commit to user
TINJAUAN MODULUS OF RUPTURE BETON MUTU TINGGI BERSERAT BAJA DENGAN MENGGUNAKAN FILLER
NANOMATERIAL
Skripsi
Oleh:
Laily Fatmawati NIM I.0107161
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Perkembangan teknologi dalam bidang konstruksi terus menerus mengalami
peningkatan, hal ini tidak lepas dari tuntutan dan kebutuhan masyarakat terhadap
fasilitas infrastruktur yang semakin maju, seperti jembatan dengan bentang
panjang dan lebar, bangunan gedung bertingkat tinggi (terutama untuk kolom dan
beton pracetak), tower, dan fasilitas lain.
Perencananaan fasilitas-fasilitas tersebut mengarah kepada digunakannya beton
mutu tinggi, dimana mencakup kekuatan, ketahanan (keawetan), masa layan dan
effisiensi. Beton mutu tinggi dapat memperkecil dimensi dari struktur sehingga
berat struktur menjadi lebih ringan, hal tersebut menyebabkan beban yang
diterima pondasi secara keseluruhan menjadi lebih kecil pula, jika ditinjau dari
segi ekonomi hal tersebut tentu akan lebih menguntungkan, disamping itu untuk
bangunan bertingkat tinggi dengan semakin kecilnya dimensi struktur kolom
pemanfaatan ruangan akan semakin maksimal. Nilai Porositas yang dihasilkan
beton mutu tinggi juga lebih rendah, sehingga akan menghasilkan beton yang
relatif lebih awet dan tahan sulfat karena tidak dapat ditembus oleh air dan zat-zat
berbahaya perusak beton. Oleh sebab itu penggunaan beton bermutu tinggi tidak
dapat dihindarkan dalam perencanaan dan perancangan struktur bangunan.
Adapun contoh elemen struktur yaitu pondasi, kolom, balok induk dan balok
anak, plat lantai dan sebagainya. Kemampuan menahan beban lentur merupakan
salah satu kriteria yang menentukan dalam mendisain elemen-elemen struktur
balok induk, balok anak tangga dan pelat struktur gedung serta beton yang
digunakan pada perkerasan kaku (rigid pavement).
commit to user
Kriteria beton mutu tinggi (High Strength Concrete (HSC)) meliputi pemenuhan
persyaratan terhadap kemudahan pekerjaan (workability), homogen, kuat, awet
(durability), dan stabil. HSC membutuhkan kadar semen yang tinggi sehingga
harga menjadi cukup mahal. Oleh sebab itu, diperlukan teknologi pencampuran
(mix design) beton yang dapat mengurangi kadar semen yaitu dengan
menambahkan bahan-bahan campuran yang berfungsi sebagai pengganti semen
tetapi tidak mengurangi kekuatan beton. Penambahan fly ash dan silica fume
(mikrosilika) sebagai mineral admixture telah umum digunakan, namun
nanosilika sebagai produk dari teknologi nano menjadi alternatif untuk
menggantikan mikrosilika yang saat ini masih diimpor dengan harga yang relatif
jauh lebih mahal.
Indonesia, memiliki keunggulan komparatif berupa kekayaan sumber daya alam
misalkan mineral pasir besi, kuarsa, tembaga, emas yang dapat digunakan sebagai
basis teknologi nanomaterial. (Nurul Taufiqu Rochman, 2004)
Oleh karenanya, campuran beton pada penelitian ini berbeda dengan campuran
beton normal, yaitu perencanaan campurannya berbasis teknologi nano, dimana
ukuran butiran yang digunakan dalam rentang nanometer (disingkat nm) yaitu
ditinggalkannya penggunaan agregat kasar dan halus berukuran makro, sebagai
gantinya digunakan agregat yang sangat halus dengan rentang ukuran nanometer.
Penambahan filler penelitian ini berupa tepung kuarsa di berikan untuk mengisi
rongga pada beton. Kuat tekannya yang tinggi berkorelasi dengan sifat beton mutu
tinggi yang getas (brittle), tetapi dengan penulangan ataupun penambahan serat
baja yang tepat akan tetap dapat diperoleh struktur beton mutu tinggi yang bersifat
commit to user
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah disampaikan di awal, maka dapat
dirumuskan permasalahannya adalah bagaimana pengaruh penambahan serat baja
dan pengunaan filler berbasis nano material terhadap Modulus Of Rupture beton
mutu tinggi.
1.3.
Batasan Masalah
Penelitian ini akan diberi batasan-batasan masalah agar kerja dapat lebih terarah
dan tidak meluas. Batasan-batasan masalah yang digunakan adalah :
1. Serat baja yang digunakan kawat bendrat lurus berdiameter 1 mm dan
panjang 60 mm.
2. Penambahan serat baja adalah 1% dari volume beton.
3. Pasir yang digunakan adalah pasir dengan ukuran 0,125-0,5mm.
4. Mutu beton yang disyaratkan pada saat umur 28 hari adalah lebih dari 50
MPa.
5. Kadar Superplasticizer yang digunakan adalah 1,5% dari binder.
6. Semen yang digunakan adalah Ordinary Portland Cement.
7. Silika Fume digunakan 10% dari berat semen.
8. Penelitian ini hanya meninjau terhadap Modulus Of Rupture beton mutu
tinggi berserat baja dengan mengunakan filler berbasis nano material.
9. Pengujian dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan Bangunan Jurusan
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
1.4.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh serat baja
dan penggunaan filler berbasis nano material untuk mendapatkan beton mutu
commit to user
1.5.
Manfaat Penelitian
1.5.1. Manfaat Teoritis
a. Memberikan kontribusi bagi perkembangan ilmu bahan dan struktur
b. Menambah pengetahuan tentang penggunaan filler berbasis nano material
dan serat baja dalam beton mutu tinggi ditinjau dari Modulus Of Rupture
1.5.2. Manfaat Praktis
Penelitian tentang penggunaan filler berbasis nano material dan serat baja
diharapkan akan menunjukkan hasil yang nyata terhadap perbaikan
karakteristik beton (Modulus Of Rupture), sehingga dengan karakteristik
commit to user
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1.
Tinjauan Pustaka
Beton banyak digunakan secara luas sebagai bahan bangunan. Bahan tersebut
diperoleh dengan cara mencampurkan semen portland, air, dan agregat (dan
kadang-kadang bahan tambah yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia
tambahan, serat, sampai bahan buangan non-kimia) pada perbandingan tertentu.
Campuran tersebut apabila dituangkan dalam cetakan kemudian dibiarkan maka
akan mengeras seperti batu(Tjokrodimuljo, 1996).
Bahan tambah ialah bahan selain unsur pokok beton (air, semen dan agregat) yang
ditambahkan pada adukan beton, sebelum, segera atau selama pengadukan beton.
Tujuannya ialah mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam
keadaan segar atau setelah mengeras, misalnya mempercepat pengerasan,
menambah encer adukan, menambah kuat tekan, menambah daktilitas,
mengurangi sifat getas, mengurangi retak-retak pengerasan dan sebagainya
(Tjokrodimuljo, 1996).
Sesuai dengan perkembangan teknologi beton yang demikian pesat, ternyata
kriteria beton mutu tinggi juga selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat
mutu yang berhasil dicapai.Tahun 1950an, beton dengan kuat tekan 30 MPa sudah
dikategorikan sebagai beton mutu tinggi.Tahun 1960an hingga awal 1970an,
kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini, disebut mutu tinggi untuk kuat
tekan diatas 50 MPa, dan 80 MPa sebagai beton mutu sangat tinggi, sedangkan
120 MPa bisa dikategorikan sebagai beton bermutu ultra tinggi. (Supartono,
1998).
commit to user
Didukung perkembangan bahan-bahan kimiawi dan mineral, maka saat ini
kekuatan beton yang diprodusi dapat ditingkatkan dengan mencampur komposisi
bahan-bahan lokal dengan bahan kimiawi mineral. Penelitian terhadap beton mutu
tinggi sudah pernah dilakukan oleh F.X. Supartono dengan menggunakan bahan
mikrosilika dan superplasticizer dan bahan pendukung lokal (daerah Jakarta dan
sekitarnya), penelitian tersebut telah menghasilkan beton dengan kuat tekan
silinder pada umur 28 hari mencapai 800-900 kg/cm2 (Supartono, F.X,1993)
Modulus elastisitas beton mutu tinggi naik seiring dengan kenaikan kuat desaknya
tetapi pola keruntuhannya menunjukkan energi retak yang tinggi dengan regangan
yang relatif rendah ( Li dan Antasari,2000 ) artinya beton mutu tinggi mempunyai
resiko keruntuhan yang tiba-tiba dan melontarkan energi yang besar (sangat
getas). Sifat ini bisa diatasi dengan penambahan serat baja pada beton mutu tinggi
yang berfungsi sebagai tulangan dan meningkatkan daktail pada beton.
