PEMANFAATAN LIMBAH BESI SEBAGAI KOMPOSISI PENYUSUN BETON

Transkripsi

1 PEMANFAATAN LIMBAH BESI SEBAGAI KOMPOSISI PENYUSUN BETON TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas- Tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : RIKY ARMADI SUB JURUSAN STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSIITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2 PEMANFAATAN LIMBAH BESI SEBAGAI KOMPOSISI PENYUSUN BETON TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil Disusun Oleh : RIKY ARMADI Dosen Pembimbing : Rahmi Karolina, ST, MT NIP Diketahui : Ketua Departemen Teknik Sipil Prof. Dr.Ing. Johannes Tarigan NIP SUB JURUSAN STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSIITAS SUMATERA UTARA 2011

3 LEMBAR PENGESAHAN PEMANFAATAN LIMBAH BESI SEBAGAI KOMPOSISI PENYUSUN BETON TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil Disusun Oleh : RIKY ARMADI Pembimbing Rahmi Karolina, ST, MT NIP Penguji I Penguji II Penguji III Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT NIP Ir. Robert Panjaitan NIP Ir. Chainul Mahni NIP Mengesahkan : Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, Prof. Dr.Ing. Johannes Tarigan NIP SUB JURUSAN STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSIITAS SUMATERA UTARA 2011

4 ABSTRAK Beton merupakan material utama untuk konstruksi yang banyak digunakan di seluruh dunia. Banyak penelitian telah dilakukan tentang teknologi beton untuk memenuhi kebutuhan dalam pembangunan infrastruktur dimulai dari jalan, gedung, jembatan dan lain sebagainya. Semakin meluasnya penggunaan beton dan makin meningkatnya skala pembangunan menunjukkan juga semakin banyak kebutuhan beton di masa yang akan datang, sehingga mempengaruhi perkembangan teknologi beton dimana akan menuntut inovasi-inovasi baru mengenai beton itu sendiri. Perkembangan zaman di era globalisasi yang pesat ini mengakibatkan terus bertambahnya jumlah barang bekas/limbah yang keberadaanya dapat menjadi masalah bagi kehidupan, salah satunya adalah keberadaan limbah besi (slag). Untuk itu, banyak hal yang telah dilakukan dalam rangka mendaur ulang guna mengatasi masalah keberadaan limbah ini. Salah satunya adalah teknologi beton slag. Pada beton slag ini, slag dapat digunakan sebagai bahan pengganti pada agregat halus, agregat kasar maupun bahan tambah pada campuran beton. Beton dicampur dengan slag ditambahkan dalam proporsi yang berbeda. Dalam hal ini, slag digunakan mengantikan agregat halus berdasarkan berat dalam variasi campuran dengan harapan dapat meningkatkan kualitas beton berupa kuat tekan, kuat tarik, elastisitas dan kuat lentur yang baik. Adapun variasi substitusi slag yang digunakan adalah 0%, 10%, 15%, 20%, 25% dan pengujian yang dilakukan berupa slump test, kuat tekan, elastisitas, kuat tarik dan kuat lentur. Dari hasil pengujian diperoleh hasil kenaikan pada nilai slump, peningkatan nilai kuat tekan menjadi 9,1%, 12,8%, 17,04%, 23,28% dari beton normal, peningkatan nilai modulus elastisitas menjadi 9.72%, 13.52%, 16.87%, 19.07%, peningkatan pada nilai kuat tarik beton, dan peningkatan pada nilai kuat lentur balok. Dari hasil pengujian tersebut diperoleh peningkatan pada kuat tekan, elastisitas, kuat rekah dan kuat lentur. Untuk itu, jika diadakan penelitian lebih lanjut ada baiknya nilai variasi slag diperbesar lebih dari dari 25% guna mencari nilai optimum pemakaian slag sebagai substitusi agregat halus. Penelitian lanjutan untuk beton mutu tinggi dapat dilakukan dengan memakai zat Additive (silica fume) pada persentase yang bervariasi agar didapat kuat Tekan yang optimal. Kata kunci : slag, kuat tekan, modulus elastisitas, kuat tarik, kuat lentur.

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul PEMANFAATAN LIMBAH BESI SEBAGAI KOMPOSISI PENYUSUN BETON. Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Ibu Rahmi Karolina, ST, MT selaku pembimbing, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT selaku Kepala Laboratorium Studio Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik 5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik.

