Kuat Tekan dan Kuat Lentur Beton dengan Bahan Tambah Fly Ash sebagai Bahan Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) Compressive Strength and Flexural Strength of Concrete with Added Material of Fly Ash as Material of Rigid Pavement
SKRIPSI Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh :
ALVE YUNUS NIM. I 0106003
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
1
2
LEMBAR PERSETUJUAN Kuat Tekan dan Kuat Lentur Beton dengan Bahan Tambah Fly Ash sebagai Bahan Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) Compressive Strength and Flexural Strength of Concrete with Added Material of Fly Ash as Material of Rigid Pavement
Disusun Oleh : ALVE YUNUS NIM. I 0106003 Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada hari Kamis 22 Juli 2010
1. Ir. Ary Setyawan, M.Sc(Eng), Ph.D NIP 19661204 199512 1 001
............................................................
2. Kusno Adi Sambowo, S.T, M.Sc, Ph.D ............................................................ NIP 19691026 199503 1 002 3. Stefanus Adi Kristiawan ST, Msc, Ph.D ……………………………………... NIP 19690501 199512 1 001 4. Ir. Agus Sumarsono, MT NIP 19570814 198601 1 001
………………………………………
Mengetahui, a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Pembantu Dekan I,
Disahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS,
Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP 19561112 198403 2 007
Ir. Bambang Santosa, MT NIP 19590823 198601 1 001
3
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN............................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii LEMBAR MOTTO.......................................................................................... iv LEMBAR PERSEMBAHAN.......................................................................... v ABSTRAK ........................................................................................................ vi KATA PENGANTAR...................................................................................... viii DAFTAR ISI..................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR........................................................................................ xiii DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xv DAFTAR NOTASI........................................................................................... xvi BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2. Rumusan Masalah ......................................................................... 3 1.3. Batasan Masalah ............................................................................ 3 1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................... 4 1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................... 5 1.5.1. ...................................................................................... Manfaat Teoritis..............................................................5 1.5.2. ...................................................................................... Manfaat Praktis ...............................................................5 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................ 6 2.2. Landasan Teori ............................................................................... 8 2.2.1. Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) ...................................... 9 2.2.2. Pengertian Beton ................................................................... 13
4
2.2.3. Bahan Susun Beton ............................................................... 15 2.2.3.1. Semen Portland .........................................................15 2.2.3.2. Agregat ......................................................................19 2.2.3.3. Air..............................................................................21 2.2.3.4. Bahan Tambah...........................................................23 2.2.4. Uji Kuat Desak (Unconfined Compressive Strength Test).....32 2.2.6. Uji Kuat Lentur (Flextural Strength Test) .............................32 BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Metode Penelitian........................................................................... 35 3.2. Tempat Penelitian........................................................................... 35 3.3. Teknik Pengumpulan Data ............................................................. 35 3.4. Bahan dan Peralatan Penelitian ...................................................... 36 3.4.1. Bahan .....................................................................................36 3.4.2. Peralatan.................................................................................36 3.5. Benda Uji........................................................................................ 37 3.6. Standar Penelitian dan Spesifikasi Material Penyusun Beton.........38 3.7. Tahapan dan Prosedur Penelitian ....................................................39 3.8. Pengujian Material Penyusun Beton ...............................................42 3.8.1. Pengujian Agregat Halus (pasir) ............................................42 3.8.2. Pengujian Agregat Kasar .......................................................44 3.9. Rancang Campur (Mix Design).......................................................46 3.10. Pembuatan Benda Uji....................................................................46 3.11. Pengujian Nilai Slump...................................................................47 3.12. Pengujian Kuat Tekan (Compressive Strength Test).....................47 3.13. Pengujian Kuat lentur (modulus of rupture)..................................48 3.14. Teknik Analisi Data.......................................................................49 BAB 4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Pengujian Agregat................................................................. 50 4.1.1. Hasil Pengujian Agregat Halus ..............................................50 4.1.2. Hasil Pengujian Agregat Kasar ..............................................52 4.2. Hasil Pengujian Fly Ash ................................................................. 53 4.3. Perhitungan Rancang Campur Beton ............................................. 54
5
4.4. Hasil Pengujian Slump.................................................................... 55 4.5. Hasil Pengujian Benda Uji ............................................................. 56 4.5.1. Pengujian Agregat Halus .......................................................56 4.5.1.1. Pemeriksaan Kandungan Zat Organik.......................56 4.5.1.2. Pemeriksaan Kandungan Lumpur .............................56 4.5.1.3. Pengujian Gradasi Agregat Halus..............................56 4.5.2. Pengujian Agregat Kasar .......................................................57 4.5.2.1. Pengujian Abrasi Agregat Kasar ...............................57 4.5.2.2. Pengujian Gradasi Agregat Kasar..............................57 4.5.3. Kandungan Pasir Tiap 1 m3 Beton.........................................57 4.5.4. Kandungan Semen Tiap 1 m3 Beton ......................................58 4.5.5. Hasil Pengujian Kuat Tekan ..................................................58 4.5.6. Hasil Pengujian Kuat Lentur..................................................60 4.6. Pembahasan .................................................................................... 63 4.6.1. Kuat Tekan.............................................................................63 4.6.2. Kuat Lentur ............................................................................65 4.6.3. Analisis Hubungan Kuat Tekan dan Kuat Lentur..................67 4.7. Aplikasi pada Perkerasan Kaku (Rigid Pavement)......................... 69 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan..................................................................................... 71 5.1. Saran ............................................................................................... 72 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
6
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan YME atas segala berkat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir yang berjudul “Kuat Tekan dan Kuat Lentur Beton dengan Bahan Tambah Fly Ash sebagai Bahan Perkerasan Kaku (Rigid Pavement)” guna memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Banyak hambatan dan rintangan yang penyusun temui dalam penyusunan laporan ini. Akan tetapi, bantuan, dukungan, semangat dan kerja sama dari berbagai pihak, semua rintangan tersebut dapat teratasi. Penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta beserta semua staf dan karyawan. 2. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta beserta semua staf dan karyawan. 3. Ir. Agus Hari Wahyudi, M.Sc. selaku Pembimbing Akademik yang selalu memberikan masukan dan arahan kepada penyusun. 4. Ir. Ary Setyawan, M.Sc(Eng), Ph.D selaku Dosen Pembimbing I dan Kusno Adi Sambowo, S.T, M.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing II yang selalu memberikan arahan dan bimbingan kepada penyusun dalam penyelesaian laporan ini. 5. Dosen Penguji Tugas Akhir atas segala saran yang telah diberikan demi kesempurnaan penelitian ini 6. Semua staf Laboratorium Bahan dan Struktur Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 7. Semua staf pengajar Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
7
8. Rekan-rekan tim durabilitas beton fly ash, terima kasih atas kerja sama dan bantuannya. 9. Keluarga tercinta dan Vivi Delima yang selalu memberikan semangat, perhatian dan dukungan penuh. 10. Teman-teman angkatan 2006 terima kasih atas dukungannya. 11. Semua pihak yang telah membantu selama pelaksanaan tugas akhir hingga selesai.
Penyusun menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih banyak kesalahan. Kritik dan saran yang bersifat membangun selalau penyusun terima. Meskipun demikian, semoga laporan ini mampu menjadi tambahan kekayaan ilmu dan wacana bagi penyususn pada khususnya dan bagi keluarga besar Teknik Sipil UNS pada umumnya serta pihak lain yang membutuhkan.
Surakarta,
Juni 2010
Penyusun
8
ABSTRAK Alve Yunus, 2010. Kuat Tekan dan Kuat Lentur Beton dengan Bahan Tambah Fly Ash sebagai Bahan Perkerasan Kaku ( Rigid Pavement ). Tugas Akhir. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Beton merupakan bahan yang penting dan banyak digunakan dalam dunia konstruksi. Salah satu penggunaan beton yaitu perkerasan kaku (rigid pavement) yang terdiri dari plat beton semen portland dan lapis pondasi diatas tanah dasar. Bagian terbesar dari kapasitas struktur perkerasan kaku diperoleh dari slab beton itu sendiri. Oleh sebab itu faktor yang paling diperhatikan dalam perkerasan kaku adalah kekuatan beton itu sendiri. Bahan tambah mineral saat ini banyak ditambahkan ke dalam campuran beton dengan berbagai tujuan salah satunya bisa menambah kekuatan beton. Untuk itu perlu adanya penelitian mengenai mengetahui hal tersebut. Dalam penelitian ini digunakan salah satu bahan tambah mineral berupa abu terbang (fly ash). Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dengan total benda uji 72 buah. Sebanyak 36 buah untuk benda uji kuat tekan berbentuk silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm dengan variasi kadar fly ash 0% (beton normal), 15%, 20%, 25%. Sebanyak 36 buah lagi untuk benda uji kuat lentur berbentuk balok dengan ukuran 100x100x500 mm dengan variasi kadar fly ash 0%, 15%, 20%, 25% yang di uji pada umur 7, 28, dan 54 hari dengan fas sebesar 0.38. Masingmasing variasi berjumlah 3 benda uji. Terjadi peningkatan kuat tekan pada beton dengan campuran fly ash 15%, 20%, 25% saat umur 7, 28 dan 54 hari, namun selalu masih dibawah daripada kuat tekan beton normal. Kuat lentur beton dengan campuran fly ash 15% dan 20% masih lebih rendah daripada beton normal pada umur 7 hari, dan 28 hari. Pada umur 54 hari, beton dengan campuran fly ash 15%, 20%, 25% mempunyai kuat lentur yang lebih tinggi daripada beton normal. Penentuan komposisi fly ash yang tepat untuk mendapatkan kuat tekan dan kuat lentur optimum belum tercapai.
Kata kunci: Perkerasan kaku, rigid pavement, fly ash, kuat desak, kuat lentur.
9
ABSTRACT
Alve Yunus, 2010. Compressive Strength and Flexural Strength of Concrete with added material of fly ash as material of Rigid Pavement. Department of Civil Engineering, University of Sebelas Maret, Surakarta
Concrete is an important material and widely used in world construction. One example of the use of concrete is rigid pavement which composed of portland cement concrete plate and the layer above the subgrade foundation. The biggest part of the capacity of rigid pavement structure was obtained from the concrete slab itself. Therefore, the most noted factor in the strength of concrete pavement is itself. Mineral additive is added into the mix a lot of concrete with different goals, one of which could add to the strength of concrete. For that we need to know there is no research about it. This study used a mineral additive in the form of fly ash. This study uses the experimental method with a total of 72 specimens. A total of 36 units for compressive strength test specimen is a cylinder with diameter of 15 cm and 30 cm high with a variation of fly ash content 0% (normal concrete), 15%, 20%, 25%. A total of 36 unit again for flexural strength of specimens with the size of the beam shape 100x100x500 mm with a variation of fly ash content 0%, 15%, 20%, 25% that in tests at age 7, 28, and 54 days with w/c ratio 0,38. Each has 3 variations of the specimens. There have been increasing the compressive strength of concrete with fly ash mixture 15%, 20%, 25% at the age of 7, 28 and 54 days, but always still below than normal concrete. Flexural strength of concrete with fly ash mixture of 15% and 20% is still lower than normal concrete at the age of 7 days and 28 days. At the age of 54 days, concrete with fly ash mixture 15%, 20%, 25% have a higher flexural strength than normal concrete. Determination of the proper composition of fly ash to obtain the compressive strength and flexural strength optimum is not reached.
Key word: rigid pavement, fly ash, compressive strength, flexural strength.
10
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Dengan kemajuan teknologi konstruksi dewasa ini, penggunaan beton sebagai salah satu pilihan konstruksi bangunan sipil lebih dikenal luas dibandingkan dengan bahan konstruksi lain seperti kayu dan baja. Pilihan penggunaan beton sebagai bahan konstruksi ini dikarenakan beton mempunyai beberapa kelebihan yang tidak dimiliki oleh bahan lain, diantaranya beton relatif murah karena bahan penyusunnya didapat dari bahan lokal, mudah dalam pengerjaan dan perawatannya, mudah dibentuk sesuai kebutuhan, tahan terhadap perubahan cuaca, lebih tahan terhadap api dan korosi (Krisbiyantoro, 2005). Selain itu kelebihan beton yang menonjol dibandingkan bahan lain adalah beton memiliki kuat desak tinggi yang dapat diperoleh dengan cara pemilihan, perencanaan dan pengawasan yang teliti terhadap bahan penyusunnya.
Salah satu penggunaan beton pada bangunan teknik sipil yaitu perkerasan jalan beton atau yang biasa disebut perkerasan kaku (rigid pavement) yang terdiri dari plat beton semen portland dan lapis pondasi diatas tanah dasar. Perkerasan beton yang kaku dan memiliki modulus elastisitas yang tinggi, akan mendistribusikan beban terhadap bidang area tanah yang cukup luas, sehingga bagian terbesar dari kapasitas struktur perkerasan diperoleh dari slab beton sendiri. Hal ini berbeda dengan perkerasan lentur dimana kekuatan perkerasan diperoleh dari lapisan tebal pondasi bawah, pondasi dan lapisan permukaan. Karena yang paling penting adalah mengetahui kapasitas struktur yang menanggung beban, maka faktor yang paling diperhatikan dalam perancangan perkerasan kaku (rigid pavement) adalah
11
kekuatan beton itu sendiri, sedangkan kekuatan tanah dasar atau pondasi hanya berpengaruh kecil terhadap kapasitas struktural perkerasannya (tanah dasar)
6
Kondisi Indonesia yang berada di daerah khatulistiwa yang beriklim tropis menyebabkan curah hujan, kelembaban, serta intensitas cahaya matahari yang tinggi. Kondisi ekstrim tersebut dapat menyebabkan potensi korosi pada tulangan baja pada beton sehingga mengakibatkan berkurangnya ikatan antara baja dan beton, yang dapat mengakibatkan berkurangnya kekuatan struktur beton (Kolokium Pustitbang Jalan dan Jembatan).
Pasta semen yang mengeras memiliki struktur yang berpori (Kardiyono, 1996). Dengan adanya pori-pori tersebut masih ada celah-celah kecil yang belum terisi oleh agregat dan semen yang berpengaruh terhadap kekuatan dan ketahanan beton tersebut. Saat celah-celah tersebut terisi akan diperoleh kekedapan dan kepadatan yang tinggi, yang memiliki koefisien permeabilitas yang kecil. Kondisi tersebut bisa menambah kekuatan beton tersebut karena kekedapan beton itu akan melindungi tulangan yang ada pada beton dari reaksi perkaratan karena rembesan senyawa kimia yang terkandung dalam air dan komponen beton akan terhindar dari kerusakan karena bereaksi dengan garam maupun sulfat yang ada dalam air. Untuk itu perlu adanya penelitian mengenai mengetahui hal tersebut, salah satunya dengan menggunakan bahan tambah yang dapat menambah kekuatan beton tersebut.
Bahan tambah mineral pembantu saat ini banyak ditambahkan ke dalam campuran beton dengan berbagai tujuan, antara lain untuk mengurangi pemakaian semen, mengurangi temperatur akibat reaksi hidrasi, mengurangi bleeding atau menambah kelecakan pada beton. Mineral pembantu yang digunakan umumnya mempunyai sifat pozzolanik, yaitu dapat bereaksi dengan kapur bebas yang dilepaskan semen pada proses hidrasi dan membentuk senyawa yang bersifat mengikat pada temperatur normal dengan adanya air. Material pozzolan dapat berupa material alam ataupun yang didapat dari sisa industri.
Dalam penelitian ini digunakan salah satu bahan mineral tambahan pozzolan berupa abu terbang (fly ash). Peneliti ingin mengetahui pengaruh tambahan abu
6
7
terbang (fly ash) terhadap kuat tekan dan kuat lentur beton sebagai bahan perkerasan kaku (rigid pavement).
1.2.
Rumusan Masalah
Dari latar balakang yang disebutkan di atas dapat diambil rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana pengaruh penambahan fly ash pada campuran beton terhadap kekuatan (kuat tekan dan kuat lentur) beton pada perkerasan kaku (rigid pavement)? 2. Berapa komposisi campuran beton dengan abu terbang fly ash yang tepat untuk mendapatkan kekuatan (kuat tekan dan kuat lentur) beton yang optimum pada perkerasan kaku (rigid pavement)?
1.3.
Batasan Masalah
Untuk membatasi ruang lingkup penelitian ini, maka diperlukan batasan-batasan masalah sebagai berikut: 1.
Semen yang digunakan adalah semen portland tipe 1.
2.
