Studi Pengaruh Korosi Terhadap Jembatan Beton Bertulang

Transkripsi

1 Studi Pengaruh Koroi Terhadap Jembatan Beton Bertulang Herry Henry Roberth (1, I Guti Putu Raka (, M. Sigit Darmawan (3, Iman Wimbadi (4 Mahaiwa S Bidang Keahlian Teknik Struktur Juruan Teknik Sipil FTSP ITS (1 Telp herryhenryroberth@yahoo.o.id atau henrynaker@gmail.om Doen Paaarjana Bidang Teknik Struktur Juruan Teknik Sipil FTSP-ITS (,(3,(4 Abtrak Pengaruh koroi pada truktur beton bertulang dari klorida dapat menyebabkan keruntuhan. Hal ini dapat dihindari dengan diediakannya kerangkakerja (framework yang dapat memperkirakan kinerja truktur beton bertulang yang terkena pengaruh koroi ehingga dapat dilakukan tindakan penegahan. Kerangkkerja dimakud merupakan gabungan antara model truktur, model pembebanan dan model koroi kemudian dianalii kapaita ebelum dan eudah terkena pengaruh koroi. Model pembebanan dari AASTHO-LRFD-1998 dan RSNI- T--5. Variai elimut beton, p=5 mm (kriti dan 55 mm (yarat SNI. Ratio air-emen, w/=.4 dan w/=.5. Jembatan ditentukan berdaarkan hail perenanaan tandard dari Departemen PU dimana bentang 1 mm dipakai b=4 mm dan h=1 mm. Dengan variabel interval waktu 1 tahun dalam elang waktu 5 tahun, maka waktu rerata umur truktur maih diata 5 tahun untuk lentur dan lebih dari tahun untuk geer pada tiap variai elimut beton dan ratio air-emen. Untuk pembebanan menurut AASTHO, kapaita lentur dan geer dengan elimut beton, p=55mm dan ratio air-emen, w/=.4 maih aman elama elang waktu 5 tahun edangkan pembebanan menurut RSNI dapat menapai > 4 tahun (4 tahun. Beban hidup berdaarkan RSNI menghailkan momen lentur dan kuat geer yang lebih keil ehingga diperoleh luaan tulangan lentur yang lebih keil dan juga jarak tulangan geer yang lebih bear dibandingkan AASTHO. Dibuktikan bahwa elimut beton, p=55mm menghailkan truktur maih aman dan lebih naik dengan life time lebih lama dibanding p=5mm. Demikian juga ratio air-emen, w/=.4 menghailkan truktur maih aman dan lebih baik dengan life time lebih lama dibanding w/=.5. Key Word : Pemodelan, Koroi, Beton Bertulang, AASTHO, RSNI, Jembatan 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tiap truktur beton dapat terkena pengaruh koroi terutama untuk truktur yang tidak terlindung atau dekat dengan laut eperti Indoneia yang memiliki gari pantai ekitar 74. km. Hal ini dikarenakan ebagian bangunan yang dibangun berdekatan dengan laut. Pengaruh air laut terhadap komponen truktur bangunan beton bertulang menyebabkan terjadi karatan atau koroi pada tulangannya. Berkurangnya kinerja truktur diebabkan koroi pada tulangan, mengakibatkan diameter tulangan berkurang ehingga lua tulangan teria lebih keil dari lua tulangan mula-mula. Berdaarkan perkiraan para ahli, keruakan akibat koroi di Indoneia dapat menapai 1.5% dari GNP, bahkan khuu untuk indutri minyak keruakan dapat menapai 15% dari nilai intalainya (Darmawan M.S., 6. Stewart M.G., (4, menyatakan koroi pada truktur beton bertulang dapat berakibat pada egi pelayanan (ervieability dan jika tidak dilakukan perawatan atau penegahan dengan perbaikan pada truktur maka akan menyebabkan keruntuhan. Hal ini dapat dihindari dengan diediakannya kerangkakerja (framework yang memperkirakan kinerja truktur ebelum dan eudah terkena pengaruh koroi ehingga dapat dilakukan tindakan penegahan. Kerangkakerja dimakud adalah gabungan antara model truktur, model pembebanan dan model koroi yang dianalii terhadap kuat lentur dan geer. Dalam penelitian Studi Pengaruh Koroi Terhadap Jembatan Beton Bertulang ini akan dibuat model koroi beton bertulang pada komponen truktur balok jembatan. Penggunaan model kinerja truktur pada penelitian ini diharapkan memberikan kontribui bear dalam indutri kontruki. 1.. Perumuan Maalah Rumuan maalah yang ditelaah dalam penelitian ini meliputi : a Bagaimana memodelkan truktur dan model beban yang bekerja; b Bagaimana merumukan model koroi untuk tulangan balok; Bagaimana mengetahui efek koroi terhadap kekuatan balok; d Bagaimana memaukkan ketidaktentuan variabel (keepatan koroi, faktor air-emen, mutu beton dan elimut beton yang merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja truktur; e Bagaimana mengetahui kinerja truktur yang terkena pengaruh koroi Makud dan Tujuan Penelitian a Memodelkan truktur dan model beban yang bekerja pada truktur; b Merumukan model koroi untuk tulangan balok; Mengetahui efek koroi terhadap kekuatan balok; d Memaukkan ketidaktentuan variabel (keepatan koroi, faktor air-emen, mutu beton dan elimut beton yang merupakan faktor pengaruh kinerja truktur; e Mengetahui kinerja truktur yang terkena pengaruh koroi Bataan Permaalahan Bataan permaalahan dalam penelitian ini, dibatai pada : a Menggunakan pendekatan metematik yang berifat determinitik;

2 b Pengaruh koroi hanya akibat klorida; Material beton merupakan beton normal tanpa bahan additif dimana elemen balok dan pelat mutu ama; d Jeni koroi terjadi diaumikan merupakan koroi eragam (uniform orroion dimana i orr ditetapkan; e Retak tidak ditinjau; f Keandalan truktur dievaluai terhadap kapaita lentur dan geer erta lendutan; g Pembebanan berdaarkan RSNI T--5 dan AASTHO-LRFD-1998 tentang Standar Pembebanan Untuk Jembatan erta Deain Struktur Beton menggunakan SNI T-1-4; h Balok gelagar jembatan yang ditinjau dan dievaluai yaitu balok beton bertulang yang terkena pengaruh koroi (bukan uatu item Manfaat Penelitian Merupakan uatu tudi untuk dapat menentukan kinerja truktur beton bertulang pada elemen truktur balok jembatan dalam elang waktu 5 tahun.. TINJAUAN PUSTAKA.1. Koroi pada Struktur Bangunan Pengertian Koroi Koroi merupakan proe alami yang teru berlangung eiring waktu terutama didaerah pengaruh koroi tinggi (lingkungan agreif. Menurut Cantrell A., (, karbonat (O dan ion klorida (Cl - turut mempengaruhi terjadinya proe koroi (Gambar 1 dan.. Gambar 1. Skema koroi pada beton dengan faktor airemen rendah (Cantrell A., Gambar. Skema koroi pada beton dengan faktor airemen tinggi (Cantrell A., Karbonat dan ion klorida mauk dan berbauran melalui elimut beton hingga menapai lapian paif tulangan dan berproe hingga terjadi uatu reaki elektrokomia. Proe koroi ini meningkat dari dalam elimut beton hingga menapai lapian pelindung tulangan (terjadi koroi tulangan beton. Gambar 1 menunjukkan dengan faktor air-emen yang rendah berarti mutu beton tinggi ehingga perlindungan terhadap tulangan lebih baik; ebaliknya dengan Gambar lebih keil. Stewart M.G. dan Roowky D.V., (1998, berkeimpulan proe pengruakan akibat koroi pada tulangan terdiri dari dua tahapan, yaitu: a. Initiation (iniiai yaitu waktu dimana proe mauknya ion klorida (Cl - kedalam beton hingga menapai tulangan dan terakumulai ampai menapai konentrai tertentu hingga terjadi koroi. Pada waktu terjadi koroi iniiai, tulangan maih tetap utuh ehingga tidak berpengaruh terhadap kekuatan truktur (lihat Gambar 3. Strutural Capaity Time Initiation Propagation ta Gambar 3. Kinerja truktur akibat pengaruh koroi (Darmawan M.S., 6 b. Propagation (propagai yaitu koroi pada tulangan menyebabkan pengurangan lua tulangan (metal lo ehingga terjadi penurunan kekuatan truktur (Gambar 3. Proe koroi alami terjadi dalam jangka waktu yang ukup lama (> 5 tahun, maka ebagian bear penelitian tentang koroi menggunakan ara koroi yang diperepat (aelerated orroion tet. Akan tetapi pada kondii ektrim, keepatan koroi alami dapat menapai 4 µa/m. Bahkan Andrade C. dan Alono C. (1994 erta Millard (1993 mendapatkan dari hail penelitian bahwa keepatan koroi alami, i orr dapat menapai 1 µa/m atau etara dengan 1,16 µm/year. Koroi dan Akibatnya pada Struktur Bangunan Koroi batang tulangan pada truktur beton bertulang adalah penyebab utama dari pengruakan truktural. Awal koroi dari retak membujur yang berhubungan pengelupaan elimut beton (eara umum. Koroi ebagian diawali penemaran ion klorida (Cl -, elimut beton (p yang tidak memenuhi yarat atau kualita beton rendah. Stewart M.G., (4, juga menyatakan rendahnya kwalita pekerjaan beton menghailkan beton yang tidak padat dan tebal elimut yang tidak memenuhi peraturan dan peryaratan tekni. Tebal elimut beton tidak euai dan beton yang tidak padat akan memungkinkan kadar garam (hlorida dari air laut mauk kedalam beton ampai ke tulangan kemudian berakumulai hingga konentrai tertentu dan menghanurkan lapian perlindungan paif tulangan. Beton dengan ifat alkali tinggi (ph 1-13 memungkinkan terbentuk lapian pelindung pada tulangan (Darmawan M.S., 6. Selama lapian pelindung paif tidak ruak, tulangan relatif aman dari koroi.

3 Model Koroi Koroi Iniiai Koroi iniiai : proe mauknya ion klorida (Cl - kedalam beton hingga mendekati tulangan dan terakumulai hingga menapai konentrai tertentu dan terjadinya koroi. Saat terjadi koroi iniiai, tidak ada pengurangan kekuatan truktur. Stewart M.G. & Roowky D.V., (1998, proe koroi iniiai dimodelkan berdaarkan Hukum Fik Kedua (Fik Seond Law. Koroi Propagai Koroi propagai : proe mauknya ion klorida (Cl - menembu lapian paif tulangan ehingga menyebabkan penurunan kekuatan truktur. Koroi propagai dibagi dua model: koroi etempat (pitting orroion dan koroi eragam (uniform orroion. Thoft-Chritenen P. & Hanen H.I., (1994 menganggap koroi terjadi pada eluruh permukaan tulangan eara eragam (uniform. Sedangkan Val D.V. & Melher R.E., (1997, erta Vu K.A.T. & Stewart M.G., (, berpendapat eara etempat (pitting. luaan teria i orr 1.64 w (1 =... (4 p.1. Variabel Yang Berpengaruh Menurut para ahli dalam penelitian yang telah dilakukan terdapat beberapa variabel yang mempengaruhi terjadinya proe koroi, diantaranya: a. Keepatan