Teknologi Bahan Beton Bahan Konstruksi

(1)

2

Disampaikan oleh JURUSAN TEKNIK SIPIL

Konstruksi

(2)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Sejarah Beton

• Pengetahuan tertua tentang beton adalah di temukan di Timur Tengah dan tertanggal pada 5600 SM; bangsa Mesir ( pada abad 26 SM ) telah menggunakan campuran dengan jerami untuk mengikat batu kering , gypsum, dan semen kapur dalam pertukangan batu ( berdasarkan fakta- fakta dalam konstruksi Pyramid ).

• Beton mulai dikenal dalam membangun sebuah bangunan sejak jaman yunani dan romawi kuno,

• Di Indonesia sendiri, berdiri lah Departemen Pekerjaan Umum (DPU)yang selalu mengikuti perkembangan beton melalui Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan (LPMB). Melalui lembaga ini diterbitkan peraturan- peraturan standar beton yang biasanya mengadopsi peraturan internasional yang disesuaikan dengan keadaan bahan-bahan bangunan di Indonesia.

(3)

12,000,000 BC Reactions between limestone and oil shale during spontaneous combustion

occurred in Palestine to form a natural deposit of cement compounds. The deposits were characterized by the geologists in the 1960's and 70's.

3000 BC Egyptians

Used mud mixed with straw to bind dried bricks. They also used gypsum mortars and mortars of lime in the pyramids.

Chinese Used cementitious materials to hold bamboo together in their boats and in the Great Wall.

800 BC

Greeks, Crete & Cyprus Used lime mortars which were much harder than later Roman mortars.

300 BC

Babylonians & As Syrians Used bitumen to bind stones and bricks.

1200 - 1500

The Middle Ages

The quality of cementing materials deteriorated. The use of burning lime and pozzolan(admixture) was lost, but reintroduced in the 1300's.

(4)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Sejarah Beton

1822 James Frost of England prepared artificial hydraulic lime like Vicat's and called it British Cement.

1824

Joseph Aspdin of England invented portland cement by burning finely ground chalk with finely divided clay in a lime kiln until carbon dioxide was driven off. The sintered

product was then ground and he called it portland cement named after the high quality building stones quarried at Portland, England.

1828

I. K. Brunel is credited with the first engineering application of portland cement, which was used to fill a breach in the Thames Tunnel.

1830 The first production of lime and hydraulic cement took place in Canada.

1836 The first systematic tests of tensile and compressive strength took place in Germany.

1845 Isaac Johnson claims to have burned the raw materials of portland cement to clinkering temperatures.

1849 Pettenkofer & Fuches performed the first accurate chemical analysis of portland cement.

(5)

1860 The beginning of the era of portland cements of modern composition.

1886 The first rotary kiln was introduced in England to replace the vertical shaft kilns.

1889 The first concrete reinforced bridge is built.

1890

The addition of gypsum when grinding clinker to act as a retardant to the setting of concrete was introduced in the USA. Vertical shaft kilns were replaced with rotary kilns and ball mills were used for grinding cement.

1891 George Bartholomew placed the first concrete street in the USA in Bellefontaine, OH. It still exists today!

1900 Basic cement tests were standardized.

1930 Air entraining agents were introduced to improve concrete's resistance to freeze/thaw damage.

1967 First concrete domed sport structure, the Assembly Hall, was constructed at The University of Illinois, at Urbana-Champaign.

1970's Fiber reinforcement in concrete was introduced.

1980's Superplasticizers were introduced as admixtures.

1985

Silica fume was introduced as a pozzolanic additive. The "highest strength" concrete was used in building the Union Plaza constructed in Seattle, Washington.

(6)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Definisi Beton

Menurut SNI 03 – 2847 – 2002, beton adalah bahan yang didapat dengan mencampurkan semen portland atau semen hidrolik

yang lain, agregat halus, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang

membentuk masa padat.

(7)

SemenAirPasirSplit / kerikil

PASTA

MORTAR

BETON

BETON BERTULANG

(8)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Persentase Komposisi

Beton yang baik: setiap butir agregat seluruhnya terbungkus dengan mortar Ruang antar agregat harus terisi oleh mortar.

