2.2 MATERIAL UNTUK BETON PRATEGANG
2.2.1 Beton
Beton, khususnya beton mutu tinggi, adalah komponen utama dari semua elemen beton prategang. Dengan demikian, kekuatan dan daya tahan jangka
panjang beton prategang harus diperoleh dengan menggunakan jaminan kualitas dan kontrol kualitas yang memadai pada tahap produksinya.
Kekuatan tekan kubus 28 hari minimum yang ditentukan di dalam peraturan I.S. adalah 40 Nmm
2
untuk batang pratarik dan 30 Nmm
2
untuk batang pascatarik. Perbandingan standar kekuatan silinder terhadap kekuatan kubus
dianggap sebesar 0,8 bila tidak tersedia data percobaan yang relevan. Kadar semen minimum sebesar 300 sampai 360 kgm
3
telah ditetapkan terutama untuk memenuhi persyaratan daya tahan. Untuk mengamankan terhadap susut yang
berlebihan, peraturan B.S. menetapkan bahwa kadar semen dalam campuran sebaiknya tidak melebihi 530 kgm
3
. Tegangan beton sesaat sesudah penyaluran gaya prategang sebelum
terjadinya kehilangan tegangan sebagai fungsi waktu tidak boleh melampaui nilai sebagai berikut :
1. Tegangan serat tekan terluar 0,6
f’
ci
2. Tegangan serat tarik terluar
ci
f 4
1
3. Tegangan serat tarik terluar pada ujung-ujung komponen struktur di
atas perletakan sederhana
ci
f 2
1
Bila tegangan tarik terhitung melampaui nilai tersebut diatas, maka harus dipasang tulangan tambahan non-prategang atau prategang dalam daerah tarik
untuk memikul gaya tarik total dalam beton, yang dihitung berdasarkan asumsi suatu penampang utuh yang belum retak.
Tegangan beton pada kondisi beban layan sesudah memperhitungkan semua kehilangan prategang yang mungkin terjadi tidak boleh melampaui nilai
berikut: 1.
Tegangan serat tekan terluar akibat pengaruh prategang, beban mati dan beban hidup tetap 0,45
f’
c
2. Tegangan serat tekan terluar akibat pengaruh prategang, beban mati
dan beban hidup total 0,65 f’
c
3. Tegangan serat tarik terluar dalam daerah tarik yang ada pada awalnya
mengalami tekan
c
f 2
1
Karena kurva tegangan-regangan yang terlihat dalam Gambar 2.1 berbantuk kurvilinier pada taraf pembebanan yang sangat awal, maka modulus
elastisitas Young dapat diterapkan hanya pada tangen dari kurva di titik asal. Kemiringan garis lurus yang menghubungkan titik asal dengan tegangan tertentu
sekitar 0,4 f’
c
merupakan modulus elastisitas tekan beton. Nilai ini, yang disebut
modulus elastisitas
dalam perhitungan desain, memenuhi asumsi praktis bahwa regangan yang terjadi selama pembebanan pada dasarnya dapat dianggap elastic
dapat pulih kembali seluruhnya jika belum dihilangkan, dan bahwa regangan selanjutnya akibat bekerjanya beban disebut rangkak.
Untuk nilai
w
c
diantara 1500 kgm
3
dan 2500 kgm
3
, nilai modulus elastisitas beton
E
c
dapat diambil sebesar
w
c
1,5
0,043
c
f dalam Mpa. Untuk
beton normal
E
c
dapat diambil sebesar 4700
c
f .
