berita ...

www.kompas.com

berita ...

www.kompas.com

Alumni Teknik Sipil USU Angkatan 2004: Mungkinkah Beton sekuat Baja

Alumni Teknik Sipil USU Angkatan 2004: Mungkinkah Beton sekuat Baja

Mungkinkah Beton sekuat Baja

Mungkinkah beton sekuat baja?

Catatan : Prof Harianto ingin berbagi informasi mengenai kunjungan risetnya di Uni-Kassel tentang beton mutu super. Ini merupakan makalah beliau versi on-line dan hanya di blog ini. Untuk itu diucapkan terima kasih atas kepercayaannya memakai blog ini. Semoga informasi ini dapat dengan cepat diketahui oleh teman-teman seprofesi se Indonesia.

Mungkinkah beton sekuat baja?
Oleh: Prof. Dr.-Ing. Harianto Hardjasaputra, Penulis adalah Guru Besar Teknik Sipil Universitas Pelita Harapan E-Mail: hardja@yahoo.com

Pertanyaan di atas tentu belumlah muncul ditahun 1950-an, saat beton untuk pertama kalinya diperkenalkan di dunia konstruksi Indonesia oleh alm. Prof. Roosseno, Bapak Beton Indonesia, sebagai bahan konstruksi yang andal dan murah. Sebagai dosen dan ahli struktur beliau sangat giat memperkenalkan teknologi dan konstruksi beton. Beliau mengajarkan bagaimana membuat campuran beton, yang bahan dasarnya mudah didapat, terdiri dari murni 3 bahan dasar yaitu: semen, agregat kasar / halus, dan air, sesuai dengan kekuatan yang diinginkan, yaitu sekitar 200 kg/cm² - 250 kg/cm². Kekuatan beton saat itu kalau dibandingkan dengan kekuatan baja yang mencapai 2400 kg/cm² hanyalah sepersepuluhnya.

Research grant 2008 dari Konrad Adenauer Foundation yang diperoleh penulis, memberi kesempatan kepada penulis untuk mendalami beton sebagai material konstruksi yang High Tech, berbasis TEKNOLOGI NANO.

Di Institute of Structure, University of Kassel, tempat penulis bekerja, Prof. Schmidt dan Prof. Fehling, selama satu dekade ini telah melakukan penelitian berbasis teknologi nano, untuk membuat campuran beton dengan kekuatan tekannya mencapai kekuatan baja, yaitu sebesar 2000 kg/cm² - 2500 kg/cm². Beton generasi baru ini dikenal dengan nama Ultra High Performance Concrete disingkat UHPC.

Susunan gradasi dari material yang membentuk beton generasi baru ini berbeda dengan susunan gradasi beton konvensional yang terletak pada rentang ukuran makro. Susunan gradasi dari material UHPC terdiri dari partikel partikel sangat halus terletak pada ukuran submikrokopis, dengan rentang ukuran nanometer disingkat nm (10-9 m) sampai ukuran 0,5 mm, yang terdiri dari mikrosilika (yang berukuran antara 50-1000 nm), partikel semen (dengan ukuran antara 2-100 µm) dan pasir halus (dengan ukuran antara 10 - 500 µm).

Dengan basis teknologi nano terbuka jalan untuk melakukan optimasi untuk mendapatkan susunan material pada suatu volume tertentu yang ultra padat atau disebut sebagai packing density. Kepadatan yang sangat tinggi diperoleh karena ruang-ruang kosong yang ada diantara partikel-partikel yang berukuran relatif besar seperti partikel semen dapat diisi butiran debu halus berukuran nanometer seperti mikrosilika ataupun partikel mineral lainnya, bersifat reaktif maupun tidak. Dengan demikian terbentuklah UHPC sebagai beton dengan susunan struktur yang sangat padat, dimana pori-pori yang terbentuk berada dalam ukuran 2 nm, lebih kecil dari ukuran kapiler atau praktis tidak mengandung lagi pori-pori berukuran kapiler.

