MODIFIKASI KOEFISIEN DIAGRAM TEGANGAN BETON SERAT PADA BERBAGAI SUHU
Primasiwi Harprastanti 1,*) , Antonius 2) , Purwanto 3) , Nor Puji Lestari 1) , Baiq Heny Sulistiawati 1) , Danang Isnubroto 1)
1) Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Kota Semarang, 50275
2) Jurusan Teknik Sipil Universitas Islam Sultan Agung Jl. Kaligawe Raya RW 4, Terboyo Kulon, Kec. Genuk, Kota Semarang 3) Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Kota Semarang, 50275
*) Email : primasiwi.harprastanti@polines.ac.id

## Abstract
Fiber concrete is a building material that has been widely introduced in Indonesia. The  advantages  of  fiber  concrete  are  that  it  can  increase  the  tensile  strength  of concrete, besides fiber concrete can increase ductility compared to concrete without fibers. In this study, steel wire fibers were used. The weakness of this fiber concrete is  against  high  temperatures.  Experiments  were  carried  out  with  reinforcing  fiber concrete  at  temperatures  of  332°C,  621.4°C,  and  957.4°C.  Fiber  concrete  that  is burned at high temperatures has a significant decrease in strength when it is burned reaching  a  temperature  of  957.4°C.  On  the  stress  curve,  fiber  concrete  that  is burned at a temperature of 621.4°C has a stress drop of up to 67%. The stress-strain behavior  of  steel-wire  fiber  concrete  is  very  ductile  when  compared  to  fiber-free concrete.  In  the  concrete  stress  diagram,  the  ß 1 and  k 3 coefficients  in  fiberless concrete and fiber concrete are not the same. Based on the calculations carried out, the  value  of  k3  in  fiber  concrete  at  various  temperatures  is  taken  as  0.92f c ’, while the value of ß 1 in fiber concrete at various temperatures is 0.75.
Kata kunci : fiber, concrete, steel wire, tension diagram

## PENDAHULUAN
Beton  adalah  sebuah  bahan  bangunan komposit  yang  terbuat  dari  komposisi agregat  dan  pengikat  semen.  Beton merupakan  bahan  bangunan  yang paling  banyak  digunakan  pada  dunia konstruksi.    Beton  mempunyai  banyak kelebihan,  diantaranya  yaitu  bahan dasarnya yang mudah diperoleh sehingga  murah  biayanya,  mudah dibentuk  sesuai  dengan  kebutuhan konstruksi, tahan terhadap suhu  tinggi, memiliki  kekuatan  yang  mumpuni,
serta biaya dan pelaksanaan perawatan yang murah dan mudah.
Beton berserat mulai diperkenalkan  di  Indonesia  sejak  awal dekade 1990-an. Beton serat
didefinisikan  sebagai  beton yang terbuat  dari  campuran  semen,  agregat halus, agregat kasar dan sejumlah kecil serat/ fibre (ACI  Committe  544,  1982). Serat  dalam  beton  memiliki  fungsi utama yaitu sebagai penopang kekuatan  dari  beton.  Tegangan  yang diterima  oleh  beton  akan  ditahan  oleh serat  sampai  batas  maksimum.  Serat
dalam  beton  juga  berfungsi  untuk meningkatkan  kekuatan  tarik  beton sehingga  tahan  terhadap  gaya  tarik akibat  cuaca,  iklim,  atau  suhu  tinggi. Selain  itu,  beton  serat  juga  dapat mencegah retak-retak sehingga
menjadikan beton lebih daktail daripada beton  biasa.  Ikatan  yang kuat antara  campuran  mempunyai  kekuatan retak  yang  baik  (Jansson  et  al.,  2012; Iqbal  et  al.,  2015;  Dhinakaran  et  al.,
2016; Janani & Santhi, 2018). Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Suhendro (1991), beton yang diberi serat mempunyai
peningkatan  daktilitas  yang  signifikan dibandingkan beton tanpa serat. Berdasarkan hasil pengujian yang pernah dilakukan, perilaku tegangan-regangan  beton  serat  kawat baja  sangat  daktail  bila  dibandingkan dengan  beton  tanpa  serat  (Antonius  & Setiyawan,  2006).  Namun, serat  kawat baja  mempunyai  kelemahan  terhadap suhu  tinggi.  Beton  serat  kawat  baja mempunyai  tegangan  tekan  yang relatif  stabil  hingga  mencapai  suhu 600 o C, namun setelah itu kekuatan dan kekakuan  beton  serat  kawat  baja menurun  drastis  (Antonius  et  al., 2014).
