bab 2 tinjauan pustaka dan landasan teori · portland, air, dan agregat dengan atau tanpa bahan...

26
6 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Beton adalah bahan yang diperoleh dengan cara mencampurkan semen portland, air, dan agregat dengan atau tanpa bahan campuran tambahan yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia tambahan, serat sampai bahan buangan non kimia pada perbandingan tertentu (Tjokrodimuljo, 1996). Bahan tambah adalah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, dan agregat), yang ditambahakan pada adukan beton, sebelum atau selama pengadukan beton. Tujuannya adalah mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam keadaan segar atau setelah mengeras, misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer adukan, menambah kuat tekan, menambah daktilitas, mengurangi sifat getas, mengurangi retak-retak pengerasan dan sebagainya (Tjokrodimuljo, 1996). Pada penelitian yang dilakukan oleh Yanita Nurul Chotimah (2014) untuk Struktur beton bertulang merupakan salah satu struktur yang sangat diandalkan kekuatannya saat ini dan banyak dimanfaatkan pada pembangunan gedung-gedung tinggi, tower, jalan beton dan bangunan air. Struktur demikian membutuhkan beton mutu tinggi dengan kuat tekan lebih besar dari 6000 Psi atau 41,4 MPa. Dengan demikian perlu adanya peningkatan mutu beton dengan langkah menambahkan serat bendrat pada beton segar yang bertujuan meningkatkan kuat tekan beton.

Upload: vocong

Post on 03-Mar-2019

246 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

6

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Beton adalah bahan yang diperoleh dengan cara mencampurkan semen

portland, air, dan agregat dengan atau tanpa bahan campuran tambahan

yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia tambahan, serat sampai

bahan buangan non kimia pada perbandingan tertentu (Tjokrodimuljo,

1996).

Bahan tambah adalah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, dan

agregat), yang ditambahakan pada adukan beton, sebelum atau selama

pengadukan beton. Tujuannya adalah mengubah satu atau lebih sifat-sifat

beton sewaktu masih dalam keadaan segar atau setelah mengeras,

misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer adukan, menambah

kuat tekan, menambah daktilitas, mengurangi sifat getas, mengurangi

retak-retak pengerasan dan sebagainya (Tjokrodimuljo, 1996).

Pada penelitian yang dilakukan oleh Yanita Nurul Chotimah (2014) untuk

Struktur beton bertulang merupakan salah satu struktur yang sangat

diandalkan kekuatannya saat ini dan banyak dimanfaatkan pada

pembangunan gedung-gedung tinggi, tower, jalan beton dan bangunan

air. Struktur demikian membutuhkan beton mutu tinggi dengan kuat

tekan lebih besar dari 6000 Psi atau 41,4 MPa. Dengan demikian perlu

adanya peningkatan mutu beton dengan langkah menambahkan serat

bendrat pada beton segar yang bertujuan meningkatkan kuat tekan beton.

7

Pada penelitian yang dilakukan oleh A. Pujianto (2010) untuk

penambahan Abu sekam padi pada beton yaitu semakin besar kadar Abu

sekam padi semakin menurun nilai slumpnya. Hal tersebut diakibatkan

karena Abu sekam padi lebih banyak menyerap air jika dibandingkan

dengan semen, sehingga adukan menjadi lebih kering yang kemudian

mempengaruhi nilai slump beton segar menjadi semakin rendah sesuai

dengan kadar Abu sekam padi yang ditambahkan.

Pada penelitian yang dilakukan oleh Pricillia Mindrasari, Persentase

bahan tambah abu sekam padi yang digunakan adalah 0%; 5%; 10 %; 15%;

dan 20%. Setiap variasi benda uji masing-masing direndam dalam air laut

bergerak dan air tawar diam sebagai indikasi abrasi dari gelombang zat

cair. Pengujian dilakukan setelah benda uji berumur 28 hari. Pada analisis

pengujian X-ray fluorescence (XRF) abu sekam padi,diperoleh kandungan

terbesar yaitu SiO2 yaitu sebesar 82,59%, yang mana menunjukan bahwa

kandungan silica yang ada pada abu sekam padi sangatlah besar. Dan hal

ini bisa meningkatkan mutu kuat tekan beton. Hasil pengujian

menunjukkan bahwa penambahan bahan tambah abu sekam padi pada

beton mutu tinggi mempengaruhi nilai kuat tarik belah dan modulus of

rupture dimana akan meningkat hingga kadar 15% dari berat semen dan

menurun pada kadar 20% dari berat semen

Menurut ACI Comitee 544 (1984) beton bertulang serat, fiber reinforced

concrete, adalah bahan komposit yang dibuat dari bahan semen hidrolis,

agregat halus atau campuran agregat kasar ditambah dengan sejumlah

serat yang disebarkan secara acak. Hasil dari percobaan menunjukkan

bahwa serat yang disebar secara acak mempunyai tahanan lentur dan

kuat tarik yang lebih besar bila dibandingkan dengan serat yang disebar

seacara teratur dengan peningkatan kuat tarik sebesar 20% ( Giaccio dkk,

1986). Ide dasar penambahan serat adalah beton diberi tulangan serat baja

yang ditambahkan pada beton saat membuat adukan dimana serat

8

dimasukkan dengan cara ditaburkan, dengan adanya serat baja yang

tertanam dalam beton tersebut dapat mencegah terjadinya retakan-

retakan beton didaerah tarik yang terlalu awal akibat pembebanan

(Soroshian & Bayasi, 1987). Dewasa ini jenis serat yang sering dipakai di

luar negeri adalah serat baja atau steel fiber yang mempunyai diameter

antara 0,45 mm sampai 0,1 mm dan dengan panjang serat yang beragam

antara 12,70 mm sampai 63,50 mm, mempunyai bentuk geometri yang

beraneka ragam untuk meningkatkan tahanan tarik. Disamping itu jumlah

serat yang ditambahkan dalam adukan berkisar antara 0,25% fraksi

volume (20 kg/m3) sampai dengan 2% fraksi volume atau 157 kg/m3.

