PERILAKU BALOK PROFIL KANAL (C) FERRO FOAM CONCRETE AKIBAT BEBAN LENTUR

Transkripsi

1 PERILAKU BALOK PROFIL KANAL (C) FERRO FOAM CONCRETE AKIBAT BEBAN LENTUR Mochammad Afifuddin 1 dan Abdullah 2 1,2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Syiah Kuala, Jl. Syech Abdul Rauf No: 7, Kopelma Darussalam, Banda Aceh, afifuddin64@gmail.com, abdullahmahmud2004@yahoo.com ABSTRAK Ferro Foam Concrete adalah material yang terbuat dari kombinasi antara wiremesh dan beton busa. Keuntungan dari bahan ini selain kemampuannya yang tinggi dalam memikul beban, beratnya ringan, dan mudah diproduksi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari perilaku lentur balok profil C yang dikonfigurasi menjadi profil I yang terbuat dari Ferro Foam Concrete, dan untuk mengetahui kemungkinan digunakannya material Ferro Foam Concrete sebagai alternatif material untuk gelagar jembatan. Enam buah benda uji balok profil C yang dikonfigurasikan menjadi 3 buah balok profil I dengan tinggi 150 mm, 200 mm, dan 300 mm dengan empat lapisan wiremesh di uji di Laboratorium Konstruksi dan Bahan Bangunan Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala. Panjang bentang balok benda uji 2000 mm, dan lebar sayap profil C 100 mm. Beton busa yang digunakan terbuat dari campuran semen, air, foam agent, dan 10 % pozzolan. Mutu beton yang dicapai 323,8 kg/cm 2, dan kuat tarik wiremesh dan baja tulangan 4210 kg/cm 2. Benda uji di bebani dengan beban dua titik, dengan tiga unit LVDT ditempatkan pada jarak 250 mm dan 1000 mm dari tumpuan. Dari hasil penelitian ditemukan bahwa beban maksimum yang dapat dipikul oleh Profil I dengan tinggi 150 mm adalah 5,21 Ton dengan lendutan 38,39 mm, untuk profil dengan tinggi 200 mm adalah 8,59 Ton dengan lendutan 30,92 mm, dan untuk profil dengan tinggi 300 mm adalah 12,24 Ton dengan lendutan 16,63 mm. Dari hasil ini terlihat bahwa profil C Ferro Foam Concrete yang dikonfigurasikan menjadi Profil I memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai material alternatif untuk gelagar jembatan bentang-bentang pendek. Kata kunci: Ferro foam concrete, pozzolan, gelagar jembatan, foam agent. 1. PENDAHULUAN Jembatan merupakan infrastruktur yang sangat penting bagi suatu daerah. Karena dengan ketersediaan jembatan maka masyarakat dapat melakukan aktivitas dengan baik dan lancar. Kebanyakan gelagar jembatan sederhana dipedesaan terbuat dari beton atau kayu. Masing-masing material ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Untuk jembatan beton, kendala yang dihadapi adalah selain biayanya relative mahal, juga kualitas bahan, dan mutu pelaksanaan menjadi hal yang sangat menentukan. Sehingga untuk menggunakan material ini perlu anggaran yang besar karena terkait dengan kebutuhan jumlah tenaga kerja yang banyak dan waktu pelaksanaan yang relative lebih panjang. Kayu merupakan material yang banyak digunakan dan mudah dirangkai, namun penggunaan material ini menjadi sangat dibatasi karena resiko yang diakibatkan oleh penebangan kayu di hutan. Khususnya di Provinsi Aceh, sejak dikeluarkannya Instruksi Gubernur No:05/INSTR/2007 pada 6 Juni 2007, kayu sangat sulit didapat, sehingga penggunaan jembatan dengan menggunakan material kayu menjadi pilihan yang terakhir. Dari latar belakang di atas, penelitian