PERBANDINGAN KUAT LENTUR BALOK BETON BERTULANG DENGAN PEMAKAIAN FIBER BAJA DAN PEMAKAIAN FIBER BENDRAT Rodo Roy Naldi Silalahi 1, Daniel Rumbi Teruna 2 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl,Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email : rodo_766hi@yahoo.co.id Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan ABSTRAK Daya tahan beton yang rendah terhadap gaya tarik dan geser dapat ditingkatkan dengan menambahkan fiber pada beton. Gagasan utamanya adalah memberi tulangan mikro pada beton dengan fiber yang disebar secara merata. Hal ini akan mencegah retak awal pada beton, sehingga kemampuan beton untuk menahan gaya lentur, aksial, dan geser akan meningkat. Pada penelitian ini dibuat 3 benda uji balok beton bertulang (ukuran 20mm x 30mm x 320 mm) dengan rincian sebagai berikut: 1 benda uji balok beton bertulang biasa, 1 benda uji balok beton bertulang dengan pemakaian fiber baja dan 1 benda uji balok beton bertulang dengan pemakaian fiber bendrat. Kadar fiber yang digunakan adalah sebesar 2% dari berat semen. Benda uji diletetakkan pada tumpuan sederhana dengan tumpuan sendi rol, kemudian diberi beban ssecara bertahap hingga mencapai keruntuhan. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh balok beton bertulang dengan fiber baja tidak hanya mereduksi lendutan sebesar 25,7% tetapi juga mereduksi panjang retak total sebesar 45% bila dibandingkan dengan balok tanpa fiber. Sedangkan balok beton bertulang dengan pemakaian fiber bendrat mereduksi lendutan sebesar 18,6% dan mengurangi panjang retak total sebesar 36% bila dibandingkan dengan balok tanpa fiber. Akhirnya, dapat dinyatakan bahwa pemakaian fiber baja lebih baik daripada pemakaian fiber bendrat bila ditinjau dari lendutan dan pola retak, dan pemakaian fiber pada beton dapat meningkatkan kinerja balok beton bertulang. Kata kunci: Balok Beton Bertulang, Fiber Baja, Fiber Bendrat, Lendutan. ABSTRACT Concrete s low endurance against tensile and shear force can be improved by adding fiber into the concrete. The main idea is to build micro reinforcement by spreading the fiber evenly throughout the concrete. This reinforcement will prevent initial cracks on the concrete so that this materials ability to withstand bending, axial and shear force will improve. In this research 3 specimen reinforced concrete beam test (20mm x 30mm x 320mm) have been made: 1 specimen normal reinforced concrete test beam, 1 specimen reinforced concrete beam with steel fiber and 1 specimen reinforced concrete beam with bendrat fiber. The composition of the fiber is 2% of cement s weight. The specimen placed on simple support hinge-roll, then loaded gradually up to failure. The results of this research is steel fiber reinforced concrete beam does not only reduce 25.7% of deflection but also reduces 45% of total crack length compared to normal reinforced concrete beam. While bendrat fiber reinforced concrete beam reduce deflection by 18.6% and reduces 36% of total crack length compared to normal reinforced concrete beam. Finally, it can be stated that the addition of steel fiber is better than the addition of bendrat fiber when viewed from the deflection and total crack length, and reinforcing concrete beam with fiber can improve the beams performance. Keywords: reinforced concrete beam, steel fiber, bendrat fiber 1. PENDAHULUAN Balok beton adalah bagian dari struktur yang berfungsi untuk menopang lantai diatasnya dan balok juga berfungsi sebagai penyalur momen menuju kolom-kolom. Balok dikenal sebagai elemen lentur yang dominan memikul gaya dalam berupa momen lentur dan juga geser. Namun seiring bertambahnya fungsi struktur dan beban yang harus dipikul oleh struktur, diperlukan ukuran balok yang cukup besar untuk memenuhi tuntutan tersebut.
