KAJIAN MENGENAI STANDAR DEVIASI HASIL UJI TEKAN BETON

Transkripsi

1 KAJIAN MENGENAI STANDAR DEVIASI HASIL UJI TEKAN BETON Yogi Kiana 1 dan Priyanto Saelan 2 1 Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Jl P.K.H Mustafa23, Bandung. yogikiana@yahoo.co.id 2 Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Jl P.K.H Mustafa23, Bandung. psaelan@yahoo.co.id ABSTRAK Kuat tekan beton ditentukan oleh berbagai faktor yaitu faktor air semen, faktor rasio agregat, gradasi, kekasaran permukaan, dan bentuk agregat. Oleh karena itu hasil uji tekan dari sejumlah benda uji silinder beton akan bervariasi disekitar kuat tekan rerata. Dalam perancangan campuran beton, kuat tekan rerata rencana ditentukan dengan cara menambahkan kuat tekan karakteristik yang akan dicapai dengan perkalian dari konstanta statistik dengan nilai deviasi standar yang diambil dengan tingkat pengawasan. Oleh karena itu untuk suatu kuat tekan karakteristik yang sama maka kuat tekan rencana akan sama untuk berbagai macam ukuran maksimum agregat kasar selama tingkat pengawasannya yang diterapkan berada pada tingkat yang sama. Dari hasil penelitian Venkateswara, Rao, Kumar (2010), Walker, Bloem (1960), dan Cordon, Gillespie (1963) terungkap bahwa kuat tekan ditentukan juga oleh ukuran maksimum agregat kasar, semakin kecil ukuran maksimum agregat kasar maka kuat tekannya akan semakin besar. Fenomena ini terjadi akibat konsentrasi tegangan makin berkurang jika ukuran agregat kasar makin kecil. Dikaitkan dengan hasil penelitian dari Venkateswara, Rao, Kumar (2010), Walker, Bloem (1960), dan Cordon, Gillespie (1963) maka standar deviasi yang digunakan dalam menentukan kuat tekan rerata rencana perlu mempertimbangkan ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan, semakin kecil ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan maka nilai standar deviasi standar akan semakin kecil sekalipun tingkat pengawasannya juga sama. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa standar deviasi yang disarankan oleh ACI dan Himsworth merupakan standar deviasi yang memberikan keamanan untuk tercapainya kuat tekan karakteristik untuk semua ukuran agregat kasar. Jika dikaitkan dengan efisiensi bahan maka standar deviasi yang disarankan oleh ACI dan Himsworth merupakan standar deviasi yang sesuai dengan ukuran maksimum agregat kasar 40 mm. Kata kunci : kuat tekan, ukuran maksimum agregat kasar, standar deviasi, konsentrasi tegangan. 1. PENDAHULUAN Beton adalah batu buatan yang di buat dari campuran agregat kasar (batu pecah atau kerikil) dan agregat halus (pasir) sebagai bahan pengisi, air, dan semen sebagai pengikat, dengan perbandingan tertentu. Seringkali dalam campuran beton ditambahkan bahan tambahan lainnya (admixture) atau bahan kimia (additive) yang dibutuhkan untuk tujuan tertentu. Penelitian uji tekan dari sejumlah benda uji beton telah membuktikan bervariasinya kuat tekan beton sekalipun berasal dari campuran yang sama. Hal ini terjadi karena pada tahap pelaksanaan pekerjaan beton, campuran beton segar yang komposisinya telah dirancang, pada proses pengecoran dan pemadatan terjadi distribusi material secara acak dalam cetakan beton walaupun tingkat kepadatannya relatif sama. Dengan demikian maka akan mengakibatkan terjadinya kuat tekan beton yang bervariasi sekalipun berasal dari komposisi campuran yang sama. Fenemona ketidakmerataan distribusi material pada proses pengecoran dan pemadatan merupakan sebuah keniscayaan sekalipun pengawasan pelaksanaannya telah dilakukan dengan sangat baik. Hal ini terjadi karena pada hakikatnya beton bersifat heterogen. Pengawasan yang sangat baik akan menghasilkan standar deviasi yang makin kecil dari suatu hasil pengujian tekan beton. Dari hasil penelitian tentang pengaruh ukuran maksimum agregat kasar terhadap kuat tekan beton pada suatu faktor air semen yang sama, mengungkapkan bahwa makin kecil ukuran maksimum agregat kasar maka kuat tekan beton akan makin besar. Kenaikan kuat tekan ini terjadi akibat adanya pemusatan tegangan yang lebih kecil pada agregat kasar yang berukuran lebih kecil dibandingkan dengan pemusatan tegangan yang terjadi pada agregat kasar yang berukuran lebih besar. Dengan demikian maka diduga standar deviasi KoNTekS 6 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 November 2012 MB-49

