BAB 4 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

(1)

BAB 4

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian Material Penyusun Beton

Pengujian material penyusun beton dalam penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan material yang sesuai dengan yang disyaratkan dalam American Standard Testing Method, Persyaratan Bangunan Indonesia 1971 dan Standar Nasional Indonesia.

Pengujian dilakukan di Laboratorium Bahan Konstruksi Fakultas Teknik Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta pada tanggal 07 November 2017. Sedangkan pengujian bahan tambah Metakaolin (MK) dilakukan di Laboratorium MIPA Terpadu Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta pada tahun 2017. Material yang sudah lolos pengujian digunakan untuk campuran beton HSSCC Metakaolin sesuai dengan komposisi mix design yang kemudian dilakukan pengujian terhadap beton HSSCC Metakaolin. Dimana pengujian beton ini menghasilkan kuat tekan beton dan grafik regangan-tegangan beton yang selanjutnya akan dianalisa untuk mengetahui hubungan diantaranya dan menghasilkan parameter beton lainnya. Analisis data pengujian akan diuraikan dalam bentuk rekapitulasi data berupa grafik dan tabel pada sub-sub bab dibawah ini, sedangkan rincian pengujian material penyusun beton disajikan pada lampiran.

4.1.1 Hasil pengujian agregat kasar

Pengujian terhadap agregat kasar yaitu kerikil dalam penelitian ini meliputi gradasi, keausan (abrasi), dan pengujian berat jenis (specific gravity) agregat kasar. Rincian hasil pengujian dan penghitungan agregat kasar secara lengkap terdapat pada Lampiran A dan hasil-hasil pengujian tersebut diuraikan dalam Tabel 4.1.

(2)

Tabel 4.1 Rekapitulasi hasil pengujian agregat kasar

4.1.2 Hasil pengujian agregat halus

Pengujian terhadap agregat halus yaitu pasir dalam penelitian ini meliputi kandungan lumpur, kandungan zat organik, berat jenis, dan modulus kehalusan agregat halus.

Rincian hasil pengujian dan penghitungan agregat halus secara lengkap terdapat pada Lampiran B dan hasil-hasil pengujian tersebut diuraikan dalam Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Rekapitulasi hasil pengujian agregat halus Jenis Pengujian Hasil

Pengujian Standar Kesimpulan Modulus Kehalusan 7,67 5,0 - 8,0

Memenuhi syarat ASTM C.136

Abrasi 20,81 % < 40%

Absorbtion 0,93 % - -

Appearent Spec Gravity 2,72 - -

Bulk Spec Gravity 2,65 - -

Bulk Spec Gravity SSD 2,67 2,5 - 3,7

Jenis Pengujian Hasil

Pengujian Standar Kesimpulan

Kandungan

Lumpur 0,50 % < 5%

Memenuhi syarat PBI 1971, ASTM C.117

Kandungan Zat

Organik Kuning Muda Kuning Muda

Memenuhi syarat PBI 1971, ASTM C.40

Absorbtion 2,04 % - -

Appearent Spec

Gravity 2,77 - -

Bulk Spec Gravity 2,52 - -

Bulk Spec Gravity

SSD 2,68 2,5 - 2,7

Memenuhi syarat ASTM C.128-79

Modulus

Kehalusan 2,75 2,3 - 3,1

Memenuhi syarat ASTM C.33-97

(3)

4.1.3 Hasil pengujian metakaolin

Metakaolin yang digunakan untuk campuran beton HSSCC pada penelitian ini berasal dari desa Semin, Gunung Kidul. Kandungan kimia yang terdapat pada metakaolin dapat diketahui dengan alat X-Ray Fluorosence (XRF) di Laboratorium Terpadu Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta pada tahun 2018. Rincian data hasil pengujian kandungan kimia metakaolin secara lengkap terdapat pada Lampiran C dan hasil pengujian secara singkat diuraikan dalam Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Analisis kuantitatif pengujian XRF metakaolin

(Sumber : Laboratorium MIPA Terpadu UNS, 2018)

4.2 Mix Design atau Rancang Campuran Adukan Beton

Rancang campuran beton mutu tinggi memadat mandiri atau HSSCC dengan variasi penambahan bahan metakaolin penelitian ini berdasarkan EFNARC 2005. Mengacu pada penelitian sebelumnya, kadar superplasticizer yang digunakan 1,7% dari berat semen (kadar optimum pada penelitian sebelumnya) dengan faktor air semen yang digunakan 0,27. Rincian penghitungan mix design adukan beton secara lengkap terdapat pada Lampiran D dan rekapitulasi mix design adukan beton diuraikan secara singkat pada Tabel 4.4.

Formula Z Concentration Status Line 1 SiO2 14 61,97 % Fit spectrum Si KA1/EQ20 Al2O3 13 16,34 % Fit spectrum Al KA1/EQ20 Na2O 11 7,92 % Fit spectrum Na KA1/EQ20 CaO 20 4,31 % Fit spectrum Ca KA1/EQ20 Fe2O3 26 2,01 % Fit spectrum Fe KA1/EQ20 P2O5 15 1,58 % Fit spectrum P KA1/EQ20

K2O 19 1,58 % Fit spectrum K KA1/EQ20

MgO 12 1,22 % Fit spectrum Mg KA1/EQ20

SO3 16 1,14 % Fit spectrum S KA1/EQ20

Cl 17 1,00 % Fit spectrum Cl KA1/EQ20

TiO2 22 0,36 % Fit spectrum Ti KA1/EQ20 La2O3 57 0,13 % Fit spectrum La KA1/EQ50 MnO 25 0,08 % Fit spectrum Mn KA1/EQ20 SrO 38 0,06 % Fit spectrum Sr KA1/EQ20

(4)

Tabel 4.4 Rekapitulasi mix design atau rancang campuran beton high strength self- compacting concrete (HSSCC) metakaolin

4.3 Hasil Pengujian Benda Uji atau Sampel

4.3.1 Hasil pengujian beton segar

Pengujian beton segar high strength self-compacting concrete (HSSCC) metakaolin terdiri dari flow table test, L-box test, dan V-funnel test dengan mengacu tata cara EFNARC 2002. Rekapitulasi hasil pengujian tersebut akan diuraikan dalam Tabel 4.5 hingga Tabel 4.7.

