Kekuatan dan Deformasi Beton Yang Mengalami Tekan

Beton 

Kekuatan dan Deformasi Beton Yang Mengalami Tekan

a. Pembebanan Singkat

Perilaku dari struktur yang mengalami pembebanan sebagian besar tergantung pada hubungan regangan-tegangan dari material pembentuknya, sesuai dengan jenis tegangan yang berkerja pada struktur. Karena beton terutama dipakai untuk memikul beban tekan, maka disini yang diutamakan adalah grafik tegangan-tegangan dalam kondisi tekan. Grafik tersebut dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran-pengukuran tegangan yang sesuai dalam pengujian-pengujian silinder (artikel 1.6) atau pada bagian tekan dari balok Gambar 1.4 menunjukan suatu kumpulan dari beberapa grafik, yang diperoleh berdasarkan pembebanan dengan kecepatan normal dan sedang, pada saat beton berusia 28 hari, untuk berbagai kekuatan tekan silinder f'c.

Semua grafik tersebut mempunyai karakter yang hampir serupa. Semua grafik dimulai dengan garis yang relatif lurus yang menunjukan bagian yang elastis dimana hubungan antara tegangan dan tegangan hampir mendekati hubungan yang berbanding lurus, kemudian mulai melengkung ke arah mendatar mencapai tegangan maksimumnya, yaitu kekuatan tekan, dengan besar tegangan kurang lebih 0,002 in/in, dan akhimya memperlihatkan suatu kecenderungan garis yang menurun. Dalam grafik tersebut bisa dilihat bahwa beton berkekuatan rendah mempunyai sifat kurang rapuh, yaitu akan mengalami retak-retak pada tegangan maksimum yang lebih besar dibandingkan dengan beton berkekuatan tinggi.

Modulus elastisitas Ec (dalam satuan psi), yaitu kemiringam dari bagian awal grafik yang lurus dari diagram tegangan-tegangan, akan menjadi lebih besar dengan bertambah-nya kekuatan beton. Besamya modulus elastisitas tersebut bisa dihitung dengan tepat dan dapat dipertanggung jawabkan berdasarkan persamaan empiris berikut :

Informasi mengenai sifat-sifat kekuatan beton seperti yang dibahas biasanya disusun berdasarkan percobaan-percobaan yang dilakukan setelah beton berumur 26 hari. Tetapi, semen terus akan mengalami hidrasi, dan dengan demikian beton juga akan terus mengeras, untuk jangka waktu yang lama setelah usia tersebut, dalam besaran rata-rata yang kian mengecil. Gambar 1.5 menunjukan grafik khusus mengenai bertambahnya kekuatan beton dengan bertambahnya usia.

Dalam praktek yang dilakukan dewasai ini, biasanya untuk struktur-struktur beton bertulang dispesifikasikan dengan kekuatan silinder beton yang berusia 28 hari dengan batasan antara f'c = 2500 sampai 6000 psi (17,2 sampai 42 MPa) dengan harga-harga yang umum dipakai terletak antara nilai-nilai 3000 dan 4000.

Namun demikian, untuk kondisi yang khusus seperti pada kolom bagian bawah dari bangunan pencakar langit, dipakai beton berkekuatan tinggi dengan f'c sampai 10.000 psi (69 MPa). Untuk mutu beton ini diperlukan penanganan secara khusus dalam mem-produksinya (referensi 1.10 dan 10a). Metode-metode perencanaan yang dikembangkan dewasa ini terutama diperuntukan bagi beton dengan f 'c = 3000 sampai 5000 psi. sampai beberapa jauh metode ini perlu dimodifikasi apabila dipergunakan pada beton berkekuatan tinggi, seperti misalnya sifat mudah retaknya yang lebih besar dan grafik regangan-tegangannya yang berbentuk lain, sampai kini hal tersebut masih dalam penyelidikan. Untuk beton prategang dipakai kekuatan sekitar 4000 sampai 8000 psi (23,3 sampai 55 MPa), dengan kekuatan yang umum dipakai berkisar antara f'c = 5000 sampai 6000 psi.

Perlu dicatat bahwa bentuk grafik tegangan-regangan untuk berbagai macam beton dengan kekuatan silinder yang sama, dan bahkan untuk beton yang sama dengan kondisi pembebanan yang berbeda, adalah tidak sama. Sebagai contoh untuk hal ini bisa dilihat pada Gambar 1.6, dimana spesiment dengan mutu beton yang sama dibebani pada besar regangan yang berbeda, dari suatu cara pembebanan yang relatif cepat (0,001 in/in tiap menit) sampai pada cara pembebanan yang sangat lambat (0,001 in/in tiap 100 hari). Dapat dilihat:

Gambar 1.5 efek dari usia pada kekuatan tekanf''c (dari referensi 1.4) days = hari; months = bulan ; Years = tahun.

