PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA
Pertemuan 4 :
Rancangan Campuran Beton
Perancangan campuran beton dilakukan untuk
memenuhi komposisi dan proporsi bahan penyusun beton, sehingga memenuhi syarat teknis dan
ekonomis
Kriteria dasar untuk perancangan beton adalah
kekuatan tekan, yang berhubungan dengan factor air semen
Campuran yang dihasilkan diharapkan optimum dengan kekuatan maksimum
DEFINISI
Metode Rancangan Campuran Beton
SNI 03-2834-2000 SNI 7656-2012 ACI (American Concrete Institute, USA)
DOE (Department of Environment, UK)
Dreux (France)
Trial and Error
Menetapkan jenis struktur yang akan dibuat, kemudian pilih nilai slump yang memungkinkan sesuai dengan jenis struktur.
Tabel 1. Nilai Slump
Jenis Konstruksi Slump (mm) Maksimum Minimum Dinding fondasi, footing, sumuran,
dinding basemen 75 25
Dinding dan balok 100 25
Kolom 100 25
Perkerasan dan lantai 75 25
Menetapkan ukuran maksimum agregat kasar yang dipakai sesuai dengan jenis konstruksi.
Ukuran maksimum agregat harus didukung gradasi yang baik. Hal ini berkaitan dengan kebutuhan adukan mortar pada campuran.
Menentukan rencana kuat tekan beton umur 28 hari fm = fc‘+ ks
Keterangan :
k = faktor probabilitas s = standar deviasi
Nilai k biasanya diambil sebesar 1.64 atau 2.33
Klasifikasi standar deviasi untuk berbagai kondisi pengerjaan.
Tabel 2. Klasifikasi Standar Deviasi
Kondisi Pengerjaan Standar Deviasi (MPa)
Lapangan Laboratorium
Sempurna < 3 < 1,5
Sangat baik 3 – 3,5 1,5 – 1,75
Baik 3,5 – 4 1,75 – 2
Cukup 4 – 5 2 – 2,5
Kurang baik > 5 > 2,5
Menentukan massa air rencana dan persentase udara terperangkap per satuan volume beton berdasarkan nilai slump dan ukuran maksimum
Tabel 3. Kebutuhan air pencampuran dan udara agregat
Jenis Beton Slump (mm) Kebutuhan Air (kg/m3) untuk ukuran maksimum agregat 9,5 mm 12,7 mm 19 mm 25 mm 37,5 mm 50 mm 75 mm Tanpa Penambahan Udara
25 - 50 207 199 190 179 166 154 130
75 - 100 228 216 205 193 181 169 145
150 - 175 243 228 216 202 190 178 160
Udara yang tersekap (%) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0,3
Dengan Penambahan Udara
25 - 50 181 175 168 160 150 142 122
75 - 100 202 193 184 175 165 157 133
150 - 175 216 205 197 184 174 166 154
Kandungan udara yang disarankan (%)
Tingkat Pemaparan Rendah 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5
Tingkat Pemaparan Sedang 6,0 5,5 5,0 4,5 4,5 4,0 3,5
Tingkat Pemaparan Berat 7,5 7,0 6,0 6,0 5,5 5,0 4,5
Berdasarkan rencana kuat tekan beton, ditentukan nilai W/C ratio dari tabel 4.
Tabel 4. Hubungan FAS dan kuat tekan beton
KuatTekan Beton Umur 28 hari (MPa)
Rasio Air Semen (dalam perbandingan berat) Tanpa Penambahan Udara Dengan Penambahan Udara
40 0,42 -
35 0,47 0,39
30 0,54 0,45
25 0.61 0.52
20 0,69 0,60
15 0,79 0,70
Menghitung kandungan semen berdasarkan FAS FAS (w/c ratio) = 𝑤
𝑐
Menentukan volume agregat kasar per satuan volume beton berdasarkan modulus kehalusan dan ukuran maksimum agregat kasar.
