LAPORAN HIBAH PENELITIAN PEMULA PEMANFAATAN ABU SEKAM PADI UNTUK PEMBUATAN PANEL DINDING Oleh : Sumiyanto, ST., MT. Wahyu Widiyanto, S.T., M.T. Sugeng Waluyo, ST, M.Sc Dilaksanakan atas biaya DIPA Universitas Jenderal Soedirman Tahun Anggaran 2012, Nomor Kontrak : 1164.50/UN23.9/PN/2012 tanggal 1 Maret 2012 UNIVERSITAS JENDERAL SEODIRMAN LEMBAGA PENELITIAN FAKULTA SAINS DAN TEKNIK PURWOKERTO 2012
Laporan penelitian dalam pengembangan panel dinding dengan bahan abu sekam padi.
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
HALAMAN JUDUL
LAPORAN
HIBAH PENELITIAN PEMULA
PEMANFAATAN ABU SEKAM PADI UNTUK
PEMBUATAN PANEL DINDING
Oleh :
Sumiyanto, ST., MT.
Wahyu Widiyanto, S.T., M.T.
Sugeng Waluyo, ST, M.Sc
Dilaksanakan atas biaya DIPA Universitas Jenderal Soedirman Tahun Anggaran2012, Nomor Kontrak : 1164.50/UN23.9/PN/2012 tanggal 1 Maret 2012
UNIVERSITAS JENDERAL SEODIRMANLEMBAGA PENELITIAN
FAKULTA SAINS DAN TEKNIKPURWOKERTO
2012
2
LEMBAR PENGESAHAN
1. a. Judul Penelitian : Pemanfaatan Abu Sekam Padi Untuk PembuatanPanel Dinding.
b. Bidang Ilmu : Teknik Sipil
2. a. Ketua Proyekb. Nama Lengkap : Sumiyanto, ST., MT.c. Jenis Kelamin : Laki-lakid. NIP : 19731117.200003.1.001e. Pangkat/Golongan : Penata/IIIcf. Fakultas/Jurusan : Fakultas Sains dan Teknik/Jurusan Teknikg. Universitas : Universitas Jenderal Soedirman
3. Jumlah Peneliti : 32 (tiga) orang
4. Lokasi Penelitian : Laboratorium Teknik Sipil
5. Jangka Waktu Penelitian : 4 (empat) bulan
6. Biaya yang Diperlukan : Rp. 10.000.000,00 (Sepuluh Juta Rupiah)
7. Sumber Dana : DIPA UNSOED 2011
Purwokerto, 29 Agustus 2012
Mengetahui, Ketua ProyekFakultas Sains dan Teknik UNSOEDDekan,
Gambar 1.1 Proses pembakaran batu bata merah dengan sekam padi:(a) proses pembakaran, (b) batu bata hasil pembakaran, (c)sekam padi, dan (d) limbah abu sekam padi. ................................ 9
Gambar 1.2 Sketsa aplikasi panel beton abu sekam padi sebagai dindingrumah. ........................................................................................ 10
Gambar 2.1 Sketsa penulangan dengan kawat jala pada panel beton abusekam. ........................................................................................ 14
Gambar 2.2 Skema lentur pada pelat dengan beban merata.......................... 15
Gambar 2.3 Skema uji lentur pada balok. ....................................................... 16
Gambar 3.1 Cetakan sampel uji tekan............................................................ 19
Gambar 3.2 Alat uji tekan. ............................................................................. 20
Gambar 3.3 Sampel uji tarik kawat jala........................................................... 20
Gambar 4.1 Grafik gradasi abu sekam padi.................................................... 23
Gambar 4.2 Adukan semen, abu sekam padi dan air. .................................... 25
Gambar 4.3 Pencetakan sampel uji tekan. ..................................................... 25
Gambar 4.4 Sampel dengan kadar semen 20% sebagian rusak ketikacetakan dibuka............................................................................ 26
Gambar 4.5 (a) Sampel uji tekan yang siap untuk dilakukan perawatan(perendaman) dan (b) perawatan benda uji (perendaman). ........ 27
Gambar 4.6 Pengaruh kadar semen terhadap berat satuan benda uji. ........... 28
Gambar 4.7 Pengaruh kadar semen terhadap berat satuan benda uji. ........... 29
Gambar 4.8 Skema mekanika lentur pada penel dinding................................ 31
Gambar 4.9 Skema hasil desain panel dinding. .............................................. 34
8
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pemanfaatan abu sekam padi merupakan upaya memanfaatkan limbah
dari pembakaran batu bata merah. Abu sekam padi merupakan material yang
melimpah di Indonesia dan belum banyak dimanfaatkan. Sebagai negara agraris,
Indonesia mampu menghasilan padi sekitar 64,4 juta ton pertahun (Anonim,
2010), sedangkan untuk Jawa Tengah produksinya sekitar 8,68 juta ton (Anonim,
2007). Pengolahan padi akan menghasilkan sekam sekitar 17% (Bantacut, 2006)
atau sekitar 9,2 juta ton. Saat ini sebagian besar sekam padi dimanfaatkan untuk
pembakaran batu bata dan menghasilkan limbah abu sekam padi sekitar 13% -
29% (Hartono, dkk., 1986). Berdasarkan kondisi tersebut akan dihasilkan abu
sekam padi yang cukup banyak setiap tahunnya (1,2 – 2,7 juta ton). Abu sekam
padi belum dimanfaatkan sehingga akan menjadi limbah yang dapat
mengganggu lingkungan Gambar 1.1
Selain ketersediaanya yang melimpah, abu sekam padi merupakan
material yang kandungan silika (SiO2) yang cukup besar yaitu sekitar 85%
(Bantacut, 2006). Berdasarkan tingginya kandungan silika tersebut, abu sekam
padi mempunyai potensi untuk material bahan bangunan terutama jika dicampur
dengan semen portland, sehingga akan menjadi material yang padat dank keras.
