Konferensi Nasional Teknik Sipil 3 (KoNTekS 3) Jakarta, 6 7 Mei 2009 PENGARUH PENGGUNAAN SERAT ALAM TERHADAP KEKUATAN GESER BALOK BETON MUTU TINGGI Antony Fernandez 1, Harianto Hardjasaputra 2 dan Fransiscus Mintar Ferry Sihotang 2 1 Alumni Teknik Sipil, Universitas Pelita Harapan 2 Staf Pengajar Teknik Sipil, Universitas Pelita Harapan ABSTRAK Beton merupakan salah satu bahan konstruksi yang banyak digunakan selama ini, baik beton tanpa tulangan maupun beton yang menggunakan tulangan. Banyak penelitian di bidang teknologi beton yang menggunakan serat sebagai bahan tambah pada campuran beton. Serat yang digunakan pada penelitian ini adalah serat alam, yaitu serat serabut kelapa, serat karung goni, dan serat bambu halus. Ketiga macam serat alam tersebut ditambahkan pada campuran beton dalam 3 variasi persentase. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan serat terhadap kekuatan geser balok beton mutu tinggi yang dilakukan pada uji pembebanan 40 buah balok persegi dan 40 buah balok I. Dari hasil penelitian didapatkan peningkatan kekuatan geser lebih besar dari 20% tergantung jenis dan prosentase serat dibandingkan tanpa serat. Kata kunci : teknologi beton, serat alam, persentase serat, balok beton mutu tinggi, kekuatan geser 1. PENDAHULUAN Beton merupakan salah satu material yang sangat popular dalam konstruksi. Beton mempunyai banyak keuntungan, antara lain harga relatif murah, kuat tekan yang tinggi, mudah dibentuk sesuai keinginan, bahan pembentuk beton mudah didapat di pasaran, lebih tahan terhadap api, dan biaya perawatan beton rendah. Beton yang mempunyai kuat tekan yang tinggi ternyata tidak diikuti dengan kuat tariknya. Nilai kekuatan tekan beton tidak berbanding lurus dengan nilai kekuatan tarik beton. Kuat tarik beton sangat kecil sehingga beton ditambahkan dengan tulangan baja yang biasa disebut beton bertulang. Pada penelitian ini serat ditambahkan pada campuran beton sebagai bahan tambah. Serat yang digunakan pada penelitian ini adalah serat alam. Alasan pemilihan serat alam antara lain, mudah didapatkan, ramah lingkungan, tidak beracun, mempunyai berat jenis yang kecil, dan secara visual mempunyai kuat tarik yang tinggi. Diharapkan dengan penambahan serat alam ini dapat meningkatkan kekuatan tarik dari beton secara mikro lewat fenomena keruntuhan geser. 2. PEMBUATAN SERAT ALAM Serat alam yang digunakan pada penelitian ini adalah serat serabut kelapa, serat karung goni dan serat bambu halus, dapat dilihat pada Gambar 1. Untuk serat bambu halus, jenis bambu yang digunakan adalah bambu tali. Serat serat tersebut diolah secara manual, tidak ada mesin pengolah khusus. Serat serabut kelapa diperoleh dari kulit buah kelapa, serat karung goni diperoleh dari karung goni yang dipotong potong, sedangkan untuk serat bambu halus diperoleh dari hasil serutan bambu pengerajin tikar dan bakul. Hasil serutan bambu ini biasanya dibuang oleh pengerajin bambu, tetapi pada penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan tambah campuran beton. Panjang dari serat serat yang digunakan adalah ± 7 cm. Serat serabut kelapa Serat karung goni Serat bambu halus Gambar 1. Macam - macam Serat yang Digunakan Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 235
