PERUBAHAN PERILAKU MEKANIS BETON AKIBAT TEMPERATUR TINGGI - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)
PERUBAHAN PERILAKU MEKANIS BETON
AKIBAT TEMPERATUR TINGGI1
Trisni Bayuasri2, Himawan Indarto3, Antonius4
ABSTRACT
Fire resistance of concrete as building material is better than other material. It is caused by the
thermal conductivity of concrete is low. However, concrete still has limitation. When the
concrete is experienced to the height temperature for a long of time, it will be damage. The
degree of damage is depended on various factor, such as the degree of temperature, duration of
fired, or the concrete quality.
This research is assumed to find out the change of concrete strength and modulus elasticity of
the concrete after fired at various temperature and duration. Two different concrete strength,
K225 and K350, are tested in this research. Both are fired at the temperature of 300°C, 600°C,
and 900°C at the duration of 3 hours, 5 hours, and 7 hours.
Result of this research indicated that the behaviour strength of concrete and modulus elasticity
of concrete after fired is equal, that is decreasing. The degree of degradation is influenced by
temperature achieved and duration.The higher the temperatur are the longer the duration, the
rest of the strength tend to be smaller. For example, the fired at temperature 300°C during 3
hours, the rest of the srength concrete ± 71,8 %, and for duration 9 hours become ± 60,04%.
The change of the strength of concrete and also modulus elasticity of concrete for different
concrete quality are different although they are burned at the same temperature and duration.
For example at temperature 600°C for 5 hours duration, strength of concrete K225 of the rest
strength ± 36,40%, while K350 of the rest strength ± 24,46 %.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Material beton relatif lebih tahan terhadap
temperatur
tinggi
akibat
kebakaran
dibandingkan struktur baja ataupun kayu yang
tidak diproteksi secara khusus. Salah satu
kelebihan struktur beton terlihat pada saat
mengalami kebakaran adalah keruntuhannya
tidak terjadi secara tiba-tiba.
Bila dalam tahap pembangunan suatu
bangunan sipil (dalam hal ini ditinjau dari
betonnya) ditemukan kecurigaan bahwa mutu
1
2, 3, 4
betonnya kemungkinan tidak memenuhi
persyaratan paska kebakaran (perubahan
temperatur yang ekstrem), maka perlu
dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui
tingkat degradasi mutu betonnya (seberapa
besar mempengaruhi beton).
Tujuan Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat
mengetahui hubungan antara suhu, waktu/lama
beton yang terbakar untuk beton mutu normal.
Dengan adanya 2 kuat tekan beton yang
digunakan, maka dapat diketahui perbedaan
PILAR Volume 15, Nomor 2, September 2006 : halaman 117 – 126
Magister Teknik Sipil Universitas Dponegoro
Jl. Hayam Wuruk Semarang
117
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
antara kuat tekan beton tersebut terhadap
pengaruh temperatur tinggi. Sehingga dengan
adanya data waktu dan suhu dari suatu
kebakaran bangunan sipil, dapat diperkirakan
tingkat kelayakan penggunaan dari beton yang
telah terbakar.
Manfaat Penelitian
Penelitian
ini
diharapkan
dapat
menggambarkan perilaku mengenai pengaruh
kebakaran beton terhadap perilaku mekanisnya.
Perilaku yang terjadi dapat digunakan sebagai
acuan apabila ada struktur bangunan beton
yang terbakar dalam rentang suhu sampai
dengan 900°C atau bahkan lebih dan dengan
rentang waktu sampai 7 jam atau lebih.
Ruang lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian terbatas pada :
1. Beton yang diolah, dicetak dan dirawat pada
umur 28 hari
2. Material yang digunakan :
a. Semen portland
b. Pasir muntilan
c. Batu pecah
d. Air di laboratorium
3. Mutu beton yang akan digunakan K225 dan
K350
4. Suhu yang akan digunakan 300°C, 600°C,
900°C
5. Waktu pembakaran beton yang akan
digunakan 3 jam, 5 jam, dan 7 jam
118
Sasaran Penelitian
Pada penelitian ini selain untuk mengetahui
perubahan kuat tekan dan modulus elastisitas
beton akibat perubahan suhu yang tinggi juga
untuk mengetahui faktor lamanya pembakaran
dan macam kuat tekan beton yang digunakan,
sehingga bisa diketahui tingkat kerusakannya
tanpa melakukan pengujian di laboratorium.
TINJAUAN PUSTAKA
Perilaku Beton Terhadap Api
Beton merupakan material bangunan yang
memiliki tahanan terhadap api / panas yang
unggul dibandingkan jenis material lain, seperti
kayu atau baja. Hal ini disebabkan karena
beton merupakan penghantar panas yang lemah
(low thermal conductivity) , sehingga dapat
membatasi kedalaman penetrasi panas. Selain
keunggulan tersebut beton juga relatif mudah
untuk diperbaiki. Oleh karena itu perlu adanya
rekayasa forensik untuk mengetahui dan
mempelajari mekanisme penyebab terjadinya
suatu kegagalan struktur. Melalui pelajaran
yang dapat diambil dari kejadian tersebut, juga
dimanfaatkan sebagai informasi yang berharga
untuk pengambilan keputusan di masa
mendatang. (Soemardi, dan Munaf,1998)
Sifat Termal Agregat
Sifat termal agregat mempengaruhi keawetan
dan kualitas lain dari betonnya. Sifat-sifat
utama sifat termal agregat yaitu:
(Tjokrodimulyo,1996)
(1) Koefisien muai
(2) Panas jenis
(3) Penghantar panas
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
METODOLOGI PENELITIAN
Start
Studi Literatur
Kuat tekan rencana : f′c
1.
K 225
2.
