Istilah Dalam Beton Prategang docx
Istilah Dalam Beton Prategang
beton prategang
beton bertulang yang telah diberikan tegangan tekan dalam untuk
mengurangi tegangan
tarik potensial dalam beton akibat beban kerja
friksi kelengkungan
friksi yang diakibatkan oleh bengkokan atau lengkungan di dalam profil
tendon prategang
yang disyaratkan
friksi wobble
friksi yang disebabkan oleh adanya penyimpangan yang tidak disengaja
pada penempatan
selongsong prategang dari kedudukan yang seharusnya
gaya jacking
gaya sementara yang ditimbulkan oleh alat yang mengakibatkan
terjadinya tarik pada tendon
dalam beton prategang
pasca tarik
cara pemberian tarikan, dalam sistem prategang dimana tendon ditarik
sesudah beton
mengeras
perangkat angkur
perangkat yang digunakan pada sistem prategang pasca tarik untuk
menyalurkan gaya
pasca tarik dari tendon ke beton
pratarik
pemberian gaya prategang dengan menarik tendon sebelum beton dicor
prategang efektif
tegangan yang masih bekerja pada tendon setelah semua kehilangan
tegangan terjadi, di
luar pengaruh beban mati dan beban tambahan
tendon
elemen baja misalnya kawat baja, kabel batang, kawat untai atau suatu
bundel dari elemenelemen
tersebut, yang digunakan untuk memberi gaya prategang pada beton
tendon dengan lekatan
tendon prategang yang direkatkan pada beton baik secara langsung
ataupun dengan cara
grouting
transfer
proses penyaluran tegangan dalam tendon prategang dari jack atau
perangkat angkur pasca
tarik kepada komponen struktur beton
tulangan
batang baja berbentuk polos atau berbentuk ulir atau berbentuk pipa
yang berfungsi untuk
menahan gaya tarik pada komponen struktur beton, tidak termasuk
tendon prategang,
kecuali bila secara khusus diikut sertakan
zona angkur
bagian komponen struktur prategang pasca tarik dimana gaya prategang
terpusat disalurkan
ke beton dan disebarkan secara lebih merata ke seluruh bagian
penampang. Panjang
daerah zona angkur ini adalah sama dengan dimensi terbesar
penampang. Untuk perangkat
angkur tengah, zona angkur mencakup daerah terganggu di depan dan di
belakang
perangkat angkur tersebut
zona angkur
bagian komponen struktur prategang pasca tarik dimana gaya prategang
terpusat disalurkan
ke beton dan disebarkan secara lebih merata ke seluruh bagian
penampang. Panjang
daerah zona angkur ini adalah sama dengan dimensi terbesar
penampang. Untuk perangkat
angkur tengah, zona angkur mencakup daerah terganggu di depan dan di
belakang
perangkat angkur tersebut
BETON PRATEGANG (PRESTRESSED CONCRETE)
BETON PRATEGANG
1
1. Sejarah
Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi terhadap tekan, tetapi
sebaliknya mempunyai kekuatan relative sangat rendah terhadap tarik.Beton tidak selamanya
bekerja secara efektif didalam penampang-penampang struktur beton bertulang, hanya bagian
tertekan saja yang efektif bekerja, sedangkan bagian beton yang retak dibagian yang tertarik tidak
bekerja efektif dan hanya merupakan beban mati yang tidak bermanfaat. Hal inilah yang
menyebabkan
tidak
dapatnya
diciptakan
srtuktur-struktur
beton
bertulang
dengan
bentang yang panjang secara ekonomis, karena terlalu banyak beban mati yang tidak efektif.
Disampimg itu, retak-retak disekitar baja tulangan bisa berbahaya bagi struktur karena merupakan
tempat meresapnya air dan udara luar kedalam baja tulangan sehingga terjadi karatan. Putusnya baja
tulangan akibat karatan fatal akibatnya bagi struktur.
Dengan kekurangan-kekurangan yang dirasakan pada struktur beton bertulang seperti
diuraikan diatas, timbullah gagasan untuk menggunakan kombinasi-kombinasi bahan beton secara
lain, yaitu dengan memberikan pratekanan pada beton melalui kabel baja (tendon) yang ditarik atau
biasa disebut beton pratekan. Beton pratekan pertama kali ditemukan oleh Eugene Freyssinet
seorang insinyur Perancis. Ia mengemukakan bahwa untuk mengatasi rangkak,relaksasi dan slip pada
jangkar kawat atau pada kabel maka digunakan beton dan baja yang bermutu tinggi. Disamping itu ia
juga telah menciptakan suatu system panjang kawat dan system penarikan yang baik, yang hingga
kini masih dipakai dan terkenal dengan system Freyssinet.
Dengan demikian, Freyssinet telah berhasil menciptakan suatu jenis struktur baru sebagai
tandingan dari strktur beton bertulang. Karena penampang beton tidak pernah tertarik, maka
seluruh beban dapat dimanfaatkan seluruhnya dan dengan system ini dimungkinkanlah penciptaan
struktur-struktur yang langsing dan bentang-bentang yang panjang. Beton pratekan untuk pertama
kalinya dilaksanakan besar-besaran dengan sukses oleh Freyssinet pada tahun 1933 di Gare Maritime
pelabuhan LeHavre (Perancis). Freyssenet sebagai bapak beton pratekan segera diikuti jejaknya oleh
para ahli lain dalam mengembangkan lebih lanjut jenis struktur ini,seperti:
a). Yves Gunyon
Yves Gunyon adalah seorang insinyur Perancis dan telah menerbitkan buku Masterpiecenya “
Beton precontraint” (2 jilid) pada tahun 1951. Beliau memecahkan kesulitan dalam segi perhitungan
struktur dari beton pratekan yang diakibatkan oleh gaya-gaya tambahan disebabkan oleh pembesian
pratekan pada struktur yang mana dijuluki sebagai “Gaya Parasit” maka Guyon dianggap sebagai
yang memberikan dasar dan latar belakang ilmiah dari beton pratekan.
b). T.Y. Lin
T.Y. Lin adalah seorang insinyur kelahiran Taiwan yang merupakan guru besar di California
University, Merkovoy. Keberhasilan beliau yaitu mampu memperhitungkan gaya-gaya parasit yang
tejadi pada struktur. Ia mengemukakan teorinya pada tahun 1963 tentang “ Load Balancing”. Dengan
cara ini kawat atau kabel prategang diberi bentuk dan gaya yang sedemikian rupa sehingga sebagian
dari beban rencana yang telah datetapkan dapat diimbangi seutuhnya pada beban seimbang ini.