Nama Benda Uji

Agregat Sementitius

Superplasticizer (lt/m³)

Air (lt/m³) Agregat

Halus (Kg/m³)

Agregat Kasar (Kg/m³)

Semen (Kg/m³)

Metakaolin (Kg/m³)

HSSCC MK 0

921,13 765,98 600,00 0,00 10,20 162,00

HSSCC MK 12,5

914,64 760,59 525,00 75,00 10,20 162,00

HSSCC MK 17,5

912,04 758,43 495,00 105,00 10,20 162,00

HSSCC MK 22,5

909,44 756,27 465,00 135,00 10,20 162,00

HSSCC MK 27,5

906,85 754,11 435,00 165,00 10,20 162,00

Pengujian Flow Table Test d1

(mm)

d2

(mm)

drerata

(mm) Syarat Ket. T500rerata

(detik) Syarat Ket.

680 700 690,0 650 - EF NA 4,73

2 - 5 deti EF NA

(5)

Tabel 4.5 Hasil pengujian flow table test beton HSSCC metakaolin

HSSCC MK 22,5

400 395 397,5

650 - 800 EFNARC 2002

x

^~

2 - 5 detik EFNARC 2002

x

HSSCC MK 27,5

330 350 340,0

x

^~

x

(Sumber : Luth Fian Fatoni, 2018)

Berdasarkan EFNARC 2002 specification and guidelines for self-compacting concrete T500 yang disyaratkan adalah 2 detik - 5 detik sedangkan drerata adalah 650 mm – 800 mm. Hasil pengujian beton segar adukan HSSCC MK 0 saja yang telah memenuhi persyaratan sebagai self-compacting concrete berdasarkan analisis parameter diatas.

HSSCC

MK 0

v v

HSSCC MK 12,5

550 560 555,0

x

^8,53

x

HSSCC MK 17,5

500 505 502,5

x

^16,75

x

L-box Test t200 mm

(detik)

t400 mm

(detik) h1

(mm) h2

(mm) h2/h1 Syarat Ket.

HSSCC MK 0

4,32 10,75 9,30 8,2 0,88

0,8 - 1,0 EFNARC 2002

v

HSSCC MK 12,5

7,32 13,42 9,30 7,6 0,82

v

HSSCC MK 17,5

9,02 21,57 10,0 5,2 0,52

x

79

(6)

Tabel 4.6 Hasil pengujian L-box test beton HSSCC metakaolin (Sumber : Luth Fian Fatoni, 2018)

Berdasarkan EFNARC 2002 specification and guidelines for self-compacting concrete h2/h1 yang disyaratkan adalah 0,8 – 1,0. Hasil yang didapat dari pengujian beton segar adukan HSSCC MK 0 dan HSSCC MK 12,5 telah memenuhi persyaratan sebagai self- compacting concrete berdasarkan analisis parameter diatas, sedangkan adukan HSSCC MK 17,5 ; HSSCC MK 22,5 ; dan HSSCC MK 27,5 tidak memenuhi persyaratan sebagai self-compacting concrete.

HSSCC MK 22,5

~ ~ 10,0 0,0 ~

x

HSSCC MK 27,5

~ ~ 10,0 0,0 ~

x

V-funnel Test V-funnel T5menit

Waktu

(detik) Syarat Ket. Waktu

(detik) Syarat Ket.

HSSCC MK 0

12,11

6 detik - 12 detik EFNARC 2002

x

^14,85

0 detik - (+3) detik EFNARC 2002

x

HSSCC MK 12,5

36,28

x

^40,22

x

HSSCC MK 17,5

51,32

x

^60,39

x

~ ~

(7)

Tabel 4.7 Hasil pengujian V-funnel test beton HSSCC metakaolin

(Sumber : Luth Fian Fatoni, 2018)

Data hasil pengujian V-funnel yang didapatkan dalam penelitian ini tidak memenuhi pesyaratan sebagai self-compacting concrete berdasarkan EFNARC 2002 specification and guidelines for self-compacting concrete. Adukan HSSCC MK 0 ; HSSCC MK 12,5

; HSSCC MK 17,5 ; HSSCC MK 22,5 ; dan HSSCC MK 27,5 semua variasi tidak ada yang masuk dalam parameter yang sudah disyaratkan. Hasil yang diperoleh semua melebihi dari yang disyaratkan. Dimana syarat V-funnel test adalah 6 detik – 12 detik dan untuk V-funnel T5menit adalah 0 detik – (+3) detik berdasarkan ERNARC 2002.

