Reka Buana : Jurnal Ilmiah Teknik Sipil dan Teknik Kimia, 3(2), 2018, 122-127

Tersedia online di https://jurnal.unitri.ac.id/index.php/rekabuana

ISSN 2503-2682 (Online) ISSN 2503-3654 (Cetak)

Review Kuat Tekan Beton Polos dari Perspektif Mekanika

Danang Murdiyanto1, Sunik2, Benedictus Sonny Yoedono3, Agnes Hanna Patty4 1,2,3,4 Fakultas Teknik Universitas Katolik Widya Karya Malang e-mail : [email protected]

ABSTRACT

Concrete is a discreet material that consist of aggregate as filler and cement paste (matrix) as binder. Both of them work together as a composite or monolithic mechanism, depends on the interface zone characteristic that developed by aggregate. Monolithic mechanism to failure catastrophically (brittle and instantly), while composite mechanism prevails failure occurs gradually. Monolithic mechanism maybe found in high strength concrete where hardness and stiffness of aggregate are compatible with their matrix. At the moment when the matrix tensile strength (ft) is reached. The cracks will propagate quickly cutting both aggregates and matrix, as well at once. Contrary to the composite condition, when the matrix tensile strength is reached, the aggregate will take over the load and the crack will propagate through the interface zone. The perspective of fracture mechanics and the failure parameters explain the mechanism of crack propagation based on the energy principles. This investigation reviews the phenomenon of concrete compressive strength with angular aggregates compared to rounded aggregates on cylindrical specimens with diameter (d) 15 cm and height (h) 30 cm of the same compressive strength. The difference between them, shows the tendency of the influence of the interface zone as traction, which significantly contributes to the performance capacity before collapse.

Keywords: compressive strength; fracture mechanic; performance capacity

1. PENDAHULUAN dimana:

Beton digolongkan sebagai material Gq = laju pelepasan energi regangan diskrit yang terdiri atas dua komponen utama untuk material kuasi-regas yaitu agregat sebagai pengisi filler dan pasta Gc = laju pelepasan energi regangan semen (matriks) sebagai binder; keduanya kritis untuk material elastik terhubungkan melalui interface zone. Dalam G = laju pelepasan energi regangan mekanika fraktur, interface zone yang karena closing pressure / traksi dikondisikan secara signifikan oleh Pada kasus material elastik linier (monolitic karakteristik agregat (permukaan, kekakuan mechanism/getas), persamaan (1) menjadi : /kekerasan, geometri, dll), berdampak Gq= Gc , …(2) dan Gq= G ...(3) terhadap traksi sebagai media laju pelepasan untuk material daktail. Fenomena ini energy regangan atau yang dikenal sebagai ditunjukkan berturut-turut pada Gambar 1a, fracture energy. Shah [1] memformulasikan dan 1b dalam bentuk diagram beban- ‘keruntuhan’ sebagai laju pelepasan energi deformasi untuk elastik linier bagi yang regangan bagi material beton yang kuasi-regas monolitik, dan kuasi-regas bagi yang (composite mechanism) yaitu: komposit.

Gq= Gc + G …………………(1)

122

Reka Buana : Jurnal Ilmiah Teknik Sipil dan Teknik Kimia, 3(2), 2018, page 122-127

푓 푓

휀 휀

(a) (b)

Gambar 1. Pola keruntuhan material beton untuk kriteria fraktur a) getas, b) kuasi regas

Sebuah kenyataan adalah bahwa, G = energy fraktur struktur beton penuh dengan retak awal. ACI K dan G dihubungkan oleh persamaan: (1989) menyatakan dengan sangat jelas, K EG (7) concrete structures are full of cracks[2]. Dari sudut ……………………. pandang strength of materials lubang berdampak Kc maupun Gc menunjukkan nilai kritis dari pada pengurangan penampang, diikuti oleh faktor intensitas tegangan dan energi fraktur peningkatan tegangan ‘f’ yang apabila yang dikenal sebagai ketegaran fraktur (fracture melampaui ambang batas, akan menyebabkan toughness); retak akan merambat bila nilai kritis keruntuhan. Sebaliknya, dari sudut pandang ini dilampaui. Interface zone yang terbentuk mekanika fraktur, intensitas tegangan ‘K’ yang karena angularitas, berpotensi berperan relatif tinggi eksis pada zona disekitarnya sebagai medan perambatan retak (composite lubang ; semakin tajam ujung lubang (crack- mechanism) sebagaimana ditunjukkan pada tip), intensitas tegangan K semakin tinggi. Gambar 2a. Pada kasus ini ketegaran fraktur Sebagaimana definisi keruntuhan menurut diformulasikan oleh persamaan 1. Ketegaran mekanika tegangan: fraktur menurut persamaan 2 diaplikasikan

f < fy (kriteria leleh) ………………(4) pada kasus monolitik (monolithic mechanism) pada Gambar 2b dimana perambatan retak ff (kriteria service)……………....(5) terjadi begitu cepat memotong baik matriks definisi keruntuhan menurut mekanika maupun agregat sekaligus. Hal ini terjadi pada fraktur beton mutu tinggi dimana kekakuan, kekerasan dan modulus elastisitas agregat K < Kc atau G < Gc (kriteria fraktur) ...... (6) berimbang/kompatibel dengan matriksnya. dimana, f = tegangan K = faktor intensitas tegangan

