studi perilaku kuat tekan pada beton berserat baja

STUDI PERILAKU KUAT TEKAN PADA BETON BERSERAT BAJA

Srisadewo Fauzi Adiprakoso, Elly Tjahjono, dan Essy Arijoeni

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Depok

[email protected]

ABSTRAK

Beton merupakan material yang mampu menahan tegangan tekan yang cukup tinggi tetapi mempunyai

kemampuan menahan tegangan tarik yang rendah. Tegangan tarik dapat menyebabkan retak pada beton yang

telah mengeras. Salah satu sifat mekanis beton adalah mempunyai daktilitas yang rendah sehingga bersifat getas.

Tujuan dari penambahan serat adalah untuk meningkatkan sifat mekanis beton khususnya kekuatan tarik pada

beton serta meningkatkan ketahanan beton terhadap retak. Kadar serat baja yang akan digunakan pada penelitian

ini sebesar 1%, 1.5%, 2% dan 2.5% dari volume beton normal. Penambahan serat baja akan menyebabkan efek

gumpal pada beton segar.

Pengujian kuat tekan menggunakan cetakan silinder 150 mm x 300 mm dan pengujian dilakukan pada hari ke –

7, 14 , 28. Benda uji akan dilakukan pengujian non destructive test berupa alat UPV untuk mengetahui pengaruh

penambahan serat baja terhadap modulus elastisitas. Kuat tekan beton normal yang direncanakan adalah fc’ 25

MPa. Untuk meningkatkan workability beton segar pada beton segar, dilakukan penambahan bahan admixture

berupa Superplasticizer.

Berdasarkan hasil penelitian, penambahan serat baja akan menaikkan kuat tekan namun menurunkan modulus

elastisitas. Penambahan serat baja akan menurunkan workability dari beton segar. Peningkatan kuat tekan beton

pada umur 28 hari yang terjadi sebesar 14% dengan kadar serat baja sebesar 2.5%.

Kata kunci : Beton Berserat Baja, Serat Baja, Kuat Tekan, Modulus Elastisitas, UPV

ABSTRACT

Concrete has relatively high compressive strength but has lower tensile strength. Tensile strength can lead a

cracks in the hardened concrete. The low ductility is one of the mechanical properties of concrete and therefore

called brittle material. Addition of steel fibers on concrete can make increase on the mechanical properties of

concrete especially tensile strength that can reduce cracks. In this studies, the steel fiber content is 1%, 1.5%, 2%

and 2.5% based on the concrete volume. Steel fiber on the fresh concrete would develop the balling effect on the

fresh concrete.

Compression tests were conducted on 150 mm x 300 mm concrete cylinders and the test of specimens at 7,14

and 28 days. The influence of steel fiber content on the modulus elasticity of concrete will be determined using

non- destructive test (UPV). The expected normal compressive strength is 25 MPa. Addition of the

Superplasticizer provided better workability of the fresh concrete.

Based on the studies, addition of steel fiber provided higher compressive strength but reduce the modulus of

elasticity of concrete. Workability of the steel fiber reinforced concrete are worse than normal concrete. The

concrete that content 2.5% steel fiber would increase 14% of the compressive strength.

Key words : Steel Fiber Reinfoced Concrete, Steel Fiber, Compressive Strength, Modulus of Elasticity, UPV

Studi perilaku..., Srisadewo Fauzi Adiprakoso, FT UI, 2013

mailto:[email protected]

PENDAHULUAN

Peningkatan kualitas material beton merupakan tantangan besar seiring meningkatnya

kebutuhan manusia, berkembangnya pengetahuan dan teknologi dan timbulnya kesadaran

akan ramah lingkungan. Kualitas material beton berkaitan erat dengan komposisi material -

material pembentuk beton. Material - material pembentuk beton umumnya adalah semen,

agregat kasar, agregat halus dan air. Komposisi material – material pembentuk beton akan

mempengaruhi sifat mekanis beton. Sifat – sifat mekanis beton adalah mempunyai daktilitas

yang rendah sehingga bersifat getas, mempunyai kuat tekan yang tinggi dan mempunyai kuat

tarik yang rendah.

Seiring dilakukannya penelitian – penelitian untuk meningkatkan kualitas beton, menutupi

kelemahan beton dan mengurangi material – material yang kurang ramah lingkungan,

digunakan limbah – limbah industri seperti fly ash, serbuk besi, serat baja dan bahan aditif

lainnya. Penambahan serat baja untuk meningkatkan daktilitas beton serta meningkatkan

ketahanan beton terhadap kuat tarik yang merupakan kelemahan beton. Sifat mekanis serat

baja adalah kuat terhadap gaya tarik. Material beton yang menahan gaya tarik akan

mengakibatkan retak sehingga memerlukan perkuatan atau penambahan material lain

sehingga dapat manahan beban tarik tersebut.

Serat baja adalah serat baja pendek yang mempunyai aspect ratio antara 20 – 100 dan

penyebaran dilakukan pada beton segar dengan menggunakan prosedur pencampuran biasa

(Vikrant S, 2012) [1]. Penggunaan serat baja akan meningkatkan ketahanan beton terhadap

retak. Serat baja yang dicampur dengan beton normal lebih dikenal dengan Steel Fiber

Reinforced Concrete (SFRC). Kadar serat baja dalam beton ditentukan berdasarkan volume

beton normal. Pengaruh dari penambahan serat baja terhadap sifat – sifat mekanis beton

belum diketahui oleh masyarakat di Indonesia secara umum. Oleh karena itu, skripsi ini akan

dibahas sifat mekanis pada beton biasa dengan penambahan serat baja. Secara khusus, tentang

kuat tekan pada beton dengan penambahan serat baja.

