Rangkak Beton? Beton Bisa Merangkak??

Itu pertanyaan yang muncul di kepala saya begitu pertama kali mendengar istilah Rangkak Beton. Gimana caranya??

Lagian, kenapa istilahnya rangkak?? Kayak bayi aja merangkak? Hehe

Baiklah… saya coba kasih tau rahasianya. Istilah itu diterjemahkan mentah-mentah dari istilah bahasa Inggris, creep. Menurut pengertian secara etimologi – saya copy-paste saja dari internet:

creep

krēp/

verb

1. move slowly and carefully, especially in order to avoid being heard or noticed.

Atau, kalo diterjemahkan ke bahasa pribumi… bergerak secara perlahan dan hati-hati, dengan tujuan biar ngga kedengaran atau ketahuan.

Kata kuncinya, bergerak secara perlahan, dan ngga ketahuan (terdeteksi).

Nah… fenomena ini yang terjadi pada beton… beton bisa “bergerak” dan nyaris ngga bisa diamati pergerakan itu. Soalnya terjadinya sangat lama dan sangat kecil. Sangat lama itu artinya dalam hitungan bulan bahkan tahun.

Beda dengan lendutan elastis (seketika) yang bisa diamati pada saat beton diberi beban. Saat itu juga kita bisa mengukur berapa lendutan, atau perpendekan yang dialami oleh beton. Tapi pada fenomena creep, ngga seperti itu.

Nah, karena di bahasa pribumi kita ngga ada padanan kata yang paling cocok untuk fenomena seperti itu, maka dipakelah terjemahan mentah-mentah dari istilah creep.. yaitu rangkak.

Seperti Apa Beton Merangkak?

Kembali ke karakteristik utama beton… beton sangat kuat jika diberi beban tekan. Trus mari kita renungkan sebuah sunnatullah, sebuah hukum alam, bahwa setiap material akan mengalami perubahan bentuk jika diberi beban luar. Untuk kasus beban tekan, perubahan bentuknya adalah memendek.

Trus, kita juga mengenal istilah regangan. Regangan adalah besarnya perubahan panjang (DL) terhadap panjang awal (L).

Bayangkan ada sebuah kolom beton, pendek, penampang bulat… jadi bentuknya adalah silinder. Katakanlah luas penampangnya A. Diberi beban diatasnya, sebut saja P. Akibat beban P itu, muncul tegangan $\sigma$ yang besarnya P/A.

Trus, muncul juga regangan $\epsilon$ . Secara sederhana, hubungan tegangan-regangan bisa dituliskan sebagai $\sigma = E \cdot \epsilon$ . Nah… gara-gara regangan itu, beton yang tadi panjangnya L, berubah menjadi lebih pendek, sebut saja L’. (L’ < L)

Kalo beban P itu diletakkan terus menerus di situ, sepanjang waktu, berbulan-bulan, bertahun-tahun… ngga usah ditambah atau dikurangi. Diam aja di situ. Ternyata panjang beton berubah lagi, memendek menjadi L” (L” < L’).

Walaupun perubahan panjang kali ini ngga sebesar perubahan panjang (regangan) yang pertama. Inilah yang disebut creep alias rangkak.

Gimana kalo betonnya ditarik? Untuk beton yang mengalami tegangan tarik, ngga ada yang namanya rangkak. Lagipula beton itu sangat getas, sangat ngga kuat menahan tarik.

Jadi, kesimpulan sejauh ini, rangkak pada beton adalah peristiwa bertambahnya regangan pada beton akibat tegangan tekan yang cenderung tetap dan terjadi dalam waktu yang lama.

Kata kuncinya ada 3… hanya pada tegangan tekan, beban relatif tetap (ngga berubah-ubah secara drastis), dan merupakan fungsi waktu.

Bagaimana Dengan Elemen Lentur

Nah… elemen lentur – kita ambil contoh balok – juga mengalami rangkak. Soalnya kalo ada momen lentur, otomatis pada penampang akan terjadi 2 macam tegangan – tegangan tarik pada salah satu sisi (serat), dan tegangan tekan pada sisi (serat) yang lain.

