Perencanaan Balok Prategang TINJAUAN PUSTAKA

20 saat tulangan tarik telah luluh bersama dengan tercapainya regangan 0,003 oleh beton. Jika regangan tekan baja tekan e s sama atau lebih besar dari regangan luluhnya gy, maka sebagai batas maksimum tegangan tekan baja tekan diambil sama dengan tegangan luluhnya f y . Sedangkan apabila regangan tekan baja yang terjadi kurang dari regangan luluhnya, maka tegangan tekan baja adalah f s = e s .E s . Dimana E s adalah modulus elastisitas baja. Tercapainya masing-masing keadaan kondisi tersebut tergantung dari posisi garis netral penampang.

2.2. Perencanaan Balok Prategang

Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi terhadap tekan, tetapi sebaliknya mempunyai kekuatan relatif sangat rendah terhadap tarik, sedangkan baja adalah suatu material yang mempunyai kekuatan tarik yang sangat tinggi.Dengan mengkombinasikan beton dan baja sebagai bahan struktur, maka tegangan tekan dipikulkan kepada beton sementara tegangan tarik dipikulkan kepada baja. Beton prategang pada dasarnya merupakan beton dimana tegangan- tegangan internal dengan besar serta distribusi yang sesuai diberikan sedemikian rupa sehingga tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh beban-beban luar diberikan perlawanan hingga pada suatu kondisi yang diinginkan. Pada batang beton bertulang, prategang pada umumnya diberikan dengan menarik baja tulangannya. Universitas Sumatera Utara 21

2.2.1. Material Beton Prategang

2.2.1.a Beton Beton adalah campuran dari semen, air, dan agregat serta suatu bahan tambahan. Setelah beberapa jam dicampur, bahan-bahan tersebut akan langsung mengeras sesuai bentuk pada waktu basahnya. Beton yang digunakan untuk beton prategang adalah yang mempunyai kekuatan tekan yang cukup tinggi dimana beton minimal 30 Mpa. Kuat tekan yang tinggi diperlukan untuk menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya keretakan, mempunyai modulus elastisitas yang tinggi dan mengalami rangkak lebih kecil. Beton adalah meterial yang kuat terhadap kondisi tekan, akan tetapi material yang lemah terhadap kondisi tarik. Kuat tarik beton bervariasi mulai dari 8 sampai 14 persen dari kuat tekannya. Rendahnya kapasitas tarik beton menimbulkan terjadinyaretak lentur pada taraf pembebanan yang masih rendah. Untuk mengurangi atau mencegah berkembangnya retak tersebut, gaya konsentris atau eksentris diberikan dalam arah longitudinal elemen struktural Gaya longitudinal yang diterapkan tersebut di atas disebut gaya prategang, yaitu gaya tekan yang memberikan prategang pada penampang di sepanjang bentang suatu elemen struktural sebelum bekerjanya beban mati dan beban hidup transversal atau beban hidup horizontal transien. Gaya prategang ini berupa tendon yang diberikan tegangan awal sebelum memikul beban kerjanya, yang berfungsi mengurangi atau menghilangkan tegangan tarik pada Universitas Sumatera Utara 22 saat beton mengalami beban kerja, mengantikan tulangan tarik pada struktur beton bertulang biasa. Beton prategang adalah material yang sangat banyak digunakan dalam kontruksi.Beton prategang pada dasarnya adalah beton di mana tegangan-tegangan internal dengan besar serta distribusi yang sesuai diberikan sedemikian rupa sehingga tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh beban-beban luar dilawan sampai suatu tingkat yang diinginkan. Prategang meliputi tambahan gaya tekan pada struktur untuk mengurangi atau bahkan menghilangkan gaya tarik internal dan dalam hal ini retak pada beton dapat dihilangkan. Beton yang digunkan dalam beton prategang adalah mempunyai kuat tekan yang cukup tinggi dengan nilai f c min K-300, modulus elastis yang tinggi dan mengalami rangkak ultimit yang lebih kecil, yang menghasilkan kehilangan prategang yang lebih kecil pada baja. Kuat tekan yang tinggi ini diperlukan untuk menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya keretakan.Pemakaian beton berkekuatan tinggi dapat memperkecil dimensi penampang melintang unsur-unsur struktural beton prategang.Dengan berkurangnya berat mati material, maka secara teknis maupun ekonomis bentang yang lebih panjang dapat dilakukan. Universitas Sumatera Utara 23 2.2.1.b Baja Prategang Prategang pada dasarnya merupakan suatu beban yan g menimbulkan tegangan dalam awal sebelum pembebanan luar dengan besar dan distribusi tertentu bekerja sehingga tegangan yang dihasilkan dari beban luar dilawan sampai tingkat yang diinginkan.Gaya pratekan dihasilkan dengan menarik kabel tendon yang ditempatkan pada beton dengan alat penarik. Setelah penarikan tendon mencapai gayatekanan yang direncanakan, tendon ditahan dengan angkur, agar gaya tarik yang tadi dikerjakan tidak hilang. Penarikan kabel tendon dapat dilakukan baik sebelum beton dicor pre-tension atau setelah beton mengeras post-tension. Baja tendon yang dipakai untuk beton prategang dalam prakteknya ada tiga macam, yaitu : 1. Kawat tunggal wires, biasanya digunkan untuk baja prategang pada betonprategang dengan system pratarik pre-tension. 2. Kawat untaian strand, biasanya digunkan untuk baja prategang pada betonpratengang dengan system pascatarik post-tension. 3. Kawat batangan bar, biasanya digunakan untuk baja prategang pada betonprategang dengan system pratarik pre-tension. Universitas Sumatera Utara 24 Kawat tunggal yang dipakai untuk beton prategang adalah yang sesuai dengan pesifikasi sepeti ASTM A 421; stress-relieved strands mengikuti standar ASTM A 416. Strands terbuat dari tujuh kawat dengan memuntir enam diantaranya pada pich sebesar 12 sampai 16 kali diameter di sekeliling kawat lurus yang sedikitkebih besar. Ukuran dari kawat tunggal bervariasi dengan diameter antara 3 - 8 m, dengan tengangan tarik f p antara 1500 - 1700 Mpa dengan modulus elastisitas E p = 200 x 10 Mpa. Untuk memaksimumkan luas baja strands 7 kawat untuk suatu diameter nominal, kawat standar dapat dibentuk menjadi strands yang dipadatkan seperti Gambar 2.1 Universitas Sumatera Utara 25 pada gambar 2.2. Standar ASTM yang disyaratkan masing-masing tercantum pada table 2.1 Gambar 2.26 Gambar 2.2 Tabel 2.1 Universitas Sumatera Utara 26