TINJAUAN TEORITIS

Sifat Mekanis Beton

Sifat mekanis beton tergantung dari material pembentuk beton yang digunakan serta proses

pencampuran (mixing) dan perawatan beton. Kuat tekan beton merupakan karakteristik

kekuatan dari beton yang akan ditinjau. Beton merupakan material yang mampu menahan


tegangan tekan yang cukup tinggi atau biasa disebut kuat tekan. Definisi kuat tekan beton

adalah kuat tekan yang ditetapkan dengan benda uji berbentuk silinder diameter 150 mm dan

tinggi 300 mm dan dapat dinyatakan dalam satuan MPa (SNI 03-2847-2002) [2]. Kuat tekan

beton akan mencapai kekuatan akhirnya pada umur beton 28 hari akibat dari proses hidrasi

semen. Uji kuat tekan beton merupakan standar pengujian beton untuk mengukur performa

beton yang akan digunakan untuk desain bangunan atau struktur bangunan lainnya. Nilai kuat

tekan beton atau tegangan beton akan diberi notasi fc’ dan dalam satuan MPa pada benda uji

berupa silinder. Kuat tekan beton diukur dengan beban P yang akan mengakibatkan

keruntuhan silinder beton. Tegangan tekan beton dapat dihitung berdasarkan gaya tekan

beban P dibagi dengan luas permukaan silinder.

Beberapa hal yang mempengaruhi kuat tekan beton adalah Faktor air-semen, umur beton,

proporsi dan jenis semen, proses pencampuran beton dan bentuk serta ukuran agregat. Faktor

air-semen berpengaruh cukup besar terhadap kuat tekan beton. Semakin rendah nilai faktor air

- semen maka semakin tinggi kuat tekan beton sedangkan semakin tinggi nilai faktor air –

semen maka semakin rendah kuat tekan beton.

Umur beton akan mencapai tingkat kekuatan yang baik pada umur 28 hari yang disebabkan

oleh reaksi hidrasi semen. Jenis atau tipe semen akan mempengaruhi kuat tekan beton

disebabkan oleh komposisi senyawa pembentuk semen tersebut.

Proses pencampuran beton merupakan hal yang penting dalam membuat campuran beton

dengan mutu yang baik. Kontrol mutu beton dimulai dari pemeriksaan material pembentuk

beton, cara pencampuran beton segar dan pemadatan beton segar. Proses pemadatan beton

berkaitan dengan faktor air - semen dan kuat tekan beton.

Pemadatan beton dengan cara menggunakan vibrator dan dipadatkan secara manual dengan

tangan dipengaruhi oleh faktor air - semen beton. Faktor air - semen akan mempengaruhi

tingkat porositas dari pasta semen. Bentuk dan ukuran agregat juga akan mempengaruhi

tingkat porositas beton. Beton yang padat akan menghasilkan beton dengan kuat tekan yang

lebih tinggi.

Penggunaan beton sebagai material konstruksi harus didukung dengan mutu beton sesuai

dengan kebutuhan. Menurut P.K. Metha dan Paulo J.M.M (2001) [3], berdasarkan kuat tekan

beton, beton dibagi menjadi tiga kategori, yaitu Low – strength concrete dengan kuat tekan

beton kurang dari 20 MPa, Moderate – strength concrete dengan kuat tekan beton antara 20

MPa sampai dengan 40 MPa dan High – strength concrete dengan kuat tekan beton lebih dari

40 MPa.


Material Pembentuk Beton

Beton adalah campuran antara Semen Portland atau semen hidraulik yang lain, agregat halus,

agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk masa padat (SNI

03-2847-2002) [2]. Semen merupakan material yang dapat menyatukan komponen material

lainnya. Pasta dapat terbentuk apabila semen ditambahkan dengan air. Pasta semen bersifat

sebagai perekat dan dapat berfungsi pengisi rongga-rongga udara diantara butiran – butiran

agregat halus. Mortar akan terbentuk dengan campuran semen dan air. Sifat - sifat fisis semen

yang perlu diperhatikan adalah kehalusan butir, waktu ikat semen, panas hidrasi dan berat

jenis semen.

Pengaruh agregat pada beton segar adalah kemudahan mengalir dan sifat kohesif. Pengaruh

tersebut dipengaruhi dengan jumlah, tipe, tekstur permukaan dan gradasi agregat. Agregat

dapat mempengaruhi beton yang telah mengeras khususnya dari segi fisik dan sifat mekanis

beton, seperti kekakuan, berat jenis, kekuatan, ikatan dan keausan pada beton. Fungsi utama

dari agregat pada beton adalah sebagai bahan pengisi beton, menentukan workability beton,

membuat campuran beton yang stabil terhadap pengaruh luar dan cuaca, memperkecil

pemakaian pasta semen, mengurangi penyusutan.

