BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup yang akan diteliti adalah penggantian sebagian semen Portland dengan abu terbang dan superplasticizer. Variasi abu terbang yang digunakan sebesar 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, variasi ini nantinya akan disubstitusi dengan berat
semen.
Dalam
penelitian
ini,
semua
perlakuan
menggunakan
superplasticizer, karena faktor air perekat (fap) yang rendah sehingga pengerjaan sangat sulit dilakukan bila tidak menggunakan superplasticizer. Variasi superplasticizer yang digunakan adalah 0,4% dan 0,8% terhadap berat semen. Penggunaan 0,8% superplasticizer berdasarkan penggunaan maksimal yang diijinkan oleh pabrik yang tertulis pada brosur superplasticizer. Selanjutnya penggunaan
0,4%
ditetapkan
dari
setengah
penggunaan
maksimal
superplasticizer. Seperti diketahui beton yang menggunakan abu terbang akan menunjukkan perkembangannya setelah berumur lebih dari 28 hari (Salain, 2007). Dengan demikian dalam penelitian ini dipilih umur 28 hari dan 56 hari. Benda uji untuk masing-masing perlakuan sebanyak 3 (tiga) buah dengan 2 kali pengulangan, seperti yang ditampilkan pada Tabel 3.1, yang diuji pada umur 28 hari dan 56 hari.
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Bahan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Udayana. Waktu yang diperlukan dalam penelitian ini adalah 12 minggu. Tabel 3.1 Jumlah benda uji Jumlah benda uji
Persentase variasi
0,4% SP + 0% FA 0,4% SP + 10% FA 0,4% SP + 20% FA 0,4% SP + 30% FA 0,4% SP + 40% FA 0,8% SP + 0% FA 0,8% SP + 10% FA 0,8% SP + 20% FA 0,8% SP + 30% FA 0,8% SP + 40% FA Total
Umur 28 hari Ulangan 1 Ulangan 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 30 30
Umur 56 hari Ulangan 1 Ulangan 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 30 30
Pada penelitian ini dilakukan 2 kali pengulangan baik pada beton umur 28 hari dan 56 hari. Total keseluruhan benda uji adalah 120 silinder. 3.3 Penentuan Sumber Data •
Sumber material : 1. Agregat kasar berupa batu apung yang diambil dari desa Ijo Balit Kabupaten Lombok Timur-NTB. 2. Agregat halus berupa pasir alam berasal dari Karangasem-Bali. 3. Semen Portland tipe I merk Gresik.
4. Abu terbang berasal dari PLTU Muara Enim-Palembang-Sumatera Selatan. 5. Air PDAM. 6. Superplasticizer jenis viscocrete 3115 N. 3.4 Bahan Penelitian Bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah semen Portland, abu terbang, pasir, batu apung, air, dan superplasticizer. 3.5 Instrumen Penelitian Pada penelitian ini akan mempergunakan beberapa jenis peralatan utama maupun penunjang antara lain : alat uji fisik material, alat timbangan (penakar), alat pencampur beton, alat pencetak beton, alat uji tekan beton. 3.6 Prosedur Penelitian Tahap kegiatan yang akan dilaksanakan dalam penelitian ini adalah seperti diagram alir yang diperlihatkan dalam Gambar 3.1.
Mulai Studi literatur
Persiapan bahan dan alat
Pemeriksaan bahan
Pembuatan campuran beton ringan : 1. Mix design 2. Penggantian sebagian semen Portland dengan abu terbang (0%, 10%, 20%, 30%, 40%) 3. Penggunaan superplasticizer 0,4% dan 0,8% terhadap berat semen Pengujian slump
Pencetakan dan perawatan benda uji
Pengujian : 1. Kuat tekan beton ringan 2. Modulus elastisitas beton ringan
Data
Analisa data dan Pembahasan
Simpulan dan saran
Gambar 3.1 Bagan alir proses penelitian
3.7 Pekerjaan Persiapan Pekerjaan persiapan meliputi : 1. Pengadaan bahan, meliputi semen Portland, abu terbang, pasir, batu apung, air, dan superplasticizer. 2. Persiapan alat yang akan digunakan : ketersediaan dan kondisi alat. 3.8 Pemeriksaan Bahan Pemeriksaan bahan dilakukan untuk mendapatkan sifat mekanis masing masing material yang digunakan dalam penelitian ini : 1. Air : pemeriksaan terhadap mutu air tidak dilakukan karena yang digunakan air dari PDAM dan diasumsikan telah memenuhi standar SNI 03-2847-2002. 2. Semen : pemeriksaan terhadap semen hanya dilakukan pengamatan secara visual dan memastikan semen yang akan digunakan tidak menggumpal. 3. Agregat halus (pasir), pemeriksaannya meliputi : a) Berat satuan (unit weight) b) Berat jenis (specific gravity) c) Gradasi butiran dirancang masuk dalam zone 1 d) Kadar lumpur (mud content) 4. Agregat kasar (batu apung) : a) Berat satuan (unit weight) b) Berat jenis (specific gravity) c) Gradasi butiran dirancang dengan butiran maksimum 12,5 mm d) Keausan dengan los angeles machine.