4.3.2 Hasil pengujian berat volume

Berat volume merupakan massa suatu bahan yang di uji per satuan volume bahan yang terbentuk. Bentuk persamaan berat volume dapat diuraikan sebagai berikut:

B =

₍⁽ ⁾₎

(4.1)

dengan, HSSCC

MK 22,5

x x

HSSCC MK 27,5

~

x

^~

x

(8)

B = berat volume (kg/m³) m = massa atau berat (kg)

v = volume (m³)

Pengujian berat volume beton bertujuan untuk mengetahui berat dari masing-masing benda uji atau sampel sebelum dilakukan pengujian kuat tekan dan modulus elastisitas beton, rekapitulasi pengujian berat volume beton akan diuraikan dalam Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Rekapitulasi hasil pengujian berat volume benda uji HSSCC metakaolin

4.3.3 Hasil pengujian kuat tekan beton

Pengujian kuat tekan beton dilakukan pada saat beton berumur 28 hari, pengujian ini menggunakan alat universal testing machine (UTM) di Laboratorium material program studi teknik mesin Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta. Hasil pembacaan

No. Nama Benda Uji Volume (cm³)

Berat (gr)

Berat Volume (kg/m³)

Rata-rata (kg/m³)

1 HSCC MK 0 A 619,24 1560,0 2519,2278

2540,9503 2 HSCC MK 0 B 619,24 1573,5 2541,0288

3 HSCC MK 0 C 605,64 1552,0 2562,5944 4 HSCC MK 12,5 A 630,95 1599,0 2534,2855

2522,0332 5 HSCC MK 12,5 B 627,81 1581,0 2518,2858

6 HSCC MK 12,5 C 614,08 1543,5 2513,5282 7 HSCC MK 17,5 A 631,13 1620,0 2566,8086

2554,1253 8 HSCC MK 17,5 B 631,13 1619,5 2566,0163

9 HSCC MK 17,5 C 640,83 1621,0 2529,5509 10 HSCC MK 22,5 A 625,83 1584,0 2531,0376

2503,7522 11 HSCC MK 22,5 B 640,80 1580,0 2465,6835

12 HSCC MK 22,5 C 615,22 1547,0 2514,5354 13 HSCC MK 27,5 A 627,81 1587,0 2527,8428

2524,8911 14 HSCC MK 27,5 B 636,52 1605,5 2522,2915

15 HSCC MK 27,5 C 632,19 1596,0 2524,5389

81

(9)

mesin UTM adalah beban maksimum (Pmaks). Data beban maksimum tersebut dapat diperoleh kuat tekan beton dengan menggunakan persamaan berikut ini.

f ‘ c =

^(4.2)

dengan,

f ‘ c = kuat tekan (N/mm²)

P = beban (N)

A = luas penampang (mm²)

Sebagai contoh untuk mengetahui hasil kuat tekan dapat diambil dari data benda uji silinder HSSCC MK 12,5 B sebagai berikut:

P = 286070 N

d = 7,30 cm

A = ¹/4 d²

=

¹/4 7,30² = 41,85 cm² = 4185,387 mm²

Maka, kuat tekan beton dapat dihitung dengan memasukan pada rumus, seperti dibawah ini:

f ‘ c =

=

_, = 68,3497 MPa

Rekapitulasi pengujian kuat tekan beton HSSCC metakaolin akan diuraikan dalam Tabel 4.9. Rincian data secara lengkap terdapat pada Lampiran E.

No. Nama Benda Uji

82

(10)

Tabel 4.9 Rekapitulasi pengujian kuat tekan beton HSSCC metakaolin

7 HSCC MK 17,5 A 4242,917 276210 65,0991

65,2638 8 HSCC MK 17,5 B 4242,917 285430 67,2721

9 HSCC MK 17,5 C 4300,840 272760 63,4202 10 HSCC MK 22,5 A 4242,917 251870 59,3625

53,5450 11 HSCC MK 22,5 B 4359,156 236200 54,1848

12 HSCC MK 22,5 C 4242,917 199790 47,0879 13 HSCC MK 27,5 A 4185,387 201080 48,0433

46,6750 14 HSCC MK 27,5 B 4300,840 179620 41,7639

15 HSCC MK 27,5 C 4242,917 213070 50,2178

Berdasarkan hasil rekapitulasi pengujian kuat tekan beton HSSCC metakaolin, terjadi kenaikan kuat tekan dari beton HSSCC MK 0 ; HSSCC MK 12,5 ; dan HSSCC MK 17,5 sebesar 45,0599 MPa ; 61,7473 MPa ; dan 65,2638 MPa. Kemudian mengalami penurunan pada beton HSSCC MK 22,5 dan HSSCC MK 27,5 sebesar 53,5450 MPa dan 46,6750 MPa. Kuat tekan paling tinggi terdapat pada beton HSSCC MK 17,5 yaitu sebesar 65,2638 MPa.

Luas (mm²)

Beban Maks (N)

Kuat Tekan (MPa)

Rata-rata Kuat Tekan (MPa)

1 HSCC MK 0 A 4128,249 180800 43,7958

45,0599

2 HSCC MK 0 B 4128,249 197160 47,7587

3 HSCC MK 0 C 4071,504 177620 43,6252

4 HSCC MK 12,5 A 4185,387 260810 62,3144

61,7473 5 HSCC MK 12,5 B 4185,387 286070 68,3497

6 HSCC MK 12,5 C 4128,249 225310 54,5776

No. Nama Benda Uji Umur (hari)

Kuat Tekan (MPa)

Presentase Kenaikan dari Beton Acuan (%)

83

(11)

Tabel 4.10 Persentase hasil rata-rata pengujian kuat tekan beton HSSCC metakaolin Tabel 4.10 menunjukan bahwa hasil presentase rata-rata pengujian kuat tekan beton HSSCC metakaolin mengalami kenaikan dari beton acuan HSSCC MK 0 atau beton kontrol tanpa penambahan bahan metakaolin. Kemudian, dari Tabel 4.10 dapat dibuat grafik hubungan kuat tekan beton usia 28 hari untuk masing-masing variasi kadar metakaolin (Gambar 4.1) dan grafik hubungan antar variasi kadar metakaolin berdasarkan hasil kuat tekan yang diperoleh dengan umur beton 28 hari (Gambar 4.2).