Air digunakan pada proses hidrasi semen untuk menjadikan pasta semen. Kualitas air cukup

penting dalam campuran beton karena kotoran yang dikandung dalam air dapat mengganggu

pengerasan semen dan mempengaruhi kekuatan beton. Jumlah air akan mempengaruhi

workability campuran beton. Jumlah air yang sedikit akan memberikan kekuatan yang tinggi

pada beton tetapi mengurangi workability sedangkan jumlah air yang banyak meningkatkan

workability tetapi mengurangi kekuatan beton.

Superplasticizer merupakan salah satu bahan tambah (admixture). Admixture adalah material

selain semen, agregat dan air yang ditambahkan pada campuran beton saat pencampuran

beton untuk mengubah sifat beton. Tujuan dari penggunaan Superplasticizer adalah untuk

meningkatkan workability campuran beton.

Beton berserat baja

Beton serat terdiri dari semen hidraulik, air, agregat halus, agregat kasar dan serat yang

terputus-putus disebut fiber reinforced concrete. Serat terdapat beberapa bentuk dan ukuran

yang terbuat dari baja, plastik, kaca dan material alami yang dapat digunakan untuk bangunan

struktural ataupun non-struktural (P.K. Metha dan Paulo J.M.M ,2001) [3]. Tujuan dari


penambahan serat adalah untuk meningkatkan sifat mekanis beton khususnya kekuatan tarik

dan lentur pada beton serta meningkatkan ketahanan beton terhadap retak.

Salah satu material serat adalah serat baja. Serat baja adalah serat baja pendek yang

mempunyai aspect ratio antara 20 – 100 dan penyebaran dilakukan pada beton segar dengan

menggunakan prosedur pencampuran biasa (Vikrant S, 2012) [1]. Dengan penambahan serat

baja pada campuran beton, umumnya beton tersebut lebih dikenal dengan istilah Steel Fiber

Reinforced Concrete (SFRC). Serat baja memiliki beberapa bentuk dan ukuran seperti, bulat

dengan diameter antara 0,25 – 0,75 mm, pipih dengan ketebalan antara 0,25 – 0,9 mm dan

berbentuk kerutan (crimped deformed) atau disebut hooked end dengan kerutan pada total

panjang atau hanya kerutan pada ujung serat. Penambahan serat baja dapat mengurangi

workability pada campuran beton. Umumnya, penambahan serat baja dengan volume antara

0,25 – 2 % dari total volume. Kadar serat baja terhadap total volume beton umumnya disebut

volume fraction. Selain volume fraction, ukuran dari serat baja akan mempengaruhi sifat

mekanis beton atau biasa disebut aspect ratio. Aspect ratio adalah Perbandingan dari panjang

dan diameter serat baja. Aspect ratio umumnya berkisar antara 20 – 100, dengan panjang serat

berkisar antara 0,25-3 inch atau 6,4 – 76 mm. Faktor lainnya yang mempengaruhi SFRC

adalah ukuran agregat maksimum dan gradasi agregat. Kecenderungan dari campuran SFRC

adalah campuran tersebut akan menggumpal. Hal tersebut dipengaruhi oleh ukuran agregat

maksimum, gradasi agregat, volume fraction, bentuk serat dan metode pencampuran. Semakin

besar ukuran agregat maksimum dan aspect ratio, semakin kecil volume fraction dari serat

baja yang ditambahkan untuk tidak menggumpal. Penambahan serat baja akan meningkatkan

daktilitas beton dan kekuatan beton terhadap gaya tekan, tarik, geser, torsi dan lentur.

Peningkatan kuat tekan beton tidak begitu besar sesuai dengan volume fraction berkisar antara

0,25 – 2 % tetapi dapat mengubah sifat beton yang getas menjadi daktail.

METODE PENELITIAN

Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental, yang dilakukan di

Laboratorium Struktur dan Material, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas

Indonesia. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kadar optimum serat baja dalam beton

serta pengaruh penambahan serat baja terhadap kuat tekan dan modulus elastisitas. Kadar

serat baja adalah 0% (beton normal), 1%, 1.5%, 2% dan 2.5%. Kode benda uji yang

digunakan pada benda uji dengan penambahan serat baja adalah SFRC (Steel Fiber


Reinforced Concrete). Pengujian kuat tekan dilakukan pada umur beton 7 hari, 14 hari dan 28

hari. Benda uji menggunakan cetakan silinder 150 mm x 300 mm.

Tahapan penelitian yang dilakukan, yaitu:

Studi literatur

Penulis mempelajari teori serta referensi yang terkait beton serat. Penulis juga

mempelajari penelitian-penelitian terdahulu terkait dengan beton serat khususnya

penambahan serat baja.

