Analisis Perbandingan Efisiensi Balok Beton Prategang Penuh Dan Prategang Parsial
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Umum
Perkembangan kegiatan ekonomi
memerlukan sarana infrastruktur yang
memadai. Dimana dalam rangka mempercepat pemulihan ekonomi dan memperkuat
landasan ekonomi yang berkelanjutan diperlukan dukungan penyediaan infrastruktur
untuk mendorong pertumbuhan kegiatan ekonomi. Kapasitas infrastruktur yang besar
tentunya menuntut inovasi-inovasi baru dalam dunia konstruksi yang mampu
menciptakan struktur yang kuat, aman, nyaman dan ekonomis tanpa mengabaikan
unsur mutu dan waktu.
Beton sudah lama dikenal dalam dunia konstruksi. Beton adalah material yang
kuat dalam kondisi tekan, tetapi lemah dalam kondisi tarik. Kuat tariknya bervariasi
antara 8 sampai dengan 14 persen dari kekuatan tekannya (Nawy,2008). Karena
rendahnya kapasitas dari tarik beton, maka kemungkinan retak lentur pada daerah
tarik beton dapat terjadi pada pembebanan yang masih rendah.
P
P
Gambar 1.1 Skema pemberian gaya prategang
Prategang menjadi salah satu solusi untuk masalah ini. Dimana untuk mengurangi
atau mencegah berkembangnya retak tersebut, gaya konsentris atau eksentris
diberikan dalam arah longitudinal pada elemen struktural seperti pada gambar 1.1,
Universitas Sumatera Utara
dimana gaya ini mencegah berkembangnya retak dengan cara mengeliminasi atau
mengurangi tegangan tarik di bagian tumpuan dan daerah kritis pada kondisi beban
kerja. Gaya longitudinal yang diterapkan ini disebut gaya prategang. Gaya prategang
dihasilkan dengan menarik kabel tendon yang ditempatkan pada beton dengan alat
penarik. Setelah penarikan tendon mencapai gaya yang direncanakan, tendon ditahan
dengan angkur .
Berdasarkan ada tidaknya tulangan baja nonprategang pada penampang balok,
beton prategang terdiri atas 2 macam, yaitu :
1. Beton prategang penuh : Beton prategang yang hanya menggunakan kabel
prategang pada daerah tarik penampang.
2. Beton prategang parsial : Beton prategang yang menggunakan kombinasi
kabel prategang dan tulangan biasa pada daerah tarik penampang.
Beton prategang adalah kombinasi dari dua bahan berkekuatan tinggi, yaitu
beton dan baja mutu tinggi. Kombinasi aktif ini menghasilkan perilaku yang lebih
baik dari masing-masing kedua bahan tersebut. Keuntungan penggunaan struktur
beton prategang antara lain :
1. Balok yang lebih ringan, langsing dan kaku.
2. Retak yang terjadi kecil, sehingga dapat meminimalisir efek korosi.
3. Lintasan tendon dapat diatur untuk menahan gaya lintang.
4. Lebih ekonomis untuk struktur dengan bentang panjang bila dibandingkan
dengan konstruksi beton bertulang biasa dan baja.
5. Dapat digunakan untuk struktur pracetak yang terjamin kualitasnya,
mudah dalam pengerjaan dan pelaksanaan konstruksi, serta biaya awal
yang rendah.
Universitas Sumatera Utara
Kajian mengenai beton prategang mengalami perkembangan pesat baik
prategang penuh maupun prategang parsial. Pada beton prategang penuh, efek retak
benar-benar dihilangkan akibat tegangan tekan yang terjadi di seluruh penampang
beton. Namun gaya tekan prategang yang dibutuhkan cukup besar sehingga mampu
mengakomodasi tegangan tekan di seluruh penampang beton. Pada prategang parsial,
untuk memikul tarik pada penampang digunakan kombinasi kabel prategang dan baja
nonprategang. Namun sebagai akibat dari diijinkannya tegangan tarik pada
penampang, retak mungkin terjadi pada beton prategang parsial. Seiring
bertambahnya waktu dan pembebanan, maka perubahan secara kontinu juga terjadi
pada garis tekan C dari garis tarik cgs. Dimana lengan momen Koppel internal akan
bertambah seiring dengan bertambahnya beban, tanpa adanya perubahan besar
tegangan pada baja prategang. Apabila momen lentur terus meningkat dengan
bekerjanya secara penuh beban mati tambahan dan beban hidup, tercapailah suatu
tahap pembebanan dimana tegangan tekan beton di serat pada level penulangan pada
balok yang ditumpu sederhana menjadi nol. Ini disebut kondisi batas dekompresi.
Apabila ada beban tambahan lain, maka retak di muka bawah akan terjadi, dimana
modulus raptur beton tercapai sebagai akibat dari momen retak yang ditimbulkan
oleh beban retak pertama. Beban retak pertama penting dievaluasi karena
berkurangnya kekakuan penampang yang berarti memperbesar defleksi. Lebar retak
juga perlu dikontrol untuk mencegah korosi tulangan. Oleh sebab itu, pada tugas
akhir ini akan dibahas mengenai dasar-dasar dari perhitungan gaya prategang dan
kehilangan yang terjadi baik pada beton prategang penuh dan prategang parsial,
kemudian menggunakan data hasil perhitungan untuk membandingkan efisiensi dari
Universitas Sumatera Utara
beton prategang penuh dan prategang parsial. Adapun tugas akhir ini adalah berupa
studi literatur dari buku-buku, jurnal dan masukan dari pembimbing.
I.2 Latar Belakang Masalah
Dalam tugas akhir ini penulis akan membandingkan efisiensi dari beton
prategang penuh dan beton prategang parsial. Pada beton prategang penuh akan
dihitung kapasitas beton, gaya prategang dan juga kehilangan yang terjadi, untuk
beton prategang parsial hal lain yang dihitung adalah batas dekompresi, momen
retak dan lebar retak pada balok sebuah struktur gedung lantai 1 dengan fungsi
bangunan sebagai toko seperti pada gambar 1.2. Dimana batas dekompresi perlu
diketahui untuk mengetahui batas pembebanan yang harus diperhatikan sebelum
beton prategang mengalami retak sebagai akibat dari momen retak.
Gambar 1.2 Tampak depan rencana toko
Perencanaan balok struktur toko dilakukan dengan menggunakan precast
pabrikan. Dimana bentang terpanjang dari balok pada struktur adalah 20 m.
Bentang ini akan direncanakan dengan menggunakan prestressed precast, dimana
Universitas Sumatera Utara
balok tersebut dianalogikan sebagai balok dengan tumpuan sederhana seperti yang
ditunjukkan dalam gambar 1.3 di bawah ini.
garis netral
h
h/6
kabel prategang
20 m
Gambar 1.3 Skema perencanaan balok prestressed precast
Kabel prategang di letakkan di luar daerah kern, dimana daerah kern adalah
daerah paling luar pada penampang balok prategang yang menyebabkan gaya tarik
akibat prategang adalah nol atau tidak ada sama sekali.
h/6
h
h/6
Gambar 1.4 Daerah kern penampang persegi
Beton prategang berdasarkan kombinasi tulangan yang digunakan dibagi atas dua
yaitu beton prategang penuh dan beton prategang parsial. Beton prategang penuh
direncanakan dengan kekuatan yang jauh lebih besar dari pada beton bertulang biasa.
Dimana hanya kabel prategang saja yang digunakan di daerah tariknya. Berbeda
dengan prategang penuh, prategang parsial menggunakan kombinasi kabel
prategang dan tulangan baja nonprategang.
Universitas Sumatera Utara
Pada prategang penuh, besar gaya tarik yang terjadi di serat tarik bawah adalah
nol, dimana diminimalisas adanya tegangan tarik pada penampang balok yang
direncanakan. Sehingga beton prategang penuh sangat baik untuk mencegah
terjadinya retak pada serat tarik bawah balok. Sehingga dibutuhkan gaya prategang
yang lebih besar daripada gaya prategang pada beton prategang parsial
Dalam tugas akhir ini, adapun permasalahan yang ditinjau antara lain :
1. Merancanakan struktur balok prategang penuh dan parsial
2. Menganalisa kehilangan yang terjadi.
3. Menganalisa batas dekompresi, lebar retak dan momen retak pada beton prategang
parsial.
4. Membandingkan efisiensi antara beton prategang penuh dan prategang parsial.
I.3. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam perencanaan ini adalah :
1. Sistem penarikan kabel adalah pratarik.
2. Tidak membahas penulangan geser balok.
3. Tidak membahas end block.
4. Penulangan hanya daerah tarik.
5.
