STUDI EKSPERIMENTAL PERILAKU MEKANIK BALOK BETON BERTULANG DENGAN SUBSTITUSI ABU CANGKANG KELAPA SAWIT TUGAS AKHIR - Studi Eksperimental Perilaku Mekanik Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit

STUDI EKSPERIMENTAL PERILAKU MEKANIK BALOK BETON BERTULANG DENGAN SUBSTITUSI ABU CANGKANG KELAPA SAWIT TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil

  Disusun oleh :

M. HAFIZ 08 0404 081 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014

  

ABSTRAK

  Semen portland (portland cement) adalah bahan pengikat yang perannya sangat penting dan paling banyak digunakan dalam pekerjaan beton. Namun, kegiatan produksi semen selain memberikan banyak manfaat terutama di bidang konstruksi, juga dapat menjadi ancaman ekologis yang serius. Menurut International Energy Authority: World Energy Outlook, produksi semen portland adalah penyumbang karbon dioksida sebesar 7% dari keseluruhan karbon dioksida yang dihasilkan oleh berbagai sumber. Ide yang sering muncul akhir-akhir ini adalah pemanfaatan limbah industri maupun limbah rumah tangga yang bersifat pozolan. Abu cangkang kelapa sawit merupakan limbah dari pengolahan kelapa sawit yang mengandung banyak silika, dimana senyawa tersebut berperan penting dalam pengikatan agregat.

  Penelitian ini menggunakan 2 buah benda uji balok beton bertulang berdimensi 20 x 30 x 220 cm, dengan tulangan tekan 2D10 dan tulangan tarik

  3D10. Balok pertama merupakan balok beton bertulang normal dan yang lain merupakan balok beton bertulang dengan substitusi abu cangkang kelapa sawit terhadap semen sebesar 2,5%. Pemilihan variasi substitusi 2,5% dilakukan berdasarkan hasil pengujian beton silinder yang dilakukan sebelumnya. Pengujian beton silinder antara lain pengujian kuat tekan, kuat tarik belah dan absorbi beton. Adapun variasi substitusi abu cangkang kelapa sawit yang digunakan adalah 0%, 2,5%, 5% dan 7,5%.

  Dari hasil pengujian beton silinder diperoleh penurunan nilai slump dan kenaikan absorbsi beton seiring dengan bertambahnya kadar abu cangkang kelapa sawit sebagai substitusi semen. Peningkatan kuat tekan terjadi pada variasi 2,5% (24,19 MPa), sedangkan variasi 5% (20,53 MPa) dan 7.5% (20,04 MPa) kuat tekan beton menurun terhadap beton normalnya (20,76 MPa). Kuat tarik belah meningkat pada variasi substitusi 2,5% (2,45 MPa), sedangkan pada variasi substitusi 5% (1,76 MPa) dan 7,5% (1,74 MPa) kuat tarik belah menurun jika dibandingkan dengan beton normalnya (2,18 MPa). Beban runtuh balok beton bertulang normal sebesar 7,465 ton dan pada balok substitusi abu cangkang kelapa sawit 2,5% sebesar 6,932 ton. Pada balok substitusi abu cangkang kelapa sawit terjadi kenaikan lendutan rata-rata sebesar 14% terhadap Balok normal.

  Kata kunci: Balok beton bertulang, Abu cangkang kelapa sawit, Kuat tekan, Kuat tarik belah, absorbsi, Lendutan.

  i

KATA PENGANTAR

  Syukur Alhamdulillah 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

  “Studi Eksperimental Perilaku Mekanik Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit. ”

  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 Nursyamsi, 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 Ir. Syahrizal, MT dan bapak M. Agung Putra Handana selaku Dosen Pembanding yang telah banyak memberikan kritik dan masukan.

  3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  4. Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  ii Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Ayahanda Kesuma Wijaya dan Ibunda Mariana yang telah memberikan do

  ’a, motivasi, semangat dan nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan do’a yang tiada batas untuk saya.

  6. Bapak Ir. Koresj Sirait, MT yang telah meluangkan waktu dan banyak memberikan bantuan, serta masukan kepada saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  7. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian administrasi.

  8. Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa, Fauzi, Rahmat, Prima, Reza, Hafiz dan Mas Subandi.

  9. Untuk Saudara/i seperjuangan, Berry Kurniawan, Rumanto, Andy Kurniawan, Tofandi Yumahira, Samuel S. Pakpahan, Rahmadsyah Yazid Putra, Aris Munandar, Muazzi, Dedial Eka Putra, Khatab, Alfrendi C B HST, Sandro J. Gurning, T. Cut Ahmad Fadil, M. Harry Yusuf, Ibnu Syifa, Fachrurrozi, Michael Mario Sinaga, Luhut Parulian, Khaidir Hafiz, serta mahasiswa angkatan 2008 lainnya. Adik-adik mahasiswa angkatan 2010, Fazrai Ari Habibi, Yusriawan, Michael Tambunan, Steven, Luthfi, Yudha, Hardi, Taslim, Andry, Arep, Derry, Uus, Afrissa Isty Fadillah, Eka Asmitha Pane, Cece. Adik-adik mahasiswa angkatan 2011, Eky Raditio, Philip T.

  Lamsihar, Rico Ardiansyah, Reno Surbakti, Dhika Swandana, Achmad Syarief, Hilman Wardhana, M. Rizky Syahrani H., Surendra Agung, Subar Al Bukhari. Juga kepada semua mahasiswa Teknik Sipil lainnya yang tidak

  iii selama ini.

10. 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 pemahaman saya. 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, Juni 2014 Penulis,

   M. Hafiz iv

  v

DAFTAR ISI

  2.1 Kelapa Sawit ..................................................................................... 9

  2.3.2 Agregat Kasar ....................................................................... 17

  2.3.1 Agregat Halus ....................................................................... 17

  2.3 Agregat .............................................................................................. 16

  2.2.3 Kandungan Semen Portland .................................................. 14

  2.2.2 Sifat-sifat Semen Portland .................................................... 13

  2.2.1 Jenis-jenis Semen Portland ................................................... 12

  2.2 Semen Portland ................................................................................. 11

  2.1.2 Abu Cangkang Kelapa Sawit ................................................. 10

  2.1.1 Cangkang Kelapa Sawit ......................................................... 10

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 9

  Halaman

  1.7 Sistematika Penulisan ....................................................................... 8

  1.6 Manfaat Penelitian ............................................................................ 7

  1.5 Metodologi Penelitian ....................................................................... 6

  1.4 Mekanisme Pengujian ....................................................................... 5

  1.3 Pembatasan Masalah ......................................................................... 4

  1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian ......................................................... 3

  1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1

  BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

  ABSTRAK ............................................................................................................ i KATA PENGANTAR .......................................................................................... ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... v DAFTAR TABEL ................................................................................................ viii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ x DAFTAR NOTASI ............................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xiv

  2.4 Air ..................................................................................................... 18

  vi

  3.2.2 Abu Cangkang Kelapa Sawit ................................................ 41

  3.6.3 Pengecoran Benda Uji ............................................................ 63

  3.6.2 Perakitan Tulangan ................................................................ 62

  3.6.1 Persiapan Cetakan Balok dan Silinder ................................... 62

  3.6 Pembuatan Benda Uji ...................................................................... 62

  3.5.2 Perencanaan Campuran Benda Uji Balok Beton Bertulang ... 60

  3.5.1 Perencanaan Campuran Benda Uji Silinder ......................... 57

  3.5 Perencanaan Campuran (Mix Design) ............................................. 57

  3.4 Penggunaan Abu Cangkang Kelapa Sawit ...................................... 56

  3.3 Perencanaan Benda Uji Balok Beton Bertulang ............................... 49

  3.2.5 Air ........................................................................................ 49

  3.2.4 Agregat Kasar ....................................................................... 46

  3.2.3 Agregat Halus ....................................................................... 43

  3.2.1 Semen Portland ..................................................................... 40

  Bahan Tambahan .............................................................................. 19

  3.2 Bahan Penyusun Beton .................................................................... 40

  3.1 Metode ............................................................................................ 38

  BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 38

  2.9 Geser pada Balok Beton Bertulang .................................................... 36

  2.8.2 Kuat Lentur Balok Persegi Bertulangan Rangkap ................. 34

  2.8.1 Kuat Lentur Balok Persegi Bertulangan Tunggal .................. 33

  2.8 Kuat Lentur Balok Persegi ................................................................ 29

  2.7 Baja Tulangan ................................................................................... 28

  2.6.2 Sifat-sifat Beton Keras (Hardened concrete)......................... 26

  2.6.1 Sifat-sifat Beton Segar (fresh concrete) ................................. 23

  2.6 Beton ................................................................................................. 22

  2.5.2 Bahan Tambahan Mineral ..................................................... 21

  2.5.1 Bahan Tambahan Kimia (chemical admixture) .................... 20

  3.6.4 Perawatan Benda Uji (Curing) .............................................. 64

  vii

  4.3 Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang .................................. 76

  5.2 Saran ............................................................................................... 107

  5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 106

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 106

  4.4 Regangan pada Balok Beton Bertulang .......................................... 97

  4.3.4 Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit secara Teoritis ........................... 89

  4.3.3 Lendutan Balok Beton Bertulang Normal secara Teoritis .. 80

  4.3.2 Lendutan Balok Beton Bertulang dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit ...................................................... 78

  4.3.1 Lendutan Balok Beton Bertulang Normal .......................... 76

  4.2.3 Kuat Tarik Belah Beton ....................................................... 74

  Pengujian Benda Uji ........................................................................ 64

  4.2.2 Kuat Tekan Beton ................................................................ 72

  4.2.1 Absorbsi Beton ................................................................... 70

  4.2 Pengujian Benda Uji Silinder ......................................................... 70

  4.1 Nilai Slump ...................................................................................... 69

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 69

  3.7.4 Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang ...................... 67

  3.7.3 Pengujian Kuat Tarik Belah Benda Uji Silinder ................. 66

  3.7.2 Pengujian Kuat Tekan Benda Uji Silinder .......................... 65

  3.7.1 Pengujian Penyerapan Air (Absorbsi) Benda Uji Silinder .. 64

  

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 108

  

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Komposisi Abu Sawit Hasil Pembakaran Serat dan Cangkang (%massa)3Tabel 1.2 Jumlah Benda Uji Silinder ..................................................................... 4Tabel 1.3 Spesifikasi Benda Uji Balok .................................................................. 4Tabel 2.1 Empat Senyawa Utama dari Semen Portland ......................................... 15Tabel 2.2 Komposisi Umum Oksida-oksida Semen Portland Tipe I ..................... 16Tabel 3.1 Faktor Modifikasi Untuk Jumlah Pengujian Kurang Dari 30 Contoh.... 58Tabel 3.2 Komposisi Campuran Silinder Beton Normal........................................ 58Tabel 3.3 Komposisi Campuran Silinder Beton dengan Substitusi Abu

  Cangkang Kelapa Sawit.......................................................................... 60

Tabel 3.4 Komposisi Campuran Balok Beton Bertulang Normal .......................... 61Tabel 3.5 Komposisi Campuran Balok Beton Bertulang dengan Substitusi 2,5%

  Abu Cangkang Kelapa Sawit .................................................................. 62

Tabel 4.1 Nilai Slump dari Campuran Beton dengan Substitusi Abu Cangkang

  Kelapa Sawit pada Benda Uji Silinder ................................................... 69

Tabel 4.2 Nilai Slump dari Campuran Beton dengan Substitusi Abu Cangkang

  Kelapa Sawit pada Benda Uji Balok Beton Bertulang ......................... 69

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Absorbsi Beton dengan atau Tanpa Substitusi Abu

  Cangkang Kelapa Sawit.......................................................................... 71

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kuat Tekan Beton Dengan atau Tanpa Substitusi Abu

  Cangkang Kelapa Sawit Pada Umur 28 Hari ........................................ 72

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kuat Tarik Belah Beton dengan atau Tanpa Substitusi

  Abu Cangkang Kelapa Sawit Pada Umur 28 Hari ................................. 74

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Lendutan Balok Beton Bertulang Normal ................... 76

  viii

  Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit ............................................ 78

Tabel 4.8 Persentase Kenaikan Lendutan pada Balok Substitusi ...................... 80Tabel 4.9 Lendutan secara Teoritis Balok Beton Bertulang Normal ................. 89Tabel 4.10 Lendutan secara Teoritis Balok Beton Bertulang Normal dengan

  Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit ............................................ 96

Tabel 4.11 Perhitungan Regangan Tekan Beton c ) dan Regangan Tulangan

  (ε

  s

  tarik Beton ) pada Balok Beton Normal ........................................ 102 (ε

Tabel 4.12 Perhitungan Regangan Tekan Beton c ) dan Regangan Tulangan

  (ε tarik Beton s ) pada Balok dengan Substitusi Abu Cangkang (ε

  Kelapa Sawit ...................................................................................... 103

  ix

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar 2.1 Balok menahan beban ultimit; (a) penampang;

  (b) diagram regangan; (c) diagram tegangan; (d) gaya-gaya .......... 31

Gambar 2.2 Blok tegangan ekivalen Whitney; (a) blok tegangan tekan aktual;

  (b) blok tegangan tekan ekivalen; (c) kopel momen gaya-gaya dalam. (Dipohusodo, 1999) ............................................................. 32

Gambar 2.3 Desain balok bertulang rangkap; (a) penampang melintang;