Gambar 2. Mekanisme

perambatan retak

a) komposit, b) monolitik

123

Reka Buana : Jurnal Ilmiah Teknik Sipil dan Teknik Kimia, 3(2), 2018, page 122-127

Material beton dengan agregat yang angular ditunjukkan pada Gambar 3[3][4]. Dalam hal ini juga memiliki potensi untuk menyumbangkan retak mikro berperanan sebagai penahan daktilitas sebagai akibat dari terbentuknya retak (crack arrester) sedemikian rupa dan retak mikro di ujung retak aktual sebagaimana menghadirkan decending part pada Gambar 1b

composite action

aggregate interlock

micro cracks

a lp traction free bridging/ FPZ

Gambar 3 . Zona proses fraktur - composite mechanism

Maji dan Shah (1998)[5], menggunakan laser elastik, inelastik, dan runtuh (Gmb 4.a , 4.b, holography untuk mengamati terjadinya retak 4.c, 4.d, 4.e, 4.f, 4.g). awal dan propagasinya dimulai pada tahap

Gambar 4. Propagasi retak pada model pelat beton yang diberi beban tekan uniaxial, diamati menggunakan laser holography : a) kurva beban-perpindahan, b) pola retak pada titik 1, c) pola retak pada titik 2, d) pola retak pada titik 3, e) pola retak pada titik 4, f) pola retak pada titik 5, dan g) pola retak pada titik 6

124

Reka Buana : Jurnal Ilmiah Teknik Sipil dan Teknik Kimia, 3(2), 2018, page 122-127

Sejauh ini, investigasi/ penelitian telah pertumbuhan retak (factor stability crack banyak dilakukan terhadap kuat tekan beton growth). Sidney Mindess dan . Francis sebagai dasar untuk memprediksi Young (1981) mengeksplorasi tiga faktor [6] utama yang berperan dalam proses stability karakteristik kekuatannya . Disamping postulasi dasar yang selama ini digunakan crack growth yaitu, agregat, zona retak mikro [9] (Gambar 3) dan tipe pembebanan . Adam yaitu [7] sebagai kuat tekan M. Neville (1997) mengkaji sebuah karakteristik, terdapat banyak metode hubungan korelasi antara aggregat bond berbeda juga digunakan, Zain M.F.M, et al (dipengaruhi oleh angularitas) dengan (2010) memperkenalkan multivariable power modulus elastisitas beton. Perbedaan equation sebagai sebuah metode yang efektif modulus elastisitas agregat dan pasta semen untuk memprediksi kekuatan; dalam bentuk menunjukkan karakteristik tegangan pada [8] umum dinyatakan sebagai interface zone yang terimplementasikan pada [10] hubungan tegangan dan regangan ….(8) Penelitian ini bertujuan untuk Jika diaplikasikan pada perhitungan kuat mereview kuat tekan beton normal dengan tekan beton pada umur tertentu, persamaan angularitas agregat yang berbeda dipandang (8) menjadi : dari perspektif mekanika fraktur. Benda uji sejumlah 18 silinder dengan diameter 15 cm

dan tinggi 30 cm, terdiri dari 9 silinder ( ⁄ ) … (9) dimana C = semen dengan agregat angular (bersudut) dan 9 W = air silinder dengan agregat rounded (bulat). FA = pasir Campuran menggunakan Semen Portland CA = agregat Tipe 1. Silinder diuji tekan dan dihitung = berat jenis beton kekuatan tekannya (f’c). Hasil kekuatan tekan w/c = faktor air semen dibandingkan dan dianalisis. adalah variabel-variabel yang menentukan 2. HASIL DAN PEMBAHASAN nilai kuat tekan beton. Berdasarkan sudut Hasil pengujian dapat dilihat pada pandang mekanika fraktur, variabel-variabel Grafik 1, dengan sumbu x adalah benda uji ini merupakan faktor-faktor stabilisasi dan y adalah kuat tekan beton f’c (MPa).

