PENGARUH PENAMBAHAN SERAT KAWAT PADA BETON TERHADAP KUAT LENTUR BETON

PENGARUH PENAMBAHAN SERAT KAWAT PADA BETON TERHADAP KUAT LENTUR BETON

      Pengertian Beton

        Beton merupakan salah satu bahan konstruksi yang telah umum digunakan untuk bangunan gedung, jembatan, jalan dan lain-lain. Beton merupakan satu kesatuan yang homogen. Beton didapatkan dengan cara mencampur agregat halus (pasir), agregat kasar (kerikil), atau jenis agregat lain, air, semen portland atau semen hidrolik, dan kadang-kadang ditambah dengan bahan adiktif yang bersifat kimiawi ataupun fisikal pada pebandingan tertentu, sampai menjadi satu kesatuan yang homogen.

          Beton adalah batuan yang terjadi sebagai hasil pengerasan suatu campuran tertentu dari semen, air dan agregat (batu pecah, kerikil dan pasir). Beton adalah suatu material yang secara harfiah merupakan bentuk dasar dari kehidupan sosial modern.

          Beton sendiri merupakan campuran yang homogen antara semen, air dan agregat. Karakteristik beton adalah mempunyai tegangan hancur tekan yang tinggi serta tegangan hancur tarik yang rendah.  

          Beton merupakan fungsi dari bahan penyusunnya yang terdiri dari bahan semen hidrolik (portland cement), agregat kasar, agregat halus, air dan bahan tambah (admixture atau additive). Nawy ( 1985 : 8 ) mendefinisikan beton sebagai sekumpulan interaksi mekanis dan kimiawi dari material pembentuknya.

Pengertian Beton Serat (Fibre Concrete)

        Beton serat merupakan campuran beton ditambah serat. Bahan serat dapat berupa serat asbestos, serat plastik (poly-propyline), atau potongan kawat baja, serat tumbuh-tumbuhan (rami, sabut kelapa, bambu, ijuk) (Trimulyono, 2004)

          Beton serat adalah bahan komposit yang terdiri dari beton biasa dan bahan lain yang berupa serat. Serat dalam beton ini berfungsi mencegah retak-retak sehingga menjadikan beton lebih daktail daripada beton biasa.

          Beton serat adalah beton yang dalam pembuatannya ditambahkan serat kedalamnya, yang betujuan untuk meningkatkan kuat tarik beton agar tahan terhadap gaya tarik yang diakibatkan pengaruh iklim, temperatur dan perubahan cuaca yang dialami oleh permukaan yang luas. Penambahan serat itu sendiri dapat mereduksi retak-retak yang mungkin timbul akibat perubahan cuaca tersebut.

          Dalam pembagian beton serat, jenis beton serat  dapat kita bedakan menjadi 2 jenis, yaitu beton serat alami dan beton serat buatan. Serat alam umumnya terbuat dari bermacam-macam tumbuhan. Karena sifat umumnya mudah menyerap dan melepaskan air, serat alam mudah lapuk sehingga tidak dianjurkan digunakan pada beton bermutu tinggi atau untuk penggunaan khusus. Yang termasuk serat alam antara lain rami, ijuk, sabut kelapa dan lain-lain.

          Serat buatan umumnya dibuat dari senyawa-senyawa polimer. Mempunyai ketahanan tinggi terhadap perubahan cuaca. Mempunyai titik leleh, kuat tarik, dan kuat lentur tinggi. Digunakan untuk beton bermutu tinggi dan yang akan digunakan secara khusus.

          Dalam sifat fisik beton, penambahan serat menyebabkan perubahan terhadap sifat beton tersebut. Dibandingkan dengan beton yang bermutu sama tanpa serat, maka beton dengan serat membuatnya menjadi lebih kaku sehingga memperkecil nilai slump serta membuat waktu ikat awal lebih cepat juga. Sedangkan dalam sifat mekanis nya, penambahan serat sampai batas optimum umunya meningkatkan kuat tarik dan kuat lentur, tetapi menurunkan kekuatan tekan. Jenis serat tertentu yang dapat meningkatkan kinerja beton adalah serat kawat (baja) dan serat tembaga.

