issn:2087-7986 publikasi ilmiah
TRANSCRIPT
ISSN:2087-7986
PUBLIKASI ILMIAH
RENCANA PENELITIAN
PENULIS
SUHERIYATNA
TUMINGAN
RUSDI USMAN LATIEF
ABDUL GAUS
ARBAIN TATA
MUHAMMAD RIDWAN
JUNUS MARA
MUFTI AMIR SULTAN
AHMAD YAURI YUNUS
ARIFIN MATOKA
LANTU
EDITOR
SALEH PALLU
LAWALENNA SAMANG
WIHARDI TJARONGE
DITERBITKAN OLEH PROGRAM DOKTOR TEKNIK SIPIL
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS HASANUDDIN
VOLUME XII-NOPEMBER 2013
Penaggung Jawab
Pimpinan Umum
Pimpinan Redaksi
Dewan Redaksi
Reviewer
Redaktur Pelaksana
Sekretariat
SUSUNAN REDAKSI
Dr.-Ing.Ir.Wahyu H. Piarah, MS ME
Prof.Dr.Ir.Lawalenna Samang, MS., M’.Ertg.
Prof.Dr.Ir.Muh.Saleh Pallu, M.Eng.
Prof.Dr.rer.nat. Ir. A.M. Imran Oemaj:
Ir. Baharuddin Mire, MT.
Dr.Ir. Andani, M.T.
Dr. Daeng Paroka, ST, MT.
Baharuddin Hamzah, ST, M.Arch, Ph.D
Prof.Dr.Ir.Trisutomo, MS.
Prof. Dr. Ir. Muh. Ramli Rahim, M.Eng.
Prof.Dr.-Ing. M.Yamin Jinca, MSTr.
Prof.Dr.Ir.Shirly Wunas, DEA
Prof.Dr.Ir.Nadjamuddin Harun, MS.
Prof.Dr.Ir.Mary Selintung, M.Sc.
Prof.Dr-Ing. Herman Parung, M.Eng,
Dr.Ir.Muhammad Ramli, MT.
Dr.Ir.M.Arsyad Thaha, MT.
Dr.Ir.Rudy Djamaluddin, ST., M.Eng.
Ir.Achmad Bakri Muhidding, M.Sc., PhD.
Prof.Dr.Wihardi Tjaronge, MT, M.Eng.
Dr.Eng.Tri Harianto, ST., M.Eng.
Dr.Eng.Mukhsan Putra Hatta, ST., MT.
Dr.Eng.A. Arwin Amiruddin, ST., MT.
Ir.Sakti Adi Adjisasmita,MS.,M.Sc.Eng., PhD.
Dr. Eng. Isran Ramli, ST., MT.
M.Asad Abdurahman, ST., M.Eng., PM.
Nurmawaty, SP.
Editorial
Para pembaca yang kami muliakan,
PUBLIKASI ILMIAH ini sebagai kumpulan makalah yang ditulis oleh mahasiswa program doktor
Teknik Sipil Universitas Hasanuddin. Makalah tersebut merupakan salah satu persyaratan
mahasiswa S-3 untuk mengikuti ujian kuaiifikasi doktor dan diterbitkan secara berkala oleh jurusan
Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Isi. makalah terdiri dari rencana penelitian
disertasi yang menggambarkan ide dan gagasan topik penelitian berbagai disiplin ilrnu, baik dari
kelompok bidang Teknik Sipil maupun dari kelompok bidang non-Teknik Sipil dan juga sebagai
wadah komunikasi ilmiah dan menyebarluaskan rencana penelitian dan hasil penelitian dari para
mahasiswa pascasarj ana.
Kami telah berupaya menyajikan publikasi ini menjadi karya inovatif dari mahasiswa S3 untuk
dapat bermakna bagi kita semua, terutama para akademisi termasuk mahasiswa pascasarjana
mengenal perkembangan ilmu ketekniksipilan. Namun kami menyadari bahwa masih ada
kekurangannya, karena itu para pembaca diharapkan untuk memberikan masukan yang berharga
pada penyempurnaan terbitan berikutnya.
Kepada para pembaca, kami ucapkan banyak terima kasih dan selamat berkarya untuk Bangsa dan
Negara.