K 350
tidak
Uji kuat tekan
fc ≥ f′c
ya
Pembuatan
sampel
Pembakaran
1. Suhu 300°C, 600°C, 900°C
2. Waktu 3 jam, 5 jam, 7 jam
Pengujian sampel
(unt. Kontrol) tanpa pembakaran :
1. Kuat tekan
2. Mod. Elastisitas
Pengujian sampel :
1. Uji kuat tekan
2. Uji mod. elastisitas
Analisa
Analisa
Kesimpulan
Selesai
Gambar 1. Bagan Alir Penelitian
119
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
Pada tabel 2. memperlihatkan prosentase
kekuatan sisa akibat pembakaran beton. Pada
suhu 300oC kuat tekan beton mengalami
penurunan berkisar 36%, pada suhu 600oC
berkisar 37% pada waktu 3 jam untuk kuat
tekan beton 21,6 MPa.
HASIL EKSPERIMEN DAN
PEMBAHASAN
Hasil Mix Desain
Pada penelitian ini direncanakan beton dengan
kuat tekan K 225 dan K 350. Tabel 1.
merupakan hasil dari mix desain.
Pada tabel 3. memperlihatkan prosentase
kekuatan sisa modulus elastisitas beton akibat
pembakaran beton. Pada suhu 300oC waktu 3
jam untuk kuat tekan beton 21,6 MPa kekuatan
sisa modulus elastisitas beton berkisar 82,85.
Tampak bahwa pada saat beton terbakar pada
suhu 900oC nilai modulus elastisitas beton
mengalami penurunan yang sangat tajam.
Tabel 1. Hasil Mix Desain
Faktor
Air
Semen
0,67
0,54
Mix Slump
Desain (cm)
K 225
K 350
11,5
12
Kuat
Tekan
(MPa)
21,6
32,96
Modulus
Elastisita
(MPa)
21.842,60
26.986,77
Tabel 2. Prosentase Kekuatan Sisa
Suhu
Waktu
300°C
21,6 MPa
32,96MPa
64,92%
65%
63,93%
64,38%
62,60%
63%
3 jam
5 jam
7 jam
600°C
21,6 Mpa
32,96MPa
37,70%
31,55%
36,40%
24,46%
25,57%
19,96%
900°C
21,6 Mpa
32,96MPa
21,64%
18,03%
20,33%
16,74%
16,06%
14,16%
Tabel 3. Prosentase Kekuatan Sisa Modulus Elastisitas
Suhu
Waktu
300°C
21,6 MPa
32,96MPa
82,85%
82,14%
81,98%
81,40%
81,27%
80,03%
3 jam
5 jam
7 jam
600°C
21,6 Mpa
32,96MPa
42,95%
35,10%
42,79%
30,26%
40,75%
29,58%
900°C
21,6 Mpa
32,96MPa
23,26%
15,10%
21,62%
14,77%
19,59%
11,64%
Pengaruh Perubahan Suhu
100
90
Kuat Tekan (%)
80
70
60
W aktu 3 jam
50
y = -0.094x + 100
R2 = 0.9657
y = -0.0958x + 100
R2 = 0.9633
40
30
20
W aktu 5 jam
W aktu 7 jam
y = -0.1043x + 100
R2 = 0.9372
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 2. Hasil Regresi Perubahan Kuat Tekan 21,6 Mpa
120
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
waktu yang lain. Dari sini dapat disimpulkan
bahwa hasil asli penurunan kuat tekan beton
dengan hasil regresi sebenarnya tidak jauh
berbeda, hanya saja hasil regresi penurunannya
lebih smooth.
Kuat Tekan (%)
Pada hasil trendline gambar 2. yaitu kuat tekan
beton untuk lama waktu 3 jam dan 5 jam
penurunannya seiring sehingga tampak
menempel. Pada lama waktu 7 jam penurunan
kuat tekan beton tempak berbeda dari lama
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Waktu 3 jam
y = -0.0995x + 100
R2 = 0.9602
y = -0.1039x + 100
R2 = 0.9329
Waktu 5 jam
Waktu 7 jam
y = -0.1082x + 100
R2 = 0.9212
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 3. Hasil Regresi Perubahan Kuat Tekan 32,96 Mpa
Modulus Elastisitas (%)
100
90
80
70
60
50
y = -0.0875x + 100
R2 = 0.9766
40
30
Waktu 3 jam
y = -0.0861x + 100
R2 = 0.972
Waktu 5 jam
Waktu 7 jam
y = -0.0901x + 100
R2 = 0.9763
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Suhu (oC)
Modulus Elastisitas (%)
Gambar 4. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton Pada Kuat Tekan Beton 21,6 Mpa
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Waktu 3 jam
y = -0.0985x + 100
R2 = 0.9505
y = -0.0958x + 100
R2 = 0.9628
Waktu 5 jam
Waktu 7 jam
y = -0.1014x + 100
R2 = 0.9596
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000
o
Suhu ( C)
Gambar 5. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton Pada Kuat Tekan Beton 32,96 Mpa
121
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
trennya tampak sejajar dan berhimpit tetapi
masih dapat dibedakan satu dengan yang lain.
Pada gambar 3. hasil regresinya menunjukkan
garis trennya tidak saling berhimpit, tetapi
tetap arahnya sejajar.
Hasil regresi yang ditunjukkan pada gambar 5.
juga mirip dengan gambar 4. dimana garis
trennya sejajar dan hampir menempel.
Hasil regresi yang ditunjukkan pada gambar 4.,
yaitu karena tiap titik menempel maka hasil
dari regresinya pun juga demikian. Garis
b. Pengaruh Lamanya Pembakaran
Kuat Tekan (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
y = -11.693x + 100
R2 = 1
y = -0.58x + 66.717
R 2 = 0.9929
y = -11.667x + 100
R2 = 1
0
1
y = -0.5x + 66.627
R2 = 0.9541
2
3
4
5
6
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
7
8
Waktu (jam)
Kuat Tekan (%)
Gambar 6. Hasil Regresi Perubahan Kuat tekan Beton pada suhu 300oC
100
90
80
y = -20.767x + 100
70
R2 = 1
60
y = -22.817x + 100
y = -2.4206x + 45
50
2
40 R = 1
R2 = 0.792
30
y = -2.8975x + 39.811
20
R2 = 0.9836
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Waktu
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
8
Gambar 7. Hasil Regresi Perubahan Kuat tekan Beton pada suhu 600oC
100
Kuat Tekan (%)
90
y = -26.12x + 100
80
2
R =1
70
60
f'c = 21,6 MPa
50
y = -1.395x + 26.318
R 2 = 0.9142
40
30
f'c = 32,96 MPa
y = -27.323x + 100
20
2
R =1
y = -0.9675x + 21.148
R 2 = 0.9643
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Waktu
Gambar 8. Hasil Regresi Perubahan Kuat tekan Beton pada suhu 900oC
122
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
Pada gambar 6, 7, dan 8 ini garis tren yang
dihasilkan pada saat mencapai waktu 3 jam
semakin bertambah suhu penurunannyapun
juga semakin tajam, sehingga beton yang
dihasilkan pada pembakaran 900oC sebelum 7
jam sudah tidak memiliki kekuatan.
100
y = -5.7167x + 100 y = -0.395x + 84.008
R2 = 1
R 2 = 0.9966
y = -5.9533x + 100
80
2
R =1
y = -0.5275x + 83.828
Modulus Elastisitas (%)
90
70
R 2 = 0.9711
60
f'c = 21,6 MPa
50
f'c = 32,96 MPa
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Waktu (jam)
Gambar 9. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton pada suhu 300oC
Modulus Elastisitas (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
y = -19.017x + 100
R2 = 1
y = -0.55x + 44.913
R2 = 0.8042
y = -21.633x + 100
R2 = 1
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
y = -1.38x + 38.547
R2 = 0.8408
0
1
2
3
4
5
Waktu (jam )
6
7
8
Gambar 10. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton pada suhu 600oC
100
Modulus Elastisitas (%)
90
80
y = -25.58x + 100
70
R2 = 1
60
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
50
40
y = -28.3x + 100
30
R2 = 1
y = -0.9175x + 26.078
R 2 = 0.9962
20
y = -0.865x + 18.162
R 2 = 0.8208
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
W aktu (jam )
Gambar 11. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton pada suhu 900oC
123
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
Gambar 9, 10, dan 11 merupakan hasil regresi
menunjukkan bahwa perubahan modulus
elastisitas beton untuk kuat tekan beton 21,6
MPa dan 32,96 MPa tidak terdapat perbedaan
yang berarti karena hasil dari garisnya
menempel. Dua garis yang dihasilkan pun tidak
terjadi penurunan yang drastis, sehingga dapat
disimpulkan bahwa beton yang dibakar pada
suhu 300oC tidak terjadi perubahan yang
signifikan dengan beton yang tanpa dibakar,
tetapi
dengan
bertambahnya
suhu
penurunannya mulai tampak.
Hasil Grafik Eksperimen Dibandingkan
Dengan Grafik Neville
Hasil grafik modulus elastisitas beton,
sebenarnya jika diregresi secara polynomial
menghasilkan garis tren yang tidak jauh
berbeda dari grafik Neville, demikian pula
untuk nilai kuat tekan betonnya. Sehingga
dapat dikatakan bahwa hasil dari penelitian
tidak menyimpang dari grafik-grafik yang
sudah ada. Pada gambar 12 dan 13 dapat dilihat
perbandingannya.
% E/Ec
Perubahan Modulus Elastisitas Beton
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Eksperimen
Neville
Poly. (Eksperimen)
y = 3E-07x3 - 0.0004x2 + 0.0401x + 100
R2 = 0.9817
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 12. Perbandingan nilai modulus elastisitas beton Neville dan eksperimen
% fc/f'c
Perubahan Kuat Tekan Beton
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
y = 1E-07x3 - 0.0001x2 - 0.098x + 100
R2 = 0.9732
Eksperimen
Neville
Poly. (Eksperimen)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 13. Perbandingan nilai kuat tekan beton Neville dan eksperimen
124
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berikut kesimpulan yang didapat dari hasil
penelitian ini :
1. Beton meskipun mempunyai ketahanan
terhadap
api
yang
lebih
unggul
dibandingkan material yang lain, namun
tetap mengalami penurunan kekuatan dan
modulus elastisitas setelah dibakar, yaitu
dengan semakin tingginya suhu api yang
dikenakan pada waktu 3 jam pada suhu
300oC pada beton maka kekuatannya pun
juga semakin menurun yaitu menjadi
berkisar 71,8%, juga pada suhu 600 oC, 900
o
C yaitu menjadi berkisar 43,6% dan 15,4%,
untuk beton dengan kuat tekan beton 21,6
MPa.
2. Perbedaan waktu pencapaian suhu pun juga
menghasilkan penurunan kekuatan beton
yang berbeda. Semakin lama waktu yang
digunakan pada suhu yang sama juga
mengakibatkan kekuatan dan modulus
elastisitas beton semakin menurun. Pada
suhu 600 oC kekuatan sisa beton menjadi
berkisar 43,6%, 42,52%, 37,42% dan
20,08% untuk waktu 3 jam, 5 jam, 7 jam
dan 9 jam, pada kuat tekan beton 21,6 MPa.
