Analisis Perbandingan Efisiensi Balok Beton Prategang Penuh Dan Prategang Parsial

ANALISIS PERBANDINGAN EFISIENSI BALOK
BETON PRATEGANG PENUH DAN PRATEGANG PARSIAL

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh :

RID GRANDSON TUMORANG
10 0404 058

SUB JURUSAN STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISIS PERBANDINGAN EFISIENSI BALOK
BETON PRATEGANG PENUH DAN BETON PRATEGANG
PARSIAL
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
dalam menempuh Colloqium Doctum/ Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan oleh:
RID GRANDSON TUMORANG
10 0404 058
Pembimbing

Prof.Dr.Ing. Johannes Tarigan
NIP. 19561224 198103 1 002
Penguji I

Penguji II

Ir. Torang Sitorus, M.T.
NIP. 19571002 198601 1 001

Ir. Besman Surbakti, M.T.
NIP. 19541012 198003 1 004

Mengesahkan:
Ketua Departemen Teknik Sipil

Prof.Dr.Ing. Johannes Tarigan
NIP. 19561224 198103 1 002

BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang
struktur Departemen

Teknik Sipil Fakultas

Teknik Universitas Sumatera

Utara,dengan judul “ANALISIS PERBANDINGAN EFISIENSI BALOK
BETON PRATEGANG PENUH DAN BETON PRATEGANG PARSIAL”.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu studi untuk mengetahui efisiensi dari
perencanaan dua jenis prategang yang berbeda. Tugas Akhir ini dapat disusun berkat
adanya bimbingan dan kerjasama beberapa dosen maupun mahasiswa Universitas
Sumatera Utara. Disamping itu penulis juga mecari literatur yang berhubungan
dengan perencanaan tersebut.
Saya menyadari bahwa penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari

dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini saya menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya
kepada kedua orangtua saya yang sangat saya cintai, Drs. Jaluas Situmorang dan
Bunga Tiar br. Simbolon, mereka adalah motivator terbesar saya. Hal terbaik yang
bisa saya lakukan adalah membahagiakan mereka dengan menyelesaikan perkuliahan
ini dengan baik dan dengan hasil yang memuaskan.
Selain itu, saya juga mengucapkan terimakasih banyak kepada beberapa pihak
yang berperan penting yaitu :

Universitas Sumatera Utara

1.

Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus pembimbing, yang telah
memberikan dukungan, masukan bimbingan, waktu, tenaga serta pikiran dalam
membantu saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2.

Bapak Ir. Syahrizal, M.sc selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.

3.

Bapak Ir. Torang Sitorus, M.T. selaku dosen pembanding yang telah
memberikan masukan kepada saya.

4.

Bapak Ir. Besman Surbakti, M.T. selaku dosen pembanding yang telah
memberikan masukan pada saya.

5.

Bapak/ Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.

6.

Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuannya selama ini
kepada saya.

7.

Adik saya Holong Dwi Putra Tumorang, Aditia Kartika Tumorang dan Mario
Dian Tumorang yang telah banyak mendukung saya.

8.

Rekan sekaligus sahabat saya mahasiswa yang setia mendukung dan membantu
saya, stambuk 10 Fransiscus I. Pinem, Elwis Sitorus, Freddy Tantra, Desindo
Wijaya, Elfridani Saragih, Prisquilla, Andre Manurung dan lainya serta abang
dan kakak senior angkatan 2010 adik-adik stambuk 11, 12, dan 13 yang telah
memberikan dukungan serta info mengenai kegiatan sipil.

9.

Keluarga dan sahabat dari KMK. St. Yosef Engineering yang selalu mendukug
saya, abang Gandi sitohang ST, abang Markus Siregar ST, abang Boyma Sinaga

ST, abang Jathendra Ambarita ST, kakak Sesilia Simarmata ST, Kapriyanto

Universitas Sumatera Utara

Manullang,Henry Yohannes Nainggolan, Biljones Lumbangaol, Andika Pinem,
Alfonsius Tarigan, Daniel sembiring, Farida Manullang dan lainnya.
10. Keluarga dan sahabat dari KMK. St. Albertus Magnus yang selalu mendukung
saya, Irut Yovanka Yohanna Sitindaon, Horas Manik, Serani Simaremare, Artha
Rumahorbo, Friska Delviany Ginting, Afriani Desy Lumbangaol, Grace
Sembiring SE, Arta Purba, Chandra Simatupang, Anggy Sinaga SH dan lainnya.
11. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas
dukungannya yang baik.
Walaupun dalam menyusun Tugas akhir ini penulis telah berusahauntuk
mengkaji dan menyampaikan materi secara sistematis dan terstruktur, penulis sadar
Tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu, saya sangat mengharapkan
saran dan kritik yang membangun dari para pembaca demi perbaikan di masa yang
akan datang. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya dan
semoga Tugas akhir ini bermanfaat bagi pembaca.

Medan,

Oktober 2014

Rid Grandson Tumorang
Penulis

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Efektifitas perencanaan dalam beton prategang

penting dalam peningkatan

mutu, kapasitas dan nilai ekonomis dari prategang tersebut. Perencanaan yang
berbeda akan menghasilkan kelebihan dan kekurangan dari masing-masing
perencanaan. Pada tugas akhir ini, penulis merencanakan sebuah balok pada
konstruksi toko dengan dua metode prategang, yaitu beton prategang penuh dan
beton prategang parsial, dimana metode penarikan kabel yang dilakukan adalah
pretensioned.

Dasar-dasar perncanaan balok prategang ini mengacu pada Tata cara
perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung (SNI 03-2847-2002), Building
code requirements (ACI 318), Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan
Gedung (PPURG 1987). Kabel prategang dalam perencanaan ini mengacu pada
ASTM A 416 yaitu Uncoated seven wires stress relieved strands for prestressed
concrete Gradw 270 low relaxation. Adapun beban-beban yang bekerja adalah beban
mati, beban hidup dan beban mati tambahan. Analisa kehilangan terhadap gaya
prategang dilakukan, akibat perpendekan elastis, susut, rangkak dan relaksasi baja.
Hasil analisa dari semua peraturan dikombinasikan untuk melakukan kontrol
terhadap tegangan yang terjadi pada balok prategang. Pada Tugas Akhir ini akan
terlihat bagaimana efektifitas perancanaan prategang penuh dibandingkan prategang
parsial, dimana masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan yang bila
diperhatikan dapat berguna dalam perencanaan konstruksi dengan fungsi bangunan
yang berbeda.

Kata kunci : prategang penuh, prategang parsial, pretensioned.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR………………………………………………………………...i
ABSTRAK………………………………………………………………………….....iv
DAFTAR ISI………………………………………………………...………………..v
DAFTAR GAMBAR……………………………...…………………………………ix
DAFTAR NOTASI……………………………..……………………………………x
DAFTAR TABEL………………………………………..……………………...….xii
BAB I

PENDAHULUAN……………………………………………………….1
1.1 Umum………………………………………...…………………….1
1.2 Latar Belakang Masalah………………………………………...….4
1.3 Batasan Masalah………………………………………...………….6
1.4 Tujuan………………………….,,………………………………….7
1.5 Manfaat……………………… ..…………………………………...7
1.6 Metode
Penulisan……………………………………...…………………………7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA……………….….……………………………..9

2.1 Umum………………….……………………………………………9
2.2 Sejarah Perkembangan Beton Prategang………………..………….11
2.3 Beton Prategang……….……………………………………………13
2.4 Sistem Beton Prategang…………………………………………….15
2.5 Prinsip Dasar Beton Prategang……………………………………..16
2.6 Tahapan Pembebanan………………………………………………19

Universitas Sumatera Utara

2.7 Material Beton Prategang……………………………………………20
2.7.1 Beton………………………………………………………….20
2.7.2 Baja……………………………………………………………26
BAB III METODE ANALISA................................................................................31
3.1 Sistem Beton Prategang……………………………………………...32
3.2 Analisa Penampang………………………………………………….33
3.3 Pembebanan Balok Prategang………………………………………34
3.4 Perhitungan Momen di Tengah Bentang……………………………36
3.5 Perhitungan Momen Ultimate………………………………………37
3.6 Perhitungan Gaya Prategang…………………………………………37
3.6.1 Beton Prategang Penuh………………………………………..37
3.6.2 Beton Prategang Parsial……………………………..…………38
3.7 Perhitungan Retak Beton..……………………………………………48
3.8 Kehilangan Gaya Prategang…………………………………………49
3.8.1 Kehilangan Jangka Pendek……………………………………50
3.8.2 Kehilangan Jangka Panjang……………………………………51
3.9 Perhitungan Lendutan……………………..…………………………55
BAB IV APLIKLASI PERHITUNGAN…………………………………………..57
4.1 Data Awal Perencanaan……………………………………………...57
4.2 Pra-Desain……………………………………………………………58
4.3 Perhitungan Precast Prestressed Rectangular Beam…………………64
4.3.1 Beton……………..…………………………………………….64

