KUAT LEKAT (BOND STRENGTH) ANTARA TULANGAN DENGAN BETON BUSA (FOAMED CONCRETE) (120M) Mochammad Afifuddin 1, dan Abdullah 1 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Syiah Kuala, Jl. Syech Abdul Rauf No: 7, Darussalam, Banda Aceh Email: afifmoch@yahoo.com, abdullahmahmud2004@yahoo.com ABSTRAK Salah satu material alternatif yang tergolong pada beton ringan (light weight concrete) adalah beton busa (foamed concrete). Penelitian tentang kuat lekat (bond strength) antara tulangan dengan beton normal sudah banyak dilakukan. Informasi tentang lekatan antara tulangan dengan beton busa masih sangat terbatas. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui kemampuan lekatan (bond strength) antara besi tulangan dengan beton busa pada beberapa variasi specific gravity, yaitu 1,4; 1,6; 1,8. Faktor air semen yang digunakan 0,4. Pada penelitian ini beton busa yang digunakan juga menggunakan bahan pengganti semen pozzolan dan fly ash (abu terbang) sebanyak 10 % dari berat semen. Benda uji yang digunakan berupa silinder dengan ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30 cm sebanyak 24 buah untuk metode pengujian pull out test, dan benda uji balok ukuran 15 cm x 15 cm x 53 cm sebanyak 24 buah untuk metode pengujian lentur. Diameter tulangan yang ditanam di dalam silinder berukuran 8 dan 16 mm, dan ditanam di dalam balok berukuran 8 mm. Variasi panjang penyaluran tulangan yaitu 20 cm, dan 30 cm untuk benda uji silinder, dan 40Ø dan 50Ø untuk benda uji balok. Metode pengujian yaitu metode pull out test pada benda uji silinder dengan jumlah 24 benda uji dan metode pengujian lentur pada benda uji balok dengan jumlah 24 benda uji. Hasil bond strength dengan menggunakan metode pull out test pada benda uji silinder dengan perbedaan menunjukkan hasil yang semakin meningkat seiring meningkatnya yaitu hasil yang paling tinggi sebesar 53,84 kg/cm 2 pada 1,6 tulangan ulir. Untuk perbedaan diameter bond strength yang baik terdapat pada Ø8 yaitu sebesar 25,35 kg/cm 2, untuk Ø16 sebesar 24,12 kg/cm 2. Pada perbedaan panjang penyaluran diperoleh bond strength yang baik pada panjang penyaluran 30 cm sebesar 27,40 kg/cm 2. Untuk perbedaan bahan pengisi pada beton busa hasil bond strength yang diperoleh jauh berbeda yaitu 24,12 kg/cm 2 untuk abu pozzolan dan 32,43 kg/cm 2 untuk abu terbang. Untuk metode lentur, bond strength yang diperoleh hampir sama dengan hasil pengujian lentur pada balok dengan tulangan. Pada panjang penyaluran bond strength yang paling besar terdapat pada 50Ø dengan tulangan ulir abu terbang sebesar 34,34 kg/cm 2. Kata kunci: beton ringan, bond strength, specific gravity, diameter tulangan, dan panjang penyaluran, pozzolan, abu terbang. 1. PENDAHULUAN Bond Strength antar tulangan dan beton pada elemen beton bertulang merupakan hal penting yang perlu diketahui. Penelitian tentang kekuatan lekatan antara tulangan dan beton bertulang telah banyak dilakukan. Penelitian kekuatan ikatan antara tulangan dengan beton ringan masih sangat sedikit. Jurusan Teknik Sipil Universitas Syiah Kuala, sejak tahun 2006 telah mengembangkan penelitian tentang beton ringan busa. Dari penelitian-penelitian itu telah dihasilkan mutu beton ringan busa yang tinggi yang dapat digunakan sebagai bahan-bahan pada elemen-elemen struktural (Abdullah, 2010). Penggunaan beton busa pada Specific Gravity () tertentu dengan penambahan pasir pozzolan pada persentase tertentu menunjukkan adanya peningkatan yang signifikan pada sifat mekanis beton busa terutama pada kuat tekannya. Berdasarkan hal tersebut timbulah ide untuk melakukan pengujian tersebut dikarenakan sifat mekanis dari beton busa tersebut sudah mampu memikul beban-beban struktural. Konsep dasarnya adalah untuk menanggulangi hilangnya bond antara beton dan baja tulangan pada struktur yang akan mengakibatkan keruntuhan total pada balok dengan material beton busa, sehingga perlu ditinjau nilai bond strength beton dan baja tulangan agar diperoleh keseimbangan gaya antara baja tulangan dan beton, yaitu gaya-gaya yang dapat ditahan antara baja tulangan dan beton sama dengan gaya yang dapat ditahan baja tulangan pada batas leleh. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 105
Tujuan penelitian ini dititikberatkan pada kajian eksperimental bond strength antara besi tulangan dan beton busa berdasarkan variasi diameter, mutu tulangan, dan panjang penyaluran dengan penambahan abu pozzolan dan abu terbang. Dari penelitian ini diharapkan akan diketahui manfaat dari abu pozzolan dan abu terbang sebagai bahan pengganti dari beton busa. 2. TINJAUAN KEPUSTAKAAN Penggunaan bahan limbah, seperti fly-ash sudah lazim dalam teknologi beton (Swamy, 1983; Kearsley, 2001). Demikian juga dengan penggunaan beberapa limbah pertanian dan perkebunan sebagai bahan campuran beton konvensional sudah pernah dilakukan penelitian (Mannan, 2004; Teo, 2007; Jumaat, 2009). Akan tetapi, pemanfaatan abu sekam dan abu pozolan sebagai bahan pengganti semen, sebagai bahan campuran dalam beton ringan masih terbatas informasinya. Penggantian semen < 20% dengan abu sekam, fly-ash dan abu pozolan juga memberikan hasil yang cukup positif. Pada penelitian tersebut penggantian semen dengan fly-ash dan abu pozolan menghasilkan kuat tekan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan beton busa yang menggunakan semen 100%. Ini menjadi dasar pemikiran untuk melakukan penelitian bond strength pada beton busa dengan penggantian semen dengan pozzolan dan fly ash sebesar 10 %. Menurut Subakti (1990 : 219), agar beton bertulang menjadi suatu struktur komposit yang efektif, maka harus ada lekatan antara baja dan beton. Anggapan awal kuat lekat antara baja dan beton disebabkan geseran dan lekatan antara beton dan tulangan, adhesi kimia serta hubungan mekanis antara beton dan baja. Walaupun demikian, lekatan sulit untuk diukur karena mempunyai banyak variabel yang mempengaruhi. Berdasarkan ASTM C 234, kuat lekat beton dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Dimana : f b = Kuat lekat yang timbul (kg/cm 2 ); P maks = Beban yang bekerja (kg); dan A = Luas penampang bond area (cm 2 ) (1) Bond strength tercapai bila salah satu dari hal berikut terjadi: 1. Benda uji retak/hancur dan beban yang diberikan menjadi nol. 2. Titik leleh dari baja tercapai berdasarkan perhitungan perpanjangan baja. 3. Slip yang timbul antara baja dan beton pada saat pembebanan sebesar 2,5 mm. Namun biasanya jarang terjadi slip sebesar 2,5 mm. Ini di karenakan sebelum slip mencapai 2,5 mm beton terlebih dahulu hancur Berdasarkan Nawy (2008 : 402 ), percobaan pull out dapat memberikan perbandingan yang baik antara efisiensi lekatan berbagai jenis permukaan tulangan dan panjang penanamannya (embedment length). Massa beton d P Baja Tulangan Ld Gambar 1 Panjang penyaluran tulangan Sumber : Sunarmasto, 2007 Untuk menjamin lekatan antara baja tulangan dan beton tidak mengalami kegagalan, diperlukan adanya syarat panjang penyaluran dengan menggunakan persamaan : (2) Dimana : P d = gaya tarik = diameter baja tulangan M - 106 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