2 berbanding terbalik dengan ukuran maksimum agregat kasar. Semakin besar ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan, standar deviasi akan semakin kecil. Untuk membuktikan dugaan ini maka dilakukan penelitian mengenai penentuan standar deviasi pada perancangan campuran beton. 2. TINJAUAN PUSTAKA Pengaruh ukuran maksimum agregat terhadap kuat tekan beton Untuk suatu kuat tekan beton yang sama dapat dirancang komposisi campuran dengan menggunakan ukuran maksimum agregat kasar yang berbeda-beda. Venkateswara, Rao, dan Kumar (2010) meneliti tentang pengaruh ukuran maksimum agregat kasar terhadap kuat tekan beton. Hasil penelitiannya ini diperlihatkan pada Tabel 1. dan Gambar 1. Ukuran maksimum agregat (mm) Tabel 1. Komposisi campuran beton dengan f c = 30 MPa w/c Komposisi bahan (kg/m 3 ) semen fly ash pasir agregat kasar Slump (mm) 20 0, , ,20 696,48 4, , , ,20 739,77 4, ,5 0, ,00 991,13 867,30 4, , ,00 991,13 867,30 4, SP Gambar 1. Hasil uji kuat tekan beton f c = 30 MPa Jauh sebelumnya Walker dan Bloem (1960), serta Cordon dan Gillespie (1963) melakukan penelitian serupa yang hasilnya menunjukan perilaku yang sama dengan penelitian Venkateswara, Rao, dan Kumar, seperti diperlihatkan pada Gambar 2. a) Hasil penelitian Walker dan Bloem b) Hasil penelitian Cordon dan Gillespie Gambar 2. Pengaruh ukuran maksimum agregat kasar terhadap kuat tekan beton Dari hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk suatu faktor air semen (w/c) yang sama, ukuran maksimum agregat kasar dalam campuran beton akan menentukan kuat tekan beton yang dicapai. Makin kecil ukuran maksimum agregat kasar, kuat tekan beton yang dicapai MB-50 KoNTekS 6

3 makin besar. Fenomena ini dijelaskan oleh Soroka (1994) bahwa kehadiran agregat pada pasta semen akan menyebabkan terjadinya pemusatan atau konsentrasi tegangan pada daerah interfacial transition zone (ITZ) pada butiran kasar. Semakin besar ukuran agregat maka kosentrasi tegangannya akan semakin besar. Konsentrasi tegangan ini akan menyebabkan tegangan yang terjadi akan melonjak dan dapat mendekati tekanan runtuh beton pada pembebanan yang lebih rendah. Sedangkan jika tidak terjadi konsentrasi tegangan maka untuk mencapai tegangan runtuh diperlukan pembebanan yang lebih besar. Karena kuat tekan beton didefiniskan sebagai beban runtuh per satuan luas penampang maka kuat tekan beton jika terjadi pemusatan tegangan akan lebih kecil. Fenomena konsentrasi tegangan ini diilustrasikan pada Gambar 3. Fenomena terjadinya pemusatan pada daerah ITZ juga telah diteliti oleh Akcaoglu, Tokyay, dan Celik (2002). Hasil penelitiannya juga mengungkapkan bahwa kuat tarik beton akan berkurang jika ukuran agregat yang digunakan makin besar. Pasta Pasta+ agregat kecil Pasta+ agregat besar Gambar 3. Mekanisme konsentrasi tegangan pada benda uji beton Distribusi hasil uji tekan beton Berdasarkan faktor-faktor yang menentukan kuat tekan beton seperti telah dijelaskan sebelumnya, maka dapat disimpulkan bahwa jika dilakukan uji tekan atas sejumlah benda uji slinder beton yang dibuat dari suatu massa beton segar maka hasil pengujiannya akan berfluktuasi dan tersebar mengikuti suatu pola sebaran. Jika hasil pengujian tekan sejumlah benda uji beton tersebut digambarkan dalam bentuk grafik sebaran hasil kuat tekan maka grafik ini akan berbentuk seperti pada Gambar 2.10, sebagai contoh untuk kuat tekan rerata 40 MPa. (MPa) Gambar 4. Sebaran hasil uji kuat tekan beton Pola sebaran hasil uji kuat tekan beton ini maka diasumsikan mengikuti kurva distribusi normal. Kuat tekan yang digunakan dalam perancangan struktur beton adalah kuat tekan karakteristik, yaitu kuat tekan rencana dimana kuat tekan lain yang lebih rendah dari kuat tekan rencana ini tersebar sebanyak 5%. Kuat tekan karakteristik ini merupakan kuat tekan minimal dari kuat tekan yang berada pada daerah 95%. Secara statistik kuat tekan karakteristik ini dirumuskan : f c = kuat tekan rata-rata 1,64 S (1) dimana : f c = kuat tekan karakteristik S = Standar deviasi Dalam perancangan campuran beton standar deviasi ditentukan terlebih dahulu, kemudian menetapkan kuat tekan rerata rencana untuk mencapai kuat tekan karakteristik. f c rerata rencana = f c + 1,64 S (2) KoNTekS 6 M-51

4 Besarnya standar deviasi yang disarankan dapat dilihat pada Tabel 2. dan 3. Selanjutnya komposisi bahan dalam campuran beton dirancang berdasarkan kuat tekan rerata rencana yang dihitung berdasarkan persamaan (2). Tabel 2. Nilai deviasi standar yang disarankan Himsworth Jenis Pengawasan Sempurna Sangat baik Baik Cukup Buruk Standar deviasi (MPa) 2,8 3,5 4,2 5,6 7,0 Tabel 3. Klasifikasi standar deviasi yang disarankan ACI Standar pengawasan Standar deviasi yang disarankan (MPa) Pelaksanaan pada proyek Percobaan di laboratorium Sempurna <3 <1.5 Sangat baik 3-3,5 1,5 Baik 3,5-4 1,5-2 Cukup ,5 Buruk >5 >2,5 Dari Tabel 2 dan 3. terlihat bahwa besar kecilnya nilai standar deviasi hanya dipengaruhi oleh tingkat pengawasan. Jika tingkat pengawasannya makin baik maka nilai standar deviasinya akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya jika tingkat pengawasannya tidak baik maka nilai standar deviasinya akan besar. Hal ini dapat dipahami bahwa jika pengawasan pelaksanaan pekerjaan beton semakin baik maka komposisi campuran akan sesuai dengan rencana, dan pada saat pemadatan akan tercapai pemadatan yang semakin baik sehingga kuat tekan yang direncanakan akan makin tercapai. Jika tingkat pengawasan dikaitkan dengan faktor-faktor yang menentukan kuat tekan beton maka standar deviasi hasil pengujian tekan akan makin mengecil bila tingkat pengawasan terhadap faktor air semen, faktor rasio agregat, gradasi, kekasaran permukaan, bentuk agregat dan ukuran maksimum agregat kasar terawasi dengan semakin baik. Sekalipun pengawasan ini telah dilakukan dengan sangat baik, masih terdapat faktor alamiah yang menentukan kuat tekan beton yang tidak bisa dikendalikan yaitu fenomena makin membesarnya kuat tekan beton jika ukuran agregat maksimum yang digunakan makin kecil seperti yang telah diteliti oleh Venkateswara, Rao, Kumar (2010), Walker, Bloem (1960), dan Cordon, Gillespie (1963). Dengan demikian maka standar deviasi yang diperlukan untuk mentukan kuat tekan rerata rencana dalam perancangan campuran beton perlu mempertimbangkan ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan. Jika ukuran maksimum agregat kasar dipertimbangkan dalam memilih deviasi standar untuk menentukan kuat tekan rerata rencana maka semakin besar ukuran maksimum agregat semakin besar pula deviasi standar yang diperlukan karena pada ukuran maksimum agregat kasar yang lebih besar akan mengalami pengurangan akibat konsentrasi tegangan. Berdasarkan kajian ini maka nilai deviasi standar yang disarankan Himsworth dan ACI yang tidak memperhitungkan ukuran maksimum agregat dapat dimodifikasi. Modifikasi yang diusulkan dalam penelitian ini adalah bahwa nilai yang disarankan oleh Himsworth dan ACI dianggap berlaku untuk ukuran maksimum agregat kasar 40 mm. Untuk ukuran maksimum agregat kasar yang lebih kecil dari 40 mm, deviasi standar dapat diperkecil. Namun demikian hal ini perlu diteliti kembali mengingat penelitian A.V Krishna, B. V Krishna dan Rajagopal (2010) berkebalikan hasilnya dengan penelitian Venkateswara, Rao, Kumar, Walker, Bloem, Cordon dan Gillespie. Jika hasil penelitian Venkateswara, Rao, Kumar, Walker, Bloem, Cordon dan Gillespie benar maka dapat dikemukakan suatu hipotesa yaitu standar deviasi untuk menentukan kuat tekan rerata rencana campuran beton dapat diambil makin kecil jika ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan semakin kecil. Standar deviasi yang diusulkan jika menggunakan standar Himsworth menjadi seperti pada Tabel 4. Tabel 4. Deviasi standar yang diusulkan sesuai ukuran agregat (MPa) Ukuran maksimum Standar deviasi sesuai tingkat pengawasan/pengendalian (MPa) agregat Sangat Tidak (mm) Sempurna Baik Cukup Buruk baik diawasi 10 mm K 1 S D40 K 1 S D40 K 1 S D40 K 1 S D40 K 1 S D40 K 1 S D40 20 mm K 2 S D40 K 2 S D40 K 2 S D40 K 2 S D40 K 2 S D40 K 2 S D40 MB-52 KoNTekS 6

