Kekuatan Tarik dan Kekuatan Akibat Tegangan Kombinasi

Kekuatan Tarik dan Kekuatan Akibat Tegangan Kombinasi

Kekuatan Tarik

Pada umumnya kegunaan yang terbaik dari beton adalah pemanfaatan pada kekuatan tekannya, namun demikian kekuatan tarik beton juga memegang peranan dalam berbagai hal. Kekuatan balok beton bertulang terhadap geser dan puntir terutama tergantung pada kekuatan tarik beton. Demikian juga untuk kondisi-kondisi yang menyebabkan terjadinya dan menjalarnya retak-retak pada bagian tarik dari batang lentur beton bertulang terutama sekali tergantung pada kekuatan tarik beton.
Untuk menentukan kekuatan tarik beton yang sebenarnya, dalam percobaan dijumpai banyak sekali kesukaran. Dalam melakukan percobaan-percobaan tarik secara langsung, kesalahan-kesalahan kecil yang terjadi dalam pengujian dan konsentrasi tegangan pada alat-alat sering mengacaukan hasil percobaan. Selama bertahun-tahun, sifat-sifat tank beton diukur dengan memakai modulus keruntuhan, yaitu, tegangan tarik lentur yang dihitung Mc/I pada saat sebuah gelagar percobaan dari beton datar akan runtuh. Karena tegangan nominal ini dihitung dengan anggapan bahwa beton merupakan suatu material yang elastis, dan karena tegangan lentur ini terlokalisasi pada serat-serat yang paling luar saja, maka sering terjadi hasil yang didapat lebih kasar dari kekuatan beton yang mengalami tarik aksial seragam. Jadi hal tersebut hanya merupakan suatu ukuran dari, dan tidak sama dengan, kekuatan tarik yang sebenamya.

Baru-baru ini hasil dari apa yang disebut sebagai percobaan split silinder telah digunakan untuk mengukur kekuatan tarik beton. Sebuah silinder beton berukuran 6x12 inchi, yang sama seperti dipakai pada percobaan tekan, diletakkan pada sebuah mesin percobaan tekan, diletakkan pada sebuah mesin percobaan tekan dalam posisi mendatar, sehingga tekan dapat diberikan dengan seragam sepanjang kedua alas yang berlawanan. Alas kayu lapis diselipkan diantara plat tekan dari mesin dan silinder tersebut supaya dapat mendistribusikan tekan dengan seragam.

Dapat ditujukan bahwa pada sebuah silinder elastis yang dibebani demikian, suatu tegangan tarik yang besamya 2P/7idL dan hampir seragam akan terjadi pada bidang yang tegak lurus terhadap bidang kerja gaya. Demikian pula, silinder tersebut, apabila diuji, pecah menjadi dua bagian sepanjang bidang tersebut, pada suatu tegangan yang besarnya dapat dihitung dengan memakai persamaan yang dikemukakan diatas. P adalah beban tekan yang bekerja pada saat terjadinya kehancuran, dan d dan L adalah diameter dan panjang silinder. Karena adanya kondisi tegangan setempat pada garis pembebanan dan tegangan yang tegak lurus terhadap tegangan tarik yang dikemukakan, maka hasil dari percobaan split silinder tidaklah sama dengan (tetapi dapat dipercaya merupakan suatu ukuran yang baik dari) kekuatan tarik aksial yang sebenarnya. Hasil dari semua jenis pengujian tarik menunjukan penyimpangan yang lebih besar dibandingkan dengan hasil pada percobaan tekan.

Kekuatan tarik bagaimanapun ditentukannya, temyata tidak berkorelasi dengan baik terhadap kekuatan tekan f 'c. Dapat diperhatikan bahwa dengan penggunaan bahan pasir dan koral beton kekuatan tarik terutama sekali tergantung pada kekuatan ikatan antara adukan semen yang telah mengeras dengan agregat, sedang untuk beton ringan kekuatan tariknya sebagian besar tergantung pada kekuatan tarik dari agregat-agregat yang berpori. Kekuatan tekan, sebaliknya, sedikit sekali ditentukan oleh karakteristik- karakteristik khusus ini.

