fiber

TUGAS AKHIR

KAJIAN TENTANG APLIKASI SERAT SINTETIS DAN

SERAT ALAMI UNTUK CAMPURAN BETON

Diajukan Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Tingkat Sarjana

Strata 1 (S-1) Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Katolik Soegijapranata

Disusun Oleh :

SITO RESMI

03.12.0053

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA

SEMARANG

2008

Kalian Tentang Aplikasi Serat Sintetis dan Serat Alami Untuk Campuran Beton

Sito Resmi 03.12.0053 Tugas Akhir iii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kami haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa,

karena atas rahmat serta kehendak-Nya, kami dapat menyelesaikan Laporan

Tugas Akhir yang berjudul: Kajian Tentang Aplikasi Serat Sintetis dan Serat

Alami Untuk Campuran Beton.

Adapun maksud dan tujuan dari penyusunan Proposal ini adalah untuk

memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan ( S-1 ) pada

Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil Universitas Katolik Soegijapranata

Semarang.

Penyelesaian laporan ini, tidak sedikit bantuan moril dan materiil yang

kami terima, dan pada kesempatan ini kami ingin menyampaikan ucapan terima

kasih yang sebesar-besarnya kepada

1. Dr. Rr. MI Retno. Susilorini, ST., MT Selaku Dekan Fakultas Teknik

Program Studi Teknik Sipil Universitas Katolik Soegijapranata serta

Pembimbing Tugas Akhir..

2. Kedua orang tua saya yang telah memberi doa, cinta dan kasih sayangnya

3. Kakak dan adik-adik saya, terimakasih atas doa dan dorongan semangatnya

4. Suamiku Riono Abdi, terimakasih atas bantuan, doa, cinta dan perhatianmu

selama ini..

5. Seluruh dosen Fakultas Teknik Sipil Universitas Katolik Soegijapranata

Semarang, terima kasih atas segala ilmu yang telah diberikan dan karyawan

TU Fakultas Teknik Sipil Universitas Katolik Soegijapranata Semarang yang

turut membantu dalam hal adminstrasi

6. Seluruh teman-teman Teknik Sipil Universitas Katolik Soegijapranata

angkatan 2003. dan semua pihak yang terkait yang tidak dapat kami sebutkan

satu per satu Semua pihak yang terkait yang tidak dapat kami sebutkan satu

per satu.

Kami sepenuhnya menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih jauh

dari kesempurnaan baik dari segi materi maupun dalam hal melakukan analisis.


Sito Resmi 03.12.0053 Tugas Akhir iv

Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun yang berkenaan dengan

laporan ini akan kami terima dengan senang hati.

Akhir kata kami berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat

bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkannya.

Semarang, September 2008

Penulis


Sito Resmi 03.12.0053 Tugas Akhir v

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... i

KARTU ASISTENSI ............................................................................................. ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................... viii

BAB I PENDAHULUAN ...................................... Error! Bookmark not defined.

1.1 Latar Belakang ....................................... Error! Bookmark not defined.

1.2 Perumusan masalah ................................................................................. 2

1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 3

1.4 Tujuan Studi Literatur ............................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 4

2.1 Uraian Umum .......................................................................................... 4

2.2 Beton ....................................................................................................... 4

2.2.1 Bahan Dasar ............................................................................................ 4

2.2.1.1 Semen ...................................................................................................... 5

2.2.1.2 Agregat .................................................................................................... 6

2.2.1.3 Air .......................................................... Error! Bookmark not defined.

2.3 Beton Serat .............................................................................................. 7

2.4 Pengertian Serat ...................................................................................... 8

2.4.1. Serat Sintetis ........................................................................................... 9

2.4.1.1 Serat Acrylic ......................................................................................... 10

2.4.1.2 Serat Aramid ........................................................................................ 11

2.4.1.3 Serat Karbon ......................................................................................... 10

2.4.1.4 Serat Nylon .......................................................................................... 11

2.4.1.5 Serat Polyester ...................................................................................... 14

2.4.1.6 Serat Polythylene .................................................................................. 15

2.4.1.7 Serat Polypropylene .............................................................................. 15


Sito Resmi 03.12.0053 Tugas Akhir vi

2.4.2 Serat Alami .......................................................................................... 16

2.4.2.1 Ampas Tebu .......................................................................................... 18

2.4.2.2 Kayu ...................................................................................................... 18

2.4.2.3 Bambu ................................................................................................... 18

2.4.2.4 Serat Kelapa .......................................................................................... 19

2.4.2.5 Serat Rami dam Serat Tumbuhan Lain ................................................ 19

2.4.2.6 Serat Goni ............................................................................................. 19

2.4.2.7 Serat Sisal .............................................................................................. 20

2.5 Pengertian Beton atau KSB (Komposit Sementitis Berserat) Alami .... 20

2.5.1 Kinerja Zona Antar Muka (ZTA) Matriks Serat ................................... 23

2.5.2 Kinerja Mikro Dari Zona Transisi Antar Muka (ZTA) ......................... 23

2.5.3 Kinerja Serat Makro .............................................................................. 24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............... Error! Bookmark not defined.

3.1 Diagram Alir penelitian ......................... Error! Bookmark not defined.

3.2 Jalannya Penelitian ................................ Error! Bookmark not defined.

BAB IV PEMBAHASAN.. ................................................................................... 27

4.1 Sifat-Sifat atau Properties Serat ............................................................ 27

4.1.1 Interaksi Serat dengan Matriks Tak Retak Homogen ........................... 27

4.1.2 Interaksi Serat dalam Matriks yang Retak ............................................ 29

4.1.3 Teknik Eksperimen untuk Mengevaluasi Ikatan Serat matriks............. 30

4.1.4 Serat Getas Dalam Matriks Daktail....................................................... 33

4.1.5 Cabut serat fraktur ................................................................................. 36

4.2 Kinerja Beton Serat dan Komposit Sementitis dengan Serat Sintetis ... 38

4.3 Kinerja Serat Alami............................................................................... 41

4.4 Pemetaan (Mapping) .............................. Error! Bookmark not defined.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................. Error! Bookmark not defined.

5.1 Kesimpulan ............................................ Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran ....................................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 49

Kajian Tentang Aplikasi Serat Sintetis dan Serat Alami Untuk Campuran Beton

Sito Resmi 03.12.0053 Tugas Akhir viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Deskripsi permasalahan cabut-serat .............................................. 13

Gambar 2.2 : Karakteristik tegangan-regangan tarik pada bahan sementitis ...... 21

Gambar 2.3 : Struktur ZTA pada serat mikro baja.............................................. 22

Gambar 3.1 : Diagram alir penelitian .................................................................. 25

Gambar 4.1 : Interaksi serat matriks, matriks tak retak: (a) matriks tanpa

pembebanan ; (b) tegangan ; (c) kompresi 28 Gambar 4.2 : Interaksi serat-matriks, matriks tak retak ...................................... 29

Gambar 4.3 : Pengaturan (setup) uji tarik serat tipikal serat tunggal atau ganda

Untuk panjangnya penanaman pendek atau panjang .................... 30

Gambar 4.4 : Hubungan antara tipe serat pull out dan load-sip .......................... 33

Gambar 4.5 : Kurva tegangan-regangan untuk serat dengan matriks yang

Mudah Dibentuk (ductile) ............................................................. 35

Gambar 4.6 : Masalah cabut-serat ....................................................................... 37

Gambar 4.7 : Kurva tegangan-regangan untuk serat dengan matriks rapuh ....... 38

Gambar 4.8 : Relasi tegangan-regangan untuk material polimer thermoplastic . 39

Gambar 4.9 : Diagram alur pemetaan ................................................................. 44


Sito Resmi 03.12.0053 Tugas Akhir

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.2.1 : Perkiraan komposisi oksida semen portland ...................................... 5

Tabel 2.2.2 : Batas Gradasi Agregat Halus ............................................................. 6

Tabel 2.4 : Sifat dan Jenis Serat Sintetis ............................................................ 14

Tabel 2.4.1 : Sifat dan Jenis Serat Sintetis ........................................................... 10

Tabel 2.4.2 : Sifat-sifat Serat Alami ..................................................................... 17

Tabel 4.1 : Hasil Uji Tarik Tipikal ..................................................................... 32

Tabel 4.2 : Spesifikasi Serat Kain Polyester ...................................................... 41

Tabel 4.3 : Kinerja Beberapa Serat Alami ......................................................... 42

Tabel 4.4 : Variasi Optimal Kuat Tarik Belah Beton Serat Dari Berbagai

Jenis Serat ........................................................................................ 42

Tabel 4.5 : Mapping Kinerja Beton Serat .......................................................... 43


Sito Resmi 03.12.0053 Tugas Akhir 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Serat memegang peranan penting dalam komposit karena turut

menentukan kinerja komposit secara keseluruhan, karena ide untuk

memperkuat bahan getas (brittle material) telah dilakukan sejak jaman

Mesir purba antara lain dengan menambahkan serat tumbuhan atau surai

kuda pada adukan bata (Toledo Filho, et. al, 2004).

Beton serat sendiri adalah bahan yang terbuat dari campuran

semen hidrolis dengan agregat halus dan agregat kasar dengan tambahan

potongan serat (ACI Committee 544. IR-82, 1982). Penambahan serat di

dalam adukan beton, diharapkan akan menurunkan kelecakan adukan

secara cepat, sejalan dengan pertambahan konsentrasi serat dan aspek

ratio serat (perbandingan antara panjang serat dan diameter serat)

(Sudarmoko, 1993).

Pada dasarnya prinsip dari beton serat adalah menulangi beton

dengan serat yang disebarkan secara merata dalam adukan beton dengan

orientasi random, sehingga mencegah terjadinya retakan-retakan beton

yang terlalu dini akibat pembebanan (Soroushin dan Bayasi, 1997,

dalam Suhendro, 2000).

Perkembangan beton serat dimulai pada era kontruksi perumahan.