Beberapa jenis serat telah banyak diteliti oleh banyak peneliti dan

digunakan baik di dalam maupun di luar negeri. Hasil positif dari

penggunaan serat melandasi pemikiran bagaimana aplikasi yang praktis

dan ekonomis. Salah satu ide yang ingin dikembangkan dalam penelitian

ini adalah bagaimana kontribusi serat dalam material beton mutu tinggi

metode American Concrete Institute (ACI) berserat bendrat.

Keausan beton didefinisikan kemampuan beton khususnya bagian

permukaan untuk menahan gaya atau beban yang melewatinya dapat

berupa gesekan maupun aliran.

2.2. Landasan Teori

2.2.1. Pengertian Beton

Beton diperoleh dengan cara mencampurkan semen, air, dan agregat

dengan atau tanpa bahan tambahan (admixture) tertentu. Material

pembentuk beton tersebut dicampur merata dengan komposisi tertentu

menghasilkan suatu campuran yang homogen sehingga dapat dituang

dalam cetakan untuk dibentuk sesuai keinginan. Campuran tersebut bila

dibiarkan akan mengalami pengerasan sebagai akibat reaksi kimia antara

9

semen dan air yang berlangsung selama jangka waktu panjang atau

dengan kata lain campuran beton akan bertambah keras sejalan dengan

umurnya. (Istimawan Dipohusodo, 1994)

2.2.2. Beton Mutu Tinggi

Beton mutu tinggi merupakan beton yang mempunyai sifat khusus yang

berbeda dengan beton biasa, seperti tingkat susut (shrinkage) rendah,

permeabilitas rendah modulus elastisitas tinggi dan kuat tekan tinggi.

Beton mutu tinggi umumnya memiliki faktor air semen yang rendah (fas)

dengan rentang 0,2-0,45. Semakin rendah fas maka porositas beton juga

cenderung semakin rendah.

Kriteria beton mutu tinggi selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat

mutu yang berhasil dicapai. Tahun 1950-an beton dengan kuat tekan 30

MPa sudah dikategorikan sebagai beton mutu tinggi. Tahun 1960-an

hingga awal 1970-an, kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini,

disebut mutu tinggi untuk kuat tekan di atas 50 MPa-80 MPa (Supartono,

1998).

Sementara itu, beton mutu tinggi (high strength concrete) yang tercantum

dalam SNI 03-6468-2000 (Pd T-18-1999-03) didefinisikan sebagai beton

yang mempunyai kuat tekan yang disyaratkan lebih besar sama dengan

41,4 MPa. Upaya untuk mendapatkan beton mutu tinggi yaitu dengan

meningkatkan mutu material pembentuknya misalnya kekerasan agregat

dan kehalusan butir semen. Selain itu, pencampuran beton mutu tinggi

perlu di tambahkan admixture seperti superplasticizer dengan dosis dan

jumlah yang tepat agar workability beton tetap tinggi. Selain itu

penambahan material berukuran lebih kecil dari semen, seperti silica fume

berfungsi mengurangi rongga di dalam beton dapat dikurangi sehingga

beton menjadi lebih padat. Ketika terjadi peningkatan kepadatan,

10

porositas dalam beton berkurang dan menyebabkan beton lebih kedap

terhadap air dan material perusak lainnya sehingga beton menjadi lebih

tahan lama.

Menurut American Concrete Institude (ACI) Committee, Beton Mutu Tinggi

adalah beton yang memenuhi kombinasi kinerja khusus dengan sesuai

dengan yang diinginkan yang tidak ditemui secara rutin pada beton

konvensional, diantaranya:

a. Mudah pengerjaanya

b. Mudah di bentuk

c. Kedap dan padat

d. Durable terhadap lingkungan, kekerasan yang memadai

e. Umur layan lebih lama (sekitar 75 tahun atau lebih)

f. panas hidrasi yang rendah

g. Stabilitas volume yang memadai (minimum shrinkage atau ekpansi

termal)

h. Kemampuan mengalir (flowability) dan self-leveling yang memadai

Perbedaan perancangan beton mutu tinggi dengan beton normal adalah

bagaimana mencari susunan gradasi ukuran butir yang dapat mengisi

ruang kosong pada matrix semen. Sedangkan pada beton mutu tinggi

dengan filler nanomaterial ukuran butir yang digunakan dalam rentang

nanometer yang disingkat nm. Dengan pemilihan degradasi yang tepat,

akan diperoleh kepadatan persatuan volum (packing density).

Menurut Nawy (1996) beton mutu tinggi didefinisikan sebagai beton

dengan kuat tekan yang lebih besar dari 6000 psi atau 42 MPa pada umur

28 hari, dapat dilihat pada Tabel 2.1.

