Beton bertulang

Kolom beton bertulang berat, terlihat sebelum dan sesudah beton dicor di sekitar bekesting

Beton bertulang (bahasa Inggris: Reinforced Concrete atau disingkat RC), juga disebut beton semen bertulang atau (bahasa Inggris: Reinforced cement concrete atau disingkat RCC) adalah material komposit di mana kekuatan dan daktilitas beton yang relatif rendah diimbangi dengan dimasukkannya tulangan yang memiliki kekuatan atau daktilitas yang lebih tinggi. Tulangan biasanya, meskipun tidak harus, berupa tulangan baja (tulangan) dan biasanya tertanam secara pasif di beton sebelum beton dipasang. Skema perkuatan umumnya dirancang untuk menahan tegangan tarik pada daerah beton tertentu yang dapat menyebabkan keretakan dan/atau kegagalan struktural. Beton bertulang modern dapat mengandung beragam bahan penguat yang terbuat dari baja, polimer, atau material komposit alternatif, baik disertai tulangan maupun tidak. Beton bertulang juga dapat mengalami tekanan permanen (beton dalam kompresi, tulangan dalam tegangan), sehingga dapat meningkatkan sifat-sifat struktur bangunan ketika dikenai beban. Di Amerika Serikat, metode paling umum untuk melakukan ini dikenal sebagai pra-tegang dan pasca-tegang .

Untuk konstruksi yang kuat, daktil, dan tahan lama, tulangan perlu memiliki properti berikut setidaknya:

  • Kekuatan relatif tinggi
  • Toleransi yang tinggi dari regangan tarik
  • Ikatan yang baik dengan beton, terlepas dari pH, kelembaban, dan faktor-faktor serupa
  • Kompatibilitas termal, yaitu tidak mengalami pemuaian atau penyusutan berlebihan sebagai respons terhadap perubahan suhu.
  • Daya tahan di lingkungan beton, terlepas dari korosi atau stres berkelanjutan misalnya.

Sejarah

Bentuk baru Philips Pavilion yang dibangun di Brussel untuk Expo '58 dicapai dengan menggunakan beton bertulang

Joseph Monier adalah seorang tukang kebun Prancis abad ke-19, seorang pelopor dalam pengembangan beton struktural, prefabrikasi, dan perkuatan beton.[1] François Coignet adalah orang pertama yang menggunakan besi tulangan beton sebagai teknik untuk membangun struktur bangunan.[2] Pada 1853, Coignet membangun struktur besi beton bertulang pertama, rumah empat lantai di 72 rue Charles Michels di pinggiran kota Paris.[2] Deskripsi Coignet tentang beton bertulang menunjukkan bahwa dia tidak melakukannya untuk menambah kekuatan pada beton tetapi untuk menjaga dinding dalam konstruksi monolitik agar tidak terbalik.[3] Pada 1854, pembangun Inggris William B. Wilkinson memperkuat atap beton dan lantai di rumah dua lantai yang sedang dibangunnya. Posisi penguatannya menunjukkan bahwa, tidak seperti pendahulunya, ia memiliki pengetahuan tentang tekanan tarik.[4][5][6]

Joseph Monier, seorang tukang kebun Prancis dan dikenal sebagai salah satu penemu utama beton bertulang, diberikan hak paten untuk pot bunga yang diperkuat dengan cara mencampurkan sebuah kawat ke pelat shell mortar. Pada tahun 1877, Monier diberikan hak paten lain untuk teknik yang lebih maju dalam memperkuat kolom beton dan girder dengan batang besi ditempatkan dalam pola grid. Meskipun Monier, tidak diragukan lagi, tahu bahwa beton bertulang akan meningkatkan kohesi bagian dalamnya, hal yang kurang diketahui adalah apakah ia bahkan tahu berapa banyak tulangan yang benar-benar meningkatkan kekuatan tarik beton.[7]

Sebelum 1877 penggunaan konstruksi beton, meskipun berasal dari Kekaisaran Romawi, dan telah diperkenalkan kembali pada awal 1800-an, belum merupakan teknologi ilmiah yang terbukti. Seorang warga negara Amerika dari New York, Thaddeus Hyatt menerbitkan laporan berjudul "An Account of Some Experiments with Portland-Cement-Concrete Combined with Iron as a Building Material, with Reference to Economy of Metal in Construction and for Security against Fire in the Making of Roofs, Floors, and Walking Surfaces" (Sebuah Laporan Beberapa Eksperimen dengan Portland-Semen yang Dikombinasikan dengan Besi sebagai Bahan Bangunan, dengan Rujukan pada Ekonomi Logam dalam Konstruksi dan untuk Keamanan terhadap Kebakaran dalam Pembuatan Atap, Lantai, dan Permukaan Jalan) dimana ia melaporkan eksperimennya tentang perilaku beton bertulang. Karyanya memainkan peran utama dalam evolusi konstruksi beton sebagai ilmu yang terbukti dan dipelajari. Tanpa pekerjaan Hyatt, metode trial and error yang lebih berbahaya sebagian besar akan bergantung pada kemajuan teknologi.[3][8]

GA Wayss adalah insinyur sipil Jerman dan pelopor konstruksi beton besi dan baja. Pada 1879, Wayss membeli hak Jerman atas paten Monier dan pada 1884, serta mulai menggunakan pertama kali secara komersial untuk beton bertulang di perusahaannya, Wayss & Freytag . Hingga tahun 1890-an, Wayss dan perusahaannya memberikan kontribusi besar bagi kemajuan sistem penguatan Monier dan menjadikannya sebagai teknologi ilmiah yang berkembang dengan baik.[7]

Salah satu gedung pencakar langit pertama yang dibuat dengan beton bertulang adalah Gedung Ingalls setinggi 16 lantai di Cincinnati, dibangun pada tahun 1904.[6]

Bangunan beton bertulang pertama di California Selatan adalah Laughlin Annex di Downtown Los Angeles, dibangun pada tahun 1905.[9][10] Pada tahun 1906, 16 izin bangunan dilaporkan dikeluarkan untuk bangunan beton bertulang di Kota Los Angeles, termasuk Auditorium Kuil dan Hotel Hayward 8 lantai.[11][12]

Pada 18 April 1906, gempa berkekuatan 7,8 melanda San Francisco. Tanah yang kuat bergetar dan kebakaran berikutnya menghancurkan banyak kota dan menewaskan ribuan orang. Penggunaan beton bertulang setelah gempa bumi sangat dipromosikan dalam industri konstruksi AS karena sifatnya yang tidak mudah terbakar dan kinerja seismik yang superior dibandingkan dengan pasangan bata.

