ANALISIS PERILAKU MEKANIS DAN FISIS BETON PASCA BAKAR Yulia Corsika M. S.1 dan Rahmi Karolina2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan Email:
[email protected]
ABSTRAK Terjadinya perubahan temperatur yang cukup tinggi, seperti pada peristiwa kebakaran akan membawa dampak pada struktur beton, permukaan struktur retak, terjadi kerusakan/keruntuhan, dan perubahan warna pada beton. Penelitian ini dilakukan terhadap beton K300 dengan sampel berupa kubus 15 cm x 15 cm x 15 cm. Pembakaran dilakukan pada temperatur 250⁰C, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C dengan waktu penahanan selama 2, 4, dan 6 jam. Proses pendinginan dilakukan dengan cara perendaman kemudian didiamkan selama 24 jam dengan temperatur ruangan. Dari hasil penelitian diperoleh pada temperatur 250 oC, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C penurunan kuat tekan sebesar 4,44%-7,41%, 12,59%-22,96 %, 56,44%-66,22%, dan 76,74%-100%. Pada waktu penahanan selama 2 jam, 4 jam, dan 6 jam penurunan kuat tekan sebesar 4,44%-76,74%, 6,67%-93,70 %, dan 7,41%-100%. Pada temperatur 250 oC, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C peningkatan porositas sebesar 8,09%-9,57%, 11,79%-15,50 %, 16,98%-18,46%, dan 19,20%-26,61%. Pada waktu penahanan selama 2 jam, 4 jam, dan 6 jam peningkatan porositas sebesar 8,09%-19,20%, 8,83%-22,16%, dan 9,57%-26,61%. Dari penelitian ini terlihat bahwa kenaikan temperatur memberi dampak yang lebih besar terhadap penurunan kuat tekan beton dan peningkatan porositas beton jika dibandingkan dengan kenaikan durasi pembakaran. Melalui penelitian ini dihasilkan persamaan-persamaan regresi yang dapat digunakan untuk menghitung kuat tekan sisa pada temperatur pembakaran yang lain. Kata kunci : kebakaran, kuat tekan, porositas, temperatur, durasi
ABSTRACT The significant change of temperature, as in the event of fire will have an impact on concrete structures, cracked at the surface of structure, damage / collapse, and discoloration on concrete. This research was carried out on samples of concrete cubes K300 with the size of 15 cm x 15 cm x 15 cm. Combustion was carried out at 250 °C, 500 °C, 750 °C, and 1000 °C temperatures with the holding time for 2, 4, and 6 hours. The cooling process is done by soaking and then allowed to stand for 24 hours at room temperature. The results were obtained at the temperature of at 250 °C, 500 °C, 750 °C, and 1000 °C compressive strength decreased by 4.44% -7.41% 12.59% 22.96%, 56.44% -66.22%, and 76.74% -100%. At the holding time for 2 hours, 4 hours, and 6 hours compressive strength decreased by 4.44% -76.74% 6.67% -93.70%, and 7.41% -100%. At temperatures 250 °C, 500 °C, 750 °C, and 1000 °C porosity increased by 8.09% -9.57% 11.79% -15.50%, 16.98% -18.46%, and 19.20% - 26.61%. At the holding time for 2 hours, 4 hours, and 6 hours porosity increased by 8.09% -19.20% 8.83% -22.16%, -26.61% and 9.57%. This research shows that the increase of temperatures gives a greater impact on reduction of concrete compressive strength and the increase of concrete porosity, compared with the increase of combustion duration. Through this research regression equations is produced that can be used to calculate the residual compressive strength of the other combution temperatures. Keywords : fire, compressive strength, porosity, temperature, duration
1. PENDAHULUAN Terjadinya perubahan temperatur yang cukup tinggi, seperti yang terjadi pada peristiwa kebakaran, akan berpengaruh terhadap elemen-elemen struktur. Karena pada proses tersebut akan terjadi suatu siklus pemanasan dan pendinginan yang bergantian, yang akan menyebabkan adanya perubahan fase fisis dan kimiawi secara kompleks, hal ini akan mempengaruhi kualitas/kekuatan struktur beton tersebut dan akan menyebabkan beton menjadi getas (Wahyuni, E. dan Anggraini, R., 2010)
Masalah utama yang dihadapi dalam menangani bangunan pasca kebakaran adalah bagaimana menaksir kekuatan sisa bangunan pasca kebakaran. Dengan diketahuinya kekuatan sisa, kita dapat melakukan tindakan perbaikan yang paling efisien untuk memulihkan kondisinya seperti semula. Sehingga bangunan yang telah mengalami kebakaran dapat difungsikan kembali. Selama ini, bangunan yang telah mengalami kebakaran langsung dibongkar/dihancurkan (demolished action), padahal mungkin elemen struktur bangunan yang terbakar tersebut masih memiliki kekuatan. Berdasarkan uraian di atas perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui hubungan antara peningkatan ketinggian suhu, lama pembakaran, dan jenis bahan pembentuk campuran beton terhadap perubahan sifat dan karakteristik beton akibat kebakaran pada elemen struktur bangunan sehingga dengan data-data tersebut kemudian dapat diketahui kekuatan sisa (residual strength) dari material beton. Dengan demikian dapat ditentukan layak tidaknya struktur bangunan tersebut dipergunakan kembali atau tidak.