ini mencoba memberikan solusi dari permasalahan tersebut dengan memberikan alternatif material yang disebut dengan Ferro Foam Concrete. Hasil penelitian pendahuluan Profil Kanal (C) dengan menggunakan bahan ferrocement dengan variabel tinggi profil, jumlah lapisan wiremesh dan jumlah tulangan rangka menunjukkan bahwa Profil Kanal (C) dengan konfigurasi I dapat digunakan sebagai bahan alternatif gelagar jembatan (Akbar,I; Khairun, dkk, 2009). Beton ringan busa (foam concrete) merupakan salah satu jenis beton ringan yang sangat luas potensi aplikasinya. Beton jenis ini dibentuk dengan membuat gelembung gas/udara dalam campuran mortar sehingga menghasilkan material yang berstruktur sel-sel yang mengandung rongga udara dengan ukuran 0,1-1,0 mm (Legatski;1978). Jenis MAT - 125

2 beton ini komposisinya hanya terdiri dari semen, air, dan busa (foam). Selain proses produksinya mudah, beton busa dapat dibuat dengan kualitas/kekuatan yang beragam. Dari penelitian Abdullah, dkk (2010), Afifuddin, dkk (2012, 2013) diketahui bahwa kekuatan tekan campuran beton ringan busa untuk campuran tertentu dapat melebihi 30 Mpa. Azzani (2010) menyatakan bahwa pada penambahan pasir pozzolan alami 10 % pada SG 1,6 mutu beton yang dihasilkan sebesar 313,85 kg/cm 2 (31,39 MPa). Dari hasil ini dimungkinkan untuk menggunakan beton ringan busa sebagai material untuk elemen struktural. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perilaku balok Profil Kanal (C) Ferro foam concrete terhadap beban lentur, serta melihat kemungkinan penggunaan material Ferro Foam Concrete sebagai alternatif material untuk gelagar jembatan. Variabel yang digunakan adalah tinggi balok, jumlah lapis wiremesh 4 lapis. Tinggi balok yang digunakan adalah 150 mm, 200 mm, dan 300 mm. Profil Kanal (C) dirangkai menjadi profil I, dengan panjang benda uji 2000 mm, dan 100 mm dari masing-masing tumpuan. Dari hasil penelitian ditemukan bahwa beban maksimum yang dapat dipikul oleh Profil I dengan tinggi 150 mm adalah 5,21 Ton dengan lendutan 38,39 mm, untuk profil dengan tinggi 200 mm adalah 8.59 Ton dengan lendutan 30,92 mm, dan untuk profil dengan tinggi 300 mm adalah 12,24 Ton dengan lendutan 16,63 mm. Dari hasil ini terlihat bahwa profil C Ferro Foam Concrete yang dikonfigurasikan menjadi Profil I memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai material alternatif untuk gelagar jembatan bentang-bentang pendek. 2. METODOLOGI PENELITIAN Material Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah semen tipe I, agregat halus, air, tulangan baja ulir, foam agent, wiremesh dan admixture. Semen yang digunakan adalah semen portland tipe I produksi dari PT. Semen Padang. Pasir pozzolan alami yang digunakan sebelumnya disaring dengan menggunakan saringan 4,76 mm. Pasir pozzolan alami ini diambil dari Kecamatan Mesjid Raya-Ujong Bate, Aceh Besar. Pasir pozzolan alami ini juga diperiksa sifat fisisnya berupa pemeriksaan berat jenis, pemeriksaan absorpsi, dan modulus kehalusan. Selain itu juga diuji sifat kimia di Laboratorium Pengujian Balai Riset dan Standarisasi Industri di Banda Aceh. Mix design untuk campuran beton ringan busa didasarkan kepada penelitian Azzani (2010). Air yang digunakan pada campuran beton busa adalah air yang tersedia di Laboratorium Konstruksi