11

Tabel 2.1. Klasifikasi High Strength Concrete, High Performance Concrete

Parameter High Strength Very High Ultra High

Strength Strength

Kuat Tekan

(Strength), 6000-14500 14500-21750

>21750 (150)

psi (Mpa) (42-100) (100-150)

W/(C+P) ratio 0.45-0.30 0.30-0.24 <0.24

Bahan Tambah

Kimiaa WRA/HR WR HR WR HR WR

Bahan Tambah

Mineral

Abu sekam padi atau

silica fumeb silica fumeb Dikombinasikan

dengan silica fume

Koefisien

Permeabilitas c10-11 10-12 <10-14

(cm/sec)

Freeze-thaw

protection

No freezeable

Water

(Sumber : Edward G Nawy, 1996)

Keterangan :

WRA : Water Reducer Agent

aHRWR : High Range Water Reducer (Superplasticizer)

bDapat juga dicampur dengan Abu sekam padi

Koefisien permeabilitas untuk beton normal adalah ≈10-10

Manfaat beton mutu tinggi di bidang teknik sipil :

a. Menghasilkan beton dengan ketahanan tinggi (high durability)

b. Menghasilkan beton dengan kuat tekan awal yang tinggi dan

mempercepat pelaksanaan konstruksi

c. Meningkatkan nilai modulus elastisitas dan mengurangi efek rangkak

(creep)

12

d. Memungkinkan pembangunan konstruksi bangunan tingkat tinggi

(high rise contruction)

e. Memperkecil dimensi kolom, sehingga penggunaan ruang lantai lebih

efisien

Adapun kelemahan pengunaan beton mutu tinggi adalah :

a. Meningkatkan biaya beton per unit volume

b. Memerlukan kontrol kualitas terhadap mutu beton dan kebutuhan

produksi

c. Workability kurang baik dan sering kali menurun dengan cepat setelah

waktu pencampuran

d. Menghasilkan panas hidrasi tinggi sehingga perlu menurunkan

hidrasi semennya

(Sumber : L. J. Parrot, 1988)

Contoh aplikasi beton mutu tinggi adalah:

a. Bangunan yang memerlukan masa layan pada umur awal (kekerasan

awal)

b. Bangunan-bangunan tinggi dengan reduksi ukuran kolom dan

meningkatkan luasan yang tersedia.

c. Struktur bagian atas dari jembatan-jembatan bentang panjang dan

untuk mengembangkan durabilitas lantai-lantai jembatan.

d. Untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan khusus dari aplikasi-aplikasi

tertentu seperti durabilitas, modulus elastisitas dan kekuatan lentur.

Beberapa dari aplikasi ini termasuk dam, atap-atap tribun, pondasi-

pondasi pelabuhan, garasi-garasi parkir, dan lantai-lantai heavy duty

pada area industri.

13

2.2.3. Material Dasar Pembentuk Beton

Material dasar pembentuk beton terdiri atas semen, agregat, air, dan

bahan tambah bila diperlukan (SKSNI T 15-1990-03). Perbandingan

tersebut mengacu pada standar American concrete Institute (ACI), atau Road

Note No.4 yang diperbarui dengan The British Mix Design Method atau yang

lebih dikenal dengan Department Of Environment (DOE), atau campuran

coba-coba (Tjokrodimuljo, 1996). Kajian mengenai material dasar

pembentuk beton akan disajikan sebagai berikut:

2.2.3.1. Semen Portland

Semen berfungsi untuk merekatkan butir-butir agregat agar terjadi suatu

massa yang padat dan juga mengisi rongga-rongga diantara butiran-

butiran agregat. Salah satu jenis semen yang biasa dipakai dalam

pembuatan beton ialah semen portland. Bahan dasar pembentuk semen

portland terdiri dari kapur, silika, alumina dan oksida besi. Oksida

tersebut bereaksi membentuk suatu produk akibat peleburan. Unsur-

unsur pembentuk semen dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.2 Susunan Unsur Semen Portland

Oksida Persen (%)

Kapur (CaO)

Silika (SiO2)

Alumina (Al2O3)

Besi (Fe2O3)

Magnesium (MgO)

Sulfur (SO3)

Soda/potash (Na2O+K2O)

60 - 65

17 - 25

3 - 8

0,5 - 6

0,5 - 4

1 - 2

0,5 - 1

Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo (1996)

14

Pada umumnya semen portland diklasifikasikan menjadi 5 jenis, seperti

yang tercantum pada Tabel 2.2.

Tabel 2.3 Jenis-jenis Semen Portland

Jenis

Semen

Karakteristik Umum

Jenis I Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak

memerlukan persyaratan khusus.

Jenis II Semen Portland yang penggunaannya memerlukan

ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.

Jenis III Semen Portland yang penggunaannya memerlukan

persyaratan kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan.

Jenis IV Semen Portland yang penggunaannya menuntut panas

hidrasi rendah.

Jenis V Semen Portland yang penggunaannya menuntut

persyaratan sangat tahan terhadap sulfat.

Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo (1996 : 11)

Dalam pedoman beton 1989 disyaratkan dalam pembuatan beton harus

memenuhi syarat-syarat SNI 0013-18 “Mutu dan Cara Uji Semen”. Dalam

penelitian ini digunakan semen jenis PC yang digunakan untuk tujuan

umum.

2.2.3.2. Agregat

Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan

pengisi dalam campuran mortar atau beton. Kira-kira 70 % volume

mortar atau beton diisi oleh agregat. Agregat sangat berpengaruh

terhadap sifat-sifat mortar atau beton, sehingga pemilihan agregat

merupakan suatu bagian penting dalam pembuatan mortar atau beton

(Tjokrodimuljo,1996).