Gambar 1 : Prinsip pengisian pori-pori pada material UHPC (Sumber: Schmidt)

Gambar 2 : Kiri, foto REM beton konvensional. (lebar gambar 23 µm)Kanan, foto REM UHPC (lebar gambar 7 µm)(Sumber : Schmidt)

Gambar 1 memperlihatkan prinsip susunan berbagai ukuran partikel halus yang mengisi pori-pori dan membentuk packing density dari material UHPC, sedangkan Gambar 2 adalah hasil foto REM (Raster Elektron Mikroskop) untuk beton konvensional dan UHPC. Pada beton konvensional terlihat jelas pori-pori beton dalam ukuran kapiler, sedangkan pada UHPC pori-pori kapiler ini tidak lagi terlihat. Kekuatan tinggi pada UHPC terutama disebabkan karena rendahnya porositas yang ada pada material UHPC, dimana semen sebagai matrix, mengikat partikel halus mikro silika yang bersifat reaktif maupun partikel halus mineral lainnya yang tidak reaktif dengan pasir halus sebagai aggregat, membentuk susunan struktur material yang homogen.

Akibat sedikitnya pori-pori yang ada pada suatu volume tertentu dari UHPC, maka pada campuran UHPC jumlah air dapatlah dikurangi sampai mencapai kurang lebih 20 % dari berat semen. Untuk menjamin agar campuran UHPC yang sedikit air ini dapat tetap dikerjakan, maka pada campuran UHPC diberi tambahan superplastisizer, yang paling baik adalah superplastisizer dengan tipe Polycarboxylatether (PCE). Superplastisizer ini akan secara effektif membuat beton segar, yang walaupun kandungan airnya sedikit, menjadi sangat plastis sehingga dapat dikerjakan pengecorannya ke dalam cetakan..

Akibat tingginya kekuatan yang ada pada UHPC, beton ini mempunyai keruntuhan yang sangat getas. Energi yang tersimpan sebelum mencapai keruntuhan sangatlah besar, energi yang besar ini akan terlepas layaknya sebagai ledakan pada saat UHPC mengalami keruntuhan. Untuk memperbaiki daktilitas dari UHPC agar keruntuhannya tidak tiba-tiba, maka pada campuran UHPC diberikan serat baja ukuran diameter 0,15mm dan panjang 6 mm dalam jumlah tertentu.
Dengan tercapainya kekuatan beton yang menyamai kekuatan baja, maka dengan UHPC dapat dibuat desain konstruksi beton yang lebih estetik yaitu konstruksi yang ringan dan langsing. Ringannya berat sendiri struktur UHPC memungkinkan dicapainya bentang yang lebih lebar maupun bertambahnya tinggi bangunan.

Selain mempunyai kekuatan tinggi, UHPC sebagai material tanpa pori-pori kapiler akan memberikan kinerja yang jauh lebih baik daripada beton konvensional. Tingginya packing density menyebabkan UHPC mengalami proses karbonisasi yang minimal, daya tahan terhadap abrasi zat-zat kimia berbahaya sangat baik, memberi perlindungan terhadap korosi tulangan di dalam kontruksi juga lebih baik. Berbagai keunggulan tersebut diataslah yang menyebabkan para peneliti lebih suka menggunakan istilah Ultra High Performance daripada istilah Ultra High Strength.

Berdasarkan hasil-hasil yang positip didapatkan pada penelitian dibidang UHPC, maka pemerintah Jerman telah menyetujui penggunaan dana penelitian sebesar 10 Juta EUR untuk dipakai penelitian dibidang UHPC di berbagai universitas di Jerman. UHPC adalah hanya salah satu contoh penggunaan Teknologi Nano untuk mengembangkan material baru di bidang konstruksi, yang tentu saja layak untuk diteliti dan dikembangkan penggunaannya di Indonesia.
*Tulisan ini telah diterbitkan di Majalah KONSTRUSI, edisi bulan Februari 2009
Alat Foto REM yang terdapat di Foto Labor, Institute for concrete Technologie, University of Kassel, membantu untuk menemukan komposisi material berukuran nano untuk UHPC.