Suatu perkiraan yang rasional bagi kekuatan split silinder f1 adalah 6 sampai 7 kali Vf 'c untuk beton dengan bahan pasir dan gravel,dan ^4 sampai 5 kali Vf 'c untuk beton ringan 4 . Kekuatan tarik yang sebenarnya f'c untuk jenis beton yang pertama, tampaknya kurang lebih sebesar 0,5 sampai 0,7 f' Untuk beton berkekuatan tinggi faktor tersebut menjadi lebih kecil sedang untuk beton kerkekuatan rendah faktor tersebut menjadi lebih besar. Pernyataan perkiraan ini menunjukan bahwa tidak terdapat hubungan yang proporsional antara kekuatan tarik dengan kekuatan tekan beton can untuk setiap penambahan dari kekuatan tekan, seperti yang dapat diperoleh dengan jalan mengurangi perbandingan air-semen, hanya diikuti dengan prosentasi penambahan kekuatan tarik yang kecil (lihat juga Gambar 1.2).

Kekuatan Akibat Tegangan Kombinasi

Dalam kenyataannya, struktur beton secara serentak mengalami berbagai tegangan yang bekerja dalam berbagai arah. Misalnya, pada balok gelagar, sebagian besar beton secara serentak mengalami tegangan tekan dan tegangan geser, sedangkan pada plat dan pondasi secara serentak mengalami tegangan tekan dalam dua arah yang saling tegak lurus ditambah dengan tegangan geser. Berdasarkan metode yang sudah dikenal dalam pelajaran kekuatan material, segala jenis kombinasi tegangan, tidak perduli bagaimanapun komlek-nya, dapat diuraikan menjadi tiga tegangan utama yang arahnya saling tegak lurus antara yang satu dengan yang lainnya seperti orientasi kubus dari material tersebut.

Sebagian atau semua tegangan-tegangan utama tersebut dapat merupakan tegangan tarik atau tegangan tekan. Apabila harga salah satu dari tegangan tersebut nol maka dapat dikatakan terdapat keadaan tegangan biaxsial; apabila harga dari tegangan tersebut nol, keadaan tegangan menjadi tegangan satu arah, dapat berupa tegangan tarik atau tegangan tekan. Dalam banyak kasus hanya sifat-sifat kekuatan material dalam satu arah saja yang dapat diketahui dari suatu percobaan yang sederhana, seperti kekuatan silinder f 'c dan kekuatan tarik f't. Untuk memperkirakan kekuatan struktur dimana bahan betonnya mengalami tegangan dua arah (biaxsial) atau tegangan tiga arah, maka diharapkan dapat dihitung kekuatan beton dengan hanya berdasarkan hasil percobaan yang telah diketahui yaitu f'c atau f'c dan f't.



Walaupun telah dilakukan penyelidikan-penyelidikan yang mendalam, namun hingga dewasa ini belum ada teori umum yang dapat dipakai untuk menyelesaikan persoalan kekuatan beton yang mengalami kombinasi tegangan. Modifikasi dari berbagai teori kekuatan, seperti teori tegangan tarik maksimum, teori Mohr-Coulomb, dan teori tegangan Octahedral, yang semuanya dibahas dalam pelajaran mengenai kekuatan bahan, telah dicoba dipakai dan temyata dapat memberikan sedikit keberhasilan untuk bahan beton, (referensi 1.16 sam 1.19).

