tinjauan modulus of rupture beton mutu tinggi

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

TINJAUAN MODULUS OF RUPTURE BETON MUTU TINGGI

BERSERAT BAJA DENGAN MENGGUNAKAN FILLER

NANOMATERIAL

Skripsi

Oleh:

Laily Fatmawati

NIM I.0107161

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2 0 1 1


commit to user

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkembangan teknologi dalam bidang konstruksi terus menerus mengalami

peningkatan, hal ini tidak lepas dari tuntutan dan kebutuhan masyarakat terhadap

fasilitas infrastruktur yang semakin maju, seperti jembatan dengan bentang

panjang dan lebar, bangunan gedung bertingkat tinggi (terutama untuk kolom dan

beton pracetak), tower, dan fasilitas lain.

Perencananaan fasilitas-fasilitas tersebut mengarah kepada digunakannya beton

mutu tinggi, dimana mencakup kekuatan, ketahanan (keawetan), masa layan dan

effisiensi. Beton mutu tinggi dapat memperkecil dimensi dari struktur sehingga

berat struktur menjadi lebih ringan, hal tersebut menyebabkan beban yang

diterima pondasi secara keseluruhan menjadi lebih kecil pula, jika ditinjau dari

segi ekonomi hal tersebut tentu akan lebih menguntungkan, disamping itu untuk

bangunan bertingkat tinggi dengan semakin kecilnya dimensi struktur kolom

pemanfaatan ruangan akan semakin maksimal. Nilai Porositas yang dihasilkan

beton mutu tinggi juga lebih rendah, sehingga akan menghasilkan beton yang

relatif lebih awet dan tahan sulfat karena tidak dapat ditembus oleh air dan zat-zat

berbahaya perusak beton. Oleh sebab itu penggunaan beton bermutu tinggi tidak

dapat dihindarkan dalam perencanaan dan perancangan struktur bangunan.

Adapun contoh elemen struktur yaitu pondasi, kolom, balok induk dan balok

anak, plat lantai dan sebagainya. Kemampuan menahan beban lentur merupakan

salah satu kriteria yang menentukan dalam mendisain elemen-elemen struktur

balok induk, balok anak tangga dan pelat struktur gedung serta beton yang

digunakan pada perkerasan kaku (rigid pavement).

1


commit to user

2

Kriteria beton mutu tinggi (High Strength Concrete (HSC)) meliputi pemenuhan

persyaratan terhadap kemudahan pekerjaan (workability), homogen, kuat, awet

(durability), dan stabil. HSC membutuhkan kadar semen yang tinggi sehingga

harga menjadi cukup mahal. Oleh sebab itu, diperlukan teknologi pencampuran

(mix design) beton yang dapat mengurangi kadar semen yaitu dengan

menambahkan bahan-bahan campuran yang berfungsi sebagai pengganti semen

tetapi tidak mengurangi kekuatan beton. Penambahan fly ash dan silica fume

(mikrosilika) sebagai mineral admixture telah umum digunakan, namun

nanosilika sebagai produk dari teknologi nano menjadi alternatif untuk

menggantikan mikrosilika yang saat ini masih diimpor dengan harga yang relatif

jauh lebih mahal.

Indonesia, memiliki keunggulan komparatif berupa kekayaan sumber daya alam

misalkan mineral pasir besi, kuarsa, tembaga, emas yang dapat digunakan sebagai

basis teknologi nanomaterial. (Nurul Taufiqu Rochman, 2004)

Oleh karenanya, campuran beton pada penelitian ini berbeda dengan campuran

beton normal, yaitu perencanaan campurannya berbasis teknologi nano, dimana

ukuran butiran yang digunakan dalam rentang nanometer (disingkat nm) yaitu

ditinggalkannya penggunaan agregat kasar dan halus berukuran makro, sebagai

gantinya digunakan agregat yang sangat halus dengan rentang ukuran nanometer.

Penambahan filler penelitian ini berupa tepung kuarsa di berikan untuk mengisi

rongga pada beton. Kuat tekannya yang tinggi berkorelasi dengan sifat beton mutu

tinggi yang getas (brittle), tetapi dengan penulangan ataupun penambahan serat

baja yang tepat akan tetap dapat diperoleh struktur beton mutu tinggi yang bersifat

daktail dengan struktur yang ramping, tetapi dapat memikul beban sekuat baja.


commit to user

3

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah disampaikan di awal, maka dapat

dirumuskan permasalahannya adalah bagaimana pengaruh penambahan serat baja

dan pengunaan filler berbasis nano material terhadap Modulus Of Rupture beton

mutu tinggi.

1.3. Batasan Masalah

Penelitian ini akan diberi batasan-batasan masalah agar kerja dapat lebih terarah

dan tidak meluas. Batasan-batasan masalah yang digunakan adalah :

1. Serat baja yang digunakan kawat bendrat lurus berdiameter 1 mm dan

panjang 60 mm.

2. Penambahan serat baja adalah 1% dari volume beton.

3. Pasir yang digunakan adalah pasir dengan ukuran 0,125-0,5mm.

4. Mutu beton yang disyaratkan pada saat umur 28 hari adalah lebih dari 50

MPa.

5. Kadar Superplasticizer yang digunakan adalah 1,5% dari binder.

6. Semen yang digunakan adalah Ordinary Portland Cement.

7. Silika Fume digunakan 10% dari berat semen.

8. Penelitian ini hanya meninjau terhadap Modulus Of Rupture beton mutu

tinggi berserat baja dengan mengunakan filler berbasis nano material.

9. Pengujian dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bahan Bangunan Jurusan

Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

1.4. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh serat baja

dan penggunaan filler berbasis nano material untuk mendapatkan beton mutu

tinggi.


commit to user

4

1.5. Manfaat Penelitian

1.5.1. Manfaat Teoritis

a. Memberikan kontribusi bagi perkembangan ilmu bahan dan struktur

b. Menambah pengetahuan tentang penggunaan filler berbasis nano material

dan serat baja dalam beton mutu tinggi ditinjau dari Modulus Of Rupture

1.5.2. Manfaat Praktis

Penelitian tentang penggunaan filler berbasis nano material dan serat baja

diharapkan akan menunjukkan hasil yang nyata terhadap perbaikan

karakteristik beton (Modulus Of Rupture), sehingga dengan karakteristik

tersebut mampu meningkatkan perkembangan mutu dan durabilitas beton.


commit to user

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Beton banyak digunakan secara luas sebagai bahan bangunan. Bahan tersebut

diperoleh dengan cara mencampurkan semen portland, air, dan agregat (dan

kadang-kadang bahan tambah yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia

tambahan, serat, sampai bahan buangan non-kimia) pada perbandingan tertentu.

Campuran tersebut apabila dituangkan dalam cetakan kemudian dibiarkan maka

akan mengeras seperti batu(Tjokrodimuljo, 1996).

Bahan tambah ialah bahan selain unsur pokok beton (air, semen dan agregat) yang

ditambahkan pada adukan beton, sebelum, segera atau selama pengadukan beton.

Tujuannya ialah 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).

Sesuai dengan perkembangan teknologi beton yang demikian pesat, ternyata

kriteria beton mutu tinggi juga selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat

mutu yang berhasil dicapai.Tahun 1950an, beton dengan kuat tekan 30 MPa sudah

dikategorikan sebagai beton mutu tinggi.Tahun 1960an hingga awal 1970an,

kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini, disebut mutu tinggi untuk kuat

tekan diatas 50 MPa, dan 80 MPa sebagai beton mutu sangat tinggi, sedangkan

120 MPa bisa dikategorikan sebagai beton bermutu ultra tinggi. (Supartono,

1998).

5


commit to user

6

Didukung perkembangan bahan-bahan kimiawi dan mineral, maka saat ini

kekuatan beton yang diprodusi dapat ditingkatkan dengan mencampur komposisi

bahan-bahan lokal dengan bahan kimiawi mineral. Penelitian terhadap beton mutu

tinggi sudah pernah dilakukan oleh F.X. Supartono dengan menggunakan bahan

mikrosilika dan superplasticizer dan bahan pendukung lokal (daerah Jakarta dan

sekitarnya), penelitian tersebut telah menghasilkan beton dengan kuat tekan

silinder pada umur 28 hari mencapai 800-900 kg/cm2 (Supartono, F.X,1993)

Modulus elastisitas beton mutu tinggi naik seiring dengan kenaikan kuat desaknya

tetapi pola keruntuhannya menunjukkan energi retak yang tinggi dengan regangan

yang relatif rendah ( Li dan Antasari,2000 ) artinya beton mutu tinggi mempunyai

resiko keruntuhan yang tiba-tiba dan melontarkan energi yang besar (sangat

getas). Sifat ini bisa diatasi dengan penambahan serat baja pada beton mutu tinggi

yang berfungsi sebagai tulangan dan meningkatkan daktail pada beton.

Beton serat didefinisikan sebagai beton yang dibuat dari campuran semen,

agregat, air, dan sejumlah serat yang disebar secara random. Ide dasar beton serat

adalah menulangi beton dengan fiber yang disebarkan secara merata ke dalam

adukan beton, dengan orientasi random sehingga dapat mencegah terjadinya

retakan-retakan beton yang terlalu dini di daerah tarik baik akibat panas hidrasi

maupun akibat pembebanan (Soroushian dan Bayashi, 1987).

Serat pada umumnya berupa batang-batang dengan diameter antara 5 dan 500 µm

(mikro meter), dan panjang sekitar 25 mm sampai 100 mm. Bahan serat dapat

berupa: serat asbestos, serat tumbuh-tumbuhan (rami, bambu, ijuk), serat plastik

(polypropylene), atau potongan kawat baja (Tjokrodimuljo, 1996).

Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa

penambahan serat sebanyak 0,75% sampai dengan 1% dari volume adukan akan

memberikan hasil yang optimal (Suhendro, 2000 dalam Wahyu, 2002).

Penggunaan serat baja 60 mm menunjukan tingkat daktilitas yang lebih baik

(Supartono, F.X,1993).


commit to user

7

Penambahan serat ke dalam beton akan meningkatkan kuat tarik beton yang pada

umumnya sangat rendah dan memperbaiki kinerja komposit beton serat dengan

kualitas yang lebih bagus dibandingkan dengan beton konvesional (Sholihin

As’ad, 2007).

Penambahan fiber baja dengan orientasi random akan meningkatkan kuat lentur

berkisar 2 sampai 3 kali lipat dibanding kuat lentur beton non fiber. Sifat getas

dari beton akan dapat diatasi oleh adanya fiber dapat digunakan pada perencanaan

bagian-bagian penting struktur, yaitu pada kuat lentur ultimit untuk

fiberreinforced concrete(Medyanto dan Sambowo,2006) .

Sudarmoko (dalam Tjokrodimuljo 1996: 122), hasil penelitian yang menggunakan

kawat bendrat dengan panjang 60 mm, 80 mm, dan 100 mm menunjukkan bahwa

tambahan 1% dari volume beton mampu menaikkan kuat tekan beton sekitar 25%,

kuat tarik sekitar 47%, dan modulus elastisitas sekitar 10% .

