PENGARUH PENGGUNAAN STEEL SLAG SEBAGAI
AGREGAT KASAR TERHADAP KUAT TEKAN DAN
LENTUR PADA BETON BERTULANG
DIBANDINGKAN DENGAN BETON NORMAL
( STUDI EKSPERIMENTAL )
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh
JANNES PANDIANGAN 11 0404 072
SUB JURUSAN STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Perkembangan pengetahuan dan teknologi di bidang konstruksi yang semakin pesat, selalu diikuti dengan meningkatnya kebutuhan masyarakat akan fasilitas infrastruktur, seperti bangunan gedung, jembatan dan pembangunan konstruksi lainnya. Salah satu unsur utama dalam pembangunan itu adalah beton. Beton merupakan campuran dari semen, air, agregat halus, dan agregat kasar sedangkan untuk beton yang memiliki tulangan disebut beton bertulang. Karena semakin pesatnya perkembangan pengetahuan dan teknologi dibidang konstruksi dibutuhkan suatu bahan bangunan yang memiliki keunggulan yang lebih baik dibandingkan bahan bangunan yang sudah ada. Untuk memperoleh bahan bangunan yang lebih baik, salah satu alternatifnya adalah penggunaan limbah sebagai agregat dalam campuran beton. Dalam penelitian ini penulis menggunakan limbah baja (steel slag) sebagai pengganti agregat kasar. Steel slag yang digunakan adalah limbah baja dari PT. Growth Sumatra Industry. Adapun variasi substitusi kerikil yang digunakan adalah 0%, 15%, dan 25% dan pengujian yang dilakukan berupa slump test, kuat tekan, dan kuat lentur beton. Dari hasil pengujian diperoleh kuat tekan optimum terjadi pada variasi substitusi 25% kerikil dengan steel slag sebesar 40,481 MPa, sedangkan untuk kapasitas lentur optimum yang diperoleh terdapat pada variasi substitusi 25% kerikil dengan steel slag sebesar 19,592 N/mm2. Dan untuk nilai slump optimum diperoleh pada variasi beton normal. Hal ini menunjukkan workability pada beton normal lebih tinggi dibandingkan dengan variasi yang lainnya.
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang
telah melimpahkan berkat karunia dan kasih setia-Nya yang tidak terbatas kepada
penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik
Sipil Bidang Studi Struktur, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas Sematera Utara, dengan judul “Pengaruh Penggunaan Steel Slag
sebagai Agregat Kasar Terhadap Kuat Tekan dan Lentur pada Beton Bertulang Dibandingkan dengan Beton Normal”.
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 Rahmi Karolina, 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 Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini
kepada saya.
6. Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa: Yashir „013 (sebagai Asisten
laboratorium pendamping), Bagus „012, Nanda „012, Zulfikar „012, Arief
„013.
7. Teristimewa di hati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua
saya, ayah dan ibu yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan
sayang dan doa yang tiada batas untuk saya. Abang, kakak, adek dang semua
sepupuku yang mendukung penulis.
8. Buat teman-teman seperjuangan: rekan skripsi project (Arifin, Triboy),
Daniel, Candra, Defrin, Rio, Wisman, Mury, Andre dan rekan-rekan 2011
lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas dukungan,
semangat dan bantuannya dalam pengerjaan tugas akhir ini.
9. Adik-adik junior stambuk 2014 (Bandry, Eri, Erik, Roimer, Ruben, Tonny);
dan adik-adik lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih
atas semangat dan bantuannya selama ini.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari
kata sempurna. Oleh karena itu, penulis 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, Desember 2016
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR NOTASI ... xii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Perumusan Masalah... 3
1.3. Tujuan Penelitian... 3
1.4. Batasan Masalah ... 4
1.5. Sistematika Penulisan ... 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Umum ... 6
2.2. Bahan Penyusun Beton... 7
2.2.1. Semen ... 8
2.2.2. Agregat ... 8
2.2.3. Air... 16
2.3. Bahan Tambah... 17
2.4. Sifat-Sifat Beton ... 21
2.4.1. Beton Segar ... 21
2.4.2. Beton Keras ... 23
2.5. Balok Beton Bertulang ... 28
2.5.1. Analisis Lentur pada Balok Beton Bertulang ... 29
2.5.2. Lendutan pada Balok Beton Bertulang ... 32