Hasil-hasil percobaan yang ada dewasa ini menunjukan bahwa dengan membatasi regangan tarik sebagai fungsi dari tegangan normal rata-rata seperti yang umum dipakai, ternyata merupakan suatu kriteria yang gagal (Referensi 1.19a). Dewasa ini tidak satupun dari teori-teori tersebut telah diterima secara umum, dan banyak dari teori tersebut mempunyai kontrakdiksi-kontrakdiksi yang nyata didalamnya. Kesulitan utama di dalam mengembangkan suatu teori kekuatan yang cukup memadai disebabkan oleh sifat beton yang sangat tidak homogen dan oleh tingkat pengaruh dari retak-retak kecil yang terjadi serta peristiwa-peristiwa diskontinuitas lainnya terhadap peri laku beton pada tegangan tinggi dan pada saat kehancurannya. (Referensi 1.20 dan 1.20a).

Namun demikian, kekuatan beton telah dapat ditentukan dengan baik melalui percobaan-percobaan yang paling tidak untuk keadaan yang mengalami tegangan dua arah (Referensi 1.21 dan 1.22). Hasilnya dapat disajikan dalam bentuk suatu diagram interaksi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.8, yang menunjukan kekuatan dalam arah 1 sebagai sebuah fungsi dari tegangan yang bekeija dalam arah 2. semua tegangan tidak diekivalenkan dalam dimensi dari kekuatan tekan satu arah f 'c. Dapat dilihat bahwa pada kuadran yang mewakili tekan dua arah terdapat pertambahan kekuatan sebesar kurang lebih 20 persen dari yang dicapai oleh kekuatan tekan satu arah, dimana jumlah dari pertambahan ini tergantung pada perbandingan dari f2 terhadap fj. Pada keadaan tegangan tarik dua arah, kekuatan dalam arah 1 tidak tergantung pada tarik dalam arah 2. Apabila tarik dalam arah 2 dikombinasikan dengan tekan dalam arah 1, kekuatan tekan berkurang hampir secara linier. Misalnya, tarik lateral yang besarnya kurang lebih setengah dari kekuatan tarik dalam satu arah akan mengurangi kekuatan tekan sebanyak setengahnya dibandingkan dengan kekuatan tekan satu arah. Kenyataan ini sangat penting sekali untuk meramalkan terjadinya retak-retak, misalnya pada balok tinggi atau pada dinding geser.

Gambar 1.8 Kekuatan beton pada tegangan dua arah (dikutip dari referensi 1.22

Penyelidikan-penyelidikan yang berdasarkan atas percobaan mengenai .bekerj anya gaya tiga arah pada beton masih sangat sedikit dilakukan, disebabkan karena secara praktis sangat sulit untuk mengerjakan beban dalam tiga arah secara serentak tanpa menimbulkan kendala penting pada peralatan pembebanan. Dari informasi yang tersedia sekarang dapat digambarkan suatu kesimpulan sederhana mengenai kekuatan beton dalam tiga arah : (1) Pada suatu keadaan dimana bekeija tekan tiga arah yang sama besamya, kekuatan beton mungkin akan lebih besar daripada kekuatan tekan dalam satu arah; (2) Untuk tekan dua arah yang sama besamya yang dikombinasikan dengan tekan dalam arah ketiga yang besamya kebih kecil, dapat diharapkan teijadi suatu penambahan kekuatan lebih besar dari 20 persen dan (3) Untuk keadaan-keadaan tegangan dimana tekan dikombinasikan dengan tarik paling sedikit dalam satu arah yang lainnya, maka pengaruh utama relatif kecil, dan kekuatan tekan dapat diduga secara aman berdasarkan pada Gambar 1.8.

