Pengaruh Temperatur pada BetonKeadaan di lapangan, seperti cuaca yang panas dan dingin, keadaan angin (windy atau calm), udara yang kering dan lembab serta transportasi/pengangkutan beton berbeda dengan kondisi pada waktu membuat rancangan beton di laboratorium. Sebagaimana diketahui bahwa sebagian besar wilayah Indonesia dapat dikategorikan sebagai daerah yang beriklim panas, sehingga banyak masalah yang harus diperhatikan. Yang harus diperhatikan dalam mengantisipasi keadaan dan kondisi tersebut, seperti: Adukan beton membutuhkan lebih banyak air "Slump-loss" akan terjadi lebih awal dan lebih cepat "Setting" lebih cepat Kemungkinan retak plastis (plastic cracking) lebih tinggi Kandungan udara (entrained air content) lebih sulit dikontrol Perawatan (curing) harus dilakukan lebih ketat.

Batasan Temperatur pada Beton.Umumnya temperatur beton yang dianggap memadai adalah berkisar antara 30C ~ 35C. 1. ACI - 305 2. British ( ICE ) 3. DIN - 1045 : Tmax pada saat penuangan = 32C : Tmax = 32C : Tmax = 30C : Tmax = 30C : Tmax = 32C : Tawal = 30C Tmax pada saat penuangan = 35C

4. Belanda (Stuvo) : Tmax = 32C 5. NZS - 3109 6. AS - 1480 7. JASS -5

Analisa Temperatur BetonRumus empiris dari PCA. Untuk Beton Normal. 0.22 (Ta Wa + Tc Wc) + Tw Ww + Twa Wwa T= 0.22 (Wa + Wc) + Ww + Wwa Untuk beton yang dicampur dengan es. 0.22 (Ta Wa + Tc Wc) + Tw Ww + Twa Wwa 112 Wi T= 0.22 (Wa + Wc) + Ww + Wwa+ WI Rumus empiris dari JASS-5 (1982) menggunakan rumus yang sama dengan diatas, kecuali koefisien 0.22 diganti dengan 0.20 dimana:

Rumus empiris dari JASS-5 (1982) menggunakan rumus yang sama dengan diatas, kecuali koefisien 0.22 diganti dengan 0.20 dimana:

T adalah temperatur dari adukan beton.. Ta , Tc , Tw dan Twa , berturut-turut adalah temperatur agregat, cement, air pencampur dan air pada agregat. . Wa , Wc , Ww , Wwa , dan Wi , berturut-turut adalah berat agregat, cement, air pencampur, air pada agregat dan berat es yang dicampur.

wxc +t T! 100dimana: T = suhu puncak (derajad Celcius) w = berat semen (kg/m3) c = koefisien yang bernilai 12 - 14 t = temperatur udara luar (ambient temperature) Contoh, mutu beton fc-30 jumlah semen yang dipakai 300 kg/m3, fly-ash 50 kg/m3 dan temperatur udara luar 30rC, temperatur di dalam beton menurut rumus di atas dapat mencapai nilai 76rC dan untuk mencegah terjadinya retakan, maka di permukaan beton temperatur tidak boleh lebih rendah dari 56rC. Catatan: Berat fly-ash dalam perhitungan rumus diatas dianggap setara dengan 0.50 x berat semen.

Hubungan antara Temperatur Beton , Aggregate dan Air

Retakan dan Cacad pada Beton

Mengapa Beton Retak (Why concrete cracks) ?????

dan Bagaimana Terjadinya Retak ???

Fakta yang tak bisa dihindari: Beton akan mengalami Susut, Retak dan Lengkung

Retakan dapat terjadi pada saat beton belum mengeras (masih plastis) yang sering disebut Setting Shrinkage dan Settlement Shrinkage . Retakan ini masih dapat berkembang dan berlanjut walaupun beton sudah mengeras yang biasanya diakibatkan oleh curing/perawatan yang buruk.

Penyebab Utama Retakan pada BetonSalah satu penyebab utama yang sering dijumpai pada beton yang tebal atau mass concreting adalah karena terlalu menganggap ringan atau karena kurang paham terhadap perilaku beton akibat Early Thermal Movement

Leonhardt :Temperature plays a much more important role in causing stresses than most engineers are aware of

Apa yang dimaksudkan dengan Shrinkage atau Susut

Definisi yang sederhana dan mudah dimengerti dari Shrinkage adalah:Reduksi volume beton akibat hilangnya air dari dalam beton. Rule of thumb :

Setiap penambahan 1% air akan mengakibatkan peningkatan shrinkage sebesar 2%

Susut (Shrinkage) Beton.Susut Beton adalah merupakan Perpendekan Beton menjelang pengeringan dan pengerasan, dan sering disebut Drying Shrinkage atau sering disingkat dengan Shrinkage saja. Regangan Susut tidak tergantung pada kondisi tegangan dari beton, tetapi banyak bergantung pada Relative Humidity (RH) terutama bila RH e 40% serta faktor-faktor lainnya yang meliputi:a. Cement dan Water Content. Makin tinggi kadar semen atau kadar airnya, susut makin tinggi. b. Komposisi dan Kehalusan Semen. Makin halus semen makin tinggi tingkat expansinya. Penggunaan High-Early-Strength dan Low-Heat Cement akan menghasilkan susut yang lebih tinggi dibandingkan dengan jenis Portland Cement normal. c. Jenis, Kandungan dan Gradasi Aggregate. Makin kecil aggregate, makin besar susutnya dan sebaliknya.

d. Ambient Condition, Moisture dan Temperature. Beton yang mengalami moist condition akan menghasilkan expansi antara 200 ~ 300 x 10-6 , tetapi bila mengalami pengeringan (dry in air), maka akan mengalami susut. e. Admixtures. Admixtures yang bersifat water reducer akan mereduksi susut. f. Ukuran dan Bentuk dari beton. Pada drying condition, penyusutan pada beton massa besar (large mass concrete) akan bervariasi mulai dari permukaan sampai ke-dalam betonnya, hal ini akan mengakibatkan nilai susut yang ber-beda dan akan menimbulkan tegangan tarik internal (internal tensile stresses) dan bila melampaui perbedaan regangan tertentuakan mengakibatkan retak pada beton (biasanya pada differential strain sebesar 200 x 10-6 , yaitu dengan asumsi thermal expansion dari beton sebesar 10 x 10-6 per C .

g. Tingkat Perawatan (Curing). Perawatan beton harus mendapat perhatian khusus, terutama pada 7 hari pertama setelah pengecoran. Secara kualitatif pada umumnya 15% ~ 30% terjadi pada 2 minggu pertama, 40% ~ 80% pada jangka waktu satu bulan dan 70% ~ 85% dalam jangka satu tahun. h. Kandungan dan Distribusi Tulangan. Beton yang mengalami penyusutan akan menimbulkan tegangan tarikpada beton dan tegangan tekan yang sama besarnya pada baja tulangan dan tegangan tersebut akan bertambah dengan adanya beban. Demikianlah prosesnya mengapa beton mengalami retak pada betonyang mengandung prosentase tulangan yang tinggi. Dengan demikiantulangan harus tersebar lebih baik dan merata sehingga dapat mereduksi perbedaan tegangan internal tersebut (differential internal stresses).

Kehilangan atau lepasnya air (evaporasi) dari dalam beton diakibatkan oleh proses physical dan chemicalPhysical : sedimentation (bleeding), absorpsi oleh form-work, absorpsi oleh porous aggregate, vacuum treatment. Chemical : berkurangnya air akibat reaksi kimiawi pada saat proses hidratasi/ pengerasan beton sehingga timbul perubahan volume dari beton. Reduksi volume air berkisar ~ 25%

Lantai beton mengalami tingkat penyusutan relatif cukup lambat (slow rate).Pada awalnya relatif cepat : Pada 30 hari pertama penyusutan ~ 30% Tahap berikutnya Selanjutnya : Pada 335 hari berikutnya : Pada tahun pertama ~ 50%-60% ~ 80%-90%

Tingkat laju susut dari beton menurun dengan meningkatnya waktu , dan besaran susutnya berkisar antara 0.0002 ~ 0.0006, tetapi kadang-kadang dapat mencapai sampai 0.0010. Secara diagramatis , hubungan antara Regangan Susut terhadap Waktu adalah sebagai berikut:

Plastic CrackingPlastic cracking terjadi pada saat beberapa jam sebelum beton mengeras. Plastic cracking ada 2 jenis, yaitu: j Plastic settlement cracking, dan j Plastic shrinkage cracking Plastic settlement cracking biasanya terjadi pada kolom, balok tinggi dan dinding. Plastic shrinkage cracking biasanya terjadi pada lantai. Plastic cracking berhubungan erat dengan bleeding yang mengakibatkan retakan, terutama pada bagian permukaan.