Koroi ; b. Ratio Air-Semen, w/ ;. Mutu Beton (f ; d. Selimut Beton (p D o (a. Koroi Seragam Thoft-Chritenen & Hanen (1994 D o b pitting orroion Gambar 6. Grafik hubungan i oor dengan elimut 1 µa/m = 11.6 µm/thn a (pit-depth lua teria (b. Koroi Setempat Val & Melher (1997 dan Vu & Stewart ( Gambar 4. Model koroi tulangan (Darmawan M.S. Koroi Seragam (Uniform/General Corroion D (T/ D (T/ D o Gambar.5. Uniform Corroion Model (Stewart M.G Model koroi Val D.V. & Melher R.E., (1997: D (T/ =.3 i orr T... (1 Sedangkan lua tulangan total A t yang teria dalam waktu tertentu T (general orroion, A t (T = 1 nπ ( D P av... ( 4 Subtituikan Peramaan 4a dan 4b, diperoleh: A t (T = 1 nπ ( D. 3 T... (3 4 Keepatan Koroi (i orr Vu K.A.T. & Stewart M.G., ( rumukan model keepatan koroi eara tetap (tidak dipengaruhi waktu, Gambar 7. Grafik hubungan i oor dengan ratio air-emen.3. Model Struktur dan Model Pembebanan Model Struktur Model truktur dalam penelitian ini berupa truktur balok beton bertulang dengan tumpuan ederhana jembatan diaplikaikan (Gbr.8. A balok beton bertulang L Gambar 8. Model truktur balok beton bertulang ditinjau Model Pembebanan Beban-beban yang bekerja pada truktur balok eara umum berupa beban mati (berat endiri truktur dan beban hidup. Proedur dan aumi mengikuti peraturan (ode dan peifikai (Nowak A.S. & Collin K.R.,. B

4 .4. Analii Lentur dan Geer Dengan dan Tanpa Pengaruh Koroi Analii Kapaita Lentur (Balok Tulangan Ganda Momen Nominal Tanpa Pengaruh Koroi Apabila : A udah leleh, M n = a ( A A ' f y d + A ' f y ( d d ' (5 Apabila : A belum leleh, M n = a ( A A ' f y d + A ' f '( d d'. (6 Momen Nominal Dengan Pengaruh Koroi : Apabila : A belum leleh, M n (T = 1 1 a nπ ( D.3 ( '.3 T nπ D T f y d nπ ( D '.3 T f' ( d d'. (7 4 Apabila, A udah leleh, M n (T = 1 1 a nπ ( D.3 ( '.3 T nπ D T f y d nπ ( D '.3 T f y ( d d'... (8 4 Seuai dengan yarat: M u φm n tanpa koroi.. (9 M u φm n (T dengan koroi.... (1 bilamana, M u < φm n (afe..... (11 M u > φm n (fail..... (1 M u < φm n (T (afe... (13 M u > φm n (T (fail....,. (14 Analii Kapaita Geer Menurut SNI-T-1-4 Paal 5.1 hal. 31, Kuat Geer Renana, φv n : φv n > V u...,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,... (15 dimana, V u : gaya geer terfaktor akibat beban (N Sedangkan Kapaita Geer Nominal, V n dirumukan: V n = V + V... SNI-T-1-4 Pl (16 Kuat Geer yang diumbangkan beton, ' f V = bw d 6... SNI-T-1 Pl (17 Kuat Geer dari Tulangan tanpa Koroi, V = Av f y d... SNI-T-1 Pl (18 Dengan demikian diperoleh Kuat Geer Nominal, V n (dari Per. 16, menjadi: V n = f 6 ' b w d + A v f y d... (19 Kuat Geer Tulangan dengan koroi, 1 π( D. 3i orrt f y d 4 V (T =... ( Kuat Geer Nominal dengan Koroi, V n (T = V + V (T... (1 f = ' b w d 6 ( D. i T 1 4 π 3orr f y d +.. ( Dari hail yang diperoleh perika euai yarat SNI T-1-4 Paal 5..1 hal. 31: V u φv n tanpa koroi... (3 V u φv n (T dengan koroi.... (4 jika, V u < φv n (afe dan V u > φv n (fail. (5 V u < φv n (T (afe dan V u > φv n (T (fail... (6 Lendutan 1 Lendutan Ijin, δ i = L,,,,,,,,,,,,... (7 8 Lendutan Yang Terjadi, δ T = δ 1 + δ,,,,,,. (8 dimana, Lendutan akibat beban hidup merata (δ 1 4 q L δ 1 = 5 h,,,,,,,,,,,,,,,,,,.. (9 384 EI Lendutan akibat beban hidup terpuat (δ F a δ ( l a = 3 4.,,,,,. (3 48 EI 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Proedur Penelitian Melakukan tudi literatur tentang koroi pada truktur beton bertulang, model koroi, model truktur dan pembebanan untuk jembatan. Membuat model truktur balok dan model pembebanan untuk jembatan erta merumukan model koroi pada balok beton bertulang. Menganalia kapaita truktur balok jembatan terhadap lentur dan geer dengan memaukkan faktor variabilita yang berpengaruh pada ruktur ebelum dan eudah terkena pengaruh koroi. Melakukan analia dan deain truktur terhadap penggabungan model truktur, model pembebanan dan model koroi yang telah dipadukan eara matemati kemudian model paduan terebut diuji eara determinitik dan non determinitik. 3.. Parameter Penelitian Parameter penelitian terdiri dari variabel yang berifat determiniti dan random : Variabel determinitik : Panjang bentang (L Variabel non determinitik : Model koroi ; Beban mati (berat endiri ; Beban hidup (traffi load ; Mutu beton ( f ; Mutu baja ( f y ; Selimut beton (p ;

5 Ratio air-emen (w/ 3.3. Diagram Alir Proe Penelitian tart Studi Literatur Membuat Model Struktur: Balok diata Dua Tumpuan Balok Beban Mati A Model Beban Renana dan Deain aphalt pelat balok B Membuat Model Pembebanan: Beban Mati dan Beban Hidup Analii Beban Yang Bekerja Analii Momen dan Gaya Geer yang bekerja pada Balok: M u dan V u Analii Kapaita Balok Girder o Lentur o Geer Perika : φm n (T > M u afe ; φm n (T < M u fail φv n (T > V u afe ; φv n (T < V u fail end Gambar 9. Diagram Alir Proe Penelitian 4. PEMBAHASAN DAN HASIL 4.1. Memodelkan Struktur dan Model Beban Yang Bekerja Model Struktur Merumukan Model Koroi Untuk Tul. Gelagar Jemb. dengan dan tanpa koroi Analii Variabel Yang Berpengaruh : model koroi, i orr, w/, p, f Merumukan Efek Koroi terhadap Balok: M n (T dan V n (T Gambar 1. Potongan melintang jembatan dgn. trotoar 1,4 1,4 L = 1m Gambar 1. Beban mati yang bekerja Beban mati yang bekerja, (q 1 = 1.99 t/m Momen akibat beban mati yang bekerja (M 1, M 1 = (1/8 qa L = t.m Beban Hidup (AASTHO-LRFD-1998 Momen yang bekerja akibat beban hidup kendaraan untuk pembebanan AASTHO ebear: M = GDF x M =.56 x = 4.64 t.m Sehingga momen total yang bekerja, M u : M u = 1,167,581, N.mm Beban Hidup (RSNI T--5 Momen yang bekerja akibat beban hidup kendaraan untuk pembebanan RSNI ebear: M = GDF x M 1 =.56 x = t.m Sehingga momen total yang bekerja, M u : M u = 989,837,8 N.mm 4.. Hail Penelitian Hail Pemerikaan Lendutan Untuk Lendutan Ijin, δi = 1 L = 1 1 = mm Untuk Lendutan Total, δ T = =.6 mm ( < δi = 15 mm (ok Hail Analii Keepatan Koroi Tabel 1. Keep. koroi, i orr (1 dgn. w/ =.4 dan variabel p p i orr (1 i orr (1 No (e (mm [µa/m ] [mm/year] Sumber:Hail Penelitian 9 1, 4 1,4 Gambar 11. Typial balok girder jembatan pan 1, m

6 Tabel. Keep. koroi, i orr (1 dgn. w/ =.5 dan variabel p p i orr (1 i orr (1 No (e (mm [µa/m ] [mm/year] Sumber:Hail Penelitian Note : 1 µa/m = 11.6 µm/year Hail Analii Lentur Akibat Pengaruh Koroi Momen Lentur menurut Pembebanan AASTHO-LRFD Gambar 15. Grafik Hubungan M u, M n dan M n (T dan Waktu, T Gambar 13. Grafik Hubungan M u, M n dan M n (T dan Waktu, T Gambar 16. Grafik Hubungan M u, M n dan M n (T dan Waktu, T Analii Geer Akibat Pengaruh Koroi Kuat Geer Akibat Pengaruh Koroi (Beban AASTHO Gambar 14. Grafik Hubungan M u, M n dan M n (T dan Waktu, T Momen Lentur menurut Pembebanan RSNI Gambar 17. Grafik Hubungan V u, V n dan V n (T dan Waktu, T