60 53,39 49,71 50 43,77 43,14 43,54 45,07 43,88 39,92 4032,50 30 37,14 30,52 30,57 Angular

f'c(MPa) 20 26,84 23,61 21,46 22,48 21,17 Rounded 10 16,19 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Benda Uji

Grafik 1. Perbandingan kuat tekan beton (f’c) agregat angular dan rounded

125

Reka Buana : Jurnal Ilmiah Teknik Sipil dan Teknik Kimia, 3(2), 2018, page 122-127

Perbedaan nilai kuat tekan antara 2. Pada beton dengan sifat komposit beton dengan agregat angular dan beton (berarti kuasi-regas), sebagian energi dengan agregat rounded secara signifikan digunakan untuk formasi retak (crack ditentukan oleh pola perambatan. Saat formation) beban retak pertama terjadi pembebanan (loading) benda uji menyerap pada limit elastis yang lebih rendah dari energi. Energi yang diserap ini akan pada butir 1, sebetulnya belum didisipasi / dilepaskan seiring dengan mengakibatkan unloading. Beban, pelepasan beban (unloading). Kecepatan sesungguhnya masih meningkat sampai pelepasan energi ini sangat tergantung pada pada tahap ketidakstabilan deformasi karakteristik interlock antara agregat dengan (unstable deformation) dimana kehancuran matriks melalui interface zone. Material beton total terjadi. Beban akhir ini merupakan dengan agregat angular, interface zone pada kasus kuasi-regas, yang lebih mengembangkan traksi sedemikian rupa rendah dari pada kasus monolitik sehingga retak dimulai pada tahap inelastis merambat melalui interface zone; ketegaran 4. DAFTAR PUSTAKA fraktur dinyatakan oleh Persamaan.1. Sebaliknya, pada beton dengan agregat 1. Shah, S.P, Swartz,S.E., Ouyang, C, rounded, traksi (dalam terminology mekanika “Fracture Mechanics of Concrete: fraktur dikenal sebagai closing pressure) relatif Applications of Fracture Mechanics to tidak ada; energi yang diserap saat loading Concrete, Rock, and Other Quasi-Brittle semata-mata digunakan bagi pembentukan Materials”John Wiley and and Sons retak yang dilepaskan seketika memotong Inc. baik agregat, juga matriksnya sehingga 2. ACI Committee 446-91.1989.”Fracture ketegaran fraktur dinyatakan dalam Mechanics of Concrete : Concepts, Models, Persamaan 2. Beban tepat saat unloading Pcr and Determination of Material Properties, definisinya adalah beban runtuh, selanjutnya 3. Patty, A.H., 2004.“ Analisis Mekanika kuat tekan ditentukan sebagai . Fraktur Diimplementasikan Pada Beton

Ringan Serat Baja Dengan Bukaan Tarik 3. KESIMPULAN Tunggal,” Disertasi, ITB 4. Patty, A. H., Oesman, Mardiana. 2009. Berdasarkan hasil pengujian, dapat ”A Study on Reinforced Concrete Ductility disimpulkan bahwa benda uji dengan Based on Open Tensile Mode Fracture Using agregat rounded lebih tinggi kuat tekannya Residual Strength Analysis”, International dibandingkan dengan yang angular. Hal ini Conference on Sustainable dapat dijelaskan sebagai berikut: Infrastructure and Built Environment 1. Pencapaian beban runtuh pada in Developing Countries, ITB beton dengan sifat monolitik (berarti 5. Maji, A.K., and Shah, S.P. 1998. getas), berpotensi lebih tinggi, karena “Application of Acoustic Emission and Laser tidak ada energi yang terbuang untuk Holography to Study Microfracture in perambatan retak. Yang dilepaskan Concrete,” Nondestructive testing, ACI hanya energi untuk pembentukan retak SP-112 sebagaimana diformulasikan pada Pers. 6. Kabir, Ahsanul., Hasan, Monjurul., 2. Miah, Khasro. 2012. “Predicting 28 Days

126

Reka Buana : Jurnal Ilmiah Teknik Sipil dan Teknik Kimia, 3(2), 2018, page 122-127

Compressive Strength of Concrete from 7 at Different Ages”. Journal of Applied Days Result”. Proc. of Int. Conf. on Science, Vol.10(22),pp 2831-2838 Advances in Design and Construction 9. Mindess, Sidney., Young,Francis J. of Structures, ACEE 1981. “Concrete”.Prentice-Hall Inc. 7. ASTM C 39/ C39M – 18 Standard Engelwood Cliffs, New Jersey Test Method for Compressive Strength 10. Neville, Adam.M. 1997. “Aggregate Bond of Cylindrical Concrete Specimens and Modulus of Elasticity Concrete”. ACI 8. Zain M.F.M., Suhad M.Abd, Hamid R Material Journal – Technical Paper. and Jamil M. 2010, “Potential for Utilizing Tittle no 94-M9 Concrete Mix Properties to Predict Strength

127