bab i material beton (mix design) 1.1. apa itu mix...

1

BAB I

MATERIAL BETON

(MIX DESIGN)

1.1. APA ITU MIX DESIGN

Beton merupakan bahan bangunan yang sangat serbaguna, karena dapat dirancang

untuk kekuatan mulai 10 Mpa sampai 100 Mpa dan kemampuan kerja (workability)

slump dari 0 mm sampai 180 mm.

Semua kasus ini bahan dasar beton adalah sama, tetapi mempunyai proporsi yang

relatif berbeda.

Beton dirancang untuk keadaan tertentu, yakni tahap plastis dan tahap pengerasan.

Sifat yang diinginkan dari beton dalam tahap plastis

• Workability

• Kekompakan (cohesiveness)

• Waktu Setting lama

Sifat yang diinginkan dari beton dalam tahap pengerasan

• Kekuatan (Strength)

• Daya tahan (Durability)

KOMPONEN BETON

Campuran beton mempunyai komponen utama yang terdiri dari :

1. Semen : material dasar yang digunakan untuk pengikatan dalam beton.

2. Air : untuk membuat semen sebagai cairan (pasta)

3. Agregat Kasar (kerikil) : komponen material yang akan di ikat oleh semen.

4. Agregat Halus (pasir) : bersama sama dengan pasta semen mengisi rongga pada

Agregat Kasar.

5. Admixtures : untuk meningkatkan kelemahan beton yang umum misalnya,

meningkatkan kekuatan (strength), mempercepat atau memperlambat waktu

setting dari beton, workability, dan sebagainya. (khusus admixtures tidak

dibahas di sini).

Dalam menentukan campuran yang terutama adalah menentukan komposisi

perbandingan dari misalnya A m³ Semen, B m³ Kerikil, C m³ Pasir, D m³ Air akan

menghasilkan 1 m³ Beton, Perbandingan A : B : C : D menentukan kekuatan atau fc’

dari suatu Beton.

Cara mencampur Beton, mengadopsi dari DoE (Departement of Environment) dari

British Code

2

1.2. SEMEN

Semen merupakan inti dari beton itu sendiri, ditentukan oleh Specific gravity

dari semen itu sendiri, Untuk menentukan Specific Gravity dari semen adalah

sebagai berikut :

1.3. KERIKIL

Sebagaimana dengan Semen, kerikil juga komponen utama, juga ditentukan dari

Specific Gravity dan juga kandungan Air (Water Content) dari Kerikil.

1.4. PASIR

Untuk menentukan Specific Gravity dan kandungan Air (Water Content) dari

pasir, sama dengan kerikil , selain itu digunakan analisa ayakan untuk

mengetahui jumlah prosentase dari masing-masing gradasi.

1.5. AIR

Air yang digunakan mempunyai standard, yang setara dengan produksi dari

PDAM

1.6. KOMPOSISI CAMPURAN

Tabel dan Grafik yang digunakan dalam mencari komposisi Campuran,

Table 1

Approximate Compressive Strength (N/mm²) of Concrete Mixes Made with a free water/cement ratio of 0.5

Type of Type of

Compressive Strength

(N/mm²) Cement Coarse Age (days)

Aggregate 3 7 28 91

OPC or Uncrushed 18 27 40 48

SRPC Crushed 23 33 47 55

RHOC Uncrushed 25 34 46 53

Crushed 30 40 53 60

reference : Tabel 2.7-2 from "Reinforced and Prestressed Concrete", Kong, Evans,

3rd Edition, 1987 Note :

ORC = Ordinary Portland Cement SRPC = Sulphate Resisting Portland Cement RHPC = Rapid Harderning Portland Cement

3

Table 2

Approximate free water contents (kg/m³) required to give Various levels of workability