Sebagai gambaran, Cina dan Jepang juga mulai menggunakan serat

tumbuhan sebagai perkuatan (Li, 2002). Pada era modern,

perkembangan penambahan serat anorganik pada beton dimulai sekitar

tahun 1960-an dengan aplikasi serat baja lurus (Balaguru dan Shah,

1992; Li, 202). Aplikasi serat baja lurus menunjukkan kinerja keliatan



2

fraktur kuat lentur, daktilitas, dan absorpsi energi (Balaguru dan Shah

1992). Pada tahun 1970-an, serat polimer sintetis mulai digunakan

secara komersial dengan tujuan antara lain sebagai kontrol retak awal,

diikuti dengan serat kaca yang tahan terhadap alkali pada tahun 1980-

an, dan serat karbon mulai digunakan pada awal tahun 1990-an. Dalam

hal ini, serat karbon memiliki kuat tarik dan modulus elastisitas yang

lebih tinggi dibandingkan serat polimer sintetis (Balaguru dan Shah,

1992; Li, 2002a,b).

Penambahan serat untuk campuran beton atau komposit

sementitis dilakukan seiring perkembangan teknologi serat anorganik,

sedangkan inovasi serat organik atau serat alami (natural fiber) menjadi

salah satu pilihan karena ketersediaanya dapat diperbaharui, relatif

murah, dan diproduksi dengan teknologi terkini (Mohr, et. al,2004).

Menimbang perkembangan teknologi aplikasi serat pada elemen

struktur, perlu adanya kajian yang lebih mendalam tentang sifat-sifat

(properties) serat pada campuran beton atau komposit sementitis serta

kinerja beton atau komposit sementitis berserat sintetis dan alami agar

diperoleh pemahaman yang baik dan saran-saran untuk perkembangan

teknologi beton atau komposit sementitis berserat dimasa mendatang.

1.2 Perumusan Masalah

Untuk memperoleh pemahaman yang baik tentang beton atau

komposit sementitis berserat maka perlu diketahui :

a. Bagaimana sifat-sifat (properties) serat dalam campuran beton

berserat, dan komposit sementitis berserat sintetis dan alami?

b. Bagaimana kinerja campuran beton dan komposit sementitis berserat

sintetis dan alami?



3

1.3 Batasan Masalah

Pembatasan masalah mengenai kajian tentang aplikasi serat sintetis dan

serat alami untuk campuran beton agar dapat terarah sesuai dengan

tujuan yang diharapkan, maka digunakan batasan masalah sebagai

berikut:

1. Kajian dititikberatkan pada sifat-sifat (properties) serat pada

campuran beton berserat, serta komposit sementitis berserat sintetis

dan alami.

2. Pustaka yang dikaji dalam tugas akhir ini meliputi topik-topik

sebagai berikut:

a. Sifat-sifat (properties) serat : Nadai (1950), Hummel (1998),

Balaguru dan Shah (1992), Bentur, et, al (2003), Li dan Stang

(1997), Martinez-Barrera (2006).

b. Kinerja beton serat dan komposit sementitis berserat sintetis :

Wang, Li dan Becker (1990), Susilorini (2007a, 2007b, 2007c,

2007d, 2008a), Balaguru dan Shah (1992).

c. Kinerja beton berserat alami : Susilorini, et, al (2003).

1.4 Tujuan Studi Pustaka

Tujuan studi pustaka ini antara lain:

1. Mengkaji sifat-sifat (properties) serat pada campuran beton atau

komposit sementitis Cementitious Composites serta kinerja beton

dan komposit sementitis berserat sintetis dan alami dengan mengkaji

artikel pada jurnal, makalah, dan buku-buku teks yang relevan.

2. Melakukan pemetaan (mapping) kinerja beton berserat, dan komposit

sementitis berserat sintetis dan alami.



BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Uraian Umum Beton merupakan bahan campuran yang terdiri dari agregat kasar

dan halus yang dicampur dengan air dan semen sebagai bahan pengikat

dan pengisi antara agregat kasar dan halus, dan kadang-kadang ditambah

dengan bahan tambahan bila diperlukan (Neville, 1981). Beton

mempunyai kuat desak yang besar, tetapi kuat tariknya relatif rendah,

sehingga beton mudah retak (Park dan Paulay, 1975). Salah satu usaha

untuk memecahkan masalah tersebut adalah dengan menambahkan serat

ke dalam adukan beton (Susilorini dan Suwarno,2001).

Beberapa tahun terakhir ini, beton serat makin banyak diminati,

dan saat ini ada banyak penelitian tentang beton yang sedang dilakukan.

Bahan serat yang digunakan dari baja, plastik, kaca, dan lain-lain.

Berbagai eksperimen telah menunjukkan bahwa penambahan serat

seperti ini dalam jumlah yang memadai yakni sekitar 1-5% ke dalam

beton konvensional (Balaguru dan Shah, 1992), sehingga dapat

meningkatkan kuat tarik beton secara signifikan (Sudarmoko, 1993).

2.2 Beton 2.2.1 Bahan dasar

Bahan dasar beton terdiri atas semen, agregat, air, dan bahan

tambah bila diperlukan (SKSNI T 15-1990-03). Perbandingan tersebut

mengacu pada standar American Concrete Institute (ACI), atau Road

Note No.4 yang diperbarui dengan The British Mix Design Method atau

lebih dikenal dengan Departemen Of Environment (DOE), atau

campuran coba-coba (Tjokrodimuljo, 1996). Kajian mengenai bahan

dasar beton akan disajikan sebagai berikut:



5

2.2.1.1 Semen Tabel 2.2.1 Perkiraan komposisi oksida semen portland

Sumber : Neville, 1981 Oksidasi Jumlah ( % )

CaO 60 67

SiO2 17 25

Al2O3 3 8

Fe2O3 0,5 6.0

MgO 0,1 4.0

Alkali ( K2O + Na2O) 0,2 1,3

SO3 1 3

Bahan dasar semen ialah batu kapur dan tanah liat dari alam

yang memiliki berbagai oksida (Neville, 1981). Standar Industri

Indonesia (SII) 0013-1981 mendefinisikan bahwa semen portland

ialah semen hidrolis, dibuat dengan menghaluskan klinker yang

mengandung silikat kalsium (bersifat hidrolis), dan gips. Semen

terdiri dari 4 senyawa pokok, yaitu : (a) trikalsium silikat (3

CaO.SiO2) atau C3S, (b) dikalsium silikat (2 CaO.SiO2) atau C2S,

(c) trikalsium aluminat (3 CaO.Al2O3) atau C3A, (d) tetrakalsium

aluminoferit (4 CaO.Al2O3.Fe2O3) atau C4AF. Kalsium silikat

bereaksi dengan air menghasilkan kalsium silikat hidrat (calsium

silicate hydrate atau C-S-H) dan kalsium hidroksida.

2 (3 CaO.SiO2) + 6 H2O 3 CaO.SiO2.3 H2O + 3Ca (OH)2

2 (2 CaO.SiO2) + 4 H2O 3 CaO.2 SiO2.2 H2O + Ca (OH)2

C-S-H padat berongga yang belum sempurna disebut tobermorite.

Jumlah tobermorite gel 70% dari semen. Ca (OH)2 bersifat basa

kuat (pH=12,5), sehingga mencegah korosi baja tulangan dalam

beton. Reaksi C3A dengan air, diikuti dengan kenaikan kuat tekan

pasta (flash set), hidrasi C3A menghasilkan kalsium sulpho



6

aluminat dan kalsium aluminat hidrat. Reaksi C3A dengan gypsum

(CaSO4.2H2O) menghasilkan kalsium sulfo aluminat (3CaO.Al2O3)

berbentuk kristal jarum atau ettringate, reaksi tersebut akhirnya

menghasilkan kalsium aluminat hidrat berbentuk kristal kubus.

2.2.1.2 Agregat Jumlah agregat dalam beton 60-80% dari volume beton

(Tjokrodimuljo, 1996). Butiran agregat diameter kecil mengisi

ruang antara agregat besar sehingga menjadi satu kesatuan massa

beton yang utuh dan kompak.

Tabel 2.2.2 Batas gradasi agregat halus Sumber : Tjokrodimuljo, 1996

Lubang ayakan (mm)

Daerah pasir

I Kasar

II agak kasar

III agak halus

IV Halus

4,8 90 100 90 100 90 - 100 95 - 100

2,4 60 95 75 100 85 - 100 95 - 100

1,2 30 70 55 90 75 - 100 90 - 100

0,6 15 34 35 59 60 - 79 80 - 100

0,3 5 20 8 30 12 - 40 15 - 50

0,15 0 -10 0 10 0 10 0 -15

SII.0052 tentang mutu dan cara uji agregat beton syarat agregat

halus atau pasir menyatakan bahwa : modulus halus butir 1,5

sampai 3,8, kadar lumpur atau bagian yang lebih kecil dari 70

mikron (0,074 mm) maksimum 5%, kadar zat organik dalam pasir

diketahui dengan mencampur campuran pasir air dan natrium

sulftat 3%. Kadarnya baik jika warna larutan lebih muda daripada

warna standar, kekerasan butiran pasir kurang dari 2 kali kekerasan

pasir kwarsa, kekekalan butiran pasir (jika diuji dengan natrium

sulfat bagian yang hancur maksimum 10%, dan jika dipakai

magnesium sulfat, maksimum 15%).



7

Agregat kasar berdiameter lebih besar dari 4,80 mm,

berasal dari batu alam (kerikil atau batu pecah) atau agregat buatan.

