Prosiding Perternuan Ilrniah Sains Materi 1996

STurn POTENSI SERA T SERABUT KELAP A DAN SERA T KA W A T BETONDALAM MENINGKATKAN KINERJA BETON 1

Puti F. Tamim2., Rastihaf, SilVia F Rerina 4

ABSTRAKSTUDI POTENSI SERAT SERABUT KELAPA DAN SERAT KAWAT BETON DALAM MENINGKATKAN

KINERJA BETON. Matrik beton pada umumnya memiliki sifat keruntuhan getas yangterjadi akibat tegangan tarik alan bebanimpak. Banyak tara telah dilakukan untuk mengatasi kelemahan tersebut diatas, antara lain dengan menambahkan tulang-tulanganpada daerah-daerah tertentu alan dengan menambahkan serat pada adukannya. Dengan tujuan memanfaatkan bahan bangunan lokal,pada studi ini dilakukan penelitian kemampuan serat serabut kelapa dan serat kawat beton dalam memperbaiki sifat duktilitas betonnormal dan beton kinerja tinggi. Pengujian eksperimental dilakukan dengan memberikan beban tekan dan siklik pada cuplikansilender beton Hasil studi menunjukkan adanya kenaikan duktilitas dan perilaku rentak beton

ABSTRACTA STUDY ON COCONUT FIBER AND CONCRETE WURE FIBER IN IMPROVING CONCRETE

PERFORMANCE. In general concrete matrix are brittle due to tensile stress or impact loading. To improve the matrix, reinforcingbars are added in particulat areas or bay adding fibers to concrete mix. To utilize local building materials this research on the pottentialof coconut fibers and steel fibers were intended to improve ductility properties of normal and high strength concrete. Compression,cyclic and flexural loading test were applied to concrete samples. Concrete volumetrie ratio was determined based on concreteworkability. Results show significant improvement on ductility and crack properties of concrete.

DASAR TEORISeTal-seTal di dalam beton berserat

mempunyai sifat sebagai tulangan beton,Balaguru & Shah[3) membagi komposit betonberserat dalam tiga kategori, yaitu : kompositberserat rendah, volume seratnya <1% volumekomposit; komposit berserat sedang, volumeseratnya 1-5% volume komposit ; kompositberserat tinggi dengan volume seTal 5-15%volume beton.

Perilaku komposit beton berserat inisangat ditentukan oleh perlekatan/interaksiantara seTal daD matriknya[4), kekuatanperlekatan ini sangat bervariasi tergantungparameter penentu sifat seTal daD matriknyasebagai berikut:

1. Ukuran maksimum Matrik, ukuran in~mempengaruhi distribusi dan kuantitasSeTal yang dapat masuk ke dalamkomposit. rata-rata ukuran pasta semensebelum hidrasi 10 -30 micron, partikelagregat dalam mortar maksimum 5 mm.Agregat dalam komposit maksimum 20mm, disarankan lebih kecil daTi 10 mm,supaya seTal dapat tersebar lebih merata,untuk mengurangi terjadinya penyusutandan keropos permukaan, bahan pengisipaling sedikit 50% daTi volume beton..

PENDAHULUANSalah satu sifat merugikan daTi beton

adalah sifat keruntuhan getasnya terhadapbeban tarik dan momen lentur, daktilitasbeton yang rendah ini mengakibatkanpenurunan kekuatan tekan yang cepat padadaerah setelah beban maksimum, sehingga

menyebabkan keruntuhan tiba-tiba padaelemen beton., daktilitas ini semakin rendahuntuk beton yang mempunyai kuat tekansemakin tinggi.

Berbagai penelitian telah dilakukanuntuk memperbaiki sifat di atas, antara lain

dengan menambahkan serat-serat padacampuran beton, serat -serat yang biasadigunakan adalah serat baja, polypropylene,fiber glass, daD berbagai serat natural,

penambahan serat-serat tersebut diketahuidapat memperbaiki daktilitas beton,ketahanan terhadap beban lentur, impak daDkelelahan.