15

Penggunaan agregat bertujuan untuk memberi bentuk pada beton,

memberi kekerasan yang dapat menahan beban, goresan dan cuaca,

mengontrol workability,serta agar lebih ekonomis karena menghemat

pemakaian semen.

Agregat yang dipakai campuran beton dibedakan menjadi dua jenis

yaitu agregat halus dan agregat kasar.

a. Agregat Halus

Menurut Tjokrodimuljo (1996), agregat halus adalah agregat yang

berbutir kecil (antara 0,15 mm dan 5 mm). Dalam penelitian agregat

halus harus benar-benar memenuhi persyaratan yang telah ditentukan.

Karena sangat berpengaruh pada pengerjaan (workability), kekuatan

(strength), dan tingkat keawetan (durability) dari beton yang dihasilkan.

Pasir sebagai pembentuk mortar bersama semen dan air, berfungsi

mengikat agregat menjadi satu kesatuan yang kuat dan padat.

Untuk memperoleh hasil beton yang seragam, mutu pasir harus

dikendalikan. Oleh karena itu pasir sebagai agregat halus harus

memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan.

Tabel 2.4. Batasan Susunan Butiran Agregat Halus

Ukuran Saringan

(mm)

Persentase Lolos Saringan

Daerah 1 Daerah 2 Daerah 3 Daerah 4

9,50 100 100 100 100

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

0,85 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 Sumber : Tjokrodimuljo (1996)

16

Keterangan :

Daerah 1 : Pasir kasar

Daerah 2 : Pasir agak kasar

Daerah 3 : Pasir agak halus

Daerah 4 : Pasir halus

b. Agregat Kasar

Agregat kasar adalah agregat yang ukuran butirannya lebih dari 5

mm (PBI 1971). Agregat kasar untuk beton dapat berupa kerikil atau

batu pecah. Kerikil adalah bahan yang terjadi sebagai hasil

desintegrasi alami sedangkan batu pecah adalah bahan yang

diperoleh dari batu yang digiling (dipecah) menjadi pecahan-

pecahan berukuran 5-70 mm.

Tabel 2.5. Batasan Susunan Butiran Agregat Kasar

UkuranSaringan

(mm)

Persentase Lolos Saringan (%)

40 mm 20 mm

40 95 – 100 100

20 30 – 70 95 – 100

10 10 – 35 25 –55

4,8 0 – 5 0 – 10

Sumber : Tjokrodimuljo (1996)

2.2.3.3. Abu Sekam Padi

Penggilingan padi selalu menghasilkan kulit gabah yang cukup banyak

yang akan menjadi material sisa. Ketika bulir padi digiling, 78% dari

beratnya akan menjadi beras dan akan menghasilkan 22% berat kulit

gabah. Kulit gabah ini dapat digunakan sebagai bahan bakar dala proses

produksi. Kulit gabah terdiri dari 75% bahan mudah terbakar dan 25%

berat akan berubah menjadi abu. Abu ini dikenal dengan Rice Husk Ask

17

(RHA) yang mempunyai kandungan silika reaktif (amorphous silica)

sekitar 85-90%.Jadi dari setiap 1000 kg padi yang digiling akan dihasilkan

220 kg (22%0 kulit gabah. Bila kulit gabah itu dibakar pada tungku

pembakaran maka akan mengkasilkan sekitar 55 kg (25%RHA).Untuk

membuat abu kulit gabah menjadi silika reaktif yang dapat digunakan

sebagai material pozolan dalan beton maka diperlukan kontrol

pembakaran yang baik.Temperatur tungku pembakaran tidak melebihi

800ºC sehingga dapat dihasilkan RHA yang terdiri dari silika yang tidak

terkristalisasi. Jika kulit gabah ini terbakar pada suhu lebih dari 850ºC

maka akan mengkasilkan abu yang sudah terkristalisasi menjadi arang

dan tidak reaktif lagi sehingga tidak memiliki sifat pozzolan.(Paul Nugroho

Antoni Buku Tehnologi Beton)

Sekam padi dioven pada suhu antara 600ºC – 700ºC di laboratorium

Transportasi Politeknik Negeri Sriwijaya sehingga menghasilkan Abu.

Dari hasil pengujian abu sekam padi di laboratorium Dinas

Pertambangan dan Energi Palembang didapat hasil Kandungan

senyawa kimia yang terdapat didalam abu sekam padi adalah :

Tabel 2.6 Susunan Unsur Abu Sekam Padi

Oksida Persen (%)

SiO 2 89,64 %

Fe 2 O 3 0,06 %

Al 2 O 3 0,73 %

CaO 3,56 %

Sumber : Dharma Putra,(2006)

Dilihat dari kandungan senyawa diatas, maka abu sekam padi dapat

digunakan sebagai pozzollan karena mengandung SiO 2 + Fe 2 O 3 + Al 2

O 3 lebih dari 70 % sesuai dengan mutu pozzollan yang disyaratkan (

Dharma Putra, 2006 )

18

2.2.3.4. Air

Dalam pelaksanaan suatu proyek, air adalah bahan yang sangat penting

dan vital yang berfungsi antara lain:

a. Pembuatan adukan beton.

b. Pembuatan adukan untuk spesi.

c. Perawatan beton dan kegiatan penunjang lainnya.

Air diperlukan pada pembuatan beton agar terjadi reaksi kimiawi dengan

semen yang menyebabkan pengikatan dan berlangsungnya pengerasan,

untuk membasahi agregat dan untuk melumas butir-butir agregat agar

dapat mudah dikerjakan dan dipadatkan. Untuk bereaksi dengan semen,

air yang diperlukan hanya sekitar 25% dari berat semen, namun dalam

kenyataannya nilai faktor air semen yang dipakai sulit kurang dari 0,45.

