Perilaku Retak dan Prediksi Lebar Retak Pelat Satu Arah dari Beton Ringan Batu Apung dan Skoria Bertulang

Suseno, Hendro and Prof. Dr. Ir. Agoes Soehardjono,, MS and Prof. Ir. I N G Wardana,, M.Eng, Ph.D and Dr. rer. Nat. Ir. Arief Rahmansyah, - (2018) Perilaku Retak dan Prediksi Lebar Retak Pelat Satu Arah dari Beton Ringan Batu Apung dan Skoria Bertulang. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Penelitian beton ringan dari batu apung dan skoria belum berkembang pesat di Indonesia, padahal sebagai daerah vulkanik keberadaan keduanya sangat melimpah. Reduksi densitas beton ringan ini dapat mencapai (20-25) %, sehingga dapat mereduksi berat sendiri bangunan, merubah disain akhir, menurunkan rasio densitas-kekuatan dan biaya konstruksi. Reduksi berat sendiri ini juga menguntungkan untuk daerah rawan gempa karena massa gedung berkurang, gaya inersia dan gaya horisontal akibat gempa berkurang sehingga resiko akibat gempa menurun. Batu apung dan skoria Gunung Kelud mempunyai karakteristik yang khas dan berbeda dengan yang umumnya ada. Keberadaannya masih melimpah dan belum dieksplorasi secara maksimal sebagai agregat ringan. Jadi bila digunakan untuk agregat kasar beton ringan boleh jadi menghasilkan proporsi campuran yang baru dan berbeda dengan penelitian sebelumnya. Salah satu cara untuk mereduksi berat sendiri gedung diusulkan mengganti pelat masif dengan pelat pracetak beton ringan bertulang dari batu apung dan skoria. Pelat pracetak didisain sebagai pelat satu arah dan didasarkan pada persyaratan kekuatan lentur dan kemampuan layan. Sedangkan salah satu kemampuan layan adalah lebar retak maksimum yang sangat dipengaruhi oleh karakteristik mekanik beton dan dapat dievaluasi dari perilaku retak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa retakan akibat lenturan pada balok beton ringan bertulang beragregat buatan tidak berbeda secara berarti dengan beton normal. Sedangkan perhitungan lebar retak maksimum hanya digunakan rumus prediksi untuk struktur beton normal dengan modifikasi karakteristik mekaniknya. Kuat tarik beton ringan batu apung dan skoria adalah relatif kecil karena besarnya porositas dan rendahnya kohesi dalam agregak kasar sehingga perhitungan lebar retak maksimumn memerlukan prediksi baru agar hasilnya lebih teliti. Tujuan penelitian ini adalah, pertama mengevaluasi kesesuaian batu apung dan skoria khas dari Gunung kelud sebagai agregat kasar ringan, kedua mencari proporsi campuran beton ringan struktural yang tepat dan ketiga mengevaluasi perilaku retak dan mencari rumus prediksi lebar retak maksimum yang baru untuk pelat satu arah beton ringan batu apung dan skoria bertulang. Pada studi ini, evaluasi kesesuaian batu apung dan skoria Gunung kelud sebagai agregat kasar ringan dilakukan melalui pengukuran karakteristik fisik mekanik pada inti batuan utuh dan agregat kasar. Untuk memperoleh proporsi campuran beton ringan struktural yang tepat, dilakukan perancangan campuran dengan Metode Berat dan Metode Volumetrik dalam ACI 211.2-98(R2004) untuk kedua agregat kasar dan variasi kuat tekan rencana. Semua proporsi campuran menggunakan semen PPC, pasir sungai ringan dan perendaman awal agregat kasar ringan dipercepat menjadi 18 jam. Pengamatan dilakukan terhadap karakteristik fisik dan mekanik baik pada beton segar maupun beton keras. Evaluasi perilaku retak dilakukan dengan pengujian lentur tiga titik 25 pelat satu arah dan mengamati lebar retak yang terjadi selama pembebanan. Penjabaran lebar retak maksimum pelat beton ringan satu arah dilakukan dengan Metode Konvensional meliputi prediksi usulan Model-A yang menggunakan kuat tarik belah dan Model-B yang menggunakan modulus keruntuhan. Sementara itu, prediksi usulan Model-C menggunakan Metode Mekanika Retakan Elastis Linier namun kuat tariknya juga dimodifikasi. Tiga faktor penting digunakan untuk mengevaluasi hasil perhitungan, yaitu rasio tulangan, kuat tekan dan jenis beton ringan. Hasil pengujian lebar retak maksimum ditentukan pada beban layan yang ditentukan dan selanjutnya dibandingkan dengan tiga prediksi semi empirik usulan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa batu apung dan skoria andesitik basaltik medium-K dari Gunung Kelud adalah khas dan berbeda dengan kedua batuan yang umum. Sebagai agregat kasar, keduanya boleh dikatakan memenuhi persyaratan agregat kasar ringan walaupun karakteristik mekaniknya relatif rendah namun kesesuaiannya sebagai agregat kasar beton ringan dapat dijamin. Disain proporsi campuran beton ringan struktural menghasilkan kandungan semen PPC adalah relatif rendah. Selanjutnya, proporsi campuran dengan Metode Berat dapat dipertimbangkan sebagai pilihan untuk produksi yang lebih besar. Proses produksi menjadi lebih cepat dan workabilitas beton segar adalah memuaskan. Kuat tekan dan densitas setimbang beton ringan yang diperoleh memenuhi persyaratan beton ringan struktural dengan reduksi densitas berkisar 20 %. Regangan batas dan modulus elastisitas masih proporsional, kuat tarik belah dan lentur lebih rendah namun masih memenuhi persyaratan. Secara umum, kedua agregat kasar ringan ini menghasilkan proporsi campuran beton ringan struktural yang baru dan berbeda dengan studi sebelumnya. Perilaku retak pelat satu arah kedua beton ringan adalah serupa dengan beton normal, hanya retakan terjadi lebih awal. Rasio tulangan dan tegangan baja merupakan dua faktor yang paling mempengaruhi lebar retak dibandingkan kuat tekan dan jenis beton ringan. Hasil prediksi penelitian sebelumnya dan peraturan menghasilkan lebar retak maksimum dengan penyimpangan maksimum berkisar (11-15) % terhadap hasil pengujian. Prediksi usulan lebar retak maksimum Model-A dan B menghasilkan penyimpangan maksimum berkisar (7.8-9.6) %. Prediksi usulan Model-C menghasilkan penyimpangan maksimum yang relatif besar, yaitu berkisar (22.8-26.0) %. Sedangkan Model-A memberikan hasil prediksi yang paling teliti dibandingkan prediksi-prediksi yang lain. Dengan demikian ketiga prediksi usulan semi empirik ini dapat dikatakan baru dan berbeda dengan rumus prediksi lebar retak maksimum yang ada sebelumnya. Dan Model-A mungkin dapat dipertimbangkan dalam perancangan pelat satu arah beton ringan batu apung dan skoria bertulang.