Dengan maksud memanfaatkan bahanbangunan lokal, dalam studi ini dilakukan

pengkajian terhadap penggunaan serabutkelapa daD serat kawat pada campuran betonuntuk meningkatkan daktilitas beton normaldaD beton kinerja tinggi, orientasi penelitianadalah pada perbaikan yang dihasilkan kurva

tegangan-regangan, pengaruh komposisimatrik daD serat, volume serat efektif dengan

mempertimbangkan workability campuran. 2. Kondisi Matrik, Tidak Retak atau Retak,pada matrik tidak retak, interaksi antaraserat daD matrik terjadi hampir di semuakomposit pada awal pembebanan. Gambar

I Disajikan pada Pertemuan Ilmiah Sains Materi, Serpong 22-23 Okt.19962 Dosen Jurusan SIPIL ITB..3 Dosen Jurusan Sipil ITB.

4Mahasiswa Pasca Sarjana, Jurusan Teknik Sipil ITB, Bandung.

568

di bawah ini rnenunjukkan sistern interaksisederhana antara seTal dan rnatrik.

keretakan lanjut ( multiple cracking ),biasanya tahapan ini terjadi pacta elemenstruktur dalam kondisi beban layan.Karakteristik interaksi seTal jugamenentukan kapasitas beban maksimumyang dapat dipikul oleh komposit daDperilaku deformasi elemen sesudah bebanmaksimum

I! V

-1~--,~~{atrix

~11'r~~. ---" ,,;'

-"(;:j"

-~-~

~,~ 0', -,

-~V , .j~ ~'..L..o.. ~. I

r '!:ltrl:T!p'.I> I

Garnbar 1. lnteraksi Serat dan Matrik tidakRetak

(a) kondisi tidak dibebani(b) kondisi dibebani tarik(c) kondisi dibebani tekan

Gambar 2. lnteraksi seTal dengan matnk retak

3. Sifat lain yang mempengaruhi interaksimatrik daD serat adalah :geometri serat,tipe serat, kekakuan serat daD sifatpermukaan serat, serat yang licin tidakmempunyai ikatan yang baik denganmatrik, sebaliknya dengan serat yang kasar.Volume serat menentukan tambahandaktilitas yang mungkin terjadi, disampingtentunya tahapan pembebanan daD carapengujian yang digunakan.

Mekanisme Kontribusi SeratTerhadap Lentur [3]

Mekanisme dasar kontribusi seratdalam menahan lentur daD daktilitas dapatdiamati melalui perilaku defteksi kompositterhadap beban. Jika serat-serat hanya dapatmenjembatani keretakan daD kemampuanmendukung beban sangat kecil, kapasitasbeban dalam kurva turun dengan tajamdiperlihatkan pada kurva I (Gambar.3)

Pada saat tidak dibebani, teganganpada serat clan matrik diasumsikan = 0

( Gambar.l.a) waktu diterapkan beban tarik,tekan atau ada perubahan temperatur,tegangan berkembang dan deformasibertambah. Pada matrik semen, hidrasi darisemen dapat menginduksi tegangan didalam matrik daD serat. Ketika bebanditerapkan pada matrik, sebagian bebandipindahkan ke sepanjang permukaanserat, karena ada perbedaan kekakuanantara serat clan matrik, di sepanjangpermukaan serat bekerja tegangan geser.Tegangan ini membantu memindahkansebagian beban ke serat. Jika serat lebihkaku dari matrik, deformasi pada daDsekeliling serat akan lebih kecil ( Gambarl.b dan I. c), tipe ini terjadi pada serat bajaclan mineral. Jika modulus serat lebih kecildari modulus matrik, deformasi serat akanlebih besar., tipe ini terjadi pada kompositdengan serat polimer clan serat natural.Perpindahan tegangan elastis terjadi didalam komposit dengan matrik tak retak,sepanjang matrik clan serat ada dalambatasan elastis.

Ketika komposit menerima bebantarik, pada tahap beban tertentu matrikakan retak, pada saat itu serat mulaimemikul beban melalui retakan,memindahkan beban dari sisi retak yangsatu ke sisi lain. Jika serat mampumemindahkan beban melalui retakan,retak akan berlanjut ke sepanjang bentangbenda uji, tahapan ini dinamakan tahap

j.'F. f" 1.E-f:. ~.,

Gambar 3. Kurva defleksi-beban

569

-S7~'

Defornlationcontour

(ASTM C39-86); beban lentur (ASTM C78-84); beban siklik yaitu beban dinamis denganbeban minimum 25% dan beban maksimum75% dari beben tekan, dengan frekwensi300000 Hz, daTi pembebanan ini dicatat waktuhancur (detik). Berikutnya adalah studi secaramikrostruktur terhadap mekanisme crack-bridging dengan bantuan alat ScanningElectron Microscope.

BAHANCampuran bahan yang digunakan

adalah : bahan matrik: semen tipe I, pasirGalunggung, kerikil Banjaran; bahan serat:serat kawat beton diameter 1 rom, panjang 60rom dan serabut kelapa diameter 0,5-1 rom,panjang 50 rom. Disain campuran nyadigambarkan pada label di bawah ill :

Jika jumlah seTal mampu memikul bebantarik yang dialami komposit lentur cukupbanyak, kapasitas penurunan beban kompositagak landai,digambarkan pada kurva 2(Gambar 3), Kondisi pertama dan kedna initerjadi hila kekuatan yang dapat dipikul olehseTal lebih kecil daTi kekuatan matrik takretak. Perilaku yang ditunjukkan kurva I dankurva 2 dinama-kan load-softening. Jika seTalmempunyai kekuatan yang sarna atau lebihbesar dari matrik yang ada di zona tarik padakondisi sebelum retak, kapasitas bebankomposit menunjukkan garis datar atau malahmenaik, digambarkan oleh kurva 3 dan kurva4. Pada kondisi ketiga dan keempat inimanfaat penambahan seTal tercapai.

Distribusi fungsi seTal jugadigambarkan oleh tegangan-regangan daTipotongan balok dibawah ini:

71;7

r Betonf60 MPa

~g)476

--~ton fJOMPa

kftI

364.4fbahan 1m3 bemn

d f'semensemen

741

~

paslf

b<.c)~

, -.-" :.J) 12]l60.6

121.2

19960.6121.2181.8

1.88

5.64

Penentuan benda uji : beton f60 , benda ujiberupa silinder diameter 100mm, tinggi200mm; beton SO, benda uji berupa silinderdiameter 150mm, tinggi 300mm untuk peng-ujian tekan dan siklik, untuk pengujian lenturbenda uji berupa balok 150X150X600 mm.

Gambar 4. Distribusi Tegangan-Reganganbalok Komposit Beton Berserat

a. Potongan melintang balokb. Distribusi reganganc. Distribusi tegangan pada daerah sebelum

retakd. Distribusi tegangan pada daerah sesudah

retak.Ketika beban bertambah, tegangan

tekan daD tarik naik (Gambar 4.c), ketikategangan tarik mencapai kekuatan tarikmatrik, rnatrik retak serat berfungsi memikultegangan, garis titik-titik menggambarkanrnasih adanya tegangan di dalam balok yangdipikul oleh serat.

CARA KERJATahap awal penelitian dimulai dengan studiperilaku retak beton kinerja tinggi dan betonberserat. diikuti dengan studi eksperi mental dilaboratorium dengan percobaan pendahuluanuntuk menentukan variasi kandungan seratyang akan digunakan denganmempertimbangkan workability campuranyang masih dapat diterima daD indikasidurabilitas serat yang akan digunakan. Ujiworkability dilakukan dengan cara uji slumpdaD uji V_B. Kemudian pembebanan padasampel uji seperti berikut : beban tekan

benda uji

iktlai

tekanI (kg/cm2.)

