Pengaruh Penggunaan Gradasi Agregat Berbasis SNI 03-2834-2000 dalam Campuran Beton terhadap Kuat Tekan dan Fracture Toughness Beton

2.3 Fracture toughness

Pengujian Three-Point Bend (TPB) yang merujuk pada RILEM TC 89-FMT digunakan dalam mendapatkan nilai fracture toughness \((K_{IC})\) dari beton. Empat macam dimensi benda uji yang dipakai pada pengujian ini adalah balok berdimensi tebal, tinggi dan panjang: 50 x 100 x 300 mm, 50 x 150 x 450 mm, 50 x 300 x 900 mm, dan 50 x 400 x 1200 mm. Setiap balok beton dibuat retakan awal buatan (a₀) setebal 2 mm (Siregar dkk, 2017) dan setinggi ¼ tinggi benda uji. Benda uji balok beton dilakukan perlakuan pemeliharaan dengan perendaman air selama 28 hari sebelum dilakukan pengujian. Posisi benda uji dan perletakan dalam uji ini tergambar seperti 3. Pengujian dilakukan menggunakan Universal Testing Machine (UTM) nomor seri: Mod. C091-08, Gambar 4.

Gambar 2. Alat uji kuat tekan beton

Fracture toughness dari beton merupakan salah satu parameter runtuh awal dari beton yang dapat diukur dengan nilai \(K_{IC}\) (Shah dkk., 1995) dan dihitung dengan menggunakan formula berikut ini:

\[K_{IC} = 3 \left( Pc + 0.5 W \right) \frac{s \left( \pi a_o \right)^{0.8} g(\frac{a_o}{D})}{2D^2 t}\] (2)

dengan: a_o = tinggi patahan (mm), D = tinggi benda uji (mm), S = bentang bersih benda uji (mm), T = lebar benda uji (mm), P_c = pembebanan maksimum (N), W = berat benda uji (N), dan \(K_{IC}\) = critical stress intensity factor (Mpa.mm^1/2).

2.4 Campuran beton

Proporsi campuran beton yang digunakan untuk membuatan benda uji kubus dan semua tipe balok beton seperti yang terlihat dalam Tabel 1.

2.5 Tahapan uji laboratorium

Alur pelaksanaan uji laboratrium terhadap sampel beton uji dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 3. Uji TPB pada 4 tipe benda uji

Gambar 4. UTM untuk uji TPB pada 4 tipe benda uji

Tabel 1. Desain campuran beton

w/c = ratio air per semen Slope gradasi agregat gabungan terlihat seperti pada Gambar 1

3. Hasil dan Pembahasan

Hasil pengujian kuat tekan beton dan \(K_{IC}\) dengan metode TPB dari benda uji yang terbuat dari empat jenis gradasi agregat gabungan merujuk pada SNI 03-2834-2002 dengan faktor air semen yang sama (0,40) ditabulasikan pada Tabel 2. Dari hasil pengujian ini, Tabel 2, terlihat bahwa pengujian kuat tekan beton memiliki tingkat deviasi (kurang dari 3,5 MPa) yang lebih kecil dibandingkan dengan hasil pengujian \(K_{IC}\) (kurang dari 28.9 MPa.mm\(^{1/2}\)) untuk semua jenis benda uji. Dengan demikian ketidakpastian hasil uji nilai kuat tekan beton akan lebih kecil dibandingkan nilai \(K_{IC}\) dari suatu benda uji.

Gambar 5. Proses pengujian laboratorium

\(K_{\rm IC}\) merupakan salah satu fracture parameter yang umum dipakai untuk beton (Hillerborg dkk, 1976; Ince dan Alyamac, 2008, Kumar dan Barai, 2011, Siregar dkk, 2016) dalam menilai tingkat keteguhan runtuh suatu material (critical fracture toughness) walaupun tingkat deviasi nilai \(K_{\rm IC}\) beton relatif cukup besar. Dengan parameter ini maka dapat dilihat pengaruh dari penggunaan gradasi agregat dalam campuran beton terhadap kualitas keteguhan runtuh dari beton tersebut.

Kelebihan pasta semen akan mengisi rongga diantara partikel-partikel dalam beton sebagai material pengisi sekaligus elemen perekat. Karakteristik fisik semen adalah sangat halus sehingga kelebihan pasta semen yang mengisi rongga diantara partikel-partikel beton merupakan material pengisi yang padat dengan sedikit rongga udara. Pasta semen lebihan ini merupakan material pengisi dengan kekuatan yang sangat baik karena pasta semen merupakan penentu utama kualitas dari suatu beton sebagaimana postulat Abram: "for a given cement, method of test and age, the compressive strength of fully compacted concrete depend only on the free water/cement ratio" (Neville dan Brooks, 1990). Dengan demikian pada suatu campuran beton dengan jumlah semen yang tertentu, maka makin tinggi tingkat kekasaran gadasi agregat gabungan yang dipakai dalam campuran beton akan memiliki kecenderungan untuk menghasilkan matriks ikatan pasta semen yang lebih baik/kuat jika dibandingkan dengan campuran beton yang menggunakan gradasi agregat campuran dengan tingkat kekasaran yang rendah.

Tingkat kekasaran partikel-partikel dalam beton yang telah mengeras akan tergantung pada agregat yang dipakai dalam campuran beton (Amparano dan Roh, 2000; Siregar dkk, 2016). Dihitung dengan menggunakan formula yang disarankan oleh Amparano dan Roh (2000) sebagai berikut:

\[\lambda = \frac{1}{D_{ave}(1 - V_a)} \tag{3}\] dengan \(D_{ave}\) adalah diameter rata-rata dari partikel agregat dan \(V_a\) adalah volume fraksi dari agregat kasar (diatas 4 mm). Dengan demikian maka tingkat

Tabel 2. Hasil pengujian kuat tekan dan fracture toughness

Gambar 6. Pengaruh gradasi agregat terhadap terhadap \(K_{IC}\)

Gambar 7. Pengaruh gradasi agregat terhadap fc'

kekasaran partikel-partikel dalam beton (λ) tergantung pada diameter rata-rata dari partikel agregat dan volume fraksi dari agregat kasar. Makin kecil nilai λ menunjukan tingkat kekasaran partikel-partikel dalam beton makin tinggi yang mengartikan gradasi agregat yang dipakai pada campuran beton adalah tingkat kekasaran agregat gabungan yang tinggi. Demikian sebaliknya makin besar

nilai λ menunjukan gradasi agregat yang dipakai pada campuran beton dengan tingkat kekasaran agregat gabungan yang rendah. Tingkat kekasaran (λ) keempat gradasi yang dipakai sesuai dengan standard SNI 03-2834-2002 adalah gradasi No-1 (\(\lambda = 0.224\)), No. -2(\(\lambda\)=0,229), No. \(-3(\lambda = 0,234)\) dan No.\(-4(\lambda = 0,239)\).

Gambar 6 dan 7 memperlihatkan pengaruh penggunaan gradasi agregat gabungan terhadap kuat tekan beton dan fracture toughness dengan faktor air semen 0,40 dan rasio agregat per semen sebesar 2,37. Gambar 6 menunjukan bahwa pada ketiga benda uji dengan dimensi 50 x 150 x 450 mm, 50 x 300 x 900 mm, dan 50 x 400 x 1200 memiliki kecendurungan yang sama bahwa semakin tinggi tingkat kekasaran gradasi agregat akan menghasilkan nilai \(K_{IC}\) yang semakin tinggi, kecuali pada dimensi 50 x 100 x 300 mm yang menunjukan bahwa gradasi agregat tidak memiliki pengaruh terhadap nilai \(K_{IC}\). Dilain pihak, pada Gambar 7 memperlihatkan bahwa penggunaan gadasi agregat gabungan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap kuat tekan yang dihasilkan, yaitu sekitar 44 – 47 MPa.