Salam
Redaksi
Alamat Redaksi
Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin
Jalan Perintis Kemerdekaan KM-10, Makassar 90245
Telp. 0411-587636, Fax. 0411-580505
Email: [email protected]
Website: http://www.civileng-unhas.ac.id
DAFTAR ISI
SUHERIYATNA 1-10
Uji Model Sekala Penuh Perkuatan Tanah Pada Deposisi Tanah Lunak Dengan Cerucuk Miring
TUMINGAN 11-20
Perilaku Campuran Beton Menggunakan Bahan Limbah Abu Batubara (Coal Ash)
RUSDI USMAN LATIEF 21-30
Model Risiko Public Private Partnership (Ppp) Ihfrastruktur Bandar Udara Di Indonesia
ABDUL GAUS 31-40
Studi Eksperimental Karakteristik Campuran Aspal Ac Be Dengan Bahan Pengikat Bga Dan Bahan
Tambah Serat Polypropylene
ARBAIN TATA 41-50
Studi Pengaruh Lingkungan Laut Terhadap Karateristik Balok Beton Bertulang Diperkuat
Lembaran GFRP Yang Dikena Beban FATIK
MUHAMMAD RIDWAN 51-60
Studi Eksperimental Kapasitas Daya Dukung tiang Mikro Grid Kayu Galam Pada Tanah Lunak
JUNUSMARA 61-70
Perilaku Elemem Balok Kolom Kastella Akibat Beban Bolak Balik
MUFTI AMIR SULTAN 71-80
Studi Pengaruh Lingkungan Laut Tropis Terhadap Karakteristik Balok Beton Bertuiang Yang Diperkuat
Dengan LembarGFRP
AHMAD YAURI YUNUS 81-90
Studi Karakteristik Dan Kebutuhan Moda Transportasi Angkutan Umum Informal (Studi Kasus:
Angkutan Umum Informal Daya, Sudiang, Perumahan Telkomas Kota Makassar)
ARIFIN MATOKA 91-100
Pemodelan Bak Pengendap (Settling Basin) Untuk Mereduksi Pengaruh Sedimentasi Saluran Irigasi
Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (Studi Kasus Saluran Irigasi Provinsi Gorontalo)
LANTU 101-110
Model Hubungan Antara Sifat Kelistrikan Dan Sifat Mekanik Batuan Bawah Permukaan
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |11
PERILAKU CAMPURAN BETON MENGGUNAKAN
BAHAN LIMBAH ABU BATUBARA (COAL ASH)
Tumingan1, M. Wihardi Tjaronge2, Victor Sampebulu3 dan Rudy Djamaluddin4
1 Mahasiswa Program Doktor Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin,
Jalan Perintis Kemerdekaan KM-10, Telp 0812-5304265, email : [email protected] 2 Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin,
Jalan Perintis Kemerdekaan KM-10, Telp 0815-2539401, email:[email protected] 3 Dosen Jurusan Teknik Arsitektur, Universitas Hasanuddin,
Jalan Perintis Kemerdekaan KM-10, Telp 0813-42705657, email:[email protected] 4Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin,
Jalan Perintis Kemerdekaan KM-10, Telp 0811-460132, email:[email protected]
ABSTRAK Karena tekanan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan penerangan listrik, Pemerintah Indonesia
menggalakkan dengan membangun Pembangkit listrik baru diantaranya menggunakan bahan bakar utama
batubara yang dampaknya akan menghasilkan limbah pembakaran. Pemanfaatan bahan limbah pembakaran
batubara dengan cara mendaur ulang (recycle) merupakan langkah yang baik untuk mengurangi limbah dan
menjadikannya sebagai bahan produktif karena saat ini limbah tersebut tersedia dalam jumlah yang banyak.
Salah satu bagian penting dan langkah awal dalam penelitian beton adalah penelitian mengenai sifat mekanik
beton yang bertujuan untuk mengetahui dengan melakukan analisis perilaku mikrostruktur sampai diperoleh
gambaran dan penjelasan secara detail. Pada penelitian ini akan dilakukan studi eksperimental untuk
menyelidiki perilaku mikrostruktur beton yang dibuat dari campuran bahan limbah pembakaran batubara
sebagai pengganti agregat halus menjadi beton/concrete coal ash terhadap perilaku mekanik beton dengan
mengambil mutu beton normal f’c 30 MPa. Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah dapat memberikan
gambaran dan penjelasan bahwa Coal Ash sebagai pengganti sebagian agregat halus terhadap karakteristik
mekanik Concrete Coal Ash (CCA) bisa diterima dan memenuhi perilaku beton serta merubah pola pikir
dengan melakukan daur ulang (recycle) bahan limbah menjadi bahan produktif.
Kata kunci : Concrete Coal Ash, Micro-Struktur, Sifat Mekanik Beton.
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Beton merupakan salah satu material yang banyak dan sangat luas digunakan dalam bidang
konstruksi, oleh karena itu pengembangan terhadap material ini terus dilakukan untuk
mendapatkan beton dengan kualitas yang lebih baik.
Sampai saat ini beton bertulang masih merupakan material yang dirasa paling ekonomis,
mudah didapat, dan mudah dikerjakan dalam penggunaan komponen struktur. Walaupun
beton juga mempunyai kelemahan antara lain: kekuatan tariknya rendah, sehingga untuk
keperluan menahan tegangan tarik perlu dipakai baja tulangan. Hal ini disebabkan karena
beton bertulang mempunyai sifat tekan yang kuat, memiliki daya tahan yang tinggi, tidak
perlu perawatan tambahan selama struktur digunakan sesuai fungsinya yang terletak di
lingkungan yang tidak agresif.
Pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap / sistem Boiler yang menggunakan bahan
bakar batubara mengakibatkan timbulnya limbah padat berupa abu batubara. Abu batubara
dibedakan menjadi dua, yaitu abu batubara normal yang dihasilkan dari pembakaran
batubara antrasit atau batubara bitumes dan abu batubara kelas C yang dihasilkan dari
batubara jenis lignite atau subbitumes. Berdasarkan bentuk butirannya ada yang lembut
seperti debu disebut debu batubara / abu terbang batubara (fly ash batubara) butirannya
terbang terkena tiupan angin, berdimensi sangat halus setara lolos saringan #200. Jenis ini
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |12
mengandung SiO2, Al2O3, P2O5, dan Fe2O3 namun kandungan SiO2 cukup tinggi mencapai
± 70 persen. Dengan kandungan silika yang cukup tinggi memungkinkan abu batubara
memenuhi kriteria sebagai bahan yang memiliki sifat semen/pozzolan.
Limbah lainnya adalah abu batubara berbentuk butiran/kasar disebut abu dasar batubara
(bottom ash batubara), butirannya seperti pasir berwarna hitam ke abu-abuan tidak mengkilat
(apabila warna hitam mengkilat berarti debu batubara yang belum terbakar yang memiliki
karakteristik yang berbeda dengan abu sisa pembakaran). Fly ash & Bottom ash merupakan
limbah pembakaran batu bara, bersifat non plastis, tidak berkohesi dan berbentuk butiran.
Coal Ash atau abu baatubara adalah campuran antara abu terbang batubara (Coal fly ash)
dan abu dasar batubara (Coal bottom ash), sebagian besar (hampir semua) tempat
pembangkit listrik tenaga uap yang ada di Kalimantan Timur membiarkan material keduanya
tercampur menjadi satu karena tidak dikelola secara baik dan tidak dimanfaatkan sehingga
membutuhkan biaya pengelolaan yang besar antara lain memerlukan tempat pembuangan
yang luas dan harus memenuhi syarat lingkungan.
Berdasarkan Peraturan Pemerintah Nomor 18 tahun 1999 dan Peraturan Pemerintah Nomor
85 tahun 1999, abu batubara diklasifikasikan sebagai limbah B-3, penanganannya harus
memenuhi kaidah-kaidah dalam peraturan tersebut. Penanganan yang direkomendasikan
kedua peraturan di atas adalah solidifikasi dimana dengan proses tersebut sifat B-3 dalam
abu batubara akan menjadi stabil dan dapat dimanfaatkan sebagai produk yang aman bagi
kesehatan dan lingkungan. Metode pengujian limbah B-3 yang direkomendasikan adalah
dengan uji TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure), pengujian ini dilakukan
setelah abu batubara diubah/dibuat terlebih dahulu menjadi bentuk massive, kokoh dan
stabil, dengan harapan tidak akan terjadi leaching yang berlebihan.
Pemanfaatan limbah B-3 adalah kegiatan penggunaan kembali (reuse) dan/atau daur ulang
(recycle) dan/atau perolehan kembali (recovery) yang bertujuan untuk mengubah limbah B-
3 menjadi produk yang dapat digunakan dan harus aman bagi lingkungan (PerMen. LH No.
2/2008). Disamping itu dengan pemanfaatan limbah B-3 dapat mengurangi jumlah limbah
B-3, penghematan sumber daya alam dan meminimalisasi potensi dampak negatif terhadap
lingkungan dan kesehatan manusia.
1.2 Rumusan Masalah
Dari uraian latar belakang, maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
a. Bagaimana pengaruh limbah abu batubara (coal ash) dengan beberapa variasi
menggantikan agregat halus, terhadap sifat-sifat mekanik dan sifat fisik dari campuran
beton (kekuatan tekan, kekuatan tarik belah dan kekuatan lentur serta proses hidrasi
betonnya)?
b. Bagaimana menentukan proporsi/komposisi yang sesuai untuk campuran beton yang
menggunakan bahan limbah abu batubara sebagai pengganti agregat halus (coal ash
agregate / CAA) yang optimal menjadi beton agregat batubara?
c. Bagaimana model perilaku campuran beton yang terbuat dari agregat abu batubara
terhadap sifat mekanik dan sifat fisik?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian yang ingin dicapai dapat dikemukakan sebagai berikut:
a. Menentukan komposisi / proporsi Coal Ash optimum / terbaik dari variasi kadar Coal
Ash terhadap Pasir dalam campuran Beton.
b. Mengevaluasi perilaku campuran beton terhadap kekuatan tekan, kekuatan tarik belah
dan kekuatan lentur, modulus elastisitas, pola hubungan tegangan beton terhadap waktu
dan proses hidrasi mikrostruktur (proses pembentukan/pengerasan) campuran beton
antara beton normal dan beton coal ash (CCA).
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |13
c. Menganalisa model perilaku campuran beton yang terbuat dari agregat abu batubara
(coal ash) sebagai pengganti agregat halus/pasir.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Dengan adanya pemahaman dan penjelasan tentang perilaku campuran beton
menggunakan bahan limbah pembakaran batubara, lebih meyakinkan bahwa bahan
tersebut dapat digunakan untuk bahan konstruksi beton.
b. Sebagai bahan pertimbangan, pengetahuan dan masukan bagi pemerintah, swasta dan
masyarakat jasa konstruksi bahwa limbah sisa pembakaran batubara dapat dimanfaatkan
untuk bahan konstruksi, sementara fokus untuk bahan beton.
c. Sebagai referensi peneliti selanjutnya apabila ingin memanfaatkan bahan limbah
pembakaran batubara untuk bahan konstruksi lainnya, misalnya aplikasi pada perkerasan
kaku dan lentur jalan raya, bangunan konstruksi pantai, dll.
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Ruang lingkup penelitian dapat dikemukakan sebagai berikut:
a. Melakukan uji eksperimental untuk mengetahui perilaku campuran beton yang terbuat
dari limbah pembakaran batubara terhadap kekuatan tekan, kekuatan tarik, kekuatan
lentur, modulus elastisitas, modulus kehalusan agregat (finishes modulus).
b. Melakukan analisis perilaku campuran beton berbahan limbah batubara berdasarkan
hasil pengujian eksperimen.
Penelitian ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut:
a. Beton yang direncanakan adalah beton abu batubara dan beton konvensional dengan
mutu f’c 30 MPa dan rencana campuran beton berdasarkan SK.SNI. 03-2847-2002.
b. Metode pengujian adalah mengacu metode micro structure test.
c. Untuk rancangan campuran beton, akan dilakukan uji laboratorium formula material
beton terhadap kuat tekan, kuat tarik belah dan kuat lenturnya dengan variasi waktu
pengujian pada umur 3, 7, 14, 28, 56 dan 90 hari.
2. LANDASAN TEORI
2.1 Beton
Beton didefinisikan sebagai batu-buatan yang dicetak pada cetakan dalam keadaan cair atau
kental, kemudian mampu mengeras secara baik. Beton terdiri dari agregat halus, agregat
kasar dan suatu bahan pengikat yang lazim dipakai adalah bahan pengikat yang bersifat
hidrolik, akan mengikat dan mengeras secara baik kalau dicampur dengan air. Suatu
perlakuan khusus terhadap beton setelah mengikat, yang menghasilkan kekuatan-kekuatan
potensial yang sangat tinggi baru-baru ini dalam tahap pengembangan yang menarik. Beton
impregmentasi polimer dibuat dengan meresapi beton biasa dengan cairan monomer organik
yang kemudian dipolimerisasikan dengan radiasi, hasilnya adalah peningkatan kekuatan-
kekuatan tarik dan tekan yang besar disertai dengan bertambah baiknya sifat dapat tembus,
kekerasan dan sifat tahan lama.
Agar dihasilkan kuat desak beton yang sesuai dengan rencana diperlukan mix design untuk
menentukan jumlah bahan penyusun yang dibutuhkan. Disamping itu, adukan beton
diusahakan dalam kondisi yang homogen dengan kelecakan tertentu agar tidak terjadi
segregasi. Selain perbandingan bahan susunannya, kekuatan beton ditentukan oleh padat
tidaknya campuran bahan penyusun beton tersebut. Semakin kecil rongga yang dihasilkan
dalam campuran beton, maka semakin tinggi kuat desak beton yang dihasilkan.
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |14
2.2 Material Penyusun Beton
Semen Portland
Semen portland merupakan bubuk halus yang diperoleh dengan menggiling klinker (dari
pembakaran campuran yang baik dan merata antara kapur dan bahan-bahan yang
mengandung silika, aluminia, dan oxid besi), dengan batu gips sebagai bahan tambah dalam
jumlah yang cukup. Dalam campuaran beton, semen bersama air sebagai kelompok aktif
sedangkan pasir dan kerikil sebagai kelompok pasif adalah kelompok yang berfungsi sebagai
pengisi.
Sifat-sifat kimia dari bahan pembentuk juga mempengaruhi kualitas semen, sebagaimana
hasil susunan kimia yang terjadi diperoleh senyawa dari semen portland seperti ditunjukkan
pada tabel 1 berikut :
Tabel 1. Komposisi Senyawa Utama Semen Portland
Nama Senyawa Rumus Kimia Notasi % Berat Nama Mineral
Trikalsium Silikat
Dicalsium Silikat
Tricalsium Alumat
Tetracalsium -Aluminoferit
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3
FeO3
C3S
C2S
C3A
C4Af
50
25
12
8
Alite
Belite
Aluminate
Ferrite
Senyawa-senyawa kimia dari semen portland tidak stabil secara termodinamis, sehingga
sangat cenderung untuk bereaksi dengan air. Untuk membentuk produk hidrasi dan
kecepatan bereaksi dengan air dari setiap komponen adalah berbeda-beda, maka sifat-sifat
hidrasi masing-masing komponen perlu dipelajari.
A i r.
Dalam pembuatan beton, air merupakan salah satu faktor penting, karena air dapat bereaksi
dengan semen, yang akan menjadi pasta pengikat agregat, juga berpengaruh terhadap kuat
desak beton, karena kelebihan air akan menyebabkan penurunan pada kekuatan beton itu
sendiri. Selain itu akan mengakibatkan beton menjadi bleeding, yaitu air bersama-sama
semen akan bergerak ke atas permukaan adukan beton segar yang baru saja dituang. Hal ini
akan menyebabkan kurangnya lekatan antara lapis-lapis beton dan merupakan bagian yang
lemah.
Air untuk beton yang dilekati alumunium, termasuk agregat tidak boleh mengandung ion
clorida. Untuk mencegah korosi, kadar klorida setelah beton berumur 28 hari dibatasi seperti
pada tabel 2 berikut :
Tabel 2. Kandungan clorida pada berbagai jenis beton
Bentuk konstruksi Maks. Clorida Ion thd berat semen
a. Beton pratekan 0,06 %
b. Beton bertulang yg berhub. Dg Clorida 0,15 %
c. Beton bertulang di tempat yg selalu kering 1,0 %
d. Beton bertulang secara umum 0,3 %
Agregat
Agregat merupakan salah satu bahan pengisi beton, namun demikian peranan agregat pada
beton sangatlah penting. Kandungan agregat dalam beton kira-kira mencapai 70%-75% dari
volume beton. Agregat sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat beton, sehingga pemilihan
agregat merupakan suatu bagian penting dalam pembuatan campuran beton. Agregat
dibedakan menjadi dua macam yaitu agregat halus dan agregat kasar yang didapat secara
alami atau buatan.
Bahan Tambahan (Admixture)
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |15
Bahan tambah yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan dari limbah pembakaran
batubara yang sudah menjadi abu disebut abu batubara (Coal Ash). Coal Ash adalah
terminology umum untuk abu terbang yang ringan dan abu relatif berat yang timbul dari
suatu proses pembakaran yang lazimnya menghasilkan abu. Coal Ash terdiri dari Fly Ash
dan Bottom Ash, dikatakan fly ash apabila lolos saringan no #200 (0.075 mm), dan dikatakan
bottom ash apabila tertahan pada saringan no #200 (0.075 mm). Abu terbang (Fly Ash)
diperoleh dari sisa pembakaran Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) atau sisa pembakaran dari
Boiler, yang mempergunakan batubara sebagai sumber energi. Sisa pembakaran berupa
partikel halus berkisar 75%-90% limbah batubara keluar melalui cerobong asap, serta hanya
sebagian kecil tersisa ditungku api.
Coal Ash yang ada berbentuk seperti butiran agregat halus / pasir halus dalam batas gradasi
pasir kategori zona 4 berdasarkan SNI 03-2834-1993, sebagai berikut :
Gambar 1. Grafik hasil pengujian gradasi Coal Ash
2.3 Sifat-sifat Mekanik Beton
Sifat-sifat mekanik beton selalu diawali dengan pengujian-pengujian terhadap kekuatan
tekan, kekuatan tarik, kekuatan lentur, karakteristik tegangan-regangan (modulus
elastisitas), dan sifat-sifat fisik diantaranya proses pengerasan, deformasi, respon terhadap
kondisi lingkungan.
Dari sifat-sifat tadi kekuatan beton merupakan suatu hal yang sangat penting, karena hal ini
merupakan gambaran mengenai kualitas beton.
Kekuatan/sifat-sifat beton keras ini dapat dikemukakan sebagai berikut :
a. Kuat Tekan
Kuat tekan beton didefinisikan sebagai besarnya tekanan yang mampu ditahan oleh luasan
permukaan beton sehingga beton tersebut hancur. Persamaan perhitungan kuat tekan beton
dapat ditulis sebagai berikut :
............................................................................................................. (1)
Dimana : f’c = Kuat tekan beton (MPa)
P = Beban maksimum (N)
A = Luas penampang yang menerima beban (mm2)
b. Kuat Tarik
Tujuan dari pengujian kekuatan tarik belah beton adalah untuk mengetahui daya ikatan
antara semen dan agregat dari benda uji silinder, yang umum diberikan sebagai kekuatan
tarik beton fct yang nilainya adalah sebagai berikut :
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
9.64.752.361.180.60.30.150.075
% L
olo
s S
arin
gan
Diameter Lubang Ayakan (mm)
Batas Gradasi Pasir Zona No.4
𝑓′𝑐 = P
A
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |16
....................................................................................................... (2)
Dimana : fct = Kuat tarik belah (MPa)
P = beban uji maksimum (beban belah/hancur) (N)
L = panjang benda uji (mm)
D = diameter benda uji (mm)
berdasarkan rumusan dalam SNI. 03-2847-2002 besaran kuat tarik belah disebut sebagai
kekuatan runtuh beton yang nilainya berbanding dengan kekuatan tekan beton dengan
besaran sebagai berikut :
......................................................................................................... (3)
Dimana : fr = Kuat runtuh beton (MPa)
𝑓′𝑐 = Kuat tekan beton (MPa)
c. Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas merupakan tolok ukur siaft elastis beton, regangan yang terjadi selama
pembebanan dianggap elastis, menggambarkan besarnya tegangan pada satu satuan
regangan. Pengujian modulus elastisitas beton berfungsi menetahui kemampuan daya
elastisitas beton dalam memikul beban besar dalam waktu yang cepat/tiba-tiba, dapat
dilakukan bersamaan dengan pengujian kuat tekan, dimana besaran modulus elastisitas
beton diperoleh dengan persamaan sebagai berikut :
......................................................................................................... (4)
Dimana : EC = modulus elastisitas (MPa)
S2 = tegangan pada 40% dari tegangan ultimate (MPa)
S1 = tegangan pada kondisi regangan ε1 (MPa)
ε2 = regangan pada kondisi S2
ε1 = regangan dengan nilai 0,00005
d. Kekuatan Lentur
Kekuatan lentur beton adalah kemampuan balok beton yang diletakan pada dua perletakan
untuk menahan gaya dengan arah tegak lurus sumbu benda uji, yang diberikan padanya,
sampai benda uji patah dan dinyatakan dalam Mega Pascal (MPa) gaya tiap satuan luas.
