Penelitian eksperimental proses retak primer dan sekunder pada elemen beton tebal

Abstrak
Penguatan yang menentukan dari anggota beton tebal sering ditentukan oleh penguatan minimum untuk pengendalian retak karena tegangan pengekang. Berbeda dengan model desain heuristik dalam Eurocode 2, metodologi yang secara mekanis baik hanya disediakan jika kompatibilitas deformasi dipertimbangkan. Namun, pendekatan semacam itu memerlukan pemahaman mendasar tentang proses retak. Studi ini secara eksperimental menyelidiki proses retak pada anggota beton bertulang tebal. Hasilnya menegaskan bahwa kompatibilitas deformasi tidak hanya dicapai oleh retakan primer. Retakan sekunder memiliki kontribusi yang signifikan dalam menyerap deformasi yang dikenakan. Selain itu, perbedaan lebar retak di permukaan dan pada tulangan dianalisis, menekankan efek rotasi gigi retak. Temuan tersebut memberikan wawasan utama untuk pengendalian retak yang andal berdasarkan kompatibilitas deformasi. Lebih jauh, perbandingan dengan perhitungan lebar retak konvensional untuk ikatan beton bertulang menunjukkan bahwa mengabaikan rotasi gigi retak dapat secara signifikan meremehkan lebar retak sekunder.

1. PENDAHULUAN
Kontrol retak sangat penting untuk ketahanan dan kemudahan servis anggota beton bertulang. Untuk tujuan ini, EC2 1 menyediakan tulangan minimum untuk kontrol retak akibat tegangan penahan. Perhitungan tulangan minimum didasarkan pada gaya retak penampang beton, karena dapat diasumsikan bahwa retak berturut-turut terjadi hingga deformasi yang dipaksakan sebesar 0,8‰. Dengan asumsi ini, tulangan minimum meningkat seiring dengan ketebalan anggota. Namun, kebutuhan akan peningkatan ini tidak ditemukan dalam praktik. Oleh karena itu, dalam lampiran nasional Jerman 2 dan Austria, 3 kontrol retak untuk anggota tebal dibatasi pada gaya retak zona tarik beton efektif (mathematical equation). Dengan demikian, kedalaman zona tarik efektif ditingkatkan dengan meningkatnya ketebalan anggota menurut kesimpulan dalam Referensi 4 , 5 . Namun, dalam model rekayasa ini, tulangan minimum juga dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menyerap gaya retak seluruh penampang setidaknya dengan tegangan luluh. Secara keseluruhan, model ini dapat dipahami sebagai solusi pragmatis untuk masalah yang kompleks, yang memungkinkan jumlah tulangan yang sangat ekonomis untuk area konstruksi bangunan dan industri yang praktis. Namun demikian, model ini juga mengabaikan kompatibilitas deformasi dan tidak lagi ekonomis untuk komponen yang sangat tebal, seperti pada struktur hidrolik atau pondasi berat dengan ketebalan beberapa meter. 6 Selain itu, model ini mengandung faktor empiris yang dikalibrasi dengan rentang pengalaman sebelumnya dengan beton standar dan tidak dapat dengan mudah dipindahkan ke formulasi beton baru.

Atas alasan itu, pengendalian retak yang kompatibel dengan deformasi dikembangkan, dimulai dengan karya Referensi 7. Secara rinci, model ini memastikan kompatibilitas antara deformasi yang dikenakan dan retak yang terjadi. Studi oleh Referensi 8 memperluas model untuk menyertakan riwayat tegangan yang disebabkan oleh pengerasan dan pengaruh geometri anggota, dan karya oleh Referensi 9 menangani pengurangan gaya pengekangan karena retak, pertimbangan regangan di area yang tidak retak, dan superposisinya dengan pengekangan usia lanjut. Sebagai hasil dari upaya ini, pada tahun 2010, pedoman MFZ 10 dan pada tahun 2025, pedoman MRZ 11 diterbitkan. Pedoman ini mencakup pengendalian retak yang kompatibel dengan deformasi untuk anggota masif dalam struktur hidrolik. Informasi yang lebih rinci tentang pengendalian retak yang kompatibel dengan deformasi juga dapat ditemukan di Referensi 12 .