3.9 Susunan Campuran Beton Ringan Berikut merupakan langkah - langkah dalam merencanakan campuran beton ringan sesuai dengan SNI 03-3449-2002, dimana rancangan ini hanya untuk mencari proporsi rancangan campuran beton ringan. 1. Menentukan kuat tekan yang ditargetkan (f’c B ) = 200 kg/cm2 = 20 MPa 2. Menentukan nilai tambah /Margin (M) = K x S = 1,64 x 70 kg/cm2 = 114,8 kg/cm2 = 11,48 MPa dengan : M = nilai tambah K = tetapan statistik (1,64) S = deviasi standar (70 kg/cm2) 3. Menentukan kuat tekan beton ringan yang ditargetkan (f’c BR ) menurut SNI 03-3449-2002 Pasal 7.1.3 adalah (f’c BR ) = (f’c B ) + (M) = 20 MPa + 11,48 MPa = 31,48 MPa 4. Berat isi beton ringan (BI BR ) yang digunakan dalam penelitian ini diambil dari SNI 03-2847-2002 yaitu sebesar 1900 kg/cm2.
5. Dalam campuran beton ini digunakan semen portland tipe I dengan merk Gresik. 6. Menentukan jenis agregat yang akan digunakan, dimana jenis agregatnya sebagai berikut : - agregat kasar = batu apung - agregat halus = pasir alami 7. Menentukan berat jenis agregat. Untuk mendapatkan nilai dari berat jenis agregat, baik agregat halus maupun kasar maka dilakukan pengujian terhadap material di laboratorium. Hasil yang didapat adalah sebagai berikut : - agregat kasar = 1,112 - agregat halus = 2,273 8. Menentukan nilai kuat hancur agregat kasar Dalam menentukan nilai kuat hancur agregat, maka digunakan grafik hubungan antara kuat hancur agregat ringan dengan berat jenis batu apung (Gambar 3 SNI 03-3449-2002). Hasil yang didapat adalah (f’ C A) = 6,03 MPa. 9. Menentukan nilai kuat tekan adukan atau mortar (f’ C M) Dalam menentukan nilai kuat tekan adukan (f’ C M), maka digunakan rumus fraksi agregat ringan kasar (nf) sebagai berikut : 𝐵𝐵𝐵𝐵 −𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵
(nf) = 0,35 ≤ � 𝐵𝐵𝐵𝐵𝑀𝑀
𝑀𝑀 −𝑝𝑝𝑝𝑝
=
𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 � 𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 �
� ≤ 0,5.
Dengan memasukkan nilai (f’ C A) untuk batas bawah 0,35 dan batas atas 0,50 maka kuat tekan adukan atau mortar dapat dihitung sebagai berikut :
(f’cM) untuk nf = 0,35 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 (𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐/𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐)
nf = 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 (𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐/𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐)
0,35 (log 6,03 – log f’cM)
= log (20 – log f’cM)
0,35 (0,780 – log f’cM)
= (1,301 – log f’Cm)
0,65 log f’cM
= 1,028 f’cM
= 38,16 MPa
(f’cM) untuk nf = 0,50 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 (𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐/𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐)
nf = 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 (𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐/𝑓𝑓′𝑐𝑐𝑐𝑐)
0,50 (log 6,03 – log f’cM)
= log (20 – log f’cM)
0,50 (0,780 – log f’cM)
= (1,301 – log f’Cm)
0,50 log f’cM
= 0,911 f’cM
= 66,39 MPa
10. Menentukan nilai f’cM yang digunakan. Dari perhitungan sebelumnya didapat nilai f’cM untuk batas bawah dan batas atas. Dalam perancangan ini digunakan nilai f’cM untuk batas bawah, yakni sebesar 38,16 MPa pada nf 0,35. 11. Menentukan nilai faktor air perekat (fap) Untuk mendapatkan fap, maka digunakan grafik hubungan antara kuat tekan adukan (f’cM) dengan fap (Gambar 7 SNI 03-3449-2002). Dari grafik tersebut diperoleh nilai fap adalah 0,32 sehingga susunan campuran adukan dapat diperoleh dari tabel pada (Gambar 7 SNI 03-3449-2002).