Penggunaan gradasi agregat yang berbeda dalam campuran beton akan berimplikasi dalam luasan permukaan partikel agregat yang perlu diselimuti oleh pasta semen; semakin rendah tingkat kekasaran gradasi agregat yang dipakai akan menghasilkan matriks pasta semen yang semakin tinggi kekuatannya. Dampak penggunaan gradasi agregat yang berbeda tersebut sangat jelas terlihat pada nilai fracture toughness beton dari pada kuat tekan beton. Dengan demikian faktor keruntuhan material beton akan terpengaruh secara signifikan pada penggunaan gradasi agregat gabungan, sedangkan terhadap kuat tekan beton berpengaruh secara tidak signifikan.

4. Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini maka beberapa poin yang dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

• Penggunaan gradasi agregat gabungan sangat berpengaruh terhadap nilai \(K_{IC}\) dari beton dan tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap nilai
• Semakin tinggi tingkat kekesaran gradasi agregat (nilai λ rendah) yang dipakai dalam campuran beton akan menghasilkan nilai \(K_{IC}\) beton yang tinggi dan demikian sebaliknya semakin rendah tingkat kekesaran gradasi agregat (nilai λ tinggi) yang dipakai dalam campuran beton akan menghasilkan nilai \(K_{IC}\) beton yang rendah.
• Penggunaan gradasi agregat gabungan sangat berpengaruh terhadap kualitas keteguhan runtuh beton yang dihasilkan dibandingkan terhadap kualitas kuat tekannya.

5. Daftar Pustaka

Abdullahi. M., 2012, Effect of Aggregate Type on Compressive Strength of Concrete, International Journal of Civil and Structural Engineering, Vol. 2, No 3, pp. 791-800.

• Ahmad, S dan Alghamdi, S. A., 2012, A Study on Effect of Coarse Aggregate Type on Concrete Performance, Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 37, Issue 7, pp. 1777–1786.
• Amparano, F. E., Xi, Y. dan Roh, Y. S., 2000, Experimental study on the effect of aggregate content on fracture behaviour of concrete. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 67, pp. 65-84.
• Araki, K-I. dan Fukui, E., 1957, Effects of the Grading of Aggregates on the Bulk Density, Strength and Workability of Concrete, Journal of the Japan society for Testing Materials, Vol. 6, Issue 47,pp. 521-526.
• Chen, B. dan Liu, J., 2004, Effect of Aggregate on the Fracture Behaviour of High Strength Concrete, Construction and Building Materials, Vol. 18, pp. 585-590.
• Elices, M. dan Rocco, C. G., 2008, Effect of Aggregate Size on the Fracture and Mechanical Properties of a Simple Concrete, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, No. 13, pp. 3839-3851.
• Ginting, A., 2014, Pengaruh Perbandingan Agregat Halus dan Agregat Kasar terhadap Workability dan Kuat Tekan Beton, jurnalteknik.janabadra.ac.id, pp. 1-7.
• Hermanto, O. S. dan Prabowo, S. L., 2010, Pengaruh Gradasi Agregat Gabungan pada Perilaku Beton, Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Universitas Diponegoro, Semarang.
• Hillerborg, A., Modéer, M. dan Petersson, P. E., 1976, Analysis of Crack Formation and Crack Growth in Concrete by means of Fracture Mechanics and Finite Elements, Cement and Concrete Research, Vol. 6, Issue 6, pp. 773-781.
• Ince, R. dan Alyamac, K. E., 2008, Determination of Fracture Parameters of Concrete based on Water-Cement Ratio, Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, Vol. 15, pp. 14-22.
• Kozul, R. dan Darwin, D., 1997, Effects of Aggregate Type, size, and Content on Concrete Strength and Fracture Energy, SM Report No. 43, University of Kansas Center for Research, Inc., Lawrence, Kansas USA.
• Kumar S. dan Barai S.V., 2011, Comparison of Fracture Parameters of Concrete Using Nonlinear Fracture Models In: Concrete Fracture Models and Applications, Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 235-247.
• Marques, A. S. A., Pedro M., Rosa, L. G., dan Fernandes, J. C., 2010, Study of Aggregate Size Effect on Fracture Toughness of Petreous

