = decking (tebal selimut beton cm) = 0,8 (CUR hal 8) = Rasio tulangan Jumlah benda uji yang digunakan adalah : 16 benda uji, yaitu masing-masing komposisi fiber 4 buah untuk pengujian umur 8 hari dan 56 hari untuk mendapatkan hasil yang akurat maka digunakan benda uji di tiap itemnya. Uji Kuat Tarik Beton Uji kuat tarik beton bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik beton pada umur tertentu. Jumlah benda uji tarik untuk masing-masing campuran dalam kondisi curing adalah buah benda uji. A-77

4 Beban P (Kg) Kuat Tarikr (Mpa) Kuat Lentur (Mpa) Beban P (Kg) Prosedur kerja : Benda uji diambil dari tempat curing, kemudian pasang benda uji pada mesin, hidupkan mesin uji hingga pembacaan pada mesin berhenti pada angka tertentu. Catat hasil pengujian, pengujian dilakukan pada saat benda uji berumur 8 hari dan 56 hari. Kuat tarik dapat dihitung dengan persamaan : P.1 / B fct =...(8 ) A fct = Kuat tarik beton secara langsung (Mpa). P = Beban benda uji (Newton). B = Berat benda uji (Newton). A = Luas penampang tarik mm. 110 % terhadap balok nonfiber. Berdasarkan hasil pengamatan di atas dapat dianalisa bahwa terjadi peningkatan kuat lentur dan lendutan pada saat terjadi retak pertama ditunjukkan oleh semua balok yang berfiber terhadap balok nonfiber dan balok masih dapat menerima beban yang lebih besar walaupun sudah terjadi retak yang pertama Lendutan/ Defleksi (x 10 - mm) Fiber 0 Fiber 0.8 Fiber 1. Fiber 1.6 HASIL DAN PEMBAHASAN,8,7,6,5,4,3,,1 0 0,8 1, 1,6 Komposisi Fiber (kg/m 3 ) Umur 8 Hari Umur 56 Hari Grafik 1: Hubungan antara Komposisi Fiber dan Kuat Lentur Dari Grafik 1. didapatkan bahwa pemakaian fiber 0.8 kg/m 3 mengalami peningkatan kuat lentur yang lebih besar yaitu 11.9 % bila dibandingkan dengan balok yang non fiber. Untuk pemakaian fiber 1. kg/m 3 meningkat 7.3 % dan pemakaian fiber 1.6 kg/m 3 menurun % dan dapat diketahui bahwa beton berfiber dengan penambahan copper slag 5 % yang optimum untuk struktur beton adalah dengan konsentrasi fiber 0.8 kg/m 3. Hal ini membuktikan sekaligus menguatkan dari penelitian beton fiber sebelumnya [4] Grafik.3. Hubungan antara Beban P Max denganlendutan Max yang terjadi ditiap Komposisi Fiber Dari Grafik.3. didapat Untuk pemakaian fiber 0.8 kg/m 3 beban P maksimumnya adalah kg dengan lendutan sebesar mm. Nilai kuat lentur dari pemakaian fiber 0.8 kg/m 3 mengalami peningkatan yang lebih besar yaitu 11.9 % dan lendutan 0,4 % terhadap balok nonfiber. Berdasarkan hasil pengamatan di atas dapat dianalisa bahwa terjadi peningkatan kuat lentur maksimum dan lendutan maksimum ditunjukkan pada balok dengan komposisi fiber 0.8 kg/m 3 dan 1. kg/m 3. Sedangkan pada balok dengan komposisi fiber 1.6 kg/m 3 terjadi penurunan beban P meskipun terjadi peningkatan pada lendutannya.,5 1,5 1 0,5 Umur 8 Hari Umur 56 Hari ,8 1, 1,6 Komposisi Fiber (kg/m 3 ) Fiber 0 Fiber 0.8 Fiber 1. Fiber 1.6 Grafik 4. Kuat Tarik terhadap Komposisi Fiber pada Beton 1000 Dari Grafik.4. dapat diketahui bahwa nilai kuat tarik yang terjadi dari pemakaian fiber dengan komposisi Lendutan/ Defleksi (x 10 mm) kg/m 3 mengalami peningkatan sebesar %, untuk Grafik. : Hubungan antara Beban P (kg) dengan komposisi fiber 1. kg/m 3 sebesar 7.5 %, sedangkan Lendutan pada saat terjadi Retak Pertama pada komposisi fiber 1.6 kg/m 3 terjadi penurunan sebesar 1.9 % terhadap silinder beton nonfiber. Dari Grafik.. didapat nilai beban P dari balok yang Dari analisa di atas didapatkan beton fiber yang baik terjadi di saat retak pertama dari pemakaian fiber 0.8 digunakan dan mampu menahan beban tarik yang kg/m 3 adalah 8873 kg dengan lendutan sebesar tinggi adalah beton dengan konsentrasi fiber 0.8 kg/m 3 mm.. Besar peningkatan beban P yang terjadi adalah dan copper slag 5 % dari pasir. sebesar 61 % dan lendutan yang terjadi meningkat A-78 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 009

5 KESIMPULAN Berdasarkan hasil pemeriksaan material dan beton yang telah dilakukan, maka pengaruh penggunaan Fiber Polyprophylene dan pemakaian Copper slag yang digunakan dalam penelitian ini dapat disimpulkan bahwa prosentase maksimum Fiber Polyprophylene dalam beton untuk meningkatkan tegangan optimum namun masih terjaga workability adukan beton terhadap beton normal adalah dengan konsentrasi fiber 0.8 kg/m 3 dan pemakaian copper slag 5 % terhadap pasir alam. Besarnya peningkatan kekuatan lentur (flexural streght) dari beton bertulang terhadap defleksi (retak) dengan penambahan Fiber Polyprophylene dan copper slag (terak tembaga) yang ditunjukkan pada konsentrasi fiber 0.8 kg/m 3 adalah sebesar 11.9 % terhadap beton nonfiber, dan besarnya peningkatan kuat tarik beton yang ditunjukkan pada konsentrasi fiber 0.8 kg/m 3 dan pemakaian copper slag 5 % terhadap pasir alam adalah sebesar % terhadap beton nonfiber. DAFTAR PUSTAKA [1] Soroushian & Bayasi (1987) State of The Art Report on Fiber Reinforced Concrete ACI 544 1R 87. [] Safrin, Heri, 008, Pengaruh Copper Slag (Limbah Tembaga) Sebagai Substitusi Agregat Halus pada Beton, Procieding International Seminar of Civil Engineering XI, Universitas Pembangunan Nasional Veteran, Surabaya [3] Supriyanto, S., Kartini, Wahyu., Sufiyah, 005, Efektifitas Kombinasi Copper Slag sebagai Cementitious terhadap Kuat Tekan pada Beton, Vol No.3 Jurnal Rekayasa Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional Veteran, Surabaya [4] Fertilia dan Hartono, 000 Pengaruh Penambahan Fiber Polypropylene terhadap Tekan, I mpak dan Lentur Journal Sipil Soepra, vol 3 No.7 [5] Edhi Wahjuni Setyowati, 1996 Pengaruh Penambahan Styerin Butadin Latex Pada Campuran Beton Terhadap sifat Fisis dan Mekanik Beton Tesis S- Teknik Sipil ITS [6] Ziad Bayasi & Jack Zheng (1991) State of The Art Report on Fiber Reinforced Concrete ACI 544 1R 87. ISBN A-79

6 Halaman ini sengaja dikosongkan A-80 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 009