3. Digunakannya dua kuat tekan beton
diharapkan
dapat
mengetahui
perbedaannya, hasilnya pada kuat tekan
beton 21,6 MPa dan kuat tekan beton 32,96
MPa mengalami perbedaan. Yaitu kuat
tekan beton 32,96 MPa memiliki
kecenderungan penurunan yang lebih
banyak daripada kuat tekan beton 21,6 MPa
meskipun dibakar pada suhu dan lama
waktu yang sama. Hal ini disebabkan
karena faktor air semen, faktor air semen
yang semakin kecil jika terkena temperatur
tinggi nilai kehilangan kekuatan betonnya
semakin meningkat. Dapat dilihat pada
gambar 4.18 sampai dengan 4.29
4. Warna beton setelah proses pendinginan
membantu dalam menjelaskan temperatur
maksimum yang pernah dialami beton pada
beberapa kasus. Beton yang terbakar pada
suhu 300oC secara fisik belum mengalami
perbedaan yang terlalu jauh dari aslinya,
hanya saja pada bagian permukaan sudah
5.
6.
7.
8.
terselimuti kapur. Namun tidak terlalu
banyak dan sudah terdapat retak rambut
pada bagian permukaan.
Pada suhu 600oC, akibat adanya senyawa
garam besi dalam agregat atau pasir beton
membuat beton sedikit kemerahan, baik itu
pada bagian permukaan maupun bagian
dalam.
Pada suhu 900oC, beton mengalami spalling
yaitu melepasnya sebagian permukaan
beton dalam wujud lapisan tipis. Sedang
crazing merupakan gejala retak remuk pada
permukaan beton, seperti pecahnya kulit
telur. Beton pada suhu 900oC ini sudah
sangat parah, karena permukaan jika
dipegang seperti ada serbuk kapur yang
banyaksekali dan beton sudah bengkahbengkah selebar 2 mm, sehingga sangat
mengkhawatirkan
saat
proses
pemindahannya. Beton pada suhu ini
warnanya sudah keabu-abuan.
Hasil grafik berupa tiga dimensi pada
gambar 4.30 sampai dengan 4.33 dapat
lebih memudahkan pencarian perubahan
kuat tekan beton dan modulus elastisitas
beton paska beton terbakar. Yaitu dengan
adanya data suhu dan lamanya kebakaran.
Adanya normalisasi untuk kuat tekan beton
lebih memudahkan pencarian perubahan
kuat tekan beton maupun modulus
elastisitas beton tanpa harus interpolasi
ataupun ekstrapolasi terlebih dahulu. Hal ini
ditunjukkan pada gambar 4.34 dan 4.35.
Saran
Untuk mendapatkan hasil yang lebih
mendalam, maka diajukan beberapa saran
berikut ini :
1. Pengujian yang dilakukan sebaiknya tidak
hanya terhadap suhu 300oC, 600 oC, 900 oC
tetapi kelipatan 100oC mulai dari 0oC
sampai 1000oC misalnya, sehingga
diperoleh hasil yang lebih menyeluruh.
2. Ada tempat khusus untuk pembakaran
beton.
3. Serangkaian penelitian diharapkan bisa
dilakukan pada satu tempat, sehingga tidak
terlalu
banyak
resiko
pada
saat
pemindahan beton.
125
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
DAFTAR PUSTAKA
Baker, MC (1996), ”Thermal and Moisture
Deformations in Building Materials”,
Jurnal
Departemen Pekerjaan Umum, ”Tata Cara
Perhitungan
Struktur
Beton
untuk
Bangunan Gedung”, SK SNI T-15-199103, 1992.
Oroh, RR dan Suhendro, B (2004), ”Perilaku
Kolom Bulat Lilitan Spiral Pasca Bakar
Akibat Beban Tekan Aksial Eksentris –
Prosiding Konferensi Nasional Rekayasa
Kegempaan II”.
Partowiyanto, A dan Sudarmadi (2003),
”Pengembangan Teknik Estimasi Kekuatan
Beton dengan Uji Ultrasonik”, Jurnal.
Fathony, M, (2001), ”Perkiraan Kekuatan
Bahan Bangunan, Setelah Kebakaran”,
Konstruksi September-Oktober
Partowiyanto, A dan Sudarmadi, (2002),
”Pengaruh Penyiraman Air pada Beton
Pasca Pemanasan Suhu Tinggi”, Jurnal PI16-D9
Gustafero, AH (1985) ”Fire ResistanceHandbook of Concrete Engineering Second
Edition”,
Van
Nostrand
Reinhold
Company, New York.
Prioyosulistyo (2004), ”Perilaku Elemen
Struktur Beton Bertulang Pasca Bakar –
Prosiding Konferensi Nasional Rekayasa
Kegempaan II”.
Beton”,
Purba, Alexander (2000), ”Perbaikan Struktur
Gedung Akibat Kebakaran”, Konstruksi
November-Desember
Kardiyono (1996), ”Teknologi
NAFIRI, Yogyakarta.
London Distric Surveyors Association, ”A
Performance Based Approach to Fire
Resistance of Structural Members”, Jurnal.
Malhotra, HL (1982), ”Design of Fire –
Resisting Struktures”, Survey University
Press, New York.
Neville, AM (1996), ”Properties of Concrete”,
Longman.
126
Ridwan Suhud dkk, ”Pedoman Pelaksanaan
Praktikum Beton”, Laboratorium Struktur
dan Bahan Jurusan Teknik Sipil ITB.
Sagel, Kole, Kusuma G, (1993), ”Pedoman
Pengerjaan Beton Berdasakan SK SNI T15-1991-03” , Erlangga, Jakarta.