Pada tahun 1906, keruntuhan sebagian dari Hotel Bixby di Long Beach menewaskan 10 pekerja selama konstruksi ketika penopang dihapus sebelum waktunya. Kejadian ini memacu pemeriksaan praktik ereksi beton dan inspeksi bangunan. Struktur ini dibangun dari kerangka beton bertulang dengan lantai berongga genteng tanah liat dan dinding pengisi genteng tanah liat. Praktek ini sangat dipertanyakan oleh para ahli dan rekomendasi untuk konstruksi beton "murni" menggunakan beton bertulang untuk lantai dan dinding serta kerangka dibuat.[13]

Pada tahun 1906, Asosiasi Pengguna Semen Nasional (NACU) menerbitkan "Standar No. 1",[14] dan pada tahun 1910 "Peraturan Standar Bangunan untuk Penggunaan Beton Bertulang".[15]

Penggunaan dalam konstruksi

Tulang belakang atap Sagrada Família dalam konstruksi (2009)

Berbagai jenis struktur dan komponen struktur dapat dibangun menggunakan beton bertulang termasuk pelat, dinding, balok, kolom, fondasi, penyangga, dan lainnya.

Beton bertulang dapat diklasifikasikan sebagai beton pracetak atau cor di tempat .

Merancang dan menerapkan sistem lantai paling efisien adalah kunci untuk menciptakan struktur bangunan yang optimal. Perubahan kecil dalam desain sistem lantai dapat memiliki dampak signifikan pada biaya bahan, jadwal konstruksi, kekuatan puncak, biaya operasi, tingkat hunian dan penggunaan akhir sebuah bangunan.

Tanpa penguatan, membangun struktur modern dengan material beton tidak akan mungkin dilakukan.

Perilaku beton bertulang

Material

Beton adalah campuran agregat kasar (batu atau bata) dan agregat halus (umumnya pasir atau batu hancur) dengan pasta bahan pengikat (biasanya semen Portland) dan air. Ketika semen dicampur dengan sedikit air, semen terhidrasi untuk membentuk kisi-kisi kristal buram mikroskopis yang membungkus dan mengunci agregat menjadi struktur yang kaku. Agregat yang digunakan untuk membuat beton harus bebas dari zat berbahaya seperti kotoran organik, lumpur, tanah liat, lignit dll. Campuran beton yang khas memiliki ketahanan tinggi terhadap tekanan tekan (sekitar 4.000 psi (28 MPa)); Namun, setiap tegangan yang cukup besar ( misalnya, karena lentur) akan mematahkan kisi-kisi kaku mikroskopis, yang mengakibatkan retak dan pemisahan beton. Untuk alasan ini, tipikal beton tidak bertulang harus didukung dengan baik untuk mencegah perkembangan ketegangan.

Jika material dengan kekuatan tinggi dalam tegangan, seperti baja, ditempatkan di beton, maka material komposit, beton bertulang, tidak hanya menahan kompresi tetapi juga lentur dan aksi tarik langsung lainnya. Bagian komposit di mana beton menahan kompresi dan penguatan "sengkang" menahan ketegangan dapat dibuat menjadi hampir semua bentuk dan ukuran untuk industri konstruksi.

Karakteristik utama

Tiga karakteristik fisik memberikan beton bertulang sifat khusus:

  1. Koefisien ekspansi termal beton mirip dengan baja, menghilangkan tekanan internal yang besar karena perbedaan ekspansi atau kontraksi termal.
  2. Ketika pasta semen di dalam beton mengeras, ini sesuai dengan detail permukaan baja, memungkinkan setiap tegangan ditransmisikan secara efisien antara bahan yang berbeda. Biasanya batang baja dikasar atau bergelombang untuk lebih meningkatkan ikatan atau kohesi antara beton dan baja.
  3. Lingkungan kimia alkali yang disediakan oleh cadangan alkali (KOH, NaOH) dan portlandit ( kalsium hidroksida ) yang terkandung dalam pasta semen yang mengeras menyebabkan film pasif terbentuk di permukaan baja, membuatnya jauh lebih tahan terhadap korosi daripada yang seharusnya. dalam kondisi netral atau asam. Ketika pasta semen terkena udara dan air meteorik bereaksi dengan CO 2 atmosfer, portlandit dan kalsium silikat hidrat (CSH) dari pasta semen yang mengeras menjadi semakin terkarbonasi dan pH tinggi secara bertahap menurun dari 13,5 - 12,5 menjadi 8,5, pH air dalam kesetimbangan dengan kalsit ( kalsium karbonat ) dan baja tidak lagi dipasivasi.

Sebagai patokan, hanya untuk memberikan gambaran tentang urutan besarnya, baja terlindungi dari korosi pada pH di atas ~ 11 tetapi mulai terkorosi di bawah ~ 10 tergantung pada karakteristik baja dan kondisi fisik-kimia lokal ketika beton menjadi berkarbonasi. karbonat beton bersama dengan masuknya klorida adalah di antara alasan utama untuk kegagalan tulangan di beton.[16]

Potongan melintang relatif daerah baja yang dibutuhkan untuk beton bertulang yang khas biasanya cukup kecil dan bervariasi dari 1% untuk sebagian besar balok atau slab dan 6% untuk beberapa kolom. Batang penguat biasanya berbentuk bulat pada penampang dan bervariasi dalam diameter. Struktur beton bertulang kadang-kadang memiliki ketentuan seperti inti berongga berventilasi untuk mengontrol kelembapan & kelembapannya.

