Mutu dan Kekuatan serta Grafik Regangan-Tegangan

Mutu dan Kekuatan serta Grafik Regangan-Tegangan.

Mutu dan Kekuatan

Pada penggunaan beton bertulang terdapat bukti-bukti akan kecenderungan mengenai penggunaan material berkekuatan yang lebih tinggi, baik pada bahan beton maupun pada baja. Tulangan-tulangan yang mempunyai kekuatan leleh 33 ksi yang banyak dipakai beberapa waktu yang lalu, sekarang sudah tidak diproduksi lagi, dan baja yang berkekuatan leleh 60 ksi sekarang secara meluas telah dipakai menggantikan baja dengan kekuatan leleh 40 ksi yang hingga akhir-akhir ini banyak dipakai.
Tabel 1.2 memberikan daftar dari semua jenis baja penguat yang tersedia di p'asaran dewasa ini, mengenai penggunaan, spesifikasi-spesifikasi dari ASTM yang mendifmisikan sifat- sifatnya secara mendetil, dan dua harga utama dari kekuatan spesifikasi minimumnya.
Pedoman ACI mengizinkan baja penguat mempunyai kekuatan sampai fy = 80 ksi (550 MPa). Baja berkekuatan tinggi seperti itu biasanya meleleh secara berangsur- angsur dan tidak mempunyai dataran leleh (lihat Gambar 1.13). Dalam situasi ini pedoman tersebut mensyaratkan pada kekuatan leleh minimum dengan regangan total tidak boleh melampaui 0,0035 in/in.

Hal ini penting untuk membuat metode perencanaan yang berlaku sekarang ini, yang dikembangkan untuk baja yang mempunyai grafik leleh tajam dengan dataran leleh, dapat dipakai untuk baja yang mempunyai kekuatan yang lebih tinggi seperti itu. Dengan demikian, baja dengan mutu 75 (fy = 75 ksi), yang dicakup oleh edisi sebelumnya dari ASTM A615 tetapi tanpa batas regangan leleh, dalam edisi yang sekarang (1975) di-hilangkan. Baja dengan mutu 75 masih dapat dipesan menurut edisi tahun 1972 dari A165 tetapi dengan syarat tambahan regangan leleh maksimum sebesar 0,0035. Pada kondisi-kondisi khusus baja yang berkekuatan tinggi ini ditempatkan misalnya pada kolom pada tingkat yang lebih rendah dari suatu bangunan pencakar langit.

Supaya tulangan baja dari berbagai mutu dan ukuran dapat dibedakan dengan mudah, suatu hal yang diperlukan untuk menghindari teqadinya kesalahan penggunaan tulangan yang berkekuatan lebih rendah atau ukuran yang lebih kecil dari yang diperlukan dalam perencanaan, maka semua tulangan bersirip pada permukaannya dilengkapi dengan tanda-tanda.

Tanda-tanda ini memberi petunjuk mengenai pabrik pembuatnya (bisanya dengan kata awal), nomor ukuran batang (3 sampai 18), jenis dari baja (N untuk batang, A untuk gandar, dan sebuah tanda rel untuk baja rel), dan suatu tanda tambahan untuk menandakan baja yang mempunyai kekuatan lebih tinggi. Tanda-tanda ini terdiri dari satu atau dua garis membujur masing-masing untuk baja dengan kekuatan leleh 60 dan 75 ksi, atau bilangan 60 dan 75. Tanda-tanda pengenal ini ditunjukan pada Gambar 1.12.

Modulus elastisitas Es dari baja penguat bisa diambil sebesar 29 x 106 psi, sedang besar dari modulus efektif dari baja prategang berubah-ubah, tergantung pada jenis baja (misal-nya baja ulir atau batang polos) dan jenis penggunaannya, dan harus ditentukan dengan melalui percobaan atau berdasarkan data yang diberikan oleh produsen. Untuk baja ulir yang tidak diikat (yaitu tidak ditanam dalam beton) besarnya modulus tersebut mungkin hanya 26 x 106 psi.

Gambar 1.12 sistim pemberian tanda untuk baja tulangan (dikutip dari referensi 1.24)

Main ribs = rusuk-rusuk utama; two lines = dua garis One line = satu garis ; Bar size = ukuran tulangan Initial of producing mill = tanda dari pabrik pembuatnya Type steel (New billet) = jenis baja (tulangan baru) grade marks = tanda mutu

Grafik Regangan-Tegangan.

Dua karakteristik bilangan utama yang menentukan karakter baja tulangan adalah titik lelehnya (biasanya sama pada tarik dan tekan) dan modulus elastisitasnya E. Secara praktis besarnya modulus elastisitas sama untuk semua baja tulangan (tetapi tidak demikian halnya untuk baja prategang) dan biasanya mempunyai harga E = 29.000.000 psi (200.000 PMa).