Didalam struktur tidak terjadi lendutan dan karenanya tidak bekerja momen lentur apapun,
sedangkan tegangan beton pada penampang struktur bekerja merata. Beban-beban lain diluar beban
seimbang (beban vertikal dan horizontal) merupakan “inbalanced load”, yang akibatnya pada
struktur dapat dihitung dengan mudah dengan menggunakan teori struktur biasa. Tegangan akhir
dalam penampang didapat dengan menggunakan tegangan merata akibat “balanced” dan tegangan
lentur akibat “unbalanced load”. Tanpa melalui prosedur rumit dapat dihitung dengan mudah dan
cepat. Gagasan ini telah menjurus kepada pemakaian baja tulangan biasa disamping baja prategang,
yaitu dimana baja prategang hanya diperuntukkan guna memikul akibat dari inbalanced load.
Teori “inbalanced load” telah mengakibatkan perkembangan yang sangat pesat dalam
menggunakan beton pratekan dalam gedung-gedung bertingkat tinggi. Struktur flat slab, struktur
shell, dan lain-lain. Terutama di Amerika dewasa ini boleh dikatakan tidak ada gedung bertingkat
yang tidak menggunakan beton pratekan didalam strukturnya.
T.Y. Lin juga telah berhasil membuktikan bahwa beton pratekan dapat dipakai dengan aman
dalam bangunan-bangunan didaerah gempa, setelah sebelumnya beton pratekan dianggap sebagai
bahan yang kurang kenyal (ductile) untuk dipakai didaerah-daerah gempa, tetapi dikombinasikan
dengan tulangan baja biasa ternyata beton pratekan cukup kenyal, sehingga dapat memikul dengan
baik perubahan-perubahan bentuk yang diakibatkan oleh gempa.
c). P.W. Abeles
P.W. Abeles adalah seorang insinyur Inggris, yang sangat gigih mendongkrak aliran ”full
prestressing”, karena penggunaanya tidak kompetitif terhadap penggunaan beton bertulang biasa
dengan menggunakan baja tulangan mutu tinggi. Penggunaan full prestressing ini tidak ekonomis,
menurut berbagai penelitian biaya struktur dengan beton pratekan dan full prestressing dapat
sampai 3,5 atau 4 kali lebih mahal dari pada struktur yang sama tetapi dari beton bertulang biasa
dengan menggunakan tulangan baja mutu tinggi. Dengan demikian timbullah gagasan baru yang
dikemukakan oleh P.W. Abeles untuk mengkombinasikan prinsip pratekan dengan prinsip penulangan
penampang atau dikenal dengan nama “partial prestressing”. Yang mana didalam penampang
diijinkan diadakannya bagi tulangan, lebar retak dapat dikombinasikan dengan baik.
“Partial prestressing” telah disetujui oleh Chief Engineer’s Departement untuk digunakan
pada jembatan-jembatan kereta api di Inggris, dimana tegangan tarik boleh terjadi sampai 45 kg/cm2
dengan lebar retak yang dikendalikan dengan memasang baja tulangan biasa. Freyssinet sendiri
menjelang akhir karirnya telah mengakui juga bahwa “partial prestressing” mengembangkan
struktur-struktur tertentu. Begitupun dengan teori “load balancing” dari T.W. Lin yang ikut
mendorong dipakainya “partial prestressing” karena pertimbangannya kecuali segi ekonomis juga
segi praktisnya bagi perencanaan.
2. Aplikasi
Penggunaan sistem prategang pada elemen struktural linier adalah dengan memberikan gaya
konsentris atau eksentris dalam arah longitudinal. Gaya ini mencegah berkembangnya retak dengan
cara mengeliminasi atau sangat mengurangi tegangan tarik di bagian tumpuan dan daerah kritis pada
kondisi beban kerja, sehingga dapat meningkatkan kapasitas lentur, geser, dan torsional penampang
tersebut.
Selain itu, pemberian tegangan (stressing) juga digunakan pada cerobong reaktor nuklir,
pipa, dan tangki cairan, yang pada dasarnya mengikuti prinsip-prinsip dasar yang sama dengan
pemberian prategang linier. Tegangan melingkar pada struktur silindris atau kubah menetralisir
tegangan tarik di serat terluar dari permukaan kurvilinier yang disebabkan oleh tekanan kandungan
internal.
Struktur beton prategang mempunyai beberapa keuntungan, antara lain :
a)
b)
c)
Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, jadi lebih tahan terhadap keadaan korosif.
Kedap air, cocok untuk pipa dan tangki.
Karena terbentuknya lawan lendut sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhirnya akan
d)
e)
f)
lebih kecil dibandingkan pada beton bertulang.
Penampang struktur lebih kecil/langsing, sebab seluruh luas penampang dipakai secara efektif.
Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi beton biasa.
Ketahanan gesek balok dan ketahanan puntirnya bertambah. Maka struktur dengan bentang besar
dapat langsing. Tetapi ini menyebabkan Natural Frequency dari struktur berkurang, sehingga menjadi
dinamis instabil akibat getaran gempa/angin, kecuali bila struktur itu memiliki redaman yang cukup
atau kekakuannya ditambah.
Adapun kekurangan dari penggunaan beton prategang adalah :
a) Dengan ketahanan gesek balok dan ketahanan puntirnya bertambah, maka struktur dengan bentang
besar dapat langsing. Tetapi ini menyebabkan natural frequency dari struktur berkurang, sehingga
menjadi dinamis instabil akibat getaran gempa/angin, kecuali bila struktur itu memiliki redaman yang
cukup atau kekakuannya ditambah.
b)
Penggunaan bahan-bahan bermutu tinggi mengakibatkan harga satuan pekerjaan menjadi lebih
tinggi.
c) Pengerjaan membutuhkan menuntut ketelitian yang lebih tinggi dan pengawasan yang lebih ketat
dari pelaksana ahli.