Satu aspek penting dari pendekatan berbasis deformasi adalah konsep yang disebut retak primer yang diatur secara geometris. Retak primer yang diatur secara geometris ini terbentuk secara berurutan sesuai dengan deformasi yang dikenakan dan ditahan dan tanpa adanya tulangan, seperti yang dijelaskan dalam Referensi 8 , 12 . Gambar 1 mengilustrasikan situasi khas dari pola retak yang diatur secara geometris tersebut, yaitu, retak lentur pada pelat yang didukung tanah dengan dominasi penahan rotasi, melalui retakan pada dinding yang ditahan alas (persegi panjang) pada pondasi dan melalui retakan pada bagian terowongan yang ditahan alas (melengkung). Retak primer yang diatur secara geometris ini terjadi dengan jarak satu sama lain yang secara signifikan lebih besar daripada jarak retakan yang dihasilkan dari pemindahan gaya baja dalam retakan kembali ke beton (kelipatan dari panjang pemindahan).

Perlu juga disebutkan bahwa studi ini mengecualikan keberadaan retakan permukaan yang dibatasi secara lokal sebelum terbentuknya retakan primer. Ini adalah situasi umum dari anggota beton tebal yang ditahan secara eksternal yang tetap berada dalam bekisting setelah melewati waktu suhu beton maksimum yang disebabkan oleh hidrasi. Dalam situasi ini, tegangan eigen atau tegangan yang seimbang sendiri yang terbentuk selama fase pemanasan (di dalam lebih hangat daripada di permukaan yang mengakibatkan tegangan di permukaan) dikompresi oleh gaya penahan yang terjadi secara paralel dalam kompresi karena ekspansi keseluruhan yang ditahan secara eksternal dalam fase pemanasan.

Proses retak selanjutnya setelah retak primer dijelaskan dengan contoh dinding beton yang dikekang pada Gambar 2. Dinding yang digambarkan secara skematis menggambarkan perilaku dinding dengan beban yang sangat besar.
rasio dan tingkat pengekangan horizontal sekitar
Dalam kasus ini, pelat dasar yang terhubung secara kaku menahan deformasi yang terjadi di dinding, misalnya, akibat panas hidrasi dan penyusutan dasar. Pada awalnya, retakan primer terbentuk saat gaya penahan mencapai gaya retak, dengan demikian jarak antara retakan primer ini ditetapkan secara geometris dan dapat diperkirakan pada sisi yang aman dengan 1,2× tinggi dinding. Pembentukan retakan lebih lanjut dipengaruhi oleh susunan tulangan, dengan demikian tulangan biasanya disusun di dekat permukaan anggota. Namun, pada anggota tebal dengan tulangan terkonsentrasi di dekat permukaan; retakan lebih lanjut dipengaruhi oleh tegangan tarik miring pada panjang transfer akibat eksentrisitas lengan datar antara titik penerapan gaya baja pada retakan primer (pada lapisan tulangan) dan posisi tegangan yang dihasilkan di wilayah yang tidak retak (biasanya di pusat gravitasi). Hal ini mengakibatkan apa yang disebut retakan sekunder yang miring dan tidak akan berlanjut pada seluruh ketebalan. Pada anggota yang agak tipis, retakan lebih lanjut masih berlanjut pada seluruh ketebalan dan menyebabkan retakan tembus tambahan, yang dalam hal mekanika retakan mirip dengan retakan primer yang ditetapkan secara geometris. Mekanisme retak pada komponen tipis ini disebabkan oleh lengan datar yang sangat kecil antara gaya baja pada retakan primer dan tegangan yang dihasilkan di daerah yang tidak retak. Penting untuk dicatat bahwa retakan sekunder ini tidak terkait dengan retak permukaan yang disebabkan oleh tegangan eigen. Faktanya, tegangan eigen di sekitar retakan primer dapat diasumsikan berkurang karena deformabilitas lokal tepi retakan primer. Retakan sekunder yang dijelaskan dalam studi ini berkembang semata-mata karena pemindahan gaya penahan yang tersisa setelah retak dari retakan primer ke beton melalui ikatan.

Untuk pemahaman yang lebih baik, Gambar 2 —atas menunjukkan pandangan atas dinding beton yang ditahan oleh alas dengan dua ketebalan yang berbeda. Lintasan tegangan utama yang terjadi setelah retak primer dan model rangka untuk pemindahan gaya juga ditunjukkan dalam gambar. Dalam kasus anggota beton tipis, tegangan utama sejajar dengan tepi dinding. Ini berarti bahwa retakan tambahan akan terbentuk sejajar dengan retakan primer pertama. Sebaliknya, pada anggota beton tebal dengan susunan tulangan di wilayah permukaan, lintasan tegangan utama miring. Setelah pemindahan gaya penahan yang tersisa setelah pembentukan retakan, beton secara lokal mencapai kekuatan tariknya pada akhir panjang pemindahan. Retakan lebih lanjut pada anggota tebal hanya terbentuk di area lokal ini, yang disebut retakan sekunder.

Memahami interaksi retakan primer dan sekunder sangat penting untuk penerapan pengendalian retakan yang kompatibel dengan deformasi dalam kasus anggota beton tebal. Model desain saat ini dalam referensi yang tercantum mengasumsikan bahwa lebar retak maksimum terjadi pada retakan primer sehingga lebar retakan primer diterapkan sebagai kriteria desain. Asumsi rekayasa ini berasal dari investigasi elemen hingga yang dilakukan oleh Referensi 7. Investigasi eksperimental oleh Referensi 9 , 13 dan studi numerik oleh Referensi 14 , 15 , bagaimanapun, menunjukkan bahwa dengan dimulainya pembentukan retakan sekunder, lebar retakan pada retakan primer tidak bertambah lebih jauh. Selain itu, lebar retakan terbesar terjadi pada retakan sekunder. Perilaku ini juga diamati oleh Referensi 16 selama investigasi eksperimental. Jelas bahwa perbedaan dalam asumsi desain dan pengamatan eksperimental ini harus diselesaikan untuk desain yang secara mekanis baik. Asumsi kedua yang dibuat dalam Referensi 7 adalah bahwa 30% dari gaya ikatan tetap berada dalam beton di antara retakan yang berdekatan. Secara rinci, ini berarti bahwa gaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan retakan sekunder kira-kira sesuai dengan gaya retak pada zona tarik efektif. Gaya ini harus ditransfer dari retakan primer ke beton melalui ikatan. Setelah terbentuknya retakan sekunder, perbedaan tegangan baja terbentuk antara retakan primer dan retakan sekunder pertama. Ini menyiratkan bahwa tidak seluruh gaya ditransfer dari retakan primer ke retakan sekunder pertama melalui ikatan, melainkan sebagian dari 30% gaya ikatan tetap berada di dalam beton. Namun, asumsi ini belum diuji secara eksperimental.

Pada tahun 1990-an, penyelidikan eksperimental pada proses pembentukan retak pada anggota beton tebal dilakukan oleh Referensi 4 , 16-18 . Referensi 4 , 16 , 17 melakukan uji yang dikontrol gaya, yang tidak secara memuaskan menggambarkan pengurangan gaya pengekangan yang terjadi selama pembentukan retak . Di sisi lain, Referensi 18 melakukan uji tarik yang dikontrol deformasi, di mana tegangan eigen (tegangan sisa) ditumpangkan dengan tegangan pengekangan sentrik. Namun, profil tegangan eigen yang mendasari yang digunakan dalam kasus ini tidak cocok dengan yang terjadi pada saat tegangan pengekangan yang relevan untuk tipe anggota “dinding di atas pondasi”. 19

Di Universitas Teknologi Graz, penyelidikan eksperimental tentang pembentukan retakan pada anggota beton tebal juga telah dilakukan menggunakan rangka penahan yang dapat disesuaikan. 9 , 13 Percobaan ini serupa dengan yang ada dalam penelitian ini. Meskipun berharga, percobaan ini tidak cocok untuk menjawab pertanyaan penelitian yang diajukan karena teknik pengukuran hanya dirancang untuk mengatasi pengurangan gaya penahan selama pembentukan retakan. Interaksi antara pembentukan retakan primer dan sekunder bukanlah fokus utama dalam penyelidikan tersebut.