Data-data yang digunakan untuk perencanaan prestressed adalah :
•
Panjang bentang
: 20 m
•
Mutu beton balok
: K-500
•
Mutu baja nonprategang(fy): 390 Mpa
•
Mutu baja pratekan yang digunakan kabel jenis strand seven wires
stress relieved, yang mengacu pada ASTM A416 dengan spesifikasi :
Universitas Sumatera Utara
-
fpu = 1860 Mpa
-
diameter strand = 1,27 cm
-
Eff. Section area = 0,987 cm2
I.4. Tujuan
Adapun tujuan yang ingin dicapai yaitu :
1.Membandingkan hasil perencanaan beton prategang penuh dan prategang
parsial.
2.Mengetahui batas dekompresi, momen retak dan lebar retak dari prategang
parsial.
3. Mengetahui perbandingan kemampuan layan beton prategang penuh dan
prategang parsial.
I.5 Manfaat
Adapun manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Dapat merencanakan struktur prategang dengan prategang penuh dan
prategang parsial.
2. Mengetahui batas pembebanan sebelum terjadi retak pada beton prategang
parsial.
3. Memberikan contoh perhitungan perencanaan kepada para pembaca, khususnya
mahasiswa Teknik Sipil USU.
I.6 Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan penulis dalam tugas akhir ini adalah :
Universitas Sumatera Utara
1. Metode studi literature, yaitu dengan mengumpulkan data-data dan keterangan
dari buku-buku dan jurnal yang berhubungan dengan pembahasan tugas akhir.
Perhitungan dalam perencanaan ini menggunakan bantuan software seperti
Microsoft Office Excel.
2. Metode studi bimbingan, yaitu melakukan konsultasi dengan dosen
pembimbing yang memegang peranan penting dalam penulisan tugas akhir ini,
selain itu berkonsultasi dengan teman tentang tugas akhir sekaligus
mengumpulkan data-data yang dibutuhkan hingga tugas akhir ini dapat
terselesaikan.
Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan uraian pembahasan sebagai berikut
ini :
BAB I
PENDAHULUAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
BAB III
ANALISIS
BAB IV
APLIKASI PERHITUNGAN
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Umum
Perkembangan kegiatan ekonomi
memerlukan sarana infrastruktur yang
memadai. Dimana dalam rangka mempercepat pemulihan ekonomi dan memperkuat
landasan ekonomi yang berkelanjutan diperlukan dukungan penyediaan infrastruktur
untuk mendorong pertumbuhan kegiatan ekonomi. Kapasitas infrastruktur yang besar
tentunya menuntut inovasi-inovasi baru dalam dunia konstruksi yang mampu
menciptakan struktur yang kuat, aman, nyaman dan ekonomis tanpa mengabaikan
unsur mutu dan waktu.
Beton sudah lama dikenal dalam dunia konstruksi. Beton adalah material yang
kuat dalam kondisi tekan, tetapi lemah dalam kondisi tarik. Kuat tariknya bervariasi
antara 8 sampai dengan 14 persen dari kekuatan tekannya (Nawy,2008). Karena
rendahnya kapasitas dari tarik beton, maka kemungkinan retak lentur pada daerah
tarik beton dapat terjadi pada pembebanan yang masih rendah.
P
P
Gambar 1.1 Skema pemberian gaya prategang
Prategang menjadi salah satu solusi untuk masalah ini. Dimana untuk mengurangi
atau mencegah berkembangnya retak tersebut, gaya konsentris atau eksentris
diberikan dalam arah longitudinal pada elemen struktural seperti pada gambar 1.1,
Universitas Sumatera Utara
dimana gaya ini mencegah berkembangnya retak dengan cara mengeliminasi atau
mengurangi tegangan tarik di bagian tumpuan dan daerah kritis pada kondisi beban
kerja. Gaya longitudinal yang diterapkan ini disebut gaya prategang. Gaya prategang
dihasilkan dengan menarik kabel tendon yang ditempatkan pada beton dengan alat
penarik. Setelah penarikan tendon mencapai gaya yang direncanakan, tendon ditahan
dengan angkur .
Berdasarkan ada tidaknya tulangan baja nonprategang pada penampang balok,
beton prategang terdiri atas 2 macam, yaitu :
1. Beton prategang penuh : Beton prategang yang hanya menggunakan kabel
prategang pada daerah tarik penampang.
