BAB I MATERIAL BETON (MIX DESIGN)

(1)

1

BAB I

MATERIAL BETON (MIX DESIGN)

1.1. APA ITU MIX DESIGN

Beton merupakan bahan bangunan yang sangat serbaguna, karena dapat dirancang untuk kekuatan mulai 10 Mpa sampai 100 Mpa dan kemampuan kerja (workability) slump dari 0 mm sampai 180 mm.

Semua kasus ini bahan dasar beton adalah sama, tetapi mempunyai proporsi yang relatif berbeda.

Beton dirancang untuk keadaan tertentu, yakni tahap plastis dan tahap pengerasan. Sifat yang diinginkan dari beton dalam tahap plastis

• Workability

• Kekompakan (cohesiveness) • Waktu Setting lama

Sifat yang diinginkan dari beton dalam tahap pengerasan • Kekuatan (Strength)

• Daya tahan (Durability) KOMPONEN BETON

Campuran beton mempunyai komponen utama yang terdiri dari :

1. Semen : material dasar yang digunakan untuk pengikatan dalam beton. 2. Air : untuk membuat semen sebagai cairan (pasta)

3. Agregat Kasar (kerikil) : komponen material yang akan di ikat oleh semen. 4. Agregat Halus (pasir) : bersama sama dengan pasta semen mengisi rongga pada

Agregat Kasar.

5. Admixtures : untuk meningkatkan kelemahan beton yang umum misalnya, meningkatkan kekuatan (strength), mempercepat atau memperlambat waktu setting dari beton, workability, dan sebagainya. (khusus admixtures tidak dibahas di sini).

Dalam menentukan campuran yang terutama adalah menentukan komposisi perbandingan dari misalnya A m³ Semen, B m³ Kerikil, C m³ Pasir, D m³ Air akan menghasilkan 1 m³ Beton, Perbandingan A : B : C : D menentukan kekuatan atau fc’ dari suatu Beton.

Cara mencampur Beton, mengadopsi dari DoE (Departement of Environment) dari British Code

(2)

2

1.2. SEMEN

Semen merupakan inti dari beton itu sendiri, ditentukan oleh Specific gravity dari semen itu sendiri, Untuk menentukan Specific Gravity dari semen adalah sebagai berikut :

1.3. KERIKIL

Sebagaimana dengan Semen, kerikil juga komponen utama, juga ditentukan dari Specific Gravity dan juga kandungan Air (Water Content) dari Kerikil.

1.4. PASIR

Untuk menentukan Specific Gravity dan kandungan Air (Water Content) dari pasir, sama dengan kerikil , selain itu digunakan analisa ayakan untuk mengetahui jumlah prosentase dari masing-masing gradasi.

1.5. AIR

Air yang digunakan mempunyai standard, yang setara dengan produksi dari PDAM

1.6. KOMPOSISI CAMPURAN

Tabel dan Grafik yang digunakan dalam mencari komposisi Campuran, Table 1

Approximate Compressive Strength (N/mm²) of Concrete Mixes Made with a free water/cement ratio of 0.5

Type of Type of

Compressive Strength (N/mm²)

Cement Coarse Age (days)

Aggregate 3 7 28 91 OPC or Uncrushed 18 27 40 48 SRPC Crushed 23 33 47 55 RHOC Uncrushed 25 34 46 53 Crushed 30 40 53 60 reference :

Tabel 2.7-2 from "Reinforced and Prestressed Concrete", Kong, Evans, 3rd Edition, 1987

Note :

ORC = Ordinary Portland Cement

SRPC = Sulphate Resisting Portland Cement

(3)

3

Table 2

Approximate free water contents (kg/m³) required to give Various levels of workability

Slump (mm) 2 - 10 10 - 30 30 - 60 60 - 180

V - B (s) 12 6 - 12 3 - 6 0 - 3

Max Size Aggregate

10 Uncrushed _Crushed 150 ₁₈₀ 180 ₂₀₅ 205 ₂₃₀ 225 ₂₅₀ 20 Uncrushed _Crushed 135 ₁₇₀ 160 ₁₉₀ 180 ₂₁₀ 195 ₂₂₅

40 Uncrushed 115 140 160 175

Crushed 155 175 190 205

reference :

Table 3

Grade Zone (Grading Limits for DoE mix Design)

Sieve Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4

4.75 90 100 90 100 90 100 95 100 2.36 60 95 75 100 85 100 95 100 1.18 30 70 55 90 75 100 90 100 0.60 15 34 35 59 60 79 80 100 0.30 5 20 8 30 12 40 15 50 0.15 0 10 0 10 0 10 0 15 reference :

Table 4

Standard Deviation under different conditions

Conditions Dev Std Remark

Good 4 - 5

Good control with weight batching, use of graded aggregates, etc.