Penulis bersama Prof. Michael Schmidt, sebagai Direktur Institute for Concrete Technology, dengan fokus penelitian untuk dapat menemukan beton baru UHPC berbasis teknologi nano. Atas undangan dari UPH, Prof. M. Schmidt akan hadir pada 2 nd International Conference of EACEF, di Langkawi Island , Malaysia, sebagai Keynote Speaker.

Posted By : Ahmadsyah Putra, ST (Dosen Politeknik Bengkalis - Riau)

Perbedaan Analisa beton konvensional dan beton precast

Menurut saya, desian beton konvensional ataupun precast (pracetak) adalah sama, beban-beban yang diperhitungkan juga sama, faktor-faktor koefisien yang digunakan untuk perencanaan juga sama, hanya mungkin yang membedakan adalah :
Desian beton precast memperhitungkan kondisi pengangkatan beton saat umur beton belum mencapai 24 jam. Apakah dengan kondisi beton yang sangat muda saat diangkat akan terjadi crack atau tidak. Disini dibutuhkan analisa design tersendiri, & tentunya tidak pernah diperhitungkan kalo kita menganalisa beton secara konvensional.
Desian beton precast memperhitungkan metode pengangkatan, penyimpanan beton precast di stock yard (lapangan), pengiriman beton precast, & pemasangan beton precast di proyek. Kebanyakan beton precast dibuat di pabrik.
Pada desian beton precast menambahkan design sambungan. Design sambungan disini, didesian lebih kuat dari yang disambung.

Perkembangan Rumah Prefabrikasi

Rumah prefabrikasi (disingkat prefab) adalah rumah yang kontruksi pembangunannya cepat karena menggunakan modul hasil fabrikasi industri (pabrik). Komponen-komponennya dibuat dan sebagian dipasang oleh pabrik (off site). Setelah semuanya siap, kemudian diangkut ke lokasi, disusun kembali dengan cepat, sehingga tinggal melengkapi utilitas (utility) serta pengerjaan akhir (finishing). Dengan demikian, beberapa manfaat seperti waktu konstruksi yang cepat, lingkungan pembangunan yang lebih bersih, dan biaya yang lebih murah, dapat diraih. Karena biasanya berdasar atas modul, maka keleluasaaan pemilihan disain pun menjadi terbatas pada apa yang telah tersedia. Namun ini tidak mengurangi minat pasar untuk terus menggunakannya.

Dibalik fakta yang dijelaskan di atas, konotasi kata prefabrikasi saat ini mengalami perubahan. Era sebelumnya rumah prefabrikasi hanya mengandung terminologi: material terbatas, massal dan hibrid pada suatu lokasi, moduler, panel, fabrikan (manufactured), dengan sistem semi-fix (pre-engineered system). Namun kini, terutama di Jepang, rumah prefab tak ada bedanya dengan rumah-rumah biasa: materialnya beragam bahkan high-tech end, tidak harus massal pembangunanya (fleksibel sesuai kebutuhan), dan bersifat permanen. Faktor terakhir ini (budaya berumah) tak lepas dari perjalanan sejarah industri perumahan di Jepang sendiri. Perkembangan Rumah PrefabrikasiDefinisi rumah prefab di dunia sangat beragam.