Pengujian lebih lanjut terhadap retak akibat deformasi yang dipaksakan telah dilakukan oleh Universitas RWTH Aachen. 20 Ini merupakan program pengujian yang ekstensif untuk menyelidiki retak akibat pengerasan pada ketebalan komponen dan tingkat penguatan yang berbeda. Sekali lagi, ditemukan bahwa lebar retak pada retakan sekunder dapat lebih besar daripada pada retakan primer.

Ringkasan keadaan terkini menunjukkan bahwa sudah ada banyak penelitian eksperimental tentang retak primer dan sekunder pada komponen beton tebal. Meskipun demikian, pertanyaan-pertanyaan berikut masih belum terjawab:

• Bagaimana hubungan lebar retak pada retak primer dan retak sekunder, dan apa perbedaan lebar retak pada tulangan dan pada permukaan pada jenis retak tertentu ini?
• Berapa banyak gaya ikatan yang tersisa dalam beton antara retakan yang berdekatan selama retakan sekunder dalam jenis retakan khusus ini?
• Dapatkah bentuk keretakan khusus ini digambarkan dengan model sederhana ikatan beton bertulang dengan luas penampang beton efektif?

Untuk menjawab pertanyaan yang diajukan, penyelidikan eksperimental tambahan dilakukan. Spesimen uji dirancang untuk mereplikasi kondisi batas geometris realistis yang khas untuk anggota beton tebal. Selain itu, lokasi retakan primer ditentukan secara eksplisit, karena, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 , retakan tersebut terbentuk semata-mata dari kondisi batas geometris. Untuk merekam interaksi antara retakan primer dan sekunder secara akurat, program pengukuran yang ekstensif dilakukan. Metode ini dipilih karena hasil dari percobaan ini dikombinasikan dengan hasil dari Referensi 9 , 13 selanjutnya dapat digunakan untuk kalibrasi model elemen hingga. Pengukuran yang komprehensif akan memberikan data yang berharga untuk meningkatkan pemahaman tentang proses pembentukan retakan pada anggota beton tebal.
2 PENELITIAN EKSPERIMENTAL
2.1 Desain spesimen
Spesimen menunjukkan bagian representatif dari sistem untuk menyelidiki proses retak pada dinding beton yang ditahan oleh alas. Secara rinci, spesimen berbentuk pelat yang ketebalannya merupakan potongan horizontal dari satu lapisan tulangan longitudinal di dinding. Panjang spesimen mewakili jarak antara retakan primer yang diatur secara geometris. Tinggi spesimen sama dengan ketebalan dinding, dan ketebalan spesimen mewakili jarak tulangan. Bagian representatif dari sistem untuk spesimen dapat dilihat pada Gambar 3. Seperti yang telah disebutkan, retakan primer secara eksplisit ditentukan seperti yang akan terjadi dalam kenyataan karena kondisi batas geometris. Untuk tujuan ini, dua lembar logam (masing-masing 200 × 100 mm) ditempatkan di spesimen, melemahkan penampang tepat di tengah. Dengan ini, gaya retak seluruh bagian berkurang hingga 40%.

 

TABEL 1. Dimensi geometris spesimen.

2.2 Bahan
Spesimen uji diproduksi di Laboratorium Teknik Struktur Universitas Teknologi Graz, menggunakan beton kelas kekuatan C30/37. Selain itu, pengujian pendamping dilakukan untuk menentukan sifat beton. Nilai rata-rata sifat beton, termasuk kuat tekan, kuat tarik belah, dan modulus Young, diukur pada hari pengujian dan dirangkum dalam Tabel 2. Tulangan sesuai dengan kelas BST550. Setelah pengecoran, spesimen uji dilindungi dari kehilangan kelembaban menggunakan pelindung penguapan, termasuk lembaran plastik.

TABEL 2. Nilai rata-rata sifat beton selama periode pengujian.

