MATERIAL UNTUK BETON PRATEGANG

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