12. Melakukan susunan campuran adukan Berdasarkan nilai fap yang didapatkan dari grafik sebelumnya, maka didapatkan susunan campuran adukan beton ringan sebagai berikut : Semen
= 502 kg/m3
Air
= 161 kg/m3
Pasir
= 1626 kg/m3
Harga ini digunakan untuk menghitung susunan campuran beton 13. Menghitung susunan campuran beton per m3 Oleh karena telah ditetapkan pada perhitungan sebelumnya bahwa fraksi agregat kasar yang digunakan adalah 0,35, maka volume adukannya pun harus 0,35. Dengan demikian susunan susunan campuran beton per m3 adalah sebagai berikut: Semen
= (1-nf) x 502
= 326,30 kg/m3
Air
= (1-nf) x 161
= 104,65 kg/m3
Pasir
= (1-nf) x 1626
= 1056,90 kg/m3
Agregat kasar = ρA x nf x 1000
= 389,20 kg/m3
Total
= 1877,05 kg/m3
14. Menghitung volume silinder V= ¼ π d2 t = ¼ π 0,152. 0,30 = 5,3036 x 10-3 m3 14.1 Digunakan 3 silinder, maka V = 3 x 5,3036 x 10-3 m3 = 0,0159108 m3
14.2 Tambahan 10% untuk susut, maka V = (0,0159108 m3 x 10%) + 0,0159108m3 = 0,01750188 m3 15. Melakukan koreksi terhadap susunan campuran beton Oleh karena agregat yang akan digunakan biasanya sudah mengandung kadar air. Maka susunan campuran beton masih perlu dikoreksi lagi terhadap jumlah air yang sudah diserap tersebut. •
Untuk koreksi terhadap air :
= B - (Ck - Ca) x C/100 - Dk Da) x D/100 = 104,65 - (4,080 - 5,530) x 1056,9/100 - 4,23 x 31,072) x 389,2/100 = 164,806 kg/m3 •
Untuk koreksi terhadap agregat halus
= C + (Ck - Ca) x C/100 = 1056,9 + (4,080 - 5,530) x 1056,9/100 = 1002,533 kg/m3 •
Untuk koreksi terhadap agregat kasar
= D + (Dk - Ca) x D/100 = 389,2 + (4,23 - 5,530) x 389,2/100 = 371,907 kg/m3
16. Susunan campuran beton setelah dikoreksi menjadi Semen
= 326,3 kg/m3 x 0,01750188
Air
= 164,806 kg/m3 x 0,01750188
= 2,884 kg
Pasir
= 1002,533 kg/m3 x 0,01750188
= 17,546 kg
Agregat kasar = 371,907 kg/m3 x 0,01750188
= 5,710 kg
= 6,509 kg
17.Proporsi susunan campuran beton ringan dengan varian abu terbang dan superplasticizer. Tabel 3.2 Proporsi susunan campuran beton ringan No
Perlakuan Beton
1 0% FA + 0,4% SP 2 10 % FA + 0,4% SP 3 20% FA + 0,4% SP 4 30% FA + 0,4% SP 5 40% FA + 0,4% SP 6 0% FA + 0,8% SP 7 10 % FA + 0,8% SP 8 20% FA + 0,8% SP 9 30% FA + 0,8% SP 10 40% FA + 0,8% SP Keterangan : FA = abu terbang (fly ash) SP = Superplasticizer
Pasir (kg)
Semen (kg)
17,546 17,546 17,546 17,546 17,546 17,546 17,546 17,546 17,546 17,546
5,710 5,139 4,568 3,997 3,426 5,710 5,139 4,568 3,997 3,426
Batu Apung (kg) 6,509 6,509 6,509 6,509 6,509 6,509 6,509 6,509 6,509 6,509
Abu Terbang (kg) 0 0,571 1,142 1,713 2,284 0 571 1,142 1,713 2,284
SP (gr)
Air (kg)
22,84 22,84 22,84 22,84 22,84 45,68 45,68 45,68 45,68 45,68
2,884 2,884 2,884 2,884 2,884 2,884 2,884 2,884 2,884 2,884
3.10 Cara Pencampuran Bahan Beton Setelah semua bahan ditimbang, maka dilakukan pencampuran kering antara semen dan abu terbang sampai terbentuk campuran yang homogen. Pencampuran adukan beton dilakukan dengan menggunakan concrete mixer dengan urutan penuangan material dimulai dari batu apung, pasir, semen Portland dan abu terbang. Setelah semua bahan ini tercampur dengan baik, maka dilakukan penuangan air yang telah ditakar sesuai kebutuhan secara bertahap sehingga