dan Bahan Bangunan Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala yang berasal dari sumur. Foam agent yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari busa sintetik yang telah diolah dengan menggunakan bahan kimia untuk menghasilkan busa yang sejenis busa sabun sehingga dapat digunakan sebagai pengisi campuran beton. Tulangan yang digunakan untuk tulangan tarik adalah tulangan baja ulir dengan diameter 8 mm. Wiremesh yang digunakan berdiameter 1 mm dan jarak as tulangan 12,71 mm. Kawat jala ini berbentuk persegi dan sesuai dengan ASTM A-185. Admixture yang digunakan adalah superplasticizer (SP) SIKA LN. Bentuk benda uji Ukuran penampang benda uji profil canal yang digunakan adalah lebar 100 mm, tebal 30 mm, panjang bersih 2000 mm, panjang keseluruhan 2200 mm dengan masing-masing tinggi 150 mm, 200 mm dan 300 mm dengan tambahan pozzolan. Gambar perencanaan benda uji dapat dilihat pada Gambar 1 berikut ini. (a) (b) (c) Gambar 1. Bentuk benda uji MAT - 126

3 Gambar 1 (a) menunjukkan gambar Profil kanal sebelum digabungkan. Gambar 1 (b) menunjukkan gambar profil kanal yang sudah digabungkan menjadi profil I, dan Gambar 1 (c) merupakan gambar arah memanjang benda uji, dimana panjang keseluruhan benda uji adalah 2200 mm. Pengecoran Benda Uji Profil Kanal Pekerjaan pengecoran dilakukan berdasarkan jumlah dan komposisi campuran pada perencanaan campuran. Material yang telah disiapkan ditimbang sesuai komposisi campuran pada perencanaan campuran. Selanjutnya cetakan yang telah disiapkan dibersihkan dan diolesi vaselin agar cetakan mudah dibuka setelah beton mengeras. Besi tulangan dan wiremesh yang telah terangkai selanjutnya dimasukkan ke dalam bekisting. Untuk membuat lubang pada profil, pipa yang telah disiapkan sebelumnya dipasang pada bagian wiremesh yang telah dilubangi. Molen dan wadah penampungan adukan dibersihkan terlebih dahulu dari bahan-bahan yang tertinggal di dalamnya. Demikian juga dengan kerucut slump harus dalam keadaan bersih. Pengadukan beton dilakukan dengan memasukkan material pembentuk foam concrete yaitu pasir pozzolan alami, semen, foam agent, dan air yang telah dicampur Super Plasticizer. Lama pengadukan dilakukan sekitar 5 menit. Selanjutnya slump diukur dengan menggunakan kerucut Abraham s sesuai ASTM C Benda uji dibuat dengan mengisi adukan beton ke dalam cetakan profil dan silinder yang telah disiapkan. Cetakan diisi secara bertahap dengan tiga lapisan, tiap lapisan selalu dipadatkan. Selain itu dibuat juga benda uji silinder kontrol untuk mengetahui kuat tekan yang sesungguhnya. Untuk benda uji silinder dipadatkan dengan cara memukul cetakan menggunakan palu karet serta menumbuk-numbuk menggunakan stik besi. Pada profil kanal pemadatan dilakukan dengan cara memukul sisi cetakan dengan palu karet serta menggetarkan cetakan dengan menyentaknyentakkannya. Setelah cetakan penuh permukaan bagian atas diratakan dengan sendok semen. Selanjutnya setelah benda uji profil dan silinder berumur 24 jam, bekisting dibuka dan ditandai dengan penulisan nama benda uji pada permukaan profil. Pengaturan Alat Sebelum dilakukan pengujian, dilakukan pengaturan alat meliputi perangkaian dua buah profil canal yang digabung menjadi I menggunakan dua baut 3/8 inci pada bagian ujung-ujung profil. Benda uji yang sudah dirangkai menjadi I ditempatkan pada tumpuan sendi rol sehingga panjang bentang 2000 mm. Benda uji diberi beban 2 titik, dengan jarak antar beban 600 mm, dan jarak antara titik beban dengan tumpuan 700 mm. 3 buah tranducer dipasang pada posisi 250 mm dan 1000 mm dari tumpuan. Gambar setup pengujian Profil I dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2. Setup pengujian benda uji MAT - 127