2.2.2. Penampang - Penampang Beton Prategang

Pemilihan bentuk penampang yang akan digunakan pada suatu konstruksi biasanya tergantung pada kesederhanaan cetakan dan kemungkinan cetakan tersebutuntuk dapat dipakai kembali, penampilan penampang, derajat kesulitan penuangan beton, dan besaran teoritis penampang melintang batang. Semakin besar jumlah beton yang ditempatkan didekat serat terluar balok, semakin besar pula lengan momen antara gaya C dan T sehingga momen penahan akan semakin besar. Ada beberapa batasan pada lebar dan tebal flens, dan juga web hams cukup besar untuk menahan geser dan memungkinkan penuangan beton dapat berjalan dengan baik dan pada saat yang sama juga cukup tebal untuk menghindari tekuk. Penampang prategang bentuk T seringkali merupakan penampang yang sengat ekonomis karena adanya beton dalam proporsi besar pada flens tekan yang cukup efektif untuk menahan gaya tekan. . Gambar 2.3 Penampang balok Persegi Panjang Universitas Sumatera Utara 27

2.2.3 Sistem Prategang dan Pengangkeran

Sehubungan dengan perbedaan sistem untuk penarikan dan pengangkeran tendon, maka situasinya sedikit membingungkan dalam perancangan dan penerapan beton prategang.Seorang sarjana teknik sipil harus mempunyai pengetahuan umum mengenai metode-metode yang ada dan mengingatnya pada saat menentukan dimensi komponen struktur, sehingga tendon-tendon dari beberapa sistem dapat ditempatkan dengan baik. Berbagai metode dengan nama pratekanan pre-compression diberikan pada beton dapat dilakukan sebagai berikut: 1. Pembangkit gaya tekan antara elemen structural dan tumpuan-tumpuannya dengan pemakaian dongkrak flat jack. 2. Pengembangan Tekanan Keliling hoop compression dalam struktur berbentuk silinder dengan mengulung kawat secara melingkar. 3. Pemakaian baja yang ditarik secara longitudinal yang ditanam dalam beton atau ditempatkan dalam selongsong. 4. Pemakaian prinsip distorsi suatu struktur statis tak tentu baik dengan perpindahan maupun dengan rotasi satu bagian relatif terhadap bagian lainnya. 5. Pemakaian pemotong baja structural yang dilendutkan dan ditanam dalam beton sampai beton tersebut mengeras. 6. Pengembangan tarikan terbatas pada baja dan tekanan pada beton dengan memakai semen yang mengembang Universitas Sumatera Utara 28 Gambar 2.4 Kabel tendon sesaat sebelum diberi gaya prategang Metode yang biasa dipakan untuk memberikan parategang pada semen beton strukural adalah dengan menarik baja ke arah longitudinal dengan alat penarik yang berbeda-beda.Prategang dengan menggunakan gaya-gaya langsung diantara tumpuan-tumpuan umumnya dipakai pelengkung dan perkerasan, dan dongkrak datar selalu dipakai untuk memberikan gaya-gaya yang diinginkan. Gambar 2.5 Pengerjaan Pemberian tegangan pada tendon prategang Universitas Sumatera Utara 29 Pengankeran ada 2 macam yaitu : angker mati dan angker hidup. Angker mati adalah angker yang tidak bias dilakukan lagi penarikan setelah penegangan tendon dilakukan. Angker mati sering digunakan dalam prategang dengan sistem pratarik.Sedangkan angker hidup dapat dilakukan penarikan kembali jika hal itu diperlukan. Pegangkeran ini sering dijumpai dalam prategang dengan sistem pasca tarik. Gambar 2.6 Universitas Sumatera Utara 30 2.2.3.a Sistem Pratarik Pre-tensioning Didalam sistem pratarik Pre-tensioning, tendon lebih dahulu ditarik antara blok-blok angker yang kaku