1
PENGARUH JUMLAH DAN UKURAN POTONGAN BAN KARET BERBENTUK KUBUS SEBAGAI SUBSTITUSI AGREGAT KASAR TERHADAP MODULUS ELASTISITAS BETON Oleh: Kurniawan Pitta W1), Nor Intang Setyo H2) dan Yanuar Haryanto3),
ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai modulus elastisitas beton dengan berbagai variasi jumlah dan ukuran potongan ban karet berbentuk kubus sebagai substitusi agregat kasar. Benda uji yang digunakan berupa silinder beton dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm. Campuran yang digunakan untuk benda uji adalah air, semen, agregat halus, agregat kasar dan potongan karet berbentuk kubus. Ukuran potongan karet yang digunakan adalah 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm, sedangkan jumlah potongan karet yang digunakan adalah substitusi karet dengan agregat kasar sebesar 0%, 20%, 40%, 60%, 80% dan 100%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar ukuran dan jumlah substitusi karet semakin kecil pula nilai modulus elastisitas betonnya. Nilai modulus elastisitas beton terendah yaitu pada substitusi karet 100% dan ukuran sisi 5 mm sebesar 9450 MPa. Dari hubungan modulus elastisitas eksperimental dan teoritis didapat persamaan E = 0.034 Wc1.5 . (Fc’)0.5 + 1145. Persaman tersebut berlaku untuk menghitung nilai modulus elastisitas berbagai variasi jumlah dan ukuran substitusi karet. Untuk membatasi kuat tekan agar tidak kurang dari 17.5 MPa yang merupakan kuat tekan minimum beton structural, maka penggunaan substitusi karet harus dibatasi tidak lebih dari 40%. Modulus elastisitas beton berhubungan erat dengan kekakuan dari suatu bahan. Semakin kecil kuat tekan beton maka beton itu memiliki modulus elastisitas yang rendah pula. Semakin kecil modulus elastisitas, maka kekakuan bahan tersebut akan menurun yang mengakibatkan deformasi besar saat menerima gaya maksimum. Kekakuan yang kecil berakibat pada peningkatan daktalitas beton itu sendiri. Sehingga saat menerima gaya maksimum beton tidak akan hancur seketika, melainkan akan mengalami deformasi beberapa saat hingga mengalami kehancuran total. Kata kunci : beton, agregat kasar, karet, substitusi, modulus elastisitas.
1) 2) 3)
Penyusun, mahasiswa Fakultas Sains dan Teknik Unsoed Purwokerto. Pembimbing I, staf pengajar Fakultas Sains dan Teknik Unsoed Purwokerto. Pembimbing II, staf pengajar Fakultas Sains dan Teknik Unsoed Purwokerto.
PENDAHULUAN Beton merupakan elemen struktur bangunan yang telah dikenal dan banyak dimanfaatkan sampai saat ini. Dalam perkembangan teknologi beton berjalan seiring dengan tuntutan kebutuhan yang ada di lapangan. Salah satu tuntunan tersebut adalah bagaimana memperbaiki sifat beton yang getas. Dalam perkembanganya, beton mulai menggunakan bahan substitusi untuk mengurangi sifat getas beton. Bahan substitusi merupakan bahan yang dapat menggantikan material beton baik itu agregat halus, agregat kasar maupun semen dengan bahan material lain, seperti semen portland dengan terak baja, batu pecah (agregat kasar) dengan batu apung dan lainlain. Salah satu manfaat dari metode substitusi material beton yaitu dapat menggunakan limbah
2
anorganik (Murdock, 1991). Limbah anorganik dapat berupa hasil sisa produksi maupun pemakaian, salah satunya adalah limbah ban karet yang merupakan sisa dari pemakaian ban mobil. Kebutuhan produksi ban di Indonesia terus meningkat dari tahun ke tahun. Pada tahun 2008 produksi ban dalam negeri mencapai 39,8 juta buah/tahun, sedangkan tahun 2009 sendiri mencapai 41 juta/tahun buah, rata-rata produksi ban dalam negeri mencapai 40 juta buah/tahun (Asosiasi Pengusaha Ban Indonesia, 2009). Seiring dengan itu, maka limbah ban yang tidak terpakai di lingkungan semakin meningkat, sehingga ban karet ini dapat dijadikan alternatif dari segi kuantitas karena tingkat kelangkaannya rendah. Pada sisi lain, pemanfaatan ban karet di Indonesia masih sangat terbatas, antara lain hanya untuk pelindung dermaga (fender), tali, sandal, tempat sampah dan kerajinan kursi. Ban karet akan memberikan sifat kelenturan dan akan mencegah keretakan beton. Ban karet sendiri memiliki modulus elastisitas 0,77-1,33 MPa, dan memiliki density yang rendah yaitu berkisar antara 1,081,27 t/m3 (Yang, et, al, 2002; Moo et al, 2003). Dari penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Satyarno (2006) diketahui bahwa penggunaan substitusi serutan ban karet dapat meningkatkan daktalitas beton karena menurunkan modulus elastisitas, namun mengurangi sifat-sifat mekanika beton seperti kuat tekan dan kuat lentur serta sifat fisiknya seperti berat isi. Penelitian ini dilakukan sebagai kelanjutan dan untuk melengkapi penelitian terdahulu dengan tujuan mengetahui pengaruh jumlah dan ukuran potongan ban karet berbentuk kubus sebagai substitusi agregat kasar pada pengujian modulus elastisitas beton. TINJAUAN PUSTAKA Ban Karet Ban karet merupakan limbah dari roda kendaraan bermotor yang sudah tidak layak pakai. ETRA (2002) mendefinisikan ban bekas adalah ban yang secara permanen telah dibuang dari kendaraan tanpa kemungkinan untuk dibentuk lagi pada penggunaan di jalan raya. Di Eropa, ban bekas pada tahun 2004 mencapai 3,25 juta ton per tahun. Di Amerika Serikat tahun 2003 adalah 3,75 juta ton per tahun. Di Jepang, tahun 2004 adalah sekitar 1 juta ton per tahun (Edskar, 2006). Menurut Comite Europeen de Normalisation CEN (2002) dalam Wallingfood (2005), sifat fisik ban yang layak digunakan untuk aplikasi di bidang teknik sipil pada Tabel 1. Tabel 1. Sifat Fisik Ban Physical Property Angel of friction Bulk density Compacted density Cohesion (kPa) Compressibility Hydraulic conductivity Loose bulk density Particle size Poisson’s ratio Resilient modulus Specific gravity Thermal conductivity
Typical Value 19 º – 26º ~350 – 50 kg/m3 600 – 700 kg/m3 (rising to 990 kg/m3 under 400 kPa vertical stress) 5 -1 20 – 50% (at 21 – 147 kN/m3) 1x10-2 – 1x10-3 m/s 3,3 – 4,8 kN/m3 Chips to bales 0,2 – 0,35 1 – 2 MPa 1,1 – 1,27 t/m3 0,15 – 0,23 W/mK
(Sumber: ETRA dalam Wallingford, 2005)
3
Modulus Elastisitas Modulus Elastisitas adalah mengukur kekakuan bahan terhadap respons pada beban yang bekerja dan menunjukan sifat tertentu bahan. Bahan yang kaku didefinisikan sebagai bahan yang mampu bertahan pada tegangan tinggi tanpa terjadinya regangan yang besar (Zainuri, 2008). Dalam penelitian ini perhitungan modulus elastisitas menggunakan rumus SNI-03-2847 (2002),yaitu :
,
......................................................................................................................(1)
Wc. . 0.043 √c′ ...........................................................................................................(2) dimana : E S2 S1 ε2
= Modulus Elastisitas = Tegangan yang terjadi saat beban 40% P maksimum = Tegangan yang terjadi saat regangan 0.00005 = Regangan arah vertikal pada keadaan tegangan mencapai 40% beban maksimum atau puncak. Wc = Berat satuan beton (kg/m3). Fc’ = Mutu beton (MPa).
METODE PENELITIAN Bahan Penelitian 1. Semen 2. Agregat kasar 3. Agregat halus 4. Ban karet bekas 5. Air Peralatan Penelitian 1. Timbangan 2. Ayakan 3. Corong konik/conical mould 4. Oven 5. Piknometer 6. Nampan dan cetok 7. Alat pengaduk beton (concrete mixer) 8. Cetakan benda uji silinder 9. Alat uji workability/kerucut Abrams 10. UTM (Universal Testing Machine) 11. Dial gauge 12. Extensometer
4
Benda Uji Tabel 2. Rancangan Benda Uji Dkaret Krt :Krk 0 : 20 : 40 : 60 : 80 : 100 :
100 80 60 80 20 0
K1 K2 K3 K4 K5 K6
5 mm
10 mm
15 mm
20 mm
D1 D1K1 D1K2 D1K3 D1K4 D1K5 D1K6
D2 D2K1 D2K2 D2K3 D2K4 D2K5 D2K6
D3 D3K1 D3K2 D3K3 D3K4 D3K5 D3K6
D4 D4K1 D4K2 D4K3 D4K4 D4K5 D4K6
Keterangan : - Pengulangan dilakukan 3 kali - Di : ukuran sisi karet kubus - Ki : variasi prosentase karet dan kerikil - Krt : Karet ; Krk : Kerikil ; D : ukuran sisi
300 mm
mm 150 mm
Gambar 1. Benda Uji Silinder Tahap Penelitian 1. Tahap Persiapan Seluruh bahan dan peralatan yang kana digunakan dipersiapkan terlebih dahulu agar penelitian dapat berjalan dengan lancar. 2. Tahap Pengujian Pendahuluan Pengujian pendahuluan adalah pemeriksaan bahan penyusun beton yang meliputi pemeriksaan gradasi pasir, pemeriksaan berat jenis pasir, pemeriksaan kandungan lumpur pada pasir, pemeriksaan gradasi kerikil, pemeriksaan berat jenis kerikil dan pemeriksaan berat jenis karet. 3. Tahap Pembuatan Benda Uji - Perhitung rencana campuran beton (mix design) - Menyiapkan material untuk campuran beton - Menyiapkan alat untuk pengecoran beton - Membuat adukan beton dengan concrete mixer - Melakukan uji slump - Mencetak silinder beton - Mengeluarkan beton dari cetakan 4. Tahap Perawatan Benda Uji Perawatan benda uji dilakukan dengan cara direndam di dalam air selama ±28 hari.
5
5. Pengujian Modulus Elastisitas Beton Pengujian Modulus Elastisitas dilakukan dengan menggunakan UTM (Universal Testing Machine). Dalam pengujian ini data beban dan lendutan (deformasi) yang terjadi baik arah horizontal maupun arah vertikal tercatat oleh komputer. Seting up pengujian dapat dilihat pada Gambar
Gambar 2. Seting up pengujian Modulus Elastisitas Beton Analisis Data Data yang diperoleh dari pengujian dianalisis dan dibahas dengan teori-teori yang ada dalam tinjauan pustaka dengan parameter karakteristik beton akibat gaya aksial (tekan). HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Bahan Penyusun Beton Dari pengujian bahan penyusun beton didapatkan nilai berat jenis agregat halus 2,62, berat agregat kasar 2,69 dan ban karet 1,01 yang digunakan untuk pembuatan mix design. Proporsi Campuran Beton (Mix Design) Mix design yang direncakan untuk mutu beton 25 MPa. Jumlah bahan yang dibutuhkan sebagai berikut. Tabel 3. Kebutuhan Bahan Campuran Benda Uji Beton per m3 Variasi Kebutuhan Bahan Setelah Dikoreksi Prosentase Berat Ag. Ag. PC Air Karet Karet Kasar Halus 0% 2380 405 210 1059 706 0 20% 2248 405 210 847 706 79 40% 2115 405 210 635 706 159 60% 1983 405 210 423 706 238 80% 1851 405 210 211 706 318 100% 1719 405 210 0 706 397 Berat Satuan Beton Pengujian berat satuan dilakukan pada umur 28 hari. Berat satuan adalah berat beton dibagi volume. Hasil pengukuran berat satuan dapat dilihat pada Gambar 3 dan 4.
6
2700 Karet 5mm
Berat Isi Beton (kg/m3)
Karet 10mm Karet 15mm
2400
Karet 20mm
2100
1800 0
20
40
60
80
100
Prosentase Karet (%)
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Prosentase Karet dan Berat Satuan Rerata Beton 2600
Karet 0%
Berat Isi Beton (kg/m3)
Karet 20% Karet 40% Karet 60%
2200
Karet 80% Karet 100%
1800 5
10
15
20
Ukuran Sisi Kubus Karet (mm)
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Variasi Ukuran Sisi Kubus Karet dan Berat Satuan Rerata Beton
Pada Gambar 3 dan 4 diketahui bahwa substitusi karet akan menyebabkan penurunan berat satuan. Berat isi beton berhubungan erat dengan berat jenis material penyusunnya. Berat jenis karet sendiri hanya 1,01 sehingga mengakibatkan beton lebih ringan. Dilihat dari berat isinya,beton dengan substitusi karet tidak termasuk termasuk dalam batasan berat sauan beton normal karena berat isi kurang dari 2400 – 2500 kg/m3 (Tjokrodimuljo, 1996).
7
Kuat Tekan Beton Pengujian kuat tekan dilakukan pada umur 28 hari. Kuat tekan bertujuan mengetahui besarnya beban per satuan luas yang menyebabkan benda uji hancur dengan gaya tekan maksimum. Hasil pengukuran kuat tekan dapat dilihat pada Gambar 5 dan 6. 31 Karet 5mm Karet 10mm
Kuat Tekan (MPa)
27
Karet 15mm
23
Karet 20mm
19 15 11 7 0
20
40
60
80
100
Prosentase Karet (%)
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Prosentase Karet dan Kuat Tekan Rerata Beton
31
Kuat Tekan (MPa)
27 Karet 0%
23
Karet 20% Karet 40%
19
Karet 60% Karet 80%
15
Karet 100%
11 7 5
10 15 Ukuran Sisi Kubus Karet (mm)
20
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Variasi Ukuran Sisi Kubus Karet dan Kuat Tekan Rerata Beton
8
Pada Gambar 5 dan 6 terlihat beberapa hal sebagai berikut. 1. Kuat tekan menurun sehubungan dengan naiknya substitusi karet. 2. Jika kandungan substitusi karet yang digunakan lebih dari 40%, maka kuat tekan yang di dapat akan kurang dari 17,5 MPa, yaitu batas minimum yang disyaratkan untuk beton structural (Tjokrodimuljo, 1996). Kuat tekan beton berhubungan erat dengan kekuatan beton untuk menahan gaya tekan dari luar. Semakin kecil kuat tekan beton maka beton itu memiliki mutu yang rendah dalam menahan gaya-gaya luar yang bekerja. Selain mengurangi kuat tekan, pada saat pengujian juga terlihat bahwa pada beton karet beban maksimum ditandai dengan retak – retak yang terjadi pada sisi silinder beton dan silinder tersebut relatif masih terbentuk, sedangkan pada beton normal beban maksimum yang terjadi ditandai dengan kehancuran silinder beton (Satyarno, 2006). Modulus Elastisita Beton Perhitungan modulus elastisitas beton didapat dari Persamaan 1. Hasil perhitungan modulus elastisitas dapat dilihat pada Gambar 7 dan 8 .
Gambar 7. Grafik Nilai Modulus Elastisitas Gambar 7. Grafik Nilai Modulus Elastisitas Beton Untuk Variasi Prosentase Substiti
Gambar 8. Grafik Modulus Elastisitas Beton Gambar 8. Grafik Nilai Modulus Elastisitas Untuk Variasi Ukuran Substitusi Karet
Pada Gambar 7 dan 8 terlihat terlihat bahwa substitusi karet untuk berbagai jumlah dan ukuran sisi kubus karet mengakibatkan beton mengalami penurunan modulus elastisitas. Modulus elastisitas beton berhubungan erat dengan kekakuan dari suatu bahan. Semakin kecil kuat tekan beton maka beton itu memiliki modulus elastisitas yang rendah pula. Semakin kecil modulus elastisitas, maka kekakuan bahan tersebut akan menurun mengakibatkan deformasi besar saat menerima gaya maksimum. Kekakuan yang kecil berakibat pada peningkatan daktalitas beton itu sendiri. Sehingga saat menerima gaya maksimum beton tidak akan hancur seketika, melainkan akan mengalami deformasi beberapa saat hingga mengalami kehancuran total. Teori sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Satyarno (2006) mengenai substitusi serutan karet.
Perhitungan Rumus Modulus Elastisita Beton Untuk Substitusi Karet Perbandingan antara berat isi, kuat tekan, modulus elastisitas beton dari hasil eksperimen dan perhitungan teoritis (SNI 03-2847-2002) disajikan pada Gambar 9 sebagai berikut.
9
Modulus Elastisitas Eks (MPa)
30000 25000 y = 0.034x + 1145. R² = 0.842
20000 15000 10000 5000 0 0
100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 Wc1.5 (Fc')0.5
Gambar 9. Grafik Modulus Elastisitas Eksperimental dengan [Wc1.5 (Fc’)0.5]
Dari Gambar 9 didapat Persamaan 4.2 sebagai berikut: E = 0.034 Wc1.5 . (F’c)0.5 + 1145 ................................... ………………………………..(3) dengan ketelitian 84.2% Dari data diatas didapat rasio antara Persamaan 1 dengan Persamaan 3 . Dari hasil rasio tersebut didapat nilai rasio rerata sebesar 1.03. Ini menujukan bahwa Persamaan 3 dapat digunakan karena memiliki nilai error hanya 3%. KESIMPULAN 1. Berat satuan, kuat tekan dan modulus elastisitas beton akan menurun sehubungan dengan penambahan kandungan karet di dalam adukan, namun beton menjadi lebih daktail terhadap tekan. 2. Untuk membatasi kuat tekan agar tidak kurang dari 17,5 MPa yang merupakan kuat tekan minimum beton structural, maka penggunaan substitusi karet harus dibatasi tidak lebih dari 40%. 3. Didapat persamaan E = 0,034 Wc1.5 . (F’c)0.5 + 1145 untuk menghitung nilai modulus elastisitas berbagai variasi jumlah dan ukuran substitusi karet. 4. Modulus elastisitas beton berhubungan erat dengan kekakuan dari suatu bahan. Semakin kecil kuat tekan beton maka beton itu memiliki modulus elastisitas yang rendah pula SARAN 1. Untuk memudahkan dalam pemotongan ban karet agar ukurannya sama/seragam sebaiknya pemotongan ban karet dilakukan dengan mesin pemotong khusus sesuai dengan dimensi yang diinginkan.
10
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, 2008, Hukum Hooke Dan Elastisitas, Ebook, Guru Muda. Amalia, 2009, Studi Eksperimental Perilaku Mekanik Beton Normal Dengan Substitusi Limbah Debu Pengolahan Baja (Dry Dust Collector), Tesis Program Pasca Sarjana Fakultas Teknik Sipil UNDIP, Semarang. Anonim, 1988, Annual Book of American Society of Testing and Material Standard, Philadelphia. Anonim, 1982, Persyaratan Umum Bahan Bangunan di Indonesia (PUBI-1982), 1985, Departemen Pekerjaan Umum, Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung. Ardiansyah, M.K., 2008, Pengaruh Bentuk Potongan Ban Bekas Jenis Biasa Terhadap Kuat Tarik Belah, Kuat Tekan Dan Kuat Lentur Beton Normal, Tugas Akhir Jurusan Teknik Fakultas Sains dan Teknik Sipil UNSOED, Purwokerto. Asroni, A., 1997, Struktur Beton I (Balok dan Plat Beton Bertulang), Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. Asroni, A., 2001, Struktur Beton Lanjut, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. Basuki, M., 2008, Pengaruh Bentuk Potongan Ban Bekas Jenis Tubeless Terhadap Kuat Tarik Belah, Kuat Tekan Dan Kuat Lentur Beton Scc (Self Compacting Concrete). Tugas Akhir Jurusan Teknik Fakultas Sains dan Teknik Sipil UNSOED, Purwokerto. Budhi, A., 2008, Pengaruh Bentuk Potongan Ban Bekas Jenis Tubeless Terhadap Kuat Tarik Belah, Kuat Tekan Dan Kuat Lentur Beton Scc (Self Compacting Concrete). Tugas Akhir Jurusan Teknik Fakultas Sains dan Teknik Sipil UNSOED, Purwokerto. Dipohusodo, I., 1994, Struktur Beton Bertulang, Gramedia, Jakarta. Tjokrodimuljo, K., 1996, Teknologi Beton, Nafiri, Yogyakarta. LPMB, 1991, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SK SNI T-151991- 03), Departemen Pekerjaan Umum, Bandung. LPMB, 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SK SNI-03-2847), Departemen Pekerjaan Umum, Bandung. Murdok L.J., 1991, Bahan dan Praktek Beton, Erlangga, Jakarta. Priyosulistyo, HRC, tanpa tahun, Perencanaan Struktur Beton, Diktat Kuliah Program Studi Teknik Sipil Fakultas Pasca Sarjana UGM , Yogyakarta. Rahmuniawan, M.D., 2008, Pengaruh Bentuk Potongan Ban Bekas Jenis Biasa Terhadap Kuat Tarik Belah, Kuat Tekan Dan Kuat Lentur Beton Scc (Self Compacting Concrete), Tugas Akhir Jurusan Teknik Fakultas Sains dan Teknik Sipil UNSOED, Purwokerto. Satyarno, I., 2006, Penggunaan Serutan Ban Bekas Untuk Campuran Beton, Jurnal Penelitian, Media Teknik UGM, Yogyakarta. Santosa, I.F., 2010, Pengaruh Penambahan Variasi Panjang Serat Ban Bekas Terhadap Kuat Tekan Dan Kuat Lentur Beton, Tugas Akhir Jurusan Teknik Fakultas Sains dan Teknik Sipil UNSOED, Purwokerto.