Pemeriksaan mutu material pembentuk beton

Pemeriksaan mutu material pembentuk beton berupa semen, agregat kasar dan agregat

halus.

o Semen (Portland Composite Cement)

Pengujian konsistensi normal (ASTM C187-98)

Pengujian waktu ikat semen (ASTM C91-82)

o Agregat kasar

Pengujian berat isi dan rongga udara (ASTM C29/29M-97)

Pengujian specific gravity dan absorbsi (ASTM C127-04)

Pengujian abrasi dengan mesin Los Angeles (ASTM C 131-89)

Pengujian analisa saringan (ASTM 136-05)

o Agregat Halus

Pengujian berat isi (ASTM C29/29M-97)

Pengujian specific gravity dan absorbsi (ASTM C128-93)

Pengujian analisa saringan (ASTM 136-95a)

Pengujian kadar lumpur (ASTM C117-04)

Pengujian kotoran organik (ASTM C 40)

Perancangan mix design

Perhitungan campuran beton menggunakan standar ACI 211.1-91 [4]. Data yang

diperlukan dalam mix design didapatkan melalui pengujian properti material dan

menentukan target yang ingin dicapai.

o Data properti material

Ukuran agregat maksimum

Specific gravity agregat kasar

Specific gravity agregat halus

Modulus kehalusan


Berat isi agregat kasar

o Target yang ingin dicapai

Kuat tekan : 25 MPa

Slump : 150 mm

Pembuatan benda uji

Berikut merupakan tahapan pembuatan benda uji:

o Persiapan material semen, air, agregat kasar, agregat halus, Superplasticizer

dan serat baja berdasarkan mix design.

o Persiapan serat baja dilakukan dengan cara membagi berdasarkan volume

cetakan benda uji.

o Pengecoran diawali dengan pembuatan pasta semen lalu ditambahkan agregat

kasar.

Gambar 1. Hasil Pengecoran Beton Segar

o Pengujian slump dilakukan dengan tambahan komposisi serat baja yang telah

dikalkulasikan berdasarkan volume dari alat pengujian slump berupa cetakan

kerucut terpancung.

Gambar 2. Pengujian Slump

o Pengisian beton segar kedalam cetakan benda uji.

o Penambahan serat baja pada beton segar kedalam cetakan benda uji sesuai

berdasarkan volume cetakan benda uji.


Gambar 3. Proses Penambahan Serat Baja Pada Beton Segar

o Perawatan benda uji (curing) dalam kolam khusus berisi air.

Pengumpulan data

Penulis akan melakukan tes tekan pada setiap sampel yang telah dibuat kemudian akan

mencatat hasilnya. Benda uji akan dilakukan tes Ultrasonic Pulse Velocity untuk

mengetahui modulus elastisitas beton.

Analisa data.

o Kuat Tekan

Pengujian kuat tekan dengan menggunakan universal testing machine dengan

tegangan konstan sebesar 2 sampai 4 kg/cm2 per detik. Pengujian berdasarkan

standar ASTM C39-2012 [5]. Sebelum dilakukan pengujian kuat tekan, benda

uji ditimbang dan dicapping agar permukaan benda uji rata. Pengujian kuat

tekan beton akan didapatkan dari gaya tekan beton yang dapat ditahan benda

uji. Apabila gaya tekan dan luas permukaan beton diketahui maka dapat

diketahui tegangan beton.

σ =

Keterangan:

σ = Tegangan beton (MPa)

P = Gaya tekan (N)

A = Luas permukaan beton (mm2)

o Modulus Elastisitas

Pengujian modulus elastisitas menggunakan alat Ultrasonic Pulse Velocity

(UPV) yang bersifat alat non-destructive test. Alat UPV dapat digunakan

untuk menentukan modulus elastisitas dinamis (Ed). Metode pengetesan ini


menggunakan cepat rambat gelombang longitudinal. Gelombang longitudinal

disalurkan dari transducer awal dan diterima transducer akhir yang mengapit

beton. Gelombang yang diterima akan dikonversi menjadi enegri listrik oleh

transducer akhir yang berada pada jarak L dari transducer awal. Transit time

merupakan waktu yang diperlukan gelombang dari transducer awal menuju

transducer akhir.

Gambar 4. Skematik Alat UPV

Sumber: ASTM C597-09 [6]

Berdasarkan ASTM C 597-09 [6], Nilai modulus elastisitas dinamis dapat

ditentukan melalui rumus sebagai berikut:

Ed = V2 ) ))

)

Keterangan:

Ed = Modulus elastisitas dinamis (MPa)

V = Kecepatan rambat gelombang ultrasonik (m/s)

ρ = Densitas beton (kg/m3)

µ = Poisson ratio dinamis (0,2 - 0,25)

Menurut Joseph F. Lamond [7], nilai Poisson ratio dinamis berkisar antara 0,2

sampai dengan 0,25 sehingga modulus elastisitas dinamis dapat ditentukan.

Modulus elastisitas dinamis berbeda dengan modulus elastisitas statis yang

terdapat pada kurva tegangan regangan. Beberapa penelitian telah menujukan

korelasi antara modulus elastisitas dinamis dan modulus elastisitas statis dari

beton. Berdasarkan rumus empiris Lydon dan Balendran [7], korelasi antara

modulus elastisitas dinamis dan modulus elastisitas statis sebagai berikut:


Ec = 0,83 Ed

Keterangan:

Ed = Modulus elastisitas dinamis (MPa)

Ec = Modulus elastisitas statis (MPa)

HASIL PENELITIAN

Campuran Beton

Perhitungan campuran beton menggunakan standar ACI 211.1-91 [4]. Data yang diperlukan

dalam mix design didapatkan melalui pengujian properti material dan menentukan target yang

ingin dicapai. Berikut merupakan data – data properti material yang akan digunakan untuk

mix design :