rigid yang dicetak diatas tanah atau didalam suatu kolom atau perangkat cetakan pratarik dan selanjutnya dicor dan dipadatkan sesuai dengan bentuk serta ukuran yang diinginkan. Metode ini digunakan untuk beton-beton pracetak dan biasanya digunakan untuk konstruksi-konstruksi kecil.Beton-beton pracetak biasanya digunakan pada konstruksi-konstruksi bangunan, kolom-kolom gedung, tiang pondasi atau balok dengan bentang yang panjang. Adapun tahap urutan pengerjaan beton pre-tension adalah sebagai berikut : Kabel tendon dipersiapkan terlebih dahulu pada sebuah angkur yang mati fixed anchorage dan sebuah angkur yang hidup live anchorage. Kemudian live anchorage ditarik dengan dongkrak jack sehingga kabel tendon bertambah panjang. Jack biasanya dilengkapi dengan manometer untuk mengetahui besarnya gaya yang ditimbulkan oleh jack. Setelah mencapai gaya yang diinginkan, beton dicor. Setelah beton mencapai umur yang cukup, kabel perlahan-lahan dilepaskan dari kedua angkur dan dipotong. Kabel tendon akan berusaha kembali ke bentuknya semula setelah pertambahan panjang yang diakibatkan oleh penarikan pada awal pelaksanaan. Hal inilah yang menyebabkan adanya gaya tekan internal pada beton. Oleh karena sistem pratarik besandar pada rekatan yang timbul antara baja dan tendon sekelilingnya, hal itu penting bahwa setiap tendon harus merekat sepanjang seluruh panjang badan. Setelah beton Universitas Sumatera Utara 31 mengeras, tendon dilepaskan dari alas prapenarikan dan gaya prategang ditranfer ke beton. 2.2.3b Sistem Pascatarik Post-tensioning Kebanyakan pelaksanaan pretensioning dilapangan dilaksanakan dengan metode post-tensioning.Pascatarik dipakai untuk memperkuat bendungan beton, prategang melingkar dari tangki-tangki beton yang besar, serta perisai-perisai biologis dari reactor nuklir.Pascatarik Post-tensioning juga banyak digunakan konstruksi beton prategang segmental pada jembatan dengan bentang yang panjang. Gambar 2.7 Universitas Sumatera Utara 32 Adapun metode dalam pelaksanaan pengerjaan beton pasca tarikPost- tensioning adalah sebagai berikut: Selongsong kabel tendon dimasukkan dengan posisi yang benar pada cetakan beton beserta atau tanpa tendon dengan salah satu ujungnya diberi angkur hidup dan ujung lainnya angkur mati atau kedua ujungnya dipasang angkur hidup. Beton dicor dan dibiarkan mengeras hingga mencapai umur yang mencukupi. Selanjutnya, dongkrak hidrolik dipasang pada angkur hidup dan kabel tendon ditarik hingga mencapai tegangan atau gaya yang direncanakan seperti terlihat pada gambar 2.8. Untuk mencegah kabel tendon kehilangan tegangan akibat slip pada ujung angkur terdapat baji. Gaya tarik akan berpindah pada beton sebagai gaya tekan internal akibat reaksi angkur. Gambar 2.8 Universitas Sumatera Utara 33 2.2.3.c Prategang Termo-Listrik Metode prategang dengan tendon yang dipanaskan, yang dicapai dengan melewatkan aliran listrik pada kawat yang bermutu tinggi, umumnya disebut sebagai Prategang Termo-Listrik.Prosesnya terdiri atas pemanasan batang dengan arus listrik sampai temperature 300 - 400 C selama 3 - 5 menit. Batang tersebut mengalami perpanjangan kira-kira 0,3 - 0,5 persen. Setelah pendinginan batang tersebut berusaha memperpendek diri ada ini dicegah oleh jepitan angkur pada kedua ujungnya seperti yang ditunjukan dengan gambar 2.9. Waktu pendinginan diperhitungkan 12 -15 menit.

