## ANALISIS HEAT TRANSFER PADA BETON MASSA MENGGUNAKAN OPC TIPE I DALAM HUBUNGAN DENGAN CARA CURING
Billy Setiawan 1 dan F.X. Supartono 2
1 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No.1 Jakarta Email: setiawanbilly96@yahoo.com
2 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No.1 Jakarta Email: fxsupartono@gmail.com

## ABSTRAK
Skripsi ini membahas tentang heat transfer dan tegangan yang terjadi pada pilecap bermassa besar di Jembatan  Pulau  Balang,  Kalimantan  Timur. Pada  pekerjaan  konstruksi  beton  massa,  sering  kali dihadapkan  dengan  masalah-masalah  tertentu  yang  biasanya  diakibatkan  oleh  kelalaian  dalam pembuatan beton massa tersebut. Salah satunya adalah timbulnya crack pada permukaan beton massa. Crack ini  biasa  diakibatkan  oleh  proses curing yang  kurang  tepat,  ataupun  pemakaian  semen  yang berlebih.  Dimensinya  yang  besar  juga  dapat  mengakibatkan  bagian  dalam  beton  sulit  untuk melepaskan  panas. Adanya perbedaan  temperatur  yang  besar  antara permukaan  dan  inti  beton  dapat menimbulkan  tegangan  yang  mana  dikhawatirkan  akan  melampaui  kuat  tarik  beton,  sehingga menimbulkan  retak  pada  permukaan  beton.  Dalam  penelitian  ini,  metode curing dan initial temperature akan  menjadi  variabel  bebas,  yang  mana  akan  mempengaruhi  temperatur  yang  terjadi. Menurut  literatur,  temperatur  maksimum  yang  diijinkan  adalah  70 o C,  sedangkan  perbedaan temperatur  harus  lebih  kecil  dari  20 o C.  Dalam  penelitian  ini,  dibuat  opsi  curing  dengan  cara  isolasi dan temperatur awal yang rendah (perbedaan temperatur yang terjadi 11,7 o C). Sedangkan untuk opsi tanpa isolasi sudah tidak memenuhi persyaratan (perbedaan temperatur yang terjadi 33 o C) dan terjadi thermal  crack pada  permukaan  beton.  Pemasangan  lapisan  isolator  dengan  metode buka  tutup  dapat menjadi  cara  alternatif,  namun  berisiko  terjadi thermal  shock dan  harus  dilakukan trial  and  error untuk menghindari hal tersebut.
Kata kunci: beton massa, isolator, temperatur maksimum, perbedaan temperatur, tegangan.

## 1. PENDAHULUAN
Di  zaman  sekarang  ini,  kebutuhan  konstruksi  di  Indonesia  terus-menerus  berkembang,  terutama  pada  gedung- gedung  bertingkat  tinggi.  Tentunya  dalam  konstruksi  gedung  tingkat  tinggi  ini  memerlukan  pondasi  dan pilecap yang  sangat  besar  agar  mampu  menahan  gaya-gaya  yang  ditimbulkan  oleh  struktur  atas  tersebut.  Pada  umumnya, pondasi  dan pilecap merupakan  salah  satu  contoh  dari  beton  bermassa  besar.  Pada  pekerjaan  konstruksi  beton massa,  sering  kali  dihadapkan  dengan  masalah-masalah  tertentu  yang  biasanya  diakibatkan  oleh  kelalaian  dalam pembuatan beton massa tersebut. Salah satunya adalah timbulnya crack pada permukaan beton massa.
Crack ini  biasa  diakibatkan  oleh  proses curing yang  kurang  tepat,  ataupun  pemakaian  semen  yang  berlebih.  Pada umumnya, panas pada beton akan mengakibatkan beton mengembang, sedangkan jika beton sudah mengeras, maka beton tersebut akan menyusut. Pada beton massa, biasanya bagian luar lebih cepat mengeras daripada bagian dalam. Hal  seperti  cenderung  menimbulkan  tegangan  internal  beton  yang  mana  jika  melampaui  kuat  tarik  beton,  akan menimbulkan crack pada permukaan beton tersebut.
Oleh  karena  itu,  berdasarkan  latar  belakang  di  atas,  peneliti  bermaksud  untuk  mencari  perubahan/penyebaran temperatur serta tegangan yang timbul selama proses pengerasan.