3. Sifat-Sifat Bahan
a) Beton
Untuk beton pratekan diperlukan mutu beton yang tinggi (min K-300) karena mempunyai
sifat penyusutan dan rangkak yang rendah mempunyai modulus elastisitas dan modulus tekan yang
tinggi serta dapat menerima tegangan yang lebih besar dibandingkan beton mutu rendah,. Sifat-sifat
ini sangat penting untuk menghindarkan kehilangan tegangan yang cukup besar akibat sifat-sifat
beton tersebut.
b) Baja Prategang
Baja mutu tinggi merupakan bahan yang umum dipakai pada struktur beton prategang. Baja
untuk beton prategang terdiri dari:
Kawat baja
Kawat baja disediakan dalam bentuk gulungan, kawat dipotong dengan panjang tertentu dan
dipasang di pabrik atau lapangan. Baja harus bebas dari lemak untuk menjamin rekatan antara beton
dengan baja prategang.
Untaian kawat (strand)
Kekuatan batas strand ada 2 jenis yaitu 1720 MPa dan 1860 MPa, yang lazim dipakai adalah strand
dengan 7 kawat.
Tabel spesifikasi strand 7 kawat
Ø Nominal (mm)
Luas Nominal mm2
Kuat Putus (kN)
6,35
23,22
40
7,94
37,42
64,5
9,53
51,61
89
11,11
69,68
120,1
12,70
92,9
160,1
15,24
139,35
240,2
Batang Baja
Batang baja yang digunakan untuk beton prategang disyaratkan pada ASTM A 322, kekuatan batas
minimum adalah 1000 MPa. Modulus elastisitas 1,72 10 5 – 1,93.105 MPa. Batang baja mutu tinggi
tersedia pada panjang sekitar 24 m. Batang-batang baja tersedia sampai Ø 34,9 mm.
Bab IV : Beton Pratekan ( Beton Prategang )
Posted by bagusprahutdi on 20 Juni 2011
Seperti yang telah diketahui bahwa beton adalah suatu material yang tahan terhadap tekanan,
akan tetapi tidak tahan terhadap tarikan. Sedangkan baja adalah suatu material yang sangat
tahan terhadap tarikan. Dengan mengkombinasikan antara beton dan baja dimana nanti akan
disebut sebagai beton bertulang ( reinforced concrete ). Jadi pada beton bertulang, beton
hanya memikul tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik dipikul oleh baja sebagai
penulangan ( rebar ). Sehingga pada beton bertulang, penampang beton tidak 100% efektif
digunakan, karena bagian yang tertarik tidak diperhitungkan sebagai pemikul tegangan. Hal
ini dapat dilihat pada sketsa gambar disamping.
Suatu penampang beton bertulang dimana penampang beton yang diperhitungkan untuk
memikul tegangan tekan adalah bagian diatas garis netral ( bagian yang diarsir ), sedangkan
bagian dibawah garis netral adalah bagian tarik yang tidak diperhitungkan untuk memikul
gaya tarik karena beton tidak tahan terhadap tegangan tarik. Gaya tarik pada beton bertulang
dipikul oleh besi penulangan ( rebar ). Kelemahan lain dari konstruksi beton bertulang adalah
berat sendiri ( self weight ) yang besar, yaitu 2.400 kg/m3 , dapat dibayangkan berapa berat
penampang yang tidak diperhitungkan untuk memikul tegangan ( bagian tarik ).
Untuk mengatasi ini pada beton diberi tekanan awal sebelum beban-beban bekerja, sehingga
seluruh penampang beton dalam keadaan tertekan seluruhnya, inilah yang kemudian disebut
beton pratekan atau beton prategang ( prestressed concrete ). Perbedaan utama antara beton
bertulang dengan beton pratekan adalah cara kerjanya. Cara kerja beton bertulang adalah
mengkombinasikan antara beton dan baja tulangan dengan membiarkan kedua material
tersebut bekerja sendiri-sendiri, dimana beton memikul tekan dan tulangan baja memikul
tarik. Sedangkan beton pratekan mempunyai cara kerja dengan mengkombinasikan beton dan
tulangan baja secara aktif. Cara aktif ini dapat dicapai dengan cara menarik baja yang
menahannya ke beton, sehingga beton dalam keadaan tertekan.
Kelebihan beton pratekan :
1.Tahan terhadap korosi karena tahan retak di daerah tarik
2.Lebih kedap air
3.Lendutan lebih kecil
4.Penampang lebih kecil dari beton bertulang biasa/ volume lebih kecil
5.Berat baja yang digunakan lebih sedikit
6.Ketahanan geser dan puntir lebih besar
Kekurangan beton pratekan :
1.Berat jenis sedikit lebih besar
Prinsip Dasar Beton Pratekan
Beton pratekan dapat didefinisikan sebagai beton yang diberikan tegangan tekan internal
sedemikian rupa sehingga dapat meng-eleminir tegangan tarik yang terjadi akibat beban
eksternal sampai suatu batas tertentu. Ada 3 ( tiga ) konsep yang dapat dipergunakan untuk
menjelaskan dan menganalisa sifat-sifat dasar dari beton pratekan atau prategang :
1.Sistem pratekan/prategang untuk mengubah beton yang getas menjadi bahan yang elastis.
2.Sistem pratekan untuk kombinasi baja mutu tinggi dan beton mutu tinggi
3.Sistem prategang untuk mencapai keseimbangan beban
Metode Prategangan
Pada dasarnya ada 2 macam metode pemberian gaya prategang pada beton, yaitu :
1.Pratarik ( Pre-Tension Method ) Cara kerja metode ini baja prategan diberi gaya prategang
dahulu sebelum beton dicor, oleh karena itu disebut pre-tension method. Setelah gaya
prategang ditransfer ke beton, balok beton tersebut akan melengkung ke atas sebelum
menerima beban kerja. Setelah beban kerja bekerja, maka balok beton tersebut akan rata
2.Pasca tarik ( Post-Tension Method ) Pada metode pascatarik, beton dicor terlebih dahulu,
dimana sebelumnya telah disiapkan saluran kabel atau endon yang disebut duct. Karena
alasan transportasi dari pabrik beton ke site, maka biasanya beton prategang dengan sistem
post-tension ini dilaksanakan segmental ( balok dibagi-bagi, misalnya dengan panjang 1 -1,5
m ), kemudian pemberian gaya prategang dilaksanakan di site, setelah balok segmental
tersebut dirangkai.