f b d = tegangan lekat = panjang penyaluran 3. METODE PENELITIAN Perencanaan variasi campuran Perencanaan variasi campuran untuk benda uji pada penelitian ini didasarkan pada variasi filler, diameter tulangan dan panjang penyaluran. Variasi dan jumlah benda uji untuk tiap-tiap pengujian dapat dilihat pada Tabel 1. Sebelum pekerjaan pengecoran dilaksanakan masing-masing material ditimbang beratnya sesuai dengan perbandingan proporsi campuran yang telah dilakukan. Proporsi campuran yang digunakan untuk 1,4; 1,6; dan 1,8 pada FAS 0,4 dan jumlah abu pozzolan dan abu terbang yang digunakan sebesar 10% diambil berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, proporsi campuran untuk setiap benda uji dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 1. Variasi dan jumlah benda uji Benda Uji Diameter Tulangan mm Panjang Penyalur an cm Nama Benda Uji Jumlah Benda Uji (Buah) Beton Busa Normal Jumlah Benda Uji Kuat Tekan (Buah) 1,4 Ø 16 20 S14Ø16-20 3-3 3 3 1,6 Ø 8 20 S16Ø08-20 3-3 Ø 16 U 20 S16D16U-20 3 3 3 Ø 16 20 S16Ø16-20 3 3 3 30 S16Ø16-30 3-3 3 3 1,8 Ø 16 20 S18Ø16-20 3-3 3 3 1,4 Ø 8 50 Ø B14Ø8-50Ø 3-3 1,6 Ø 8 U 50 Ø B16D8U-50Ø 3 3 3 Ø 8 40 Ø B16Ø8-40Ø 3-3 50 Ø B16Ø8-50Ø 3 3 3 Full B16Ø8-F 3-3 1,8 Ø 8 50 Ø B18Ø8-50Ø 3-3 Disesuaikan terhadap benda uji silinder berdasarkan Jumlah 48 18 Disesuaikan terhadap benda uji silinder berdasarkan Tabel 2. Proporsi Campuran Beton Busa Per-m 3 terhadap 1,4; 1,6; dan 1,8 pada FAS 0,4 dengan persentase abu pozzolan dan fly ash 10% Semen Bahan Pengganti Semen Air Foam (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (liter) (liter) 1,4 933,333 93,333 373,333 284,842 1,6 1066,667 106,667 106,667 426,667 426,667 182,677 182,677 1,8 1200,000 120,000 480,000 80,511 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 107
Proses pembuatan benda uji Skema pembuatan beton busa pada Gambar 2 berikut ini: Foaming agent (Pembentuk busa) Water (Air) Cement/binder (Semen/pengikat) Water (Air) Preforming solution (Cairan Pembentuk busa) Air Compressor (Kompresor udara) Filler Foam generator (Generator busa) Paste/mortar slurry (Pasta/campuran) Preformed foam (Terbentuk busa) Foamed concrete (Beton busa) Gambar 2. Proses pembuatan beton (foamed concrete) Proses pengujian benda uji 4 3 5 6 2 1 K e t e r a n g a n : 1. M e s in u ji U T M ( U n iv e r s a l T e s tin g M a c h in e ) 2. B e to n 3. T r a n s d u c e r 4. B e s i T u la n g a n 5. D a ta lo g g e r 6. M e s in P e m b e b a n a n Gambar 3. Proses pengetesan benda uji bond strength P 2 Ø 8 15 cm L= 40 cm 15 cm 6,5 cm 6,5 cm Gambar 4. Pengujian benda uji bond strength pada benda uji balok M - 108 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Pengujian bond strength yang dilakukan sesuai dengan metode ASTM C 234. Proses pengujian kuat lekat tersebut dilakukan dengan metode pull out test besi tulangan yang ditanamkan pada benda uji silinder. Untuk menentukan gaya tarik pada tulangan sekaligus mengukur besarnya gaya lekat digunakan mesin UTM (Universal Testing Machine). Proses pengujian benda uji bond strength pada benda uji silinder dengan menggunakan metode pull out test dapat dilihat pada Gambar 3. Pengujian balok akan dilakukan seperti pengujian kuat tarik lentur. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin pembebanan Portable Compression TM buatan Marui & Co. Ltd Japan. Benda uji balok yang telah dipersiapkan diletakkan di atas dua tumpuan yang berjauhan dengan panjang teoritis 40 cm. Pembebanan dilakukan dengan memberikan satu beban terpusat tepat pada tengah-tengah bentang, kemudian beban diberikan secara perlahan hingga balok runtuh dan tulangan mengalami leleh. Proses pengujian benda uji Bond Strength pada benda uji balok dengan menggunakan metode pengujian lentur dapat dilihat pada Gambar 4. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian kuat tekan beton busa Hasil kuat tekan rata-rata beton busa dengan penambahan abu pozzolan, beton busa dengan penambahan abu terbang, beton busa normal, dan beton normal K-250 terhadap yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil kuat tekan beton busa untuk 1,4; 1,6; dan 1,8 f'c (kg/cm 2 ) f'c (kg/cm 2 ) f'c (kg/cm 2 ) Beton Busa Normal 1,4 260,00 - - 1,6 360,00 216,67 233 1,8 375,00 - - Hasil pengujian bond strength pada beton busa untuk benda uji silinder dan balok Hasil pengujian bond strength pada beton busa untuk benda uji silinder dengan ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30 cm dan untuk benda uji balok dengan ukuran 15 cm x 15 cm x 53 cm dengan masa perawatan selama 28 hari. Hasil pengujian bond strength untuk benda uji silinder dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil pengujian bond strength pada beton busa dan ratio bond strength untuk benda uji silinder dan balok Bahan Tambah Bahan Tambah Beton Busa Normal Benda Uji P rata 2 (Ton) f b rata 2 (Kg/cm 2 ) Pz-S14Ø16-20 1,76 17,97 Pz-S16Ø8-20 1,21 25,35 Pz-S16D16U-20 2,46 53,84 Pz-S16Ø16-20 2,36 24,12 Pz-S16Ø16-30 4,03 27,40 Pz-S18Ø16-20 3,08 31,44 Pz-B14Ø8-50Ø 1,47 16,17 Pz-B16Ø8-40Ø 1,07 14,70 Pz-B16Ø8-50Ø 1,90 20,95 Pz-B16D8U-50Ø 2,75 31,47 Pz-B18Ø8-50Ø 2,20 24,26 Pz-B16Ø8-Full 2,63 20,82 Benda Uji P rata 2 f b rata 2 (Ton) (Kg/cm 2 ) FA-S16Ø16-20 3,18 32,43 FA-S16D16U-20 3,85 42,22 FA-B16Ø8-50Ø 2,17 23,89 FA-B16D8U-50Ø 3,00 34,34 BBN-S16Ø8-20 1,53 15,26 BBN-S16Ø16-20 2,37 23,55 BBN-S16Ø16-30 3,80 25,21 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 109
Beton Normal K-250 BBN-B16Ø8-40Ø 1,53 38,33 BBN-B16Ø8-50Ø 1,23 24,67 BBN-B16Ø8-Full 1,73 32,70 BN-S16Ø8-20 1,70 16,92 BN-S16Ø16-20 3,50 34,83 BN-S16Ø16-30 5,43 36,05 BN-B16Ø8-40Ø 1,53 38,33 BN-B16Ø8-50Ø 2,13 42,67 BN-B16Ø8-Full 2,27 42,77 Catatan: Pz: abu pozzolan; FA: fly ash (abu terbang); S= benda uji silinder; B: benda uji balok; BN: beton normal (konvensional); BBN: beton busa normal Pembahasan Perbandingan bond strength pada beton busa dengan penambahan abu pozzolan dan abu terbang terhadap beton busa normal dan beton normal K-250 Ratio bond strength antara beton busa dengan penambahan pasir pozzolan terhadap beton busa normal dan beton normal untuk semua panjang penyaluran diperlihatkan pada Tabel 6 di bawah ini. Tabel 