7 Gambar 18. Grafik Hubungan V u, V n dan V n (T dan Waktu, T Kuat Geer Akibat Pengaruh Koroi (Pembebanan RSNI Gambar 19. Grafik Hubungan V u, V n dan V n (T dan Waktu, T 5. KESIMPULAN 1. Dibuktikan bahwa dengan elimut beton, p=55mm truktur maih aman dengan life time lebih lama dibanding elimut beton, p=5mm dan juga ratio airemen, w/=.4 lebih baik dengan life time lebih panjang dibanding w/=.5;. Untuk pembebanan AASTHO, kapaita lentur dan geer dengan elimut beton, p=55mm dan ratio air-emen, w/=.4 maih aman elama 5 tahun edangkan RSNI menapai 4 tahun. 3. Kapaita geer untuk pembebanan menurut RSNI dengan elimut beton, p=55mm erta ratio air-emen, w/=.4 dan.5 menghailkan truktur yang aman > 5 tahun. 4. Umur truktur yang kriti dari hail penelitian ini, yaitu: Untuk lentur : ± 8 tahun (pembebanan RSNI Untuk geer : ± tahun (pembebanan AASTHO. DAFTAR PUSTAKA [1] Darmawan M.S., (6, Model Koroi untuk Struktur Beton Bertulang di Lingkungan Air Laut, Seminar Naional Rekayaa Perenanaan VIII 6, UPN Jatim, Surabaya. [] Stewart M.G., (4, Effet of Spatial Variability of Pitting Corroion and It Influene on Strutural Fragility and Reliability of Reinfored Conrete Beam in Flexure, Strutural Safety, Vol. 6 th, No. 4, pp [3] Cantrell A., (, Steel Rebar Reinforement Corroion in Conrete Bridge Deign, Corroion and Surfae Treatment of Material, Material Siene Engineering Departement Undergraduate, Univerity of Wahington. [4] Stewart M.G. & Roowky D.V., (1998, Strutural Safety and Sevieability of Conrete Bridge Subjet to Corroion, Journal of Strutural Sytem, ASCE, Vol. 4 th, No. 4, pp [5] Andrade C., Alono C., and Molina F.J., (1993, Cover Craking a a Funtion of Rebar Corroion Experimental Tet Part 1, Material and Struture, Vol. 6, pp [6] Thoft-Chritenen P. & Hanen H.I., (1994, Optimal Strategy for Maintenane of Conrete Bridge Uing Expert Sytem, Pro. ICOSSAR 93, A.A.Balkema, Rotterdam-Netherland, pp [7] Val D.V. and Melher R.E., (1997, Reliability of Deteriorating of Reinfored Conrete Slab Bridge, Journal of Strutural Engineering, Vol. 13 th, No. 1, pp [8] Vu K.A.T. & Stewart M.G., (, Strutural Reliability of Conrete Bridge Inluding Improved Chloride-Indued Coroion Model, Strutural Safety, Vol., No. 4, pp [9] Nowak A.S., (1993, Live Load Model for Highway Bridge, Struture Safety, No. 13, Page [1] DPU, (4, SNI T-1-4, Perenanaan Struktur Beton Untuk Jembatan, Penerbit DPU, Jakarta. [11] Nawy, E. G., Tavio & Kuuma B., (1, Beton Bertulang : Sebuah Pendekatan Mendaar, Edii Kelima, Penerbit ITS Pre, Surabaya. [1] AASTHO-LRFD, (1998, Standard Code for Highway Bridge, Penerbit AASTHO-Wet Conhohoken, Pennylvania-USA. [13] DPU, (5, RSNI T--5, Standar Pembebanan Untuk Jembatan, Penerbit DPU, Jakarta. [14] DPU, (, SNI , Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Penerbit DPU, Jakarta. Gambar. Grafik Hubungan V u, V n dan V n (T dan Waktu, T