Beton Prategang
Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, tetapi kekuatan
tariknya relatif rendah. Sedangkan baja adalah suatu material yang mempunyai kekuatan tarik
yang sangat tinggi. Dengan mengkombinasikan beton dan baja sebagai bahan struktur maka
tegangan telah dipikulkan kepada beton sementara tegangan tarik dipikulkan kepada baja.
Pada struktur dengan bentang yang panjang, struktur bertulang biasa tidak cukup untuk
menahan tegangan lentur sehingga terjadi retak-retak di daerah yang mempunyai tegangan
lentur, geser atau puntir yang tinggi.
Untuk mengatasi keretakan serta berbagai keterbatasan yang lain maka dilakukan penegangan
pada struktur beton bertulang. Sistem penegangan ini mulai digunakan pada tahun 1886 saat
PH. Jakson dari Amerika Serikat membuat kontruksi pelat atap.
Di Jerman pada tahun 1888, CEW Doehring mendapatkan hak paten untuk penegangan plat
beton dengan kawat baja. Pada 1928 Eugene Freyssinet, seorang insinyur Perancis, berhasil
memberikan pratekan terhadap struktur beton sehingga dimungkinkan untuk membuat desain
dengan penampang yang lebih kecil untuk bentang yang relatif panjang.
Kesulitan kemudian timbul dalam perhitungan struktur statis tak tentu, karena pemberian
pratekan menimbulkan gaya tambahan yang sulit diperhitungkan. Pada 1951 Yves Guyon
berhasil memberikan solusinya. Perkembangan beton pratekan berlanjut dengan
dikemukakannya Load Balancing Theory oleh Tung Yen Lin pada 1963. Teori tersebut telah
mendorong perkembangan penggunaan beton pratekan yang pesat. PW. Abeles dari Inggris
kemudian memperkenalkan penggunaan Partial Prestressing yang menginjinkan tegangan
tarik terbatas pada beton.
Keuntungan penggunaan beton prategang adalah :
1. Dapat memikul beban lentur yang lebih besar dari beton bertulang.
2. Dapat dipakai pada bentang yang lebih panjang dengan mengatur defleksinya.
3. Kelebihan geser dan puntirnya bertambah dengan adanya penegangan.
4. Dapat dipakai pada rekayasa kontruksi tertentu, misalnya pada kontruksi jembatan segmen.
5. Berbagai kelebihan lain pada penggunaan struktur khusus, seperti struktur plat dan
cangkang, struktur tangki, struktur pracetak dan lain-lain.
6. Pada penampang yang diberi penegangan, tegangan tarik dapat dieleminasi karena
besarnya gaya tekan disesuaikan dengan beban yang akan diterima.
Kekurangan struktur beton prategang relatif lebih sedikit dibanding berbagai kelebihannya,
diantaranya :
1. Memerlukan peralatan khusus seperti tendon, angkur, mesin penarik kabel, dll
2. Memerlukan keahlian khusus baik dalam perencanaan maupun pelaksanaannya.
A. Metode Pratekan
Untuk memberikan tekanan pada beton pratekan dilakukan sebelum atau setelah beton
dicetak/dicor. Kedua kondisi tersebut mebedakan sistem pratekan, yaitu Pre-Tension
(pratarik) dan Post-Tension (pascatarik).
Pratarik
Pada cara ini, tendon pertama-tama ditarik dan diangkur pada abutmen tetap. Beton dicor
pada cetakan yang sudah disediakan dengan melingkupi tendon yang sudah ditarik tersebut.
Jika kekuatan beton sudah mencapai yang disyaratkan maka tendon dipotong atau angkurnya
dilepas. Pada saat baja yang ditarik berusaha untuk berkontraksi, beton akan tertekan. Pada
cara ini tidak digunakan selongsong tendon.
Pascatarik
Dengan cara yang sudah disediakan, beton di cor disekeliling selongsong (ducts). Posisi
selongsong diatur sesuai dengan bidang momen dari struktur. Biasanya baja tendon tetap
berada didalam selongsong selama pengecoran. Jika beton sudah mencapai kekuatan tertentu,
tendon ditarik. Tendon bisa ditarik disatu sisi dan sisi yang lain diangkur. Atau tendon ditarik
di dua sisi dan diangkur secara bersamaan. Beton menjadi tertekan setelah pengangkuran.
B. Tahap Pembebanan
Tidak seperti beton bertulang, beton pratekan mengalami beberapa tahap pembebanan. Pada
setiap tahap pembebanan harus dilakukan pengecekan atas kondisi serat tertarik dari setiap
penampang. Pada tahap tersebut berlaku tegangan ijin yang berbeda-beda sesuai kondisi
beton atau tendon. Ada dua tahap pembebanan pada beton pratekan, yaitu Transfer dan
Service.
Transfer
Tahap transfer adalah tahap pada saat beton sudah mulai mengering dan dilakukan penarikan
kabel prategang. Pada saat ini biasanya yang bekerja hanya beban mati struktur, yaitu berat
sendiri struktur ditambah beban pekerja dan alat. Pada saat ini beban hidup belum bekerja
sehingga momen yang bekerja adalah minimum, sementara gaya yang bekerja adalah
maksimum karena belum ada kehilangan gaya prategang.
Servis
Kondisi Service (servis) adalah kondisi pada saat beton pratekan digunakan sebagai
komponen struktur. Kondisi ini dicapai setelah semua kehilangan gaya prategang
dipertimbangkan. Pada saat itu beban luar pada kondisi yang maksimum sedangkan gaya
pratekan mendekati harga minimum.
Pada setiap tahapan di atas ditentukan hasil analisis untuk dievaluasi. Hasil analisis bisa
berupa perhitungan tegangan atau kontrol terhadap harga, misalnya lendutan terhadap
lendutan ijin, nilai retak terhadap suatu nilai batas, dan lain sebagainya. Perhitungan tegangan
dilakukan untuk desain terhadap kekuatan, sedangkan kontrol terhadap harga dilakukan untuk
desain kekuatan, daya layan, ketahanan terhadap api ataupun tahap batas yang lain.