Kekerasan agregat berpengaruh pada kuat desak beton karena 75%

dari volume beton diisi oleh agregat. Faktor pemilihan agregat

ialah : permukaan dan bentuk agregat, dan gradasi agregat

2.2.1.3 Air Air merupakan bahan dasar penyusun beton, yang

diperlukan untuk bereaksi dengan semen dan melumasi butiran

agregat agar mudah dikerjakan, dicetak, dipadatkan dan, diangkut

(Tjokrodimuljo, 1996). Proses hidrasi memerlukan air sejumlah

25% dari berat semen. Penambahan air yang berlebihan dapat

mengurangi kekuatan matrik, karena berpori sehingga kuat desak

lebih kecil, serta bleeding. Syarat air untuk beton adalah air yang

menghasilkan kuat tekan beton lebih dari 90% dari kuat tekan

beton dengan air suling (Tjokrodimuljo, 1996).

2.3 Beton Serat ACI (American Concrete Institute) memberikan definisi untuk

beton serat, sebagai suatu konstruksi yang tersusun dari bahan semen,

agregat halus dan kasar serta sejumlah kecil serat. Menurut

Tjokrodimuljo (1996), beton serat ialah bahan komposit yang terdiri dari

beton biasa dan bahan lain yang berupa serat. Serat dalam beton ini

berguna untuk mencegah adanya retak-retak sehingga menjadikan beton

serat lebih daktail daripada beton biasa.

Beberapa sifat-sifat beton dapat diperbaiki dengan penambahan

serat, di antarannya adalah meningkatnya daktilitas, ketahanan, kuat

tarik dan lentur, ketahanan terhadap kelelahan, ketahanan terhadap

pengaruh susutan, ketahanan terhadap abrasi, ketahanan terhadap

pecahan atau fragmentasi, ketahanan terhadap pengelupasan. Berbagai

macam serat yang dapat digunakan untuk memperbaiki sifat-sifat



8

mekanik beton antara lain adalah : serat baja (steel fibre), serat

polipropilene (polypropylene fiber) sejenis plastik mutu tinggi, serat

kaca (glass fiber), serat karbon (carbon fiber), serta serat dari bahan

alami (natural fiber), seperti ijuk, rambut, sabut kelapa, serat goni, dan

serat tumbuh-tumbuhan lainnya.

Penambahan serat pada adukan dapat menimbulkan masalah pada

penyebaran serat (fiber dispersion) dan kelecakan (workability) adukan.

Masalah yang timbul pada penambahan serat disebut balling efect

yaitu sesama serat yang membentuk satu kumpulan, kumpulan tersebut

seperti bola yang mengganggu ikatan matrik. Fiber dispersion dapat

diatasi dengan memberikan bahan tambahan berupa superplastizer

ataupun dengan meminimalkan diameter agregat maksimum, sedangkan

pada workability adukan beton dapat dilakukan dengan modifikasi

terhadap faktor-faktor yang mempengaruhi kelecakan adukan beton

yaitu nilai f.a.s, jumlah kehalusan butiran semen, gradasi campuran pasir

dan kerikil, tipe butiran agregat, diameter agregat maksimum serta

bahan tambah.

2.4 Pengertian Serat Serat merupakan bahan tambah yang dapat digunakan untuk

memperbaiki sifat beton (Tjkrodimuljo1992). Serat memiliki peranan

yang penting dalam komposit karena menentukan kinerja komposit

secara keseluruhan (Balaguru dan Shah, 1992; Li, 2002a,b). Kinerja

antar muka (Interface) antara serat dan matrik sangat ditentukan oleh

kinerja serat, karena istilah lain untuk mempresentasikan antar muka

adalah zona transisi antar muka, ZTA (Interfacial Transition Zona)

(Bentur, et. al, 1996) .

Perkembangan serat dimulai pada tahun 1960-an, dengan

diterapkannya aplikasi serat anorganik sebagai tambahan pada beton,

yaitu serat baja lurus (Balaguru dan Shah, 1992; Li, 2002). Cina dan

Jepang juga telah mulai menggunakan serat tumbuhan sebagai perkuatan



9

pada awal kebangkitan konstruksi perumahan (Li, 2002). Sejak tahun

1970-an, serat polimer sintetis mulai digunakan secara komersial dengan

tujuan antara lain sebagai kontrol retak awal. Inovasi ini diikuti aplikasi

serat kaca yang tahan terhadap alkali, pada tahun 1980-an sampai

dengan tahun 1990-an serat karbon mulai digunakan karena memiliki

kuat tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan serat

polimer sintetis (Balaguru dan Shah, 1992; Li, 2002a,b).

2.4.1 Serat sitetis Serat polimer sintetis (synthetic polymeric fiber) atau biasa

disebut serat sintetis adalah serat yang dibuat oleh manusia dari

hasil riset dan pengembangan dalam industri petrokimia dan tekstil

(Balaguru dan Shah, 1992). Terdapat dua bentuk serat fisik, yaitu :

serat filamen tunggal dan serat yang dihasilkan dari pita filamen.

Saat ini terdapat dua volume serat sintetis yang berbeda yang

digunakan dalam aplikasi yaitu: prosentase volume rendah (0,1%

sampai 0,3%) dan prosentase volume tinggi (0,4% sampai 0,8%)

(Cement and Concrete Institute, 2001). Sebagian besar aplikasi

serat sintetis memiliki volume 0,1%. Pada tingkat ini, kekuatan

beton dan karakteristiknya tidak berpengaruh karena retakan bisa

dikendalikan(Cement and Concrete Institute, 2001). Serat sintetis

telah banyak digunakan sebagai perkuatan dalam struktur beton.

Serat yang termasuk dalam golongan serat sintetis antara lain:

Polypropylene, polyethylene, polyester, nylon, aramid, acrylic dan

PVA (Balaguru dan Shah, 1992), sifat-sifat spesifik serat sintetis

ditunjukkan pada tabel 2.4 (Cement and Concrete Institute, 2001).



10

Tabel 2.4.1 : Sifat dan jenis serat sintetis (Sumber : Cement and Concrete Institute, 2001

2.4.1.1 Serat Acrylic Serat acrylic adalah serat yang mengandung sedikit

85% akrylonitril. Serat ini mempunyai modulus elastisitas

serta kerapuhannya lebih tinggi dari pada serat polimerik

lainnya (Balaguru dan Shah, 1992). Serat acrylic digunakan

untuk menggantikan serat asbestos didalam, dan banyak

produk beton berpenguat berserat (Cement and Conrete

Institute, 2001).



11

2.4.1.2 Serat Aramid Serat ini mampu meningkatkan sifat-sifat mekanik

FRC, karena modulus elastisitasnya yang tinggi termasuk

regang dan kekuatan (Balaguru dan Shah, 1992). Serat aramid

dua kali lebih kuat dari serat kaca dan lima kali lebih kuat

dari serat baja, per satuan massa. Harga serat aramid relatif

mahal. Beton yang diperkuat serat aramid terutama digunakan

sebagai pengganti semen asbestos untuk aplikasi kekuatan

tinggi (dan Concrete Institute, 2001).

2.4.1.3 Serat Karbon Serat karbon jauh lebih mahal dari tipe-tipe serat lain.

Oleh karena itu penggunaannya sangat terbatas. Serat karbon

diproduksi dengan karbonisasi bahan organik yang sesuai

dalam bentuk karbon pada temperatur tinggi dan kemudian

menggabungkan kristal-kristal gift yang dihasilkan dengan

hot stretching (Cement and Concrete Institute, 2001). Serat

karbon yang terbuat dari minyak jauh lebih mahal dari pada

serat karbon konvensional yang terbuat dari bahan berserat.

Serat karbon tersedia dalam jenis utuh dalam bentuk potongan

serat. Serat karbon mempunyai kekuatan regangan dan

modulus elastisitas yang tinggi dan karakteristik tegangan

regangan yang rapuh. (Cement and Concrete Institute, 2001).

2.4.1.4 Serat Nylon Serat memiliki peranan penting dalam kinerja Komposit

Sementitis Berserat (fiber-reinforced cementitious composite),

KSB, secara keseluruhan. Perilaku lekatan antara serat dan matriks

pada antar-muka dapat ditinjau melalui uji cabut-serat. Kajian

perilaku antar muka dan transfer tegangan antara serat dan matriks

memiliki peranan penting dalam menentukan keseluruhan sifat-



12

sifat komposit, menyeleksi unsur-unsur pokok dalam komposit,

dan memprediksi kegagalan struktur komposit (Sun dan Lin,

2001). Kajian tentang model-model cabut-serat terdahulu yang

sebagian besar memakai serat baja mengemukakan bekerjanya

tegangan geser dan tegangan geser-gesek di sepanjang zona

terlepas. Perlu diketahui bahwa material baja memiliki angka

Poisson yang relatif rendah yaitu sekitar 0,27-0,3 (Gere dan

Timoshenko, 1997) sehingga akan sangat berbeda implikasinya

pada analisis cabut-serat bila serat nylon atau serat sintesis yang

berangka Poisson tinggi (sekitar 0,4-0,5)

Serat nylon merupakan nama generik dari polyamide

(Hummel, 1998), termasuk jenis material polimer

thermoplastic yang mempunyai kinerja tegangan regangan,

seperti halnya serat polimer lain (rayon, bakelite, dan serat

polimer tinggi lainnya), nylon memiliki struktur berhelai-helai

(filamentous) dan berserat-serat (fibrous) dengan rantai

molekul yang panjang (Nadai, 1950).

Serat nylon terbuat dari bahan nylon, bahan tersebut

tersedia dalam bermacam-macam bentuk. Serat ini tersedia

dalam bentuk yang sangat kecil, helaian serat ini perpoundnya

berjumlah sekitar 35 juta helai sedangkan panjang helainnya

sekitar 25 in/19mm (Balaguru dan Shah, 1992). Nylon stabil

terhadap panas, hidrofilis lembam dan resistan terhadap

sejumlah material. Nylon sangat efektif untuk menambah

resistensi terhadap tumbukan dan kekuatan serta

mempertahankan dan meningkatkan kapasitas beban beton

setelah retak pertama (Cement and Concrete Institute, 2001).

