Mekanisme retakan pada beton

8/18/2019 Mekanisme retakan pada beton

1/17

BAB I

PENDAHULUAN

Sebagai ilmuwan penelitian dan insinyur yang berlatih dan bekerja di bidang

rekayasa struktur serta yang tanggung jawab, hampir secara eksklusif menganalisis tentangretak struktur beton baik bertulang maupun tidak yang digunakan untuk evaluasi keselamatan

dan renovasi desain infrastruktur pada saat ini. Dengan mempelajari keretakan di berbagai

struktur beton melalui berbagai analisis tentunya untuk mengetahui batas – batas dimana

beton maupun struktural non beton bisa bertahan sampai sejauh mana terkait dengan

keselamatan pengguna bangunan.

Kita perlu untuk membahas berbagai mekanisme yang retak terjadi dan mengevaluasi

efek kerusakan yang ditimbulkan oleh retakan pada struktur tersebut. Analisis retakan sangat

diperlukan dalam menjawab pertanyaanpertanyaan ini, dan analisis ini adalah bidang

menarik studi di beton struktural ataupun yang lainnya.

Dalam bab selanjutnya akan dibahas konsep dan prosedur untuk analisis retakan dan

rambatan yang terjadi pada material dan aplikasinya. Kelelahan secara teknis mekanisme

perambatan retak yang paling penting meliputi sebagian dari bab ! faktor lingkungan yang

ditunjang atau gabungan tegangan akibat korosi dan kelelahan bahan material atau struktural

yang terintegrasi ". #egangan yang ditimbulkan akibat korosi dengan sendirinya tercakup

dalam satu bagian, tetapi$ ini bukan karena tidak dianggap penting, tetapi karena tegangan

akibat korosi dapat ditanggulangi oleh pencegahan dan bukan dengan kontrol, sedangkan

untuk prosedur analisis pada dasarnya sama.


2/17

BAB II

DASAR TEORI

II. 1 RETAKAN dan RAMBATAN

Setiap bahan struktural memiliki cacat seperti retak, yang paling ekstrim adalah

tegangan yang terpusat atau stress concentrator .

Stress concentrator %etakan

Ada cacat pada bahan material yang diakibatkan oleh teknologi dalam proses pembuatannya

yang ditunjukkan pada diagram A dan & di bawah ini,

Adapun retak yang timbul karena kelelahan suatu bahan material yakni ditampilkan pada

gambar ', D, (, dan ada pula yang disebabkan oleh korosi !)", atau retak karena suhu *

thermal .

'acat yang paling berbahaya adalah tegak lurus terhadap tegangan tarik yang ada

dalam material itu sendiri. Sebuah cacat*retakan permukaan lebih berbahaya daripadacacat*retakan di dalam material dengan ukuran yang sama. +al ini memberikan kemudahan


3/17

untuk memeriksa cacat*retakan yang terjadi pada permukaan dari bagian poripori suatu

material tersebut.

%etakan yang terjadi di tengah suatu material

%etakan yang terjadi pada permukaan suatu material

Dalam teori perambatan retak !Theory of crack propagation", ada !tiga" aspek perambatan

retak yang perlu dipertimbangkan yaitu $

-. kuran keretakan !crack size". kuran retak kritis merupakan fungsi dari

tegangan dan ketangguhan patah material yang didefinisikan dari persamaan/

K0' 1 s f !ac p" 2,3 di mana K adalah ketangguhan patah, s adalah stress

!design property), dan acadalah ukuran retak kritis untuk kegagalan!deteksi

tergantung pada teknik 4D) !ukuran deteksi berbanding terbalik dengan biaya".

5. 6ona plastis ada di ujung retakan. &ahan rapuh memiliki kemampuan sedikit

plastis berubah bentuk, sehingga mudah retak merambat. &ahan ulet dengan

mudah dapat merusak di ujung retak, yang menumpulkan ujung dan

menghasilkan energi tambahan !kekuatan" untuk memajukan ujung retak.

. Ketebalan !t". Ketebalan material adalah fungsi dari ketangguhan material

terhadap retak. &ila hubungan bentuk patahan terhadap mikrostruktur

merupakan hal yang dianggap penting, maka profil retakan diuji dengan kehati

hatian harus dilakukan untuk menjaga bagian ujung benda yang diuji.