6 6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya. 7. Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Ayahanda Paimun dan Ibunda Yenny Wati yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan do a yang tiada batas untuk saya. Suadarasaudara tercinta Abang saya Adri Prastowo, adik-adik saya Nurhadiyono, dan Zahra Fahira Anisa yang telah banyak membantu dan mendukung saya selama ini, terima kasih atas doanya. 8. Teristimewa dihati buat Julya Mazaya, yang banyak memberikan doa, motivasi, semangat, nasehat dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, terima kasih atas doanya. 9. Buat saudara/i seperjuangan 06 Fahim, Yusuf, Budi, Rivana, Radi, Tami, Atta, Angga, Herry, Agung, Khoir, Rahmat, Ajir, Farqi, Afif, Sawal, Andi, Hardiansyah, Haikal, Zainal, Ijul, Anggi, Alfi, Muhadri, Yudi, Ghafar, Iqbal, Avril, Fauzi, Hanif, Royhan, Husni, Wawan, Maman, Alex, Subroto, Shendy, Helen, Didik, Diana, Ani, Irin, Yovanka, Nurul, Jenet, Citra, Dina, abang-abang dan kakak senior, bg Agung 00, bg Nova 03, bg Hamdi 03, bg Fau 03, bg Arlin 01, bg Dian 03, bg Ajo 03, bg Sayed 03, bg Budi 03, dan adik-adik 07, Hari, Harli, Coandra, Rudi dan yang lainnya adik-adik 09, Afiz, Aulia, Bambang Kennedy, Fuad, Fatahur, Irwan, Reza, Ryan, Udin, Mia serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2006 dan mahasiswa sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.

7 10. Buat wak Udin, mas Subandi, dan ibu serta bapak kantin beton terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 11. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya yang sangat baik. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahamahan saya dalam hal ini. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, November 2011 Penulis ( Riky Armadi )

8 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR NOTASI... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan Tujuan Penelitian Pembatasan Masalah Gambar Uji Metodologi Penelitian Percobaan... 6 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Umum Beton segar (Fresh Concrete) Kemudahan Pengerjaan (Workability) Pemisahan Kerikil (Segregation) Pemisahan Air (Bleeding) Beton Keras Kuat Tekan Beton Modulus Elastisitas Kuat Tarik Beton Kuat Lentur Bahan Penyusun Beton... 22

9 2.2.1 Semen Umum Semen Portland Jenis-Jenis Semen Portland Bahan Dasar Semen Portland Senyawa Utama Dalam Semen Portland Sifat-Sifat Semen Portland Agregat Umum Jenis Agregat Jenis Agregat Berdasarkan Bentuk Jenis Agregat Berdasarkan Tekstur Permukaan Jenis Agregat Berdasarkan Ukuran Butiran Nominal Air Bahan Tambahan Umum Alasan Penggunaan Bahan Tambahan Perhatian Penting dalam Penggunaan Bahan Tambahan Jenis Admixture Mineral Admixture a. Kerak Tanur Tinggi (Slag) b. Uap Silika (Siliks Fume) c. Abu Terbang (Fly Ash) Jenis Miscellanous admixture (bahan tambah lain) a. Abu Kulit Gabah (Rice Husk Ash) 49 b. Limbah Karet c. Bahan Serat... 51

10 BAB 3 METODE PENELITIAN Umum Bahan-bahan penyusun beton Semen Portland Agregat Halus Agregat Kasar Air Slag Penelitian Penggunaan Karet yang Sudah Ada Perencanaan Campuran Beton (Mix Design) Penyediaan Bahan Penyusun Beton Pembuatan Benda Uji Penggunaan Slag Pengujian Sampel Uji kuat Tekan Beton Pengujian Modulus Elastisitas Beton Uji Kuat Tarik Beton Uji Kuat lentur BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Nilai Slump Uji Kuat Tekan Beton Pola Retak Pada Pengujian Kuat Tekan Pengujian Modulus Elastisitas Beton Uji Kuat Tarik Beton Uji Kuat lentur BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... 99

11 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Distribusi Pengujian Benda Uji Silinder dan Balok Flexure... 7 Tabel 2.1 Perkiraan Kuat Tekan Beton pada Berbagai Umur Tabel 2.2 Komposisi Senyawa Semen Portland Tabel 2.3 Batasan Gradasi untuk Agregat Halus Tabel 2.4 Susunan Besar Butiran Agregat Kasar (ASTM, 1991) Tabel 2.5 Komposisi kimia dari limbah padat (slag) dari Laboratorium F-MIPA USU Tabel 2.6 Komposisi kimia dari limbah padat (slag) dari Laboratorium Balai Riset dan Standarisasi Industri dan Perdagangan Semarang Tabel 2.7 Pengukuran X-ray diffraction komposisi kimia slag dalam (%) Tabel 3.1 Susunan Besar Butiran Agregat Halus (ASTM, 1991) Tabel 3.2 Susunan Besar Butiran Agregat Kasar (ASTM, 1991) Tabel 4.1 Nilai Slump berbagai jenis beton Tabel 4.2 Kuat tekan silinder Tabel 4.3 Perbandingan hasil pengujian kuat tekan silinder beton Tabel 4.4 Tabel nilai Modulus Elastisitas rata-rata maksimum berbagai campuran beton Tabel 4.5 Tabel persentase peningkatan modulus elastisitas vertikal terhadap Penggunaan slag Tabel 4.6 Perbandingan hasil pengujian elastisitas pada silinder beton... 90