Pada sisi lain, kebutuhan akan bahan bangunan di Indonesia sangat
tinggi sehingga inovasi dan pengembangan bahan bangunan alternatif sangat
diperlukan. Jumlah penduduk Indonesia pada tahun 2005 adalah 218,8 juta jiwa
(Anonim-2, 2008), dan diperkirakan pada tahun 2025 adalah sekitar 273,7 juta
jiwa (Remi, 2007), atau dengan pertumbuhan sekitar 2,75 juta jiwa (1,3%)
pertahun. Berdasarkan data tersebut, dapat diperkirakan kebutuhan rumah baru
setiap tahunya adalah sekitar 1,38 juta unit.
9
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 1.1 Proses pembakaran batu bata merah dengan sekam padi: (a)proses pembakaran, (b) batu bata hasil pembakaran, (c) sekam padi, dan (d)
limbah abu sekam padi.
Salah satu bagian rumah yang membutuhkan material cukup besar
adalah dinding. Besarnya kebutuhan material ini memberikan peluang yang
tinggi terhadap inovasi pengolahan abu sekam padi menjadi material dinding.
Dengan memanfaatkan kandungan silikanya, maka pengolahan abu sekam padi
cock dilakukan dengan mencampurkan seman portland sebagai bahan pengikat,
sehingga akan menjadi material yang keras. Dengan sifatnya yang keras
tersebut, maka dinding yang dibuat dari abu sekam tidak perlu tebal sehingga
lebih tepat dibuat dalam bentuk panel dinding (papan). Untuk mengatasi sifatnya
yang getas, maka panel tersebut perlu diperkuat dengan tulangan berupa kawat
jala (wire mesh). Berdasarkan alur tesebut maka abu sekam padi sangat
berpotensi dikembangkan sebagai bahan baku pembuatan panel dinding,
dengan ilustrasi disajikan dalam Gambar 1.2
10
Gambar 1.2 Sketsa aplikasi panel beton abu sekam padi sebagai dinding rumah.
1.1 Perumusan Masalah
Pemanfaatan abu sekam padi untuk panel dinding merupakan upaya
memanfaatkan limbah yang sekaligus merupakan inovasi pengembangan bahan
bangunan alternatif. Sebagai material dinding, penel ini harus mampu menahan
beban horisontal sebesar 100 kg/m, dengan ketinggian beban 1 meter dari lantai.
Permasalahan yang muncul adalah desain panel dinding yang mampu menahan
beban tersebut.
Akibat beban horisontal pada dinding akan menghasilkan momen lentur,
dan panel ini harus mampu menahan. Permasalahan yang harus diselesaikan
menentukan tebal panel yang ekonomis namun mampu menahan momen lentur
tersebut, dengan faktor yang berpengaruh adalah:
a. kuat tekan material mortar abu sekan padi, dan
b. kuat tarik kawat jala.
kolom praktis
ring balk
dinding panel
1,00
3,00
11
Kuat tekan mortar abu sekam padi sangat dipengaruhi oleh komposisi
penyusunnya (abu sekam padi, semen dan air), sehingga perlu dicari komposisi
yang tepat untuk menghasilkan kuat tekan optimum. Sedangkan kuat tarik dapat
langsung diketahui dari pengujian tarik.
1.2 Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan desain yang tepat untuk
pembuatan panel dinding dari abu sekam padi. Parameter yang akan dicari untuk
keperluan tersebut adalah:
a) campuran yang tepat antara abu sekam padi, semen dan air,
b) kuat tekan mortar abu sekam padi, dan
c) tebal panel.
12
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
Pemanfaatan abu sekam padi sebagai panel dinding dilakukan dengan
mencampur abu sekam padi dengan semen portland. Disini semen portland
berfungsi sebagai perekat agregat, dengan unsur utamanya adalah trikalsium
aluminat (3CaO.Al2O2) dan dikalsium silikat (2CaO.SiO2) (Gambhir, 1986). Selain
itu semen juga diperlukan sebagai bahan pengisi rongga antar agregat. Terkait
dengan fungsi semen dalam beton, penggunaan semen yang terlalu banyak
akan memudahkan pengerjaannya namun ini merupakan pemborosan yang tidak
diikuti dengan peningkatan kuat tekannya (Murdock dan Brooke, 1979). Namun
demikian penggunaan semen yang terlalu sedikit akan menyebabkan beton
keropos dan kuat tekannya rendah, hal ini terkait dengan kesulitan saat
pemadatan (Sumiyanto, 1997). Berdasarkan alasan tersebut, kadar semen yang
tepat dalam beton perlu dicari sehingga mendapatkan mutu beton yang tepat.
Semen merupakan bahan ikan yang dalam reaksinya memerlukan air
yang jumlahnya hanyalah sekitar 25% berat semen (Murdock dan Brooke, 1979).
Dalam kenyataanya air juga diperlukan sebagai bahan pengencer, sehingga
kalau factor air semen (fas) kurang 0,35 akan sulit dipadatkan. Namun demikian
penggunaan air yang terlalu banyak akan menyebabkan kuat tekan beton yang
dihasilkan rendah walaupun akan mudah dikerjakan. Berdasarkan alasan
tersebut perlu dicari kadar air yang tepat untuk mendapatkan mutu beton
tertentu.
Pada beton, kuat tekanya jauh lebih besar dari kuat tariknya, sehingga
aplikasinya memerlukan tulangan tarik. Kualitas atau mutu beton (fc’) ditentukan
berdasarkan kuat tekanya, yang pengujiannya dilakukan dengan uji tekan pada
beton silinder ataupun kubus. Mutu beton (fc’) hasil pengujian dengan beban
maksimum P dapat dituliskan seperti pada Persamaan 1 (Tjokrodimuljo, 1995).
Material panel dinding dengan abu sekam padi tentunya mempunyai kerakteristik
yang tidak jauh dari beton, dimana kuat tekanya akan lebih tinggi dari kuat
tariknya. Kualitas material tentunya dapat ditentukan seperti pada beton, yaitu
dengan melihat dari kuat tekanya.
13
A
Pf c ' ………………………………………..……………………( 1 )
dengan,
fc’ = kuat tekan beton, (MPa),
P = beban maksimum saat pengujian, (MN),
A = las tampang benda uji, (m2).
Abu sekam padi sebagai bahan utama (pengisi) pada pembuatan panel
dinding. Kadar silika abu sekam padi yang tinggi yaitu sekitar 86% (Bantacut ,
2006). Penelitian lain menyebutkan kandungan silika pada abu sekam padi pada
pembakaran adalah sekitar 500oC adalah sebesar 88,61% (Sabuni, 1995), suhu
ini tidak jauh berbeda dengan pembakaran pada batu bata merah yaitu sekitar
600oC (Prahardian, 2008). Terkait dengan tingginya kandungan silica tersebut,
abu sekam padi sangatlah potensial untuk dikembangkan sebagai bahan
bangunan terutama untuk dicampur dengan semen Portland.
Perbandingan yang tepat antara semen, abu sekam padi dan air akan
menghasilkan mutu beton yang sesuai target dan ekonomis. Untuk mendapatkan
perbandingan campuran yang tepat dapat dilakukan dengan percobaan
campuran dengan variasi kadar semen dan kadar air (fas). Beton hasil
percobaan campuran diuji tekannya, sehingga akan didapatkan dua hubungan
yaitu:
1. hubungan antara mutu beton dan kadar semen,
2. hubungan antara mutu beton dan kadar air.
Menurut Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung tahun 1983,
dinding harus diperhitungkan untuk mendukung beban hidup horizontal yang
besarnya adalah 5 % – 10% beban lantai. Beban ini akan menimbulkan momen
lentur pada dinding, sehingga akan timbul tegangan desak dan tarik. Panel beton
abu sekam padi mempunyai kuat tekan yang cukup tinggi, namun kuat tariknya
rendah. Untuk mengatasi tegangan tarik tersebut maka perlu dipasang tulangan
yang berupa kawat jala (Gambar 2.1 ).
14
Gambar 2.1 Sketsa penulangan dengan kawat jala pada panel beton abu sekam.
Perilaku lentur pada dinding panel beton abu sekam padi dapat dianalisis
sebagai pelat lentur dua arah (Gambar 2.2 . Pendekatan analisis pelat lentur
yang mendukung beban merata dapat dilakukan dengan pendekatan lentur satu
arah (Szilard, 1974). Metode analisis tersebut diilustrasikan pada Gambar 4.
Beban merata po pada pelat akan menghasilkan lendutan dipusat pelat pelat
sebesar w. Lendutan tersebut harus sama dengan lendutan pada balok panjang
Lx dengan lebar 1 satuan dengan beban merata sebesar px, dan juga pada balok
dengan panjang Ly dengan lebar 1 satuan dengan beban marat py. Dalam
analisis ini nilai px dan py merupakan beban ekuivalen yang menghasilkan
lendutan sebesar w pada pelat lentur satu arah. Besarnya nilai px dan py dihitung
dengan Persamaan 2a dan 2b (Szilard, 1974).
panel abu sekam
Tulangan kawat jala
3 cm
15
Gambar 2.2 Skema lentur pada pelat dengan beban merata.
o
yx
y
x pLL
Lp
44
4
……………………………………………… ( 2a )
o
yx
xy p
LL
Lp
44
4
……………………………………………… ( 2b )
Pengujian lentur pelat dengan beban merata px, dapat dilakukan dengan
menggunakan metode pengujian balok dengan beban titik P (Gambar 2.3 ).
Besarnya beban P merupakan ekuivalensi dari beban merata px yang
menghasilkan momen sama. Besarnya beban P dapat dihitung dengan
Persamaan 3a.
1
1Lx
Lx
px
py
16
BL
MP
.4 ………………..……………………………… ( 3a)
dengan,
P = beban pengujian, (kg),
M = momen untuk beban merata px
B = lebar balok, (m),
L = Panjang balok (pelat uji lentur).
Gambar 2.3 Skema uji lentur pada balok.
Momen (M) pada Persamaan 3a besarnya sama dengan momen akibat
beban merata pada pelat lajur (px), dari Persamaan 2a atau 2b, sehingga
Persamaan 3a dapat ditulis sebagai Persamaan 3b.
BL
LpP
xx
2
.2
…………………………………………….… (3b)
Berdasarkan pengujian balok lentur tersebut maka akan didapatkan
besarnya beban P maksimum (Pmax). Dari nilai tersebut maka besarnya momen
dapat dihitung dengan Persamaan 4.
LPM .4
1maxmax ………………………………………..( 4 )
Lx
P
t
17
dengan,
Mmax = momen maksimum pada balok,
P max = beban maksimum pengujian,
L = panjang balok (jarak antar tumpuan).
Jika balok dianggap bahan dianggap isotropic, maka besarnya tegangan
maksimum dapat ditulis dengan Persamaan 5.
2
max
.
.6
tB
Mmak ……………………….………………………( 5 )
dengan,
mak = tegangan maksimum,
M max = momen maksimum,
B = lebar balok,
t = tebal balok.
18
BAB IIIMETODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan paremeter desai panel
dinding, yaitu kuat tekan mortar abu sekam padi, kuat tarik kawat jala, dan tebal
panel. Berdasarkan ketiga parameter tersebut metode penelitian dilakukan dalam
tiga tahapan utama.
3.1 Pembuatan Benda Uji
Pada awalnya, direncanakan campuran yang dipakai dalam penelitian ini
adalah dengan kadar semen 10% sampai dengan 20% dan variasi FAS antara
0,35 sampai dengan 0,45. Desain awal ini menggunakan acuan perancangan
adukan beton normal. Namun berdasarkan percobaan pendahuluan memberikan
hasil bahwa kadar semen kurang dari 20% campuran belum dapat dicetak
sehingga dilakukan revisi campuran yaitu dengan kadar semen 20% sampai
dengan 60% dan FAS dari 0,35 sampai dengan 0,50. Hasil revisi rancangan
adukan adalah seperti pada Tabel 4.1.
Perancangan adukan dilakukan dengan asumsi abu sekam padi pada
kondisi jenuh kering muka (SSD). Kenyataan abu sekam padi yang digunakan
kondisinya tidak SSD, maka perlu dilakukan koreksi kadar air berdasarkan selisih
kadar air SSD dan kadar air lapangan. Koreksi ini kadar air ini akan merubah
banyaknya air yang diperlukan untuk campuran.
Sampel uji tekan dirancang dengan bentuk kubus dengan ukuran 5 cm x
5 cm x 5 cm. Untuk keperluan tersebut, maka cetakan dibuat dengan ukuran
tersebut. Pada penelitian ini cetakan dibuat dari kayu kasau (Gambar 3.1).
Uji tekan pada sampel dilakukan dengan menggunakan alat uji tekan
mortar (Gambar 3.2 ) Berdasarkan hasil uji tekan akan didapatkan gaya
maksimum untuk meruntuhkan sampel, sehingga akan dapat dihitung kuat
tekanya. Data lain dari sapel yang perlu diambil adalah ukuran benda uji dan
berat benda uji, sehingga akan dapat dihitung berat satuan benda uji.
20
Gambar 3.2 Alat uji tekan.
3.3 Pengujian Kuat Tarik Kawat Jala
Pengujian kuat tarik kawat jala dilakukan dengan menggunakan universal
testing machine (UTM). Benda uji untuk keperluan pengujian ini dibuat dari kawat
jala yang ada dipasaran dengan ukuran lebar 5 cm (dua lapis) dan panjang 10
cm. Kuat tarik ditentukan berdasarkan gaya maksimum dari pengujian.
Gambar 3.3 Sampel uji tarik kawat jala
21
3.4 Penentuan Tebal Panel
Tebal panel dihitung berdasarkan kapasitas panel dalam mendukung
momen lentur. Momen yang digunakan dalam hitungan ini adalah momen dari
beban horizontal sebesar 100kg/m yang bekerja pada dinding pada ketinggian 1
m dari lantai. Asumsi tumpuan ada dinding adalah sendi dan rol dengan bentang
3,00 m. Berdasarkan kondisi tersebut maka dihitung besarnya momen lentur
yang bekerja pada dinding.
Kapasitas lentur dari panel dihitung dengan mangacu pelat beton.
Kapsitas lentur dihasilkan dari gaya kopel antara kuat tarik kawat jala dan kuat
desak dari mortar abu sekam padi. Berdasarkan analisis hitungan ini akan
didapatkan tebal panel yang tepat (memenuhi syarat teknis dan ekonomis).
22
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Abu Sekam Padi
Berdasarkan pengujian bahan, abu sekam padi dapat dikatakan sebagai
meterial yang ringan. Hasil pengujian menunjukan berat jenis abu sekam padi
sebesar 1,92, yang berarti lebih rendah dari pasir dan tanah. Pengamatan dari
berat satuanya menunjukan nilai yang sangat rendah yaitu 0,198 gr/cm3 pada
kondisi tidak dipadatkan dan 0,297 gr/cm3 pada kondisi dipadatkan. Nilai berat
satuan tersebut didapatkan pada kondisi abu sekam dilapangan tanpa terkena
air hujan yang mempunyai kadar air sebesar 17,54%.
Perancangan adukan digunakan abu sekam pada kondisi jenuh kering
muka (SSD). Hasil percobaan menunjukan bahwa dari kondisi lapangan
diperlukan tambahan air sebesar 40,18% untuk menjadikan abu sekam padi
menjadi SSD. Jika dilakukan perhitungan maka kadar air SSD adalah sebesar
64,77% dari kondidi keringnya. Kondisi ini mengindikasikan bahwa serapan abu
sekam padi cukup besar.
Berdasarkan uji gradasi (Gambar 4.1 )nampak bahwa abu sekam padi
mempunyai butiran antara halus dan kasar dengan perbandingan 49% dan 51%.
Jika dibandingkan dengan pasir, gradasi ini lebih halus kondisinya antara pasir
dan lanau.
23
Gambar 4.1 Grafik gradasi abu sekam padi.
4.2 Perancangan Ulang
Berdasarkan percobaan pendahuluan pada pembuatan benda uji tekan
menunjukan bahwa kadar semen pada rancangan awal terlalu rendah. Hal ini
diakibatkan oleh asumsi rancangan awal menggunakan beton normal, padahal
abu sekam padi berat satuanya sangat rendah jika dibandingkan agregat beton
normal. Berdasarkan hasil percobaan tersebut dilakukan perancangan ulang.
Kadar semen hasil perancangan ulang diubah dari range 10% - 20%, menjadi
20% - 60%.
Pada awalnya, perancangan campuran dilakukan dengan berat satuan
campuran 2 gr/cm3. Nilai ini ternyata terlalu tinggi dibandingkan dengan berat
satuan hasil percobaan yaitu sebesar 0,598 gr/cm3 untuk kadar semen 20%.
Dengan data tersebut, maka dilakukan rancangan ulang dengan berat satuan
desain yang dikoreksi menjadi 0,60 gr/cm3 untuk kadar semen 20% sampai
dengan 1,20 gr/cm3 untuk kadar semen 60%.
Campuran adukan dilakukan koreksi terhadap kadar air nyata dari abu
sekam padi. Koreksi ini dilakukan untuk mendapatkan kondisi abu sekam padi
SSD. Berdasarkan kadar air SSD abu sekam padi dan kadar air lapangan abu
sekam padi maka dilakukan koreksi campuran adukan dan hasilnya disajikan
dalam Tabel 4.1.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0010,010,11
Per
cent
Fin
er,
%
Grain Diameter, mm
24
Tabel 4.1Tabel rancangan campuran
No KodeKadar
SemenFAS Semen
Abu
SekamAir
1 C20.35 0,20 0,35 1 2,60 1,40
2 C20.40 0,20 0,40 1 2,57 1,43
3 C20.45 0,20 0,45 1 2,53 1,47
4 C20.50 0,20 0,50 1 2,50 1,50
5 C30.35 0,30 0,35 1 1,41 0,92
6 C30.40 0,30 0,40 1 1,38 0,95
7 C30.45 0,30 0,45 1 1,34 0,99
8 C30.50 0,30 0,50 1 1,31 1,03
9 C30.35 0,40 0,35 1 0,82 0,68
10 C30.40 0,40 0,40 1 0,78 0,72
11 C30.45 0,40 0,45 1 0,75 0,75
12 C30.50 0,40 0,50 1 0,71 0,79
13 C30.35 0,50 0,35 1 0,46 0,54
14 C30.40 0,50 0,40 1 0,43 0,57
15 C30.45 0,50 0,45 1 0,39 0,61
16 C30.50 0,50 0,50 1 0,36 0,64
17 C30.35 0,60 0,35 1 0,23 0,44
18 C30.40 0,60 0,40 1 0,19 0,48
19 C30.45 0,60 0,45 1 0,15 0,51
20 C30.50 0,60 0,50 1 0,12 0,55
PERBANDINGAN CAMPURAN
(DALAM BERAT)DASAR DESAIN
4.3 Pembuatan Benda Uji Tekan
Pembuatan sampel untuk uji tekan dilakukan dengan mencampurkan
semen, abu sekam dan air sesuai dengan hasil rancangan. Rancangan
campuran dilakukan dengan asumsi kondisi abu sekam padi SSD. Sedangkan
material yang digunakan mempunyai kadar air sebesar 17,54%. Untuk
mendapatkan kondisi SSD untuk abu sekam maka perlu dilakukan koreksi
sehingga didapatkan kadar air sebsar 64,77%. Setelah kadar air dilakukan
koreksi maka semua bahan dicampur dan diaduk sampai merata, dan
selanjutnya siap dicetak (Gambar 4.2 ).
25
Gambar 4.2 Adukan semen, abu sekam padi dan air.
Pencetakan untuk uji tekan dilakukan dengan cetakan yang telah
disiapkan. Ukuran cetakan berbentuk kubus dengan ukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm
yang dibuat dari kayu (Gambar 4.3 ). Pada saat pencetakan adukan perlu
ditumbuk agar menjadi padat. Pada penelitian ini pemadatan masih
menggunakan metode manual. Untuk campuran dengan kadar semen dan FAS
rendah akan memerlukan pemadatan yang lebih besar. Sedangkan untuk
campuran dengan kadar semen besar dan FAS besar kondisi campuran cukup
basah sehingga pemadatanya mudah.
Gambar 4.3 Pencetakan sampel uji tekan.
26
Sampel yang dibuat tanggal 17 Mei 2012 dbuka pada tanggal 18 Mei
2012, dengan umur 1 hari. Sampel tersebut merupakan sampel dengan kadar
semen 20% (sampel no 1 sampai no 4). Setelah cetakan dibuka, nampak bahwa
sampel no 3 dan no 4 utuh, namun sampel no 1 dan no 2 hancur (Gambar 4.4 ).
Hal ini mengindikasikan kadar semen 20% kurang dari kebutuhan campuran.
Untuk sampel lainya (kadar semen > 20%), semua sampel kondisinya utuh pada
saat dibuka.
Gambar 4.4 Sampel dengan kadar semen 20% sebagian rusak ketika cetakandibuka.
Sampel yang telah dicetak dibuka pada hari ke dua. Setelah sampel
dibuka dari cetakan maka dilakukan perawatan dengan merendam dalam air
sampai umurnya mencapai 28 hari untuk siap diuji (Gambar 4.5 ). Selama
perendaman selalu dikontrol agar benda uji selalu terendam air sehingga proses
hidrasi berjalan dengan sempurna. Dua hari sebelum pengujian benda uji diambil
dari bak peremdaman untuk ditiriskan.
27
Gambar 4.5 (a) Sampel uji tekan yang siap untuk dilakukan perawatan(perendaman) dan (b) perawatan benda uji (perendaman).
4.4 Pengujian Benda Uji
Abu sekam padi pada penelitian ini akan digunakan sebagai bahan utama
penyusun panel dinding. Abu sekam ini akan dicampur dengan semen dan air,
sehingga nantinya akan membentuk meterial keras seperti mortar. Karakteristik
dari papan panel ini diharapkan akan menyerupai material beton atau mortar.
Sifat mekanik yang akan digunakan dalam pengembangan panel dinding dari
material ini adalah kuat tekannya. Berdasarkan maksud tersebut pembuatan
benda uji dimaksudkan untuk mendapatkan campuran yang tepat dengan kuat
tekan yang diharapkan yaitu minimal 50 kg/cm2.
Pengujian utama benda uji adalah untuk mendapatkan nilai kuat
tekannya. Berdasarkan pengujian kuat tekan tersebut nantinya akan digunakan
untuk menentukan komposisi yang tepat antara abu sekam pada, seman dan air
yang digunakan untuk membuat campuran. Selain kuat tekan, dilakukan
pengujian berat satuan benda uji untuk mendapatkan pengaruh komposisi
campuran terhadap kekompakan dari benda uji.
4.4.1 Pengaruh Komposisi Campuran Terhadap Berat Satuan
Berat satuan benda uji dianalisis berdasarkan data berat benda uji dan
volumenya. Berat diukur dengan menimbang benda uji, sedangkan volume
28
dihitung berdasarkan dimensi benda uji yaitu lebar, panjang dan tingginya. Berat
satuan dihitung berdasarkan perbandingan berat dengan volume benda uji.
Berdasarkan hasil analisis data pengujian menunjukan bahwa berat
satuan benda uji sebanding dengan besarnya kadar semen (Gambar 4.6 ). Hal
ini terkait dengan berat satuan abu sekam padi yang rendah jika dibandingkan
dengan semen, sehingga penambahan semen akan meningkatkan berat benda
uji. Peningkatan berat benda uji tersebut tentunya akan meningkatkan berat
satuannya.
Pengaruh FAS pada berat satuan kurang begitu berarti. Hal ini nampak
dari Gambar 4.7 , dimana titik-titik data yang dihasilkan pada FAS yang berbeda
mengumpul untuk kadar semen yang sama. Hal ini menunjukan bahwa FAS
tidak banyak berpengaruh pada kekompakan benda uji dan yang lebih
berpengaruh adalah kadar semen.
Gambar 4.6 Pengaruh kadar semen terhadap berat satuan benda uji.
4.4.2 Pengaruh FAS pada Kuat Tekan Benda Uji
Hasil pengujian kuat tekan menunjukan bahwa peningkatan FAS akan
berpengaruh pada peningkatan kuat tekan benda uji untuk benda uji dengan
kadar semen rendah (kurang dari 40%). Penambahan pada benda uji berarti
jumlah air yang digunakan dalam campuran lebih besar. Kondisi ini menunjukan
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Be
rat
Satu
an(t
on
/m3
)
Kadar Semen (%)
29
pada kadar semen rendah (kurang dari 40%), jumlah air yang digunakan terlalu
sedikit (campuran kering). Penambahan FAS pada kondisi ini punya konsekuensi
menambah air akan meningkatkan kuat tekan. Kondisi pada kadar semen rendah
(kurang dari 40%), kuat tekan yang didapatkan sangat rendah (kurang dari 30
kg/cm2) sehingga campuran dengan kadar semen kurang dari 40% tidak akan
dikaji lebih lanjut.
Pada kadar semen tinggi (lebih dari 50%), peningkatan FAS akan
meningkatkan kuat tekan namun setelah melewati kondisi optimum akan turun
kembali. Untuk campuran dengan kadar semen 50%, nilai optimum didapatkan
pada FAS = 0,45, sedangkan untuk kadar semen 60% nilai optimum pada FAS =
0,40. Berdasarkan data kuat tekan dari kedua kadar semen ini nilai cukup besar,
sehingga akan dikaji lebih lanjut untuk mendapatkan campuran optimumnya.
Gambar 4.7 Pengaruh kadar semen terhadap berat satuan benda uji.
Target kuat tekan dari campuran yang diharapkan adalah sebesar 50
kg/cm2. Nilai tersebut dapat dipenuhi untuk semua semua kondisi FAS pada
kadar semen 60%, dengan kuat tekan 100 kg/cm2 – 200 kg/cm2. Target kuat
0
50
100
150
200
250
0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60
Ku
atTe
kan
(kg/
cm2
)
FAS
Kadar semen = 60%
Kadar semen = 50%
Kadar semen = 40%
Kadar semen = 30%Kadar semen = 20%
30
tekan juga dapat dipenuhi untuk campuran dengan kadar semen 50%, dengan
FAS antara 0,45 sampai 0,50. Dengan mempertimbangkan sisi ekonomis maka
dipilih kadar semen yang lebih rendah, sehingga pilihan jatuh pada kadar semen
50%. Berdasarkan data kuat tekan pada kadar semen 50%, selanjutnya dipilih
FAS yang lebih menguntungkan. Berdasarkan hasil pengujian pada FAS = 0,45
kuat tekan akan mencapai maksimum, sehingga dipilih FAS sebesar 0,45.
Berdasar hasil evaluasi tersebut maka campuran yang diusulkan adalah kadar
semen 50% dan FAS 0,45.
Berdasarkan evaluasi tersebut ditentukan campuran yang optimum
adalah dengan FAS = 0,45 dan kadar semen 50%, dengan kondisi abu sekam
SSD. Perbandingan campuran pada kondisi abu sekam SSD antara semen, abu
sekam dan air dalam berat adalah 1 : 0,55 : 0,45. Jika kondisi abu sekam yang
digunakan pada kondisi kering, perbandingan antara abu sekam, semen dan air
menjadi 1 : 0,39 : 0,61.