2. BATASAN MASALAH 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7. 8.
Beton yang diolah, dicetak dan dirawat sampai berumur 28 hari Material yang digunakan : Semen Portland Tipe I Pasir Patumbak Batu pecah Air di laboratorium Benda Uji berupa kubus dengan ukuran 15 cm x 15 cm x 15 cm Mutu beton yang akan digunakan adalah K300 (f’c =26,4 Mpa) Suhu yang akan digunakan 250⁰C, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C Waktu pembakaran beton yang akan digunakan adalah 2 jam, 4 jam, dan 6 jam Proses pendinginan beton setelah pembakaran dilakukan dengan cara perendaman, lalu dibiarkan selama 24 jam dengan suhu kamar Pengujian : Sifat Mekanis (Kuat Tekan) Sifat Fisis (Porositas)
3. TUJUAN a)
Mengetahui perubahan sifat mekanis beton pasca kebakaran pada suhu, mutu beton, dan durasi pembakaran tertentu. b) Mengetahui perubahan sifat fisis beton pasca kebakaran pada suhu, mutu beton, dan durasi pembakaran tertentu. c) Mengetahui penurunan kualitas beton atau pengukuran kekuatan sisa (residual strength) dari material beton setelah mengalami kebakaran pada suhu, lama pembakaran, dan mutu beton tertentu guna mendukung pendetailan / perencanaan elemen struktur dalam pelaksanaan perbaikannya.
4. METODOLOGI PENELITIAN Metode yang akan digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah uji eksperimental di laboratorium. Melalui penelitian ini akan diketahi sejauh mana perbedaan pengaruh variasi suhu dan lama pembakaran terhadap kekuatan tekan dan porositas beton pada mutu beton tertentu.
Analisis Perilaku Mekanis dan Fisis Beton Pasca Bakar Studi Literatur Kuat tekan rencana : K300 (f’c = 26,4 MPa) fas = 0,52
Pembuatan Sampel
Pebakaran Suhu 250⁰C, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C Waktu 2 jam, 4 jam, 6 jam
Pengujian sampel (unt. Kontrol) tanpa pembakaran : 1. Uji kuat tekan 2. Uji Porositas
Perendaman ± 4 menit
Pengujian sampel : 1. Uji kuat tekan 2. Uji Porositas
Analisa
Analisa
Kesimpulan
Selesai
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
a.
Benda Uji Berikut ini adalah tabel rencana jumlah benda uji untuk pengujian kuat tekan dan porositas :
Tabel 1. Jumlah Benda Uji Waktu Penahanan Suhu (jam) 0 2
Pengujian Kuat Tekan dan Porositas Bakar Tanpa Bakar 250⁰C 500⁰C 750⁰C 1000⁰C 2 2
2
2
2
4
2
2
2
2
6
2
2
2
2
Jumlah
b.
26 buah
Pembakaran Beton Pembakaran benda uji dilakukan dengan menggunakan furnace. Pembakaran dilakukan pada suhu 250⁰C, 500⁰C, 750⁰C, dan 1000⁰C dengan variasi waktu penahanan suhu selama 2 jam, 4 jam, dan 6 jam. Setelah itu proses pembakaran dihentikan, lalu direndam ke dalam drum berisi air, kemudian didiamkan selama 24 jam dengan suhu kamar.