Serat nylon memiliki sifat licin pada permukaannya, di

samping itu kinerjanya sangat dipengaruhi oleh angka Poisson

(Susilorini, 2007a). Oleh sebab itu diasumsikan tidak terjadi geser

di sepanjang serat terlepas pada proses cabut-serat. Geser hanya



13

terjadi di sepanjang serat tertanam sehingga serat dan matriks tetap

dalam keadaan komposit). Kurva relasi P- (beban-perpindahan)

dan - (tegangan-regangan) uji tarik serat nylon memperlihatkan

fenomena bergerigi yang dapat dijelaskan oleh fenomena

perpanjangan titik leleh tersebut di atas. Adanya peningkatan beban

diikuti oleh penurunan beban merupakan implikasi fenomena

perpanjangan titik leleh akibat sifat viskusitas material nylon.

Averett (2004) menyampaikan hasil uji tarik serat nylon 6.6

dengan fenomena bergerigi yang juga dijumpai pada kurva relasi

P- (beban-perpindahan) dan - (tegangan-regangan) Kajian

tentang model-model cabut-serat terdahulu yang sebagian besar

memakai serat baja mengemukakan bekerjanya tegangan geser dan

tegangan geser-gesek di sepanjang zona terlepas. Perlu dicatat

bahwa material baja memiliki angka Poisson yang relatif rendah

yaitu sekitar 0.27-0.3 (Gere dan Timoshenko, 1997) sehingga akan

sangat berbeda implikasinya pada analisis cabut-serat bila serat

nylon atau serat sintesis yang berangka Poisson tinggi (sekitar 0.4-

0.5).

Gambar 2.1 Deskripsi permasalahan cabut-serat

(Sumber :Susilorini, 2007a,b)

P matriks

zona terlepas

serat

panjang serat tertanam, lf panjang terlepas, l2

Perpindahan ujung serat



14

Permasalahan cabut-serat dapat disajikan seperti pada

Gambar 4.3 di atas (Susilorini, 2007a,b). Suatu serat tertanam

dalam matriks dan dikerjakan beban tarik P sehingga terjadi

perpindahan ujungserat besar . Gambar 1 memperlihatkan adanya

zona terlepas dengan panjang terlepas l2. Panjang terlepas l2

tersebut disebabkan oleh adanya panjang retak stabil di dalam

matriks akibat proses fraktur selama berlangsungnya cabut-serat.

Panjang retak stabil tersebut pada kenyataannya adalah sangat sulit

untuk diukur. Penelitian-penelitian terdahulu tentang masalah

cabut-serat mengindikasikan bahwa belum ada peneliti yang

memberikan pendekatan panjang retak stabil di dalam matriks.

(Susilorini, 2007a,b). Pada masalah cabut serat (Susilorini 2007a),

hasil uji eksperimental menunjukkan nilai modulus elastisitas pasta

semen= 2849 MPa dengan perbandingan matriks sementitis 1:1:0,6

antara semen : pasir : air dan mempunyai angka poisson ()= 0,23,

sedangkan untuk serat nylon mempunyai modulus elastisitas

sebesar= 2416,92 MPa, angka poisson ()= 0,47, perpanjangan

(elongation) = 0,8640, dan berat jenis= 13,33780 N/m3 (Susilorini,

2007a).

2.4.1.5 Serat Polyester Serat polyester tersedia dalam bentuk filamen tunggal

dan termasuk di dalam kelompok polyester termoplastis

(Cement and Concrete Institute, 2001). Serat ini terbuat dari

monomer ethil asetat (Balaguru dan Shah, 1992), bentuk fisik

dan kandungan kimiannya dapat berubah-ubah secara

substansial dengan mengubah teknik pembuatannya (Balaguru

dan Shah, 1992). Serat ini sensitif terhadap temperatur dengan

temperatur di atas temperatur kerja normal dan sifatnya

berubah-ubah. Serat polyester bersifat hidrofobik, serat

polyester ini digunakan dalam kandungan rendah (0,1%



15

volume) untuk mencegah retak akibat penyusutan plastis pada

beton (Cement and Concrete Institute, 2001).

2.4.1.6 Serat Polythylene Serat polythylene diproduksi dalam bentuk filamen

tunggal dengan deformasi permukaan wart like (Cement and

Conrete Institute, 2001) dan mempunyai bentuk yang panjang

normal (0,5 2 in, 12 50 mm) dan dalam bentuk bubuk

(Balaguru dan Shah, 1992). Polythylene dalam bentuk pulp

bisa digunakan sebagai pengganti serat asbestos (Cement and

Concrete Institute,2001). Serat ini juga dapat digunakan

sebagai campuran semen untuk memperbaiki saluran, goresan-

goresan dan bahan yang bedaya rekat rendah.

2.4.1.7 Serat Polypropylene Serat polypropylene tersedia dalam bentuk filamen

tunggal dan mempunyai panjang 0,25 2 in (6 50 mm)

dengan tampang melingkar yang dapat dipotong-potong sesuai

yang diinginkan, serat ini juga tersedia dalam bentuk bubuk

yang memiliki daya rentang lebih rendah dari polythylene

bubuk (Balaguru dan Shah, 1992). Serat polypropylene

pertama kali digunakan untuk memperkuat beton pada tahun

1960-an. Polypropylene adalah polimer hidrokarbon sintesis

yang seratnya dipakai untuk proses instrusi dengan hot

drawing material melewati bahan celup. Serat ini bersifat

hidrofobik sehingga mempunyai kekurangan berupa

karakteristik ikatan yang buruk dengan matrik semen, titik

lebur yang rendah, mudah terbakar, dan modulus elastis rendah

(Cement and Concrete Institute, 2001).



16

2.4.2 Serat alami Serat alami digunakan untuk berbagai kebutuhan manusia

(Hummel, 1998). Pada tahun 1980-an dimulai upaya untuk

membuat serat sutra sintetis dari serat selulosa (yang diperoleh

melalui pelarutan kayu lunak), disebut viscose atau rayon

(ditemukan oleh JW. Swan dari Inggris pada tahun 1879 dan

dimulai dipabrikasi di Jerman tahun 1910) (Hummel, 1998).

Material serat alami dapat diperoleh dengan harga yang

terjangkau dan tingkat penggunaan energinya rendah dengan

memanfaatkan teknologi dan sumber daya lokal. Penggunaan serat

alami sebagai salah satu bentuk untuk memperkuat beton adalah

hal yang sangat menarik untuk diimplementasikan di wilayah yang

belum maju, bila material kontruksi konvensional tidak langsung

tersedia atau harganya yang terlalu mahal (Cement and Concrete

Institute, 2001). Beton serat telah banyak digunakan untuk

membuat genting, lembaran bergelombang, pipa-pipa, gudang, dan

tangk-tangki. Semen yang diperkuat dengan serat selulosa kayu

mempunyai kegunaan komersial di dalam pembuatan lembaran datar

dan bergelombang dan pipa-pipa tidak bertekanan (Cement and

Concrete Institute, 2001). Sifat-sifat khas dari serat alami

ditunjukan pada tabel 2.5.



17

Tabel 2.4.2. : Sifat-sifat serat alami

(Sumber : Cement dan Concrete Institute, 2001)

Serat alami dibagi dalam 2 kategori yaitu serat alami

diproses dan serat alami tanpa proses (Cement and Concrete

Institute, 2001). Serat alami yang diproses adalah serat selulosa

kayu. Selulosa kayu merupakan serat alami yang paling banyak

digunakan, biasanya diperoleh dengan menggunakan proses kraft.

Proses ini meliputi perebusan potongan kayu dalam larutan sodium

hidroksida, sodium karbonat dan sodium sulfida. Selulosa kayu

mempunyai sifat- sifat mekanis yang relatif baik dibandingkan

dengan berupa serat buatan manusia lain, seperti polypropylene,

polythylene, polyester dan acrylic (Cement and Concrete Institute,

2001). Serat kayu selulosa dapat mempengaruhi pencampuran

matriks semen. Hal ini dikarenakan adanya pelepasan gula dan

kotoran organik yang lain ke dalam matriks semen dapat

memperlambat atau sama sekali menghalangi pencampuran semen.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa, serat selulosa sekarang

banyak digunakan diberbagai tempat sebagai pengganti asbestos

untuk komposit semen (Cement and Concrete Institute, 2001).

Serat alami lain yang banyak digunakan untuk memperkuat

material beton meliputi serat palma dan serat rumput gajah, serat

yang juga diambil dari batu basal. Serat rumput gajah diambil dari



18

batang rumput gajah yang tumbuh sampai 10 kaki (3 m) dan jumlah

helaian seratnya banyak, serta tajam terikat bersama lignin.

Pengambilan serat ini sulit, akan tetapi serat ini secara dimensional

stabil dibawah kondisi cuaca yang berbeda dan bersifat melawan

alkali (Balaguru dan Shah, 1992).

2.4.2.1 Ampas Tebu Serat ampas tebu menjadi material yang berserat

setelah penyaringan sari buah dari pohonnya. Ampas tebu

mempunyai kandungan serat sekitar 50%. Sifat fisik serat

ini tergantung pada variasi dari pohon tebu, dan efisiensi

dari penggilingan tumbuhan (Balaguru dan Shah, 1992).

2.4.2.2 Kayu Serat kayu memegang porsi terbesar dari pemakaian

serat alami yang digunakan dalam beton diseluruh dunia

(Balaguru dan Shah, 1992). Penggunaan serat kayu dalam

campuran semen Portland yang digunakan sebagai pengganti

serat untuk serat asbes. Keuntungan dari serat kayu adalah

memiliki kuat tarik tinggi, dan modulus elastisitas tinggi.

Kerugian utamanya adalah sifat mudah rusak dan

pembusukan di lingkungan yang bersifat alkali. Penelitian-

penelitian terbaru telah mampu mengenali metoda dan

proses untuk memperkecil disintegrasi serat di suatu

lingkungan yang bersifat alkali (Balaguru dan Shah, 1992).