Pada  diagram  tegangan  beton, beberapa  koefisen  pada  beton  tanpa serat  dan  beton  serat  tidak  akan  sama. Berdasarkan  SN  2847-2013,  tegangan beton  sebesar  0.85f c ’ dengan regangan beton  senilai  0.003.  Antonius  et  al., (2014)  menyatakan  bahwa  regangan beton serat pada high strength concrete diasumsikan  sekitar  0.004.  Regangan maksimum  beton  serat  tidak  sama dengan  regangan  maksimum  pada
beton  tanpa  serat,  sehingga  perlu kajian  mengenai yang  mendalam mengenai  diagram  tegangan  pada beton serat.
Pengetahuan  mengenai  diagram tegangan  beton  serat  pada  berbagai menjadi sangat penting karena menjadikan  dasar  dalam  perhitungan momen kapasitas beton. Momen kapasitas ini digunakan dalam perencanaan struktur selanjutnya.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  pada  beton yang  diberi  serat  pada  campurannya. Serat  yang  digunakan  adalah  serat kawat bendrat yang terdapat di pasaran dengan rasio panjang terhadap diameter adalah antara 40-50. Berdasarkan SNI 7656-2012,
kandungan  serat  kawat  bendrat  yang digunakan  adalah  0.5%  dari  volume campuran  beton.  Desain  campuran beton  yang  digunakan  terdiri  dari semen  (419.98  kg/m 3 ),  batu  pecah (1044.93 kg/m 3 ), pasir (696.62 kg/m 3 ), viscocrete (6.228  l/m 3 ), fly  ash (74.11 kg/m 3 ), air (160 l/m 3 ).
Benda  uji  beton  serat  yang berjumlah  16  buah,  dibakar  selama waktu yang ditentukan untuk mendapatkan  suhu  yang  diinginkan. Empat  buah  benda  uji  dibakar  selama 30  menit  sehingga  mencapai  suhu 332.2 o C.  Empat  buah  benda  uji  yang kedua  dibakar  selama  60  menit sehingga beton mendapat suhu
621.4 o C.  Empat  buah  benda  uji  yang ketiga  dibakar  selama  90  menit sehingga beton mencapai suhu
957.4 o C.  Empat  buah  benda  uji  yang
terakhir  tidak  dibakar  untuk  biarkan pada suhu ruang, yaitu 38.8 o C.
Persamaan  desain  beton  pada berbagai  suhu  telah  dikembangkan oleh  beberapa  peneliti,  seperti  BS  EN (2004),  Li  Purkiss  (2005),  Hertz (2005), Kodur et al. (2008), Aslani dan Bastami  (2011).  Namun,  persamaan tersebut  hanya  dapat  digunakan  pada beton  tanpa  serat.  Untuk  menghitung persamaan  tegangan  regangan  beton serat  kawat  baja  berbagai  suhu,  maka digunakan  persamaan  yang  diturunkan oleh  Antonius  et  al.  (2014).  Dalam mendapatkan persamaan tegangan regangan,  Antonius  et  al.  (2014) menggunakan  material  yang  sama
dengan  material  yang  digunakan  pada penelitian ini. Model tegangan regangan  beton  serat  kawat  baja  pada berbagai  suhu  untuk high  strength concrete (fc’  >  55  MPa)  yang diusulkan  oleh  Antonius  et  al.  (2014) adalah:
[ (  ( ) ) ] (1)
Dimana f c ’ adalah  kuat  tekan  beton pada suhu normal.
Tegangan  puncak  untuk  beton  serat kawat baja pada high strength concrete yaitu:
a. T < 300 o C, menggunakan persamaan:
(2)
b. 300 o C < T < 600 o
C, menggunakan persamaan:
(3) c. T > 600 o C, menggunakan persamaan:
(4)
Regangan  puncak  pada  beton  serat kawat  baja  pada  berbagai  suhu  (Ɛ cT’ ) diformulasikan berdasarkan persamaan regresi linier, yaitu sebagai berikut: a. T < 300 o C, menggunakan persamaan:
(5)
b. 300 o C < T < 600 o C,
menggunakan persamaan:
(6)
c. T > 600 o C, menggunakan persamaan:
(7)
Nilai  Ɛ c ’  untuk high  strength  concrete diasumsikan sekitar 0.004.
