Model Prediksi Retak pada Beton Bertulang Akibat Korosi Tidak Seragam Karena Infiltrasi Klorida dengan Mempertimbangkan Siklus Basah dan Kering

Korosi merupakan salah satu permasalahan durabilitas yang dapat menyebabkan kerusakan pada struktur beton bertulang. Proses perbaikan dan perawatan struktur beton bertulang akibat korosi merupakan proses yang cukup sulit dan mahal untuk dilakukan. Oleh karena itu, diperlukan suatu metode yang dapat digunakan untuk memprediksi keretakan pada beton bertulang akibat korosi. Terdapat dua masalah utama dalam pengembangan pemodelan retak pada beton akibat korosi yaitu tidak dipertimbangkannya durasi basah dan kering serta masih digunakannya asumsi korosi seragam. Korosi pada daerah percikan memiliki mekanisme infiltrasi klorida yang berbeda bila dibandingkan pada daerah fully submerged. Pada daerah percikan, beton mengalami sikus basah dan kering sehingga mekanisme infiltrasi klorida sangat tergantung pada durasi basah dan kering. Penelitian yang ada selama ini terkait pemodelan korosi maupun keretakan akibat korosi belum mengakomodasi perbedaan konfigurasi durasi basah dan kering sebagai suatu variabel yang dapat mempengaruhi kecepatan masuknya klorida pada beton. Selain permasalahan terkait dengan siklus basah dan kering, permasalahan lain yang sering timbul pada pemodelan retak akibat korosi adalah persebaran karat. Pada penelitian sebelumnya, para peneliti mengasumsikan korosi terjadi secara merata disepanjang perimeter tulangan sehingga karat tersebar secara seragam atau uniform di sepanjang perimeter tulangan. Namun, pada kondisi sebenarnya karat tersebar secara tidak merata dengan kecenderungan bagian yang paling dekat dengan exposed surface memiliki ketebalan karat yang lebih besar bila dibandingkan dengan bagian lain. Dengan melihat dua permasalahan utama yang ada, penelitian ini berfokus untuk mengembangkan suatu model prediksi keretakan akibat korosi dengan mempertimbangkan ketidakseragaman persebaran karat dan adanya perbedaan konfigurasi durasi basah dan kering. Penelitian disertasi ini meliputi kegiatan eksperimental, pemodelan secara matematis dan numerik. Kegiatan eksperimental dilakukan dengan menggunakan dua metode yaitu metode galvanostatik dan metode wetting and drying. Pemodelan matematis dikembangkan untuk mendapatkan suatu model prediksi keretakan pada beton bertulang dengan pendekatan korosi tidak seragam dan mempertimbangkan efek dari siklus basah dan kering. Berdasarkan penelitian dan pengembangan model yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa model yang dikembangkan secara keseluruhan dapat menggambarkan hasil eksperimental. Model infiltrasi klorida akibat siklus basah dan kering menghasilkan profil klorida yang sama dengan eksperimental dimana bagian yang lebih dekat dengan exposed surface menghasilkan konsentrasi yang lebih besar bila dibandingkan dengan bagian yang jauh dari exposed surface. Akan tetapi model yang dikembangkan masih menghasilkan konsentrasi yang sedikit lebih besar pada exposed surface. Rata-rata perbedaan konsentrasi yang dihasikan mencapai 6.24% bila dibandingkan dengan hasil eksperimetal. Selain model infiltrasi klorida akibat siklus basah dan kering, model keretakan akibat korosi juga dikembangkan dalam penelitian ini. Model keretakan beton akibat korosi dibagi menjadi tiga tahapan utama yaitu tahap inisiasi, tahap retak pertama dan tahapan propagasi retak hingga mencapai exposed surface. Model yang dikembangkan menggabungkan beberapa teori dasar yang kemudian dikembangkan menjadi suatu model prediksi. Pada tahapan inisiasi, hukum Faraday untuk kinematika korosi dan Gaussian Normal Function digunakan sebagai dasar pengembangan model. Pada tahapan retak pertama dan perambatan retak, teori thick walled cylinders digunakan untuk mensimulasikan proses keretakan akibat adanya korosi. Hasil pemodelan menunjukkan bahwa retak pertama terjadi 17.48 jam setelah pengujian dengan metode Galvanostatik dimulai. Selanjutnya retak tersebut berpropagasi dan mencapai exposed surface pada 80 jam setelah retak pertama mulai terjadi. Hasil ini lebih cepat bila dibandingkan dengan pengamatan eksperimental. Hal ini dikarenakan oleh ketebalan karat hasil perhitungan yang juga lebih besar dibandingkan pengukuran hasil eksperimental. Model ketebalan karat ini merupakan dasar dari model retak yang dikembangkan. Apabila terdapat perbedaan ketebalan karat yang dihasilkan, maka waktu retak yang dihasilkan dari model dan eksperimental juga akan berbeda. Berdasarkan hasil pemodelan distribusi karat yang telah dilakukan, didapatkan bahwa ketebalan karat hasil dari model lebih besar bila dibandingkan dengan hasil eksperimental. Perbedaan yang terjadi mencapai 11.07% dan hal ini dimungkinkan karena adanya produk korosi yang masuk ke dalam celah retak sehingga tidak terukur pada saat eksperimental. =================================================== Corrosion is one of the durability problems which can lead to the collapse of the reinforced concrete structure. Repair and maintenance of the reinforced concrete structure due to corrosion are a process which quite difficult and expensive to do. For that reason, it needs a method to predict the cracking of the concrete due to corrosion accurately in accordance with actual conditions. There are two main problems in the cracking model development due to corrosion which are wetting and drying condition and uniform corrosion assumption. Corrosion in the splash zone has different chloride infiltration mechanism compared with the fully submerged area. Concrete in the splash zone exposed to wetting and drying environment. Hence, the transport mechanism should consider the variable related to wet and dry duration. Previous research related to chloride infiltration model did not consider the wetting and drying duration as one of variables which can affect the chloride profile in the concrete. Aside from the wetting and drying cycle problem, another problem which is critical to the corrosion induced cracking is the distribution of corrosion products. The previous studies assume that corrosion occurs uniformly along the perimeter of the steel bar. However, in fact, the rust is distributed non-uniformly along the perimeter of the steel bar. The part which has closets distance to the exposed surface tend to have thicker rust than the other parts. By looking the two main problems, this research is focused on the predictive model development of corrosion induced cracking by considering the effect of non-uniformed rust distribution and different configuration of wetting and drying cycle. This research includes experimental, mathematical and numerical modeling. The experimental activities were carried out by using two main methods which are galvanostatic and cyclic wetting and drying method. The two approaches were used to accommodate two problems which have been mentioned previously. Based on the research result, it can be concluded that the predictive models which have been developed were proven to have a good agreement with the experimental result. Model of chloride penetration due to cyclic wetting and drying produced a similar pattern of chloride profile. However, the exact value from the predictive model is still 6.24% higher than the experimental result. Model of corrosion induced cracking also developed in this research. The model divided into three main stage which are the initiation, first crack and cracks propagation stage. The corrosion induced cracking model combined several related theory. For the initiation stage, the Faraday’s Law for corrosion kinematics and Gaussian Normal Function were used. Furthermore, the thick walled cylinders theory was used in the first crack and crack propagation stage to simulate the cracking process due to corrosion. The predictive model showed that the first crack occurred 17.48 hours after the corrosion test with Galvanostatic method was started. The crack was propagated and reached the exposed surface 80 hours after the first crack. This result is faster when compared with experimental observations. This is because the calculated rust thickness is also greater than experimental results. The rust thickness is the basis of the crack model, so if there is a difference in the thickness of the rust, then the cracking time generated from the model and the experimental will also be different. The calculated rust thickness is thicker compared with the experimental results. The average difference reaches 11.07%. This condition is possible because there was corrosion product which infiltrates into the crack tip and did not measure during the experimental observation