4/17

(raktur Transganular

7erpecahan dalam material crystallin yang paling rapuh, perambatan retakan yang

dihasilkan dari pemecahan ikatan atom yang berulang pada bidang tertentu. +al ini yang

menyebabkan perpatahan transganular dimana retakan tebagi !pecah" menjadi butiran.

(raktur Intergranular

Kerusakan intergranular biasanya terjadi karena penipisan * penurunan unsur

chromium pada batas butir atau semacam melemahnya batas butir akibat serangan kimia,

oksidasi, kerapuhan ! embrittlement "

LINGKUP PEMBAHASAN MEKANISME FRAKTUR/PATAHAN/RETAKAN

II . 2 MEKANISME RETAK PADA MATERIAL LOGAM


5/17

#iga micro mekanisme retakan yang terjadi pada logam$ !a" retakan daktail, !b" pembelahan,

dan !c" retakan intergranular

%)#AKA4 DAK#A08

9ambar skematik menggambarkan perilaku tarik uniaksial dalam logam yang daktail.

Suatu kondisi dimana bahan pada akhirnya mencapai titik ketidakstabilan, di mana

pembesaran regangan tidak diimbangi oleh luas penampang bahan tersebut, dan terbentuklah

retakan – retakan pada permukaan bahan akibat beban tidak dapat menahan beban maksimum

yang terjadi.

#ahapan yang biasa terlihat di pada retakan pada bahan yang daktail adalah sebagai berikut$

-. 7embentukan permukaan bebas pada fase kedua dari suatu partikel, atau terjadinya

dekohesi antarmuka suatu partikel atau retakan partikel.

5. #erjadi kekosongan atau lepasnya ikatanikatan sekitar partikel, pada saat terjadi

regangan plastis dan tegangan hidrostatik.

. Koalesensi dari pertumbuhan lubang*retakan yamg terjadi pada lubang*retakan

yang berdekatan.

0lmuwan 9oods dan &rown telah mengembangkan sebuah model dislokasi untuk

nukleasi lubang yang ditinjau hingga submikron partikel. :ereka memperkirakan bahwa


6/17

dislokasi dekat partikel meningkatkan tegangan pada antarmuka tiaptiap partikel dengan

perumusan sebagai berikut$

Dimana $ ; 1 bilangan konstan dengan nilai antara 2,-< – 2,

= 1 modulus geser

Ɛ-1 tegangan normal maksimum

b 1 besarnya &urger>s vektor

r 1 radius partikel

7)%#:&+A4 8&A49

Setelah lubang terbentuk, regangan plastis lebih lanjut dan tegangan hidrostatik

menyebabkan rongga tumbuh dan akhirnya menyatu.

9ambar A 9ambar &

9ambar A dan 9ambar & adalah gambar mikroskop elektron !S):" fractographs

menunjukkan bahwa permukaan retakan yamg berlubang dan khas dengan perpaduan lubangmikro. 9ambar & menunjukkan inklusi bahwa lubang tersebut mengalami nukleasi .


7/17

9ambar skematik menggambarkan pertumbuhan dan perpaduan dari beberapa lubang micro.

?ika volume awal fraksi lubang rendah ! @ -2", masingmasing kekosongan dapat

diasumsikan tumbuh secara mandiri/ pada tahap pertumbuhan, lubang yang terdekat

berinteraksi. %egangan plastis terkonsentrasi di sepanjang lubang, pengekerucutan bahan

akan mengakibatkan ketidakstabila. Brientasi perambatan retakan tergantung pada keadaan

tegangan.

9ambar pembentukan cangkir dan kerucut permukaan retakan dalam tegangan uniaksial$ !a" pertumbuhan

lubang pada tegangan triaksial, !b" pembentukan retakan dan deformasi, !c" nukleasi pada partikel yang lebih

kecil di sepanjang deformasi, dan !d" cup dan patahan kerucut.

Cup dan patahan kerucut dalam stainless steel austenitik. (otofoto courtesy of 7.#. 7urtscher.en dari 7urtscher,

7#, CC :icromechanisms dari %etakan Daktail dan %etakan dalam Kekuatan #inggi Austenitic Stainless Steel

7h.D.. Disertasi, 'olorado School of :ines, 9olden, 'B, -EE2.


