KAJIAN KUAT LEKAT BAJA TULANGAN POLOS DENGAN BETON MENGGUNAKAN AGREGAT KASAR BATUAN KARBONAT ASAL BEDOYO GUNUNGKIDUL AKIBAT PENINGKATAN TEMPERATUR Ida Nugroho Saputro Staf Pengajar Pendidikan Teknik Bangunan/Sipil Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Ir Sutami 36A Surakarta email: nugroho.saputro@yahoo.co.id, nugshap@uns.ac.id, nugroho@fkip.uns.ac.id Abstraks Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen dilaboratorium. Sampel yang digunakan dibuat dengan mutu beton rencana fc = 20 MPa berdasarkan SK SNI-T-1990-03. Sedangkan penggantian agregat kasar dengan karbonat dengan variasi sampai 100% dari berat batu pecah, serta baja tulangan polos diameter 12 mm dan 16 mm ditanam dalam konsentrasi beton berbentuk silinder berdiameter 15 cm dan tinggi 16 cm. suhu pembakaran 27ºC (normal), 300 ºC, 500 ºC, 700 ºC, dan 900 ºC. Pengujian kuat lekat beton dengan metode pencabutan keluar lekatan (bond pull out test) dimana untuk menghasilkan gaya lekat digunakan alat Universal Testing Machine (UTM). Dari pengujian diketahui besarnya prosentase perubahan tegangan lekatan antara beton karbonat dengan beton normal pada temperature 27ºC, 300 ºC, 500 ºC, 700 ºC, 900 ºC berturut-turut 5,8201%; 31,9361%; 31,2129%; 39,5050%; 0,0900% untuk diameter 12 mm dan 4,4085%; 18,0119%; 19,8319; 9,5105%; 3.4615% untuk diameter 16 mm. Sedangkan sisa tegangan lekatan beton karbonat pada temperature 900ºC untuk diameter 12 mm tersisa 1,8399% dan diameter 16 mm tersisa 2,2163%. Dari hasil tersebut diketahui nilai tegangan lekatan beton karbonat lebih baik dari beton normal akibat bertambahnya temperatur, disebabkan kekompakan material dan kekerasan karbonat lebih baik dari batu pecah. Kata kunci : karbonat, kuat lekat, temperature, bond pull out test. Abstract This research was an experiment method done in the laboratory. Sample was made with concrete design strength fc =20 MPa according SK SNI-T-1990-03. Substitution of coarse aggregate by carbonate took variance up to 100% of crushed stone weight, while plain reinforced steel consist of 12 mm and 16 mm diameters which was planted to concrete cylinder with 15 mm diameter and 16 mm height. Burning temperature was 27ºC (normal), 300 ºC, 500 ºC, 700 ºC, and 900 ºC. Concrete bond tested used bond pull out test, which Universal Testing Machine (UTM) will be used to give the bond force. Based on testing, it was known that the change of bond stress of carbonate concrete on 27ºC, 300 ºC, 500 ºC, 700 ºC and 900 ºC temperature were 5,8201%; 31,9361%; 31,2129%; 39,5050%; 0,0900% respectively for usage of steel 12 mm diameter, while the change were 4,4085%; 18,0119%; 19,8319; 9,5105%; 3.4615% respectively for usage of steel 16 mm diameter. In addition, the residual stress of carbonate concrete on 900ºC temperature were 1,8399% and 2,2163% by using steel 12 mm and 16 mm diameters respectively. Therefore, this experiment generally gave the result that bond of carbonate concrete better than normal concrete as the temperature grew up, this because of the dense and toughness of carbonate stone better than crushed stone. Key words: carbonate, bond stress, temperature, bond pull out test. /Bulan & tahun terbit/1
PENDAHULUAN Didalam bangunan teknik sipil terdapat tiga jenis bahan utama yang digunakan yaitu kayu, baja dan beton. Diantara ketiga jenis bahan tersebut, beton merupakan bahan paling luas pemakaianya, baik untuk struktur-struktur besar maupun kecil. Karena secara structural beton, beton memiliki kekuatan yang cukup besar terutama dalam hal kuat tekannya.selain itu kemudahan dalam pengangkutan bahan-bahan beton ke lokasi pekerjaan dan kemungkinan untuk dicetak dalam berbagai bentuk merupakan lelebihan lain dari beton. Beton merupakan batuan buatan yang terjadi dari hasil pengerasan semen (portland semen), agregat halus, agregat kasar dan air dalam perbandingan