PENDEKATAN NUMERIK PERILAKU PENETRASI KLORIDA TAHAP INISIASI PADA BETON JENIS HIGH VOLUME FLY ASH-SELF COMPACTING CONCRETE(HVFA-SCC) SKRIPSI

Transkripsi

1 PENDEKATAN NUMERIK PERILAKU PENETRASI KLORIDA TAHAP INISIASI PADA BETON JENIS HIGH VOLUME FLY ASH-SELF COMPACTING CONCRETE(HVFA-SCC) Numerical Approach of Chloride Ion Penetration at Initiation Phase of Corrosion into High Volume Fly Ash-Self Compacting Concrete(HVFA-SCC) SKRIPSI Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun oleh : SEPTINA TRI NURROHMAH I PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016

2 perpustakaan.uns.ac.id

3

4 MOTTO Maka sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya beserta kesulitan itu ada kemudahan. (Al Insyiraah 5-6) Bila kamu tak tahan lelahnya belajar, maka kamu akan menanggung perihnya kebodohan. (Imam Syafii) Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah. (Thomas Alfa Edison) PERSEMBAHAN Saya persembahkan karya ini untuk: Orang tua tercinta, keluargaku, keluarga teknik sipil dan almamater tercinta. Terima kasih kepada: Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang atas segala nikmat yang diberikan untuk penulis. Ibu tercinta yang selalu memberikan dukungan di saat apapun dengan segala cara terbaiknya yang semakin membuat pipi tembem. Bapak tersayang yang selalu mendukung dan tidak mengungkit kapan anaknya sidang. Kedua kakak tercinta yang selalu memberikan dukungan agar tidak larut dalam kesetresan dalam menyelesaikan skripsi ini. Dua keponakan tersayang naysa dan yaya yang selalu punya cara untuk menggangu dan melupakan kerumitan mengerjakan skripsi. Kakak ipar terbaik yang sabar dikelilingi 3 wanita galak dan telah memperlancar finishing skripsi ini. Sahabat-sahabat dari semester cupu sampai mengenal gincu yang satu persatu mulai commit mendahului to user sidang, iv

5 Desi Candra Kurniawati sahabat paling perhatian, selalu peka di saat apapun dan kapanpun, sahabat terbaik di saat tugas kuliah susah dipecahkan, Martina Indah Kristyanti sahabat paling aneh yang selalu mengerti di saat butuh hiburan dan kegilaan, Laras Ari Indriyanto sahabat paling kecil berbadan besar yang selalu alay dan nggak mutu yang selalu memberi informasi gosip terbaru, Hevina Muhanifah sahabat paling berpikiran positif yang susah diajak gosipin orang, partner debat hal gak mutu, Adinda Amalia sahabat yang ninggalin sipil dan lebih milih stan yang selalu galau kapanpun dan dimanapun, partner yang sama anehnya dengan penulis. Fika Giri sahabat yang mewarnai masa-masa kuliah dengan penuh kealayan hingga membuat malu untuk menengok masa lalu. Tanty Rahayu, Fitria Fauzi, Emilia Arizka dan Agus Trisyanto sahabat berbagi cerita drama korea. Anisa Rizki dan Aldilla A sahabat lembur dan ribetnya validasi pra proposal. Teman kelompok paling berkesan, kelompok BPPM tanya, yuda, yoyok, ricky, loh mah yang setelah 3 tahun akhirnya acc juga. Keluarga teknik sipil 2012 atas segala bantuan selama menjalani kuliah, terima kasih untuk segalanya. Keluarga KKN Begajah Muna, Ega, Kyu, Afrida, Mbak Indah, Mas Iyong, Said, Abi, Edo, terima kasih 45 hari yang berkesan. Tidak lupa juga sahabat masa puth abu-abu shinta, gesti, maharani dan yunita yang kumpulnya sering wacana, see you on top guys. Sahabat smp-sma-kos sma mumsika, viga, mbak andri yang mulai dirindukan keberadaannya. Pembimbing atas segala bantuan dan ilmu yang diberikan dalam menyelesaikan skripsi ini. Seluruh dosen dan staf prodi teknik sipil yang telah membantu dan memberikan banyak pelajaran berarti. Terima kasih khususnya untuk Google, Sciencedirect, Researchgate, Academia, Scribd, Digilib UNS atas semua contoh skripsi dan jurnal-jurnalnya. v