Slump (mm) 2 - 10 10 - 30 30 - 60 60 - 180

V - B (s) 12 6 - 12 3 - 6 0 - 3

Max Size Aggregate

10 Uncrushed 150 180 205 225

Crushed 180 205 230 250

20 Uncrushed 135 160 180 195

Crushed 170 190 210 225

40 Uncrushed 115 140 160 175

Crushed 155 175 190 205


3rd Edition, 1987

Table 3 Grade Zone (Grading Limits for DoE mix Design)

Sieve Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4

4.75 90 100 90 100 90 100 95 100

2.36 60 95 75 100 85 100 95 100

1.18 30 70 55 90 75 100 90 100

0.60 15 34 35 59 60 79 80 100

0.30 5 20 8 30 12 40 15 50

0.15 0 10 0 10 0 10 0 15

reference : Tabel 2.7-3 from "Reinforced and Prestressed Concrete", Kong, Evans, 3rd Edition, 1987

Table 4

Standard Deviation under different conditions

Conditions Std Dev Remark

Good 4 - 5

Good control with weight batching, use of graded aggregates, etc.

Constant supervision

Fair 5 - 7

Fair control with weight batching. Use of two sizes of aggregates.

Occasional supervision

Poor 7 - 8

Poor control. Inaccurate volume batching of all - in aggregates.

No supervision

reference : Tabel 2.8-1 from "Reinforced and Prestressed Concrete", Kong, Evans, 3rd Edition, 1987

4

Table 5(a)

Minimum Cement Content (kg/m³) required in Portland Cement to ensure durability under specified conditions of exposure

Exposure

Plain Concrete

Nominal Size Agg. (mm) Max free

40 20 12.5 10 w/c ratio

Mild 200 220 260 270 0.7

Moderate 220 250 290 300 0.6

Severe 270 310 350 360 0.5

Very Severe 240 280 320 330 0.55

2 3 4 5 6 7 Table 5(b)


Exposure

Reinforced Concrete


40 20 12.5 10 w/c ratio

Mild 220 250 280 290 0.65

Moderate 260 290 330 340 0.55

Severe 320 360 400 410 0.45

Very Severe 260 290 330 340 0.55

Table 5(c)


Exposure

Prestessed Concrete


40 20 12.5 10 w/c ratio

Mild 300 300 300 300 0.65

Moderate 300 300 330 340 0.55

Severe 320 360 400 410 0.45

Very Severe 300 300 330 340 0.55


3rd Edition, 1987

5

GRAFIK HUBUNGAN COMPRESSIVE STRENGTH VC FREE WATER

CEMENT RATIO

Gambar 1. fc’ vs Free W/C ratio

GRAFIK HUBUNGAN WET DENSITY VS WATER CEMENT RATIO

Gambar 2. Wet Density vs free w/c

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Co

mp

ressiv

e S

tren

gth

(M

Pa)

Free water/cement ratio

Graphic 1 : fc' vs w/c ratio

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

100 120 140 160 180 200 220 240

Wet

Den

sit

y o

f C

on

rete

Mix

(kg

/m3)

Free water content (kg/m3)

Graphic 2 : Wet Density vs w/c ratio

2.9

2.8

2.7

2.6

2.5

2.4

6

Grafik Hubungan Proporsi Aggregat Vs Free Water Cement Ratio

Ukuran Aggregat Maximum = 10 mm

Gambar 3.a (Slump : 0-10 mm) Gambar 3.b (Slump : 10-30 mm)

Gambar 3.c (Slump : 30-60 mm) Gambar 3.d (Slump : 60-180 mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 0 - 10 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9P

rop

ort

ion

of

Fin

e A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 10 - 30 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 30 - 60 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 60 - 180 mm

I

II

III

IV

I

II

III IV

I

II

III

IV

I

II

III

IV

7




0

10

20

30

40

50

60

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 0 - 10 mm

0

10

20

30

40

50

60

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)Free water/cement ratio

Slump : 10 - 30 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 30 - 60 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 60 - 180 mm

