Review Pengujian Sampel Beton Sebagai Penerimaan Job Mix Desain

Dalam mendapatkan suatu mutu beton serta sebagai pedoman dalam pengendalian mutu beton (quality control) pada pelaksanaan beton dilapangan, perlu dilakukan serangkaian pemeriksaan dan pengujian laboraturium pada bahan-bahan (agregat) yang akan digunakan untuk pembuatan beton tersebut.

Job mix desain dapat didefinisikan sebagai proses merancang serta memilih bahan campuran dan menentukan proporsi relatif dengan tujuan memproduksi beton sesuai dengan spefisikasi mutu yang disyaratkan.

Beberapa parameter persyaratan minimum perancangan campuran beton yang harus diperhatikan dalam desain beton (seperti tercantum dalam PBI 1971 maupun SNI Beton 2002) antara lain  :

1. Kuat tekan minimum yang didapat dari pertimbangan structural
2. Kemudahan pengerjaan yang dibutuhkan untuk pemadatan sesuai dengan peralatan pemadatan yang tersedia
3. Faktor air-semen (fas) maksimum dan/atau kandungan semen maksimum untuk memberikan ketahanan yang cukup sesuai dengan kondisi-kondisi lokasi pengerjaan
4. Kandungan semen maksimum untuk menghindari penyusutan, keretakan akibat siklus temperatur dalam massa beton

Pengujian hasil campuran beton tersebut kemudian akan diuji dengan benda uji kubus/silinder setelah dicapai umur beton tertentu untuk mengetahui mutu berapa sebenarnya mutu beton yang diperoleh.

Metode perhitungan dan pemilihan material campuran beton tidak akan dijelaskan di sini karena tulisan kali ini akan mengulas bagaimana evaluasi tes benda uji beton kubu/silinder sebagai evaluasi mix desain yang dilakukan telah mencapai mutu beton yang disyaratkan.

Dikutip dari PBI 1971 point 4.5 Mutu Pelaksanaan dan Kekuatan Tekan Beton Karakteristik, menyatakan bahwa :

Beton adalah suatu bahan konstruksi yang mempunyai sifat kuatan tekan yang khas, yaitu apabila digunakan dengan sejumlah besar benda-benda uji, nilainya akan menyebar sekitar suatu nilai rata-rata tertentu. Penyebaran dari hasil-hasil pemeriksaan ini akan kecil atau besar bergantung pada tingkat kesempurnaan dari pelaksanaannya. Dengan menganggap nilai-nilai dari hasil pemeriksaan tersebut menyebar normal (mengkuti lengkung dari Gauss) maka ukuran besar kecilnya penyebaran dari nilai-nilai hasil pemeriksaan tersebut menjadi ukuran dari mutu pelaksanaannya.

Berdasarkan ketentuan di atas, berikut akan disajikan bagaimana evaluasi pengujian sampel beton yang sering saya lakukan (sesuai dengan PBI 1971), sebagai referensi, berbagi dan mungkin koreksi serta masukan bila ada point yang terlewat dari apa yang selama ini saya lakukan.

a. Laporan hasil uji sampel beton

Berikut disajikan contoh laporan pengujian sampel beton berdasarkan hasil job mix desain. Data job mix desain sebagai berikut  :

1. Mutu beton desain K-225 (benda uji kubus dengan sisi 15 cm) yang artinya memilki kuat tekan beton pada umur 28 hari sebesar 225 kg/cm2
2. Campuran beton normal tanpa addictive 
3. Agregat halus pasir alami dan agregat kasar batu pecah/split
4. Semen yang digunakan semen type I (berhubungan dengan penggunaan tabel konversi umur terhadap kuat tekan beton)
5. Peruntukan beton adalah untuk struktur pondasi

Gb. 1 - Data pengujian sampel beton

b. Tabulasi hasil pengujian sampel beton

Untuk memudahkan evaluasi hasil pengujain sampel beton perlu disusun dalam tabulsi perhitungan yang menampilkan sekaligus parameter yang akan ditinjau, antara lain  :