Riwayat Retakan pada Beton

Plastic Shrinkage Cracks akibat 2 lapisan yang mempunyai w/c ratio yang berbeda

Shrinkage Cracks dari beton baru yang dicor diatas beton lama

Shrinkage Cracks akibat pemadatan yang berlebihan pada flowable concrete yang mengakibatkan terjadi segregasi.

Shrinkage Cracks yang timbul antara 2 angkur tulangan

Shrinkage Cracks pada massa beton yang besar/tebal

Shrinkage Cracks pada lapisan beton yang tipis diatas beton tebal

Plastic Settlement Cracks

Structural Cracks (Retak Struktur)

Plastic Shrinkage Cracks

Thermal Contraction Cracks

Retakan akibat Korosi pada Tulangan

Retakan akibat reaksi dari Agregat Alkali

Retakan yang disebabkan oleh tahanan pondasi pada saat dinding mengalami Penyusutan (dinding dicor terpisah dari Fundasi)

Retakan akibat Pergerakan dari Cetakan.

Retakan akibat Beton diatas Tulangan mengalami Penurunan

Retakan akibat Korosi dari Baja Tulangan.

Retakan akibat Penurunan dari sebagian Subgrade.

Perbedaan Suhu akan mengakibatkan Elemen Berdeformasi / Bergerak terhadap Cetakan ( Gerak Bebas )

Retakan disebabkan oleh Perbedaan Suhu pada Elemen yang mengalami Tahanan ( gerak tidak bebas)

Retakan disebabkan oleh Perbedaan Suhu dan Deformasi pada suatu unit yang tertahan (pergerakan tidak bebas)

Panas Hidrasi pada Mass ConcretePada pengecoran beton yang massanya besar dan tebal akan menimbulkan masalah sehubungan dengan terkekangnya panas hidrasi di bagian dalam dari beton selama proses pengerasan. Masalahnya adalah, bahwa di dalam beton tidak boleh terjadi perbedaan temperatur lebih dari 20rC (menimbulkan perbedaan regangan kurang lebih 200 x 10-6, yang akan menimbulkan peretakan). Berdasarkan pengalaman di Jakarta, setiap 100 kg semen/m3 akan menghasilkan kenaikan temperatur sebesar 12rC sampai dengan 14rC, dan selanjutnya panas hidrasi yang dapat timbul di dalam beton dapat dihitung dari rumus dibawah ini:

Masalah Thermal Cracking timbul karena:1. Makin besar volume pengecoran "mass concreting" maka makin lama masa pendinginan dari beton tersebut. (Tingkat laju pendinginan meningkat secara exponential terhadap tebal beton). 2. Tingginya kandungan semen 3. Penggunaan w/c ratio yang tinggi (sebaiknya antara 0.40-0.45) Faktor-faktor lain yang ikut memicu retakan antara lain adalah: 1. Pola pengecoran a. Elemen horizontal, ratio panjang/lebar > 1.50 b. Elemen vertical. panjang/tinggi > 3 2. Jarak antar tulangan yang terlalu besar (batas maksimum 30 cm,tetapi sebaiknya sekitar 20 cm). 3. Curing dan perbedaan temperatur pada beton dan sekelilingnya.

Reminder :

wxc +t T! 100

dimana: T = suhu puncak (derajad Celcius) w = berat semen (kg/m3) c = koefisien yang bernilai 12 - 14 t = temperatur udara luar (ambient temperature) Contoh, mutu beton fc-30 jumlah semen yang dipakai 300 kg/m3, fly-ash 50 kg/m3 dan temperatur udara luar 30rC, temperatur di dalam beton menurut rumus di atas dapat mencapai nilai 76rC dan untuk mencegah terjadinya retakan, maka di permukaan beton temperatur tidak boleh lebih rendah dari 56rC. Catatan: Berat fly-ash dalam perhitungan rumus diatas dianggap setara dengan 0.50 x berat semen.

PONDASI TC 2 T ERMOCOUPLE 1100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 SU U 50,0 40,0 30,0 20,0 10,02 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0,0

ther o oup e 1 ap an atas ther o oup e 1 ap san tengah1 ther o oup e 1 ap san tengah2 ther o oup e 1 ap san baw ah ther o oup e 1 de asi atas-tgh1 ther o oup e 1 de iasi tgh1-tgh2 ther o oup e 1 de iasi tgh-bw h M AM N (C)

24 a

per a

a

24 a

edua

3 rd

4 h

WAKTU

Kandungan semen dikurangi, agar temperatur puncak ikut turun

5 th

6 th

7 th

8 th

9 th

SUHU 100 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 00 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 am pe ama

he mo oup e 4 de a gh-b h

he mo oup e 4 de a a a - gh

he mo oup e 4 ap an ba ah

he mo oup e 4 ap an engah

he mo oup e 4 ap an a a AKTU

24 am kedua 3d 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10 h 11 h 12 h 13 h 14 h 15 h 16 h 17 h 18 h

PONDASI TC 1 TERMOCOUPLE 4

Temperatur terlalu cepat turun ??????

Berbagai Jenis Pola Retak

Tindakan Preventif untuk meminimalkan retakan:

Siapkan subgrade yang padat dan rata

Gunakan gradasi yang memadai dan beton yang seragam Untuk floor on ground rencanakan expansion/contraction, isolation dan control joints

Reminder:

Untuk mengakomodasikan susut beton perlu dibuat control joints Control joints dapat di-sealed dan lebih mudah di-maintained dibandingkan Retak tak beraturan (Random cracks)

Kontrol temperatur beton baik dalam keadaan basah maupun setelah beton mengeras

Lakukan curing dengan baik dan perhatikan kondisi sekeliling

Ketentuan Lebar Retak.

Pengukuran lebar retak

Crack Meter Crack Microscope

Crack Microscope Elcometer

Dalam segala hal semua retakan yang diisi dengan bahan repair harus dibersihkan. Jenis bahan yang dipergunakan sangat tergantung pada sifat retakan. Ada 2 sifat retakan: Active Cracks dan Dormant Cracks Khusus untuk Active Cracks biasanya dipakai Semi-Rigid material sedangkan untuk Dormant Cracks dapat dipakai Rigid Epoxy.

Teknik repair dan bahanActive cracksjacketing stitching stressing coating dry pack injection grinding Jacketing shotcreting stressing coating grinding shotcreting resurfacing elastomeric sealants Jacketing material bituminous coatings dry pack elastomeric sealants epoxies atau polymers expanding mortar fast setting materials Jacketing material latex modified concrete grouting mortar epoxies atau polymers latex modified concrete fast setting materials grouting mortar

Dormant cracks

Crazing

Construction tips to preventing cracks1. Pastikan subgrade berada pada kondisi padat 2. Pergunakan w/c yang rendah : 0.40-0.45 3. Perawatan pelat dengan benar dan baik. 4. Sediakan waktu curing yang cukup. 5. Tentukan penempatan control joints. 6. Tentukan penempatan contraction joints ~ 30 X tebal pelat 7. Tentukan penempatan isolation joints. 8. Gunakan admixture yang tepat. Hindari penggunaan admixtures yang mengandung calcium chloride 9. Early entry sawing: Biasanya dilakukan kurang lebih antara 1-2 jam setelah pengecoran tetapi sebelum final set dengan kedalaman cutting ~ 1

Construction tips to preventing cracks10. Hindari terjadinya perbedaan temperature yang extreme 11. Hindari penggunaan semen yang berlebihan. 12. Penggunaan reducing drying shrinkage admixture bila diperlukan. 13. Penggunaan fiber sintetis untuk mengendalikan plastic shrinkage cracks 14. Penempatan tulangan yang sesuai 15. Penempatan "kaki ayam" yang sesuai dan dengan jumlah yang cukup 16. Penambahan tulangan pada daerah yang diskontinu. 17. Jangan membongkar bekisting terlalu awal. 18. Terjadi pergerakan formwork pada beton menjelang perkerasan dan juga pada beton muda.

ACI 318-2008

Kuat tekan suatu mutu beton (utk benda uji yang dirawat dilaboratorium) dapat dinyatakan memenuhi syarat jika kedua syarat berikut ini dipenuhi. 1). Setiap nilai rata-rata dari tiga uji kuat tekan yang berurutan mempunyai nilai sama atau lebih besar dari fc' 2). Tidak ada nilai uji kuat tekan rata-rata (yang dihitung sebagai nilai rata-rata dari dua hasil uji) mempunyai nilai dibawah fc' lebih dari 3.50Mpa untuk mutu beton fc 35 Mpa, dan tidak ada nilai uji kuat tekan rata-rata (yang dihitung sebagai nilai rata-rata dari dua hasil uji) mempunyai nilai dibawah fc' lebih dari 0.10 fc untuk mutu beton fc > 35 Mpa Catatan: Benda uji silinder dapat berukuran 100 mm X 200 mm atau 150 mm X 300mm.