Suhendro (1991), telah menemukan bahan lokal yang mudah didapat di Indonesia

juga harganya lebih murah dibandingkan dengan fiber baja berupa potongan

kawat bendrat diameter 1 mm, panjang 60 mm (aspek rasio l/d = 60). Hasilnya

menunjukan peningkatan kualitas beton yaitu beton menjadi sangat liat atau

daktail (ductile), kuat desak, kuat tarik dan ketahanan terhadap kejut juga

meningkat.

Beton yang paling padat dan kuat diperoleh dengan menggunakan jumlah air yang

minimal konsisten dengan derajad workabilitas yang dibutuhkan untuk

memberikan kepadatan maksimal. Derajat kepadatan harus dipertimbangkan

dalam hubungannya dengan cara pemadatan dan jenis konstruksi, agar terhindar

dari kebutuhan akan pekerjaan yang berlebihan dalam mencapai kepadatan

maksimal (Murdock & Brook 1991).

Nilai kekuatan dan daya tahan (durability) beton merupakan fungsi dari banyak

faktor, antaranya adalah nilai banding campuran dan mutu bahan susun, metode

pelaksanaan pembuatan adukan beton, temperatur dan kondisi perawatan


commit to user

8

pengerasannya. Nilai kuat tekan beton relatif tinggi dibanding kuat tariknya, dan

merupakan bahan getas. Nilai kuat tariknya berkisar antara 9%-15% dari kuat

tekannya, pada penggunaan sebagai komponen struktural bangunan, umumnya

beton diperkuat dengan batang tulangan baja sebagai bahan yang dapat

bekerjasama dan mampu membantu kelemahannya, terutama pada bagian yang

bekerja menahan tarik (Dipohusodo, 1994).

Komponen beton akan melentur akibat beratnya sendiri atau ditambah dengan

beban lain yang harus dipikulnya. Lendutan harus dibatasi dalam besaran tertentu

untuk tujuan keamanan dan keindahan. (Syafei Amri, 2005)

Dewasa ini, teknologi nano menjadi buah bibir di kalangan ilmuwan, karena

menjanjikan masa depan yang sangat cerah. Negara-negara maju kini berlomba-

lomba untuk meraih keunggulan di bidang yang sangat menarik ini. Di Negara -

negara maju telah dilakukan pengembangan teknologi nano dengan investasi

jutaan dolar. Di dunia konstruksi sipil, teknologi nano dapat menjadikan beton

kokoh dan tahan gempa, dan masih banyak lagi aplikasi teknologi nano di bidang

lainnya. (Nurul Taufiqu Rochman, 2004).

Menurut (Edward G. Nawy, 1990)lentur pada balok diakibatkan oleh regangan

yang timbul karena adanya beban luar. Apabila beban bertambah, maka pada

balok akan terjadi deformasi dan regangan tambahan yang mengakibatkan retak

lentur disepanjang bentang balok. Semakin beban bertambah, pada akhirnya

terjadi keruntuhan elemen struktur. Taraf pembebanan yang demikian disebut

keadaan limit dari keruntuhan pada lentur.

Apabila suatu beban menyebabkan timbulnya lentur, maka balok pasti akan

mengalami defleksi atau lendutan. Ketika sudah dicek aman terhadap lentur dan

geser, suatu balok bisa tidak layak apabila terlalu fleksibel. Tinjauan defleksi

balok merupakan salah satu bagian dari proses desain. (Sampurno,2010)


commit to user

9

2.2. Landasan Teori

2.2.1. Beton

Beton diperoleh dengan caramencampurkan 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 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 Serat

Beton serat adalah bahan komposit berupa campuran beton konvensional dengan

bahan serat yang terdistribusi acak. Penambahan serat ke dalam beton akan

meningkatkan kuat tarik beton yang umumnya sangat rendah.

Menurut As’ad(2008), beton serat memberi banyak keuntungan antara lain:

- Serat terdistribusi secara acak di dalam volume beton pada jarak yang

relatif dekat satu sama lain. Hal ini akan memberi tahanan berimbang ke

segala arah dan memberi keuntungan material struktur yang dipersiapkan

untuk menahan beban gempa dan angin.

- Perbaikan perilaku deformasi seperti ketahanan terhadap impak, daktilitas

yang lebih besar,kuat lentur, dan kapasitas torsi yang lebih baik.

- Meningkatkan ketahanan beton terhadap formasi dan pembentukan retak.

- Peningkatan ketahanan pengelupasan (spalling) dan retak pada selimut

beton akan membantu menghambat korosi besi tulangan dari serangan

kondisi lingkungan yang berpotensi korosi.


commit to user

10

Dosis penggunaan yang umum adalah 0,25-2% takaran volume atau sekitar 20-50

kg serat baja per meter kubik produksi beton.Serat sintetik adalah serat buatan

yang diperoleh dari pengembangan produk petrokimia dan industri tekstil.Material

ini di kenal dalam banyak jenis seperti

acrylic,aramid,carbon,nylon,polyethilene,polypropylene.Serat sintetik umumnya

cocok digunakan untuk ketahaan terhadap retak,khususnya di umur dini

(Braunch,J et.al, 2002).Dosis penggunaan serat sintetik beragam dari 0,1% hingga

0,8% takaran volume.

2.2.3. Teknologi Nano

Teknologi Nano adalah pembuatan dan penggunaan materi pada ukuran sangat

kecil.Materi berada pada ranah 1 hingga 100 nanometer (nm). Satu nm sama

dengan satu-per-milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil

dari ukuran rambut manusia. Saintis menyebut ukuran pada ranah 1 hingga 100

nm ini sebagai skala nano (nanoscale), dan material yang berada pada ranah ini

disebut sebagai kristal-nano (nanocrystals).

Skala nano terbilang unik karena tidak ada struktur padat yang dapat

diperkecil.Hal unik lainnya adalah bahwa mekanisme dunia biologis dan fisis

berlangsung pada skala 0.1 hingga 100 nm.Dimensi material ini menunjukkan

sifat fisis yang berbeda; sehingga saintis berharap akan menemukan efek yang

baru pada skala nano dan memberi terobosan bagi teknologi.

Prinsip dasar teknologi nano ialah mengendalikan material.Caranya dengan

menghancurkan material sampai berukuran nano lalu disusun kembali sesuai

dengan komposisi yang diinginkan.Beton misalnya, bisa dibuat lebih kuat sampai

100 kali dengan menggunakan teknologi nano.Teknologi nano memberikan jalan

keluar mengatasi polusi. Nanofilter mampu menyaring debu, gas dan partikel di

bawah orde satu micron.

Nanomaterial adalah bahan yang membutuhkan ilmu pengetahuan yang berbasis

pendekatan nanoteknologi.Pendekatan ini sesuai untuk mempelajari bahan dengan

ciri-ciri morfologi pada skala nano, dan terutama mereka yang memiliki sifat


commit to user

11

khusus yang berasal dari dimensi nano mereka.Nanoscale biasanya didefinisikan

sebagai lebih kecil dari sepersepuluh salah satu mikrometer dalam setidaknya satu

dimensi, walaupun istilah ini kadang-kadang juga digunakan untuk bahan yang

lebih kecil dari satu mikrometer.

2.2.4. Beton Mutu Tinggi

Beton berkinerja tinggi adalah beton yang mempunyai sifat khusus yang berbeda

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

modulus elastisitas tinggi dan kuat tekan tinggi. Menurut SNI 03-6468-2000

Beton ini memiliki kuat tekan lebih besar sama dengan 41,4 MPa dan

tercampurkan, terangkutkan, dapat dituang/dilaksanakan dan terpadatkan dengan

memadai sehingga menunjukkan kinerja yang sangat baikpada struktur dimana

beton terpasang, pada lingkungan dimana beton terekspos dan beban yang bekerja

pada beton tersebut.

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.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, 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:

- Mudah pengerjaanya


commit to user

12

- Berkekuatan tinggi di usia dini

- Kedap dan padat

- Durable terhadap lingkungan, kekerasan yang memadai

- Umur layan lebih lama (sekitar 75 tahun atau lebih)

- panas hidrasi yang rendah

- Stabilitas volume yang memadai (minimum shrinkage atau ekpansi

termal)

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

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.

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

Fly ashatau

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 fly ash

Koefisien permeabilitas untuk beton normal adalah ≈10-10


commit to user

13

Manfaat beton mutu tinggi di bidang teknik sipil :

- Menghasilkan beton dengan ketahanan tinggi (high durability)

- Menghasilkan beton dengan kuat tekan awal yang tinggi dan mempercepat

pelaksanaan konstruksi

- Meningkatkan nilai modulus elastisitas dan mengurangi efek rangkak

(creep)

- Memungkinkan pembangunan konstruksi bangunan tingkat tinggi (high

rise contruction)

- Memperkecil dimensi kolom, sehingga penggunaan ruang lantai lebih

efisien

Adapun kelemahan pengunaan beton mutu tinggi adalah :

- Meningkatkan biaya beton per unit volume

- Memerlukan kontrol kualitas terhadap mutu beton dan kebutuhan produksi

- Workability kurang baik dan sering kali menurun dengan cepat setelah

waktu pencampuran

- Menghasilkan panas hidrasi tinggi sehingga perlu menurunkan hidrasi

semennya

(Sumber : L. J. Parrot, 1988)

Contoh aplikasi beton mutu tinggi adalah:

- Bangunan yang memerlukan masa layan pada umur awal (kekerasan awal)

- Bangunan-bangunan tinggi dengan reduksi ukuran kolom dan

meningkatkan luasan yang tersedia.

- Struktur bagian atas dari jembatan-jembatan bentang panjang dan untuk

mengembangkan durabilitas lantai-lantai jembatan.

- 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.


commit to user

14

2.2.5. Material Penyusun Beton Mutu Tinggi

Komponen pembentuk Beton Mutu tinggi adalah semen, agregat halus, air dan

bahan tambahan lain yaitu serat baja ,silika fumedan tepung kuarsa sebagai filler

nano material.

2.2.5.1.Semen Portland

Semen merupakan bahan yang mempunyai sifat adesif dan kohesif. Bahan yang

mempunyai kedua sifat ini memiliki fungsi sebagai bahan perekat. Semen

portland adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan

klinker, yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalium yang bersifat hidraulis,

dengan gips sebagai bahan tambahan. Semen hidraulis adalah semen yang akan

mengeras apabila bereaksi dengan air, menghasilkan bahan yang tahan air (water

resistance) dan stabil dalam air. Klinker adalah bahan baku yang dibutuhkan

dalam pembuatan semen, sebagai hasil dari pembakaran pada suhu tinggi terhadap

bahan-bahan mentah pembentuk semen.

Semen yang baik mempunyai sifat-sifat antara lain sebagai berikut :

a. Kehalusan butir, dimana semakin halus permukaan butiran semakin luas

permukaan butiran semen tersebut, sehingga pengikatannya dan

pengerasaannya juga semakin sempurna.

b. Pengikatan awal dimulai setelah satu jam setelah dicampur dengan air.

c. Kekuatan adukan setelah mengeras mempunyai nilai tertentu.