1. Jenis benda uji, kubus atau silinder 
2. Umur benda uji, berkaitan dengan konversi umur terhadap kuat tekan beton
3. Standar deviasi, menunjukkan mutu pelaksanaan
4. Faktor air semen dan jumlah semen minimum sesuai dengan kondisi beton dalam struktur
5. Nilai slump sesuai dengan peruntukan beton dalam struktur

Gb. 1 - Tabulasi data hasil pengujian sampel beton

 b.1 Jenis benda uji

Benda uji dalam pengujian adalah kubus sisi 15 cm sehingga nilai hasil pengujian tersebut bisa langsung dilakukan analisa statistik. Terkait dengan benda uji dalam PBI 1971 dinyatakan terdapat perbedaan kuat tekan berdasarkan masing-masing benda uji, sebagai berikut  :

Gb. 3 - Perbandingan kuat tekan berbagai benda uji

b.2 Umur benda uji

Umur mutu beton yang disyaratkan K-225 merupakan besarnya kuat tekan beton berumur 28 hari, namun untuk pengujian sampel beton tidak perlu menunggu hingga  umur beton mencapai 28 hari. Kuat tekan beton umur 28 hari bisa diprediksi dengan menggunakan tabel konversi umur terhadap kuat tekan beton sesuai dengan yang tercantum pada PBI 1971.

Gb. 4 - Perbandingan kuat tekan beton pada berbagi umur

Dari data pengujian sampel beton yang diberikan dinyatakan bahwa benda uji berumur 7 hari, maka dalam analisa hasil uji tersebut dikonversikan ke umur 28 hari (dengan cara hasil kuat tekan 7 hari dibagi dengan 0,65).

Yang perlu diingat dalam menggunakan tabel konversi kuat tekan beton adalah jenis semen yang digunakan dalam campuran beton karena konversi tersebut hanya dikhususkan untuk jenis semen seperti yang tercantum dalam tabel.

b.3 Standar deviasi

Rumus standar deviasi seperti yang tercantum dalam PBI 1971 adalah sebagai berikut  :

Gb.5 - Rumus standar deviasi

Peritungan standar deviasi dalam analisa ini memiliki beberapa peranan, antara lain  :

• mengetahui kualitas/mutu pelaksanaan, dalam PBI 1971 ditabelkan hubungan antara mutu pelaksanaan dengan besarnya sebagai berikut  :

Gb. 5 - Mutu pelaksanaan diukur dengan standar deviasi

• menentukan kuat tekan beton karakteristik, dalam PBI 1971 mutu beton karakteristik dengan menganggap bahwa hasil pengujian sampel beton mengikuti sebaran normal (lengkung Gauss) dan dengan 5% kemungkinan adanya nilai kuat tekan yang tidak memenuhi syarat mutu beton dirumuskan sebagai berikut  :

Gb. 6 - Kuat tekan beton karakteristik

Hasil perhitungan sesuai dengan yang ditampilkan pada tabulasi data hasil pengujian, nilai standar deviasi sampel beton 18,24 dan dengan nilai tersebut diperoleh kuat tekan beton karakteristik sebesar 273,86 kg/cm2.

b.4  Faktor air semen dan jumlah semen minimum

Faktor air semen berhubungan  kekentalan (konsistensi) beton, yang besarannya disesuaikan dengan cara transportasi beton ke lokasi pengecoran, cara pemadatan, jenis konstruksi dan kerapatan tulangan. Faktor air semen dan jumlah semen minimum dengan berbagai kondisi beton sudah ditetapkan dalam PBI 1971 sebagai berikut  :

Gb. 7 - Faktor air semen dan jumlah semen minimum

Hasil analisa sesuai dengan yang ditampilkan pada tabulasi data hasil pengujian, besarnya faktor air semen yang digunakan 0,51 dan jumlah semen per m3 beton sebesar 386 kg.

b.5 Nilai slump

Kekentalan adukan beton dapat diperiksa dengan pengujian slump. Adukan beton untuk keperluan pengujain slump harus diambil langsung dari mesin pengaduk beton. Ukuran besarnya nilai slump dengan menggunakan kerucut Abrams (sebuah kerucut terpancung dengan diameter atas 10 cm, diameter bawah 20 cm dan tinggi 30 cm). Untuk mencegah adukan beton yang terlalu kental atau bahkan terlalu encer maka PBI 1971 menyajikan nilai slump untuk berbagai pekerjaan beton sebagai berikut  :

Gb. 8 - Nilai slump untuk berbagai pekerjaan beton

Hasil pengujian sampel beton di atas memiliki nilai slump sebesar 9,00 cm.

c. Kesimpulan

Dari hasil perhitungan serta analisa terhadap pengujian sampel beton, dan dibandingkan dengan persyaratan minimum perancangan campuran beton sesuai dengan PBI 1971, dapat disimpulkan  :

• Benda uji sampel beton yang digunakan kubus sisi 15 cm
• Sampel beton saat diuji berumur 7 hari
• Standar deviasi hasil pengujian sebesar 18,24 
• Kuat beton karakteristik (beton umur 28 hari) 273,86 kg/cm2  >  dari mutu beton yang disyaratkan 225 kg/cm2
• Faktor air semen 0,51  <  nilai faktor air semen maksimum sebesar 0,55
• Jumlah semen per m3 beton 386 kg  >  jumlah minimum 325 kg
• Nilai slump sebesar 9,00 cm, sesuai batas nilai slum 5,0 - 12,5 cm

Maka job mix desain yang  dilakukan telah memenuhi spesifikasi mutu beton yang disyaratkan dan dapat diterima.

Dengan dilakukannya evaluasi job mix desain beton akan lebih dapat menjaga kualitas mutu beton tercapai sesuai dengan mutu yang disyaratkan. 

Sebagai catatan tambahan, umumnya hasil job mix tersebut akan disajikan kembali dalam satuan takaran dolak (alat takar pasir dan batu split berbentuk kotak terbuat kayu dengan dimensi tertentu sesuai proporsi job mix desain yang dilakukan) sebagai pedoman dan memudahkan pelaksanaan serta kontrol di lapangan.

Penyelidikan Tanah

Penyelidikan tanah merupakan fase awal dalam desain konstruksi sipil, seperti contohnya dalam perencanaan pondasi, pemadatan timbunan, bendungan maupun kestabilan lereng. Secara umum maksud dari pekerjaan penyelidikan tanah adalah untuk mendapatkan data teknis atau parameter tanah yang dapat mewakili kondisi tanah setempat untuk digunakan sebagai parameter desain.

Apakah semua desain konstruksi sipil harus melalui fase penyelidikan tanah terlebih dahulu? Berikut beberapa kriteria singkat kondisi konstruksi seperti apa yang harus dilakukan penyelidikan tanah terlebih dahulu :

1. Konstruksi pada lokasi lapisan tanah pendukung bervariasi.
2. Konstruksi di area tanpa informasi awal bagaimana kondisi area tersebut.
3. Bangunan yang penting dan besar (dalam arti dimensi atau beratnya).
4. Bangunan dengan dampak lingkungan besar apabila bangunan tersebut mengalami kegagalan.

Berikut akan diulas jenis dan uraian pekerjaan yang umum dilakukan pada proses penyelidikan tanah sebagai dasar perencanaan konstruksi terutama dalam desain pondasi.

a. Aspek-aspek yang ingin diketahui dan didapatkan dari penyelidikan tanah

1. Jenis dan profil lapisan tanah atau batuan secara visual dan terperinci.
2. Kedalaman tanah keras (hard/dense soil) dan daya dukungnya.
3. Level muka air tanah (ground water level).
4. Data Index Properties dan Engineering Properties.
5. Analisa teknis yang menghasilkan rekomendasi desain untuk jenis pondasi yang akan digunakan, termasuk daya dukung pondasi dangkal, daya dukung pondasi dalam dan penurunan.
6. Menentukan besarnya tekanan tanah terhadap dinding penahan tanah atau
   pangkal jembatan (abutment).
7. Analisa teknis yang menghasilkan rekomendasi desain pemadatan/penimbunan.
8. Menyelidiki keamanan suatu struktur bila penyelidikan dilakukan pada bangunan yang telah ada sebelumnya.
9. Pada konstruksi jalan raya dan irigasi, penyelidikan tanah berguna untuk menentukan letak-letak saluran, gorong-gorong, pennetuan lokasi dan macam bahan timbunan.

b. Penentuan lokasi dan titik penyelidikan tanah

Secara umum lokasi pekerjaan penyelidikan tanah akan dituangkan dalam sebuah layout desain penyelidikan tanah. Pengukuran dalam menentukan posisi titik penyelidikan tanah bisa menggunakan beberapa cara, antara lain :

1. Menggunakan meteran ukur terhadap titik acu (benchmark) atau bangunan yang sudah ada di lokasi penyelidikan tanah.
2. Sistem koordinat.

Dari kedua cara tersebut tentu dengan menggunakan sistem koordinat akan lebih akurat bila dibandingkan tarikan manual dengan meteran, apalagi kalau lokasi tanah yang akan diselidiki masih berupa lahan kosong. Akurat di sini yang dimaksud adalah ketepatan antara titik penyelidikan tanah yang dituangkan dalam gambar teknis dengan lokasi penyelidikan di lapangan.

Layout Penyelidikan Tanah dengan Sistem Koordinat

Idealnya penyelidikan tanah harus dilakukan sedapat mungkin pada titik atau koordinat yang ada pada layout desain penyelidikan tanah. Namun apabila kondisi medan atau kontur di lapangan yang tidak memungkinkan pada titik atau koordinat tersebut tidak memungkinkan, maka pekerjaan penyelidikan tanah boleh digeser maksimal 3 meter dari titik atau koordinat awal.

b.1 Penentuan jumlah titik penyelidikan tanah

 

Jumlah titik penyelidikan tanah yang perlu dilakukan sangat bergantung pada komplekstisitas lapisan tanah dan biaya yang tersedia. Yang jelas semakin jumlah titik penyelidikan tanah maka akan semakin teliti informasi yang di peroleh dari kondisi tanahnya. 

Terzaghi dan Peck merekomendasikan jumlah titik penyelidikan tanah sebagai berikut :

1. Pondasi bangunan tingkat tinggi dan bangunan industri, paling sedikit diperlukan satu lubang bor pada tiap-tiap sudut bangunan nya dan sebaiknya jarak antar titik tidak lebih dari 15 m.
2. Untuk jembatan dan bendungan titik penyelidikan tanah diletakkan pada sumbu-sumbu struktur untuk mengetahui apakah pada lokasi tersebut kondis tanah yang ada mampu mendukung beban struktur.
3. Masih untuk jembatan, titik penyelidikan yang lain diletakkan pada di bawah pangkal jembatan atau pilar.
4. Pada bendungan titik penyelidikan yang lain dilakukan pada lokasi bangunan pelengkap seperti lokasi bendungan elak.

b.2 Penentuan jarak antar titik penyelidikan tanah

Terzaghi dan Peck menyarankan jarak antar titik penyelidikan tanah sebagai berikut :

1. Untuk area penyelidikan tanah yang sangat luas, jarak antar titik minimum 30 m dan
   maksimum 60 m.
2. Untuk proyek jalan raya, penyelidikan tanah dilakukan pada jarak interval 30 m sepanjang jalannya.

Referensi lain mengkorelasikan jarak antar titik penyelidikan tanah dengan jenis tanah yang diselidiki sebagai berikut :

1. Tanah normal, titik penyelidikan tanah setiap 100 – 200 m.
2. Tanah lunak (semacam lempung lunak, lanau maupun gambut), titik penyelidikan tanah dilakukan setiap 50 – 100 m.

c. Uraian dan lingkup pekerjaan penyelidikan tanah

Pelaksanaan pekerjaan penyelidikan tanah meliputi 2 (dua) jenis pekerjaan yakni : penyelidikan tanah di lapangan dan penyelidikan tanah di laboratorium.

c.1 Penyelidikan di Lapangan 

Penyelidikan di lapangan meliputi observasi tanah secara visual dan juga pengambilan sampel tanah untuk kemudian dilakukan penyelidikan di laboratorium, berikut secara umum detail penyelidikan di lapangan  :

1. Penyelidikan dengan pengeboran mesin (core drilling), pengamatan muka air tanah (ground water level observation), deskripsi tanah secara visual (visual soil description), pengambilan sampel tanah (disturbed dan/atau undisturbed sample) untuk penyelidikan di laboratorium.
2. Penyelidikan daya dukung dan lokasi tanah keras dengan menggunakan standard penetration test (SPT) dan/atau sondir (CPT).
3. Untuk desain yang memerlukan data permeabilitas tanah (misalnya untuk desain waduk) maka dilakukan pumping test. 

Sebagai catatan, untuk mengoptimalkan kualitas dan hasil penyelidikan tanah di lapangan, untuk pekerjaan boring, SPT, dan sondir untuk satu titik pada suatu area penyelidikan tanah harus dilakukan secara berurutan atau bersamaan agar dapat segera dilakukan perbandingan hasil antara boring, SPT, dan sondir pada satu titik.

c.1.1 Penyelidikan dengan Pengeboran Mesin dan Pengambilan Sampel

Tujuan dari penyelidikan ini adalah  :

1. Melakukan evaluasi keadaan setiap lapisan tanah secara visual dan terperinci sepanjang kedalaman titik pengeboran.
2. Pengambilan sampel tanah tak terganggu (undisturbed sample) maupun sampel tanah terganggu (disturbed sample) untuk penyelidikan laboratorium. Acuan standar yang dipakai dalam pengambilan sampel tanah menggunakan SNI ataupun ASTM D 1586 (untuk disturbed sample) dan ASTM D 1587 (untuk undisturbed sample)
3. Melaksanakan tes SPT (standard penetration test) pada semua titik  pengeboran. 
4. Kedalaman pengeboran umumnya dilakukan hingga kedalaman tanah keras (karena salah satu tujuan penyelidikan tanah adalah untuk mengetahui posisi lapisan tanah keras) kecuali untuk kasus khusus dimana sudah ditentukan dari awal penyelidikan tanah berapa kedalaman yang diinginkan.

Untuk metode pengambilan sampel tanah, berikut sedikit detail prosedur dan point penting yang harus diperhatikan  :

1. Pengambilan sampel tidak terganggu (undisturbed sample) dilakukan dari kedalaman 1 meter di bawah level tanah aktual dan setiap perubahan lapisan tanah. 
2. Jenis tabung yang digunakan untuk pengambilan undisturbed sample adalah jenis thin walled tube sampler. Tidak boleh terdapat cacat pada tabung seperti penyok dan/atau karat yang berlebihan. Seluruh tabung yang dipergunakan harus dalam keadaan bersih.

c.1.2 Pengujian Standard Penetration Test (SPT)

Pelaksanaan pekerjaan SPT berdasarkan standar ASTM D 1586. Ketentuan kedalaman pengeboran dan pengujian SPT sebagai berikut  : 

1.  Pengujian SPT dilakukan pada kedalaman 1 meter, 2 meter, 3 meter, dan 4 meter di bawah muka tanah asli. Pada kedalaman lebih dari 4 meter di bawah muka tanah asli, pengujian SPT dilakukan setiap interval 2 meter.
2. Pengujian SPT dilakukan sampai pada kedalaman tanah keras yaitu apabila telah diperoleh nilai N > 50 sebanyak 3 kali berturut-turut (kecuali dalam kasus khusus dimana kedalaman pengujian sudah ditentukan di awal penyelidikan).
3. Apabila dalam suatu kasus pengujian SPT didapat nilai N > 50 kali sebanyak 3 kali berturut-turut pada kedalaman kurang dari 10 meter di bawah muka tanah asli, maka sebaiknya pengeboran dan pengujian SPT diteruskan sampai kedalaman 10 meter di bawah muka tanah asli.

c.1.3 Pengamatan muka air tanah

Pengamatan muka air tanah dilakukan pada lubang bor setelah elevasi muka air menjadi stabil.