Secara struktural beton mempunyai tegangan tekan cukup besar, sehingga sangat bermanfaat untuk struktur dengan gaya-gaya tekan dominan. Kelemahan struktur beton adalah kuat tariknya yang sangat rendah dan bersifat getas (brittle) sehingga untuk menahan gaya tarik beton diberi baja tulangan. Penambahan baja tulangan belum memberikan hasil yang benar-benar memuaskan. Retak-retak melintang halus masih sering timbul didekat baja yang mendukung gaya tarik. Beton serat adalah material komposit yang terdiri dari beton biasa dan bahan lain yang berupa serat (Tjokrodimuljo, 1996). Serat merupakan salah satu jenis bahan tambahan (additive) selain admixture dan fly ash (abu terbang) yang umum digunakan untuk campuran adukan beton. Dengan penambahan serat, beton menjadi lebih tahan retak dan tahan benturan sehingga beton serat lebih daktail daripada beton biasa. Dengan kata lain pengaruhnya terhadap kekuatan beton adalah menigkatkan kuat tarik, sementara terhadap kuat tekan pengaruhnya tidak begitu signifikan. 1.1. Perumusan Masalah Berdasarkan penjelasan tersebut, didapat rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana perilaku balok beton dengan penambahan fiber baja terhadap kekuatan lentur? 2. Bagaimana perilaku balok beton dengan penambahan fiber bendrat terhadap kekuatan lentur? 3. Seberapa besar pengaruh penambahan fiber bendrat dan fiber baja menahan tarik akibat beban terpusat ditengah bentang? 4. Bagaimana pola retak yang terjadi pada balok tersebut? Pada penelitian ini akan diuji seberapa besar pengaruh pemakaian fiber baja dan fiber bendrat terhadap kekuatan lentur dan retak pada struktur balok beton bertulang. 1.2. Maksud dan Tujuan Maksud dan tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh pemakaian fiber baja dan fiber bendrat terhadap kekuatan lentur pada struktur balok beton bertulang. 2. Mengetahui pola retak yang terjadi akibat penambahan fiber baja dan fiber bendrat pada balok beton bertulang. 3. Membandingkan antara teori dan praktek. 1.3. Batasan Masalah Adapun pembatasan masalah yang diambil dalam penelitian ini, yakni : 1. Benda uji berupa balok persegi dengan penambahan fiber baja dan fiber bendrat pada campurannya. 2. Beban dianggap bekerja pada pusat geser sehingga balok tidak dibebani puntiran. 3. Dimensi benda uji adalah (20x30x320)cm. 4. Tulangan yang dipakai tulangan polos berdiameter 10mm. 5. Konsentrasi fiber 2% dari berat semen (1800 gr). 6. Kuat tekan beton rencana adalah 18,7MPa. 7. Beban pengujian merupakan beban terpusat. 2. TINJAUAN PUSTAKA Salah satu bahan tambah beton ialah serat (fiber). Beton serat merupakan campuran beton ditambah serat. Bahan serat dapat berupa serat asbestos, serat plastik (poly-propyline), atau potongan kawat baja, serat tumbuhtumbuhan (rami, sabut kelapa, bambu, ijuk) (Trimulyono, 2004). Karena ditambah serat, maka menjadi suatu bahan komposit yaitu beton dan serat. Penambahan serat kawat kedalam adukan beton adalah untuk untuk mengatasi sifatsifat kurang baik dari beton. Ide dasar penambahan serat adalah memberikan tulangan serat pada beton yang disebar merata secara acak (random)untuk mencegah retak-retak yang terjadi akibat pembebanan (Sudarmoko,1990). Adapun kelebihan dan kekurangan penggunaan beton serat adalah sebagai berikut: Kelebihan Penggunaan Serat a. Dapat meningkatkan kuat lentur beton. b. Kemungkinan terjadi segregasi kecil.