tertentu. Kekuatan, keawetan, dan sifat beton sangat dipengaruhi oleh sifat dasar bahan pengusun, proses pembuatan, cara pemadatannya, cara perawatan serta selama proses pengerasan dan lain-lain. Untuk lebih meningkatkan mutu beton, salah satu caranya dengan bahan dasar penyusun beton dengan bahan lain yang lebih berkualitas. Agregat mengisi 70-80% dari volume total beton, sehingga sifat-sifat dari agregat sangat mempengaruhi mutu beton. Agregat kasar sangat berperan dalam menentukan kemudahan pengerjaannya (workability), kekuatan (strength) dan tingkat keawetan beton (durability). Dengan banyak beton, kebutuhan bahan penyusun beton semakin banyak. Namun ketersediaan bahan penyusun beton makin menipis. Dengan terbatsnya bahan alami yang tersedia, maka diperlukan bahan alternative bahan penyusun beton salah satu contoh bahan pengganti adalah agregat kasar batuan karbonat. Salah satu persayaratan dasar dalam beton bertulang adalah adanya lekatan sempurna antara baja tulangan dan beton sekelilingnya. Ini berarti, dibawah beban kerja tidak terjadi selip antara baja tulangan dengan beton sekelilingnya. Ditinjaua dari sudut kekuatan, selip antara baja tulangan dengan beton disekelilingnya akan dapat menimbulkan keruntuhan total balok. Dalam banyak kasus beban-beban hidup yang bekerja pada struktur beton bertulang langsung mengenai beton, atau dengan kata lain untuk membangun kekuatan pada struktur beton bertulang diperlukan pemindahan/penyaluran beban dari beton ke batang baja tulangan atau sebaliknya. Supaya proses ini dapat terjadi diperlukan suatu lekatan dan medium. Kekuatan yang dimaksud adalah lekatan (bond) sedangkan mediumnya adalah bidang singgung antara beton dan baja tulangan dan intensitasnya kekutan per bidang singgung yang dikenal dengan tegangan lekat (bond stress). Struktur tidak dapat mengembangkan kekuatan hingga 100% apabila tidak didukung lekatan yang kuat antara beton dan baja tulangan karena baja tulangan akan menggelincir (splice) sebelum mencapai kekuatan maksimumnya. Kekuatan lekat antara beton dan baja tulangan berperan penting dalam pencapaian kekuatan beton bertulang. Kegagalan kerjasama anatara kedunya dapat mengakibatkan kegagalan struktur secara keseluruhan. Tegangan lekat (bond stress) merupakan nilai karakteristik suatu bahan yang bersangkutan, yang nilainya dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain mutu beton, pegangan (adherence), kekasaran (roughness), bigang sentuh, ruang (gap) antara kedua bahan dan lain-lain. Peristiwa kebakaran gedung atau bangunan akibat dari amuk massa atau peristiwa hubungan pendek listrik saat ini sering terjadi. Dari kebanyakan bangunan yang mengalami kebakaran menggunakan struktur beton bertulang sebagai elemen kontruksinya. Kerusakan tersebut terjadi pada kolom, balok dan pelat yang secara visual cukup jelas terlihat. Integritas dan kekuatan struktut dari suatu material bangunan sangat dipengaruhi oleh penampakan (exposure) terhadap lingkungannya. Eksposur terhadap panas yang sangat tinggi akan mengakibatkan berubahnya kinerja material yang disebabkan akibat adanya perubahan sifat (property) dari material tersebut. Hal yang tak terkecuali terjadi pada beton. Perilaku yang berbeda dari material bangunan saat terkena kebakaran selain sangat tergantung pada tingkat keparahan dari beban kebakaran, yang diukur dengan temperaturnya, juga dipengaruhi oleh lamanya material tersebut terkena panas. Tingginya temperature dan distribusi panas pada suatu kebakaran akan tergantung pada factor-faktor seperti jumlah bahan yang terbakar, ketersedian udara yang dibutuhkan untuk proses pembakaran atau pengudaraan (ventilation) dan pembagian material bangunan dalam suatu struktur dinding yang mengisolasikan dan/atau meningkatkan pengaruh kebakaran. 2/ Bulan & tahun terbit