Data Properti material

o MSA (Maximum Size of Aggregate) = 20 mm

o Berat jenis semen = 3,15 gr/cm3

o Specific Gravity agregat kasar (SSD) = 2,6

o Specific Gravity agregat halus (SSD) = 2,18

o Finesss Modulus agregat halus = 2,41

Target yang ingin dicapai

o Fc’ = 25 MPa

o Slump = 150 mm

Tabel 1. Kebutuhan Material Pembentuk Beton per m3

Benda Uji Air

(Kg/m3)

Semen

(Kg/m3)

Agregat

Kasar

(Kg/m3)

Agregat

Halus

(Kg/m3)

Superplasticizer

(Kg/m3)

Serat

Baja

(Kg/m3)

Beton

Normal

210 338,71 994,61 811,67 0 0

SFRC 1% 210 338,71 994,61 811,67 2,54 78,6

SFRC 1,5% 210 338,71 994,61 811,67 3,38 117,9

SFRC 2% 210 338,71 994,61 811,67 4,23 157,2

SFRC 2,5% 210 338,71 994,61 811,67 5,42 196,2


Pengujian Slump

Pengujian slump bertujuan untuk mengetahui kekentalan / plastisitas dan kohesif dari beton

segar. Nilai slump menujukan kemudahan pekerjaan (workability) dari beton segar tersebut.

Berikut merupakan hasil pengujian slump beton segar:

Tabel 2. Hasil Pengujian Slump

Kuat Tekan

Pengujian kuat tekan diuji dengan variasi beton normal, SFRC 1%, SFRC 1,5%, SFRC 2%

dan SFRC 2,5%. Benda uji dibuat berjumlah 5 buah untuk setiap variasi dan minimal data

yang digunakan sejumlah 3 benda uji. berdasarkan ASTM C39 – 09 [6], data yang dipakai

memiliki standar deviasi kurang dari 14%. Berikut merupakan grafik hasil kuat tekan rata-rata

dibandingkan dengan umur beton dan kadar serat baja:

15,273

9,711

4,678

2,536 1,533

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Beton Normal SRFC 1% SRFC 1,5% SRFC 2% SRFC 2,5%

Slu

mp

(cm

)

Slump


Gambar 5. Grafik Kuat Tekan Dibandingkan Dengan Umur Beton.

Gambar 6. Grafik Kuat Tekan Dibandingkan Dengan Kadar Serat Baja.

Modulus Elastisitas

Pengujian menggunakan alat Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) yang bersifat alat non-

destructive test. Persiapan pengujian dimulai dengan mengukur tinggi silinder sehingga dapat

diketahui panjang dari transducer awal sampai dengan transducer akhir. Pada ujung – ujung

11,60

14,93

16,40

12,76

16,56

16,54

10,40

16,33

16,75

13,10

16,93 17,08

15,18

18.32 18,41

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 7 14 21 28

Ku

at T

eka

n B

eto

n (

MP

a)

Umur Beton

Perbandingan Kuat Tekan Beton Terhadap Umur Beton

Normal Kadar 1% Kadar 1,5% Kadar 2% Kadar 2,5%

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0%

Ku

at T

eka

n (

MP

a)

Kadar Serat Baja

Perbandingan Kuat Tekan Beton dengan Kadar Serat Baja

Kuat Tekan (28 Hari) Kuat Tekan (14 Hari) Kuat Tekan (7 Hari)


silinder diberikan pelumas yang berguna sebagai coupling agent. Coupling agent berfungsi

untuk mengeliminasi udara dari benda uji dengan transducer. Berikut merupakan hasil

pengujian:

Gambar 7. Perbandingan Modulus Elastisitas Dengan Kadar Serat Baja

Tabel 3. Hasil Pengujian Modulus Elastisitas

Benda Uji

Ed

(MPa)

Ec

(MPa)

Perbandingan

Ec Teori (%)

Umur Beton 28 Hari

Beton Normal 32603 27704 37,07

SFRC 1% 29523 24504 23,09

SFRC 1,5% 28493 23649 22,43

SFRC 2% 23751 21746 16,54

SFRC 2,5% 23669 19645 -0,02

Umur Beton 14 Hari

Beton Normal 33431 27748 37,93

SFRC 1% 26161 21714 11,43

SFRC 1,5% 26034 21608 16,86

SFRC 2% 26154 20878 8,91

SFRC 2,5% 23291 19332 2,1

Umur Beton 7 Hari

Beton Normal 39535 24514 31,81

SFRC 1% 25002 20751 20,8

SFRC 1,5% 21015 17442 15,29

SFRC 2% 19965 16571 6,77

SFRC 2,5% 20952 17390 -1,89

10000

13000

16000

19000

22000

25000

28000

31000

0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0%

Mo

du

lus

Elas

tisi

tas

(MP

a)

Kadar Serat Baja

Perbandingan Modulus Elastisitas Dengan Kadar Serat Baja

ME (28 Hari) ME (14 Hari)

ME (7 Hari)


PEMBAHASAN

Pengujian Slump

Berdasarkan hasil pengujian slump nilai rata-rata slump campuran beton normal, SFRC 1%,

SFRC 1,5%, SFRC 2% dan SFRC 2,5% yaitu 15,273 cm 9,711 cm, 4,678 cm , 2,536 cm dan

1,533 cm. Hasil tersebut menujukan bahwa semakin tinggi kadar serat baja maka semakin

rendah slump yang akan dicapai. Penurunan slump yang terjadi pada beton segar karena

dengan penambahan serat baja maka akan membuat campuran beton segar semakin kental

walaupun telah ditambahkan Superplasticizer.

Kuat Tekan

Berdasarkan grafik perbandingan kuat tekan rata-rata, kecenderungan nilai kuat tekan

meningkat sebanding dengan penambahan kadar serat baja. Pada benda uji umur 28,14 dan 7

hari terjadi kecenderungan peningkatan kuat tekan akibat penambahan serat baja. Berdasarkan

tabel diatas menujukan bahwa SFRC 2,5% memiliki kuat tekan tertinggi apabila

dibandingkan dengan benda uji lainnya yang berumur sama. Peningkatan kuat tekan rata-rata

benda uji SFRC 2,5% pada umur 28, 14 dan 7 hari akibat penambahan serat baja sebesar

14,16% , 22,8% dan 30,86% .

Namun, terjadi perbedaan kecenderungan pada benda uji SFRC 1,5% dengan umur beton 14

hari yang memiliki kuat tekan rata-rata 16,33 MPa bila dibandingkan dengan SFRC 1% yang

memiliki kuat tekan rata-rata 16,54 MPa. Hal tersebut disebabkan terjadinya segregasi pada

pengecoran karena beton segar yang dihasilkan encer. Perbedaan kecenderungan juga terjadi

pada SFRC 1,5% dengan umur beton 7 hari yang mengalami penurunan kuat tekan rata-rata.

Hal tersebut disebabkan benda uji masih lembab tepat sebelum dilakukan pengetesan.

Kecenderungan peningkatan kuat tekan rata-rata pada umur beton 7 hari sedikit berbeda bila

dibandingkan dengan SFRC 2,5% pada umur 14 dan 28 hari. Hal tersebut disebabkan pada

beton umur 7 hari belum menghasilkan kuat tekan beton yang optimal. Senyawa C2S yang

merupakan salah satu senyawa pada beton mulai bereaksi setelah umur beton 7 hari. Dari

hasil pengujian ini menujukan bahwa kecenderungannya, semakin tinggi kadar serat baja

semakin tinggi kuat tekan beton yang dicapai.


Penambahan serat baja menyebabkan pola keruntuhan lebih sukar terlihat karena terdapat

beberapa benda uji yang hanya mengalami retak pada kulit luar beton. Hal tersebut terjadi

karena serat baja meningkatkan daktilitas pada beton. Serat baja didalam beton dapat

mengekang beton sehingga tidak timbul keruntuhan yang bersifat getas

Pada penelitian ini hasil kuat tekan tidak sesuai dengan kuat tekan rencana beton umur 28 hari

yaitu sebesar 25 MPa. Kuat tekan yang didapatkan pada umur beton 28 hari adalah 16,12

MPa. Hal tersebut disebabkan karena faktor air semen yang cukup besar yaitu sebesar 0,62.

Nilai tersebut didapatkan berdasarkan ACI 211.1-91 [4] sedangkan menurut SNI-03-2834-

1993 [8], nilai faktor air semen untuk mencapai kuat tekan beton normal berkisar antara 0,4

sampai 0,6. Berikut merupakan perbandingan faktor air semen berdasarkan standar – standar

tersebut:

Tabel 4. Hubungan antara Faktor Air Semen dan Kuat Tekan Beton.

Average compressive

strength at 28 days Effective water/cement ratio (by mass)

MPa Psi Non-air-entrained

concrete

Air-entrained

concrete

- 7000 0,33 -

45 - 0,38 -

- 6000 0,41 -

40 - 0,43 -

35 5000 0,48 0,40

30 - 0,55 0,46

- 4000 0,57 0,48

25 - 0,62 0,53

- 3000 0,68 0,59

20 - 0,70 0,61

15 - 0,80 0,71

- 2000 0,82 0,74

Gambar 8. Hubungan Antara Kuat Tekan dan Faktor Air Semen (Benda Uji Berbentuk Silinder

Diamater 150 mm, Tinggi 300 mm)

Sumber: ACI 211.1-91 [4] dan SNI -03-2834-1993 [8]

Faktor lainnya yang menyebabkan kuat tekan rencana tidak tercapai adalah specific gravity

agregat halus yang kecil dan gradasi agregat kasar yang kurang baik. Specific gravity agregat

halus sebesar 2,18 serta nilai absorbsi sebesar 11,61%. Nilai absorbsi yang besar akan

menurunkan mutu beton karena ikatan pasta dengan agregat halus berkurang.


Modulus Elastisitas

Berdasarkan grafik perbandingan modulus elastisitas dengan kadar serat baja, benda uji

dengan umur beton 28,14 dan 7 hari memiliki kecenderungan yang sama yaitu kecenderungan

menurun akibat penambahan kadar serat baja. Hal tersebut menujukan bahwa penambahan

serat baja akan meningkatkan porositas beton. Penambahan serat baja akan mengurangi

workability dan kepadatan dari beton segar. Kepadatan yang rendah akan menimbulkan

porositas. Pengaruh lainnya dari penambahan serat baja adalah peningkatan densitas beton.