2. Beton prategang parsial : Beton prategang yang menggunakan kombinasi
kabel prategang dan tulangan biasa pada daerah tarik penampang.
Beton prategang adalah kombinasi dari dua bahan berkekuatan tinggi, yaitu
beton dan baja mutu tinggi. Kombinasi aktif ini menghasilkan perilaku yang lebih
baik dari masing-masing kedua bahan tersebut. Keuntungan penggunaan struktur
beton prategang antara lain :
1. Balok yang lebih ringan, langsing dan kaku.
2. Retak yang terjadi kecil, sehingga dapat meminimalisir efek korosi.
3. Lintasan tendon dapat diatur untuk menahan gaya lintang.
4. Lebih ekonomis untuk struktur dengan bentang panjang bila dibandingkan
dengan konstruksi beton bertulang biasa dan baja.
5. Dapat digunakan untuk struktur pracetak yang terjamin kualitasnya,
mudah dalam pengerjaan dan pelaksanaan konstruksi, serta biaya awal
yang rendah.
Universitas Sumatera Utara
Kajian mengenai beton prategang mengalami perkembangan pesat baik
prategang penuh maupun prategang parsial. Pada beton prategang penuh, efek retak
benar-benar dihilangkan akibat tegangan tekan yang terjadi di seluruh penampang
beton. Namun gaya tekan prategang yang dibutuhkan cukup besar sehingga mampu
mengakomodasi tegangan tekan di seluruh penampang beton. Pada prategang parsial,
untuk memikul tarik pada penampang digunakan kombinasi kabel prategang dan baja
nonprategang. Namun sebagai akibat dari diijinkannya tegangan tarik pada
penampang, retak mungkin terjadi pada beton prategang parsial. Seiring
bertambahnya waktu dan pembebanan, maka perubahan secara kontinu juga terjadi
pada garis tekan C dari garis tarik cgs. Dimana lengan momen Koppel internal akan
bertambah seiring dengan bertambahnya beban, tanpa adanya perubahan besar
tegangan pada baja prategang. Apabila momen lentur terus meningkat dengan
bekerjanya secara penuh beban mati tambahan dan beban hidup, tercapailah suatu
tahap pembebanan dimana tegangan tekan beton di serat pada level penulangan pada
balok yang ditumpu sederhana menjadi nol. Ini disebut kondisi batas dekompresi.
Apabila ada beban tambahan lain, maka retak di muka bawah akan terjadi, dimana
modulus raptur beton tercapai sebagai akibat dari momen retak yang ditimbulkan
oleh beban retak pertama. Beban retak pertama penting dievaluasi karena
berkurangnya kekakuan penampang yang berarti memperbesar defleksi. Lebar retak
juga perlu dikontrol untuk mencegah korosi tulangan. Oleh sebab itu, pada tugas
akhir ini akan dibahas mengenai dasar-dasar dari perhitungan gaya prategang dan
kehilangan yang terjadi baik pada beton prategang penuh dan prategang parsial,
kemudian menggunakan data hasil perhitungan untuk membandingkan efisiensi dari
Universitas Sumatera Utara
beton prategang penuh dan prategang parsial. Adapun tugas akhir ini adalah berupa
studi literatur dari buku-buku, jurnal dan masukan dari pembimbing.
I.2 Latar Belakang Masalah
Dalam tugas akhir ini penulis akan membandingkan efisiensi dari beton
prategang penuh dan beton prategang parsial. Pada beton prategang penuh akan
dihitung kapasitas beton, gaya prategang dan juga kehilangan yang terjadi, untuk
beton prategang parsial hal lain yang dihitung adalah batas dekompresi, momen
retak dan lebar retak pada balok sebuah struktur gedung lantai 1 dengan fungsi
bangunan sebagai toko seperti pada gambar 1.2. Dimana batas dekompresi perlu
diketahui untuk mengetahui batas pembebanan yang harus diperhatikan sebelum
beton prategang mengalami retak sebagai akibat dari momen retak.
Gambar 1.2 Tampak depan rencana toko
Perencanaan balok struktur toko dilakukan dengan menggunakan precast
pabrikan. Dimana bentang terpanjang dari balok pada struktur adalah 20 m.
Bentang ini akan direncanakan dengan menggunakan prestressed precast, dimana
Universitas Sumatera Utara
balok tersebut dianalogikan sebagai balok dengan tumpuan sederhana seperti yang
ditunjukkan dalam gambar 1.3 di bawah ini.
garis netral
h
h/6
kabel prategang
20 m
Gambar 1.3 Skema perencanaan balok prestressed precast
Kabel prategang di letakkan di luar daerah kern, dimana daerah kern adalah
daerah paling luar pada penampang balok prategang yang menyebabkan gaya tarik
akibat prategang adalah nol atau tidak ada sama sekali.
h/6
h
h/6
Gambar 1.4 Daerah kern penampang persegi
Beton prategang berdasarkan kombinasi tulangan yang digunakan dibagi atas dua
yaitu beton prategang penuh dan beton prategang parsial. Beton prategang penuh
direncanakan dengan kekuatan yang jauh lebih besar dari pada beton bertulang biasa.
Dimana hanya kabel prategang saja yang digunakan di daerah tariknya. Berbeda
dengan prategang penuh, prategang parsial menggunakan kombinasi kabel
prategang dan tulangan baja nonprategang.
Universitas Sumatera Utara
Pada prategang penuh, besar gaya tarik yang terjadi di serat tarik bawah adalah
nol, dimana diminimalisas adanya tegangan tarik pada penampang balok yang
direncanakan. Sehingga beton prategang penuh sangat baik untuk mencegah
terjadinya retak pada serat tarik bawah balok. Sehingga dibutuhkan gaya prategang
yang lebih besar daripada gaya prategang pada beton prategang parsial
Dalam tugas akhir ini, adapun permasalahan yang ditinjau antara lain :
1. Merancanakan struktur balok prategang penuh dan parsial
2. Menganalisa kehilangan yang terjadi.
3. Menganalisa batas dekompresi, lebar retak dan momen retak pada beton prategang
parsial.
4. Membandingkan efisiensi antara beton prategang penuh dan prategang parsial.
I.3. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam perencanaan ini adalah :
1. Sistem penarikan kabel adalah pratarik.
2. Tidak membahas penulangan geser balok.
3. Tidak membahas end block.
4. Penulangan hanya daerah tarik.
5.
Data-data yang digunakan untuk perencanaan prestressed adalah :
•
Panjang bentang
: 20 m
•
Mutu beton balok
: K-500
•
Mutu baja nonprategang(fy): 390 Mpa
•
Mutu baja pratekan yang digunakan kabel jenis strand seven wires
stress relieved, yang mengacu pada ASTM A416 dengan spesifikasi :
Universitas Sumatera Utara
-
fpu = 1860 Mpa
-
diameter strand = 1,27 cm
-
Eff. Section area = 0,987 cm2
I.4. Tujuan
Adapun tujuan yang ingin dicapai yaitu :
1.Membandingkan hasil perencanaan beton prategang penuh dan prategang
parsial.
2.Mengetahui batas dekompresi, momen retak dan lebar retak dari prategang
parsial.
3. Mengetahui perbandingan kemampuan layan beton prategang penuh dan
prategang parsial.
I.5 Manfaat
Adapun manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Dapat merencanakan struktur prategang dengan prategang penuh dan
prategang parsial.
2. Mengetahui batas pembebanan sebelum terjadi retak pada beton prategang
parsial.
3. Memberikan contoh perhitungan perencanaan kepada para pembaca, khususnya
mahasiswa Teknik Sipil USU.
I.6 Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan penulis dalam tugas akhir ini adalah :
Universitas Sumatera Utara
1. Metode studi literature, yaitu dengan mengumpulkan data-data dan keterangan
dari buku-buku dan jurnal yang berhubungan dengan pembahasan tugas akhir.
Perhitungan dalam perencanaan ini menggunakan bantuan software seperti
Microsoft Office Excel.
2. Metode studi bimbingan, yaitu melakukan konsultasi dengan dosen
pembimbing yang memegang peranan penting dalam penulisan tugas akhir ini,
selain itu berkonsultasi dengan teman tentang tugas akhir sekaligus
mengumpulkan data-data yang dibutuhkan hingga tugas akhir ini dapat
terselesaikan.
Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan uraian pembahasan sebagai berikut
ini :
BAB I
PENDAHULUAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
BAB III
ANALISIS
BAB IV
APLIKASI PERHITUNGAN
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Universitas Sumatera Utara