Misalnya pada gambar di atas, arah momennya seperti itu, bisa dilihat kalo serat atas mengalami tekan, serat bawah mengalami tarik.

Gambar di sebelah kanan adalah regangannya. Ingat ya.. regangan, bukan tegangan.

Nah, akibat beban yang cenderung tetap, momennya juga tetap, tapi… regangan tekannya justru bertambah, semakin lama semakin nambah, walaupun dikit. Pegaruhnya ke mana? Ke kurvatur alias kelengkungan.

Hubungan kurvatur dengan regangan bisa dituliskan $\phi = \epsilon_c / kd$ .

Kalo akibat rangkak, $\epsilon_c$ -nya bertambah… otomatis kelengkungan $\phi$ -nya juga bertambah. Kelengkungan nambah, lendutan balok juga bertambah besar.

Jadi, pengaruh rangkak terhadap balok adalah, lendutan menjadi bertambah besar. Makanya, pada elemen lentur beton (balok dan pelat), dikenal dua macam lendutan: lendutan seketika (atau lendutan elastis, short term deflection), dan lendutan jangka panjang (long term deflection).

Lendutan elastis bisa dihitung saat itu juga, tinggal pakai rumus lendutan atau ambil dari hasil output software.

Tapi lendutan jangka panjang ngga sesederhana itu.

Berapa Besar Tambahan Lendutannya?

Tenang… di SNI sudah ada pedomannya. Kalo mau hitung dengan benar, silahkan, banyak referensinya… tapi rumit dan lama. SNI (padahal ACI), sudah baik hati mau ngasih formula yang disederhanakan memang untuk keperluan praktis.

Sebagai catatan, semua rumus-rumus yang ada di SNI / ACI sudah melalui tahap-tahap penelitian, analisis, uji coba oleh para ahli selama bertahun-tahun… dan disederhanakan sehingga mudah digunakan dan dipahami, tanpa bertentangan dengan hasil penelitan tersebut. Tiap code/standard ngga mungkin sama produk akhirnya, formula yang dipake bisa saja beda-beda untuk satu kasus yang sama. Itu sah-sah saja, karena pada dasarnya penelitian yang dilakukan sebenarnya sama, tetapi begitu menyederhanakan ke rumus siap pakai, mereka berbeda-beda caranya. Makanya rumus-rumus di SNI/ACI belum tentu sama dengan rumus-rumus yang ada di British Standard (BS), Eurocode, Australian Standard (AS), Japanese (JIS), dll.

Kembali ke lendutan jangka panjang, di SNI Beton (SNI-1727-2013) pasal 9.5.2.5, besarnya PENAMBAHAN jangka panjang adalah dengan mengalikan lendutan seketika dengan faktor di bawah:

$\lambda_\Delta$ adalah faktor kali terhadap lendutan seketika.

Jadi, kalo lendutan seketika besarnya $y$ , maka penambahan lendutan jangka panjangnya menjadi $\lambda_\Delta \cdot y$ . Ingat ya… penambahan… jadi, nanti tetap harus ditambahkan ke lendutan seketika.

Total lendutan jangka panjang, $y' = y + \lambda_\Delta \cdot y$

$\xi$ (bacanya: xi), adalah faktor waktu.

Dan $\rho'$ adalah rasio tulangan tekan. Untuk balok menerus (2 tumpuan), ambil nilai $\rho'$ di tengah bentang, untuk balok kantilever pakai $\rho'$ di tumpuan.

Pengaruhnya Apa?

Nah… sebelum masuk ke pengaruhnya, kita jabarin dulu rumus di atas yuk. Yaaa sekedar ngintip-ngintip aja… faktor pembesarannya itu berapa sih angkanya.

Nah, taruhlah ada sebuah balok sederhana, 2 tumpuan, pake tulangan minimalis lah. Masih ingat berapa rasio tulangan minimum? Yak.. betul… kita pake yang praktis aja 0.35% (dari hasil 1.4/fy, dimana fy = 400 MPa).