Fungsi Penambahan Serat Kawat

          Penambahan serat kawat kedalam adukan beton adalah untuk untuk mengatasi sifat-sifat 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).

          Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan diperoleh bahwa penambahan fiber kedalam adukan akan menurunkan kelecakan (workability) secara cepat sejalan dengan pertambahan konsentrasi fiber dan aspek rasio fiber. Sehingga untuk mendapatkan hasil yang optimal ada dua hal yang harus diperhatikan dengan seksama yaitu (1) Fiber aspect ratio, yaitu rasio antara panjang fiber (l) dan diameter fiber (d), dan (2) Fiber volume fraction (Vf), yaitu persentase volume fiber yang ditambahkan pada setiap satuan volume beton. (Suhendro, 1990).

            Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa dengan menambahkan fiber kedalam adukan beton maka selain kemampuan untuk menahan lentur ditingkatkan, sekaligus daktilitasnya (kemampuan menyerap energi) secara dramatis juga meningkat (Suhendro,1990). Selain itu juga dengan menambahkan serat fiber kedalam adukan beton maka akan mempertinggi kuat tarik beton. (Sudarmoko,1991)

Dalam penelitian yang dilakukan oleh Swammy dkk, 1979 (dalam Sudarmoko, 1990) menyimpulkan bahwa kehadiran serat (fiber) pada beton akan menaikkan kekakuan dan mengurangi lendutan (defleksi) yang terjadi. Penambahan serat (fiber) juga dapat meningkatkan keliatan beton, sehingga struktur akan terhindar dari keruntuhan yang tiba-tiba akibat pembebanan yang berlebihan.

Berdasarkan pengamatan yang dilakukan oleh Swammy dan Al-Noori, 1974 bahwa bentuk fiber akan berpengaruh pada kuat lekat yang selanjutnya berpengaruh pula pada peningkatan sifat-sifat struktural beton yang akan terbentuk (Sudarmoko, 1990).

        Kelebihan Dan Kekurangan Penggunaan Beton Serat

            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.

Pengaruh Penambahan Bahan Serat (fiber) Untuk Beton Agar Dapat Meningkatkan Kekuatan Beton

            Disamping kuat lentur, kuat tarik merupakan salah satu kelemahan beton, perubahan cuaca, temperatur dan pengaruh iklim juga dapat menyebabkan itu terjadi.  Untuk itu banyak dilakukan penelitian-penelitian tentang permasalahan tersebut agar dapat mengurangi kelemahan-kelemahan tersebut. Salah satu usaha untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan menambahkan serat kedalam adukan beton tersebut.  

Hal-Hal Yang Perlu Diperhatikan Dalam Memilih Serat Untuk Beton

            Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam memilih serat untuk menambah kekuatan beton adalah sebagai berikut:           

a.         Syarat-syarat serat yang efektif:

Syarat serat yang efektif untuk digunakan dalam beton fiber adalah:

·          Serat yang digunakan harus lebih kaku atau modulus elastisitasnya tinggi.

·          Volume serat yang digunakan harus cukup.

·          Serat yang digunakan dapat terikat satu sama lain secara baik.

·          Panjang serat harus cukup.

·          Serat harus memiliki diameter yang cukup.

b.         Jenis serat

Menurut Soroushian dan Bayasi (1991) ada beberapa jenis baja yang biasa digunakan sesuai dengan kegunaannya masing-masing, jenis-jenis baja tersebut adalah sebagai berikut:

1.      Bentuk fiber baja (Steel fiber shapes)

Ø  Lurus (straight)

Ø  Berkait (hooked)

Ø  Bergelombang (crimped)

Ø  Double duo form

Ø  Ordinary duo form

Ø  Bundel (paddled)

Ø  Kedua ujung ditekuk (enfarged ends)

Ø  Tidak teratur (irregular)

Ø  Bergerigi (idented)

2.      Penampang fiber baja (steel fiber cross section)

Ø  Lingkaran (round/wire)

Ø  Persegi / lembaran (rectangular / sheet)

Ø  Tidak teratur / bentuk dilelehkan (irregular / melt extract)

3.      Fiber dilekatkan bersama dalam satu ikatan (fibers glued together into a bundle).

Jenis-jenis serat dapat dilihat pada gambar berikut:

