FIBRE (SERAT) Beton adalah suatu material yang fragile (getas) tidak kuat menerima tarik, jadi memerlukan perkuatan. Perkuatan yang sudah umum kita ketahui adalah dengan memakai tulangan sebagai penguat. Suatu penguat lain yang sudah banyak dikembangkan di negara maju adalah dengan menambah fibre (serat). Studi ini sudah dikembangkan lebih dari 20 tahun. MACAM-MACAM FIBRE (SERAT) a. Polyster Fibre Bahan dasar : polyethylene terethalate Kegunaan
: - menaikkan kokoh tekan/tarik/lentur - mengurangi kepekaan (lebih tahan terhadap korosi)
b. Glass Fibre Kegunaan
: - menaikkan kokoh tekan/tarik/lentur - menaikkan ketahanan terhadap serangan alkali - menaikkan ketahanan terhadap beban kejut - mempermudah workability (kalau perbandingan tepat)
Kerugian
: - kalau perbandingan tidak sesuai kadang-kadang bisa menurunkan kokoh tekan.
c. Steel Fibre Kegunaan
: - menaikkan kokoh tekan/tarik/lentur - memperkecil nilai susut mortar/beton
- mempermudah workability (kalau perbandingan sesuai) d. Nylon Fibre Kegunaan
: - menaikkan kokoh tekan/tarik/lentur - mereduksi nilai susut mortar
Dari bermacam-macam fibre tersebut yang sering digunakan adalah metallic fibre (termasuk di dalamnya steel fibre). METALLIC FIBRE Metallic fibre mempunyai elastisitas 10 kali dari beton. Beberapa tipe dari metallic fibre Dari bentuknya : Ada beberapa tipe penampang : lempengan separoh lonjong pipih Ukuran penampang : - untuk bujur sangkar dan empat persegi panjang dari 0,5 x 0,5 mm sampai dengan 1 x 1 mm. - untuk lonjong, diameter equivalent dari 0,5 mm sampai dengan 1mm - panjang dari 6 mm sampai dengan 50 mm. Dari bahan dasarnya : - dari baja lunak - baja tahan karat Kekuatan dalam menerima tarik : dari 340 N/mm2 sampai dengan 2400 N/mm2
Dari fabrikasinya (cara pembuatannya) : * lurus * berkelok * ujung diperbesar * ujung dibengkok * berkelompok * bentuk khusus
Ada fibre metallic yang bahan dasar dan bentuknya berbeda yaitu : fibre metallic amorph. Bentuk
: merupakan kumpulan dari beberapa helai dengan - Lebar ± 1 mm sampai dengan 2 mm - Panjang antara 15 mm sampai dengan 45 mm.
Kekuatan
: kekuatan tarik sampai dengan 1800 N/mm2
Keunggulan : campuran yang diberi bahan tambahan chrome > 5 % tahan terhadap serangan asam dan Cl. KEGUNAAN UMUM DARI FIBRE - menaikkan karakteristik mekanik dari beton terhadap tekan / tarik / lentur - meningkatkan dakltalitas beton - mengurangi lebar retak dari beton (dengan mendistribusikan jumlah retak) - meningkatkan ketahanan terhadap fatique dan shock.
a. Peningkatan ketahanan terhadap tekan/tarik/lentur * Peningkatan ketahanan terhadap tekan/tarik/lentur akan tercapai jika : - perbandingan fibre sesuai - proses pencampuran tepat b. Daktalitas beton dengan fibre Tujuan spesifik dari penambahan fibre metallic pada beton adalah untuk menaikkan daktilitas dengan mempertahankan ketahanan tarik setelah terjadi retak.
Ada beberapa hal yang menguntungkan terhadap grafik beban dan deformasi antara lain : ada kenaikan yang kecil terhadap kemampuan memikul retak (N) awal dan ada ketahananP memikul beban setelah retak awal lebih besar P utama dari pemakaian fibre dibanding dengan beton tradisional. Tujuan
adalah menaikkan daktilitas beton dan mempertahankan ketahanan terhadap 1/3
tarik setelah retak awal. 1/3
1/3
1/3
1/3
d (mm) Diagram beban (P) dan deformasi (d) pada percobaan lentur
EFEKTIFITAS FIBRE - Dalam bekerja sama dengan mortar/beton maka yang terpenting adalah rekatan atau panjang rekatan antara fibre dan mortar/beton. - Agar pencampuran beton/mortar mencapai tujuan, maka pencampuran tersebut harus menghasilkan distribusi fibre yang homogen. - Kegunaan dari fibre akan meningkat jika panjang fibre melebihi panjang rekatan dan daya rekatnya (bonding) ditingkatkan. - Jumlah fibre akan meningkat persatuan berat dengan mengecilnya diameter. - Keuntungan pemakaian fibre akan meningkat dengan naiknya perbandingan antara panjang (l) dan diameter (d) (l/3) * Pengaruh Dimensi - Perbandingan antara l (panjang fibre) dan d (lebar fibre) akan berpengaruh pada sistem pelaksanaannya. - Penampang Fibre * untuk l/d < 45
bulat : pencampran fibre ke dalam beton tidak
memerlukan teknik tertentu. * untuk 45 < l/d < 100
: pencampuran memerlukan teknik tertentu agar
bisa homogen. * untuk l/d > 100 homogen.
: hampir tidak mungkin dilaksanakan agar
Jalan
keluarnya
dengan membuat kelompok.
- Penampang Fibre
persegi atau setengah lonjong
l/d < 45 (pada umumnya) maka tidak memerlukan teknik pencampuran yang khusus agar homogen. * Fibre Metallic Amorph - Tidak memrlukan teknik pencampuran yang khusus. Agar kondisi homogen bisa dicapai maka proses pencampuran dilakukan pada kondisi kering. WORKABILITY Workability dari beton fibre adalah merupakan fungsi dari : - Volume (dalam %) dan fibre (p) dan l/d. Jika prosentase fibre dan nilai l/d bertambah besar maka workability beton tersebut akan menurun. - Diameter dan volume agregat. Workability akan menurun jika volume dari agregat kasar bertambah tinggi. - Keadaan permukaan dari fibre. Suatu permukaan fibre yang kasar akan menyebabkan peningkatan pembentukan gumpalan-gumpalan pada campuran. Cara pengukuran workability untuk beton biasa tidak terlalu bisa diterapkan untuk beton yang memakai fibre. PROSES PENCAMPURAN Fibre harus dicampurkan secara homogen pada saat pencampuran. Hal-hal yang sering dijumpai pada proses pencampuran adalah sebagai berikut :
- Penggumpalan
fibre
jika
dsalam
proses
pencampuran
tdak
diperhatikan secara khusus. - Waktu pencampuran terlalu pendek. - Jika waktu pencampuran terlalu lama dan persentase dari fibre mendekati maksimum
penggumpalan fibre sering terjadi.
Pada umumnya pencampuran fibre akan bertambah sempurna jika dicampurkan secara merata pada akhir pencampuran. Dua cara pencampuran : - Cara kering
: semen, kerikil
dan
fibre
dicampur
secra
kering, kemudian ditambah pasir lembab (ssd). Air ditambah sesaat sebelum pengecoran. - Cara basah
: seperti beton biasa, air dicampur bersama-sama.
PENGECORAN - Proses pengecoran diusahakan semudah mungkin (bentuk bekisting perlu diperhatikan). - Alat penggetar yang berbentuk seperti jarum tidak disarankan (bisa menimbulkan bentuk seperti cerobong). - Dianjurkan yang digetarkan adalah cetakannya. Pengecoran pakai pompa memerlukan dosis fibre lebih kecil dari pengecoran biasa. Hasil pengecoran tersebut tergantung dari : - homogenitas beton - penempatan tulangan - proses pengecoran
PEMAKAIAN Beton fibre bisa dipakai untuk komponen struktur ataupun non struktur (biasabya untuk pelat lantai, tempat parkir, dsb). PENENTUAN VOLUME FIBRE DALAM BETON Untuk mendapatkan workability yang memadai maka volume fibre bisa ditentukan sebagai berikut : P(l/d) < Cm
, dimana : P
= volume fibre
l
= panjang fibre
d
= diameter fibre
Cm = koefisien yang ditentukan berdasarkan prosentase agregat. n
Cm = ∑ ( Pg ) 1
n
( Cg ) n
, dimana : (Pg)n = prosentase agregat (Cg)n = ada dalam daftar koefisien
Material Pasir Agregat kasar 2–4 2–7 4–7 7 – 14 7 – 20 10 – 14 14 – 20 20 – 32 Dalam penentuan (Pg)n
Cg 1,7 0,95 0,66 0,54 0,10 0,00 0,02 -0,21 -0,49
semen dan air tidak diperhitungkan.