Gambar 4.1 Grafik kuat tekan beton HSSCC berdasar variasi metakaolin

1 HSSCC MK 0 28 45,06 -

2 HSSCC MK 12,5 28 61,75 37,03

3 HSSCC MK 17,5 28 65,26 44,84

4 HSSCC MK 22,5 28 53,55 18,83

5 HSSCC MK 27,5 28 46,68 3,58

45,06 61,75 65,26

53,55 46,68

0 10 20 30 40 50 60 70

0 28

Kuat Tekan (MPa)

Umur Beton (hari)

Grafik Kuat Tekan Beton HSSCC Variasi MK

HSSCC MK 0 HSSCC MK 12,5 HSSCC MK 17,5 HSSCC MK 22,5 HSSCC MK 27,5

84

(12)

Gambar 4.2 Grafik kuat tekan beton HSSCC metakaolin

Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 menunjukan bahwa penambahan bahan metakaolin pengganti semen dapat meningkatkan kuat tekan beton pada umur 28 hari, dengan menggunakan komposisi mix design yang sama pada seluruh variasi adukan beton dengan menggunakan maupun tanpa penambahan metakaolin. Ditunjukan dengan semakin bertambahnya kuat tekan pada beton yang mengalami penambahan bahan metakaolin berkadar 12,5% ; 17,5% ; 22,5% ; dan 27,5% dari berat semen. Dimana pada penelitian ini dari 5 (lima) kadar metakaolin yaitu 0% ; 12,5% ; 17,5% ; 22,5% ; dan 27,5% yang paling maksimum untuk mendapatkan kuat tekan yang tinggi adalah penggunaan variasi kadar 17,5% metakaolin dari berat semen. Sementara, untuk mendapatkan kadar yang optimum dapat diperoleh dengan penghitungan hasil regresi linear, seperti berikut:

Gambar 4.2 menghasilkan persamaan regresi linier; y = -0,0944x² + 2,6268x + 44,996.

Kemudian, persamaan dideferensialkan sehingga didapat:

= 0

45,06

61,75

65,26

53,55

46,68 y = -0,0944x²+ 2,6268x + 44,996

R² = 0,9361

41,00 46,00 51,00 56,00 61,00 66,00 71,00

0 5 10 15 20 25 30

Kuat Tekan (MPa)

Penambahan Metakaolin (%) Grafik Kuat Tekan Beton HSSCC MK

Kuat Tekan (MPa) Poly. (Kuat Tekan (MPa))

85

(13)

2 (−0,0944)& + 2,6268 = 0

− 0,1888& + 2,6268 = 0

& = −2,6268

−0,1888 = 13,91 %

Nilai y didapat dengan memasukkan nilai x pada persamaan regresi linier sebagai berikut:

y = -0,0944x² + 2,6268x + 44,996

y = -0,0944 (13,91)² + 2,6268 (13,91) + 44,996 y = 63,27 MPa

Maka, diperoleh kadar yang optimum yaitu 13,91% metakaolin dari berat semen dengan kuat tekan optimum yang dihasilkan sebesar 63,27 MPa.

Semua penambahan bahan metakaolin pada penelitian ini memberikan kenaikan kuat tekan beton dari beton acuan dengan dapat diketahui kenaikan terbesar pada kadar 17,5% dan kenaikan terkecil pada kadar 27,5% sebesar 44,84% dan 3,58% dari beton acuan.

Penurunan kuat tekan terjadi akibat penambahan metakaolin sebagai pengganti sebagian berat semen yang dapat diartikan terjadi penurunan persentase semen sebagai pengikat utama dalam campuran beton, semakin bertambah kadar metakaolin yang digunakan maka semakin berkurang berat semen yang digunakan. Selain itu, reaksi antara metakaolin dengan reaksi hidrasi semen belum terjadi secara optimal dan terjadilah penurunan kuat tekan beton pada kadar 22,5% dan 27,5% metakaolin dengan umur 28 hari.

4.3.4 Reaksi pozzolanik metakaolin pada campuran beton

Penambahan metakaolin bertujuan untuk meningkatkan kekuatan beton, kepadatan, dan memperkecil permeabilitas. Metakaolin merupakan bahan yang sangat kecil sehingga mempunyai permukaan penampang yang luas untuk dapat bereaksi dengan

86

(14)

air serta metakaolin memiliki reaktivitas hidrolik. Penggunaan metakaolin sangat membantu pada proses hidrasi semen portland. Berikut reaksi hidrasi semen dan peran metakaolin:

C3S , C2S + H2O CSH + Ca(OH)2

(senyawa dalam semen) (air) (kalsium silikat hidrat) (kalsium hidrat) (bersifat perekat)

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (kalsium hidrat) (karbon dioksida) (kalsium karbonat) (air)

Dimana metakaolin merupakan bahan pozzolan yang bereaksi dengan senyawa kalsium hidrat (Ca(OH)2) hasil sampingan pada saat hidrasi semen. Ca(OH)2 atau biasa disebut C-H terbentuk dari 25% massa pasta semen yang terhidrasi. Pada saat reaksi pozzolanik ini metakaolin mengikat senyawa C-H yang biasanya bereaksi dengan CO2

dan terbuang menguap, mengubah C-H menjadi C-S-H tambahan.

MK [Al2Si2O7] + CH + H C-S-H, C4AH13, C3AH6, C2ASH8

Sehingga metakaolin dapat membantu menutupi rongga-rongga yang terbentuk akibat hidrasi semen dan meningkatkan kepadatan yang mengakibatkan kuat tekan akan naik serta memperkecil porositas dan permeabilitas.