5. TEMPAT PENELITIAN Pembuatan benda Uji dan Pengujian Kuat tekan dan Porositas dilakukan di Laboratorium Teknologi Beton dan Bahan Rekayasa Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pembakaran benda uji dilakukan di Bengkel Mesin Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.
6. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Pengujian Kuat Tekan Beton
Gambar 2. Grafik Temperatur (oC) –vs- Kuat Tekan (kg/cm2)
Pada temperatur 250 oC penurunan sebesar 4,44%-7,41%, pada temperatur 500 oC penurunan sebesar 12,59%-22,96 %, pada temperatur 750 oC penurunan sebesar 56,44%-66,22%, dan pada temperatur 1000 oC penurunan sebesar 76,74%-100%. Disaat suhu 500 oC kuat tekan menurun karena air yang terserap pada agregat mulai menguap. Disaat temperatur 500 oC sampai dengan 750 oC terjadi penurunan kekuatan tekan yang signifikan. Penurunan kuat tekan ini disebabkan karena pasta semen yang sudah terhidrasi terurai kembali Ca(OH) 2 → CaO + H2O. CaO (kapur) yang bersifat higroskopis (menyerap air), sedangkan H 2O mulai menguap pada temperatur 100 o C karena panas sehingga menyebabkan beton kering dan rapuh (Febrina, F., 2010). Pada suhu 1000 oC dengan penahanan 6 jam tampak fisik permukaan beton sudah mengelupas dan strukturnya bagian dalamnya sangat rapuh sehingga jarum penunjuk pada mesin compress tidak bergerak lagi ketika diberikan pembebanan. Kapur dari hasil pembakaran bila ditambahkan air akan mengembang dan retak-retak. Semen dan air berfungsi sebagai perekat serta penguat beton. Selama proses hidrasi, dua komponen senyawa terpenting dalam butiran semen yaitu C2S dan C3S akan bereaksi dengan H20 dan menghasilkan CSH dan (CaOH)2. CS-H berfungsi sebagai zat penentu kekerasan beton dan pengikat agregat. Proses hidrasi adalah proses dimana komposisi kimia semen CaO disingkat C, SiO2 disingkat S, Al2O3 disingkat A, Fe2O3 disingkat F, bereaksi dengan air H2O disingkat (H). Efek proses hidrasi ini kemudian menjadikan kristal-kristal berukuran mikro dan nano yang disebut gel dan Ca(OH) 2 yang akan tumbuh terus mengisi rongga-rongga kristal dimana rongga-rongga tersebut berisi air dan tumbuh menjadi kristal-kristal padat yang sesuai berjalannya waktu terus tumbuh memadati ruang-ruang kristal yang masih kosong. Karena unsur CSH merupakan unsur utama yang menopang kekuatan beton, maka pengurangan CSH yang jumlahnya cukup banyak akan sangat mengurangi kekuatan beton.
Gambar 3. Grafik Waktu Penahanan (Jam) –vs- Kuat Tekan (kg/cm2) Pada waktu penahanan selama 2 jam terjadi penurunan sebesar 4,44%-76,74%, pada waktu penahanan selama 4 jam terjadi penurunan sebesar 6,67%-93,70 %, dan pada waktu penahanan selama 6 jam terjadi penurunan sebesar 7,41%-100%.
b. Pengujian Porositas Beton Porositas beton dapat diperoleh dengan menggunakan rumus :
Dengan : mb = Massa basah benda uji sebelum dibakar (gram), mk = Massa kering benda uji setelah dibakar (gram), Vb = Volume benda uji kubus (cm3), = massa jenis air (1 gr/cm3) Beton Normal Tanpa Pembakaran Dari hasil pengujian, diperoleh porositas rata-rata untuk beton normal tanpa pembakaran sebesar 3,02 % Beton dengan pembakaran Data hasil pengujian kekuatan tekan beton untuk tiap-tiap suhu dan waktu pembakaran adalah sebagai berikut :
Gambar 4. Grafik Temperatur (oC) -vs- Porositas (%) Pada temperatur 250 oC terjadi peningkatan porositas sebesar 8,09%-9,57%, pada temperatur 500 oC peningkatan sebesar 11,79%-15,50 %, pada temperatur 750 oC peningkatan sebesar 16,98%-18,46%, dan pada temperatur 1000 oC porositas bertambah sebesar 19,20%-26,61% dari porositas beton normal.