4.5 Pengujian Tarik Kawat Jala
Kawat jala akan digunakan sebagai tulangan pada pembuatan panel
dinding abu sekam padi ini. Karakteristik papan panel yang mempunyai kuat
tekan tinggi namun kuat tariknya rendah akan memerlukan tulangan jika harus
mendukung momen. Dengan maksud sebagai tulangan tarik maka kawat jala
perlu dilakukan uji tarik untuk mendapatkan nilai kuat tariknya.
Kawat jala yang digunakan adalah kawat jala yang ada dipasaran dengan
spasi 1,5 cm dan diameter kawat adalah 0,6 mm. Pengujian dilakukan dengan
sampel ukuran lebar 10 cm (dilipat menjadi 5 cm). Hasil pengujian kuat tarik
mengasilkan kuat tarik sebesar 1,2 kN untuk lebar kawat jalan 10 cm atau
sebesar 12 kN/m. Berdasarkan data kuat tarik tersebut selanjutnya akan
digunakan sebagai dasar analisis penulangan panel diding abu sekam padi.
4.6 Desain Konstruksi Penel Dinding
Desain pada prinsipnya membandingkan antara kapasitas dan beban
yang bekerja. Pada desain panel dinding ini beban yang bekerja merupakan
beban hidup horisontal sebesar 100 kg/m, dengan posisi 1 m dari lantai.
Berdasarkan beban yang bekerja tersebut maka akan timbul momen lentur pada
31
dinding, sehingga dinding harus didesain mampu mendukung momen tersebut.
Sedangkan kapasitas dalam menahan momen lentur didapatkan dari momen
kopel dari kapasitas tarik tulangan dan desak pada panel.
4.6.1 Kapasitas Momen Lentur
Analisis kapasitas lentur pada panel dinding dilakukan dengan
menghitung momen kopel dari kapasitas tarik tulangan dan desak pada panel
dinding. Penentuan kapasitas momen panel dinding ini didasarkan pada
beberapa asumsi berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan. Asumsi-asumsi
tersebut antara lain:
a. Tebal panel dining adalah 3 cm.
b. Kuat tekan panel abu sekam padi adalah 5 MPa.
c. Tulangan yang dipakai adalah kawat jala denga kuat tarik 12 kN/m.
Kapasitas lentur panel dihitung menggunakan prinsip momen kopel antara
tegangan desak pada panel dan tarik pada tulangan (kawat jala). Skema
hitungan disajikan dalam skema pada Gambar 4.8 .
Gambar 4.8 Skema mekanika lentur pada penel dinding.
D
T
t
c
s
z
0,85.fc
32
Tahapan hitungan kapasitas momen lentur panel dinding adalah sebagai berikut
ini.
a. Kapasitas tarik (T) ditentukan berdasarkan kuat tarik kawat jala.
Berdasarkan hasil pengujian didapatkan kuat tarik kawat jala adalah 12
kN/m. Untuk panel dinding dengan lebar 1 meter, maka kapasitas
tariknya adalah 12 kN.
b. Kapasitas desak (D) dihitung berdasarkan keseimbangan gaya
horisontal, dimana T = D. Dengan demikian maka besarnya kapasitas
desak (D) sama dengan 12 kN.Kedalaman bagian desak dihitung
dengan menggunakan skema pada beton, dimana tegangan desak
dianggap merata sedalam c. Tegangan desak rata-rata adalah 0,85 kali
kuat desaknya. Selanjutnya nilai c dihitung dengan persamaan
c =
,଼ହ..dan besarnya nilai c adalah 0,003 m atau 0,3 cm.
a. Selanjunta dengan data nilai c dihitung nilai z yang merupakan jarak
antara T dan D, dengan selimut tulangan kawat jala (s) sebesar 0,5 cm.
Nilai z dihitung dengan persamaan z = t – s – 0,5.c. Hasil hitungan nilai z
adalah sebesar 0,024 m atau 2,4 cm.
b. Kapasitas momen (Mn) dihitung dengan mengalikan nilai D dan z, atau T
dan z. Hasil hitungan kapasitas momen adalah sebesar 0,241 kN.m.
4.6.2 Analisis Momen pada Dinding
Pada umumnya dinding rumah berukuran 3 m x 3 m. Ukuran tersebut
didasarkan pada jarak antar kolom praktis yaitu 3 meter dan tinggi dinding 3 m.
Asumsi panel dinding dicetak dengan ukuran 1 m x 3 m, sehingga ada dua
kemungkinan pemasangan yaitu vertikal dan horisontal. Pada pemasangan
vertikal maka skema lentur yang terjadi adalah seperti pada balok vertikal
panjang 3 mater dengan beban titik sebesar 100 kg dan dengan posisi beban 1
meter dari bawah. Sedangkan jika dipasang horisontal maka skema lentur akan
seperti balok panjang 3 meter dengan beban merata dengan beban 100 kg/m.
Hitungan momen pada kedua tipe pemasangan adalah sebagai berikut:
33
a. Pemasangan panel vertikal menghasilkan momen lentur maksimum
sebesar 0,67 kN.m,
b. Pemasangan panel horisontal menghasilkan momen lentur
maksimum sebesar 1,12 kN.m.
Berdasarkan kedua tipe pemasangan tersebut maka pemasangan vertikal akan
lebih efetktif, karena menghasilkan momen lebih kecil. Namun demikian, momen
yang dihasilkan masih jauh lebih besar dari kapasitasnya, sehingga desain
dengan ukuran dinding 3 m x 3 m belum bisa digunakan.
Modifikasi perlu dilakukan dengan memperkecil jarak antar kolom praktis.