Komposisi kimia semen Portland pada umumnya terdiri dari CaO, SiO2, Al2O3

dan Fe2O3 yang merupakan oksida dominan. Oksida yang lain jumlahnya hanya

beberapa persen dari berat semen. Keempat oksida utama tersebut didalam semen

berupa senyawa C3S, C2S, C3A dan C3AF dengan perbandingan tertentu pada

setiap produk semen, tergantung pada komposisi bahan bakunya. Komposisi

kimia semen Portland dapat dilihat pada Tabel 2.2.


commit to user

15

Tabel 2.2. Komposisi Kimia Semen Portland

Oksida Persen ( % )

Kapur (CaO)

Silika (SiO2)

Alumina (Al2O3)

Besi (Fe2O3)

Magnesia (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, 1995)

Senyawa-senyawa utama semen Portland yatiu C3S, C2S, C3A dan C4AF

memiliki sifat yang menentukan sifat kekuatan semen, sifat-sifat senyawa tersebut

antara lain :

1. Trikalsium Silikat (C3S) atau 3CaO.SiO2

Senyawa ini mengalami hidrasi sangat cepat disertai pelepasan sejumlah besar

panas, selain itu juga berpengaruh besar terhadap pengerasan semen terutama

sebelum mencapai umur 14 hari. Senyawa ini juga kurang tahan terhadap agresi

kimiawi, dan mengalami disintegrasi oleh sulfat tanah yang dapat menyebabkan

retak-retak pada beton.

2. Dikalsium Silikat (C2S) atau 2CaO.SiO2

C2S bereaksi dengan air lebih lambat sehingga berpengaruh terhadap pengerasan

semen setelah berumur lebih dari 7 hari dan memberikan kekuatan akhir. Unsur

ini juga membuat semen tahan terhadap serangan kimia dan juga mengurangi

besar susut pengeringan.

3. Trikalsium Aluminat (C3A) atau 3CAO.Al2O3

Senyawa ini mengeras dalam beberapa jam dengan melepas sejumlah panas.

Kuantitas yang terbentuk dalam ikatan menentukan kekuatan beton pada umur 14


commit to user

16

hari. Senyawa ini juga mudah bereaksi dengan sulfat sehingga menyebabkan

terjadinya retak-retak pada beton.

4. Tetrakalcium Aluminoferrit (C4AF) atau 4CAO.Al2O3.Fe2O3

Senyawa ini tidak terlalu mempengaruhi kekuatan dan sifat semen. C4AF hanya

berfungsi mempercepat dan menyempurnakan reaksi pada dapur pembakaran

proses pembentukan semen.

Gambar 2.1. Semen OPC yang digunakan

Senyawa kimia yang terkandung dalam semen merupakan bahan yang reaktif

terhadap air. Apabila semen bercampur dengan air, maka senyawa-senyawa

tersebut akan bereaksi menghasilkan suatu pasta yang akan mengeras menurut

waktu. Proses bereaksinya semen dengan air itulah yang dinamakan hidrasi

semen.

Reaksi hidrasi ini berlangsung sangat lambat dan bertambah lambat sejalan

dengan bertambahnya waktu. Hal ini disebabkan makin terbentuknya lapisan

pasta semen yang menyelimuti butiran semen. Menurut Paulus Nugraha (1988 :

28), secara teoritis proses hidrasi akan berhenti bila tebal lapisan mencapai 25µm.

Perubahan komposisi kimia semen yang dilakukan dengan cara mengubah

prosentase 4 komponen utama semen dapat menghasilkan beberapa jenis semen

sesuai dengan tujuan pemakaiannya. Adapun klasifikasi semen Portland menurut

SII 0013-81 dapat dilihat pada Tabel 2.3.


commit to user

17

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, 1995)

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa semen yang paling baik digunakan

dalam pembuatan beton mutu tinggi adalah semen dengan kandungan C3S

(Tricalsium Silicate)yang berfungsi memberi kekuatan pada saat permulaan dan

menambahan kekuatan secara kontinyu.

2.2.5.2.Agregat

Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi

dalam campuran mortar atau beton.Berdasarkan ukuran besar butirnya, agregat

yang dipakai dalam adukan beton dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu

agregat halus dan agregat kasar.UHPC saat ini dikembangkan hanya

menggunakan agregat halus yaitu pasir ukuran 0.125 – 0.5 mm(Harianto

Hardjasaputra,2008).

Menurut Tjokrodimuljo (1996), agregat halus adalah agregat yang berbutir kecil

(antara 0,15 mm dan 5 mm). Pemilihan agregat halus harus benar-benar

memenuhi persyaratan yang telah ditentukan. Karena sangat menentukan dalam


commit to user

18

hal kemudahan pengerjaan (workability), kekuatan (strength), dan tingkat

keawetan (durability) dari beton yang dihasilkan. Pasir sebagai bahan pembentuk

mortar bersama semen dan air, berfungsi mengikat agregat kasar menjadi satu

kesatuan yang kuat dan padat.

Pasir di dalam campuran beton sangat menentukan dalam hal kemudahan

pengerjaan (workability), kekuatan (strength), dan tingkat keawetan (durability)

dari beton yang dihasilkan. Mutu pasir harus dikendalikan untuk memperoleh

hasil beton yang seragam. Oleh karena itu pasir sebagai agregat halus harus

memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan. Batasan susunan butiran

agregat halus dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Batasan Susunan butiran agregat halus

Ukuran saringan (mm)

Persentase lolos saringan

Daerah 1 Daerah 2 Daerah 3 Daerah 4

10,00

4,80

2,40

1,20

0,60

0,30

0,15

100

90-100

60-95

30-70

15-34

5-20

0-10

100

90-100

75-100

55-90

35-59

8-30

0-10

100

90-100

85-100

75-100

60-79

12-40

0-10

100

95-100

95-100

90-100

80-100

15-50

0-15

Sumber :Kardiyono Tjokrodimuljo (1996)

Keterangan:

Daerah 1 : Pasir kasar

Daerah 2 : Pasir agak kasar

Daerah 3 : Pasir agak halus

Daerah 4 : Pasir halus

Seperti halnya beton normal, beton mutu tinggi dapat pula direncanakan untuk

berbagai variasi penggunaan agregat. beton mutu tinggi saat ini dikembangkan

hanya menggunakan agregat halus yaitu pasir ukuran 0.125 – 0.5 mm [DIN 4226 -

1] dengan analisa saringan seperti pada Gambar 2.2.


commit to user

19

Gambar 2.2.Tipikal Analisis Saringan untuk pasir halus yang digunakan pada

campuran beton mutu tinggi

Filler adalah sekumpulan mineral yang umumnya lolos saringan no.200, yang

mengisi rongga (voids) diantara partikel agregat kasar dalam rangka mengurangi

besarnya rongga dan meningkatkan kerapatan dan stabilitas dari massa tersebut.

Rongga udara pada agregat kasar diisi oleh partikel lolos saringan no.200,

membuat rongga udara lebih kecil dan kerapatan massanya lebih besar. Dengan

bubuk isian yang berbutir halus maka luas permukaan butir akan bertambah luas,

yang akibatnya terhadap geser menjadi lebih besar selanjutnya stabilitas geseran

akan bertambah (Suprapto Totomiharjo,1994).

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 nano material

ukuran butir yang digunakan dalam rentang nanometer, yang disingkat

nm.Pemilihan gradasi yang tepat akan diperoleh kepadatan per satuan volum yang

tinggi .Gambar 2.3. adalah contoh dari gradasi ukuran butiran yang dipakai untuk

Ukuran Butiran (mm)

Persen

Lolos

Ukuran Butiran (mm) (%)


commit to user

20

mix design dengan kode Campuran M 1Q dan Campuran B 3Q yang kembangkan

oleh Prof. Schmidt di Universitas Kassel Jerman

Gambar 2.3.Grafik ukuran partikel dan kumulatip persentasi (% Vol) dari masing

masing partikel untuk desain campuran UHPC tipe M1Q dan B3 Q

Menurut Prof. Schmidt di Universitas Kassel Jerman

Campurannya terdiri dari butiran-butiran sangat halus terletak pada ukuran

submikroskopis, yaitu: mikrosilika berukuran antara 0.05 – 0.8 micron, tepung

kuarsa dan semen berukuran 10 – 60 micron, pasir halus berukuran 500 – 1250

micron.

2.2.5.3.Air

Air merupakan bahan dasar pembuat dan perawatan beton, penting namun

harganya paling murah. Air diperlukan untuk bereaksi dengan semen, serta untuk

menjadi bahan pelumas antara butir-butir agregat agar mudah dikerjakan dan

dipadatkan. Air yang memenuhi syarat sebagai air minum, memenuhi syarat pula

untuk bahan campuran beton, tetapi tidak berarti air harus memenuhi persyaratan

air minum. Ketika diperoleh air dengan standar air minum, maka dapat dilakukan

Campuran

Campuran

Pasir kuarsa Tepung kuarsa

Pasir kuarsa

Mikrosilika

Ukuran Butiran (mm)

Persen

Lolos

Komulatif


commit to user

21

pemeriksaan secara visual yang menyatakan bahwa air tidak berwarna, tidak

berbau, dan cukup jernih.

Menurut Tjokrodimuljo (1996) kekuatan beton dan daya tahannya berkurang jika

air mengandung kotoran. Pengaruh pada beton diantaranya pada lamanya waktu

ikatan awal serta kekuatan beton setelah mengeras. Adanya lumpur dalam air

diatas 2 gram/liter dapat mengurangi kekuatan beton. Air dapat memperlambat

ikatan awal beton sehingga beton belum mempunyai kekuatan dalam umur 2-3

hari. Sodium karbonat dan potasium dapat menyebabkan ikatan awal sangat cepat

dan konsentrasi yang besar akan mengurangi kekuatan beton.

2.2.5.4.Bahan Tambah

Bahan tambah (admixture) ialah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, dan

agregat halus) yang ditambahkan kedalam campuran saat atau selama

pencampuran berlangsung. Penggunaan bahan tambah biasanya didasarkan pada

alasan yang tepat, diantaranya perbaikan kelecakan dan dapat menggunakan

penggunaan semen (Tjokrodimulyo, 1996). Tujuan penambahan admixture ini

adalah untuk mengubah satu atau lebih sifat-sifat beton sewaktu masih dalam

keadaan segar atau setelah mengeras.

a. Serat Baja

Serat adalah suatu jenis bahan berupa potongan-potongan komponen yang

membentuk jaringan memanjang yang utuh yang ditambahkan ke dalam beton

untuk dapat memperbaiki sifat beton antara lain dapat meningkatkan daktilitas dan

kuat lentur beton. Retak-retak yang membawa keruntuhan pada struktur beton

biasanya dimulai dari retak rambut (micro crack).


commit to user

22

Gambar 2.4. Serat Baja

Pengaruh penambahan serat ke dalam adukan beton tergantung pada hal-hal

sebagai berikut:

a. Jenis (Ukuran dan bentuk) serat

Sebenarnya semua jenis serat dapat digunakan sebagai bahan tambah yang

dapat memperkuat atau memperbaiki sifat-sifat beton.Penggunaan tergantung

dari maksud penambahan serat ke dalam beton baik bahan alami atau buatan,

tetapi yang harus diperhatikan adalah bahwa serat tersebut harus mempunyai

kuat tarik yang lebih besar daripada kuat tarik beton.Selain itu ketahanan suatu

serat terhadap alkali juga harus diperhatikan.

b. Aspek rasio serat

Aspek rasio serat merupakan perbandingan antara panjang dan diameter serat.

