ANALISA DAN KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN SERAT BENDRAT (SERAT KAWAT) PADA DAERAH TARIK BALOK BETON BERTULANG

Transkripsi

1 ANALISA DAN KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN SERAT BENDRAT (SERAT KAWAT) PADA DAERAH TARIK BALOK BETON BERTULANG Mariance Napitupulu 1 dan Besman Surbakti 2 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan mariance_napitupulu@yahoo.com 2 Staff Pengajar Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan besmansurbakti@yahoo.com ABSTRACT Rebars is the most expensive material in the construction. Bendrat fiber / wire fiber was selected material because aside from having the material factors - factors principles concrete reinforcing, but also easily obtained. This experiment was done with cylinders (15x3) and reinforced concrete beams (15x25x32 with addition of 2% bendrat/wire fiber in the tensile s area of reinforced concrete beam. The result of this experiment showed that compressive strength of concrete increase 37.22% when using bendrat / wire fiber. However, a significant increase occurred in tensile strength, that was 74.52%. The test were done to reinforced concrete beams showed decreasing of deflection 35.26% and Increasing flexural capacity 27.97%. Coefficient of comparison between of load test (P) and load theory (Pn) of reinforced concrete beams without bendrat / wire fiber (normal )is.993 and with bendrat / wire fiber is Coefficient of comparison between collapse load testing (P) and the analytical ultimate load (Pu) of reinforced concrete beams without bendrat / wire fiber: coefficient (φ) = 1.6 and with bendrat / wire fiber: coefficient (φ) = Keyword: Bendrat Fiber, Wire Fiber, Reinforced Concrete Beams ABSTRAK Tulangan besi bisa dikatakan adalah material termahal dalam bangunan. Serat bendrat/kawat adalah material terpilih karena selain mempunyai prinsip penguat beton, juga mudah diperoleh. Penelitian ini menggunakan silinder beton (15x3) dan balok beton bertulang (15x25x32) dengan penambahan serat bendrat sebesar 2% di daerah tarik balok. Pengujian menunjukan kuat tekan beton mengalami peningkatan sebesar 37.22% jika menggunakan serat bendrat/kawat. Namun peningkatan signifikan terlihat pada kuat tarik beton, yaitu sebesar 74.52%. Pengujian balok menunjukan terjadi penurunan lendutan sebesar 35.26%, dan peningkatan kapasitas lentur sebesar 27.97%. Koefisien perbandingan beban pengujian (P) dan beban teori (Pn) balok beton bertulang tanpa serat bendrat/kawat (normal) adalah.993 dan dengan serat bendrat/kawat Koefisien perbandingan beban runtuh pengujian (P) dan beban ultimate secara teori (Pu) balok beton bertulang tanpa serat bendrat/kawat 1.6 dan dengan serat bendrat/kawat Kata kunci: Serat Bendrat, Serat Kawat, Balok Beton Bertulang

2 1. PENDAHULUAN Beton merupakan bahan yang tidak asing lagi di telinga dan telah lama dikenal. Pengetahuan tentang beton pun berkembang dengan menggunakan kombinasi-kombinasi bahan lainnya seperti tulangan besi atau yang pada saat ini dikenal dengan istilah beton bertulang (The Reinforced Concrete). Beton sangat diminati karena bahan ini merupakan bahan konstruksi yang mempunyai banyak kebaikan, antara lain: 1. Harganya relatif murah karena dapat menggunakan bahan-bahan dasar dari bahan lokal, kecuali semen Portland. 2. Beton termasuk bahan yang berkekuatan tekan tinggi, serta mempunyai sifat tahan terhadap pengkaratan/pembusukan oleh kondisi lingkungan. 3. Beton segar dapat dengan mudah diangkut maupun dicetak dalam bentuk apa pun dan ukuran seberapapun tergantung keinginan. 4. Kuat tekannya yang tinggi mengakibatkan jika dikombinasikan dengan baja tulangan (yang kuat tariknya tinggi) dapat dikatakan mampu dibuat untuk struktur berat. 5. Beton termasuk tahan aus dan tahan kebakaran, sehingga biaya perawatan termasuk rendah. Disamping memiliki kebaikan, beton juga memiliki kelemahan. Kelemahan beton antara lain: 1. Beton mempunyai kuat tarik yang rendah sehingga mudah retak. 2. Beton segar mengerut saat pengeringan dan beton keras mengembang jika basah, sehingga dilatasi (contraction joint) perlu diadakan pada beton yang panjang/lebar untuk memberi tempat bagi susut pengerasan dan pengembangan beton. 3. Beton keras mengembang dan menyusut bila terjadi perubahan suhu, sehingga perlu dibuat dilatasi (expansion joint) untuk mencegah terjadinya retak-retak akibat perubahan suhu. 4. Beton sulit untuk kedap air secara sempurna, sehingga selalu dapat dimasuki air, dan air yang membawa kandungan garam dapat merusakkan beton. 5. Beton bersifat getas (mudah pecah). Melihat beton yang memiliki banyak kelebihan, maka beton sangat populer dipakai, tetapi nilai kuat tekan beton relatif tinggi dibandingkan dengan kuat tariknya (kuat tariknya hanya berkisar 9% - 15%). Pada penggunaan sebagai komponen struktural bangunan, umumnya beton diperkuat dengan batang tulangan baja sebagai bahan yang dapat bekerja sama dan mampu membantu