Rumus-rumus perhitungan yang digunakan dalam metode pengujian kuat lentur beton dalam
mega pascal (MPa) adalah sebagai berikut:
atau ............................................................................ (5)
Dimana : σ1 = Kuat lentur benda uji (MPa)
P = Beban tertinggi yang dicapai mesin uji (pembacaan dalam ton sampai
3 angka dibelakang koma)
1 = Jarak (bentang) antara dua garis perletakan (mm)
b = Lebar tampang lintang patah arah horisontal (mm)
h = Lebar tampang lintang patah arah vertikal (mm)
a = Jarak rat-rata antara tampang lintang patah dan tumpuan luar yang
terdekat, diukur pada 4 tempat pada sisi titik dari bentang (mm).
e. Peningkatan Kekuatan Beton
𝑓𝑟 = 0,6 √𝑓′𝑐
𝐸𝑐 = S2 − S1
ε2 − ε1
𝜎𝑙 = P. l
b h2 𝜎𝑙 =
3. P. a
b h2
𝑓𝑐𝑡 = 2 P
L D
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |17
Adanya variasi umur pengujian diperlukan untuk mengevaluasi proses peningkatan
kekuatan/proses pengerasan beton antara beton normal dengan beton abu batubara yang
digambarkan dalam bentuk grafik kekuatan tekan terhadap umur beton seperti berikut:
Gambar 2. Grafik proses pengerasan beton
2.4 Hasil-hasil Penelitian sebelumnya
Penelitian-penelitian terdahulu kebanyakan tentang penggunaan abu terbang (Fly ash) dalam
beton baik di luar maupun di dalam negeri. Hal ini ditunjang dengan perkembangan
teknologi material beton yang menghasilkan beton dengan mutu atau kualitas yang lebih
baik. Hasil penelitian mengenai penambahan abu terbang (Fly ash) dalam campuran beton
dapat mengakibatkan adukan beton tersebut mempunyai kelecakan yang baik, mengurangi
bleeding, kemudahan pemompaan adukan beton di dalam pipa pengecoran, lebih mudah
dalam pekerjaan finishing, dan pada beton setelah mengeras, maka beton tersebut menjadi
memiliki kinerja tinggi khususnya dalam sifat mekaniknya. Lain halnya penelitian-
penelitian yang menggunakan limbah coal ash yakni campuran antara fly ash dan bottom
ash secara alami akibat proses pembuangan dari boiler/tungku ke lokasi penimbunan, masih
sangat jarang bahkan coal ash yang dicampur untuk beton sangat sedikit sekali. Beberapa
hasil penelitian terdahulu yang mewakili menggunakan bahan fly ash atau bottom ash antara
lain :
a. Malkit Singh, Rafat Siddique (2013)
Abu dasar batubara (CBA/Coal Bottom Ash) yang terdiri dari partikel anglomerat. Limbah
pembakaran batubara menjadi abu dasar batubara sekitar 25% dan sisanya 75% berupa abu
terbang. Dalam makalah ini diperoleh bahwa abu dasar batubara baik digunakan untuk
campuran beton. Pengaruh abu dasar batubara terhadap beton dapat meningkatkan
kemudahan pengerjaan (workability), penggumpalan, waktu pengikatan dan kekuatan tekan,
kekuatan tarik belah, kekuatan lentur, penyusutan dan durabilitas.
Kekuatan tekan dapat meningkat pengaruh penggunaan air sebagai campuran bahan plastis.
Abu dasar batubara merupakan bahan yang potensial menggantikan agregat halus
meningkatkan durabilitas beton.
b. M.P.Kadam, DR.Y.D. Patil (2013)
Pengaruh abu dasar batubara sebagai agregat halus pengganti pasir yang digunakan untuk
mengetahui kekuatan tekan, kekuatan tarik belah, kekuatan lentur, Modulus Elastisitas,
Kepadatan dan permeabilitas air, dengan perbandingan Pasir alam yang diganti abu dasar
batubara sebesar 0 % , sampai 100 % dengan interval 10 % terhadap berat, akibat penyerapan
air pada bottom ash meningkatkan nilai slump mencapai 100 mm. Hasil mm. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa kuat tekan, kekuatan tarik belah dan kekuatan lentur menurun sesuai
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25
Kuat
Tek
an (
MP
a)
Umur (hari)
Proses Pengerasan beton
Perendaman
oven 1 hr tanpa rendam
oven 1 hr direndam
tanpa dirawat
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |18
persentase abu dasar batubara pengganti tetapi kekentalan beton meningkat. Diperoleh hasil
bahwa penggantian pasir sebesar 30%, hasil kuat tekan, lentur, tarik belah dan uji
permeabilitas air menghasilkan kapasitas beton sama dengan yang ditetapkan/direncanakan.
Menelaah beberapa hasil penelitian dengan memanfaatkan limbah abu batubara di atas, bisa
diambil kesimpulan sementara sebagai Hipotesa, bahwa limbah abu batubara dapat
dimanfaatkan dari bahan limbah menjadi bahan produktif.
3. METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
Sebagai dasar pembuatan sampel eksperimen adalah berdasarkan kajian pustaka, Standar,
Pedoman dan lainnya yang sesuai dengan perencanaan pada penelitian ini, dan akan
dilakukan uji eksperimental yang merupakan implementasi dari kondisi yang sebenarnya.
Studi eksperimental yang akan dilakukan sesuai dengan tahap-tahap penelitian berikut ini.
3.2 Tahapan Penelitian
a. Tahap Persiapan
Tahap ini meliputi kajian pustaka mengenai teori dasar dan penelitian-penelitian terdahulu
yang berkaitan, persiapan alat dan bahan, termasuk juga perhitungan mix design campuran
untuk mutu beton yang direncanakan. Studi eksperimen dilakukan terhadap micro-struktur,
apabila diperlukan bisa dalam bentuk struktur skala penuh.
b. Desain Sampel
Bahan dan komposisi campuran ditetapkan menggunakan Semen Portland type 1 (apabila
masih bisa diperoleh/didapat) sesuai ASTM, sedangkan factor air semen dihitung
menggunakan metode SNI dengan mengambil satu variasi f.a.s yakni hasil perhitungan
rancangan campuran untuk mutu beton f’c = 30 MPa. Variasi yang diambil adalah variasi
kadar Coal Ash sebanyak 5 variasi yakni: 0%; 12,5%; 25%; 37,5% dan 50% terhadap berat
agregat halus (pasir) dimana pada variasi 0% adalah beton normal sebagai pembanding.
Dengan membuat benda uji/sampel untuk masing-masing variasi sebanyak 12 (dua belas)
dengan variasi umur 3, 7, 14, 28, 56 dan 90 hari. Untuk umur 1 hari ditiadakan apabila tidak
diperoleh Semen type I karena setting time melebihi standar, maka jumlah benda uji untuk
penelitian ini sesuai matrik pada tabel 3.
Dari hasil pengujian kuat tekan, kuat tarik belat dan kuat lentur, tahap selanjutnya dari
masing-masing variasi diambil 2 (dua) benda uji untuk dilakukan pengujian X-ray
diffraction untuk dianalisa proses pembentukan beton secara kimiawi yakni pola susunan
campuran dan kepadatan dari campuran sendiri.
3.3 Waktu dan Lokasi Penelitian
Waktu Penelitian direncanakan berlangsung selama 6 (enam) bulan, mulai bulan Oktober
2013 sampai dengan Maret 2014.
Lokasi Penelitian akan dilaksanakan di dua tempat yakni pada Laboratorium Bahan
Konstruksi Politeknik Negeri Samarinda untuk pengujian sifat fisik betonnya dan
Laboratorium Struktur Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin di
Gowa untuk pengujian micro struktur lanjutannya.
Tabel 3. Rincian jumlah specimen silinder
No Variasi (%)
Pengujian Umur
Jumlah Psr CA 3 7 14 28 56 90
1 100 0
Tekan 2 2 2 2 2 2 12
Tarik Belah 2 2 2 2 2 2 12
Lentur 2 2 2 2 2 2 12
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |19
2 87,5 12,5
Tekan 2 2 2 2 2 2 12
Tarik Belah 2 2 2 2 2 2 12
Lentur 2 2 2 2 2 2 12
3 75 25
Tekan 2 2 2 2 2 2 12
Tarik Belah 2 2 2 2 2 2 12
Lentur 2 2 2 2 2 2 12
4 67,5 37,5
Tekan 2 2 2 2 2 2 12
Tarik Belah 2 2 2 2 2 2 12
Lentur 2 2 2 2 2 2 12
5 50 50
Tekan 2 2 2 2 2 2 12
Tarik Belah 2 2 2 2 2 2 12
Lentur 2 2 2 2 2 2 12
6 Komposisi
Optimum
Tekan & Elastisitas 2 2 2 2 2 2 12
Tarik Belah 2 2 2 2 2 2 12
Lentur 2 2 2 2 2 2 12
4. HASIL YANG DIHARAPKAN Hasil dari penelitian ini diharapkan:
1. Memberikan gambaran dan penjelasan analisis bahwa Coal Ash memenuhi dan baik
digunakan untuk bahan beton ditinjau dari sifat mekanik dan sifat fisiknya.