87

(15)

4.3.5 Hasil grafik hubungan tegangan dan regangan

Grafik hubungan tegangan dan regangan diperoleh bersamaan dengan pengujian kuat tekan beton, dimana waktu pengujian kuat tekan beton diperoleh grafik hubungan tegangan P dalam kN dengan perubahan panjang (deformasi) dalam mm pada saat beton diuji sampai dengan beban maks sehingga diperoleh Pmaks sebagai nilai kuat tekan beton sampai beton mengalami keruntuhan. Maka dari grafik yang diperoleh menggunakan alat universal testing machine (UTM) pada Laboratorium material program studi teknik mesin Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta dapat diolah menjadi grafik hubungan regangan-tegangan yang nantinya menghasilkan nilai modulus elastisitas. Hasil pengujian digunakan untuk membandingkan kurva tegangan-regangan dan nilai modulus elastisitas pada beton HSSCC MK dengan kadar 0% ; 12,5% ; 17,5% ; 22,5% ; dan 27,5%.

Berdasarkan ASTM C-39M kecepatan stress rate untuk pembebanan benda uji silinder diameter 75 mm pada mesin UTM sebesar 0,25 MPa/s. Maka pada penelitian ini pengujian beton silinder dengan mesin UTM pada Laboratorium material program studi teknik mesin Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta menggunakan

88

(16)

kecepatan sebesar 0,25 MPa/s untuk memperoleh hasil data tujuan penelitian dan grafik yang bagus.

Pengujian silinder beton dengan ukuran diameter 75 mm dan tinggi 15 mm dengan kadar metakaolin yaitu 0% ; 12,5% ; 17,5% ; 22,5% ; dan 27,5% dilakukan berjumlah 3 (tiga) sampel benda uji untuk masing-masing kadar. Hasil pengujian diperoleh grafik hubungan tegangan-regangan yang ditampilkan dibawah ini dan rincian grafik untuk masing-masing sampel serta data yang berhubungan dengan tegangan-regangan

terdapat pada Lampiran F. 89

(17)

Gambar 4.3 Kurva tegangan-regangan beton HSSCC metakaolin

4.3.6 Pembahasan hasil pengujian hubungan tegangan-regangan beton HSSCC metakaolin

Hasil grafik hubungan tegangan-regangan diatas merupakan hasil untuk masing- masing variasi kadar metakaolin yang kemudian dirata-rata perkenaikan beban (P) dari hasil pengujian ke tiga sampel pada masing-masing variasi dengan regangan yang dihasilkan akan ditampilkan dalam Gambar 4.4 sebagai berikut:

Gambar 4.4 Grafik hubungan tegangan-regangan HSSCC MK antar kadar Pada Gambar 4.4 penambahan metakaolin sebagai pengganti sebagian semen mempengaruhi terhadap kekuatan beton. Kuat tekan beton bertambah dari beton kontrol di semua variasi penambahan metakaolin, namun kenaikan kuat tekan tidak seiring dengan penambahan metakaolin. Terdapat kadar paling maksimum untuk

90

(18)

menghasilkan kuat tekan yaitu 17,5% dari berat semen. Kuat tekan akan terus naik sampai dengan kadar yang paling maksimum dengan dapat dilihat pada grafik diatas tegangan beton juga naik sampai dengan kadar maksimum kemudian mengalami penurunan tegangan pada kadar 22,5% dan 27,5% sehingga kuat tekan mengalami penurunan juga dari kadar 17,5% dengan umur beton yang sama yaitu 28 hari.

Grafik hubungan tegangan-regangan dapat diolah menjadi beberapa informasi data yaitu tegangan maksimum (maximum stress, f’c), residual stress (fr) (MPa), regangan puncak (peak strain,

-

⁰), maksimal regangan (maximum strain,

-

^max), serta modulus elastisitas beton (Ec) yang dapat ditentukan dari hasil tegangan-regangan yang diperoleh.

Hasil dari pembacaan grafik dapat dilihat pada Tabel 4.11.

Tabel 4.11 Hasil data dari hubungan tegangan-regangan HSSCC metakaolin

4.3.7 Penghitungan dan pembahasan modulus elastisitas beton HSSCC metakaolin

Penghitungan modulus elastisitas dihitung menurut beberapa rumus empiris yang sudah diketahui. Hasil penghitungan dapat dilihat pada Tabel 4.12.

Tabel 4.12 Hasil penghitungan modulus elastisitas beton HSSCC metakaolin

No. Jenis Benda Uji

No. Parameter

Jenis Benda Uji

HSSCC MK 0

HSSCC MK 12,5

HSSCC MK 17,5

HSSCC MK 22,5

HSSCC MK 27,5 1 Maximum stress (f'c)

(MPa)

45,0599 61,7473 65,2638 53,5450 46,6750

2 Residual stress (fr) (MPa)

4,8789 7,2359 25,8096 8,7179 2,6810 3 Peak strain (

-

0) 0,0027 0,0025 0,0025 0,0026 0,0025 4 Maximum strain (

-

^max⁾ ^0,0055 ^0,0043 ^0,0051 ^0,0064 ^0,0048

91

(19)

Parameter (Modulus Elastisitas)

HSSCC MK 0

HSSCC MK 12,5

HSSCC MK 17,5

HSSCC

MK 22,5 HSSCC MK 27,5 1 ASTM C469 28498,51 38116,20 35509,87 30819,70 23595,53 2 Eurocode 2-1992 27878,54 37811,60 35304,77 31171,64 23563,73 Sebagai contoh untuk mengetahui hasil modulus elastisitas dapat diambil dari data benda uji silinder HSSCC MK 22,5 sebagai berikut:

 Penghitungan modulus elastisitas ASTM C469

Ec = ^{. /0}

12 3₁

5 ( . /0¹)2 5₁

(4.3) dengan,

Ec = modulus elastisitas statik (MPa)

ℰ1 = regangan aksial (mm/mm)