Jadi: kualitas pasta atau mortar menentukan kualiatas beton.

(9)

Semen Portland adalah semen hidraulik yaitu yang dapat bereaksi dan mengeras secara kimia dengan

penambahan air. Semen

mengandung campuran batu kapur, tanah liat, batu semen dan bijih besi yang dipanaskan 1200 - 1500 C°.

Produk "klinker" yang dihasilkan kemudian digiling menjadi konsistensi bubuk. Gypsum ditambahkan untuk mengontrol waktu setting

(10)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Agregat Halus

Sering disebut sebagai pasir, bisa diperoleh dari alam atau efek samping dari produk pemecahan batu, yang mewakili partikel dengan ukuran yang lebih kecil dari 4,75 mm (3/8”) dan tertahan di 0,075 mm (No.200). Umumnya menyumbang 30 % - 35 % dari campuran

(11)

Bisa berupa batu kerikil atau batu pecah, terdiri dari partikel yang lebih besar dari 4,75 mm (No.4)

(12)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Bahan Tambah

Bahan tambah dapat berupa bahan tambah kimia dan mineral, yang bekerja untuk merubah kinerja beton

sesuai dengan

tujuannya.

(13)

Classification in accordance with unit weight (kg/m3)

• Beton Sangat Ringan/Ultra-lightweight concrete < 1200

• Beton Ringan/Lightweight concrete 1200 < UW < 1800

• Beton Berat Normal/Normal-weight concrete ∼2400

• Beton Berat/Heavyweight concrete >3200

Classification in accordance with compressive strength (MPa)

• Beton Mutu Rendah/Low-strength concrete <20

• Beton Mutu Sedang/Moderate-strength concrete 20–50

• Beton Mutu Tinggi/High-strength concrete 50–150

• Beton Mutu Sangat Tinggi/Ultra-high-strength concrete >150

Classification in accordance with additives

• MDF (Macro-defect-free) –Polymers

• FRC (Fiber-reinforced concrete)– Different fibers

• DSP (Density with small particles) – concrete Large amount silica fume

• Polymer concrete –Polymers

Classification in accordance with others

• GRC (Glass reinforce concrete)

• HPC, and others

(14)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Peranan beton dalam berbagai konstruksi dan

sifat-sifat beton

Jalan Tol Cipularang sepanjang 58 km yang menelan biaya sekitar 1,6 triliun rupiah dan 100%

dikerjakan oleh tenaga lokal, melibatkan 50 ribu tenaga kerja

Panjang total 5438 m(17841 ft 2in) Lebar 30 m(98kaki)

Tinggi 146 m(479kaki) Bentang utama 434 m(1,424kaki)

(15)

(16)

BANGUNAN TINGGI

09/04/2018

16

Sumber: (Deskarati, 2012)

(17)

Urutan (#) Gedung (Building) Kota (City) Lantai (Floors)

Tinggi (Height)

Tahun (Year)

1 Burj Khalifa Dubai

163 828 m 2010

2 Shanghai Tower Shanghai

121 632 m 2014 3 Makkah Clock Royal Tower [Abraj Al Bait] Makkah

120 601 m 2012 4

One World Trade Center [New World Trade Center]

New York City

104 541 m 2014 5 CTF Finance Centre [Guangzhou Twin Towers] Guangzhou

116 530 m 2016

6 Taipei 101 Taipei

101 509 m 2004

7 Shanghai World Financial Center Shanghai

101 492 m 2008 8 International Commerce Centre [Union Square] Hong Kong

118 484 m 2010 9 Petronas Tower 1 [Petronas Towers] Kuala Lumpur

88 452 m 1998 10 Petronas Tower 2 [Petronas Towers] Kuala Lumpur

88 452 m 1998

Tabel 2.1: World's tallest buildings - Top 10

(18)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Keunggulan dan Kelemahan Beton

KEUNGGULAN

• Mudah dibentuk sesuaidengan kebutuhan konstruksi.