2.4.2.3 Bambu Serat bambu termasuk dalam anggota rumput, serat

bambu tumbuh di daerah tropis dan sub tropis. Tumbuhan

ini dapat tumbuh dengan ketinggian 15 m. Tangkainya

mempunyai sambungan pada masing- masing ruas, diameter



19

batangnya antara 0,4 sampai 4,0 inci (1 sampai 10 cm).

Teknik yang digunakan untuk mengambil serat dari bambu

harus menggunakan teknis khusus. Serat bambu mempunyai

tegangan yang kuat, tetapi modulus elastisitasnya rendah

dan cenderung untuk menyerap air serta memberi pengaruh

kurang baik yang terkandung dalam serat selama proses

pengawetan (Balaguru dan Shah, 1992).

2.4.2.4 Serat Kelapa Serat kelapa mempunyai sekam berserat pada bagian

luarnya, serat kelapa yang sering disebut sabut, dapat

diambil dengan hanya merendam sekam dalam air atau

sebagai alternatif lain diproses dengan mekanik. Serat yang

pendek ini (hanya beberapa inci saja) digunakan untuk

pembuatan tali selama berabad-abad. Sabut mempunyai

modulus elastisitas rendah dan juga sensitif terhadap

perubahan kelembaman (Balaguru dan Shah, 1992).

2.4.2.5 Serat Rami dan Serat Tumbuhan Lain Serat rami ditanam sebagian besar untuk diambil

seratnya. Serat rami memiliki modulus elastisitas yang

tinggi. Selain serat rami dapat diambil dari tumbuhan lain

seperti rumput gajah, alang-alang air, pisang raja dan

musamba, dari semua serat itu bisa digunakan untuk

memperkuat beton (Balaguru dan Shah,1992).

2.4.2.6 Serat Goni Goni ditanam untuk diambil seratnya. Sebagian besar

goni ditanam di daerah Bangladesh, China, India dan

Thailand. Tumbuhan goni dapat tumbuh sampai ketinggian 8



20

kaki (2,4 m) dengan diameter tangkai yang normalnya

kurang dari 1 inci (25 mm). Karena tumbuhan ini berserat,

untuk mengambil seratnya dapat diambil dari tangkai

dengan hanya merendam didalam air sekitar empat minggu.

Hal ini dilakukan agar dapat melenturkan seratnya. Serat

kemudian diambil dengan tangan dan dikeringkan. Baru-

baru ini peralatan mekanik telah digunakan untuk

pengambilan serat goni (Balaguru dan Shah, 1992).

2.4.2.7 Serat Sisal Sejumlah peneliti dari Australia dan Swedia sudah

mempelajari tentang sifat semen campuran yang dibuat dari

serat sisal. Serat ini diambil dari daun-daun Agave Sisalana,

terutama dibuat dari hemiselulose, lignin, dan pektin. Serat

sisal ini relatif kuat dan tahan lama dilingkungan yang

bersifat alkali (Balaguru dan Shah, 1992).

2.4 Pengertian Beton atau KSB (Komposit Sementitis Berserat) Komposit yang memiliki serat sebagai salah satu unsur

penyusunnya disebut Komposit Sementitis Berserat (Fiber-reinforced

Cementitious Composite) (Susilorini, 2007a). KSB digunakan pada

struktur perkerasan dan lantai industri. Pada tahun-tahun selanjutnya

memperlihatkan bahwa KSB (komposit sementitis berserat) mulai

digunakan pada jembatan terowongan dan kanal, struktur hidrolis, pipa,

struktur bahan ledak, dan lain-lain (Balaguru dan Shah, 1992; Li,

2002a,b).

KSB dibedakan menurut karakteristik tegangan regangan dan

respon pasca retaknya (Susilorini, 2007a) seperti yang disajikan pada

gambar 2.1 , meliputi beton tanpa serat dan beton serat (Fiber reinforced

concrete, FRC), serta komposit sementitis kinerja tinggi (High

Performance Fiber Reinforced Fiber Reinforced Cementitious



21

Composite, HPFRCC). Beton serat kinerja tinggi sering disebut

Komposit Sementitis Terekayasa, KST, atau disebut ECC (Engineered

cementitious composites) (Fischer dan Li, 2004). KST dikategorikan

sebagai KSB dengan perilaku deformasi pengerasan regangan (Stang

dan Li, 2004) atau pelunakan regangan yang terus berkembang, antara

lain dengan jenis pemodelan analitis (Kabele, 2003) dan pemodelan

mekanika- mikro (Li, Wu dan Chan 1996), serta desain dan aplikasi

tegangan lebar.

Gambar 2.2 Karakteristik tegangan regangan tarik pada bahan sementitis

(Sumber : Fischer dan Li, 2004 ; Susilorini 2007a)

Kinerja zona transisi antar muka (interfacial transition zone)

ZTA, yang merupakan lapisan pembatas tipis (50 - 100 m) yang

memisahkan serat dan matrik pada komposit sementitis berserat dan

sangat tergantung pada geometri serat (Bentur, et. al, 1996), serat dapat

digolongkan menjadi : (a) serat makro (penampang serat lebih besar dari

penampang butiran semen, diameter penampang berkisar 0,1 - 1m), (b)

serat mikro (diameter penampang berkisar 5 40 m) dan (c) serat bundel



22

(bundled fiber), biasanya berupa strands yang terdiri dari ratusan atau

ribuan helai serat mikro yang dijadikan satu, kadang-kadang jenis serat

ini dapat terlarut menjadi serat mikro helai tunggal. Pemisahan antara

serat dan matrik pada serat makro baja ditunjukkan pada gambar 2.2.

Untuk memperkaya efisiensi lekatan pada ZTA (zona transisi antar

muka), diupayakan kepadatan struktur mikro ZTA meningkat, dengan

ditambahkan silica fume, digunakan serat yang terlarut, dan lain-lain

(Li, Wang, dan Becker, 1990, 1991). Beberapa hal yang perlu

diperhatikan dalam implementasi serat yang efektif pada beton yang

mengeras antara lain (Cement and Concrete Institute, 2001) :

a. Serat harus lebih kaku dari matriks, yaitu modulus elastisitasnya

lebih tinggi.

b. Muatan serat per volume harus memadai.

c. Harus ada ikatan antara matriks serat yang kuat

d. Panjang serat harus memadai

e. Serat harus mempunyai aspek rasio yang tinggi, yaitu harus cukup

panjang, relatif terhadap diameternya.

Gambar 2.3 Struktur ZTA pada serat mikro baja (Sumber : Bentur, et. al, 1996 ; Susilorini, 2007a



23

2.5.1 Kinerja Zona Antar Muka (ZTA) Matriks Serat Bentur, et. al, (1996) memberi pengertian tentang

mekanisme ikatan FRC untuk studi analitis dan eksperimental

terbaru. Karakteristik ikatan tidak dapat diperhitungkan begitu

saja hanya dengan mempertimbangkan kekuatan ikatan antar

muka dari serat. Pertimbangan sejumlah faktor tambahan lain

sangat berpengaruh seperti efek pembengkokan (mempengaruhi

efisiensi orientasi), tegangan lateral dan karakteristik khusus dari

strukur mikro antar muka

Dengan demikian, faktor-faktor tersebut harus dimasukkan

dalam pendekatan menyeluruh untuk menigkatkan kinerja FRC.

Pengaruh antar muka pada komposit serat mempunyai peran yang

sangat penting dalam mengendalikan kinerja material secara

keseluruhan.

2.5.2 Kinerja Mikro Dari Zona Transisi Antar Muka (ZTA) Menurut Bentur, et. al, (1996), (ZTA) dalam komposit

semen, baik dengan serat atau tambahan bahan lain, matriks yang

ada di dekat daerah masukan dapat berbeda struktur mikronya

dari matriks semen secara keseluruhan. Hal ini bisa dilihat

dengan lebar yang bisa sampai 50 100 m, dan struktur mikro

didalamnya yang tidak seragam. Zona transisi antar muka (ZTA)

digunakan untuk membedakan dengan komposit lain (misalnya,

matriks keramik dan polimer), karena ZTA dapat dianggap

sebagai lapisan batas yang tipis, dan memisahkan serat dengan

matriks yang biasanya diberi istilah umum Ikatan. ZTA pada

FRC mempunyai berbagai macam tipe morfologi, tergantung

pada komposisi serat, geometri, perlakuan permukaan, komposisi

matriks dan pemrosesan komposit di dalam produksi.



24

2.5.3 Kinerja Serat Makro Struktur mikro ZTA serat makro hampir mirip yang terdapat

pada beton (Bentur. et. al, 1996) dengan ciri-cirinya mempunyai

porositas yang tinggi dan deposit kalsium hidroksida (CH). dalam

jumlah besar.

Pada kedua sistem ini pembentukannya terjadi karena akibat

dari efek wall dan semen tidak efisien didalam campuran yang

jauh lebih besar. Uji kekerasan untuk menghitung kekerasan

retakan antar muka menunjukkan zona ini jauh lebih kecil

daripada yang terdapat didalam matriks keseluruhan. Hal ini

mengindikasikan bahwa ikatan lemah berdasarkan fitur-fitur

strukur mikro. Struktur mikro ZTA memiliki kelemahan sehingga

perlu upaya memodifikasi guna meningkatkan efisiensi ikatan.

Pengeringan dilakukan secara kontinyu diharapkan sangat efektif

untuk mempertebal struktur mikro ZTA dengan penambahan

waktu pengeringan dari 14 hari menjadi 28 hari guna

meningkatkan kekuatan dan kekakuan ikatan antar muka sampai

dua kali lipat seperti yang telah diuji dengan uji tarikan keluar.