           Serat Yang Digunakan

Dalam hal ini serat yang digunakan / dipilih adalah serat kawat, karena lebih ekonomis dan mudah dijumpai.

a.    Serat Kawat

Pada penelitian Suhendro, dipelajari pengaruh penambahan fiber lokal (yang berupa potongan kawat yang murah harganya dan banyak tersedia di Indonesia) kedalam adukan beton mengenai kuat lentur, daktilitas, kuat desak dan impact resistance beton fiber yang dihasilkan. Fiber lokal tersebut dimaksudkan untuk menggantikan steel fiber yang telah dipakai diluar negeri. Tiga jenis kawat lokal yaitu kawat baja, kawat bendrat dan kawat biasa yang berdiameter ± 1 mm dipotong–potong dengan panjang ± 6 cm dan dijadikan sebagai fiber. 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 kuat lentur, 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. Beberapa hal yang perlu mendapat perhatian khusus pada beton fiber ini adalah masalah fiber dispersion atau teknik pencampuran adukan agar fiber yang ditambahkan dapat tersebar merata dengan orientasi yang random dalam beton dan masalah kelecakan (workability) adukan.

Secara umum dapat dijelaskan bahwa dengan memodifikasikan proporsi adukan (misalnya dengan menambah superplasticizer ataupun memperkecil diameter maksimum agregat). Dan memodifikasi teknik pencampuran adukan (mixing technique) maka masalah fiber dispersion dapat diatasi. Untuk masalah workability, secara umum dapat pula dikatakan bahwa workability akan menurun seiring dengan makin banyaknya prosentase fiber yang ditambahkan dan makin besarnya rasio kelangsingan fiber (Suhendro, 1991). Pedoman untuk mengatasi kedua masalah tersebut yang menyangkut pedoman perincian, perbandingan, campuran, pengecoran dan penyelesaian beton fiber baja, telah dilaporkan oleh ACI Committee 544 (1993).

Penelitian Leksono, Suhendro dan Sulistyo (1995) tentang beton serat yang menggunakan kawat bendrat berbentuk lurus dan berkait kedalam campuran beton. Kemudian beton diuji kuat desak, kuat lentur, kuat tarik dan pengujian balok beton. Sebagai bahan susun beton dipakai batu pecah dengan ukuran agregat maksimal 20 mm, kawat bendrat diameter ± 1 mm dipotong dengan ujungnya berkait (hooked fiber) dan panjang 60 mm, faktor air semen 0,55 dan volume fiber kawat (vf) 0,7 % volume adukan. Dengan berat jenis kawat bendrat 6,68 gr/cm³, maka berat yang harus ditambahkan ke dalam 1 m³ adukan beton (dibulatkan) 50 kg. Untuk balok beton bertulang dengan ukuran 15 × 25 × 180 cm dengan kandungan fiber 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1,00 % Dari penelitian yang telah dilakukan dengan menambahkan fiber sebanyak 0,75 sampai dengan 1 % dari volume beton dan dengan menggunakan aspec ratio sekitar 60 - 70 akan memberikan hasil yang optimal. Penambahan kawat yang ujungnya berkait (hooked fiber) kedalam adukan beton dapat menurunkan kelecakan adukan beton sehingga beton menjadi sulit dikerjakan. Kuat tarik, kuat desak kuat lentur meningkat setelah diberi hooked fiber Untuk kandungan fiber yang optimal 0,75.

Untuk penelitian Hartanto (1994) penambahan fiber lokal kedalam adukan beton, kuat tekan beton (umur 28 hari) bertambah 7 %. Ini menunjukan bahwa penambahan fiber lokal kedalam adukan beton tidak berpengaruh banyak pada kuat tekan beton, namun bahan lebih bersifat daktail. Hartanto juga menyimpulkan bahwa dengan menambahkan fiber lokal kedalam adukan beton, kuat tarik beton (umur 28 hari) meningkat sebesar 20,45 % untuk beton fiber dengan volume fiber kawat (vf) = 0,7 %.