Beton serat didefinisikan sebagai beton yang dibuat dari campuran semen,
agregat, air, dan sejumlah serat yang disebar secara random. Ide dasar beton serat
adalah menulangi beton dengan fiber yang disebarkan secara merata ke dalam
adukan beton, dengan orientasi random sehingga dapat mencegah terjadinya
retakan-retakan beton yang terlalu dini di daerah tarik baik akibat panas hidrasi
maupun akibat pembebanan (Soroushian dan Bayashi, 1987).
Serat pada umumnya berupa batang-batang dengan diameter antara 5 dan 500 µm
(mikro meter), dan panjang sekitar 25 mm sampai 100 mm. Bahan serat dapat
berupa: serat asbestos, serat tumbuh-tumbuhan (rami, bambu, ijuk), serat plastik
(polypropylene), atau potongan kawat baja (Tjokrodimuljo, 1996).
Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa
penambahan serat sebanyak 0,75% sampai dengan 1% dari volume adukan akan
memberikan hasil yang optimal (Suhendro, 2000 dalam Wahyu, 2002).
Penggunaan serat baja 60 mm menunjukan tingkat daktilitas yang lebih baik
commit to user
Penambahan serat ke dalam beton akan meningkatkan kuat tarik beton yang pada
umumnya sangat rendah dan memperbaiki kinerja komposit beton serat dengan
kualitas yang lebih bagus dibandingkan dengan beton konvesional (Sholihin
As’ad, 2007).
Penambahan fiber baja dengan orientasi random akan meningkatkan kuat lentur
berkisar 2 sampai 3 kali lipat dibanding kuat lentur beton non fiber. Sifat getas
dari beton akan dapat diatasi oleh adanya fiber dapat digunakan pada perencanaan
bagian-bagian penting struktur, yaitu pada kuat lentur ultimit untuk
fiberreinforced concrete(Medyanto dan Sambowo,2006) .
Sudarmoko (dalam Tjokrodimuljo 1996: 122), hasil penelitian yang menggunakan
kawat bendrat dengan panjang 60 mm, 80 mm, dan 100 mm menunjukkan bahwa
tambahan 1% dari volume beton mampu menaikkan kuat tekan beton sekitar 25%,
kuat tarik sekitar 47%, dan modulus elastisitas sekitar 10% .
Suhendro (1991), telah menemukan bahan lokal yang mudah didapat di Indonesia
juga harganya lebih murah dibandingkan dengan fiber baja berupa potongan
kawat bendrat diameter 1 mm, panjang 60 mm (aspek rasio l/d = 60). Hasilnya
menunjukan peningkatan kualitas beton yaitu beton menjadi sangat liat atau
daktail (ductile), kuat desak, kuat tarik dan ketahanan terhadap kejut juga
meningkat.
Beton yang paling padat dan kuat diperoleh dengan menggunakan jumlah air yang
minimal konsisten dengan derajad workabilitas yang dibutuhkan untuk
memberikan kepadatan maksimal. Derajat kepadatan harus dipertimbangkan
dalam hubungannya dengan cara pemadatan dan jenis konstruksi, agar terhindar
dari kebutuhan akan pekerjaan yang berlebihan dalam mencapai kepadatan
maksimal (Murdock & Brook 1991).
Nilai kekuatan dan daya tahan (durability) beton merupakan fungsi dari banyak
faktor, antaranya adalah nilai banding campuran dan mutu bahan susun, metode
commit to user
pengerasannya. Nilai kuat tekan beton relatif tinggi dibanding kuat tariknya, dan
merupakan bahan getas. Nilai kuat tariknya berkisar antara 9%-15% dari kuat
tekannya, pada penggunaan sebagai komponen struktural bangunan, umumnya
beton diperkuat dengan batang tulangan baja sebagai bahan yang dapat
bekerjasama dan mampu membantu kelemahannya, terutama pada bagian yang
bekerja menahan tarik (Dipohusodo, 1994).
Komponen beton akan melentur akibat beratnya sendiri atau ditambah dengan
beban lain yang harus dipikulnya. Lendutan harus dibatasi dalam besaran tertentu
untuk tujuan keamanan dan keindahan. (Syafei Amri, 2005)
Dewasa ini, teknologi nano menjadi buah bibir di kalangan ilmuwan, karena
menjanjikan masa depan yang sangat cerah. Negara-negara maju kini
berlombalomba untuk meraih keunggulan di bidang yang sangat menarik ini. Di Negara
-negara maju telah dilakukan pengembangan teknologi nano dengan investasi
jutaan dolar. Di dunia konstruksi sipil, teknologi nano dapat menjadikan beton
kokoh dan tahan gempa, dan masih banyak lagi aplikasi teknologi nano di bidang
lainnya. (Nurul Taufiqu Rochman, 2004).
Menurut (Edward G. Nawy, 1990)lentur pada balok diakibatkan oleh regangan
yang timbul karena adanya beban luar. Apabila beban bertambah, maka pada
balok akan terjadi deformasi dan regangan tambahan yang mengakibatkan retak
lentur disepanjang bentang balok. Semakin beban bertambah, pada akhirnya
terjadi keruntuhan elemen struktur. Taraf pembebanan yang demikian disebut
keadaan limit dari keruntuhan pada lentur.
Apabila suatu beban menyebabkan timbulnya lentur, maka balok pasti akan
mengalami defleksi atau lendutan. Ketika sudah dicek aman terhadap lentur dan
geser, suatu balok bisa tidak layak apabila terlalu fleksibel. Tinjauan defleksi
commit to user
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Beton
Beton diperoleh dengan caramencampurkan semen, air, dan agregat dengan atau
tanpa bahan tambahan (admixture) tertentu. Material pembentuk beton tersebut
dicampur merata dengan komposisi tertentu menghasilkan suatu campuran yang
homogen sehingga dapat dituang dalam cetakan untuk dibentuk sesuai keinginan.
Campuran tersebut bila dibiarkan akan mengalami pengerasan sebagai akibat
reaksi kimia antara semen dan air yang berlangsung selama jangka waktu panjang
atau dengan kata lain campuran beton akan bertambah keras sejalan dengan
umurnya. (Istimawan Dipohusodo, 1994)
2.2.2. Beton Serat
Beton serat adalah bahan komposit berupa campuran beton konvensional dengan
bahan serat yang terdistribusi acak. Penambahan serat ke dalam beton akan
meningkatkan kuat tarik beton yang umumnya sangat rendah.
Menurut As’ad(2008), beton serat memberi banyak keuntungan antara lain:
- Serat terdistribusi secara acak di dalam volume beton pada jarak yang
relatif dekat satu sama lain. Hal ini akan memberi tahanan berimbang ke
segala arah dan memberi keuntungan material struktur yang dipersiapkan
untuk menahan beban gempa dan angin.
- Perbaikan perilaku deformasi seperti ketahanan terhadap impak, daktilitas
yang lebih besar,kuat lentur, dan kapasitas torsi yang lebih baik.
- Meningkatkan ketahanan beton terhadap formasi dan pembentukan retak.
- Peningkatan ketahanan pengelupasan (spalling) dan retak pada selimut
beton akan membantu menghambat korosi besi tulangan dari serangan
commit to user
Dosis penggunaan yang umum adalah 0,25-2% takaran volume atau sekitar 20-50
kg serat baja per meter kubik produksi beton.Serat sintetik adalah serat buatan
yang diperoleh dari pengembangan produk petrokimia dan industri tekstil.Material
ini di kenal dalam banyak jenis seperti
acrylic,aramid,carbon,nylon,polyethilene,polypropylene.Serat sintetik umumnya
cocok digunakan untuk ketahaan terhadap retak,khususnya di umur dini
(Braunch,J et.al, 2002).Dosis penggunaan serat sintetik beragam dari 0,1% hingga
0,8% takaran volume.
2.2.3. Teknologi Nano
Teknologi Nano adalah pembuatan dan penggunaan materi pada ukuran sangat
kecil.Materi berada pada ranah 1 hingga 100 nanometer (nm). Satu nm sama
dengan satu-per-milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil
dari ukuran rambut manusia. Saintis menyebut ukuran pada ranah 1 hingga 100
nm ini sebagai skala nano (nanoscale), dan material yang berada pada ranah ini
disebut sebagai kristal-nano (nanocrystals).
Skala nano terbilang unik karena tidak ada struktur padat yang dapat
diperkecil.Hal unik lainnya adalah bahwa mekanisme dunia biologis dan fisis
berlangsung pada skala 0.1 hingga 100 nm.Dimensi material ini menunjukkan
sifat fisis yang berbeda; sehingga saintis berharap akan menemukan efek yang
baru pada skala nano dan memberi terobosan bagi teknologi.
Prinsip dasar teknologi nano ialah mengendalikan material.Caranya dengan
menghancurkan material sampai berukuran nano lalu disusun kembali sesuai
dengan komposisi yang diinginkan.Beton misalnya, bisa dibuat lebih kuat sampai
100 kali dengan menggunakan teknologi nano.Teknologi nano memberikan jalan
keluar mengatasi polusi. Nanofilter mampu menyaring debu, gas dan partikel di
bawah orde satu micron.
Nanomaterial adalah bahan yang membutuhkan ilmu pengetahuan yang berbasis
pendekatan nanoteknologi.Pendekatan ini sesuai untuk mempelajari bahan dengan
commit to user
khusus yang berasal dari dimensi nano mereka.Nanoscale biasanya didefinisikan
sebagai lebih kecil dari sepersepuluh salah satu mikrometer dalam setidaknya satu
dimensi, walaupun istilah ini kadang-kadang juga digunakan untuk bahan yang
lebih kecil dari satu mikrometer.
2.2.4. Beton Mutu Tinggi
Beton berkinerja tinggi adalah beton yang mempunyai sifat khusus yang berbeda
dengan beton biasa, seperti tingkat susut (shrinkage) rendah, permeabilitas rendah
modulus elastisitas tinggi dan kuat tekan tinggi. Menurut SNI 03-6468-2000
Beton ini memiliki kuat tekan lebih besar sama dengan 41,4 MPa dan
tercampurkan, terangkutkan, dapat dituang/dilaksanakan dan terpadatkan dengan
memadai sehingga menunjukkan kinerja yang sangat baikpada struktur dimana
beton terpasang, pada lingkungan dimana beton terekspos dan beban yang bekerja
pada beton tersebut.
Beton mutu tinggi umumnya memiliki faktor air semen yang rendah (fas) dengan
rentang 0,2-0,45. Semakin rendah fas maka porositas beton juga cenderung
semakin rendah.Pencampuran beton mutu tinggi perlu di tambahkan admixture
seperti superplasticizer dengan dosis dan jumlah yang tepat agar workability
beton tetap tinggi. Selain itu penambahan material berukuran lebih kecil dari
semen,seperti silica fume berfungsi mengurangi rongga di dalam beton dapat
dikurangi sehingga beton menjadi lebih padat. Ketika terjadi peningkatan
kepadatan, porositas dalam beton berkurang dan menyebabkan beton lebih kedap
terhadap air dan material perusak lainnya sehingga beton menjadi lebih tahan
lama.
Menurut American Concrete Institude (ACI)Committee, Beton Mutu Tinggi
adalah beton yang memenuhi kombinasi kinerja khusus dengan sesuai dengan
yang diinginkan yang tidak ditemui secara rutin pada beton konvensional,
diantaranya:
commit to user - Berkekuatan tinggi di usia dini
- Kedap dan padat
- Durable terhadap lingkungan, kekerasan yang memadai
- Umur layan lebih lama (sekitar 75 tahun atau lebih)
- panas hidrasi yang rendah
- Stabilitas volume yang memadai (minimum shrinkage atau ekpansi
termal)
- Kemampuan mengalir (flowability) dan self-leveling yang memadai
Menurut Nawy (1996) beton mutu tinggi didefinisikan sebagai beton dengan kuat
tekan yang lebih besar dari 6000 psi atau 42 MPa pada umur 28 hari, dapat dilihat
pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Klasifikasi High Strength Concrete, High Performance Concrete
Parameter High Strength Very High Ultra High
Strength Strength
Kuat Tekan (Strength), 6000-14500 14500-21750
>21750 (150)
psi (Mpa) (42-100) (100-150)
W/(C+P) ratio 0.45-0.30 0.30-0.24 <0.24
Bahan Tambah Kimiaa WRA/HR WR HR WR HR WR
Bahan Tambah Mineral
Fly ashatau
silica fumeb silica fumeb dikombinasikan
dengan silica fume
Koefisien Permeabilitas c
10-11 10-12 <10-14
(cm/sec)
Freeze-thaw protection No freezeable
Water
(Sumber : Edward G Nawy, 1996)
Keterangan :
WRA : Water Reducer Agent
a
HRWR : High Range Water Reducer (Superplasticizer)
b
Dapat juga dicampur dengan fly ash
commit to user Manfaat beton mutu tinggi di bidang teknik sipil :
- Menghasilkan beton dengan ketahanan tinggi (high durability)
- Menghasilkan beton dengan kuat tekan awal yang tinggi dan mempercepat
pelaksanaan konstruksi
- Meningkatkan nilai modulus elastisitas dan mengurangi efek rangkak
(creep)
- Memungkinkan pembangunan konstruksi bangunan tingkat tinggi (high
rise contruction)
- Memperkecil dimensi kolom, sehingga penggunaan ruang lantai lebih
efisien
Adapun kelemahan pengunaan beton mutu tinggi adalah :
- Meningkatkan biaya beton per unit volume
- Memerlukan kontrol kualitas terhadap mutu beton dan kebutuhan produksi
- Workability kurang baik dan sering kali menurun dengan cepat setelah
waktu pencampuran
- Menghasilkan panas hidrasi tinggi sehingga perlu menurunkan hidrasi
semennya
(Sumber : L. J. Parrot, 1988)
Contoh aplikasi beton mutu tinggi adalah:
- Bangunan yang memerlukan masa layan pada umur awal (kekerasan awal)
- Bangunan-bangunan tinggi dengan reduksi ukuran kolom dan
meningkatkan luasan yang tersedia.
- Struktur bagian atas dari jembatan-jembatan bentang panjang dan untuk
mengembangkan durabilitas lantai-lantai jembatan.
- Untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan khusus dari aplikasi-aplikasi
tertentu seperti durabilitas, modulus elastisitas dan kekuatan lentur.
Beberapa dari aplikasi ini termasuk dam, atap-atap tribun, pondasi-pondasi
pelabuhan, garasi-garasi parkir, dan lantai-lantai heavy duty pada area
commit to user
2.2.5. Material Penyusun Beton Mutu Tinggi
Komponen pembentuk Beton Mutu tinggi adalah semen, agregat halus, air dan
bahan tambahan lain yaitu serat baja ,silika fumedan tepung kuarsa sebagai filler
nano material.
2.2.5.1.Semen Portland
Semen merupakan bahan yang mempunyai sifat adesif dan kohesif. Bahan yang
mempunyai kedua sifat ini memiliki fungsi sebagai bahan perekat. Semen
portland adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan
klinker, yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalium yang bersifat hidraulis,
dengan gips sebagai bahan tambahan. Semen hidraulis adalah semen yang akan
mengeras apabila bereaksi dengan air, menghasilkan bahan yang tahan air (water
resistance) dan stabil dalam air. Klinker adalah bahan baku yang dibutuhkan
dalam pembuatan semen, sebagai hasil dari pembakaran pada suhu tinggi terhadap
bahan-bahan mentah pembentuk semen.
Semen yang baik mempunyai sifat-sifat antara lain sebagai berikut :
a. Kehalusan butir, dimana semakin halus permukaan butiran semakin luas
permukaan butiran semen tersebut, sehingga pengikatannya dan
pengerasaannya juga semakin sempurna.
b. Pengikatan awal dimulai setelah satu jam setelah dicampur dengan air.
c. Kekuatan adukan setelah mengeras mempunyai nilai tertentu.
Komposisi kimia semen Portland pada umumnya terdiri dari CaO, SiO2, Al2O3
dan Fe2O3 yang merupakan oksida dominan. Oksida yang lain jumlahnya hanya
beberapa persen dari berat semen. Keempat oksida utama tersebut didalam semen
berupa senyawa C3S, C2S, C3A dan C3AF dengan perbandingan tertentu pada
setiap produk semen, tergantung pada komposisi bahan bakunya. Komposisi
commit to user
Tabel 2.2. Komposisi Kimia Semen Portland
Oksida Persen ( % )
Kapur (CaO)
Silika (SiO2)
Alumina (Al2O3)
Besi (Fe2O3)
Magnesia (MgO)
Sulfur (SO3)
Soda/potash (Na2O + K2O)
60 – 65
17 – 25
3 – 8
0,5 – 6
0,5 – 4
1 – 2
0,5 – 1
(Sumber:Kardiyono Tjokrodimuljo, 1995)
Senyawa-senyawa utama semen Portland yatiu C3S, C2S, C3A dan C4AF
memiliki sifat yang menentukan sifat kekuatan semen, sifat-sifat senyawa tersebut
antara lain :
1. Trikalsium Silikat (C3S) atau 3CaO.SiO2
Senyawa ini mengalami hidrasi sangat cepat disertai pelepasan sejumlah besar
panas, selain itu juga berpengaruh besar terhadap pengerasan semen terutama
sebelum mencapai umur 14 hari. Senyawa ini juga kurang tahan terhadap agresi
kimiawi, dan mengalami disintegrasi oleh sulfat tanah yang dapat menyebabkan
retak-retak pada beton.