Karena beton yang mempunyai proporsi air sangat kecil menjadi kering

dan sukar dipadatkan. Oleh sebab itu, dibutuhkan tambahan air untuk

menjadi pelumas campuran agar mudah dikerjakan dan karena seluruh

bagian air menguap ketika beton mengering dengan meninggalkan

rongga-rongga, maka penting dalam hal ini untuk menjaga agar air yang

digunakan seminimal mungkin.

Air yang digunakan harus memenuh syarat-syarat air untuk pengerjaan

beton. Menurut SNI 03-2847-2002 syarat-syarat air yang boleh digunakan

antara lain:

a. Tidak boleh mengandung minyak, asam, alkali, garam-garam, dan

bahan-bahan kimia (asam alkali), bahan organik yang dapat merusak

beton atau baja tulangan.

b. Sebaiknya dipakai air bersih yang dapat diminum.

19

c. Air yang dapat dipakai sebaiknya diuji dulu sehingga dapat diketahui

jenis dan kadar mineral yang terkandung didalamnya.

2.2.3. Beton Metode ACI

Metode American Concrete Institute (ACI) mensyaratkan suatu campuran

perancangan beton dengan mempertimbangkan sisi ekonomisnya dengan

memperhatikan ketersediaan bahan-bahan di lapangan, kemudahan

pekerjaan, serta keawetan kekuatan dan pekerjaan beton.

Dalam metode American Concrete Institute (ACI) kuat tekan rata-rata

yang ditargetkan (f’cr) untuk proporsi campuran berdasarkan campuran

coba di laboratorium di ambil persamaan : f'cr = ( f'c + 9,66 )/ 0,9

Dengan ketetentuan kekuatan tekan rata-rata beton pada umur 28 hari

yang didasarkan atas benda uji silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi

30 cm. f’cr adalah kuat tekan rata-rata yang ditargetkan (MPa) dan f’c

adalah kuat tekan rata-rata yang disyaratkan (MPa)

2.2.4 Beton Serat

ACI (American Concrete Institute) memberikan definisi untukbeton serat,

sebagai suatu konstruksi yang tersusun dari bahan semen,agregat halus

dan kasar serta sejumlah kecil serat. Menurut Tjokrodimuljo (1996), beton

serat ialah bahan komposit yang terdiri dari beton biasa dan bahan lain

yang berupa serat. Serat dalam beton ini berguna untuk mencegah adanya

retak-retak sehingga menjadikan beton serat lebih daktail daripada beton

biasa.

20

Beberapa sifat-sifat beton dapat diperbaiki dengan penambahan serat, di

antarannya adalah meningkatnya daktilitas, ketahanan, kuat tarik dan

lentur, ketahanan terhadap kelelahan, ketahanan terhadap pengaruh

susutan, ketahanan terhadap abrasi, ketahanan terhadap pecahan atau

fragmentasi, ketahanan terhadap pengelupasan.

Beton serat didefinisikan sebagai beton yang dibuat dari campuran semen,

agregat, air dan sejumlah serat yang disebar secara acak seperti terlihat

pada Gambar 2.1. Hasil dari percobaan menunjukkkan bahwa serat yang

disebar secara acak mempunyai tahanan lentur dan kuat tarik yang lebih

besar bila dibandingkan dengan serat yang disebar seacara teratur dengan

peningkatan kuat tarik sebesar 20% ( Giaccio dkk, 1986). Ide dasar

penambahan serat adalah beton diberi tulangan serat baja yang

ditambahkan pada beton saat membuat adukan dimana serat dimasukkan

dengan cara ditaburkan, dengan adanya serat baja yang tertanam dalam

beton tersebut dapat mencegah terjadinya retakan-retakan beton didaerah

tarik yang terlalu awal akibat pembebanan (Soroshian & Bayasi, 1987).

Dewasa ini jenis serat yang sering dipakai di luar negeri adalah serat baja

atau steel fiber yang mempunyai diameter antara 0,45 mm sampai 0,1 mm

dan dengan panjang serat yang beragam antara 12,70 mm sampai 63,50

mm, mempunyai bentuk geometri yang beraneka ragam untuk

meningkatkan tahanan tarik. Disamping itu jumlah serat yang

ditambahkan dalam adukan berkisar antara 0,25% fraksi volume (20

kg/m3) sampai dengan 2% fraksi volume atau 157 kg/m3. Penyebaran

serat dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Serat tersebar merata dalam beton

21

Teori penulangan dalam mekanika retak berdasarkan pada kekuatan dari

serat mencakup:

a. Menitik beratkan lekatan dan penjangkaran

b. Memerlukan serat yang kuat dan kaku

c. Retak sepanjang serat

d. Banyaknya kerusakan matrik beton

2.2.5. Pengertian Serat

Serat merupakan bahan tambah yang dapat digunakan untuk

memperbaiki sifat atau kekuatan beton (Tjkrodimuljo1992). Serat memiliki

peranan yang penting dalam komposit karena menentukan kinerja

komposit secara keseluruhan (Balaguru dan Shah, 1992). Kinerja antar

muka (Interface) antara serat dan matrik sangat ditentukan oleh kinerja

serat, karena istilah lain untuk mempresentasikan antar muka adalah zona

transisi antar muka, ZTA (Interfacial Transition Zona) (Bentur, et. al, 1996).