Selain itu beton fiber masih memiliki kemampuan menahan tarik meskipun sudah terjadi retakan-retakan yang cukup besar (5 - 10 mm). Ini menunjukan bahwa penambahan fiber lokal kedalam adukan beton meningkatkan kuat tarik. Penelitian Sudarmoko (1991) akan mencari pengaruh penambahan serat bendrat terhadap kuat tarik. Untuk bahan digunakan kerikil dengan diameter maksimal 10 mm dengan maksud agar masih tersedia ruang yang cukup diantara kerikil untuk diisi dengan serat sehingga masih didapat kelecakan yang memungkinkan pengadukan dilakukan dengan mudah. Bahan serat digunakan serat bendrat yang dibuat dengan jalan memotong kawat bendrat dengan panjang 2,5 - 3 cm agar batas aspek rasio tidak terlampaui. Faktor air semen 0,56.

Berat semen yang dipakai dalam setiap jenis adukan bervariasi sesuai dengan konsentrasi serat yang ditambahkan pada adukan dengan pedoman bahwa jumlah air yang ada masih mampu menghasilkan kelecakan adukan yang masih memungkinkan pencampuran adukan dapat dilakukan dengan mudah dan homogenitas adukan masih dapat dicapai. Adukan beton serat dibuat dengan konsentrasi serat bendrat ditambahkan sebesar 0,25 %, 0,5 %, 0,75 %, 1,00 % dan 1,25 % dari volume adukan agar masih didapat penyebaran serat yang merata pada adukan. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa penambahan serat bendrat kedalam adukan beton akan mempertinggi kuat tariknya. Tetapi makin tinggi konsentrasi serat, makin kecil nilai slump yang didapat, sehingga untuk mendapat nilai slump yang tetap makin banyak dibutuhkan penambahan air dan semen. Hal ini juga sesuai dengan penelitian Leksono (1995), pemakaian hooked fiber dari kawat bendrat kedalam adukan beton dapat menurunkan kelecakan adukan sehingga beton sulit dikerjakan, namun dengan nilai VB time antara 5 – 25 detik dapat dipakai sebagai pedoman untuk menyatakan suatu adukan beton fiber mempunyai kelecakan yang baik.

Sudarmoko meneliti pengaruh aspek rasio serat (nilai banding panjang dan diameter serat) yang dinyatakan panjang serat, terhadap sifat-sifat struktural adukan beton yang mengandung serat yang meliputi kuat tekan, kuat tarik dan modulus elastik. Dengan panjang serat kawat bendrat 60, 80 dan 100 mm dengan konsentrasi serat 1 % dari volume adukan disimpulkan hasil terbaik ditunjukan oleh beton serat dengan panjang serat 80 mm merupakan nilai yang optimal untuk ditambahkan pada adukan beton ditinjau dari sudut peningkatan kuat tarik dan kuat tekan sedang pada pengujian modulus elastik panjang serat 100 mm memberi hasil yang terkesan tetap dengan nilai yang tidak terlalu menyimpang dari benda uji dengan panjang serat 80 mm sehingga dapat disimpulkan bahwa panjang 80 mm adalah panjang serat yang optimal.

Pada penelitian Handiyono (1994) mengenai bentuk geometri serat kawat bendrat membuktikan bahwa thoughness index beton dengan serat hooked dapat ditingkatkan lebih besar bila dibandingkan dengan beton dengan serat lurus maupun dengan beton biasa. Hal ini membuktikan bahwa penambahan serat hooked pada beton dapat meningkatkan daktilitas. Tegangan tarik beton meningkat bila dibandingkan dengan beton serat lurus dan beton biasa. Pola retak balok beton dengan serat lurus adalah retak-retak tunggal dengan sedikit retak halus, sedangkan balok dengan serat hooked lebih mampu menahan retak dibanding serat lurus. Pada beton normal, pola retak tidak beraturan.

Dari pengujian yang dilakukan oleh Sudarminto dari kuat tekan beton diperoleh kuat desak rata-rata pada pengujian 28 hari adalah beton normal (BN) sebesar 27,93 MPa, untuk beton fiber 0,5 % (BF 0.5%) sebesar 28,94 MPa dan untuk beton fiber 0,7 % (BF0.7%) sebesar 30,34 MPa. Pengujian kuat tekan dan kuat lentur beton selengkapnya dapat dilihat pada lampiran. Data.hasil pengujian seperti yang ditunjukkan pada tabel 1 berikut: