Perkembangan bidang konstruksi Kebutuhan material Penggunaan beton komposit (misal baja) 60
Wed, March 13th 2011
1
!
!$
&
(
" # # "
%
!'
) *
##
"
Aspek
ekonomi
(murah) &
teknik
Perkembangan
bidang
konstruksi
Kebutuhan
material
Penggunaan
beton komposit
(misal baja)
60%
Beton Bertulang (reinforced concrete)=
Beton
+
Baja tulangan
Beton Pratekan(presstressed concrete) = Beton bertulang + Baja prategang
Matriks komposisi
Semen
+
Air
+
Agregat halus, misalnya pasir
Pasta
Semen
/grout Mortar
Beton
+
Agregat kasar, misalnya kerikil
Kadang kala beton masih ditambah lagi dengan bahan kimia pembantu (admixture) untuk
mengubah sifat-sifatnya ketika masih berupa beton segar (fresh concrete).
Kata beton dalam bahasa Indonesia berasal dari kata yang sama dalam bahasa Belanda.
Kata Concrete dalam bahasa Inggris berasal dari bahasa Latin concretus yang berarti tumbuh bersama
atau menggabung menjadi satu.
Dalam bahasa Jepang digunakan kata katau-zai, yang arti harafiahnya material-material seperti tulang;
mungkin karena agregat mirip tulang-tulang hewan.
5
filler
Menurut Peraturan Beton 1989
Beton adalah campuran semen
# #
!
Portland atau sembarang semen
hidrolik yang lain, agregat halus,
agregat kasar, dan air dengan
+,-
!$
↓
Fungsi
tertentu
atau tanpa menggunakan bahan
tambahan.
Semen adalah bahan jadi yang mengeras dengan adanya air (semen hidrolis)
yang memiliki sifat adhesif dan kohesif yang memungkinkan melekatnya
fragmen-fragmen mineral menjadi suatu massa yang padat.
Material semen telah banyak digunakan sejak zaman dahulu.
Batu-batu besar direkatkan
dengan gypsum, batu kapur,
gamping, dan abu pozzolan
Distribusi Produksi Industri Semen Indonesia
Tahun 2005 yang Mencapai 33,92 Juta Ton
8
Semen harus memenuhi
salah satu dari
ketentuan :
SNI 15-2049-1994,
Semen portland
“Spesifikasi semen
blended hidrolis” (ASTM C
595)
"Spesifikasi semen
hidrolis ekspansif" (ASTM
C 845)
2.
Yang harus diperhatikan dalam pelaksanaan;
1. Jenis struktur dan lokasi konstruksi,
Jenis/tipe semen yang akan dipakai (tipe I, II, III, IV, V),
9
3. Cara penyimpanan semen (PB 1989 : 13)
Semen (Portland Cement) adalah
bahan bangunan yang bersifat hidrolis
yaitu bersifat perekat, mengeras bila
bereaksi dengan air, tahan dan stabil
dalam air, yang diperoleh dari hasil
penghalusan butiran2 klinker dengan
tambahan gypsum.
Semen dicampur air → terjadi reaksi
hidrasi
saat
pengikatan
dan
pengerasan → panas hidrasi
Kalsium
oksida (CaO)
Batu kapur
(60 – 67)%
Bahan
tambahan
lain
Silikon
oksida (SiO2)
(17 – 25)%
Klinker
Pasir silika
Senyawa utama dalam semen :
* C3S : (40 – 70)%
* C2S : (15 – 45)%
Besi oksida
(Fe2O3)
(0.5-0.6)%
Aluminium
oksida (Al2O3)
(3-8)%
Kerak besi
Tanah liat
* C3A : (1 – 15)%
* C4AF: (0 – 18)%
* Bahan tambahan gypsum : (3 – 5)%
!"
KECEPATAN HIDRASI SENYAWA SEMEN
#
$ %"
Senyawa C2S mempunyai kecepatan hidrasi yang paling lambat sehingga semen
dengan proporsi C2S yang tinggi sering digunakan untuk pengecoran beton masif
dengan skala besar, misalnya untuk dam atau pondasi rakit.
11
PROSES PEMBUATAN SEMENT PORTLAND
Batu kapur
= 70%
Tanah liat
= 15%
Quartzite (silika)
Oksida besi
SEMENT
PORTLAND
Penggilingan
dihaluskan
Pengeringan
Pencampuran
Penggilingan
dihaluskan
diproporsikan
Suspensi Pra-pemanasan
Dipanaskan hingga 800-900 0C
Gypsum
Klinker
didinginkan
Rotary Kiln
Dibakar pada 14500C
14
Agregat harus memenuhi salah satu dari ketentuan :
“Spesifikasi agregat untuk beton” (ASTM C 33)
SNI 03-2461-1991, Spesifikasi agregat ringan untuk beton struktur.
Ukuran maksimum nominal agregat kasar harus tidak melebihi :
1/5 jarak terkecil antara sisi-sisi cetakan, ataupun
1/3 ketebalan pelat lantai, ataupun
3/4 jarak bersih minimum antara tulangan-tulangan atau kawat-kawat,
bundel tulangan, atau tendon-tendon prategang atau selongsong-selongsong
Agregat menempati sekitar 60% - 80% dari volume total beton, sehingga
mempunyai pengaruh besar terhadap perilaku beton sesudah mengeras.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan agregat : Mutu, Ketersediaan di
lapangan, Harga, dan Jenis konstruksi.
Agregat pada umumnya tidak bebas dari bahan-bahan kotoran (lempung, lanau, arang
batu, bahan organik, dll) yang dapat :
o Menyulitkan pembuatan & pengecoran beton
o Menghasilkan beton yang tidak awet atau beton dgn permukaan jelek
o Mengurangi kekuatan beton
Perlu diperhatikan :
GRADASI agregat → gradasi bagus (agregat kecil dapat berfungsi sebagai pengisi celah antara
agregat besar) → massa beton berfungsi sebagai massa yang utuh, homogen dan rapat →
Kuat Tekan Meningkat
Tujuan penggunaan air :
o untuk memicu proses kimiawi dengan semen
o membasahi agregat
o melumas campuran agar lebih mudah pengerjaannya
o
Adalah bahan atau zat kimia yang ditambahkan di dalam adukan beton pada tahap
awal sewaktu beton masih segar.
Tujuan penggunaan admixture → memperoleh sifat-sifat beton yang diinginkan
sesuai dengan tujuan dan keperluannya, diantaranya :
-
!) ' * *
. *
-
#
/
-
#
# )
-
. #
-
#
1 *
)
-
#
# )
'
##
# #
!
2'
#
#*
1
4
! '
-
#* *
-
#* *
-
!'
)
0
#*
-
. #
-
#
*
#
0
*
*
1
'
)
'
02* ' *
*
*
*
#
1
%
' 3
Umur Beton :
→ kekuatan beton akan
bertambah dengan naiknya umur
beton. Kekuatan beton naik secara
linier sampai umur 28 hari, setelah
itu kenaikannya akan kecil.
Biasanya kekuatan tekan rencana
beton akan dihitung pada umur 28
hari.
Umur beton (hari)
3
7
14
21
28
90
36
5
Semen Portland biasa
0.40
0.65
0.88
0.95
1.00
1.20
1.35
Semen Portland dengan
kekuatan awal tinggi
0.55
0.75
0.90
0.95
1.00
1.15
1.20
23
PERSENTASE KOMPOSISI
Beton yang baik: setiap butir agregat seluruhnya terbungkus dengan mortar
Ruang antar agregat harus terisi oleh mortar.
Jadi: kualitas pasta atau mortar menentukan kualiatas beton.
