KAJIAN KAPASITAS LENTUR BALOK BETON MUTU TINGGI METODE DREUX BERSERAT BENDRAT DENGAN FLY ASH SKRIPSI

Transkripsi

1 KAJIAN KAPASITAS LENTUR BALOK BETON MUTU TINGGI METODE DREUX BERSERAT BENDRAT DENGAN FLY ASH (Study Flexural Capacity of High Quality Concrete Beam Dreux Methods Bendrat Fibrous with Fly Ash) SKRIPSI Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun Oleh: MOHAMAD AMAR FAIZ I KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2015 i

2 ii

3 iii

4 MOTTO Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya (Q.S. Al-Baqoroh : 286) Barang siapa bersungguh-sungguh pasti akan mendapatkannya. SABAR DAN IKHLAS ITU ISLAM iv

5 PERSEMBAHAN Alhamdulillah, segala puji saya panjatkan hanya kepada ALLAH SWT atas rahmat dan hidayah-nya. Nikmat Islam, Iman, kesehatan serta kesempatan yang ALLAH SWT berikan kepada saya. Skripsi ini saya persembahkan sebagai ucapan terima kasih juga kepada: Bapak dan Ibu tercinta yang selalu mendukung, mendo akan, serta membimbing selama ini. Faiz cuma bisa mendoakan semoga Allah SWT senantiasa menyayangi bapak dan ibu, serta mengaruniakan kesehatan dan panjang umur. Semoga bapak dan ibu bisa bangga. Pak Slamet Prayitno dan Pak Supardi yang sudah sabar membimbing saya selama ini. Sehingga penelitian ini bisa selesai dengan baik dan lancar. Teman-teman grup Serat Bendrat Arif Budi Santoso, Bangun Budi Pranata, dan Wira Akbar Wibowo yang selalu setia bekerjasama mulai dari awal sampai akhir penelitian. Buat Dhani Ulfa Dwi Nugrahani orang yang selalu setia menemani dan memberi semangat sehingga penelitian ini berjalan dengan baik dan lancar. Teman-teman Teknik Sipil Non Reguler 2012 yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang sudah banyak membantu selama kuliah di UNS. Sukses selalu semuanya. Dan terakhir untuk semuanya saja yang senantiasa membantu dan mendukung saya. Semoga Allah SWT memberikan balasan kebaikan yang banyak kepada kalian semua. v

6 ABSTRAK Mohamad Amar Faiz, 2015, Kajian Kapasitas Lentur Balok Beton Mutu Tinggi Metode Dreux Berserat Bendrat dengan Fly Ash. Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Struktur Beton Bertulang merupakan salah satu struktur yang sangat diandalkan kekuatannya saat ini, dan banyak dimanfaatkan sebagai kerangka portal, baik berupa kolom, struktur plat lantai, plat pondasi dan dinding geser, talud penahan tanah untuk pembangunan dan sebagainya. Beton sendiri terdiri dari partikelpartikel agregat yang dilekatkan oleh pasta yang terbuat dari semen portland dan air. Pasta ini mengisi ruang kosong diantara partikel-partikel agregat. Setelah beton segar dicorkan, pengerasan terjadi akibat reaksi-reaksi kimia eksotermis antara semen dan air yang membentuk suatu bahan struktur yang padat dan mempunyai kuat tekan tinggi dan tahan lama. Beton mutu tinggi yaitu beton dengan kekuatan yang cukup tinggi atau diatas kekuatan standar yang mana hal tersebut dipengaruhi dari beberapa hal, seperti FAS (faktor air semen), kualitas agregat, bahan tambah dan kontrak kualitas dari pembuatan beton tersebut. Beton mutu tinggi metode Dreux, yaitu suatu perancangan campuran beton yang telah dikembangkan oleh Prof. George Dreux sehingga akan didapatkan kekuatan tekan hingga 46 MPa. Beton mutu tinggi metode Dreux berserat bendrat dengan fly ash yakni beton yang terdiri dari agregat kasar (kerikil), agregat halus (pasir), semen portland, fly ash, air ditambah dengan serat bendrat dan baja tulangan yang dirangkai. Serat bendrat dipilih karena bahan bakunya mudah dan bisa didapatkan. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental terhadap perilaku mekanik beton dengan tujuan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh penambahan serat bendrat terhadap kapasitas lentur balok. Pengujian kuat lentur dilakukan pada balok berukuran 8 cm x 12 cm x 100 cm dengan variasi persentase serat 0%; 0,5%; 1%; 1,5%, dan 2% berjumlah 4 buah per persentase serat, jadi jumlah total 20 benda uji. Mutu beton yang direncanakan adalah f c = 46 MPa. Uji lentur dilakukan pada umur 28 hari. Ditinjau dari kapasitas lenturnya, momen nominal maksimum berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan analisis pada benda uji balok terjadi pada persentase penambahan serat 1 %. Analisis momen nominal yang memperhitungkan kuat tarik beton lebih besar dari pada momen nominal yang tidak memperhitungkan kuat tarik beton. Berdasarkan hasil penelitian, momen nominal pengujian lebih besar dari pada momen nominal analisis. Semua pola retak awal terjadi di 1/3 tengah bentang, dan keruntuhannya pun terjadi didaerah tersebut, sehingga dari hasil penelitian tersebut dapat dikatakan sebagai keruntuhan lentur. Kata kunci : kapasitas lentur, beton mutu tinggi, dreux, bendrat, fly ash vi