4 3. Hasil dan Pembahasan Hasil Kuat Tekan Beton Jumlah benda uji silinder untuk masing-masing benda uji sebanyak 3 buah. Hasil uji kuat tekan beton seluruhnya ditunjukkan pada Tabel 1. Benda Uji H=150 mm H=200 mm H=300 mm Tabel 1. Hasil Uji Kuat Tekan Beton Nama Benda Uji Kuat Tekan (kg/cm 2 ) S ,9 S ,2 S ,2 S ,6 S ,6 S ,2 S ,2 S ,6 S ,9 Kuat Tekan (kg/cm 2 ) 335,8 318,8 316,9 Hasil Kuat Tarik Tulangan Baja dan Wiremesh Dari hasil pengujian kuat tarik baja ini didapatkan tegangan luluh (fy b) dari tulangan yang di uji, yaitu 4217,136 Kg/cm 2 (420 MPa) dengan modulus elastisitas hasil sebesar 2,82 x 10 6 Kg/cm 2 (280 GPa) dan regangan luluhnya sebesar 0, Dari hasil pengujian kuat tarik wiremesh ini didapatkan tegangan luluh (fy w) dari wiremesh yang di uji, yaitu 4200 Kg/cm 2 (420 MPa) dengan modulus elastisitas sebesar 4,94 x 10 6 Kg/cm 2 (494 GPa) dan regangan luluh wiremesh sebesar 0, Perilaku Struktur Hubungan Beban-Lendutan Gambar 3 menunjukkan hubungan beban-lendutan untuk benda uji dengan tinggi profil h=150 mm, 200 mm, dan 300 mm. Pada gambar terlihat bahwa beban maksimum yang terjadi pada profil ferro foam concrete dengan tinggi 150 mm adalah 5,21 Ton dengan lendutan 38,4 mm. Untuk profil ferro foam concrete dengan tinggi 200 mm beban maksimum yang dapat dicapai sebesar 8,59 Ton dengan lendutan 30,92 mm. Pada profil ferro foam concrete dengan tinggi 300 mm beban maksimum yang dapat dipikul sebesar 12,24 Ton dengan lendutan 16,63 mm. Terlihat dari gambar ini bahwa dengan adanya variasi tinggi profil menyebabkan terjadinya perbedaan kapasitas dan kekakuan dari masing-masing profil dalam memikul beban. Profil ferro foam concrete dengan tinggi 150 mm memiliki tingkat daktilitas yang baik. Ini dapat kita lihat setelah benda uji mencapai beban maksimum penurunan kemampuan memikul bebannya tidak drastis, melainkan menurun secara perlahan hingga pembebanan dihentikan. Untuk profil ferro foam concrete dengan tinggi 200 mm menunjukkan setelah mencapai beban maksimum, daerah desak beton langsung hancur, namun demikian profil masih mampu memikul beban, sehingga pembebanan masih terus dilanjutkan sampai profil hancur. Untuk profil ferro foam concrete dengan tinggi 300 mm kemampuan memikul bebannya sangat besar dibandingkan dengan dua ukuran tinggi sebelumnya. Peningkatan beban maksimum yang mampu dipikul oleh profil dengan tinggi 300 mm sebesar 2,35 kali dari kemampuan profil ferro foam concrete dengan tinggi 150 mm. Ketika dibandingkan dengan profil ferro foam concrete dengan tinggi 200 mm, kemampuan memikul bebannya sebesar 1,65 kali dibandingkan dengan profil dengan tinggi 150 mm. MAT - 128