Tabel 5. Volume Agregat Kasar Per Satuan Volume Beton dengan Slump 75-100 mm
Ukuran Maksimum Agregat Kasar
Volume Agregat Kasar (Dry Rodded) Persatuan Volume Beton untuk Berbagai Nilai Modulus Kehalusan Agregat Halus
2,4 2,6 2,8 3
9.5 0,5 0,48 0,46 0,44
12,5 0,59 0,57 0,55 0,53
19 0,66 0,64 0,62 0,6
25 0,71 0,69 0,67 0,65
37.5 0,75 0,73 0,71 0,69
50 0,78 0,76 0,74 0,72
75 0,82 0,8 0,78 0,76
150 0,87 0,85 0,83 0,81
Tabel 6. Faktor Koreksi Tabel 5 Untuk Slump Berbeda
Slump (mm) Faktor Koreksi Untuk Ukuran Maksimum Agregat
10 mm 12.5 mm 20 mm 25 mm 40 mm
25 – 50 1,08 1,06 1,06 1,06 1,09
75 – 100 1 1 1 1 1
150 – 175 0,97 0,98 1 1 1
Metode Analitis (berdasarkan volume absolut)
Hitung volume agregat halus per m3 beton
Volume per m3 beton masing masing unsur campuran disesuaikan untuk volume beton yang akan dibuat
𝑉agregat halus = 1 − (𝑉semen + 𝑉air + 𝑉agregat kasar + 𝑉udara) m3
Metode Empiris (berdasarkan Berat)
Hitung berat agregat halus berdasarkan total berat per m3 beton
Tabel 7. Estimasi Awal Berat Jenis Beton Segar
Ukuran maksimum agregat (mm)
Estimasi Awal Berat Jenis Beton (kg/m3)
Tanpa Penambahan Udara Dengan Penambahan Udara
9.5 2280 2200
12.5 2310 2230
19 2345 2275
25 2380 2290
37.5 2410 2350
50 2445 2345
75 2490 2405
150 2530 2435
Hitung koreksi kadar air, kemudian koreksi jumlah air, agregat halus, dan agregat kasar untuk campuran beton.
Pada umumnya, agregat di lapangan tidak dalam kondisi SSD sehingga dilakukan koreksi kadar air
Koreksi dilakukan bisa dalam bentuk penambahan/pengurangan kadar agregat dan/atau air
Koreksi ini bergantung pada kadar air asli agregat (mk) dan tingkat penyerapan air pada agregat (ak)
Perhitungan kadar komposisi untuk sampel campuran di laboratorium tergantung
dimensi benda uji lab.
Standarnya bedan uji untuk uji tekan beton menggunakan benda uji silinder
Dimensi benda uji silinder dalah D (15 cm) dan T (30 cm)
Pengujian juga dapat dilakukan dengan
benda uji kubus (Dimensi standar 15x15x15 cm)
CONTOH MIX DESIGN
Perhitungan dilakukan berdasarkan percobaan yang telah dilakukan di laboratorium. Telah ditentukan bahwa jenis struktur yang akan dibuat adalah kolom, dengan nilai slump yang dipilih adalah 75 mm dan kekuatan tekan beton rencana fc’ = 300 kg/cm2.
Dari hasil penyaringan agregat kasar, diketahui bahwa ukuran maksimum agregat kasar yang tersedia di lab adalah 19 mm
Dari percobaan sebelumnya diperoleh data agregat kasar:
Specific Gravity = 2,352
Massa Jenis (berat volume) = 1.530 kg/m3
Kadar air asli (mk) = 0,0181
Penyerapan air (ak) = 0,0358
Dan data agregat halus:
Specific Gravity = 2,525
Massa Jenis (berat volume) = 1.702 kg/m3
Kadar air asli (mk) = 0,0253
Penyerapan air (ak) = 0,0526
Modulus kehalusan = 2,352
Kuat tekan beton rencana fm
fc’ = 300 kg/cm2
fm = 300 + 1,64×2,5×100
9.81 = 341,79 𝑘𝑔
𝑐𝑚2 = 𝟑𝟑, 𝟓𝟑𝑴𝒑𝒂
Langkah 4
Dari tabel 3, berdasarkan ketentuan di atas diperoleh berat air untuk campuran beton dan persentase udara terperangkap sebagai berikut:
Jumlah air = 205 kg/m3 Udara terperangkap = 2 %
Jenis Beton Slump (mm) Kebutuhan Air (kg/m3) untuk ukuran maksimum agregat 9,5 mm 12,7 mm 19 mm 25 mm 37,5 mm 50 mm 75 mm Tanpa Penambahan Udara
25 - 50 207 199 190 179 166 154 130
75 - 100 228 216 205 193 181 169 145
150 - 175 243 228 216 202 190 178 160
Udara yang tersekap (%) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0,3
Dengan Penambahan Udara
25 - 50 181 175 168 160 150 142 122
75 - 100 202 193 184 175 165 157 133
150 - 175 216 205 197 184 174 166 154
Kandungan udara yang disarankan (%)
Tingkat Pemaparan Rendah 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5
Tingkat Pemaparan Sedang 6,0 5,5 5,0 4,5 4,5 4,0 3,5