Perbandingan Hasil Penelitian Dengan Penelitian Lain

Tabel 5. Perbandingan Hasil Penelitian Dengan Penelitian Lain

Hasil Penelitian

Srisadewo Fauzi

Vikrant S [1]

R.P. Dhakal [9] Er.

Prashanty [10]

R.M. Damgir

[11]

Yu-Chen Ou [12]

Semsi Yazici [13]

Denny Irawan

[14]

Jenis Fiber Steel Fiber

Bekisting (Cm)

Silinder (15x30)

Silinder (10x20)

Silinder (10x20) Silinder (15x30)

Kubus (15x15x15)

Silinder (15x30)

Kubus (15x15x15)

Silinder (15x30)

Variasi Kadar

Serat(%) (Volume Beton)

1%, 1.5%, 2%,2.5%

0.5 % 0.5%,1%,1.5%2% 0.5%, 1%,

1.5% 0.5%-5%

0.57%, 1.14%, 1.43%, 1.71%, 1.86%, 2.14%, 2.43%

0.5%, 1%, 1.5%

0.5%, 0.75%,

1%

Panjang & Diameter

Fiber (mm)

60 & 0,75 (mm)

35 & 0,65 (mm)

30 & 0,75 (mm) 60 & 1 (mm)

- 35 & 0,5

(mm) - -

Aspect Ratio

80 53.85 43 60 60 70 80 -

Bentuk Fiber

Hook End Hook End Flattened End Crimped - Hook End Hook End -

Kadar Optimum Serat Baja

2.5% 0.5% 2% 1.5% 2% 2% 1% 1%

Kuat Tekan Beton

Normal (28 Hari)

16 MPa 26 MPa 33 MPa 34 MPa 37.5 MPa 40 MPa 49.1 MPa 60 MPa

Tambahan aditif

- - - 8% Dari Semen

5% dari Semen

- - 7.5% dari

Semen

Tambahan Admixture

(% Dari Berat

Semen

Super Plasticizer

(0,75-1,6%)

- -

Super Plasticizer

(0,75-1,4%)

- Super

Plasticizer 1.5%

Super Plasticizer

2.5%

Super Plasticizer

2.5%

Peningkatan Kuat Tekan Dari Kadar Optimum

14% 18% 24.5% 21% 20.5% 25.5% 19% 31%

Keterangan:

: Beton mutu rendah, beton mutu sedang dan beton mutu tinggi


Penulis membandingkan hasil penelitian dengan penelitian yang didapatkan dari jurnal

internasional dan penelitian skripsi Universitas Indonesia. Penulis membandingkan

penambahan pada beton mutu sedang dan beton mutu tinggi. Berdasarkan hasil perbandingan,

kadar optimum serat baja berkisar antara 1,5% - 2% khususnya pada beton mutu sedang dan

tinggi. Hal tersebut disebabkan karena penambahan serat baja yang tinggi akan

mengakibatkan porositas yang tinggi. Pengaruh dari bentuk dan dimensi serat baja tidak

begitu besar pada peningkatan kuat tekan. Kecenderungan peningkatan pada beton berserat

baja berkisar antara 15% - 30%. Pada beton mutu rendah dibutuhkan kadar serat baja yang

lebih tinggi dibandingkan dengan beton mutu sedang dan mutu tinggi. Hal tersebut

disebabkan pada mutu beton sedang dan tinggi memiliki faktor air semen yang rendah

dibandingkan dengan beton mutu rendah. Pada beton mutu rendah memiliki faktor air semen

yang tinggi sehingga lebih encer dan dapat mengisi rongga pada beton.

Selanjutnya, penulis akan membandingkan hasil penelitian untuk penggunaan alat Ultrasonic

Pulse Velocity. Berikut merupakan hasil perbandingan penelitian:

Tabel 6. Perbandingan Hasil Penelitian Dengan Penelitian Lain (UPV)

Hasil Penelitian Srisadewo

Fauzi Kamran

Keikhaei [15] Semsi Yazici [13]

Jenis Fiber Steel Fiber

Variasi Kadar Serat(%) (Volume

Beton)

1%, 1.5%, 2%,2.5%

0.5%, 1%, 1.5%

0.5%, 1%, 1.5%

Panjang & Diameter Fiber

(mm)

60 & 0,75 (mm)

60 & 0,75 (mm)

-

Aspect Ratio 80 80 80

Bentuk Fiber Hook End Hook End Hook End

Variasi Maksimum Serat

Baja 2.5% 1.5% 1.5%

Cepat Rambat (Kontrol) (m/s)

4050 4960 4523

Penurunan Cepat Rambat UPV

17,09% 5,85% 9,09%

Analisa Porositas Beton


Berdasarkan hasil perbandingan dengan penelitian lain, terjadi penurunan kecepatan rambat

pada beton berserat baja. Penurunan cepat rambat disebabkan kadar serat baja yang tinggi

pada beton sehingga porositas cukup tinggi. Pada kadar serat baja yang tinggi, cukup sulit

untuk memadatkan campuran beton segar sehingga timbul rongga – rongga pada beton. Kadar

serat baja yang tinggi akan menimbulkan kecenderungan balling effect atau penggumpalan

pada serat baja. Penurunan cepat rambat mengakibatkan penurunan pada modulus elastisitas

dinamis.