Semen adalah unsur kunci dalam beton, jumlahnya 7-15 % dari camp. Beton
Beton kurus/ lean concrete: beton yang jumlah semennya sedikit (sampai 7%)
Beton Gemuk/rich concrete: beton dengan jumlah semen banyak (sampai 15%)
24
Kelebihan
•
•
•
•
•
•
Kuat tekan tinggi
Mudah dicetak
Ekonomis
Biaya pemeliharaan rendah
Tahan lama
Tahan terhadap temperatur
tinggi
• Dapat dicor di tempat
• Penyediaan material mudah
Kekurangan
• Kuat tarik rendah (10% dari
kuat tekan)
• Perlu biaya tambahan untuk
bekisting, perancah (cor di
tempat)
• Berat (kekuatan persatuan
berat atau volume relatif
rendah)
• Daktilitas rendah
• Volume tidak stabil
(tergantung waktu, rangkak
dan susut)
Jenis Beton
Kuat tekan
Beton sederhana (plain concrete)
sampai 10 MPa
Beton normal (normal concrete)
10 – 20 MPa
Beton prategang (prestressed concrete)
20 – 40 MPa
Beton kuat tekan tinggi (high strength concrete)
40 – 80 MPa
Beton kuat tekan sangat tinggi (very high strength concrete)
> 80 MPa
KEUNGGULAN BETON
1.
Ketersediaannya (availability) material dasar.
Biaya relatif murah.
Agregat & air biasanya didapat dari lokal setempat.
Semen merupakan bahan termahal yang bisa diproduksi
dalam negeri.
2.
Kemudahan untuk digunakan (versatility).
Mudah diangkut (bahan dapat diangkut terpisah).
Dapat dipakai untuk berbagai struktur, ex : bendungan,
jalan, landasan, jembatan, gedung, bangunan air, dsb.
4. Kebutuhan pemeliharaan
yang Minimal.
3.
Kemampuan beradaptasi (adaptability)
Durability beton cukup tinggi.
Bersifat monolit sehingga tidak memerlukan sambungan.
Lebih tahan karat sehingga
Dapat dicetak dengan bentuk dan ukuran berapapun.
Dapat diproduksi dengan berbagai cara yang disesuaikan
tidak perlu dicat seperti baja.
Lebih tahan terhadap kebakaran.
dengan situasi sekitarnya.
27
Kelemahan Beton & Cara Mengatasinya
1.
Berat sendiri beton besar, sekitar 2.400
kg/m3.
2.
Kekuatan tariknya rendah meskipun
kekuatan tekannya besar.
Beton cenderung untuk retak karena
semen hidraulis. Baja tulangan bisa
berkarat, meskipun tidak terekspose
separah struktur baja.
3.
4.
5.
Kualitas
sangat
tergantung
cara
pelaksanaan di lapangan. Beton yang baik
maupun yang buruk dapat terbentuk dari
rumus dan campuran yang sama.
Struktur beton sulit untuk dipindahkan.
Pemakaian kembali atau daur ulang sulit
dan tidak ekonomis. Dalam hal ini
struktur baja lebih unggul, misalnya
tinggal melepas sambungannya saja.
1. Untuk elemen struktur: membuat beton
mutu tinggi, beton pratekan, atau
keduanya, sedangkan untuk elemen nonstruktur dapat memakai beton ringan.
2. Memakai beton bertulang atau pratekan.
3. Melakukan perawatan (curing) yang baik
untuk mencegah terjadinya retak,
memakai beton pratekan, atau memakai
bahan tambahan yang mengembang
(expansive admixture)
4. Mempelajari teknologi beton dan
melakukan pengawasan dan kontrol
kualitas yang baik. Bila perlu bisa memakai
beton jadi (ready mix) atau beton
pracetak.
5. Beberapa elemen struktur dibuat pracetak
(precast) sehingga dapat dilepas per
elemen seperti baja. Kemungkinan untuk
melakukan
beton
recycle
sedang
28
dioptimasikan.
Beton
siklop
Beton
ringan
Beton
pracetak
Jenis
beton
Beton non
pasir
Beton
prategang
Beton
bertulang
• Semen
• Agregat
• Air
• Admixture
Penakaran
(penimbangan)
Pengadukan
beton (mixing)
• Sesuai hasil
perhitungan mix
design
• Alat biasa
• Truk (mix design di
pabrik)
Pengangkutan
(transporting)
• Harus kontinu
agar mutu
beton seragam
Pengecoran
Pemadatan
(compacting)
• Cara manual
• Cara mekanik :
vibrator
• Normal
• Dipercepat
Perawatan
(curing)
# Campuran
1
:
3
:
5
(K175)
Semen : Pasir : Kerikil
# Campuran
1
:
2
:
3
Semen : Pasir : Kerikil
(K225)
Pengujian slump
Pengujian material (bahan penyusun beton)
Pengujian beton keras
1
!