Tingkat Pemaparan Berat 7,5 7,0 6,0 6,0 5,5 5,0 4,5
Tentukan FAS dari tabel 4 dengan melakukan interpolasi
fm = 33,53 Mpa berada diantara 30 dan 35
Maka, w/c adalah sebagai berikut:
w/c = 0.49
𝑥 − 0.54 = 33.53 − 30
35 − 30 (0.47 − 0.54)
Hitung jumlah semen yang dibutuhkan
𝑩𝒆𝒓𝒂𝒕 𝑺𝒆𝒎𝒆𝒏 = 𝑩𝒆𝒓𝒂𝒕 𝑨𝒊𝒓 𝒘
𝒄 𝒓𝒂𝒔𝒊𝒐 = 𝟐𝟎𝟓
𝟎. 𝟒𝟗 = 𝟒𝟏𝟖. 𝟑𝟕 𝒌𝒈/𝒎𝟑
Ukuran Maksimum Agregat Kasar
Volume Agregat Kasar (Dry Rodded) Persatuan Volume Beton untuk Berbagai Nilai Modulus Kehalusan Agregat Halus
2,4 2,6 2,8 3
9.5 0,5 0,48 0,46 0,44
12,5 0,59 0,57 0,55 0,53
19 0,66 0,64 0,62 0,6
25 0,71 0,69 0,67 0,65
37.5 0,75 0,73 0,71 0,69
50 0,78 0,76 0,74 0,72
75 0,82 0,8 0,78 0,76
150 0,87 0,85 0,83 0,81
Tentukan volume agregat kasar yang diperlukan dari tabel 5. Faktor koreksi tidak diperlukan karena slump yang dipilih 75 mm. Tentukan juga berat agregat kasar yang diperlukan.
Volume agregat kasar/volume beton= 0,6648 𝒎𝟑 Berat agregat kasar diperlukan = 0,6648 x 1530 kg/m3 = 1017.165 kg per 𝒎𝟑 beton
Tentukanproporsi volume unsuruntuksetiap 1 m3beton
(i) 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑒𝑚𝑒𝑛 = 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑒𝑚𝑒𝑛 𝑆𝐺 𝑠𝑒𝑚𝑒𝑛 𝑥 𝜌 𝑎𝑖𝑟
Didapatkanvolume semen = 0,133 m3
𝑖𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑖𝑟 = 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑖𝑟
𝜌 𝑎𝑖𝑟
Didapatkanvolume air = 0,202 m3
𝑖𝑖𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑡 𝑘𝑎𝑠𝑎𝑟 = 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑡 𝑘𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑑𝑖𝑝𝑒𝑟𝑙𝑢𝑘𝑎𝑛 𝑆𝐺 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑡 𝑥 𝜌 𝑎𝑖𝑟
Didapatkanvolume agregatkasar = 0,432 m3
𝑖𝑣 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = %𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑒𝑟𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎𝑝 𝑥 1 𝑚3
Didapatkanvolume udara = 0,02 m3
𝑣 𝑉agregat halus = 1 − (𝑉semen+ 𝑉air + 𝑉agregat kasar + 𝑉udara) m3
Didapatkanvolume agregathalus = 0,213 m3
Dengannilai SG agregathalus = 2,525 makaberatagregathalus yang diperlukanadalah:
𝑣𝑖 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑡 𝐻𝑎𝑙𝑢𝑠 𝑃𝑒𝑟𝑙𝑢 = 𝑉 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑡 ℎ𝑎𝑙𝑢𝑠 𝑥 𝑆𝐺 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑡 ℎ𝑎𝑙𝑢𝑠 𝑥 𝜌 𝑎𝑖𝑟
Didapatkanberatagregathalusperlu = 537,825 kg tiap 1 m3beton
Berat masing masing bahan bagi setiap m3 beton adalah:
Semen = 418,37 kg = 10,46 zak (1 zak = 40 kg) Air = 202 kg
Agregat Halus = 537,825 kg Agregat Kasar = 1017,165 kg
Pada umumnya, agregat di lapangan tidak dalam kondisi SSD sehingga dilakukan koreksi kadar air
Koreksi Agregat
1. Tambahan Air = M 𝑥 𝑎𝑘−𝑚𝑘
1−𝑚𝑘
2. Tambahan Agregat = M 𝑥 𝑚𝑘−𝑎𝑘 Dimana, 1−𝑚𝑘
M = jumlah agregat kasar/halus
ak = Penyerapan air agregat kasar/halus mk = Kadar air asli agregat kasar/halus Koreksi Agregat Kasar
1. Tambahan Air = 18,336 𝑘𝑔
2. Tambahan Agregat = −18,336 𝑘𝑔 Koreksi Agregat Halus
1. Tambahan Air = 15,064 𝑘𝑔
2. Tambahan Agregat = −15,064 𝑘𝑔
Berat bahan untuk tiap 1 m3 beton setelah adanya koreksi kadar air :
Semen = 418,37 kg
Air = 202 kg + 18,336 kg +15,064 kg = 235,4 kg
Agregat Halus = 537,825 kg – 15,064 kg = 522,761 kg Agregat Kasar = 1017,165 kg – 18,336 kg = 998,829 kg
Betonuntuk trial mix yang digunakan adalah 6
buahbetonberbentuksilinderdenganukuran diameter alas 15 cm dan tinggi 30 cm, sehingga volume total betonadalahsebagaiberikut:
Volume beton total = 6 𝑥 1
4 𝜋𝑑2𝑥 ℎ = 6 𝑥 1
4 𝜋 0,152 𝑥 0,30 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟏𝟖 m3
Dari data volume beton yang akan dibuat, dapat kita ketahui banyaknya masing masing bahan campuran untuk volume beton yang dituju Ditambahkan pula safety factor sebesar 15 %.