Distribusi karakteristik beton (terlepas dari tulangan) sepanjang penampang elemen beton bertulang vertikal tidak homogen.[17]

Mekanisme kerja gabungan dari tulangan dan beton

Penguatan dalam struktur RC, seperti batang baja, harus mengalami regangan atau deformasi yang sama seperti beton di sekitarnya untuk mencegah diskontinuitas, selip atau pemisahan kedua bahan di bawah beban. Mempertahankan aksi komposit membutuhkan transfer beban antara beton dan baja. Tegangan langsung ditransfer dari beton ke antarmuka bar untuk mengubah tegangan tarik di tulangan sepanjang panjangnya. Pemindahan muatan ini dicapai dengan cara pengikatan (anchorage) dan diidealkan sebagai medan tegangan kontinu yang berkembang di sekitar antarmuka baja-beton.

Anchorage (bond) dalam beton: Kode spesifikasi

Karena tegangan ikatan aktual bervariasi sepanjang panjang batang yang dipasang di zona ketegangan, kode spesifikasi internasional saat ini menggunakan konsep panjang pengembangan daripada tegangan ikatan. Persyaratan utama untuk keselamatan terhadap kegagalan ikatan adalah untuk memberikan perpanjangan yang cukup dari panjang batang di luar titik di mana baja diperlukan untuk mengembangkan tegangan lelehnya dan panjang ini harus setidaknya sama dengan panjang pengembangannya. Namun, jika panjang aktual yang tersedia tidak memadai untuk pengembangan penuh, jangkar khusus harus disediakan, seperti roda gigi atau pengait atau pelat ujung mekanis. Konsep yang sama berlaku untuk panjang splice lap (overlap tulangan) yang disebutkan dalam kode di mana splices (tumpang tindih) disediakan antara dua bar yang berdekatan untuk menjaga kontinuitas tekanan yang diperlukan di zona splice.

Langkah-langkah anti-korosi

Dalam iklim basah dan dingin, beton bertulang untuk jalan, jembatan, struktur parkir, dan struktur lain yang mungkin terkena garam deicing dapat mengambil manfaat dari penggunaan tulangan tahan korosi seperti tidak dilapisi, karbon/kromium rendah (mikro komposit), berlapis epoksi, tulangan galvanis hot dip atau stainless steel. Desain yang baik dan campuran beton yang dipilih dengan baik akan memberikan perlindungan tambahan untuk banyak aplikasi. Rebar tanpa karbon, karbon rendah / kromium terlihat mirip dengan baja karbon standar karena kurangnya lapisan; fitur yang sangat tahan korosi melekat pada struktur mikro baja. Hal ini dapat diidentifikasi dengan penandaan pabrik khusus ASTM yang ditentukan pada lapisan arangnya yang halus dan gelap. Rebar berlapis epoksi dapat dengan mudah diidentifikasi oleh warna hijau muda dari lapisan epokinya. Tulangan galvanis hot dip mungkin cerah atau abu-abu kusam tergantung pada panjang paparan, dan tulangan stainless menunjukkan kemilau logam putih khas yang mudah dibedakan dari bar penguat baja karbon. Referensi Spesifikasi standar ASTM A1035 / A1035M Spesifikasi Standar untuk Karbon Rendah Cacat dan Polos, Chromium, Baja untuk Penguatan Beton, Spesifikasi Standar A767 untuk Hot Dip Galvanized Reinforcing Bars, A775 Spesifikasi Standar untuk Epin Coated Steel Reinforcing Bars dan A955 Spesifikasi Standar untuk Deformasi dan Bar Stainless Polos untuk Penguatan Beton.

Cara lain yang lebih murah untuk melindungi tulangan adalah melapisinya dengan seng fosfat.[18] Seng fosfat secara perlahan bereaksi dengan kation kalsium dan anion hidroksil yang ada dalam air pori semen dan membentuk lapisan hidroksiapatit yang stabil.

Sealant Penetrating biasanya harus diterapkan beberapa saat setelah perawatan. Sealant termasuk cat, busa plastik, film dan aluminium foil, kempa atau tikar kain disegel dengan tar, dan lapisan tanah liat bentonit, kadang-kadang digunakan untuk menutup tempat tidur.

Inhibitor korosi, seperti kalsium nitrit [Ca (NO2)2], juga dapat ditambahkan ke campuran air sebelum menuangkan beton. Secara umum, 1-2 wt.% dari [Ca (NO 2 ) 2 ] dari berat semen diperlukan untuk mencegah korosi pada tulangan. Anion nitrit adalah oksidator ringan yang mengoksidasi ion besi yang dapat larut dan bergerak (Fe2+) yang ada di permukaan baja yang terkorosi dan menyebabkan baja mengendap sebagai besi hidroksida (Fe(OH)3) yang tidak larut. Hal ini menyebabkan pasivasi baja di lokasi oksidasi anodik. Nitrit adalah inhibitor korosi yang jauh lebih aktif daripada nitrat, yang merupakan oksidator yang kurang kuat dari besi divalen.

Penguatan dan terminologi balok

Dua balok berpotongan integral dengan pelat parkir garasi yang akan mengandung baja penguat dan kabel, Kotak persimpangan dan komponen listrik lainnya yang diperlukan untuk memasang pencahayaan untuk lantai garasi di bawahnya.

Balok tertekuk di bawah momen lentur, menghasilkan lengkungan kecil. Pada permukaan luar (muka tarik) lengkungan beton mengalami tegangan tarik, sedangkan pada permukaan dalam (muka tekan) mengalami tekanan tekan.