Fly ash yang digunakan adalah fly ash tipe F berasal dari sisa hasil sisa bakar batu bara pada PLTU Tanjung Jati, Jepara, Indonesia yang diperoleh dari PT. Jaya Readymix Solo Plant.
3.
Kadar Fly ash yang digunakan 0%, 15%, 20%, dan 25%.
4.
Penelitian ini meninjau kekuatan (kuat tekan dan kuat lentur) untuk perkerasan kaku (rigid pavement) dengan bahan tambah fly ash.
5.
Agregat halus yang digunakan berupa pasir dan agregat kasar berupa batu pecah.
6.
Pengujian kuat tekan dan kuat lentur dilakukan pada umur 7, 28, dan 54 hari.
7.
Pencampuran bahan dengan molen dan pembuatan sampel menggunakan cetakan dengan Ø 15 cm dan tinggi 30 cm untuk benda uji kuat tekan dan cetakan ukuran 100x100x500 mm untuk benda uji kuat lentur.
7
8
8.
Jumlah benda uji yang digunakan 72 buah terdiri dari 36 buah untuk uji kuat tekan dan 36 buah untuk uji kuat lentur.
9.
Pengujian kuat tekan menggunakan alat uji kuat tekan yang berupa mesin hidrolik yang ada pada Laboratorium Bahan Teknik Jurusan Teknik Sipil UNS.
10. Pengujian kuat lentur menggunakan alat uji kuat lentur yang berupa mesin hidrolik yang ada pada Laboratorium Bahan Teknik Jurusan Teknik Sipil UNS. 11. Tidak dibahas reaksi kimia yang terjadi pada campuran tehadap bahan-bahan yang digunakan.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui pengaruh penambahan fly ash pada campuran beton terhadap kuat tekan pada perkerasan kaku (rigid pavement). 2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan fly ash pada campuran beton terhadap kuat lentur pada perkerasan kaku (rigid pavement). 3. Untuk mengetahui berapa persentase penambahan fly ash pada campuran beton yang memiliki kuat tekan dan kuat lentur yang optimum pada perkerasan kaku (rigid pavement).
8
9
1.5. Manfaat Penelitian 1.5.1. Manfaat Teoritis
Manfaat teoritis yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1.
Memberikan wawasan pada masyarakat pada umumnya dan dunia teknik sipil pada khususnya tentang penambahan bahan tambah fly ash dalam campuran beton sebagai bahan perkerasan kaku (rigid pavement).
1.5.2. Manfaat Praktis
Manfaat praktis yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1.
Dapat mengetahui kuat tekan dan kuat lentur beton dengan bahan tambah fly ash sebagai bahan perkerasan kaku (rigid pavement).
2.
Dapat memberikan alternatif proporsi dan komposisi campuran beton fly ash sebagai bahan perkerasan kaku (rigid pavement) yang tepat untuk mendapatkan kuat tekan dan kuat lentur optimum.
9
10
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka Perkerasan jalan beton semen portland atau lebih sering disebut perkerasan kaku atau juga disebut rigid pavement, terdiri dari pelat beton semen portland dan lapisan pondasi (bisa juga tidak ada) diatas tanah dasar (Suryawan, 2005).
Beton adalah suatu campuran yang terdiri dari pasir, kerikil, batu pecah atau agregat lain yang dicampur menjadi satu dengan suatu pasta yang terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa mirip batuan. Kadang, satu atau lebih bahan aditif ditambahkan untuk menghasilkan beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan (workability), durabilitas, dan waktu pengerasan. (Mc Cormac, 2003).
Beton banyak dipakai secara luas sebagai bahan bangunan. Dalam adukan beton, air, dan semen membentuk pasta yang disebut pasta semen. Pasta semen ini selain mengisi pori-pori diantara butiran-butiran agregat halus juga bersifat sebagai perekat/pengikat dalam proses pengerasan, sehingga butiran-butiran agregat saling terekat dengan kuat dan terbentuklah suatu massa yang kompak/padat (Tjokrodimuljo, 1996).
Nilai banding berat air dan semen untuk suatu adukan beton dinamakan faktor air semen. Agar terjadi proses hidrasi yang sempurna dalam adukan beton, pada umumnya dipakai nilai faktor air semen (f.a.s) 0,4-0,6 tergantung mutu beton dan hendak dicapai. Semakin tinggi mutu beton yang ingin dicapai umumnya menggunakan nilai f.a.s rendah, sedangkan dilain pihak, untuk menambah daya workability (kelecakan, sifat mudah dikerjakan) diperlukan nilai f.a.s yang lebih tinggi (Istimawan, 1990).
10
11
Kekuatan semen yang telah mengeras tergantung pada jumlah air yang diperlukan waktu proses hidrasi berlangsung. Pada dasarnya jumlah air yang diperlukan untuk proses hidrasi hanya kira-kira 25 persen dari berat semennya, penambahan jumlah air akan mengurangi kekuatan setelah mengeras. Kelebihan air dari yang diperlukan untuk proses hidrasi pada umumnya memang diperlukan pada pembuatan beton, agar adukan beton dapat dicampur dengan baik, diangkut dengan mudah dan dapat dicetak tanpa rongga-rongga yang besar (tidak keropos). Akan tetapi hendaknya selalu diusahakan jumlah air sesedikit mungkin, agar kekuatan beton tidak terlalu rendah. Kuat tekan beton sangat dipengaruhi oleh besarnya pori-pori pada beton. Kelebihan air akan mengakibatkan beton berpori banyak, sehingga hasilnya kurang kuat dan juga lebih berpori (porous) (Tjokrodimuljo, 1996).
Bahan campuran tambahan (admixtures) adalah bahan yang bukan air, agregat maupun semen yang ditambahkan ke dalam campuran sesaat atau selama pencampuran. Fungsi dari bahan ini adalah untuk mengubah sifat-sifat beton atau pasta semen agar menjadi cocok untuk pekerjaan tertentu, atau ekonomis untuk tujuan lain seperti menghemat energi (Nawi, 1996).
Menurut Kardiyono Tjokrodimulyo (1996) bahan tambah adalah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, 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.
Pozzolan adalah bahan alam buatan yang sebagian besar terdiri dari unsur-unsur silikat dan aluminat yang reaktif (Persyaratan Umum Bahan Bangunan di Indonesia PUBI, 1982). Pozzolan sendiri tidak memiliki sifat semen, tetapi dalam keadaan halus (lolos ayakan 0,21 mm) bereaksi dengan air kapur pada suhu
11
12
normal (24o-27oC) menjadi suatu massa padat yang tidak larut dalam air. Jumlah pemakaian bahan pozzolan sebagai pengganti semen umumnya berkisar antara 10% sampai dengan 35% berat semen (Tjokrodimuljo, 1996).
Fly ash sebagai material silika adalah material pozzolan yang paling banyak digunakan sebagai bahan tambah material semen. Dalam industri konstruksi pengembangan dan penggunaan semen campuran semakin meningkat dan fly ash mendapat perhatian lebih karena penggunaannya dapat meningkatkan properti dari semen, menghemat biaya, dan mengurangi dampak negatif pada lingkungan. (Sumrerng R dan Prinya C, 2008).
Menurut ASTM C616-86, terdapat dua jenis abu terbang (fly ash), kelas F dan C. Kelas F dihasilkan dari pembakaran batu bara jenis antrasit dan bituminous, sedangkan kelas C dari batu bara jenis lignite dan subituminous. Kelas C memiliki kadar kapur tinggi. Dalam campuran beton, untuk fly ash tipe C digunakan sebanyak 15 %- 35 % dari total berat semen, sedangkan untuk fly ash tipe F digunakan sebanyak 15% - 25% dari total berat semen. (Antoni, Paul Nugraha, 2007)
Fly ash biasanya digunakan dalam beton dalam penggantian berkisar antara 0 % sampai 30 % dari massa total semen. Namun, dalam berbagai penelitian telah menunjukkan bahwa penggunaan fly ash 50 persen atau lebih dapat memiliki berbagai manfaat. Fly ash merupakan limbah, karena itu lebih murah dari semen portland, namun juga dikenal bisa meningkatkan workability dan menurunkan temperatur reaksi pada beton. ( Mindness Sidney, Young J dan Darwin David, 2002)
HVFA ( High Volume Fly Ash) atau penggunaan fly ash volume tinggi baru-baru ini mendapatkan popularitas yang tinggi sebagai sumber daya yang efisien, tahan lama, hemat biaya, berkelanjutan untuk berbagai jenis berbagai jenis aplikasi beton semen portland. Setiap beton berisi konten fly ash yang lebih dari 50 persen dari total massa semen dianggap sebagai beton HVFA.
12
13
(Mehta, P. dan Monteiro, P, 2006)
2.2.
Landasan Teori
2.2.1. Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) Peruntukan prasarana jalan atau jalan raya adalah melayani lalu-lintas kendaraan baik bermotor maupun tidak bermotor dengan beban lalu-lintas mulai dari yang ringan sampai yang berat, tentunya ini tergantung pada hirarki fungsional jalan tersebut yang berada baik di luar maupun di dalam kota. Secara umum konstruksi perkerasan jalan terdiri atas dua jenis, yaitu perkerasan lentur yang bahan pengikatnya adalah aspal dan perkerasan kaku dengan semen sebagai bahan pengikatnya yang jalannya biasa juga disebut jalan beton.
Jalan beton biasanya digunakan untuk ruas jalan dengan hirarki fungsional arteri yang berada di kawasan baik luar maupun dalam kota untuk melayani beban lalulintas yang berat dan padat. Selain itu karena biaya pemeliharaan jalan beton dapat dikatakan nihil walaupun biaya awalnya lebih tinggi dibandingkan dengan jalan aspal yang selalu memerlukan pemeliharaan rutin, pemeliharaan berkala, dan peningkatan jalan (tentunya ini akan memakan biaya yang tidak sedikit pula), maka sangatlah tepat jika jalan beton digunakan pada ruas-ruas jalan yang sangat sibuk karena sesedikit apapun, perbaikan jalan yang dilakukan akan mengundang kemacetan (kasus bottle neck) yang tentunya akan berdampak sangat luas. (Peter L. Barnabas, 2005)
Pada awal mula teknik jalan raya, pelat perkerasan kaku dibangun langsung di atas tanah dasar tanpa memperhatikan sama sekali jenis tanah dasar dan kondisi drainasenya. Pada umumnya dibangun slab setebal 6-7 inchi. Dengan bertambahnya beban lalu lintas, mulai diperhatikan bahwa jenis tanah dasar berperan penting terhadap perkerasan, terutama terjadinya pengaruh pumping pada perkerasan. Pumping adalah proses keluarnya air dan butiran-butiran tanah dasar atau pondasi bawah melalui sambungan dan retakan atau pada bagian pinggir perkerasan, akibat lendutan atau gerakan vertikal pelat karena beban lalu
13
14
lintas, setelah adanya air bebas yang terakumulasi di bawah plat (Suryawan, 2005). Oleh karena itu perancangan untuk mengatasi pumping adalah faktor yang sangat penting untuk diperhatikan.
Lapis perkerasan beton dapat diklasifikasikan atas 2 tipe sebagai berikut: 1.
Perkerasan beton dengan tulangan dowel dan tie bar. Jika diperlukan untuk kendali retak dapat digunakan wire mesh, penggunaannya independent terhadap adanya tulangan dowel.
2.
Perkerasan beton bertulang menerus terdiri dari prosentase besi yang relatif cukup banyak dan tidak ada siar kecuali untuk keperluan pelaksanaan konstruksi dan beberapa siar murni.
Nilai tegangan yang dapat dihitung berdasarkan teori adalah untuk beban statis. Untuk perencanaan, nilai tegangan harus di-modifikasi terhadap perhitungan repetisi beban lalu-lintas. Jika beton dapat tahan terhadap perubahan berulang, yaitu sebanyak repetisi beban, maka akan dapat bertahan, tergantung besaran beban (Suryawan, 2005).
Metode perencanaan perkerasan kaku yang umum digunakan di Indonesia adalah : 1.
PCA (Portland CementAssociation) PCA menawarkan metode perencanaan perkerasan kaku berdasarkan teknik analisa tegangan yang dikembangkan oleh WESTERGAARD. Dalam metode rancangan ini, ketebalan tergantung pada besaran dan jumlah beban berulang, modulus of rupture dan modulus reaksi tanah dasar. Modulus of rupture pada hari ke 28 digunakan untuk perencanaan. Ketebalan perkerasan beton relatif tidak sensitif terhadap modulus tanah dasar, kecuali jika membandingkan antara tanah dasar yang sangat lunak dengan yang sangat kuat. Untuk perhitungan fatigue digunakan rasio antara tegangan aktual pada perkerasan dengan modulus of rupture. Jika rasio bernilai < 0.51 uji dan peformance di lapangan menunjukkan bahwa beton akan tahan tanpa menjadi rusak terhadap repetisi tegangan tidak terbatas.
14
15
Pada metode ini beban kendaraan aktual diaplikasikan pada perancangan perkerasan beton sebesar 20% lebih besar sebagai faktor keamanan. 2.
AASHTO ( American Association of State Highway and Transportation Officials ) Cara AASHTO dalam perencanaan tebal perkerasan kaku dikembangkan berdasarkan hasil dari jalan uji AASHO (American Association of State Highway Officials) seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. Persamaan yang digunakan untuk menghitung data AASHO dengan memperhitungkan beban pada ujung pelat. Kemudian Poisson’s ratio diasumsikan 0,2 dan dari jarak ujung ke pusat beban diambil 10 inchi. Campuran jenis kendaraan dapat dikonversikan dalam bentuk beban ekivalen satu sumbu. Cara ini menunjukkan bahwa ketebalan pelat beton relatif sensitif terhadap beban lalu-lintas. Dan agak sensitif terhadap tegangan yang terjadi pada pelat beton. Namun modulus yang terjadi akibat reaksi tanah dasar pengaruhnya amat kecil.
Parameter-parameter perencanaan perkerasan kaku ( rigid pavement ) mengacu cara AASHTO ( American Association of State Highway and Transportation Officials ) 1993 secara praktis diberikan sebagai berikut dibawah ini. Parameter perencanaan terdiri : ·
Analisi lalu-lintas : mencakup umur rencana, lalu-lintas harian rata-rata, pertumbuhan lalu-lintas tahunan, vehicle damage factor, equivalent single axle load
·
Terminal serviceability index
·
Initial serviceability
·
Serviceability loss
·
Reliability
·
Standar normal deviasi
·
Standar deviasi
·
CBR dan Modulus reaksi tanah dasar
·
Modulus elastisitas beton, fungsi kuat tekan beton
·
Flexural strength
15
16
·
Drainage coefficient
·
Load transfer coefficient
16
17 Bagan alir prosedur perencanaan diperlihatkan seperti pada Gambar 2.1. berikut.
Traffic
Reliability
Serviceability
Umur rencana Faktor distribusi arah Faktor distribusi lajur LHR pada thn dibuka Pertumb. Lalin tahunan Vehicle damage factor
Desain ESAL
Standard normal deviation Standard deviation
Terminal serviceability Initial serviceability
CBR
Modulus reaksi tanah dasar
Kuat tekan beton
Modulus elastisitas beton
Serviceability loss
Coba tebal plat
Check equation
Flexural strength
Drainage coefficient Load transfer coefficient
Gambar 2.1 Bagan alir Perencanaan Perkerasan Kaku Mengacu cara AASHTO 1993 17
Tebal pelat rencana
i
Berdasarkan Gambar 2.1 diatas, kuat tekan dan flexural strength faktor yang sangat penting dalam perencanaan perkerasan kaku ( rigid pavement ) yang mengacu cara AASHTO ( American Association of State Highway and Transportation Officials ) 1993. Hal ini didasari oleh perkerasan beton yang kaku dan memiliki modulus elastisitas yang tinggi, akan mendistribusikan beban terhadap bidang area tanah yang cukup luas, sehingga bagian terbesar dari kapasitas struktur perkerasan diperoleh dari slab beton sendiri. Hal ini berbeda dengan perkerasan lentur dimana kekuatan perkerasan diperoleh dari lapisan tebal pondasi bawah, pondasi dan lapisan permukaan. Karena yang paling penting adalah mengetahui kapasitas struktur yang menanggung beban, maka faktor yang paling diperhatikan dalam perancangan perkerasan kaku (rigid pavement) adalah kekuatan beton itu sendiri, kekuatan tanah dasar atau pondasi hanya berpengaruh kecil terhadap kapasitas struktural perkerasannya (tebal pelat betonnya). Maka Kuat tekan dan flexural strength merupakan parameter fisik yang sangat penting dan tidak boleh diabaikan dalam perencanaan perkerasan kaku ( rigid pavement ).
2.2.2. Pengertian Beton
Beton diperoleh dengan cara mencampurkan semen, air dan agregat dengan atau tanpa bahan tambahan (admixture) tertentu. Material pembentuk beton tersebut dicampur dengan merata dengan komposisi tertentu menghasilkan suatu campuran yang plastis 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 yang panjang atau dengan kata lain campuran beton akan bertambah keras sejalan dengan umurnya. (Wicaksono, 2005)
Bahan penyusun beton dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu bahan aktif dan pasif. Kelompok bahan aktif yaitu semen dan air, sedangkan bahan yang pasif yaitu pasir dan kerikil (disebut agregat halus dan agregat kasar). Kelompok bahan pasif
disebut
pengisi
sedangkan
yang
(Tjokrodimuljo, 1996).
i
aktif
disebut
perekat/pengikat
ii
Beton normal merupakan salah satu bahan konstruksi teknik yang cukup berat, dengan berat sekitar 2400 kg/m3 dan dapat menghantarkan panas karena kepadatannya. Pada beton yang baik, setiap butir agregat seluruhnya terbungkus dengan mortar. Demikian halnya dengan ruang antar agregat, harus terisi oleh mortar. Jadi kualitas pasta atau mortar menentukan kualitas beton. Semen adalah unsur kunci dalam beton, meskipun jumlahnya hanya 7-15% dari campuran. Beton dengan jumlah semen sedikit (sampai 7%) disebut beton kurus (lean concrete), sedangkan beton dengan jumlah semen yang banyak (sampai 15%) disebut dengan beton gemuk (rich concrete). Sifat masing-masing bahan juga berbeda dalam hal perilaku beton segar maupun pada saat sudah mengeras, selain faktor biaya yang perlu diperhatikan. Di lain pihak, secara volumetris beton diisi oleh agregat sebanyak 70-75%, jadi agregat juga mempunyai peran yang sama pentingnya sebagai material pengisi beton.
Sebagai material komposit, keberhasilan penggunaan beton tergantung pada perencanaan yang baik, pemilihan dan pengadaan masing-masing material yang baik, proses penanganan, dan proses produksinya.
Beton memiliki kelebihan dibanding material lain, diantaranya: 1.
Beton termasuk bahan yang mempunyai kuat tekan yang tinggi, serta mempunyai sifat tahan terhadap pengkaratan atau pembusukan dan tahan terhadap kebakaran.
2.
Harga relatif murah karena menggunakan bahan dasar dari lokal, kecuali semen portland.
3.
Beton segar dapat dengan mudah diangkut maupun dicetak dalam bentuk yang sesuai keinginan.
4.
Kuat tekan yang tinggi, apabila dikombinasikan dengan baja tulangan dapt digunakan untuk sruktur berat.
5.
Beton segar dapat disemprotkan pada permukaan beton lama yang retak, maupun diisikan ke dalam cetakan beton pada saat perbaikan, dan memungkinkan untuk dituang pada tempat-tempat yang posisinya sulit.
ii
iii
6.
Beton segar dapat dipompakan sehingga memungkinkan untuk dituang pada tempat-tempat yang posisinya sulit.
7.
Beton termasuk tahan aus dan kebakaran, sehingga biaya perawatannya relatif rendah.
Adapun kekurangan beton adalah sebagai berikut: 1.
Beton mempunyai kuat tarik yang rendah, sehingga mudah retak.
2.
Beton segar mengalami susut pada saat pengeringan, dan beton segar mengembang jika basah.
3.
Beton keras mengeras dan menyusut apabila terjadi perubahan suhu.
4.
Beton sulit kedap air secara sempurna, sehingga selalu dapat dimasuki air, dan air yang membawa kandungan garam dapat merusak tulangan beton.
5.
Beton bersifat getas sehingga harus dihitung dan didetail secara seksama agar setelah dikombinasikan dengan baja tulangan menjadi bersifat daktail.
2.2.3. Bahan Susun Beton
Kualitas beton dapat ditentukan antara lain dengan pemilihan bahan-bahan pembentuk beton yang baik, perhitungan proporsi yang tepat, cara pengerjaan dan perawatan beton yang baik, serta pemilihan bahan tambah yang sesuai dengan dosis optimum yang diperlukan. Bahan pembentuk beton terdiri atas semen, agregat halus, agregat kasar, air dan bahan tambah (admixture) jika diperlukan. Untuk pembuatan beton yang baik, material-material tersebut harus melalui tahap penelitian yang sesuai standar penelitian yang baku sehingga didapat material yang berkualitas baik.
2.2.3.1. Semen Portland
Fungsi semen adalah untuk merekatkan butiran-butiran agregat agar menjadi suatu massa yang kompak, padat dan kuat. Selain itu semen juga berfungsi untuk mengisi rongga-rongga diantara butiran agregat. Semen yang dimaksud dalam konstruksi beton adalah bahan yang mengeras jika bereaksi dengan air dan lazim
iii
iv
dikenal dengan semen hidraulik (hydraulic cement). Salah satu jenis semen yang biasa dipakai dalam pembuatan beton ialah semen portland (portland cement).
Semen portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan menghaluskan klinker terutama terdiri dari atas silikat calsium yang bersifat hidrolis, dengan gips sebagai bahan tambahnya. Semen portland diperoleh dengan membakar secara bersamaan suatu campuran dari calcareous (yang mengandung kalsium karbonat atau batu gamping) dan argillaceous (yang mengandung alumina) dengan perbandingan tertentu. Secara mudahnya kandungan semen portland adalah kapur, silika, dan alumina. Ketiga bahan tadi dicampur dan dibakar dengan suhu 1550oC dan menjadi klinker. Setelah itu kemudian dikeluarkan, didinginkan, dan dihaluskan sampai halus seperti bubuk. Biasanya lalu klinker digiling halus secara mekanis sambil ditambahkan gips atau kalsium sulfat (CaSO4) kira-kira 2-4% sebagai bahan pengontrol waktu pengikatan. Bahan tambah lain kadang ditambahkan untuk membentuk semen khusus (Tjokrodimuljo, 1996).
Material-material utama dari semen portland adalah batu kapur yang mengandung komponen-pomponen utama CaO (kapur) dan tanah liat yang mengandung komponen-komponen SiO2 (silica), Al2O3 (alumina), Fe2O3 (oksida besi), MgO (magnesium), SO3 (sulfur) serta Na2+K2O (soda/potash). Komposisi dari bahan utama pembuatan semen dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Komposisi Bahan Utama Semen Komposisi
Persentase (%)
Kapur (CaO)
60 – 65
Silika (SiO2)
17 – 25
Alumina (Al2O3)
3–8
Besi (Fe2O3)
0,5 – 6
Magnesia (MgO)
0,5 – 4
Sulfur (SO3)
1–2
Potash (Na2O + K2O)
0,5 – 1
Sumber: Kardiyono Tjokrodimulyo (1996)
iv
v
Walaupun demikian pada dasarnya ada 4 unsur yang paling utama dari semen, yaitu: 1.
Trikalsium silikat (C3S) atau 3CaO.SiO2 Senyawa ini mengalami hidrasi sangat cepat disertai pelepasan sejumlah besar panas, berpengaruh besar pada pengerasan semen sebelum umur 14 hari, kurang ketahanan terhadap agresi kimiawi, paling menonjol mengalami disintegrasi oleh sulfat air tanah dan kemungkinan sangat besar untuk retakretak oleh perubahan volume.
2.
Dikalsium silikat (C2S) atau 2CaO.SiO2 Formasi senyawa ini berlangsung perlahan dengan pelepasan panas lambat. Senyawa ini berpengaruh terhadap proses peningkatan kekuatan yang terjadi dari umur 14 hari sampai dengan 28 hari dan seterusnya. Dengan kadar C2S banyak maka akan memiliki ketahanan tehadap agresi kimiawi yang relatif tinggi, pengerasan yang lambat, dan panas hidrasi yang rendah.
3.
Trikalsium aluminat (C3A) atau 3CaO.Al2O3 Senyawa ini mengeras dalam beberapa jam dengan melepas sejumlah panas. Jika kandungan unsur ini lebih besar dari 10% akan menyebabkan kurang tahan terhadap asam sulfat. Kuantitas yang terbentuk dalam ikatan menentukan pengaruhnya terhadap kekuatan beton pada awal umurnya terutama dalam 14 hari.
4.
Tetrakalsium aluminoferit (C4AF) atau 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Senyawa ini kurang penting karena tidak begitu besar pengaruhnya terhadap kekuatan
dan
kekerasan
semen.
C4AF
hanya
berfungsi
untuk
menyempurnakan reaksi pada dapur pembakaran pembentukan semen.
Dua unsur pertama (1 dan 2) biasanya merupakan 70-80% dan kandungan berat semen sehingga merupakan bagian yang paling dominan dalam memberikan sifat semen (Tjokrodimuljo, 1996) Selanjutnya dalam proses setting dan hardening akibat reaksi antara semen dan air, senyawa-senyawa C3S, C2S, C3A, dan C4AF mengalami hidrasi yang mekanismenya dapat digambarkan sebagai berikut :
v
vi
1. Hidrasi kalsium silikat (C3S dan C2S) Kalsium silikat akan terhidrasi menjadi kalsium hidroksida dan kalsium silikat hidrat 2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2 2(2CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.2H2O+Ca(OH)2 Terbentuknya kalsium hidroksida pada proses hidrasi diatas menyebabkan pasta semen bersifat basa, hal ini dapat mencegah korosi pada baja akan tetapi menyebabkan pasta semen cukup reaktif terhadap asam. 2. Hidrasi Kalsium Aluminat (C3A) Proses hidrasi C3A akan menghasilkan kalsium aluminat hidrat setelah semua kandungan gypsum (CaO.SO3.2H2O) habis bereaksi. 3CaO.Al2O3+CaO.SO3.2H2O+10H2O→4CaO.Al2O3.SO3.12H2O
(kalsium
sulpho aluminat) 3CaO.Al2O3+Ca(OH)2+12H2O→4CaO.Al2O3.13H2O (kalsium aluminat hidrat) 3. Hidrasi Kalsium Aluminat Ferrite (C4AF) 4CaO.Al2O3.Fe2O3+2CaO.SO3.2H2O+18H2O→8CaO.Al2O3.Fe2O3.2SO3.24HO
Sesuai dengan tujuan dari penggunaannya, semen portland di Indonesia dibagi menjadi 5 jenis berdasarkan ASTM C-150, yaitu : 1.
Tipe I adalah semen portland untuk tujuan umum. Jenis ini paling banyak diproduksi karena digunakan untuk hampir semua jenis konstruksi.
2.
Tipe II adalah semen portland modifikasi, adalah tipe yang sifatnya setengah tipe IV dan setengah tipe V (moderat).
3.
Tipe III adalah semen portland dengan kekuatan awal tinggi. Kekuatan 28 hari umumnya dapat dicapai dalam 1 minggu. Semen jenis ini umum dipakai ketika acuan harus dibongkar secepat mungkin atau ketika struktur harus dapat cepat dipakai.
4.
Tipe IV adalah semen portland dengan panas hidrasi rendah, yang dipakai untuk kondisi dimana kecepatan dan jumlah panas yang timbul harus minimum. Misalnya pada bangunan masif seperti bendungan gravitasi yang besar. Pertumbuhan kekuatannya lebih lambat daripada semen tipe I.
vi
vii
5.
Tipe V adalah semen portland tahan sulfat, yang dipakai untuk menghadapi aksi sulfat yang ganas. Umumnya dipakai di daerah dimana tanah atau airnya memiliki kandungan sulfat yang tinggi.
Tabel 2.2. Jenis-jenis Semen Portland dengan Sifat-sifatnya. Kehalusan blaine (m2/kg)
Kuat 1 hari (kg/cm3)
Panas hidrasi (J/kg)
8
350
1000
330
5
13
350
900
250
13
9
8
450
2000
500
25
50
5
12
300
450
210
40
40
9
9
350
900
250
Kadar senyawa (%)
Tipe semen
Sifat pemakaian
C3S
C2S
C3A
C4AF
I
Umum
50
24
11
II
Modifikasi
42
33
60
Kekuatan III
awal tinggi Panas
IV
hidrasi rendah
V
Tahan sulfat
Sumber: Antoni, Paul Nugraha (2007)
2.2.3.2. Agregat
Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran beton. Agregat menempati 70-75% dari total volume beton, maka kualitas agregat akan sangat mempengaruhi kualitas beton, tetapi sifat-sifat ini lebih bergantung pada faktor-faktor seperti bentuk, dan ukuran butiran pada jenis batuannya. Berdasarkan butiran, agregat dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu agregat halus dan agregat kasar.
a. Agregat Halus
Agregat halus merupakan agregat yang lolos ayakan 4,75 mm. Agregat halus pada beton dapat berupa pasir alam atau pasir buatan. Pasir alam didapatkan dari hasil disintegrasi alami dari batu-batuan (pasir gunung atau pasir sungai). Pasir buatan vii
viii
adalah pasir yang dihasilkan oleh alat-alat pemecah batu atau diperoleh dari hasil sampingan dari stone crusher. Pasir (fine aggregate) berfungsi sebagai pengisi pori-pori yang ditimbulkan oleh agregat yang lebih besar (agregat kasar/coarse aggregate). Kualitas pasir sangat mempengaruhi kualitas beton yang dihasilkan. Oleh karena itu, sifat-sifat pasir harus diteliti terlebih dahulu sebelum pasir tersebut digunakan dan harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan.
Persyaratan agregat halus (pasir) menurut PBI 1971 Bab 3.3. adalah: 1. Terdiri dari butir-butir tajam dan keras. Butir-butirnya harus bersifat kekal, artinya tidak pecah atau hancur oleh pengaruh-pengaruh cuaca, seperti terik matahari dan hujan 2. Tidak boleh mengandung lumpur lebih dari 5% (ditentukan terhadap berat kering). Yang diartikan dengan lumpur adalah bagian-bagian yang dapat melalui ayakan 0,063 mm. Apabila kadar lumpur melampaui 5% maka agregat halus harus dicuci. 3. Agregat halus tidak boleh mengandung bahan-bahan organik terlalu banyak yang harus dibuktikan dengan percobaan warna dari Abram-Harder (dengan larutan NaOH). 4. Agregat halus harus terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya dan apabila diayak dengan susunan ayakan yang ditentukan dalam pasal 3.5 ayat (1), harus memenuhi syarat-syarat berikut: -
Sisa diatas ayakan 4mm harus minimal 2% berat.
-
Sisa diatas ayakan 1mm harus minimal 10% berat.
-
Sisa diatas ayakan 0,25 mm harus berkisar antara 80% dan 90% berat.
5. Pasir laut tidak boleh dipakai sebagai agregat halus untuk semua mutu beton, kecuali dengan petunjuk-petunjuk dari lembaga pemeriksaan bahan-bahan yang diakui.
viii
ix
b. Agregat Kasar
Agregat kasar adalah agregat yang mempunyai ukuran lebih dari 4,75 mm dan ukuran maksimumnya 40 mm. Agregat ini harus memenuhi syarat kekuatan, bentuk, tekstur maupun ukuran. Agregat kasar yang baik bentuknya bersudut dan pipih (tidak bulat/blondos).
Menurut PBI 1971 Bab 3.4. agregat kasar/split harus memenuhi syarat sebagai berikut: 1. Terdiri dari butir-buti keras dan tidak berpori. Kerikil yang berpori akan menghasilkan beton yang mudah ditembus air. Agregat kasar yang mengandung butir-butir pipih hanya dapat dipakai jika jumlah butirannya tidak melebihi 20% berat agregat seluruhnya. Butir-butir agregat kasar tersebut harus bersifat kekal artinya tidak pecah atau hancur oleh pengaruh cuaca. 2. Tidak boleh mengandung lumpur lebih dari 1% apabila lebih dari 1% maka agregat harus dicuci terlebih dahulu. 3. Tidak mengandung zat-zat yang merusak beton, seperti zat-zat yang reaktif dengan alkali. 4. Kekerasan dari butir- butir agregat diperiksa dengan bejana penguji dari Rudellof, atau dengan mesin pengaus Los Angeles dimana tidak boleh kehilangan berat lebih dari 50%. 5. Terdiri dari butir-butir yang beraneka ragam besarnya atau bergradasi baik. 6. Besar butiran maksimum tidak boleh lebih dari 1/5 jarak terkecil antara bidang-bidang samping cetakan, 1/3 tebal pelat, atau 3/4 dari jarak bersih minimum antar tulangan yang ada.
2.2.2.3. Air
Air merupakan bahan dasar pembuatan beton yang penting namun harganya murah. Air diperlukan untuk bereaksi dengan semen, serta untuk menjadi bahan pelumas antara butir-butir agregat agar mudah dikerjakan dan dipadatkan. Sifat
ix
x
dan kualitas air yang digunakan dalam campuran beton akan sangat mempengaruhi proses, sifat serta mutu beton yang dihasilkan.
Menurut Kardiyono Tjokrodimulyo (1996) untuk bereaksi dengan semen, air yang diperlukan hanya sekitar 25% dari berat semen, namun dalam kenyataanya nilai f.a.s yang dipakai sulit kurang dari 0,35 karena beton yang mempunyai proporsi air yang sangat kecil menjadi kering dan sukar dipadatkan. Oleh kerena itu dibutuhkan tambahan air untuk menjadi pelumas campuran agar mudah dikerjakan. Akan tetapi penembahan air harus memperhatikan proporsi karena air akan menguap ketika beton mengering dan meninggalkan rongga pada beton. Syarat-syarat air untuk campuran beton sesuai standar PBI 1971 Bab 3.6.
Syarat-syarat air untuk pekerjaan beton menurut PBI 1971 Bab 3.6. adalah: 1. Air untuk perawatan dan pembuatan beton tidak boleh mengandung minyak, asam, alkali, garam-garam, bahan-bahan organis atau bahan-bahan lain yang merusak beton dan/atau baja tulangan. Dalam hal ini sebaiknya dipakai air bersih yang dapat diminum. 2. Apabila terdapat keragu-raguan mengenai air, dianjurkan untuk mengirimkan contoh air itu ke lembaga pemeriksaan bahan-bahan yang diakui untuk di selidiki sampai seberapa jauh air itu mengandung zat-zat yang dapat merusak beton dan/atau tulangan. 3. Apabila pemeriksaan contoh air seperti disebut dalam ayat (2) itu tidak dapat dilakukan, maka dalam hal adanya keragu-raguan mengenai air harus diadakan percobaan perbandingan antara kekuatan tekan campuran semen+air dengan air tersebiut dan dengan air suling. Air tersebut dapat dipakai apabila kekuatan tekan pada umur 7-28 hari paling sedikit adalah 90% dengan kekuatan tekan dengan menggunakan air suling pada umur yang sama. 4. Jumlah air yang digunakan untuk membuat adukan beton dapat ditentukan dengan ukuran isi atau ukuran berat dan harus dilakukan setepat-tepatnya.
x
xi
2.2.3.4. Bahan Tambah
a. Pengertian Bahan Tambah
Bahan campuran tambahan (admixtures) adalah bahan yang bukan air, agregat maupun semen yang ditambahkan ke dalam campuran sesaat atau selama pencampuran. Fungsi dari bahan ini adalah untuk mengubah sifat-sifat beton atau pasta semen agar menjadi cocok untuk pekerjaan tertentu, atau ekonomis untuk tujuan lain seperti menghemat energi (Nawy, 1996). Suatu bahan tambah pada umumnya dimasukkan ke dalam campuran beton dengan jumlah sedikit, sehingga tingkat kontrolnya harus lebih besar daripada pekerjaan beton biasa. Oleh sebab itu, kontrol terhadap bahan tambah perlu dilakukan dengan tujuan untuk menunjukkan bahwa pemberian bahan tambah pada beton tidak menimbulkan efek samping seperti kenaikan penyusutan kering, pengurangan elastisitas (L.J. Murdock dan K.M. Brook, 1991)
b. Jenis dan Pengaruh Bahan Tambah Mineral Pembantu
Bahan mineral pembantu saat ini banyak ditambahkan ke dalam campuran beton dengan berbagai tujuan, antara lain untuk mengurangi pemakaian semen, mengurangi temperatur akibat reaksi hidrasi, mengurangi atau menambah kelecakan beton segar. Cara pemakaiannya pun berbeda-beda, sebagai bahan pengganti sebagian semen atau sebagai tambahan pada campuran untuk mengurangi pemakaian agregat. Pembuatan beton dengan menggunakan bahan tambah akan memberikan kualitas beton yang baik apabila pemilihan kualitas bahannya baik, komposisi campurannya sesuai dan metode pelaksanaan pengecoran, pemeliharaan serta perawatannya baik.
Mineral pembantu yang digunakan umumnya mempunyai komponen aktif yang bersifat pozzolanik (disebut juga mineral pozzolan). Pozzolan adalah bahan alam atau buatan yang sebagaian besar terdiri dari unsur-unsur silikat dan aluminat yang reaktif (Persyaratan Umum Bahan Bangunan di Indonesia, PUBI-1982).
xi
xii
Pozzolan sendiri tidak memiliki sifat semen, tetapi dalam keadaan halus (lolos ayakan 0,21 mm) bereaksi dengan air dan kapur padam pada suhu normal 24-27oC menjadi suatu massa padat yang tidak larut dalam air.
Pozzolan dapat dipakai sebagai bahan tambah atau pengganti sebagai semen portland. Bila pozzolan dipakai sebagai bahan tambah akan menjadikan beton lebih mudah diaduk, lebih rapat air, dan lebih tahan terhadap serangan kimia. Beberapa pozzolan dapat mengurangi pemuaian akibat proses reaksi alkaliagregat (reaksi alkali dalam semen dengan silika dalam agregat), dengan demikian mengurangi retak-retak beton akibat reaksi tersebut. Pada pembuatan beton massa pemakaian pozzolan sangat menguntungkan karena menghemat semen, dan mengurangi panas hidrasi (Kardiyono, 1996) Perbedaan reaksi hidrasi dan reaksi pozzolanik adalah sebagai berikut:
Semen Portland C3S + H Semen
cepat
Air
C-S-H + CH
Gel kalsium Kalsium silikat hidrat hidroksida
Material Pozzolan Pozzolan + CH + H Kalsium Air hidroksida
lambat
C-S-H Gel kalsium silikat hidrat
Berlawanan dengan reaksi hidrasi dari semen dengan air yang berlangsung cepat dan kemudian membentuk gel kalsium silikat hidrat dan kalsium hidroksida, reaksi pozzolanik ini berlangsung dengan lambat sehingga pengaruhnya lebih kepada kekuatan akhir dari beton. Panas hidrasi yang dihasilkan juga jauh lebih kecil daripada semen portland sehingga efektif untuk pengecoran pada cuaca panas atau beton masif.
Material pozzolan dapat berupa material yang sudah terjadi secara alami ataupun yang didapat dari sisa industri. Masing-masing mempunyai komponen aktif yang berbeda. Tabel 2.3. menunjukkan komponen aktif mineral pembantu yang berasal dari material alami dan material sisa proses industri. Umumnya material pozzolan
xii
xiii
ini lebih murah daripada semen portland sehingga biasanya digunakan sebagai pengganti sebagian semen. Persentase maksimum pengantian ini harus diperhatikan karena dapat menyebabkan penurunan kekuatan beton.
Tabel 2.3. Material Pozzolan Umumnya Kategori
Material umum Abu fulkanis murni Abu vulkanis terkena cuaca (tuff, trass, dll) Material Batu apung (pumice) alami Fosil kerang (diatomaceus earth) Opaline chert dan shales (batu sedimen) Fly ash – tipe F Fly ash – tipe C Material sisa Silika fume industri Rice husk ash Calcined clay Sumber: Antoni, Paul Nugraha (2007)
Komponen aktif Aluminosilicate glass Aluminosilicate glass Zeolite Aluminosilicate glass Amorphous hydrated silica Hydated silica gel Aluminosilicate glass Calcium aluminosilicate glass Amorphous silica Amorphous silica Amorphous alumino silicate (metakaolin)
Kebutuhan air pada beton dapat meningkat untuk kelecakan yang sama karena ukuran partikel meterial pozzolan yang halus. Namun bentuk partikel material ini akan mempengaruhi kebutuhan akan airnya. Ukuran dan bentuk partikel material pozzolan dapat dilihat pada Tabel 2.4. Tabel 2.4. Karakteristik Fisik dari Material Pozzolan Material
Ukuran rata-rata (µm) 10-15 10-15* 10-15 0,1-0,3 10-20
Luas permukaan Bentuk partikel (m2/kg) <1 Angular, irregular <1 Angular, irregular 1-2 Mostly spherical 15-25 Spherical 50-100 Cellular, irregular
Semen portland Pozzolan alamiah Fly ash (F dan C) Silica fume Rice husk ash Calcined clay 1-2 15 Platey (metakaolin) *setelah dihaluskan, Sumber: Antoni, Paul Nugraha (2007)
xiii
Massa jenis (specific gravity) 3,2 bervariasi 2,2-2,4 2,2 <2,0 2,4
xiv
Bentuk seperti bola (spherical) menghasilkan kelecakan yang lebih baik daripada bentuk yang bersudut (angular) karena luas permukaan yang lebih kecil. Bentuk bola juga mempunyai efek ball-bearing yang dapat meningkatkan kelecakan campuran beton segar. Material pozzolan dengan bentuk bersudut, berongga (cellular) ataupun bentuk tak tentu (irregular) membutuhkan penggunaan bahan kimia pembantu (superplasticizer) agar didapat kelecakan yang baik. Sifat-sifat umum dari pozzolan antara lain: 1. ........................................................................................................... Tida k mempunyai sifat mengikat bila berdiri sendiri. 2. ........................................................................................................... Terd iri dari sebagian besar unsur-unsur silika dan atau alumina (75%-80%). 3. ........................................................................................................... Bila berbentuk bahan halus dan bersama-sama kapur padam akan mempunyai sifat mengikat. 4. ........................................................................................................... Kek uatannya bila dicampur dengan kapur sangat tergantung dari susunan kimianya, terutama kandungan silica aktifnya. 5. ........................................................................................................... Keh alusannya akan mempengaruhi kekuatannya. Menurut Paulus Nugraha dan Mustofa (2008) pengaruh penggunaan pozzolan di dalam campuran beton adalah sebagai berikut: 1. ........................................................................................................... Men ghemat biaya karena dapat digunakan sebagai pengganti semen dengan konsekuensi memperlambat pengerasan sehingga kekuatan awal beton rendah. 2. ........................................................................................................... Men gurangi retak akibat panas hidrasi yang rendah karena adanya bahan pozzolan tersebut, kandungan C3A dalam semen berkurang sehingga temperatur awal dapat diturunkan. 3. ........................................................................................................... Men gurangi muai akibat reaksi alkali-agregat sehingga retak-retak pada beton dapat dikurangi.
xiv
xv
4. ........................................................................................................... Men ingkatkan ketahanan beton terhadap garam, sulfat dan air asam. Akan tetapi sebagai pengganti semen, pozzolan memiliki kekurangan yaitu pozzolan akan sangat mengurangi kekuatan 28 hari. Karena lambatnya aksi pozzolanik maka dibutuhkan perawatan untuk waktu yang lebih lama. (Paul Nugraha, Antoni, 2007). Tabel 2.5. menunjukkan unsur-unsur bahan pozzolan dibanding semen portland berdasarkan jenisnya.
Tabel 2.5. Unsur Bahan-bahan Pozzolan Unsur SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O Kehalusan (m2/kg)
Semen Portland 20 3,5 5 65 0,1 0,1 0,7 300-400
Abu Terbang (fly ash) 50 10,4 28 3 2 0,7 2,5 400-700
Kerak (slag)
Silika fume
38 0,3 11 40 7,5 0,4 0,8 350-600
92 1,2 0,7 0,2 0,2 1,0 1,5 20000
Sumber: Antoni, Paul Nugraha (2007)
Dengan semakin banyaknya pemakaian beton di dalam industri konstruksi termasuk jalan beton maka semakin banyak pula usaha untuk membuatnya semakin canggih dan semakin ekonomis. Namun, seiring meningkatnya industri beton juga berdampak pada lingkungan karena meningkatnya pemakaian energi untuk produksi beton.
Salah satu usaha untuk mereduksi pengaruh buruk terhadap lingkungan akibat industri beton adalah penggunaan fly ash dan slag sebagai bahan tambah. Penggantian sebagian semen dengan fly ash selain dapat menambah workability karena peningkatan gradasi (karena ukuran fly ash sangat halus), juga mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan dengan mengurangi lahan pembuangan limbah dan mengurangi penggunaan energi untuk produksi semen. Keuntungan lain adalah peningkatan durabilitas beton. (Michael D Lepech, et al. 2008) xv
xvi
c. Abu Terbang (Fly Ash)
Abu terbang adalah abu sisa pembakaran batu bara, berupa butiran halus ringan, tidak porous, dan bersifat pozzolanik. Abu terbang tidak memiliki kemampuan mengikat seperti semen tapi dengan adanya air dan partikel ukuran halus, oksida silica yang terkandung di dalamnya akan bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida yang terbentuk dari proses hidrasi semen dan menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat (Krisbiyantoro, 2005). Pembakaran batu bara kebanyakan digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap. Produk limbah PLTU tersebut mencapai 1 juta ton per tahun.
PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) uang menghasilkan abu terbang ini misalnya PLTU Suralaya, PLTU Paiton dan PLTU Tanjung Jati. Abu terbang juga dihasilkan oleh pabrik kertas maupun pabrik kimia. Sekitar 75-90% abu yang keluar dari cerobong asap dapat ditangkap oleh sistem elektrostatik precipitator. Sisa yang lain didapat di dasar tungku (disebut bottom ash). Mutu fly ash tergantung pada kesempurnaan proses pembakarannya.
Material ini mempunyai kadar bahan semen yang tinggi dan mempunyai sifat pozzolanik. Kandungan fly ash sebagian besar terdiri dari silikat dioksida (SiO2), aluminium (Al2O3), besi (Fe2O3) dan kalsium (CaO), serta magnesium, potasium, sodium, titanium, dan sulfur dalam jumlah yang lebih sedikit. (Antoni, Paul Nugraha, 2007)
Sebagai sebuah campuran, abu terbang (fly ash) berfungsi baik sebagai pengganti atau tambahan untuk semen portland dan bisa ditambahkan langsung ke dalam campuran beton di batching plant. (E. Aydin, 2009) Sebagian besar komposisi kimia dari abu terbang tergantung tipe batu bara, menurut ASTM C618-86, terdapat dua jenis abu terbang, kelas F dan C. kelas F dihasilkan dari pembakaran batu bara jenis antrasit dan bituminous, sedangkan
xvi
xvii
kelas C dari batu bara jenis lignite dan subituminous. Kelas C memiliki kadar kapur tinggi. Fly ash dapat dibedakan menjadi 3 jenis (ACI Manual of Practice 1993 Parts 1 226.3R-3) yaitu: 1.
Kelas C Fly ash yang mengandung CaO di atas 10% yang dihasilkan dari pembakaran lignite atau sub-bitumen batu bara (batu bara muda). a. Kadar (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 50% b. Kadar CaO mencapai 10% Dalam campuran beton digunakan sebanyak 15%-35% dari total berat semen.
2.
Kelas F Fly ash yang mengandung CaO lebih kecil 10% yang dihasilkan dari pembakaran anthracite atau bitumen batu bara. c. Kadar (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 70% d. Kadar CaO < 5% Dalam campuran beton digunakan sebanyak 15%-25% dari total berat semen.
3.
Kelas N Pozzolan alam atau hasil pembakaran yang dapat digolongkan antara lain tanah diatomic, opaline chertz dan shales, tuff dan abu vulkanik, yang mana biasa diproses melalui pembakaran atau tidak melalui proses pembakaran. Selain itu juga mempunyai sifat pozzolan yang baik
Secara umum sifat-sifat abu terbang adalah mempunyai partikel yang berbentuk seperti bola dengan diameter antara 0,1-0,3µm, memiliki permukaan spesifik (specific surface) antara 0,2-0,6 m2/gram, kehalusan partikelnya sebesar 70-80% lolos saringan 200 (75µm), dan berwarna abu-abu hingga coklat muda serta memiliki kandungan silika yang tinggi.
c. Sifat-sifat Fisika Abu Terbang (Fly Ash)
Sifat-sifat fisika abu terbang meliputi bentuk partikel, kehalusan dan berat jenisnya adalah sebagai berikut: 1. Bentuk Partikel
xvii
xviii
Ukuran dan bentuk partikel abu terbang tergantung pada asal lokasi pengambilan dan keseragaman batu baranya, derajat kehancuran pada saat dibakar, temperatur dan suplai oksigen pada saat pembakaran, keseragaman sistem pembakaran, pengumpulan dan pemisahan abu terbang pada saat pembakaran, dan saringannya. Abu terbang berbentuk bulat seperti bola kecil yang amorf, dan bergerombol yang saling terkait. 2. Kehalusan Ukuran abu terbang adalah antara 1µm hingga 1mm. Semakin baik peralatan yang
digunakan
untuk
penyaringan
dan
penangkapan
(electrostatic
precipitator) abu terbang, semakin baik dan halus pula abu terbang yang dihasilkan. Kehalusan abu terbang akan mempengaruhi kinerja beton, yaitu pada kekuatan, ketahanan terhadap abrasi, dan kepadatan beton. 3. Berat Jenis Berat jenis abu terbang umumnya berkisar antara 1,97 hingga 3,02. Besar kecilnya berat jenis dipengaruhi oleh lokasi asal batu bara.
d. Komposisi Kimia Abu Terbang (Fly Ash)
Sifat kimiawi abu terbang sangat kompleks tergantung pada asal lokasi batu bara, jenis batu baranya, heterogenitas dan tingkat kristalisasinya. Sifat kimia ini akan sangat berpengaruh pada reaksi kimia di dalam beton dan ikatan antar mortar dengan agregat kasarnya. Ikatan ini yang menyebabkan mutu dan kekuatan beton meningkat. Abu terbang mengandung unsur-unsur kimia antara lain: SiO2, Al2O3, MgO, CaO, Fe2O3, Na2O dan So3. Dari unsur-unsur tersebut yang paling efektif adalah silikat (SiO2) dan aluminat (Al2O3) dan merupakan unsur kimia penyusun abu terbang.
Abu terbang memiliki sifat pozolan yang terdiri dari unsur-unsur silikat dan atau aluminat yang reaktif. Komposisi kimia masing-masing jenis abu terbang sedikit berbeda dengan komposisi kimia semen. Tabel 2.6. menjelaskan komposisi kimia abu terbang dan semen menurut Ratmaya Urip (2003). Tabel 2.6. Komposisi Kimia Berbagai Jenis Abu Terbang dan Semen Portland
xviii
xix
No
Komposisi Kimia
1 2 3 4 5 6 7
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO2 Na2O dan K2O
Jenis Abu Terbang Jenis F Jenis C Jenis N 51.9 50.9 58.2 25.8 15.7 18.4 6.98 5.8 9.3 8.7 24.3 3.3 1.8 4.6 3.9 0.6 3.3 1.1 0.6 1.3 1.1
Semen 22.6 4.3 2.4 64.4 2.1 2.3 0.6
Sumber: Ratmaya Urip, 2003
e. Pengaruh Sifat Fisika dan Komposisi Kimia Abu Terbang (Fly Ash) Terhadap Beton
Kandungan kimia dalam abu terbang akan mempengaruhi pada saat beton mengalami reaksi hidrasi antara air, semen portland dan abu terbang. Dalam proses hidrasi, air dalam campuran beton segar akan mengikat dikalsium silikat (C2S) dan trikalsium silikat (C3S) yang kemudian menjadi kalsium silikat hidrat gel (3CaO.2SiO2.3H2O atau CSH) dan membebaskan kalsium hidroksida (Ca(OH)2). Tambahan abu terbang yang mengandung silika (SiO2) akan bereaksi dengan Ca(OH)2 yang dibebaskan dari proses hidrasi dan akan membentuk CSH kembali sehingga beton yang dibentuknya akan lebih padat dan kuat atau mutunya bertambah. Reaksi ini sering disebut reaksi sekunder dan reaksi ini berlangsung lebih lambat dan berlaku lebih lama, sehingga mutu beton diatas 28 hari masih meningkat. Dengan demikian waktu pengerasan (setting time) beton abu terbang menjadi lebih lama bila dibandingkan dengan beton tanpa abu terbang. Reaksi kimia pasta semen dengan abu terbang dapat dituliskan sebagai berikut: (kalsium silikat hidrat) Dengan ukuran butir abu terbang yang halus, memberikan suatu keuntungan, yaitu partikel abu terbang dapat menerobos ke dalam bidang temu (Interface Transition Zone/ITZ) antara mortar dan agregat kasarnya. Lapisan ITZ tersebut terbentuk karena adanya air di permukaan agregat kasar (absorbed water) dan ditambah dengan air yang merembih (bleeding water) dari matrik/mortar yang berkumpul di xix
xx
sekitar agregat kasar khususnya di bagian bawah. Air tersebut kemudian memberikan tempat untuk bertumbuhnya kristal Ca(OH)2 yang relatif lemah dan menghasilkan ruang keropos yang penuh mengandung retak mikro (microcrack), sehingga akan mengurangi kepadatan dan kekuatan beton. Dengan adanya abu terbang di dalam beton, maka kristal Ca(OH)2 tersebut juga akan membentuk reaksi sekunder kembali membentuk CSH dan partikel abu terbang yang berukuran kecil tersebut juga berfungsi untuk mengisi rongga-rongga di daerah ITZ. Dengan demikian, beton tersebut menjadi lebih padat dan kuat serta ikatan di daerah ITZ akan bertambah. Menurut I Made Alit Karyawan Salain (2007), dengan bertambahnya waktu dan dalam kondisi perawatan yang memadai, kuantitas dari produk hidrasi, terutama CSH yang dihasilkan dari reaksi trikalsium silikat (C3S) dan dikalsium silikat (C2S) yang ada dalam semen dengan air (H2O) semakin meningkat. Meningkatnya kuantitas CSH, senyawa utama yang bertanggung jawab terhadap perkembangan properti semen, mengakibatkan ikatan yang dihasilkan oleh semen dengan agregat semakin kuat dan ruang-ruang kosong yang awalnya terisi oleh air dan partikelpartikel semen larut diganti dengan CSH sehingga porositas beton berkurang. Peristiwa inilah yang akhirnya memberikan kontribusi utama bagi peningkatan kuat
tekan
sejalan
dengan
berkurangnya
permeabilitas
beton
dengan
bertambahnya umur hidrasi
2.2.4 . Uji Kuat Desak (Unconfined Compressive Strength Test)
Unconfined Compressive Strength Test ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar kuat desak atau tekan yang mampu diterima oleh benda uji. Pengujian ini menggunakan mesin hidrolik yang ada pada Laboratorium Bahan Teknik Jurusan Teknik Sipil UNS. Pencatatan yang dilakukan pada saat pengujian adalah besarnya beban
pada saat benda uji hancur. Untuk mendapatkan besarnya
tegangan hancur dari benda uji tersebut dilakukan dengan perhitungan seperti pada persamaan berikut.
f’c = xx
xxi
dimana : f’c = nilai Unconfined Compressive Strength Test = beban maksimum (KN) A = luas permukaan benda uji tertekan (mm2)
2.2.4. Uji Kuat Lentur (Flexural Strength Test)
Pengujian kuat lentur secara normal digunakan untk menentukan karakteristik perkerasan beton dan hasilnya dinyatakan dalam modulus of rupture. Kuat lentur adalah kemampuan suatu balok atau plat benda uji untuk melawan kegagalan patah (bending), yang mana secara spesifik diuji dengan pembebanan terhadap suatu benda uji (berbentuk balok) dengan perletakan beban menggunakan jarak sepertiga dari panjang benda uji. Apakah suatu benda uji plat beton
patah
dibawah tegangan tarik yang diterapkan tergantung daripada modulus of rupture beton tersebut. Hal ini ditentukan oleh unsur beton yang terkandung didalamnya, umur beton dan sejarah tekanan yang berhubungan dengan kelelahan / fatigue. British Standard menetapkan ukuran benda uji 150 mm x 150 mm x 750 mm (6 x 6 x 30 in). Tetapi jika ukuran maksimum agregat < 25 mm, ukuran benda uji adalah 100 mm x 100 mm x 500 mm (4 x 4 x 20 in). Karena ukuran maksimum agregat dalam penelitian ini < 25 mm, maka di gunakan benda uji dengan ukuran 100 mm x 100 mm x 500 mm (4 x 4 x 20 in). Pengujian kuat lentur dilakukan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.
½P
xxi
½P
xxii
1/3 L
A
C 1/3 L
D
B
1/3 L
(+) (-) (+)
(+)
(+)
Mmax = MC = MD = 1/2 P x 1/3 L=1/6 PL Gambar 2.2 Skema Uji Kuat Lentur untuk Benda Uji Balok Secara umum tegangan lentur nominal dinyatakan,
σn = Fr = dengan M
: Momen =
(Nmm)
I
:
Y
: Jarak titik tinjauan dari garis netral penampang (mm)
Momen Inersia (mm4)
Dari Gambar 2.2, rumus tersebut kemudian bisa didapat,
Fr =
Maka dari persamaan di atas didapat rumus empiris nilai kuat lentur (fr) untuk benda uji balok, sebagai berikut :
fr = dengan : f r : kuat tarik beton (kg/cm2 atau N/mm2) P : gaya tekan yang bekerja (kg atau N) l : Panjang Balok (cm atau mm) xxii
xxiii
d : Tebal Balok (cm atau mm) b : Tinggi Balok (cm atau mm)
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Metode Penelitian Agar tujuan yang diinginkan dalam suatu penelitian dapat tercapai dengan baik, maka diperlukan adanya suatu metode penelitian. Metode penelitian berisikan langkah-langkah penelitian suatu masalah, kasus, gejala atau fenomena dengan jalan ilmiah untuk menghasilkan jawaban yang dapat dipertanggungjawabkan.
Metode yang dilaksanakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental untuk mendapatkan hasil ataupun data-data yang akan menegaskan hubungan antara variabel-variabel yang diselidiki. Metode ini dapat dilaksanakan di dalam laboratorium ataupun di luar laboratorium. Dalam penelitian ini eksperimen dilaksanakan di dalam laboratorium
3.2. Waktu dan Tempat Penelitian
xxiii
xxiv
Penelitian dilakukan dari tanggal 8 Februari 2010 sampai dengan 12 Mei 2010 di Laboratorium Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Meret Surakarta.
3.3. Teknik Pengumpulan Data Teknik pengumpulan data dilaksanakan dengan metode eksperimen terhadap beberapa benda uji dari berbagai kondisi perlakuan yang diuji di laboratorium. Untuk beberapa hal pada pengujian bahan, digunakan data sekunder yang dikarenakan penggunaan bahan dan sumber yang sama.
xxiv
xxv
3.4. Bahan dan Peralatan Penelitian 3.4.1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1.
Agregat kasar dan halus Agregat yang digunakan berasal dari Laboratorium Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Meret Surakarta.
2.
Air Air yang digunakan berasal dari Laboratorium Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Meret Surakarta.
3.
Fly Ash Fly Ash yang digunakan berasal dari hasil sisa bakar batu bara PLTU Tanjung Jati, Jepara, Indonesia yang diperoleh dari PT. Jaya Readymix Solo Plant.
4.
Semen Semen yang digunakan adalah semen portland tipe 1 (Ordinary Portland Cement)
3.4.2. Peralatan
Penelitian ini menggunakan peralatan yang berada di Laboratorium Bahan Bangunan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Meret Surakarta, peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1.
Satu set saringan (sieve) standar ASTM beserta alat penggetar (sieve shaker).
2.
Oven lengkap dengan pengatur suhu.
3.
Gelas ukur.
4.
Timbangan tripple beam dengan ketelitian 0,1 gram.
5.
Timbangan digital dengan ketelitian 0,001 gram.
6.
Conical mould untuk mengukur keadaan SSD agregat halus.
xxv
xxvi
7.
Mesin Los Angeles dan bola baja untuk pengujian abrasi agregat kasar.
8.
Panci kecil untuk wadah air.
9.
Mixer untuk mencampur.
10. Satu set cetakan (mould) dengan ukuran 100 x 100 x 500 mm untuk uji kuat lentur dan d:150 mm t:300 mm untuk uji kuat tekan. 11. Alat penggetar (vibrator). 12. Kerucut Abrams untuk pengujian slump. 13. Satu set alat uji kuat tekan beton. 14. Satu set alat uji kuat lentur beton. 15. Peralatan penunjang seperti kaos tangan, masker, kunci pas dan obeng.
3.5. Benda Uji Benda uji pada penelitian ini berbentuk silinder dan balok dengan 3 buah benda uji untuk masing-masing perlakuan yaitu dengan bahan tambah fly ash sebanyak 15%, 20% dan 25% untuk pengujian kuat tekan dan kuat lentur pada umur 7, 28, dan 54 hari.
Tabel 3.1. Sampel Benda Uji beton dengan Bahan Tambah Fly Ash Bahan Tambah Fly Ash 0%
Ukuran (cm)
(buah)
Keterangan
Pengujian umur 7,
15%
9
28, 54 hari.
20%
9
Masing-masing
25%
9
sebanyak 3 buah.
9
Pengujian umur 7,
15%
9
28, 54 hari
20%
9
Masing-masing
25%
9
sebanyak 3 buah.
10x10x50
Uji Kuat Tekan
Jumlah
9
0%
d: 15, t: 30
Jenis Pengujian
Uji Kuat Lentur
Jumlah total
72
xxvi
xxvii
3.6. Standar Penelitian dan Spesifikasi Material Penyusun Beton Untuk mengetahui sifat dan karakteristik dari meterial penyusun beton maka diperlukan pengujian terhadap material yang digunakan. Pengujian dilakukan dengan standar ASTM untuk pengujian agregat halus dan agregat kasar serta PBI 1971 Bab 3.6. untuk standar pengujian air.
Tabel 3.2. Standar Penelitian dan Spesifikasi Bahan Dasar Penyusun Beton No. 1. 2.
3.
Bahan Penelitian Semen Agregat Halus a. Standar Pengujian
Spesifikasi Pabrik
b. Spesifikasi
1. ASTM C-33, spesifikasi standar agregat halus. 2. PBI 1971, spesifikasi standar agregat halus (Bab 3.3.)
Agregat Kasar a. Standar Pengujian
b. Spesifikasi
4.
Standar Terpakai
Air
1. ASTM C-40, standar penelitian untuk pengujian kandungan zat organik. 2. ASTM C-117, standar penelitian untuk pengujian agregat yang lolos saringan no.200 dengan pencucian (tes kandungan lumpur). 3. ASTM C-128, standar penelitian untuk menentukan specific gravity. 4. ASTM C-136, standar penelitian untuk analisis saringan.
1. ASTM C-127, standar penelitian untuk pengujian spesific gravity. 2. ASTM C-131, standar penelitian untuk pengujian keausan. 3. ASTM C-136, standar penelitian untuk analisis ayakan. 4. ASTM C-566, standar penelitian untuk pengujian kada air. 1. ASTM C-330, spesifikasi standar untuk agregat kasar berbobot ringan. 2. PBI 1971, spesifikasi standar agregat kasar (Bab 3.4.) Spesifikasi standar PBI 1971 Bab 3.6.
xxvii
xxviii
3.7. Tahapan dan Prosedur Penelitian Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan beberapa tahap penelitian mulai dari pemilihan material beton, pengujian material, pembuatan benda uji, pengujian benda uji, analisis data dan penarikan kesimpulan dari hasil penelitian. Sebagai penelitian ilmiah, maka penelitian ini harus dilaksanakan dalam sistematika dan urutan yang jelas dan teratur sehingga nantinya diperoleh hasil yang memuaskan dan dapat dipertanggungjawabkan. Oleh karena itu, pelaksanaan penelitian dibagi dalam bebarapa tahap, yaitu: 1.
Tahap I Disebut tahap persiapan. Pada tahap ini seluruh bahan dan peralatan yang dibutuhkan dalam penelitian dipersiapkan terlebih dahulu agar penelitian dapat berjalan dengan lancar.
2.
Tahap II Disebut tahap uji bahan. Pada tahap ini dilakukan penelitian terhadap material penyusun beton. Hal ini dilakukan untuk mengetahui sifat dan karakteristik bahan tersebut. Selain itu untuk mengetahui apakah material tersebut memenuhi persyaratan atau tidak.
3.
Tahap III Disebut tahap pembuatan benda uji. Pada tahap ini dilakukan pekerjaan sebagai berikut: a. Penetapan rancang campur (mix design) adukan beton. b. Pembuatan adukan beton. c. Pemeriksaan nilai slump. d. Pembuatan benda uji.
4.
Tahap IV Disebut tahap perawatan (curing). Pada tahap ini dilakukan perawatan terhadap benda uji yang telah dibuat pada tahap III. Perawatan dilakukan dengan merandam benda uji setelah dilepas dari cetakannya.
5.