• Sangat dominan di kekuatan tekan

• Tahan terhadap temperatur tinggi

• Bisa diproduksi secara masal secara fabrikasi.

• Biaya pemeliharaan minim.

• Tahan Lama/Durable

KELEMAHAN

• Ketahanan terhadap beban tarik rendah

• Daktilitas material rendah

• Volume yang tidak stabil

• Ratio kekuatan terhadap berat rendah

• Sulit dimodifikasi setelah terjadi

“setting”

(19)

The image part with relationship ID rId3 was not found in the file.

Campuran material pembentuk beton harus ditentukan sedemikian rupa, sehingga terpenuhi syarat-syarat :

1. Kekenyalan tertentu yang memudahkan adukan beton ditempatkan pada

cetakan/bekisting (workability) dan kehalusan muka semen (finishability) beton basah yang ditentukan dari:

a. Volume pasta adukan b. Keenceran pasta adukan

c. Perbandingan campuran agregat halus dan kasar

2. Kekuatan Rencana dan ketahanan (durability) beton setelah mengeras 3. Ekonomis dan optimum dalam pemakaian semen

(20)

Teknologi Bahan

BagianPertama

SIFAT-SIFAT BETON

Ada empat sifat utama beton, yaitu :

 Workability/ Kelecakan( kemudahan untuk mengerjakan beton )

 Cohesiveness ( seberapa baik campuran beton itu menyatu dalam kondisi plastis )

 Strength ( Kekuatan Tekan )

 Durability ( Keawetan )

Beton mengalami tiga kondisi yang berbeda :

 Plastis ( beton segar )

 Setting ( saat pengikatan )

 Hardening ( saat pengerasan )

(21)

Pengertian praktisnya adalah kemudahan dalam mengolah beton sejak masih berada dalam proses pengadukan atau pencampuran sampai selesai dipadatkan

Pengertian sebenarnya adalah sejumlah kerja internal yang diperlukan untuk menghasilkan tingkat pemadatan yang penuh.

Kekuatan beton sangat dipengaruhi adanya void pada massa yang dipadatkan, jadi sangat penting untuk mencapai densitas maksimumnya.

(22)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Workability

Pentingnya tingkat pemadatan ditunjukkan pada grafik di samping, dimana

ditunjukkan hubungan pertumbuhan

kekuatan dengan tingkat kepadatan beton.

Dari grafik tampak, bahwa adanya void dalam beton akan mengurangi tingkat kepadatan dan kekuatan beton tersebut.

Hubungan Rasio Densitas dan Rasio Kekuatan

(23)

Faktor yang Mempengaruhi Workability

1. Jumlah kandungan air

2. Tipe dan gradasi dari agregat

3. Perbandingan agregat dan semen 4. Kehalusan semen

5. Adanya bahan tambahan (admixtures)

6. Waktu dan Temperatur

(24)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Workability

(25)

Kandungan Air dalam Campuran

Meningkatkan kemudahan aliran beton dan pemadatan

Mengurangi kekuatan dan keawetan

Dapat menyebabkan segregasidan bleeding

1. Terserap pada permukaan partikel 2. Mengisi ruang antar partikel

3. Melumasi partikel dengan memisahkannya dengan film partikel yang lebih halus membutuhkan lebih banyak air

- Faktor yang paling menentukan

- Meningkatnya air

- Air Pencampur dibagi menjadi tiga bagian

(26)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Workability

Sifat-sifat Agregat

Ada dua faktor penting yang menentukan 1. Jumlah agregat

2. Proporsi relative antara agregat halus terhadap agregat

 Meningkatnya rasio agregat-semen menurunkan workability

 lebih banyak semen diperlukan ketika

menggunakan gradasi agregat yang lebih halus

 Beton keras: defisiensi agregat halus

mengakibatkan kurangnya konsistensi yang diinginkan sehingga terjadi segregasi.

 Bentuk dan tekstur partikel agregat.

 Partikel yang hampir bulat, beton menjadi lebih mudah untuk dikerjakan.