Perkembangan serat dimulai pada tahun 1960-an, dengan diterapkannya

aplikasi serat anorganik sebagai tambahan pada beton, yaitu serat baja

lurus (Balaguru dan Shah, 1992). Sejak tahun1970-an, serat polimer sintetis

mulai digunakan secara komersial dengan tujuan antara lain sebagai

kontrol retak awal. Inovasi ini diikuti aplikasi serat kaca yang tahan

terhadap alkali, pada tahun 1980-an sampai dengan tahun 1990-an serat

karbon mulai digunakan karena memiliki kuat tarik dan modulus

elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan serat polimer sintetis (Balaguru

dan Shah, 1992)

Ada beberapa jenis serat yang sudah dikenal saat ini, antara lain:

1. Naturally occuring fibers atau serat alami yang berasal dari alam, seperti

serat tebu, serat kelapa, dan serat kayu.

22

2. Steel fibers atau serat baja, seperti kawat bendrat, seng, galvalum.

3. Fiberglass atau serat kaca

4. Polimeric fiber atau serat polimer, yakni serat yang berasal dari serat

sintetis. Serat polimer terdiri dari polypropylene, polyethylene, polyester,

nylon, carbon, dan acrylic.

2.2.6. Beton Mutu Tinggi Metode ACI dengan penambahan serat

bendrat

Beton mutu tinggi metode ACI dengan penambahan serat tembaga, bahan

betonnya mudah didapat di Pulau Jawa ini karena banyak terdapat

gunung vulkanik, sedangan tembaga yang merupakan kawat tembaga

dapat dibeli dalam bentuk kawat ataupun yang didapat berasal dari

limbah kabel yang berasal dari tembaga. Beton mutu tinggi metode ACI

berserat tembaga ini bisa dibuat rancang campur σk = 60 Mpa kira-kira

menjadi f’c = 50 Mpa. Pada beton mutu tinggi menurut Dobrowalski

(1998) kuat tekan mutu tinggi lebih besar dari 41,4 Mpa.

Dengan demikian beton mutu tinggi metode ACI berserat tembaga

diharapkan kuat tekannya menjadi bertambah. Kekuatan tekan pada

beton konvensional berkisar antara 17,5 - 40 Mpa sedangkan beton mutu

tinggi dapat direncanakan kuat tekan > 41,4 Mpa.

2.2.7. Sifat Struktural Beton Serat

Peningkatan sifat struktural yang diperlihatkan oleh beton serat

dipengaruhi oleh:

a. Orientasi penyebaran

Fibre dispersionatau teknik pencampuranadukan agar serat yang

ditambahkan dapat tersebar merata dengan orientasi random dalam

23

beton. Arah penyebaran serat yang random dan terdistribusi secara

merata dan baik akan menyebabkan peningkatan sifat struktural yang

optimal. Untuk mencapai hal ini, faktor yang perlu diperhatikan

adalah metode penyebaran dan pencampuran serat ke dalam adukan

beton, konsentrasi, dan aspek ratio serat.

b. Lekatan pada alur retakan

Ukuran serat yang pendek dan tidak menerus memungkinkan

terjadinya alur retak tidak melewati serat sehingga lekatan antara serat

dan partikel penyusun beton dalam komposit tidak optimal. Apabila

lekatan serat yang terjadi pada massa beton lebih kecil daripada kuat

tarik serat maka kekuatan beton serat akan ditentukan oleh kuat lekat

serat (bond strength).

c. Panjang tertanam serat yang tidak teratur (random)

Gaya aksial yang diakibatkan oleh tegangan lekat serat pada pasta

semen merupakan fungsi dari panjang tertanam minimum serat pada

bidang retak. Panjang tertanam serat ini juga tidak teratur.

2.2.8. Konsep Beton Serat

Pemakaian beton serat ada dua istilah yang sering digunakan untuk

memudahkan perencanaan dan pengenalan kuantitas dan kualitas yang

dihasilkan oleh penambahan serat, yaitu:

a. Fiber Volume (Vf)

Fiber Volume adalah prosentase volume serat (fiber) yang ditambahkan

pada setiap volume beton. Dalam kenyataan, prosentase yang

digunakan adalah berat seratnya yang dapat diketahui dari berat jenis

serat. Umumnya semakin besar fiber volume (Vf) akan meninggikan

kualitas beton. Selain itu Vf juga mempengaruhi workabilitas adukan

beton serat.

24

b. Fiber Aspect Ratio ( dl )

Fiber Aspect Ratio merupakan rasio antara panjang serat (l) dan

diameter serat (d). Rasio perbandingan panjang dan diameter juga

mempengaruhi kekuatan beton serat dan workabilitasnya.

2.2.9. Mekanisme Kerja Serat

Teori yang dipakai sebagai pendekatan untuk menjelaskan mekanisme

kerja serat yaitu:

a. Spacing Concept

Spacing concept dalam teori ini diartikan dengan mendekatkan jarak

antarserat dalam campuran beton sehingga beton akan lebih mampu

membatasi ukuran retak dan mencegah berkembangnya retak menjadi

lebih besar.

b. Composite Material Concept

Composite material concept atau konsep material komposit merupakan

salah satu pendekatan yang cukup populer yang memperkirakan kuat

tarik maupun kuat lentur dari beton serat. Konsep ini dikembangkan

untuk memperkirakan kekuatan material komposit pada saat timbul

retak pertama/first crack strength. Dalam konsep ini diasumsikan

bahwa bahan penyusun saling melekat sempurna, bentuk serat

menerus, dan angka poisson dari material dianggap nol.