Contoh Acceptance Criteria untuk Beton. fc 30 Mpa Dalam contoh ini ada 10 benda uji silinder dari batch yang sama

Test No. Cylinder # 1 Cylinder # 2

Hasil uji kuat tekan rata-rata

Rata rata dari 3 consecutive test (berurutan)

1 2 3 4 5

32.50 29.00 34.00 28.50 40.00

33.00 30.50 32.50 29.00 39.00

32.75 29.75 33.25 28.75 39.50 31.92 30.58 33.83

Catatan: 1. Yang dimaksut dengan hasil uji kuat tekan (strength test) adalah hasil rata-rata dari kuat tekan 2 silinderyang dibuat dari batch yang sama dan diuji pada waktu yang bersamaan. 2. ilai 31.92 adalah nilai rata-rata dari 32.75; 29.75 dan 33.25, ilai 30.58 adalah nilai rata-rata dari 29.75; 33.25 dan 28.75, ilai 33.83 adalah nilai rata-rata dari 33.25; 28.75 dan 39.50.Kuat tekan suatu mutu beton (utk benda uji yang dirawat dilaboratorium) dapat dinyatakan memenuhi syarat jika kedua syarat berikut ini dipenuhi. 1). Setiap nilai rata-rata dari tiga uji kuat tekan yang berurutan mempunyai nilai sama atau lebih besar dari fc' 2). Tidak ada nilai uji kuat tekan rata-rata (yang dihitung sebagai nilai rata-rata dari dua hasil uji) mempunyai nilai dibawah fc' lebih dari 3.50Mpa untuk mutu beton fc 35 Mpa, dan tidak ada nilai uji kuat tekan rata-rata (yang dihitung sebagai nilai rata-rata dari dua hasil uji) mempunyai nilai dibawah fc' lebih dari 0.10 fc untuk mutu beton fc > 35 Mpa .

Evaluasi -1 : ilai rata-rata dari tiga uji kuat tekan yang berurutan adalah 31.92 Mpa Criteria 1): Dari ketiga hasil tersebut terlihat bahwa ketiga hasil uji kuat tekan > 30 Mpa. Criteria 2): Dari hasil diatas terlihat ada hasil uji tekan terendah yang diperoleh yaitu 29.75 Mpa, tetapi nilai ini masih memenuhi syarat karena 29.75 Mpa > 26.50 Mpa. Jadi dapat disimpulkan hasil uji menunjukkan beton fc-30 dipenuhi. Untuk evaluasi pengujian selanjutnya bila masih dalam batch yang sama maka jumlah silender cukup ditambah 2 silinder saja (bukan 6 silinder) dan evaluasi kedua dapat dilanjutkan sebagai berikut:

Evaluasi -2 : ilai rata-rata dari tiga uji kuat tekan yang berurutan adalah 30.58 Mpa Criteria 1): Dari ketiga hasil tersebut terlihat bahwa ketiga hasil uji kuat tekan > 30 Mpa. Criteria 2): Dari hasil diatas terlihat ada hasil uji tekan terendah yang diperoleh yaitu 28.75 Mpa (nilai terendah), tetapi nilai ini masih memenuhi syarat karena 28.75 Mpa > 26.50 Mpa. Untuk evaluasi pengujian selanjutnya bila masih dalam batch yang sama maka jumlah silender cukup ditambah 2 silinder lagi (jadi ada 10 silinder) dan evaluasi ketiga dapat dilanjutkan sebagai berikut

Evaluasi -3 : ilai rata-rata dari tiga uji kuat tekan yang berurutan adalah 33.83 Mpa Criteria 1): Dari ketiga hasil tersebut terlihat bahwa ketiga hasil uji kuat tekan > 30 Mpa. Criteria 2): Dari hasil diatas terlihat ada hasil uji tekan terendah yang diperoleh yaitu 28.75 Mpa, tetapi nilai ini masih memenuhi syarat karena 28.75 Mpa > 26.50 Mpa. Untuk evaluasi pengujian selanjutnya jika masih dalam batch yang sama maka jumlah silender cukup ditambah 2 silinder lagi (jadi ada 12 silinder) dan evaluasi keempat dapat dilanjutkan dan seterusnya.

Jika evaluasi pengujian lanjutan diambil dari batch yang berlainan, maka prosedur uji dan evaluasi harus dilakukan seperti semula yang diawali dengan 6 buah benda uji silinder lagi dan seterusnya Dari contoh tersebut terlihat bahwa untuk melakukan evalusi mutu beton awal dibutuhkan minimum 6 buah silinder.

Hubungan Tegangan - Regangan Beton .Kinerja (performance) Struktur Beton yang dibebani sangat dipengaruhi oleh pola pembebanan dan hubungan Tegangan - Regangan dari Beton dan Baja Tulangannya. Berikut ini akan diperlihatkan berbagai bentuk kurva hubungan Tegangan - Regangan (Stress-Strain relationship) untuk Beton tanpa kekangan (Unconfined Concrete) dan pembebanan non-siklik pada umur 28 hari.

Kurva Typical Stress-Strain dari berbagai mutu beton dengan beban uniaxial dari Hassoun (Unconfined).

Catatan: 1 Mpa ~ 10 kg/m2

Hubungan Tegangan - Regangan dari berbagai mutu Beton dari R. Park and T. Paulay.

Hubungan Tegangan - Regangan untuk Beton Biasa dan Beton Mutu Tinggi menurut Ahmad and Shah serta peneliti lainnya.

Beton Biasa

Beton Mutu Tinggi

Hubungan Tegangan - Regangan dari berbagai mutu Beton Biasa dan Beton Mutu Tinggi , menurut Report Portland Cement Association.

Hubungan antara Ratio Tegangan / Kuat Tekan vs Regangan Beton untuk berbagai Mutu Beton menurut Rsch .

Hubungan antara Ratio Tegangan / Tegangan Batas vs Regangan Beton untuk berbagai Mutu Beton dari Hassoun.

Dari berbagai Diagram Stress - Strain Relationship yang diperlihatkan tersebut dapat ditarik berbagai kesimpulan yang menarik:1. Semua kurva menunjukkan bentuk garis lurus pada tegangan rendah (straight elastic portion) dan kurva mulai melengkung dan mencapai tegangan maksimum pada regangan sekitar 0.002 dan mencapai keruntuhan pada regangan sekitar 0.003. 2. Beton dengan mutu tinggi lebih getas dan kurang daktail dibandingkan dengan beton yang mutunya lebih rendah. Jadi artinya beton dengan mutu yang lebih rendah akan mengalami keruntuhan pada regangan yang lebih tinggi dibandingkan dengan beton mutu tinggi. 3. Pada beban kerja tegangan beton dapat mencapai hingga separuh dari kuat tekan maksimumnya dan juga terlihat bahwa dengan ratio tegangan yang sama, deformasi beton akan meningkat dengan meningkatnya mutu beton. Selanjutnya juga terlihat bahwa untuk setiap pasangan dari dua jenis beton yang berbeda, ratio deformasinya akan lebih kecil dibandingkan dengan ratio kuat tekannya.

Kuat Tarik Beton .Beton merupakan bahan yang getas dan tidak mampu menahan tegangan tarik yang tinggi, yang sangat penting peranannya dalam peninjauan masalah retakan (cracking), geser (shear) dan torsi (torsional). Pada umumnya , uji tarik langsung dari beton tidak dianjurkan karena kurang reliable yang disebabkan oleh adanya permasalahan misalignment, konsentrasi tegangan dari alat pemegang benda uji khusus untuk uji tarik. Berdasarkan pertimbangan tersebut maka pada umumnya dilakukan uji tarik tak langsung, yaitu menggunakan metoda dari Fernando Carneiro (kebangsaan Brazilia) yang kemudian dikenal sebagai Brazilian Test atau Splitting Test.

Split Cylinder Test untuk Uji Kuat Tarik.Tinjau suatu element sejarak y dari serat tepi atas, maka diperoleh:

f2 =f1 = Splitting strength f2 = Compressive strength

2P TLD 2P TLD

D2 y (D-y)

-1

f1 =

Untuk benda uji silinder ( 150mm x 300mm) pada jarak y = D/2 diperoleh:

f2 = 0.0265 P f1 = 0.0088 P

Hubungan antara Splitting Tensile Strength dan Compression Strength menurut Mirza, Hatzinikolas dan MacGregor.

f1 = 0.53 fc [Mpa]

fr = 0.50 fc [Mpa]

Dari berbagai Uji Tarik dapat disimpulkan beberapa nilai empiris sebagai berikut: f1 = (0.50 ~ 0.58) fc ft = (0.50 ~ 0.70) f1 ft = kuat tarik (tensile strength) Secara umum Kuat Tarik (Tensile Strength) dari beton ft adalah kurang lebih: ft = (7% ~ 11%) fc ft.av = 10%. fcMakin rendah mutu beton, makin tinggi kuat tarik relatifnya. Perlu dicatat bahwa kuat tarik untuk perancangan bervariasi pada setiap Peraturan.