Gambar 1.6 Grafik regangan-tegangan pada berbagai harga regangan, tekan konsentris. (dikutip dari referensi 1.13)

Concrete stress = tegangan beton.
Concrete strain = regangan beton Strain rate = kecepatan regangan.

bahwa cabang yang menurun dari grafik menunjukkan kemungkinan adanya disintegrasi di dalam material, hal ini akan lebih jelas pada pembebanan dengan kecepatan yang tinggi dibandingkan dengan pembebanan yang berkecepatan rendah. Juga dapat dilihat bahwa puncak-puncak dari grafik-grafik tersebut, yaitu, kekuatan maksimum yang dicapai, tampak agak lebih kecil pada kecepatan pembebanan yang rendah.

Apabila ditekan dalam satu arah, seperti juga material-material lainnya, beton, akan terdeformasi dalam arah tegak lurus terhadap arah bekeqanya tegangan. Perbandingan antara regangan transversal terhadap regangan longitudinal dikenal sebagai Poisson's ratio yang besamya tergantung pad komposisi dan faktor-faktor lainnya. Pada tegangan lebih rendah dari 0,7 fc, besamya Poisson's ratio untuk beton berkisar antara 0,15 sampai 0,20, dengan harga 0,17 sebagai harga yang sering dipakai.

b. Pembebanan Jangka Panjang

Pada beberapa material teknik, seperti baja, kekuatan dan hubungan regangan-tegangannya tidak tergantung pada kecepatan dan lamanya pembebanan, paling tidak di dalam batas-batas biasa dari kecepatan tegangan, temperatur dan variabel-variabel lainnya. Bertentangan dengan hal ini, Gambar 1.6 melukiskan kenyataan bahwa pengaruh dari lamanya pembebanan, dalam kasus mengenai kecepatan pembebanan, tampak nyata sekali akibatnya terhadap peri laku beton yang sedang mengalami pembebanan. Jo Alasan utamanya adalah karena pada saat pembebanan beton mengalami rangkak, sedang baja tidak mengalami rangkak pada kondisi-kondisi yang sama di dalam struktur bangunan, jembatan, dan struktur jenis lainnya.

Rangkak merupakan sifat dari beberapa material dimana mereka terus mengalami deformasi untuk suatu jangka waktu yang panjang pada tegangan atau pembebanan yang konstan. Sifat-sifat dari rangkak ditunjukan secara skematis dalam Gambar 1.7.

Beton yang khusus ini dibebani pada usia 28 hari dengan menghasilkan regangan serentak einst. Beban tersebut kemudian dipertahankan selama 230 hari, selama waktu tersebut proses rangkak dapat dilihat dengan bertambah besamya deformasi total sampai hampir 3 kali dari harga deformasi serentak Apabila beban dipertahankan, deformasi tersebut akan mengikuti grafik yang dinyatakan dengan garis hitam penuh. Apabila beban dihilangkan, seperti yang ditunjukan oleh grafik terputus-putus, maka regangan serentak elastis akan kembali pada nilai sebelumnya einst, dan akan terlihat tcrjadi pemulihan rangkak. Apabila beton kembali dibebani beberapa saat kemudian, maka akan terjadi kembali deformasi rangkak dan deformasi serentak seperti terlihat pada gambar.

Deformasi rangkak untuk beton secara praktis sebanding dengan besamya tegangan yang bekeij a (untuk suatu harga tegangan tertentu), beton yang berkekuatan tinggi akan menunjukkan proses rangkak yang lebih kecil dibandingkan dengan beton berkekuatan lebih rendah. Seperti terlihat pada Gambar 1.7. dengan beqalannya waktu proses rangkak juga akan berlangsung dengan kecepatan yang semakin berkurang dan setelah 2 sampai 5 tahun akan berhenti pada suatu harga akhir, yang tergantung pada kekuatan beton dan faktor-faktor lainnya, yang besamya akan mencapai 1.5 sampai 3 kali dari besar regangan serentak. Apabila beban tidak diberikan secara cepat dan kemudian dijaga supaya besamya tetap, tetapi diberikan secara perlahan-lahan dengan pertambahan secara berangsur-angsur, seperti kasus yang terjadi dalam banyak struktur selama dan setelah masa konstruksi, maka deformasi serentak dan deformasi rangkak akan berlangsung bersamaan. Efek tersebut diperlihatkan dalam Gambar 1.6, yaitu pada perbedaan bentuk dari grafik regangan-tegangan pada berbagai kecepatan pembebanan seperti yang dibahas sebelumnya yang terutama terjadi karena adanya deformasi rangkak pada beton.