Rasio perbandingan panjang dan diameter ini juga mempengaruhi kekuatan

betton berserat.Zollo (1997) mengisyaratkan bahwa aspek rasio serat

bervariasi kira-kira 40 sampai 1000, tetapi biasanya kurang dari 300.

c. Konsentrasi serat

Penambahan konsentrasi serat yang terlalu banyak ke dalam adukan beton

akan terjadi penggumpalan yang akan menghalangi penyebaran secara merata

ke seluruh beton dan menyulitkan pekerjaan beton segar. Dalam penelitian ini

prosentase serat yang ditambahkan kedalam adukan beton sebesar 1 % dari

volume adukan beton.

Serat baja mulai digunakan untuk beton sejak tahun 1900.Awalnya serat baja

hanya di potong sesuai kebutuhan dan digunakan lurus. Serat baja modern

digunakan dengan berbagai bentuk; permukaan kasar, ujung berangkur,

bergelombang dan beberapa bentuk lain terbukti kemampuan lentur, duktilitas,

ketahanan menahan retak,ketahanan torsi dan ketahanan lelah.(As’ad,2008).

Serat baja mempunyai diameter bervariasi berkisar antara 0,1-2 mm. sedangkan

aspek rasio berkisar 20-100. Dosis penambahan serat baja sekitar 0,25-2% volume

beton,penambahan serat baja lebih dari 2% dari volume beton mengakibatkan


commit to user

23

beton sulit dikerjakan. Serat baja dapat terdistribusi dengan baik dalam beton jika

ukuran agregatnya kurang dari 10mm.

Pemilihan penambahan serat baja pada beton dikarenakan :

1. Sangat awet jika diletakkan di dalam beton

2. Meningkatkan kuat tarik beton mutu tinggi sampai 25 MPa

3. Mengurangi nilai slump dan kandungan udara

4. Meningkatkan beban kejut (impact resistance)

5. Mencegah retak rambut menjadi retakan yang lebih besar

Menurut Soroushian dan Bayasi (1991) ada beberapa jenis fiber baja yang biasa

digunakan :

1. Bentuk fiber baja (Steel Fiber Shapes)

a. Lurus (straight)

b. Berkait (hooked)

c. Bergelombang (crimped)

d. Double duo form

e. Ordinary duo form

f. Bundel (paddled)

g. Kedua ujung ditekuk (bud-hooked)

h. Tidak teratur (irregular)

i. Bergerigi (idented)

2. Penampang fiber baja (Steel fiber cross section)

a. Lingkaran/kawat (round/wire)

b. Persegi / lembaran (rectangular / sheet)

c. Tidak teratur / bentuk dilelehkan (irregular / melt extract)

3. Fiber dilekatkan bersama dalam satu ikatan

b. Superplasticizer

Superplasticizer adalah bahan tambah kimia (chemical admixture) yang

melarutkan gumpalan-gumpalan dengan cara melapisi pasta semen sehingga

semen dapat tersebar dengan merata pada adukan beton dan mempunyai pengaruh

dalam meningkatkan workability beton sampai pada tingkat yang cukup besar.


commit to user

24

Bahan ini digunakan dalam jumlah yang relatif sedikit karena sangat mudah

mengakibatkan terjadinya bleeding.Superplasticizer dapat mereduksi air sampai

40% dari campuran awal.

Beton berkekuatan tinggi dapat dihasilkan dengan pengurangan kadar air, akibat

pengurangan kadar air akan membuat campuran lebih padat sehingga pemakaian

Superplasticizer sangat diperlukan untuk mempertahankan nilai slump yang

tinggi. Keistimewaan penggunaan superplasticizer dalam campuran pasta semen

maupun campuran beton antara lain:

1. Menjaga kandungan air dan semen tetap konstan sehingga didapatkan

campuran dengan workability tinggi.

2. Mengurangi jumlah air dan menjaga kandungan semen dengan

kemampuan kerjanya tetap sama serta menghasilkan faktor air semen

yang lebih rendah dengan kekuatan yang lebih besar.

3. Mengurangi kandungan air dan semen dengan faktor air semen yang

konstan tetapi meningkatkan kemampuan kerjanya sehingga

menghasilkan beton dengan kekuatan yang sama tetapi menggunakan

semen lebih sedikit.

4. Tidak ada udara yang masuk. Penambahan 1% udara kedalam beton dapat

menyebabkan pengurangan strength rata-rata 6%. Untuk memperoleh

kekuatan yang tinggi, diharapkan dapat menjaga ”watercontent” didalam

beton serendah mungkin. Penggunaan superplasticizer menyebabkan

sedikit bahkan tidak ada udara masuk kedalam beton.

5. Tidak adanya pengaruh korosi terhadap tulangan

Secara umum, partikel semen dalam air cenderung untuk berkohesi satu sama

lainnya dan partikel semen akan menggumpal. Partikel semen ini akan saling

melepaskan diri dan terdispersi dengan menambahkan superplasticizer.

Superplasticizer mempunyai dua fungsi yaitu, mendispersikan partikel semen dari

gumpalan partikel dan mencegah kohesi antar semen.Fenomena dispersi partikel

semen dengan penambahan Superplasticizer dapat menurunkan viskositas pasta

semen, sehingga pasta semen lebih fluid/alir.Hal ini menunjukkan bahwa

penggunaan air dapat diturunkan dengan penambahan superplasticizer.


commit to user

25

c. Silica Fume

Silica fume merupakan material yang terdiri dari partikel halus dengan diameter

0,1-1,0 mikrometer. Berfungsisebagai pengganti sebagiandari semen atau bahan

tambahan pada saat sifat-sifat khusus beton dibutuhkan, seperti penempatan

mudah, kekuatan tinggi, permeabilitas rendah, durabilitas tinggi, dan lain

sebagainya.Silica fume merupakan hasil sampingan dari produk logam silikon

atau alloy ferosilikon. Menurut standar ”Spesification for Silica Fume faor Use in

Hydraulic Cement Concrete and Mortal” (ASTM.C.1240,1995: 637-642), silica

fume adalah material pozzolan yang halus, dimana komposisi silika lebih banyak

dihasilkan dari tanur tinggi atau sisa produksi silikon atau alloy besi silikon

(dikenal sebagai gabungan antara micro silica dengan silica fume). Berat jenis

relatif silica fume umumnya berkisar antara 2,2-2,5.

Silica fumemerupakan material yang sangat reaktif karenamerupakan bahan yang

sebagian besar amopfus (amarphoous silico), bahan spherical yang sangat lembut,

yang terdiri dari pertikel-pertikel seperti kaca hasil dari pembekuan cepat

’agaseous SiO, bila bersentuhan dengan udara terjadi oksidasi secara cepat di

dalam pendingin bagian dari ’furnace yang menghasilkan logam metal alloy

ferosilikon. Kandungan SiO2 yang tinggi dalam SF yang mencapai 85 sampai 98

persen, berguna untuk keperluan campuran semen (Khayat, K.H, et al, 1997).

Kegunaan silica fume secara geometrical adalah kemampuannya mengisi rongga-

rongga diantara bahan pasta (grain of cement) dan mengakibatkan membaiknya

distribusi ukuran pori dan berkurangnya total volume pori. Kenyataan yang ada di

lapangan, ternyata penggunaan silica fume memiliki kekurangan. Beton yang

mengandung silica fume mempunyai kecenderungan yang meningkat bahwa beton

tersebut akan mengalami retak susut,maka dari itu kita bisa gunakan beberapa trik

yakni salahsatunya adalah beton silica fume yang masih segar harus secepatnya

diberi perlindungan agar penguapan air yang cepat dapat dicegah.

Penggunaansilica fume dapat menghasilkan beton yang kedap, awet dan

berkekuatan tinggi.


commit to user

26

d. Tepung kuarsa

Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan

mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir

kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil pelapukan batuan

yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan feldspar. Hasil pelapukan

kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang terendapkan di tepi-tepi

sungai, danau atau laut.

Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2,

CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada

senyawa pengotornya, kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65, titik lebur

17150C, bentuk kristal hexagonal, panas sfesifik 0,185, dan konduktivitas panas

12 – 1000C.

Gambar 2.5. Tepung kuarsa

Penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang meluas, baik langsung sebagai bahan

baku utama maupun bahan ikutandalam kegiatan industri. Bahan baku utama,

misalnya digunakan dalam industri gelas kaca, semen, tegel, mosaik keramik,

bahan baku fero silikon, silicon carbide bahan abrasit (ampelas dan sand

blasting). Bahan ikutan, misal dalam industri cor, industri perminyakan dan

pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya.


commit to user

27

Cadangan pasir kuarsa terbesar terdapat di Sumatera Barat, potensi lain terdapat di

Kalimantan Barat, Jawa Barat, Sumatera Selatan, Kalimantan Selatan, dan Pulau

Bangka dan Belitung. (wikipedia)

Sedangkan yang digunakan dalam pembuatan beton mutu tinggi pada penelitian

ini adalah tepung kuarsa yang berukuranantara 16 – 90 µm.

2.3. Modulus Of Rupture

Modulus of Rupture merupakan kuat tarik maksimum yang secara teoritis dicapai

pada serat bagian bawah dari sebuah balok uji (Neville, 1997). Nilai dari modulus

of rupture bergantung pada dimensi dari balok uji dan susunan beban. Untuk

memperoleh nilai modulus of rupture digunakan metode third point loading.

Modulus of rupture diukur dengan menguji balok polos berpenampang

bujursangkar 10 x 10 x 40 cm3 dan di bebani di titik-titik sepertiga bentang hingga

gagal. modulus of rupture mempunyai nilai yang lebih tinggi dibanding kuat

belah.

Metode ini menghasilkan momen yang konstan antara titik beban sehingga

sepertiga dari bentang balok ditentukan sebagai tegangan maksimum dimana pada

bagian tersebut retakan terjadi. Benda uji berupa balok beton dengan ukuran 10

cm x 10 cm x 40 cm dengan panjang bentang yang digunakan 30 cm.

Besar momen yang dapat mematahkan benda uji adalah momen akibat beban

maksimum dari mesin pembebanan. Besar momen yang mematahkan balok uji

dapat dilihat pada Gambar 2.6. sebagai berikut :


commit to user

28

1/2P 1/2P

O O

1/3 L 1/3 L 1/3 L

P

dc

b

c

Momen Maksimum

Gambar 2.6. Momen Yang Terjadi Akibat Beban P

Perumusan dari momen maksimum yang terjadi:

Momen Maksimum = 21

P x 31

L................................... ( 2.1 )

Dengan:

P = Beban Maksimum

L= Panjang Beban

Secara umum nilai modulus of rupture dapat dihitung dengan rumus:

SMmaks

MOR = ............................................................... (2.2 )

Dimana cI

S =

h


commit to user

29

IcMmaks

MOR´

= .................................................................... ( 2.3 )

h

hb

LPxMOR

´

´´=

21

121

31

21

3

2

61

31

21

bh

LPxMOR =

2hbLP

MOR´´

= ..................................................................... ( 2.4 )

Dengan:

MOR = Modulus Of Rupture (MPa)

Mmaks = Momen Maksimum (Nmm)

S = Modulus Penampang (mm3)

P = Beban maksimum pada balok benda uji (Newton)

L = Panjang bentang (mm)

b = Lebar balok benda uji (mm)

h = Tinggi balok benda uji (mm)

c = Setengah tinggi balok uji = ½ h (mm)


commit to user

30

Pengujian kuat lentur akan terjadi tiga macam tipe kemungkinan patah pada balok

uji sebagai berikut:

a. Patah pada 31

bentang bagian tengah.