71 = tegangan yang berhubungan dengan ℰ1

fc’ = kuat tekan beton uji silinder 28 hari (MPa)

Berikut merupakan uraian contoh penghitungan untuk benda uji silinder HSSCC MK 22,5.

fc’ = 53,55 MPa

ℰ (0,4 fc’) = 0,00069 , hasil penghitungan interpolasi regangan ketika 0,4 fc’

ℰ1 = 50 x 10^-6 = 0,00005

71 = 1,7828 MPa , hasil penghitungan interpolasi tegangan ketika ℰ1

92

(20)

Maka, modulus elastisitas beton dapat dihitung dengan memasukan pada rumus, seperti dibawah ini:

Ec = ^{. /0}

12 3₁

5 ( . /0¹)2 5₁

=

. , 2 ,

, 8 2 , = 30819,70 MPa

 Penghitungan modulus elastisitas Eurocode 2-1992

Ec = ^{. /0}

1

5 ( . /0¹)

(4.4) dengan,

Ec = modulus elastisitas statik (MPa)

ℰ = regangan aksial (mm/mm)

fc’ = kuat tekan beton uji silinder 28 hari (MPa)

fc’ = 53,55 MPa

ℰ (0,4 fc’) = 0,00069 , hasil penghitungan interpolasi regangan ketika 0,4 fc’

Maka, modulus elastisitas beton dapat dihitung dengan memasukan pada rumus, seperti dibawah ini:

Ec = ^{. /0}

1

5 ( . /0¹)= ^{. ,}

, 8 = 31171,64 MPa

93

(21)

Berdasarkan Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 akan ditampilkan perbandingan antara hasil dari beton acuan atau HSSCC MK 0 atau beton tanpa bahan tambah metakaolin dengan hasil dari beton bermetakaolin yaitu HSSCC MK 12,5 ; HSSCC MK 17,5 ; HSSCC MK 22,5 ; dan HSSCC MK 27,5 dalam bentuk diagram batang dan grafik sebagai berikut:

Gambar 4.5 Perbandingan kuat tekan HSSCC MK terhadap beton acuan Berdasarkan diagram hasil pengujian kuat tekan beton HSSCC metakaolin diatas didapat bahwa penambahan persentase metakaolin pada sampel beton HSSCC metakaolin berpengaruh pada kekuatan beton yang dihasilkan. Penambahan bahan

45,06 45,06 45,06 45,06

61,75 65,26

53,55

46,68

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00

HSSCC MK 12,5

HSSCC MK 17,5

HSSCC MK 22,5

HSSCC MK 27,5

Tegangan (MPa)

Kadar Metakaolin

Grafik perbandingan kuat tekan HSSCC MK terhadap beton acuan

Beton Acuan

HSSCC MK

4,88 4,88 4,88 4,88

7,24

25,81

8,72

2,68 0,00

5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

HSSCC MK 12,5

HSSCC MK 17,5

HSSCC MK 22,5

HSSCC MK 27,5

Tegangan Residu (MPa)

Grafik perbandingan tegangan residu HSSCC MK

Beton Acuan HSSCC MK

94

(22)

metakaolin pada semua sampel beton memberikan peningkatan kuat tekan beton, namun tidak sebanding dengan banyaknya penambahan metakaolin. Terdapat kadar maksimum yaitu 17,5% dari berat semen yang dapat memberikan kuat tekan paling tinggi pada penelitian ini. Penurunan yang didapat pada kadar 22,5% dan 27,5%

metakaolin dari kadar maksimum terjadi karena akibat penambahan metakaolin sebagai subtituen semen yang berarti terjadi penurunan persentase penggunaan semen sebagai bahan pengikat utama pada adukan beton. Selain itu, reaksi antara metakaolin dengan hasil sekunder hidrasi semen yaitu Ca(OH)2 untuk membentuk C-S-H belum terjadi secara optimal sehingga membuat kuat tekan yang dihasilkan belum maksimal pada umur beton 28 hari, maka diperlukan penelitian lebih lanjut dengan umur beton yang lebih lama untuk dapat mengetahui hasil optimalnya.

Gambar 4.6 Perbandingan tegangan residu beton HSSCC metakaolin

Tegangan residu merupakan tegangan sisa yang diakibatkan karena adanya deformasi plastis. Berdasarkan diagram hasil pengujian diatas tegangan residu paling tinggi pada kadar 17,5% metakaolin.

Gambar 4.7 Perbandingan regangan puncak beton HSSCC metakaolin

0,0027 0,0027 0,0027 0,0027

0,0025

0,0026

0,0025

0,0024 0,0025 0,0025 0,0026 0,0026 0,0027 0,0027

HSSCC MK 12,5

HSSCC MK 17,5

HSSCC MK 22,5

HSSCC MK 27,5

Regangan Puncak

Grafik perbandingan regangan puncak beton HSSCC MK

95

(23)

Berdasarkan diagram hasil pengujian diatas didapat bahwa penambahan persentase metakaolin berpengaruh pada regangan yang dihasilkan. Hasil regangan beton bermetakaolin lebih kecil dibandingkan dengan beton tanpa metakaolin, maka beton dengan penambahan metakaolin memiliki sifat yang sedikit lebih getas dibanding dengan beton SCC tanpa metakaolin. Berbanding terbalik dengan hasil kuat tekan, apabila regangan yang dihasilkan lebih kecil maka kuat tekan yang dihasilkan lebih besar.

Gambar 4.8 Perbandingan regangan maksimal beton HSSCC metakaolin Berdasarkan diagram hasil pengujian diatas didapat bahwa penambahan persentase metakaolin berpengaruh terhadap regangan maksimal. Regangan maksimal pada beton menunjukkan sifat daktilitas pada beton. Beton yang memiliki regangan maksimal yang kecil maka memiliki sifat yang lebih getas, dapat dilihat pada diagram diatas beton dengan penambahan metakaolin memiliki regangan maksimal yang relatif kecil dan bersifat getas daripada beton tanpa metakaolin dengan regangan maksimal yang sedikit lebih besar.