Tahap V
xxviii
xxix
Disebut tahap pengujian. Pada tahap ini dilakukan pengujian kuat tekan dan kuat lentur. Pengujian kuat lentur dilakukan terhadap sampel balok beton berukuran 100x100x500 mm, sedangkan pengujian kuat tekan dilakukan dengan sampel silinder dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm. 6.
Tahap VI Disebut tahap analisa data. Pada tahap ini, data yang diperoleh dari hasil pengujian dianalisa untuk mendapatkan suatu kesimpulan hubungan antara variabel-variabel yang diteliti dalam penelitian.
7.
Tahap VII Disebut tahap pengambilan kesimpulan. Pada tahap ini, data yang telah dianalisis dibuat suatu kesimpulan yang berhubungan dengan tujuan penelitian.
xxix
xxx
Persiapan Bahan
Semen
Agregat kasar dan Agregat Halus
Uji Bahan: · Kandungan Zat Organik · Kadar Lumpur Pasir · Gradasi Pasir dan Split · Keausan Split · Specific Gravity Pasir dan Split · Absorbsi Pasir dan Kerikil
Pembuatan Benda Uji: · Rancang Campur · Pembuatan Campuran Adukan · Slump Test · Pembuatan benda Uji
Perawatan (curing)
TAHAP I
Fly Ash
Air
TAHAP II
TAHAP III
TAHAP IV
Pengujian Benda Uji (Uji Kuat Tekan dan Kuat Lentur) TAHAP V
Analisis Data dan Pembahasan TAHAP VI Aplikasi pada Perkerasan Jalan
Kesimpulan
xxx
TAHAP VII
xxxi
Gambar 3.1. Diagram Alir Metodologi Penelitian
3.8. Pengujian Material Penyusun Beton Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui sifat dan karakteristik dari material pembentuk beton. pengujian dilakukan sesuai dengan standar yang ada. Dalam penelitian ini hanya dilakukan pengujian terhadap agregat halus dan kasar, sedangkan terhadap semen tidak dilakukan pengujian.
3.8.1. Pengujian Agregat Halus (pasir)
a. Pengujian Kadar Zat Organik
Pasir yang digunakan biasanya diambil dari sungai sehingga kemungkinan kotor akibat tercampur lumpur atau zat organik sangat besar. Pasir sebagai agregat halus tidak boleh mengandung terlalu banyak zat organik, hal ini dapai dilihat dari percobaan warna Abram Harder dengan menggunakan larutan NaOH 3% sesuai standar ASTM C-40. Hasil pengujian dibandingkan dengan Tabel 3.3. Tabel 3.3. Pengaruh Kandungan Zat Organik Terhadap Penurunan Kekuatan Beton No
Warna
Persentase ( % )
1 Jernih
0
2 Kuning muda
0 - 10
3 Kuning tua
10 - 20
4 Kuning kemerahan
20 - 30
5 Coklat kemerahan
30 - 50
6 Coklat tua
50 - 100
Sumber : Prof. Ir. Rooseno (1954)
b. Pengujian Kadar Lumpur
xxxi
xxxii
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui kadar lumpur agregat halus. Kadar lumpur agregat halus tidak boleh lebih dari 5% dari berat keringnya. Apabila lumpur lebih dari 5% maka pasir harus dicuci terlebih dahulu sebelum digunakan. Kadar lumpur =
.100%
Dimana : G1: berat kering awal G2: berat kering akhir
c. Pengujian Gradasi
Tujuan pengujian gradasi adalah untuk mengetahui susunan diameter butiran pasir dan persentase modulus kehalusan butir. Modulus kehalusan butir = Dimana : A: ∑ prosentase berat pasir yang tertinggal kumulatif tanpa berat pasir dalam pan. B: ∑ prosentase berat pasir yang tertinggal.
d. Pengujian Specific Gravity
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui nilai: 1.
Apparent specific gravity, yaitu perbandingan antara berat pasir kering dengan volume butir pasir. Rumus =
2.
Bulk specific gravity, yaitu perbandingan antara berat pasir kering dengan volume pasir total. Rumus =
3.
Bulk specific gravity SSD, yaitu perbandingan antara berat pasir jenuh dengan kondisi kering permukaan dengan volume pasir total. Rumus = xxxii
xxxiii
4.
Absorbsi, yaitu perbandingan antara berat air yang diserap dengan pasir kering sehingga dapat menunjukkan banyaknya air yang dapat diserap oleh pasir.
.100%
Rumus =
Dimana : berat sampel awal 500 gram A: Berat kering akhir B: Berat volumetric flash + air C: Berat volume volumetric flash + air + pasir
e. Pengujian Kadar Air
Dalam campuran beton bila agregatnya tidak jenuh maka agregat akan menyerap air campuran beton. Air bebas pada permukaan agregat akan menjadi bagian dari campuran beton. Dengan mengetahui kadar air suatu agregat dapat ditaksir penambahan air dalam adukan sehingga kadar total adukan tersebut sesuai dengan perhitungan. Kadar air =
.100%
Dimana : A: Berat awal pasir + cawan B: Berat akhir pasir + cawan
3.8.2. Pengujian Agregat Kasar
a. Pengujian Kadar Lumpur
Kadar lumpur agregat kasar yang akan digunakan harus memenuhi syarat yang ditetapkan yaitu tidak boleh melebihi 1% dari berat keringnya. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui prosentase kadar lumpur dalam agregat kasar.
xxxiii
xxxiv
Kadar lumpur =
.100%
Dimana : G1: berat kering awal G2: berat kering akhir
b. Pengujian Abrasi
Agregat kasar sebagai bahan dasar campuran beton harus memenuhi standar tertentu pada daya tahan keausan akibat beban gesekan. Agregat kasar harus tahan terhadap daya aus dan diisyaratkan kehilangan bagian karena gesekan dan prosentase jumlah berat agregat yang hancur selama pengujian harus kurang dari 50% dari berat awal. Abrasi agregat kasar merupakan ukuran dari sifat agregat yang meliputi keuletan, kekerasan dan ketahanan aus. Untuk mengetahui daya tahan agregat kasar terhadap gesekan dapat dipakai penujian dengan mesin Los Angeles. Mesin dilengkapi dengan 12 bola baja yang terdiri dari 6 buah pengaus ukuran besar dan pengaus ukuran kecil.
c. Pengujian Specific Gravity
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui nilai: 1.
Apparent specific gravity, yaitu perbandingan antara berat agregat kasar kering dengan volume agregat kasar.
2.
Bulk specific gravity, yaitu perbandingan antara berat agregat kasar kering dengan volume agregat kasar total.
3.
Bulk specific gravity SSD, yaitu perbandingan antara berat agregat kasar jenuh dengan kondisi kering permukaan dengan volume agregat kasar total.
4.
Absorbsi, yaitu perbandingan antara berat air yang diserap dengan agregat kasar kering sehingga dapat menunjukkan banyaknya air yang dapat diserap oleh agregat kasar.
d. Pengujian Gradasi
xxxiv
xxxv
Agregat kasar sebagai bahan campuran pembuatan beton, sangat mempengaruhi mutu
beton.
Gradasi
dan
keseragaman
diameter
agregat
kasar
lebih
diperhitungkan daripada agregat halus, karena menentukan sifat pengerjaan dan sifat kohesif campuran adukan beton. selain itu, gradasi agregat kasar mementukan jumlah pemakaian semen dalam campuran beton. tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui susunan variasi diameter agregat kasar dan modulus kekasarannya.
3.9. Rancang Campur (Mix Design) Rencana campuran beton antara semen, air dan agregat-agregat sangat penting untuk mendapatkan kekuatan beton mutu tinggi yang sesuai dengan yang diharapkan. Perancangan campuran adukan beton yang bertujuan untuk memperoleh kualitas beton mutu tinggi yang seragam. Dalam penelitian ini rencana campuran beton mutu tinggi menggunakan rencana mix design metode Dinas Bina Marga (Studi kasus proyek peningkatan jalan Krendetan-Namengan) dengan kekuatan yang direncanakan pada umur 28 hari adalah 473,4 kg/cm2
Besarnya persentase pergantian semen dengan fly ash pada setiap benda uji adalah 15%, 20% dan 25%. Untuk mempermudah dalam pencampuran maka setiap kelompok benda uji pada setiap variasi dibuat hitungan jumlah bahan yang dibutuhkan. Rencana campuran beton (mix design) dan jumlah kebutuhan bahan dalam adukan beton dapat dilihat pada lampiran B.
3.10. Pembuatan Benda Uji Langkah-langkah pembuatan benda uji dalam penelitian ini dapat diuraikan sebagai berikut : 1.
Menyiapkan material (semen, fly ash, agregat halus, agregat kasar, dan air) dan peralatan yang akan digunakan untuk campuran beton.
2.
Menyiapkan cetakan beton.
xxxv
xxxvi
3.
Menimbang masing-masing material berdasarkan perhitungan mix design beton.
4.
Membuat adukan beton dengan molen pengaduk.
5.
Memeriksa nilai slump dari adukan beton tersebut.
6.
Selanjutnya dilakukan pengecoran dengan menuangkan adukan beton ke dalam cetakan.
7.
Kemudian dilakukan pemadatan. Setelah cetakan terisi penuh maka permukaan diratakan dan dibiarkan selama 24 jam.
8.
Melepas benda uji dari cetakan dan diberi tanda untuk masing-masing sampel.
9.
Merawat beton dengan cara merendam dalam air sampai waktu pengujian.
3.11. Pengujian Nilai Slump Slump beton adalah besaran kekentalan ( viscocity ) atau plastisitas dan kohesif beton segar. Menurut SK SNI M-12-1989-F, cara pengujian nilai slump adalah sebagai berikut : 1. Membasahi cetakan dan pelat dengan kain basah 2. Meletakkan cetakan diatas pelat dengan kokoh 3. Mengisi cetakan sampai penuh dalam 3 lapisan dimana tiap lapisan berisi kirakira ⅓ isi cetakan, kemudian setiap lapis ditusuk dengan tongkat pemadat sebanyak 25 x tusukan 4. Segera setelah selesai penusukan, ratakan permukaan benda uji dengan tongkat dan semua sisa benda uji yang ada di sekitar cetakan harus disingkirkan 5. Mengangkat cetakan perlahan-lahan tegak lurus keatas 6. Mengukur nilai slump yang terjadi
3.12. Pengujian Kuat Tekan (Compressive Strength Test) Kekuatan tekan secara rutin digunakan untuk mengenali material beton, pengujian jenis ini dijadikan indikator utama untuk menetukan kualitas beton. Pada desain
xxxvi
xxxvii
perkerasan kaku, regangan dan kuat lentur adalah sifat yang lemah. Material ini mempunyai kekuatan tekan yang lebih tinggi dan dalam kondisi alami akan menciptakan kegagalan pada sifat regang sebelum kegagalan pada sifat desak. Bagaimanapun, kuat desak adalah kekuatan yang paling umum untuk menguji perkerasan kaku karena relatif lebih mudah untuk dibandingkan dan dihubungkan ke pengujian sifat yang lain dan mempunyai banyak korelasi dengan sifat-sifat bahan yang lain yang berdasar pada kekuatan tekan / desak. Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai kuat tekan atau kuat desak dari beton dengan bahan tambah fly ash, dengan sampel berbentuk silinder ukuran diameter 15 cm dan tinggi 30 cm. Langkah-langkah pengujiannya adalah sebagai berikut : 1.
Memasang benda uji pada mesin Uji Kuat Tekan.
2.
Menghidupkan mesin, dan menurunkan pendesak (bagian atas) sehingga dekat pada permukaan benda uji. Setelah itu mulai mendesak benda uji, terlihat jarum penunjuk pada manometer mesin desak bergerak sesuai dengan besarnya pembebanan.
3.
Pada saat beban telah mencapai maksimum, maka salah satu dari jarum petunjuk (jarum hitam) akan kembali ke posisi semula (nol). Sedangkan jarum yang lain (merah) tetap menunjukkan angka pembebanan maksimum.
4.
Mencatat beban maksimum.
3.13 Pengujian Kuat lentur (modulus of rupture) Pengujian dilakukan bertujuan untuk mengetahui nilai modulus of rupture pada benda uji beton dengan bahan tambah fly ash dengan ukuran 100 x 100 x 500 mm dengan panjang bentang digunakan ASTM C-78, yaitu metode pengujian kuat lentur (modulus of rupture) beton dengan bentang tumpuan terbagi dua akibat adanya tumpuan yang bekerja pada tiap jarak 1/3 bentang (Third Point Loading). Pada pengujian ini pembebanan dilakukan menggunakan suatu mesin pengujian compressive, beban telah diterapkan pada suatu tingkat tetap 0.2 kN/sec.
Adapun langkah-langkah pengujian kuat lentur dapat diuraikan sebagai berikut :
xxxvii
xxxviii
1. Balok beton yang akan di uji diambil dari tempat perawatan kemudian diukur dimensinya. 2. Mesin diatur jarak perletakannya yaitu 300mm dan balok beton diletakkan di tumpuan. 3. Meletakkan sebuah alat pembagi beton berupa plat baja yang mempunyai dua buah roda dengan jarak antar as roda pembagi 100 mm. 4. Mesin dijalankan secara elektrik dengan peningakatan beban konstan. 5. Pembebanan dilakukan hingga balok beton patah dan dicatatnya besarnya beban tertinggi yang telah mematahkan balok benda uji dengan cara membaca di manometer (dial). 6. Menghitung besarnya modulus of rupture
3.14. Teknik Analisis Data Analisis data adalah proses penyederhanaan data ke dalam bentuk yang lebih mudah dibaca dan diinterpretasikan. Dalam proses ini dipakai Microsoft Excel untuk menyajikan data menjadi informasi yang lebih sederhana. Setelah itu dilakukan pembahasan terhadap hasil yang diperoleh dari penelitian tersebut untuk kemudian ditarik kesimpulan.
xxxviii
xxxix
BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Pengujian Agregat 4.1.1. Hasil Pengujian Agregat Halus
Pengujian-pengujian yang dilakukan terhadap agregat halus dalam penelitian ini meliputi pengujian kandungan zat organik, kandungan lumpur, berat jenis, dan gradasi pasir. Setelah dilakukan pengujian didapat hasil pengujian yang disajikan dalam Tabel 4.1. Untuk perhitungan dan data-data pengujian secara lengkap terdapat pada lampiran A. Tabel 4.1 Hasil Pengujian Agregat Halus Jenis Pengujian
Hasil Pengujian
Standar
Kesimpulan
Kandungan Zat
Larutan NaOH 3%
Jernih atau kuning
Memenuhi Syarat
Organik
berwarna kuning
muda
muda Kandungan
5%
Maksimum 5%
Memenuhi Syarat
2,45
-
-
2,50
2,5 - 2,7
Memenuhi Syarat
2,58
-
-
Absorption
2,04 %
-
-
Modulus Halus
2,68
2,3 - 3,1
Memenuhi Syarat
Lumpur Bulk Spesific Gravity Bulk Spesific Gravity SSD Apparent Spesific Gravity
Butir
xxxix
xl
Untuk hasil pengujian agregat halus serta persyaratan batas dari ASTM C-136 dapat dilihat pada Tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil Pengujian Gradasi Agregat Halus Diameter No Ayakan (mm) 1 9,5 2 4,75 3 2,36 4 1,18 5 0,85 6 0,3 7 0,15 8 0 Jumlah
Berat Tertahan Gram
%
Kumulatif (%)
0 65 185 275 270 970 150 70 1985,00
0,00 3,27 9,32 13,85 13,60 48,87 7,56 3,53 100,00
0 3,27 12,59 26,45 40,05 88,92 96,47 100,00 367,76
Berat Lolos ASTM C-33 Kumulatif (%) 100,00 96,73 87,41 73,55 59,95 11,08 3,53 0,00 -
100 95 - 100 80 - 100 50 - 85 25 - 60 10 - 30 2 - 10 0 -
Dari Tabel 4.2. gradasi agregat halus di atas dapat digambarkan grafik gradasi beserta batas gradasi yang disyaratkan oleh ASTM C-136 pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Grafik Gradasi Agregat Halus
xl
xli
4.1.2. Hasil Pengujian Agregat Kasar
Pengujian terhadap agregat kasar split (batu pecah) yang dipakai dalam penelitian ini meliputi pengujian berat jenis (spesific gravity), gradasi agregat kasar, dan keausan (abrasi). Hasil-hasil pengujian tersebut disajikan dalam Tabel 4.3, sedangkan data hasil pengujian secara lengkap disajikan dalam lampiran B. Tabel 4.3 Hasil Pengujian Agregat Kasar Jenis Pengujian
Hasil
Standar
Kesimpulan
Pengujian Bulk Spesific Gravity
2,54
-
-
Bulk Spesific Gravity SSD
2,58
-
-
Apparent Spesific Gravity
2,65
-
-
Absorption
1,67 %
-
-
Modulus Halus Butir
7,15
5-8
Memenuhi Syarat
Abrasi
39,30%
Maksimum
Memenuhi Syarat
50%
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Gradasi Agregat Kasar Diameter No Ayakan (mm) 1 38,00 2 25,00 3 19,00 4 12,50 5 9,50 6 4,75 7 2,36 8 1,18 9 0,85 10 0,30 11 0,15 12 0,00 Jumlah
Berat Tertahan Gram
%
Kumulatif (%)
0 25 40 1243 925 637 65 60 0 0 0 0 2995
0,00 0,83 1,34 41,50 30,88 21,27 2,17 2,00 0,00 0,00 0,00 0,00 100,00
0,00 0,83 2,17 43,67 74,56 95,83 98,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 815,06
xli
Berat Lolos ASTM C-33 Kumulatif (%) 100,00 99,17 97,83 56,33 25,44 4,17 2,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -
100 100 90 – 100 20 – 55 0 – 10 0–5 -
xlii
Dari Tabel 4.4 gradasi agregat kasar di atas dapat digambarkan grafik gradasi beserta batas gradasi yang disyaratkan oleh ASTM C-136 pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik Gradasi Agregat Kasar
4.2. Hasil Pengujian Fly Ash Fly ash yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari PT. Jaya Readymix Solo Plant yang merupakan sisa bakar batu bara pada PLTU Tanjung Jati Jepara. Pengujian terhadap fly ash dilakukan untuk mengetahui kandungan kimia dari fly ash.