8/17

:ekanisme untuk rambatan retakan daktail$ !a" keadaan awal, !b" pertumbuhan lubang di ujung retakan, dan, !c"

perpaduan lubang dengan ujung retak.

#egangan dan regangan menjelang ujung retak, ditentukan oleh analisis metode elemen hingga. Diambil dari

:c:eeking, %.:. dan #aman, D:, CC Bn Kriteria ?Dominasi 'rack#ip (ields di Skala &esar AS#: S#7 FFG,

American Society for #esting dan :aterial, 7hiladelphia, 7A, -EHE, hlm. -H3-E


9/17

:aterial nonlogam dalam hal ini material struktural seperti plastik, keramik, dan

komposit dalam sejumlah aplikasi. %ekayasa plastik memiliki sejumlah keuntungan,

termasuk biaya rendah, kemudahan fabrikasi, dan ketahanan korosi. Keramik menyediakan

tampilan yang superior dan tahan terhadap rangkak. Komposit menawarkan rasio kekuatan

tinggi * berat badan, dan memungkinkan insinyur untuk merancang bahan dengan sifat elastisdengan kondisi suhu tertentu.

&ahan bukan logam seperti beton terus digunakan secara luas. 4onlogam yang

seperti logam, tidak kebal terhadap patah. Kurangnya daktilitas beton !relatif terhadap baja"

membatasi jangkauan aplikasi. Dibandingkan dengan retakan logam, penelitian perilaku

retakan pada bahan nonlogam adalah pada masa rambatan. &anyak dari kerangka teoritis

yang diperlukan belum sepenuhnya dikembangkan untuk nonmetals, dan ada banyak contoh

di mana mekanika konsep retakan yang berlaku untuk logam telah disalahgunakan untuk

bahan lainnya.

&ab ini memberikan gambaran singkat tentang keadaan saat ini pemahaman retak dan

kegagalan mekanisme dalam bahan struktural bukan logam yang dipilih. :eskipun cakupan

subjek jauh dari sempurna, bab ini harus memungkinkan pembaca untuk memperoleh hasil

dari beragam perilaku retak berbagai bahan dapat ditunjukkan.

PLASTIK / POLYMER

7erilaku fraktur bahan polimer barubaru ini telah menjadi perhatian utama, karena

rekayasa plastik * polymer telah mulai muncul dalam aplikasi struktural. Dalam kebanyakan

produk yang terbuat dari polimer !misalnya, mainan, kantong sampah, rumput furniture, pipa,

atap dll". ntuk bahan struktural dalam hal ini adalah pipa gas alam polymer, sayap pesawat

terbang dll, retakan yang terjadi pada bahan struktural tersebut bagaimanapun dapat memiliki

konsekuensi yang mengerikan. &eberapa buku yang ditujukan sematamata untuk retakan dan

kelelahan plastik*polymer telah diterbitkan di barubaru ini.

7olimer didefinisikan sebagai penyatuan dua atau lebih senyawa yang disebut mer.

#ingkat polimerisasi adalah ukuran dari jumlah unitunit ini dalam molekul tertentu. rekayasa

khas plastik terdiri dari rantai yang sangat panjang, dengan derajat polimerisasi pada urutan

beberapa ribu. 7olietilen, polimer dengan struktur molekul yang relatif sederhana. Senyawa

pembangun dalam hal ini adalah etilena !' 5 + ", yang terdiri dari dua atom karbon bergabung dengan ikatan ganda, dengan dua atom hidrogen melekat pada setiap atom karbon.

?ika energi mencukupi diterapkan untuk ini senyawa, ikatan ganda dapat rusak, menghasilkan

dua radikal bebas yang dapat bereaksi dengan lainnya kelompok etilen.


10/17

7engaruh suhu dan waktu pada modulus polimer amorf$ !a" modulus dibandingkan suhu pada waktu

yang tetap dan !b" modulus terhadap waktu pada suhu yang tetap.

:odel mekanik sederhana yang berguna untuk memahami respon viskoelastic polimer. #iga model seperti diilustrasikan pada 9ambar dibawah ini

#he :aIwell :odel !a" terdiri dari pegas dan sebuah dashpot dalam seri, di mana

dashpot adalah piston bergerak dalam silinder dengan cairan kental. :odel Joigt !b" berisi air

dan dashpot secara paralel. 9ambar !c" menunjukkan :aIwell Joigt gabungan :odel.

