BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1.
Tinjauan Pustaka
Penggunaan beton sangat banyak dipakai secara luas sebagai bahan bangunan. Beton diperoleh dengan cara mencampurkan semen, air, dan agregat (dan kadangkadang bahan tambah, yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia tambahan, serat, sampai bahan bangunan non-kimia) pada perbandingan tertentu. Campuran tersebut bila dituang dalam cetakan kemudian dibiarkan maka akan mengeras seperti batuan (Tjokrodimulyo, 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)
Penelitian yang dilakukan Sri Raharja pada tahun 2013 yang menggunakan variasi komposisi abu sekam padi 0% , 2,5% , 5% , 7,5% , 10% dan 15%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penggunaan abu sekam padi sebagai bahan pengganti sebagian
semen mengakibatkan peningkatan nilai kuat tekan dan
modulus elastisitas. Peningkatan terbesar terjadi pada variasi 10% abu sekam padi, sedangkan pada variasi 15% nilai kuat tekan dan modulus elastisitas cenderung menurun. Kontribusi abu sekam padi terhadap kekuatan di dapati sangat tergantung kepada faktor air semen, jenis semen, dan kualitas abu sekam padi itu sendiri.
4
5
Menurut Kardiyono Tjokrodimujo (1996), bahan tambahan dapat berupa bahan kimia, pozolan dan serat. Beton yang diberi bahan tambah serat disebut beton serat (fibre reinforced concrete). Serat pada umumnya berupa batang dengan diameter anatara 5-500 µm (mikrometer) dengan panjang 25 mm -100 mm. Serat dapat berupa asbestos, gelas/kaca, plastik, baja, serat tumbuhan. Serat dalam beton berguna untuk mencegah adanya retak-retak pada beton sehingga menjadikan beton serat lebih daktail daripada beton biasa.
Beton serat didefinisikan sebagai beton yang dibuat dari campuran semen, agregat, air dan sejumlah serat yang disebar secara random. Prinsip penambahan serat adalah memberi tulangan pada beton yang disebar merata kedalam adukan beton dengan orientasi random untuk mencegah terjadinya retakan-retakan beton yang terlalu dini di daerah tarik akibat panas hidrasi maupun akibat pembebanan (Soroushian dan Bayasi, 1987)
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 (Soroushian & Bayasi, 1987).
2.2.
Landasan Teori
2.2.1.
Pengertian Beton
Kata beton dalam bahasa Indonesia berasal dari kata yang sama dalam bahasa Belanda. Kata concrete dalam bahasa Inggris berasal dari bahasa Latin concretus yang berarti tumbuh bersama atau menggabungkan menjadi satu. kata kotau-za digunakan dalam bahasa Jepang, yang arti harafiahnya material-material seperti tulang, mungkin karena agregat mirip tulang-tulang hewan (Antoni dan Paul Nugraha, 2007)
6
Menurut Wang dkk (1986), beton bertulang adalah gabungan logis dari beton polos yang mempunyai kuat tekan tinggi akan tetapi kuat tarik rendah, dan batanganbatangan baja yang ditanamkan di dalam beton dapat memberikan kuat tarik yang diperlukan
2.2.2.
•
Kelebihan dan Kelemahan Beton
Kelebihan Beton
Kelebihan dari struktur beton dibandingkan dengan materi struktur yang lain adalah: a.
Ketersediaan (availability) material dasar 1.
Agregat dan air pada umumnya bisa didapat dari daerah setempat. Semen pada umumnya juga dapat didapatkan dan dibuat di daerah setempat, bila tersedia. Biaya pembuatan relatif lebih murah karena semua bahan bisa didapat di dalam negeri, bahkan bisa di daerah setempat. Bahan termahal adalah semen, yang bisa diproduksi di dalam negeri.
2.
Berbeda dengan struktur baja karena pembuatan baja berada di pabrik. Pengangkutan menjadi masalah tersendiri bila proyek berada di tempat yang sulit untuk dijangkau, sementara beton akan lebih mudah karena masing-masing material bisa diangkut sendiri.
3.
Permasalahan kayu tidak seberat baja, namun penggunaannya secara massal akan menyebabkan masalah lingkungan, sebagai salah satu penyebab utama kerusakan hutan.
b.
Kemudahan untuk digunakan (versatility) 1.
Pengangkutan bahan mudah, karena masing-masing bisa diangkat secara mudah
2.
Beton bisa dipakai untuk berbagai struktur, seperti bendungan, fondasi, jalan, landasan bandar udara, pipa, perlindungan dari radiasi, insulator panas.
3.
Beton bertulang bisa dipakai untuk berbagai struktur yang lebih berat, seperti jembatan, gedung, tandon air, bangunan maritim, instalasi militer
7
dengan beban kejut besar, landasan pacu pesawat terbang, kapal dan sebagainya.
c.
Kemampuan beradaptasi (adaptability) 1.
Beton bersifat monolit sehingga tidak memerlukan sambungan seperti baja.
d.
2.
Beton dapat dicetak
3.
Beton dapat diproduksi
Kebutuhan pemeliharaan yang minimal
Secara umum ketahanan (durability) beton cukup tinggi, lebih tahan karat, sehingga tidak perlu dicat seperti struktur baja, dan lebih tahan terhadap bahaya kebakaran.
•
Kelemahan Beton
Kita ketahui bahwa beton sebagai struktur juga mempunyai beberapa kelemahan yang perlu dipertimbangkan. a.
Berat sendiri beton yang besar, sekitar 2400 kg/m³ untuk beton bertulang dan 2200 kg/m³ untuk beton tak bertulang.
b.
Kekuatan tariknya rendah, meskipun kekuatan tekannya besar.
c.
Beton cenderung untuk retak, karena semennya hidraulis. Baja tulangan bisa berkarat, meskipun tidak terlihat separah struktur baja.
d.
Kualitas sangat tergantung dari cara pelaksanaan di lapangan. Beton yang baik maupun yang buruk dapat terbentuk dari rumus dan campuran yang sama.
e.
Struktur beton sulit untuk dipindahkan. Pemakaian kembali atau daur ulang sulit dan tidak ekonomis.
8
2.2.3.
Bahan Penyusun Beton
Kualitas beton yang diinginkan dapat ditentukan dengan pemilihan bahan-bahan pembentuk beton yang baik, perhitungan proporsi yang tepat, cara pengerjaan dan perawatan beton dengan baik, serta pemilihan bahan tambah yang tepat dengan dosis optimum yang diperlukan. Bahan pembentuk beton adalah semen, agregat, air dan biasanya dengan bahan tambah.
2.2.3.1. Semem Portland
Semen portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidrolis dengan gips sebagai bahan tambahan (PUBI-1982, dalam Tjokrodimuljo, 1996).
Arti kata semen adalah bahan yang memiliki suatu sifat adhesif maupun kohesif, yaitu bahan pengikat. Menurut Standart Industri Indonesia, SNI 0013-1981, definisi semem portland adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidraulis bersama bahan-bahan yang biasa digunakan, yaitu gipsum.
Ordinary Portland Cement atau yang akan disebut semen portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak semen portland terutama yang terdiri atas kalsium silikat yang bersifat hidrolis dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambahan lain, seperti yang sudah pernah kita ketahui, Semen portland terbagi lagi menjadi 5 jenis yang didasarkan pada tujuan penggunaannya,lima tipe tersebut yaitu: a.
Jenis I yaitu semen portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis lain.
b.
Jenis II yaitu semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat atau kalor hidrasi sedang.
9
c.
Jenis III semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan kekuatan tinggi pada tahap permulaan setelah pengikatan terjadi.
d.
Jenis IV yaitu semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan kalor hidrasi rendah.
e.
Jenis V yaitu semen portland yang dalam penggunaanya memerlukan ketahanan tinggi terhadap sulfat.
Tabel 2.1 Susunan Unsur Semen Portland Oksida
Persen (%)
Kapur (CaO) Silika (SiO2) Alumina (Al2O3) Besi (Fe2O3) Magnesium (MgO) Sulfur (SO3) Soda/potash (Na2O+K2O) Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo (1996)
60 - 65 17 - 25 3-8 0,5 - 6 0,5 - 4 1-2 0,5 – 1
2.2.3.2. Agregat
•
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.
10
Tabel 2.2. Batasan Susunan Butiran Agregat Kasar Persentase Lolos Saringan (%) UkuranSaringan (mm)
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;27)
•
Agregat Halus
Menurut Tjokrodimuljo (1996), agregat halus adalah agregat yang berbutir kecil (antara 0,15 mm dan 5 mm). Agregat halus sering disebut dengan pasir, baik berupa pasir alami yang diperoleh langsung dari sungai atau tanah galian maupun hasil pemecahan batu. Umumnya yang dimaksudkan dengan agregat halus adalah agregat dengan besar butir kurang dari 4,75 mm. Agregat halus mempunyai peran penting sebagai pembentuk beton dalam pengendalian workability, kekuatan (strength), dan keawetan beton (durability) dari mortar yang dihasilkan. Pasir sebagai agregat halus harus memenuhi gradasi dan persyaratan yang telah ditentukan.
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.
Agregat halus sering disebut dengan pasir, baik berupa pasir alami yang diperoleh langsung dari sungai atau tanah galian maupun hasil pemecahan agregat kasar. Syarat – syarat agregat halus (pasir) sebagai bahan material pembuatan beton sesuai dengan ASTM C 33 adalah: a.
Material dari bahan alami dengan kekasaran permukaan yang optimal sehingga kuat tekan beton besar.
11
b.
Butiran tajam, keras, kekal (durable) dan tidak bereaksi dengan material beton lainnya.
c.
Berat jenis agregat tinggi yang berarti agregat padat sehingga beton yang dihasilkan padat dan awet.
d.
Gradasi sesuai spesifikasi dan hindari gap graded aggregate karena akan membutuhkan semen lebih banyak untuk mengisi rongga.
e.
Bentuk yang baik adalah bulat, karena akan saling mengisi rongga dan jika ada bentuk yang pipih dan lonjong dibatasi maksimal 15% berat total agregat.
f.
Bentuk yang baik adalah bulat, karena akan saling mengisi rongga dan jika ada bentuk yang pipih dan lonjong dibatasi maksimal 15% berat total agregat.
Mutu pasir harus dikendalikan untuk memperoleh hasil beton yang seragam, oleh karena itu pasir sebagai agregat halus harus memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan.
Tabel 2.3. Batasan Susunan Butiran Agregat Halus Ukuran Saringan (mm) 9,5 4,75 2,36 1,18 0,85 0,3 0,15
Persentase Lolos Saringan Daerah 1 Daerah 2 Daerah 3 Daerah 4 100 100 100 100 90-100 90-100 90-100 95-100 60-95 75-100 85-100 95-100 30-70 55-90 75-100 90-100 15-34 35-59 60-79 80-100 5-20 8-30 12-40 15-50 0-10 0-10 0-10 0-15
Sumber : Tjokrodimuljo (1996)
Keterangan : Daerah 1
: Pasir kasar
Daerah 2
: Pasir agak kasar
Daerah 3
: Pasir agak halus
Daerah 4
: Pasir halus
12
•
Air
Air adalah salah satu bahan material penyusun beton yang penting walaupun harganya murah. Air berfungsi untuk memicu proses kimiawi,semen tidak bisa menjadi pasta tanpa air. Air yang diperlukan untuk bereaksi dengan semen hanya sekitar 25% dari berat semen, tapi dalam kenyataan nya nilai faktor air semen (fas) yang dipakai sulit kurang dari 0,35. Kelebihan air ini dapat dijadikan sebagai pelumas, tetapi tidak berlebihan karena kekuatan beton akan menjadi rendah dan mengakibatkan bleeding pada beton segar.
Air adalah bahan yang sangat penting dan vital yang digunakan dalam pelaksanaan suatu proyek untuk: 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 terjadinya pengikatan dan pengerasan, untuk membasahi agregat dan untuk melumas butir-butir agregat agar dapat mudah dikerjakan dan dipadatkan Persyaratan yang harus dipenuhi oleh air yang agar dapat digunakan antara lain: a.
Tidak mengandung lumpur (benda melayang lainnya) lebih dari 2 gram/liter;
b.
Tidak mengandung garam-garam yang dapat merusak beton. (asam, zat organik, dsb) lebih dari 15 gram/liter;
c.
Tidak mengandung klorida (Cl) lebih dari 0,5 gram/liter;
d.
Tidak mengandung senyawa sulfat lebih dari 1 gram/liter.
•
Bahan Tambah
Bahan tambah merupakan bahan selain unsur pokok bahan dalam pembentukan beton konvensional (air, semen, dan agregat) yang ditambahkan kedalam adukan campuran material penyusun beton sebelum, selama atau setelah proses pencampuran. Bahan tambah ini biasanya ditambahkan kedalam campuran
13
bertujuan untuk mengubah sifat-sifat beton dalam keadaan segar maupun setelah mengeras. Penelitian ini menggunakan serat bendrat dan abu sekam padi sebagai bahan tambah.
•
Serat Bendrat
Jika serat yang dipakai memiliki modulus elastisitas lebih tinggi daripada beton misalnya kawat baja, maka beton serat akan mempunyai kuat tekan, maupun kuat tarik, maupun modulus elastisitas yang sedikit lebih tinggi dari beton biasa.
Tabel 2.4. Sifat-sifat berbagai macam kawat yang digunakan sebagai fiber No
Jenis Kawat
Kuat Tarik
Perpanjangan Pada Saat Putus
Specific
(Mpa)
(%)
Gravity
1
Kawat Baja
230
10,5
7,77
2
Kawat Bendrat
38,5
5,5
6,68
3
Kawat Biasa
25
30
7,70
(sumber: Suhendro, 2000)
•
Abu Sekam Padi /RHA
Abu sekam padi merupakan bahan tambah berupa pozzollan termasuk bahan tambah mineral digunakan untuk memperbaiki kinerja beton. Bahan tambah yang digunakan dalam penelitian ini adalah abu sekam padi dimana abu sekam padi didapatkan dari proses pembuatan batu bata didaerah Ngemplak, Kab. Boyolali. Sekam padi digunakan sebagai bahan untuk membakar batu bata pada suhu antara 600 C0 – 700 C0 sehingga menghasilkan abu setelah itu diayak dengan ayakan no #200. Menurut pengujian yang dilakukan Dharma Putra pada tahun 2006 berikut adalah kadungan yang terdapat pada abu sekam padi.
14
Tabel 2.5, Hasil Pengujian Abu Sekam Padi No.
Jenis
Pengujian Satuan Hasil
1.
SiO2
%
89,64
2.
Al2O3
%
0,73
3.
Fe2O3
%
0,06
4.
CaO
%
3,56
Dilihat dari kandungan senyawa diatas, maka abu sekam padi dapat digunakan sebagai pozzolan karena mengandung SiO2 + Fe2O3 + Al2O3 lebih dari 70 % sesuai dengan mutu pozzollan yang disyaratkan ( Dharma Putra, 2006 )
2.2.4.
•
Beton Serat
Definisi
Beton serat (fiber reinforced) adalah beton yang tersusun dari bahan semen hidrolis, agregat halus, agregat kasar dan sejumlah kecil serat sebagai bahan tambahan yang tersebar secara merata berorientasi random dan dengan proporsi tertentu. Maksud utama penambahan serat kedalam beton adalah untuk meningkatkan kuat tarik beton, mengingat beton mempunyai kuat tarik yang rendah pada beton bertulang bagian yang mengalami tegangan tarik akan retak terlebih dahulu. Sebelum tulangan baja memberikan dukungan terhadap tarikan secara optimal yang akibatnya terjadi retak-retak rambut yang secara struktur tidak berbahaya, tapi apabila ditinjau dari segi keawetan bangunan akan berkurang (Vian Dhalik Pratama, 2007). Penggunaan serat pada campuran beton pada intinya memberikan pengaruh yang baik yaitu dapat memperbaiki sifat beton antara lain dapat memperbaiki daktalitas dan kuat lentur beton serta mengurangi susut beton.
Serat bendrat dapat berupa potongan-potongan kawat yang dibuat khusus dengan permukaan halus/rata atau diaform, lurus atau bengkok yang bertujuan untuk
15
memperbesar lekatan dengan campuran beton. Serat baja akan berkarat di permukaan beton namun akan sangat awet jika didalam beton. Karakteristik serat bendrat yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai ukuran panjang 70 mm, diameter 1 mm, berat jenis sekitar 5,56 ton/m², dengan prosentase campuran 0%; 0,5%; 1%; 1,5%; dan 2% dari volume adukan beton. (Soroushian & Bayasi, 1987). 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 random seperti terlihat pada Gambar 2.1. Prinsip penambahan serat adalah memberi tulangan pada beton yang disebar merata ke dalam adukan beton dengan orientasi random untuk mencegah terjadinya retakan-retakan beton yang terlalu dini di daerah tarik akibat panas hidrasi maupun akibat pembebanan (Soroushian dan Bayasi, 1987). Penambahan serat pada beton ringan diharapkan penambahan tulangan untuk memikul beban yang sama pada suatu konstruksi yang dipikul oleh beton normal dapat tergantikan (oleh serat tersebut). Penyebaran serat dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Serat tersebar merata dalam beton
16
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
•
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: a. Naturally occuring fibers atau serat alami yang berasal dari alam, seperti serat tebu, serat kelapa, dan serat kayu. b. Steel fibers atau serat baja, seperti kawat bendrat, seng, galvalum. c. Fiberglass atau serat kaca
17
d. Polimeric fiber atau serat polimer, yakni serat yang berasal dari serat sintetis. Serat polimer terdiri dari polypropylene, polyethylene, polyester, nylon, carbon, dan acrylic.
2.2.5. 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 antar serat 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. 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 pertimbanganpertimbangan 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 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.
18
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.
Gaya Desak
Retakan
Serat Beton
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.
P
Aksialpasak
p Penampang silinder beton
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.
19
serat
P e e s a k
Aksialpasak
retak
Gambar 2.4 Aksi Pasak dalam Beton 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
2.2.6. The british mix design method (DOE) Di Indonesia metode yang digunakan untuk rancangan campuran beton merupakan adopsi dari British Standard atau Departement of Environment (DoE) yang dimuat dalam buku standar No. SK. SNI. T-15-1990-03. Kriteria dasar dalam perancangan beton adalah kekuatan tekan beton yang berhubungan dengan faktor air semen yang digunakan. Menurut Neville (1981), untuk menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi maka penggunaan air dalam campuran beton harus minimum. Tujuan dari penelitian ini adalah membandingkan hasil rancangan (teoritis) campuran beton rencana fc’ 20 MPa untuk 1 m³ menggunakan metode British Standard atau Departement of Environment (DoE) dengan menggunakan bahan tambah serat bendrat dan abu sekam padi. Perancangan cara Inggris atau dikenal dengan metode Departemen Pekerjaan Umum yang tertuang dalam SK. SNI. T-15-1990-03 yaitu “Tata Cara Pembuatan Rencana Campuran Beton Normal” merupakan adopsi dari cara Departement of Environment (DoE), Building Research Establishment, Britain.
20
•
Klasifikasi dan Mutu Beton
Tabel 2.6. Kelas dan Mutu Beton menurut SK. SNI. T-15-1990-03
2.2.7. Kuat Tekan Beton
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.
21
Keruntuhan beton sebagian disebabkan karena rusaknya ikatan pasta dan agregat. Besarnya kuat tekan beton dipengaruhi oleh sejumlah faktor antara lain : a.
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 semakin sulit dipadatkan. Suatu nilai faktor air semen yang optimal akan menghasilkan kuat tekan yang maksimal.
b.
Jenis semen dan kualitasnya, mempengaruhi kekuatan rata-rata dan kuat batas beton.
c.
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.
d.
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.
e.
Suhu, pada umumnya kecepatan pengerasan beton bertambah dengan bertambahnya suhu.
f.
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.
22
Nilai kuat tekan beton beragam sesuai dengan umurnya dan biasanya ditentukan waktu beton mencapai umur 28 hari setelah pengecoran. 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). Berikut adalah rumus yang digunakan untuk mendapatkan besarnya tegangan hancur pada benda uji silinder : 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
2.2.8. Kuat Lentur Kuat lentur balok beton adalah kemampuan balok beton yang diletakan pada dua perletakan untuk menahan gaya dengan arah tegak lurus sumbu benda uji yang diberikan padanya, sampai benda uji patah dan dinyatakan dalam Mega Pascal (MPa) gaya tiap satuan luas (SNI 0-4431-2013).
23
Pembebanan pada 1/3 bentang untuk mendapatkan lentur murni tanpa gaya geser. Tegangan lentur yang didapat ternyata lebih tinggi daripada tegangan lentur secara langsung.
Gambar 2.6. Perletakan dan Pembebanan Balok Uji (SNI03-4431-2013)
Perhitungan Momen Pengujian sebagai berikut: Keterangan :
L = Jarak (bentang) antara dua garis perletakan b = Lebar Balok P = Beban tertinggi yang ditunjukkan oleh mesin uji h = Tinggi Balok q = Berat sendiri balok
24
maka: Reaksi Tumpuan: ΣMB
=0 1
1
= RAV . 900 - 2 P. 600 - 2 P . 300 - q. 950 . 950 2
450𝑃+ q. 950 .
RAV
=
RAV
=2 𝑃 + 2
q . 50 .
950 2
+ q . 50 .
50 2
50 2
900 1
1
q (9502 − 502 ) 900
= RBV
Momen maksimum terjadi di tengah bentang, maka: Mmax = Mn (momen nominal) Mmax = RAV . 450 −
1 2
𝑃 .150 − 𝑞. 500 .
500 2
2.2.9. Analisis Kuat Batas Tampang Balok Beton Bertulang
Mengingat sifat-sifat beton fiber tersebut agak lain dengan beton biasa (konvensional), maka anggapan-anggapan maupun cara hitungan/analisis tampang balok beton biasa yang kita kenal selama ini tidak dapat dipakai begitu saja, dan perlu dimodifikasi.
Penampang beton bertulang, pembatasan tulangan tarik pada perhitungan kapasitas lentur balok menurut SNI 03-2847-2002 untuk balok bertulangan baja ditetapkan bahwa pada kondisi seimbang, jumlah luas tulangan tidak boleh lebih dari 75%, maka dari itu dilakukan perhitungan seperti berikut:
25
Balok Tulangan Tunggal
Gambar 2.7. Distribusi Regangan dan Tegangan Lentur pada Balok Beton Menurut (SNI 03-2847-2002)
Distribusi regangan dianggap linear, dengan regangan maksimum diserat beton terdesak diambil 0,003. Diagram berbentuk parabola digunakan pada bagian desak, yang mirip dengan diagram tegangan-regangan dari pengujian desak silinder.
Notasi : P
= tebal selimut beton
Øsengkang
= diameter sengkang
Ebaja
= modulus elastisitas baja
fc
= kuat desak beton (kg/cm2)
fy
= tegangan luluh baja tulangan (kg/cm2)
As
= luas baja tulangan (cm²)
c
= jarak garis netral ke serat terluar di bagian desak (cm)
h
= tinggi balok (cm)
d
= tinggi efectif balok (cm)
26
mencari tinggi effektif balok d = h – ( p + Øsengkang + ½ Øtulangan ) Luas baja tulangan As= (¼ л Øtulangan2) 0,003
Cb =
0,003+
𝑓𝑦 𝐸
𝑑
β1= 0,85 (fc’< 30 MPa)
(SNI 03-2847-2013)
𝑎𝑏 = 𝛽1 𝐶𝑏 Asb=
0,85 𝑓𝑐 ′ 𝑏 𝑎𝑏 𝑓𝑦
Syarat: As ≤ 0,75 Asb Maka Momen Nominal: a=
(As fy) , untuk Es = 210.000 MPa 0,85 fc ′ b
Cek fs = fy 𝑎 𝑑 𝑎𝑏 600 = 𝛽1 ( ) 𝑑 600 + 𝑓𝑦 𝑎
≤ 𝑑
𝑎𝑏 𝑑
→ maka fs = fy
Momen nominal : Mn= (𝐴𝑠 𝑓𝑦)(𝑑 − (𝑎/2))
Serat tembaga analisis tampang hampir sama dengan penelitian Suhendro (1994) dengan penambahan serat bendrat. Analisis tampang tampang tegangan lentur pada balok beton berserat tembaga data kuat tariknya menggunakan kuat tarik belah.
27
Balok Tulangan Tunggal
Gambar 2.8. Distribusi Regangan dan Tegangan Lentur pada Balok Beton Fiber Penuh. (Usulan Suhendro, 1991)
dimana notasi yang dipakai : fcf
= kuat desak beton fiber (kg/cm2)
ftf
= kuat tarik beton fiber (kg/cm2)
fys
= tegangan luluh baja tulangan (kg/cm2)
As
= luas baja tulangan
c
= jarak garis netral ke serat terluar di bagian desak (cm)
h
= tinggi balok(cm)
d
= tinggi efectif balok (cm)
Dc
= resultante gaya desak pada fiber (kg)
Tc
= resultante gaya tarik pada beton fiber (kg)
Ts
= resultante gaya tarik pada baja tulangan (kg)
berdasarkan asumsi diatas dilakukan analisis kuat batas sebagai berikut: Dc
= 0,67 fcfc b
28
Tc
= 0,85 (h-c) 0,85 ftfb
Ts
= Asfys
Persyaratan kesetimbangan gaya gaya dalam memberikan hubungan: Dc – Tc – Ts = 0 Regangan pada tulangan dapat dihitung dari
εs= 0.0035(d-c / c ) Memberikan tegangan sebesar : fs=εsEs Baja tulangan sudah luluh karena lebih besar dari fs> fys Momen ultimited yang dapat didukung oleh tampang tersebut adalah :
Mn =Tc (ℎ −
5 8
𝑐 −
(ℎ−𝑐) 2
)+𝑇(𝑑 −
3 8
𝑐)
• Perhitungan Analisis Mn crack awal. Balok beton bertulang akan mengalami kerusakan apabila dilakukan uji penetrasi pada beban tertentu, kerusakan dimulai dari timbulnya keretakan pada bagian balok beton bertulang. Keretakan pertama dipengaruhi besarnya modulus retak beton (fr) yang besarnya 0.7 × √𝑓 ′ 𝑐. Digunakan untuk mengetahui berapa rencana besar momen yang menyebabkan terjadinya keretakan yang pertama, Mcr yang dihasilkan adalah:
29
Dengan : Ec
= Modulus elstisitas Beton (MPa)
Es
= Modulus elastisitas Tulangan (MPa)
Fc
= Kuat Desak Beton (MPa)
B
=Lebar Balok (mm)
Fr
= Kuat Tarik Beton (MPa)
h
= Tinggi Balok (mm)
Aps
= Luasan Tulangan (mm²)
n
= Nilai Konvigurasi (mm²)
D tul = 10 (mm) Aek
= Luas setelah diekuivalensikan
y top = Jarak garis netral ke arah tepi bawah (mm) y bot = Jarak garis netral ke arah tepi bawah (mm)
30
• Perhitungan Analisis Mn leleh. Selanjutnya setelah memperoleh momen dan beban retak pertama, analisis dilanjutkan untuk menentukan momen dan beban saat leleh pertama. Gambar analisis penampang saat leleh da[pat dilihat pada Gambar 2.9.
c
fc kd
d
h
As b
Garis Netral
s = fy/Es
fy
Regangan
Tegangan
Gambar 2.9. Analisis Tampang Balok Komposit Pada Saat Leleh Pertama Menghitung momen pada saat terjadi leleh pertama diasumsikan beton berperilaku elastis, semua material diekuivalensi ke beton, sehingga dapat ditulis dengan persamaan :
diperoleh regangan dari diagram : 𝑘𝑑
ɛc = ɛ𝑠 𝑑−𝑘𝑑
Setelah terjadi keretakan pertama, akan terjadi keadaan leleh pada balok beton bertulang, dalam keadaan leleh akan dihitung besar momen leleh dan beban (P) leleh. Sehingga dihasilkan : 𝑐=
𝑘𝑑 3
31
Dengan : M leleh = Momen pada saat leleh pertama (N.mm) Ec
= Modulus Beton (MPa)
Es
= Modulus Baja (MPa)
Ρ
= As/b.d
b
= Lebar Balok (mm)
fy
= Kuat Tarik Beton (MPa)
c
= Jarak dari garis netral ke tepi serat atas (mm)
h
= Tinggi Balok (mm)
As
= Luas Tulangan (mm²)
n
= Nilai ekivalensi baja ke beton(mm²)
D tul = Diameter Tualngan (mm)