## Identifikasi masalah
Jurnal  ini  membahas  tentang  penyebaran  temperatur  dengan  semen  portland  tipe  I  dan  perbedaan  tegangan  yang timbul.

## Batasan masalah
Adapun batasan-batasan dalam penelitian ini, antara lain:
a. Beton yang akan dimodelkan adalah beton massa ( pilecap ).
b. Semen yang digunakan adalah semen portland tipe I.
c. Metode curing yang digunakan yaitu:
-  Metode penyiraman dengan air.
-  Metode isolasi dengan lapisan styrofoam , pasir dan plastik.
-  Metode isolasi sistem buka tutup.
d. Menggunakan air es (suhu awal 18 o C) dan air biasa (suhu awal 30 o C) sebagai campuran adukan beton.
e. Perhitungan analisa menggunakan bantuan software midas Civil 2018.
f. Hasil yang diperoleh berupa penyebaran temperatur dan tegangan selama proses pengerasan beton.

## Rumusan masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah:
a. Apa pengaruh panas hidrasi semen OPC tipe I pada beton massa?
b. Bagaimana penyebaran temperatur dalam beton selama proses pengerasan berlangsung?
c. Berapakah tegangan yang timbul selama proses pengerasan berlangsung?

## Tujuan penelitian
a. Mengetahui pengaruh panas hidrasi semen OPC tipe I pada beton massa.
b. Mengetahui penyebaran/perubahan temperatur dalam beton selama proses pengerasan berlangsung.
c. Mengamati tegangan yang timbul selama proses pengerasan berlangsung.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## Beton massa
Beton  massa  merupakan  beton  yang  memiliki  dimensi  yang  sedemikian  besar,  sehingga  dibutuhkan  tindakan- tindakan  khusus  dalam  proses  pengecorannya.  Tindakan  ini  berupa  pengendalian  suhu  thermal  akibat  dari  hidrasi semen serta perubahan volume beton untuk mengurangi keretakan atau cracking. Beton dengan ketebalan minimal 1,3 meter dapat dikatagorikan sebagai mass concrete atau beton massa.
Beton massa ini biasa diaplikasikan dalam bentuk pilecap (terutama raft foundation ), pillar besar, thick slabs , dan beton dengan dimensi tebal lainnya. Seperti halnya beton biasa, hal-hal yang perlu diperhatikan pada beton massa ini adalah perubahan temperatur, kuat tekan, dan durability . Namun, yang patut diperhatikan dalam beton massa ini adalah  perubahan  temperatur,  karena  dimensinya  yang besar  dapat  mengakibatkan  bagian  dalam  beton  sulit  untuk melepaskan panas. Adanya perbedaan temperatur pada bagian beton ini dapat menimbulkan tegangan internal beton yang mana dikhawatirkan akan melampaui kuat tarik beton, sehingga menimbulkan retak pada permukaan beton.

## Semen
Semen  merupakan  salah  satu  aspek  penting  dalam  pembuatan  beton  dan  merupakan  campuran  dari  berbagai senyawa  kimia  yang  bersifat  hidrolis.  Hidrolis  artinya  apabila  suatu  bahan  dicampur  dengan  air  dalam  jumlah tertentu akan mengikat bahan-bahan lain menjadi satu kesatuan massa yang dapat memadat dan mengeras serta tidak larut. Secara umum, semen dapat didefinisikan sebagai bahan perekat yang dapat merekatkan bagian-bagian benda, dua  atau  lebih  benda  sehingga  menjadi  bentuk  yang  kuat,  kompak  dan  keras.  Salah  satu  jenis  semen  yang  umum dipakai adalah semen portland dengan berbagai tipe dan karakteristik seperti yang dijelaskan dalam Tabel 1
.Tabel 1. Jenis semen Portland dengan sifatnya Tipe semen Sifat pemakaian Kadar senyawa (%) Panas hidrasi (J/kg) C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF I Umum 50 24 11 8 330 II Moderate 42 33 5 13 250 III Kekuatan awal tinggi 60 13 9 8 500 IV Panas hidrasi rendah 25 50 5 12 210 V Tahan sulfat 40 40 9 9 250

## Curing
Curing merupakan  suatu  langkah  yang  perlu  dilakukan  dalam  proses  pembuatan  beton  dimana  beton  diberi kesempatan  untuk  memaksimalkan  atau  mengembangkan  kekuatannya  sesempurna  mungkin.  Proses curing biasanya  dilakukan  setelah  beton  mencapai  fase hardening atau  proses pengerasan.  Proses curing sangat berperan penting dalam pembentukan kekuatan beton. Pasalnya, selama beton masih dalam proses pengerasan, beton tersebut akan terus menghasilkan panas yang disebabkan oleh proses hidrasi antara campuran semen dengan air. Jika tidak dilakukan  proses curing ,  dikhawatirkan  akan  terjadi thermal  cracking ,  yang  artinya  retak  yang  disebabkan  oleh perbedaan  temperatur  pada  sisi  luar  dan  dalam  beton.  Adanya  perbedaan  temperatur  ini  dapat  mengakibatkan terjadinya tegangan pada beton, sehingga menimbulkan retak.
Salah satu metode curing yang paling umum adalah dengan disiram air secara berkala. Selama beton masih dalam proses  pengerasan,  beton  akan  terus  kehilangan  air  akibat  penguapan  karena  panas.  Kehilangan  air  dalam  beton secara terus-menerus dapat mengganggu proses hidrasi, sehingga memicu timbulnya keretakan pada beton. Curing dengan penyiraman air terhadap beton secara berkala bertujuan untuk menggantikan air yang hilang selama proses hidrasi  berlangsung.  Penyiraman  dilakukan  ke  semua  sisi  beton  yang  direndam,  sehingga  pengeringan  tidak  akan mungkin terjadi dan beton tidak akan kehilangan air yang dibutuhkannya untuk proses pengerasan.
Metode  lain  dalam  proses curing yaitu  dengan  metode  isolasi.  Pada curing ini,  beton  ditutup/diselimuti  dengan material  yang  bersifat  isolator,  yang  artinya  material  tersebut  sulit  untuk  menghantarkan  panas.  Material  yang bersifat  isolator  ini  umumnya  dapat  berupa styrofoam ,  pasir,  plastik,  dan  sebagainya.  Metode  ini  bertujuan  untuk mencegah  panas  dalam  beton  agar  tidak  keluar  (penguapan),  sehingga  air  yang  dibutuhkan  beton  tidak  hilang dengan  mudah  dan  proses  hidrasi  tetap  terus  berjalan.  Metode  ini  lebih  mudah  untuk  dilakukan,  namun  terdapat resiko, yaitu tidak dapat menggantikan air yang hilang selama proses pengecoran maupun pengerasan karena pasti akan ada kandungan air yang hilang dalam jumlah yang kecil.
Selain itu, jika material isolator ini dilepas sebelum proses pengerasan selesai, maka dapat menyebabkan terjadinya thermal shock , yaitu tegangan yang terjadi akibat perubahan suhu yang mendadak antara permukaan beton dengan lingkungan luar. Hal ini terjadi karena tingginya temperatur permukaan beton akibat lapisan isolator.

## Thermal stress dan thermal crack
Thermal  stress (tegangan  termal)  dan thermal  cracking (retak  termal)  merupakan  2  keadaan  yang  sering  muncul dalam proses pembuatan beton massa. Dalam pembuatan mass concrete , temperatur selalu menjadi permasalahan utama  karena  beton  memiliki  sifat poor  thermal  conductivity ,  yang  artinya  beton,  terutama  beton  massa membutuhkan waktu yang relatif lama atau sulit untuk melepaskan panas yang terkandung dalam beton tersebut.
Dari  keadaan  tersebut,  timbullah  tegangan  termal,  yaitu  tegangan  yang  disebabkan  oleh  adanya  perbedaan  suhu. Perpindahan panas antara permukaan beton dengan lingkungan sekitar menyebabkan bagian permukaan beton lebih cepat melepas panas dibandingkan dengan bagian dalam beton.
Jika tegangan termal dibiarkan terus-menerus, akibatnya akan terjadi thermal cracking , yaitu retak pada permukaan beton yang disebabkan oleh tegangan yang terjadi pada beton. Menurut literatur, perbedaan suhu antara permukaan beton  dengan  inti  beton  tidak  boleh  melebihi  20 o C  dan  suhu  maksimum  yang  boleh  diterima  beton  adalah  70 o C. Retak  termal  dapat  dihindari  dengan  cara  mengendalikan  suhu  pada  beton,  diantaranya  adalah  dengan curing , ataupun memakai semen dengan panas hidrasi rendah ( portland cement tipe IV).
Tegangan termal yang terjadi diilustrasikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Ilustrasi tegangan termal pada beton.

## 3. METODE PENELITIAN
Dalam  penelitian  ini,  dipakai  program  Midas  Civil  2018  untuk  menghitung  penyebaran  temperatur  dan  tegangan yang  timbul  dengan  berbagai  variabel  bebas,  yaitu  opsi curing dan  temperatur  awal.  Adapun  tahapan  dalam menganalisis heat transfer pada beton massa akan dijelaskan pada Gambar 2 berikut ini.
Gambar 2. Skema tahapan pekerjaan menggunakan Midas Civil 2018.

## Variabel bebas
Variabel bebas yang  akan dipakai pada penelitian  ini adalah opsi curing dan initial temperature . Tipe semen  juga akan menjadi hal utama dalam penelitian ini, yaitu dengan menggunakan semen Portland tipe I.
Untuk penggunaan semen OPC tipe I dapat diatur pada fungsi sumber panas seperti pada gambar 3 berikut ini.
Gambar 3. Penentuan Heat Source Functions .
Memasukkan data material properties
Input data time dependent material properties
Memodelkan struktur pilecap
Menentukan boundary structure Kontrol data heat of hydration
Menentukan Convection Boundary
Menentukan fungsi sumber panas Jalankan analisis, cek temperatur dan tegangan Menentukan construction stages Menentukan Unit System
Untuk initial temperature, dapat diatur pada kontrol data panas hidrasi seperti pada Gambar 4 berikut ini.
Gambar 4. Heat of Hydration Analysis Control
Untuk opsi curing dapat ditentukan pada bagian construction stages , dimana setiap waktu dapat ditentukan tahapan konstruksi secara menyeluruh, seperti ditunjukkan pada Gambar 5 berikut ini.

## 4. HASIL ANALISIS
Hasil yang didapat berupa temperatur dan tegangan dari beberapa kondisi.
Untuk kondisi tanpa curing dan suhu awal ± 18 o C (air es) didapat perbedaan temperatur sebesar 33 o C sesuai dengan Gambar 6.
Gambar 6. Grafik temperatur dan tegangan tanpa isolator dan suhu awal ± 18 o C
Untuk  kondisi  dengan curing dan  suhu  awal  ±  18 o C  (air  es)  didapat  perbedaan  temperatur  sebesar  11,7 o C  sesuai dengan Gambar 7.
.
Gambar 7. Grafik temperatur dan tegangan dengan isolator dan suhu awal ± 18 o C
Untuk  kondisi  dengan curing metode  buka  tutup  dan  suhu  awal  ±  18 o C  (air  es)  didapat  perbedaan  temperatur sebesar 30,0 o C sesuai dengan Gambar 8.
Untuk kondisi  tanpa curing dan  suhu  awal ±  30 o C (air  biasa)  didapat  perbedaan  temperatur  sebesar  42,2 o C  sesuai dengan Gambar 9.
Gambar 9. Grafik temperatur dan tegangan tanpa isolator dan suhu awal ± 30 o C
Untuk kondisi dengan curing dan suhu awal ± 30 o C (air biasa) didapat perbedaan temperatur sebesar 16,2 o C sesuai dengan Gambar 10.
Gambar 10. Grafik temperatur dan tegangan dengan isolator dan suhu awal ± 30 o C
Untuk  kondisi  dengan curing metode  buka  tutup  dan  suhu  awal  ±  30 o C  (air  biasa)  didapat  perbedaan  temperatur sebesar 37,9 o C sesuai dengan Gambar 11.
Gambar 11. Grafik temperatur dan tegangan dengan isolator metode buka tutup dan suhu awal ± 30 o C

