19. Concrete (Beton) Beton adalah material teknik yang umum digunakan untuk konstruksi struktur seperti desain dan konstruksi jembatan, bangunan, dam, dinding penahan, dudukan mesin/konstruksi baja dan jalan trotoar. Keuntungan dari beton adalah: - Fleksibilitas dalam desain karena dapat dicor, ekonomis,tahan lama, tahan api, mampu dibuat ditempat dan memiliki nilai seni. Kekurangannya adalah: - Kekuatan tarik yang rendah, keuletan yang rendah dan beberapa penyusutan. Beton adalah komposit material keramik yang terdiri atas material granular (batuan bulat) kasar (agregat) yang diikat dalam matrik keras yang terbuat dari pasta semen (the binder) yang biasanya terbuat dari semen dan air.
YudySuryaIrawan
1
Material Teknik
Beton bervariasi dalam komposisinya yang biasanya memiliki komposisi % volume sebagai berikut: 7 – 15% semen portland, 14-21% air, ½-8% air, 24-30% agregat halus dan 31 – 51% agregat kasar.
Gambar 19.1 Penampang melintang dari beton yang dikeraskan. Semen dan pasta air secara menyeluruh meliputi setiap partikel agregat dan mengisi spasi di antara partikel untuk membuat material komposit keramik Dalam beton, pasta semen berfungsi sebagai lem untuk mengikat partikel agregat bersamaan dalam material komposit.
YudySuryaIrawan
2
Material Teknik
Semen Portland* (* nama semenanjung kecil di pantai selatan inggris yang batu kapurnya mirip dengan semen portland) Bahan dasar dari semen ini adalah: Batu gamping/kapur (CaO), Silika (SiO2), Alumina (Al2O3), dan Besi Oksida (Fe2O3). Komposisi tertentu dari kandungan ini dibuat untuk membuat berbagai macam tipe semen. Dalam pembuatannya material dasar dihancurkan, ditampung dan kemudian dicampur dalam komposisi tertentu. Campuran ini kemudian diumpankan ke dalam alat pembakar berputar (rotary kiln) yang mana dipanaskan dari suhu 1400 hingga 1650°°C. Dalam proses ini campuran diubah secara kimiawi menjadi semen kerak besi (cement clinker) yang secara berurutan didinginkan dan dihancurkan lembut. Sejumlah kecil dari gypsum (CaSO4•2H2O) ditambahkan ke dalam semen untuk mengontrol waktu pengerasan dari beton.
YudySuryaIrawan
3
Material Teknik
Komposisi Kimia dari Semen Portland: Secara praktis, semen portland memiliki empat komponen utama sebagai berikut:
Jenis-jenis Semen Portland dalam bentuk tipe I hingga V dengan komposisi sebagai berikut:
YudySuryaIrawan
4
Material Teknik
Jenis-jenis semen Portland: 1. Tipe I adalah semen Portland normal untuk penggunaan umum. Semen ini digunakan tidak untuk beton yang tidak terkontak dengan serangan sulfat yang tinggi dari tanah atau air atau dimana tidak ada peningkatan suhu yang tidak dinginkan karena adanya panas yang disebabkan oleh hidrasi (persenyawaan kimia dengan air) dari semen. Biasa digunakan untuk jalan trotoar, beton bangunan diperkuat, jembatan, tanki, bak penampung. 2. Tipe II ini digunakan yang mana serangan Sulfat (SO4) sedang menjadi hal yang penting seperti pada struktur drainase/aliran air yang mana konsentrasi sulfat dalam air bawah tanah lebih tinggi dari normal. Biasa digunakan untuk struktur dermaga yang besar, dinding-dinding penompang yang kuat. 3. Tipe III merupakan semen jenis kekuatan awal yang menunjukkan kekuatan yang tinggi pada awal periode. Ini digunakan saat bentuk beton dipindah lebih awal untuk suatu struktur yang harus segera dipakai karena semen ini cepat mengering. 4. Tipe IV adalah semen portland dengan panas hidrasi yang rendah yang digunakan untuk struktur beton yang banyak seperti pada bendungan dimana panas yang dihasilkan oleh semen merupakan faktor yang kritis. 5. Tipe V adalah semen tahan sulfat yang digunakan saat beton kontak dengan serangan sulfat yang berat seperti beton yang kontak dengan tanah dan air bawah tanah yang memiliki kandungan sulfat tinggi. YudySuryaIrawan
5
Material Teknik
Pengerasan Semen Portland Semen portland mengeras karena adanya reaksi hidrasi (hydration). Reaksi-reaksi ini kompleks dan tidak seluruhnya dapat dimengerti. Tricalcium silicate (C3S) dan dicalcium silicate (C2S) sekitar 75% dari semen portland dengan berat dan ketika senyawa ini bereaksi dengan air selama pengerasan semen. Hasil reaksi utama dari hidrasi adalah tricalcium silicate hydrate. Material ini dibentuk dalam partikel yang kecil (kurang dari 1 µm) dan gel colloida. Calcium hydroxide juga diproduksi dengan hidrasi dari C3S dan C2S dan ini merupakan sebuah material kristal. Reaksinya adalah sebagai berikut:
C3S berperan dalam penguatan awal semen sekitar 2 hari C2S berperan dalam penguatan setelah 1 minggu
YudySuryaIrawan
6
Material Teknik
Kekuatan tekan dari campuran semen murni yang dihubungkan dengan waktu pengerasan (curing time). Dengan catatan: CSH2 adalah sehingkatan dari CaSO4•2H2O.