Antony Fernandez, Harianto Hardjasaputra dan Fransiscus Mintar Ferry Sihotang 3. BENDA UJI BALOK Serat serat yang siap digunakan kemudian dicampurkan pada benda uji balok sebanyak 80 buah (40 buah balok persegi dan 40 buah balok I) yang terdiri dari balok tanpa tulangan lentur dan balok dengan tulangan lentur, yang mempunyai dimensi p=65cm, l=10cm, t=15cm. Pada penelitian ini digunakan beton dengan mutu tinggi, yaitu beton dengan kuat tekan f c = 50 Mpa. Hal ini disebabkan efek penambahan serat akan lebih berguna apabila menggunakan beton dengan mutu tinggi, bukan pada mutu rendah. Serat serabut kelapa dan serat bambu halus dicampurkan dengan kadar 0.1%, 0,175% dan 0.25%, sedangkan untuk serat karung goni dicampurkan dengan kadar 0.15%, 0.3% dan 0.45% dari berat beton yang akan di cor. Pada penelitian ini juga dibuat balok uji tanpa serat, sehingga dapat dibandingkan dengan balok yang menggunakan serat. Model pembebanan benda uji balok dapat dilihat pada Gambar 2 seperti berikut : Gambar 2. Model Pembebanan Balok Uji Lentur 4. PENGUJIAN BENDA UJI Pengujian benda uji (Gambar 4) dilakukan di Laboratorium UPH. Pengujian lentur benda uji balok bertujuan untuk mendapatkan nilai f r dan v u. Dimana f r adalah kuat tarik beton terhadap lentur dan v u adalah tegangan geser beton maksimum. Pengujian lentur dilakukan dengan pembebanan secara terus menerus (continue), tidak ada jedah waktu untuk peningkatan pembebanan. Gambar 3. Proses Pengujian Balok Benda Uji Gambar 4. Benda Uji Balok Beton setelah Mengalami Pembebanan S - 236 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Pengaruh Penggunaan Serat Alam terhadap Kekuatan Geser Balok Beton Mutu Tinggi Keruntuhan yang terjadi pada balok tanpa tulangan lentur (balok persegi dan balok I) adalah keruntuhan yang tiba tiba dan biasanya terjadi retak pada tengah bentang. Retak yang terjadi dimulai dari bawah langsung ke atas balok. Sedangkan keruntuhan yang terjadi pada balok yang menggunakan tulangan lentur tidak terjadi tiba tiba seperti balok tanpa serat tanpa tulangan. Keruntuhan yang terjadi adalah keruntuhan tekan geser dimana retak yang pertama terjadi adalah retak halus vertikal dan biasanya terjadi pada tengah bentang. Apabila ditambahkan beban secara terus menerus, maka retak yang kemudian terjadi adalah retak miring yang curam dan menjalar menuju sumbu netral. Menurut ACI 318M-95, besarnya tegangan geser yang disumbangkan oleh beton sebesar 1/6 dimana menjadi batas bawah aman (lower bound) untuk kekuatan atau tegangan geser balok beton bertulang tanpa sengkang. Dimana v c = tegangan geser beton (MPa), V c = gaya geser (N), b = lebar balok (mm), d = tinggi efektif balok, f c = kuat tekan beton (MPa). Untuk menghitung nilai fr dan vu, digunakan rumus sebagai berikut : (1) Gambar 5. Detail Benda Uji Balok Beton dengan Variabel - variabel (2) Dimana f r = kuat tarik belah (MPa), M max = momen maksimum yang bekerja pada balok (balok tanpa tulangan); momen yang bekerja pada saat terjadi retak pertama (balok dengan tulangan) (Nmm), w = momen lawan (m 3 ), v u = tegangan geser maksimum (MPa), V u = gaya geser yang bekerja pada balok, P u = beban maksimum (N), b w = lebar balok (mm), d = tinggi efektif (mm). Hasil yang didapat sebagai berikut : (3) Tabel 1. Nilai f r dan v u Balok Persegi Tanpa Serat Tanpa Serat Kode f r f r retak pertama v u teori v u (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) Balok Persegi Balok I BPTS (Tanpa Tulangan Lentur) 4.26 - - - BTTS (Tulangan Lentur 2D12) - 6.6 1.18 2.11 IPTS (Tanpa Tulangan Lentur) 4.40 - - - ITTS (Tulangan Lentur 2D12) - 6.27 1.18 2.72 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 237