Universitas Sumatera Utara

4.3.2 Kabel prategang……………………………………………......67
4.4 Analisa Penampang……………………………………………….....67
4.4.1 Pra-Desain Penampang………………………………………...67
4.4.2 Analisa Geometri Penampang………………………………….67
4.5 Analisa Pembebanan Balok Prategang……………………………….69
4.5.1 Beban Mati……………………………………………………..69
4.5.2 Beban Hidup……………………………………………………70
4.6 Analisa Momen di Tengah Bentang………………………………….71
4.6.1 Beban Mati……………………………………………………..71
4.6.2 Beban Hidup……………………………………………………72
4.6.3 Ultimate Total………………………………………………….72
4.7 Kabel Prategang Penuh………………………………………………72
4.7.1 Profil Kabel…………………………………………………….72
4.7.2 Analisa Prategang………………………………………………75
4.7.3 Kontrol Tegangan…………………………………..…………76
4.7.4 Kehilangan Gaya Prategang………………………..…………77
4.7.5 Kehilangan Total Gaya Prategang………………….…………80
4.7.6 Lendutan Beton Prategang Penuh………………….………….81
4.8 Kabel Prategang Parsial I……………………………………………83
4.8.1 Profil Kabel……………………………………………………83
4.8.2 Analisa Indeks Penulangan……………………………………85
4.8.3 Kehilangan Gaya Prategang Parsial……………….…………90

Universitas Sumatera Utara

4.8.4 Kehilangan Total Gaya Prategang……………………………..93
4.8.5 Kontrol Tegangan…………………………………….………..97
4.8.6 Momen Retak ………………………………………………….97
4.8.7 Lebar Retak Beton Prategang Parsial………………….……….98
4.8.8 Lendutan Beton Prategang Parsial……………………….…….98
4.9 Kabel Prategang Parsial II……………………………………..……101
4.9.1 Profil Kabel………………………………………………..…101
4.9.2 Analisa Indeks Penulangan……………………………………..……102
4.9.3 Kehilangan Gaya Prategang Parsial……………………..……107
4.9.4 Kehilangan Total Gaya Prategang……………………..……..111
4.10 Bab Diskusi…………………………………………………………..121
BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………122
5.1 Kesimpulan…………………………………………………………122
5.2 Saran……………………………………………………………..…122

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………...124

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema pemberian gaya prategang

1

Gambar 1.2 Tampak depan rencana toko

4

Gambar 1.3

5

Skema perencanaan balok prestressed precast

Gambar 1.4 Daerah kern penampang persegi

5

Gambar 2.1 Tegangan pada balok prategang penuh

18

Gambar 2.2 Tegangan pada balok prategang parsial

19

Gambar 2.3 Penampang strand

29

Gambar 3.1 Kurva beban lendutan berbagai tingkat prategang

33

Gambar 3.2 Sketsa titik berat penampang

35

Gambar 3.3 Sketsa sambungan pada precast

37

Gambar 3.4 Perpendekan elastis beton

53

Gambar 4.1 Tampak depan toko

60

Gambar 4.2 Tampak samping toko

61

Gambar 4.3 Tampak belakang toko

61

Gambar 4.4 Rencana struktur rangka toko

64

Gambar 4.5 Rencana pondasi 1

65

Gambar 4.6 Rencana pondasi 2

65

Gambar 4.7 Rencana kolom 1, konsol 1 dan balok 1

65

Gambar 4.8 Rencana kolom 2, konsol 2 dan balok 2

65

Gambar 4.9 Denah pondasi

65

Gambar 4.10 Sketsa bentang balok

66

Gambar 4.11 Sketsa cross section balok

67

Gambar 4.12 Beban ekuivalen segitiga

73

Gambar 4.13 Skema baja prategang dan non-prategang parsial

88

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
σbk

σtop

tegangan tekan beton

β1

tekan pada serat bawah balok

a

tinggi diagram tekan segi empat ekuivalen

Ac

luas penampang beton

Aps

luas baja prategang

As

luas baja non-prategang

b

lebar penampang balok

C

gaya tekan penampang

c

jarak ke sumbu netral diagram tegangan

e

eksentrisitas

Ec

modulus elastisitas beton

Es

modulus elastisitas baja

f’c

kuat tekan beton pada awal penegangan

fcpe

tegangan pada baja prategang pada saat servis

fcse

tegangan pada baja non-prategang pada saat servis

fps

tegangan pada baja saat dekompresi

fr

modulus ruptur

fu

tegangan tarik ultimate

fy

tegangan leleh

h

tinggi penampang balok

Ix

inersia arah sumbu x penampang

Kcr

2,0 untuk struktur pratarik

σbottom

tegangan tekan pada serat atas balok

konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton

1,6 untuk struktur pasca tarik
L

panjang bentang

M

momen

Mu

momen ultimate

Pi

gaya prategang saat initial

Pe

gaya prategang efektif

Universitas Sumatera Utara

q

beban terbagi rata

Tu

gaya tarik pada serat bawah

w

berat jenis beton

wa

modulus section bagian atas

wb

modulus section bagian bawah

wu

indeks penulangan

ya

jarak titik berat ke serat atas terluar

yb

jarak titik berat ke serat bawah terluar

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1

Kebutuhan precast struktur toko

66

Tabel 4.2

Data penampang balok

72

Tabel 4.3

Hasil perencanaan prategang penuh

86

Tabel 4.4

Data pembebanan balok prategang

88

TAbel 4.5

Hasil Perencanaan prategang parsial

105

Universitas Sumatera Utara