7 ABSTRACT Mohamad Amar Faiz, 2015, Study Flexural Capacity of High Quality Concrete Beam Dreux Methods Bendrat Fibrous with Fly Ash. Thesis Civil Engineering Departement Engineering Faculty of Sebelas Maret University. Reinforced Concrete Structures is one of the highly reliable structure strength today, and used as a portal framework, in the form of columns, structural slab, foundation plate and shear walls, embankments retaining land for development etc. Concrete consists of aggregate particles that attached by a paste made from Portland cement and water. This pasta filling the empty space between the particles aggregate. After the fresh concrete casted, hardening occurs due to exothermic chemical reactions between cement and water forming a solid material and has a high compressive strength and durability of structures. High quality concrete is concrete with a high enough strength or above the standard strength and influenced by several things, such as FAS (cement water factor), the quality of aggregate, additive and contract quality of the concrete manufacture. High quality concrete methods Dreux, which is a concrete mix design that has been developed by Prof. George Dreux so that we will get the compressive strength of up to 46 MPa. High quality concrete methods Dreux with bendrat fibrous concrete with fly ash is composed of coarse aggregate (gravel), fine aggregate (sand), portland cement, fly ash, water coupled with bendrat fibers and reinforcing steel strung. Bendrat been selected fiber raw material is easy and can be obtained. This study uses an experimental methods of the mechanical behavior of concrete in order to determine the extent of the effect of adding bendrat fiber to the capacity of flexure. Tests performed on beam flexural strength measuring 8 cm x 12 cm x 100 cm with a variation of the percentage of fiber 0%; 0.5%; 1%; 1.5%, and 2%, amounting to 4 pieces per percentage of fiber, so total of 20 test specimens. Planned concrete quality is f c = 46 MPa. Bending test performed at 28 days. In term of bending capacity, maximum nominal moment based on the results of testing and calculation analysis on the test object beam occurs in the percentage of fiber addition 1%. Analysis nominal moment takes into account the concrete tensile strength is greater than the nominal moment that does not take into account the tensile strength of concrete. Based on the results of research, testing nominal moment is greater than the nominal moment analysis. All initial crack pattern occurs in 1/3 midspan, and its collapse ensued in the area, so that the results of the study can be regarded as bending collapse. Keywords : flexural capacity, high quality concrete, dreux, bendrat, fly ash vii

8 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta hidayah- Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul Kajian Kapasitas Lentur Balok Beton Mutu Tinggi Metode Dreux Berserat Bendrat dengan Fly Ash. Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak maka banyak kendala yang sulit untuk penyusun pecahkan hingga terselesaikannya penyusunan skripsi ini. Untuk itu, Penyusun ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Ir. Bambang Santoso, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Edy Purwanto, ST, MT, selaku Ketua Program Studi Non Reguler Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Ir. Slamet Prayitno, MT, dan Ir. Supardi, MT, selaku Dosen Pembimbing Skripsi. Terima kasih atas semua waktu, bimbingan, motivasi serta bantuannya selama penyusunan skripsi ini sampai selesai. 4. Ir. Purwanto, MT, dan Ir. Endang Rismunarsi, MT, selaku Dosen Penguji Skripsi. Terima kasih atas semua waktu, motivasi serta bantuannya selama penyusunan skripsi ini sampai selesai. 5. Semua Staf Pengajar dan Laboratorium pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. Akhir kata semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan mahasiswa pada khususnya. Surakarta, Januari 2015 Penyusun viii

9 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... MOTTO... PERSEMBAHAN... ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL... DAFTAR LAMPIRAN... i ii iii iv v vi vii viii ix xiii xv xvii xviii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penilitian Manfaat Teoritis Manfaat Praktis 4 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Dasar Teori Material Dasar Pembentuk Beton Semen Portland Agregat ix