2.2.4 Analisa Prate

Tegangan yang disebabkan oleh prategang umumnya merupakan tegangan kombinasi yang disebabkan oleh beban langsung dan lenturan yang dihasilkan oleh beban yang ditempatkan secara eksentris. Analisa tegangan-tegangan yang timbul pada suatu elemen struktur beton prategang didasarkan atas asumsi-asumsi berikut: Gambar 2.9 Universitas Sumatera Utara 34 1. Beton prategang adalah suatu mineral yang elastic serta homogen 2. Didalam batas-batas tegangan kerja, baik beton maupun baja berperilaku elastis, tidak dapat menahan rangkak yang kecil yang terjadi pada keduamaterial tersebut pada pembebanan terus-menerus. 3. Suatu potongan datar sebelum melentur dianggap tetap datar meskipun sudahmengalami lenturan, yang menyatakan suatu distribusi regangan linier padakeseluruhan tinggi batang. Selama tegangan tarik tidak melampaui batas modulus keruntuhan beton yang sesuai dengan tahap retakan yang terlihat pada beton, setiap perubahan dalam pembebanan batang menghasilkan perubahan tegangan pada beton saja, satu-satunya fungsi dari tendon prategang adalah untuk memberikan dan memelihara prategang pada beton. Tegangan yang disebabkan oleh prategang umumnya merupakan tegangan kombinasi yang disebabkan oleh aksi beban langsung dan lenturan yang dihasilkan oleh beban yang ditempatkan secara eksentris maupun kosentris. 2.2.4 Kondisi Tendon Prategang 2.2.4.a Tedon Konsentris Balok beton prategang dengan satu tedon konsentris yang ditunjukan dalam gambar 2.10. Universitas Sumatera Utara 35 Gambar di atas menunjukkan sebuah beton prategangan tanpa eksentrisitas, tendon berada pada garis berat beton cental grafity of concrete,c.g.c. Prategang seragam pada beton = FA yang berupa tekan pada seluruh tinggi balok. Pada umumnya beban-beban yang dipakai dan beban mati balok menimbulkan tegangan tarik terhadap bidang bagian bawah dan ini diimbangi lebih efektif dengan memakai tendon. Gambar 2.10 Gambar 2.11 Universitas Sumatera Utara 36 2.2.4.b Tendon Eksentris Sebuah balok yang mengalami suatu gaya prategang eksentris sebesar P yang ditempatkan dengan eksentrisitas e. Tendon ditempatkan secara eksentris terhadap titik berat penampang beton. Eksentrisitas tendon akan menambah kemampuan untuk memikul beban eksternal. Eksentisitas akan menambah kemampuan untuk menerimamemikul tegangan tarik yang lebih besar lagi serat bawah. Prategangan juga menyebabkan perimbangan gaya-gaya dalam komponen beton prategang.Konsep ini terutama terjadi pada beton prategang post-tension. Tegangan yang ditimbulkan menurut Edward G Nawy , 2001 pada serat-serat bagian atas dan bagian bawah balok diperoleh dengan hubungan : Gambar 2.12 Universitas Sumatera Utara 37 � ℎ = � + �. = � 1 + . � � 2 = � + �. = � 1 + . � � 2 Dimana: P = Gaya Prategang positif apabila menghasilkan tekanan langsung E = Eksentrsitas gaya prategang A = Luas potongan melintang batang beton Z t dan Zb = Momen penampang serat paling atas dan paling bawah f atas dan f bawah = Prategang pada beton yang ditimbulkan pada serat paling atas dan paling bawah positif apabila tekan dannegatif apabila tarik y t dan yb = Jarak antara serat paling atas dan serat paling bawah terhadap titik berat penampang i = Jari-jari girasi

2.3 Keuntungan Beton Prategang Dibanding Beton Bertulang