Dicoba jarak antar kolom praktis 2 m dan tinggi balok juga 2 meter. Pada kondisi
ini momen yang dihasilkan baik pada pemasangan vertikal maupun horisontal
sama yaitu 0,5 kN.m. Besarnya momen yang terjadi masih lebih besar dari pada
kapasitasnya, sehingga tipe ini juga belum bisa digunakan.
Modifikasi dilakukan lagi dengan jarak antar kolom praktis 1 m dan tinggi
balok 3 m. Pada tipe ini panel dengan ukuran 1 m x 3 m dijepit dengan kolom
praktis dan balok. Momen lentur maksimum yang terjadi pada bentang 1 meter,
yang besarnya adalah 0,125 kN.m. Besarnya momen lentur ini lebih kecil dari
kapasitanya, sehingga layak untuk digunakan sebagai dinding.
34
Gambar 4.9 Skema hasil desain panel dinding.
kolom praktis
ring balk
dinding panel
1,00
35
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan tujuan penelitian dan hasil kajian yang tekah dilakukan
maka dapat ditarik beberapa kesimpulan, antara lain:
a. Campuran antara semen, abu sekam dan air yang paling optmimum
adalah 1 : 0,55 : 0,45 (pada kondisi abu sekam SSD), atau 1 : 0,39 :
0,61, pada kondisi abu sekam kering. Pada campuran tersebut kadar
semenya adalah 50% dengan FAS 0,45.
a. Kuat tekan pada campuran optimum adalah sekitar 10 MPa, dan
untuk keperluan perancangan diambil nilai 5 MPa.
b. Tebal papan panel yang diusulkan adalah 3 cm dengan tulangan
kawat jala dengan kuat tarik 12 kN/m. Posisi tulangan pada
kedalaman 0,5 cm. Kapasitas momen yang dihasilkan adalah 0,241
kN.m.
c. Untuk dapat menahan momen yang bekerja, pemasangan panel
dinding dengan tebal 3 cm, dilakukan dengan kolom praktis pada
jarak 1 m
5.2 Saran
Penelitian ini dilakukan untuk membuat desain awal. Pada penelitian ini
kapasitas lentur dikaji dengan skema mekanik dengan analogi pada beton.
Pengujian lentur pada benda uji berupa panel dinding perlu dilakukan untuk
verifikasi dan koreksi jika diperlukan. Momen lentur dianalisis dengan
mengabaikan kondisi jepitan pada kolom praktis. Penelitian masih perlu
dilakukan untuk meneliti faktor jepitan tersebut.
36
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2010, Produksi Padi, Jagung dan Kedelai (Angka Tetap tahun 2009 danAngka Ramalan II Tahun 2010), Berita Resmi Statistik Badan PusatStatistik No. 43/07/XIII 1 juli 2010, http://www.bps.go.id/brs_file/aram-01jul10.pdf, 4 juli 2010 jam 18.20 WIB.
Anonim, 2007, Sumber Daya Alam Jawa Tengah,http://www.indonesia.go.id/id/index.php?option=com_content&task=view&id=3522&Itemid=1946 akses tanggal 26 Maret 2008 jam 13:07 WIB.
Anonim, 2008, Jumlah Penduduk menurut ProvinsiJumlah Penduduk menurutProvinsi, http://www.datastatistik-indonesia.com/component/option,com_tabel/kat,1/Itemid,165/, aksestanggal 26 Maret 2008 jam 13:45 WIB
Bantacut, T, 2006, Teknologi Pengolahan Padi Terintegrasi BerwawasanLingkungan, Lokakarya Nasional ”Peningkatan Dayasaing BerasMelalui Perbaikan Kualitas” Gedung Pertemuan Oryza Bulog, Jakarta,13 September 2006.
Hartono, Y.M.V., Wirdad, B dan Suparta, 1986, Pembuatan Sic Dari Sekam Padi,Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Industri Keramik,Departemen Perindustrian dan Perdagangan, Bandung.
Murdock, L.J. and Brooke, K.M., 1979, Concrete Material and Practice, EdwardArnold, New York.
Prahardian, G., 2008, Perbandingan Warna Hasil Pembakaran Terhadap KuatTekan Batu Bata Merah Pejal Asal Sokaraja, Jurusan Teknik FakultasSains dan Teknik Unsoed, Purwokerto.
Remi, S.S., 2007, Implikasi Proyeksi Penduduk Indonesia Tahun 2000-2025Terhadap Pembangunan Berkelanjutan Bidang Ekon,http://pustaka.bkkbn.go.id/index.php?option=com_content&task=view&id=95&Itemid=9 diakses pada tanggal 26 Maret 2009 jam13.10
Sabuni, E., 1995, Reaserch into Potentialities of Rice Husk ash Cement forAplication in Rural Tanzania, Faculty of Engineering, Delf University ofTechnology.
Sumiyanto, 1997, Rasio Agregat Semen Terhadap Kuat Tekan Beton, JTS FTUGM, Yogyakarta
Szilard, R., 1974, Teori dan Analisis Pelat Metode Klasik dan Numerik, alihbahasa oleh Ir. Wira, MSCE, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Tjokrodimuljo, K., 1995, Teknologi Beton, JTS FT UGM, Yogyakarta.
37
LAMPIRAN
Lampiran 1 Hasil pengujian kadar air abu sekam padi.
1 Can no. 1 2
2 Mass of can M1 gram 4,6 9,1
3 Mass of wet soil + can M2 gram 11,80 19,4
4 Mass of dry soil + can M3 gram 10,7 17,90
5 Mass of moisture (M2-M3) gram 1,1 1,5
6 Mass of dry soil (M3-M1) gram 6,1 8,8
7 Water content, w [(M2-M3)/(M3-M1)]x100% 18,03 17,05