Bagaimana kehidupan desain struktur beton bertulang dihitung?


9

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?


Afaik sebagian besar bangunan saat ini direncanakan dengan 60 tahun.
peterh

Pertanyaan ini sepertinya salah bagi saya. Anda tidak merancang struktur dan kemudian menghitung umur desainnya; Anda menentukan kehidupan desain apa yang diperlukan dan kemudian merancang untuk memenuhi ini. Mungkin pertanyaannya adalah "Aspek apa dari desain struktur beton yang dipengaruhi oleh umur desainnya?". Juga, saya belum pernah mendengar tentang desainer yang secara kontraktual menjamin kehidupan suatu struktur.
AndyT

1
@AndyT Anda benar bahwa Anda merancang struktur untuk memenuhi kehidupan desain. Mungkin pertanyaannya bisa ditanyakan dengan cara yang sedikit berbeda, tetapi hasil akhirnya sama. Bagaimana Anda bisa menjamin persyaratan umur desain. Dan ya, saya sudah melihatnya dalam kontrak.
hazzey

Umur desain mempengaruhi beban desain yang berbasis statistik. mis. Beban angin tergantung pada umur rencana, karena semakin lama umur struktur yang dimaksud, semakin besar kemungkinan untuk melihat angin yang lebih tinggi. Namun, angin desain tidak dijamin tidak akan terlampaui dalam umur desain - ini adalah ekspektasi statistik, bukan fakta sulit. Karena itu seorang insinyur tidak dapat menjamin bahwa struktur tersebut akan bertahan untuk kehidupan yang diinginkan. (Ini bisa menjadi bagian dari jawaban untuk "Aspek apa yang dipengaruhi oleh kehidupan desain?", Tetapi tidak "Bagaimana Anda bisa menjamin kehidupan?")
AndyT

@ hazzey Sungguh pertanyaan yang hebat (dan rumit!). Saya pikir Anda mungkin tertarik pada beberapa penelitian berkelanjutan yang sedang mengembangkan kriteria desain jembatan untuk masa kerja 100 tahun . Sudah ada di daftar bacaan saya untuk sementara waktu - Anda akhirnya memberi saya motivasi untuk menggali!
CableStay

Jawaban:


9

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.


Anda benar pertanyaannya adalah tentang daya tahan jangka panjang dan tidak memuat periode kejadian.
hazzey

Menarik! Saya dapat memahami teori bahwa Anda dapat menghitung daya tahan teoritis dari jenis beton Anda, kedalaman tulangan dan kondisi lokal. Namun dalam hal desain yang sebenarnya, saya selalu berharap itu menjadi sebaliknya. Anda mulai dengan "Saya perlu umur desain x tahun" dan kemudian kode / standar menyatakan apa kedalaman tulangan dan campuran beton yang dapat diterima.
AndyT

Ya, tapi itu sama di hampir semua desain - Anda menebak / tahu / intuisi jawabannya, lalu periksa apakah memenuhi persyaratan. Misalnya, balok beton sedalam apa yang digunakan? Tidak ada persamaan yang memberi tahu Anda apa yang Anda butuhkan, Anda membuat asumsi dan memeriksanya. Untuk daya tahan, kode memberikan beberapa petunjuk (sesuai dengan saran Anda) tetapi jika benar-benar penting atau lingkungan yang luar biasa agresif, Anda melakukan perhitungan seperti yang dilakukan oleh life-365.
Achrn

1

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.


Apa "jawaban lain" yang Anda maksud? Apakah yang Anda maksud adalah komentar? Sering kali paling baik memberikan tautan sebaris ke konten yang dirujuk, demi kejelasan.
Air
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.