Proposal Tugas Akhir Pengaruh Korosi Tulangan Baja Pada...

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

• Perhitungan kapasistas beban akibat pengaruh

korosi dihitung menggunakan program LUSAS

berbasis elemen hingga.

• Tulangan sengkang balok dianggap tidak ada.

2

64,1

/cov

127

cmAer

c

w

icorr

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.


Beton Bertulang

Beton beraksi dengan air

Karat

Penambahan volume

Beton tidak kedap dan terkelupas


Beton Bertulang

• Faktor yang mempengaruhi Korosi

– Kehilangan alkanitas akibat Karbonasi dan Klorida.

– Retak karena memikul beban.

– Rasio air semen

– Kuat tarik beton yang rendah


Beton Bertulang

Insiasi

• proses masuknya Cl- ke dalam beton

Propagasi

• zat agresif Cl- mampu menembus lapisan palindung pasif


Beton Bertulang


Beton Bertulang

Stewart & Mullard, 2006

2

64,1

/cov

127

cmAer

c

w

icorr

29,0

185,01

TtiTi corrcorr

tahunTt 11


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.

A. S. Sudjono (2005)

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


Ide

Kondisi batas

dan Nilai Awal



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


LUSAS

Klasifikasi Masalah

Pemodelan Diskrit Pemodelan Running Hasil

Analisa

Software LUSAS

Geometry Atrributes Loadcases

Meshing Utilities Control

Metodelogi

Start

Studi Literatur

Pengambilan

data

A

A

Pemodelan pengaruh

Korosi pada balok beton

Bertulang menggunakan

LUSAS

Analisa hasil pemodelan

Dengan perubahan

Pengaruh korosi

Finish

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

Co

rro

sio

n R

ate

(μA

/cm

2 )

Year

Corrosion Rate

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

Ste

el A

rea

(%

)

Year

Steel Area

Pemodelan LUSAS

Geometry Pembagian

Group Definisi Model

Pembebanan Perletakkan Runnning

Load Capacity Balok

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

-9.167 -7.167 -5.167 -3.167 -1.167

Lo

ad

(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

Str

ess C

on

cre

te (M

Pa

)

Load (N)

Stress Concrete (MPa)

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

Str

ess B

ar

(MP

a)

Load (N)

Stress Bar (MPa)

Stress Bar (MPa)

Linear (Stress 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

Pe

rse

nta

se

(%

)

Tahun

Steel Area (%)

Momen Nominal (%)

Corrosion Rate

Co

rro

sio

n R

ate

(μ

A/c

m2)

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

Proposal Tugas Akhir Pengaruh Korosi Tulangan Baja Pada...

Documents

Transcript of Proposal Tugas Akhir Pengaruh Korosi Tulangan Baja Pada...