5 40 mm Besarnya K1 dan K2 dalam Tabel 4. dapat diketahui berdasarkan percobaan, dimana nilainya adalah K1 < K2 < HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil-hasil penelitian Hasil uji tekan untuk masing-masing ukuran maksimum agregat kasar dan kelecakan yang dinyatakan dalam nilai slump disajikan pada Tabel 5. Tabel 5. Hasil uji untuk kuat tekan rerata rencana 30 MPa, slump rencana 50 mm. Pembahasan hasil-hasil penelitian Hasil uji tekan dari tiap campuran dengan jumlah benda uji pada tiap campuran sebanyak 20 buah menunjukan kuat tekan yang berfluktuasi dari kuat tekan rencana. Karena jumlah air dan jumlah semen merupakan besaran yang tetap maka fluktuasi kuat tekan yang terjadi disebabkan oleh bervariasinya faktor granular pada tiap benda uji pada sejumlah benda uji yang berasal dari suatu massa beton yang besar. Dari hasil pengujian terbukti juga bahwa makin kecil ukuran agregat kasar maka kuat tekan hasil uji makin melebihi kuat tekan rencana karena makin kecil ukuran maksimum agregat kasar akan mengakibatkan semakin mengecilnya konsentrasi tegangan yang terjadi. Hasil ini memperkuat hasil penelitian Walker, Bloem, Gilspie dan Cordon. Dari perhitungan standar deviasi hasil uji tekan terlihat bahwa semakin kecil ukuran maksimum agregat kasar maka semakin besar standar deviasi yang terjadi. Penyebab terjadinya standar deviasi yang besar adalah fluktuasi kuat tekan yang jauh melampaui kuat tekan rencana Dengan standar deviasi yang terjadi maka kuat tekan karakteristik (f c ) yang dicapai adalah sebagai berikut : 1. untuk ukuran maksimum agregat kasar 10 mm f c = f c rerata 1,64 S = 45,36 1,64 7,2321 = 33,49 MPa 2. untuk ukuran maksimum agregat kasar 20 mm f c = f c rerata 1,64 S = 36,62 1,64 4,7476 = 28,83 MPa 3. untuk ukuran maksimum agregat kasar 40 mm f c = f c rerata 1,64 S = 29,72 1,64 2,4223 = MPa KoNTekS 6 M-53