Contoh pemakaian : * Komposisi beton per m3 :
pasir
= 650 kg
kerikil 4/7
= 450 kg
kerikil 7/20 = 400 kg kerikil 20/32= 350 kg semen
= 350 kg
air
= 175 kg
650 650 = = 0,35 650 + 450 + 400 + 300 1850 450 Pg kerikil 4 / 7 = = 0,24 1850 400 Pg kerikil 7 / 20 = = 0,22 1850 350 Pg kerikil 20 / 32 = = 0,19 1850 Pg pasir =
* Perhitungan koefisien Cm Cm = 0,35 x 1,7 + 0,24 x 0,54 + 0,22 x 0,00 + 0,19 x x (-0,49) Cm = 0,63 P(l/d) < Cm Jika l/d = 100 (fibre yang dipakai adalah fibre yang berkelompok)
Untuk Cm = 0,63
maka P < 0,63 x (1/100) = 0,0063
Jadi kebutuhan fibre adalah 0,63 % dari volume total. Diameter agregat maksimum mm 4 8 16 32
Jumlah maksimum kebutuhan fibre (kg/m3) l/d = 60 normal 160 125 85 50
pompa 120 95 65 40
l/d = 75 normal 125 100 70 40
pompa 95 75 55 30
l/d = 100 normal 95 75 55 30
pompa 70 55 40 25
Jumlah maksimum fibre yang diperlukan dalam suatu campuran beton HASIL DARI PERCOBAAN BETON FIBRE a. Durabilitas (ketahanan) - Pada percobaan-percobaan yang telah dilakukan pada umumnya menunjukkan bahwa pemakaian fibre steel pada beton di lingkungan agresif, menunjukkan bahwa peristiwa korosi hanya terjadi pada permukaan saja (tidak pernah sampai merusak beton). - Untuk menaikkan ketahan beton di lingkungan agresif maka disarankan memakai fibre galvanis (untuk struktur shell yang tipis).
- Untuk menaikkan ketahan beton di lingkungan agresif maka disarankan memakai fibre galvanis (untuk struktur shell yang tipis).
Skema Retak pada Percobaan Dinamik b. Permeabilitas Pada umumnya pemberian fibre pada beton tidak menurunkan koefisien permeabilitas. c. Perilaku Susut Percobaan susut (perubahan panjang benda uji dihalangi) satu benda uji = konstan (yang diukur tegangannya).
d. Sifat Mekanik Beton Fibre - Sifat mekanik beton fibre berbeda dengan beton tradisional biasa. - Sifat-sifat tersebut tergantung dari beberapa hal, antara lain : * persentase dari fibre * perbandingan antara panjang dan penampang fibre (l/d) * bentuk penampang fibre serta kekasaran permukaan fibre * bentuk fibre (lurus, ujung dibengkok, berkelompok dan lainlain) * bahan dasar dari fibre * beton (perbandingan komponen-komponen, dimensi agregat, kandungan semen, cara pembuatan/pengecoran) * arah fibre dalam beton e. Hubungan Antara Beban dan Deformasi Hubungan antara
beban dan deformasi dari suatu percobaan
yang dikenakan pada benda uji adalah sebagai berikut :
f. Ketahanan Terhadap Geser
Ketahanan terhadap geser dari beton fibre mempunyai kenaikan yang cukup berarti dibanding dengan beton biasa. g. Ketahanan Terhadap Tarik Ketahanan terhadap gaya tarik pada beton fibre tidak begitu mengagumkan, namun pembagian retak lebih merata dengan lebar retak yang lebih kecil. h. Ketahanan Terhadap Lentur Pada umumnya ketahanan terhadap lentur pada beton dengan fibre lebih bagus daripada beton tradisional biasa.