Gambar 2.1 Kurva tegangan-regangan untuk berbagai kekuatan beton
Karena pada umumnya pemberian tegangan pada suatu elemen dilakukan sebelum beton kekuatan 28 hari, perlu ditentukan kuat tekan beton
f’
ci
pada taraf prategang, begitu pula modulus beton
E
c
pada bebagai taraf riwayat pembebanan elemen tersebut. Rumus umum untuk menghitung kuat tekan sebagai fungsi dari
waktu adalah 2.1
Di mana f’
c
= kuat tekan 28 hari t = waktu hari
α = faktor yang bergantung pada tipe semen dan kondisi perawatan
= 4,00 untuk semen tipe I yang dirawat basah dan 2,30 untuk semen tipe III yang dirawat basah
= 1,00 untuk semen tipe I yang dirawat uap dan 2,30 untuk semen tipe III yang dirawat uap
β = faktor yang bergantung pada parameter-parameter yang sama dengan ”α”, dengan nilai masing-masing 0,85; 0,92;
0,95 dan 0,98 Dengan demikian, untuk semen tipe I yang dirawat basah,
2.2
Rangkak, atau aliran material lateral, adalah peningkatan regangan terhadap waktu akibat beban yang terus menerus bekerja. Deformasi awal akibat
beban adalah
regangan elastis
, sementara regangan tambahan akibat beban awal yang sama yang terus bekerja adalah
regangan rangkak
. Gambar 2.2 mengilustrasikan pertambahan regangan rangkak terhadap
waktu, dan seperti pada kasus susut, terlihat bahwa laju rangkak berkurang terhadap waktu. Rangkak tidak dapat diamati secara langsung dan hanya dapat
ditentukan dengan mengurangkan regangan elastis dan regangan susut dari deformasi total. Meskipun susut dan rangkak merupakan fenomena yang tidak
independen, dapat diasumsikan bahwa superposisi regangan berlaku, sehingga Regangan total
t
= regangan elastis
e
+ rangkak
c
+ susut
sh
Gambar 2.2 Kurva regangan-waktu
Pada dasarnya, ada dua jenis susut: susut plastis dan susut pengeringan.
Susut plastis
terjadi selama beberapa jam pertama sesudah pengecoran beton segar di cetakan.
Susut pengeringan
terjadi sesudah beton mongering dan sebagian besar proses hidrasi kimiawi di pasta semen telah terjadi. Gambar 2.3
menunjukkan peningkatan regangan susut
sh
terhadap waktu. Kelajuannya berkurang terhadap waktu karena beton yang lebih tua lebih tahan terhadap
tengangan dan ini berarti beton tersebut mengalami lebih sedikit susut, sedemikian sehingga regangan susut menjadi hamir asimtotis terhadap waktu.
Gambar 2.3 Kurva susut-waktu.
E
e
ε
ct
rangkak
ε
E
regangan ekastis
Waktu,
t
R ega
nga n,
Waktu,
t
R ega
nga n,
S H
Beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya susut pengeringan adalah: 1.
Agregat
. Agregat beraksi menahan susut pasta semen. Beton dengan modulus elastisitas tinggi atau dengan permukaan kasar lebih dapat menahan proses
susut. 2.
Rasio airsemen
. Semakin tinggi rasio airsemen, semakin tinggi pula efek
susut. 3.
Ukuran elemen beton
. Baik laju maupun besar total susut berkurang apabila volume elemen beton semakin besar. Namun, durasi susut akan lebih lama
untuk komponen struktur yang lebih besar karena lebih banya waktu yang dibutuhkan dalam pengeringan untuk mencapai daerah dalam.
4.
Kondisi kelembaban di sekitar
. Kelembaban relatif pada lingkungan sekitar sangat mempengaruhi besarnya susut. Temperatur lingkungan juga merupakan
faktor. 5.
Banyaknya penulangan
. Beton bertulang menyusut lebih sedikit dibandingkan dengan beton polos.
6.
Bahan tambahan
. Efek ini bervariasi bergantung pada jenis bahan tambahan. 7.
Jenis semen
. Semen yang cepat mongering akan susut lebih banyak dibandingkan jenis-jenis lainnya.
8.
Karbonasi
. Susut karbonasi disebabkan oleh reaksi antara karbondioksida CO
2
yang ada di atmosfir dan yang ada di pasta semen. Branson merekomendasika hubungan regangan susut sebagai fungsi dari
waktu untuk kondisi kelembaban standar
R
H ≈ 40 persen: a
Untuk beton yang diolah basah pada sembarang waktu t sesudah 7 hari,
2.3 Di mana
sh,u
= 800 x 10
-6
in.in. jika tidak ada data setempat b
Untuk beton yang diolah uap sesudah berumur 1 sampai 3 hari,
2.4
Untuk kelembaban yang tidak standar, faktor koreksi harus diterpkan, a
Untuk 40
H
≤ 80 persen,
k
SH
= 1,40 – 0,010
H
2.5 b
Untuk 80
H
≤ 100 persen,
k
SH
= 3,00 – 0,30
H
2.6
2.2.2 Baja Prategang
Baja prategang dapat berbentuk kawat-kawat tunggal,
strands
yang terdiri atas beberapa kawat yang dipuntir membentuk elemen tunggal dan batang-batang
bermutu tinggi. Tiga jenis yang umum digunakan adalah: Kawat-kawat relaksasi rendah atau
stress-relieved
tak berlapisan.
Strands
relaksasi rendah atau
stress-relieved strands
tak berlapisan. Batang-batang baja mutu tinggi tak berlapisan.
Kawat-kawat
stress-relieved
adalah kawat-kawat tunggal yang ditarik- dingin yang sesuai dengan standar ASTM A 421;
stress-relieved strands
mengikuti standar ASTM A 416.
Strands
terbuat dari tujuh kawat dengan memutir enam diantaranya pada
pitch
sebesar 12 sampai 16 kali diameter di sekeliling kawat lurus yang sedikit lebih besar. Pelepasan tegangan dilakukan
sesudah kawat-kawat dijalun menjadi
strand
. Besaran geometris kawat dan
strand
sebagaimana disyaratkan dalam ASTM masing-masing tercantum di dalam Tabel 2.1 dan 2.2.
Tabel 2.1 Kawat-kawat untuk Beton Prategang
Sumber:
Post-Tensioning Institute
Tabel 2.2
Strand
Standar Tujuh Kawat untuk Beton Prategang
Diameter Nominal
Strand
in. Kuat patah
Strand
min. lb Luas baja nominal
Strand
in.
2
Berat nominal
Strand
lb1000 ft Beban minimum
Pada ekstensi 1 lb
MUTU 250 140,250
9.000 0,036
122 7.650
5160,313 14.500
0,058 197
12.300
380,375 20.000
0,080 272
17.000
7160,438 27.000
0,108 367
23.000
½0,500 36.000
0,144 490
30.600
350,600 54.000
0,216 737
45.900 MUTU 270
380,375 23.000
0,085 290
19.550
7160,438 31.000
0,115 390
26.350
½0,500
41.000 0,153
520 35.100
350,600 58.600
0,217 740
49.800
100.000 psi = 689,5 MPa 0,1 in = 2,54 mm, 1 in.
2
= 645 mm
2
Berat: kalikan dengan 1,49 untuk mendapatkan berat dalam kg per 1000 m. 1000 lb = 4448 N
Sumber:
Post-Tensioning Institute
Untuk memaksimumkan luas baja
strand
7 kawat untuk suatu diameter nominal, kawat standar dapat dibentuk menjadi
strand
yang dipadatkan seperti
Kuat tarik minimum psi
Tegangan minimum Pada ekstensi 1 psi
Diameter Nominal in.
Tipe BA Tipe WA
Tipe BA Tipe WA
0,192
250.000 212.500
0,196 240.000
250.000 204.000
212.500
0,250 240.000
240.000 204.000
204.000
0,276 235.000
235.000 199.750
199.750
terlihat dalam Gambar 2.4b; ini berbeda dengan
strand
7 kawat standar yang terlihat dalam Gambar 2.4a.
a b
Gambar 2.4
Strands
prategang 7 kawat standard dan dipadatkan. a Penampang
strand
standar. b Penampang
strand
yang dipadatkan.
Relaksasi baja dalam baja prategang adalah kehilangan prategang apabila kawat-kawat atau
strand
mengalami regangan yang pada dasarnya konstan. Ini identik dengan rangkak pada beton, dengan perbedaan bahwa rangkak adalah
perubahan rengangan, sedangkan relaksasi baja adalah kehilangan tegangan pada baja. Sesudah pemberaian tegangan, kehilangan tegangan akibat relaksasi pada
kawat dan
strands
yang tegangannya dilepaskan dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
2.7 Di mana t adalah waktu dalam jam, dengan ketentuan
f
p
f
py
≥ 0,55 dan
f
py
0,85
f
pu
untuk
stress-relieved strand
dan 0,90 untuk
strand
berelaksasi rendah. Juga,
f
pi
= 0,82
f
py
segera setelah transfer tetapi
f
pi
≤ 0,74
f
pu
untuk pratarik, dan 0,70
f
pu
untuk pascatarik. Pada umumnya,
f
pi
0,70
f
pu
.
2.3 SISTEM PRATEGANG DAN PENGANGKERAN 2.3.1 Pemberian Pratarik