0,0055 0,0055 0,0055 0,0055

0,0043

0,0051

0,0064

0,0048

0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0060 0,0070

HSSCC MK 12,5

HSSCC MK 17,5

HSSCC MK 22,5

HSSCC MK 27,5

Regangan Maksimal

Grafik perbandingan regangan maksimal HSSCC MK

96

(24)

Gambar 4.9 Grafik modulus elastisitas beton HSSCC metakaolin berdasar hasil eksperimen

Berdasarkan hasil pengujian beton HSSCC metakaolin diatas terlihat bahwa modulus elastsitas yang dihasilkan mengalami kenaikan dan penurunan, modulus elastisitas tertinggi dihasilkan pada kadar 12,5% metakaolin dikarenakan tegangan (MPa) yang dihasilkan tinggi dengan sedikit regangan yang terjadi yaitu sebesar 61,75 MPa untuk tegangan maksimum dan 0,002511 untuk regangan puncak. Akan tetapi, untuk penghitungan modulus elastisitas pada penelitian ini berdasarkan rumus yang dipakai menggunakan tegangan pada saat 0,4fc’ dibagi dengan regangan pada saat 0,4fc’.

Sebagai contoh pada kadar 12,5% metakaolin yaitu sebesar 24,70 MPa untuk tegangan dan 0,000653 untuk regangan. Penurunan modulus elastisitas terjadi seiring dengan penurunan tegangan puncak yang dihasilkan sementara regangan pada saat 0.4fc’ yang dihasilkan relatif sama yaitu berkisar antara 0,0006-0,0007. Kadar optimum untuk menghasilkan modulus elastisitas eksperimen ini dapat diperoleh dengan penghitungan hasil regresi linear, adalah sebagai berikut:

Gambar 4.9 menghasilkan 2 (dua) persamaan regresi linier berdasarkan tinjauan kedua rumus.

y = -60,679x²+ 1477,8x + 28597 R² = 0,9956

y = -61,1x²+ 1517,4x + 27947 R² = 0,9966

22000,00 24000,00 26000,00 28000,00 30000,00 32000,00 34000,00 36000,00 38000,00 40000,00

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30

Modulus Elastisitas (MPa)

Kadar Metakaolin (%)

Grafik modulus elastisitas berdasarkan eksperimen

ASTM C469 Eurocode 2-1992

Poly. (ASTM C469) Poly. (Eurocode 2-1992)

97

(25)

1. Penghitungan berdasarkan ASTM C469 menghasilkan persamaan;

y = -60,679x² + 1477,8x + 28597

= 0

2 (−60,679)& + 1477,8 = 0

− 121,3580& + 1477,8 = 0

& = −1477,8

−121,3580 = 12,18 %

y = -60,679x² + 1477,8x + 28597

y = -60,679 (12,18)² + 1477,8 (12,18) + 28597 y = 37594,73 MPa

Maka, diperoleh kadar yang optimum yaitu 12,18% metakaolin dari berat semen dengan modulus elastisitas optimum yang dihasilkan sebesar 37594,73 MPa berdasarkan rumus ASTM C469.

2. Penghitungan berdasarkan Eurocode 2-1992 menghasilkan persamaan;

y = -61,1x² + 1517,4x + 27947

= 0

2 (−61,1)& + 1517,4 = 0

− 122,2000& + 1517,4 = 0

98

(26)

& = −1517,4

−122,2000 = 12,42 %

y = -61,1x² + 1517,4x + 27947

y = -61,1 (12,42)² + 1517,4 (12,42) + 27947 y = 37368,04 MPa

Maka, diperoleh kadar yang optimum yaitu 12,42% metakaolin dari berat semen dengan modulus elastisitas optimum yang dihasilkan sebesar 37368,04 MPa berdasarkan rumus Eurocode 2-1992.

Modulus elastisitas hasil eksperimen akan dibandingkan dengan modulus elastisitas prediksi dengan menggunakan data kuat tekan dan berat volume yang dihasilkan oleh masing-masing benda uji. Penghitungan modulus elastisitas prediksi dihitung menurut beberapa rumus yang sudah diketahui. Hasil penghitungan dapat dilihat pada Tabel 4.13.

Tabel 4.13 Hasil penghitungan modulus elastisitas prediksi beton HSSCC metakaolin

No. Parameter Jenis Benda Uji

99

(27)

(Modulus Elastisitas) HSSCC MK 0

HSSCC MK 12,5

HSSCC MK 17,5

HSSCC MK 22,5

HSSCC MK 27,5 1 ACI Committee

363-10 29186,06 32988,37 33720,95 31193,93 29581,95 2 Eurocode 2-1992 35228,69 38555,61 39186,56 36996,22 35579,02 3 Kollmorgen 39679,56 43867,45 44648,11 41920,80 40127,09 4 Norwegian Standard

NS 3473 29775,61 32727,20 33275,55 31357,35 30091,86 5 Norwegian Code 32436,81 35254,80 36531,85 33412,54 32471,03 6 SNI 2847-2013 36970,71 42796,03 44840,23 39419,86 37271,32 Sebagai contoh untuk mengetahui hasil modulus elastisitas prediksi dapat diambil dari data benda uji silinder HSSCC MK 22,5 sebagai berikut:

 Penghitungan modulus elastisitas ACI Committee 363-10

Ec = 3320 ;<′> + 6900

(4.5) dengan,

f ’c = kuat tekan beton uji silinder 28 hari (MPa)

f ‘c = 53,55 MPa

Maka, modulus elastisitas beton prediksi dapat dihitung dengan memasukan pada rumus, seperti dibawah ini:

100

(28)

Ec = 3320 ;<′> + 6900 = 3320 ;53,55 + 6900 = 31193,93 MPa

Maka, hasil modulus elastisitas prediksi untuk beton HSSCC MK 22,5 sebesar 31193,93 MPa berdasarkan rumus ACI Committee 363-10.