Perilaku bahan bangunan akibat kebakaran juga tergantung pada pemilihan penggunaan jenis bahan, namun bahan bangunan yang dipanaskan sampai diatas 300ºC dapat dipastikan akan mengalami degradasi berupa pengurangan kekuatan, yang mungkin tidak akan kembali setelah dinngin. Tinggi kehilangan kekuatan dan kembalinya kekuatan tergantung pada jenis material, tingkat keparahan dan lama waktu pembakaran. Perubahan perilaku akibat kebakaran tersebut diatas tidak dapat diamati secara visual tetapi membutuhkan pengujian dilaboratorium untuk mengamati seberapa besar perubahan perilaku tersebut terjadi. Salah satu perilaku yang tidak dinyatakan secara visual adalah besarnya peningkatan temperature terhadap lekatan baja tulanga dengan beton. Lekatan baja tulangan dan beton inilah yang akan dijadikan tinjauan pada penelitian ini. METODE Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen (exprimental research). Objek yang diteliti dalam penelitian ini adalah baja tulangan polos ditanam dalam silinder ukuran diameter 15 cm dan panjang 30 cm. Variabelnya adalah variasi suhu yang dikenakan pada beton. Variasai suhu yang digunakan suhu 27ºC(normal), 300ºC, 500ºC, 700 ºC, dan 900ºC. Variabel lain seperti cara pencampuran, penuangan, pemadatan, perawatan beton dianggap tidak berpengaruh. Pada penelitian ini menggunakan campuran beton fc = 20 MPa. Baja tulangan polos yang dipakai untuk lekatan berdiameter 12 mm dan 16 mm. Setelah mencapai umur beton dilakukan uji lekatan pencabutan baja tulangan yang tertanam dalam beton. Hasil uji yang didapat dibandingkan dengan hasil uji dari beton normal. Peralatan Peralatan penelitian meliputi : timbangan, mixer, oven, pemotong baja tulangan, alat uji saringan, alat uji abrasi, alat uji slump, cetakan silinder diameter 15 cm tinggi 30 cm, tempat curing, dan alat uji tegangan lekat. Bahan Bahan penelitian terdiri dari : semen, pasir, batu pecah karbonat dan batu pecah. Gambar 1. Batu karbonat Tata Cara Perhitungan Pengujian Tegangan lekat Berdasarkan Phil M Ferguson dalam Dasardasar Beton Bertulang (1991), perhitungan tegangan lekat menggunakan rumus; Pb fb= Ld. p.d keterangan : fb : tegangan lekat (kgf/mm 2 ) Pb : kuat lekat (kgf) Ld : panjang penjangkaran (cm) d : diameter tulangan (cm) Pembuatan Benda Uji Benda uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah benda uji beton silinder standar. Pada waktu pengecoran beton silinder ditanam baja tulangan polos dengan diameter 12 mm dan 16 mm. Penanaman baja tulangan dilakukan pada beton karbonat maupun beton normal. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil uji rata-rata tegangan lekat, dan prosentase tegangan sisa dapat dilihat ditabel berikut;. Tabel 1. Hasil Uji Rerata Tegangan Lekat dan Prosentase Tegangan Sisa Untuk Diameter 12 mm Rerata Tegangan Prosentase Sisa (%) Suhu Lekat (kgf/mm 2 ) Beton Beton Karbonat Normal karbonat normal 27ºC 0,511 0,483 100 100 300 ºC 0,414 0,401 80,95 83,01 500 ºC 0,309 0,236 60,56 45,84 700 ºC 0,152 0,109 29,79 22,60 900 ºC 0,009 0,004 1,84 0,08 Tabel 2. Hasil Uji Rerata Tegangan Lekat dan Prosentase Tegangan Sisa Untuk Diameter 16 mm Rerata Tegangan Prosentase sisa (%) Suhu Lekat (kgf/mm 2 ) Beton Beton Karbonat Normal karbonat normal 27ºC 0,523 0,501 100 100 300 ºC 0,436 0,369 83,24 73,48 500 ºC 0,356 0,297 68,11 59,34 700 ºC 0,157 0,143 29,92 28,52 /Bulan & tahun terbit/3
900 ºC 0,012 0,003 2,22 0,52 Kuat Lekat Gambar 2. Grafik Antara Tegangan Lekatan Beton Tulangan 12 mm Dari analisis, menunjukan bahwa nilai tegangan lekatan antara beton karbonat dengan baja tulangan polos lebih baik besar dibandingkan lekatan antara beton normal dengan tulangan polos pada peningkatan temperatur yang sama. Gamabr...menunjukan bahwa semakin tinggi temperatur kebakaran akan menghasilkan sisa tegangan lekat semakin kecil. Gejala ini terjadi karena dengan meningkatnya suhu kebakaran akan mempercepat proses pemuaian baja tulangan tetapi tidak begitu berpengaruh terhadap beton sehingga