Pengaruh Korosi Tulangan Balok Beton Bertulang Terhadap Kuat Lentur Berbasis Waktu Dengan Menggunakan Software LUSAS

Tugas Akhir

Pengaruh Korosi Tulangan Balok Beton

Bertulang Terhadap Kuat Lentur

Berbasis Waktu Dengan Menggunakan

Software

LUSAS

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

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

• Perhitungan kapasistas beban akibat pengaruh

korosi dihitung menggunakan program LUSAS

berbasis elemen hingga.

• Tulangan sengkang balok dianggap tidak ada.

 2 64 , 1 / cov 1 27 cm A er c w i_corr          

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 20

ͦ

_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

12-13.

• 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

Karat

Penambahan

volume

Beton tidak

kedap dan

terkelupas

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

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

Stewart & Mullard, 2006



2



64 , 1 / cov 1 27 cm A er c w i_corr          

 

 





0,29 1

85

,

0

1









i

t

T

T

i

_{corr corr}

tahun

T

t



₁



1

Korosi Tulangan Baja Pada

Beton Bertulang

• Waktu yang dibutuhkan ion Cl

-untuk 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

Kondisi

batas

dan Nilai

Awal

Metode Elemen

Hingga

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

LUSAS

Klasifikasi

Software

LUSAS

Geometry

Atrributes

Loadcases

Metodelogi

Start

Studi Literatur

Pengambilan

data

A

A

Pemodelan pengaruh Korosi pada balok beton Bertulang menggunakan

LUSAS

Analisa hasil pemodelan Dengan perubahan

Pengaruh korosi

Data Material dan Konfigurasi

Balok

• Mutu beton (f’c) : 35 MPa • w/c : 0,5 • 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

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 20 40 60 80 100 C o rro si on R a te (μ A /c m 2) Year Corrosion Rate 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 S te el A re a (% ) Year Steel Area

Pemodelan LUSAS

Geometry

Pembagian

_Group

Definisi

_Model

Pembebanan

Perletakkan

Load Capacity Balok

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 -9.167 -7.167 -5.167 -3.167 -1.167 L o a d (N ) Displacement (mm) Load Capacity 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

Lendutan -13,7505 mm

Jumlah retak 74

Jumlah retak 82

Jumlah retak 82

Jumlah retak 116

Jumlah retak 136

Jumlah retak 138

Stress Concrete

10.500 11.000 11.500 12.000 12.500 13.000 13.500 35000 37000 39000 41000 43000 45000 S tre ss C o n cr et e (M P a) Load (N)

Stress Bar

270.000 275.000 280.000 285.000 290.000 295.000 300.000 305.000 310.000 315.000 320.000 36000 38000 40000 42000 44000 S tre ss B a r ( M P a ) Load (N)

Stress Bar (MPa)

Stress Bar (MPa) Linear (Stres s Bar (MPa) )

Momen Nominal Balok

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 65.000 70.000 75.000 80.000 85.000 90.000 95.000 100.000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 P e rs en ta se (% ) Tahun Steel Area (%) Momen Nominal (%) Corrosio n Rate C o rr osi o n R a te (μ A /cm 2)

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’c_min = 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/cm

2

dan menurun sampai 0,725 μA/cm

2

_{pada tahun ke 100}

dengan asumsi kondisi lingkungan dengan tingkat

kelembaban 80% dan suhu 20

ͦ

_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

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’c

_min

= 35 MPa)

dan selimut beton (

cover

_min

= 75 mm) sehingga tingkat

korosi dapat diminimalisir.

TERIMA KASIH