AKIBAT TEMPERATUR TINGGI1
Trisni Bayuasri2, Himawan Indarto3, Antonius4
ABSTRACT
Fire resistance of concrete as building material is better than other material. It is caused by the
thermal conductivity of concrete is low. However, concrete still has limitation. When the
concrete is experienced to the height temperature for a long of time, it will be damage. The
degree of damage is depended on various factor, such as the degree of temperature, duration of
fired, or the concrete quality.
This research is assumed to find out the change of concrete strength and modulus elasticity of
the concrete after fired at various temperature and duration. Two different concrete strength,
K225 and K350, are tested in this research. Both are fired at the temperature of 300°C, 600°C,
and 900°C at the duration of 3 hours, 5 hours, and 7 hours.
Result of this research indicated that the behaviour strength of concrete and modulus elasticity
of concrete after fired is equal, that is decreasing. The degree of degradation is influenced by
temperature achieved and duration.The higher the temperatur are the longer the duration, the
rest of the strength tend to be smaller. For example, the fired at temperature 300°C during 3
hours, the rest of the srength concrete ± 71,8 %, and for duration 9 hours become ± 60,04%.
The change of the strength of concrete and also modulus elasticity of concrete for different
concrete quality are different although they are burned at the same temperature and duration.
For example at temperature 600°C for 5 hours duration, strength of concrete K225 of the rest
strength ± 36,40%, while K350 of the rest strength ± 24,46 %.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Material beton relatif lebih tahan terhadap
temperatur
tinggi
akibat
kebakaran
dibandingkan struktur baja ataupun kayu yang
tidak diproteksi secara khusus. Salah satu
kelebihan struktur beton terlihat pada saat
mengalami kebakaran adalah keruntuhannya
tidak terjadi secara tiba-tiba.
Bila dalam tahap pembangunan suatu
bangunan sipil (dalam hal ini ditinjau dari
betonnya) ditemukan kecurigaan bahwa mutu
1
2, 3, 4
betonnya kemungkinan tidak memenuhi
persyaratan paska kebakaran (perubahan
temperatur yang ekstrem), maka perlu
dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui
tingkat degradasi mutu betonnya (seberapa
besar mempengaruhi beton).
Tujuan Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat
mengetahui hubungan antara suhu, waktu/lama
beton yang terbakar untuk beton mutu normal.
Dengan adanya 2 kuat tekan beton yang
digunakan, maka dapat diketahui perbedaan
PILAR Volume 15, Nomor 2, September 2006 : halaman 117 – 126
Magister Teknik Sipil Universitas Dponegoro
Jl. Hayam Wuruk Semarang
117
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
antara kuat tekan beton tersebut terhadap
pengaruh temperatur tinggi. Sehingga dengan
adanya data waktu dan suhu dari suatu
kebakaran bangunan sipil, dapat diperkirakan
tingkat kelayakan penggunaan dari beton yang
telah terbakar.
Manfaat Penelitian
Penelitian
ini
diharapkan
dapat
menggambarkan perilaku mengenai pengaruh
kebakaran beton terhadap perilaku mekanisnya.
Perilaku yang terjadi dapat digunakan sebagai
acuan apabila ada struktur bangunan beton
yang terbakar dalam rentang suhu sampai
dengan 900°C atau bahkan lebih dan dengan
rentang waktu sampai 7 jam atau lebih.
Ruang lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian terbatas pada :
1. Beton yang diolah, dicetak dan dirawat pada
umur 28 hari
2. Material yang digunakan :
a. Semen portland
b. Pasir muntilan
c. Batu pecah
d. Air di laboratorium
3. Mutu beton yang akan digunakan K225 dan
K350
4. Suhu yang akan digunakan 300°C, 600°C,
900°C
5. Waktu pembakaran beton yang akan
digunakan 3 jam, 5 jam, dan 7 jam
118
Sasaran Penelitian
Pada penelitian ini selain untuk mengetahui
perubahan kuat tekan dan modulus elastisitas
beton akibat perubahan suhu yang tinggi juga
untuk mengetahui faktor lamanya pembakaran
dan macam kuat tekan beton yang digunakan,
sehingga bisa diketahui tingkat kerusakannya
tanpa melakukan pengujian di laboratorium.
TINJAUAN PUSTAKA
Perilaku Beton Terhadap Api
Beton merupakan material bangunan yang
memiliki tahanan terhadap api / panas yang
unggul dibandingkan jenis material lain, seperti
kayu atau baja. Hal ini disebabkan karena
beton merupakan penghantar panas yang lemah
(low thermal conductivity) , sehingga dapat
membatasi kedalaman penetrasi panas. Selain
keunggulan tersebut beton juga relatif mudah
untuk diperbaiki. Oleh karena itu perlu adanya
rekayasa forensik untuk mengetahui dan
mempelajari mekanisme penyebab terjadinya
suatu kegagalan struktur. Melalui pelajaran
yang dapat diambil dari kejadian tersebut, juga
dimanfaatkan sebagai informasi yang berharga
untuk pengambilan keputusan di masa
mendatang. (Soemardi, dan Munaf,1998)
Sifat Termal Agregat
Sifat termal agregat mempengaruhi keawetan
dan kualitas lain dari betonnya. Sifat-sifat
utama sifat termal agregat yaitu:
(Tjokrodimulyo,1996)
(1) Koefisien muai
(2) Panas jenis
(3) Penghantar panas
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
METODOLOGI PENELITIAN
Start
Studi Literatur
Kuat tekan rencana : f′c
1.
K 225
2.