Constant supervision

Fair 5 - 7

Fair control with weight batching. Use of two sizes of aggregates.

Occasional supervision

Poor 7 - 8

Poor control. Inaccurate volume batching of all - in aggregates.

No supervision reference :

(4)

4

Table 5(a)

Minimum Cement Content (kg/m³) required in Portland Cement to ensure durability under specified conditions of exposure

Exposure

Plain Concrete

Nominal Size Agg. (mm) Max free

40 20 12.5 10 w/c ratio Mild 200 220 260 270 0.7 Moderate 220 250 290 300 0.6 Severe 270 310 350 360 0.5 Very Severe 240 280 320 330 0.55 2 3 4 5 6 7 Table 5(b)

Exposure

Reinforced Concrete

40 20 12.5 10 w/c ratio Mild 220 250 280 290 0.65 Moderate 260 290 330 340 0.55 Severe 320 360 400 410 0.45 Very Severe 260 290 330 340 0.55 Table 5(c)

Exposure

Prestessed Concrete

40 20 12.5 10 w/c ratio Mild 300 300 300 300 0.65 Moderate 300 300 330 340 0.55 Severe 320 360 400 410 0.45 Very Severe 300 300 330 340 0.55 reference :

(5)

5

GRAFIK HUBUNGAN COMPRESSIVE STRENGTH VC FREE WATER CEMENT RATIO

Gambar 1. fc’ vs Free W/C ratio

GRAFIK HUBUNGAN WET DENSITY VS WATER CEMENT RATIO

Gambar 2. Wet Density vs free w/c

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 C o m p re s s iv e S tr e n g th ( M P a )

Free water/cement ratio

Graphic 1 : fc' vs w/c ratio 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 100 120 140 160 180 200 220 240 W e t D e n s it y o f C o n re te M ix ( k g /m 3 )

Free water content (kg/m3)

Graphic 2 : Wet Density vs w/c ratio

2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4

(6)

6

Grafik Hubungan Proporsi Aggregat Vs Free Water Cement Ratio Ukuran Aggregat Maximum = 10 mm

Gambar 3.a (Slump : 0-10 mm) Gambar 3.b (Slump : 10-30 mm)

Gambar 3.c (Slump : 30-60 mm) Gambar 3.d (Slump : 60-180 mm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 P ro p o rt io n o f F in e A g g reg at e (% )

Slump : 0 - 10 mm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 P ro p o rt io n o f F in e A g g reg at e (% )

Slump : 60 - 180 mm I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV

(7)

7

Ukuran Aggregat Maximum = 20 mm

0 10 20 30 40 50 60 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 P ro p o rt io n o f F in e A g g reg at e (% )

Slump : 0 - 10 mm 0 10 20 30 40 50 60 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 P ro p o rt io n o f F in e A g g reg at e (% )

Slump : 10 - 30 mm 0 10 20 30 40 50 60 70 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 P ro p o rt io n o f F in e A g g reg at e (% )

(8)

8

Ukuran Aggregat Maximum = 40 mm

0 10 20 30 40 50 60 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 P ro p o rt io n o f F in e A g g reg at e (% )

(9)

9

GRADING ZONE dari PASIR

Gambar 6.a Zona I

Gambar 6.b Zona II 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15

ZONA I

ZONA II

(10)

10

Gambar 6.c Zona III

Gambar 6.d. Zona IV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15

ZONA III

ZONA IV

(11)

11

Sumber : Kong & Evans, "Reinforced and Prestressed Concrete, 3rd Edition", Chapman&Hall, 1994, Table2.7-4, page 58

Data – Data Zona pada gambar diatas berdasarkan analisa ayakan dapat dilihat pada tabel berikut :

Catatan : pada masing-masing zone kolom kiri = batas bawah kolom kanan = batas atas

1.7. KOMPOSISI CAMPURAN

Data yang diperlukan dalam Mix Design adalah sebagai berikut :

Specific Gravity Semen = GsPC t/m³

Specific Gravity Kerikil = GsKr t/m³

Specific Gravity Pasir. = GsPs t/m³

Specific Gravity Air (GsA) = 1 t/m³

Max Aggregate ukuran : 100, 200, 400 (dalam mm)

Grading Zone Pasir : 1, 2, 3, 4

Type Semen : Type 1, 2 dan 3

Type Agregat : crushed / uncrushed (pecah / tidak pecah)

Pada usia beton : 3,7,28,90 hari.