Kita asumsikan $\rho' = 0.0035$

Kita substitusi ke persamaan di atas,

$\lambda_\Delta = \dfrac{\xi}{1+50 \cdot \rho'} \\[1em] \lambda_\Delta = \dfrac{\xi}{1+50 \cdot 0.0035} \\[1em] \lambda_\Delta = \dfrac{\xi}{1+0.175} \\[1em] \lambda_\Delta = \dfrac{\xi}{1.175}$

Nah… tinggal kita substitusi lagi nilai $\xi$ yang sesuai dengan waktunya.

Untuk 3 bulan : $\lambda_\Delta = 1/1.175 = 0.851$

Untuk 6 bulan : $\lambda_\Delta = 1.2/1.175 = 1.02$

Untuk 1 tahun : $\lambda_\Delta = 1.4/1.175 = 1.19$

Untuk 5 tahun ke atas : $\lambda_\Delta = 2.0/1.175 = 1.7$

Jadi, lendutan maksimumnya terjadi setelah 5 tahun. Atau… kita coba plot kurvanya:

Kira-kira seperti itu, mas bro. Itu adalah faktor penambahan lendutan.

Misalnya, lendutan seketikanya 5mm (bulan ke 0)

Di tahun pertama, akan ada penambahan sebesar 1.19 * 5 = 5.95 mm.

Jadi, total lendutan di tahun pertama menjadi 10.95 mm (!)

Menjadi lebih dari 2 kalinya kan. Apalagi setelah 5 tahun, bisa hampir 3 kali lendutan awal.

Di Code/Standard lain, beda lagi formulanya. Di AS3600 misalnya (Australian Standard), saya ngga hapal rumusnya, tapi variabelnya ada beban hidup dan beban mati. Beban mati dapat porsi lebih besar terhadap rangkak, karena memang beban mati cenderung sifatnya lebih tetap, lebih stabil, tidak banyak berubah dibandingkan beban hidup.

Rangkak Beton, Pengaruhnya ke mana?

Secara struktural hampir jarang (saya malah belum pernah dengar) menimbulkan kegagalan struktur.

Tapi, lebih banyak kepada kerusakan komponen arsitektur. Biasanya fenomena ini didukung juga sama penurunan pondasi. Makin kelar deh.

Apa saja gejalanya?

1. Retak pada dinding. Retaknya bukan sekedar retak rambut, tapi cukup mengkhawatirkan

Ini biasanya terjadi di tahun pertama. Makanya, kalo ada rumah baru, trus temboknya retak setelah beberapa bulan ditinggali, dibiarin dulu aja paling ngga selama setahun. Setelah itu baru repair.

2. Keramik lepas. Bahkan ada yang sampai mengeluarkan suara keras seperti ledakan. Itu karena pelat lantainya bertambah terus lendutannya, jadi keramiknya terdesak, hingga akhirnya lepas. Ini biasanya agak lama fenomenanya… kalo 5 tahun ngga ada gejala ini, berarti aman.

3. Pintu macet. Awalnya pintunya bisa dibuka tutup dengan enak, eh… setelah beberapa bulan/tahun malah macet. Selain lendutan jangka panjang, ini juga diperparah kalo material kusennya terbuat dari kayu yang kualitasnya biasa saja, yang bisa melengkung dalam waktu yang lama.

4. Bocor pada atap dak beton. Ini yang bahaya, karena berpotensi menyebabkan kerusakan struktur. Jadi, yang tadinya lendutannya kecil, semakin lama semakin besar, sehingga air hujan menjadi lebih tenang menggenang di situ

Semakin banyak genangan, semakin ngga bagus buat struktur kan?

5. dll.

Saya sendiri pernah menangani kasus kerusakan struktur fasad (facade) atau curtain wall pada salah satu gedung tinggi di Jakarta. Salah satu pemicunya ya lendutan jangka panjang ini. Lain kali saya coba share lebih detail

Untuk saat ini, mudah-mudahan tulisan ini bisa sedikit memberi pencerahan tentang rangkak pada beton.

[semoga.bermanfaat]

Laboratorium Manajemen & Rekayasa Konstruksi Teknik Sipil UNAND

Pages

Labels

Kamis, 10 November 2016