Dalam penelitian ini data pengujian fly ash sudah tersedia dan diperoleh dari PT. Jaya Readymix dimana pengujian fly ash dilakukan oleh Sucofindo. Dari hasil pengujian tersebut menunjukkan bahwa fly ash tersebut termasuk fly ash tipe F. Hasil pengujian yang telah didapat dapat dilihat pada Tabel 4.5. dan hasil secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran A.
xlii
xliii
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Kandungan Kimia Fly Ash No.
Komposisi Kimia
Persentase (%)
1.
SiO2
45,27
2.
Al2O3
20,07
3.
Fe2O3
10,59
4.
TiO2
0,82
5.
CaO
13,32
6.
MgO
2,83
7.
K2O
1,59
8.
Na2O
0,98
9.
P2O5
0,41
10.
SO3
1,00
11.
MnO2
0,07
Sumber : PT. Jaya Readymix
4.3. Perhitungan Rancang Campur Beton Perhitungan rencana campuran beton normal (mix design) menggunakan standar Dinas Pekerjaan Umum (SK SNI T-15-1990-03), dari perhitungan tersebut didapat kebutuhan bahan per m³ yaitu : Air
= 304.2
liter
Semen
= 188.49
kg
Pasir
= 715
kg
Kerikil
= 1106
kg
Dari hasil tersebut maka dapat dihitung kebutuhan bahan satu kali adukan untuk uji kust tekan yang terdiri dari 9 buah benda uji silinder Ø 15 cm dan tinggi 30 cm sebesar 0.0477 m³. Sedangkan kebutuhan bahan satu kali adukan untuk uji kuat lentur dengan ukuran 100x100x500 mm yang terdiri dari 9 benda uji untuk tiap variasi sebesar 0,045 m³. Kebutuhan bahan tiap adukan disajikan dalam Tabel 4.6. dan Tabel 4.7. Untuk perhitungan secara lengkap rancang campur beton (mix design) dapat dilihat pada Lampiran B.
xliii
xliv
Tabel 4.6. Kebutuhan Bahan untuk Satu Kali Adukan Benda Uji Kuat Tekan Kadar Penggantian
Total Volume
semen dengan fly ash
Berat terpakai SF 20% (kg)
Semen
Air
Pasir
Kerikil Fly Ash
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
132.44
17.40
7.66
42.14
65.24
0.00
0%
(m3) 0.0477
15%
0.0477
132.44
14.79
7.66
42.14
65.24
2.61
20%
0.0477
132.44
13.92
7.66
42.14
65.24
3.48
25%
0.0477
132.44
13.05
7.66
42.14
65.24
4.35
Jumlah
0.191
529.76
59.15
30.64
168.58 260.96
10.44
Tabel 4.7. Kebutuhan Bahan Untuk Satu Kali Adukan Benda Uji Kuat Lentur Kadar Penggantian
(m3)
Berat terpakai SF 20% (kg)
0%
0.0450
124.97
16.42
7.23
39.77
61.56
0.00
15%
0.0450
124.97
13.95
7.23
39.77
61.56
2.46
20%
0.0450
124.97
13.13
7.23
39.77
61.56
3.28
25%
0.0450
124.97
12.31
7.23
39.77
61.56
4.10
Jumlah
0.180
499.89
55.82
28.91
159.07 246.24
9.85
Total Volume
semen dengan fly ash
Semen
Air
Pasir
Kerikil Fly Ash
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
4.4. Hasil Pengujian Slump Dari masing-masing campuran adukan beton tersebut dilakukan pengujian slump. Nilai slump diperlukan untuk mengetahui tingkat workabilitas dari campuran beton. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.8.
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Nilai Slump Kadar Fly Ash (%)
0%
15%
20%
25%
Nilai Slump ( cm )
5
6
5,5
5
xliv
xlv
4.5.
Hasil Pengujian Benda Uji
4.5.1. Pengujian Agregat Halus
4.5.1.1. Pemeriksaan Kandungan Zat Organik
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). Kemudian dicuci hingga bersih dengan air pada umur yang sama. Penurunan yang diperbolehkan maksimum 5% sesuai standar Peraturan Beton Bertulang Indonesia 1971.
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.
4.5.1.2. Pemeriksaan Kandungan Lumpur
Kandungan lumpur dalam agregat halus tidak boleh lebih dari 5% sesuai dengan PBI NI-2, 1971. Dari hasil pengujian dan perhitungan diperoleh kandungan lumpur dalam pasir 6,2% sehingga pasir perlu dicuci bila akan digunakan sebagai agregat halus dalam campuran adukan beton.
4.5.1.3. Pengujian Gradasi Agregat Halus
Modulus agregat halus berkisar antara 2,3-3,1 (Tjokrodimuljo, 1996). Dari hasil perhitungan modulus halus agregat halus sebesar 2,68 sehingga masih memenuhi syarat sebagai agregat halus.
xlv
xlvi
Dari Tabel 4.2. dan Gambar 4.1. tentang hasil pengujian gradasi agregat halus bisa diketahui pula bahwa pasir yang digunakan masih memenuhi syarat sebagai agregat halus untuk beton kedap air menurut SK-SNI S-36-1990-03.
4.5.2. Pengujian Agregat Kasar
4.5.2.1. Pengujian Abrasi Agregat Kasar
Kehilangan berat tidak boleh lebih dari 50% (PBI 1971 Pasal 3.4 ayat 5). Dari hasil perhitungan didapat keausan kerikil sebesar 39,30% (kurang dari 50%) sehingga kerikil tersebut memenuhi syarat sebagai agregat kasar.
4.5.2.2. Pengujian Gradasi Agregat Kasar
Modulus halus agregat kasar berkisar antara 5-8 (Tjokrodimuljo, 1996). Dari hasil perhitungan didapat nilai modulus halus agregat kasar sebesar 7,15. Karena masih berada dalam batasan yang seharusnya sehingga memenuhi syarat sebagai agregat kasar.
Dari Tabel 4.4. tentang hasil pengujian gradasi agregat kasar dapat diketahui pula bahwa agregat kasar yang digunakan masih memnuhi syarat sebagai agregat kasar untuk beton kedap air menurut SK SNI S-36-1990-03. 4.5.3. Kandungan Pasir Tiap 1 m3 Beton
Berdasarkan SK SNI S-36-1990-03 tentang ketentuan minimum beton kedap air ditetapkan bahwa minimum kandungan butir halus dalam 1 m3 beton sebesar 450 kg/m3 untuk ukuran nominal maksimum butir agregat sebesar 20 mm. dari hasil rancang campur diketahui bahwa pasir yang digunakan untuk beton sebesar 740 kg/m3, sehingga masih memenuhi syarat sebagai agregat halus untuk beton kedap air.
xlvi
xlvii
4.5.4. Kandungan Semen Tiap 1 m3 Beton
Berdasarkan SK SNI S-36-1990-03 tentang ketentuan minimum beton bertulang kedap air telah ditetapkan bahwa kandungan semen minimum dalam 1 m3 beton untuk ukuran nominal maksimum agregat sebesar 20 mm dan kondisi lingkungan yang berhubungan dengan air tawar adalah sebesar 300 kg.
Dari hasil rancang campur diketahui bahwa semen yang digunakan untuk beton rigid pavement dalam penelitian ini adalah 305 kg, sehingga masih memenuhi syarat untuk beton kedap air.
4.5.5.
Hasil Pengujian Kuat Tekan
Pengujian kuat tekan dilakukan pada saat benda uji berumur 7, 28, dan 54 hari dengan menggunakan Compression Testing Machine untuk mendapatkan beban maksimum yaitu beban pada saat beton hancur ketika menerima beban tersebut (Pmax). Proses pengujian kuat tekan beton dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Proses Pengujian Kuat Tekan Beton
Dari data pengujian kuat tekan beton pada benda uji silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm dapat diperoleh kuat tekan maksimum beton. Sebagai contoh perhitungan kuat tekan diambil data dari benda uji beton normal no.1 pada umur 7 hari. Dari hasil pengujian didapat :
xlvii
xlviii
f’c
=
Pmax
= 350 kN = 350000 N
A
= 0,25 x π x D2 = 0,25 x π x 1502 mm2 = 17678,571 mm2
Maka fc’
=
350000 N = 19.82 MPa 17678,571 mm 2
Hasil pengujian kuat tekan beton pada benda uji silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm pada umur 7, 28, dan 54 hari selengkapnya disajikan pada Tabel 4.9. Tabel 4.9. Hasil Pengujian Kuat Tekan Kadar FA 1 Beton 2 Normal ( 0 %) 3 Rata-rata 1 FA 15% 2 3 Rata-rata 1 FA 20% 2 3 Rata-rata 1 FA 25% 2 3 Rata-rata
No
7 Hari
28 Hari KN Mpa
KN
Mpa
350.00 345.00 380.00
19.82 19.53 21.51
515.00 575.00 535.00
29.16 32.55 30.29
358.33 150.00 180.00 140.00 156.67 220.00 155.00 165.00 180.00 220.00 240.00 240.00 233.33
20.29 8.49 10.19 7.93 8.87 12.46 8.78 9.34 10.19 12.46 13.59 13.59 13.21
541.67 250.00 260.00 280.00 263.33 310.00 300.00 290.00 300.00 360.00 310.00 320.00 330.00
30.67 14.15 14.72 15.85 14.91 17.55 16.99 16.42 16.99 20.38 17.55 18.12 18.68
54 Hari KN Mpa 560.00 31.71 550.00 31.14 570.00 32.27 573.33 31.71 360.00 20.38 350.00 19.82 390.00 22.08 366.67 20.76 400.00 22.65 420.00 23.78 470.00 26.61 430.00 24.35 440.00 24.91 400.00 22.65 470.00 26.61 436.67 24.72
Dari Tabel 4.9. diperoleh grafik yang menggambarkan hasil pengujian kuat tekan dengan variasi penggunaan fly ash pada beton dilihat pada Gambar 4.4.
xlviii
xlix
Gambar 4.4. Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton
4.5.6.
Hasil Pengujian Kuat Lentur
Pengujian kuat lentur dilakukan pada saat benda uji berumur 7, 28, dan 54 hari dengan menggunakan Alat Uji Kuat Lentur untuk mendapatkan kuat lentur maksimum yaitu beban pada saat beton patah ketika menerima beban tersebut. Proses pengujian kuat lentur beton dapat dilihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5. Proses Pengujian Kuat Lentur Beton
xlix
l
Dari data pengujian kuat lentur beton pada benda uji balok dengan ukuran 100x100x500 mm dapat diperoleh kuat lentur maksimum beton. Sebagai contoh perhitungan kuat lentur diambil data dari benda uji beton normal no.1 pada umur 7 hari. Dari hasil pengujian didapat:
fr = Pmax
= 5 kN = 5000 N
b
= 100 mm
d
= 100 mm
Maka fr
=
= 2.5 Mpa
Hasil pengujian pengujian kuat lentur beton pada benda uji balok dengan ukuran 100x100x500 mm pada umur 7, 28, dan 54 hari selengkapnya disajikan pada Tabel 4.10. Tabel 4.10. Hasil Pengujian Kuat Lentur Kadar FA 1 Beton 2 Normal ( 0 %) 3 Rata-rata 1 FA 15% 2 3 Rata-rata 1 FA 20% 2 3 Rata-rata 1 FA 25% 2 3
No
7 Hari
28 Hari KN Mpa
KN
Mpa
5.00 7.00 8.00
2.50 3.50 4.00
12.00 13.00 13.00
6.00 6.50 6.50
6.67 7.00 6.00 5.00 6.00 5.00 8.00 8.00 7.00 8.50 8.00 7.00
3.33 3.50 3.00 2.50 3.00 2.50 4.00 4.00 3.50 4.25 4.00 3.50
12.67 10.00 11.00 12.00 11.00 13.00 13.00 10.00 12.00 14.00 15.00 11.00
6.33 5.00 5.50 6.00 5.50 6.50 6.50 5.00 6.00 7.00 7.50 5.50
l
54 Hari KN Mpa 15.00 7.50 14.00 7.00 12.00 6.00 13.67 6.83 15.00 7.50 15.00 7.50 16.00 8.00 15.33 7.67 18.00 9.00 18.00 9.00 16.00 8.00 17.33 8.67 19.00 9.50 18.00 9.00 18.00 9.00
li
Rata-rata
7.83
3.92
13.33
6.67
18.33
9.17
Dari Tabel 4.10. diperoleh grafik yang menggambarkan hasil pengujian kuat lentur dengan variasi penggunaan fly ash pada beton yang dapat dilihat pada Gambar 4.6
Gambar 4.6. Hasil Pengujian Kuat Lentur Beton
li
lii
4.6.
Pembahasan
4.6.1. Kuat Tekan
Dari Tabel 4.9. diperoleh grafik yang menggambarkan perbandingan pengaruh fly ash terhadap kuat tekan yang dapat dilihat pada Gambar 4.7
Gambar 4.7. Pengaruh Fly Ash terhadap Kuat Tekan
Dari Tabel 4.9. dan Gambar 4.7 diatas menunjukkan bahwa pengaruh penggunaan fly ash terhadap kuat tekan betonnya. Kuat tekan beton yang memakai campuran fly ash masih lebih rendah daripada beton normal yang tidak memakai fly ash pada saat umur 7, 28 dan 54 hari. Disini terlihat terjadi penambahan kekuatan pada beton yang memakai fly ash pada saat umur 7, 28 dan 54 hari, tetapi selalu masih dibawah daripada beton normal. Gambar 4.7 juga menunjukkan garis strength development beton dengan bahan tambah fly ash 15%, 20%, 25% memiliki kemiringan yang lebih besar dari pada garis strength development yang menunjukkan beton normal ( fly ash 0% ). Dengan demikan, di perkirakan pada umur tertentu beton dengan kuat tekan bahan tambah fly ash 15%, 20%, 25% akan melebihi kuat tekan beton normal ( fly ash 0% ).
lii
liii
Hal ini dikarenakan bahan tambah fly ash mengalami pengikatan yang lambat dan baru dapat mencapai kuat tekan optimal pada umur sekitar 90 hari. Hal ini terjadi karena Calsium Silicat Hidrat (CSH) yang dihasilkan melalui reaksi Pozzolanik
akan
bertambah
keras dan kuat seiring berjalannya waktu
(Tjokrodimulyo, 1996).
Beton yang memakai fly ash 25% masih lebih baik daripada beton dengan kandungan fly ash 15% dan 20%. Hal ini sesuai dengan pendapat Ratmaya Urip (2003) yang mensyaratkan penggunaan fly ash sebagai bahan tambah yang paling baik adalah 20%-30%. Namun pada Gambar 4.8. belum bisa di tentukan berapa kadar fly ash yang digunakan untuk bisa mendapatkan kuat tekan optimum, namun sebatas dalam penelitian ini, beton yang memakai fly ash 25% yang memiliki kuat tekan tertinggi daripada beton dengan kandungan fly ash 15% dan 20%.
Gambar 4.8. Perbandingan Kuat Tekan dengan Variasi Kadar Fly Ash
liii
liv
4.6.2.
Kuat Lentur
Dari Tabel 4.10. diperoleh grafik yang menggambarkan perbandingan pengaruh fly ash terhadap kuat lentur yang dapat dilihat pada Gambar 4.9.
Gambar 4.9. Pengaruh Fly Ash terhadap Kuat Lentur
Dari Tabel 4.10. dan Tambar 4.9 diatas menunjukkan pengaruh penggunaan fly ash terhadap kuat lentur betonnya. Kuat lentur beton yang memakai campuran fly ash 15% dan 20% masih lebih rendah daripada beton normal yang tidak memakai bahan tambah fly ash pada umur 7, dan 28 hari. Namun pada umur 54 hari, beton dengan bahan tambah fly ash 15%, 20%, 25% mempunyai kuat lentur yang lebih tinggi daripada beton normal tanpa campuran fly ash dengan kuat lentur tertinggi 9.17 MPa pada beton dengan kandungan fly ash 25 %. Hal itu juga terlihat garis regresi yang menunjukkan beton dengan bahan tambah fly ash 15%, 20%, 25% memiliki kemiringan yang lebih besar dari pada garis regresi yang menunjukkan beton normal ( fly ash 0% ). Berikut ini adalah persamaan garis regresi dan R2 yang didapat dari Gambar 4.9 a. Beton normal (fly ash 0%): y = 3.308 ln(x) +3.523 ; R2 =0.943 b. Beton fly ash 15%: y = 4.178 ln(x) +2.893 ; R2 =0.988 c. Beton fly ash 20%: y = 4.584 ln(x) +3.317 ; R2 =0.971 liv
lv
d. Beton fly ash 25%: y = 4.691 ln(x) +3.781 ; R2 =0.985 Menurut pendapat Suryawan (2005) kuat lentur (flexural strength) tidak boleh kurang dari 45 kg/cm2 (menurut SNI 1991 sebesar 3,78 MPa) pada umur 28 hari, dan kuat lentur beton minimum pada umur 7 hari disyaratkan 80% dari kuat lentur (flexural strength) minimum.
Kuat lentur pada umur 7 hari, memenuhi persyaratan kuat lentur minimum 80%, bahkan beton dengan fly ash 25% dengan kuat lentur 3,92 MPa bisa melebihi kekuatan rencana pada umur 28 hari sebesar 3,78 MPa.
Beton yang memakai fly ash 25% masih lebih baik daripada beton dengan kandungan fly ash 15% dan 20%. Hal ini sesuai dengan pendapat Ratmaya Urip (2003) yang mensyaratkan penggunaan fly ash sebagai bahan bangunan yang paling baik adalah 20%-30%. Namun pada Gambar 4.10. belum bisa di tentukan berapa kadar fly ash yang digunakan untuk bisa mendapatkan kuat lentur optimum, namun sebatas dalam penelitian ini, beton yang memakai fly ash 25% yang memiliki kuat lentur tertinggi daripada beton dengan kandungan fly ash 15% dan 20%.
Gambar 4.10. Perbandingan Kuat Lentur dengan Variasi Penggunaan Fly Ash
lv
lvi
4.6.3. Analisis Hubungan Kuat Tekan dan Kuat Lentur
Di Indonesia yang menjadi ketentuan adalah flexural strength (modulus of rupture) yaitu sebesar : fr = 45 kg/cm2, maka perlu dicari nilai kuat tekan beton karena kuat tekan tersebut dibutuhkan untuk mendapatkan modulus elastisitas beton yang diperlukan dalam penentuan tebal pelat beton perkerasan kaku (rigid pavement).
Ada beberapa pendekatan yang dilakukan untuk mencari hubungan antara kuat tekan dan kuat lentur beton yaitu menurut SNI T-15-1991-03 Tata Cara Perhitungan Struktur Beton dan ACI ( American Concrete Institute ) commite 318 atau disingkat ACI 318
Pendekatan tersebut dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : fr = 0,70
Menurut SNI T-15-1991-03
fr = 0,62
Menurut ACI 318
dimana : fr = Flexural strength (modulus of rupture), dalam Mpa f’c = Kuat tekan beton (benda uji silinder 15 x 30 cm), dalam Mpa
Nilai kuat tekan dan kuat lentur dari beton dengan kadar fly ash 0% (beton normal), 15%, 20%, dan 25% akan di plot dalam grafik dimana nilai kuat lentur (fr) akan diplot pada sumbu y, dan pada sumbu x akan diplot nilai dari f’c, lalu akan dicari persamaan garis yang didapat yang merupakan pendekatan dari hubungan antara kuat lentur dan kuat tekan pada penelitian ini. Persamaan pendekatan hubungan dari kuat tekan dan kuat lentur menurut SNI T-15-1991-03 dan ACI 318 akan diplot juga sebagai pembanding. Berikut adalah hasil pengujian kuat tekan dan kuat lentur pada penelitian ini.
lvi
lvii
Tabel 4.11. Nilai Kuat Tekan dan Kuat Lentur Kadar FA Beton Normal ( 0 %) Beton Fly Ash
Umur 7 28 54 7 28 54
Kuat tekan KN MPa
Kuat lentur KN Mpa
358.33
20.29
6.67
3.33
541.67
30.67
12.67
6.33
573.33
31.71
13.67
6.83
142.50 223.33 308.33
10.76 16.86 23.28
5.21 9.08 12.75
3.47 6.06 8.50
Dari Tabel 4.11. diperoleh grafik yang menggambarkan pendekatan hubungan kuat tekan dan kuat lentur yang dapat dilihat pada Gambar 4.11.
Gambar 4.11. Pendekatan Hubungan Kuat Tekan dan Kuat Lentur Beton
Dari Gambar 4.11 didapat persamaan hubungan dari kuat tekan dan kuat lentur sebagai berikut: a. Beton normal : fr = 0.357f’c ; R2 = 0.977 b. Beton fly ash : fr = 0.203f’c ; R2 = 0.890
lvii
lviii
Dari Gambar 4.11 menunjukkan bahwa garis persamaan dari beton normal, FA 15%, FA 20%, FA 25% berada diatas dan mempunyai kemiringan yang lebih besar dari garis persamaan menurut SNI 1991 dan ACI 318 . Hal ini dikarenakan pada penelitian fly ash berpengaruh lebih efektif meningkatkan kuat lentur daripada kuat tekan beton. Gambar 4.11 juga menunjukkan persamaan menurut SNI 1991 lebih mendekati garis regresi dari beton normal dan beton dengan fly ash.
4.7. Aplikasi pada Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) Faktor yang paling diperhatikan dalam perancangan perkerasan kaku (rigid pavement) adalah kekuatan beton itu sendiri, karena kekuatan tanah dasar atau pondasi hanya berpengaruh kecil terhadap kapasitas struktural perkerasannya ((tebal pelat betonnya). Oleh karena itu Kuat tekan dan kuat lentur (flexural strength) merupakan parameter fisik yang sangat penting dan tidak boleh diabaikan dalam perencanaan perkerasan kaku (rigid pavement ).
Di Indonesia parameter yang sering dipakai dalam mengidentifikasi mutu atau kualitas beton untuk perkerasan kaku (rigid pavement ) adalah flexural strength (modulus of rupture) yaitu sebesar : fr = 45 kg/cm2 (menurut SNI 1991 sebesar 3,78 Mpa), sedangkan kuat tekan beton dibutuhkan untuk mendapatkan modulus elastisitas beton yang diperlukan dalam penentuan tebal pelat beton perkerasan kaku (rigid pavement). Oleh sebab itu dalam industri beton siap pakai (readymix concrete), biasanya mutu produk beton untuk perkerasan kaku dibedakan berdasarkan kuat lenturnya, contohnya beton FS 45 yang artinya beton yang mempunyai flexural strength sebesar 45 kg/cm2.
Pada penelitian ini, penggunaan fly ash terbukti mampu meningkatkan kuat lentur beton dibanding dengan beton normal seperti yang terlihat pada Tabel 4.10 dan Gambar 4.9 diatas dimana kuat lentur maksimum dicapai oleh beton dengan campuran fly ash 25% pada umur 54 hari dengan kuat lentur mencapai 9.17 Mpa. Penggunaan fly ash juga menguntungkan bisa menghemat penggunaan semen
lviii
lix
sehingga bisa meningkatkan efiensi biaya karena fly ash merupakan limbah yang sangat murah harganya dibanding semen.
Namun demikian penggunaan fly ash juga mempunyai kekurangan, yaitu fly ash mengalami pengikatan yang lambat dan baru dapat mencapai kekuatan optimal pada sekitar umur 90 hari. Hal ini terjadi karena Calsium Silicat Hidrat (CSH) yang dihasilkan melalui reaksi Pozzolanik akan bertambah keras dan kuat seiring berjalannya waktu (Tjokrodimulyo, 1996). Sementara itu dalam proyek jalan, dibutuhkan waktu yang singkat karena pembangunan jalan harus secepatnya bisa selesai agar bisa langsung digunakan. Oleh karena itu diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mempercepat aktifasi fly ash agar bisa mencapai kekuatan maksimum dalam waktu yang lebih cepat.
lix
lx
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Dari hasil penelitian dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu : 1.
Kuat tekan beton yang memakai campuran fly ash masih lebih rendah daripada beton normal yang tidak memakai fly ash pada saat umur 7, 28 dan 54 hari. Terjadi penambahan kekuatan pada beton dengan campuran fly ash 15%, 20%, 25% saat umur 7, 28 dan 54 hari, namun kuat tekannya selalu masih dibawah daripada beton normal pada umur 7, 28 , dan 54 hari. Pengaruh penggunaan fly ash terlihat dari garis strength development, garis strength development yang menunjukkan beton dengan bahan tambah fly ash 15%, 20%, 25% memiliki kemiringan yang lebih besar dari pada garis strength development yang menunjukkan beton normal ( fly ash 0% ). Dengan demikan, di perkirakan pada umur tertentu beton dengan kuat tekan bahan tambah fly ash 15%, 20%, 25% akan melebihi kuat tekan beton normal ( fly ash 0% ).
2.
Kuat lentur beton yang memakai campuran fly ash 15% dan 20% masih lebih rendah daripada beton normal yang tidak memakai bahan tambah fly ash pada umur 7, dan 28 hari. Namun pada umur 54 hari, beton dengan campuran fly ash 15%, 20%, 25% mempunyai kuat lentur yang lebih tinggi daripada beton normal tanpa campuran fly ash dengan kuat lentur tertinggi 9.17 MPa pada beton dengan kandungan fly ash 25 %. Pengaruh penggunaan fly ash terlihat dari persamaan garis regresinya, garis regresi yang menunjukkan beton dengan bahan tambah fly ash 15%, 20%, 25% memiliki kemiringan yang lebih besar dari pada garis regresi yang menunjukkan beton normal ( fly ash 0% ). Berikut ini adalah persamaan garis regresi dan R2 yang didapat dari hasil analisis :
lx
lxi
a. Beton normal (fly ash 0%): y = 3.308 ln(x) +3.523 ; R2 =0.943 b. Beton fly ash 15%: y = 4.178 ln(x) +2.893 ; R2 =0.988 c. Beton fly ash 20%: y = 4.584 ln(x) +3.317 ; R2 =0.971 d. Beton fly ash 25%: y = 4.691 ln(x) +3.781 ; R2 =0.985 3. Beton yang memakai fly ash 25% yang memiliki kuat tekan dan kuat lentur tertinggi daripada beton dengan kandungan fly ash 15% dan 20% baik pada umur 7, 28, dan 54 hari. Namun penentuan komposisi fly ash yang tepat untuk mendapatkan kuat tekan dan kuat lentur optimum belum tercapai.
5.2. Saran Untuk menindaklanjuti penelitian ini kiranya perlu dilakukan beberapa koreksi agar penelitian-penelitian selanjutnya dapat lebih baik. Adapun saran-saran untuk penelitian selanjutnya antara lain : 1. Perlu dilakukan penelitian tentang kadar penambahan fly ash yang optimum pada berbagai variasi fas baik dengan atau tanpa penambahan zat kimia tambahan 2. Perlu dilakukan perlakuan yang lebih teliti pada saat perawatan (curing) benda uji. 3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk bahan aktifasi fly ash agar fly ash dapat beraksi dalam waktu yang lebih singkat.
lxi
lxii
DAFTAR PUSTAKA AASHTO, 1993, American Association of State Highway and Transportation Officials, Guide for Design of Pavement Structures ACI 318, 2005, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. American Concrete Institute. Ch. 9, pp. 112 Andoyo. 2006. Pengaruh Penggunaan Abu Terbang ( Fly Ash) Terhadap Kuat Tekan dan serapan Air pada Mortar. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Anonim. 1971. Peraturan Beton Bertulang Indonesia. Bandung : Departemen Pekerjaan Umum dan Tenaga Listrik Direktorat Jendral Ciptakarya Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan. Anonim. 1982. Persyaratan Umum Bahan Bangunan di Indonesia (PUBI 1982). Bandung: Pusat Penelitian dan Pengembangan Pemukiman, Badan Penelitian dan Pengembangan PU. Anonim . 2002. Annual Book of ASTM Standarts 2002. Volume 04.03. USA : ASTM Internasional. Aydin, E. 2009. Sulphate resistance of high volume fly ash cement paste composites. Cyprus International University, North Cyprus Barnabas, Peter L. 2005. Pelaksanaan Pembangunan Jalan Beton Semen (Rigid Pavement) Di Palu – Sulawesi Tengah. http://www.hpji.or.id/ majalah/mjt_0701.pdf. (19 Oktober 2009) Dipohusodo, Istimawan. 1990. Struktur Beton Bertulang. Jakarta: PT Gramedia Krisbiyantoro, Bambang. 2005. Tinjauan Permeabilitas dan Shrinkage Beton Mutu Tinggi dengan Bahan Tambah Mineral Metakaolin dan Superplasticizer. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
lxii
lxiii
Lepech, Michael D dkk. 2008. Design of Green Engineered Cementitious Composite for Improved Sustainability. ACI Materials Journal/November-December 2008 Title no.105-M64. L.J. Murdock dan K.M. Brook (Alih bahasa Stepanus Hendarko). 1991. Bahan dan Praktek Beton. Jakarta: Erlangga Mc. Cormac, J.C. 2003. Design of Reinforced Concrete (Fifth edition) (terjemahan). Jakarta: Erlangga rd
Mehta, P., Monteiro, P. Concrete: Microstructure, Properties, and Materials, 3 edition. 2006. The McGraw Hill Companies, Inc. pp. 485-491. nd
Mindess, S., Young, J., Darwin, D. Concrete, 2 Ed. 2002. Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. Ch.5, pp. 106-111 Nawy, E.G. 1996. Reinforcement Concrete a Fundamental Approach (Third Edition). Preintice Hall, Upper Saddle River, New Jersey. Neville, A.M. dan Brooks, J.J. 1987. Concrete Technology. New York: Longman Scientific & Technical. Neville, A.M. 1995. Properties of Concrete. London: the English Language Book Society and Pitman Publishing Paul Nugraha, Antoni. 2007. Teknologi Beton, dari material, Pembuatan, ke Beton Kinerja Tinggi. Yogyakarta: Penerbit Andi.
Rukzon, Sumrerng and Prinya Chindaprasirt. 2008. Development of Clasified Fly Ash as a Pozzolanic Material. Journal of Applied Sciences 8 (6): 10971102, 2008 Asian Network for Scientific Information. ISSN 1812-5654 SK SNI T-15-1990-03, Tata cara Perhitungan Struktur Beton Suryawan, A. 2005. Perkerasan Jalan Beton Semen Portland. Yogyakarta: Beta Offset. Ratmaya Urip. 2003. Teknologi Semen dan Beton: Fly Ash, Mengapa Seharusnya Dipakai pada Beton. Gresik: PT. Semen Gresik Indonesia dan PT. Varia Usaha Beton lxiii
lxiv
Rooseno .1954. Beton Tulang. PT Pembangunan Jakarta
Tjokrodimuljo, Kardiyono. 1996. Teknologi Beton. Yogyakarta: Biro Penerbit Keluarga Mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Gadjah Mada. Wicaksono, Imam Agung. 2005. Tinjauan Permeabilitas Beton Kedap Air Sistem Integral dengan Bahan Tambah Cebex-031 dan Conplast-X421M. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
lxiv