Dimana $ 1 energi aktivasi untuk kekentalan cairan !yang mungkin tergantung pada

suhu"

# 1 temperatur absolut

% 1 konstanta gas !!1 G.-< ?*!mole K""

8)8)+ DA4 %)#AK 7ADA 7B80:)%


11/17

Dalam sudut pandang global leleh dan retak pada polimer hampir sama dengan

material logam, namun secara mikroskopia retakan yag terjadi pada polimer berbeda dari

logam. 7olimer tidak mengandung crystallographic planes, dislocations, and grain

boundaries. :ereka terdiri dari rantai molekul yang panjang.

(aktorfaktor yang mengatur ketangguhan dan keuletan molekul polimer meliputi lajuregangan, temperatur, dan struktur molekul. 7ada suhu tingkat tinggi atau rendah !relatif

untuk menjadi rapuh, karena ada insufficient waktu untuk bahan pada saat menanggapi

tegangan dengan skala besar yang menimbulkan deformasi viskoelastic dan leleh pada

polimer itu sendiri.

:ekanisme keretakan di polypropylene secara mikroskopis. (oto oleh :. 'ayard.

Skematik keretakan yang terjadi pada polimer

%etak permukaan yang terjadi pada polimer secara mikroskopis


12/17

(oto mikroskopis patahan pada polimer

BETON

:eskipun beton sering dianggap rapuh. 7atahan yang terjadi pada beton didahului

dari retakan subkritis yang kemudian terjadi kegagalan dan menjadi hancur. %etakan subkritis

dalah hasil dari respon teganganregangan dan kurva yang terbentuk dari perilaku nonlinier.

Kekuatan bahan beton seringkali digunakan sebagai bahan struktural karena sudah terbukti

kuat dan retakan yang terjadi biasanya hanya tergantung ukuran dari dimensi beton itu

sendiri. Ketergantungan ukuran ini disebabkan oleh fakta bahwa deformasi nonlinier yang

terjadi dalam bahan tersebut disebabkan oleh retakan kritis daripada sifat plastisnya

dikarenakan bahan ini bersifat getas.

paya awal untuk menerapkan mekanika retakan pada beton tidak berhasil karena itu

dibutuhkan pendekatan awal yang didasarkan pada linear elastic fracture mechanics !"#$).

&agian ini memberikan gambaran singkat tentang mekanisme dan model retakan pada beton

dan batu. Sebagian besar penelitian secara eksperimental dan analitis telah dilakukan pada beton.

Skema ilustrasi dari pertumbuhan retak pada beton $

!a" pertumbuhan retak pada beton, !b" penggambaran Lona tegangan yang terjadi, dan !c" pendetailan tegangan

yang terjadi pada beton.


13/17

#egangan tarik yang terjadi pada beton

7roses retakan yang terjadi pada beton ketika diberikan beban

)nergi %etakan

Dimana $ 9( 1 )nergi yang dibutuhkan untuk membuat retakan*celah

M( 1 &eban eksternal yang mengakibatkan retakan

Alig 1 8uas penampang

7ada tahun -EG3, %08): #eknis Komite 32(:' !(racture :echanism 'oncrete" yang

diusulkan metode pengujian untuk menentukan 9( mortar dan beton dengan cara stabil tiga

titik uji lengkung pada balok !%08):, -EG3".


14/17


15/17

7ola retak beton bertulang akibat gaya tarik

7ola retak beton bertulang akibat momen

7ola retak beton bertulang akibat geser

9ambar diatas adalah pola – pola retak yang seringkali ditemui pada beton bertulang.

7ada struktur bangunan, dewasa ini banyak digunakan bahanbahan kuat tinggi, termasuk

penggunaan bahan beton dan baja tulangan. &agian struktur beton pada daerah yang

mengalami tarik umumnya memperlihatkan suatu fenomena retak pada permukaanya. %etak

retak ini tidak merugikan kecuali bila lebar retaknya menjadi melebihi batas, dalam hal ini

keawetan beton terganggu karena kondisi tulanganya menjadi terbuka terhadap korosi.