2.3 Pengaturan dan prosedur
Pengujian dilakukan dengan rangka penahan yang dapat disesuaikan (ARF) dari Institute of Structural Concrete di Graz University of Technology. Rangka dikembangkan untuk simulasi eksperimental holistik dari proses pengerasan beton, termasuk gaya penahan yang dihasilkan karena deformasi yang diberikan dan yang ditahan. Secara rinci, deformasi yang terjadi dalam proses hidrasi dapat ditahan secara pasif. Gaya penahan yang dihasilkan selanjutnya dapat ditumpangkan dengan deformasi aktif tambahan. Informasi yang lebih rinci tentang pengaturan teknis dan fungsionalitas ARF dapat ditemukan di Referensi 21. Dalam perjalanan investigasi eksperimental ini, hanya fase aktif dari prosedur yang dijelaskan yang diterapkan. Ini berarti bahwa spesimen uji dicor di luar rangka, dan deformasi yang relevan dengan tegangan hanya dikenakan secara aktif setelah beton mengeras. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 , pendekatan ini mengabaikan riwayat gaya penahan yang umum. Investigasi eksperimental dimulai pada titik A, dengan penerapan deformasi yang diberikan dengan memompa silinder hidrolik. Selain itu, dapat dilihat bahwa gaya penahan yang diperlukan untuk retak primer lebih rendah dari nilai teoritis. Hal ini disebabkan oleh pelemahan penampang melintang yang disengaja dan tidak mempengaruhi pembentukan retakan sekunder, karena gaya penahan yang tersisa setelah retakan primer berkurang ke tingkat yang sama karena rasio tulangan yang identik. Uji tarik dilakukan 46 hari setelah pengecoran spesimen, dan durasi pembebanan berjumlah total 2,5 jam.

2.4 Teknologi pengukuran
Program pengukuran ekstensif dipasang untuk memantau perilaku. Gaya penahan yang dihasilkan diukur menggunakan dua sel beban yang disertakan dalam batang longitudinal rangka. Deformasi yang diterapkan direkam menggunakan transduser perpindahan (DT) tipe W10TK dari HBM (Hottinger Brüel & Kjaer GmbH) pada dua silinder hidrolik. Total deformasi seluruh spesimen diukur menggunakan DT tipe WA20mm dari HBM dengan panjang pengukuran 352 cm yang dipasang di sekeliling spesimen. Selain itu, dua rantai pengukuran yang terdiri dari DT tipe WA10mm atau transduser perpindahan dan regangan berbasis pengukur regangan DD1 (DD1) dari HBM dengan panjang pengukuran 15 – 37,5 cm ditempatkan pada ketinggian dua batang tulangan, yang terus-menerus merekam perpindahan lokal di seluruh panjang spesimen. Ada juga DD1 dari HBM dengan panjang pengukuran 20 cm pada retakan primer di tengah spesimen.

Selain itu, tulangan atas dilengkapi dengan sensor serat optik (FOS). Secara rinci, dua serat direkatkan ke batang tulangan di slot pra-potong sebelumnya. Ini memungkinkan regangan tulangan yang didistribusikan secara lokal untuk diukur. Untuk tujuan ini, kabel penyangga ketat (TB) bebas logam digunakan. Pengukuran dilakukan dengan Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR) Interrogator (LUNA ODiSI 4600). Selanjutnya, dua serat tambahan ditempatkan masing-masing di sekitar lapisan tulangan atas dan bawah, diamankan ke tulangan dengan ikatan kabel. Serat ini merekam regangan pada beton selama pengujian. Untuk tujuan ini, kabel BRUsens V9 digunakan. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan instrumen penginderaan berbasis Brillouin dari produsen fibrisTerre dan UPTech Sensing. Kinerja kabel ini diselidiki secara rinci dalam uji laboratorium sebelumnya. 22 Terakhir, area pola retak atas dipantau menggunakan korelasi gambar digital (DIC) dengan dua kamera 16-Mpix. Bidang pengukuran DIC sekitar 950 × 515 mm dan laju bingkai 1 Hz. Evaluasi gambar dilakukan dengan perangkat lunak Mercury RT. Gambar 5 secara skematis menggambarkan spesimen uji dengan pengaturan pengukuran.

Lebar retak dievaluasi menggunakan DIC. Untuk tujuan ini, penanda pengukuran ditempatkan di sepanjang retakan primer dan retakan sekunder pertama. Pengaturan ini memungkinkan lebar retak terekam di seluruh ketebalan anggota. Penanda yang ditempatkan disajikan pada Gambar 6. Posisi retakan yang tepat tidak terlihat jelas di ujung bawah retakan sekunder, jadi penanda retakan yang lebih panjang ditempatkan di area ini untuk mengukur lebar retakan dalam kasus apa pun. Selain itu, lebar retakan untuk retakan sekunder kedua juga diukur pada tingkat tulangan dengan DIC.

2.5 Hasil
2.5.1 Perilaku gaya-deformasi
Gambar 7 menyajikan perilaku deformasi gaya yang diamati selama percobaan. Pengukuran gaya dari sel beban barat dan timur ditampilkan secara terpisah, bersama dengan gaya penahan total. Perbedaan sekitar 8% – 12% diamati antara sel beban timur dan barat, sehingga perilaku simetris pada lebar rangka diverifikasi.

Awalnya, gaya meningkat secara linear dan elastis. Setelah gaya retak pada penampang yang diperkecil tercapai, retakan primer terbentuk. Hal ini tercermin dengan jelas dalam diagram gaya-deformasi dengan penurunan gaya, yang terjadi karena kontrol uji berbasis deformasi. Terlihat juga bahwa kontrol hidrolik menimbulkan derajat inersia, yang menyebabkan deformasi tambahan terjadi selama penurunan gaya.

Saat deformasi yang diberikan meningkat, gaya penahan meningkat lagi. Penurunan gaya berikutnya menunjukkan pembentukan retakan sekunder dan tingkat penahan yang sesuai selama pengujian. Penurunan gaya yang signifikan tercatat pada regangan yang diberikan sekitar 0,5‰. Penurunan ini disebabkan oleh pembukaan retakan yang substansial pada retakan sekunder kedua di sisi kiri, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9 melalui pengukuran lebar retakan.

2.5.2 Pola retakan
Gambar 8 mengilustrasikan pola retakan yang diamati pada akhir pengujian. Percobaan ini mengungkap pola retakan yang umum untuk komponen beton tebal dengan tulangan yang disusun di tepi, yang terdiri dari retakan primer dan beberapa retakan sekunder. Retakan primer terjadi di bagian tengah spesimen uji karena pelemahan penampang melintang yang sengaja diperkenalkan.

Dimulai dari retakan primer, retakan sekunder terbentuk di area pengaruh tulangan, yang hanya memengaruhi daerah permukaan spesimen uji. Pola retakan kira-kira simetris di kedua sisi retakan primer. Evaluasi lebih lanjut terhadap lebar retakan difokuskan pada daerah atas pola retakan. Terminologi yang digunakan untuk tujuan ini didefinisikan dalam Gambar 8 .

2.5.3 Lebar retak pada tingkat tulangan dan permukaan
Lebar retakan pada tingkat tulangan ditunjukkan pada Gambar 9. Dapat diamati bahwa dengan terbentuknya retakan primer, retakan sekunder pertama di sisi kanan juga terbentuk. Retakan sekunder pertama di sebelah kiri terbuka ketika sedikit deformasi terjadi. Ketika deformasi terus meningkat, lebar retakan pada retakan primer dan retakan sekunder pertama bertambah secara stabil.

Retakan sekunder kedua di sebelah kanan mulai terbuka secara berurutan akibat regangan yang diberikan sebesar 0,3 ‰, sedangkan retakan sekunder kedua di sebelah kiri terbuka secara tiba-tiba. Perilaku ini juga terlihat dalam evaluasi regangan baja di sepanjang anggota, seperti yang akan dibahas di Bagian 2.5.4 . Dengan terbukanya retakan sekunder kedua di sebelah kiri, lebar retakan dari retakan primer bertambah, dan lebar retakan sekunder pertama berkurang.

Retakan sekunder ketiga di sebelah kanan berada di luar wilayah yang dicakup oleh DIC. Oleh karena itu, data dari DD1 16 digunakan untuk mengevaluasi lebar retakannya. Dalam kasus ini, regangan beton dalam dasar pengukuran 20 cm dicatat sebelum terbentuknya retakan sekunder ketiga di sebelah kanan.

Gambar 10 menunjukkan lebar retakan di permukaan, di mana hanya retakan primer dan retakan sekunder pertama di sisi kiri dan kanan yang dievaluasi. Bidang pandang DIC terlalu terbatas untuk menangkap lebar retakan permukaan dari retakan sekunder kedua.