I

II

III

IV

I

II

III

IV

I

II

III

IV

I

II

III

IV

8




0

10

20

30

40

50

60

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 0 - 10 mm

0

10

20

30

40

50

60

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)Free water/cement ratio

Slump : 10 - 30 mm

0

10

20

30

40

50

60

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 30 - 60 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Slump : 60 - 180 mm

I

II

III

IV

I

II

III IV

I

II

III

IV

I

II

III

IV

9

GRADING ZONE dari PASIR

Gambar 6.a Zona I

Gambar 6.b Zona II

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

ZONA I

ZONA II

10

Gambar 6.c Zona III

Gambar 6.d. Zona IV

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

ZONA III

ZONA IV

11

Sumber : Kong & Evans, "Reinforced and Prestressed Concrete, 3rd Edition",

Chapman&Hall, 1994, Table2.7-4, page 58

Data – Data Zona pada gambar diatas berdasarkan analisa ayakan dapat dilihat

pada tabel berikut :

Catatan : pada masing-masing zone

kolom kiri = batas bawah

kolom kanan = batas atas

1.7. KOMPOSISI CAMPURAN

Data yang diperlukan dalam Mix Design adalah sebagai berikut :

Specific Gravity Semen = GsPC t/m³

Specific Gravity Kerikil = GsKr t/m³

Specific Gravity Pasir. = GsPs t/m³

Specific Gravity Air (GsA) = 1 t/m³

Max Aggregate ukuran : 100, 200, 400 (dalam mm)

Grading Zone Pasir : 1, 2, 3, 4

Type Semen : Type 1, 2 dan 3

Type Agregat : crushed / uncrushed (pecah / tidak pecah)

Pada usia beton : 3,7,28,90 hari.

Pilihan dari Slump ada : 0-10; 10-30; 30-60 ; 60-180

Karacteristic Strength : ditentukan sendiri

Standard Deviation (s) : SD

Target Mean : fc’ + 1.64 x SD

Expose Beton : Mild, Moderate, Severe, Very Severe

Mild = terlindung (indoor)

Moderate = diluar , tidak berhubungan dengan tanah non agresive

Severe = sering basah dan kering

Very Severe = tahan terhadap beku

Beton untuk : Plain, Reinforce, Prestress

Plain : Beton Ringan

Reinforce : Beton Bertulang

Prestress : Beton Prategang

Sumber : DOE

Sieve(mm) Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4

4.75 90 100 90 100 90 100 95 100

2.36 60 95 75 100 85 100 95 100

1.18 30 70 55 90 75 100 90 100

0.60 15 34 35 59 60 79 80 100

0.30 5 20 8 30 12 40 15 50

0.15 0 10 0 10 0 10 0 15

12

1.7.1 CONTOH MENENTUKAN GRADING ZONE PASIR

Diketahui :

Ayakan(mm) Lolos (%)

4.75 100

2.36 75

1.18 60

0.60 32

0.30 12

0.15 6

Tentukan Grading Zone dari Pasir diatas

Penyelesaian :

Lihat Gambar 6.a, 6.b, 6.c, 6.d

Gambarkan data diatas pada masing masing Gambar 6.a, 6.b, 6.c, 6.d, posisi

grafik data diatas, akan mendapatkan Zona Grading yang diinginkan.

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona I

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

13

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona II

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona III

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

14

Titik-titik merah berdasarkan data diatas di masukkan pada Zona IV

Dari ke empat Gambar diatas, yang paling cocok adalah Zona I

Jadi, Pasir berada pada Zona I

Dapat juga di tentukan tidak berdasarkan Gambar 6,

Note :

OK = berada dalam range

Not OK = berada diluar range

Secara manual :