3 kelemahannya, terutama pada bagian yang menahan gaya tarik. (Istiamawan Dipohusodo,1996:1) Tulangan besi bisa dikatakan adalah material termahal dalam bangunan. Oleh karena semakin mahalnya harga tulangan, dibutuhkan bahan pengganti lain yang lebih murah tetapi juga mampu menopang gaya tarik yang terjadi. Di negara-negara maju seperti Amerika dan Inggris, para peneliti telah berusaha memperbaiki sifat-sifat kurang baik dari beton dengan cara menambahkan serat atau fiber pada adukan beton. Suhendro (1991), telah menemukan bahan lokal yang mudah didapat di Indonesia juga harganya lebih murah dibandingkan dengan fiber baja berupa potongan kawat bendrat diameter 1 mm, panjang 6 mm (aspek rasio l/d = 6). Hasilnya menunjukan peningkatan kualitas beton yaitu beton menjadi sangat liat atau daktail (ductile), kuat desak, kuat tarik dan ketahanan terhadap kejut juga meningkat. Adapun tujuan penelitian ini adalah: 1. Untuk mengetahui dan membandingkan kapasitas kuat lentur balok beton bertulang dengan dan tanpa penambahan serat bendrat pada daerah tarik. 2. Untuk mengetahui besar peningkatan kapasitas regangan balok beton bertulang dengan penambahan serat bendrat pada daerah tarik. 3. Untuk mengetahui dan membandingkan lendutan balok beton bertulang dengan dan tanpa penambahan serat bendrat pada daerah tarik. 4. Untuk mengetahui dan membandingkan kapasitas kuat tekan dan kuat tarik beton dengan dan tanpa penambahan serat bendrat pada daerah tarik. 5. Untuk mengetahui besar peningkatan kapasitas kuat tekan dan kuat tarik beton dengan dan tanpa penambahan serat bendrat pada daerah tarik. 2. METODE PENELITIAN Jenis dan Sumber Data Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data primer dan data sekunder. Data primer diperoleh dengan menggunakan metode observasi yang dilakukan terhadap benda uji beton silinder dan balok beton bertulang dan data sekunder yang digunakan merupakan data pendukung berupa jurnal, literatur, dan beberapa buku referensi. Metode Pengolahan dan Analisa Data Dalam penelitian ini dilakukan perbandingan kinerja beton, khususnya kuat tekan dan kuat tarik belah, pada beton normal dan beton serat bendrat/kawat. Serta akan dilakukan perbandingan kapasitas lentur pada balok beton bertulang normal dan balok beton bertulang

4 serat bendrat/kawat. Langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Menghitung tinggi garis netral balok beton bertulang normal dan balok beton bertulang serat bendrat/kawat dengan metode kekuatan batas (ultimit). 2. Membuat benda uji, meliputi langkah berikut: a. Perencanaan campuran beton (Mix Design) b. Persiapan pembuatan benda uji beton silinder dan balok beton bertulang c. Pengecoran benda uji d. Perawatan benda uji 3. Menguji benda uji, yang terdiri dari beberapa pengujian sebagai berikut: a. Pengujian kuat tekan benda uji beton silinder dengan dan tanpa penambahan serat bendrat/kawat. b. Pengujian kuat tarik belah benda uji beton silinder dengan dan tanpa penambahan serat bendrat/kawat. c. Pengujian lendutan balok beton bertulang dengan dan tanpa penambahan serat bendrat/kawat. d. Pengujian regangan balok beton bertulang dengan dan tanpa penambahan serat bendrat/kawat. e. Pengukuran pola retak balok beton bertulang dengan dan tanpa penambahan serat bendrat/kawat. Gambar 1 Potongan Memanjang Benda Uji Balok Beton Bertulang Gambar 2 Penempatan beban, pen pembaca regangan dan dial indikator pada balok beton bertulang dengan dan tanpa serat

5 Gambar 3 Beton Silinder tanpa dan dengan serat bendrat/kawat 4. Mengolah data hasil pengujian di laboratorium 5. Menarik kesimpulan Dalam mempermudah memahami rangkaian penelitian ini dari awal hingga akhir, maka diperlukan suatu bagan yang dapat mendeskripsikan secara struktur proses-proses dalam penelitian ini. Berikut adalah bagan alir percobaan (flowchart) yang akan dilaksanakan pada penelitian ini:

6 Beban, P (kg) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1 Data Hasil Pengujian Kuat Tekan dan Kuat Tarik Belah Beton Silinder Umur 28 hari Nama Silinder Kuat Tekan (KN) Kuat Tekan Rata-Rata (KN) f c (MPa) Kuat Tarik (KN) BN1 54 BN BN3 41 BN4 169 BN5 221 BN6 163 BB1 594 BB BB3 612 BB4 234 BB5 234 BB6 249 Kuat Tarik Rata-Rata (KN) F ct (MPa) Dari hasil data Pengujian di atas dapat dilihat bahwa kuat tekan beton silinder dengan serat bendrat/kawat mengalami peningkatan sebesar 37.22% dibandingkan dengan kuat tekan beton silinder tanpa serat bendrat/kawat. Namun peningkatan signifikan terlihat pada kuat tarik, beton silinder dengan serat bendrat/kawat mengalami peningkatan sebesar 74.52% dibandingkan dengan beton silinder tanpa serat bendrat/kawat. Lendutan Balok Beton Bertulang Y1 Kiri Y2 Tengah Lendutan ( x 1-2 mm) Grafik 1 Hubungan Lendutan - Beban Balok Beton Bertulang Tanpa Serat

7 Beban, P (kg) Beban, P (kg) Beban, P (kg) Grafik 2 Hubungan Lendutan - Beban Balok Beton Bertulang Dengan Serat Grafik 3 Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang Dengan/Tanpa Serat (Teoritis) Grafik 4 Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang Dengan/Tanpa Serat (Pengujian) Y1 Kiri Y3 Kanan Y2 Tengah Lendutan 6 ( x 1-2 8mm) Tanpa Serat Dengan Serat 5 1 Lendutan 15 (mm) Tanpa Serat Dengan Serat 2 4 Lendutan 6 (mm)

8 Beban, P (kg) Beban, P (kg) Grafik 5 Hubungan Beban-Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian Dan Teoritis Pada Balok Beton Bertulang Tanpa Serat Grafik 6 Hubungan Beban-Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian Dan Teoritis Pada Balok Beton Bertulang Dengan Serat Penurunan lendutan rata-rata yang terjadi dengan ditambahkan serat bendrat/kawat sebesar 2% pada balok beton bertulang adalah 35.26%. Pengujian Regangan Balok Beton Bertulang Pengujian regangan dilakukan dengan menggunakan seperangkat alat yang disebut Strain Meter. Dan dalam pelaksanaannya, pengujian dilakukan pada 3 titik di salah satu sisi balok yang sebelumnya terlebih dahulu ditempatkan 3 pasang pointer seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini: ΔPengujian ΔTeoritis 5 1 Lendutan 15 (mm) Lendutan (mm) ΔPengujian ΔTeoritis

9 ε c ε c1 ε c ε c1 Gambar 3 Pengujian Regangan Balok ε s ε c3 ε c2 Dimana: ε = regangan ( ) ε = l l l l = pertambahan panjang (mm) = panjang semula penempatan pen (3 mm) Perhitungan nilai regangan serat atas beton, εc: εc3 εc = εc1 εc 62.5 εc = 1.5εc1.5εc3 Perhitungan nilai regangan serat atas beton, εs: εs εc1 εc3 εc1 = εs εc = εc3 εc1 125 εs =.124εc εc3 Keterangan : εc εs = regangan beton pada sisi tekan terluar = regangan pada tulangan tarik baja εc1 = regangan beton pada jarak 62.5 mm dari sisi atas balok εc2 = regangan beton pada garis tengah penampang balok εc3 = regangan beton pada jarak 62.5 mm dari sisi bawah balok

10 Beban, P (kg) Beban, P (kg) Beban, P (kg) Pointer 1 (Atas) Pointer 2(Tengah) Pointer 3 (Bawah) Regangan, ε ( ) Grafik 7 Hubungan Beban-Regangan Balok Beton Bertulang Tanpa Serat Pointer 1(Atas) Pointer 2(Tengah) Pointer 3(Bawah) Regangan, ε ( ) Grafik 8 Hubungan Beban-Regangan Balok Beton Bertulangan Dengan Serat Grafik 9 Hubungan Beban-Regangan Beton (εc) Balok Beton Bertulang εc Tanpa Serat Dengan Serat

11 Beban, P (kg) Tanpa Serat Dengan Serat Grafik 1 Hubungan Beban- Regangan Besi (εs )Balok Beton Bertulang Penurunan regangan rata-rata yang terjadi dengan ditambahkan serat bendrat/kawat sebesar 2% pada balok beton bertulang adalah % untuk regangan beton dan 3.21% untuk regangan besi. Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang Balok beton bertulang yang digunakan pada percobaan ini mengalami lentur murni dan lentur tak seragam sekaligus. Daerah tengah balok mengalami lentur murni karena gaya geser adalah nol dan momen lentur adalah konstan. Bagian-bagian balok didekat ujung mengalami lentur tak seragam karena gaya geser ada dan momen lentur bervariasi. εs Gambar 4 Diagram Tegangan Lentur Pada Balok Momen Lentur Positif σ = Exε Dimana: σ : tegangan ε : regangan E : modulus elastisitas bahan

12 Beban, P (kg) Gambar 5 Diagram Momen Balok Beton Bertulang Tanpa Serat Dengan Serat 1 2 Tegangan 3 Lentur 4 Ultimate, 5 σu 6 (N/mm²) Grafik 11 Hubungan Beban-Tegangan Lentur Ultimate Balok Beton Bertulang Tanpa/Dengan Serat Peningkatan kapasitas rata-rata yang terjadi dengan ditambahkan serat bendrat/kawat sebesar 2% pada balok beton bertulang adalah 27.97%. a. Perbandingan Beban Pengujian (P) dan Beban Teori berdasarkan data regangan (Pn) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat (Normal): Koefisien (φ) = Ppengujian/Pn Koefisien rata-rata(φ) = P/Pn n = =.993 b. Perbandingan Beban Pengujian (P) dan Beban Teori berdasarkan data regangan (Pn) Balok Beton Bertulang Dengan Serat : Koefisien (φ) = Ppengujian/Pn Koefisien rata-rata(φ) = P/Pn n = =.7335 c. Perbandingan Beban Runtuh Pengujian (P) dan Beban Ultimate Secara Teori (Pu) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat : Koefisien (φ) = P runtuh pengujian/pu Koefisien rata-rata(φ) = 6 kg 3756 = 1.6

13 d. Perbandingan Beban Pengujian (P) dan Beban Ultimate Secara Teori (Pn) Balok Beton Bertulang Dengan Serat : Koefisien (φ) = P runtuh pengujian/pu Koefisien rata-rata(φ) = = 1.15 e. Perbandingan Beban Pengujian (P) Balok Beton Bertulang Dengan Serat dan Beban Pengujian (P) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat (Normal): P runtu h Balok Dengan Serat Koefisien φ = P runtu h Balok Tanpa Serat = 7 kg 6 kg = f. Perbandingan Beban Secara Teori (Pn) Balok Beton Bertulang Dengan Serat dan Beban Secara Teori (Pn) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat (Normal): Pn Balok Dengan Serat Koefisien φ = Pn Balok Tanpa Serat = kg kg = 1,58 Pola Retak Balok Beton Bertulang Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, diperoleh pola retak sebagai berikut: Gambar 6 Pola Retak Balok Beton Bertulang Tanpa Serat Pada Pembebanan 6 kg Gambar 7 Pola Retak Balok Beton Bertulang Dengan Serat Pada Pembebanan 7 kg Jika dilihat, dari gambar di atas dapat disimpulkan jenis retak yang terjadi adalah retak lentur, karena retak yang terjadi hamper tegak lurus terhadap sumbu balok. Dan dapat disimpulkan bahwa retak terjadi di daerah Momen lentur terbesar.

14 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian di laboratorium yang telah dilakukan dengan penambahan serat bendrat/kawat 2% pada beton silinder dan balok beton bertulang, dapat disimpulkan bahwa: 1. Kuat tekan beton dengan serat bendrat/kawat mengalami peningkatan sebesar 37.22% dibandingkan dengan kuat tekan beton tanpa serat bendrat/kawat. Namun peningkatan signifikan terlihat pada kuat tarik. Beton dengan serat bendrat/kawat mengalami peningkatan kuat tarik sebesar 74.52% dibandingkan dengan beton tanpa serat bendrat/kawat. 2. Berdasarkan hasil pengujian, dengan ditambahkan serat bendrat/kawat sebesar 2% pada daerah tarik balok beton bertulang, terjadi peurunan lendutan rata-rata sebesar 35.26%. 3. Penurunan regangan rata-rata yang terjadi dengan ditambahkan serat bendrat/kawat sebesar 2% pada balok beton bertulang adalah % untuk regangan beton (εc) dan 3.21% untuk regangan besi (εs). 4. Perbandingan Beban Pengujian (P) dan Beban Teori (Pn) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat (Normal): Koefisien (φ) =.993 dan perbandingan Beban Pengujian (P) dan Beban Teori (Pn) Balok Beton Bertulang Dengan Serat : Koefisien (φ) = Perbandingan Beban Runtuh Pengujian (P) dan Beban Ultimate Secara Teori (Pu) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat : Koefisien (φ) = 1.6. Perbandingan Beban Runtuh Pengujian (P) dan Beban Ultimate Secara Teori (Pu) Balok Beton Bertulang Dengan Serat : Koefisien (φ) = Perbandingan Beban Pengujian (P) Balok Beton Bertulang Dengan Serat dan Beban Pengujian (P) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat (Normal): Koefisien φ = 1,167 dan perbandingan Beban Secara Teori (Pn) Balok Beton Bertulang Dengan Serat dan Beban Secara Teori (Pn) Balok Beton Bertulang Tanpa Serat Serat (Normal): Koefisien φ = SARAN Untuk penelitian selanjutnya dapat memperhatikan hal-hal berikut: 1. Jumlah benda uji balok perlu ditambah demi mendapatkan data yang lebih akurat

15 2. Harus sangat diperhatikan proses pengecoran beton karena kualitas beton sangat tergantung terkhususnya selama proses pengerjaan beton. 3. Gunakan alat yang sudah lebih canggih dengan tingkat keakurasian yang tinggi sehingga data yang diperoleh lebih akurat. 4. Pada proses pengujian regangan, diusahakan strain meter tidak mengalamai goncangan (harus dalam keadaan stabil) agar pembacaan dapat lebih akurat. 5. Berdasarkan kesimpulan point 4, perbandingan antara beban pengujian dan beban secara teori berdasarkan regangan pada balok beton bertulang serat bendrat diperoleh < 1. Ini disebabkan karena pada penelitian ini digunakan pengujian tarik belah pada beton serat dan bukan pengujian tegangan tarik. Dimana seharusnya yang dilakukan adalah pengujian tegangan tarik pada beton serat bendrat. 6. DAFTAR PUSTAKA Anonim, 22, Standar SK SNI Tata Cara Penghitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, LPMB Dep. Pekerjaan Umum RI, Bandung. Dipohusodo, Istimawan Struktur Beton Bertulang. Jakarta: Gramedia. McCormac, Jack C. 24. Design of Reinforced Concrete, Fifth Edition. Jakarta: Erlangga. Timoshenko, Stephen P. dan James M. Gere. Mechanics of Material, Fourth Edition. Jakarta: Erlangga. Tjokrodimuljo, Kardiyono Teknologi Beton. Yogyakarta. Vis,W.C dan Gidion Kusuma Dasar-Dasar Perencanaan Beton Bertulang. Jakarta : Erlangga. Ariatama, Ananta. 27. Pengaruh Pemakaian Serat Kawat Berkait Pada Kekuatan Beton Mutu Tinggi Berdasarkan Optimasai Diameter Serat. Tesis, Pasca Sarjana Teknik Sipil Universitas Diponegoro, Semarang. Kadreni, Emilia. 22. Pengaruh Steel Fiber Pada Sifat Mekanis Beton dan Kapasitas Balok Beton Bertulang Pasca Kebakaran. Jurnal. Karolina, Rahmi. 28. Analisa dan Kajian Eksperimental Hubungan Momen-Kurvatur Pada Balok Beton Bertulang. Fakultas Teknik USU Medan. Kusuma, Wira Penelitian Balok Beton Bertulang Dengan dan Tanpa Pemakaian Sikafibre. Fakultas Teknik USU, Medan.