Kuat Lentur(Modulus Runtuh / Modulus of Rupture) dari BetonBerbagai penelitian dan percobaan yang dilakukan pada balok beton menunjukkan indikasi bahwa Kuat Tarik (Ultimate Tensile Strength) dalam lentur lebih tinggi dari kuat tarik yang diperoleh melalui splitting tests. Kuat lentur beton biasanya dinyatakan dalam Modulus Runtuh fr , yaitu Kuat Tarik maksimum beton dalam keadaan lentur. Uji beban dilakukan melalui uji balok berukuran (150x150x700mm) dengan panjang bentang perletakan sebesar 600mm yang dibebani dengan 2 beban terpusat hingga runtuh. Uji beban pada ukuran balok yang lebih kecil juga memungkinkan, yaitu dengan dimensi (100x100x500mm) dan panjang bentang 400mm.

Skema pembebanan benda uji balok beton (tanpa tulangan) untuk pengujian Kuat Lentur.

Dari berbagai pengujian diperoleh nilai korelasi antara Modulus Runtuh dengan Kuat Tekan-nya. fr = 11% ~ 23% fc , atau rata-rata : fr = 15% fc Beberapa persamaan empiris dari Modulus Runtuh untuk perhitungan lendutan adalah: CEB : fr = 0.79fc ACI-2008 : fr = 0.70fc ; =10% ~ 15% fc Bila Modulus Runtuh dikorelasikan terhadap Splitting Strength f1 maka : fr = (1.25 ~ 1.50) f1

Kuat Geser (Shear Strength) Beton.Kuat geser murni jarang ditemukan pada struktur beton, demikian juga pada berbagai percobaan dan pengujian di laboratorium. Hasil uji sangat bervariasi , yaitu berkisar antara 20% ~ 85%. Hal ini disebabkan sulit mengisolasi tegangan geser murni terhadap tegangantegangan lainnya serta keruntuhan yang terjadi juga merupakan keruntuhan getas.

Ketentuan Geser yang diperhitungkan untuk kondisi seismik , lihat pada ACI-2008; 21.3.3.1 dan 21.3.4.2 dan perlu diingat strength reduction factor J yang dipakai adalah=0.75.

Modulus Elastisitas Beton.* Modulus Elastisitas adalah suatu ukuran dari Kekakuan (Stiffness) atau daya tahan bahan terhadap deformasi. * Modulus Elastisitas ditentukan dari perubahan Tegangan terhadap Regangan dalam batas elastisnya. * Dengan demikian , Modulus Elastisitas Beton Ec secara umum ditentukan sebagai berikut:Unit Stress (tegangan) Ec = Unit Strain (regangan)

Sebagaimana diketahui, bahwa beton merupakan bahan yang Elastoplastis dimana tegangan pada dasarnya tidak proporsional terhadap regangan. Hubungan Tegangan-Regangan merupakan garis / kurva lengkung. Dengan demikian bentuk kurva tersebut dapat dinyatakan dalam suatu bentuk persamaan umum sebagai berikut:

Regangan = K ( Tegangan )m ataum

I = K.fdimana : I f

= regangan ( strain ). = tegangan (stress).

K,m = konstanta.

Hubungan Tegangan - Regangan dan Modulus Elastisitas Beton.Tangent Modulus Awal Tangent Modulus pada tingkat tegangan mencapai nilai fc

Secant Modulus pada tingkat tegangan mencapai nilai fc Secant Modulus pada tingkat tegangan mencapai nilai 0.50 fc

Dari gambar Hubungan Tegangan-Regangan dan Modulus Elastisitas tersebut dapat dilihat bahwa Modulus Elastisitas berubah terhadap tingkatan beban yang bekerja , dan untuk jangka panjang ratio tegangan terhadap regangan total menjadi suatu besaran yang variable. Dengan demikian secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:

d fc Ec = d IcKarena sulit menentukan Ec , maka lebih mudah jika yang dipakai sebagai dasarnya adalah Secant Modulus yang ditunjukkan oleh garis (c) , dan Ic dinyatakan sebagai :

Ic = Ie + Ipdimana:

Ic = regangan total beton. Ie = regangan elastis beton Ip = regangan plastis beton.

Selanjutnya jika, F = Ip / Ic = koefisien regangan plastis K = Ie / Ic = koefisien regangan elastis = [( Ic - Ip ) / Ic ] = ( 1 - F ). Ee = tan Ea maka,

fc = Ec . Ic = Ee . Ie atau Ec = Ee (Ie / Ic ) = K . Ee = ( 1 - F ) . Ee

a. Untuk bahan yang Elastis Murni, Ip-----> 0 dan F -----> 0, sehingga Ec = Ee .

b. Untuk bahan yang Plastis Murni, Ip----->w dan K -----> 0, sehingga Ee----> 0. c. Karena beton bahan yang Elasto Plastis, maka nilai K tergantung pada besaran tegangan dan jangka waktu pembebanan yang menimbulkan pengaruh Creep. Nilai F dapat bernilai antara 0 - 0.80 (untuk pembebanan jangka panjang).

Uraian tersebut adalah merupakan dasar dari penentuan Modulus Elastisitas Beton dan dari berbagai penelitian kemudian ditentukan suatu nilai empiris yang praktis untuk dipergunakan dalam praktek, yaitu seperti yang ditentukan dalam ACI atau SNI. Penetapan Modulus Elastisitas dalam ACI dan SNI adalah berdasarkan sudut kemiringan dari tegangan nol (0) sampai dengan tegangan 0.45 fc (Secant Modulus pada taraf tegangan 0.45 fc ) :

Ec = 33.wc1.5.fc... [psi] ; dan wc ... [pcf]. atau Ec = 0.043.wc1.5.fc... [Mpa] ; dan wc ... [kg/m3]. atau Ec = 0.0137.wc1.5.fc... [kgf/cm2] ; dan wc ... [kg/m3]. Untuk Beton Normal dimana wc antara 1500 ~ 2500 kg/m3, Ec dapat dinyatakan sebagai berikut: Ec = 57000fc... [psi] atau Ec = 4730fc... [Mpa] dibulatkan menjadi: Ec = 4700fc... [Mpa] atau Ec = 15200fc... [kgf/cm2]

Rangkak Beton (Creep).Sebagaimana diketahui bahwa beton adalah bahan yang bersifat Elastoplastis dan bila diawali dengan tegangan yang kecil, maka beton akan berdeformasi elastis , dan bila beban ditambah secara bertahap, maka deformasi yang terjadi tersebut terdiri dari Deformasi Elastis dan Plastis atau berupa Regangan Elastis dan Plastis. Pengujian creep beton terhadap silinder adalah sbb:

Gambar menunjukkan pengujian creep pada serangkaian silinder.

Benda uji silinder belum dibebani. Silinder mulai dibebani, benda uji mengalami Dalam taraf beban deformasi Elastis = I1 yang sama, deformasi berlanjut dan timbul deformasi elastis dan rangkak (creep) =

I1+ I2

Beban dihapus, dan ternyata masih ada sisa deformasi yang tidak kembali kekeadaan semula yang besarnya = (I1 + E I2).

Histori Pembebanan dan Deformasi Rangkak (Creep) dapat dilihat dalam gambar berikut ini. Perlu diketahui bahwa Dalam Keadaan Pembebanan Tetap , Deformasi Plastis terus berlangsung dalam jangka panjang (tahunan), tingkat lajunya cukup tinggi pada empat ( 4 ) bulan pertama setelah dibebani dan selanjutnya menurun terhadap waktu.

Berbagai Faktor yang mempengaruhi Creep:a. Tingkat / taraf Tegangan yang bekerja. Rangkak (creep) akan meningkat dengan meningkatnya tegangan (untuk mutu beton dan jangka waktu pembebanan yang sama). b. Jangka Waktu Pembebanan. Creep meningkat untuk jangka waktu pembebanan yang panjang. Sekitar 80% dari creep terjadi dalam jangka waktu pembebanan selama 4 bulan dan 90% setelah jangka waktu 2 tahun. Penelitian yang dilakukan oleh Troxell, Davis dan Raphael memberikan gambaran pada percobaan pembebanan selama 20 tahun adalah sebagai berikut: 18% ~ 35% , terjadi dalam jangka waktu 2 minggu. 30% ~ 70% , terjadi dalam jangka waktu 3 bulan. 64% ~ 83% , terjadi dalam jangka waktu 1 tahun. c. Kekuatan dan Umur Beton. Creep cenderung berkurang jika beton dibebani pada umur yang lebih tinggi.

d. Ambient Conditions. Creep akan berkurang jika Humidity dari ambient conditions meningkat. e. Tingkat Laju Pembebanan. Creep meningkat dengan meningkatnya tingkat laju (rate) pembebanan. f. Prosentase dan Distribusi(penyebaran) Baja Tulangan. Creep cenderung berkurang pada prosentase tulangan yang lebih tinggi dan penyebaran tulangan yang baik serta merata. g. Ukuran Massa Beton. Creep akan berkurang dengan membesarnya massa beton. h. Jenis, Kandungan dan Kehalusan Cement. Kandungan semen membawa pengaruh yang besar terhadap final creep karena creep dari semen ~ 15 kali creep dari beton. i. Water-Cementitious Ratio. Creep akan meningkat dengan meningkatnya w/c ratio. j. Jenis dan Grading dari Aggregate. Grading yang baik akan menghasilkan beton yang lebih padat sehingga akan mereduksi creep.

k. Cara Perawatan. Perlu dipahami bahwa creep timbul tidak hanya pada keadaan compression saja, tetapi juga pada keadaan tension, bending dan torsion. Ratio dari tingkat laju creep dalam keadaan tension terhadap compression akan " pada 1dan 2 minggu pertama, dan kemudian akan berkurang dalam jangka panjang. Pengaruh creep (rangkak) sangat penting dalam menentukan Lendutan dari Pelat dan Balok Beton, terutama untuk jangka panjang. Hal ini akan mempengaruhi stabilitas dari Struktur Beton yang dirancang. Sebagai tambahan, Deformasi Plastis juga berpengaruh pada Fatigue Beton. Beton dalam keadaan compression yang mengalami pembebanan siklik sebanyak 2 juta mempunyai Fatigue Limit sekitar 50% ~ 60% dari Kuat Tekan Statiknya, dan untuk Balok Beton kurang lebih ~ 55%.

Berbagai Peneliti memberikan berbagai bentuk persamaan dalam menentukan creep beton. Tetapi salah satu bentuk yang cukup sederhana dan praktis untuk dipergunakan adalah bentuk persamaan sebagai berikut.

Cr = X tDimana : Cr = regangan creep per unit stress per unit panjang. X,Y = konstanta yang ditentukan berdasarkan experimental.

y

t

= waktu dinyatakan dalam hari.

Untuk Beton Normal pada umur 28 hari adalah:

Cr = 0.13 t

3

Permeabilitas Beton.Pada umumnya Permeabilitas Beton diartikan sebagai ukuran Kemudahan Lolos Air menembus beton. Terminologi dari Permeabilitas sekarang umumnya diartikan sebagai ukuran Kemudahan Lolosnya Ion-ion melalui pori-pori suatu larutan. Pengujian Permeabilitas beton biasanya mengikuti prosedur dari ASTM C-1202, API-RP 27, AASHTO T 259, T 277.Gambar peralatan uji hidrolik permeabilitas.

Hasil Uji Permeabilitas Beton dengan berbagai nilai Water-Cement Ratio.

Beberapa Nilai Permeabilitas Bahan Beton adalah sebagai berikut:a. Permeabilitas dari Matured Hardened Paste : 0.10 x 10-12 ~ 120 x 10-12 untuk w/c antara 0.30 ~ 0.70 b. Permeabilitas dari Batuan (Rock) yang umumnya dipakai untuk campuran beton bervariasi antara 1.7 x 10-9 ~ 3.5 x 10-13 cm/sec. c. Permeabilitas untuk Beton yang berkualitas baik kurang lebih 1 x 10-10 cm/sec.

Temperature Expansion. (Expansi akibat suhu).Perubahan suhu dapat disebabkan oleh kondisi lingkungan atau akibat hidrasi semen. Beberapa percobaan penelitian memberikan nilai E yang berbeda untuk beton yang mengandung jenis aggregate yang berbeda. Nilai Ec pada Beton berkisar antara : 6 x 10-6 ~ 13 x 10-6 / C , atau rata-rata Ec = 10 x 10-6 / C. Koefisien Expansi Es pada Baja Tulangan Es = 12 x 10-6 / C Koefisien Expansi Beton Bertulang E rata-rata: E = 10 x 10-6 / C ~ 11 x 10-6 / C

Durability (Keawetan) Beton.Durabilitas Beton adalah Kemampuan Beton Bertahan terhadap Kerusakan / Kemunduran Kinerja akibat Pengaruh Lingkungan atau Pengaruh Lainnya.

ACI - 201 , memberikan uraian Ketahanan Beton terhadap serangan Cuaca, Kimiawi, Abrasi atau Akibat Proses Lainnya yang dapat memperburuk Keawetan Beton.

Sifat-sifat Mekanis Baja Tulangan.Sifat-sifat baja Tulangan untuk Struktur Beton Bertulang Biasa, pada umumnya tidak banyak bervariasi , dan dengan mudah dapat ditemukan pada berbagai literatur. Sehingga tidak dibahas khusus pada kesempatan ini karena uraian Bab Pendahuluan ini adalah sebagai General Review saja sebelum melanjutkan pembahasan berikutnya.

Perancangan Penampang Struktur Beton.Beberapa Ketentuan dasar yang diperlukan dalam rangka pembuatan rancangan Penampang Struktur Beton adalah: a. Hubungan Tegangan-Regangan Beton seperti telah ditunjukkan dan diuraikan didepan. b. Hubungan Tegangan-Regangan Baja Tulangan.

c. Hubungan Regangan Batas Ic dan Kuat Tekan fc dari berbagai hasil Penelitian.

Korosi pada Baja Struktur dan Baja TulanganHubungan antara Air, Udara dan Bahan korosif lainnya

Karat

---->Electrochemicaldegradation of steel

Atmospheric Corrosion

K=Cxtfdimana: K = besar korosi (tebal baja yang berkarat) C = tingkat laju korosi tahunan (menurun terhadap waktu) t = jangka waktu f = konstanta yang bernilai antara 1/3 2/3 (average = 0.50)

Tingkat laju korosi.Pada lingkungan yang tidak agresif rata-rata: e 0.01 mm/tahun berarti dapat terjadi pengurangan diameter tulangan dan ketebalan baja sebesar 0.02 mm/tahun.

* Bila K < K yang diperhitungkanTidak butuh perlindungan.

* Bila K > K yang diperhitungkanPerlu diberi perlindungan

Beton BertulangKarbonasi pada beton merupakan penyebab utama terjadinya korosi pada baja tulangan Yang tertanam didalamnya. Baja tulangan akan terlindungi dari proses korosi pada beton yang baik, karena adanya kadar alkaline yang cukup tinggi dalam beton yang umumnya memiliki kadar pH antara 12 13.

Pembentukan lapisan film yang akan melindungi permukaan baja tulangan (passivity)

Proses Karbonasi pada BetonProses karbonasi pada beton adalah proses menurunnya pH beton karena adanya reaksi antara CO2 dan H2O yang terdapat di udara dengan Ca(OH)2 (Calcium hydroxide) yang terdapat didalam beton.

CO2 + H2 O + Ca(OH)2

CaCO3 + H2 O

Reaksi ini akan menurunkan kadar alkali dan pH dalam beton menjadi < 10 sehingga merusak lapisan pelindung dan Proses korosi terjadi.

Depth of CarbonationUntuk menentukan Depth of Carbonation :1. Permukaan beton harus ter-exposed. 2. Contoh beton dapat diambil dengan core-sampling. 3. Permukaan beton dilabur (di-spray) dengan cairan indicator (Acid-based indicator). 4. Acid-based indicator yang biasanya digunakan adalah Phenophthalein yang dapat membedakan antara beton yang terkarbonasi dengan yang belum terkarbonasi. 5. Pada pH > 10, permukaan beton akan berwarna Beton belum terkarbonasi, sebaliknya pink pada pH < 10, permukaan beton tidak berubah Beton sudah terkarbonasi warna (Colorless)

Tingkat laju KarbonasiFaktor-faktor yang mempengaruhi: * Permeabilitas beton * Moisture content beton * CO2 di-udara * RH (relatif humidity) udara * Suhu lingkungan (ambient temp.) Beton yang baik permeabilitasnya:-10

< 1 x 10 cm/sec

Berbagai studi 1926-1989 memberikan korelasi antara kuat tekan beton dan permeabilitas sebagai berikut.

Hubungan antara Suhu, Kadar lengas (RH), Waktu, dan Tingkat laju korosi

1. Air hujan pada umumnya pH ~ 4.50 5,0 (sebagai perbandingan: pH air minum ~ 7,0) 2. Adanya Sulfur dioxide dan gas-gas lainnya yang bersifat asam yang dihasilkan oleh kendaraan dan sumber-sumber lainnya dapat menurunkan pH air hujan hingga ~3,0 Alkalinity dan pH dalam beton Akan lebih rendah dari biasanya. Bangunan tanpa perlindungan yang cukup lama pada daerah perkotaan akan mengalami deteriorasi yang lebih parah.

Strategi dan Tindakan1. Struktur bangunan didiamkan tanpa perlindungan dengan menerima deteriorasi sampai tingkat tertentu yang didukung dengan suatu program monitoring yang komprehensif. 2. Permukaan baja dan beton diberi bahan pelinlindung khusus. Setiap bahan memiliki kinerja yang berbeda, tergantung kebutuhan. 3. Perlindungan tulangan dengan metoda Cathodic Biaya tinggi (mahal).

Baja tulangan sebelum dan sesudah diberi lapisan pelindung.

Baja tulangan setelah diberi lapisan pelindung.

Pergerakan

Deformasi Struktur Atas

Permukaan beton yang disinari matahari secara langsung, suhunya mencapai > 50 C, sedangkan pada sisi bawah sangat rendah.

* Perubahan Suhu(diurnal solar heating)

* Perubahan Volume * Perubahan TeganganPelat dan Balok Retak. Kadang-kadang kolom juga Retak.

Tingkat Kerusakan yang terjadi tergantung pada: Konfigurasi struktur. Sistem struktur. Tinggi rendahnya suhu.

Jumlah kandungan tulangan.

Pemasangan Permanent Ground-Anchor diantara Temporary Ground-Anchor yang sudah ada sebelumnya.

Struktur Besmen yang tertunda.

Struktur Besmen dalam proses konstruksi yang dilanjutkan hanya sampai taraf dekat permukaan tanah.

Precast Concrete

IntroductionPrefabrication adalah suatu metoda konstruksi yang merupakan bisnis industri dimana semua komponen bangunan diproduksi secara masal yang kemudian dirakit membentuk suatu bangunan dengan bantuan berbagai macam peralatan. Prefabricated structural components yang dibuat dari beton disebut atau dikategorikan sebagai precast units atau kadangkala disebut juga atau precast sebagai precast members elements . Precasting mempunyai arti yang lebih spesific dibandingkan dengan prefabrication.

Pertimbangan dalam Penentuan Penggunaan Precast Concrete.Module Selection.Penggunaan precast concrete yang optimal: 1. Volume unit yang diproduksi tinggi. 2. Unit harus dirancang sehingga mudah diangkut 3. Unit mudah dipasang serta disesuaikan dengan peralatan yang dimiliki. 4. Perencanaannya harus ada kerjasama yang erat antara Arsitek dan Precaster.

TransportationPada umumnya precast manufactures juga bertanggung jawab tidak terbatas pada produksinya saja tetapi juga terhadap shipping dan erection dari unit precast tersebut. Precast unit juga harus dirancang sesuai dengan dimensi dan bagaimana diangkut serta bagaimana diletakkannya pada truck pengangkut, misalnya unit diletakkan atas dua tumpuan atau atas tumpuan-tumpuan khusus.

Procedures.

Bentuk Standard Komponen Precast

Contoh bangunan precast

Lightweight Concrete

Jenis Lightweight ConcreteDitinjau dari pembuatannya, ada 3 jenis. 1. No-fine Concrete.Dibuat dari partikel agregat kasar yang diiikat oleh semen tanpa adanya agregat halus (berongga).

2. Lightweight-aggregate Concrete.Dibuat dari bahan-bahan agregat ringan.

3. Foamed Concrete.Dibuat dengan proses kimiawi sehingga menimbulkan busa-busa pembentuk beton ringan.

No-fine ConcreteBiasanya dipergunakan pada bangunan-bangunan residential Agregat yang dipergunakan dari berbagai jenis seperti: Washed gravel Crushed igneous rock atau lime stone Lightweight aggregate Crushed hard-burnt clay bricks atau air-cooled blast furnace slag

Campurannya kurang lebih sebagai berikut:Cement Coarse aggregate Size w/c ratio

1

6-8

9.50 - 19.00 mm

0.35 - 0.45

Lightweight-Aggregate Concrete PropertiesCompressive strength vs Bulk density

Grade of Concrete

Grade of lightweight concrete

Compressive Strength (cylinder or Block) at 28 days ( MPa ) 15 - 50 5 - 15 2 - 15 1-5

Bulk ensity, ry (kg/m3) Concrete 1400 - 1900 1100 - 1600 960 - 1600 320 - 1100 Aggregate Coarse Fine Combine Assorted : 480 - 880 : 880 - 1100 : 480 - 1000 : 65 - 1100

Structural Fireproofing Masonry Insulation

Lightweight-Aggregate Concrete PropertiesCompressive strength vs Jenis aggregate, bulk density dan cementType of Concrete Compressive Strength (Cylinder at 28 days) (MPa) Bulk Density, Dry (kg/m 3) Cement bags per m 3 of concrete

Concrete

Aggregate

Pumice Scoria Perlite Expanded clayshale Vermiculite Clinker Foamed slag Sintered fly ash

2 15 3 30 16 4 50 13 3 15 3 35 4 40

640 1400 960 1800 400 960 960 1900 320 800 1100 1600 960 1900 960 1900

480 880 640 1000 80 240 560 1000 65 190 720 1000 320 970 640 970

4 12 4 12 4 11 4 12 4 11 4 8 4 12 4 12

Lightweight-Aggregate Concrete PropertiesThermal Conductivity vs Bulk Densityhermal onductivityT l i i , W/r

l

i ,

/

. . . . . .

. . . . . .

Lightweight-Aggregate Concrete PropertiesFire Resistance vs Tebal Beton

Fire resistance : Hours

Foamed-Concrete Secara umum bulk density yang dibuat berkisar antara 300 - 1600 kg/m3 dan dapat dibagi dalam beberapa jenis Sesuai dengan penggunaannyalkDe sity (kg/m3) 320 480 400 1000 e gg aa I s latio (1) tr kt r ter atas (1,2,3) (i e ia i akai t k roof a floor e ga e ta g max. 6.00m) tr kt r m m(1)

1300 1600

Foamed-Concrete PropertiesStrength vs Bulk Density (Ordinary-foamed Concrete)

Autoclaved Aerated ConcreteCompressive strength vs Bulk density

Autoclaved foamed concreteGradeCompressive strength Air dry [MPa]

Bulk density-dry [kg/m3]

5.20 Structural 4.80 3.90 3.00 Insulation and light load 1.90

800 700 600 500 400

Hubungan antara compressive strength dan bulk density pada autoclaved aerated concrete

Autoclaved Aerated ConcreteHubungan antara Ratio dari compressive strength (MPa) terhadap bulk density (t/m3) dengan ratio (by weight) dari lime terhadap silica.

Autoclaved Aerated ConcreteHubungan antara shrinkage dengan moisture content dapat dilihat pada gambar berikut.

Shrinkage dari aerated concrete nurut Swedish measurement

Autoclaved Aerated ConcreteThermal conductivityThermal conductivity K (W/m-c) 0.91 0.63 0.43 0.27 0.17 0.10 0.065 Bulk density, dry (kg/m3) 1900 1600 1300 1000 700 400 200

Hubungan antara thermal conductivity dan bulk density

Autoclaved Aerated ConcreteThermal expansion dan contraction dari autoclaved aerated concrete kurang lebih $ 8 x 10-6 / . Tangent modulus bervariasi untuk setiap jenis produksi. Sebagai estimasi, Siporex dan Ytong (3) memberikan formulasi pendekatan untuk density range antara 400 ~ 700 kg/m3, dan moisture content 3 ~ 10% dari volume adalah sebagai berikut:0=

k Kdry f (Autoclaved aerated concrete) dimana: E0 Kdry fc k = tangent modulus [MPa] = dry density [kg/m3] = actual compressive strength [MPa] = 1.50 ~ 2.00

Autoclaved Aerated Concrete

Ultimate strain untuk density 400 ~700 kg/m3 berkisar sekitar 0.2% ~ 0.3% (antara 0.16% ~ 0.19% linear). Tensile strength dari autoclaved aerated concrete menurut ACI Committee 516 (High Pressure Steam Curing: Modern Practice, and Properties of Autoclaved Products , berkisar pada 10% dan menurut CEB Manual(3) nilainya dapat berada pada kisaran 15% ~ 25% dari compressive strength. Shear strength dari autoclaved aerated concrete yang sesungguhnya cukup besar, tetapi dalam penggunaan untuk perencanaan dibatasi sebesar kurang lebih 3% dari compressive strength.Autoclaved aerated concrete bersifat alkaline (Ph = 9 ~ 10.50), jadi untuk perencanaan yang menggunakan tulangan harus dipertimbangkan kemungkinan terjadinya deterioration akibat karatan, kecuali ada treatment khusus.