2.5.3. Regangan Balok Beton Bertulang ... 38
2.5.4. Hubungan Tegangan-Regangan ... 39
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 41
3.1. Umum ... 41
3.2.1. Semen Portland ... 43
3.2.2. Agregat Halus ... 43
3.2.3. Agregat Kasar ... 46
3.2.4. Air ... 48
3.2.5. Steel Slag ... 48
3.3. Perencanaan Campuran Beton (Mix Design) ... 50
3.4. Pembuatan Benda Uji ... 50
3.5. Pemeriksaan Nilai Slump ... 51
3.6. Pengujian Sampel ... 51
3.6.1. Pengujian Kuat Tekan Beton... 51
3.6.2. Pengujian Kuat Lentur Balok Beton Bertulang... 53
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 55
4.1. Nilai Slump ... 55
4.2. Kuat Tekan Silinder Beton ... 56
4.3. Pola Retak Pada Pengujian Kuat Tekan ... 57
4.4. Pengujian Lendutan Beton Bertulang ... 58
4.5. Perhitungan Lendutan Beton Secara Teoritis ... 61
4.5.1. Balok Beton Bertulang Normal ... 61
4.5.2. Balok Beton Bertulang (Substitusi 15% Kerikil dengan Stell Slag) ... 66
4.5.3. Balok Beton Bertulang (Substitusi 25% Kerikil dengan Stell Slag) ... 71
4.6. Perhitungan Regangan Balok Beton Bertulang ... 76
4.7. Hubungan Tegangan – Regangan ... 84
4.7.1. Hubungan Tegangan-Regangan Balok Beton Bertulang ... 84
4.7.2. Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik Beton Bertulang ... 86
4.8. Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang ... 88
4.9. Retak Balok Beton Bertulang ... 95
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 98
5.1. Kesimpulan... 98
DAFTAR PUSTAKA ... xiv
LAMPIRAN 1 ... xv
LAMPIRAN 2 ... xxix
DAFTAR TABEL
BAB 1
Tabel 1.1 Kandungan Unsur Kimia dalam Steel Slag ... 2
BAB 2 Tabel 2.1 Batasan Gradasi untuk Agregat Halus ... 13
Tabel 2.2 Susunan Besar Butiran Agregat Kasar (ASTM,1991) ... 14
Tabel 2.3 Pengujian Komposisi Kimia ... 20
Tabel 2.4 Kandungan Unsur Kimia dalam Steel Slag ... 20
Tabel 2.5 Persyaratan Agregat Slag ... 21
Tabel 2.6 Faktor Konversi untuk Kuat Tekan Beton 28 Hari ... 26
BAB 3 Tabel 3.1 Variasi Penggunaan Agregat Kasar dan Jumlah Benda Uji ... 41
BAB 4 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Nilai Slump ... 55
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton ... 56
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang Normal (tanpa substitusi kerikil dengan slag) ... 58
Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi 15% Kerikil dengan Stell Slag ... 58
Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi 25% Kerikil dengan Stell Slag ... 59
Tabel 4.6 Data Lendutan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Balok Beton Bertulang (Normal) ... 65
Tabel 4.7 Data Lendutan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Balok Beton Bertulang (Substitusi 15% Kerikil dengan Slag) ... 70
Tabel 4.8 Data Lendutan Hasil Pengujian dan Lendutan Teoritis Balok Beton Bertulang (Substitusi 25% Kerikil dengan Slag) ... 74
Tabel 4.9 Hubungan Lendutan untu Setiap Variasi ... 75
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Regangan Tekan Beton (ɛc) dan Regangan
Tulangan Tarik (ɛs) pada Balok Beton Bertulang (Substitusi 15%
Kerikil dengan Slag) ... 78
Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Regangan Tekan Beton (ɛc) dan Regangan
Tulangan Tarik (ɛs) pada Balok Beton Bertulang (Substitusi 25%
Kerikil dengan Slag) ... 79
Tabel 4.13 Hubungan Tegangan-Regangan Beton pada Balok Beton Bertulang
(Normal, Substitusi 15% Kerikil dan Substitusi 25% Kerikil) ... 84
Tabel 4.14 Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik pada Balok Beton
Bertulang (Normal, Substitusi 15% Kerikil, dan Substitusi 25%
Kerikil) ... 86
Tabel 4.15 Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang (Normal) ... 93
Tabel 4.16 Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang (Substitusi 15% Kerikil
dengan Slag) ... 93
Tabel 4.17 Kapasitas Lentur Balok Beton Bertulang (Substitusi 25% Kerikil
dengan Slag) ... 93
Tabel 4.18 Hubungan Kapasitas Lentur untuk Setiap Variasi ... 94
BAB 5
DAFTAR GAMBAR
BAB 1
Gambar 1.1 Steel slag dari PT. Growth Sumatra Industry ... 2
Gambar 1.2 Benda Uji Balok ... 4
Gambar 1.3 Benda Uji Silinder ... 5
BAB 2 Gambar 2.1 Kerucut Abrams ... 22
Gambar 2.2 Jenis-Jenis Slump Adukan Beton ... 22
Gambar 2.3 Uji Kuat Lentur pada Balok Beton... 29