5 Beban (ton) Konferensi Nasional Teknik Sipil 8 (KoNTekS8) Tabel 2 menunjukkan perbandingan luas tulangan yang digunakan untuk masing-masing benda uji. Dari tabel ini terlihat bahwa perbedaan jumlah luas tulangan menyebabkan terjadinya perbedaan dalam kemampuan benda uji dalam menerima beban dan momen maksimum yang terjadi. Dengan meningkatnya kekakuan pada profil dengan tinggi 300 mm, terlihat bahwa terjadi penurun yang besar pada lendutannya. Besarnya penurunan yang terjadi 0,43 kali dibandingkan dengan lendutan pada profil dengan tinggi 150 mm. Hal ini menunjukkan apabila rasio tulangan yang digunakan sama, maka semakin tinggi profil maka beban maksimum yang dapat dipikul semakin meningkat dan kekakuan juga semakin meningkat, namun daktilitas yang terjadi semakin menurun. Profil (mm) Lendutan (mm) Tabel 2. Rasio tulangan pada masing-masing benda uji Abeton As As' Aw As+As +Aw Rasio Pmaks Mmaks mm 2 mm 2 mm 2 mm 2 mm 2 ( % ) ( t ) ( tm ) = (3+4+5) 7 = (6/2) Gambar 3. Hubungan beban-lendutan untuk profil dengan tinggi=150 mm, 200 mm, dan 300 mm. H= ,183 88,122 58, ,138 3,208 5,210 1,824 H= ,183 88,122 68, ,943 2,833 8,590 3,007 H= ,183 88, , ,811 2,430 12,240 4,284 Pola Retak Gambar 4 menunjukkan pola retak yang terjadi pada masing-masing benda uji. Retak awal terjadi pada masingmasing berbeda, untuk tinggi 150 mm, 200 mm, dan 300 mm terjadi pada saat beban masing-masing 0,7 Ton, 1,3 Ton dan 0,83 Ton. Pola retak yang terjadi hampir sama dimana retak awal terjadi pada bagian flens (sayap) bagian bawah, dengan bertambahnya beban maka laju retak terus bertambah ke bagian web (badan). Selanjutnya jumlah retak yang timbul semakin bertambah banyak seiring dengan pertambahan beban yang diberikan pada masingmasing benda uji profil tersebut. Pada saat beban mencapai kondisi maksimum terlihat flens bagian bawah memiliki retak yang cukup lebar, pembebanan dihentikan ketika flens bagian atas sudah mengalami kehancuran seperti terlihat pada gambar. Model keruntuhan yang terjadi pada setiap benda uji adalah keruntuhan lentur, dan tergolong under reinforced yang terlihat dari gagalnya daerah tarik terlebih dahulu kemudian diikuti keruntuhan daerah tekan. MAT - 129

6 (a) H=150 mm (b) H=200 mm (c) H=300 mm Gambar 4. Pola retak yang terjadi pada masing-masing benda uji Tabel 3 menunjukkan perbandingan hasil uji laboratorium dan teoritis. Dari tabel ini terlihat bahwa semua nilai perbandingannya melebihi satu baik itu untuk beban maksimum yang dapat dipikul, dan lendutan maksimum yang terjadi. Rasio yang terbesar terjadi pada benda uji dengan tinggi 200 mm. Tabel 3 Perbandingan hasil uji laboratorium dan teoritis Perbandingan Hasil Benda Uji Pmax (Ton) Lendutan (mm) Lab Teori Plab/Pteori Lab Teori Δlab/Δteori H= 150 mm 5,21 4,047 1,287 38,39 21,8 1,761 H= 200 mm 8,59 5,940 1,446 30,92 14,6 2,118 H= 300 mm 12,24 10,402 1,177 16,63 9,9 1,68 Potensi profil kanal konfigurasi I sebagai gelagar jembatan Dari hasil penelitian diperoleh hasil sebagai berikut: a. Profil dengan tinggi 150 mm menerima beban maksimum sebesar 5,21 ton dengan lendutan sebesar 38,39 mm. b. Profil dengan tinggi 200 mm menerima beban maksimum sebesar 8,59 ton dengan lendutan sebesar 30,92 mm c. Profil dengan tinggi 300 mm menerima beban maksimum sebesar 12,24 ton dengan lendutan sebesar 16,63 mm Dari hasil ini, maka dimungkinkan penggunaan profil kanal yang dikonfigurasikan menjadi profil I sebagai gelagar jembatan bentang pendek dapat direalisasikan. Karena gelagar yang terbuat dari profil I ini lebih ringan dan tidak memerlukan keahlian khusus untuk membuatnya. Untuk itu diperlukan penelitian lanjutan untuk mengetahui tinggi profil yang lebih efisien untuk dapat digunakan sebagai gelagar jembatan. 