Perhitungan untuk tegangan bisa dilakukan dengan pendekatan kombinasi beban, konsep
kopel internal ( Internal Couple Concept ) atau metode beban penyeimbang ( Load Balancing
Method ).
C. Prosedur Perencanaan
Ada dua metode perencanaan struktur beton, yaitu metode beban kerja (working stress
method) dan metode beban batas (limit states method). Metode beban kerja dilakukan dengan
meghitung tegangan yang terjadi dan membandigkan dengan tegangan ijin yang
bersangkutan. Apabila tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan yang diijinkan maka
dinyatakan aman. Dalam menghitung tegangan, semua beban tidak dikalikan dengan faktor
beban. Tegangan ijin dikalikan dengan suatu faktor kelebihan tegangan (overstress factor).
Untuk struktur beton, metode ini diterapkan pada Peraturan Beton Indonesia (PBI 1971).
Metode beban kerja didasarkan pada batas-batas tertentu yang bisa dilampaui oleh suatu
sistem struktur. Batas-batas tersebut, terutama adalah kekuatan, kemampuan layan, keawetan,
ketahanan terhadap api, ketahanan terhadap beban kelelahan dan persyaratan khusus yang
berhubungan dengan sistem struktur tersebut. Setiap batas dinyatakan aman apabila aksi
rencana lebih kecil dari kapasitas komponen struktur. Aksi rencana dihitung dengan
menggunakan faktor reduksi kekuatan. Peraturan beton saat ini menggunakan pendekatan ini,
termasuk di Indonesia, SNI T15-1991-03, atau edisi barunya, SNI 03-2874-2002.
Beban pada struktur umumnya terdiri dari beban mati, beban hidup, beban angin, prategang,
gempa, tekanan tanah, tekanan air, dan lain-lain. Beban yang digunakan dalam desain
struktur dikalikan dengan suatu faktor beban dalam suatu kombinasi pembebanan. Berikut ini
kombinasi pembebanan dari beberapa peraturan untuk tahap batas kekuatan (Strength Limit
States).
SNI 03-2874-2002 kode Indonesia.
Beban Mati : U = 1,4 D
Beban Mati dan Hidup : U = 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (A atau R)
Beban Angin : U = 1,2 D + 1,0 L + 1,6 W + 0,5 (A atau R)
Gempa : U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E atau 0,9 D ± 1,0 E
ACI 318-83 (1983) Peraturan Amerika Serikat.
Beban Mati dan Hidup : U = 1,4 D + 1,7 L
Beban Angin : U = 0,75 (1,4 D + 1,7 L + 1,7 W) atau 0,9 D + 1,3 W
Gempa : U = 0,75 (1,4 D + 1,7 L + 1,1 E) atau 0,9 G + 1,1 E
Tekanan Tanah : U = 1,4 D + 1,7 L + 1,7 E atau 0,9 D + 1,7 E
D. Material Beton Prategang
Beton
Beton adalah campuran air, semen dan agregat serta suatu beban tambahan. Setelah beberapa
jam dicampur, bahan-bahan tersebut akan langsung mengeras sesuai bentuk pada waktu
basahnya. Campuran tipikal untuk beton dengan perbandingan berat adalah agregat kasar 44
%, agregat halus 31 %, dan air 7 %. Kekuatan beton ditentukan oleh kuat tekan karakteristik,
pada usia 28 hari f’c. Kuat tekan karakteristik adalah tegangan yang melampaui 95 % dari
pengukuran kuat tekan uniaksial yang diambil dari tes penekanan standar, yaitu dengan kubus
ukuran 150 x 150 mm, atau silinder dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm.
Pengukuran kekuatan dengan kubus adalah lebih tinggi daripada dengan silinder. Rasio antara
kekuatan silinder dan kubus adalah 0,8.
Beton yang digunakan untuk beton prategang adalah yang mempunyai kekuatan tekan yang
cukup tinggi dengan nilai f’c antara 30-45 Mpa. Kuat tekan yang tinggi diprelukan untuk
menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya
keretakan, mempunyai modulus elastisitas yang tinggi dan mengalami rangka lebih kecil.
Baja
Baja yang dipakai untuk beton prategang dalam taktik ada empat macam, yaitu :
1. Kawat tunggal (wires), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang
dengan sistem pratarik.
2. Untaian Kawat (strand), biasanya digunakan untuk baja prategang untuk beton prategang
dengan sistem pascatarik
3. Kawat Batangan (bars), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang
dengan sistem pratarik.
4. Tulangan biasa, sering digunakan unutk tulangan non-prategang (tidak ditarik), seperti
tulangan memanjang, sengkang, tulangan untuk pengangkuran dan lain-lain.
Kawat tunggal yang dipakai untuk beton prategang adalah yang sesuai dengan spesifikasi
ASTM A 421 di Amerika Serikat. Ukuran dari kawat tunggal bervariasi dengan diameter 3-8
mm, dengan tegangan tarik (fp) antara 1500 – 17000 Mpa, dengan modulus elastisitas Ep =
200 x 10³ Mpa. Untuk tujuan desain, tegangan leleh dapat diambil sebesar 0,85 dari tegangan
tariknya (0,85 fp).
E. Perhitungan Tegangan Serat Pada Balok Prategang Dengan Metode Dasar
Contoh 1
Sebuah balok T ganda 10LDT4 pratarik tanpa topping yang ditumpu sederhana mempunyai
bentang 64 ft (19,51 m) dan geometri. Balok tersebut mengalami beban mati terbagi merata
tambahan WSD dan beban hidup WL sehingga totalnya adalah 420 plf (6,13 KN/m).
Prategang awal sebelum kehilangan adalah ƒpi = 0,70 ƒpu = 189.000 psi (1303 Mpa) dan
prategang efektif sesudah kehilangan adalah ƒpe = 150.000 psi (1034 Mpa). Hitungan
tegangan serat ditengah bentang akibat .
a) Prategang penuh awal tanpa beban gravitasi eksternal
b) Kondisi beban kerja akhir apabila kehilangan prategang telah terjadi.