Di Amerika atau Canada rumah prefab lebih dikenal sebagai manufactured house yang bertumpu pada struktur baja, mengikuti mobile home atau caravan sebagai rumah dinamis yang menjadi pendahulu untuk hampir empat abad lamanya (sebutan lain adalah portable house prefab). Ini juga tidak lepas dari proses produksi manufactured house yang 85% di antaranya harus diselesaikan di dalam pabrik, atau masih dibedakan dengan modular house sebagai rumah prefab. Data tahun 1996, 24% konsumsi rumah baru di Amerika adalah rumah keluaran pabrik ini (3% di antaranya adalah rumah prefab moduler).Kasus di Eropa (terutama negara-negara baltik) dan Jepang berbeda lagi. Rumah prefab hanya mempunyai satu definisi. Yaitu sebagai rumah dengan modul tertentu dan dibangun layaknya rumah biasa (dari satu lantai sampai low rise house). Bedanya adalah sebagian dari komponennya banyak yang diselesaikan di pabrik. Beberapa kalangan mengelompokkan pendefinisian ini ke dalam dwellhouse prefab dan telah menjadi bagian dari budaya berumah di negara-negara tersebut. Setelah perang dunia kedua, dengan banyaknya proyek rehabilitasi permukiman atau pembangunan massal, rumah prefab banyak menjadi pilihan karena kecepatan pembangunannya dan murah. Kayu banyak digunakan sebagai pilihan utama material bangunan karena sifat fleksibiltiasnya (menyangkut teknologi pada saat itu).Dari kayu ini, saat ini material bangunan untuk rumah prefab sudah sangat beragam, seperti beton pracetak (precast concrete), baja ringan (light gauge-steel), kayu lapis (timber framed) dan beragam materi mutakhir lainnya.

Dari produksi massal, saat ini masyarakat bisa memilih rumah-rumah prefab itu secara individu dengan hanya memilih disain di katalog atau ruang pamer (housing plaza) dan beberapa modifikasi yang dimungkinkan. Rumah akan berdiri dalam waktu pengerjaan (construction time) tak lebih dari sebulan setelah semua syarat (termasuk tanah tentunya) tersedia.

By : Ahmadsyah Putra, ST (Dosen Politeknik Bengkalis - Riau)

Semen Dari Sampah

Jepang, sebuah negeri penuh inovasi. Mungkin sebutan itu sesuai dengan bagaimana jepang menangani masalah sampah. Setelah berhasil membuat sebuah airport berkelas internasional di Kobe yang dibuat diatas lapisan sampah, lalu menerapkan pembuatan pupuk dari sampah di berbagai hotel di jepang, kini jepang telah berhasil mengubah sampah menjadi produk semen yang kemudian dinamakan dengan ekosemen.EkosemenDiawali penelitian di tahun 1992, dengan dibiayai oleh Development Bank of Japan, para peneliti Jepang telah meneliti kemungkinan abu hasil pembakaran sampah, endapan air kotor dijadikan sebagai bahan semen. Dari hasil penelitian tersebut diketahui bahwa abu hasil pembakaran sampah mengandung unsur yg sama dg bahan dasar semen pada umumnya. Pada tahun 1998, setelah melalui proses uji kelayakan akhirnya pabrik pertama didunia yang mengubah sampah menjadi semen didirikan di Chiba. Pabrik tersebut mampu menghasilkan ekosemen 110.000 ton per tahunnya. Sedangkan sampah yang diubah menjadi abu yang kemudian diolah menjadi semen mencapai 62.000 ton per tahun, endapan air kotor dan residu pembakaran yang diolah mencapai 28.000 ton per tahun. Hingga saat ini sudah dua pabrik di Jepang yang memproduksi ekosemen.

Pembuatan ekosemenPenduduk jepang membuang sampah baik organik maupun anorganik, sekitar 50 juta ton/tahun. Dari 50 ton per tahun tersebut yang dibakar menjadi abu sekitar 37 ton per tahun. Sedangkan abu yang dihasilkan mencapai 6 ton/tahunnya. Dari abu inilah yang kemudian dijadikan sebagai bahan dari pembuatan ekosemen. Abu ini dan endapan air kotor mengandung senyawa-senyawa dalam pembentukan semen biasa. Yaitu, senyawa-senyawa oksida seperti CaO, SiO2, Al2O3, dan Fe2O3. Oleh karena itu, abu ini bisa berfungsi sebagai pengganti clay yang digunakan pada pembuatan semen biasa.Namun CaO yang terkandung pada abu hasil pembakaran sampah dinilai masih belum mencukupi, sehingga limestone (batu kapur) sebagai sumber CaO masih dibutuhkan sekitar 52 persen dari keseluruhan. Sedangkan pada semen biasa, limestone yg dibutuhkan mencapai 78 persen dari keseluruhan. Proses selanjutnya adalah abu hasil pembakaran sampah (39 persen), limestone (52 persen), endapan air kotor (8 persen) dan bahan lainnya dimasukkan ke dalam rotary klin untuk kemudian dibakar. Untuk mencegah terbentuknya dioksin, pada proses pembakaran di rotary klin, dilakukan pada 1400 derajat celcius lebih dimana pada suhu tersebut dioksin terurai secara aman.