Gambar 2.4 Analisis Balok Bertulangan Rangkap ... 30
Gambar 2.5 Penurunan Teorema Bidang Momen ... 33
Gambar 2.6 Pembebanan Terpusat ... 34
Gambar 2.7 Bidang Momen ... 35
Gambar 2.8 Bidang Momen dijadikan Muatan ... 35
Gambar 2.9 Penampang Transformasi ... 37
BAB 3 Gambar 3.1 Penimbangan Benda Uji Silinder ... 52
Gambar 3.2 Pengujian Benda Uji Silinder ... 52
Gambar 3.3 Perletakan dan Pembebanan Pengujian Kuat Lentur ... 53
Gambar 3.4 Pemasangan Alat Hidrolyc jack dan Dial gauge ... 54
BAB 4 Gambar 4.1 Grafik Nilai Slump terhadap Persentase Substitusi Kerikil dengan Slag Baja ... 55
Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton... 57
Gambar 4.3 Pola Retak pada Pengujian Kuat Tekan Silinder Beton ... 57
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Beban dengan Lendutan Balok Beton Bertulang (Normal) ... 59
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Beban dengan Lendutan Balok Beton Bertulang
(Substitusi 25% Kerikil dengan Slag ... 60
Gambar 4.7 Pembebanan Terpusat ... 61
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Beban-Lendutan Berdasarkan Hasil Pengujian dan Teoritis pada Balok Beton Bertulang (Normal) ... 66
Gambar 4.9 Grafik hubungan beban-lendutan berdasarkan hasil pengujian dan teoritis pada balok beton bertulang (substitusi 15% kerikil dengan slag) ... 70
Gambar 4.10 Grafik hubungan beban-lendutan berdasarkan hasil pengujian dan teoritis pada balok beton bertulang (substitusi 25% kerikil dengan slag) ... 75
Gambar 4.11 Diagram regangan beton bertulang (normal) ... 78
Gambar 4.12 Diagram regangan beton bertulang (substitusi 15% kerikil)... 79
Gambar 4.13 Diagram regangan beton bertulang (substitusi 25% kerikil)... 79
Gambar 4.14 Hubungan Beban - Regangan Beton (ɛc) pada Beton Bertulang (Normal) ... 80
Gambar 4.15 Hubungan Beban - Regangan Beton (ɛc) pada Beton Bertulang (Substitusi 15% Kerikil dengan Slag) ... 81
Gambar 4.16 Hubungan Beban - Regangan Beton (ɛc) pada Beton Bertulang (Substitusi 25% Kerikil dengan Slag) ... 81
Gambar 4.17 Hubungan Beban - Regangan Tulangan Tarik (ɛs) pada Beton Bertulang (Normal) ... 82
Gambar 4.18 Hubungan Beban - Regangan Tulangan Tarik (ɛs) pada Beton Bertulang (Substitusi 15% Kerikil dengan Slag) ... 83
Gambar 4.19 Hubungan Beban - Regangan Tulangan Tarik (ɛs) pada Beton Bertulang (Substitusi 25% Kerikil dengan Slag) ... 83
Gambar 4.20 Hubungan Tegangan-Regangan Beton pada Balok Beton Bertulang Normal ... 85
Gambar 4.21 Hubungan Tegangan-Regangan Beton pada Balok Beton Bertulang Substitusi 15% Kerikil... 85
Gambar 4.23 Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik pada Balok Beton
Bertulang Normal ... 87
Gambar 4.24 Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik pada Balok Beton
Bertulang Substitusi 15% Kerikil... 87
Gambar 4.25 Hubungan Tegangan-Regangan Tulangan Tarik pada Balok Beton
Bertulang Substitusi 25% Kerikil... 88
Gambar 4.26 Pola Retak pada Balok Beton Bertulang Normal ... 96
Gambar 4.27 Pola Retak pada Balok Beton Bertulang Substitusi 15% Kerikil .... 96
Gambar 4.28 Pola Retak pada Balok Beton Bertulang Substitusi 25% Kerikil .... 97
BAB 5
DAFTAR NOTASI
SSD : saturated surface dry
f’c : kekuatan tekan beton P : beban tekan
A : luas penampang S : deviasi standar
σ’b : kekuatan masing – masing benda uji
σ’bm : kekuatan beton rata – rata
N : jumlah total benda uji hasil pemeriksaan w/c : faktor air semen
T : kuat tarik beton
∆1 : lendutan
Ec : modulus elastisitas beton
Es : modulus elastisitas baja
I : momen inersia
b : lebar penampang balok h : tinggi penampang balok Mcr : momen retak
fr : modulus retak beton
yt : jarak dari garis netral penampang utuh ke serat tepi tertarik
As : luas tulangan tekan
As’ : luas tulangan tarik
d : jarak serat terluar ke tulangan tarik
d’ : jarak serat terluar ke tulangan tekan y : tinggi garis netral
Icr : momen inersia penampang retak transformasi
Ma : momen beban layan
Ie : momen inersia efektif
L : panjang balok
ρ : jari-jari kelengkungan
ɛc : regangan beton
ɛs : regangan tulangan tarik
σ : tegangan lentur fc : tegangan beton
fs : tegangan tulangan tarik
fy : tegangan leleh baja tulangan tarik
β1 : konstanta fungsi dari kuat tekan