Untuk tegangan-tegangan yang besamya tidak melampaui setengah dari kekuatan silinder, besamya regangan rangkak akan sebanding lurus dengan besamya .tegangan. Rangkak juga tergantung pada besar kelembaban relatif rata-rata dari ruangan, dan besar-nya kurang lebih akan menjadi dua kali pada kelembaban sebesar 50% dibandingkan dengan bila kelembabannya 100%. Hal ini bisa tcrjadi, karena sebagian dari pengurangan volume dibawah pengaruh pembebanan disebabkan karena adanya hilangnya air pori pori yang bebas, yang menguap ke dalam ruang disekelilingnya. Hal-hal lain yang sama adalah bahwa rangkak terj adi lebih besar pada beton berkekuatan rendah dibandingkan dengan beton yang berkekuatan tinggi. Apabila erangkak merupakan harga asimtot akhir dari regangan rangkak erangkak dan einst merupakan regangan serentak awal (Gambar 1.7). Rangkak spesifik adalah srangkak untuk setiap psi dan koefisien rangkak

Untuk menggambarkan hal tersebut dapat diberikan contoh sebagai berikut, apabila beton pada suatu kolom dengan f 'c = 4000 psi diberi beban jangka panjang yang menyebabkan terjadinya tegangan sebesar 1200 psi, maka setelah beberapa tahun mengalami pembebanan harga akhir dari regangan rangkak akan menjadi 1200 x 0,80 x 10' = 0,00096 in/in. Dengan demikian apabila panjang kolom adalah 20 ft, akibat tcijadinya rangkak kolom tersebut akan bertambah pendek sebesar 1/4 in.

Untuk kondisi khusus lainnya, seperti pada elemen struktur langsung dari suatu konstruksi rangka atau pada konstruksi prategang, perencana harus memperhitungkan akibat kombinasi dari rangkak dan penyusutan (artikel 1.10a). Dalam kasus-kasus serupa itu, kita tidak dapat sepenuh- nya mempercayai contoh-contoh harga yang diberikan pada tabel 1.1, tetapi harus berusaha untuk mendapatkan informasi yang lebih akurat, seperti yang bisa diperoleh dari referensi 1.26

Pembebanan jangka panjang akan mempengaruhi tidak hanya deformasi tetapi juga kekuatan dari beton. Kekuatan tekan silinder f 'c ditentukan dalam percobaan pembebanan dengan kecepatan normal (kurang lebih 35 psi/detik). Percobaan-percobaan yang dilakukan oleh Rusch dan lain-lainnya telah menunjukan bahwa untuk prisma atau silinder beton yang tidak diperkuat dengan baja yang dibebani secara konsentris, kekuatan pada pembebanan jangka panjang lebih kecil dari f'c, sebesar 75% dari f'c, untuk beban-beban yang dipertahankan selama setahun atau lebih.

c. Kelelahan.

Apabila beton dibebani secara berfluktuasi, tidak secara terus menerus, maka seperti juga pada material- material lainnya kekuatan lelehnya jauh lebih kecil dibandingkan dengan kekuatan statisnya. Apabila mortar beton dalam keadaan tertekan diberikan tegangan secara berulang dari nol hingga mencapai tegangan maksimumnya, maka batas kelelahannya adalah berkisar antara 50 sampai 60 persen dari kekuatan tekan statisnya, untuk jumlah pembebanan sebanyak 2000.000 kali. Perkiraan yang dapat diterima bisa dibuat untuk batas-batas tegangan lainnya dengan memakai diagram Goodman yang telah dimodifikasi. Untuk jenis jenis tegangan1 kerja lainnya, seperti tegangan tekan lentur pada balok beton bertulang atau tegangan tarik lentur pada balok beton yang tidak bertulang atau pada bagian tarik dari balok beton bertulang, batas kelelahan kemungkinan serupa yaitu kurang lebih 55 persen dari tegangan statisnya. Namun demikian, angka-angka ini hanya berfungsi sebagai pedoman untuk melakukan perkiraaan saja. Telah diketahui bahwa kekuatan lelah dari beton tidak hanya tergantung pada kekuatan statisnya tetapi juga tergantung pada kondisi kelembaban, usia, dan kecepatan pembebanan (lihat referensi 1.14). selanjutnya Agregat