%etak pada beton merupakan konstribusi dan awal dari kesan yang lebih parah lagi

yaitu berlangsungnya proses korosi tulangan baja, rusaknya permukaan beton dan dampak

kerusakan jangka panjang lainya. Bleh karena itu pengetahuan perilaku retak dan

pengendalian lebar retak merupakan hal penting dalam memperhitungkan kelayakan

komponen struktur pembebanan jangka panjang !4awy, ).9 -EEG".

%etak terjadi di sepanjang balok dimana momen aktualnya lebih besar daripada

momen retak. Karena beton pada daerah yang mengalami retak tersebut jelas tidak dapat

menahan tegangan tarik, maka bajalah yang harus melakukannya. #ahap ini akan terus

berlanjut selama tegangan tekan pada serat bagian atas lebih kecil daripada setengah dari kuattekan beton fCc dan selama tegangan baja lebih kecil daripada titik lelehnya. 8ebar retak

merupakan salah satu faktor yang menyebabkan peningkatan laju korosi. Semakin banyak

retak yang terjadi akibat pembebanan, semakin mudah air laut masuk ke dalam konstruksi

beton. Apabila intrusi yang terjadi telah sampai ke tulangan, akan terjadi reaksi kimia antara

air laut dengan baja tulangan yang menyebabkan korosi !4awy, ).9 -EEG".

7ada dasarnya keretakan semua balok dalam eksperimen ini diawali dengan terjadinya

retak vertikal di daerah tarik pada bagian bawah balok yang dikenal sebagai retak lentur.

Akan tetapi, perubahan pola retak terjadi setelah pembebanan meningkat. Salah satu

perubahan pola retak tersebut adalah dengan terjadinya retak geserlentur.

Selama ini anggapan umum yang dianut ialah bahwa sengkang akan mulai memikulgeser jika retak miring sudah mendekati setengah tinggi penampang beton yang ditandai


16/17

dengan terjadinya retak diagonal. Akan tetapi, dari hasil penelitian ini tampak bahwa

sebenarnya sengkang sudah mulai bekerja, yang ditandai dengan adanya reaksi pada saat

dimulainya pembebanan/ atau dengan kata lain sengkang sudah mulai efektif bekerja

memikul geser, meskipun retak miring belum terjadi pada setengah tinggi penampang beton.

9ambar dibawah memperlihatkan mekanisme retakan akibat keruntuhan geser yangterjadi untuk semua balok uji. 7ola retak geser yang ditunjukkan pada gambar di atas, hanya

pada setengah bentang balok di bagian sisi kanan saja. +al ini dikarenakan bentang balok sisi

kirinya mempunyai mekanisme keruntuhan yang mirip dengan sisi kanan balok serta untuk

memudahkan pembacaan gambar.

:ekanisme retakan pada keruntuhan geser ketika beban mencapai ultimate

7erhitungan lebar retak maksimum pada suatu struktur beton bertulang menurut S40 2

5G


17/17

Anderson, #8, 52--, Third "dition #racture $echanics #undamentals %nd %pplications.

SA

&adan Standar 4asional. S&I '(*+-*''* Tata Cara .erhitungan Struktur /eton 0ntuk

/angunan 1edung2

&adan Standar 4asional. 7?K&D tahun 5223. Tata Cara .erancangan dan .elaksanaan

/angunan 1edung $enggunakan .3K/(2:ac9regor ?ames, -EEH, 4einforced Concrete 5 $echanics and 6esign. #hird edition,

7rentice – +all 0nternational, SA

&roek, David, -EGG. The .ractical 0se of #racture $echanics2 Kluwer Academic

7ublishers, Dordrecht, &oston, 8ondon, )ngland.

4awy, )dward 9. -EE2. /eton /ertulang, Suatu .endekatan 6asar2 #erjemahan 0r.

&ambang Suryoatmono, :.Sc. &andung$ 7# %efika Aditama

7ark, % and 7aulay, #. -EH3. 4einforced Concrete Structures. 4ew Qork 'ity$ ?ohn Miley

R Sons, 0nc.

S+0, 60+A0, 522E, Crack %nalysis in Structural Concrete Theory and %pplications2

8inacre +ouse, BIford, )ngland

Mekanisme retakan pada beton

Documents

Transcript of Mekanisme retakan pada beton