YudySuryaIrawan
7
Material Teknik
Kekuatan tekan dari beton yang dibuat dengan semen portland berbagai jenis ASTM yang berbeda sebagai fungsi dari waktu pengerasan (curing time)
YudySuryaIrawan
8
Material Teknik
Reinforced and Prestressed Concrete (Beton diperkuat dan diprategang) Mengingat kekuatan tarik dari beton sekitar 10 hingga 15 kali lebih rendah dari kekuatan tekannya, beton biasa digunakan dalam desain rekayasa yang pada umumnya untuk bagian tertekan. Akan tetapi, sesaat bagian beton dikenakan gaya tarik seperti yang terjadi pada sebuah balok. Beton biasanya dicor mengandung batang-batang baja penguat seperti pada Gambar berikut. Dalam beton diperkuat ini, gaya tarik ditransfer dari beton ke penguatan baja melalui pengikatan (bonding). Beton mengandung penguatan baja dalam bentuk batang bulat, kawat, saringan kawat yang dikenal dengan Reinforced concrete. Gambar 19.2 Efek berlebihan dari beban berat pada balok beton yang dikuatkan. Di sini batang-batang baja yang sedang menguatkan ditempatkan dalam bagian tertarik untuk menyerap tegangan tarik. YudySuryaIrawan
9
Material Teknik
Prestressed Concrete (Beton diprategang) Kekuatan tarik dari beton diperkuat dapat lebih jauh diperbaiki dengan memberikan tegangan tekan dalam beton dengan pretensioning atau postensioning menggunakan penguat-penguat baja yang disebut dengan tendon (urat). Tendon dapat berupa batang bulat baja atau kabel. Keuntungan dari beton prestressed adalah tegangan tekan pada tendon baja harus di atasi dahulu sebelum beton dikenai tegangan tarik, sehingga kekuatan tariknya menjadi lebih kuat. Pretensioned (prestressed) Di US. kebanyakan beton diperlakukan pretensioned (dipra tarik). Dalam metode ini, tendon yang biasanya dalam bentuk banyak kawat kabel ditarik di antara sebuah tendon terpasang tetap dan sebuah dongkrak jack untuk menerapkan tegangan tarik. Gambar 19.3 Skema pembuatan balok beton yang pretensioned.
YudySuryaIrawan
10
Material Teknik
Pretensioned (prestressed) Setelah itu beton dituangkan di atas tendon yang dalam kondisi tertarik. Setelah beton mencapai kekuatan yang diinginkan, tekanan dari dongkrak dihilangkan. Kawat baja akan cenderung akan memendek secara elastis tetapi tidak mampu karena kawat ini terikat dengan beton. Dalam kondisi inilah tegangan tekan bekerja pada beton.
Gambar 19.3 Skema pembuatan balok beton yang pretensioned.
YudySuryaIrawan
11
Material Teknik
Posttensioned (prestressed) concrete Seperti ditunjukkan dalam gambar berikut ini Gambar 19.4 Skema pembuatan balok beton yang post tensioned
Biasanya pipa penyalur berlubang yang di dalamnya terdapat tendon baja di tempatkan di dalam beton. Bentuk dan posisinya sebelum dituang beton seperti pada gambar di atas. Tendon dapat berupa kabel kawat, kumpulan dari kawat yang paralel atau batang bulat baja padat. Beton kemudian dituang dan saat memiliki kekuatan yang cukup, setiap tendon dipasang tetap pada satu ujung beton cor, sedangkan pada ujung yang lain diberikan tegangan tarik melalui jack sekrup. Saat tekanan jack/dongkrak sekrup cukup tinggi, sebuah fitting digunakan untuk menggantikan dongkrak sekrup agar tendon tetap mengalami tegangan tarik. Spasi di antara tendon dan pipa berlubang diisi dengan semen dengan menekannya sebagai pasta pada ujung satunya di bawah tekanan yang tinggi.
Kondisi ini memperbaiki pula kapasitas tegangan lentur/bending dari balok beton. YudySuryaIrawan
12
Material Teknik
Terima kasih kepada Para Penulis Buku yang menjadi acuan mata kuliah ini:
William F. Smith, Foundations of Materials Science and Engineering, McGraw-Hill International Editions
YudySuryaIrawan
Material Teknik
Thank you for your kind attention Have a nice learning and day
YudySuryaIrawan
Material Teknik