Antony Fernandez, Harianto Hardjasaputra dan Fransiscus Mintar Ferry Sihotang Tabel 2. Nilai f r dan v u Balok Serat Serabut Kelapa Balok Persegi Balok I % Serat Kode f r f r retak pertama v u Kode f r f r retak pertama v u MPa MPa MPa MPa MPa MPa Tanpa 0.1 BPSSKA 4.89 - - IPSSKA 4.5 - - tulangan 0.175 BPSSKB 5.1 - - IPSSKB 4.99 - - lentur 0.25 BPSSKC 5.28 - - IPSSKC 5.39 - - Dengan 0.1 BTSSKA - 7.26 2.5 ITSSKA - 7.19 2.99 tulangan 0.175 BTSSKB - 8.7 2.62 ITSSKB - 7.45 3.42 Lentur 2D12 0.25 BTSSKC - 9.72 2.72 ITSSKC - 7.88 3.62 Tabel 3. Nilai f r dan v u Balok Serat Karung Goni Balok Persegi Balok I % Serat Kode f r f r retak pertama v u Kode f r f r retak pertama v u MPa MPa MPa MPa MPa MPa Tanpa 0.15 BPSKGA 4.89 - - IPSKGA 4.66 - - tulangan 0.3 BPSKGB 4.98 - - IPSKGB 5.02 - - lentur 0.45 BPSKGC 5.07 - - IPSKGC 5.45 - - Dengan 0.15 BTSKGA - 8.82 2.53 ITSKGA - 7.48 3.03 tulangan 0.3 BTSKGB - 8.94 2.55 ITSKGB - 8.01 3.15 Lentur 2D12 0.45 BTSKGC - 8.97 2.56 ITSKGC - 8.86 3.33 Tabel 4. Nilai f r dan v u Balok Serat Bambu Halus Balok Persegi Balok I % Serat Kode f r f r retak pertama v u Kode f r f r retak pertama v u MPa MPa MPa MPa MPa MPa Tanpa 0.1 BPSBHA 4.47 - - IPSBHA 4.47 - - tulangan 0.175 BPSBHB 4.5 - - IPSBHB 4.5 - - lentur 0.25 BPSBHC 4.71 - - IPSBHC 4.71 - - Dengan 0.1 BTSBHA - 6.9 2.43 ITSBHA - 6.9 2.91 tulangan 0.175 BTSBHB - 7.44 2.51 ITSBHB - 7.44 3.22 Lentur 2D12 0.25 BTSBHC - 7.89 2.66 ITSBHC - 7.89 3.34 Kemudian data data tersebut diplot ke dalam grafik f r, grafik f r retak pertama, dan grafik v u terhadap persen berat serat dari berat beton yang akan di cor seperti berikut : Gambar 6. Grafik f r Balok Berserat S - 238 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Pengaruh Penggunaan Serat Alam terhadap Kekuatan Geser Balok Beton Mutu Tinggi Gambar 7. Grafik f r Retak Pertama Balok Berserat Gambar 8. Grafik v u Balok Berserat 5. PEMBAHASAN Setelah semua data diolah dan diplot ke dalam grafik, maka dapat diketahui persen peningkatan nilai v u dari masing masing serat. Berikut adalah tabel perbandingan peningkatan nilai v u masing- masing serat : Tabel 5. Peningkatan nilai v u Balok Persegi dengan Serat terhadap Balok Persegi tanpa Serat % Serat (MPa) Serabut Kelapa Karung Goni Bambu Halus Balok Persegi Tanpa Serat 2.1 dengan A 2.5 2.53 2.43 Tulangan B 2.62 2.55 2.51 Lentur 2D12 C 2.72 2.56 2.66 % Peningkatan 28.88 21.33 26.25 v u Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 239
Antony Fernandez, Harianto Hardjasaputra dan Fransiscus Mintar Ferry Sihotang Tabel 6. Peningkatan nilai vu Balok I dengan Serat terhadap Balok I tanpa Serat % Serat (MPa) Serabut Kelapa Karung Goni Bambu Halus Balok I Tanpa Serat 2.72 dengan A 2.99 3.03 2.91 Tulangan B 3.42 3.15 3.22 Lentur 2D12 C 3.62 3.33 3.34 % Peningkatan 32.88 22.45 22.68 v u Berdasarkan grafik hubungan antara tulangan memanjang dengan tegangan geser beton (v c ) yang bersumber dari ACI 445R-99, untuk balok beton bertulang tanpa sengkang tanpa serat, dimana berdasarkan