12 Tabel 4.7 Perhitungan kuat tarik beton Tabel 4.8 Perbandingan hasil pengujian kuat tarik silinder beton Tabel 4.9 Perhitungan kuat lentur... 96

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Benda Uji Silinder... 5 Gambar 1.2 Benda Uji Balok... 5 Gambar 2.1 Kerucut Abrams Gambar 2.2 Jenis-jenis slump adukan beton Gambar 2.3 Hubungan antara faktor air semen dengan kekuatan beton Gambar 2.4 Hubungan antara umur beton dan kuat tekan beton Gambar 2.5 Perkembangan kekuatan tekan mortar untuk berbagai tipe Portland semen Gambar 2.6 Pengaruh jumlah semen terhadap kuat tekan beton pada faktor air semen sama Gambar 2.7 Pengaruh jenis agregat terhadap kuat tekan beton Gambar 3.1 Diagram Alir Pembuatan Beton Normal Gambar 3.2 Diagram Alir Pembuatan Beton Normal dengan Slag Gambar 3.3 Slag Gambar 3.4 Uji Tekan Beton Gambar 3.5 Gambar Pengujian Elastisitas Gambar 3.6 Pengujian Modulus Elastisitas Beton Gambar 3.7 Uji Split Cylinder Gambar 3.8 Gambar pengujian kuat lentur balok Gambar 4.1 Grafik nilai slump terhadap variasi slag... 81

14 Gambar 4.2 Grafik hubungan kuat tekan silinder terhadap kadar penggunaan slag Gambar 4.3 Grafik perbandingan hasil pengujian kuat tekan silinder beton Gambar 4.4 Pola retak kolom (columnar) pada pengujian kuat tekan silinder beton dalam penelitian Gambar 4.5 Gambar pola retak yang mungkin terjadi pada silinder beton Gambar 4.6 Grafik perbandingan nilai Modulus Elastisitas Rata rata berbagai variasi penggunaan slag Gambar 4.7 Grafik hubungan Persentase Peningkatan Modulus Elastisitas Terhadap Kadar penambahan slag Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil pengujian elastisitas pada silinder beton. 91 Gambar 4.9 Grafik kuat rekah silinder terhadap kadar penggunaan slag Gambar 4.10 Grafik perbandingan hasil pengujian kuat tarik silinder beton Gambar 4.11 Gambar perletakan pada pengujian kuat lentur balok Gambar 4.9 Grafik nilai kuat lentur... 97

15 DAFTAR NOTASI SSD: saturated surface dry n : jumlah sampel SD : simpangan baku f' c : kuat tekan beton karakteristik (MPa) fr : kuat lentur (MPa) fc : kekuatan tekan (kg/cm 2 ) P : beban tekan (kg) A : luas penampang (cm 2 ) S : deviasi standar (kg/cm 2 ) σ b : kekuatan masing masing benda uji (kg/cm 2 ) σ bm : kekuatan Beton rata rata (kg/cm 2 ) N : jumlah Total Benda Uji hasil pemeriksaan bm : tegangan rata-rata (kg/ cm²) bk : tegangan karakteristik (kg/ cm²) Fct : tegangan rekah beton (kg/cm) P L D F : beban maksimum (kg) : panjang sampel (cm) : diameter (cm) : beban yang diberikan (kg) : regangan

16 L : perubahan panjang (cm) : angka ekivalen E baja : : elastisitas baja (2,1 x 10 5 MPa) : tegangan (kg/ cm²) E k : modulus elastisitas (kg/ cm²) : Faktor Pembacaan Dial (mm) M : momen pada daerah patahan (kgcm) Z b h : modulus penampang arah melintang (cmᶾ) : lebar balok (cm) : tinggi balok (cm) w : momen tahanan (cm 3 ) R : modulus patahan (kg/ cm²) c : berat jenis beton (kg/cm 3 ) m s : massa sample kering (kg) m b : massa sample setelah direndam (kg) m g : massa sample digantung di dalam air (gm) air : Berat Isi air (0.997 gr/cm 3 )

17 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran I Lampiran II Lampiran III Lampiran IV Lampiran V Concrete Mix Design Pengujian Kokoh Tekan Beton Pengujian Elastisitas Beton Hasil Analisa Sampel Lab. Kimia F-MIPA USU Dokumentasi