Gambar 2.7. Letak Patah Balok Tipe I.

Balok uji patah pada bagian tengah (antara B dan C) pada keadaan ini dan

patahnya diakibatkan oleh momen yang paling maksimum. Besarnya modulus of

rupture dapat dihitung berdasarkan rumus:

SMmaks

MOR = ............................................................................... ( 2.5 )

22

61

31

21

bhPL

bh

LPxMOR == ............................................................. ( 2.6 )

Dengan:

MOR = Modulus of Rupture (MPa)



P = Beban Maksimum pada balok benda uji (Newton)

L = Panjang Bentang (mm)

10 cm 10 cm 10 cm 5 cm 5 cm

D C B A

1/2P 1/2P

P


commit to user

31



b. Patah pada bentang antara A-B atau C-D.

Gambar 2.8. Letak Patah Balok Tipe II.

Apabila balok patah pada bentang A-B atau C-D dengan jarak letak patah tidak

lebih dari 5% panjang bentang, kondisi ini masih dapat diperhitungkan dan balok

uji dapat dipakai. Modulus of rupturepada kondisi ini dapat dihitung dengan

rumus:

2

2

3

61

21

bh

aP

bh

Pax

SMmaks

MOR === ..................................................... ( 2.7 )

Dengan:




P = Beban Maksimum pada balok benda uji (Newton)

a = Jarak rata-rata letak patah dari perletakan (mm)

L = Panjang Bentang (mm)


a a

1/2P 1/2P

5 % 5 %

10 cm 10 cm 10 cm 5 cm 5 cm

D C B A

P


commit to user

32


c. Patah pada bentang antara A-B atau C-D.

Gambar 2.9. Letak Patah Balok Tipe III.

Apabila balok uji patah pada bentang A-B atau C-D dengan jarak letak patah dari

B maupun C lebih besar dari 5% panjang bentang, maka kondisi ini tidak dapat

diperhitungkan kembali dan balok uji tidak dapat dipakai.

Adapun langkah-langkah pengujian modulus of rupture dapat diuraikan sebagai

berikut :

a. Menyiapkan benda uji balok beton yang akan diuji.

b. Meletakkan benda uji pada alat uji lentur dengan posisi mendatar.

c. Mengatur jarum penunjuk lendutan (dial) tepat pada titik nol.

d. Melakukan pembebanan dan mencatat lendutan setiap penambahan beban

hingga balok beton patah.

e. Mencatat besarnya beban tertinggi yang telah mematahkan balok uji.

f. Melakukan pengukuran dan pengamatan letak patah balok.

1/2P 1/2P

5 % 5 %

10 cm 10 cm 10 cm 5 cm 5 cm

D C B A

P


commit to user

33

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Uraian Umum

Metode penelitian merupakan langkah-langkah atau metode yang dilakukan dalam

penelitian suatu masalah, kasus, gejala, fenomena, atau lainnya dengan jalan

ilmiah untuk menghasilkan jawaban yang rasional. Metode yang digunakan dalam

penelitian ini adalah metode eksperimental, yaitu metode penelitian yang

dilakukan dengan cara mengadakan suatu percobaan untuk mendapatkan data atau

hasil yang menghubungkanantara variabel-variabel yang diselidiki.

Pemecahan masalah pada penelitian ini dengan menggunakan cara statistik, yaitu

dengan urutan kegiatan dalam memperoleh data sampai data itu berguna sebagai

dasar pembuatan keputusan diantaranya melalui proses pengumpulan data,

pengolahan data, analisis data dan cara pengambilan keputusan secara umum

berdasarkan hasil penelitian.

33


commit to user

34

3.2.Alat dan Bahan

3.2.1. Alat-alat Yang Digunakan

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Timbangan manual dengan kapasitas 2 kg dan 50 kg yang digunakan untuk

mengukur berat bahan campuran betonserta timbangan digital untuk

mengukur berat serat yang digunakan .

b. Ayakan dengan ukuran diameter saringan 25 mm; 19 mm; 12,5 mm; 9,5 mm;

4,75 mm; 2,36 mm; 1,18 mm; 0,6 mm; 0,3 mm; 0,15 mm; pan dan mesin

penggetar ayakan (vibrator) yang digunakan untuk pengujian gradasi agregat.

c. Oven merk “Binder”

Oven ini berkapasitas 220oC, 1500W, digunakan untuk mengeringkan

material (pasir dan kerikil).

d. Corong konik dengan ukuran diameter atas 3,8 cm, diameter bawah 8,9 cm,

tinggi 7,6 cm, lengkap dengan alat penumbuk. Alat ini digunakan untuk

mengukur keadaan SSD agregat halus.

e. Kerucut Abrams yang terbuat dari baja dengan ukuran diameter atas 10 cm,

diameter bawah 20 cm, tinggi 30 cm, lengkap dengan tongkat baja penusuk

yang ujungnya ditumpulkan dengan panjang 60 cm dan dimeter 16 mm. Alat

ini digunakan untuk mengukur nilai slump adukan beton

f. Loading Frame dengan kapasitas 1000 kgf yang digunakan untuk pengujian

modulus of rupture balok beton.

g. Cetakan benda uji balok kayu dengan ukuran 100 mm x 100 mm x 400 mm

untuk uji modulus of rupture.

h. Alat bantu lain :

a) Cetok semen

b) Ember

c) Gelas ukur kapasitas 250 ml digunakan untuk meneliti kandungan zat

organik dan kandungan lumpur dalam pasir

d) Gelas ukur 2000 ml untuk menakar air

e) Alat Tulis


commit to user

35

f) Vibrator yang digunakan sebagai penggetar beton segar

g) Kamera Digital

h) Cangkul untuk mengaduk campuran beton

i) Dan lain-lain

3.2.2. Bahan Penyusun

Bahan-bahan yang digunakan adalah:

a. SemenOPC

b. Pasir ukuran maksimum 0,5 mm

c. Silica Fume

d. Serat baja bendrat

e. Filler (tepung kuarsa)

f. Superplasticizer

3.3. Benda Uji

Benda uji pada penelitian ini berupa balok dengan ukuran 10 cm x 10cm x 40

cm.Kadarserat baja yang digunakan adalah 1%terhadap volume beton. Perincian

benda uji yang dibuat dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1 Benda uji untuk pengujian Modulus Of Rupture beton

Kode Kadar Filler (%Volume Agregat)

Jumlah (Sampel)

Umur (Hari)

FN-0 0 3 7 3 28

FN-1 5 3 7 3 28

FN-2 10 3 7 3 28

FN-3 15 3 7 3 28

FN-4 20 3 7 3 28

Jumlah 30 Keterangan : FN : Filler Nanomaterial


commit to user

36

5 30 cm 5

10 cm

10 cm

Gambar 3.1. Benda uji balok beton (40 x 10 x 10) cm

3.4. Tahap dan Prosedur Penelitian

Prosedur yang dipakai dalam penelitian ini adalah :

1. Tahap I

Disebut tahap persiapan. Seluruh bahan dan peralatan yang dibutuhkan dalam

penelitian dipersiapkan terlebih dahulu agar penelitian dapat berjalan dengan

lancar.Pembuatan cetakan atau bekisting benda uji juga dilakukan pada tahap

ini.

2. Tahap II

Disebut tahap uji bahan untuk mengetahui sifat, karakteristik, dan memenuhi

syarat atau tidak. Pengujian tersebut antara lain :

Agregat halus, antara lain dilakukan uji :

1. Kadar lumpur

2. Kadar organik

3. Spesific grafity

4. Gradasi


commit to user

37

3. Tahap III

Disebut tahap pembuatan mix design. Pembuatan mix designdilakukan pada

tahap ini dengan kuat tekan rencana >50 MPa. Hasil mix design tersebut

dipakai untuk pembuatanbalok beton.

4. Tahap IV

Disebut tahap pembuatan benda uji. Dilakukan pekerjaan sebagai berikut:

1) Pembuatan adukan beton.

2) Pengujian nilai slump.

3) Pengecoran ke dalam bekisting.

5. Tahap V

Disebut tahap perawatan. Dilakukan perawatan pada tahap ini terhadap benda

uji yang telah dibuat pada tahap IV. Perawatan beton umur 28 hari dilakukan

dengan cara merendam benda uji dalam air pada hari kedua selama 25 hari,

kemudian beton dikeluarkan dari air dan diangin-anginkan sampai benda uji

berumur 28 hari. Pengujian beton pada umur 28 hari.

6. Tahap VI

Disebut tahap pengujian. Dilakukan pengujianmodulus of rupture benda uji

pada tahap ini. Pengujian dilakukan pada saat beton berumur 7 hari dan 28

hari. Pengujian benda uji dilakukan pada beton uji berbentuk balok berukuran

10 cm x 10 cm x 40 cm.Pengujian ini dilakukan di LaboratoriumStruktur

Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS.

7. Tahap VII

Disebut tahap analisa data. Data yang diperoleh dari hasil pengujian dianalisis

untuk mendapatkan suatu kesimpulanhubungan antara variabel-variabel yang

di teliti dalam penelitian.

8. Tahap VIII

Disebut tahap pengambilan keputusan. Data yang telah dianalisis dibuat suatu

kesimpulan yang berhubungan dengan tujuan penelitian.


commit to user

38

Tahapan dalam penelitian ini disajikan secara skematis dalam bentuk bagan alir

pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2.Bagan Alir Tahap-tahap Penelitian

Selesai

Bahan Tambah

Perhitungan Rancang Campur (Mix Design)

Pembuatan Adukan Beton

Tahap I

Tahap II

Tahap III

Mulai

Persiapan

Semen Agregat Halus Air Serat

Uji Bahan:

- kadar lumpur

- kadar organik

- spesific gravity

- gradasi

Pengujian Nilai Slump

Ya

Tidak

Pembuatan Benda Uji

Pelepasan benda uji dari cetakan

Pengujian Modulus Of Rupture

Analisis Data dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Tahap IV

Tahap VI

TahapVII

Tahap VIII

Tahap V


commit to user

39

3.5. Pengujian Bahan Dasar Beton

Pengujian bahan dasar untuk pembuatan beton sangat penting, hal ini untuk

mengetahui kelayakan karakteristik bahan penyusun beton yang nantinya dipakai

dalam mix designpenelitian ini sehingga hasil yang didapat baik dan tidak biasa.

Pengujian bahan dasar beton hanya dilakukan terhadap agregat halus.

3.5.1. Pengujian Kadar Lumpur Agregat Halus

Agregat halus yang digunakan dalam campuran beton adalah pasir. Pasir

berfungsi sebagai pengisi rongga-rongga yang terbentuk dari pencampuran pasta

semen dan agregat kasar. Spesifikasi pasir yang dapat digunakan dalam campuran

beton salah satunya adalah tidak mengandung lumpur lebih dari 5% dari berat

keringnya.