Sieve(mm) Zone I Lolos Note

4.75 90 100 100 OK

2.36 60 95 75 OK

1.18 30 70 60 OK

0.60 15 34 32 OK

0.30 5 20 12 OK

0.15 0 10 6 OK

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.752.361.180.600.300.15

15

Sieve(mm) Zone II Lolos Note

4.75 90 100 100 OK

2.36 75 100 75 OK

1.18 55 90 60 OK

0.60 35 59 32 not OK

0.30 8 30 12 OK

0.15 0 10 6 OK

Sieve(mm) Zone III Lolos Note

4.75 90 100 100 OK

2.36 85 100 75 not OK

1.18 75 100 60 not OK

0.60 60 79 32 not OK

0.30 12 40 12 OK

0.15 0 10 6 OK

Sieve(mm) Zone IV Lolos Note

4.75 95 100 100 OK

2.36 95 100 75 not OK

1.18 90 100 60 not OK

0.60 80 100 32 not OK

0.30 15 50 12 not OK

0.15 0 15 6 OK

Zone I

100 berada dalam range : OK,

75 berada dalam range : OK





Zone II





12 berada diluar range : not OK


Zone III


16






Zone IV







Jadi dapat disimpulkan bahwa Grading Zone Pasir masuk pada Zona I

1.7.2 CONTOH MIX DESIGN

Diketahui :

GsPC = 3.15 t/m³

GsKr = 2.557 t/m³

GsPs = 2.65 t/m³

Max Aggregate = 20 mm

Grading Zona Pasir = 1 (lihat Grafik 6.a, 6.b, 6.c, 6.d)

Type Cement = OPC

Type Agregat = tidak pecah (uncrushed)

Usia pengetesan beton = 28 Hari

Slump yang diharapkan = 10-30 mm

Standard Deviasi = 5 Mpa (tabel 4)

Expose Beton = Moderate

Beton = Reinforce

Hitung fc’ (kubus) = 25 MPa

Jawab :

1) Karakteritisk Strength (kubus)= 25 MPa

Target rata rata = 25 + 1.64 x 5 = 33 Mpa

2) Mencari Max Free Water Cement Ratio dan Cement Content Minimum

Lihat Tabel 5, untuk Beton Reinforce : Tabel 5(b)

17

Exposure

Reinforced Concrete

Nominal Size Agg. (mm)

Max free

40 20 12.5 10 w/c ratio

Mild 220 250 280 290 0.65

Moderate 260 290 330 340 0.55

Severe 320 360 400 410 0.45

Very Severe 260 290 330 340 0.55

Didapat :

Max Free w/c Ratio = 0.55

Cement Content Minimum = 290 kg/m³

3) Mencari fc’ pendekatan dengan w/c ratio = 0.5 (Lihat Tabel 1.)

Type of Type of Compressive Strength

(N/mm²) Cement Coarse Age (days)

Aggregate 3 7 28 91

OPC or Uncrushed 18 27 40 48

SRPC Crushed 23 33 47 55

RHOC Uncrushed 25 34 46 53

Crushed 30 40 53 60

Didapat fc’ pendekatan = 40 Mpa

4) Mencari w/c ratio berdasarkan fc (target mean) = 33 MPa

Lihat Gambar 1.

33

0.580

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Co

mp

ressiv

e S

tren

gth

(M

Pa)


Graphic 1 : fc' vs w/c ratio

18

Berdasarkan fc’ (pendekatan) = 40 MPa dan w/c ratio = 0.5, perpotongan

antara titik 40 dan 0. 5 didapatkan garis merah.