!$
&
(
" # # "
%
!'
) *
##
"
Aspek
ekonomi
(murah) &
teknik
Perkembangan
bidang
konstruksi
Kebutuhan
material
Penggunaan
beton komposit
(misal baja)
60%
Beton Bertulang (reinforced concrete)=
Beton
+
Baja tulangan
Beton Pratekan(presstressed concrete) = Beton bertulang + Baja prategang
Matriks komposisi
Semen
+
Air
+
Agregat halus, misalnya pasir
Pasta
Semen
/grout Mortar
Beton
+
Agregat kasar, misalnya kerikil
Kadang kala beton masih ditambah lagi dengan bahan kimia pembantu (admixture) untuk
mengubah sifat-sifatnya ketika masih berupa beton segar (fresh concrete).
Kata beton dalam bahasa Indonesia berasal dari kata yang sama dalam bahasa Belanda.
Kata Concrete dalam bahasa Inggris berasal dari bahasa Latin concretus yang berarti tumbuh bersama
atau menggabung menjadi satu.
Dalam bahasa Jepang digunakan kata katau-zai, yang arti harafiahnya material-material seperti tulang;
mungkin karena agregat mirip tulang-tulang hewan.
5
filler
Menurut Peraturan Beton 1989
Beton adalah campuran semen
# #
!
Portland atau sembarang semen
hidrolik yang lain, agregat halus,
agregat kasar, dan air dengan
+,-
!$
↓
Fungsi
tertentu
atau tanpa menggunakan bahan
tambahan.
Semen adalah bahan jadi yang mengeras dengan adanya air (semen hidrolis)
yang memiliki sifat adhesif dan kohesif yang memungkinkan melekatnya
fragmen-fragmen mineral menjadi suatu massa yang padat.
Material semen telah banyak digunakan sejak zaman dahulu.
Batu-batu besar direkatkan
dengan gypsum, batu kapur,
gamping, dan abu pozzolan
Distribusi Produksi Industri Semen Indonesia
Tahun 2005 yang Mencapai 33,92 Juta Ton
8
Semen harus memenuhi
salah satu dari
ketentuan :
SNI 15-2049-1994,
Semen portland
“Spesifikasi semen
blended hidrolis” (ASTM C
595)
"Spesifikasi semen
hidrolis ekspansif" (ASTM
C 845)
2.
Yang harus diperhatikan dalam pelaksanaan;
1. Jenis struktur dan lokasi konstruksi,
Jenis/tipe semen yang akan dipakai (tipe I, II, III, IV, V),
9
3. Cara penyimpanan semen (PB 1989 : 13)
Semen (Portland Cement) adalah
bahan bangunan yang bersifat hidrolis
yaitu bersifat perekat, mengeras bila
bereaksi dengan air, tahan dan stabil
dalam air, yang diperoleh dari hasil
penghalusan butiran2 klinker dengan
tambahan gypsum.
Semen dicampur air → terjadi reaksi
hidrasi
saat
pengikatan
dan
pengerasan → panas hidrasi
Kalsium
oksida (CaO)
Batu kapur
(60 – 67)%
Bahan
tambahan
lain
Silikon
oksida (SiO2)
(17 – 25)%
Klinker
Pasir silika
Senyawa utama dalam semen :
* C3S : (40 – 70)%
* C2S : (15 – 45)%
Besi oksida
(Fe2O3)
(0.5-0.6)%
Aluminium
oksida (Al2O3)
(3-8)%
Kerak besi
Tanah liat
* C3A : (1 – 15)%
* C4AF: (0 – 18)%
* Bahan tambahan gypsum : (3 – 5)%
!"
KECEPATAN HIDRASI SENYAWA SEMEN
#
$ %"
Senyawa C2S mempunyai kecepatan hidrasi yang paling lambat sehingga semen
dengan proporsi C2S yang tinggi sering digunakan untuk pengecoran beton masif
dengan skala besar, misalnya untuk dam atau pondasi rakit.
11
PROSES PEMBUATAN SEMENT PORTLAND
Batu kapur
= 70%
Tanah liat
= 15%
Quartzite (silika)
Oksida besi
SEMENT
PORTLAND
Penggilingan
dihaluskan
Pengeringan
Pencampuran
Penggilingan
dihaluskan
diproporsikan
Suspensi Pra-pemanasan
Dipanaskan hingga 800-900 0C
Gypsum
Klinker
didinginkan
Rotary Kiln
Dibakar pada 14500C
14
Agregat harus memenuhi salah satu dari ketentuan :
“Spesifikasi agregat untuk beton” (ASTM C 33)
SNI 03-2461-1991, Spesifikasi agregat ringan untuk beton struktur.
Ukuran maksimum nominal agregat kasar harus tidak melebihi :
1/5 jarak terkecil antara sisi-sisi cetakan, ataupun
1/3 ketebalan pelat lantai, ataupun
3/4 jarak bersih minimum antara tulangan-tulangan atau kawat-kawat,
bundel tulangan, atau tendon-tendon prategang atau selongsong-selongsong
Agregat menempati sekitar 60% - 80% dari volume total beton, sehingga
mempunyai pengaruh besar terhadap perilaku beton sesudah mengeras.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan agregat : Mutu, Ketersediaan di
lapangan, Harga, dan Jenis konstruksi.
Agregat pada umumnya tidak bebas dari bahan-bahan kotoran (lempung, lanau, arang
batu, bahan organik, dll) yang dapat :
o Menyulitkan pembuatan & pengecoran beton
o Menghasilkan beton yang tidak awet atau beton dgn permukaan jelek
o Mengurangi kekuatan beton
Perlu diperhatikan :
GRADASI agregat → gradasi bagus (agregat kecil dapat berfungsi sebagai pengisi celah antara
agregat besar) → massa beton berfungsi sebagai massa yang utuh, homogen dan rapat →
Kuat Tekan Meningkat
Tujuan penggunaan air :
o untuk memicu proses kimiawi dengan semen
o membasahi agregat
o melumas campuran agar lebih mudah pengerjaannya
o
Adalah bahan atau zat kimia yang ditambahkan di dalam adukan beton pada tahap
awal sewaktu beton masih segar.
Tujuan penggunaan admixture → memperoleh sifat-sifat beton yang diinginkan
sesuai dengan tujuan dan keperluannya, diantaranya :
-
!) ' * *
. *
-
#
/
-
#
# )
-
. #
-
#
1 *
)
-
#
# )
'
##
# #
!
2'
#
#*
1
4
! '
-
#* *
-
#* *
-
!'
)
0
#*
-
. #
-
#
*
#
0
*
*
1
'
)
'
02* ' *
*
*
*
#
1
%
' 3
Umur Beton :
→ kekuatan beton akan
bertambah dengan naiknya umur
beton. Kekuatan beton naik secara
linier sampai umur 28 hari, setelah
itu kenaikannya akan kecil.
Biasanya kekuatan tekan rencana
beton akan dihitung pada umur 28
hari.
Umur beton (hari)
3
7
14
21
28
90
36
5
Semen Portland biasa
0.40
0.65
0.88
0.95
1.00
1.20
1.35
Semen Portland dengan
kekuatan awal tinggi
0.55
0.75
0.90
0.95
1.00
1.15
1.20
23
PERSENTASE KOMPOSISI
Beton yang baik: setiap butir agregat seluruhnya terbungkus dengan mortar
Ruang antar agregat harus terisi oleh mortar.
Jadi: kualitas pasta atau mortar menentukan kualiatas beton.
Semen adalah unsur kunci dalam beton, jumlahnya 7-15 % dari camp. Beton
Beton kurus/ lean concrete: beton yang jumlah semennya sedikit (sampai 7%)
Beton Gemuk/rich concrete: beton dengan jumlah semen banyak (sampai 15%)
24
Kelebihan
•
•
•
•
•
•
Kuat tekan tinggi
Mudah dicetak
Ekonomis
Biaya pemeliharaan rendah
Tahan lama
Tahan terhadap temperatur
tinggi
• Dapat dicor di tempat
• Penyediaan material mudah
Kekurangan
• Kuat tarik rendah (10% dari
kuat tekan)
• Perlu biaya tambahan untuk
bekisting, perancah (cor di
tempat)
• Berat (kekuatan persatuan
berat atau volume relatif
rendah)
• Daktilitas rendah
• Volume tidak stabil
(tergantung waktu, rangkak
dan susut)
Jenis Beton
Kuat tekan
Beton sederhana (plain concrete)
sampai 10 MPa
Beton normal (normal concrete)
10 – 20 MPa
Beton prategang (prestressed concrete)
20 – 40 MPa
Beton kuat tekan tinggi (high strength concrete)
40 – 80 MPa
Beton kuat tekan sangat tinggi (very high strength concrete)
> 80 MPa
KEUNGGULAN BETON
1.