Balok bertulang tunggal adalah salah satu di mana elemen beton hanya diperkuat di dekat permukaan tarik dan tulangan, yang disebut baja tensi, dirancang untuk menahan tegangan.

Balok bertulang ganda adalah salah satu di mana selain tulangan tarik, elemen beton juga diperkuat dekat permukaan tekan untuk membantu beton menahan kompresi. Penguat yang terakhir disebut baja kompresi. Ketika zona kompresi beton tidak memadai untuk menahan momen tekan (momen positif), tulangan tambahan harus disediakan jika arsitek membatasi dimensi bagian.

Balok bertulang kurang adalah salah satu di mana kapasitas tegangan tulangan lebih kecil dari kapasitas kompresi gabungan dari beton dan baja tekan (kurang bertulang pada permukaan tarik). Ketika elemen beton bertulang mengalami peningkatan momen lentur, baja tegang menghasilkan sementara beton tidak mencapai kondisi kegagalan utamanya. Ketika baja tegang menghasilkan dan membentang, beton "kurang bertulang" juga menghasilkan ulet, memperlihatkan deformasi dan peringatan besar sebelum kegagalan utamanya. Dalam hal ini tegangan leleh baja mengatur desain.

Balok bertulang berlebih adalah salah satu di mana kapasitas tegangan baja tegang lebih besar daripada kapasitas kompresi gabungan dari beton dan baja tekan (diperkuat berlebihan pada permukaan tarik). Jadi balok "beton bertulang berlebih" gagal dengan menghancurkan beton zona tekan dan sebelum baja zona tegangan menghasilkan, yang tidak memberikan peringatan apa pun sebelum kegagalan karena kegagalan terjadi seketika.

Balok bertulang seimbang adalah salah satu tempat zona tekan dan tarik mencapai hasil pada beban yang sama pada balok, dan beton akan hancur dan baja tarik akan menghasilkan pada saat yang sama. Namun kriteria desain ini sama berisikonya dengan beton bertulang berlebih, karena kegagalan tiba-tiba seperti beton menghancurkan pada saat yang sama dari hasil baja tarik, yang memberikan sedikit peringatan akan tekanan pada kegagalan tegangan.[19]

Elemen pembawa beton bertulang baja biasanya harus dirancang agar tidak diperkuat sehingga pengguna struktur akan menerima peringatan kehancuran yang akan datang.

Kekuatan karakteristik adalah kekuatan material di mana kurang dari 5% spesimen menunjukkan kekuatan yang lebih rendah.

Kekuatan desain atau kekuatan nominal adalah kekuatan material, termasuk faktor keamanan material. Nilai faktor keamanan umumnya berkisar antara 0,75 hingga 0,85 dalam desain tegangan yang diizinkan .

Status batas ultimate adalah titik kegagalan teoritis dengan probabilitas tertentu. Itu dinyatakan di bawah beban faktor dan resistensi faktor.

Struktur beton bertulang biasanya dirancang sesuai dengan aturan dan peraturan atau rekomendasi kode seperti ACI-318, CEB, Eurocode 2, SNI atau sejenisnya. Metode WSD, USD atau LRFD digunakan dalam desain anggota struktural RC. Analisis dan desain anggota RC dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan linear atau non-linear. Ketika menerapkan faktor keselamatan, kode bangunan biasanya mengusulkan pendekatan linier, tetapi untuk beberapa kasus pendekatan non-linear. Untuk melihat contoh simulasi dan perhitungan numerik non-linear, kunjungi referensi:[20][21]

Beton pratekan

Beton prategang adalah teknik yang sangat meningkatkan kekuatan dukung balok beton. Baja tulangan di bagian bawah balok, yang akan dikenakan gaya tarik ketika dalam masa pelayanan, ditempatkan dalam tekanan sebelum beton dituangkan di sekitarnya. Setelah beton mengeras, ketegangan pada baja tulangan dilepaskan, menempatkan gaya tekan bawaan pada beton. Ketika beban diterapkan, baja tulangan mengambil lebih banyak tekanan dan gaya tekan dalam beton berkurang, tetapi tidak menjadi gaya tarik. Karena beton selalu dalam kompresi, kurang rentan terhadap keretakan dan kegagalan.

Mode kegagalan umum dari beton bertulang baja

Beton bertulang bisa gagal karena kekuatan yang tidak memadai, menyebabkan kegagalan mekanis, atau karena pengurangan daya tahannya. Siklus korosi dan pembekuan / pencairan dapat merusak beton bertulang yang dirancang atau dibangun dengan buruk. Ketika tulangan terkorosi, produk-produk oksidasi ( karat ) meluas dan cenderung mengelupas, memecahkan beton dan melepaskan tulangan dari beton. Mekanisme khas yang mengarah ke masalah daya tahan dibahas di bawah ini.

Kerusakan mekanis

Retak pada bagian beton hampir tidak mungkin untuk dicegah; Namun, ukuran dan lokasi retakan dapat dibatasi dan dikendalikan oleh tulangan yang tepat, sambungan kontrol, metodologi curing dan desain campuran beton. Retak dapat memungkinkan kelembaban menembus dan merusak tulangan. Ini adalah kegagalan servis dalam desain batas keadaan . Retak biasanya merupakan hasil dari jumlah tulangan yang tidak memadai, atau jarak tulangan pada jarak yang terlalu jauh. Beton kemudian retak baik karena kelebihan muatan, atau karena efek internal seperti susut termal awal saat disembuhkan.

Kegagalan utama yang menyebabkan keruntuhan dapat disebabkan oleh menghancurkan beton, yang terjadi ketika tegangan tekan melebihi kekuatannya, dengan menghasilkan atau kegagalan tulangan ketika tegangan bengkok atau geser melebihi kekuatan tulangan, atau oleh kegagalan ikatan antara beton dan beton tulangan.[22]

Karbonasi

Dinding beton retak seperti baja yang terkorosi dan membengkak. Karat memiliki kerapatan yang lebih rendah daripada logam, sehingga mengembang saat terbentuk, meretakkan selubung dekoratif dari dinding serta merusak beton struktural. Kerusakan material dari permukaan disebut spalling .
Tampilan terperinci dari spalling mungkin disebabkan oleh lapisan beton yang terlalu tipis antara baja dan permukaan, disertai dengan korosi dari paparan eksternal.

Karbonasi, atau netralisasi, adalah reaksi kimia antara karbon dioksida di udara dan kalsium hidroksida dan kalsium silikat terhidrasi dalam beton.

Ketika struktur beton dirancang, biasanya untuk menentukan penutup beton untuk tulangan (kedalaman tulangan di dalam objek). Penutup beton minimum biasanya diatur oleh desain atau kode bangunan. Jika tulangan terlalu dekat ke permukaan, dapat terjadi kegagalan awal karena korosi. Kedalaman penutup beton dapat diukur dengan meteran penutup. Namun, beton berkarbonasi menimbulkan masalah ketahanan hanya ketika ada juga kelembaban dan oksigen yang cukup untuk menyebabkan korosi elektropotensi dari baja tulangan.

Salah satu metode pengujian struktur untuk karbonasi adalah mengebor lubang baru di permukaan dan kemudian merawat permukaan yang terpotong dengan larutan indikator fenolftalein. Solusi ini berubah menjadi merah muda ketika bersentuhan dengan beton alkali, memungkinkan untuk melihat kedalaman karbonasi. Menggunakan lubang yang ada tidak cukup karena permukaan yang terbuka akan sudah berkarbonasi.

Klorida

Rebar untuk fondasi dan dinding stasiun pompa limbah.
Paulins Kill Viaduct , Hainesburg, New Jersey, tingginya 115 kaki (35 m) dan 1.100 kaki (335 m), dan digembar-gemborkan sebagai struktur beton bertulang terbesar di dunia ketika selesai pada tahun 1910 sebagai bagian dari Lackawanna Proyek jalur kereta api Cut-Off.Lackawanna Railroad adalah pelopor dalam penggunaan beton bertulang.

Klorida, termasuk natrium klorida, dapat meningkatkan korosi tulangan baja tertanam jika terdapat dalam konsentrasi yang cukup tinggi. Anion klorida menginduksi baik korosi lokal ( korosi pitting ) maupun korosi umum dari bala baja. Karena alasan ini, seseorang hanya boleh menggunakan air mentah segar atau air yang dapat diminum untuk mencampur beton, memastikan bahwa agregat kasar dan halus tidak mengandung klorida, daripada campuran yang mungkin mengandung klorida.

Dahulu kalsium klorida biasa digunakan sebagai campuran untuk mempromosikan pengecoran beton dengan cepat. Juga keliru jia dipercayai bahwa hal itu akan mencegah pembekuan. Namun, praktik ini tidak disukai begitu efek buruk klorida diketahui. Ini harus dihindari sebisa mungkin.

Penggunaan garam de-icing di jalan raya, yang digunakan untuk menurunkan titik beku air, mungkin merupakan salah satu penyebab utama kegagalan prematur dari dek jembatan beton, jalan, dan garasi parkir beton bertulang. Penggunaan palang penguat berlapis epoksi dan penerapan perlindungan katodik telah meringankan masalah ini sampai batas tertentu. Juga tulangan FRP (polimer yang diperkuat serat) diketahui kurang rentan terhadap klorida. Campuran beton yang dirancang dengan benar yang telah diizinkan untuk disembuhkan dengan baik secara efektif kebal terhadap efek dari es.

Sumber ion klorida penting lainnya adalah air laut . Air laut mengandung berat sekitar 3,5   % garam. Garam-garam ini termasuk natrium klorida, magnesium sulfat, kalsium sulfat, dan bikarbonat . Dalam air garam-garam ini berdisosiasi dalam ion bebas (Na+, Mg2+, Cl-, SO 42−, HCO3-) dan bermigrasi dengan air ke kapiler beton. Ion klorida, yang membentuk sekitar 50% dari ion-ion ini, sangat agresif sebagai penyebab korosi pada tulangan baja karbon.

Pada 1960-an dan 1970-an itu juga relatif umum untuk magnesit, mineral karbonat kaya klorida, untuk digunakan sebagai bahan topping lantai. Ini dilakukan terutama sebagai lapisan leveling dan pelemahan suara. Namun sekarang diketahui bahwa ketika bahan-bahan ini bersentuhan dengan kelembaban, mereka menghasilkan larutan asam klorida yang lemah karena adanya klorida dalam magnesit. Selama periode waktu (biasanya puluhan tahun), solusi menyebabkan korosi pada tulangan baja tertanam. Ini paling sering ditemukan di daerah basah atau daerah yang berulang kali terkena uap air.

Reaksi alkali silika

Reaksi ini dari silika amorf (kalsedon, rijang, kapur bersilik) kadang-kadang hadir dalam agregat dengan ion hidroksil (OH - ) dari larutan pori semen. Silika mengkristal yang buruk (SiO 2 ) larut dan terdisosiasi pada pH tinggi (12,5 - 13,5) dalam air alkali. Asam silikat terdisosiasi terlarut bereaksi dalam air garam dengan kalsium hidroksida ( portlandit ) hadir dalam pasta semen untuk membentuk kalsium silikat hidrat (CSH) yang ekspansif. Reaksi alkali-silika (ASR) menyebabkan pembengkakan lokal yang bertanggung jawab untuk tegangan tarik dan keretakan. Kondisi yang diperlukan untuk reaksi alkali silika adalah tiga kali lipat: (1) agregat yang mengandung unsur alkali-reaktif (silika amorf), (2) ketersediaan ion hidroksil yang cukup (OH - ), dan (3) kelembaban yang cukup, di atas kelembaban relatif 75% (RH) di dalam beton.[23][24] Fenomena ini kadang-kadang populer disebut sebagai " kanker konkret ". Reaksi ini terjadi secara independen dari adanya tulangan; struktur beton besar seperti bendungan dapat terpengaruh.