Untuk  menentukan  nilai  k 3 dan  ß 1 , langkah yang dilakukan adalah:
a. Menghitung  luas  penampang  di bawah  kurva  tegangan  beton  serat. Kurva tegangan beton serat didapat dari  persamaan  Antonius  et  al. (2014).
b. Menghitung  statis  momen  kurva tegangan beton serat.
c. Menentukan  titik  berat  pada  kurva tegangan beton serat.
d. Menentukan nilai ½a.
Setelah  mendapat  nilai  a,  maka penentuan  nilai  k 3 dapat  dilakukan dengan  cara  melakukan  perbandingan antara  kurva  tegangan  aktual  dengan kurva tegangan ekuivalen. Pada
Gambar  1,  perbandingan  dari  luas kurva  tegangan  aktual  dan  luas  kurva tegangan  ekuivalen  dapat  menentukan nilai k 3 yang ingin diketahui.
Berdasarkan  Gambar  1,  persamaan untuk menentukan nilai k 3 dapat dilihat
pada persamaan 8, 9, dan 10 di bawah.
Gambar 1. Perbandingan luas kurva tegangan aktual dengan luas kurva tegangan
ekuivalen
= (8)
= (9) = (10)
Untuk  menentukan  nilai  ß 1 ,  dilakukan pula  perbandingan  kurva  tegangan
aktual dengan kurva tegangan ekuivalen.  Terlihat  pada  Gambar  2,
perbandingan  antara  nilai  a  dan  nilai ε max dapat  digunakan  untuk  mendapat nilai  ß 1 .  Persamaan  untuk  menentukan nilai ß 1 sebagai berikut:
(11)
Gambar 2. Perbandingan nilai ε max dengan nilai a pada kurva kurva tegangan aktual dan kurva tegangan ekuivalen

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Beton serat diuji kuat tekan pada umur
28  hari  dengan  alat  tekan  berkapasitas
300  Ton.  Pengujian  tekan  beton  serat merupakan  nilai  kekuatan  tekan  rata- rata  dari  benda  uji  silinder  yang
berukuran 150 x 300 mm (ASTM C39- 94,  1996).  Pengujian  kuat  tekan  beton serat  dilakukan  setelah  beton  serat kawat  dibakar  pada  berbagai  suhu. Hasil  uji  tekan  beton  serat  berbagai suhu dapat dilihat pada Tabel 1.
Gambar  1  menunjukkan  kuat
tekan beton serat mengalami penurunan  seiring  dengan  tingginya suhu  yang  diterima  oleh  beton  serat. Beton serat yang diberi suhu mencapai 332 o C,  mengalami  penurunan  kuat tekan  68%  dari  kuat  tekan  pada  beton serat  suhu  ruang.  Kuat  tekan  beton
serat  semakin  menurun  51%  karena dipanaskan  hingga  mencapai  suhu
621.4 o C. Apabila beton serat dipanaskan  hingga  suhu  957.4 o C,  kuat tekan  beton  hanya  tersisa  43%  dari kuat tekan beton suhu ruang. Perhitungan  tegangan  regangan  beton serat  berbagai  suhu  menggunakan persamaan  yang  diturunkan  oleh. Antonius  et  al.  (2014).  Tegangan puncak  dan  regangan  puncak  pada beton serat berbagai suhu dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 1. Hasil pengujian kuat tekan beton serat berbagai suhu Suhu ( o C) f c ’ (MPa)
Sampel 1 f c ’ (MPa) Sampel 2 f c ’ (MPa) Sampel 3 f c ’ (MPa) Sampel 4 f c ’ (MPa) Rata-Rata 38.8 73.82 50.30 50.3 50.30 55.9 332.2 39.74 37.90 36.78 37.90 38.08 621.4 31.81 28.53 27.09 26.11 28.38 957.4 25.27 26.11 24.84 18.95 23.79
Gambar 3. Kuat tekan beton serat pada berbagai suhu
Tabel 2. Tegangan dan regangan puncak beton serat berbagai suhu
Suhu ( o C) f cT ’ ε cT ’ 332.2 45,77 0,0039 621.4 18,69 0,0024 957.4 13,06 0,0020
Kurva tegangan regangan beton
serat didapat dengan melakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan oleh Antonius et al. (2014). Kurva  tegangan  regangan  beton  serat berbagai  suhu  dapat  dilihat  pada gambar  berikut.  Dari  kurva  tegangan regangan  tersebut  dapat  dilihat  bahwa semakin tinggi suhu yang diterima oleh beton  maka  beton  tersebut  akan semakin lemah atau berkurang kekuatannya.  Tegangan  maksimum terlihat turun setiap kenaikan suhu.