Ketersediaannya (availability) material dasar.
Biaya relatif murah.
Agregat & air biasanya didapat dari lokal setempat.
Semen merupakan bahan termahal yang bisa diproduksi
dalam negeri.
2.
Kemudahan untuk digunakan (versatility).
Mudah diangkut (bahan dapat diangkut terpisah).
Dapat dipakai untuk berbagai struktur, ex : bendungan,
jalan, landasan, jembatan, gedung, bangunan air, dsb.
4. Kebutuhan pemeliharaan
yang Minimal.
3.
Kemampuan beradaptasi (adaptability)
Durability beton cukup tinggi.
Bersifat monolit sehingga tidak memerlukan sambungan.
Lebih tahan karat sehingga
Dapat dicetak dengan bentuk dan ukuran berapapun.
Dapat diproduksi dengan berbagai cara yang disesuaikan
tidak perlu dicat seperti baja.
Lebih tahan terhadap kebakaran.
dengan situasi sekitarnya.
27
Kelemahan Beton & Cara Mengatasinya
1.
Berat sendiri beton besar, sekitar 2.400
kg/m3.
2.
Kekuatan tariknya rendah meskipun
kekuatan tekannya besar.
Beton cenderung untuk retak karena
semen hidraulis. Baja tulangan bisa
berkarat, meskipun tidak terekspose
separah struktur baja.
3.
4.
5.
Kualitas
sangat
tergantung
cara
pelaksanaan di lapangan. Beton yang baik
maupun yang buruk dapat terbentuk dari
rumus dan campuran yang sama.
Struktur beton sulit untuk dipindahkan.
Pemakaian kembali atau daur ulang sulit
dan tidak ekonomis. Dalam hal ini
struktur baja lebih unggul, misalnya
tinggal melepas sambungannya saja.
1. Untuk elemen struktur: membuat beton
mutu tinggi, beton pratekan, atau
keduanya, sedangkan untuk elemen nonstruktur dapat memakai beton ringan.
2. Memakai beton bertulang atau pratekan.
3. Melakukan perawatan (curing) yang baik
untuk mencegah terjadinya retak,
memakai beton pratekan, atau memakai
bahan tambahan yang mengembang
(expansive admixture)
4. Mempelajari teknologi beton dan
melakukan pengawasan dan kontrol
kualitas yang baik. Bila perlu bisa memakai
beton jadi (ready mix) atau beton
pracetak.
5. Beberapa elemen struktur dibuat pracetak
(precast) sehingga dapat dilepas per
elemen seperti baja. Kemungkinan untuk
melakukan
beton
recycle
sedang
28
dioptimasikan.
Beton
siklop
Beton
ringan
Beton
pracetak
Jenis
beton
Beton non
pasir
Beton
prategang
Beton
bertulang
• Semen
• Agregat
• Air
• Admixture
Penakaran
(penimbangan)
Pengadukan
beton (mixing)
• Sesuai hasil
perhitungan mix
design
• Alat biasa
• Truk (mix design di
pabrik)
Pengangkutan
(transporting)
• Harus kontinu
agar mutu
beton seragam
Pengecoran
Pemadatan
(compacting)
• Cara manual
• Cara mekanik :
vibrator
• Normal
• Dipercepat
Perawatan
(curing)
# Campuran
1
:
3
:
5
(K175)
Semen : Pasir : Kerikil
# Campuran
1
:
2
:
3
Semen : Pasir : Kerikil
(K225)
Pengujian slump
Pengujian material (bahan penyusun beton)
Pengujian beton keras