Data tegangan ijin adalah sebagai berikut :
ƒc’ = 6000 psi, beton ringan (41,4 Mpa)
ƒpu = 270.000 (1862 Mpa) = kuat tarik tendon yang ditetapkan
ƒpy = 220.000 psi (1517 Mpa) = kuat leleh tendon yang ditetapkan
ƒpe = 150.000 psi (1034 Mpa)
ƒt = 12 √ƒ’c = 930 psi (6,4 Mpa) = tegangan tarik izin malsimum di beton
ƒci’ = 4800 psi (33,1 Mpa) = kuat tekan beton pada saat prategang awal
ƒci = 0,6 ƒci’ = 2880 psi (19,9 Mpa) = tegangan izin maksimum di beton pada saat prategang
awal.
ƒc = 0,45 ƒc’ = tegangan tekan ijin maksimum di beton pada kondisi beban kerja
Asumsikan bahwa tendon dengan 10 strands tujuh kawat berdiameter 1/2 in (12,7
mm) dengan pola strand 108-D1 digunakan pada balok prategang ini.
Ac = 449 in.² (2915 cm²)
Ic = 22.469 in
r ² = Ic / Ac = 50,04 in²
cb = 17,77 in. (452 mm)
ct = 6,23 in. (158 mm)
beton prategang
beton bertulang yang telah diberikan tegangan tekan dalam untuk
mengurangi tegangan
tarik potensial dalam beton akibat beban kerja
friksi kelengkungan
friksi yang diakibatkan oleh bengkokan atau lengkungan di dalam profil
tendon prategang
yang disyaratkan
friksi wobble
friksi yang disebabkan oleh adanya penyimpangan yang tidak disengaja
pada penempatan
selongsong prategang dari kedudukan yang seharusnya
gaya jacking
gaya sementara yang ditimbulkan oleh alat yang mengakibatkan
terjadinya tarik pada tendon
dalam beton prategang
pasca tarik
cara pemberian tarikan, dalam sistem prategang dimana tendon ditarik
sesudah beton
mengeras
perangkat angkur
perangkat yang digunakan pada sistem prategang pasca tarik untuk
menyalurkan gaya
pasca tarik dari tendon ke beton
pratarik
pemberian gaya prategang dengan menarik tendon sebelum beton dicor
prategang efektif
tegangan yang masih bekerja pada tendon setelah semua kehilangan
tegangan terjadi, di
luar pengaruh beban mati dan beban tambahan
tendon
elemen baja misalnya kawat baja, kabel batang, kawat untai atau suatu
bundel dari elemenelemen
tersebut, yang digunakan untuk memberi gaya prategang pada beton
tendon dengan lekatan
tendon prategang yang direkatkan pada beton baik secara langsung
ataupun dengan cara
grouting
transfer
proses penyaluran tegangan dalam tendon prategang dari jack atau
perangkat angkur pasca
tarik kepada komponen struktur beton
tulangan
batang baja berbentuk polos atau berbentuk ulir atau berbentuk pipa
yang berfungsi untuk
menahan gaya tarik pada komponen struktur beton, tidak termasuk
tendon prategang,
kecuali bila secara khusus diikut sertakan
zona angkur
bagian komponen struktur prategang pasca tarik dimana gaya prategang
terpusat disalurkan
ke beton dan disebarkan secara lebih merata ke seluruh bagian
penampang. Panjang
daerah zona angkur ini adalah sama dengan dimensi terbesar
penampang. Untuk perangkat
angkur tengah, zona angkur mencakup daerah terganggu di depan dan di
belakang
perangkat angkur tersebut
zona angkur
bagian komponen struktur prategang pasca tarik dimana gaya prategang
terpusat disalurkan
ke beton dan disebarkan secara lebih merata ke seluruh bagian
penampang. Panjang
daerah zona angkur ini adalah sama dengan dimensi terbesar
penampang. Untuk perangkat
angkur tengah, zona angkur mencakup daerah terganggu di depan dan di
belakang
perangkat angkur tersebut
BETON PRATEGANG (PRESTRESSED CONCRETE)
BETON PRATEGANG
1
1. Sejarah
Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi terhadap tekan, tetapi
sebaliknya mempunyai kekuatan relative sangat rendah terhadap tarik.Beton tidak selamanya
bekerja secara efektif didalam penampang-penampang struktur beton bertulang, hanya bagian
tertekan saja yang efektif bekerja, sedangkan bagian beton yang retak dibagian yang tertarik tidak
bekerja efektif dan hanya merupakan beban mati yang tidak bermanfaat. Hal inilah yang
menyebabkan
tidak
dapatnya
diciptakan
srtuktur-struktur
beton
bertulang
dengan
bentang yang panjang secara ekonomis, karena terlalu banyak beban mati yang tidak efektif.
Disampimg itu, retak-retak disekitar baja tulangan bisa berbahaya bagi struktur karena merupakan
tempat meresapnya air dan udara luar kedalam baja tulangan sehingga terjadi karatan. Putusnya baja
tulangan akibat karatan fatal akibatnya bagi struktur.
Dengan kekurangan-kekurangan yang dirasakan pada struktur beton bertulang seperti
diuraikan diatas, timbullah gagasan untuk menggunakan kombinasi-kombinasi bahan beton secara
lain, yaitu dengan memberikan pratekanan pada beton melalui kabel baja (tendon) yang ditarik atau
biasa disebut beton pratekan. Beton pratekan pertama kali ditemukan oleh Eugene Freyssinet
seorang insinyur Perancis. Ia mengemukakan bahwa untuk mengatasi rangkak,relaksasi dan slip pada
jangkar kawat atau pada kabel maka digunakan beton dan baja yang bermutu tinggi. Disamping itu ia
juga telah menciptakan suatu system panjang kawat dan system penarikan yang baik, yang hingga
kini masih dipakai dan terkenal dengan system Freyssinet.