Pada  suhu  ruang,  tegangan maksimum  beton  serat  adalah  55.86
MPa.  Pada  suhu  332.2 o C,  tegangan maksimumnya  adalah  45.77  MPa, mengalami  penurunan  sebesar  18% dari  tegangan  beton  serat  pada  suhu ruang.  Ketika  beton  mendapat  suhu 621.4 o C,  beton  mengalami  penurunan tegangan  yang  cukup  signifikan  yaitu sebesar 67% sehingga tegangan maksimum  beton  menjadi  18.69  MPa. Apabila  beton  dipanaskan  hingga mencapai  suhu  957.4 o C,  tegangan maksimum  semakin  menurun  menjadi 13.06 MPa. Tegangan maksimum pada suhu  ini  berkurang  77%  dari  kekuatan awal.
Gambar 4. Kurva tegangan regangan beton serat berbagai suhu
Berdasarkan  kurva  tegangan regangan  pada  Gambar  2,  didapatkan nilai  1 dan  k 3 pada  beton  serat.  Nilai  1 pada  beton  serat  berbagai  suhu dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel  3  memperlihatkan  perbedaan nilai  1 pada masing-masing perubahan suhu  yang  diterima  oleh  beton.
Berdasarkan  tabel  di  atas,  1 pada beton  serat  mempunyai  nilai  yang mendekati angka 0.75.
Tabel 4
menunjukkan perbedaan  nilai  1 pada  beton  tanpa serat  dengan  beton  serat  berdasarkan nilai masing-masing kuat tekan. Seperti yang telah dijelaskan
sebelumnya,  nilai  1 beton  serat didapat dengan perhitungan pada kurva tegangan regangan beton serat.
Sedangkan  nilai  1 beton  tanpa  serat menggunakan  rumus  pada  SNI  2847 (2013). Terlihat pada tabel bahwa nilai  1 beton  tanpa  serat  berbeda-beda sesuai  dengan  nilai  kuat  tekan  yang dipersyarakan  pada  SNI  2847  (2013).
Sedangkan  untuk  beton  serat,  nilai  1 mempunyai  nilai  sekitar  0.75  dan angkanya  lebih  rendah  dari  nilai  1 beton  tanpa  serat.  Hal  ini  dikarenakan karena  nilai  regangan  yang  dimiliki oleh beton serat lebih besar dibandingkan  dengan  regangan  beton tanpa serat.
Tabel 3. Nilai  1 pada beton serat berbagai suhu Suhu ( o C)  1 332.2 0.755 621.4 0.749 957.4 0.756 Tabel 4. Perbandingan nilai  1 pada beton tanpa serat dan beton serat
f c ’ (MPa)  1 Beton tanpa serat  Beton serat 38.08 0.778 0.755 28.38 0.847 0.749 23.79 0.85 0.756 Tabel 5. Nilai k 3 pada beton serat kawat baja berbagai suhu Suhu ( o C) k 3 332.2 0.922 fc’ 621.4 0.918 fc’ 957.4 0.922 fc’ Mengacu  Tabel  5,  nilai  k 3
beton  serat  berbeda  dengan  nilai  k 3 pada  beton  tanpa  serat.  Berdasarkan SNI  2847  (2013),  k 3 adalah  bernilai 0.85f c ’. Nilai tersebut digunakan untuk beton  yang  tidak  memiliki  serat  pada campurannya.  Dapat  dilihat  pada  tabel di  atas,  nilai  k 3 pada  beton  serat berbeda-beda sesuai dengan suhu yang diterima.  Apabila  dilihat  secara  garis besar,  nilai  k 3 pada  beton  serat berbagai suhu tersebut adalah 0.92f c ’.
Penggambaran diagram tegangan beton serat  dilakukan  berdasarkan  nilai  1 dan k 3 yang terdapat pada Tabel 3 dan Tabel 5. Penggambaran tegangan  yang dilakukan yaitu pada distribusi tegangan  beton  yang  sebenarnya  serta distribusi  tegangan  beton  yang  setara. Diagram  tegangan  regangan  pada beton serat berbagai suhu dapat dilihat pada Gambar 3.
