Tugas Akhir Pengaruh Korosi Tulangan Balok Beton Bertulang Terhadap Kuat Lentur Berbasis Waktu Dengan Menggunakan Software LUSAS Agus Apriyanto
3108 100 075
Latar Belakang
Gagalnya elemen struktur beton bertulang pada daerah agresif akibat korosi Korosi mengakibatkan pengurangan luasan tulangan
Melihat seberapa besar pengaruh korosi terhadap pengurangan luasan yang mengurangi kemampuan layan dari elemen struktur beton bertulang
Rumusan Masalah •
Permasalahan Utama – Berapa besar pengaruh korosi baja tulangan pada balok beton bertulang terhadap kuat lentur berbasis waktu?
•
Rincian Permasalahan – Apa saja hal-hal yang terkait langsung korosi tulangan baja pada balok beton bertulang? – Berapa besar pengaruh korosi terhadap pengurangan luasan tulangan baja? – Berapa besar kapasitas maksimum beban yang mampu dipikul oleh balok beton bertulang yang tulangan bajanya mengalami korosi sampai batas lendutan ijin? – Bagaimana pengaruh momen nominal pada balok beton bertulang yang tulangan bajanya mengalami korosi?
Tujuan Penulisan • •
Tujuan Utama – Mengetahui besarnya pengaruh korosi pada baja tulangan balok beton bertulang terhadap kuat lentur berbasis waktu. Detail Tujuan – Mengetahui hal-hal yang terkait langsung korosi tulangan baja pada balok beton bertulang. – Mengetahui besarnya pengaruh korosi terhadap pengurangan luasan tulangan baja. – Mengetahui kapasitas maksimum beban yang mampu dipikul oleh balok beton bertulang yang tulangan bajanya mengalami korosi sampai batas lendutan ijin. – Mengetahui pengaruh momen lentur pada balok beton bertulang yang tulangan bajanya mengalami korosi.
Batasan Masalah • Besarnya tingkat korosi diasumsikan sebagai korosi seragam yang dihitung berdasarkan perumusan empiris icorr
w 271 c cov er
1, 64
A / cm 2
• Perhitungan kapasistas beban akibat pengaruh korosi dihitung menggunakan program LUSAS berbasis elemen hingga. • Tulangan sengkang balok dianggap tidak ada.
Batasan Masalah • Dimensi balok yang digunakan 3300 mm x 300 mm x 150 mm. • Pengaruh korosi disini hanya mempengaruhi pengurangan luasan tulangan baja. • Asumsi kondisi lingkungan dengan kelembaban 80% dan suhu 20ͦ C.
Korosi Tulangan Baja Pada Beton Bertulang • Baja memiliki lapisan pasif baja yang berfungsi untuk melindungi baja dari korosi. • Sifat beton alkali dengan pH sekitar 1213. • Secara mikro, beton merupakan material yang berpori dengan diameter kecil berukuran 3 nm – 2 μm. • Ukuran tersebut masih memungkinkan senyawa-senyawa disekitar beton untuk berinfiltrasi kedalam beton dengan cara berdifusi.
Korosi Tulangan Baja Pada Beton Bertulang Beton beraksi dengan air Beton tidak kedap dan terkelupas Penambahan volume
Karat
Korosi Tulangan Baja Pada Beton Bertulang • Faktor yang mempengaruhi Korosi – Kehilangan alkanitas akibat Karbonasi dan Klorida. – Retak karena memikul beban. – Rasio air semen – Kuat tarik beton yang rendah
Korosi Tulangan Baja Pada Beton Bertulang Insiasi • proses masuknya Cl- ke dalam beton
Propagasi • zat agresif Cl- mampu menembus lapisan palindung pasif
Korosi Tulangan Baja Pada Beton Bertulang
Korosi Tulangan Baja Pada Beton Bertulang
icorr
w 271 c cov er
icorr T icorr 1 0,85t T1
0, 29
1, 64
A / cm 2
Stewart & Mullard, 2006
t T1 1tahun
Korosi Tulangan Baja Pada Beton Bertulang A. S. Sudjono (2005)
•
•
Waktu yang dibutuhkan ion Cluntuk berinfiltrasi dari permukaan beton sampai permukaan baja tulangan adalah komponen yang menentukan waktu layan bangunan beton yang dihitung berdasarkan kerusakan akibat korosi baja tulangan. Kecepatan reaksi korosi baja tulangan sangat ditentukan oleh difusi gas O2 dari permukaan beton sampai ke lokasi sekitar permukaan baja tulangan.
Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga didasarkan pada pemikiran bahwa solusi perkiraan untuk masalah teknik yang rumit dapat dicapai dengan membagi masalah tersebut menjadi bagian yang lebih kecil
Metode Elemen Hingga
Ide
Metode Elemen Hingga Kondisi batas dan Nilai Awal
Metode Elemen Hingga Keuntungan Metode Elemen Hingga • Dapat diaplikasikan pada segala macam masalah. • Tidak ada batasan geometri. Struktur yang dianalisa bisa saja memiliki banyak bentuk. • Tidak ada batasan pada kondisi batas (boundary condition) dan pembebanan. • Tidak ada batasan dalam jenis material, bahkan untuk kombinasi beberapa material (komposit). • Memungkinkan kombinasi antara elemen yang berbeda prilaku. • Model struktur elemen hingga bisa semirip mungkin dengan struktur sesungguhnya. • Pendekatan semakin baik dengan meningkatkan jumlah elemen.
Metode Elemen Hingga dan LUSAS Metode Elemen Hingga
Klasifikasi Masalah
Pemodelan
Diskrit
LUSAS
Pemodelan
Running
Hasil Analisa
Software LUSAS
Geometry
Atrributes
Loadcases
Meshing
Utilities
Control
Metodelogi
Start
A
Studi Literatur
Pemodelan pengaruh Korosi pada balok beton Bertulang menggunakan LUSAS
Pengambilan data
Analisa hasil pemodelan Dengan perubahan Pengaruh korosi
A
Finish
Data Material dan Konfigurasi Balok • • • • •
• • •
Mutu beton (f’c)
: 35 MPa : 0,5
w/c Poisson’s Ratio
Beton : 0,2 Mutu baja (fy) : 400 MPa
Poisson’s Ratio Baja : 0,3 Diameter Tulangan : 2#22 Selimut Beton : 25 mm Dimensi Balok : 3300 mm x 150 mm x 300 mm
Analisa Tingkat Korosi Corrosion Rate
Steel Area
3.5
100
90
2.5 Steel Area (%)
Corrosion Rate (μA/cm2)
3
2 1.5
80
70
1 0.5
60 0
0 0
20
40
60 Year
80
100
20
40
60
Year
80
100
Pemodelan LUSAS
Geometry
Pembagian Group
Definisi Model
Runnning
Perletakkan
Pembebanan
Load Capacity Balok Load Capacity
-1.167 0 5000 10000
Load (N)
15000
20000 25000 30000 35000 40000 45000
Displacement (mm) -3.167 -5.167
-7.167
-9.167
0 tahun 5 tahun 10 tahun 15 tahun 20 tahun 25 tahun 30 tahun 35 tahun 40 tahun 45 tahun 50 tahun 55 tahun 60 tahun 65 tahun 70 tahun 75 tahun 80 tahun 85 tahun 90 tahun 95 tahun 100 tahun
Retak Pada Balok Lendutan -9,167 mm
Jumlah retak 74
Lendutan -13,7505 mm
Jumlah retak 116
Jumlah retak 82
Jumlah retak 138
Jumlah retak 82
Jumlah retak 136
Stress Concrete Stress Concrete (MPa) 13.500
Stress Concrete (MPa)
13.000
12.500
12.000
11.500
11.000
10.500 35000
37000
39000 41000 Load (N)
43000
45000
Stress Bar Stress Bar (MPa) 320.000 315.000 310.000 Stress Bar (MPa)
Stress Bar (MPa)
305.000 300.000 295.000
Linear (Stres s Bar (MPa) )
290.000 285.000
280.000 275.000 270.000 36000
38000
40000 42000 Load (N)
44000
Momen Nominal Balok 100.000
3.000 2.500
90.000
Steel Area (%)
2.000
85.000
Corrosion Rate (μA/cm2)
Persentase (%)
95.000
1.500
80.000
1.000
75.000 70.000
0.500
65.000
0.000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tahun
Momen Nominal (%) Corrosio n Rate
Kesimpulan •
Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat korosi tulangan baja pada balok beton beton bertulang adalah: – Kehilangan alkanitas baja akibat Karbonasi dan kadar Klorida dalam beton (0,15 dari berat beton). – Beban lebih yang menyebabkan retak. – Kualitas beton dengan f’cmin = 35 Mpa dan w/c maksimum = 0,4. – Tebal selimut beton. Untuk tebal selimut beton minimum disarankan 75 mm untuk daerah agresif.
Akibat faktor-faktor diatas tidak dipenuhi, maka akan terjadi korosi tulangan baja yang dimulai pada tahun ke 4 dengan waktu insiasi 3 tahun.
Kesimpulan •
•
•
Dengan perumusan Stewart & Mullard dengan laju korosi didapat laju korosi pada tahun ke 4 2,861 μA/cm2 dan menurun sampai 0,725 μA/cm2 pada tahun ke 100 dengan asumsi kondisi lingkungan dengan tingkat kelembaban 80% dan suhu 20ͦ C. Pengurangan luasan tulangan akibat korosi sampai seratus tahun hanya menyisakan tulangan sebesar 70,038% untuk tulangan #22. Kapasitas balok dalam memikul beban sampai batas lendutan ijin yang awalnya 44.289 N menurun sebesar 36.120 N (81,555%) pada tahun ke 100.
Kesimpulan •
Pada saat balok melendut sampai batas lendutan ijin 9,167 mm jumlah retak pada balok pada tahun ke 0 sebanyak 76 dengan beban 44.289 N dan pada tahun berikutnya jumlah retak pada balok lebih banyak dengan beban yang lebih kecil. Begitu juga pada saat balok melendut 1,5 kali lendutan ijin -13,7505 mm, jumlah retak pada balok sebanyak 116 dengan beban 59.647 N dan pada tahun berikutnya jumlah retak pada balok bertambah dengan beban menurun.
Kesimpulan •
•
Pada analisa tegangan material balok beton bertulang, pengaruh yang signifikan akibat korosi terjadi pada tulangan baja karena tengan baja pada tahun ke 100 mengalami kenaikan menjadi 319,934 MPa dengan beban 36.120 N yang awalnya 273,66 MPa dengan beban 44.289 N. Momen nominal balok mengalami penurunan akibat korosi tulangan baja yang awalnya 74.400.262 N.mm menjadi 54.361.870 N.mm (73,067%) pada tahun ke 100.
Saran •
•
Agar dilakukan penelitian mengenai hubungan kualitas tulangan dengan pengaruh korosi pada berbagai kondisi lingkungan agar memperkecil pengurangan luasan tulangan sehingga dicapai pengurangan luasan tulangan tidak lebih dari 25% selama 100 tahun. Diharapkan pada saat merancang elemen struktur beton bertulang agar memperhatikan mutu (f’cmin = 35 MPa) dan selimut beton (covermin = 75 mm) sehingga tingkat korosi dapat diminimalisir.
TERIMA KASIH Agus Apriyanto 3108 100 075