KESIMPULAN

Berdasarkan data dan analisa penelitian dari perilaku kuat tekan beton dengan penambahan

serat baja dapat disimpulkan bahwa:

Kuat tekan rencana (Fc’ = 25 MPa) tidak tercapai karena pengaruh faktor air semen

yang terlalu tinggi, absorbsi agregat halus yang besar dan gradasi agregat kasar yang

kurang baik.

Semakin tinggi kadar serat baja terhadap volume total (volume fraction) dalam beton

segar maka semakin rendah slump yang didapatkan.

Semakin tinggi kadar serat baja terhadap volume total (volume fraction) maka akan

terjadi efek gumpal (Balling effect) dari serat baja sehingga serat baja tidak tersebar

secara merata dan menyebabkan porositas yang tinggi.

Penambahan serat baja akan meningkatkan densitas dari beton yang telah mengeras.

Metode penambahan serat baja pada beton segar akan mempengaruhi hasil kuat tekan

beton.

Semakin tinggi kadar serat baja dalam beton yang telah mengeras maka semakin tinggi

kuat tekan beton namun semakin tinggi pula porositas dari beton tersebut.

Persentase optimum kadar serat baja berdasarkan penelitian skripsi ini tidak dapat

ditemukan berdasarkan hasil penelitian karena kecenderungan peningkatan kuat tekan

beton akibat penambahan serat baja.

Persentase optimum kadar serat baja pada beton mutu rendah lebih tinggi dibandingkan

dengan beton mutu sedang dan mutu tinggi.

Peningkatan kuat tekan tertinggi sebesar 14,16% pada umur beton 28 hari dengan kadar

serat baja sebesar 2,5%.

Pola keruntuhan beton akan sukar terlihat seiring penambahan serat baja pada beton.


Terjadi kecenderungan penurunan cepat rambat gelombang ultrasonik pada alat UPV

akibat penambahan serat baja dalam beton.

Perbedaan tertinggi pada modulus elastisitas penelitian dengan modulus elastisitas teori

sebesar 37,93%.

SARAN

Untuk menyempurnakan penelitian beton berserat baja, berikut merupakan saran

yang dianjurkan:

Pada mix design, sebaiknya menggunakan standar SNI karena material dan kondisi

geografis yang berbeda apabila menggunakan standar ACI.

Pembuatan benda uji untuk kadar serat yang sama sebaiknya dilakukan pembuatan

benda uji secara bersamaan sehingga didapatkan hubungan peningkatan kekuatan

terhadap umur beton yang lebih representatif.

Melakukan kontrol kualitas pada material campuran beton dan beton yang telah

mengeras.

Disarankan penggunaan destructive test untuk mengetahui modulus elastisitas statis dan

hubungan tegangan dan regangan beton berserat baja.

Diperlukan studi perilaku beton berserat baja lebih lanjut seperti kuat tarik, kuat geser,

beban kejut dan lain-lain.

Diperlukan studi perilaku beton dengan penambahan jenis serat lainnya

DAFTAR REFERENSI

[1] Vikrant.S. (2012). Investigation of Steel Fiber Reinforced Concrete on Compressive and Tensile

Strength. International Journal of Engineering Research & Technology

[2] Standar Nasional Indonesia (2002). Tata cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-

2847-2002). Jakarta: Badan Standarisasi Nasional

[3] Metha, P.K. & Monteiro P.J.M. (2001). Concrete Microstructure, Properties and Materials. Amerika

[4] American Concrete Institute (1991). Standard Practice for Selecting Proportions for Normal Heavyweight

and Mass Concrete (ACI 211.1-91) Amerika: American Concrete Institute

[5] American Society for Testing and Materials (2012). Standard Test Method for Compressive Strength of

Cylindrical Concrete Specimens (ASTM C39/C39M -12). Amerika: ASTM International

[6] American Society for Testing and Materials (2009). Standard Test Method for Pulse Velocity Through

Concrete (ASTM C597-09). Amerika: ASTM International


[7] Lamond. J.F. Significance of Tests and Properties of Concrete and Concrete-Making Materials. Amerika

[8] Standar Nasional Indonesia (1993). Tata Cara Pembuatan Rencana Campuran Beton Normal (SNI03-2834-

1993). Jakarta : Badan Standarisasi Nasional

[9] Dhakal, R.P. Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete in Compression. University of Canterbury

[10] Prashanty, E.R (2011). Effect of Steel Fiber on Modulus of Elasticity of Concrete. International Journal of

Advanced Engineering Sciences and Technologies

[11] Damgir, R.M. (2011). Compressive Strength for FRC Member using Silica Fume. International Journal of

Engineering and Technology

[12] Yu, C.O. Compressive Behavior os Steel Fiber Reinforced Concrete with a High Reinforcing Index.

American Society of Civil Engineers

[13] Yazici, S. Effect of Aspect Ratio and Volume Fraction os Steel Fiber On The Mechanical Properties of

SFRC. Turkey.Elsevier

[14] Denny Irawan. (1995). Studi Perilaku Mekanik Akibat Tegangan Geser Pada Beton Mutu Tinggi Dengan

Bahan Tambah Serat Baja. Indonesia

[15] Kekhaei K. (2012). Properties of Concretes Produced by Single and Combined Hooked End Discontinous

Discrete Steel Fibers. Cyprus.


studi perilaku kuat tekan pada beton berserat baja

Documents