(a) Suhu 332.2 o C (b) Suhu 621.4 o C (c) Suhu 957.4 o C
Gambar 5. Diagram tegangan pada beton serat berbagai suhu

## SIMPULAN
Beton  serat  yang  dibakar  pada  suhu tinggi  mengalami  penurunan  kuat tekan  seiring  dengan  panas  yang diterima.  Beton  yang  bakar  pada  suhu 332.2 o C  masih  mempunyai  kekuatan
tekan sekitar 68%, sedangkan
pembakaran pada suhu 957.4 o C menyebabkan beton
kehilangan kekuatannya lebih dari 50%. Tegangan maksimum  dari  beton  serat  juga mengalami  penurunan  setiap  kenaikan suhu.  Teganan  yang  paling  signifikan penurunanya  adalah  tegangan  pada beton  serat  yang  dibakar  pada  suhu 621.4 o C,  yaitu  turun  sebesar  67%  dari kekuatan  awal.  Nilai  1 dan  k 3 pada beton  serat  berbagai  suhu  mempunyai nilai  yang berbeda dengan beton tanpa serat. Untuk beton serat berbagai suhu, nilai  k 3 dapat  diambil  nilai  0,92f c ’.
Sedangkan  untuk  nilai  1 pada  beton
serat  berbagai  suhu,  nilainya  adalah 0,75.

## DAFTAR PUSTAKA
ACI Commite 544. May 1982, State of
The Art Report on Fibre
Reinforced  Concrete ,  ACI  544.
IR-82, ACI, Detroit, Michigan Antonius,  Setiyawan, P., 2006, Kajian besaran  mekanis  beton  berserat mutu tinggi (studi eksperimental) ,  Jurnal  Wahana Teknik  Sipil,  Politeknik  Neg. Semarang, Vol. 11(3), 74-81.
Antonius,  Widhianto,  A.,  Darmayadi, D.,  Asfari,  G.D.,  2014, Fire Resistance  of  Normal  and  High Strength  Concrete  with  Contains of  Steel  Fibre ,  Asian  Journal  of Civil  Engineering  vol.15  no.  5, pages 655-669.
Aslani F., Bastami M., 2011, Constitutive  Relationships  for Normal and High Strength Concrete at Elevated Temperature , ACI Materials
Journal, 355-364.
ASTM C 39 – 94, 1996, T est Methode for  Compressive  Strength  of Cylindrical  Concrete  Spesimens , Annual Books of ASTM Standards, USA. Badan  Standarisasi  Indonesia,  SNI 2847-2013,  Persyaratan  Beton Struktural untuk Bangunan Gedung. Badan  Standarisasi  Indonesia,  SNI
7656-2012,  Tata  Cara  Pemilihan Campuran  Beton  Normal,  Beton
Serat dan Beton Massa.
British  Standard,  2004, Design  of Concrete  Structure.  Part  1.2:
General  Rules-Structural  Fire Design , Commission of European Communities, Brussels, Belgium. 100 p.
Dhinakaran,  G.,  Vijayarakhavan,  S.,
Kumar, K.R, 2016, Fracture and Flexural  Behavior  of  High- performance  Fiber  Reinforced Concrete ,  Asian  Journal  of  Civil Engineering,  Volume  17(1),  pp.
1–14
Iqbal,  S.A.,  Ali,  K.,  Holschemacher,
Bier,  T.A.,  2015, Mechanical Properties of Steel Fiber Reinforced High Strength
Lightweight Self-Compacting Concrete (SHLSCC) , Construction and Building Materials,  Volume  98,  pp.  325– 333 Janani, S., Santhi, A.S., 2018, Multiple Linear  Regression  Model  for Mechanical Properties and Impact  Resistance  of  Concrete with  Fly  Ash  and  Hooked-end Steel Fibers , International Journal  of  Technology,  Volume 9(3), pp. 526–536
Jansson, A., Lofgren, I., Lundgren, K., Gyltoft,  K.,  2012, Bond  of
Reinforcement in  Selfcompacting
Steel-fibre-reinforcement Concrete ,  Magazine  of  Concrete Research,  Volume  64(7),  pp.
617–630 Kodur,  V.K.R.,  Dwaikat  M.M.S., Dwaikat MB. 2008, High- Temperature Properties of Concrete  for  Fire  Resistance
Modeling  of  Structure ,  ACI Materials Journal. 355-364. Li  L,  Purkiss  JA,  2005, Stress-Strain Constitutive Equations of Concrete  Material  at  Elevated Temperature , Fire Safety Journal, 669-686. Suhendro,  B,  1991,  Pengaruh  Fiber Kawat  Lokal  Pada  Sifat  –  sifat Beton, Laporan Penelitian, Lembaga Penelitian UGM, Yogyakarta.