2. Menghasilkan analisis pengaruh mikrostruktur terhadap karakteristik mekanik Concrete
Coal Ash (CCA) yang jelas sehingga membantu Pemerintah, Swasta juga masyarakat
jasa konstruksi melakukan daur ulang (recycle) dan merubah pola pikir bahan limbah
menjadi bahan produktif.
3. Menemukan model mekanik concrete coal ash (CCA) sebagai referensi pada penelitian
lanjutan baik skala micro maupun aplikasi dalam konstruksi sekala penuh.
5. DAFTAR PUSTAKA
1. Collepardi, Mario; Collepardi, Silvia; Ongaro, Daniele; Curzio, Alessandro Quadrio and
Sammartino, Mauro; (2010) Concrete with Bottom Ash from Municipal Solid Wastes
Incinerators. In Second International Conference on Sustainable Construction
Materials and Technologies, June 28 – June 30, 2010, ISBN 978-1-4507-1490-7.
http://www.claisse.info/Proceedings.htm.
2. Durán-Herrera, A; Juárez C.A; Valdez, P; Bentz, D.P, (2011) Evaluation of sustainable
high-volume fly ash concretes. Cement & Concrete Composites 33 (2011) 39–45.
journal homepage: www.elsevier.com/locate/cemconcomp.
3. Guleria, S. P. and Dutta, R. K. (2011) Tension and Compression Behaviour of Fly Ash-
Lime-Gypsum Composite Mixed with Treated Tyre Chips. International Scholarly
Research Network ISRN Civil Engineering Volume 2011, Article ID 310742, 15 pages.
4. Hardjito, Djwantoro and Fung, Shaw Shen, (2010) Parametric Study on the Properties
of Geopolymer Mortar Incorporating Bottom Ash. Concrete Research Letters Vol. 1(3)
September 2010, page 115-124.
Publikasi Ilmiah S3 Teknik Sipil Unhas, Nopember 2013 |20
5. Ivan Diaz-Loya E., Erez N. Allouche, and Saiprasad Vaidya, (2011) Mechanical
Properties of Fly-Ash-Based Geopolymer Concrete. ACI Material Journal / May-Juny
2011, # 300-306.
6. Kadam, M.P., and Patil, DR.Y.D., (2013) Effect of Bottom Ash as sand replacement on
the properties of concrete with different W/C/ ratio, International Journal of Advanced
Technology in Civil Engineering, ISSN: 2231 –5721, Volume-2, Issue-1.
7. Keith, Kevin Paul. (2011) Characterization of the Behavior of High Volume Fly Ash
Concrete. A thesis submitted to the Graduate Faculty of Auburn University in partial
fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science Auburn, Alabama.
December 12, 2011.
8. Kurama, Haldun; Kaya,Mine., (2008) Usage of coal combustion bottom ash in concrete
mixture, Construction and Building Materials 22 (2008) 1922–1928.
9. Nuruddin, M.F; Qazi,Sobia; Shafiq, N; Kusbiantoro, A. (2010) Compressive Strength
& Microstructure of Polymeric Concrete Incorporating Fly Ash & Silica Fume.
Canadian Journal on Civil Engineering Vol. 1, No. 1, February 2010.
10. Prasad, D. S. Rajendra; Maheshwarappa, S. M; Suresh, S, (2011) Effect on Compressive
Strength of Replacing Cement by Fly-ash and RHA with CO2 Curing. In International
Journal of Earth Sciences and Engineering ISSN 0974-5904, Volume 04, No 06 SPL,
October 2011, pp. 959-964.
11. Quan, Hongzhu., (2011) The Effects of Change in Fineness of Fly Ash on Air-Entraining
Concrete. . In The Open Civil Engineering Journal, 2011, 5, 124-131.
12. Singh, Malkit; Siddique, Rafat., (2013) Effect of coal bottom ash as partial replacement
of sand on properties of concrete, Resources, Conservation and Recycling 72 (2013)
20– 32.
13. Wegen, Gert van der; Hofstra, Ulbert; Speerstra, John., (2013) Upgraded MSWI Bottom
Ash as Aggregate in Concrete, Waste Biomass Valor DOI 10.1007/s12649-013-9255-6
Received: 18 October 2012 / Accepted: 10 June 2013.