2. Dikalsium Silikat (C2S) atau 2CaO.SiO2
C2S bereaksi dengan air lebih lambat sehingga berpengaruh terhadap pengerasan
semen setelah berumur lebih dari 7 hari dan memberikan kekuatan akhir. Unsur
ini juga membuat semen tahan terhadap serangan kimia dan juga mengurangi
besar susut pengeringan.
3. Trikalsium Aluminat (C3A) atau 3CAO.Al2O3
Senyawa ini mengeras dalam beberapa jam dengan melepas sejumlah panas.
commit to user
hari. Senyawa ini juga mudah bereaksi dengan sulfat sehingga menyebabkan
terjadinya retak-retak pada beton.
4. Tetrakalcium Aluminoferrit (C4AF) atau 4CAO.Al2O3.Fe2O3
Senyawa ini tidak terlalu mempengaruhi kekuatan dan sifat semen. C4AF hanya
berfungsi mempercepat dan menyempurnakan reaksi pada dapur pembakaran
proses pembentukan semen.
Gambar 2.1. Semen OPC yang digunakan
Senyawa kimia yang terkandung dalam semen merupakan bahan yang reaktif
terhadap air. Apabila semen bercampur dengan air, maka senyawa-senyawa
tersebut akan bereaksi menghasilkan suatu pasta yang akan mengeras menurut
waktu. Proses bereaksinya semen dengan air itulah yang dinamakan hidrasi
semen.
Reaksi hidrasi ini berlangsung sangat lambat dan bertambah lambat sejalan
dengan bertambahnya waktu. Hal ini disebabkan makin terbentuknya lapisan
pasta semen yang menyelimuti butiran semen. Menurut Paulus Nugraha (1988 :
28), secara teoritis proses hidrasi akan berhenti bila tebal lapisan mencapai 25µm.
Perubahan komposisi kimia semen yang dilakukan dengan cara mengubah
prosentase 4 komponen utama semen dapat menghasilkan beberapa jenis semen
sesuai dengan tujuan pemakaiannya. Adapun klasifikasi semen Portland menurut
commit to user
Tabel 2.3. Jenis-Jenis Semen Portland
Jenis Semen Karakteristik Umum
Jenis I Semen portland untuk penggunaan umum yang tidak
memerlukan persyaratan khusus
Jenis II Semen portland yang penggunaannya memerlukan ketahanan
terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang
Jenis III Semen portland yang penggunaannya memerlukan persyaratan
kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan
Jenis IV Semen portland yang penggunaannya menuntut panas hidrasi
rendah
Jenis V Semen portland yang penggunaannya menuntut persyaratan
sangat tahan terhadap sulfat
( Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo, 1995)
Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa semen yang paling baik digunakan
dalam pembuatan beton mutu tinggi adalah semen dengan kandungan C3S
(Tricalsium Silicate)yang berfungsi memberi kekuatan pada saat permulaan dan
menambahan kekuatan secara kontinyu.
2.2.5.2.Agregat
Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi
dalam campuran mortar atau beton.Berdasarkan ukuran besar butirnya, agregat
yang dipakai dalam adukan beton dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu
agregat halus dan agregat kasar.UHPC saat ini dikembangkan hanya
menggunakan agregat halus yaitu pasir ukuran 0.125 – 0.5 mm(Harianto
Hardjasaputra,2008).
Menurut Tjokrodimuljo (1996), agregat halus adalah agregat yang berbutir kecil
(antara 0,15 mm dan 5 mm). Pemilihan agregat halus harus benar-benar
commit to user
hal kemudahan pengerjaan (workability), kekuatan (strength), dan tingkat
keawetan (durability) dari beton yang dihasilkan. Pasir sebagai bahan pembentuk
mortar bersama semen dan air, berfungsi mengikat agregat kasar menjadi satu
kesatuan yang kuat dan padat.
Pasir di dalam campuran beton sangat menentukan dalam hal kemudahan
pengerjaan (workability), kekuatan (strength), dan tingkat keawetan (durability)
dari beton yang dihasilkan. Mutu pasir harus dikendalikan untuk memperoleh
hasil beton yang seragam. Oleh karena itu pasir sebagai agregat halus harus
memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan. Batasan susunan butiran
agregat halus dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Batasan Susunan butiran agregat halus
Ukuran saringan (mm)
Persentase lolos saringan
Daerah 1 Daerah 2 Daerah 3 Daerah 4
10,00 4,80 2,40 1,20 0,60 0,30 0,15 100 90-100 60-95 30-70 15-34 5-20 0-10 100 90-100 75-100 55-90 35-59 8-30 0-10 100 90-100 85-100 75-100 60-79 12-40 0-10 100 95-100 95-100 90-100 80-100 15-50 0-15
Sumber :Kardiyono Tjokrodimuljo (1996)
Keterangan:
Daerah 1 : Pasir kasar
Daerah 2 : Pasir agak kasar
Daerah 3 : Pasir agak halus
Daerah 4 : Pasir halus
Seperti halnya beton normal, beton mutu tinggi dapat pula direncanakan untuk
berbagai variasi penggunaan agregat. beton mutu tinggi saat ini dikembangkan
hanya menggunakan agregat halus yaitu pasir ukuran 0.125 – 0.5 mm [DIN 4226 -
commit to user
Gambar 2.2.Tipikal Analisis Saringan untuk pasir halus yang digunakan pada
campuran beton mutu tinggi
Filler adalah sekumpulan mineral yang umumnya lolos saringan no.200, yang
mengisi rongga (voids) diantara partikel agregat kasar dalam rangka mengurangi
besarnya rongga dan meningkatkan kerapatan dan stabilitas dari massa tersebut.
Rongga udara pada agregat kasar diisi oleh partikel lolos saringan no.200,
membuat rongga udara lebih kecil dan kerapatan massanya lebih besar. Dengan
bubuk isian yang berbutir halus maka luas permukaan butir akan bertambah luas,
yang akibatnya terhadap geser menjadi lebih besar selanjutnya stabilitas geseran
akan bertambah (Suprapto Totomiharjo,1994).
Perbedaan perancangan beton mutu tinggi dengan beton normal adalah bagaimana
mencari susunan gradasi ukuran butir yang dapat mengisi ruang kosong pada
matrix semen, sedangkan pada beton mutu tinggi dengan filler nano material
ukuran butir yang digunakan dalam rentang nanometer, yang disingkat
nm.Pemilihan gradasi yang tepat akan diperoleh kepadatan per satuan volum yang
tinggi .Gambar 2.3. adalah contoh dari gradasi ukuran butiran yang dipakai untuk Ukuran Butiran (mm)
P e r s e n
L o l o s
Ukuran Butiran (mm)
commit to user
mix design dengan kode Campuran M 1Q dan Campuran B 3Q yang kembangkan
oleh Prof. Schmidt di Universitas Kassel Jerman
Gambar 2.3.Grafik ukuran partikel dan kumulatip persentasi (% Vol) dari masing
masing partikel untuk desain campuran UHPC tipe M1Q dan B3 Q
Menurut Prof. Schmidt di Universitas Kassel Jerman
Campurannya terdiri dari butiran-butiran sangat halus terletak pada ukuran
submikroskopis, yaitu: mikrosilika berukuran antara 0.05 – 0.8 micron, tepung
kuarsa dan semen berukuran 10 – 60 micron, pasir halus berukuran 500 – 1250
micron.
2.2.5.3.Air
Air merupakan bahan dasar pembuat dan perawatan beton, penting namun
harganya paling murah. Air diperlukan untuk bereaksi dengan semen, serta untuk
menjadi bahan pelumas antara butir-butir agregat agar mudah dikerjakan dan
dipadatkan. Air yang memenuhi syarat sebagai air minum, memenuhi syarat pula
untuk bahan campuran beton, tetapi tidak berarti air harus memenuhi persyaratan
air minum. Ketika diperoleh air dengan standar air minum, maka dapat dilakukan Campuran
Campuran
Pasir kuarsa Tepung kuarsa
Pasir kuarsa Mikrosilika
commit to user
pemeriksaan secara visual yang menyatakan bahwa air tidak berwarna, tidak
berbau, dan cukup jernih.
Menurut Tjokrodimuljo (1996) kekuatan beton dan daya tahannya berkurang jika
air mengandung kotoran. Pengaruh pada beton diantaranya pada lamanya waktu
ikatan awal serta kekuatan beton setelah mengeras. Adanya lumpur dalam air
diatas 2 gram/liter dapat mengurangi kekuatan beton. Air dapat memperlambat
ikatan awal beton sehingga beton belum mempunyai kekuatan dalam umur 2-3
hari. Sodium karbonat dan potasium dapat menyebabkan ikatan awal sangat cepat
dan konsentrasi yang besar akan mengurangi kekuatan beton.