Pengaruh bekeqanya tegangan dalam tiga arah dapat dijelaskan dengan cara pendekatan dengan memakai teori Mohr-Coulomb. Cara ini mewakili suatu bentuk khusus dari teori Mohr dan mendefinisikan suatu lengkung kehancuran sedemikian rupa sehingga setiap lingkaran tegangan Mohr yang menyinggung lengkungan tersebut mewakili suatu kombinasi tegangan yang akan menyebabkan hancumya material. Untuk lingkaran tegangan Morh yang dipakai disini, kedua titik ujung dari diamter horizontalnya ditentukan oleh harga-harga terbesar dan terkecil dari ketiga tegangan utamanya, sehingga ukuran dan lokasi dari lingkaran tersebut tidak dipengaruhi oleh tegangan utama perantara. Pada Gambar 1.9 lingkaran 1 menyatakan kehancuran pada tarik sederhana pada suatu tegangan f't dan lingkaran 2 menyatakan kehancuran akibat tekana pad suatu tegangan f'c. Lengkungan kehancuran dapat diperkirakan oleh dua garis lurus seperti yang diperlihatkan pada gambar. Dari studi berdasarkan percobaan (Referensi 1.19 1.23 dan 1.23a) diperoleh kemiringan garis tersebut yang menyinggung lingkaran 2 pada sisi tekan yang mempunyai suatu inklinasi sebesar 37°. Pada bagian tarik dari garis tersebut, dimulai dari titik perpotongan dari garis diatas dengan garis vertikal menyinggung lingkaran 1.

Lingkaran terputus-putus menyatakan dua keadaan dari kombinasi tegangan. Pada lingkaran 3, tegangan tarik utama minimum f2 bekeija tegak lurus terhadap tegangan tekan utama maksimum fj. Tegangan perantara tidak ditentukan. Dapat dilihat bahwa fx < f 'c yang dapat diartikan bahwa apabila tarik bekeija dalam arah tegak lurus terhadap tekan, maka kekuatan tekan beton akan berkurang dibandingkan dengan kekuatan f 'c pada tekan yang simpel.

Gambar 1.9
Kekuatan beton akibat kombinasi tegangan (berdasarkan referensi 1.19 dan 1.23)

Shear = geser; Comp = Compression = tekan; tens = tension = tarik

Pada lingkaran 4 tegangan tekan utama minimum f2 bekeija dalam arah tegak lurus terhadap tegangan tekan utama maksimum fx; kembali tegangan perantara tidak ditentukan tetapi dianggap sebagai tekan dengan harga antara fj dan f2. Dapat dlihat disini fj > f 'c, yang berarti apabila bekeija tekan tiga arah, kekuatan tekan beton akan bertambah dibandingkan dengan keadaan pada tekan satu arah.

Teori ini mempunyai kelemahan yang sama dengan teori umum Mohr dalam menyatakan bahwa tegangan perantara dari ketiga tegangan utama diabaikan pengaruhnya terhadap kekuatan. Khususnya, untuk kasus-kasus yang sering teijadi mengenai tegangan dua arah, ditentukan bahwa apabila kedua tegangan utama mempunyai tanda yang sama, maka bekerjanya dua arah tegangan tersebut tidak menimbulkan akibat pada kekuatan. Sebaliknya, Gambar 1.9 menunjukan bahwa kekuatan pada tegangan dua arah lebih besar dibandingkan dengan tekan satu arah yang besarnya kurang lebih 8 sampai 23 persen, tergantung pada perbandingan f1/f2-.

Informasi yang disajikan dalam Gambar 1.8 dan Gambar 1.9, memungkinkan bagi seseorang untuk membayangkan secara tepat pengaruh dari tegangan dua arah dan tegangan tiga arah terhadap mutu beton dan mendapatkan perkiraan kuantitatif yang dapat diterima pada situasi- situasi yang sederhana. Namun demikian, kenyataannya, bahwa kekuatan beton yang dipengaruhi oleh bekerjanya kombinasi tegangan belum dapat dihitung secara rasional dan, hal yang sama pula pentingnya, bahwa dalam banyak situasi pada struktur-struktur beton tampaknya hampir tidak mungkin untuk menghitung semua tegangan yang bekerja berikut dengan arahnya, merupakan dua alasan utama bagi kita untuk terus bergantung pada hasil-hasil percobaan. Oleh karena itu, perencanaan struktur-struktur beton bertulang selalu harus lebih didasarkan pada informasi hasil percobaan yang mendalam daripada teori analisis yang konsisten, khususnya untuk situasi dimana terjadi kombinasi tegangan. Selanjutnya Perubahan Volume : Penyusutan, Temperatur.