6 ABSTRAK Septina Tri Nurrohmah, Pendekatan Numerik Penetrasi Ion Klorida Tahap Inisiasi Korosi pada Beton Jenis High Volume Fly Ash-Self Compacting Concrete. Tugas Akhir. Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pembangunan infrastruktur yang berada pada wilayah perairan terdapat banyak faktor yang harus diperhatikan, salah satunya bahaya korosi yang mudah terjadi pada daerah tersebut. Umur layan (Service life) struktur merupakan jangka waktu yang mampu dipertahankan oleh struktur tersebut baik dari segi fungsi maupun kemampuannya dalam memenuhi layanan. Pentingnya memperhitungkan lamanya umur layan ini disebabkan banyaknya struktur yang tidak mampu mempertahankan durabilitasnya seperti yang direncanakan apalagi pada struktur disekitar laut yang sangat rentan terhadap korosi. Penelitian dilakukan dengan menggunakan Hukum Ficks kedua dan menggunakan metode pendekatan numerik beda hingga (finite difference method). Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai parameter yang mempengaruhi penetrasi klorida ke dalam beton pada tahap inisiasi korosi, yaitu koefisien difusi (D), konsentrasi klorida di permukaan beton (Cs) dan pengaruh waktu terhadap umur layan tahap inisiasi. Pendekatan numerik dilakukan dengan program MATLAB R2012b. Berdasarkan teori, semakin besar nilai D, Cs dan waktu akan mengakibatkan semakin besar konsentrasi klorida di dalam beton. Hasil pendekatan numerik menunjukkan hasil yang sesuai dengan teori tersebut. Hasil pendekatan numerik juga dibandingkan dengan solusi eksak dari hasil percobaan dan menunjukkan perbedaan yang tidak terlalu signifikan. Umur layan tahap inisiasi korosi didapat pada saat konsentrasi klorida di dalam beton telah mencapai konsentrasi klorida kritis (Ccr). Kata kunci : difusi klorida, koefisien difusi, konsentrasi klorida permukaan, umur layan. vi

7 ABSTRACT Septina Tri Nurrohmah, Numerical Approach of Chloride Ion Penetration at Initiation Phase of Corrosion into High Volume Fly Ash-Self Compacting Concrete. Final Project. Departement of Civil Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta. Construction of infrastructure in marine environment has many factors that must be considered, which is serviceability of the structures. Corrosion becomes one of the enviromental hazards toward serviceability of structures. Service life is a time periode of structures that can be maintained both of functionally and the ability to fulfill its services. The importance of taking care the service life due to many structures are not be able to maintain its durability as planned, especially for the structures in marine environment that highly susceptible to corrosion. Research done by using Second Fick s Law and using numerical approximation finite difference method. In this final project will be discussed about parameters that influencing the chloride penetration at initiation period into concrete, the diffusion coefficients (D), the surface chloride concentration (Cs) and the effect of time towards service life at initiation period. Numerical approximation in this project using MATLAB R2012b. In theory, the greater value of D, Cs and time will lead to greater chloride concentration in concrete. The result of the numerical approximation fit with that theory. The numerical approximation s result was compared with the solutions from the research and showed that the difference was not significant. Service life at initiation phase obtained when the concentration of chloride in concrete reach the critical chloride concentration. Keywords : chloride diffusion, diffusion coefficient, surface chloride concentration, service life. vii

8 PENGANTAR Syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan penulisan laporan skripsi skripsi ini dengan baik. Skripsi skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan S-1 di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak maka banyak kendala yang sulit untuk dipecahkan hingga terselesaikannya penyusunan laporan skripsi skripsi ini. Pada kesempatan ini penyusun ingin mengucapkan terimakasih kepada: 1. Segenap pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta beserta staf. 2. Segenap pimpinan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Yang terhormat Wibowo, S.T, D.E.A selaku dosen pembimbing I. 4. Yang terhormat Ir. Sunarmasto, M.T selaku dosen pembimbing II. 5. Rekan-rekan yang telah membantu pelaksanaan skripsi skripsi ini. 6. Rekan-rekan angkatan Penyusun menyadari bahwa laporan skripsi skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penyusun mengharap saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan laporan skripsi skripsi yang akan datang. Akhir kata semoga laporan skripsi skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan mahasiswa pada khususnya. Surakarta, September 2016 Penyusun viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii MOTTO DAN PERSEMBAHAN... iv ABSTRAK... vi PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR NOTASI... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat penelitian Batasan Masalah... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Landasan Teori Degradasi Beton Akibat Korosi Baja Tulangan Mekanisme Korosi Akibat Penetrasi Ion Klorida High Volume Fly Ash-Self Compacting Concrete (HVFA-SCC) Penetrasi Klorida Tahap Inisiasi Korosi Pendekatan Numerik Menggunakan Metode Beda Hingga Parameter Tahap Inisiasi Korosi Pemrograman Menggunakan MATLAB R2012b ix