Dengan demikian, Freyssinet telah berhasil menciptakan suatu jenis struktur baru sebagai
tandingan dari strktur beton bertulang. Karena penampang beton tidak pernah tertarik, maka
seluruh beban dapat dimanfaatkan seluruhnya dan dengan system ini dimungkinkanlah penciptaan
struktur-struktur yang langsing dan bentang-bentang yang panjang. Beton pratekan untuk pertama
kalinya dilaksanakan besar-besaran dengan sukses oleh Freyssinet pada tahun 1933 di Gare Maritime
pelabuhan LeHavre (Perancis). Freyssenet sebagai bapak beton pratekan segera diikuti jejaknya oleh
para ahli lain dalam mengembangkan lebih lanjut jenis struktur ini,seperti:
a). Yves Gunyon
Yves Gunyon adalah seorang insinyur Perancis dan telah menerbitkan buku Masterpiecenya “
Beton precontraint” (2 jilid) pada tahun 1951. Beliau memecahkan kesulitan dalam segi perhitungan
struktur dari beton pratekan yang diakibatkan oleh gaya-gaya tambahan disebabkan oleh pembesian
pratekan pada struktur yang mana dijuluki sebagai “Gaya Parasit” maka Guyon dianggap sebagai
yang memberikan dasar dan latar belakang ilmiah dari beton pratekan.
b). T.Y. Lin
T.Y. Lin adalah seorang insinyur kelahiran Taiwan yang merupakan guru besar di California
University, Merkovoy. Keberhasilan beliau yaitu mampu memperhitungkan gaya-gaya parasit yang
tejadi pada struktur. Ia mengemukakan teorinya pada tahun 1963 tentang “ Load Balancing”. Dengan
cara ini kawat atau kabel prategang diberi bentuk dan gaya yang sedemikian rupa sehingga sebagian
dari beban rencana yang telah datetapkan dapat diimbangi seutuhnya pada beban seimbang ini.
Didalam struktur tidak terjadi lendutan dan karenanya tidak bekerja momen lentur apapun,
sedangkan tegangan beton pada penampang struktur bekerja merata. Beban-beban lain diluar beban
seimbang (beban vertikal dan horizontal) merupakan “inbalanced load”, yang akibatnya pada
struktur dapat dihitung dengan mudah dengan menggunakan teori struktur biasa. Tegangan akhir
dalam penampang didapat dengan menggunakan tegangan merata akibat “balanced” dan tegangan
lentur akibat “unbalanced load”. Tanpa melalui prosedur rumit dapat dihitung dengan mudah dan
cepat. Gagasan ini telah menjurus kepada pemakaian baja tulangan biasa disamping baja prategang,
yaitu dimana baja prategang hanya diperuntukkan guna memikul akibat dari inbalanced load.
Teori “inbalanced load” telah mengakibatkan perkembangan yang sangat pesat dalam
menggunakan beton pratekan dalam gedung-gedung bertingkat tinggi. Struktur flat slab, struktur
shell, dan lain-lain. Terutama di Amerika dewasa ini boleh dikatakan tidak ada gedung bertingkat
yang tidak menggunakan beton pratekan didalam strukturnya.
T.Y. Lin juga telah berhasil membuktikan bahwa beton pratekan dapat dipakai dengan aman
dalam bangunan-bangunan didaerah gempa, setelah sebelumnya beton pratekan dianggap sebagai
bahan yang kurang kenyal (ductile) untuk dipakai didaerah-daerah gempa, tetapi dikombinasikan
dengan tulangan baja biasa ternyata beton pratekan cukup kenyal, sehingga dapat memikul dengan
baik perubahan-perubahan bentuk yang diakibatkan oleh gempa.
c). P.W. Abeles
P.W. Abeles adalah seorang insinyur Inggris, yang sangat gigih mendongkrak aliran ”full
prestressing”, karena penggunaanya tidak kompetitif terhadap penggunaan beton bertulang biasa
dengan menggunakan baja tulangan mutu tinggi. Penggunaan full prestressing ini tidak ekonomis,
menurut berbagai penelitian biaya struktur dengan beton pratekan dan full prestressing dapat
sampai 3,5 atau 4 kali lebih mahal dari pada struktur yang sama tetapi dari beton bertulang biasa
dengan menggunakan tulangan baja mutu tinggi. Dengan demikian timbullah gagasan baru yang
dikemukakan oleh P.W. Abeles untuk mengkombinasikan prinsip pratekan dengan prinsip penulangan
penampang atau dikenal dengan nama “partial prestressing”. Yang mana didalam penampang
diijinkan diadakannya bagi tulangan, lebar retak dapat dikombinasikan dengan baik.
“Partial prestressing” telah disetujui oleh Chief Engineer’s Departement untuk digunakan
pada jembatan-jembatan kereta api di Inggris, dimana tegangan tarik boleh terjadi sampai 45 kg/cm2
dengan lebar retak yang dikendalikan dengan memasang baja tulangan biasa. Freyssinet sendiri
menjelang akhir karirnya telah mengakui juga bahwa “partial prestressing” mengembangkan
struktur-struktur tertentu. Begitupun dengan teori “load balancing” dari T.W. Lin yang ikut
mendorong dipakainya “partial prestressing” karena pertimbangannya kecuali segi ekonomis juga
segi praktisnya bagi perencanaan.
2. Aplikasi
Penggunaan sistem prategang pada elemen struktural linier adalah dengan memberikan gaya
konsentris atau eksentris dalam arah longitudinal. Gaya ini mencegah berkembangnya retak dengan
cara mengeliminasi atau sangat mengurangi tegangan tarik di bagian tumpuan dan daerah kritis pada
kondisi beban kerja, sehingga dapat meningkatkan kapasitas lentur, geser, dan torsional penampang
tersebut.
Selain itu, pemberian tegangan (stressing) juga digunakan pada cerobong reaktor nuklir,
pipa, dan tangki cairan, yang pada dasarnya mengikuti prinsip-prinsip dasar yang sama dengan
pemberian prategang linier. Tegangan melingkar pada struktur silindris atau kubah menetralisir
tegangan tarik di serat terluar dari permukaan kurvilinier yang disebabkan oleh tekanan kandungan
internal.
Struktur beton prategang mempunyai beberapa keuntungan, antara lain :
a)
b)
c)
Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, jadi lebih tahan terhadap keadaan korosif.
Kedap air, cocok untuk pipa dan tangki.
Karena terbentuknya lawan lendut sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhirnya akan
d)
e)
f)
lebih kecil dibandingkan pada beton bertulang.
Penampang struktur lebih kecil/langsing, sebab seluruh luas penampang dipakai secara efektif.
Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi beton biasa.