K 350
tidak
Uji kuat tekan
fc ≥ f′c
ya
Pembuatan
sampel
Pembakaran
1. Suhu 300°C, 600°C, 900°C
2. Waktu 3 jam, 5 jam, 7 jam
Pengujian sampel
(unt. Kontrol) tanpa pembakaran :
1. Kuat tekan
2. Mod. Elastisitas
Pengujian sampel :
1. Uji kuat tekan
2. Uji mod. elastisitas
Analisa
Analisa
Kesimpulan
Selesai
Gambar 1. Bagan Alir Penelitian
119
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
Pada tabel 2. memperlihatkan prosentase
kekuatan sisa akibat pembakaran beton. Pada
suhu 300oC kuat tekan beton mengalami
penurunan berkisar 36%, pada suhu 600oC
berkisar 37% pada waktu 3 jam untuk kuat
tekan beton 21,6 MPa.
HASIL EKSPERIMEN DAN
PEMBAHASAN
Hasil Mix Desain
Pada penelitian ini direncanakan beton dengan
kuat tekan K 225 dan K 350. Tabel 1.
merupakan hasil dari mix desain.
Pada tabel 3. memperlihatkan prosentase
kekuatan sisa modulus elastisitas beton akibat
pembakaran beton. Pada suhu 300oC waktu 3
jam untuk kuat tekan beton 21,6 MPa kekuatan
sisa modulus elastisitas beton berkisar 82,85.
Tampak bahwa pada saat beton terbakar pada
suhu 900oC nilai modulus elastisitas beton
mengalami penurunan yang sangat tajam.
Tabel 1. Hasil Mix Desain
Faktor
Air
Semen
0,67
0,54
Mix Slump
Desain (cm)
K 225
K 350
11,5
12
Kuat
Tekan
(MPa)
21,6
32,96
Modulus
Elastisita
(MPa)
21.842,60
26.986,77
Tabel 2. Prosentase Kekuatan Sisa
Suhu
Waktu
300°C
21,6 MPa
32,96MPa
64,92%
65%
63,93%
64,38%
62,60%
63%
3 jam
5 jam
7 jam
600°C
21,6 Mpa
32,96MPa
37,70%
31,55%
36,40%
24,46%
25,57%
19,96%
900°C
21,6 Mpa
32,96MPa
21,64%
18,03%
20,33%
16,74%
16,06%
14,16%
Tabel 3. Prosentase Kekuatan Sisa Modulus Elastisitas
Suhu
Waktu
300°C
21,6 MPa
32,96MPa
82,85%
82,14%
81,98%
81,40%
81,27%
80,03%
3 jam
5 jam
7 jam
600°C
21,6 Mpa
32,96MPa
42,95%
35,10%
42,79%
30,26%
40,75%
29,58%
900°C
21,6 Mpa
32,96MPa
23,26%
15,10%
21,62%
14,77%
19,59%
11,64%
Pengaruh Perubahan Suhu
100
90
Kuat Tekan (%)
80
70
60
W aktu 3 jam
50
y = -0.094x + 100
R2 = 0.9657
y = -0.0958x + 100
R2 = 0.9633
40
30
20
W aktu 5 jam
W aktu 7 jam
y = -0.1043x + 100
R2 = 0.9372
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 2. Hasil Regresi Perubahan Kuat Tekan 21,6 Mpa
120
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
waktu yang lain. Dari sini dapat disimpulkan
bahwa hasil asli penurunan kuat tekan beton
dengan hasil regresi sebenarnya tidak jauh
berbeda, hanya saja hasil regresi penurunannya
lebih smooth.
Kuat Tekan (%)
Pada hasil trendline gambar 2. yaitu kuat tekan
beton untuk lama waktu 3 jam dan 5 jam
penurunannya seiring sehingga tampak
menempel. Pada lama waktu 7 jam penurunan
kuat tekan beton tempak berbeda dari lama
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Waktu 3 jam
y = -0.0995x + 100
R2 = 0.9602
y = -0.1039x + 100
R2 = 0.9329
Waktu 5 jam
Waktu 7 jam
y = -0.1082x + 100
R2 = 0.9212
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 3. Hasil Regresi Perubahan Kuat Tekan 32,96 Mpa
Modulus Elastisitas (%)
100
90
80
70
60
50
y = -0.0875x + 100
R2 = 0.9766
40
30
Waktu 3 jam
y = -0.0861x + 100
R2 = 0.972
Waktu 5 jam
Waktu 7 jam
y = -0.0901x + 100
R2 = 0.9763
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Suhu (oC)
Modulus Elastisitas (%)
Gambar 4. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton Pada Kuat Tekan Beton 21,6 Mpa
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Waktu 3 jam
y = -0.0985x + 100
R2 = 0.9505
y = -0.0958x + 100
R2 = 0.9628
Waktu 5 jam
Waktu 7 jam
y = -0.1014x + 100
R2 = 0.9596
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000
o
Suhu ( C)
Gambar 5. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton Pada Kuat Tekan Beton 32,96 Mpa
121
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
trennya tampak sejajar dan berhimpit tetapi
masih dapat dibedakan satu dengan yang lain.
Pada gambar 3. hasil regresinya menunjukkan
garis trennya tidak saling berhimpit, tetapi
tetap arahnya sejajar.
Hasil regresi yang ditunjukkan pada gambar 5.
juga mirip dengan gambar 4. dimana garis
trennya sejajar dan hampir menempel.
Hasil regresi yang ditunjukkan pada gambar 4.,
yaitu karena tiap titik menempel maka hasil
dari regresinya pun juga demikian. Garis
b. Pengaruh Lamanya Pembakaran
Kuat Tekan (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
y = -11.693x + 100
R2 = 1
y = -0.58x + 66.717
R 2 = 0.9929
y = -11.667x + 100
R2 = 1
0
1
y = -0.5x + 66.627
R2 = 0.9541
2
3
4
5
6
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
7
8
Waktu (jam)
Kuat Tekan (%)
Gambar 6. Hasil Regresi Perubahan Kuat tekan Beton pada suhu 300oC
100
90
80
y = -20.767x + 100
70
R2 = 1
60
y = -22.817x + 100
y = -2.4206x + 45
50
2
40 R = 1
R2 = 0.792
30
y = -2.8975x + 39.811
20
R2 = 0.9836
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Waktu
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
8
Gambar 7. Hasil Regresi Perubahan Kuat tekan Beton pada suhu 600oC
100
Kuat Tekan (%)
90
y = -26.12x + 100
80
2
R =1
70
60
f'c = 21,6 MPa
50
y = -1.395x + 26.318
R 2 = 0.9142
40
30
f'c = 32,96 MPa
y = -27.323x + 100
20
2
R =1
y = -0.9675x + 21.148
R 2 = 0.9643
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Waktu
Gambar 8. Hasil Regresi Perubahan Kuat tekan Beton pada suhu 900oC
122
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
Pada gambar 6, 7, dan 8 ini garis tren yang
dihasilkan pada saat mencapai waktu 3 jam
semakin bertambah suhu penurunannyapun
juga semakin tajam, sehingga beton yang
dihasilkan pada pembakaran 900oC sebelum 7
jam sudah tidak memiliki kekuatan.
100
y = -5.7167x + 100 y = -0.395x + 84.008
R2 = 1
R 2 = 0.9966
y = -5.9533x + 100
80
2
R =1
y = -0.5275x + 83.828
Modulus Elastisitas (%)
90
70
R 2 = 0.9711
60
f'c = 21,6 MPa
50
f'c = 32,96 MPa
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Waktu (jam)
Gambar 9. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton pada suhu 300oC
Modulus Elastisitas (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
y = -19.017x + 100
R2 = 1
y = -0.55x + 44.913
R2 = 0.8042
y = -21.633x + 100
R2 = 1
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
y = -1.38x + 38.547
R2 = 0.8408
0
1
2
3
4
5
Waktu (jam )
6
7
8
Gambar 10. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton pada suhu 600oC
100
Modulus Elastisitas (%)
90
80
y = -25.58x + 100
70
R2 = 1
60
f'c = 21,6 MPa
f'c = 32,96 MPa
50
40
y = -28.3x + 100
30
R2 = 1
y = -0.9175x + 26.078
R 2 = 0.9962
20
y = -0.865x + 18.162
R 2 = 0.8208
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
W aktu (jam )
Gambar 11. Hasil Regresi Perubahan Modulus Elastisitas Beton pada suhu 900oC
123
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
Gambar 9, 10, dan 11 merupakan hasil regresi
menunjukkan bahwa perubahan modulus
elastisitas beton untuk kuat tekan beton 21,6
MPa dan 32,96 MPa tidak terdapat perbedaan
yang berarti karena hasil dari garisnya
menempel. Dua garis yang dihasilkan pun tidak
terjadi penurunan yang drastis, sehingga dapat
disimpulkan bahwa beton yang dibakar pada
suhu 300oC tidak terjadi perubahan yang
signifikan dengan beton yang tanpa dibakar,
tetapi
dengan
bertambahnya
suhu
penurunannya mulai tampak.
Hasil Grafik Eksperimen Dibandingkan
Dengan Grafik Neville
Hasil grafik modulus elastisitas beton,
sebenarnya jika diregresi secara polynomial
menghasilkan garis tren yang tidak jauh
berbeda dari grafik Neville, demikian pula
untuk nilai kuat tekan betonnya. Sehingga
dapat dikatakan bahwa hasil dari penelitian
tidak menyimpang dari grafik-grafik yang
sudah ada. Pada gambar 12 dan 13 dapat dilihat
perbandingannya.
% E/Ec
Perubahan Modulus Elastisitas Beton
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Eksperimen
Neville
Poly. (Eksperimen)
y = 3E-07x3 - 0.0004x2 + 0.0401x + 100
R2 = 0.9817
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 12. Perbandingan nilai modulus elastisitas beton Neville dan eksperimen
% fc/f'c
Perubahan Kuat Tekan Beton
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
y = 1E-07x3 - 0.0001x2 - 0.098x + 100
R2 = 0.9732
Eksperimen
Neville
Poly. (Eksperimen)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
o
Suhu ( C)
Gambar 13. Perbandingan nilai kuat tekan beton Neville dan eksperimen
124
Perubahan Perilaku Mekanis Beton Akibat Temperatur Tinggi
Trisni Bayuasri, Himawan Indarto, Antoniu
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berikut kesimpulan yang didapat dari hasil
penelitian ini :
1. Beton meskipun mempunyai ketahanan
terhadap
api
yang
lebih
unggul
dibandingkan material yang lain, namun
tetap mengalami penurunan kekuatan dan
modulus elastisitas setelah dibakar, yaitu
dengan semakin tingginya suhu api yang
dikenakan pada waktu 3 jam pada suhu
300oC pada beton maka kekuatannya pun
juga semakin menurun yaitu menjadi
berkisar 71,8%, juga pada suhu 600 oC, 900
o
C yaitu menjadi berkisar 43,6% dan 15,4%,
untuk beton dengan kuat tekan beton 21,6
MPa.
2. Perbedaan waktu pencapaian suhu pun juga
menghasilkan penurunan kekuatan beton
yang berbeda. Semakin lama waktu yang
digunakan pada suhu yang sama juga
mengakibatkan kekuatan dan modulus
elastisitas beton semakin menurun. Pada
suhu 600 oC kekuatan sisa beton menjadi
berkisar 43,6%, 42,52%, 37,42% dan
20,08% untuk waktu 3 jam, 5 jam, 7 jam
dan 9 jam, pada kuat tekan beton 21,6 MPa.
3. Digunakannya dua kuat tekan beton
diharapkan
dapat
mengetahui
perbedaannya, hasilnya pada kuat tekan
beton 21,6 MPa dan kuat tekan beton 32,96
MPa mengalami perbedaan. Yaitu kuat
tekan beton 32,96 MPa memiliki
kecenderungan penurunan yang lebih
banyak daripada kuat tekan beton 21,6 MPa
meskipun dibakar pada suhu dan lama
waktu yang sama. Hal ini disebabkan
karena faktor air semen, faktor air semen
yang semakin kecil jika terkena temperatur
tinggi nilai kehilangan kekuatan betonnya
semakin meningkat. Dapat dilihat pada
gambar 4.18 sampai dengan 4.29
4. Warna beton setelah proses pendinginan
membantu dalam menjelaskan temperatur
maksimum yang pernah dialami beton pada
beberapa kasus. Beton yang terbakar pada
suhu 300oC secara fisik belum mengalami
perbedaan yang terlalu jauh dari aslinya,
hanya saja pada bagian permukaan sudah
5.
6.
7.
8.
terselimuti kapur. Namun tidak terlalu
banyak dan sudah terdapat retak rambut
pada bagian permukaan.
Pada suhu 600oC, akibat adanya senyawa
garam besi dalam agregat atau pasir beton
membuat beton sedikit kemerahan, baik itu
pada bagian permukaan maupun bagian
dalam.
Pada suhu 900oC, beton mengalami spalling
yaitu melepasnya sebagian permukaan
beton dalam wujud lapisan tipis. Sedang
crazing merupakan gejala retak remuk pada
permukaan beton, seperti pecahnya kulit
telur. Beton pada suhu 900oC ini sudah
sangat parah, karena permukaan jika
dipegang seperti ada serbuk kapur yang
banyaksekali dan beton sudah bengkahbengkah selebar 2 mm, sehingga sangat
mengkhawatirkan
saat
proses
pemindahannya. Beton pada suhu ini
warnanya sudah keabu-abuan.
Hasil grafik berupa tiga dimensi pada
gambar 4.30 sampai dengan 4.33 dapat
lebih memudahkan pencarian perubahan
kuat tekan beton dan modulus elastisitas
beton paska beton terbakar. Yaitu dengan
adanya data suhu dan lamanya kebakaran.
Adanya normalisasi untuk kuat tekan beton
lebih memudahkan pencarian perubahan
kuat tekan beton maupun modulus
elastisitas beton tanpa harus interpolasi
ataupun ekstrapolasi terlebih dahulu. Hal ini
ditunjukkan pada gambar 4.34 dan 4.35.
Saran
Untuk mendapatkan hasil yang lebih
mendalam, maka diajukan beberapa saran
berikut ini :
1. Pengujian yang dilakukan sebaiknya tidak
hanya terhadap suhu 300oC, 600 oC, 900 oC
tetapi kelipatan 100oC mulai dari 0oC
sampai 1000oC misalnya, sehingga
diperoleh hasil yang lebih menyeluruh.
2. Ada tempat khusus untuk pembakaran
beton.
3. Serangkaian penelitian diharapkan bisa
dilakukan pada satu tempat, sehingga tidak
terlalu
banyak
resiko
pada
saat
pemindahan beton.
125
PILAR
Vol. 15 Nomor 2, September 2006 : hal. 117 – 126
DAFTAR PUSTAKA
Baker, MC (1996), ”Thermal and Moisture
Deformations in Building Materials”,
Jurnal
Departemen Pekerjaan Umum, ”Tata Cara
Perhitungan
Struktur
Beton
untuk
Bangunan Gedung”, SK SNI T-15-199103, 1992.
Oroh, RR dan Suhendro, B (2004), ”Perilaku
Kolom Bulat Lilitan Spiral Pasca Bakar
Akibat Beban Tekan Aksial Eksentris –
Prosiding Konferensi Nasional Rekayasa
Kegempaan II”.
Partowiyanto, A dan Sudarmadi (2003),
”Pengembangan Teknik Estimasi Kekuatan
Beton dengan Uji Ultrasonik”, Jurnal.
Fathony, M, (2001), ”Perkiraan Kekuatan
Bahan Bangunan, Setelah Kebakaran”,
Konstruksi September-Oktober
Partowiyanto, A dan Sudarmadi, (2002),
”Pengaruh Penyiraman Air pada Beton
Pasca Pemanasan Suhu Tinggi”, Jurnal PI16-D9
Gustafero, AH (1985) ”Fire ResistanceHandbook of Concrete Engineering Second
Edition”,
Van
Nostrand
Reinhold
Company, New York.
Prioyosulistyo (2004), ”Perilaku Elemen
Struktur Beton Bertulang Pasca Bakar –
Prosiding Konferensi Nasional Rekayasa
Kegempaan II”.
Beton”,
Purba, Alexander (2000), ”Perbaikan Struktur
Gedung Akibat Kebakaran”, Konstruksi
November-Desember
Kardiyono (1996), ”Teknologi
NAFIRI, Yogyakarta.
London Distric Surveyors Association, ”A
Performance Based Approach to Fire
Resistance of Structural Members”, Jurnal.
Malhotra, HL (1982), ”Design of Fire –
Resisting Struktures”, Survey University
Press, New York.
Neville, AM (1996), ”Properties of Concrete”,
Longman.
126
Ridwan Suhud dkk, ”Pedoman Pelaksanaan
Praktikum Beton”, Laboratorium Struktur
dan Bahan Jurusan Teknik Sipil ITB.
Sagel, Kole, Kusuma G, (1993), ”Pedoman
Pengerjaan Beton Berdasakan SK SNI T15-1991-03” , Erlangga, Jakarta.