10 BAB 3 METODE PENELITIAN Tinjauan Umum Sistematika Penelitian Studi Literatur Pengumpulan Data Pendekatan Numerik Penetrasi Ion Klorida pada Beton Jenis HVFA-SCC Running Program Analisa Kesimpulan BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN Pendekatan Numerik dengan Finite Difference Method Perbandingan konsentrasi klorida hasil hitungan numerik dengan hasil percobaan laboratorium Perbandingan prediksi konsentrasi klorida dalam beton High Volume Fly Ash-Self Compacting Concrete (HVFA-SCC) Perubahan konsentrasi klorida permukaan terhadap konsentrasi klorida Perubahan waktu terhadap konsentrasi klorida Analisis usia layan beton tahap inisiasi Analisis nilai koefisien difusi terhadap usia layan beton HVFA-SCC tahap inisiasi Analisis nilai konsentrasi klorida permukaan terhadap usia layan beton HVFA-SCC tahap inisiasi Analisis perubahan suhu terhadap usia layan beton HVFA-SCC tahap inisiasi Analisis perubahan waktu terhadap usia layan beton HVFA-SCC tahap inisiasi x

11 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran PENUTUP DAFTAR PUSTAKA xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Nilai koefisien difusi hasil laboratorium Tabel 4.2. Nilai Cs hasil laboratorium xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Proses Korosi Baja Tulangan... 9 Gambar 2.2. Skema Proses Elektrokimia Saat Korosi Baja Tulangan... 9 Gambar 2.3. Retak Akibat Korosi Tulangan Gambar 2.4. Sketsa Tahapan proses Korosi Gambar 2.5. Tampilan Antar Muka Matlab R2012b Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Gambar Ilustrasi metode FTCS Gambar 4.2. Grafik regresi pengaruh penambahan fly ash terhadap D 26 Gambar 4.3. Prediksi konsentrasi klorida pada beton HVFA-SCC hasil penelitian laboratorium Gambar 4.4. Prediksi konsentrasi klorida pada beton HVFA-SCC hasil pendekatan numerik Gambar 4.5. Hasil pendekatan numerik penetrasi klorida pada beton HVFA-SCC (Fly Ash 65%) Gambar 4.6. Prediksi klorida profil pada beton HVFA-SCC tiap kedalaman dengan variasi kadar fly ash Gambar 4.7. Prediksi konsentrasi klorida dengan perubahan waktu pada tiap variasi kadar fly ash Gambar 4.8. Pendekatan numerik penetrasi klorida pada beton HVFA-SCC dengan variasi nilai koefisien difusi Gambar 4.9. Pendekatan numerik penetrasi klorida pada beton HVFA-SCC dengan variasi konsentrasi klorida di permukaan beton Gambar Pendekatan numerik penetrasi klorida pada beton HVFA-SCC dengan variasi suhu Gambar Hasil pendekatan numerik penetrasi klorida pada beton HVFA-SCC xiii

14 DAFTAR NOTASI C 0 = Konsentrasi klorida awal dalam beton Cs = Konsentrasi klorida di permukaan beton C(x,t) = Konsentrasi klorida pada kedalaman x dan waktu t Ccr = Konsentrasi klorida kritis D = Koefisien difusi Di = Koefisien difusi referensi D ref = Koefisien difusi referensi Dt = Koefisien difusi pada waktu t erf = Fungsi error FA = Fly ash k = Konstanta n = Faktor waktu m = Faktor umur beton t = Waktu t ref = Waktu referensi w/c = Water-cement ratio x = Kedalaman dari permukaan beton sampai tulangan xiv

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Lampiran B Lampiran C Tampilan Program Listing Program Listing Program dengan Variasi Waktu xii