6. Hasil ratio bond strength untuk beton busa dengan penambahan pasir pozzolan terhadap beton busa normal dan beton normal K-250 untuk benda uji silinder Ratio Bond Strength Untuk Benda Uji Benda Uji / Beton Busa Normal / Beton Busa Normal / Beton Normal / Beton Normal % % % % S16Ø16-20 102,38 137,67 65,49 88,06 S16Ø16-30 108,68-76,01 - Dari hasil ratio tersebut dapat dilihat bahwa benda uji yang panjang penyaluran yang lebih besar, bond strength untuk beton busa dengan bahan pengganti abu pozzolan memiliki nilai ratio yang lebih tinggi pada panjang penyaluran 30 cm, yaitu sebesar 108,68% terhadap beton busa normal dan 76,01% terhadap beton normal K-250. Namun, nilai ratio semua benda uji beton ringan terhadap beton normal lebih kecil 1,00, artinya bond strength untuk beton normal (konvensional) lebih tinggi dibandingkan dengan beton busa yang menggunakan pengganti semen abu pozzolan atau fly ash. Pengaruh bond strength terhadap diameter, panjang penyaluran dan bahan pengganti semen Dari hasil pengujian diketahui bahwa untuk perbedaan diameter tulangan, beban yang timbul berdasarkan diameter tulangan yang digunakan baik tulangan polos maupun tulangan ulir yaitu 8 dan 16 pada benda uji silinder mengalami peningkatan, namun bond strength yang ditimbulkan pada dan panjang penyaluran yang sama mengalami penurunan karena diameter tulangan mempengaruhi luas bond antara beton busa dengan penambahan abu pozzolan dan besi tulangan yang digunakan, kecuali untuk tulangan ulir yang mengalami bond strength yang jauh lebih besar. Hal ini disebabkan baja tulangan ulir memiliki bentuk permukaan yang tidak rata (adanya tonjolan) terhadap beton yang berfungsi sebagai penahan slip antar baja tulangan dengan beton. Untuk panjang penyaluran 20 cm dan 30 cm yang digunakan pada benda uji silinder dengan bahan bahan pengganti abu pozzolan dihasilkan beban dan bond strength yang semakin besar pada benda uji yang panjang penyaluran lebih besar. Hal ini disebabkan karena pada panjang penyaluran 20 cm luas area lekatan lebih kecil sehingga mengakibatkan beban dan bond strength yang diperoleh kecil. Hasil bond strength pada benda uji balok menunjukkan bahwa bond strength yang dihasilkan memiliki nilai yang mendekati sama terhadap hasil kuat lentur. Hal ini disebabkan karena teknik pengujian bond strength untuk beton busa dengan penambahan abu pozzolan pada benda uji balok hampir sama dengan teknik pengujian untuk kuat lentur pada beton busa dengan penambahan abu pozzolan. M - 110 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
5. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Pengantian abu pozzolan pada beton busa menghasilkan bond strength yang lebih kecil dibandingkan pengantian abu terbang dengan beton busa pada, panjang penyaluran, dan diameter yang sama. Hal yang sama terjadi pada pengujian lentur. 2. Pada pengujian bond strength menunjukkan bahwa dengan adanya peningkatan, bond strength yang dihasilkan juga semakin meningkat pada metode pengujian pull out test yaitu 17,97 kg/cm 2 untuk 1,4; 24,12 kg/cm 2 pada 1,6; dan 31,44 kg/cm2 pada 1,8. Hal yang sama terjadi pada pengujian lentur dimana semakin besar bond strength yang dihasilkan semakin meningkat yaitu 16,17 kg/cm2 pada 1,4; 20,95 kg/cm 2 pada 1,6; dan 24,26 kg/cm2 pada 1,8. 