  (b) regangan; (c) bagian satu dari solusi bagian bertulangan tunggal; (d) bagian dua dari solusi kontribusi tulangan tekan. (Nawy, 1998) ................................................................................... 35

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 39Gambar 3.2 Abu cangkang kelapa sawit yang lolos ayakan No.200 .................. 41Gambar 3.3 Sketsa Perencanaan Balok Beton Bertulang .................................... 49Gambar 3.4 Sketsa Pembebanan Benda Uji Balok Beton Bertulang .................. 52Gambar 3.5 Penampang Memanjang Benda Uji Balok ...................................... 63Gambar 3.6 Penampang Melintang Benda Uji Balok ......................................... 63Gambar 3.7 Pengujian Kuat Tekan Silinder Beton ............................................. 66Gambar 3.8 Pengujian Kuat Tarik Belah Silinder Beton .................................... 67Gambar 3.7 Penempatan Dial Indikator .............................................................. 68Gambar 4.1 Grafik Hubungan Variasi Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit

  terhadap Nilai Slump ....................................................................... 70

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Persentase Substitusi Abu Cangkang Kelapa

  Sawit Terhadap Absorbsi Beton ...................................................... 71

  x

  Sawit terhadap Kuat Tekan Beton ................................................... 73

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Persentase Substitusi Abu Cangkang Kelapa

  Sawit terhadap Kuat Tarik Belah Beton ........................................ 75

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang Normal 77Gambar 4.6 Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Beton Bertulang dengan

  Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit .......................................... 79

Gambar 4.7 Sketsa Pembebanan terpusat ........................................................... 81Gambar 4.8 Pembebanan Akibat Berat Sendiri Balok ........................................ 82Gambar 4.9 Penampang Transformasi Balok...................................................... 85Gambar 4.10 Grafik Hubungan Beban-Lendutan Balok Normal dan Balok

  dengan Substitusi Abu Cangkang Kelapa Sawit (ACKS) .............. 96

Gambar 4.11 Suatu elemen dari papan yang melengkung ................................... 97Gambar 4.12 Diagram Regangan Penampang Balok ............................................ 100Gambar 4.13 Grafik Hubungan Beban-Regangan Beton ( c ) pada Balok Beton

  ε Bertulang Normal dan Balok Substitusi .......................................... 104

  s

Gambar 4.14 Hubungan Beban-Regangan Tulangan Tarik ( ) pada Balok

  ε Beton Bertulang Normal dan Balok Substitusi ............................... 105

  xi

  xii

DAFTAR NOTASI

A

  : Modulus elastisitas baja (MPa)

  )

  4

  I g : momen inersia penampang utuh terhadap sumbu berat penampang (mm

  )

  4

  : momen inersia penampang retak transformasi (mm

  I cr

  )

  4

  h : tinggi balok (mm) I e : momen inersia efektif (mm

  : modulus retak beton (MPa)

  f y : tegangan leleh baja (MPa) f r

  : kuat tekan beton (MPa)

  E c : Modulus elastisitas beton (MPa) F ct : kuat tarik belah beton (MPa) f’ c

  d’ : jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tekan (mm) E s

  : luas penampang beton (mm

  A s

  2

  )

  A s

  : luas tulangan tarik (mm

  2

  )

  ’ : luas tulangan tekan (mm

  : jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik/ tinggi efektif (mm)

  2

  )

  A v : luas tulangan geser dalam daerah sejarak s (mm

  2

  )

  a : tinggi blok tegangan (mm) b : lebar balok (mm) c : jarak serat tekan terluar ke garis netral (mm) d

  l : panjang benda uji (mm) M a : momen maksimum pada komponen struktur saat lendutan dihitung (Nmm) M cr : momen pada saat timbul retak yang pertama kali (Nmm)

  q : berat sendiri balok (kN/m)

  V

  : kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton (N)

  c V : gaya geser terfaktor pada penampang yang ditinjau (N) u

  V : kuat geser nominal (N) n

  V : kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser (N) s y t : jarak dari garis netral penampang utuh (mengabaikan tulangan baja) ke

  serat tepi tertarik (mm)  : konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton ₁

  : lendutan total (mm) Δ

  1 : lendutan akibat beban terpusat (mm)

  Δ

  2 : lendutan akibat berat sendiri (mm)

  Δ  : faktor reduksi kekuatan lentur tanpa beban aksial = 0,80 (SNI 03-2847-2002)  : faktor reduksi geser = 0,75 (SNI 03-2847-2002)

   : tegangan tekan beton (MPa) c

  : regangan

  ε c

  : regangan tekan beton

  ε s : regangan baja tarik

  ε s

  ε ’ : regangan baja tekan xiii