Upload
trinhkhuong
View
239
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
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
reference : Tabel 2.7-3 from "Reinforced and Prestressed Concrete", Kong, Evans,
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)
Minimum Cement Content (kg/m³) required in Portland Cement to ensure durability under specified conditions of exposure
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
Table 5(c)
Minimum Cement Content (kg/m³) required in Portland Cement to ensure durability under specified conditions of exposure
Exposure
Prestessed Concrete
Nominal Size Agg. (mm) Max free
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
reference : Tabel 2.7-5 from "Reinforced and Prestressed Concrete", Kong, Evans,
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
(%
)
Free water/cement ratio
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
(%
)
Free water/cement ratio
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
(%
)
Free water/cement ratio
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
(%
)
Free water/cement ratio
Slump : 60 - 180 mm
I
II
III
IV
I
II
III IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
7
Ukuran Aggregat Maximum = 20 mm
Gambar 4.a (Slump : 0-10 mm) Gambar 4.b (Slump : 10-30 mm)
Gambar 4.c (Slump : 30-60 mm) Gambar 4.d (Slump : 60-180 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 : 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
(%
)
Free water/cement ratio
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
(%
)
Free water/cement ratio
Slump : 60 - 180 mm
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
8
Ukuran Aggregat Maximum = 40 mm
Gambar 4.a (Slump : 0-10 mm) Gambar 4.b (Slump : 10-30 mm)
Gambar 5.c (Slump : 30-60 mm) Gambar 5.d (Slump : 60-180 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 : 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
(%
)
Free water/cement ratio
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
(%
)
Free water/cement ratio
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
60 berada dalam range : OK
32 berada dalam range : OK
12 berada dalam range : OK
6 berada dalam range : OK
Zone II
100 berada dalam range : OK,
75 berada dalam range : OK
60 berada dalam range : OK
32 berada dalam range : OK
12 berada diluar range : not OK
6 berada dalam range : OK
Zone III
100 berada dalam range : OK,
16
75 berada diluar range : not OK
60 berada diluar range : not OK
32 berada diluar range : not OK
12 berada dalam range : OK
6 berada dalam range : OK
Zone IV
100 berada dalam range : OK,
75 berada diluar range : not OK
60 berada diluar range : not OK
32 berada diluar range : not OK
12 berada diluar range : not OK
6 berada dalam range : OK
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)
Free water/cement ratio
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
(%
)
Free water/cement ratio
Graphic 4.b: Proportion vs w/c ratio
II
III
IV
I