3. Untuk diameter tulangan menunjukkan bahwa bond strength dengan Ø8 dibandingkan dengan Ø16 terdapat perbedaan yang tidak signifikan pada benda uji silinder yaitu, sebesar 25,35 kg/cm 2 untuk Ø8 dan 24,12 kg/cm 2 untuk Ø16. 4. Pada metode pengujian pull out test yang memiliki dan diameter yang sama dengan panjang penyaluran antara 20 cm dan 30 cm menunjukkan bond strength paling besar terdapat pada panjang penyaluran 30 cm yaitu sebesar 27,40 kg/cm 2 dibandingkan 20 cm sebesar 24,12 kg/cm 2, sedangkan untuk pengujian lentur dengan panjang penyaluran 40Ø dan 50Ø menunjukkan semakin panjang penyaluran semakin besar bond strength yang dihasilkan, yaitu 14,70 kg/cm 2 untuk panjang penyaluran 40Ø; dan 20,95 kg/cm 2 untuk panjang penyaluran 50Ø. 5. Berdasarkan perbedaan bahan pengisi yaitu antara penggantian abu pozzolan dan abu terbang pada metode pengujian pull out test beton busa hasil bond strength yang diperoleh lebih besar yaitu 24,12 kg/cm 2 untuk abu pozzolan dan 32,43 kg/cm 2 untuk abu terbang. Hal yang sama terjadi untuk pengujian lentur menunjukkan bond strength lebih besar jika menggunakan bahan pengganti abu terbang dibandingkan abu pozzolan, yaitu 20,95 kg/cm 2 untuk abu pozzolan dan 23,89 kg/cm 2 untuk abu terbang. 6. Untuk beton busa yang memakai tulangan ulir D16 pada metode pengujian pull out test menghasilkan bond strength yang jauh lebih besar yaitu 53,84 kg/cm 2 untuk abu pozzolan dan 42,22 kg/cm 2 untuk abu terbang. Demikian pula untuk pengujian lentur menunjukkan bond strength yang lebih besar didapat dengan menggunakan tulangan ulir D8 yaitu 31,47 kg/cm 2 untuk pengantian abu pozzolan dan 34,34 kg/cm2 untuk abu terbang. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih penulis sampaikan kepada saudara Harlina Jufri, ST, MT 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 Kompetisi untuk dapat terlaksananya kegiatan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Abdullah, dkk. (2010), Pemanfaatan Bahan Limbah Sebagai Pengganti Semen Pada Beton Busa Mutu Tinggi, Proceeding Konteks 4 (Konferensi Teknik Sipil ke 4), Bali, 2-3 Juni 2010, ISBN: 978-602-8566-61-2, Halaman: S-365-370. Anonim. (2004). Annual Book of ASTM Standard 2004, Section 4, volume 04.02, Concrete and Aggregates. Internasional Standard-Worldwide. Jumaat, M.Z. at all. (2009), Shear strength of oil palm shell foamed concrete beams, Materials & Design, Volume 30, Issue 6, Pages 2227-2236. Kearsley EP, Wainwright PJ. (2010), The effect of high fly ash content on the compressive strength of foamed concrete. Cement and Concrete Research, 31: Page: 105 112. Mannan, M.A. and Gapathy, C. (2004), Concrete from an agricultural waste-oil palm shell (OPS), Journal of Building and Environment, Vol. 39, Issue 4, Pages 441-448. Nawy, E.G., (alih bahasa : Bambang Suryoatmono), 2008, Beton Bertulang Suatu Pendekatan Dasar. Refika Aditama, Bandung. Swami, R.N and Lambert, G.H. (1983), Mix design and properties of concrete made from PFA coarse aggregates and sand, International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, Vol. 5, Issue 4, Nov. 1983, Page: 263-275. Teo, D.C.L. at all. (2007), Lightweight concrete made from oil palm shell (OPS): Structural bond and durability properties, Building and Environment, Volume 42, Issue 7, Pages 2614-2621. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 111