Semen = 418,37 kg x 0,0318 x 1,15 =15,30 kg Air = 235,4 kg x 0,0318 x 1,15 = 8,61 kg
Agg Halus = 522,761 kg x 0,0318 x 1,15 = 19,12 kg Agg Kasar = 998,829 kg x 0,0318 x 1,15 = 36,53 kg
Beton dipersyaratkan untuk perkerasan Jalan akan diuji di lab dengan kondisi kurang baik pada lokasi yang tidak akan terpapar cuaca
terlalu buruk atau serangan sulfat. Syarat kekuatan tekan rata-rata pada umur 28 hari sebesar 30 MPa denga slump 50.
Kebutuhan 3 benda uji berbentuk silinder dengan 10% safety factor
Semen yang digunakan tanpa tambahan udara dengan berat jenis 3.15 kg/m3 .
Hasil Uji agregat menhasilkan data sebagai berikut:
Agregat Kasar Agregat Halus
Ukuran Maks 23 mm -
Berat volume 1400 kg/m3 1600 kg/m3 Specific Gravity 2,121 2,545
Kadar Air Asli 4% 3%
Penyerapan Air 2% 1.5%
Modulus Kehalusan - 2.1
Jenis Struktur Perkerasan Jalan
Slump 50mm
Agregat Maks 23mm
fc' 30Mpa
k 1.64
S 3
fm 34.92MPa
Jumlah Air 182.67kg/m3
Udara Terperangkap 1. 67%
w/c 0.47112
Jumlah Semen 387.728kg/m3
Volume Agregat Kasar 0.723m3
V Agg Kasar Koreksi 0.767m3
Jumlah Agg Kasar 1073.427kg/m3
Volume dan Berat Per m3 Beton
V Semen 0.1231m3
V Air 0.1827m3
V Agg Kasar 0.5061m3
V Udara 0.0167m3
V Agg Halus 0.1715m3
Jumlah Agg Halus 436.4258kg/m3 Jumlah Agg Kasar 1073.4267kg/m3
Jumlah Semen 387.7285kg/m3
Jumlah Air 182.6667kg/m3
Koreksi Agg Kasar
Tambahan Air -22.36kg
Tambahan Agg Kasar 22.36kg
Koreksi Agg Halus
Tambahan Air -6.75kg
Tambahan Agg Halus 6.75kg
Berat Terkoreksi
Jumlah Agg Halus 443.17kg/m3
Jumlah Agg Kasar 1095.79kg/m3
Jumlah Semen 387.73kg/m3
Jumlah Air 153.55kg/m3
Kebutuhan 3 Benda Uji
Jumlah Agg Halus 7.048kg/m3
Jumlah Agg Kasar 1095.790kg/m3
Jumlah Semen 387.729kg/m3
Jumlah Air 153.555kg/m3
Rencanakan pembuatan campuran suatu balok untuk bagian struktur yang tidak terpapar sulfat. Pertimbangan struktur meminta syarat kekuatan tekan umur 28 hari yaitu 20 MPa. Ukuran agregat maksimum yang tersedia yaitu 13 mm dengan berat kering oven agregat kasar yaitu 1510 kg/m3. Berat jenis semen 3,15
Agregat Halus Agregat Kasar
Modulus Kehalusan 2,75 -
Berat jenis SSD 2,45 2,52
Kadar air total (%) 5,5 3
Kadar air asli (%) 0,6 0,4
