Perilaku Lentur dan Lebar Retak Beton Serat Kinerja Tinggi (HPFRC) pada Pelat Satu Arah

Beton serat kinerja tinggi (High-Performance Fiber-Reinforced Concrete atau HPFRC) telah berkembang sebagai bahan struktur modern dengan karakteristik rheologi dan mekanik yang unik. Persamaan empiris untuk memprediksi sifat beton atau merancang elemen struktur saat ini masih didasarkan pada hasil uji beton normal. Oleh karena itu diperlukan penilaian ulang dalam rangka penerapan persamaan tersebut pada beton kinerja tinggi. Salah satu komponen dasar memproduksi beton kinerja tinggi (High-Performance Concrete – HPC) adalah semen portland jenis I (Ordinary Portland cement - OPC). Pada kenyataannya, semen yang beredar di Indonesia adalah jenis Semen Portland Pozolan. Sementara itu Standar Nasional Indonesia tentang beton serat kinerja tinggi hingga saat ini belum diterbitkan. Penelitian perilaku mekanik beton serat kinerja tinggi dapat digunakan untuk mengembangkan model konstitutif retakannya. Lebar retak sebagai indikator dari keadaan struktur sangat bervariasi. Lebar retak harus diamati untuk menentukan apakah perilaku struktur dan kekuatannya memuaskan. Namun, prediksi atau pengukuran yang akurat dari lebar retak dalam elemen beton struktural sulit untuk dicapai di lapangan. Penelitian ini bertujuan untuk: (1) Mengembangkan metode untuk mencapai kualitas beton serat kinerja tinggi melalui rekayasa proporsi bahan penyusun beton di Indonesia. (2) Mengidentifikasi perilaku lentur dan perilaku retak beton serat kinerja tinggi pada pelat satu arah yang dipengaruhi oleh pengaruh lekatan (bond effect) antara beton serat kinerja tinggi dan baja tulangan yang diberi perlakuan berupa variasi komposisi serat baja. (3) Mengembangkan persamaan lebar retak maksimum yang dipengaruhi sifat mekanik dan faktor geometri beton serat kinerja tinggi pada pelat satu arah. Penelitian dilaksanakan dengan melakukan pengujian sifat bahan dan serangkaian percobaan untuk merancang campuran beton serat kinerja tinggi yang memenuhi kriteria fc' antara 50 MPa - 75 MPa dengan mempergunakan semen Portland Pozzolan, silika fume, serat baja, superplastisizer dan bahan agregat yang sering digunakan di kalangan masyarakat jasa konstruksi. Kajian eksperimen dilakukan terhadap pelat HPFRC satu arah setelah parameter fisik dan mekanis bahan penyusun pelat HPFRC diperoleh melalui serangkaian uji laboratorium. Kajian perilaku mekanis pelat HPFRC dilakukan melalui analisis gaya dalam berdasar data pengujian lentur pelat HPFRC. Analisis lebar retak pelat HFPRC dilakukan dengan metode linear elastic fracture mechanics. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa mix design campuran beton mutu tinggi menggunakan metode volume absolut, dengan batasan berupa rasio air – bahan pengikat (W/B ratio) sebesar 0,23 dan diameter maksimal kerikil 19 mm serta variasi kadar silika fume antara 0% hingga 15% terhadap berat semen mampu menghasilkan kuat tekan beton antara 64,84 MPa hingga 70,10 MPa. Dengan perbandingan komposisi Semen PPC : Pasir: Kerikil: Silika Fume: Air: Superplastisizer sebesar 1: 1,328: 1,76: 0,08: 0,213: 0,022 yang diusulkan, kuat tekan rata-rata optimum yang dapat dicapai secara teoritis adalah sebesar 70,70 MPa. Pada awal proses pengecoran, sebagian superplastisizer dicampur ke dalam air pencampur. Kerikil, pasir, dan silika fume diaduk dalam mixer beton berkapasitas 350 liter selama kurang lebih 4 menit. Selanjutnya semen ditambahkan dan diaduk selama 3 menit hingga campuran terlihat berwarna coklat semen. Berikutnya air bercampur superplastisizer dituangkan ke dalam mixer dan diaduk selama 3 menit. Sisa superplastisizer dimasukkan ke dalam mixer dan setelah total waktu pengadukan 12 menit, campuran siap dituangkan ke dalam cetakan beton Perilaku lentur dan lebar retak yang terjadi pada pelat