 Penghitungan modulus elastisitas Eurocode 2-1992

Ec = 9500 (f’c + 8)^0,33

(4.6) dengan,

f ‘c = 53,55 MPa

Ec = 9500 (f’c + 8)^0,33 = 9500 (53,55 + 8)^0,33 = 36996,22 MPa

Maka, hasil modulus elastisitas prediksi untuk beton HSSCC MK 22,5 sebesar 36996,22 MPa berdasarkan rumus Eurocode 2-1992.

 Penghitungan modulus elastisitas Kollmorgen

Ec = 11800 (f’c) ^1/3,14

(4.7) dengan,

101

(29)

f ‘c = 53,55 MPa

Ec = 11800 (f’c) ^1/3,14= 11800 (53,55) ^1/3,14 = 41920,80 MPa

Maka, hasil modulus elastisitas prediksi untuk beton HSSCC MK 22,5 sebesar 41920,80 MPa berdasarkan rumus Kollmorgen.

 Penghitungan modulus elastisitas Norwegian Standard NS 3473

Ec = 9500 (f’c) ^0,3

(4.8) dengan,

f ‘c = 53,55 MPa

Ec = 9500 (f’c) ^0,3 = 9500 (53,55) ^0,3 = 31357,35 MPa

Maka, hasil modulus elastisitas prediksi untuk beton HSSCC MK 22,5 sebesar 31357,35 MPa berdasarkan rumus Norwegian Standard NS 3473.

102

(30)

 Penghitungan modulus elastisitas Norwegian Code

Ec = 9500 (f’c) ^0,3 (w / 2400)^1,5 (4.9) dengan,

w = berat volume beton (kg/m³)

f ‘c = 53,55 MPa w = 2503,75 kg/m³

Ec = 9500 (f’c) ^0,3 (w / 2400)^1,5 = 9500 (53,55) ^0,3 (2503,75 / 2400)^1,5 = 33412,54 MPa

Maka, hasil modulus elastisitas prediksi untuk beton HSSCC MK 22,5 sebesar 33412,54 MPa berdasarkan rumus Norwegian Code.

 Penghitungan modulus elastisitas SNI 2847-2013

Ec = 0,043 (wc)^1,5 (f’c)^0,5 (4.10) dengan,

103

(31)

wc = berat satuan beton (kgf/m³)

f ‘c = 53,55 MPa wc = 2503,75 kgf/m³

Ec = 0,043 (wc)^1,5 (f’c)^0,5 = 0,043 (2503,75)^1,5 (53,55)^0,5 = 39419,86 MPa

Maka, hasil modulus elastisitas prediksi untuk beton HSSCC MK 22,5 sebesar 39419,86 MPa berdasarkan rumus SNI 2847-2013.

Berdasarkan Tabel 4.13 akan ditampilkan grafik modulus elastisitas prediksi hasil dari penghitungan dengan rumus empiris sebagai berikut:

104

(32)

Gambar 4.10 Grafik modulus elastisitas beton HSSCC metakaolin berdasar hasil prediksi

Berdasarkan hasil pengujian kuat tekan beton HSSCC metakaolin, terlihat bahwa modulus elastsitas yang dihasilkan mengalami kenaikan dan penurunan seperti hasil grafik modulus elastisitas eksperimen, namun modulus elastisitas tertinggi dihasilkan pada kadar 17,5% metakaolin dikarenakan kuat tekan (MPa) yang dihasilkan tinggi yaitu sebesar 65,26 MPa. Jadi, grafik modulus elastisitas berdasarkan prediksi ini sebanding dengan naik turunnya hasil kuat tekan yang dihasilkan waktu pengujian beton.

20000,00 25000,00 30000,00 35000,00 40000,00 45000,00 50000,00

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30

Kadar Metakaolin (%)

Grafik modulus elastisitas berdasarkan prediksi

ACI Committee 363-10 Eurocode 2-1992 Kollmorgen

Norwegian Standard NS 3473 Norwegian Code SNI 2847-2013

(33)

Gambar 4.11 Grafik perbandingan modulus elastisitas hasil eksperimen dengan prediksi

Berdasarkan grafik perbandingan modulus elastisitas eksperimen dengan penghitungan prediksi, terlihat pada grafik bahwa modulus elastisitas mengalami kenaikan dan penurunan. Akan tetapi, kenaikan tertinggi terdapat di kadar yang berbeda. Untuk modulus elastisitas eksperimen hasil tertinggi pada kadar 12,5% metakaolin, dikarenakan tinjauan penghitungan menggunakan hasil kuat tekan dan regangan.

Regangan pada penghitungan ini dilihat ketika 0.4f’c dan dihasilkan regangan interpolasi yang lebih kecil yaitu sebesar 0,000653 daripada regangan interpolasi pada kadar 17,5% metakaolin yaitu sebesar 0,000739 dengan kuat tekan hasil pengujian.

Sedangkan hasil modulus elastisitas prediksi berdasarkan hasil kuat tekan pada saat pengujian dan berat volume beton yang dihasilkan. Maka dari itu hasil modulus elastisitas prediksi sebanding dengan hasil kuat tekan, dengan nilai modulus elastisitas tertinggi pada kadar 17,5% metakaolin.

20000,00 25000,00 30000,00 35000,00 40000,00 45000,00 50000,00

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30