Sesuai dengan PBI 1971 (N-20 atau ASTM) maka bila pasir mengandung lumpur

5% dari dari berat keringnya harus dicuci, karena kandungan lumpur yang

berlebihan dalam pasir dapat mengganggu lekatan antara partikel dalam

pencampuran beton sehingga dapat menurunkan kekuatan beton.

Kadar lumpur pasir dihitung dengan persamaan 3.1 sebagai berikut :

Kadar Lumpur %1001

1 ´-

=G

GGo .....................................................................(3.1)

dengan :

G0 = berat pasir awal (100 gram)

G1 = berat pasir akhir (gram)

3.5.2. Pengujian Kadar Zat Organik Agregat Halus

Kandungan zat organik pada pasir umumnya banyak ditemukan pada pasir yang

diambil dari sungai. Aliran air sungai yang membuat zat organik atau

semacamnya dapat terbawa dan mengendap pada pasir. Kandungan zat organik

dapat membahayakan bila terlalu banyak terdapat pada campuran beton. Sifat zat


commit to user

40

organik yang mudah mengurai membuatnya dapat mengurai dan membusuk

sehingga menimbulkan celah atau pori pada beton. Kandungan zat organik pada

pasir dapat diuji menggunakan larutan NaOH 3% pada percobaan perubahan

warna Abrams Harder sesuai dengan PBI 1971 (N-20 atau ASTM). Pada Tabel

3.2. dapat dilihat kadar zat organik pada pasir berdasarkan perubahan warnanya.

Tabel 3.2. Tabel perubahan warna pada uji kadar zat organik pasir

Warna Prosentase kandungan zat organik

Jernih

Kuning muda

Kuning tua

Kuning kemerahan

Coklat kemerahan

Coklat

0 %

0 – 10%

10 – 20%

20 – 30%

30 – 50%

50 – 100%

3.5.3. Pengujian Specific Gravity Agregat Halus

Pengujian specific gravity agregat halus mengacu pada ASTM C 128. Pengujian

ini ditujukan agar mendapatkan :

a. Bulk specific gravity, yaitu perbandingan antara berat pasir dalam kondisi

kering dengan volume pasir total

b. Bulk specific gravity SSD, yaitu perbandingan antara berat pasir jenuh dalam

kondisi kering permukaan dengan volume pasir total

c. Apparent specific gravity, yaitu perbandingan antara berat pasir dalam

kondisi kering dengan volume butir pasir

d. Absorbtion, yaitu perbandingan antara berat air yang diserap dengan berat

pasir kering

Hasil pengujian dilakukan analisisdengan persamaan 3.2 s/d 3.5 sebagai berikut:

Bulk Specific Gravitycdb

a-+

= .......................................................... (3.2)

Bulk Specific Gravity SSD cdb

d-+

= ........................................................... (3.3)


commit to user

41

Apparent Specific Gravitycab

a-+

= ........................................................... (3.4)

Absorbsion %100´-

=a

ad ............................................................................. (3.5)

dengan :

a = berat pasir kering oven (gram)

b = berat volumetricflash berisi air (gram)

c = berat volumetricflash berisi pasir dan air (gram)

d = berat pasir dalam keadaan kering permukaan jenuh (500 gram)

3.5.4. Pengujian Gradasi Agregat Halus

Gradasi pada pasir sebagai agregat halus menentukan sifat pengerjaan dan sifat

kohesi dari campuran beton, sehingga gradasi pada agregat halus sangatlah

diperhatikan. Pengujian gradasi agregat halus menggunakan standar pengujian

ASTM C 136. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui gradasi atau variasi

diameter butiran pasir, prosentase dan modulus kehalusannya. Modulus kehalusan

adalah angka yang menunjukkan tinggi rendahnya tingkat kehausan butir pasir.

Modulus kehalusan pasir dihitung menggunakan persamaan 3.6 sebagai berikut :

Modulus kehalusan pasir ed

= ................................................................... (3.6)

dengan :

d = Σ prosentase kumulatif berat pasir yang tertinggal selain dalam pan

e = Σ prosentase kumulatif berat pasir yang tertinggal


commit to user

42

3.6. Perencanaan Campuran Beton (Mix Design)

Perencanaan campuran beton yang tepat dan sesuai dengan proporsi campuran

adukan beton sangat diperlukan untuk mendapatkan kualitas beton yang baik.

Penelitian ini menggunakan trial rancang campur beton yang mengacu pada

Sambowo,2003 dengan target kuat desak (f’c) target >50 MPa. Secara lengkap

dapat dilihat pada lampiran B. Perhitungan trial mix design pada penelitian ini

tetap menggunakan agregat kasar pada hitungan, tetapi pada proses pengecoran

agregat kasar tersebut tidak dimasukkan. Hal ini dikarenakan belum ada referensi

terkait yang menggunakan mix design tanpa agregat kasar.

3.7. Pembuatan Benda Uji

Langkah-langkah pembuatan benda uji:

a. Menyiapkan dan menimbang bahan-bahan campuran adukan beton sesuai

dengan rancang campur adukan beton (mix design).

b. Mencampur bahan-bahan tersebut sampai homogen dengan cara dimasukkan

ke dalam alat aduk beton secara berurutan mulai dari kerikil, semen, pasir,

serat, dan air.

c. Mengukur nilai slump adukan setelah tercampur homogen.

d. Memasukkan adukan ke dalam cetakan balok berukuran 10x10x40 cm hingga

penuh sambil dipadatkan dengan menggunakan vibrator.

e. Setelah cetakan penuh dan padat, permukaannya diratakan dan diberi kode

benda uji di atasnya, kemudian didiamkan selama 24 jam.

f. Setelah 24 jam cetakan dibuka dan dilakukan curing selama 25hari.


commit to user

43

3.8. Pengujian Nilai Slump

Slump beton adalah besaran kekentalan (viscosity)/plastisitas dan kohesif dari

beton segar. Menurut SK-SNI M-12-1989-F, cara pengujian nilai slump adalah

sebagai berikut :

a. Membasahi cetakan dan pelat.

b. Meletakkan cetakan diatas pelat dengan kokoh.

c. Mengisi cetakan sampai penuh dengan 3 lapisan, tiap lapis berisi kira-kira 1/3

isi cetakan, kemudian setiap lapis ditusuk dengan tongkat pemadat sebanyak

25 kali tusukan secara merata.

d. Segera setelah selesai penusukan, ratakan permukaan benda uji dengan

tongkat dan semua sisa benda uji yang ada disekitar cetakan harus

disingkirkan.

e. Mengangkat cetakan perlahan-lahan tegak lurus keatas.

f. Mengukur slump yang terjadi.

3.9. Perawatan Benda Uji

Perawatan dilakukan dengan cara merendam beda uji dalam air dengan fungsi

agar air dalam beton tidak menguap dengan cepat, sehingga proses hidrasinya

sempurna dengan demikian mutu beton yang terjadi dapat sesuai dengan mutu

rencana. Perawatan benda uji dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. Benda uji yang telah berumur 24 jam dilepas dari cetakan silinder.

b. Selanjutnya benda uji direndam dalam bak air selama 25 hari.

c. Setelah benda uji direndam selama 25 hari, benda uji diangkat dan diangin-

anginkan sampai berumur 28 hari untuk selanjutnya dilakukan pengujian.


commit to user

44

3.10. Prosedur Pengujian Modulus of Rupture

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya beban modulus of rupture

beton. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan alat uji lentur (loading

frame) terhadap benda uji yang telah berumur 7 hari dan 28 hari dengan

memberikan tekanan hingga benda uji tersebut patah. Langkah-langkah pengujian

modulus of rupturebeton:

a. Menyiapkan benda uji balok beton yang akan diuji.

b. Meletakkan benda uji pada alat uji lentur dengan posisi mendatar.

c. Mengatur jarum penunjuk lendutan (dial) tepat pada titik nol.

d. Memulai pembacaan beban dengan bergeraknya jarum penunjuk lendutan.

e. Mencatat besarnya beban maksimum yang terjadi pada benda uji.

Setting Up pengujian modulus of rupture dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 3.3. Skema setting uppengujian modulus of rupture beton

P

½P ½P

100 mm 50 mm100 mm 100 mm50 mm

A B


commit to user

45

Gambar 3.4.Setting up pengujian modulus of rupture beton

Keterangan gambar:

1. Loadcell 5. Benda uji (sample)

2. Hydraulic Jack 6. Tumpuan

3. Dial gauge 7. Hydraulic Pump

4. Pembagi beban

2

3

4

5

6

7

1


commit to user

46

BAB 4

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Pengujian Agregat Halus

Pengujian terhadap agregat halus yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi

pengujian kadar lumpur, kandungan zat organik, specific gravity, gradasi agregat

dan berat jenis. Hasil-hasil pengujiantersebut disajikan dalamTabel 4.1.

Perhitungan serta data-data pengujian secara lengkap terdapat pada Lampiran A.

Tabel 4.1. Hasil pengujian agregat halus

Jenis Pengujian Hasil Pengujian Standar Kesimpulan

Kandungan Zat Organik Kuning muda Kuning Memenuhi syarat

Kandungan Lumpur 9,5 % Maks 5 % Tidak memenuhi syarat

Bulk Specific Gravity 2,41 gr/cm3 - -

Bulk Specific SSD 2,51 gr/cm3 - -

Apparent Specific Gravity 2,46 gr/cm3 - -

Absorbtion 0,81 % - -

Modulus Halus 2,54 2,3 – 3,1 Memenuhi syarat

Hasil pengujian gradasi agregat halus dan syarat batas dari ASTM C33-97 dapat

dilihat pada Tabel 4.2. dan Gambar 4.1.


commit to user

47

Tabel 4.2. Hasil pengujian gradasi agregat halus

Diameter

Ayakan

(mm)

Berat Tertahan Berat Lolos

Kumulatif

(%)

ASTM C-33 Berat

(gram) Prosentase

(%) Kumulatif

(%)

9,5 0 0 0 100 100 4,75 120,5 4,03 4,03 95,97 95 - 100 2,36 206 6,89 10,91 89,09 80 - 100 1,18 398,5 13,32 24,23 75,77 50 - 85 0,85 600 20,05 44,28 55,72 25 - 60 0,3 1000 33,42 77,71 22,29 10 - 30 0,15 434,5 14,52 92,23 7,77 2 - 10 Pan 232,5 7,77 100 0 0

Jumlah 2992 100 353,39 - -

Modulus halus =

=

= 2,54

Agregat yang hilang =

=

= 0,27%

Berdasarkan Tabel 4.2.didapat grafik gradasi beserta batas gradasi yang

disyaratkan ASTM C-33 yang ditunjukkan dalam Gambar 4.1.

46


commit to user

48

Gambar 4.1. Grafik gradasi agregat halus

BerdasarkanGambar 4.1. dapat dilihat bahwa gradasi agregat halus berada pada

batas maksimum dan minimum, hal ini menunjukan bahwa agregat halus yang

digunakan memenuhi syarat dan layak digunakan untuk pembuatan benda uji

beton.

4.2. Rencana Campuran

Berdasarkan perhitungan rencana campuran (mix design) adukan beton diperoleh

kebutuhan bahan untuk 1 m3 beton seperti pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3. Proporsi campuran adukan beton untuk setiap variasi per 1 m3.

Benda Uji

Kode Benda

Uji

OPC Agregat Halus Air Serat SP

Silica Fume Filler

(kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) Beton

Normal FN-0 506,7 673 154 24 18,5 56,3 0

Beton FN-1 506,7 673 154 24 18,5 56,3 28,15 Dengan FN-2 506,7 673 154 24 18,5 56,3 56,3

filler nano- FN-3 506,7 673 154 24 18,5 56,3 84,45 Material FN-4 506,7 673 154 24 18,5 56,3 112,6

Secara lengkap perhitungan terdapat pada lampiran B, sedangkan untuk satu kali

adukan disajikan dalam Tabel 4.4.

Tabel 4.4.Proporsi campuran adukan beton untuk setiap variasi tiap 1 kali adukan

Benda Uji Kode

Benda Uji

Jumlah OPC Agregat Halus

Air Serat SP Silica Fume

Filler

Benda Uji

(kg) (kg) (liter) (kg) (kg) (kg) (kg)

Beton Normal FN-0 6 24,098 30,4827 6,975 1,087 0,838 2,55 0

Beton FN-1 6 24,098 30,4827 6,975 1,087 0,838 2,55 1,332 dengan FN-2 6 24,098 30,4827 6,975 1,087 0,838 2,55 2,665 filler nano- FN-3 6 24,098 30,4827 6,975 1,087 0,838 2,55 3,997

material FN-4 6 24,098 30,4827 6,975 1,087 0,838 2,55 5,330


commit to user

49

Perhitungan proporsi campuran adukan beton untuk setiap variasi secara lengkap

terdapat pada lampiran B.

4.3. Hasil Pengujian Benda Uji

4.3.1.Hasil Pengujian Agregat Halus

4.3.1.1. Pemeriksaan Kandungan Zat Organik

Syarat dari pemeriksaan kandungan zat organik adalah agregat yang mengandung

bahan organik dapat dipakai, asal kekuatan tekan pada umur 7 hari dan 28 hari

tidak kurang dari 95% dari kekuatan adukan yang sama tetapi dicuci dalam

larutan NaOH 3% sesuai dengan Peraturan Beton Bertulang Indonesia (PBI NI-2,

1971). Warna pasir yang telah direndam larutan NaOH 3% tidak boleh lebih tua

dari warna standar sesuai standar Peraturan Beton Bertulang Indonesia 1971.

Berdasarkan hasil pengujian di laboratorium, warna larutan hasil pengamatan

adalah kuning muda. Hal ini menunjukkan bahwa pasir mengandung zat organik

yang dapat menurunkan kekuatan beton, akan tetapi karena masih dalam batas

warna yang diperbolehkan sehingga pasir tidak perlu dicuci bila digunakan.

4.3.1.2. Pemeriksaan Kandungan Lumpur

Syarat dari pemeriksaan kandungan lumpur adalah kandungan lumpur dalam

agregat halus tidak boleh lebih dari 5% sesuai dengan PBI NI-2, 1971. Hasil

pengujian di laboratorium dan perhitungan diperoleh kandungan lumpur dalam

pasir sebesar 9,5% sehingga pasir perlu dicuci bila akan digunakan sebagai

agregat halus dalam campuran adukan beton.

4.3.1.3. Pengujian Gradasi Agregat Halus


commit to user

50

Syarat dari pengujian gradasi agregat halus adalah modulus agregat halus berkisar

antara 2,3-3,1 (Tjokrodimuljo, 1996). Hasil perhitungan modulus halus agregat

halus sebesar 2,54 sehingga masih memenuhi syarat sebagai agregat halus.

Tabel 4.2. dan Gambar 4.1. tentang hasil pengujian gradasi agregat halus bisa

diketahui bahwa pasir yang digunakan masih memenuhi syarat sebagai agregat

halus untuk beton kedap air menurut SK-SNI S-36-1990-03.

4.4. Hasil Pengujian Slump

Hasil pencampuran adukan beton pada beton bermutu tinggi didapatkan nilai

slump yang sama. Nilai slump dipergunakan untuk mengetahui kelecakan atau

workability beton dengan beberapa variasi kadar filler. Nilai slump dari masing-

masing beton dapat dilihat sebagai berikut:

Tabel 4.5.Nilai slump campuran adukan beton

No Jenis beton Nilai slump (cm) Workabilitas

1 FN-0 8 Sedang-Rendah



4 FN-3 2,5 Rendah

5 FN-4 2 Rendah


commit to user

51

P½P½P

100 mm100 mm 100 mm

A B

AB

A B

SFD

BMD

Momen maksimum

Gambar 4.2.Grafik hubungan variasi kadar filler dengan nilaislump

4.5. Hasil Pengujian Modulus of Rupture

4.5.1. Hasil Pengujian Modulus Of Rupture Beton

Pengujian ini menggunakan benda uji berupa balok dengan ukuran 100mm x

100mm x 400mm, dengan panjang bentang 300mm dan dua beban terpusat pada

jarak 5 cm dari masing-masing tumpuan. Pengujian dilakukan pada beton umur 7

dan 28 hari.


commit to user

52

Gambar 4.3. Skema pengujian modulus of rupture dan diagram gaya balok

Hasil pengujian ini mendapatkan beban maksimum, yaitu pada saat beton hancur

(P maks).Semua balok uji patah dibagian bentang tengah pada saat

pengujianefektif dapat dihitung.Sebagai contoh perhitungan beton mutu tinggi

dengan kadar filler 10% tepung kuarsa yang diuji pada 7 hari.

Didapat data :

Pmaks = 110 kgf/cm2

Luas hidraulik

q (Berat sendiri beton) = 0,1m x0,1m x2400kg/m3 = 24kg/m

Maka Modulus of Rupture :

MOR = =4,1044 MPa

Untuk perhitungan modulus of ruptureselengkapnya disajikan dalam Tabel

4.6.berikut :


commit to user

53

Tabel 4.6.Analisis Modulus of Rupture pada 7 dan 28 hari

Kadar Kode

Umur

Beban Beban MOR MOR

filler Benda Uji

Maks Maks (MPa) Rata-Rata

% (Kgf/cm2) (N) (MPa)

0%

FN0-01 7 Hari

80 9911,4597 2,9893 FN0-02 75 9291,9935 2,8035 2,9274 FN0-03 80 9911,4597 2,9893 FN0-01

28 Hari 80 9911,4597 2,9893

FN0-02 95 11769,8584 3,5468 3,2991 FN0-03 90 11150,3922 3,3610

5%

FN1-01 7 Hari

95 11769,8584 3,5468 FN1-02 95 11769,8584 3,5468 3,5468 FN1-03 95 11769,8584 3,5468 FN1-01

28 Hari 105 13008,7909 3,9185

FN1-02 100 12389,3247 3,7327 3,7946 FN1-03 105 13008,7909 3,7327

10%

FN2-01 7 Hari

110 13628,2571 4,1044 FN2-02 105 13008,7909 3,9185 4,0424 FN2-03 110 13628,2571 4,1044 FN2-01

28 Hari 115 14247,7234 4,2902

FN2-02 115 14247,7234 4,2902 4,3522


commit to user

54

FN2-03 120 14867,1896 4,4760

15%

FN3-01 7 Hari

75 9291,9935 2,8035 FN3-02 80 9911,4597 2,9893 2,7415 FN3-03 65 8053,0610 2,4318 FN3-01

28 Hari 75 9291,9935 2,8035

FN3-02 80 9911,4597 2,9893 2,9893 FN3-03 85 10530,9260 3,1752

20%

FN4-01

7 Hari

65 8053,0610 2,4318

FN4-02 50 6194,6623 1,8743 2,1221

FN4-03 55 6814,1286 2,0601

FN4-01

28 Hari

70 8672,5273 2,6177 FN4-02 70 8672,5273 2,6177 2,5557

FN4-03 65 8053,0610 2,4318

BerdasarkanTabel 4.6.dapat dibuat grafik yang menggambarkan hubunganvariasi

kadar fillerterhadap nilaimodulus of rupturepada umur 7 dan 28 hari yang dapat

dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4.Grafik Hubunganvariasi kadar fillerterhadap nilaimodulus of

rupturepada umur 7 dan 28 hari

4.5.2. Hasil Perhitungan Momen dengan Lendutan


commit to user

55

Berdasarkan data yang diperoleh pada saat pengujian kuat lentur, maka dapat

dihitung nilai momennya sebagai berikut:

Contoh perhitungan benda uji FN1-01-7 Hari:

Beban (P) = 10 kg

Jarak (L) = 300 mm

Momen =

= ½ x (10 x 12,629281 x 9,81) x 100 + 2648,7

= 64595,3 Nmm

Data selengkapnya terdapat pada Lampiran C.

Grafik hubungan momen-lendutan dapat diperoleh dengan memplotkan data

momen setiap kenaikan beban 5 kgf/cm2 dengan lendutan yang terjadi pada setiap

benda uji.

Gambar 4.5. Grafik Hubungan Momen dan Lendutan Beton dengan penambahan

kadar filler 5%


commit to user

56


kadar filler 10%


kadar filler 15%


commit to user

57


kadar filler 20%

Gambar 4.8. Grafik Hubungan Momen dan Lendutan Beton Normal

Teori elastisitas mengemukakan bahwa kekakuan sebanding dengan M/∆. Nilai

perbandingan M/∆ ini dapat digunakan untuk membandingkan sifat material satu

dengan lainnya dalam resistensinya melawan lendutan saat menerima beban.

Berdasarkan grafik hubungan momen dan lendutan, masing-masing variasi benda


commit to user

58

uji dapat dihitung nilai kekakuannya. Nilai kekakuan benda uji disajikan dalam

Tabel 4.7.berikut:

Tabel 4.7.Hasil Perhitungan Kekakuan Benda Uji

Kadar Kode Umur

Lendutan Momen M/∆

M/∆

filler (%)

Benda Uji (mm) (Nmm) Rata-Rata

0%

FN0-01

7 Hari

0,734 498221,6864 678776,1396

FN0-02 0,750 467248,3748 622997,8331 642560,2046

FN0-03 0,796 498221,6864 625906,6413

FN0-01

28 Hari

0,734 498221,6864 678776,1396

FN0-02 0,980 591141,6214 603205,7361 629627,1510

FN0-03 0,923 560168,3097 606899,5772

5%

FN1-01

7 Hari

0,750 591141,6214 788188,8285

FN1-02 0,700 591141,6214 844488,0306 847375,1691

FN1-03 0,650 591141,6214 909448,6483

FN1-01

28 Hari

1,000 653088,2447 653088,2447

FN1-02 0,980 622114,9331 634811,1562 658453,5704

FN1-03 0,950 653088,2447 687461,3102

10%

FN2-01

7 Hari

0,700 684061,5564 977230,7948

FN2-02 0,600 653088,2447 1088480,4078 1014313,9991

FN2-03 0,700 684061,5564 977230,7948

FN2-01

28 Hari

0,850 715034,8680 841217,4918

FN2-02 0,900 715034,8680 794483,1867 821532,8853

FN2-03 0,900 746008,1797 828897,9774


commit to user

59

15%

FN3-01

7 Hari

0,715 467248,3748 653494,2305

FN3-02 0,731 498221,6864 681561,8146 670186,3214

FN3-03 0,600 405301,7515 675502,9191

FN3-01

28 Hari

0,725 467248,3748 644480,5169

FN3-02 0,753 498221,6864 661648,9860 652615,8270

FN3-03 0,812 529194,9981 651717,9779

20%

FN4-01

7 Hari

0,910 405301,7515 445386,5401

FN4-02 0,790 312381,8165 395420,0209 441468,4444

FN4-03 0,710 343355,1282 483598,7721

FN4-01

28 Hari

1,235 436275,0631 353259,1604

FN4-02 1,210 436275,0631 360557,9034 414541,0916

FN4-03 0,765 405301,7515 529806,2111

4.6. Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton

Pengujian kuat tekan dilakukan pada saat benda uji berumur 7 haridan 28 hari

dengan menggunakan Compression Testing Machine untuk mendapatkan beban

maksimum yaitu beban pada saat beton hancur ketika menerima beban tersebut

(Pmax).

Data pengujian kuat tekan dapat diperoleh kuat tekan maksimum beton. Sebagai

contoh perhitungan kuat tekan diambil data dari benda uji FN-2-3 pada umur 28

hari. Dari hasil pengujian didapat :

Pmax = 720 kN = 720000 N

A = 0,25 x π x D2 = 0,25 x π x 1102 mm2

= 9498,5 mm2

Maka fc’ MPa 8,57mm 9498,5

N720000

2==


commit to user

60

Hasil pengujian kuat tekan beton pada benda uji silinder dengan diameter 11 cm

dan tinggi 22 cm pada umur 7 hari dan 28 hari selengkapnya disajikan pada Tabel

4.8 dan Tabel 4.9.

Tabel 4.8. Hasil pengujian kuat tekan beton umur 7 hari

No. Kode Sampel Pmax fc’ fc’ rata-rata

Benda Uji (kN) (MPa) (MPa)

FN 0-01 370 38,95

1 FN 0-02 365 38,43 38,95

FN 0-03 475 39,48

FN 1-01 430 45,27

2 FN 1-02 440 46,32 46,67

FN 1-03 460 48,43

FN 2-01 550 57,9

3 FN 2-02 510 53,69 55,8

FN 2-03 560 58,96

FN 3-01 300 31,58

4 FN 3-02 310 32,64 32,99

FN 3-03 330 34,74

FN 4-01 240 25,27

5 FN 4-02 200 21,06 25,79


commit to user

61

FN 4-03 250 26,32

Tabel 4.9. Hasil pengujian kuat tekan beton umur 28 hari

No. Kode Sampel Pmax fc’ fc’ rata-rata

Benda Uji (kN) (MPa) (MPa)

FN 0-01 500 52,64

1 FN 0-02 510 53,69 53,34

FN 0-03 510 53,69

FN 1-01 600 63,17

2 FN 1-02 610 64,22 63,52

FN 1-03 600 63,17

FN 2-01 670 70,54

3 FN 2-02 680 71,59 71,06

FN 2-03 720 75,8

FN 3-01 450 47,38

4 FN 3-02 440 46,32 45,97

FN 3-03 420 44,22

FN 4-01 260 27,37

5 FN 4-02 280 29,48 28,43


commit to user

62

FN 4-03 280 29,48

(Data : Murwani Widi,2011)

4.7. Pembahasan

4.7.1. Uji Slump

Workability merupakan faktor yang penting dalam pembuatan adukan beton.

Workability yang memadai sangat diperlukan untuk memudahkan proses

pengadukan, pengangkutan, penuangan, dan pemadatan.

Sesuai dengan Tabel 4.5menunjukkan bahwa semakin banyak fillertepung kuarsa

yang ditambahkan ke dalam beton nilai slump semakin kecil. Hal tersebut

dikarenakan nilai fas yang rendah serta dengan adanya serat menyebabkan

campuran beton menjadi kaku dengan timbulnya gaya gesekan (fraction) antara

partikel-partikel penyusun beton dengan serat sehingga partikel-partikel tersebut

tidak dapat bergerak secara leluasa atau mempengaruhi workability dalam

pembuatan adukan beton.

Selain itu, bila ditinjau dari jenis agregat yang digunakan tampak bahwa

penggunaan agregat halus cenderung menurunkan workability. Hal ini disebabkan

karena daya serap (absorbtion) agregat halus lebih tinggi sehingga air yang

seharusnya digunakan untuk pasta akan lebih banyak berkurang saat

menggunakan agregat halus. Keadaan demikian menyebabkan kelecakan adukan

beton menurun dan nilai slump juga rendah.

4.7.2. Modulus Of Rupture

Penggunaan kadarfiller 5% dan 10% meningkatkan modulus of rupture balok

beton. Hasil pengujian menunjukkan bahwa modulus of rupture balok dengan

penggunaan kadar filler 10% mengalami kenaikan bila dibandingkan dengan

beton normal sebesar :


commit to user

63

BerdasarkanTabel 4.7.Hasil Perhitungan Kekakuan Benda Uji menunjukkan

bahwa nilai maksimum kekakuan berada pada beton dengan kadar filler 10% yaitu

sebesar 1014313,9991 N pada umur 7 hari dan sebesar 821532,8853 N pada umur

28 hari. Hal ini menunjukkan bahwa beton dengan kadar filler 10% lebih kokoh

dibandingkan dengan beton dengan kadar filler 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20%

BerdasarkanTabel 4.6. diperoleh hubungan antara penambahan kadar filler dan

modulus of rupture beton yang dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9.Grafik Hubungan Penambahan Kadar Fillerdengan MOR

Tabel 4.6. dan Gambar 4.9. diatas menunjukkan pengaruh penambahanfiller

terhadap modulus of rupture. Modulus of rupture beton mutu tinggi berserat baja

yang menggunakan filler nanomaterial dengan kadar 5% dan 10% masih lebih

tinggi 21,0151% sampai 38,0884% dari pada beton tanpa filler. Nilai modulus of

rupture maksimum terjadi pada beton dengan kadar penambahan filler sebesar

10% dengan nilai 4,0424 MPa untuk benda uji umur 7 hari dan 4,3522 MPa

untuk benda uji berumur 28 hari. Ditinjau dari penambahan fillernya, beton


commit to user

64

dengan menggunakan filler sebesar 10% dapat meningkatkan nilai modulus of

rupturenya.

Berikut ini adalah persamaan garis regresi dan R2 yang didapat dari Gambar 4.9.

a. Beton berumur 7 hari : y = -0.2699x2 + 1.3903x + 2.1964 ; R² = 0.7908

b. Beton berumur 28 hari : y = -0.3053x2 + 1.5903x + 1.6637 ; R² = 0.8586

4.7.3. Hubungan Antara Kuat Tekan dan MOR

Hubungan antara kuat tekan (f’c) dengan modulus of rupture pada beton memiliki

rumus empiris sebagaimana menurut ACI :

MOR = 0,23 f’c 0,75…………………………………………………….(4.1)

Dimana : f’c = Kuat tekan (MPa)


Hasil pengujian diketahui bahwa peningkatan kuat tekan diikuti pula dengan

peningkatan kuat lentur. Perbandingan antara kuat tekan dan modulus of rupture

dapat dilihat pada Tabel 4.10. dan Tabel 4.11.

Tabel 4.10.Perbandingan Kuat Tekan dan MOR Beton Berumur 7 Hari

No. Kadar filler %

Kuat Tekan Rata-Rata (MPa)

MOR Rata - Rata (MPa)

1 0% 38,95 2,9274 2 5% 46,67 3,5468 3 10% 55,8 4,0424 4 15% 32,99 2,7415 5 20% 25,79 2,1221

Tabel 4.11.Perbandingan Kuat Tekan dan MOR Beton Berumur 28 Hari

No. Kadar filler %

Kuat Tekan Rata-Rata (MPa)

MOR Rata - Rata (MPa)

1 0% 53,34 3,2991 2 5% 63,52 3,7946 3 10% 71,06 4,3522 4 15% 45,97 2,9893 5 20% 28,43 2,5557


commit to user

65

Tabel tersebut dapat dicari hubungan antara kuat tarik belah dan MOR yang

dijelaskan pada Gambar 4.10.berikut ini

Gambar 4.10. Grafik Hubungan MOR dan Kuat Tekan

Berdasarkan Gambar 4.10. tampak bahwa korelasi antara kuat tekandengan

MORmemiliki faktor koefisien korelasi (R2) senilai 0,9567. Hasil analisa

menunjukkan bahwa hubungan kuat tekandengan MORbeton memiliki rumus

empiris rata-rata sebagai berikut:

MOR = 0,1852 f’c 0,75………………………….…………………….(4.2)

Rumus empiris yang didapat lebih kecil teori yang dikemukakan oleh ACI. Hal ini

dikarenakan beton yang digunakan dalam penelitian tidak menggunakan agregat


commit to user

66

kasar dan hanya menggunakan agregat halus berukuran 0,125mm-

0,5mm,sehingga mmberikan korelasi yang berbeda.


commit to user

666

66

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian, analisis data, dan pembahasan maka dapat ditarik

beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Penggunan variasi kadar filler tepung kuarsa mempengaruhi kelecakan pada

beton. Semakin banyak penggunaan filler tepung kuarsa akan mengurangi

kelecakan pada beton dan membuat beton sulit dipadatkan sehingga banyak

rongga udara yang terjadi.

2. Penggunaan kadar filler tepung kuarsa sebanyak 10% dari kebutuhan semen

memberikan kuat tekan maksimum pada data sekunder yaitu sebesar

71,06MPa pada umur 28 hari. Nilai maksimum dari modulus of rupturenya

juga terdapat pada kadar filler 10% yaitu 4,3522MPa pada umur 28 hari.

3. Pengujian secara eksperimen di laboratorium menunjukkan bahwa pola

keruntuhan pada balok normal maupun pada balok dengan menggunakan filler

tepung kuarsa terletak 1/3 bentang tengah. Keruntuhan yang demikian bisa

disebut kerutuhan lentur.

4. Didapatkan hubungan antara kuat tekan dan modulus of rupture adalah

MOR = 0,1852 f’c 0,75


commit to user

67

5.2. Saran

Menindaklanjuti penelitian ini, diperlukan beberapa koreksi yang harus

diperhatikan agar dapat dijadikan sebagai pedoman dan acuan bagi penelitian-

penelitian selanjutnya agar dapat lebih baik. Adapun saran-saran untuk penelitian

selanjutnya antara lain sebagai berikut:

1. Penelitian ini perlu dilanjutkan untuk mengetahui ketahanan beton

nanomaterial terhadap asam.

2. Penelitian ini perlu dilanjutkan untuk mengetahui retak awal pada beton

nanomaterial.

3. Penelitian dengan menggunakan teknologi nano perlu dilanjutkan untuk

mendapatkan material-material lain yang dapat dimanfaatkan sebagai material

penyusun beton.

tinjauan modulus of rupture beton mutu tinggi

Documents