370

slum(cm)-

108

f30455390320325

2392

~-J

tkl-30 !

~~~~tk3-30fskl-30

, ;!

fsk3-30

~

84

570

keterangan :00 = beton polos, kuat tekan rencana 30MPatkl-30 = beton berserat kawat 1 %

fk2~30;= betonberseratkawat 2% !,>8tk3~30-=betonberseratkawat3 %, >aqfskl,.JO= beton berseratkelapa 1 %; Bib'fst<2-30~beton berserat kelapa 2% IOJl,fsk3~30= beton berseratkelapa 3% ~

Tabe13.Hasil,);uji ,Lenturdan Beban;,;Siklik'BetonOOMPa. umur 28 hari

be AA ..'Uua UJ! Kuatlenttir(kg!' .2

)cm.

akturun tuhw. ..bebanslkl1k.

(dt) \,f30n" l JAJ.I\, -\1

tk2.;30fk3-JOfskl'-JOfSk2-30fskJ:30

Q

356--!.--

315,ill,V,~3;18

4400456546004805143010801007

PEMBAHASANI. Pada pengamatan workability beton f30,

campuran seTal kelapal% daD 2% masikmemenuhi persyaratan, sedangkan

campuran 3%, campuran sangat padat.Demikian pula dengan seTal kawat ,~mpuran 1 % daD 2%, dapat dianggapmemenuhi syarat workability, campuran3%, campuran dinilai padat. UrttUk beton£60, campuran seratkelapa maupun seTalkawat 1% dan 2%, dart 3%masih dapatdianggap memen"hi syarat, karena aki~tadartya campuran SP (Sikamen) ,campuran sangat encer sehinggapeng~atan lebih di~tik ~mtkan padasaa~ pengecoran kedalam cetakan benda

UJ1:2. Pen~jian Kuat Tekan menunjukkan

b~wa deng-.n ditambahkannya serabutkelapa .1o/q, 2% daD 3%, k"at tekanmenurun berturut~turut sebagai be'~~Qt12%; 240/Q daD Sl.o/Q , penambahan seTalkawat J% daD 2%,pada beton PQ,menaikkan kuat tekan 200/Q daD 10%penambahan 3 o/Q, seTal kawat menurunkankUat tekan So/Q, Pada beton f60,penambahan seTal kawat menurunkan kuattekan berturut-turut 170/Q, 230/Q daD 33 %.Hal di alas terjadi karena kuat tekan bahan.serat lebih kecil dibandingkan kuat teKanmatrik beton, kemungkinan penyebaranserat yang tidak merata dan interaksi seTaldaD matrik tidaksempurna...

3. Pada pen~jian lentur, daktilitas betonbertambah dengan adanya pen~bahanseTal, hat ini ditunukkan oleh kurvategangan-regangan yang landai pada.penode sesudah beban puncak,penambahan daktilitas ini juga tampakpada penerapan beban berulang (siklik)dimana dicatat waktu terjadinyakeretakanpertama, untuk beton beton berseratkawaL Pada beton dengan serabtlt kelapayang tampak adalah penumnan kekuatan,meski dati pengamatan rota ScanningElectron Microscope perlekatan serabutkelapa pada matrik beton lebih b~ik datiperlekatan seTal kawat.

k!eterangan :f6()= betonpolos kuat tekan rencana 60MPafkl.-60 =;betonberseratkawatlo/Ctfk2-60 = beton berseratkawat2%

~3'-6()j=betonberserat kawat 3%fsk 1-60 = beton berserat kawat 1 %fsk2-60 = beton berserat kawat 2%fsk3-60 = beton berserat kawat 3%

Tabel 5Hasil Uji lentur daD Beban Siklik Beton f60Moa. umur 90 hari

bendauii,~

Kuatlentur-

(1<glCm2)

ak'w 1-W runlWl,

bebansiklikc

(dt)f60fkl-60fk2-60fk3-60fsk 1-60fsk2-60fsk3-60

~~

~~~~~

9800

10006

100249821240018301040

KESI~ULAN1. Kuat Tekan beton denganpenambahan

serat lebih kecil dari kuat tekan betonpalos.

2. Dengan penambahan serat tampak bahwadaktilitas beton bertambah ,yang besarnyatergantung pada presentase serat yangdicampurkan .

571

3. Persentase seTal yang paling optimal dapatmenaikkan kekuatan beton adalah 1%seTal kawat dan 1 % serabut kelapa.:~! Pengamatan dengan SEM ( ScanningElectron Microscope) menunjukkanbahwa seTal kawat dan seTal kelapamampu menjadi crack bridging padabeton, tetapi karena sifat-sifat organis dan

:; lapisan-lapisan kulitnya yang mudahterkelupas, kemampuan serabut kelapalebih kecil dari kawat.