Pengumpulan Pustaka (buku teks, jurnal, prosiding, disertasi)

Telaah tentang sifat sifat (properties) serat

Kajian tentang kinerja beton atau KSB

Kinerja beton atau KS berserat Sintetis

Kinerja beton atau KS berserat alami

Kesimpulan dan saran

Mulai

Selesai

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian Tugas akhir ini merupakan sebuah studi pustaka, dengan alir

penelitian sebagai berikut:

Gambar 3.1 Diagram Alir penelitian

Pemetaan (mapping) kinerja beton atau KS berserat

Sintetis dan alami

OK

TIDAK OK



26

3.2 Jalannya Penelitian Pada diagram alir penelitian di atas dijelaskan beberapa jalannya

penelitian antara lain:

1. Pengumpulan pustaka

Pengumpulan pustaka ini didapatkan dari buku teks, jurnal,

porosiding dan disertasi mengenai serat untuk campuran beton dari

beberapa peneliti yang pernah melakukan penelitian. Dengan

adanya pustaka yang sudah dikumpulkan dapat mempermudah

untuk membahas beberapa hasil penelitian, yang diharapkan bisa

memp[eroleh kajian tentang aplikasi serat untuk campuran beton.

2. Menelaah tentang sifat-sifat (properties) serat

Untuk memperoleh pemahaman yang lebih jelas maka

dilakukan telaah tentang sifat-sifat (properties) serat agar dapat

mengetahui sifat-sifat serat sebagai campuran beton.

3. Kajian tentang kinerja beton atau KSB meliputi kinerja beton serat

sintetis dan serat alami

Dengan adanya pustaka yang sudah diperoleh didapatkan

beberapa pembahasan mengenai kinerja beton atau KSB serta

kinerja beton serat sintetis dan alami

4. Pemetaan (mapping) kinerja beton atau KS berserat sintetis dan

alami

Pada tahap ini dilakukan pemetaan (mapping) kinerja beton

KS berserat sintetis dan alami yang lebih mendalam dan lebih jelas

untuk mendapatkan hasil yang lebih baik lagi.

5. Kesimpulan dan saran

Setelah melakukan pembahasan yang lebih mendalam

barulah diambil kesimpulan tentang kinerja serat sebagai campuran

beton dan memberi saran yang lebih baik untuk masa yang akan

datang.



BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Sifat-sifat atau Properties Serat

Interaksi antara serat dan matriks mempengaruhi kinerja (performance)

material komposit serat berbentuk semen. Pengertian interaksi ini diperlukan

untuk memperkirakan kontribusi serat dan untuk memprediksi perilaku

komposit (Balaguru dan Shah, 1992). Beberapa peneliti telah mempelajari

berbagai aspek interaksi ini. Beragam faktor Berikut ini adalah parameter

penting (utama) yang mempengaruhi interaksi serat dengan matrik.

a. Kondisi matriks: retak atau tidak retak

b. Komposisi matriks

c. Geometri serat

d. Jenis serat : sebagai contoh, baja, polimer, mineral, atau serat yang terjadi

secara alamiah

e. Ciri-ciri permukaan serat

f. Kekakuan serat dibandingkan dengan kekakuan matriks

g. Orientasi serat: distribusinya yang lurus (rata) dibandingkan dengan

distribusi yang acak.

h. Volume pecahan serat

i. Tingkat pembebanan

j. Ketahanan serat dalam komposit dan dampak jangka panjang.

Dengan adanya interaksi yang ada diantara parameter-parameter ini,

model teoritis yang ada yang berkaitan dengannya hanya pada tahap terbatas

(Balaguru dan Shah, 1992).

4.1.1 Interaksi Serat dengan Matriks Tak Retak Homogen

Interaksi jenis ini terjadi di dalam hampir semua komposit selama

tahap awal pembebanan (loading). Interaksi serat dengan matriks yang

tak retak kurang penting dalam penerapan praktis (Balaguru dan Shah,

1992). Studi mengenai interaksi ini benar-benar menghasilkan informasi



28

yang sangat berguna untuk memahami perilaku secara keseluruhan dari

komposit tersebut sistem serat dan matriks sederhana yang berisi serat

tunggal ditunjukkan di dalam Gambar 4.1 Di dalam tahap yang tidak

dibebani (unloaded), tekanan di dalam kedua matriks tersebut dan serat

diasumsikan menjadi nol (Gambar 4.1.a, adanya beban tarik (tensile)

maupun beban tekan pada komposit dan perubahan suhu pada komposit

deformasi yang bersesuaian (Balaguru dan Shah, 1992). Dalam kasus

matriks semen, hidrasi semen akan gaya tekan di dalam matrik maupun

serat. Ketika beban bekerja pada matriks tersebut, bagian dari beban itu

dipindahkan pada serat tersebut di sepanjang permukaannya.

Perbedaan kekakuan antara serat dan matriks (Balaguru dan Shah,

1992), akan membantu memindahkan sebagian dari beban dan pada

serat . Dengan demikian serat tersebut lebih kaku daripada matriks, dan

deformasi pada serat dan disekitar serat akan lebih kecil, sebagaimana

ditunjukkan dalam Gambar 4.1b dan 4.1.c Jika modulus serat lebih kecil

daripada modulus elastisitas matriks, maka deformasi disekitar serat

akan lebih tinggi (Balaguru dan Shah, 192).

Pemindahan gaya tekan elastis ada di dalam komposit yang tidak

retak sepanjang matriks tersebut dan serat tersebut berada di dalam

jangkah (range) regangan elastis. Respon tegangan-regangan dari

matriks tersebut dapat menunjukkan nonlinearitas dan perilaku inelastis

sebelum terjadinya fraktur.

(a) (b) (c)

Gambar 4.1 Interaksi Serat-Matriks, Matriks Tak Retak: (A) Matriks Tanpa Pembebanan; (b) Tegangan; (c) Kompresi.

(Sumber : Balaguru dan Shah, 1992)

Matrik

Serat

Kontur deformasi



29

4.1.2 Interaksi Serat dalam Matriks yang Retak

Ketika komposit yang mengandung serat (fiber) dibebani tegangan

(Gambar 4.2), pada tahap tertentu matriks retak. Jika matriks retak,serat

tersebut membawa beban melintasi retakan tersebut, dan memindahkan

beban dari satu sisi matriks kepada sisi lainnya. Dalam praktiknya,

beberapa serat akan menjembatani patahan tersebut, yang memindahkan

beban melintasi patahan. Jika serat dapat memindahkan beban yang

cukup yang dapat melintasi retakan tersebut, semakin banyak retakan

akan terbentuk disepanjang panjangnya spesimen (Balaguru dan Shah,

1992). Tahap pembebanan ini disebut dengan tahapan multi retak.

sebagian besar penerapan praktis, tahapan patahan ganda (multiple

cracking stage) ini terjadi dibawah kondisi beban layanan.

Masalah-masalah kritis yang ditujukan dalam interaksi serat:

(1) variasi slip-beban,

(2) geometri dan efek orientasi,

(3) bagaimana mengukur tahanan tarik (beban) dari serat tunggal, dan

(4) interaksi serat yang terdistribusi secara acak, sehingga dapat

dilakukan evaluasi perilaku tarik serat ganda.

Gambar 4.2 Interaksi Serat-Matrik, Matriks Retak

(Sumber: Balaguru dan Shah, 1992)

Serat

Matriks

Sintetis atau

organik



30

4.1.3 Teknik Eksperimen untuk Mengevaluasi Ikatan Serat-Matriks

Perilaku ikatan serat-matriks dapat dipelajari dengan menggunakan

pengujian langsung maupun tidak langsung. Untuk pengujian tidak

langsung, komposit diuji dalam hal kinerja tarik (tension) atau lentur

(bending), dan kontribusi serat dievaluasi (Balaguru dan Shah, 1992).

Analisis matematis yang luas digunakan untuk memisahkan tahanan

yang diberikan oleh serat akibat tahanana matriks. Pengujian langsung,

baik serat tunggal atau larik serat paralel dikeluarkan dari matriks

tersebut (Balaguru dan Shah, 1992). Hasil tes dapat digunakan untuk

memperkirakan sifat-sifat antar-muka, kekuatan ikatan rata-rata, dan

perilaku slip-beban (load-slip).

(a) Serat tunggal : panjang penanaman yang pendek ; keterangan gambar:

Serat; Matriks = beton, batuan; Rigid support = penopang kaku (rigid)

(b) Serat tunggal: long embedment length = panjang penanaman besar

Gambar 4.3 Pengaturan (setup) Uji Tarik Serat Tipikal

Serat Tunggal Atau Ganda Untuk Panjangnya Penanaman Pendek Atau Panjang (Sumber : Balaguru dan Shah, 1992)



31

Pengaturan (setup) yang ditunjukkan di dalam Gambar 4.3c, d,

dan e menghasilkan lebih sedikit dampak pengikatan dan lebih sedikit

gangguan selama penarikan serat. Uji ini juga memberikan simulasi yang

lebih baik dari suatu komposit serat yang terkena tarik (tension)

(Balaguru dan Shah, 1992). Lagipula, sulit untuk menggunakan serat

ganda, oleh sebab itu serat-serat tersebut dapat ditanamkan dalam suatu

sudut yang berkaitan dengan arah penarikan.

Hasil yang diperoleh dari uji ini sangat berguna untuk

mengevaluasi komposit serat yang terkena pembebanan dinamis.

Beberapa hal berikut harus dipertimbangkan ketika memilih

pengaturan (setup) untuk uji tarik (Balaguru dan Shah, 1992).

a. Pengaturan tersebut (setup) secara ideal seharusnya dapat

menggambarkan keberadaan serat acak yang terletak di dalam

komposit. Tidak mudah untuk mendapatkan simulasi yang sempurna.