• Macrocomposites (Concrete), Materials Science Forum, Vol. 636-637, pp. 1342-1348.
• Mihashi, H., Nomura, N. dan Niiseki, S., 1991, Influence of Aggregate Size on Fracture Process Zone of Concrete Detected with Three Dimensional Accoustic Emission Technique. Cement and Concrete Research, Vol. 21, pp. 737-744.
• Musa, M. F. dan Saim, A. A., 2017, The Effect of Aggregate Size on The Strength of Concrete, The colloquium, Vol. 10, pp. 9-11.
• Neville, A. M. dan Brooks, J. J., 1990, Concrete Technology, Addison Wesley Longman Limited, Updated Revision, UK.
• Newman, J. dan Choo, B. S., 2003, Advance Concrete Technology, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK.
• Musa, M. F. dan Aziz bin Saim, A., 2017, The Effect of Aggregate Size on the Strength of Concrete, The Colloquium, Vol. 10, pp.9-11.
• RILEM TC89-FMT, 1990, Fracture mechanic of concrete test method, Material and Structures, Vol. 23, pp. 247-52.
• Shah S. P., Swartz S. E, dan Ouyang, C., 1995, Fracture mechanic of concrete, John Willey and sons Inc., Canada, USA.
• Siregar, A. P. N., Rafiq, M. I., dan Mulheron, M., 2016, Experimental Investigation on the Effect of Specimen Size in Determining Fracture Parameters of Concrete, Civil Engineering Dimension, Vol. 18, No.2, pp. 65–71.
• Siregar, A.P.N., Rafiq, M.I., dan Mulheron, M., 2017, Experimental Investigation of the Effects of Aggregate Size Distribution on the Fracture Behaviour of High Strength Concrete, Construction and Building Materials, Vol. 150, pp. 252-259.
• SNI 03-1974-1990. Pemeriksaan Kuat Tekan Beton. Standard Nasional Indonesia, 1990.
• SNI 03-2816-1992, Kotoran Organik dalam Pasir, Standard Nasional Indonesia, 1992.
• SNI 03-2834-1996, Tata Cara Pembuatan Campuran Beton Normal, Standard Nasional Indonesia, 1996.
• SNI 03-4142-1996. Pemeriksaan Bahan Lolos Saringan No. 200. Standard Nasional Indonesia, 1996
• SNI 03-2834-2000, Tata Cara Pembuatan Campuran Beton Normal, Standard Nasional Indonesia, 2002.
• Tasdemir, M .A .dan Karihaloo, L., 2001, Effect of Type and Volume Fraction of Aggregate on the

• Fracture Properties of Concrete, Fracture Mechanics of Concrete Structures, de Borst et al (eds), Swets & Zeitlinger, Lisse.
• Vilane, B. R. T. dan Sabelo, N., 2016, The Effect of Aggregate Size on the Compressive Strength of Concrete, Journal of Agricultural Science and Engineering, Vol. 2, No. 6, pp. 66-69.
• Wolinski, S., Hordijk, D., Reinhardt, H., dan Cornelissent, H., 1987, Influence of Aggregate Size on Fracture Mechanics Parameters of Concrete. International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, Vol. 9, pp. 95-103.
• Wu, K. R., Chen, B., Yao, W., dan Zhang, D., 2001, Effect of Coarse Aggregate Type on Mechanical Properties of High-Performance Concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 31, No. 10, pp. 1421-1425.

Pengaruh Penggunaan Gradasi Agregat...