 Partikel bulat memberikan rasio permukaan- volume menjadi rendah, sedikit mortar untuk melapisi partikel, meninggalkan lebih banyak air untuk meningkatkan kemampuan kerja.

 Porositas agregat dapat menyerap banyak air dan lebih sedikit akan tersedia untuk

menyediakan kemampuan kerja.

(27)

Time and temperature.

Bukti yang cukup besar bahwa peningkatan suhu akan menurunkan kemampuan kerja karena suhu yang lebih tinggi akan meningkatkan laju evaporasi dan laju hidrasi. Cuaca yang sangat hangat akan membutuhkan lebih banyak air untuk mempertahankan kemampuan kerja yang sama.

Cement characteristics.

Faktor yang kurang penting dalam menentukan workability daripada properti agregat.

Namun, peningkatan kehalusan semen tipe III (cepat-pengerasan) akan mengurangi kemampuan kerja pada rasio w/c yang diberikan.

(28)

Teknologi Bahan

BagianPertama

SIFAT-SIFAT BETON

Workability measurement methods

1.Slump test

2.Compacting factor test 3.Vebe test

4.Flow table test

Metoda pengukuran workability yang paling umum digunakan

adalah uji slump. Pengujian slump diatur dalam ASTM C-143-

78

(29)

1. Slump test - simplest and crudest test

Fill concrete into frustum of a steel cone in three layers

Hand tap concrete In each layer

Lift cone up.

Define slump as downward Movement of the concrete

(30)

Teknologi Bahan

BagianPertama

SIFAT-SIFAT BETON

Cone Removed and Concrete

Allowed to ‘Slump’ Slump Measured Slump Cone Filled Sample Collected

(31)

(32)

Teknologi Bahan

BagianPertama

SIFAT-SIFAT BETON

(33)

(34)

Teknologi Bahan

BagianPertama

SIFAT-SIFAT BETON

(35)

Segregation dan Bleeding

Dari pengecoran hingga pencetakan, beton berada dalam kondisi plastis, semi cair. Partikel yang lebih berat (aggregate) memiliki kecenderung bergerak ke bawah (SEGREGATION). Campuran air memiliki kecendrungan untuk naik (BLEEDING)

BLEEDING

Lapisan air (~ 2% atau lebih dari total kedalaman beton) terakumulasi di permukaan, kemudian air ini menguap atau kembali terserap ke dalam beton.

(36)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Segregation

Segregasi dapat didefinisikan sebagai pemisahan unsur-unsur campuran yang heterogen sehingga distribusinya menjadi tidak seragam.

Pada beton, perbedaan ukuran partikel merupakan sebab utama terjadinya segregasi, tetapi hal ini dapat dikontrol dengan cara pemilihan gradasi

agregat dan penanganan beton yang lebih hati-hati.

(37)

1. Campuran kurus (kurang semen)

2. Campuran basah (terlalu banyak air)

3. Campuran “undersanded” (kurang pasir) 4. Gradasi agregat kurang baik

5. Agregat yang digunakan terlalu ringan atau berat

(38)

Teknologi Bahan

BagianPertama

SIFAT-SIFAT BETON

Salah satu bentuk segregasi dimana sejumlah air dari campuran cenderung naik ke permukaan beton yang baru dicor.

Bleeding disebabkan ketidakmampuan dari partikel solid untuk memegang seluruh air campuran ketika partikel tersebut

mengendap.

BLEEDING

(39)

Kecenderungan terjadinya bleeding dipengaruhi oleh :

1. Kandungan air dalam campuran 2. Rasio air-semen

3. Sifat semen

4. Suhu (meningkatkan laju bleeding)

(40)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Sifat-sifat Beton

Kecenderungan terjadinya bleeding menurun dengan penggunaan : 1. Semen yang mempunyai kandungan alkali yang tinggi atau kandungan

C₃A yang tinggi.