10 Air Perawatan Beton (Curing) Beton Metode Dreux Beton Serat Bahan Tambah Pengertian Bahan Tambah Serat Bendrat Beton Mutu Tinggi Metode Coba Dreux Berserat Bendrat Sifat Struktural Beton Serat Konsep Beton Serat Mekanisme Kerja Serat Kandungan Fly Ash Beton Mutu Tinggi Kuat Lentur Balok Beton Analisis Kuat Batas Tampang Balok Beton Bertulang BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Uraian Umum 3.2. Tahapan Penelitian 3.3. Alat Uji Penelitian Bahan Uji Penelitian Standar Penelitian dan Spesifikasi Bahan Dasar Standar Pengujian Agregat Halus Standar Pengujian Agregat Kasar Pengujian Agregat Halus Pengujian Kadar Lumpur dalam Agregat Halus Pemeriksaan Kadar Zat Organik dalam Agregat Halus Pengujian Specific Gravity Agregat Halus Pengujian Gradasi Agregat Halus Pengujian Agregat Kasar Pengujian Specific Gravity Pengujian Gradasi Pengujian Abrasi x

11 Pengujian Kuat Tekan Beton Pengujian Kuat Tarik Baja Tulangan 3.6. Pembuatan Benda Uji 3.7. Perawatan Benda Uji Pengujian Kuat Lentur Langkah-langkah Pelaksanaan Pengujian Kuat Lentur Perhitungan Kuat Lentur Balok Beton BAB 4 DATA, ANALISIS DATA DAN, PEMBAHASAN 4.1. Hasil Pengujian Bahan Dasar Hasil Pengujian Agregat Halus Hasil Pengujian Kandungan Lumpur Hasil Pengujian Kandungan Zat Organik Hasil Pengujian Specific Gravity Agregat Halus Hasil Pengujian Gradasi Agregat Halus Hasil Pengujian Agregat Kasar Hasil Pengujian Specific Grafity Agregat Kasar Hasil Pengujian Gradasi Agregat Kasar Hasil Pengujian Abrasi Agregat Kasar Hasil Perhitungan Rancang Campur Metode Dreux Hasil Pengujian Slump Flow Hasil Pengujian dan Pembahasan Berat Jenis Hasil Pengujian Kuat Tarik Baja Tulangan Polos Hasil Pengujian Kuat Lentur dan Analisis Data Hasil Pengujian Analisis Data Momen Nominal Hasil Pengujian Momen Nominal Hasil Analisis (Menurut SNI) Momen Nominal Hasil Analisis Menurut Suhendro (1991) Pembahasan Kuat Lentur Balok Beton Momen Nominal xi

12 Pola Keruntuhan Balok Benda Uji... BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Serat Tersebar Merata dalam Beton Gambar 2.2. Serat dalam Beton Gambar 2.3. Aksi Serat Bersama Pasta Semen Gambar 2.4. Aksi Pasak dalam Beton Gambar 2.5. Penampang Balok Beton Gambar 2.6. Distribusi Regangan dan Tegangan Lentur pada Balok Beton (Menurut SNI) Gambar 2.7. Distribusi Regangan dan Tegangan pada Balok Fiber Penuh (Usulan Suhendro, 1991) Gambar 3.1. Bagan Alir Tahap tahap Metode Penelitian Gambar 3.2. Timbangan Bascule Gambar 3.3. Timbangan Digital Gambar 3.4. Set Ayakan Gambar 3.5. Oven Gambar 3.6. Corong Konik Gambar 3.7. Cetakan Balok / Bekisting Gambar 3.8. Universal Testing Machine (UTM) Gambar 3.9. Compression Testing Machine (CTM) Gambar Proses Curing Gambar Loading Frame Gambar Dial Gauge Kapasitas Penurunan 50 mm Gambar Hydraulic Pump Gambar Hydraulic Jack Gambar Transducer Gambar Power Supply xiii

14 Gambar Load Cell Gambar Baja Setelah Uji Tarik Gambar Patah pada Bentang Balok (SNI ). 47 Gambar 4.1. Hasil Pengujian Kandungan Zat Organik 49 Gambar 4.2. Grafik Gradasi Agregat Halus. 51 Gambar 4.3. Grafik Gradasi Agregat Kasar. 54 Gambar 4.4. Skema Pengujian Kuat Lentur. 59 Gambar 4.5. Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Retak Pertama pada Balok A. 61 Gambar 4.6. Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Retak Pertama pada Balok B. 61 Gambar 4.7. Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Retak Pertama pada Balok C.. 62 Gambar 4.8. Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Retak Pertama pada Balok D.. 62 Gambar 4.9. Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Balok A Runtuh. 65 Gambar Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Balok B Runtuh. 65 Gambar Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Balok C Runtuh. 66 Gambar Grafik Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan Saat Balok D Runtuh 66 Gambar Diagram Gaya Pembebanan.. 68 Gambar Distribusi Regangan dan Tegangan Lentur pada Balok Beton Menurut (SNI ).. 71 Gambar Distribusi Regangan dan Tegangan Lentur pada Balok Beton Fiber Penuh. (Usulan Suhendro, 1991).. 73 Gambar Diagram Perbandingan Momen Nominal Hasil Pengujian dan Hasil Analisis.. 76 xiv