Pilihan dari Slump ada : 0-10; 10-30; 30-60 ; 60-180 Karacteristic Strength : ditentukan sendiri

Standard Deviation (s) : SD

Target Mean : fc’ + 1.64 x SD

Expose Beton : Mild, Moderate, Severe, Very Severe

Mild = terlindung (indoor)

Moderate = diluar , tidak berhubungan dengan tanah non agresive Severe = sering basah dan kering

Very Severe = tahan terhadap beku

Beton untuk : Plain, Reinforce, Prestress

Plain : Beton Ringan

Reinforce : Beton Bertulang Prestress : Beton Prategang Sumber : DOE

Sieve(mm) Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4

4.75 90 100 90 100 90 100 95 100 2.36 60 95 75 100 85 100 95 100 1.18 30 70 55 90 75 100 90 100 0.60 15 34 35 59 60 79 80 100 0.30 5 20 8 30 12 40 15 50 0.15 0 10 0 10 0 10 0 15

(12)

12

1.7.1 CONTOH MENENTUKAN GRADING ZONE PASIR Diketahui : Ayakan(mm) Lolos (%) 4.75 100 2.36 75 1.18 60 0.60 32 0.30 12 0.15 6

Tentukan Grading Zone dari Pasir diatas Penyelesaian :

Lihat Gambar 6.a, 6.b, 6.c, 6.d

Gambarkan data diatas pada masing masing Gambar 6.a, 6.b, 6.c, 6.d, posisi grafik data diatas, akan mendapatkan Zona Grading yang diinginkan.

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona I

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15

(13)

13

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona II

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona III

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15

(14)

14

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona IV Dari ke empat Gambar diatas, yang paling cocok adalah Zona I

Jadi, Pasir berada pada Zona I

Dapat juga di tentukan tidak berdasarkan Gambar 6, Note :

OK = berada dalam range

Not OK = berada diluar range

Secara manual :

Sieve(mm) Zone I Lolos Note

4.75 90 100 100 OK 2.36 60 95 75 OK 1.18 30 70 60 OK 0.60 15 34 32 OK 0.30 5 20 12 OK 0.15 0 10 6 OK 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15

(15)

15

Sieve(mm) Zone II Lolos Note

4.75 90 100 100 OK 2.36 75 100 75 OK 1.18 55 90 60 OK 0.60 35 59 32 not OK 0.30 8 30 12 OK 0.15 0 10 6 OK

Sieve(mm) Zone III Lolos Note

4.75 90 100 100 OK 2.36 85 100 75 not OK 1.18 75 100 60 not OK 0.60 60 79 32 not OK 0.30 12 40 12 OK 0.15 0 10 6 OK

Sieve(mm) Zone IV Lolos Note

4.75 95 100 100 OK 2.36 95 100 75 not OK 1.18 90 100 60 not OK 0.60 80 100 32 not OK 0.30 15 50 12 not OK 0.15 0 15 6 OK Zone I

100 berada dalam range : OK,

75 berada dalam range : OK

Zone II

100 berada dalam range : OK,

12 berada diluar range : not OK

Zone III

(16)

16

Zone IV

100 berada dalam range : OK, 75 berada diluar range : not OK

Jadi dapat disimpulkan bahwa Grading Zone Pasir masuk pada Zona I 1.7.2 CONTOH MIX DESIGN

Diketahui :

GsPC = 3.15 t/m³ GsKr = 2.557 t/m³ GsPs = 2.65 t/m³

Max Aggregate = 20 mm

Grading Zona Pasir = 1 (lihat Grafik 6.a, 6.b, 6.c, 6.d) Type Cement = OPC

Type Agregat = tidak pecah (uncrushed) Usia pengetesan beton = 28 Hari

Slump yang diharapkan = 10-30 mm Standard Deviasi = 5 Mpa (tabel 4) Expose Beton = Moderate

Beton = Reinforce

Hitung fc’ (kubus) = 25 MPa Jawab :

1) Karakteritisk Strength (kubus)= 25 MPa Target rata rata = 25 + 1.64 x 5 = 33 Mpa

2) Mencari Max Free Water Cement Ratio dan Cement Content Minimum

(17)

17

Exposure

Reinforced Concrete Nominal Size Agg.

(mm) Max free 40 20 12.5 10 w/c ratio Mild 220 250 280 290 0.65 Moderate 260 290 330 340 0.55 Severe 320 360 400 410 0.45 Very Severe 260 290 330 340 0.55 Didapat :

Max Free w/c Ratio = 0.55

Cement Content Minimum = 290 kg/m³

3) Mencari fc’ pendekatan dengan w/c ratio = 0.5 (Lihat Tabel 1.) Type of Type of Compressive Strength (N/mm²)

Cement Coarse Age (days)

Aggregate 3 7 28 91

OPC or Uncrushed 18 27 40 48

SRPC Crushed 23 33 47 55

RHOC Uncrushed 25 34 46 53

Crushed 30 40 53 60

Didapat fc’ pendekatan = 40 Mpa

4) Mencari w/c ratio berdasarkan fc (target mean) = 33 MPa Lihat Gambar 1. 33 0.58 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 C o m p re s s iv e S tr e n g th ( M P a )

(18)

18

Berdasarkan fc’ (pendekatan) = 40 MPa dan w/c ratio = 0.5, perpotongan antara titik 40 dan 0. 5 didapatkan garis merah.

target mean fc’= 33, dipotongkan dengan garis merah, didapat = 0.58 w/c ratio = 0.58

kemudian dibandingkan dengan langkah 2 dimana, w/c ratio max = 0.55 jadi digunakan w/c ratio = 0.55

5) Mencari free Water Content, gunakan tabel 2 Ukuran max Aggregat = 20 mm

Agregat jenis = uncrushed Slump antara 10 -30

Slump (mm) 2 – 10 10 - 30 30 - 60 60 - 180

V - B (s) 12 6 - 12 3 - 6 0 - 3

Max Size Aggregate

10 Uncrushed 150 180 205 225

Crushed 180 205 230 250

20 Uncrushed 135 160 180 195

Crushed 170 190 210 225

40 Uncrushed _Crushed 115 ₁₅₅ 140 ₁₇₅ 160 ₁₉₀ 175 ₂₀₅ Free water Content = 160 kg/m³

6) Menghitung Cement Content

langkah 4, w/c ratio = 0.55,

langkah 2, minimum Cement Content = 290 kg/m³ langkah 5, Free water content = 160 kg/m³

Cement Content = Free water cement / (w/c ratio) = 160/0.55 = 291 kg/m³ Bandingkan dengan minimum Cement Content = 290 kg/m³

Jadi Cement Content = 291 kg/m³

7) Mencari Wet Density

Data yang digunakan ,

Cement Content = 291 kg/m³ Gs Kerikil = 2557 kg/m³

Free water content = 160 kg/m³

Gunakan Gambar 2, untuk mencari Wet Density. GsKr = 2557 berada diantara 2.5 dan 2.6,

Bikin garis diantara 2.5 dan 2.6

Dengan free water content = 160, dipotongkan dengan garis 2557, Didapatkan nilai = 2365 kg/m³

(19)

19

Wet Density (GsW) = 2365 kg/m³

8) Mencari TOTAL Aggregate Content

Cement Content = 291 kg/m³ (langkah 6) Free Water Content = 160 kg/m³ (langkah 5) GsPC = 3150 kg/m³ (diketahui)

GsAir = 1000 kg/m³ (diketahui)

Total Agregat = GsW ( 1 – Cement Content/GsPC – Water Content/GsAir) Total Agregat = 2365 ( 1 - 291/3150 – 160/1000)

Total Agregat = 1768 kg/m³

9) Mencari Proporsi antara Agregat Kasar dan Agregat Halus Data yang diperlukan :

Ukuran Agregat Max = 20 mm Slump = 10-30 mm

w/c ratio = 0.55 (langkah 4) Grading Zone Pasir = I Pilih Gambar 3, 4 dan 5,

ukuran Agregat Max = 20 mm Pilih Gambar 4.a, 4.b, 4.c, 4.d

Slump = 10-30 mm, Pilih Gambar 4.b 2365 160 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 100 120 140 160 180 200 220 240 W e t D e n s it y o f C o n re te M ix ( k g /m 3 )

Free water content (kg/m3)

Graphic 2 : Wet Density vs w/c ratio

2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4

(20)

20

Bikin garis pada titik 0.55, sampai Zone I.

Batas Atas dan Batas Bawah di bagi 2, didapat nilai 42 Jadi Propotion free Fine Aggregate (pasir) = 42%

10)Hitung Proporsi Coarse Aggregate (kerikil) = 100% - 42% = 58% 11)Mencari Free Fine Aggregate (pasir) dan Coarse Aggregate (kerikil)

Total Agregat = 1768 kg/m³ (langkah 8)

Fine Agregat Content = Proposi Fine Aggregat x Total Agregat Fine Agregat Content = 42% x 1768 = 743 kg/m³

Coarse Agregat Content = Proposi Coarse Aggregat x Total Agregat Coarse Agregat Content = 58% x 1768 = 1025 kg/m³

12) Jadi Komposisi Campuran adalah

Air = 160 kg/m³

Semen = 291 kg/m³

Pasir = 743 kg/m³

Kerikil = 1025 kg/m³

Total berat = 2219 kg/m³

Dengan kata lain proposi perbandingan antara air, semen, pasir dan kerikil Air : Semen : Pasir : Kerikil = 160 : 291 : 743 : 1025

atau

Air : Semen : Pasir : Kerikil = 0.55 : 1 : 2.553 : 3.522 0.55 42 0 10 20 30 40 50 60 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 P ro p o rt io n o f F in e A g g reg at e (% )

Free water/cement ratio Graphic 4.b: Proportion vs w/c ratio

II III IV I