hubungan antara dengan dapat kita ketahui batas bawah untuk kekuatan atau tegangan geser balok beton bertulang tanpa sengkang secara sederhana adalah 1/6. Kemudian data data yang didapat dari penelitian ini diplot ke grafik hubungan antara tulangan memanjang dengan tegangan geser beton sehingga dapat dilihat peningkatan kapasitas geser antara balok tanpa serat dengan balok yang menggunakan serat. Gambar 9. Grafik Kuat Geser (v c ) vs Tulangan Lentur (A s ) Balok Persegi Serat Serabut Kelapa Gambar 10. Grafik Kuat Geser (v c ) vs Tulangan Lentur (A s ) Balok Persegi Serat Karung Goni S - 240 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Pengaruh Penggunaan Serat Alam terhadap Kekuatan Geser Balok Beton Mutu Tinggi Gambar 11. Grafik Kuat Geser (v c ) vs Tulangan Lentur (A s ) Balok Persegi Serat Bambu Halus Gambar 12. Grafik Kuat Geser (v c ) vs Tulangan Lentur (A s ) Balok I Serat Serabut Kelapa Gambar 13. Grafik Kuat Geser (v c ) vs Tulangan Lentur (A s ) Balok I Serat Karung Goni Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 241
Antony Fernandez, Harianto Hardjasaputra dan Fransiscus Mintar Ferry Sihotang Gambar 14. Grafik Kuat Geser (v c ) vs Tulangan Lentur (A s ) Balok I Serat Bambu Halus 6. KESIMPULAN Setelah dilakukan pengujian terhadap 80 balok beton sampai dengan pengolahan data, dari keseluruhan penelitian ini dapat ditarik kesimpulan bahwa balok beton yang menggunakan serat alam sebagai bahan tambah dalam campuran beton mengalami peningkatan kekuatan tarik terhadap lentur dan kekuatan geser. Tegangan tarik putus lentur (f r ) pada balok beton tanpa tulangan lentur meningkat sebesar 10.56% sampai 23.9% tergantung jenis dan prosentase serat. Tegangan tarik putus lentur (f r retak pertama) pada balok beton dengan tulangan lentur meningkat sebesar 19.55% sampai 47.27% tergantung jenis dan prosentase serat. Tegangan kuat geser (v u ) pada balok beton dengan tulangan lentur meningkat sebesar 21.33% sampai 32.88% tergantung jenis dan prosentase serat. Dari grafik kuat geser vs tulangan lentur (ACI 445R-99), nilai kekuatan geser beton (v c ) untuk beton yang menggunakan serat adalah > 1/3.33. 7. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (LPPM) Universitas Pelita Harapanyang telah mendanai penelitian ini.. DAFTAR PUSTAKA Abdullah, Zoa. (2000). Ferosemen sebagai Alternatif Material untuk Memperkuat Kolom Beton Bertulang, Seminar on Air PPI Tokyo Institute of Technology No. 1 hal 143 147. Balaguru, P. and Shah, P. (1992). Fiber Reinforced Cement Composites. Dewobroto, W. (2005). Aplikasi rekayasa konstruksi dengan Visual Basic 6.0 : analisis dan desain penampang beton bertulang sesuai SNI 03-2847-2002. PT. Elex Media Komputindo, Jakarta. Hardjasaputra, H., Dewobroto, W. dan Setiawan, F. (2005). Proyek Tangki Air dari Semen-Pasir-Bambu di Mesjid Al-Ikhlas, Binong, Tangerang. Jurnal Teknik Sipil UPH Vol.2 No.1 Januari. Hardjasaputra, H., Merryana, Tirtawijaya, J. (2008). Kinerja Balok Beton Mutu Tinggi dengan Serat terhadap Kekuatan Geser. Laporan Penelitian LPPM UPH. Karawaci. MacGregor, Edward G. (1997). Reinforced Concrete Mechanics And Design. Prentice Hall. Park, R. and Paulay, T. (1993). Reinforced Concrete Structures. Canada. John Wiley & Sons Inc. S - 242 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta