PERTIMBANGAN BETON RETAK DALAM DESAIN ANGKUR PASCA-INSTALASI

Dana Lutfi Ilmansyah

Reading time: < 5 minutes

Article

Apa yang dimaksud dengan beton retak (cracked concrete) dalam desain angkur pasca-pemasangan (post-installed anchors)?

Permukaan beton berwarna abu-abu muda dengan tekstur halus, noda samar, dan retakan-retakan kecil, membentuk latar belakang industrial yang netral.

Apa yang dimaksud dengan beton retak (cracked concrete) dalam desain angkur pasca-pemasangan (post-installed anchors)?

1. Apa itu Beton Retak (Cracked Concrete)?

Joseph Monier, seorang tukang kebun asal Prancis pada abad ke-19, merupakan salah satu pelopor dalam pengembangan beton bertulang. Selanjutnya, G. A. Wayss, seorang insinyur sipil Jerman dan pionir konstruksi beton bertulang berbasis besi dan baja, menjadi pihak pertama yang memanfaatkan beton bertulang secara komersial serta berkontribusi dalam penyempurnaan sistem perkuatan yang dikembangkan oleh Monier. Melalui pengembangan tersebut, beton bertulang berkembang menjadi teknologi konstruksi yang matang secara ilmiah, di mana baja berfungsi menahan gaya tarik, sedangkan beton berfungsi menahan gaya tekan.

Secara alami, beton memiliki kuat tekan yang tinggi tetapi kuat tarik yang relatif rendah. Ketika beton menerima gaya tarik, material ini cenderung mengalami retak (Gambar 1.1). Beton retak (cracked concrete) mengacu pada beton yang telah mengalami retakan yang terlihat akibat tegangan internal maupun eksternal, dengan lebar retak yang umumnya berkisar antara 0,1 hingga 0,3 mm atau lebih. Retakan tersebut dapat terbentuk karena berbagai external.

**Permukaan beton berwarna abu-abu muda dengan tekstur halus, terdapat noda samar dan retakan-retakan kecil, membentuk latar belakang industrial yang netral.**

Karena beton memiliki kuat tarik yang rendah, tulangan pada umumnya berfungsi untuk menahan tegangan tarik pada beton retak. Tegangan tekan pada bagian penampang beton yang tidak terpengaruh oleh retakan tetap relatif tidak terganggu dan mengikuti pola distribusi tegangan yang mendekati linier (Gambar 1.2).

Ketika retakan terbentuk, tegangan tarik pada ujung retakan (crack tip) menjadi sangat tinggi, sedangkan tegangan di dalam bagian yang telah retak turun hampir menjadi nol. Di antara retakan-retakan tersebut, beton masih mengalami sebagian tegangan tarik akibat adanya ikatan (bond) antara beton dan tulangan, yang secara bertahap berkurang seiring bertambahnya jarak dari retakan.

Standar desain beton bertulang modern mensyaratkan detail penulangan yang memadai untuk memastikan bahwa lebar retak yang terjadi pada beban layan statis dan kuasi-statis maksimum yang diizinkan (yaitu beban mati ditambah sebagian beban hidup) tidak melebihi 0,3 mm hingga 0,4 mm. Pada kondisi beban tidak terduga (accidental loads), seperti beban gempa, lebar retak dapat mencapai 0,5 mm hingga 0,8 mm.

**Diagram yang menunjukkan perilaku lentur pada beton bertulang, dengan zona tekan di bagian atas dan retak pada zona tarik di bagian bawah, beserta distribusi tegangan-regangan untuk kondisi beton tidak retak dan beton retak.**

2. Mengapa Beton Retak Menjadi Pertimbangan Penting dalam Desain Angkur?

2.1 Pengaruh Retakan terhadap Kinerja Angkur

Kondisi pembebanan yang berbeda pada penampang beton menyebabkan terbentuknya zona tarik yang berbeda. Kinerja angkur dipengaruhi oleh lokasi pemasangannya terhadap zona-zona tersebut (Gambar 2.1).

**Diagram yang membandingkan zona tarik pada balok dan lokasi pemasangan angkur di bawah beban terdistribusi dan beban terpusat, menunjukkan bentuk lendutan, daerah momen, serta posisi pemasangan angkur yang direkomendasikan.**

Secara umum, ketika retakan terbentuk pada elemen beton, kemungkinan besar retakan tersebut akan memotong lokasi angkur secara langsung maupun secara tangensial (Gambar 2.2), sehingga tegangan radial di dalam beton terbelah oleh retakan tersebut (Gambar 2.4 a). Kondisi ini terjadi karena terdapat tegangan tarik yang lebih tinggi di sekitar angkur sebagai akibat dari tegangan keliling (hoop stresses) yang terkait dengan gaya prategang dan pembebanan pada angkur, serta konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh adanya lubang angkur (notch effect) (Gambar 2.3 a). Selain itu, kemungkinan terbentuknya retakan pada lokasi angkur juga cukup tinggi karena adanya pelemahan pada matriks beton yang disebabkan oleh keberadaan sistem pengikat (fixing) itu sendiri (Gambar 2.3 b).

**Diagram yang menunjukkan angkur berikatan (*bonded anchor*) pada beton retak di bawah pembebanan, menggambarkan pembentukan retakan, potensi terjadinya slip pada angkur, serta pola tegangan di sekitar lubang bor dan elemen pengikat.**

(Gambar 2.4 b) menunjukkan perilaku khas hubungan beban–perpindahan (load-displacement behavior) pada beton retak maupun beton tidak retak yang menerima beban tarik. Pada beton tidak retak, perpindahan yang terjadi jauh lebih kecil dibandingkan pada beton retak, dan kapasitas bebannya lebih tinggi. Analisis mendalam mengenai perilaku angkur pada beton retak dibandingkan beton tidak retak telah didokumentasikan oleh Eligehausen dkk. ([1]).

Diagram yang membandingkan distribusi tegangan dan perilaku beban–perpindahan (load–displacement behavior) angkur pada beton retak dan beton tidak retak, menunjukkan penurunan kinerja pada kondisi beton retak.

Pengaruh kualitatif retakan pada beton terhadap ketahanan cabut (pull-out resistance) dan perpindahan (displacement) angkur pasca-pemasangan (post-installed anchors) ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel yang membandingkan angkur kimia (bonded anchors) dan angkur mekanis (mechanical anchors) pada beton retak, menunjukkan berkurangnya efektivitas ikatan (bond) serta bagaimana retakan memengaruhi mekanisme ekspansi dan kapasitas beban.

2.2 Bagaimana Kinerja Angkur pada Beton Retak Dievaluasi?

Kerangka regulasi di Eropa dan Amerika Serikat menetapkan serangkaian pengujian yang harus dilakukan untuk menilai kinerja angkur pada kondisi lebar retak tertentu. Pengujian ini bertujuan untuk memastikan bahwa angkur tetap mampu bekerja secara aman dan andal ketika dipasang pada beton retak yang merepresentasikan kondisi aktual di lapangan.

Contoh program pengujian yang disyaratkan dalam EAD 330232 [2] dan AC 193 [3] untuk angkur mekanis pasca-pemasangan (post-installed mechanical anchors) ditunjukkan pada Tabel 2.2.

Tabel yang mencantumkan pengujian evaluasi angkur pada beton retak, termasuk pengujian tarik dasar, pemeriksaan ketahanan (robustness checks), dan siklus pembukaan-penutupan retak (crack cycling), beserta lebar retak yang ditentukan.

Lebar retak yang digunakan dalam pengujian kualifikasi didasarkan pada penelitian yang mendalam mengenai lebar retak yang terukur pada struktur dalam kondisi batas layan (Serviceability Limit State/SLS) dan batas ultimit (Ultimate Limit State/ULS), sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.5 dan Gambar 2.6.

Diagram menunjukkan distribusi lebar retak kondisi beban layan (Serviceability Limit State/SLS) dan beban ultimit (Ultimate Limit State/ULS), membandingkan kelompok data serta menyoroti lebar retak yang lebih besar tingkat pembebananlebih tinggi.

Beban hidup (live load) dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap pembentukan retak pada beton di lokasi angkur. Retakan akan membuka lebih lebar dan merambat seiring terjadinya siklus pembebanan berulang (Gambar 2.7). Kondisi ini dapat menyebabkan penurunan ketahanan angkur serta pelonggaran bertahap atau peningkatan deformasi, sehingga mengurangi keandalan sambungan. Meskipun terdapat kecenderungan angkur untuk mengalami slip selama proses pembukaan dan penutupan retak, pengujian siklus retak (crack cycling tests) (Gambar 2.8) mensyaratkan bahwa perpindahan angkur tidak boleh melebihi 3 mm setelah 1.000 siklus retak.

Persyaratan ini memperhitungkan umur rencana layanan (design working life) selama 50 tahun. Kriteria evaluasi modern mensyaratkan jumlah siklus yang lebih besar apabila sambungan dirancang untuk masa layanan yang lebih panjang, misalnya 100 tahun.

Diagram yang menunjukkan pembukaan dan penutupan retak akibat beban berulang serta pengujian siklus retak, menggambarkan gaya tarik yang membuka retakan dan gaya pemulih yang menutupnya kembali.

3. Apa yang Dikatakan Standar Mengenai Pertimbangan Beton Retak dalam Desain Angkur?

Standar desain, baik EN 1992-4 [7] Klausul 4.5 dan 4.7 maupun ACI 318 [8] Klausul 17.10.5.4, merekomendasikan agar beton retak dipertimbangkan dalam desain angkur pasca-pemasangan (post-installed anchors), kecuali dapat dibuktikan bahwa beton akan tetap tidak retak selama seluruh masa layan struktur (misalnya elemen yang selalu berada dalam kondisi tekan akibat beban permanen).

EN 1992-4 [7] juga memberikan panduan mengenai kondisi di mana beton tidak retak (uncracked concrete) dapat dipertimbangkan dalam desain angkur melalui Persamaan (4.4).

Selain itu:

Sesuai EN 1992-4 Klausul 9.2.2 dan ACI 318 Klausul R17.10.5.4, desain angkur untuk kondisi gempa harus dilakukan dengan asumsi beton retak.
Sesuai EN 1992-4 Klausul D.1, angkur yang terpapar kebakaran juga harus memiliki ETA (European Technical Assessment) untuk penggunaan pada beton retak.

Membuktikan bahwa material dasar akan selalu berada dalam kondisi beton tidak retak pada semua keadaan merupakan hal yang cukup sulit dilakukan. Oleh karena itu, disarankan untuk selalu mempertimbangkan kondisi beton retak dalam desain angkur pasca-pemasangan.

Persamaan yang diberikan dalam EN 1992-4 [7] untuk menghitung ketahanan terhadap berbagai mode kegagalan pada pembebanan tarik secara jelas menunjukkan adanya perbedaan nilai karakteristik antara beton retak dan beton tidak retak, sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 3.1.

Persamaan yang menyatakan bahwa tegangan gabungan dalam beton tidak boleh melebihi tegangan tarik yang diizinkan, beserta definisi tegangan akibat beban, tegangan akibat pengekangan (restraint), dan tegangan yang diizinkan.

Selain itu, sesuai dengan EN 1992-4 Klausul 9.2.2 dan ACI 318 Klausul R17.10.5.4, desain angkur untuk aplikasi gempa harus dilakukan dengan asumsi beton retak (cracked concrete). Sesuai dengan EN 1992-4 Klausul D.1, angkur yang terpapar kebakaran juga harus memiliki ETA (European Technical Assessment) untuk penggunaan pada beton retak.

Menetapkan bahwa material dasar akan tetap berada dalam kondisi beton tidak retak (uncracked concrete) dalam segala kondisi tentu merupakan hal yang cukup sulit dilakukan. Oleh karena itu, direkomendasikan untuk selalu mempertimbangkan kondisi beton retak dalam desain angkur pasca-pemasangan (post-installed anchors). Persamaan-persamaan yang diberikan dalam EN 1992-4 [7] untuk menghitung ketahanan terhadap berbagai mode kegagalan pada pembebanan tarik secara jelas menunjukkan adanya perbedaan nilai karakteristik antara beton retak dan beton tidak retak, sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 3.1.

Tabel yang membandingkan mode kegagalan angkur pada beton retak dan beton tidak retak, menunjukkan persentase penurunan ketahanan untuk kegagalan kerucut beton, cabut, splitting, kegagalan grout, dan pecah tepi.

4. Bagaimana Mendesain Angkur untuk Beton Retak?

Perangkat lunak desain rekayasa struktur berbasis cloud yang mudah digunakan, PROFIS Engineering dari Hilti, menyediakan opsi desain baik untuk beton retak (cracked concrete) maupun beton tidak retak (uncracked concrete).

Pada tahap input desain, di dalam tab Base material, pengguna perlu memilih kondisi beton retak (cracked concrete). Setelah itu, sistem akan menampilkan pilihan angkur pasca-pemasangan (post-installed anchors) yang sesuai dengan kriteria beban, kondisi beton retak, dan berbagai kondisi batas (boundary conditions) lainnya. Pengguna dapat memilih salah satu opsi yang tersedia, kemudian melanjutkan proses desain dan menjalankan analisis untuk melihat hasil perhitungannya (Gambar 4.1).

Penjelasan lebih rinci mengenai langkah-langkah desain menggunakan PROFIS Engineering dapat ditemukan dalam Hilti Steel-to-Concrete Handbook [9].

Tangkapan layar PROFIS Engineering yang menampilkan pilihan beton retak atau tidak retak, model angkur 3D dengan dimensi, serta daftar rekomendasi angkur Hilti berdasarkan kondisi desain.

5. Kesimpulan

Secara umum, retakan pada beton merupakan kondisi yang dapat diperkirakan terjadi, dan lokasi retakan yang mungkin terbentuk di sekitar posisi angkur umumnya dapat diprediksi dengan baik. Keberadaan retakan tersebut dapat menyebabkan berkurangnya kapasitas beban angkur atau meningkatnya perpindahan yang terlihat. Kami merekomendasikan agar beton selalu dianggap sebagai beton retak (cracked concrete) dalam proses desain, kecuali pada aplikasi yang secara jelas dapat dipastikan tidak akan mengalami tegangan tarik, seperti pengikatan ringan pada elemen beton prategang (yang tetap harus dibuktikan).

Dalam kondisi lainnya, sebaiknya digunakan angkur yang telah memenuhi kualifikasi untuk penggunaan pada beton yang mengalami tegangan tarik guna membantu memastikan keselamatan melalui desain yang tepat. Sebaliknya, solusi yang kinerjanya belum dievaluasi untuk kondisi tersebut tidak dapat menjamin tingkat keandalan yang memadai.

untuk memulai desain, kunjungi https://profisengineering.hilti.com/

References

[1] R. Eligehausen, R. Mallee and J. Silva, Anchorage in Concrete Construction, Berlin: Ernst & Sohn GmbH & Co. KG., 2006. [2] EOTA EAD 330232-01-0601: Mechanical fasteners for use in concrete, Brussels: EOTA, 2021. [3] AC 193: ACCEPTANCE CRITERIA FOR MECHANCIAL ANCHORS IN CONCRETE ELEMENTS, ICC Evaluation Service, 2009. [4] K. Bergmeister, Stochastic in fixing technology based on realistic influenced parameters, PhD Thesis, Germany: University of Innsbruck, 1988. [5] P. Schiessl, Crack influence of the durability of reinforced and prestressed concrete components. Schriftenreihe des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton, Berlin: Ernst & Sohn GmbH & Co. KG., 1986. [6] R. Eligehausen and A. Bozenhardt, Crack widths as measured in actual structures and conclusions for the testing of fastening elements., Germany: Univeristy of Stuttgart, Institute of Construction Materials, 1989. [7] EN 1992-4:2018: Eurocode 2 - Design of concrete structures - Part 4: Design of fastenings for use in concrete, Brussels: CEN, 2018. [8] ACI 318-19: Building Code Requirements for Structural Concrete, Farmington Hills: American Concrete Institute, 2019. [9] S2C Handbook: Steel to concrete connections using Post-installed systems, Schaan: Hilti Corporation, 2024.