2. Semen yang diberi tambahan kalsium klorida (CaCl₂) 3. Campuran yang “rich” dari pada campuran yang “lean”

4. Pozzolan atau bubuk aluminium 5. “air entrainment agent”

(41)

Methods of reducing segregation and bleed and their effects

PENYEBAB BLEEDING

Agregat bergradasi buruk dengan kekurangan material halus dengan ukuran partikel < 300 m

Campuran Workability Tinggi

Upaya Perbaikan

1. Meningkatkan jumlah pasir 2. Air entran concrete sebagai

subtitusi untuk material halus

Memberikan workability yang tinggi dengan superplasticizer ketimbang menambah jumlah kandungan air

Menggunakan material halus seperti silica fume

(42)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Kekuatan Beton

 Beton sangat tahan terhadap gaya tekan dibanding gaya-gaya lainnya, sehingga kuat tekan merupakan ciri yang umum untuk menggambarkan kekuatan suatu beton

 Kuat tekan beton tergantung pada aktiva semen, water cement ratio, kualitas agregat, waktu, kondisi pengerasan, dsb.

 Semen yang memiliki aktiva tinggi sudah jelas menghasilkan beton yang lebih baik, namun hal tersebut juga tergantung dengan jumlah air yang ditambahkan pada campuran beton

(43)

Kekuatan beton, secara umum ditentukan berdasarkan tiga aspek utama yaitu sebagai berikut ini.

a. KEKUATAN PASTA SEMEN dapat ditingkatkan dengan cara (Supartono,1998) :

 mengurangi porositas pasta semen, dengan mengurangi rasio air-semen, dan bila diperlukan dengan menggunakan juga bahan pencampur superplasticizer,

 menambah bahan aditif mineral yang bersifat pozzolan, seperti mikrosilika (silica fume), fly ash dan abu sekam padi.

b. KUALITAS AGREGAT

 Agregat yang digunakan harus memenuhi standar sebagai bahan penyusun beton

 Agregat halus memiliki nilai modulus kehalusan (fineness modulus) pasir dengan 2,5 < FM < 3,0 pada umumnya menghasilkan beton mutu tinggi (dengan w/c yang rendah) yang mempunyai kuat tekan dan workability yang optimal

(44)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Kekuatan Beton

 Agregat kasar yang digunakan hendaknya

• memiliki porositas yang rendah,

• bersih dari bahan organik dan lumpur

• kuat tekan hancur yang tinggi,

• dan gradasi yang baik dan teratur. Ukuran maksimum agregat juga akan mempengaruhi mutu beton yang akan dibuat. Pemakaian agregat yang lebih kecil dari 15 mm bisa menghasilkan mutu beton yang lebih tinggi. Namun pemakaian agregat kasar dengan ukuran maksimum 25 mm masih menunjukkan tingkat keberhasilan yang baik dalam produksi beton mutu tinggi.

a. DAYA LEKAT ANTARA PASTA SEMEN DENGAN AGREGAT dapat ditingkatkan

dengan memberikan bahan tambahan seperti mikrosilika, klinker serta pemilihan agregat yang berkualitas.

(45)

(46)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Kekuatan Beton

Bila kekuatan agregat semakin menurun maka kekuatan beton juga semakin rendah. Kasarnya permukaan agregat juga mempengaruhi kekuatan beton.

Untuk mengetahui kekuatan beton biasanya

dilakukan uji kuat tekan dengan beton berbentuk:

1. Kubus ukuran 15 x 15 x 15 cm 2. Silinder ukuran:

Diameter : 15 cm Tinggi : 30 cm

(47)

(48)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Kekuatan Beton

PELAKSANAAN PENGUJIAN

< ≅ >

= 0,76 + 0,2 log

150 dalam kg/cm

²

= 0,76 + 0,2 log

15 dalam MPa

(49)

(50)

Teknologi Bahan

BagianPertama

Daftar Pustaka

• Mindess, S., dan Young, J.F., 1981, Concrete, Prentice Hall, Inc., New Jersey.

• Neville, A.M., 1975, Properties of Concrete, 2nd Edition, The English Language Book Society and Pitman Publishing, London.

• Popovics, S., 1982. Fundamentals of Portland Cement Concrete, John Wiley and Sons.

• Kardiyono, 1996.Teknologi Beton, Nafiri, Yogyakarta.