Penggunaan Lightweight Concrete Sebagai elemen non-strukturDipakai sebagai thermal dan sound insulation pada lantai, dinding dan atap. Dipakai sebagai dinding pengisi (infill frames) Dipakai sebagai raised floor Dipakai sebagai elemen precast non-struktur

Penggunaan Lightweight Concrete Sebagai elemen strukturSebagai bearing-wall, baik sebagai masonry bearingwall maupun sebagai precast bearing-wall

Sebagai komponen struktur:Beton bertulang biasa atau beton pratekan

Contoh penggunaan: Lantai gedung TC New York

Lantai prefab dari lightweight concrete gedung WTC ew York, tebal lantai 100mm

Perkembangan Lightweight ConcreteDari segi kekuatan dibagi dalam 3 tingkat kekuatanLow strength lightweight concrete (LSLC) kekuatan : 17.5 MPa - 27.5 MPa Medium strength lightweight concrete (MSLC) kekuatan : 27.5 MPa - 40.0 MPa High strength lightweight concrete (HSLC) > 40.0 MPa.

Beberapa hasil penelitian

Static modulus of elasticity dari moist-cured lightweight concrete

Stress-strain relationship dari lightweight concrete

Perbandingan Stress-strain relationship dari berbagai jenis beton.

High Strength Concrete

High Performance - High Strength Concrete ( HPC -HSC ) Pada masa 1950s beton dengan compressive strength diatas 34 MPa dinyatakan sebagai High strength concrete. Pada masa 1960s beton dengan compressive strngth 41 -52 MPa sudah dikomersialkan. Pada masa 1970s hingga sekarang 62 - 140 MPa sudah diproduksi. Pada masa 1980s beton dengan compressive strength diatas 41 MPa dikategorikan sebagai High Strength Concrete (HSC).

Strength classification of concrete

Beberapa contoh bangunan tinggi yang menggunakan HSC1989s

Pro . Paul Zia dari orth arolina tate niversity enyata an sebagai beri ut: Hi -st t t Hi -perf r nce concrete re not interch nge ble ter s. H C e bodies ny ore ttributes th n high strength. It eets speci l perfor nce nd unifor ity require ents th t c nt lw ys be chieved routinely by using only convention l teri ls nd nor l i ing, pl cing, nd curing pr ctices. he require ents y involve enh nce ents of pl ce ent nd co p ction without segreg tion, long-ter ech nic l properties, e rly- ge strength, toughness, volu e st bility, or service life in severe environ ents. hus it is possible th t H C could h ve rel tively low strength while s tisfying other require ents.

Pengujian Compressive Strength HSC diusulkan tidak didasarkan pada umur 28 hari.

?Pengujian Compressive Strength diusulkan pada umur

56 atau 90 hari.

Pencapaian HSC dengan mengoptimalkan 6 faktor.1. Characteristic Cementing medium 2. Characteristic Aggregate 3. Proporsi Pasta 4. Interaction dari Pasta - Agregat. 5. Mixing, Consolidating dan Curing 6. Testing Procedures.

CementPeneliti n nif r ity n k nsistensi r k sem en y ng k n i ergunakan, iasanya ilakukan ulan. dalam jangka aktu sam pai Unif rm ity report arus sesuai dengan persyaratan dari .

Uniform ity dari akan erm asalah ila kandungan tricalcium silicatebervariasi lebih dari 4 , ignition loss lebih dari . , cm 2 /g fineness lebih dari dan sulfate ( O ) level harus dipelihara pada tingkat optim um dengan batasan variasi sebesar s .20% . Pem ilihan sem en yang akan dipakai term asuk pengaruh slum p, ater dem and dan adm ixture untuk dipersiapkan m elalui rangkaian uji yang dilakukan dan 0 hari. pada um ur , 28,

Coarse Aggregate Kuat tekan beton diatas 35 MPa banyak tergantung pada kualitas pasta semen yang berfungsi sebagai pengikat antar agregat. Pada tingkat kuat tekan sampai 35 MPa, pada umumnya kekuatan agregat lebih besar dari kekuatan pasta semennya. Pada HSC kadangkala kekuatan pasta semen cukup tinggi dalam menyaingi kekuatan agregat. Kekuatan dari agregat, bond (lekatan) atau adhesion antara pasta semen dan agregat serta absorption characteristics dari agregat sangat berperan dalam HSC. Agregat kasar paling sedikit harus mengikuti persyaratan ASTM C 33. Pada HSC, meningkatnya ukuran agregat kasar cenderung menurunkan kekuatan beton karena luas bidang permukaan lekatan menurun serta menimbulkan gangguan continuity dalam beton

Hubungan antara cement content, compressive strength dan ukuran agregat pada berbagai jenis beton.

Pengaruh ukuran agregat kasar pada compressive strength pada umur 28 dan 91 hari untuk berbagai jenis beton.

Strength efficiency dari semen yang berhubungan dengan ukuran maksimum agregat.

Bentuk agregat (aggregate shape), termasuk porosity. Lekatan antara semen-agregat meningkat bila bentuk dan texture partikel agregat berubah dari bentuk rounded, smooth kebentuk angular, dan rough. Perubahan jenis agregat dengan w/c ratio yang sama akan menghasilkan strength yang berbeda.

Fine Aggregate1. Bentuk dan texture permukaan dari fine aggregate

(FA) memberi pengaruh yang lebih besar terhadap kebutuhan air (water demand) dibandingkan dengan coarse aggregate (CA) karena dalam berat yang sama luas permukaan dari FA jauh lebih besar dari CA. 2. Daya lekat pasta semen dengan CA lebih penting dibandingkan daya lekat pasta semen dengan FA karena adanya perbedaan luas permukaan tadi. Dengan demikian efisiensi dapat dicapai bila dapat diperoleh ratio CA/FA yang optimum. Untuk itu sangat diperlukan berbagai trial mix dan pengujian.

Fine Aggregate3. Bila ditinjau dari sisi workability, rounded, smooth sand (natural sand) akan lebih baik dibandingkan dengan sharp, rough sand (manufactured sand). Beberapa peneliti memperlihatkan bahwa untuk campuran beton dengan slump dan kandungan semen yang sama, kekuatan beton yang menggunakan natural sand memberikan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan beton yang menggunakan manufactured sand seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

Pengaruh jenis dan gradasi dari pasir terhadap compressive strength beton pada berbagai umur beton.

Mixing

ater

1. Tidak ada ketentuan khusus dari mixing water untuk HSC. Semua ketentuan sama seperti untuk pembuatan beton biasa, yaitu dimana air yang dipergunakan adalah potable quality. 2. Bila dipakai air dingin (cool mixing water) dengan temperature ~ 4rC, slump beton akan meningkat sekitar 25 50 mm dan sangat menguntungkan workability dari beton. Dilihat dari pengaruh tersebut maka jika slump beton dipertahankan seperti semula maka penggunaan air dingin tadi dapat dikurangi dan akibatnya akan menaikkan compressive strength dari beton.

Chemical AdmixturesDapat dinyatakan bahwa untuk pembuatan HSC penggunaan admixtures merupakan suatu keharusan. Admixture yang dipergunakan dapat berupa air-entraining agents, chemical admixtures atau mineral admixtures dan pemilihannya sangat tergantung dari kebutuhannya. Pada pertengahan tahun 1980, 80% beton yang diproduksi di Amerika menggunakan admixtures. Admixture yang berupa air-entraining agents biasanya dipakai untuk meningkatkan durability dan penggunaannya harus mengikuti persyaratan dari ASTM C 260. Untuk chemical admixtures harus mengikuti persyaratan dari ASTM C 494. C 494.

Chemical admixtures biasanya dibuat dari turunan :Sulfonate melamine formaldehyde (SMF) condensate, Sulfonate naphthalene formaldehyde (S F) condensate, Modified lignosulfonates dan lainnya termasuk sulfonic esters dan carbohydrate esters. Admixtures ini dengan mixing water akan mengakibatkan terjadinya dispersi dari partikel semen sehingga pasta semen berperilaku seperti cairan. Dengan demikian penggunaan vibrator dalam pemadatan beton perlu diperhatikan karena over-vibrate dapat mengakibatkan segregasi pada beton.

Selanjutnya perlu diperhatikan bahwa penggunaan admixture pada suatu mix dapat berlainan bila dipakai jenis agregat yang berlainan walaupun kandungan semen yang dipergunakan sama.

Admixtures yang paling banyak dan umum dipakai adalah yang bersifat high-range water-reducing (HR R) atau superplasticizer yang dikombinasikan dengan water-reducing retarder ( RR). Reduksi mixing water akan menurunkan porositas beton sehingga kekuatan beton meningkat. Penggunaan superplasticizer dapat mereduksi kebutuhan air antara 15% - 40%, tetapi slump loss , sehingga workability , + WRR setting time agak . Penggunaan dosis dari admixture pada HSC biasanya melampaui dosis yang direkomendasikan pada beton biasa oleh manufacture yang bersangkutan.