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis heat transfer pada konstruksi pilecap Jembatan Pulau Balang, Kalimantan Timur, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
a. Pemakaian  air  es/air  biasa  sebagai  bahan  campuran  adukan  beton  akan  mempengaruhi  temperatur  yang dihasilkan. Sebagai contoh, pada pilecap tanpa isolator, temperatur maksimum yang dihasilkan jika memakai air es sebagai bahan campuran adukan beton sebesar 64,8 o C, sedangkan temperatur maksimum yang dihasilkan jika memakai air biasa sebagai bahan campuran adukan beton sebesar 76,1 o C.
b. Temperatur  yang  dihasilkan  pada pilecap tanpa  lapisan  isolator  memiliki  perbedaan  temperatur  yang  besar, yaitu  33 o C  dengan  air  es  dan  42,2 o C  dengan  air  biasa.  Hal  ini  disebabkan  karena  panas  yang  terus-menerus keluar dari permukaan beton.
c. Temperatur  yang  dihasilkan  pada pilecap dengan  lapisan  isolator  memiliki  perbedaan  temperatur  yang  kecil, yaitu 11,7 o C dengan air es dan 16,2 o C dengan air biasa. Hal ini disebabkan karena adanya peran dari lapisan isolator  yang  dapat  menahan/mencegah  panas  keluar  dari  permukaan  beton,  sehingga  temperatur  antara permukaan dengan inti tidak terlalu berbeda jauh.
d. Temperatur  yang  dihasilkan  pada pilecap dengan  lapisan  isolator  buka  tutup  memiliki  perbedaan  temperatur yang  cukup  besar,  yaitu  29,5 o C  dengan  air  es  dan  37,5 o C  dengan  air  biasa.  Hal  ini  dapat  diatasi  dengan membuka  dan  menutup  lapisan  isolator  sedemikin  rupa,  karena  jika  tidak  teratur,  maka  dapat  berpotensi mengalami thermal shock.
e. Tegangan yang terjadi pada pilecap tanpa lapisan isolator dan pilecap dengan lapisan isolator buka tutup sudah melampaui  batas  tegangan  yang  diijinkan,  hal  ini  disebabkan  karena  temperatur  pada  bagian  permukaan  dan bagian  inti pilecap memiliki  perbedaan  yang  cukup  jauh  (>  20 o C).  Sedangkan  tegangan  yang  terjadi  pada pilecap dengan lapisan isolator msih berada di bawah batas tegangan yang diijinkan, karena temperatur pada bagian permukaan dan bagian inti pilecap memiliki perbedaan yang kecil (< 20 o C).
f. Cara  terbaik  yang  dapat  digunakan  yaitu  dengan  menggunakan  isolator  dan  temperatur  awal  yang  rendah karena panas yang dihasilkan lebih rendah, sehingga metode ini merupakan metode curing yang tepat guna.

## DAFTAR PUSTAKA
Charman, R. dan Tuson A. (2012). “Thermal Material Properties for Modelling of the 2 Metre Box”. Endawati, J. dkk. (2014). “Pengaruh Panas Hidrasi Beton Dengan Semen Tipe 2 Terhadap Ketebalan Elemen Beton”. Haebaehan, F. D. P. dan Nuryamsi. (2014 ). “ Pengaruh Perawatan (Curing) Pada Beton Dengan Limbah Abu Boiler Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Sebagai Substitusi Semen Terhadap Kuat Tekan Beton”. Han, Tong-Seok. dkk. (2013). “Evaluation of Thermal Conductivity for Thermally Insulated Concretes”. Kim, Soo Geun. (2010). “Effect of Heat Generation From Cement Hydration on Mass Concrete Placement”. Neville, A. M. (2012). Properties of Concrete 5th Edition. Pearson Education Limited. Nugraha, Paul dan Antoni. (2007). Teknologi Beton Dari Material, Pembuatan, dan Beton Kinerja Tinggi. Andi Publisher.
Nuryadin, A. K. (2012). “Analisa Panas Hidrasi Pada Pondasi Bored Pile di Laut Menggunakan Software Midas Pada Proyek Jembatan Suramadu.”
Pratama, S.W.I. dkk. (2015). “Pembuatan dan Pengujian Kualitas Semen Portland Yang Diperkaya Silikat Abu Ampas Tebu”.
Priambodo, I.S. (2016).  “Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Kualitas Fisika dan Kimia Pada Produksi Portland Composite Cement (PCC)”.
Suryawijaya, M. (2012).  “Studi Pengaruh Temperatur Beton Massa Dengan Ketebalan 4 Meter”. Vijayalakshmi, M. “Concrete Technology”. Widojoko, L. (2010). ” Pengaruh Sifat Kimia Terhadap Unjuk Kerja Mortar”.  Jurnal Teknik Sipil UBL1.