2.2.5.4.Bahan Tambah
Bahan tambah (admixture) ialah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, dan
agregat halus) yang ditambahkan kedalam campuran saat atau selama
pencampuran berlangsung. Penggunaan bahan tambah biasanya didasarkan pada
alasan yang tepat, diantaranya perbaikan kelecakan dan dapat menggunakan
penggunaan semen (Tjokrodimulyo, 1996). Tujuan penambahan admixture ini
adalah untuk mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam
keadaan segar atau setelah mengeras.
a. Serat Baja
Serat adalah suatu jenis bahan berupa potongan-potongan komponen yang
membentuk jaringan memanjang yang utuh yang ditambahkan ke dalam beton
untuk dapat memperbaiki sifat beton antara lain dapat meningkatkan daktilitas dan
kuat lentur beton. Retak-retak yang membawa keruntuhan pada struktur beton
commit to user
Gambar 2.4. Serat Baja
Pengaruh penambahan serat ke dalam adukan beton tergantung pada hal-hal
sebagai berikut:
a. Jenis (Ukuran dan bentuk) serat
Sebenarnya semua jenis serat dapat digunakan sebagai bahan tambah yang
dapat memperkuat atau memperbaiki sifat-sifat beton.Penggunaan tergantung
dari maksud penambahan serat ke dalam beton baik bahan alami atau buatan,
tetapi yang harus diperhatikan adalah bahwa serat tersebut harus mempunyai
kuat tarik yang lebih besar daripada kuat tarik beton.Selain itu ketahanan suatu
serat terhadap alkali juga harus diperhatikan.
b. Aspek rasio serat
Aspek rasio serat merupakan perbandingan antara panjang dan diameter serat.
Rasio perbandingan panjang dan diameter ini juga mempengaruhi kekuatan
betton berserat.Zollo (1997) mengisyaratkan bahwa aspek rasio serat
bervariasi kira-kira 40 sampai 1000, tetapi biasanya kurang dari 300.
c. Konsentrasi serat
Penambahan konsentrasi serat yang terlalu banyak ke dalam adukan beton
akan terjadi penggumpalan yang akan menghalangi penyebaran secara merata
ke seluruh beton dan menyulitkan pekerjaan beton segar. Dalam penelitian ini
prosentase serat yang ditambahkan kedalam adukan beton sebesar 1 % dari
volume adukan beton.
Serat baja mulai digunakan untuk beton sejak tahun 1900.Awalnya serat baja
hanya di potong sesuai kebutuhan dan digunakan lurus. Serat baja modern
digunakan dengan berbagai bentuk; permukaan kasar, ujung berangkur,
bergelombang dan beberapa bentuk lain terbukti kemampuan lentur, duktilitas,
ketahanan menahan retak,ketahanan torsi dan ketahanan lelah.(As’ad,2008).
Serat baja mempunyai diameter bervariasi berkisar antara 0,1-2 mm. sedangkan
aspek rasio berkisar 20-100. Dosis penambahan serat baja sekitar 0,25-2% volume
commit to user
beton sulit dikerjakan. Serat baja dapat terdistribusi dengan baik dalam beton jika
ukuran agregatnya kurang dari 10mm.
Pemilihan penambahan serat baja pada beton dikarenakan :
1. Sangat awet jika diletakkan di dalam beton
2. Meningkatkan kuat tarik beton mutu tinggi sampai 25 MPa
3. Mengurangi nilai slump dan kandungan udara
4. Meningkatkan beban kejut (impact resistance)
5. Mencegah retak rambut menjadi retakan yang lebih besar
Menurut Soroushian dan Bayasi (1991) ada beberapa jenis fiber baja yang biasa
digunakan :
1. Bentuk fiber baja (Steel Fiber Shapes)
a. Lurus (straight)
b. Berkait (hooked)
c. Bergelombang (crimped)
d. Double duo form
e. Ordinary duo form
f. Bundel (paddled)
g. Kedua ujung ditekuk (bud-hooked)
h. Tidak teratur (irregular)
i. Bergerigi (idented)
2. Penampang fiber baja (Steel fiber cross section)
a. Lingkaran/kawat (round/wire)
b. Persegi / lembaran (rectangular / sheet)
c. Tidak teratur / bentuk dilelehkan (irregular / melt extract)
3. Fiber dilekatkan bersama dalam satu ikatan
b. Superplasticizer
Superplasticizer adalah bahan tambah kimia (chemical admixture) yang
melarutkan gumpalan-gumpalan dengan cara melapisi pasta semen sehingga
semen dapat tersebar dengan merata pada adukan beton dan mempunyai pengaruh
commit to user
Bahan ini digunakan dalam jumlah yang relatif sedikit karena sangat mudah
mengakibatkan terjadinya bleeding.Superplasticizer dapat mereduksi air sampai
40% dari campuran awal.
Beton berkekuatan tinggi dapat dihasilkan dengan pengurangan kadar air, akibat
pengurangan kadar air akan membuat campuran lebih padat sehingga pemakaian
Superplasticizer sangat diperlukan untuk mempertahankan nilai slump yang
tinggi. Keistimewaan penggunaan superplasticizer dalam campuran pasta semen
maupun campuran beton antara lain:
1. Menjaga kandungan air dan semen tetap konstan sehingga didapatkan
campuran dengan workability tinggi.
2. Mengurangi jumlah air dan menjaga kandungan semen dengan
kemampuan kerjanya tetap sama serta menghasilkan faktor air semen
yang lebih rendah dengan kekuatan yang lebih besar.
3. Mengurangi kandungan air dan semen dengan faktor air semen yang
konstan tetapi meningkatkan kemampuan kerjanya sehingga
menghasilkan beton dengan kekuatan yang sama tetapi menggunakan
semen lebih sedikit.
4. Tidak ada udara yang masuk. Penambahan 1% udara kedalam beton dapat
menyebabkan pengurangan strength rata-rata 6%. Untuk memperoleh
kekuatan yang tinggi, diharapkan dapat menjaga ”watercontent” didalam
beton serendah mungkin. Penggunaan superplasticizer menyebabkan
sedikit bahkan tidak ada udara masuk kedalam beton.
5. Tidak adanya pengaruh korosi terhadap tulangan
Secara umum, partikel semen dalam air cenderung untuk berkohesi satu sama
lainnya dan partikel semen akan menggumpal. Partikel semen ini akan saling
melepaskan diri dan terdispersi dengan menambahkan superplasticizer.
Superplasticizer mempunyai dua fungsi yaitu, mendispersikan partikel semen dari
gumpalan partikel dan mencegah kohesi antar semen.Fenomena dispersi partikel
semen dengan penambahan Superplasticizer dapat menurunkan viskositas pasta
semen, sehingga pasta semen lebih fluid/alir.Hal ini menunjukkan bahwa
commit to user
c. Silica Fume
Silica fume merupakan material yang terdiri dari partikel halus dengan diameter
0,1-1,0 mikrometer. Berfungsisebagai pengganti sebagiandari semen atau bahan
tambahan pada saat sifat-sifat khusus beton dibutuhkan, seperti penempatan
mudah, kekuatan tinggi, permeabilitas rendah, durabilitas tinggi, dan lain
sebagainya.Silica fume merupakan hasil sampingan dari produk logam silikon
atau alloy ferosilikon. Menurut standar ”Spesification for Silica Fume faor Use in
Hydraulic Cement Concrete and Mortal” (ASTM.C.1240,1995: 637-642), silica
fume adalah material pozzolan yang halus, dimana komposisi silika lebih banyak
dihasilkan dari tanur tinggi atau sisa produksi silikon atau alloy besi silikon
(dikenal sebagai gabungan antara micro silica dengan silica fume). Berat jenis
relatif silica fume umumnya berkisar antara 2,2-2,5.
Silica fumemerupakan material yang sangat reaktif karenamerupakan bahan yang
sebagian besar amopfus (amarphoous silico), bahan spherical yang sangat lembut,
yang terdiri dari pertikel-pertikel seperti kaca hasil dari pembekuan cepat
’agaseous SiO, bila bersentuhan dengan udara terjadi oksidasi secara cepat di
dalam pendingin bagian dari ’furnace yang menghasilkan logam metal alloy
ferosilikon. Kandungan SiO2 yang tinggi dalam SF yang mencapai 85 sampai 98
persen, berguna untuk keperluan campuran semen (Khayat, K.H, et al, 1997).
Kegunaan silica fume secara geometrical adalah kemampuannya mengisi
rongga-rongga diantara bahan pasta (grain of cement) dan mengakibatkan membaiknya
distribusi ukuran pori dan berkurangnya total volume pori. Kenyataan yang ada di
lapangan, ternyata penggunaan silica fume memiliki kekurangan. Beton yang
mengandung silica fume mempunyai kecenderungan yang meningkat bahwa beton
tersebut akan mengalami retak susut,maka dari itu kita bisa gunakan beberapa trik
yakni salahsatunya adalah beton silica fume yang masih segar harus secepatnya
diberi perlindungan agar penguapan air yang cepat dapat dicegah.