pada saat suhu turun akan timbul rongga atau celah pada beton yang lebih besar. Rongga atu celah yang semakin besar inilah yang menyebabkan semakin turunnya lekatan antara beton dan baja tulangan. Gambar 3. Grafik Antara Tegangan Lekatan Beton Tulangan 16 mm Gambar 4. Grafik Antara Prosentase Tegangan Sisa Tulangan 12 mm Gambar 2 dan 3 menunjukan bahwa dengan meningkatnya temperatur maka tegangan lekatan antara beton dengan baja tulangan polos pada diameter 12 mm dan 16 mm mengalami penurunan baik itu pada beton karbonat maupun beton normal. Peningkatan temperatur yang tinggi mengakibatkan lekatan antara beton dan baja tulangan polos mengalami penurunan sangat dratis. Penurunan terjadi karena hilangnya lekatan antara beton dan baja tulangan yang disebabkan oleh angka muai baja dan beton yang berbeda. Angka muai baja yang besar akan menyebabkan baja cepat mengembang bila dikenai panas serta cepat menyusut kebentuk semula bila panas yang ada dihilangkan. Sedangkan beton berlaku sebaliknya, beton lebih lambat mengembang serta lambat menyusut. Perilaku berlawanan tersebut bial kebakaran yang terjadi berlangsung lama dengan temperatur yang tinggi menyebabkan celah atau rongga yang besar karena susutnya baja tidak disertai susutnya beton dengan segera, sehingga lekatan beton dan baja tulangan polos hanya mengandalkan adhesi antar permukaan baja tulangan dan massa beton akan menurun. Gambar 2. Grafik Antara Prosentase Tegangan Sisa Tulangan 16 mm Perbedaan tegangan lekatan antara beton karbonat dengan beton normal, disebabkan karena keadaan fisik dari batuan karbonat yang bisa dilihat dari nilai abrasi (keausan) dan bentuk permukaan batuan. Hal ini memperkecil rongga antra agregat, dan antara agregat saling mengunci (interlock). Sehingga tegangan lekatan beton karbonat dengan baja tulangan polos lebih baik dibandingkan tegangan lekatan beton normal. Pada kondisi temperatur yang tinggi prosentase sisa tegangan lekatan antar beton karbonat dengan baja tulangan polos lebih besar dibandingkan dengan sisa tegangan lekatan antara beton normal dengan baja tulangan polos. Hal ini terjadi karena batuan 4/ Bulan & tahun terbit
karbonat tidak meleleh pada temperatur tinggi dan agregat batuan karbonat masih bisa saling mengunci. Hasil analisis juga menunjukan bahwa tidak terjadi lelehnya baja tulangan saat ditarik dari massa beton. Gejala tersebut dapat dilihat dari hasil kuat tarik lekatan yang terjadi selalu lebih kecil dari nilai tegangan leleh baja. Terbelahnya beton setiap penarikan baja dari massa beton juga dapat dijadikan pertanda bahwa baja tulangan polos tidak leleh. SIMPULAN Terjadi perbedaan tegangan lekatan antara beton karbonat dengan beton normal. Besarnya perbedaan tegangan lekatan beton pada temperature 27ºC, 300ºC, 500ºC, 700ºC dan 900ºC berturut-turut 5,82%, 13,73%, 31,21%, 39,51% dan 22,5% untuk tulangan polos diameter 12 mm dan 4,41%, 18,01%, 19,83%, 9,51% dan 3,46% untuk tulangan polos diameter 16 mm. REKOMENDASI Perlu diadakan penelitian lanjutan untuk mengetahui tegangan lekatan yang terjadi jika menggunakan tulangan deform dan pengaruh dari bahan tambah beton. REFERENSI Anonim, 1991, Tata Cara Pembuatan Campuran Beton Normal SK SNI T-15-1990-03, Departemen Pekerjaan Umum, Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung. Dipohusodo, Istimawan, 1994, Struktur Beton Bertulang, Gramedia, Jakarta. Ferguson, M., Phill, (alih bahasa : Budianto Sutanto dan Kris Setianto), 1991, Dasar-dasar Beton Bertulang, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta. Murdock, L.J. dan Brook, K.M., (alih bahasa : Stephanus Hindarko), 1991, Bahan dan Praktek Beton, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta. Subakti, Aman, 1994, Teknologi Beton dalam Praktek, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Tjokrodimuljo, K., 1996, Teknologi Beton, Nafiri, Yogyakarta. /Bulan & tahun terbit/5