6 Kuat Tekan (MPa) ,36 33, , , , ,72 25,75 4, ,4223 Ukuran maksimum agregat kasar (mm) Gambar 5. Hubungan kuat tekan beton umur 28 hari dan standar deviasi dengan ukuran maksimum agregat kasar Dari hasil perhitungan, kuat tekan karakteristik 25 MPa dapat dicapai oleh semua campuran. Namun demikian untuk agregat kasar yang lebih kecil dari 40 mm kuat tekan karakteristik yang tercapai melebihi 25 MPa. Hal ini telah diduga sebelumnya karena pada agregat kasar yang lebih kecil dari 40 mm terjadi konsentrasi tegangan yang makin kecil sehingga kuat tekan karakteristiknya menjadi lebih besar. Membandingkan hasil perhitungan kuat tekan karakteristik yang dicapai dari kuat tekan rata-rata rencana sebesar 30 MPa maka perlu dipertimbangkan pengambilan nilai standar deviasi S yang digunakan pada saat perancangan komposisi campuran beton sehingga dapat dicapai efisiensi bahan. Pada tahap perancangan komposisi campuran beton, kuat tekan yang direncanakan adalah kuat tekan rerata yang dirumuskan : f c rerata = f c + 1,64 S (3) Besarnya f c adalah telah ditentukan dalam perhitungan struktur, sedangkan nilai S belum diketahui sehingga diambil berdasarkan standar yang digunakan, dan sesuai tingkat pengawasan. Dari hasil perhitungan kuat tekan karakteristik yang dicapai terungkap bahwa deviasi yang disarankan oleh ACI dan Himsworth umtuk pengawasan sempurna yaitu < 3 MPa dan 2,8 MPa didekati oleh deviasi standar pada campuran beton dengan ukuran maksimum agregat kasar 40 mm. Jika digunakan standar deviasi yang disarankan oleh Himsworth maka nilai deviasi standar tersebut dapat dimodifikasi dengan mempertimbangkan ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan. Berdasarkan hasil penelitian maka modifikasi yang diusulkan diberikan pada Tabel 6. Ukuran maksimum agregat (mm) 10 mm 20 mm 40 mm Tabel 6. Standar deviasi yang disarankan Standar deviasi sesuai tingkat pengawasan/pengendalian (MPa) Sempurna Sangat Tidak Baik Cukup Buruk baik diawasi 0,9 1,2 1,4 1,9 2,3 2,8 1,9 2,3 2,8 3,7 4,7 5,6 2,8 3,5 4,2 5,6 7 8,4 MB-54 KoNTekS 6

7 4. KESIMPULAN Dari hasil pengujian, analisis dan pembahasan hasil pengujian, dapat disimpulkan : 1. standar deviasi hasil uji tekan beton tidak hanya ditentukan oleh tingkat pengawasan/pengendalian pelaksanaan pembuatan beton saja tetapi dipengaruhi juga oleh ukuran maksimum agregat; 2. standar deviasi yang digunakan dalam menentukan kuat tekan rerata rencana dalam perancangan campuran beton tidak hanya mempertimbangkan kualitas tipe pengawasan saja, tapi juga harus mempertimbangkan ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan; 3. makin besar ukuran maksimum agregat kasar yang digunakan maka semakin besar standar deviasi yang harus digunakan agar dampak penurunan kuat tekan akibat konsentrasi tegangan pada butiran kasar tidak mengakibatkan tidak tercapainya kuat tekan karakteristik; 4. untuk suatu kuat tekan karakteristik yang sama tetapi menggunakan ukuran maksimum agregat kasar yang berbeda-beda maka standar deviasi (S) yang diusulkan adalah : S D maks 10 mm = 0.33 S Dmaks 40 mm S D maks 20 mm = 0.67 S Dmaks 40 mm dimana S Dmaks 40 mm = standar deviasi yang dapat diambil dari berbagai acuan standar (ACI, Himsworth, dan lainnya). DAFTAR PUSTAKA 1. Gambhir, LM. (1986). Concrete Technology, Tata Mc Graw-Hill Publishing Company Limited, New Dehli. 2. Krishna, A.V., Krishna Rao, B., Rajagopal, A. (2010). Effect of different size of coarse aggregate on the properties of NCC and SCC. International journal of engineering science and technology,vol. 2(10), , India. 3. Neville, AM. (1981). Properties of concrete, Longman, Singapore. 4. Rathish Kumar, P., Seshagiri Rao.,Venkateswara. (2010). Effect of size of aggregate and fines on standard and high strength self compacting concrete.journal of applied sciences research, 6(5), , India. 5. Soroka, I. (1994). Concrete in Hot Environments, Francis. 6. Tommy, AP. (2012). Studi Mengenai Perancangan Campuran Beton Dengan Gradasi Bercelah Menggunakan Pemodelan Perilaku Rangkaian Pegas Seri, Itenas, Bandung. 7. Tulin Akcaoglu., Mustafa Tokyay.,Tahir Celik. (2002). Effect of coarse aggregate size on interfacial cracking under uniaxial compression. Materials Letters, 57, , Turkey. KoNTekS 6 M-55

8 MB-56 KoNTekS 6