4. KESIMPULAN Dari penelitian ini kesimpulan yang dapat diambil adalah: 1. Beban maksimum yang mampu dipikul oleh profil kanal yang dikonfigurasikan menjadi profil I dengan tinggi 150 mm adalah sebesar 5,21 Ton dengan lendutan 38,39 mm. Untuk profil I dengan tinggi 200 mm MAT - 130

7 adalah sebesar 8,59 Ton dengan lendutan sebesar 30,92 mm. Untuk profil I dengan tinggi 300 mm adalah sebesar 12,24 Ton dengan lendutan sebesar 16,63 mm. 2. Peningkatan beban yang dapat dipikul profil I dengan tinggi 300 mm sebesar 2,35 kali dari profil I dengan tinggi 150 mm, sedangkan untuk peningkatan beban yang dapat dipikul profil I dengan tinggi 200 mm sebesar 1,65 kali dari profil I dengan tinggi 150 mm. 3. Model keruntuhan yang terjadi pada semua profil I yang telah diuji adalah keruntuhan lentur, dan tergolong under reinforced yang terlihat dari gagalnya daerah tarik terlebih dahulu kemudian diikuti keruntuhan daerah tekan. 4. Profil kanal Ferro Foam Concrete yang dikonfigurasikan menjadi Profil I memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai material alternatif untuk gelagar jembatan bentang-bentang pendek. Ucapan Terima Kasih Terima kasih penulis sampaikan kepada saudari Nazliza, ST, dan Asta Ivo Bonny Sembiring, ST alumi jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala yang telah membantu penulis dalam proses pengumpulan dan pengolah data hasil penelitian. Juga ucapan terima kasih disampaikan kepada Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah memberikan dana Hibah Strategis Nasional tahun 2013 untuk dapat terlaksananya kegiatan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Abdullah, Afifuddin, M., Huzaim., (2010), Pemanfaatan Bahan Limbah Sebagai Pengganti Semen pada Beton Busa Mutu Tinggi, Proceeding Konferensi Teknik Sipil ke-4, Universitas Udayana, Bali. Afifuddin, M., Abdullah, (2012), Pengaruh penambahan batu apung terhadap sifat mekanis beton busa (Foamed Concrete), Proceeding Konferensi Teknik Sipil ke-6, Universitas Trisakti, Jakarta. Afifuddin, M., Abdullah, (2013), Kuat lekat (Bond Strength) antara tulangan dengan beton busa (Foamed Concrete), Proceeding Konferensi Teknik Sipil ke-7, Universitas Sebelas Maret, Solo. Akbar, I., (2009), Perilaku profil kanal (C) Ferrocement dengan konfigurasi I yang dibebani Lentur (Studi Kasus dengan menggunakan 2,3,dan 4 lapis wiremesh), Tugas Akhir Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Azzani, (2010), Pengaruh penambahan pasir pozzolan alami terhadap sifat mekanis beton busa (Foamed Concrete), Tugas Akhir Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Khairun, (2009), Perilaku profil kanal (C) Ferrocement dengan konfigurasi I yang dibebani lentur (Studi kasus dengan menggunakan 2,3, dan 4 batang tulangan tarik), Tugas Akhir Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Legatski, L.M., (1978), Cellular Concrete, American Society for Testing and Materials (ASTM), Special Technical Publication 169B on the Significance of Test and Properties of Concrete and Concrete Making Materials, MAT - 131