Kemudian gas hasil pembakaran pada rotary klin didinginkan secara cepat untuk mencegah proses pembentukan dioksin ulang. Sehingga hasil gas buangan tidaklah berbahaya bagi manusia. Sedangkan pada hasil pembakaran yang masih mengandung senyawa logam dipisahkan, untuk kemudian dapat dipergunakan untuk kebutuhan lain.Hasil akhir dari proses ini adalah ekosemen.Pengaruh plastik vinilPlastik vinil yang terdapat dalam sampah pada proses pembakaran akan mengakibat kekuatan konkrit ekosemen akan berkurang. Hal ini diakibatkan oleh adanya gas Cl2 hasil peruraian plastik vinil yang dapat mempengaruhi kekuatan konkrit ekosemen.Kualitas ekosemenBerdasarkan hasil pengujian JSA (Japan Standar Association) dinyatakan bahwa ekosemen mempunyai kualitas yang sama baiknya dengan semen biasa. Sehingga, hingga saat ini penggunaan ekosemen sudah digunakan dalam pembangunan jembatan, jalan, rumah, dan bangunan lainnya di Jepang.

Dengan adanya pengubahan sampah menjadi semen, menambah alternatif pengolahan sampah menjadi barang bermanfaat bagi manusia yang telah membuangnya. Selain itu dengan adanya alternatif pengolahan sampah menjadi semen, biaya pengolahan sampah di Jepang menjadi lebih murah. Bila sebelumnya 40.000 yen per ton (pengolahan sampah konvensional) menjadi 39.000 yen per ton (pengolahan sampah hingga menjadi semen).Peluang di IndonesiaIndonesia belum bisa lepas dari masalah sampah. Mulai dari penolakan warga masyarakat sekitar TPA akibat kepulan asap dan bau yang ditimbulan pengolahan sampah saat ini hingga kejadian yang tidak pernah dilupakan, tragedi leuwih gajah yang merenggut 24 nyawa tak bersalah.Sudah banyak upaya yang dilakukan, termasuk dengan mengubahnya menjadi sumber energi (metan) namun akibat kurangnya prospek dari segi ekonomi, akhirnya perkembangannya masih jalan ditempat. Berhasilnya Jepang, mengolah sampah menjadi semen, tentu menjadi peluang sangat besar untuk dikembangkan di Indonesia. Di Jakarta saja sampah yang dihasilkan oleh warganya mencapai 6000 ton lebih per hari. Selain itu secara prinsip, pembuatan ekosemen hampir sama dengan pembuatan semen biasa, sehingga jika bisa dilakukan kerja sama dengan pihak industri semen, maka akan jadi kerjasama yang menguntungkan baik pihak pemerintah maupun pihak industri. Dari pihak pemerintah penanganan sampah bisa sedikit teratasi dan dari pihak industri mampu mengurangi penggunaan limestone (26 persen).Namun yang terpenting adalah kemauan pemerintah, khususnya pemerintah kota/daerah, untuk mengelola sampah dengan baik dan memulai untuk mencoba memisahkan sampah antara sampah organik, anorganik, botol dan kaleng menjadi kebudayaan bangsa Indonesia secara luas. Sehingga peluang pemanfaatan sampah menjadi semen atau produk yang lain bisa oleh pihak industri bisa lebih ekonomis.

By : Ahmadsyah Putra, ST (Dosen Politeknik Bengkalis)