UCAPAN TERIMA KASm ,':;/,1,,-;,1

Pada kesempatan ini' kamimenyampaikan terima kasih kepada Dr.Ir.Dicky.R.Munaf sebagai Kepala LaboratoriumStruktur dan Bahan, ITB yang telahmemberikan kesempatan dan dukungan penuhuntuk melakukan penelitian ini, serta kepadarekan-rekan mahasiswa Pasca Sarjana ITB,yang telah banyak memberikan masukan-dalam analisa penelitian .Juga terima kasihkami sampaikan kepada rekan-rekan teknisi diLaboratorium Struktur dan Bahan ITB, sertarekan-rekan teknisi di laboratorium Strukturdan konstruksi Pusat Litbang Pemukiman PUalas segala bantuan hingga selesainyapenelitian ini.

DISKUSITanya:1. Berkaitan dengan peningkatan duktilitas

pada beton yang menggunakan seTal,dimana menurut penjelasan Saudarakontribusi seTal justru setelah terjadiretakan. Pertanyaan kami adalahbagaimana pengamatan yang dilakukanterhadap kuat tarik <fracture Resistance /beban puncak) setelah atau terjadinyaretak tersebut.

AnonimJawab:

Pengamatan "Fracture Resistance"dilakukan pada pembacaan "StrainGauge ", sebagaimana diketahui padadaerah-daerah yang diduga mengalamimomen terbesar dipasang "StrainGauge", ketika pada daerah tersebutretak, Strain Gauge tidak memberikandata lagi -+ pembacaan = 0 -+ pada saatitu di daerah tersebut, fungsi seratdiamati (kondisi tegangan -regangan)setelah P maksimum.

Silvia F. HennaTanya:2. Apakah kuat tarik serabut kelapa dan

serabut kawat beton diukur sebelumnya.

Anonim

DAFTAR PUSTAKAI. ACI 544.2R.89 " Measurement of

Properties of Fiber Reinforced Concrete",Reported by ACI Committee 544.

~b'.'"ACI SP-155 " Testing of Fiber Reinforced£i'cConcrete "

~,!':"~STM C 39-86, "Test Method for,'f- Compressive Stre~ of Cylindrical',', Concrete Specimens".

4,. ASTM C 78-84, "Test Method for.,1. Fluxural Strength of Concrete (Using

Simple Beam with Third-Point Loading).5.' nALAGURU & Shah (1992), "Fiber

~inforced Cement Composites".McGraw-Hill Inc., Singapore.

6. HANNANT D.J. (1978)," Fibre Cementsand Fibre Concretes". John Wiley & Sons.,Lid.

7. NEVILLE, A.M (1981), "Properties ofConcrete", Pitman Publishing Limited,London.

8. MALLIER.Y. (1992),"High Performance.

ofConcrete",E&FNSons.' ..i

Jawab :Serat serabut kelapa dan serat kawatbeton tidak diukur kuat tariknya terlebihdahulu, karena pada kenyataannya letakserat tidak teratur, jadi anggapannya seratdaD matrik beton merupakan snafu

komposit yang homogen.Silvia F. Henna

572

F,"" ,""lit I.., "',- ~"'"~.gi.. mairik j.".. ".,- di daj""n)"

Kurva Togangan-Rogangan Beton Be_ratKelapa f60

60

50 , .fsk16040:, .15k2603021); ! \ .~60

1:/. ';~\~\... 1600"--""""""0 -' -' ::! -' ~

regaIJgan(mm)

(_Ii~. TtpnsanR'gPngon UeI.. Ser~l K'Ia!" ((x,

\::;:,,:'~,\..""':' "

t

f"",21"",,- ~",,13I" 00II ...,rik "--

Kurva Tegangan-Regangan 8elOn ea,.eralKawai f30

6050 ,

",;1..40 '.x- "I.-30,.1.,.,20 ' [Ii! ~~.""~~:": 10" , '" ;.:;I'.0 -..".\ ':.::~

o"!~tJ~~""'1"~""1"0 ,.; ~..: '" regangln(mml

.1\(1.30

.1k2.30

.fk3-30

.f30

(,.,w..,?It"IV" Tcg;ult,...Rcr..niOn rJe!on lk...,.. 1<0... f1() fIX" 1.

~iakanf'~' _rill ~ ~I.h I.., "".Ik.'\-,'

O,n,oo,""mY!' Te..",,~.Re~npn~' -KawJl ff" Foto 4

SemI lawn! diN"'" rctaka. m;o1,il t.:to.

573