Tetapi, perlu diupayakan untuk menghindari kondisi batasan

disekitar serat dan pertemuan (junction) matrix-fiber yang sangat

berbeda dari apa yang terjadi di dalam komposit yang retak.

b. Dalam banyak kasus, matriks (matrix) di sekitar serat berada dalam

tarik (tension) ketika komposit terkena tarik (tension). Uji tarik yang

mensimulasi kondisi lebih baik.

c. Pengaturan (setup) tersebut seharusnya memberikan pada dirinya

atas penggunaan serat ganda dan miring.

d. Pengaturan (setup) tersebut seharusnya memberikan hasil yang dapat

dihasilkan ulang dengan varian yang masuk akal. Koefisien variasi

untuk uji tarik biasanya tinggi (dalam jangkah 20 sampai 50 persen.

e. Karena sebaran serat acak di dalam komposit yang berbasis semen,

diperlukan pemahaman tentang kinerja penarikan serat miring untuk

memprediksi perilaku komposit. Dua faktor yang memberikan

kontribusi penting terhadap tahanan tarik adalah tahanan geser (shear

resistance) pada antar muka dan kekuatan paku serat. Kekuatan

silang antar muka (interfacial) terutama tergantung pada sifat-sifat



32

matriks, sifat-sifat geometri serat, dan jumlah serat per unit area.

Gerak dowel (efek lengkung dan gesekan serat) tergantung pada

sudut miring dan sifat-sifat serat. Gerakan tersebut merusak matrik

pada retakan dan oleh karena itu serat ganda tidak efektif seperti

serat tunggal.

Tabel 4.1 Hasil Uji Tarik Tipikal

(sumber Balaguru dan Shah, 1992)

Sifat-sifat Matrik Sifat-sifat serat Hasil uji tarik

Ref. Pasir/ semen

Air/ semen

Arah cetakan (tuangan)* Tipe

Panjang tanam

Diameter (mm)

tekanan puncak

(Pa)++

Slip (geseran) pada tekanan puncak

(2.38) 2.5 0.6 PD berlapis kuningan

12.7 0.25 2.6 0.76

(2.39) 3.0 0.5 PD Kekuatan

regangan tinggi

10.2-13.7

0.38 4.04.2 -

(2.40) 2.0 0.5 PD 50.8 1.3 - 2.0 PL 2.3 - 3.0 PD 1.4 - 3.0 PL 2.2 - 4.0 PD 1.6 - 4.0 PL 1.8 - (2.43) 0 0.31 PD kawat

gulungan 30.0 0.64-

0.85 1.5-2.0 -

(2.12) 2.5 0.5 PD 12.5 0.38 0.45 0.20 (2.41) - 0.55 PD 12.5 0.38 2.00 0.20 PD 40.0 0.50 0.95 0.25 (2.42) 0 0.30 PL Karbon

rendah 17.5 0.38 2.60 -



33

Gambar 4..4 Hubungan Antara Tipe Serat Pull -Out Load -Sip


. 4.1.4 Serat Getas dalam Matriks Daktail

Pembuatan material komposit yang diperkuat serat sebagaian besar

berasal dari penelitian Griffith, yang menggunakan serat kaca (glass)

yang berkekuatan tinggi untuk menunjukkan bahwa kekuatan yang jelas

dari material yang rapuh menambah banyak lipatan ketika ukuran

kerusakan internal (yang melekat ada dalam material) berkurang

(Balaguru dan Shah, 1992).

Kekuatan tarik (tensile) dari serat ini sangat tinggi, tetapi serat

tersebut rapuh dan peka pada takiknya (notch-sensitive). Cacat sekecil

apapun (microdefect) dapat menyebabkan kerusakan tiba-tiba pada

tekanan yang lebih rendah daripada kekuatan regangan normalnya.

Kepekaan dari cacat ini mengakibatkan serat tipis dan tidak tahan lama.

Di samping itu, untuk menekankan pada kekuatan dan kekerasan yang

tinggi atas serat tersebut dalam suatu bagian struktur, penting untuk

selip

Beb

an c

abut



34

menggunakannya dalam suatu hal yang akan memberikan berbagai

kondisi pembebanan dan geometri (Balaguru dan Shah, 1992). Hal ini

menyebabkan penanaman serat ini dalam sebuah tekaan matrik untuk

membuat komposit yang berkekuatan tinggi dan notch-insensitive (takik

tidak peka). Matriks polimer seperti resin polyester digunakan sebagai

matriks yang menjadi komposit yang sangat berhasil yang dikenal

dengan produk fiberglass termasuk batang penguat fiberglass.

Di dalam jenis serat kaca komposit, serat rapuh yang berkekuatan

tinggi ditanamkan di dalam sebuah matriks bertekanan, yang memiliki

volume fraksi (pecahan) serat sampai dengan 40 persen. Kurva tegangan

tekanan (stress-strain) relatif dalam momen (tension) untuk serat kaca

(glass fibers) dan matriks epoxy ditunjukkan dalam Gambar 4.5 Luas

permukaan serat besar, memungkinkan untuk mendapatkan ikatan yang

sempurna antara serat dan matriks. Ikatan ini cukup kuat untuk membuat

komposit menjadi lebih kuat dan lebih kaku dari pada matriks dan lebih

daktail (ductile) dibandingkan dengan perilaku serat. Ketegangan matrik

yang mengalami kerusakan (gangguan), yang lebih besar daripada

ketegangan serat yang mengalami kerusakan (gangguan),

memungkinkan penggunaan potensi kekuatan serat secara penuh.

Komposit yang terbuat dari karbon (grafit) serat yang berkekuatan

tinggi dmatrix resin, yang mengkombinasikan serat yang kuat dan kaku

dan matriks yang mudah dibentuk (ductile), memberikan performa yang

tinggi untuk penerapan pada pesawat ruang angkasa. Grafit adalah

contoh lain dimana kekuatan yang tinggi berhasil digunakan.



35

Gambar 4.5 Kurva teganan - regangan untuk serat dengan matriks yang mudah dibentuk (ductile).


Alasan utama untuk menggunakan serat yang kuat di dalam

matrik rapuh yang relatif lemah (dalam momen) adalah untuk

meningkatkan daktilitas (ductility) dari matrik. Serat-serat tersebut juga

memberikan kontribusi untuk meningkatkan kekuatan. Tetapi, di dalam

banyak penerapan yang melibatkan jenis kombinasi ini, fraksi (pecahan)

volume serat dipertahankan relatif rendah (< 1%), yang menyebabkan

kenaikan yang tidak signifikan dalam kekuatan. Dalam komposit, oleh

karena kapasitas tarik matriks lebih rendah daripada kapasitas tari serat,

matriks gagal sebelum kapasitas potensi penuh dari serat tersebut

tercapai. Serat yang menjembatani retakan yang terbentuk dalam matriks

memberikan kontribusi pada disipasi energi melalui proses penguraian

ikatan (debonding) dan cabut-serat (pull out). Dalam praktek, bila

volume fraksi (pecahan) serat yang lebih tinggi (>5%) digunakan, ada

kenaikan yang signifikan di dalam kekuatan regangan.

Matriks secara tipikal terdiri dari komposit semen portland atau

material bangunan lainnya seperti gypsum. Komposit semen portland

bisa terdiri dari perekat semen, mortar (semen ditambah adukan halus),

atau beton (semen ditambah agregat kasar dan halus). Dalam praktik

Regangan

Tega

ngan

Matriks daktail

Serat



36

konstruksi, berbagai campuran seperti pengurangan air berjangkah

tinggi (high range) dan campuran udara juga digunakan untuk

meningkatkan kekuatan dan daya tahan secara keseluruhan dari

komposit tersebut.

Serat bisa jadi bersifat metalik, mineral, dan polimer, atau alamiah.

Serat yang bersifat metalik memiliki tipikal modulus yang tinggi dan

kekuatan yang tinggi. Sifatnya juga mudah dibentuk. Serat mineral

(secara khusus kaca) memiliki modulus yang lebih tinggi daripada

produk semen tetapi lebih rendah daripada baja. Kegagalannya bersifat

relatif getas. Serat polimer kuat dan mudah dibentuk tetapi modulusnya

umumnya lebih rendah daripada modulus komposit semen. Serat polimer

tertentu seperti Kevlar memiliki modulus yang lebih tinggi. Serat

organik relatif kuat, tetapi sifat-sifat ikatannya tidak sebaik serat metalik

atau mineral. Sifat-sifat secara keseluruhan dari suatu komposit akan

tergantung pada jenis serat yang digunakan. Tetapi, konsep umum

berikut ini berlaku pada semua jenis serat.

4.1.5 Cabut-serat fraktur

Masalah cabut-serat dengan analisis berbasis fraktur telah banyak

dilakukan. Pada analisis mekanika fraktur elastis linier, Gambar 4.6

menjelaskan konfigurasi cabut-serat, dengan zona pelepasan sebagai

retak antar-muka bebas-traksi (Balaguru dan Shah, 1992).