seluruh adukan beton tercampur secara homogen. Terakhir dilakukan penuangan superplasticizer ke dalam adukan beton sesuai dengan takaran yang sudah ditentukan. Kemudian beton dituangkan ke dalam cetakan secara bertahap sampai tiga lapis, dimana setiap lapis digetarkan dengan meja getar. 3.11 Pengujian Slump 1. Tujuan percobaan untuk mengetahui kekentalan adukan beton, maka dilakukan pengujian slump yang dapat menggambarkan kelecakan (workability) beton segar. 2. Alat yang digunakan yaitu kerucut Abrams dan perlengkapannya. 3.12 Pembuatan Benda Uji 1. Alat yang digunakan antara lain : cetakan berbentuk silinder dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm. 2. Proses pencetakan dilakukan dengan langkah - langkah sebagai berikut : 1. Adukan dituangkan ke dalam cetakan setelah nilai slump didapat, adukan dituangkan secara bertahap 3 lapis, masing-masing lapis dipadatkan secara merata. 2. Cetakan dibuka setelah berumur 24 jam, kemudian dilakukan perawatan dengan karung goni basah sampai umur uji 28 hari dan 56 hari. 3.13 Pengujian Properti Mekanik Beton Setelah semua proses dari pemeriksaan bahan sampai perawatan benda uji dilaksanakan, maka langkah selanjutnya adalah pengujian properti mekanik beton
pada umur 28 hari dan 56 hari terhadap masing-masing benda uji. Pengujian properti mekanik meliputi : 1.
Pengujian kuat tekan beton Pengujian kuat tekan beton dilakukan dengan cara benda uji silinder di set pada mesin uji tekan dengan posisi jarum sama dengan nol saat piston menyentuh permukaan benda uji. Setelah semuanya siap, mesin tekan mulai dijalankan dengan kecepatan konstan. Pembacaan ini dilakukan sampai beban maksimum yang dapat diterima oleh masing - masing benda uji. Selanjutnya kuat tekan beton dihitung dengan rumus (2.1).
2.
Pengujian modulus elastisitas Pengujian perpendekan dilakukan secara bersamaan dengan pengujian kuat tekan. Benda uji silinder diberi alat pengukur perpendekan yang telah dilengkapi dengan jarum penunjuk, selanjutnya silinder tersebut diset pada mesin uji tekan dengan posisi jarum sama dengan nol saat piston menyentuh permukaan benda uji. Setelah semuanya siap, mesin tekan mulai dijalankan. Pada tiap interval 20 KN dilakukan pembacaan pada jarum penunjuk perpendekan dan dicatat nilai beban dan perpendekannya. Pembacaan ini dilakukan berulang sampai silinder beton retak/hancur, sehingga didapat sekaligus nilai kuat tekan dan perpendekan beton. Dari data kuat tekan dan perpendekan beton. Dari data perpendekan beton, dapat dihitung nilai tegangan dan regangan beton, selanjutnya modulus elastisitas beton dihitung dengan rumusan (2.2).
3.14 Analisis Data Setelah semua data hasil pembebanan didapat, maka dilakukan perhitungan terhadap nilai kuat tekan dan modulus elastisitas. Hasil yang didapat dibuat ke dalam bentuk tabel dan grafik, serta dilakukan pembahasan mengenai hasil yang didapat. Terakhir dilakukan simpulan dan saran terhadap hasil pengujian.