Gambar 5. Grafik Waktu Penahanan (Jam) -vs- Porositas (%) Pada waktu penahanan selama 2 jam terjadi peningkatan porositas sebesar 8,09%-19,20%, pada waktu penahanan selama 4 jam terjadi peningkatan sebesar 8,83%-22,16%, dan pada waktu penahanan selama 6 jam porositas bertambah sebesar 9,57%-26,61% dari porositas beton normal Dari hasil pengujian diatas terlihat bahwa semakin tinggi temperatur pembakaran, maka porositas beton makin besar, hal ini mengakibatkan beton menjadi keropos. Begitu pula semakin lama waktu penahanan maka porositas beton semakin besar. Hal tersebut disebabkan karena (H 2O) yang terkandung di dalam beton sebagian besar akan menguap. Molekul air yang akan keluar (migrasi) terhalang, maka terjadi gesekan dengan pori – pori beton akibatnya timbul retak – retak mikro, sehingga porositas beton meningkat. Dengan meningkatnya porositas, maka kuat tekan beton menjadi turun dan menyebabkan kerusakan pada struktur beton. (Ray, Norman, 2009)
c. Pengamatan Warna Dan Kondisi Visual Beton o
Perubahan warna beton mulai tampak disaat suhu 500 C yang berwarna cokelat keabu-abuan. Hal ini terjadi karena adanya senyawa garam besi dalam agregat atau pasir beton yang menyebabkankan beton berubah warna. Jika suhu mencapai 750 C ̊ terjadilah proses karbonisasi yaitu terbentuk Calsium Carbonat (CaCO3) yang berwarna keputih-putihan sehingga merubah warna beton menjadi lebih terang (Febrina, F., 2010).
7. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Fenomena kebakaran pada struktur beton akan menyebabkan perubahan struktur, antara lain retak, kerusakan/keruntuhan, dan perubahan warna permukaan beton. Warna beton akan berubah sejalan dengan naiknya temperatur. Perubahan warna tesebut disebabkan karena agregat atau pasir yang mengandung beberapa senyawa besi yang juga dapat menyebabkan korosi. 2. Beton akan mengalami penurunan kekuatan seiring degan kenaikan suhu. 3. Beton akan mengalami penurunan kuat tekan seiring dengan lamanya durasi pembakaran.
4. Semakin tinggi temperatur pembakaran menyebabkan porositas beton semakin besar 5. Semakin lama durasi kebakaran menyebabkan porositas beton semakin besar. Saran 1. Diharapkan peneliti selanjutnya dapat menguji sifat mekanik atau sifat fisis beton pasca bakar yang lain seperti elastisitas, kuat tarik, atau sifat beton pasca bakar lainnya yang belum pernah diteliti sebelumnya. 2. Untuk pengembangan penelitian selanjutnya dapat dicoba terhadap beton dengan campuran bahan additive, terhadap beton dengan mutu beton berbeda, dan terhadap beton bertulang dengan menitik beratkan pada pengujian tulangan. 3. Peneliti berikutnya dapat melakukan validasi dengan meneliti beton pasca bakar dengan variasi durasi dan temperatur yang belum pernah diteliti sebelumnya.
8. DAFTAR PUSTAKA Febrina, F., 2010, Pengaruh Suhu Dan Waktu Pembakaran Pada Struktur Beton Terhadap Kuat Tekan Beton, Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, Medan. Ray, Norman, 2009, Pengaruh WC Ratio Pada Perubahan Perilaku Beton Mutu Normal Pada Temperatur Tinggi Pasca Kebakaran, Teknik Sipil ITATS, Surabaya. Wahyuni, E. dan Anggraini, R., 2010, Pengaruh Perbedaan Proses Pendinginan Terhadap Perubahan Fisik Dan Kuat Tekan Beton Pasca Bakar, Jurnal Rekayasa Sipil / Volume 4, No.1– 2010 ISSN 1978 – 5658.