Konversi semen alumina tinggi

Tahan terhadap asam lemah dan terutama sulfat, semen ini cepat sembuh dan memiliki daya tahan dan kekuatan yang sangat tinggi. Semen ini sering digunakan setelah Perang Dunia II untuk membuat benda beton pracetak. Namun, semen ini dapat kehilangan kekuatan dengan panas atau waktu (konversi), terutama ketika tidak disembuhkan dengan baik. Setelah runtuhnya tiga atap yang terbuat dari balok beton pratekan menggunakan semen alumina tinggi, semen ini dilarang di Inggris pada tahun 1976. Penyelidikan selanjutnya mengenai masalah ini menunjukkan bahwa balok-balok itu tidak diproduksi dengan benar, tetapi larangan itu tetap berlaku.[25]

Sulfat

Sulfat (SO4) dalam tanah atau air tanah, dalam konsentrasi yang cukup, dapat bereaksi dengan semen Portland dalam beton yang menyebabkan pembentukan produk ekspansif, misalnya ettringit atau thaumasit, yang dapat menyebabkan kegagalan awal struktur. Serangan paling tipikal dari jenis ini adalah pada pelat beton dan dinding pondasi pada tingkatan di mana ion sulfat, melalui pembasahan dan pengeringan alternatif, dapat meningkatkan konsentrasi. Ketika konsentrasi meningkat, serangan terhadap semen Portland dapat dimulai. Untuk struktur yang terkubur seperti pipa, jenis serangan ini jauh lebih jarang, terutama di Amerika Serikat bagian timur. Konsentrasi ion sulfat meningkat jauh lebih lambat dalam massa tanah dan terutama tergantung pada jumlah awal sulfat di tanah asli. Analisis kimia tanah yang ditimbun untuk memeriksa keberadaan sulfat harus dilakukan selama fase desain dari setiap proyek yang melibatkan beton yang kontak dengan tanah asli. Jika konsentrasinya ditemukan agresif, berbagai lapisan pelindung dapat diterapkan. Juga, di AS ASTM C150 Type 5 semen Portland dapat digunakan dalam campuran. Jenis semen ini dirancang agar tahan terhadap serangan sulfat.

Konstruksi pelat baja

Dalam konstruksi pelat baja, stringer bergabung dengan pelat baja paralel. Rakitan pelat dibuat di luar lokasi, dan dilas bersama di tempat untuk membentuk dinding baja yang dihubungkan oleh senar. Dinding menjadi bentuk tempat tuang beton. Kecepatan konstruksi pelat baja memperkuat konstruksi beton dengan memotong langkah manual yang memakan waktu di lokasi untuk mengikat tulangan dan bentuk bangunan. Metode ini menghasilkan kekuatan yang sangat baik karena baja ada di luar, di mana gaya tarik sering kali paling besar.

Beton yang diperkuat serat

Penguatan serat terutama digunakan dalam shotcrete, tetapi juga dapat digunakan dalam beton normal. Beton normal yang diperkuat serat banyak digunakan untuk lantai dan perkerasan di lapangan, tetapi juga dapat dipertimbangkan untuk berbagai bagian konstruksi (balok, pilar, fondasi, dll.), Baik sendiri atau dengan tulangan yang diikat dengan tangan.

Beton yang diperkuat dengan serat (yang biasanya baja, kaca, serat fiber ) atau serat polimer Selulosa lebih murah daripada tulangan yang diikat dengan tangan. [butuh rujukan]Bentuk, dimensi, dan panjang serat itu penting. Serat tipis dan pendek, misalnya serat gelas pendek berbentuk rambut, hanya efektif selama jam-jam pertama setelah menuangkan beton (fungsinya adalah untuk mengurangi retak saat beton menjadi kaku), tetapi tidak akan meningkatkan kekuatan tarik beton. Serat ukuran normal untuk shotcrete Eropa (1   diameter mm, 45   mm panjang — baja atau plastik) akan meningkatkan kekuatan tarik beton. Penguat serat paling sering digunakan untuk menambah atau mengganti tulangan primer, dan dalam beberapa kasus dapat dirancang untuk sepenuhnya menggantikan tulangan.

Baja adalah serat terkuat yang umum tersedia, dan memiliki panjang yang berbeda (30 hingga 80)   mm di Eropa) dan bentuk (ujung kait). Serat baja hanya dapat digunakan pada permukaan yang dapat mentolerir atau menghindari korosi dan noda karat. Dalam beberapa kasus, permukaan serat baja dihadapkan dengan bahan lain.

Serat kaca tidak mahal dan tahan korosi, tetapi tidak elastis seperti baja. Baru-baru ini, serat basal pintal, lama tersedia di Eropa Timur, telah tersedia di AS dan Eropa Barat. Serat basal lebih kuat dan lebih murah daripada kaca, tetapi secara historis tidak menolak lingkungan alkali dari semen Portland dengan cukup baik untuk digunakan sebagai penguat langsung. Bahan-bahan baru menggunakan pengikat plastik untuk mengisolasi serat basal dari semen.