c. Daktilitas (kemampuan menyerap energi) juga meningkat. d. Tahan benturan. e. Retak-retak yang terjadi dapat direduksi. f. Beton menjadi lebih kaku. g. Meningkatkan kuat tarik, kuat tekan dan kuat desak beton. Kekurangan Penggunaan Serat a. Biaya menjadi lebih mahal karena adanya penambahan material yang berupa serat. b. Proses pengerjaan lebih sulit dari beton biasa. Fiber untuk campuran beton dapat dibedakan menjadi empat jenis, yaitu: fiber metal, fiber polymeric, fiber mineral dan fiber alam. Beton yang diberi bahan tambah serat disebut beton serat (fibre reinforced concrete). Pada penelitian ini fiber yang digunakan adalah fiber baja dan fiber bendrat pada campuran balok beton bertulang. Steel fiber didefenisikan sebagai bagian kecil yang rata atau bergelombang baja dingin; bagian rata atau bergelombang potongan baja; leburan ekstrak serat atau serat baja lainnya yang sangat kecil tersebar merata dalam campuran beton segar dengan tegangan tarik rata rata f u, tidak kurang dari 345 MPa ( ASTM-A820 ). Berdasarkan ASTM-A820, terdapat empat tipe umum serat baja yang digunakan sebagai material, yaitu tipe I kawat dingin; tipe II potongan tipis; tipe III leburan ekstrak serta tipe IV serat jenis lainnya. Gambar 1. Berbagai Tipe Fiber Baja Fiber bendrat adalah jenis kawat lokal atau kawat beton yang berdiameter ± 1mm dan dipotong-potong dengan panjang ±6cm dan dijadikan sebagai fiber. Pada penelitian Suhendro, dipelajari pengaruh penambahan fiber lokal (yang berupa potongan kawat yang murah harganya dan banyak tersedia di Indonesia) kedalam adukan beton mengenai daktilitas, kuat desak dan impact resistance beton fiber yang dihasilkan. Fiber lokal tersebut dimaksudkan untuk menggantikan steel fiber yang telah dipakai diluar negeri. Konsentrasi fiber yang diteliti adalah 0,5 dan 1 %. Diameter kerikil maksimal yang dipakai adalah 2 cm karena akan mempermudah penyebaran fiber kawat bendrat secara merata kedalam adukan beton. Faktor air semen 0,55. Dari hasil pengujian terhadap benda benda uji disimpulkan dengan adanya serat pada beton dapat mencegah retak-retak rambut menjadi retakan yang lebih besar. Dengan penambahan serat pada adukan beton ternyata dapat meningkatkan ketahanan terhadap daktilitas, beban kejut (impact resistance) dan kuat desak. Tingkat perbaikannya tidak kalah dengan hasil hasil yang dilaporkan diluar negeri dengan menambahkan steel fiber yang asli. 3. METODE PENELITIAN Lokasi Penelitian Pengecoran benda uji dilaksanakan di Laboratorium Bahan Rekayasa Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan Pemberian beban dilaksanakan di Laboratorium Struktur Program Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Rencana Benda Uji Dalam penelitian ini dibuat 3 benda uji balok beton bertulang dengan kuat tekan beton rencana 18,7MPa. Rencana benda uji dapat dilihat pada tabel Tabel 1. Rencana Benda Uji Benda Uji Panjang Bentang (cm) Lebar (cm) Tinggi (cm) Kadar Fiber (kg) Balok Tanpa Fiber 320 20 30-1 Balok Fiber Baja 320 20 30 1,8 1 Balok Fiber Bendrat 320 20 30 1,8 1 Jumlah Gambar 2. Penampang Memanjang Benda Uji Gambar 3. Penampang Melintang Benda Uji Pengecoran Benda Uji Urutan pengecoran adalah sebagai berikut : 1. Hidupkan mesin pengaduk beton / molen. 2. Masukkan air secukupnya kedalam mesin pengaduk agar permukaan bagian dalam mesin pengaduk basah. 3. Setelah itu masukkan material dengan urutan : pasir, semen, air, kerikil. Dan untuk benda uji dengan serat / fiber dimasukkan pada urutan terakhir setelah keempat material diatas bercampur secara sempurna. 4. Aduk dengan kecepatan rendah selama + 5 menit agar campuran teraduk secara sempurna. Dan untuk benda uji dengan serat / fiber dimasukkan setelah beton teraduk secara sempurna. 5. Selanjutnya, adukan beton dituangkan kedalam cetakan balok dan silinder secara bertahap. Agar beton yang dituang terisi secara penuh dan merata dibantu dengan merojok atau menggunakan alat vibrator. 7. Setelah benda uji pertama selesai, dilanjutkan dengan benda uji kedua dan ketiga dengan tambahan serat / fiber. Pengujian Kuat Tekan Beton Benda Uji Silinder 1. Benda uji dikeluarkan dari rendaman 1 hari sebelum pengujian (28 hari) agar Permukaan benda uji kering. 2. Kemudian timbang berat benda uji. 3. Benda uji diletakkan pada Compression Machine sehingga tepat berada pada tengah-tengah alat penekan. 4. Secara perlahan-lahan beban tekan diberikan pada benda uji dengan mengoperasikan tuas pompa.
5. Pada saat jarum penunjuk skala beban tidak naik lagi, catat angka yang ditunjukkan jarum penunjuk yang merupakan beban maksimum yang dapat dipikul oleh benda uji tersebut. Pengujian Kekuatan Balok Beton Bertulang 1. Balok beton diatas perletakan yang telah disediakan, pasang dial dimana akan diukur lendutan. 2. Letakkan sumber beban tepat pada titik tengah balok. 4. Setelah semua perangkat alat-alat pengujian disiapkan, kemudian dilakukan pembebanan secara berangsur-angsur dengan kenaikan setiap 500 kg pada pembacaan hydraulic. 5. Setiap tahap pembebanan, dilakukan pembacaan lendutan dan regangan serta mengamati deformasi yang terjadi pada balok. 6. Pembacaan dilakukan hingga balok mencapai keruntuhan. Gambar 4. Penempatan Pembacaan Alat Dial Lendutan Gambar 5. Skema Pengujian Pada Compression Machine Nilai kuat tekan beton diperoleh dari persamaan : Ρ f'= c Α dimana : f c = Kekuatan tekan ( kg / cm 2 ) P = Beban tekan ( kg ) A = Luas permukaan benda uji ( cm 2 )
4. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Setelah melalui penelitian, diperoleh hasil sebagai berikut: Kuat Tekan Beton Kuat tekan beton dipengaruhi oleh komposisi bahan susun beton, kekuatan masing-masing bahan penyusun, dan lekatan pasta semen dan agregat. Hasil pengujian kuat tekan ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Kuat Tekan Beton: Benda Uji Kode Kuat Tekan (MPa) Kuat Tekan Rata-rata (MPa) Tanpa Fiber Pemakaian Fiber Bendrat Pemakaian Fiber Baja 1 A 18,49 2 B 18,72 2 A 18,63 2 B 18,77 3A 18,72 3 B 18,91 18,6 18,7 18,8 Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa penambahan fiber baja ataupun fiber bendrat sebesar 2% dari berat semen tidak berpengaruh banyak terhadap kuat tekan beton. Pemakaian fiber baja pada beton mampu meningkatkan kuat tekan beton dari 18,6 MPa menjadi 18,8 MPa. Sedangkan pemakaian fiber bendrat meningkatkan kuat tekan beton dari 18,6 MPa menjadi 18,7 MPa. Kuat Lentur Balok Hasil pengujian kuat lentur balok beton bertulang dapat dilihat pada tabel dan grafik dibawah ini: Tabel 3. Data Hasil Pengujian Lendutan Pada Tengah Bentang Balok Beton Bertulang Beban P (Kg) Tanpa Fiber Fiber Baja Fiber Bendrat (0,01 mm) (0,01 mm) (0,01 mm) 0 0 0 0 500 11 5 9 1000 43 21 25 1500 91 64 77 2000 195 102 108 2500 337 285 312 3000 478 393 405 3500 624 521 557 4000 973 726 763 4500 1112 834 882 5000 1296 962 1054 5500 0 1127 1210
5500 5000 4500 4000 Beban (kg) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 500 1000 1500 tanpa fiber fiber baja fiber bendrat Gambar 5. Grafik Hubungann Beban-Lendutan Tengah Bentang Pada Masing-masing Balok Dari tabel diatas pemakaian fiber baja sebanyak 1800gr dapat mereduksi lendutan sebesar 25,7% bila dibandingkan dengan beton normal. Sedangkan dengan pemakaian fiber bendrat sebanyak 1800gr dapat mereduksi lendutan sebanyak 18,6% bila dibandingkan dengan beton normal. Pada beban awal sampai 2000kg perbedaan lendutan balok beton bertulang normal dengan pemakaian fiber tidak signifikan. Hal tesebutt dikarenakan beton belum retak. Tabel 4. Data Perbandingan Lendutan Secara Teoritis Dengan Percobaan Balok Beban P (kg) teoritis tanpa fiber Tanpa Fiber Fiber Baja Fiber Bendrat percobaan teoritis fiber baja percobaan teoritis fiber bendrat 0 0 0 0 0 0 500 43 11 42 5 42 1000 69 43 68 21 69 1500 95 91 95 64 95 2000 207 195 121 102 121 2500 348 337 343 285 346 3000 506 478 497 393 502 3500 665 624 657 521 661 4000 822 973 814 726 818 4500 973 1112 965 834 969 5000 1120 1296 1111 962 1116 5500 0 0 1253 1127 1258 percobaan 0 9 25 77 108 312 405 557 763 882 1054 1210
Tabel 5. Panjang Retak Total Beban (kg) Balok Tanpa Fiber (cm) Balok Dengan Fiber Baja (cm) Balok Dengan Fiber Bendrat (cm) 0 0 0 0 500 0 0 0 1000 0 0 0 1500 0 0 0 2000 35 0 0 2500 66 27 30 3000 97 41 53 3500 114 62 70 4000 159 78 86 4500 192 93 108 5000 230 105 121 5500-126 147 Berdasarkan data panjang retak total dari balok beton bertulang, pemakaian fiber baja lebih baik dibandingkan pemakaian fiber bendrat maupun beton normal. Balok beton normal mulai retak pada beban 1500kg dan balok beton dengan pemakaian fiber mulai retak pada beban 2000kg. 5. KESIMPULAN Dari hasil pengujian yang dilakukan dilaboratorium, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut: 1. Lendutan yang terjadi pada beton bertulang dengan penambahan serat baja sebanyak 1800gr berkurang dari 12,96 mm menjadi 9,62 mm atau mereduksi sebesar 25,7% bila dibandingkan dengan beton normal. 2. Sedangkan dengan penambahan serat bendrat sebanyak 1800gr lendutan yang terjadi berkurang dari 12,96 mm menjadi 10,54 mm atau mereduksi sebesar 18,6% bila dibandingkan dengan beton normal. 3. Total panjang retak yang terjadi pada balok beton bertulang dengan penambahan fiber baja mengalami pengurangan dari 230 cm menjadi 105 cm atau sebesar 45% bila dibandingkan dengan beton normal. 4. Sedangkan dengan penambahan fiber bendrat tota panjang retak mengalami pengurangan dari 230 cm menjadi 121 cm atau sebesar 36% bila dibandingkan dengan beton normal. 5. Ditinjau dari segi lendutan dan total panjang retak, pemakaian fiber baja lebih baik dibandingkan dengan pemakaian fiber bendrat. 6. DAFTAR PUSTAKA Chu-K.W, Salmon, and Charles G., 1985, Reinforced Concrete Design, Harper & Row Inc. J.K. Wight and J.G. MacGregor, 2009, Reinforced Concrete Mechanics and Dessign, New Jersey: Pearson Education Inc. Kwak, Yoon-Keun; Eberhard, Marc, O.; Kim, Woo-Suk and Kim, Jubum, 2002, Shear Strength of Steel Fiber- Reinforced Concrete Beams Without Stirrups, ACI Structural Journal V.99 No. 4 July-August 2002. Parra. Gustavo J., 2005, High-Performance Fiber Reinforced Cement Composites: An Alternative for Seismic Design of Structures, ACI Structural Journal V.102 No. 5 September-October 2005. SK SNI 03-2847-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Badan Standar Nasional. Suryoatmono. Bambang (Penterjemah), 1990, Beton Bertulang (Suatu Pendekatan Dasar), Bandung: PT.Eresco. Sembiring. Thambah, 2004, Beton Bertulang, Bandung:Rekayasa Sains. Suhendro,B., 1991, Pengaruh Fiber Kawat pada Sifat-Sifat Beton, Seminar Mekanika Bahan Dalam Berbagai Aspek, Yogyakarta. Wahyono dan Sardjono,W., 2003, Pengaruh Penambahan Fiber Bendrat Pada Kuat Geser Balok Beton Bertulang Tanpa Sengkang, Jurnal Teknik Sipil Volume 3 No. 2 2003. Wahyono. Agt., 2005, Prediksi Kuat Geser Balok Beton Bertulang Fiber Bendrat, Jurnal Teknik Sipil Volume 6 No. 1 Oktober 2005