Terlihat jelas bahwa lebar retakan primer menjadi stabil setelah pembentukan awalnya dan bahkan menunjukkan sedikit kecenderungan untuk menurun seiring waktu. Sebaliknya, lebar retakan pada retakan sekunder pertama terus meningkat. Pembentukan retakan sekunder kedua dapat dilihat pada deformasi yang dipaksakan sebesar 0,5‰, seperti yang ditunjukkan oleh pengurangan lebar retakan pada retakan primer dan retakan sekunder pertama.

Perlu disebutkan bahwa pengamatan ini tidak boleh disamakan dengan perbedaan lebar retak di dalam beton langsung pada lokasi tulangan dan di permukaan, yang menjadi subjek penyelidikan dalam Referensi 24. Di sini, hasil pada lapisan tulangan juga tunduk pada penutup beton, tetapi dalam kasus ini melebihi lebarnya.

2.5.4 Regangan baja sepanjang sumbu anggota
Gambar 11 menggambarkan regangan baja pada tulangan sepanjang sumbu anggota selama seluruh periode pembebanan. Sangat jelas bahwa regangan baja meningkat secara tiba-tiba selama pembentukan retakan primer. Lebih jauh, pembentukan retakan sekunder pertama secara bersamaan di sisi kiri dan kanan dapat diamati, seperti yang telah dicatat sebelumnya di Bagian 2.5.3 . Pembentukan retakan sekunder tambahan selanjutnya awalnya ditunjukkan oleh perubahan bertahap pada regangan baja. Namun, untuk retakan sekunder kedua di sebelah kiri, regangan baja meningkat secara tiba-tiba, yang dengan jelas menandai pembentukannya.

2.5.5 Tegangan baja
Tegangan baja pada lapisan atas tulangan merupakan parameter penting untuk analisis lebih lanjut dan ditentukan menggunakan FOS yang direkatkan pada tulangan. Namun, potensi selip antara serat, lapisannya, dan tulangan dapat menyebabkan regangan yang diukur menyimpang dari regangan baja yang sebenarnya. Untuk memperhitungkan hal ini, tegangan baja juga ditentukan menggunakan metode lain.

ARF secara langsung mencatat gaya penahan yang ada. Di lokasi retakan primer, gaya ini sepenuhnya ditransfer melalui lapisan tulangan atas dan bawah, yang memungkinkan tegangan baja dihitung ulang dari gaya penahan. Untuk meningkatkan akurasi, tegangan baja yang dihitung ulang ini disesuaikan berdasarkan rasio kekakuan antara lapisan atas dan bawah, yang berubah saat retakan sekunder terbentuk. Perubahan ini dideteksi melalui variasi perpanjangan yang dicatat dengan mengukur rantai yang terdiri dari DT dan DD1 atau FOS pada tulangan. Perpanjangan yang lebih besar menunjukkan sistem yang lebih lunak dan gaya penahan yang berkurang.

Gambar 12 membandingkan tegangan baja yang diperoleh dari pengukuran serat optik dengan tegangan yang diperoleh dari gaya penahan. Deviasi sekitar 10% menunjukkan perbedaan minimal antara hasil. Berdasarkan verifikasi ini, pengukuran serat optik digunakan untuk semua evaluasi lebih lanjut, tetapi penelitian lebih lanjut diperlukan terkait dengan perbedaan 10%.

3 DISKUSI
3.1 Lebar retak pada kedalaman ketebalan anggota
Hasil dalam Bagian 2.5.3 menunjukkan bahwa ada perbedaan signifikan antara lebar retak pada tingkat tulangan dan di permukaan. Untuk analisis yang lebih rinci, Gambar 13 mengilustrasikan distribusi lebar retak lebih dari setengah ketebalan anggota dan jumlah lebar retak untuk retak primer dan retak sekunder pertama pada tegangan baja 300 N/mm 2 . Lebar retak primer meningkat secara signifikan dari permukaan anggota ke arah tulangan dan lebih jauh ke inti anggota. Sebaliknya, lebar retak sekunder terbesar di permukaan dan berkurang dengan jarak dari permukaan. Secara keseluruhan, jumlah lebar retak hampir konstan pada setiap tingkat ketinggian. Selain itu, dapat dilihat dengan jelas bahwa retakan sekunder mengurangi lebar retakan primer di wilayah permukaan. Sedikit peningkatan dalam jumlah lebar retak di area tulangan dapat dikaitkan dengan keadaan tegangan sisa (Eigenstress) yang disebabkan oleh pengaturan pengujian.

3.2 Hubungan antara lebar retak dan rotasi gigi retak
Penyajian hasil pada Bagian 2.5.3 menunjukkan bahwa lebar retak pada permukaan dan pada tulangan berperilaku berbeda. Terlihat secara khusus bahwa lebar retak primer pada permukaan tetap konstan dengan meningkatnya efek deformasi. Pengujian Referensi 9 , 13 dengan teknologi pengukuran yang dimodifikasi bahkan menunjukkan bahwa lebar retak primer berkurang. Sebaliknya, lebar retak sekunder terus meningkat. Perilaku ini telah diamati oleh Referensi 16 dan dapat dijelaskan dengan baik oleh rotasi gigi retak.

Karena penerapan gaya eksentrik dari retakan primer, retakan sekunder berkembang dengan kemiringan yang disesuaikan dengan jalur tegangan. Akibatnya, gigi retakan individual berputar secara individual. Rotasi ini dapat direkam secara langsung dengan DIC menggunakan penanda pengukuran langsung pada gigi retakan. Hasil rotasi ini ditunjukkan pada Gambar 14 , di mana dua penanda pengukuran—satu horizontal dan satu vertikal—ditempatkan untuk setiap gigi retakan.

 

 

3.3 Kekuatan ikatan yang tersisa pada beton akibat retakan sekunder
Investigasi numerik dari Referensi 7 menunjukkan bahwa sebagian gaya ikatan tetap berada di dalam beton selama retak sekunder. Akibatnya, tegangan atau regangan baja maksimum pada retak primer dan berkurang ke arah retak sekunder. Untuk menentukan lebar retak dan selanjutnya tulangan minimum, perlu untuk mengukur seberapa besar gaya ikatan yang tetap berada di dalam beton. Untuk mengatasi hal ini demi pengendalian retak berbasis deformasi, pendekatan pragmatis digunakan dalam Referensi 7 , dengan asumsi bahwa 30% gaya ikatan tetap berada di dalam beton per pembentukan retak sekunder.

Untuk memverifikasi asumsi ini secara eksperimental, perbedaan regangan baja sebelum retak sekunder dapat dievaluasi terlebih dahulu menggunakan pengukuran serat optik. Untuk tujuan ini, regangan baja sebelum pembentukan retak sekunder baru diplot pada Gambar 17. Perbedaan regangan baja yang dihasilkan dirangkum dalam Tabel 3 .

 

TABEL 3. Perbedaan regangan baja sebelum retak sekunder.

Hasil dalam Tabel 4 menunjukkan bahwa untuk pembentukan retak sekunder kedua, gaya ikatan yang tersisa dalam beton kurang dari 30%. Sebaliknya, sebelum pembentukan retak sekunder ketiga di sisi kiri, gaya ikatan yang tersisa dalam beton adalah 47,5%. Hasil lebih lanjut menunjukkan bahwa gaya ikatan yang tersisa dalam beton berkurang dengan meningkatnya beban. Meskipun gaya ikatan yang tersisa dalam beton sebelum pembentukan retak sekunder ketiga melebihi 30%, total gaya ikatan yang tersisa (57,4%) masih lebih rendah dari 60% yang diasumsikan dalam Referensi 7 untuk kasus ini. Sebagai kesimpulan, hasil ini menunjukkan bahwa asumsi yang dibuat dalam Referensi 7 , bahwa sekitar 30% dari gaya ikatan tetap ada dalam beton per retakan, secara umum konsisten dengan pengamatan eksperimental, bahkan jika beberapa penyimpangan lokal terjadi.

TABEL 4. Persentase gaya ikatan yang tersisa dalam beton.

3.4 Perbandingan lebar retak yang diukur dengan lebar retak yang dihitung berdasarkan ikatan beton bertulang
Gambar 18 menunjukkan perbandingan antara lebar retak yang diukur di permukaan dan lebar retak yang dihitung berdasarkan ikatan beton bertulang. Tegangan baja yang diukur digunakan untuk perhitungan, dan lebar retak dihitung menurut Referensi 2 , 3 sebagai berikut: