STUDI EKSPERIMENTAL PERILAKU MEKANIK BALOK
BETON BERTULANG DENGAN SUBSTITUSI ABU
CANGKANG KELAPA SAWIT
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
M. HAFIZ
08 0404 081
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Semen portland (portland cement) adalah bahan pengikat yang perannya sangat penting dan paling banyak digunakan dalam pekerjaan beton. Namun, kegiatan produksi semen selain memberikan banyak manfaat terutama di bidang konstruksi, juga dapat menjadi ancaman ekologis yang serius. Menurut International Energy Authority: World Energy Outlook, produksi semen portland adalah penyumbang karbon dioksida sebesar 7% dari keseluruhan karbon dioksida yang dihasilkan oleh berbagai sumber. Ide yang sering muncul akhir-akhir ini adalah pemanfaatan limbah industri maupun limbah rumah tangga yang bersifat pozolan. Abu cangkang kelapa sawit merupakan limbah dari pengolahan kelapa sawit yang mengandung banyak silika, dimana senyawa tersebut berperan penting dalam pengikatan agregat.
Penelitian ini menggunakan 2 buah benda uji balok beton bertulang berdimensi 20 x 30 x 220 cm, dengan tulangan tekan 2D10 dan tulangan tarik 3D10. Balok pertama merupakan balok beton bertulang normal dan yang lain merupakan balok beton bertulang dengan substitusi abu cangkang kelapa sawit terhadap semen sebesar 2,5%. Pemilihan variasi substitusi 2,5% dilakukan berdasarkan hasil pengujian beton silinder yang dilakukan sebelumnya. Pengujian beton silinder antara lain pengujian kuat tekan, kuat tarik belah dan absorbi beton. Adapun variasi substitusi abu cangkang kelapa sawit yang digunakan adalah 0%, 2,5%, 5% dan 7,5%.
Dari hasil pengujian beton silinder diperoleh penurunan nilai slump dan kenaikan absorbsi beton seiring dengan bertambahnya kadar abu cangkang kelapa sawit sebagai substitusi semen. Peningkatan kuat tekan terjadi pada variasi 2,5% (24,19 MPa), sedangkan variasi 5% (20,53 MPa) dan 7.5% (20,04 MPa) kuat tekan beton menurun terhadap beton normalnya (20,76 MPa). Kuat tarik belah meningkat pada variasi substitusi 2,5% (2,45 MPa), sedangkan pada variasi substitusi 5% (1,76 MPa) dan 7,5% (1,74 MPa) kuat tarik belah menurun jika dibandingkan dengan beton normalnya (2,18 MPa). Beban runtuh balok beton bertulang normal sebesar 7,465 ton dan pada balok substitusi abu cangkang kelapa sawit 2,5% sebesar 6,932 ton. Pada balok substitusi abu cangkang kelapa sawit terjadi kenaikan lendutan rata-rata sebesar 14% terhadap Balok normal.
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat
diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar
sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, dengan judul “Studi Eksperimental Perilaku
Mekanik Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa
Sawit.”
Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas
dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Ibu Nursyamsi, ST, MT selaku pembimbing, yang telah banyak memberikan
dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran
dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT dan bapak M. Agung Putra Handana selaku Dosen
Pembanding yang telah banyak memberikan kritik dan masukan.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
5. Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya,
Ayahanda Kesuma Wijaya dan Ibunda Mariana yang telah memberikan do’a,
motivasi, semangat dan nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala
pengorbanan, cinta, kasih sayang dan do’a yang tiada batas untuk saya.
6. Bapak Ir. Koresj Sirait, MT yang telah meluangkan waktu dan banyak
memberikan bantuan, serta masukan kepada saya dalam menyelesaikan tugas
akhir ini.
7. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dalam
penyelesaian administrasi.
8. Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa, Fauzi, Rahmat, Prima, Reza, Hafiz
dan Mas Subandi.
9. Untuk Saudara/i seperjuangan, Berry Kurniawan, Rumanto, Andy
Kurniawan, Tofandi Yumahira, Samuel S. Pakpahan, Rahmadsyah Yazid
Putra, Aris Munandar, Muazzi, Dedial Eka Putra, Khatab, Alfrendi C B HST,
Sandro J. Gurning, T. Cut Ahmad Fadil, M. Harry Yusuf, Ibnu Syifa,
Fachrurrozi, Michael Mario Sinaga, Luhut Parulian, Khaidir Hafiz, serta
mahasiswa angkatan 2008 lainnya. Adik-adik mahasiswa angkatan 2010,
Fazrai Ari Habibi, Yusriawan, Michael Tambunan, Steven, Luthfi, Yudha,
Hardi, Taslim, Andry, Arep, Derry, Uus, Afrissa Isty Fadillah, Eka Asmitha
Pane, Cece. Adik-adik mahasiswa angkatan 2011, Eky Raditio, Philip T.
Lamsihar, Rico Ardiansyah, Reno Surbakti, Dhika Swandana, Achmad
Syarief, Hilman Wardhana, M. Rizky Syahrani H., Surendra Agung, Subar Al
dapat disebutkan seluruhnya, terima kasih atas semangat dan bantuannya
selama ini.
10. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas
dukungannya yang sangat baik.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari
kata sempurna, yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya
pemahaman saya. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang
membangun dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Juni 2014
Penulis,
2.5 Bahan Tambahan ... 19
2.5.1 Bahan Tambahan Kimia (chemical admixture) ... 20
2.5.2 Bahan Tambahan Mineral ... 21
2.6 Beton ... 22
2.6.1 Sifat-sifat Beton Segar (fresh concrete) ... 23
2.6.2 Sifat-sifat Beton Keras (Hardened concrete)... 26
2.7 Baja Tulangan ... 28
2.8 Kuat Lentur Balok Persegi ... 29
2.8.1 Kuat Lentur Balok Persegi Bertulangan Tunggal ... 33
2.8.2 Kuat Lentur Balok Persegi Bertulangan Rangkap ... 34
2.9 Geser pada Balok Beton Bertulang ... 36
3.3 Perencanaan Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 49
3.4 Penggunaan Abu Cangkang Kelapa Sawit ... 56
3.5 Perencanaan Campuran (Mix Design) ... 57
3.5.1 Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder ... 57
3.5.2 Perencanaan Campuran Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 60
3.6 Pembuatan Benda Uji ... 62
3.6.1 Persiapan Cetakan Balok dan Silinder ... 62
3.6.2 Perakitan Tulangan ... 62
3.6.3 Pengecoran Benda Uji ... 63
3.7 Pengujian Benda Uji ... 64
3.7.1 Pengujian Penyerapan Air (Absorbsi) Benda Uji Silinder .. 64
3.7.2 Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder ... 65
3.7.3 Pengujian Kuat Tarik Belah Benda Uji Silinder ... 66
3.7.4 Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang ... 67
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 69
4.1 Nilai Slump ... 69
4.2 Pengujian Benda Uji Silinder ... 70
4.2.1 Absorbsi Beton ... 70
4.2.2 Kuat Tekan Beton ... 72
4.2.3 Kuat Tarik Belah Beton ... 74
4.3 Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang ... 76
4.3.1 Lendutan Balok Beton Bertulang Normal ... 76
4.3.2 Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit ... 78
4.3.3 Lendutan Balok Beton Bertulang Normal secara Teoritis .. 80
4.3.4 Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit secara Teoritis ... 89
4.4 Regangan pada Balok Beton Bertulang ... 97
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 106
5.1 Kesimpulan ... 106
5.2 Saran ... 107
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Komposisi Abu Sawit Hasil Pembakaran Serat dan Cangkang (%massa)3
Tabel 1.2 Jumlah Benda Uji Silinder ... 4
Tabel 1.3 Spesifikasi Benda Uji Balok ... 4
Tabel 2.1 Empat Senyawa Utama dari Semen Portland ... 15
Tabel 2.2 Komposisi Umum Oksida-oksida Semen Portland Tipe I ... 16
Tabel 3.1 Faktor Modifikasi Untuk Jumlah Pengujian Kurang Dari 30 Contoh.... 58
Tabel 3.2 Komposisi Campuran Silinder Beton Normal... 58
Tabel 3.3 Komposisi Campuran Silinder Beton dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit... 60
Tabel 3.4 Komposisi Campuran Balok Beton Bertulang Normal ... 61
Tabel 3.5 Komposisi Campuran Balok Beton Bertulang dengan Substitusi 2,5% Abu Cangkang Kelapa Sawit ... 62
Tabel 4.1 Nilai Slump dari Campuran Beton dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit pada Benda Uji Silinder ... 69
Tabel 4.2 Nilai Slump dari Campuran Beton dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit pada Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 69
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Absorbsi Beton dengan atau Tanpa Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit... 71
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton Dengan atau Tanpa Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit Pada Umur 28 Hari ... 72
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kuat Tarik Belah Beton dengan atau Tanpa Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit Pada Umur 28 Hari ... 74
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit ... 78
Tabel 4.8 Persentase Kenaikan Lendutan pada Balok Substitusi ... 80
Tabel 4.9 Lendutan secara Teoritis Balok Beton Bertulang Normal ... 89
Tabel 4.10 Lendutan secara Teoritis Balok Beton Bertulang Normal dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit ... 96
Tabel 4.11 Perhitungan Regangan Tekan Beton (εc) dan Regangan Tulangan
tarik Beton (εs) pada Balok Beton Normal ... 102
Tabel 4.12 Perhitungan Regangan Tekan Beton (εc) dan Regangan Tulangan tarik Beton (εs) pada Balok dengan Substitusi Abu Cangkang
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.1 Balok menahan beban ultimit; (a) penampang;
(b) diagram regangan; (c) diagram tegangan; (d) gaya-gaya ... 31
Gambar 2.2 Blok tegangan ekivalen Whitney; (a) blok tegangan tekan aktual; (b) blok tegangan tekan ekivalen; (c) kopel momen gaya-gaya dalam. (Dipohusodo, 1999) ... 32
Gambar 2.3 Desain balok bertulang rangkap; (a) penampang melintang; (b) regangan; (c) bagian satu dari solusi bagian bertulangan tunggal; (d) bagian dua dari solusi kontribusi tulangan tekan. (Nawy, 1998) ... 35
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 39
Gambar 3.2 Abu cangkang kelapa sawit yang lolos ayakan No.200 ... 41
Gambar 3.3 Sketsa Perencanaan Balok Beton Bertulang ... 49
Gambar 3.4 Sketsa Pembebanan Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 52
Gambar 3.5 Penampang Memanjang Benda Uji Balok ... 63
Gambar 3.6 Penampang Melintang Benda Uji Balok ... 63
Gambar 3.7 Pengujian Kuat Tekan Silinder Beton ... 66
Gambar 3.8 Pengujian Kuat Tarik Belah Silinder Beton ... 67
Gambar 3.7 Penempatan Dial Indikator ... 68
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Variasi Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit terhadap Nilai Slump ... 70
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Persentase Substitusi Abu Cangkang Kelapa
Sawit terhadap Kuat Tekan Beton ... 73
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Persentase Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit terhadap Kuat Tarik Belah Beton ... 75
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang Normal 77 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit ... 79
Gambar 4.7 Sketsa Pembebanan terpusat ... 81
Gambar 4.8 Pembebanan Akibat Berat Sendiri Balok ... 82
Gambar 4.9 Penampang Transformasi Balok... 85
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Normal dan Balok dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit (ACKS) ... 96
Gambar 4.11 Suatu elemen dari papan yang melengkung ... 97
Gambar 4.12 Diagram Regangan Penampang Balok ... 100
Gambar 4.13 Grafik Hubungan Beban-Regangan Beton (εc) pada Balok Beton Bertulang Normal dan Balok Substitusi ... 104
DAFTAR NOTASI
A : luas penampang beton (mm2)
As : luas tulangan tarik (mm2)
As’ : luas tulangan tekan (mm2)
Av : luas tulangan geser dalam daerah sejarak s (mm2)
a : tinggi blok tegangan (mm)
b : lebar balok (mm)
c : jarak serat tekan terluar ke garis netral (mm)
d : jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik/ tinggi efektif (mm)
d’ : jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tekan (mm)
Es : Modulus elastisitas baja (MPa)
Ec : Modulus elastisitas beton (MPa)
Fct : kuat tarik belah beton (MPa) f’c : kuat tekan beton (MPa)
fy : tegangan leleh baja (MPa)
fr : modulus retak beton (MPa)
h : tinggi balok (mm)
Ie : momen inersia efektif (mm4)
Icr : momen inersia penampang retak transformasi (mm4)
Ig : momen inersia penampang utuh terhadap sumbu berat penampang (mm4)
l : panjang benda uji (mm)
Ma : momen maksimum pada komponen struktur saat lendutan dihitung (Nmm)
P : beban uji (N)
q : berat sendiri balok (kN/m)
c
V : kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton (N)
u
V : gaya geser terfaktor pada penampang yang ditinjau (N)
n
V : kuat geser nominal (N)
s
V : kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser (N)
yt : jarak dari garis netral penampang utuh (mengabaikan tulangan baja) ke
serat tepi tertarik (mm)
1
: konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton
Δ : lendutan total (mm)
Δ1 : lendutan akibat beban terpusat (mm)
Δ2 : lendutan akibat berat sendiri (mm)
: faktor reduksi kekuatan lentur tanpa beban aksial = 0,80 (SNI 03-2847-2002)
: faktor reduksi geser = 0,75 (SNI 03-2847-2002)
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Concrete Mix Design
Lampiran II Pemeriksaan Bahan
Lampiran III Data Pengujian