Serat yang digunakan dalam beton serat adalah ukuran pendek/short fiber

dan bukan continous fiber, maka perlu dikoreksi berdasarkan

pertimbangan-pertimbangan berikut:

a. Orientasi dari short fiber yang ramdom akan mengurangi efisiensi

penulangan serat terhadap material komposit

b. Lekatan yang tidak sempurna serta ukuran serat yang pendek dapat

menyebabkan adanya alur retakan yang tidak melewati serat

25

c. Distribusi alur retakan yang sembarang menyebabkan alur retak tidak

selalu memotong serat tepat di tengah-tengah

d. Efektifitas beton dapat menahan tarik pada saat timbul retak.

Mekanisme kerja serat dalam adukan beton secara bersama-sama adalah

sebagai berikut:

a. Serat bersama pasta beton akan membentuk matriks komposit, dimana

serat akan menahan beban yang ada sesuai dengan modulus

elastisitasnya.

Gambar 2.2 Serat dalam Beton

b. Pasta beton akan semakin kokoh/stabil dalam menahan beban karena

aksi serat (fiber bridding) yang sangat mengikat di sekelilingnya.

Gambar 2.3 Aksi Serat Bersama Pasta Semen

c. Serat akan melakukan dowel action (aksi pasak) sehingga pasta yang

sudah retak dapat stabil/kokoh menahan beban yang ada.

Gambar 2.4 Aksi Pasak dalam Beton

d

p

d

p

P

26

Pengaruh penambahan serat ke dalam adukan beton tergantung pada hal-

hal berikut:

a) Jenis (ukuran dan bentuk) serat

b) Aspek rasio serat

c) Konsentrasi serat

2.2.10. Kuat Tekan Beton (f’c)

Pengertian kuat tekan beton adalah besarnya beban per satuan luas, yang

menyebabkan benda uji beton hancur bila dibebani dengan gaya tekan

tertentu yang dihasilkan oleh mesin tekan. Kuat tekan beton merupakan

sifat terpenting dalam kualitas beton dibanding dengan sifat-sifat lain.

Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan dari perbandingan

semen, agregat kasar dan halus, airdan berbagai jenis campuran.

Perbandingan dari air semen merupakan faktor utama dalam menentukan

kekuatan beton. Semakin rendah perbandingan air semen, semakin tinggi

kekuatan desaknya. Suatu jumlah tertentu air diperlukan untuk

memberikan aksi kimiawi dalam pengerasan beton, kelebihan air

meningkatkan kemampuan pekerjaan (mudahnya beton untuk dicorkan)

akan tetapi menurunkan kekuatan (Chu Kia Wang dan C. G. Salmon, 1990).

Beton relatif kuat menahan tekan. Keruntuhan beton sebagian disebabkan

karena rusaknya ikatan pasta dan agregat. Besarnya kuat tekan beton

dipengaruhi oleh sejumlah faktor antara lain :

1. Faktor air semen, hubungan faktor air semen dan kuat tekan beton

secara umum adalah bahwa semakin rendah nilai faktor air semen

semakin tinggi kuat tekan betonnya, tetapi kenyataannya pada suatu

nilai faktor air semen tertentu kuat tekan betonnya semakin rendah.

Hal ini karena jika faktor air semen semakin rendah maka beton

27

semakin sulit dipadatkan. Dengan demikian ada suatu nilai faktor air

semen yang optimal yang menghasilkan kuat tekan yang maksimal.

2. Jenis semen dan kualitasnya, mempengaruhi kekuatan rata-rata dan

kuat batas beton.

3. Jenis dan lekuk-lekuk (relief) bidang permukaan agregat. Kenyataan

menunjukkan bahwa pcnggunaan agregat batu pecah akan

menghasilkan betondengan kuat desak maupun kuat tarik yang lebih

besar dari pada kerikil.

4. Efisiensi dari perawatan (curing). Kehilangan kekuatan sampai 40 %

dapat terjadi bila pengeringan terjadi sebelum waktunya. Perawatan

adalah hal yang sangat penting pada pekerjaan dilapangan dan pada

pembuatan benda uji.

5. Suhu, pada umumnya kecepatan pengerasan beton bertambah dengan

bertambahnya suhu. Pada titik beku kuat hancur akan tetap rendah

untuk waktu yang lama.

6. Umur pada keadaan yang normal, kekuatan beton bertambah dengan

bertambahnya umur, tergantung pada jenis semen, misalnya semen

dengan kadar alumina tinggi menghasilkan beton yang kuat

hancurnya pada 24 jam sama dengan semen portland biasa pada 28

hari. Pengerasan berlangsung terus secara lambat sampai beberapa

tahun.

Nilai kuat tekan beton didapat melalui cara pengujian

standar,menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban

bertingkat dengan kecepatan peningkatan tertentu atas benda uji silinder

beton (diameter 15 cm.tinggi 30 cm) sampai hancur. Kuat tekan masing-

masing benda uji ditentukan oleh tegangan tekan tertinggi (f’c) yang

dicapai benda uji umur 28 hari akibat beban tekan selama percobaan.

Nilai kuat tekan beton beragam sesuai dengan umurnya dan biasanya

ditentukan waktu beton mencapai umur 28 hari setelah pengecoran.

