Bagaimana kehidupan desain struktur beton bertulang dihitung?

Spesifikasi untuk proyek struktural besar biasanya membutuhkan struktur untuk memiliki umur desain yang spesifik. Ini bisa 50 tahun, 100 tahun, dll.

Mengakomodasi umur desain untuk baja dapat sesederhana menambahkan ketebalan tambahan untuk memperhitungkan korosi yang diharapkan selama periode waktu ini. Perhitungan ini juga akan mempertimbangkan variasi berdasarkan pelapisan atau jenis baja.

Sejarah telah menunjukkan bahwa struktur beton tanpa perkuatan dapat bertahan ratusan tahun . Bangsa Romawi memiliki beberapa contoh tentang ini seperti Pantheon .

Masalah dengan beton bertulang adalah bahwa pada akhirnya tulangan akan terkorosi , membesar, dan menyebabkan beton retak. Mungkin juga ada masalah dengan agregat yang digunakan.

Bagaimana seorang desainer dapat menghitung dan, berdasarkan kontrak, menjamin kehidupan struktur beton bertulang?

Kehidupan desain dapat menjadi salah satu dari dua hal yang berbeda, dan keduanya tidak dapat dipertukarkan.

Referensi ke '100 tahun desain kehidupan' mungkin berarti bahwa itu dirancang untuk 'memuat kasus 1-in-100-tahun' (beban angin, atau gelombang pasang surut, atau apa pun). Ini semata-mata tentang cara mengukur besarnya pembebanan. Sebenarnya tidak ada hubungannya dengan keawetan struktur, ini tentang kekuatan struktur.

Pertanyaannya menanyakan tentang hal yang berbeda - daya tahan, dan khususnya daya tahan beton bertulang. Ini dikuantifikasi secara normal dengan merujuk pada pengalaman masa lalu di lingkungan tertentu yang memberi tahu Anda apa kemungkinan mekanisme kerusakan kritis, dan kemudian merujuk pada solusi standar, atau perhitungan masa pakai untuk mekanisme itu. Perhitungannya biasanya sampai tingkat empiris.

Untuk struktur 'standar', dengan kondisi paparan 'normal', karakteristik beton 'normal', dan persyaratan umur desain 'normal', akan ada solusi standar dalam kode desain yang relevan, yang mungkin hanya mendefinisikan jumlah tutupan yang akan memenuhi kehidupan desain. Apa yang merupakan 'normal' akan tergantung pada yurisdiksi kode desain - campuran semen yang berbeda tersedia di berbagai belahan dunia, dan apa yang 'normal' untuk kode desain nasional di negara yang sepenuhnya beriklim sedang tidak akan ' normal 'di daerah tropis atau kutub.

Misalnya, dalam struktur di zona percikan di semenanjung Arab, serangan salju tidak akan menjadi masalah, tetapi serangan garam fisik (atau pelapukan garam) akan terjadi. Serangan embun beku adalah di mana air yang membeku di pori-pori dan retakan mengembang dan merusak beton. Pelapukan garam adalah di mana air asin jahat dan menguap sedemikian rupa sehingga kristal garam tumbuh di dalam pori-pori dan menghancurkan beton.

Jika seorang desainer keluar dari aturan desain lokal mereka anggap 'normal', atau jika lingkungannya sangat agresif, atau persyaratan daya tahannya sangat berat, maka perhitungan tertentu akan diperlukan.

Kegagalan paling umum dari beton bertulang adalah bahwa tulangan logam mulai berkarat. Baja dalam beton tidak menimbulkan korosi karena beton memiliki pH sangat tinggi, dan baja dalam lingkungan dengan pH tinggi 'pasif' dan tidak menimbulkan korosi. Namun, perlahan-lahan karbon dioksida dari atmosfer berdifusi ke dalam beton dan menetralkannya. Jika Anda mengetahui karakteristik beton Anda, Anda dapat memprediksi seberapa cepat itu terjadi (dengan mengacu pada pengalaman empiris).

Apa yang biasanya memicu korosi (setidaknya di laut atau lingkungan asin lainnya - misalnya garam jalan), adalah serangan klorida, di mana ion klorida berdifusi masuk dari permukaan. Setelah konsentrasi ion klorida pada permukaan batang mencapai nilai kritis, korosi akan segera terjadi. Anda dapat menghitung ini, jika Anda mengasumsikan konsentrasi klorida di permukaan (dari data empiris), dan mengetahui karakteristik beton (baik data empiris, atau dengan menguji seberapa cepat ion klorida berdifusi melaluinya, tetapi waspadalah dengan beton. usia, karakteristiknya berubah, dan Anda harus mengizinkannya), dan mengetahui ambang kritis (dari data empiris).

Ada program gratis yang berguna yang melakukan perhitungan ini untuk Anda yang disebut Life-365 , dan itu keluar dari komite American Concrete Institute. Itu melakukan perhitungan difusi klorida untuk Anda, menggambar grafik dan barang-barang, dan jika Anda berada di AS bahkan memiliki data empiris yang Anda butuhkan bawaan sehingga Anda tidak perlu mencari tahu apa kondisi setempat. (Saya menggunakan program, tetapi saya tidak terkait dengan itu). Manual program ini memiliki diskusi yang lebih terperinci tentang sains di baliknya, tetapi yang terbaik adalah Anda bisa bermain dengannya dan melihat apa efek mengubah sesuatu terhadap kehidupan.

Jika Anda melakukan penghitungan dan Anda tidak mendapatkan kehidupan yang cukup, maka Anda bisa meletakkan tulangan lebih dalam (sehingga klorida membutuhkan waktu lebih lama untuk berdifusi), atau Anda membuat beton lebih resistif terhadap klorida yang menyebar melalui itu, atau Anda menggunakan bar yang membutuhkan nilai ambang batas yang lebih tinggi dari klorida (stainless, katakanlah), atau Anda permukaan memperlakukan bar, atau beton, atau Anda memasukkan sistem galvanik atau elektro-kimia, atau penghambat korosi, atau sesuatu yang lain. Banyak hal ini kembali ke data empiris - mereka telah mengujinya, dan memiliki data uji yang menunjukkan itu akan mencegah korosi selama n tahun jika Anda memasukkan x jumlah apa pun.

Saya tidak bisa menjawab pertanyaan ini dalam hal struktur bangunan; Namun, saya bisa untuk trotoar beton bertulang, yang mungkin masih menarik bagi Anda.

Sejalan dengan jawaban lain, desain perkerasan percobaan dirancang, yang kemudian dinilai terhadap umur desain. Beban yang berangkat di trotoar dinyatakan dalam pengulangan gandar standar selama masa desain. Misalnya, perkerasan mungkin dirancang untuk menahan pengulangan gandar standar 1x10 ⁵ selama masa desain 40 tahun. Ini disebut Pengulangan Desain.

Trotoar percobaan dipilih, kemudian dilakukan analisis keletihan yang menentukan Perulangan yang Diijinkan trotoar . Pengulangan Desain kemudian dibagi dengan Pengulangan yang Diizinkan dan jika nilai ini, didefinisikan sebagai Cumulative Damage Factor (CDF), adalah <1,0, maka perkerasan Anda akan bertahan selama masa desain.

Jadi, CDF = n / N di mana n = Perulangan Desain, N = Perulangan yang diijinkan. Perhatikan bahwa Anda dapat melakukan perhitungan kembali untuk menentukan umur desain jika Anda mengetahui persyaratan lainnya.