English Abstract

The research of pumice and scoria lightweight concrete has not developed rapidly in Indonesia, whereas as volcanic area the availability of these two rocks is very abundant. The density reduction of these lightweight concretes can reach (20-25) %, thus they may reduce the building's self weight, alter the final design, decrease density-strength ratio and construction cost. This reduction also benefits the earthquake-prone zones, the building's mass will decrease, the inertia force and horizontal force due to the earthquake are reduced so the risk of the earthquake will decrease. Pumice and scoria from Kelud Volcano have typical characteristics and different from those that generally exist. They are still abundant and have not been explored optimally as lightweight aggregates. So when used for lightweight coarse aggregates may result in different mix proportions from previous studies. One way to reduce its building’s self weight is proposed to replace massive slabs with precast pumice and scoria reinforced concrete slabs. The precast slabs are designed as one-way slabs and are based on the requirements of bending strength and serviceability. While one of the serviceabilities is the maximum crack width which is strongly influenced by the mechanical characteristics of the concrete and can be evaluated from the cracking behavior. The results reported that the crack due to flexure in the reinforced concrete beams was not significantly different compared to the normal concrete. While the calculation of maximum crack width is only used prediction formula for normal concrete structure but with modification of its mechanical characteristics. The tensile strength of pumice and scoria lightweight concrete are relatively low because of the magnitude of the porosity and the low cohesion in both coarse aggregates so that the calculation of the maximum crack width requires a new prediction for more precise results. The objectives of this study were to evaluate the suitability of pumice and scoria typical of Kelud volcano as lightweight coarse aggregates, to find the accurate mix proportions of structural lightweight concrete and, to evaluate cracking behavior and predict a new maximum crack width of pumice and scoria lightweight concrete one-way slabs. In this study, the evaluation of the suitability of pumice and scoria of Kelud volcano as a lightweight coarse aggregate was carried out by measuring the physico-mechanical characteristics of the intact rock cores and coarse aggregates. To obtain an accurate mix proportion of the structural lightweight concrete, mix designs were carried out with Gravity Method and Volumetric Method conveyed by ACI 211.2-98 (R2004) for both coarse aggregate and variations of the specified compressive strength. All mix proportions using PPC, light river sand and coarse aggregates presoaking were accelerated to 18 hours. Investigation were performed on physical and mechanical characteristics of fresh and hardened concrete. The cracking behavior evaluation was performed by three-point bending test of 25 one-way slabs and observing the crack widths that occurred during loading. Maximum crack widths of lightweight concrete one-way slabs were analyzed by Conventional Method includes, proposed prediction Model-A using splitting tensile strength and Model-B using modulus of rupture. Meanwhile, Model-C utilized Linear Elastic Fracture Mechanics Method using modification of tensile strengths. Three important factors were used for evaluating the calculation results, namely reinforcement ratios, compressive strengths and lightweight concrete types. The results of the maximum crack width testing were determined at the assumed service load and then compared with three semi-empirical proposed predictions. The results showed that medium-K basaltic andesitic pumice and scoria from Kelud volcano are typical and different from the two common rocks. As a coarse aggregate, both may be said to fulfill lightweight coarse aggregate requirements, although their mechanical characteristics are relatively low, however the suitability of coarse aggregates of the lightweight concrete may be guaranteed. The mix proportions yielded relatively low PPC contents and different from previous studies. Furthermore, the mix proportion designed by Gravity Method may be considered as an option for larger production. The production processes became faster and their workabilities were satisfactory. The compressive strengths and equilibrium densities fulfill the structural lightweight concrete requirements with density reductions were approximately (19-21) %. The ultimate strains and modulus of elasticity are still proportional, while splitting and flexural tensile strengths are low but they still fullfil the requirements. In general, both lightweight coarse aggregates produce new mix proportions that are different from previous studies. The cracking behavior of the lightweight concrete one-way slabs is similar to normal concrete, but their cracks occur early. The reinforcement ratio and steel stress are two factors that most affect the crack width compared to compressive strength and lightweight concrete types. The crack width testing results show that the reinforcement ratio and steel stress are the two factors that influence the maximum crack width compared to compressive strength and lightweight concrete type. The prediction of concrete code and previous studies yield mazimum crack widths with maximum deviations about (11-15) % to testing results. The proposed prediction of maximum crack width of Model-A and B yield in maximum deviations ranging from (7.8-9.6) %. The proposed prediction of Model-C yield a relatively large maximum deviation, which ranges (22.8-26.0) %. While Model-A provides the most accurate results of predictions compared to other predictions. Thus the three semi-empirical proposed predictions can be said new and different from the predictive formulas of the maximum crack width that existed before. And Model-A may be considered in the design of pumice and scoria lightweight concrete one-way slabs.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	DIS/624.183 4/SUS/p/2018/061805788
Uncontrolled Keywords:	batu apung, skoria, beton ringan struktural, pelat satu arah, lebar retak,pumice, scoria, structural lightweight concrete, one-way slab, crack width.
Subjects:	600 Technology (Applied sciences) > 624 Civil engineering > 624.1 Structural engineering and underground construction > 624.18 Materials > 624.183 Masonry, cermic, allied materials > 624.183 4 Concrete
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Sipil, Fakultas Teknik
Depositing User:	soegeng sugeng
Date Deposited:	17 Oct 2022 08:17
Last Modified:	17 Oct 2022 08:17
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/195759

Text Hendro Suseno.pdf Download (8MB)

Actions (login required)

View Item