c.1.4 Penyelidikan dengan Sondir (CPT)

Tujuan penyelidikan ini adalah  :

1. Melakukan evaluasi keadaan dan kedalaman tanah keras.
2. Mengetahui point resistance dan skin friction.

Untuk penyelidikan tanah ringan maka alat sondir yang digunakan berkapasitas 2,5 ton. Penyelidikan tanah dilakukan dengan menggunakan biconus sampai batas kemampuan alat sondir yang digunakan. Untuk alat sondir kapasitas 2,5 ton umumnya kedalaman yang bisa dicapai +/- 30 m. Penyelidikan sondir dilakukan berdasarkan standar ASTM D 3441.

Perlu menjadi catatan kondisi tanah pada lokasi penyelidikan tanah apabila dominan dengan tanah berbutir kasar (dense coarse soil) besar kemungkinan tidak bisa ditembus dengan alat sondir.

c.1.5 Pengujian Permeabilitas Lapangan  (Pumping Test)

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui koefisien permeabilitas tanah umunya diperlukan contohnya pada desain waduk (kolam air).

Apabila dalam suatu rangkaian penyelidikan tanah dilakukan pekerjaan boring, SPT dan pumping test, maka pengujian pumping test bisa saja dilakukan pada lubang bekas pengeboran (atau ditentukan dilokasi lain tergantung dari parameter desain dan data tanah yang ingin diperoleh).

Metode uji pumping test bisa secara Falling Head maupun Constant Head (umumnya konsultan akan memberikan salah satu metode uji pumping test pada saat penyelidikan di lapangan). Untuk cara pelaksaannya ada dua macam pumping yang dilakukan yaitu  :  Pump In dan Pump Out. Kedua cara ini tergantung pada kondisi muka air tanah di lapangan. Jika muka air tanahnya tinggi maka harus dilakukan Pump Out dan jika muka air tanahnya rendah dapat dilakukan Pump In.

Uji permeabilitas bisa juga dilakukan di laboratorium tergantung dari parameter desain dan data yang ingin diperoleh. Umumnya, hasil uji permeabilitas di lapangan sudah cukup untuk dasar desain dan menggambarkan kondisi aktual.

c.2 Penyelidikan di Laboratorium

Penyelidikan di laboratorium merupakan tindak lanjut dari apa yang sudah dilakukan di lapangan, dimana di laboratorium ini akan diolah dan diselidiki lebih lanjut sampel tanah yang sudah diambil dari lokasi penyelidikan lapangan. 

Parameter yang ingin diperoleh dari pengujian laboratorium adalah  :
   
c.2.1 Index properties (undisturbed sample)

1. Unit weight (berat isi) .............................................. mengacu pada ASTM D 2937.
2. Specific gravity (berat jenis)..................................... mengacu pada ASTM D 854.
3. Atterberg limit ........................................................ mengacu pada ASTM D 4318.
4. Grain size analysis (analisa saringan) ...................... mengacu pada ASTM D 442.  
5. Water content (kadar air) ........................................ mengacu pada ASTM D 2216. 

c.2.2 Engineering properties pada tanah berbutir halus

1. Consolidation test .................................................. mengacu pada ASTM D 2435. 
2. Unconfined compression test .................................. mengacu pada ASTM D 2166. 
3. Triaxial Test (CU/UU) .............................................. mengacu pada ASTM D 2850.

 c.2.3 Engineering properties pada tanah berbutir kasar

1. Direct shear test .................................................... mengacu pada ASTM D 3080. 

 c.2.4 Penyelidikan disturbed sample

1. Compaction test .................................................... mengacu pada ASTM D 698. 
2. CBR (California Bearing Ratio) test .......................... mengacu pada ASTM D 1883. 

Data tersebut di atas hanya berupa gambaran item pekerjaan apa saja yang termasuk dalam lingkup pekerjaan penyelidikan tanah. Detail dan jumlah item bisa bervariasi kembali lagi bergantung pada parameter desain dan data hasil peyelidikan tanah yang diinginkan.