28

Umumnya pada umur 7 hari kuat tekan beton mencapai 70 % dan pada

umur 14 hari mencapai 85 % sampai 90 % dari kuat tekan beton umur 28

hari (Himawan Dipohusodo,1994 : 10).Untuk mendapatkan besarnya

tegangan hancur pada benda uji silinder digunakan rumus :

f’c = P/A ...................................................................................................................................................... (2.3)

Dimana:

f’c = Kuat tekan beton benda uji silinder (MPa)

P = Beban desak maksimum (N)

A = Luas permukaan benda uji silinder (mm² )

Pengujian Kuat Tekan beton mutu tinggi dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Alat Uji Kuat Tekan Beton

2.2.11. Permeabilitas dan penetrasi Nilai penetrasi pada beton ditentukan oleh besarnya nilai permeabilitas

beton. Permeabilitas adalah sifat dapat dilewati/dimasuki zat atau gas.

Jadi permeabilitas adalah kemudahan cairan atau gas untuk melewati

beton. Beton yang baik adalah yang relatif tidak bisa dilewati oleh

zat/gas,atau dengan kata lain mempunyai permeabilitas yang rendah.

Menurut (Murdock, 1991), beton tidak bisa kedap air secara sempurna.

29

Permeabilitas penting untuk diketahui karena pada beton bertulang

terdapat tulangan baja yang berfungsi untuk menahan tegangan tarik

yang bekerja pada beton dan lapisan beton akan melindungi baja agar

tidak kontak langsung dengan udara luar yang dapat mengakibatkan

reaksi oksidasi sehingga akan menyebabkan terjadinya korosi pada

tulangan baja.

Baik ASTM maupun BS tidak terdapat tentang deskripsi uji permeabilitas

secara rinci, namun berdasarkan (Murdock dan Brooks, 1987) (Concrete

Technology,1987), uji permeabilitas beton dapat dilakukan denga cara

sampel beton yang di- sealed dari air yang bertekanan pada sisi atasnya

saja dan meliputi aspek banyaknya air yang mengalir lewat ketebalan

beton pada waktu tertentu (seperti yang telah disyaratkan oleh SK SNI S-

36-1990-03 ayat 2.2.1.2).

Permeabilitas beton dapat pula diekspresikan sebagai koefisien

permeabilitas K,yang dievaluasi berdasarkan hukum Darcy sebagai

berikut :

dV = A’ (h)………………………………………………………… (2.3)

Q ………………………………………………………… (2.4)

Dengan kombinasi dan integrasi persamaan (2.3) dan(2.4) didapat

K = ln …………………………………………………………(2.5)

Dengan : V : Volume total yang diserap sampel (m³)

A’ : Luas penampang pipa (m²)

h : Tinggi air dalam pipa (m)

Q : Kecepatan aliran air (m³/dt)

30

A : Luas penampang sampel (m)

L : Ketebalan penetrasi air (m)

K : Koefisien permeabilitas air (m)

Ho : Tinggi air mula-mula (m)

Hi : tinggi air akhir (m)

t : waktu pengaliran (detik)

Nilai permeabilitas maksimum yang dianjurkan standar ACI 301 – 729

(revisi 1975) adalah sebesar 1,5E – 11 m/dt (4,8E-11 ft/dt).

Faktor air semen yang digunakan juga akan mempengaruhi besarnya

koefisien permeabilitas. Makin tinggi faktor air semen akan menyebabkan

nilai koefisien permeabilitas makin tinggi.

Faktor-faktor lain yang mempengaruhi besarnya permeabilitas beton

adalah :

a. Mutu dan porositas dari agregat yang digunakan dalam adukan

beton.

Dalam hal ini jenis , sifat dan porositas agregat akan mempengaruhi

permeabilitas beton yang mana penggunaan agregat yang porous

akan meningkatkan permeabilitas.

b. Umur beton

Dengan bertambahnya umur beton maka permeabilitanya akan

menurun.

c. Gradasi agregat dalam adukan beton

Pemakaian agregat dengan gradasi yang kasar serta terlalu banyak

pasir akan menyebabkan workabilitas turun sehingga memerlukan

tambahan air untuk kemudahan pengerjaan yang baik dan akan

berdampak pada meningkatnya permeabilitas.

d. Tingkat perawatan (curing) beton

31

Perawatan beton yang baik akan sangat berpengaruh sekali terhadap

tingkat permeabilitas beton, oleh sebab itu perlu membasahi beton

selama beberapa hari setelah pengecoran. (dalam Yusuf Efendi,2006)

Mekanisme pengaliran bertindak sebagai model yang teoritis untuk

mengevaluasi karakteristik pengaliran beton dalam metode pengujian

yang berbeda. Dalam (Dhir dan Jackson Neil,Ravindra K,1996), bentuk

mekanisme pengaliran antara lain :

1. Absorbsi

Aliran zat cair yang disebabkan oleh tegangan permukaan. Aliran zat

cair dipengaruhi oleh karakteristik zat cair berupa :

a. Vuscosity (kekentalan)

b. Density (massa jenis)

c. Surface tension (tegangan permukaan)

Dan karakteristik zat padat yang lain berupa struktur pori (jari-jari dan

pori-pori kapiler) dan surface energy.

2. Permeabilitas

Aliran zat cair atau gas yang disebabkan oleh tekanan. Permeabilitas

tergantung pada struktur pori dari zat padat dan viskositas zat cair,

aliran kapiler dapat berupa laminar atau turbulen. Untuk aliran

turbulen, volume aliran tidak proporsional untuk tinggi tekanan.

3. Difusi

Perpindahan massa berupa ion atau molekul bebas yang bergerak

secara acak di dalam pori-pori yang menghasilkan aliran dari daerah

berkonsentrasi padat ke daerah berkonsentrasi rendah.