Biasanya komponen utama dari WRR adalah berupa soluble organic compounds yang dapat dibagi dalam 4 kelompok, yaitu: Salts of lignosulfonic acid, Hydroxycarbolic acid, Carbohydrate dan organic atau inorganic compound. Yang sering dipergunakan biasanya dari bahan dasar lignosulfonate. Water-reducing admixtures yang berbasis bahan dasar dari lignosulfonate juga akan menghasilkan air-void didalam beton sekitar 1% ~ 3%. Untuk mengatasinya ditambah defoaming agent untuk mereduksi air entrainment tersebut. Compressive strength yang diperkirakan turun 5% untuk setiap 1% kandungan entrained air. Admixture yang bersifat accelarator hampir tidak dipakai pada HSC.

Pengaruh kuantitas dari 2 jenis water reducing admixture pada compressive strength beton.

Mineral AdmixturesMineral Admixtures karena kehalusannya disebut juga Finely Divided Mineral Admixtures yang berupa powder atau pulverized material. Admixtures ini dapat berupa bahan alami (natural material) atau bahan dari produk sampingan (byproduct material). Mineral admixtures yang banyak dipergunakan adalah dari jenis pozzolans, Bahan admixtures yang paling banyak dipergunakan pada HSC adalah fly ash (pfa) dan silica fume. Fly ash (abu terbang) merupakan byproduct dari power plant yang menggunakan batubara (combustion pulverized coal) Silica fume merupakan byproduct dari silicon dan ferrosilicon alloys. Penggunaan Fly Ash diatur dalam ASTM C 618 Penggunaan Silica Fume diatur dalam ASTM C 1240.

Di Amerika, penggunaan fly ash yang ditambahkan pada campuran beton dapat mencapai kekuatan beton antara 83 MPa ~ 100 MPa. Untuk kekuatan beton diatas itu biasanya dipakai silica fume karena silica fume jauh lebih halus dari fly ash. Silica fume berdiameter kurang dari 1Qm dengan luas permukaan sekitar 20,000 m2/kg. Sebagai perbandingan fly ash mempunyai luas permukaan sekitar 300-500 m2/kg, semen type-I sekitar 300400 m2/kg dan asap rokok sekitar 10,000 m2/kg. Fly ash mempunyai specific gravity (SG) sekitar 1.9-2.4, silica fume sekitar 2.3 dan semen sekitar 3.15. Dalam pembuatan HSC, fly ash ataupun silica fume ditambahkan sebagai bahan tambahan pada concrete mix sebagai admixtures dan bukan sebagai partial replacements (pengganti sebagian) semen.

MixingCampuran yang memiliki slump rendah (low-slump), non-airentrained mixtures dengan agregat ukuran kecil (small-size aggregate) bersifat sangat lekat (very sticky) dan sulit diaduk sehingga dibutuhkan waktu pengadukan (mixing time) yang lebih lama. Keterlambatan transportasi yang kadangkala tidak terduga tidak boleh ditambah air karena akan merubah proporsi dari watercementitious ratio, tetapi ditanggulangi dengan menambah HRWR. Kadangkala penambahan ini dapat dilakukan 2 sampai 3 kali, tetapi kurang dianjurkan walaupun relatif tidak mempengaruhi kekuatan beton. Perilaku slump dengan menggunakan HRWR beberapa kali dapat dilihat pada gambar berikut

Pengaruh pada slump dari pemakaian superplasticizer SMF berulang kali

Curing (Perawatan)HSC pada umumnya mengandung w/c ratio yang sangat rendah. Pengembangan pencapaian kekuatannya lebih lama dibandingkan dengan beton biasa. Perwatan (curing) menggunakan curing compound kurang dianjurkan karena HSC biasanya mempunyai water-cement ratio dibawah 0.40 (biasanya sekitar 0.20-0.30), dan sebaiknya pada 24 jam pertama (critical time) tetap menggunakan water-curing. Curing compound hanya mencegah penguapan air (mempertahankan original moisture) dari beton, tetapi tidak dapat memberikan additional moisture. Water-curing akan memberi tambahan moisture dan sangat membantu proses hidrasi yang membantu pencapaian kekuatan beton dengan baik serta dapat meningkatkan kualitas permukaan beton.

Testing (Pengujian)Pengujian merupakan bagian kegiatan dari program quality assurance (QA). QA antara lain meliputi pengujian bahanbahan, peralatan , operation procedure, quality control procedures dan strength measurements. Pengujian bahan harus mengikuti ASTM C 917, dan quality control procedures mengikuti rekomendasi ACI 214, Recommended Practice for Evaluation of Strength Test Results of Concrete. Dalam pelaksanaan metoda sampling, molding, curing, dan testing cylinders untuk menentukan compressive strength harus mengikuti ketentuan dari ASTM.

Ukuran Benda Uji SilinderBeberapa peneliti mengusulkan penggunaan silinder yang lebih kecil berukuran 100 x 200 mm, karena akan memberikan banyak keuntungan, antara lain: Pembuatannya lebih mudah, Mudah ditangani dan diangkut/ditranportasi, Membutuhkan tempat penyimpanan yang lebih kecil, Lebih ekonomis dan tidak memerlukan mesin berkapasitas besar. Sebagai perbandingan, untuk mutu beton yang sama beban uji pada silinder 150x300mm akan membutuhkan beban uji 2.25 kali lebih besar dibandingkan dengan beban uji pada silinder 100x200mm. Penelitian yang dilakukan oleh R.G. Burg dan B.W. Ost, 1992 menunjukkan perbedaan dari kedua silinder tersebut hanya sebesar 1%, seperti ditunjukkan dalam gambar berikut. Catatan: usulan tersebut sudah masuk dalam ACI 318-08

Perbandingan pengujian compressive strength pada silinder 100x200mm dan 150x300mm

HSC Properties ( Stress - Strain )

Stress-Strain Relationship dari Uniaxial Test pada Silinder 6x12-in. (Wischer dan Gerd, 1978).

Stress-Strain Relationship berdasarkan Uniaxial Compressive Strength dari beberapa Peneliti, Ahmad.SH, Shah.S.P, Kaar.P.H, Hanson. .W, Capell.H.T, ilson.A.H, Slate.F.O, dan Wischers.G

Hubungan antara modulus elastisitas dan kuat tekan beton.

Modulus of ElasticityUntuk beton biasa, ACI-318 memberikan formulasi modulus elastisitas Ec sebagai berikut: Ec = w1.5 x 0.043 x fc MPa. dimana: 1500 e w e 2500 kg/m3 fc 41 MPa. Untuk HSC sampai batas 83 MPa sebagai alternatif dapat dipakai formula empiris yang tercantum pada ACI-363. Sedangkan untuk mutu beton diatas 83 MPa harus didasarkan pada penelitian yang ekstensif. Ec = 3320 x fc + 6900 MPa. dimana: 21 MPa e fc 83 MPa.

Modulus of Rupture ( Modulus Runtuh )Modulus of rupture ini dipakai dalam menentukan momen retak (cracking moment) dan deflection dari balok. Untuk HSC sampai batas 83 MPa sebagai alternatif dapat dipakai formula empiris yang tercantum pada ACI-363. Sedangkan untuk mutu beton diatas 83 MPa harus didasarkan pada penelitian yang ekstensif.

fr = 0.94 fc MPa.dimana: 21 MPa e fc 83 MPa.

Tensile Splitting TestTensile splitting strength untuk HSC sampai batas 83 MPa sebagai alternatif dapat dipakai formula empiris yang tercantum pada ACI-363. Sedangkan untuk mutu beton diatas 83 MPa harus didasarkan pada penelitian yang ekstensif. Beberapa hasil penelitian dapat dilihat pada gambar berikut. fsp = 0.59 fc MPadimana:

21 MPa e fc 83 MPa.

Tensile Strength berdasarkan modulus of rupture.

Drying Shrinkage dan CreepDrying shrinkage adalah susut pada beton yang terutama disebabkan oleh evaporasi dari air (chemically uncombined water), dan creep adalah deformasi yang diakibatkan oleh meningkatnya regangan (strain) terhadap waktu akibat tegangan yang bekerja terus menerus (sustained stress). Parameter yang mempengaruhi drying shrinkage dan creep meliputi: Total kandungan air (water content) menentukan drying shrinkage, Kandungan pasta semen, Sifat fisik agregat, Umur beton saat proses drying, Umur beton saat dibebani beban luar (external load), Ukuran dan bentuk elemen beton, Kandunagn tulangan, Kondisi lingkungan seperti : relative humidity, temperature dan kandungan carbon dioxide.

Perbandingan Shrinkage Strain untuk berbagai tingkat Mutu Beton

Perbandingan antara Relative Humidity dan Drying Shrinkage terhadap aktu.