target mean fc’= 33, dipotongkan dengan garis merah, didapat = 0.58

w/c ratio = 0.58

kemudian dibandingkan dengan langkah 2 dimana, w/c ratio max = 0.55

jadi digunakan w/c ratio = 0.55

5) Mencari free Water Content, gunakan tabel 2

Ukuran max Aggregat = 20 mm

Agregat jenis = uncrushed

Slump antara 10 -30

Slump (mm) 2 – 10 10 - 30 30 - 60 60 - 180

V - B (s) 12 6 - 12 3 - 6 0 - 3

Max Size Aggregate

10 Uncrushed 150 180 205 225

Crushed 180 205 230 250

20 Uncrushed 135 160 180 195

Crushed 170 190 210 225

40 Uncrushed 115 140 160 175

Crushed 155 175 190 205

Free water Content = 160 kg/m³

6) Menghitung Cement Content

langkah 4, w/c ratio = 0.55,

langkah 2, minimum Cement Content = 290 kg/m³

langkah 5, Free water content = 160 kg/m³

Cement Content = Free water cement / (w/c ratio) = 160/0.55 = 291 kg/m³

Bandingkan dengan minimum Cement Content = 290 kg/m³

Jadi Cement Content = 291 kg/m³

7) Mencari Wet Density

Data yang digunakan ,

Cement Content = 291 kg/m³

Gs Kerikil = 2557 kg/m³

Free water content = 160 kg/m³

Gunakan Gambar 2, untuk mencari Wet Density.

GsKr = 2557 berada diantara 2.5 dan 2.6,

Bikin garis diantara 2.5 dan 2.6

Dengan free water content = 160, dipotongkan dengan garis 2557,

Didapatkan nilai = 2365 kg/m³

19

Wet Density (GsW) = 2365 kg/m³

8) Mencari TOTAL Aggregate Content

Cement Content = 291 kg/m³ (langkah 6)

Free Water Content = 160 kg/m³ (langkah 5)

GsPC = 3150 kg/m³ (diketahui)

GsAir = 1000 kg/m³ (diketahui)

Total Agregat = GsW ( 1 – Cement Content/GsPC – Water Content/GsAir)

Total Agregat = 2365 ( 1 - 291/3150 – 160/1000)

Total Agregat = 1768 kg/m³

9) Mencari Proporsi antara Agregat Kasar dan Agregat Halus

Data yang diperlukan :

Ukuran Agregat Max = 20 mm

Slump = 10-30 mm

w/c ratio = 0.55 (langkah 4)

Grading Zone Pasir = I

Pilih Gambar 3, 4 dan 5,

ukuran Agregat Max = 20 mm

Pilih Gambar 4.a, 4.b, 4.c, 4.d

Slump = 10-30 mm,

Pilih Gambar 4.b

2365

160

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

100 120 140 160 180 200 220 240

Wet

Den

sit

y o

f C

on

rete

Mix

(kg

/m3)

Free water content (kg/m3)

Graphic 2 : Wet Density vs w/c ratio

2.9

2.8

2.7

2.6

2.5

2.4

20

Bikin garis pada titik 0.55, sampai Zone I.

Batas Atas dan Batas Bawah di bagi 2, didapat nilai 42

Jadi Propotion free Fine Aggregate (pasir) = 42%

10) Hitung Proporsi Coarse Aggregate (kerikil) = 100% - 42% = 58%

11) Mencari Free Fine Aggregate (pasir) dan Coarse Aggregate (kerikil)

Total Agregat = 1768 kg/m³ (langkah 8)

Fine Agregat Content = Proposi Fine Aggregat x Total Agregat

Fine Agregat Content = 42% x 1768 = 743 kg/m³

Coarse Agregat Content = Proposi Coarse Aggregat x Total Agregat

Coarse Agregat Content = 58% x 1768 = 1025 kg/m³

12) Jadi Komposisi Campuran adalah

Air = 160 kg/m³

Semen = 291 kg/m³

Pasir = 743 kg/m³

Kerikil = 1025 kg/m³

Total berat = 2219 kg/m³

Dengan kata lain proposi perbandingan antara air, semen, pasir dan kerikil

Air : Semen : Pasir : Kerikil = 160 : 291 : 743 : 1025

atau

Air : Semen : Pasir : Kerikil = 0.55 : 1 : 2.553 : 3.522

0.55

42

0

10

20

30

40

50

60

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Pro

po

rtio

n o

f F

ine A

gg

reg

ate

(%

)


Graphic 4.b: Proportion vs w/c ratio

II

III

IV

I

bab i material beton (mix design) 1.1. apa itu mix...

Documents