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Susunan Unsur Semen Portland... 8 Tabel 2.2. Jenis-jenis Semen Portland... 8 Tabel 2.3. Batasan Susunan Butiran Agregat Halus... 9 Tabel 2.4. Batasan Susunan Butiran Agregat Kasar Tabel 3.1. Jumlah dan Kode Benda Uji Kuat Lentur 24 Tabel 3.2. Pengaruh Kadar Zat Organik Terhadap Persentase Penurunan Kekuatan Beton Tabel 3.3. Syarat Persentase Berat Lolos Standar ASTM Tabel 4.1. Hasil Pengujian Specific Gravity Agregat Halus Tabel 4.2. Hasil Pengujian Gradasi Agregat Halus Tabel 4.3. Hasil Pengujian Agregat Halus Tabel 4.4. Hasil Pengujian Specific Gravity Agregat Kasar.. 52 Tabel 4.5. Hasil Pengujian Gradasi Agregat Kasar Tabel 4.6. Hasil Pengujian Agregat Kasar Tabel 4.7. Hasil Pengujian Abrasi Agregat Kasar. 55 Tabel 4.8. Proporsi Campuran Adukan Beton untuk 1 Sampel Silinder Beton.. 56 Tabel 4.9. Hasil Pengujian Berat Jenis Beton Mutu Tinggi Metode Dreux Berserat Bendrat Tabel Hasil Pengujian Kuat Tarik Tulangan Baja Tabel Hasil Pengujian Kuat Lentur Saat Retak Pertama 60 Tabel Hasil Perhitungan Regresi Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan pada Saat Retak Pertama.. 63 Tabel Hasil Pengujian Kuat Lentur Saat Balok Runtuh Tabel Hasil Perhitungan Regresi Hubungan Antara Kadar Serat dengan Lendutan pada Saat Balok Runtuh Tabel Hasil Perhitungan Momen Nominal Hasil Pengujian xv

16 Tabel Hasil Perhitungan Momen Nominal Secara Analisis (Menurut SNI ).. 72 Tabel Hasil Perhitungan Momen Nominal Secara Analisis (Usulan Suhendro, 1991) Tabel Rangkuman Hasil Perhitungan Momen Nominal Berdasarkan Pengujian dan Analisis.. 76 xvi

17 DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL G = Faktor granular Σc = Kekuatan semen (dari pabrik / lembaga penelitian) C = Berat semen perkubikasi beton E = Berat air perkubikasi beton σ28 = Kekuatan tekan rata-rata beton pada umur 28 hari L = Jarak (bentang) antara dua garis perletakan b = Lebar tampak patah arah horisontal h = Tinggi tampak patah arah vertikal P = Beban tertinggi yang ditunjukkan oleh mesin uji σ1 = Kuat lentur benda uji (MPa) W = Berat beton (kg) β1 = Konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton δ = Lendutan proporsional dari benda uji (mm) As = Luas penampang tulangan tarik (mm 2 ) Asb = Luas penampang tulangan balance (mm 2 ) BJ = Berat jenis V = Volume beton (m 3 ) A = Luas Penampang (mm 2 ) P maks = Beban maksimum (N) c = Jarak garis netral ke serat terluar di bagian desak (cm) f cf = Kuat desak beton fiber (kg/cm 2 ) f tf = Kuat tarik beton fiber (kg/cm 2 ) f ys = Tegangan luluh baja tulangan (kg/cm 2 ) D c = Resultan gaya desak pada fiber (kg) T c = Resultan gaya tarik pada beton fiber (kg) T s = Resultan gaya tarik pada baja tulangan (kg) a = Jarak rata-rata antara tampang lintang patah dan tumpuan luar yang terdekat, diukur pada 4 tempat pada sisi titik dari bentang (m) xvii

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Lampiran B Lampiran C Lampiran D Lampiran E : Rencana Campuran Beton /Mix Design : Hasil Pengujian Kapasitas Lentur : Gambar Pola Retak Hasil Pengujian : Dokumentasi Penelitian : Dokumen Administrasi Skripsi xviii