Namun demikian, sebagai tambahan perlu dikemukakan, bahwa bentuk dari grafik regangan-tegangan, dan khususnya pada bagian awalnya, mempunyai pengaruh yang penting terhadap penampilan dari jenis struktur beton bertulang. Gambar 1.13 memperlihatkan suatu grafik regangan-tegangan yang khusus dari baja tulangan yang dibuat di Amerika. Grafik regangan-tegangan yang lengkap diperlihatkan pada bagian kiri dari gambar tersebut; bagian sebelah kanan memberikan gambaran mengenai bagian awal dari tersebut yang skalanya diperbesar 10 kali.



Baja berkadar karbon rendah, yang digambarkan dalam grafik dengan yf = 40 ksi, menunjukan suatu bagian elastis yang diikuti oleh suatu dataran leleh, yaitu suatu bagian yang horizontal dari grafik dimana besarnya regangan terns bertambah pada tegangan yang tetap. Untuk baja seperti itu titik leleh terjadi pada tegangan dimana terbentuk dataran leleh.

Apabila regangan terns berlangsung tegangan tersebut akan mulai bertambah lagi besamya, walaupun dengan kecepatan yang lebih rendah, suatu proses yang dikenal sebagai penguatan regangan (strain hardening). Grafik tersebut akan mendatar apabila tegangan tariknya telah dicapai; dan kemudian akan menurun sampai terjadinya kehancuran. Baja karbon berkekuatan tinggi, seperti baja-baja yang mempunyai titik leleh 60 atau 70 ksi, akan mengalami proses pada dataran leleh yang jauh lebih pendek bila dibandingkan dengan dataran leleh yang terjadi pada baja dengan titik leleh 40 ksi atau langsung memasuki proses penguatan regangan tanpa terjadinya suatu regangan leleh yang menerus pada suatu tegagan yang tetap.

Pada kasus yang terakhir pedoman mensyaratkan bahwa pada tegangan leleh, regangan yang terjadi tidak boleh melampaui 0,0035 in/in, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.13 (lihat juga bagian c dari artikel ini). Baja campuran rendah dan berkekuatan tinggi jarang memperlihatkan grafik yang mempunyai dataran leleh dan biasanya langsung memasuki proses pengerasan regangan sebelum mulai leleh.

Gambar 1.14 menunjukan grafik regangan-tegangan untuk kawat puntir prategang dan untuk batang baja prategang berkekuatan tinggi. Sebagai perbandingan diperlihatkan pula bagian awal dari grafik tegangan-regangan untuk suatu tulangan yang mempunyai kekuatan leleh sebesar 60 ksi. Dapat dilihat bahwa, bertentangan dengan tulangan baja penguat, baja prategang ini tidak mempunyai suatu dataran leleh yang tertentu; yaitu, tulangan-tulangan tersebut tidak meleleh pada suatu tegangan yang tetap atau yang hampir tetap besamya. Proses pelelehan berlangsung secara berangsur-angsuran dan didalam daerah tidak elastis grafik tersebut terns naik dengan pelahan-lahan sampai dicapai kekuatan tarik fpu, dengan perpanjangan total pada saat teijadi kehancuran es. Karena pada jenis baja ini tidak didapati proses pelelehan yang berlangsung secara diskontinue, maka kekuatan lelehnya ditentukan agak sembarang sebagai besarnya tegangan yang terjadi pada saat perpanjangan total sebesar 1 persen untuk kawat puntir dan kawat biasa dan 0,2 persen regangan permanen untuk baja berkekuatan tinggi.

Gambar 1.13 Grafik regangan-tegangan untuk baja penguat yang banyak dipakai dengan harga spesifikasi titik lcleh minimum berkisar antara 40 sampai 75 ksi.
Strain = regangan; Stress = tegangan.

Gambar 1.14 Grafik regangan-tegangan untuk baja prategang.
Stress = tegangan; strain = regangan Prestress strand = kawat puntir prategang Presstress bars = batang baja prategang Reinforcing bars = tulangan baja penguat.

Gambar 1.14 menunjukan bahwa kekuatan leleh yang didefinisikan demikian merupakan suatu batas yang baik dimana hubungan antara regangan dan tegangan berbanding lurus, dan diatas batas tersebut regangan akan bertambah jauh lebih cepat dibandingkan dengan bertambahnya tegangan. Juga dapat dilihat bahwa jarak antara tegangan tarik fu dengan tegangan leleh fy jauh lebih kecil pada baja prategang dibandingkan dengan pada baja tulangan. Akhirnya, dengan membandingkannya dengan Gambar 1.13, dapat dilihat bahwa walaupun baja prategang mempunyai kekuatan yang jauh lebih besar, tetapi perpanjangan yang terjadi pada saat kehancuran emin jauh lebih kecil dibandingkan dengan yang terjadi pada baja penguat; yaitu, baja prategang mempunyai duktilitas yang lebih rendah dibandingkan dengan baja tulangan. (harga-harga) yang diperlihatkan pada Gambar 1.14 merupakan perpanjangan minimum yang ditentukan oleh ASTM. Pengukuran perpanjangan yang sesungguhnya biasanya me-lampaui harga-harga minimum ini, seperti yang ditunjukan di dalam gambar.) selanjutnya baca juga Kelelahan dan Rangkak