Serat premium adalah serat plastik yang diperkuat grafit, yang hampir sama kuatnya dengan baja, lebih ringan, dan tahan korosi. [butuh rujukan]Beberapa percobaan telah memberikan hasil awal yang menjanjikan dengan nanotube karbon, tetapi bahannya masih terlalu mahal untuk bangunan apa pun. [butuh rujukan]

Penguatan non-baja

Ada banyak tumpang tindih antara subjek tulangan non-baja dan tulangan serat beton. Pengenalan beton non-baja relatif baru; dibutuhkan dua bentuk utama: batang tulangan non-logam, dan serat non-baja (biasanya juga non-logam) yang dimasukkan ke dalam matriks semen. Misalnya, ada peningkatan minat dalam beton bertulang serat gelas (GFRC) dan dalam berbagai aplikasi serat polimer yang dimasukkan ke dalam beton. Meskipun saat ini tidak ada banyak saran bahwa bahan-bahan tersebut akan menggantikan tulangan logam, beberapa dari bahan ini memiliki keunggulan besar dalam aplikasi spesifik, dan ada juga aplikasi baru di mana tulangan logam bukan pilihan. Namun, desain dan aplikasi penguat non-baja penuh dengan tantangan. Untuk satu hal, beton adalah lingkungan yang sangat basa, di mana banyak bahan, termasuk sebagian besar jenis kaca, memiliki masa pakai yang buruk. Juga, perilaku bahan penguat tersebut berbeda dari perilaku logam, misalnya dalam hal kekuatan geser, rangkak, dan elastisitas.[26][27]

Plastik/polimer yang diperkuat serat (FRP) dan plastik yang diperkuat gelas (GRP) terdiri dari serat polimer, kaca, karbon, aramid, atau polimer lain atau serat berkekuatan tinggi yang diatur dalam matriks resin untuk membentuk batang tulangan, atau kisi, atau serat. Tulang ini dipasang dengan cara yang sama seperti tulangan baja. Biayanya lebih tinggi, tetapi jika diterapkan secara tepat, strukturnya memiliki kelebihan, khususnya pengurangan dramatis dalam masalah yang berkaitan dengan korosi, baik dengan alkalinitas beton intrinsik atau oleh cairan korosif eksternal yang mungkin menembus beton. Struktur ini dapat secara signifikan lebih ringan dan biasanya memiliki masa pakai lebih lama. Biaya bahan-bahan ini telah menurun secara dramatis sejak adopsi mereka yang luas di industri dirgantara dan militer.

Secara khusus, batang FRP berguna untuk struktur di mana keberadaan baja tidak dapat diterima. Sebagai contoh, mesin MRI memiliki magnet besar, dan karenanya memerlukan bangunan non-magnetik. Sekali lagi, pintu tol yang membaca tanda radio perlu beton bertulang yang transparan untuk gelombang radio . Juga, di mana umur desain struktur beton lebih penting daripada biaya awal, tulangan non-baja sering memiliki kelebihan di mana korosi baja tulangan merupakan penyebab utama kegagalan. Dalam situasi seperti itu, penguat tahan korosi dapat memperpanjang umur struktur secara substansial, misalnya di zona intertidal . Batang FRP juga dapat berguna dalam situasi di mana kemungkinan struktur beton dapat dikompromikan pada tahun-tahun mendatang, misalnya tepi balkon ketika langkan diganti, dan lantai kamar mandi dalam konstruksi bertingkat dimana masa kerja struktur lantai kemungkinan akan berkali-kali masa pakai membran bangunan kedap air .

Penguatan plastik sering lebih kuat, atau setidaknya memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang lebih baik daripada baja tulangan. Juga, karena tahan korosi, tidak perlu penutup beton pelindung setebal tulangan baja (biasanya 30 hingga 50 mm atau lebih). Struktur yang diperkuat FRP karenanya bisa lebih ringan dan bertahan lebih lama. Oleh karena itu, untuk beberapa aplikasi, biaya seumur hidup akan bersaing dengan beton bertulang baja.

Sifat material FRP atau GRP bar sangat berbeda dari baja, sehingga ada perbedaan dalam pertimbangan desain. Tulangan FRP atau GRP memiliki kekuatan tarik yang relatif lebih tinggi tetapi kekakuan lebih rendah, sehingga defleksi cenderung lebih tinggi daripada untuk unit yang diperkuat setara baja. Struktur dengan tulangan FRP internal biasanya memiliki deformabilitas elastis yang sebanding dengan deformabilitas plastis (daktilitas) struktur baja yang diperkuat. Kegagalan dalam kedua kasus lebih mungkin terjadi oleh kompresi beton daripada oleh pecahnya tulangan. Lendutan selalu menjadi pertimbangan desain utama untuk beton bertulang. Batas defleksi ditetapkan untuk memastikan bahwa lebar retak pada beton bertulang baja dikontrol untuk mencegah air, udara atau zat agresif lainnya mencapai baja dan menyebabkan korosi. Untuk beton bertulang FRP, estetika dan mungkin kedap air akan menjadi kriteria pembatas untuk kontrol lebar retak. Batang FRP juga memiliki kekuatan tekan yang relatif lebih rendah daripada batang baja, dan karenanya memerlukan pendekatan desain yang berbeda untuk kolom beton bertulang .

Salah satu kelemahan dari penggunaan tulangan FRP adalah ketahanan api-nya yang terbatas. Di mana keselamatan kebakaran merupakan pertimbangan, struktur yang menggunakan FRP harus mempertahankan kekuatan dan penahan gaya pada suhu yang diharapkan pada saat terjadi kebakaran.Untuk keperluan ketahanan api (fireproofing), diperlukan penutup beton semen yang cukup atau kelongsong pelindung. Penambahan 1 kg/m3 dari serat polypropylene untuk beton telah terbukti mengurangi spalling selama simulasi kebakaran.[28] (Peningkatannya dianggap karena pembentukan jalur keluar dari sebagian besar beton, memungkinkan tekanan uap hilang.)[28]

Masalah lain adalah efektivitas tulangan geser. Sengkang FRP tulangan yang dibentuk dengan menekuk sebelum pengerasan umumnya berkinerja relatif buruk dibandingkan dengan sengkang baja atau struktur dengan serat lurus. Ketika disaring, zona antara daerah lurus dan melengkung dikenakan tekanan lentur, geser, dan memanjang yang kuat. Diperlukan teknik desain khusus untuk mengatasi masalah tersebut.

Ada pertumbuhan minat dalam menerapkan penguatan eksternal untuk struktur yang ada menggunakan bahan canggih seperti tulangan komposit (fiberglass, basal, karbon), yang dapat memberikan kekuatan luar biasa. Di seluruh dunia, ada sejumlah merek tulangan komposit yang diakui oleh berbagai negara, seperti Aslan, DACOT, V-rod, dan ComBar. Jumlah proyek yang menggunakan tulangan komposit meningkat dari hari ke hari di seluruh dunia, di negara-negara mulai dari Amerika Serikat, Rusia, dan Korea Selatan hingga Jerman.

Lihat juga

Referensi

  1. ^ Day, Lance (2003). Biographical Dictionary of the History of Technology. Routledge. hlm. 284. ISBN 0-203-02829-5. 
  2. ^ a b "Building construction: The invention of reinforced concrete". Encyclopedia Britannica. ((Perlu berlangganan (help)). 
  3. ^ a b Condit, Carl W. (January 1968). "The First Reinforced-Concrete Skyscraper: The Ingalls Building in Cincinnati and Its Place in Structural History". Technology and Culture. 9 (1). doi:10.2307/3102041. JSTOR 3102041. 
  4. ^ Richard W. S (1995). "History of Concrete" (PDF). The Aberdeen Group. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 28 May 2015. Diakses tanggal 25 April 2015. 
  5. ^ W. Morgan (1995). "Reinforced Concrete". The Elements of Structure. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2018-10-12. Diakses tanggal 25 April 2015. 
  6. ^ a b Department of Civil Engineering (2015). "History of Concrete Building Construction". CIVL 1101 – History of Concrete. University of Memphis. Diakses tanggal 25 April 2015. 
  7. ^ a b Mörsch, Emil (1909). Concrete-steel Construction: (Der Eisenbetonbau). The Engineering News Publishing Company. hlm. 204–210. 
  8. ^ Collins, Peter (1920–1981). Concrete: The Vision of a New Architecture. McGill-Queen's University Press. hlm. 58–60. ISBN 0-7735-2564-5. 
  9. ^ McGroarty, John Steven (1921). Los Angeles from the Mountains to the Sea. 2. Los Angeles, CA: American Historical Society. hlm. 176. 
  10. ^ Annual Report of the City Auditor, City of Los Angeles, California for the Year Ending June 30. Los Angeles, CA: Los Angeles City Auditor. 1905. hlm. 71–73. 
  11. ^ Williams, D. (February 1907). "What Builders are Doing". Carpentry and Building: 66. 
  12. ^ W.P.H. (April 19, 1906). "Reinforced Concrete Buildings at Los Angeles, Cal". Letters to the Editor. Engineering News-Record. 55: 449. 
  13. ^ Austin, J. C.; Neher, O. H.; Hicks, L. A.; Whittlesey, C. F.; Leonard, J. B. (November 1906). "Partial Collapse of the Bixby Hotel at Long Beach". Architect and Engineer of California. Vol. VII no. 1. hlm. 44–48. 
  14. ^ Standard Specifications for Portland Cement of the American Society for Testing Materials, Standard No. 1. Philadelphia, PA: National Association of Cement Users. 1906. 
  15. ^ Standard Building Regulations for the Use of Reinforced Concrete. Philadelphia, PA: National Association of Cement Users. 1910. 
  16. ^ Qiu, Jianhai. "Emerging Corrosion Control Technologies for Repair and Rehabilitation of Concrete Structures". WebCorr Corrosion Consulting Services. page 1. Diakses tanggal 23 December 2016. 
  17. ^ "Concrete Inhomogeneity of Vertical Cast-In-Situ Elements In Frame-Type Buildings". [pranala nonaktif]
  18. ^ Simescu, Florica; Idrissi, Hassane (December 19, 2008). "Effect of zinc phosphate chemical conversion coating on corrosion behaviour of mild steel in alkaline medium: protection of rebars in reinforced concrete". Science and Technology of Advanced Materials. National Institute for Materials Science. 9 (4). Diarsipkan dari versi asli tanggal 2016-04-07. 
  19. ^ Nilson, Darwin, Dolan. Desain Struktur Beton . the MacGraw-Hill Education, 2003. p. 80-90.
  20. ^ "Techno Press". 2 April 2015. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2 April 2015. 
  21. ^ Sadeghi, Kabir (15 September 2011). "Energy based structural damage index based on nonlinear numerical simulation of structures subjected to oriented lateral cyclic loading". International Journal of Civil Engineering. 9 (3): 155–164. ISSN 1735-0522. Diakses tanggal 23 December 2016. 
  22. ^ Janowski, A.; Nagrodzka-Godycka, K.; Szulwic, J.; Ziółkowski, P. (2016). "Remote sensing and photogrammetry techniques in diagnostics of concrete structures". Computers and Concrete. 18 (3): 405–420. doi:10.12989/cac.2016.18.3.405. Diakses tanggal 2016-12-14. 
  23. ^ "Concrete Cancer". h2g2. BBC. March 15, 2012 [2005]. Diakses tanggal 2009-10-14. 
  24. ^ "Special Section: South West Alkali Incident". the cement industry. British Cement Association. 4 January 2006. Diarsipkan dari versi asli tanggal October 29, 2006. Diakses tanggal 2006-11-26. 
  25. ^ "High Alumina Cement". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2005-09-11. Diakses tanggal 2009-10-14. 
  26. ^ BS EN 1169:1999 Precast concrete products. General rules for factory production control of glass-fibre reinforced cement. British Standards Institute. 15 November 1999. ISBN 0-580-32052-9. 
  27. ^ BS EN 1170-5:1998 Precast concrete products. Test method for glass-fibre reinforced cement. British Standards Institute. 15 March 1998. ISBN 0-580-29202-9. 
  28. ^ a b Arthur W. Darby (2003). "Chapter 57: The Airside Road Tunnel, Heathrow Airport, England" (PDF). Proceedings of the Rapid Excavation & Tunneling Conference, New Orleans, June 2003. hlm. 645. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2006-05-22. 

Bacaan lebih lanjut
Kembali kehalaman sebelumnya