Penggunaansilica fume dapat menghasilkan beton yang kedap, awet dan
commit to user
d. Tepung kuarsa
Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan
mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir
kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil pelapukan batuan
yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan feldspar. Hasil pelapukan
kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang terendapkan di tepi-tepi
sungai, danau atau laut.
Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2,
CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada
senyawa pengotornya, kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65, titik lebur
17150C, bentuk kristal hexagonal, panas sfesifik 0,185, dan konduktivitas panas
12 – 1000C.
Gambar 2.5. Tepung kuarsa
Penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang meluas, baik langsung sebagai bahan
baku utama maupun bahan ikutandalam kegiatan industri. Bahan baku utama,
misalnya digunakan dalam industri gelas kaca, semen, tegel, mosaik keramik,
bahan baku fero silikon, silicon carbide bahan abrasit (ampelas dan sand
blasting). Bahan ikutan, misal dalam industri cor, industri perminyakan dan
commit to user
Cadangan pasir kuarsa terbesar terdapat di Sumatera Barat, potensi lain terdapat di
Kalimantan Barat, Jawa Barat, Sumatera Selatan, Kalimantan Selatan, dan Pulau
Bangka dan Belitung. (wikipedia)
Sedangkan yang digunakan dalam pembuatan beton mutu tinggi pada penelitian
ini adalah tepung kuarsa yang berukuranantara 16 – 90 µm.
2.3. Modulus Of Rupture
Modulus of Rupture merupakan kuat tarik maksimum yang secara teoritis dicapai
pada serat bagian bawah dari sebuah balok uji (Neville, 1997). Nilai dari modulus
of rupture bergantung pada dimensi dari balok uji dan susunan beban. Untuk
memperoleh nilai modulus of rupture digunakan metode third point loading.
Modulus of rupture diukur dengan menguji balok polos berpenampang
bujursangkar 10 x 10 x 40 cm3 dan di bebani di titik-titik sepertiga bentang hingga
gagal. modulus of rupture mempunyai nilai yang lebih tinggi dibanding kuat
belah.
Metode ini menghasilkan momen yang konstan antara titik beban sehingga
sepertiga dari bentang balok ditentukan sebagai tegangan maksimum dimana pada
bagian tersebut retakan terjadi. Benda uji berupa balok beton dengan ukuran 10
cm x 10 cm x 40 cm dengan panjang bentang yang digunakan 30 cm.
Besar momen yang dapat mematahkan benda uji adalah momen akibat beban
maksimum dari mesin pembebanan. Besar momen yang mematahkan balok uji
commit to user 1/2P 1/2P
O O
1/3 L 1/3 L 1/3 L
P
d
c
b
c
Momen Maksimum
Gambar 2.6. Momen Yang Terjadi Akibat Beban P
Perumusan dari momen maksimum yang terjadi:
Momen Maksimum = 2 1
P x 3 1
L... ( 2.1 )
Dengan:
P = Beban Maksimum
L= Panjang Beban
Secara umum nilai modulus of rupture dapat dihitung dengan rumus:
S Mmaks
MOR= ... (2.2 )
Dimana c I S=
commit to user I
c Mmaks
MOR= ´ ... ( 2.3 )
h h b L Px MOR ´ ´ ´ = 2 1 12 1 3 1 2 1 3 2 6 1 3 1 2 1 bh L Px MOR= 2 h b L P MOR ´ ´
= ... ( 2.4 )
Dengan:
MOR = Modulus Of Rupture (MPa)
Mmaks = Momen Maksimum (Nmm)
S = Modulus Penampang (mm3)
P = Beban maksimum pada balok benda uji (Newton)
L = Panjang bentang (mm)
b = Lebar balok benda uji (mm)
h = Tinggi balok benda uji (mm)
commit to user
Pengujian kuat lentur akan terjadi tiga macam tipe kemungkinan patah pada balok
uji sebagai berikut:
a. Patah pada
3 1
[image:31.595.113.511.214.751.2]bentang bagian tengah.
Gambar 2.7. Letak Patah Balok Tipe I.
Balok uji patah pada bagian tengah (antara B dan C) pada keadaan ini dan
patahnya diakibatkan oleh momen yang paling maksimum. Besarnya modulus of
rupture dapat dihitung berdasarkan rumus:
S Mmaks
MOR= ... ( 2.5 )
2 2 6 1 3 1 2 1 bh PL bh L Px
MOR= = ... ( 2.6 )
Dengan:
MOR = Modulus of Rupture (MPa)
Mmaks = Momen Maksimum (Nmm)
S = Modulus Penampang (mm3)
P = Beban Maksimum pada balok benda uji (Newton)
L = Panjang Bentang (mm)
10 cm 10 cm
10 cm 5 cm
5 cm
D C
B A
1/2P 1/2P
commit to user
b = Lebar balok benda uji (mm)
h = Tinggi balok benda uji (mm)
[image:32.595.115.517.154.605.2]b. Patah pada bentang antara A-B atau C-D.
Gambar 2.8. Letak Patah Balok Tipe II.
Apabila balok patah pada bentang A-B atau C-D dengan jarak letak patah tidak
lebih dari 5% panjang bentang, kondisi ini masih dapat diperhitungkan dan balok
uji dapat dipakai. Modulus of rupturepada kondisi ini dapat dihitung dengan
rumus: 2 2 3 6 1 2 1 bh aP bh P ax S Mmaks
MOR= = = ... ( 2.7 )
Dengan:
MOR = Modulus of Rupture (MPa)
Mmaks = Momen Maksimum (Nmm)
S = Modulus Penampang (mm3)
P = Beban Maksimum pada balok benda uji (Newton)
a = Jarak rata-rata letak patah dari perletakan (mm)
L = Panjang Bentang (mm)
b = Lebar balok benda uji (mm)
a a
1/2P 1/2P 5 % 5 % 10 cm 10 cm
10 cm 5 cm
commit to user
h = Tinggi balok benda uji (mm)
[image:33.595.113.508.160.497.2]c. Patah pada bentang antara A-B atau C-D.
Gambar 2.9. Letak Patah Balok Tipe III.
Apabila balok uji patah pada bentang A-B atau C-D dengan jarak letak patah dari
B maupun C lebih besar dari 5% panjang bentang, maka kondisi ini tidak dapat
diperhitungkan kembali dan balok uji tidak dapat dipakai.
Adapun langkah-langkah pengujian modulus of rupture dapat diuraikan sebagai
berikut :
a. Menyiapkan benda uji balok beton yang akan diuji.
b. Meletakkan benda uji pada alat uji lentur dengan posisi mendatar.
c. Mengatur jarum penunjuk lendutan (dial) tepat pada titik nol.
d. Melakukan pembebanan dan mencatat lendutan setiap penambahan beban
hingga balok beton patah.
e. Mencatat besarnya beban tertinggi yang telah mematahkan balok uji.
f. Melakukan pengukuran dan pengamatan letak patah balok.
1/2P 1/2P
5 % 5 %
10 cm 10 cm
10 cm 5 cm
5 cm
D C
B A
commit to user
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Uraian Umum
Metode penelitian merupakan langkah-langkah atau metode yang dilakukan dalam
penelitian suatu masalah, kasus, gejala, fenomena, atau lainnya dengan jalan
ilmiah untuk menghasilkan jawaban yang rasional. Metode yang digunakan dalam
penelitian ini adalah metode eksperimental, yaitu metode penelitian yang
dilakukan dengan cara mengadakan suatu percobaan untuk mendapatkan data atau
hasil yang menghubungkanantara variabel-variabel yang diselidiki.
Pemecahan masalah pada penelitian ini dengan menggunakan cara statistik, yaitu
dengan urutan kegiatan dalam memperoleh data sampai data itu berguna sebagai
dasar pembuatan keputusan diantaranya melalui proses pengumpulan data,
pengolahan data, analisis data dan cara pengambilan keputusan secara umum
berdasarkan hasil penelitian.
commit to user
3.2.Alat dan Bahan
3.2.1. Alat-alat Yang Digunakan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Timbangan manual dengan kapasitas 2 kg dan 50 kg yang digunakan untuk
mengukur berat bahan campuran betonserta timbangan digital untuk
mengukur berat serat yang digunakan .
b. Ayakan dengan ukuran diameter saringan 25 mm; 19 mm; 12,5 mm; 9,5 mm;
4,75 mm; 2,36 mm; 1,18 mm; 0,6 mm; 0,3 mm; 0,15 mm; pan dan mesin
penggetar ayakan (vibrator) yang digunakan untuk pengujian gradasi agregat.
c. Oven merk “Binder”
Oven ini berkapasitas 220oC, 1500W, digunakan untuk mengeringkan
material (pasir dan kerikil).
d. Corong konik dengan ukuran diameter atas 3,8 cm, diameter bawah 8,9 cm,
tinggi 7,6 cm, lengkap dengan alat penumbuk. Alat ini digunakan untuk
mengukur keadaan SSD agregat halus.
e. Kerucut Abrams yang terbuat dari baja dengan ukuran diameter atas 10 cm,
diameter bawah 20 cm, tinggi 30 cm, lengkap dengan tongkat baja penusuk
yang ujungnya ditumpulkan dengan panjang 60 cm dan dimeter 16 mm. Alat
ini digunakan untuk mengukur nilai slump adukan beton
f. Loading Frame dengan kapasitas 1000 kgf yang digunakan untuk pengujian
modulus of rupture balok beton.
g. Cetakan benda uji balok kayu dengan ukuran 100 mm x 100 mm x 400 mm
untuk uji modulus of rupture.
h. Alat bantu lain :
a) Cetok semen
b) Ember
c) Gelas ukur kapasitas 250 ml digunakan untuk meneliti kandungan zat
organik dan kandungan lumpur dalam pasir
d) Gelas ukur 2000 ml untuk menakar air
commit to user
f) Vibrator yang digunakan sebagai penggetar beton segar
g) Kamera Digital
h) Cangkul untuk mengaduk campuran beton
i) Dan lain-lain
3.2.2. Bahan Penyusun
Bahan-bahan yang digunakan adalah:
a. SemenOPC
b. Pasir ukuran maksimum 0,5 mm
c. Silica Fume
d. Serat baja bendrat
e. Filler (tepung kuarsa)
f. Superplasticizer
3.3. Benda Uji
Benda uji pada penelitian ini berupa balok dengan ukuran 10 cm x 10cm x 40
cm.Kadarserat baja yang digunakan adalah 1%terhadap volume beton. Perincian
[image:36.595.114.517.228.491.2]benda uji yang dibuat dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut:
Tabel 3.1 Benda uji untuk pengujian Modulus Of Rupture beton
Kode Kadar Filler
(%Volume Agregat)
Jumlah
(Sampel) Umur (Hari)
FN-0 0 3 7
3 28
FN-1 5 3 7
3 28
FN-2 10 3 7
3 28
FN-3 15 3 7
3 28
FN-4 20 3 7
3 28
Jumlah 30
commit to user
5
30 cm
5
10 cm
[image:37.595.114.501.83.531.2]10 cm
Gambar 3.1. Benda uji balok beton (40 x 10 x 10) cm
3.4. Tahap dan Prosedur Penelitian
Prosedur yang dipakai dalam penelitian ini adalah :
1. Tahap I
Disebut tahap persiapan. Seluruh bahan dan peralatan yang dibutuhkan dalam
penelitian dipersiapkan terlebih dahulu agar penelitian dapat berjalan dengan
lancar.Pembuatan cetakan atau bekisting benda uji juga dilakukan pada tahap
ini.
2. Tahap II
Disebut tahap uji bahan untuk mengetahui sifat, karakteristik, dan memenuhi
syarat atau tidak. Pengujian tersebut antara lain :
Agregat halus, antara lain dilakukan uji :
1. Kadar lumpur
2. Kadar organik
3. Spesific grafity
commit to user 3. Tahap III
Disebut tahap pembuatan mix design. Pembuatan mix designdilakukan pada
tahap ini dengan kuat tekan rencana >50 MPa. Hasil mix design tersebut
dipakai untuk pembuatanbalok beton.
4. Tahap IV
Disebut tahap pembuatan benda uji. Dilakukan pekerjaan sebagai berikut:
1) Pembuatan adukan beton.
2) Pengujian nilai slump.
3) Pengecoran ke dalam bekisting.
5. Tahap V
Disebut tahap perawatan. Dilakukan perawatan pada tahap ini terhadap benda
uji yang telah dibuat pada tahap IV. Perawatan beton umur 28 hari dilakukan
dengan cara merendam benda uji dalam air pada hari kedua selama 25 hari,
kemudian beton dikeluarkan dari air dan diangin-anginkan sampai benda uji
berumur 28 hari. Pengujian beton pada umur 28 hari.
6. Tahap VI
Disebut tahap pengujian. Dilakukan pengujianmodulus of rupture benda uji
pada tahap ini. Pengujian dilakukan pada saat beton berumur 7 hari dan 28
hari. Pengujian benda uji dilakukan pada beton uji berbentuk balok berukuran
10 cm x 10 cm x 40 cm.Pengujian ini dilakukan di LaboratoriumStruktur
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS.
7. Tahap VII
Disebut tahap analisa data. Data yang diperoleh dari hasil pengujian dianalisis
untuk mendapatkan suatu kesimpulanhubungan antara variabel-variabel yang
di teliti dalam penelitian.
8. Tahap VIII
Disebut tahap pengambilan keputusan. Data yang telah dianalisis dibuat suatu
commit to user
Tahapan dalam penelitian ini disajikan secara skematis dalam bentuk bagan alir
[image:39.595.74.555.118.719.2]pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2.Bagan Alir Tahap-tahap Penelitian
Selesai
Bahan Tambah
Perhitungan Rancang Campur (Mix Design)
Pembuatan Adukan Beton
Tahap I
Tahap II
Tahap III Mulai
Persiapan
Semen Agregat Halus Serat Air
Uji Bahan:
- kadar lumpur
- kadar organik
- spesific gravity
- gradasi
Pengujian Nilai Slump
Ya
Tidak
Pembuatan Benda Uji
Pelepasan benda uji dari cetakan
Pengujian Modulus Of Rupture
Analisis Data dan Pembahasan
Kesimpulan dan Saran
Tahap IV
Tahap VI
TahapVII
commit to user
3.5. Pengujian Bahan Dasar Beton
Pengujian bahan dasar untuk pembuatan beton sangat penting, hal ini untuk
mengetahui kelayakan karakteristik bahan penyusun beton yang nantinya dipakai
dalam mix designpenelitian ini sehingga hasil yang didapat baik dan tidak biasa.
Pengujian bahan dasar beton hanya dilakukan terhadap agregat halus.
3.5.1. Pengujian Kadar Lumpur Agregat Halus
Agregat halus yang digunakan dalam campuran beton adalah pasir. Pasir
berfungsi sebagai pengisi rongga-rongga yang terbentuk dari pencampuran pasta
semen dan agregat kasar. Spesifikasi pasir yang dapat digunakan dalam campuran
beton salah satunya adalah tidak mengandung lumpur lebih dari 5% dari berat
keringnya.
Sesuai dengan PBI 1971 (N-20 atau ASTM) maka bila pasir mengandung lumpur
5% dari dari berat keringnya harus dicuci, karena kandungan lumpur yang
berlebihan dalam pasir dapat mengganggu lekatan antara partikel dalam
pencampuran beton sehingga dapat menurunkan kekuatan beton.
Kadar lumpur pasir dihitung dengan persamaan 3.1 sebagai berikut :
Kadar Lumpur 100%
1 1
´ -=
G G Go
...(3.1)
dengan :
G0 = berat pasir awal (100 gram)
G1 = berat pasir akhir (gram)
3.5.2. Pengujian Kadar Zat Organik Agregat Halus
Kandungan zat organik pada pasir umumnya banyak ditemukan pada pasir yang
diambil dari sungai. Aliran air sungai yang membuat zat organik atau
semacamnya dapat terbawa dan mengendap pada pasir. Kandungan zat organik
commit to user
organik yang mudah mengurai membuatnya dapat mengurai dan membusuk
sehingga menimbulkan celah atau pori pada beton. Kandungan zat organik pada
pasir dapat diuji menggunakan larutan NaOH 3% pada percobaan perubahan
warna Abrams Harder sesuai dengan PBI 1971 (N-20 atau ASTM). Pada Tabel
[image:41.595.114.508.205.620.2]3.2. dapat dilihat kadar zat organik pada pasir berdasarkan perubahan warnanya. Tabel 3.2. Tabel perubahan warna pada uji kadar zat organik pasir
Warna Prosentase kandungan zat organik
Jernih Kuning muda Kuning tua Kuning kemerahan Coklat kemerahan Coklat 0 %
0 – 10%
10 – 20%
20 – 30%
30 – 50%
50 – 100%
3.5.3. Pengujian Specific Gravity Agregat Halus
Pengujian specific gravity agregat halus mengacu pada ASTM C 128. Pengujian
ini ditujukan agar mendapatkan :
a. Bulk specific gravity, yaitu perbandingan antara berat pasir dalam kondisi
kering dengan volume pasir total
b. Bulk specific gravity SSD, yaitu perbandingan antara berat pasir jenuh dalam
kondisi kering permukaan dengan volume pasir total
c. Apparent specific gravity, yaitu perbandingan antara berat pasir dalam
kondisi kering dengan volume butir pasir
d. Absorbtion, yaitu perbandingan antara berat air yang diserap dengan berat
pasir kering
Hasil pengujian dilakukan analisisdengan persamaan 3.2 s/d 3.5 sebagai berikut:
Bulk Specific Gravity
c d b a -+
= ... (3.2)
Bulk Specific Gravity SSD
c d b d -+
commit to user Apparent Specific Gravity
c a b
a -+
= ... (3.4)
Absorbsion = - ´100% a
a d
... (3.5)
dengan :
a = berat pasir kering oven (gram)
b = berat volumetricflash berisi air (gram)
c = berat volumetricflash berisi pasir dan air (gram)
d = berat pasir dalam keadaan kering permukaan jenuh (500 gram)
3.5.4. Pengujian Gradasi Agregat Halus
Gradasi pada pasir sebagai agregat halus menentukan sifat pengerjaan dan sifat
kohesi dari campuran beton, sehingga gradasi pada agregat halus sangatlah
diperhatikan. Pengujian gradasi agregat halus menggunakan standar pengujian
ASTM C 136. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui gradasi atau variasi
diameter butiran pasir, prosentase dan modulus kehalusannya. Modulus kehalusan
adalah angka yang menunjukkan tinggi rendahnya tingkat kehausan butir pasir.
Modulus kehalusan pasir dihitung menggunakan persamaan 3.6 sebagai berikut :
Modulus kehalusan pasir e d
= ... (3.6)
dengan :
commit to user
3.6.
Perencanaan Campuran Beton (
Mix Design
)
Perencanaan campuran beton yang tepat dan sesuai dengan proporsi campuran
adukan beton sangat diperlukan untuk mendapatkan kualitas beton yang baik.
Penelitian ini menggunakan trial rancang campur beton yang mengacu pada
Sambowo,2003 dengan target kuat desak (f’c) target >50 MPa. Secara lengkap
dapat dilihat pada lampiran B. Perhitungan trial mix design pada penelitian ini
tetap menggunakan agregat kasar pada hitungan, tetapi pada proses pengecoran
agregat kasar tersebut tidak dimasukkan. Hal ini dikarenakan belum ada referensi
terkait yang menggunakan mix design tanpa agregat kasar.
3.7.
Pembuatan Benda Uji
Langkah-langkah pembuatan benda uji:
a. Menyiapkan dan menimbang bahan-bahan campuran adukan beton sesuai
dengan rancang campur adukan beton (mix design).
b. Mencampur bahan-bahan tersebut sampai homogen dengan cara dimasukkan
ke dalam alat aduk beton secara berurutan mulai dari kerikil, semen, pasir,
serat, dan air.
c. Mengukur nilai slump adukan setelah tercampur homogen.
d. Memasukkan adukan ke dalam cetakan balok berukuran 10x10x40 cm hingga
penuh sambil dipadatkan dengan menggunakan vibrator.
e. Setelah cetakan penuh dan padat, permukaannya diratakan dan diberi kode
benda uji di atasnya, kemudian didiamkan selama 24 jam.
commit to user
3.8.
Pengujian Nilai
Slump
Slump beton adalah besaran kekentalan (viscosity)/plastisitas dan kohesif dari
beton segar. Menurut SK-SNI M-12-1989-F, cara pengujian nilai slump adalah
sebagai berikut :
a. Membasahi cetakan dan pelat.
b. Meletakkan cetakan diatas pelat dengan kokoh.
c. Mengisi cetakan sampai penuh dengan 3 lapisan, tiap lapis berisi kira-kira 1/3
isi cetakan, kemudian setiap lapis ditusuk dengan tongkat pemadat sebanyak
25 kali tusukan secara merata.
d. Segera setelah selesai penusukan, ratakan permukaan benda uji dengan
tongkat dan semua sisa benda uji yang ada disekitar cetakan harus
disingkirkan.
e. Mengangkat cetakan perlahan-lahan tegak lurus keatas.
f. Mengukur slump yang terjadi.
3.9.
Perawatan Benda Uji
Perawatan dilakukan dengan cara merendam beda uji dalam air dengan fungsi
agar air dalam beton tidak menguap dengan cepat, sehingga proses hidrasinya
sempurna dengan demikian mutu beton yang terjadi dapat sesuai dengan mutu
rencana. Perawatan benda uji dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Benda uji yang telah berumur 24 jam dilepas dari cetakan silinder.
b. Selanjutnya benda uji direndam dalam bak air selama 25 hari.
c. Setelah benda uji direndam selama 25 hari, benda uji diangkat dan
commit to user
3.10.
Prosedur Pengujian
Modulus of Rupture
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya beban modulus of rupture
beton. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan alat uji lentur (loading
frame) terhadap benda uji yang telah berumur 7 hari dan 28 hari dengan
memberikan tekanan hingga benda uji tersebut patah. Langkah-langkah pengujian
modulus of rupturebeton:
a. Menyiapkan benda uji balok beton yang akan diuji.
b. Meletakkan benda uji pada alat uji lentur dengan posisi mendatar.
c. Mengatur jarum penunjuk lendutan (dial) tepat pada titik nol.
d. Memulai pembacaan beban dengan bergeraknya jarum penunjuk lendutan.
e. Mencatat besarnya beban maksimum yang terjadi pada benda uji.
[image:45.595.113.491.229.488.2]Setting Up pengujian modulus of rupture dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 3.3. Skema setting uppengujian modulus of rupture beton P
½P ½P
100 mm 100 mm 100 mm 50 mm 50 mm
commit to user
Gambar 3.4.Setting up pengujian modulus of rupture beton Keterangan gambar:
1. Loadcell 5. Benda uji (sample)
2. Hydraulic Jack 6. Tumpuan
3. Dial gauge 7. Hydraulic Pump
4. Pembagi beban
2
3
4
5
6
commit to user
BAB 4
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Pengujian Agregat Halus
Pengujian terhadap agregat halus yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi
pengujian kadar lumpur, kandungan zat organik, specific gravity, gradasi agregat
dan berat jenis. Hasil-hasil pengujiantersebut disajikan dalamTabel 4.1.
[image:47.595.112.552.245.528.2]Perhitungan serta data-data pengujian secara lengkap terdapat pada Lampiran A.
Tabel 4.1. Hasil pengujian agregat halus
Jenis Pengujian Hasil Pengujian Standar Kesimpulan
Kandungan Zat Organik Kuning muda Kuning Memenuhi syarat
Kandungan Lumpur 9,5 % Maks 5 % Tidak memenuhi syarat
Bulk Specific Gravity 2,41 gr/cm3 - -
Bulk Specific SSD 2,51 gr/cm3 - -
Apparent Specific Gravity 2,46 gr/cm3 - -
Absorbtion 0,81 % - -
Modulus Halus 2,54 2,3 – 3,1 Memenuhi syarat
Hasil pengujian gradasi agregat halus dan syarat batas dari ASTM C33-97 dapat
commit to user
Tabel 4.2. Hasil pengujian gradasi agregat halus
Diameter
Ayakan
(mm)
Berat Tertahan Berat Lolos
Kumulatif
(%)
ASTM C-33 Berat
(gram)
Prosentase (%)
Kumulatif (%)
9,5 0 0 0 100 100
4,75 120,5 4,03 4,03 95,97 95 - 100
2,36 206 6,89 10,91 89,09 80 - 100
1,18 398,5 13,32 24,23 75,77 50 - 85
0,85 600 20,05 44,28 55,72 25 - 60
0,3 1000 33,42 77,71 22,29 10 - 30
0,15 434,5 14,52 92,23 7,77 2 - 10
Pan 232,5 7,77 100 0 0
Jumlah 2992 100 353,39 - -
Modulus halus =
=
= 2,54
Agregat yang hilang =
=
= 0,27%
Berdasarkan Tabel 4.2.didapat grafik gradasi beserta batas gradasi yang
commit to user
Gambar 4.1. Grafik gradasi agregat halus
BerdasarkanGambar 4.1. dapat dilihat bahwa gradasi agregat halus berada pada
batas maksimum dan minimum, hal ini menunjukan bahwa agregat halus yang
digunakan memenuhi syarat dan layak digunakan untuk pembuatan benda uji
beton.
4.2. Rencana Campuran
Berdasarkan perhitungan rencana campuran (mix design) adukan beton diperoleh
[image:49.595.111.517.233.486.2]kebutuhan bahan untuk 1 m3 beton seperti pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3. Proporsi campuran adukan beton untuk setiap variasi per 1 m3.
Benda Uji Benda Kode Uji
OPC Agregat
Halus Air Serat SP
Silica
Fume Filler
(kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg)
Beton
Normal FN-0 506,7 673 154 24 18,5 56,3 0
Beton FN-1 506,7 673 154 24 18,5 56,3 28,15
Dengan FN-2 506,7 673 154 24 18,5 56,3 56,3
filler nano- FN-3 506,7 673 154 24 18,5 56,3 84,45
Material FN-4 506,7 673 154 24 18,5 56,3 112,6
Secara lengkap perhitungan terdapat pada lampiran B, sedangkan untuk satu kali
[image:49.595.119.559.542.705.2]adukan disajikan dalam Tabel 4.4.
Tabel 4.4.Proporsi campuran adukan beton untuk setiap variasi tiap 1 kali adukan
Benda Uji Kode
Be