beton serat kinerja tinggi satu arah yang diberi perlakuan berupa penambahan kadar serat baja antara 0,4% hingga 1,0% dari berat volume benda uji dapat diuraikan sebagai berikut. Keruntuhan yang terjadi pada pelat HPFRC satu arah yang diuji menunjukkan terjadinya keruntuhan lentur, yaitu ditandai dengan pola retakan tegak lurus bidang datar di sisi bawah pelat yang dimulai dari tengah bentang. Dengan bertambahnya kadar serat baja, pelat HPFRC satu arah yang diuji mampu meningkatkan kinerjanya dalam bentuk menahan beban layan yang lebih besar pada saat runtuh. Peningkatan kinerja juga ditunjukkan oleh adanya kecenderungan peningkatan nilai kuat tekan rata-rata, modulus elastisitas, kuat tarik belah, kuat tarik cabut, maupun hasil pengujian lentur spesimen balok dan spesimen pelat. Pada saat beban layan yang terjadi semakin membesar, lendutan yang terjadi pada pelat justru mengalami penurunan. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya kuat lekat (bond stress) antara beton serat kinerja tinggi dan baja tulangan sebagai pengaruh penggunaan serat baja. Peningkatan kuat lekat ini juga ditunjukkan oleh bertambahnya tegangan tarik baja maupun modulus of rupture (tegangan tarik lentur) beton pada saat pelat mengalami kegagalan lentur. Berdasarkan hasil pengujian lebar retak, idealisasi perilaku lebar retak pada pelat satu arah yang mengalami keruntuhan pelat sebelum terjadinya leleh baja tulangan menunjukkan pola linier. Sedangkan pada pelat yang baru mengalami keruntuhan setelah terjadinya leleh pada baja tulangan, perilaku lebar retaknya diidealisasikan dengan pola bilinier atau parabola. Dengan dimensi pelat yang sama, akibat dari peningkatan beban layan, lebar retak yang terjadi pada saat pelat HPFRC runtuh meningkat secara proporsional. Hal ini sesuai dengan hasil pengujian yang memperlihatkan bahwa penambahan serat juga diikuti dengan peningkatan pada hasil pengujian tegangan tekan ratarata, tegangan tarik belah, tegangan tarik cabut, tegangan tarik lentur (modulus of rupture), tegangan tarik baja, dan tegangan lekat. Dengan demikian peningkatan kinerja pelat HPFRC akibat penambahan kadar serat adalah berupa peningkatan kapasitas pelat untuk menahan beban layan, namun analisis lebar retak yang terjadi lebih dipengaruhi oleh sifat geometri atau dimensi dari elemen struktur yang diuji. Pola tegangan regangan yang digunakan untuk menghitung modulus elastisitas pada hasil pengujian kuat tekan benda uji silinder beton serat kinerja tinggi menunjukkan perilaku yang cenderung linier, hal ini berbeda dengan hasil analisis tegangan-regangan menurut persamaan Hognestad yang cenderung berbentuk parabola. Hasil analisis dengan metode linear elastic fracture mechanics (LEFM) yang menggunakan konfigurasi pelat HPFRC sebagai elemen lentur murni (PBE) dan konfigurasi pelat HPFRC sebagai elemen lentur tiga titik (TPB) menghasilkan prediksi lebar retak maksimum sekitar 67% apabila dibandingkan lebar retak maksimum menurut ACI 318 atau ACI 224.2R dan sekitar 117% apabila dibandingkan lebar retak maksimum menurut Eurocode 2, serta 157% apabila dibandingkan dengan lebar retak maksimum menurut AS 3600. Hasil ini bersesuaian dengan hasil uji lentur yang dilakukan. Untuk hasil analisis yang menggunakan konfigurasi reaksi hiperstatik tulangan F dan momen lentur M (F&M) diperoleh perbandingan nilai lebar retak maksimum pelat HPFRC sebesar 87% terhadap lebar retak maksimum menurut ACI 318 atau ACI 224.2R dan 151% terhadap lebar retak maksimum menurut Eurocode dan 204% terhadap lebar retak maksimum menurut AS 360. Hasil ini mendekati lebar retak maksimum menurut hasil analisis slip yang memiliki perbandingan 83% terhadap lebar retak maksimum menurut ACI 318 atau ACI 224.2R, 145% terhadap lebar retak maksimum menurut Eurocode 2 dan 197% terhadap lebar retak maksimum menurut AS 3600