37

Gambar 4.6 Masalah cabut-serat (Balaguru dan Shah, 1992)

Berdasarkan kriteria Griffith, beban-cabut maksimum akan tercapai

saat retak-antar muka mulai tumbuh, yang dirumuskan sebagai

(Balaguru dan Shah, 1992):

( ) icr aPbC 22

21 2 =

dengan : C = compliance b = panjang zona pelepasan a = jari-jari serat Pcr = beban-retak i = kerja spesifik fraktur;

matriksrigid

serat



38

Gambar 4.7 Kurva Tegangan-Regangan Untuk Serat Dengan Matriks Yang Mudah Rapuh


Kurva tegangan-regangan relatif dalam tarik (tension) untuk

sebuah serat yang kuat dan matriks getas yang lemah ditunjukkan dalam

gambar 4.7 Dalam hal ini, matriks akan retak (crack) lama sebelum fiber

glass mencapai kekuatan regangannya karena ketegangan retakan untuk

matriks sangat rendah dibandingkan dengan ketegangan retakan dari

serat

4.2 Kinerja Beton Serat dan Komposit Sementitis dengan Serat sintetis Serat memiliki peranan yang penting dalam menentukan kinerja

komposit secara keseluruhan (Susilorini, 2007a). Komposit yang memiliki

serat sebagai salah satu unsur pokok penyusunannya adalah Komposit

Sementitis Berserat (fiber reinforced cementitious composite) atau biasa

disebut KSB. Salah satu peranan KSB adalah menentukan kinerja antar muka

(interface) antar serat dan matrik (ZTA) (Bentur, et. al, 1996). Kinerja ZTA

berkaitan erat dengan interaksi antara serat dan matrik, yang biasa disebut

dengan lekatan (bond). ZTA dapat diasumsikan dengan berbagai jenis

Matrik getas

Serat mutu tinggi

Teg

anga

n

Regangan



39

morfologi, tergantung dengan komposisi serta geometri, keadaan permukaan,

komposisi matrik, dan proses produksi komposit. Kinerja ZTA pada komposit

sementitis berserat sangat tergantung pada geometri serat (Bentur, et. al,

1996). Susilorini (2007b) menekankan bahwa Perilaku antar muka dan

transfer tegangan antara serat dan matriks sementitis memiliki peranan

penting dalam menentukan keseluruhan sifat-sifat komposit, menyeleksi

unsur-unsur pokok dalam komposit, dan memprediksi kegagalan struktur

komposit yang diimplementasikan dalam uji cabut-serat menurut Sun dan

Lin (2001), perilaku lekatan antara serat dan matriks pada antar-muka dapat

ditinjau melalui uji cabut-serat. Kajian perilaku antar muka dan transfer

tegangan antara serat dan matriks memiliki peranan penting dalam

menentukan keseluruhan sifat-sifat komposit, menyeleksi unsur-unsur pokok

dalam komposit, dan memprediksi kegagalan struktur komposit secara umum,

sebagian model-model cabut-serat tidak mengakomodasi fenomena gerigi

pada bagian kurva dengan pengerasan-regangan, sedangkan pada Susilorini

(2007a), fenomena tersebut menjadi sangat signifikan dan terjadi selama

berlangsungnya proses cabut-serat (Susilorini, 2007c). Susilorini (2007a)

mengemukakan bahwa dari KSB (Komposit Sementitis Berserat) yang

dipresentasikan dalam benda uji cabut serat, memiliki modulus elastisitas

semen sebesar 2849 MPa dan modulus elastisitas nylon sebesar 2416,92 MPa.

Mekanika fraktur memiliki peranan yang penting dalam sejarah desain

material dan struktur. Dengan adanya pendekatan mekanika fraktur, akan

diperoleh solusi yang baik untuk mencegah kegagalan serius dari struktur.

Selama ini keunggulan mekanika fraktur telah terbukti berupa faktor

keamanan yang lebih baik dan nilai ekonomis yang lebih tinggi sejalan

dengan diperolehnya keuntungan struktural (Susilorini, 2007d). Untuk

mengantisipasi timbulnya fraktur pada struktur beton, diupayakan

meningkatkan keliatan (toughness) dan daktilitas tarik (Li dan Wang, 2005).

Serat polimer sintetis (synthetic polymeric fiber), disebut juga serat

sintetis. Serat sintetis ini telah banyak digunakan sebagai perkuatan dalam

struktur beton. Serat sintetis merupakan hasil penelitian dan pengembangan



40

dibidang petrokimia industri tekstil. Termasuk dalam golongan serat sintetis

antara lain polypropylene,polyethylene, polyester, nylon,aramid, acrylic, dan

PVA (Balaguru dan Shah, 1992).

Serat polimer sintetis (synthetic polymeric fiber), juga biasa disebut

serat sintetis. Serat sintetis ini telah banyak digunakan sebagai perkuatan

dalam struktur beton. Serat sintetis merupakan hasil penelitian dan

pengembangan dibidang petrokimia industri tekstil. Termasuk dalam

golongan serat sintetis antara lain polypropylene, polyethylene, polyester,

nylon, aramid, acrylic, dan PVA (Balaguru dan shah, 1992). Sejak serat alami

mulai digunakan untuk berbagai kebutuhan manusia pada tahun 1880an telah

dimulai upaya membuat serat sutera sintetis dari serat selulosa (yang

diperoleh melalui peralutan kayu lunak), disebut viscose atau rayon

(ditemukan oleh JW. Swan dari Inggris pada tahun 1879 dan mulai

dipabrikasi di Jerman tahun 1910) (Hummel 1998).

Gambar 4.8 Relasi tegangan regangan untuk material polimer thermoplastic

(Sumber : Hummel, 1998)

Salah satu jenis serat sintetis yang terkenal adalah nylon. Nylon

merupakan nama generic dari polyamide (Hummel,1998), termasuk jenis

material polimer thermoplastis yang mempunyai perilaku tegangan regangan

seperti diperlihatkan gambar 4.7 seperti halnya serat polimer lain (rayon,

Bakelite dan serat polimer tinggi lainnya). Nylon memiliki struktur berhelai-

helai (filamentous) dan berserat-serat (fibrous) dengan rantai molekul yang



41

panjang (Nadai, 1950). Penelitian Susilorini (2007a) mengemukakan bahwa

serat nylon memiliki modulus elastisitas sebesar 2416,92 MPa.

Polyester adalah serat buatan manusia, serat polyester merupakan

polimer sintetis, serabut kapas. Polyester merupakan jenis serat yang cukup

berat dengan berat jenis 1,38 gr/cm3 , sedikit lebih berat bila dibandingkan

dengan nylon. Serat polyester merupakan serat yang sangat kuat karena

adanya system pengkristalan polimer yang sungguh luar biasa. Keuletannya

tetap tidak berubah baik dalam keadaan kering dan basah. Hal ini terjadi

karena serat polyester bersifat sangat (tidak menyerap air) hydrophobic dan

memiliki sistem pengkristalan polymer yang menganggumkan sehingga dapat

menahan masuknya molekul-molekul dalam air kedalam bagian-bagian yang

penting. Serat polyester dapat bersifat plastis maupun elastis sebagaimana

dapat dilihat dari penyimpangannya pada peregangan dan penegangan yang

berulang-ulang (Ineke, Anton, 2004).

Tabel 4.2 Spesifikasi Serat Kain Polyester

(Sumber : ACI Committee 544, Report 544.IR-82)

4.3 Kinerja Serat Alami Berbagai jenis serat dapat dipakai untuk memperbaiki sifat-sifat beton,

mulai dari serat karbon yang mahal sampai dengan serat alami yang murah

(Susilorini, et. al, 2003). Salah satu serat alami yang dapat dimanfaatkan

sebagai bahan campuran beton adalah serabut kelapa (Coir). Serabut

kelapa termasuk serat alami, serabut terdiri dari dua bagian, yaitu sel-sel serat

dan sel-sel non serat atau debus sabut/gabus.Menurut palungkun (1992) mutu

serat ditentukan oleh warna, prosentase kotoran, kadar air dan proporsi berat



42

antara serat panjang dan serat pendek. Menurut Balaguru dan Shah (1992),

serabut kelapa memiliki kelemahan yaitu modulus elastisitasnya rendah dan

peka terhadap kelembaban. Kinerja beberapa serat alami dapat disajikan pada

tabel dibawah ini:

Tabel 4.3 Kinerja Beberapa Serat Alami

Sumber : Balaguru dan Shah, 1992

** = Data tidak tersedia

Hasil-hasil penelitian terdahulu tentang pemakaian serat alami pada

beton, menunjukan bahwa penambahan serat ijuk akan menurunkan kuat

tekan beton menjadi 0,98 dan 0,657 kali beton biasa untuk konsentrasi ijuk

1% dan 2% (Wijaya,1994). Beton yang diperkuat dengan serat bamboo

mempunyai kuat tarik 4 kali baja lunak. Beberapa jenis serat menghasilkan

variasi kuat tarik belah yang berbeda.

Tabel 4.4 Variasi Optimal Kuat Tarik-Belah Beton Serat dari Berbagai Jenis Serat

Sumber : Balaguru dan Shah, 1992



43

Masalah yang dihadapi dalam inovasi dan perkembangan teknologi

beton, khususnya beton serat, adalah meningkatnya harga berbagai jenis

bahan bangunan, termasuk serat buatan produksi pabrik. Hal ini merupakan

pukulan bagi masyarakat yang menginginkan bahan bangunan yang relatif

murah, terjangkau dan berkekuatan baik.

4.4 Pemetaan (Mapping) Hasil analisa, pembahasan dan uraian tersebut di atas dapat dirangkum

dalam suatu pemetaan, agar dapat menjadi lebih jelas dan lebih mudah

dimengerti. Pemetaan disajikan pada gambar 4.8 dan tabel 4.5

Tabel 4.5 Mapping Kinerja Beton Serat

Sifat-sifat serat Nadai Hummel

Balaguru & Shah Bentur

Martinez Berera

Kinerja beton sintesis

Serat nylon mempunyai keunikan pada sebutan akan banyak menarik waktu dan dua formasi bergerak terus ke permukaan serat

Serta nylon merupakan nama generik dari polyamide termasuk jenis material polymer yang mempunyai kinerja tegangan-regangan seperti halnya serat polymer lain.

Interaksi serat dan matriks mempengaruhi kinerja material komposit serta berbentuk semen

Dari berbagai model yang digunakan serat baja, tegangan geser dan tegangan geser friksen pada serat lurus dan pengabaian angka poison rasio

Kuat tegangan yang tinggi pada modulus elastisitas dan berbagai permukaan serat serta ketinggian yang rata dari beton serat, serat nylon ini akan disinari oleh gamma



44

Pemetaan Kinerja Beton Serat dan KSB

Sifat-sifat (Propertis)

Serat

Alami a. Serat alami dihasilkan dari serat

selulosa kayu dengan menggunakan proses kraft.

b. Serat alami mempunyai sifat-sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan serat buatan manusia.

c. Aplikasi serat alami digunakan untuk memperkuat material beton

Sintesis a. Serat sintesis termasuk serat yang

dihasilkan dari pengembangan dalam industri petrokimia dan tekstil.

b. Aplikasi serat sintetis digunakan dalam perkuatan struktur beton.

c. Kekuatan beton d

fiber

Documents

Transcript of fiber