Ketahanan gesek balok dan ketahanan puntirnya bertambah. Maka struktur dengan bentang besar
dapat langsing. Tetapi ini menyebabkan Natural Frequency dari struktur berkurang, sehingga menjadi
dinamis instabil akibat getaran gempa/angin, kecuali bila struktur itu memiliki redaman yang cukup
atau kekakuannya ditambah.
Adapun kekurangan dari penggunaan beton prategang adalah :
a) Dengan ketahanan gesek balok dan ketahanan puntirnya bertambah, maka struktur dengan bentang
besar dapat langsing. Tetapi ini menyebabkan natural frequency dari struktur berkurang, sehingga
menjadi dinamis instabil akibat getaran gempa/angin, kecuali bila struktur itu memiliki redaman yang
cukup atau kekakuannya ditambah.
b)
Penggunaan bahan-bahan bermutu tinggi mengakibatkan harga satuan pekerjaan menjadi lebih
tinggi.
c) Pengerjaan membutuhkan menuntut ketelitian yang lebih tinggi dan pengawasan yang lebih ketat
dari pelaksana ahli.
3. Sifat-Sifat Bahan
a) Beton
Untuk beton pratekan diperlukan mutu beton yang tinggi (min K-300) karena mempunyai
sifat penyusutan dan rangkak yang rendah mempunyai modulus elastisitas dan modulus tekan yang
tinggi serta dapat menerima tegangan yang lebih besar dibandingkan beton mutu rendah,. Sifat-sifat
ini sangat penting untuk menghindarkan kehilangan tegangan yang cukup besar akibat sifat-sifat
beton tersebut.
b) Baja Prategang
Baja mutu tinggi merupakan bahan yang umum dipakai pada struktur beton prategang. Baja
untuk beton prategang terdiri dari:
Kawat baja
Kawat baja disediakan dalam bentuk gulungan, kawat dipotong dengan panjang tertentu dan
dipasang di pabrik atau lapangan. Baja harus bebas dari lemak untuk menjamin rekatan antara beton
dengan baja prategang.
Untaian kawat (strand)
Kekuatan batas strand ada 2 jenis yaitu 1720 MPa dan 1860 MPa, yang lazim dipakai adalah strand
dengan 7 kawat.
Tabel spesifikasi strand 7 kawat
Ø Nominal (mm)
Luas Nominal mm2
Kuat Putus (kN)
6,35
23,22
40
7,94
37,42
64,5
9,53
51,61
89
11,11
69,68
120,1
12,70
92,9
160,1
15,24
139,35
240,2
Batang Baja
Batang baja yang digunakan untuk beton prategang disyaratkan pada ASTM A 322, kekuatan batas
minimum adalah 1000 MPa. Modulus elastisitas 1,72 10 5 – 1,93.105 MPa. Batang baja mutu tinggi
tersedia pada panjang sekitar 24 m. Batang-batang baja tersedia sampai Ø 34,9 mm.
Bab IV : Beton Pratekan ( Beton Prategang )
Posted by bagusprahutdi on 20 Juni 2011
Seperti yang telah diketahui bahwa beton adalah suatu material yang tahan terhadap tekanan,
akan tetapi tidak tahan terhadap tarikan. Sedangkan baja adalah suatu material yang sangat
tahan terhadap tarikan. Dengan mengkombinasikan antara beton dan baja dimana nanti akan
disebut sebagai beton bertulang ( reinforced concrete ). Jadi pada beton bertulang, beton
hanya memikul tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik dipikul oleh baja sebagai
penulangan ( rebar ). Sehingga pada beton bertulang, penampang beton tidak 100% efektif
digunakan, karena bagian yang tertarik tidak diperhitungkan sebagai pemikul tegangan. Hal
ini dapat dilihat pada sketsa gambar disamping.
Suatu penampang beton bertulang dimana penampang beton yang diperhitungkan untuk
memikul tegangan tekan adalah bagian diatas garis netral ( bagian yang diarsir ), sedangkan
bagian dibawah garis netral adalah bagian tarik yang tidak diperhitungkan untuk memikul
gaya tarik karena beton tidak tahan terhadap tegangan tarik. Gaya tarik pada beton bertulang
dipikul oleh besi penulangan ( rebar ). Kelemahan lain dari konstruksi beton bertulang adalah
berat sendiri ( self weight ) yang besar, yaitu 2.400 kg/m3 , dapat dibayangkan berapa berat
penampang yang tidak diperhitungkan untuk memikul tegangan ( bagian tarik ).
Untuk mengatasi ini pada beton diberi tekanan awal sebelum beban-beban bekerja, sehingga
seluruh penampang beton dalam keadaan tertekan seluruhnya, inilah yang kemudian disebut
beton pratekan atau beton prategang ( prestressed concrete ). Perbedaan utama antara beton
bertulang dengan beton pratekan adalah cara kerjanya. Cara kerja beton bertulang adalah
mengkombinasikan antara beton dan baja tulangan dengan membiarkan kedua material
tersebut bekerja sendiri-sendiri, dimana beton memikul tekan dan tulangan baja memikul
tarik. Sedangkan beton pratekan mempunyai cara kerja dengan mengkombinasikan beton dan
tulangan baja secara aktif. Cara aktif ini dapat dicapai dengan cara menarik baja yang
menahannya ke beton, sehingga beton dalam keadaan tertekan.
Kelebihan beton pratekan :
1.Tahan terhadap korosi karena tahan retak di daerah tarik
2.Lebih kedap air
3.Lendutan lebih kecil
4.Penampang lebih kecil dari beton bertulang biasa/ volume lebih kecil
5.Berat baja yang digunakan lebih sedikit
6.Ketahanan geser dan puntir lebih besar
Kekurangan beton pratekan :
1.Berat jenis sedikit lebih besar
Prinsip Dasar Beton Pratekan
Beton pratekan dapat didefinisikan sebagai beton yang diberikan tegangan tekan internal
sedemikian rupa sehingga dapat meng-eleminir tegangan tarik yang terjadi akibat beban
eksternal sampai suatu batas tertentu. Ada 3 ( tiga ) konsep yang dapat dipergunakan untuk
menjelaskan dan menganalisa sifat-sifat dasar dari beton pratekan atau prategang :
1.Sistem pratekan/prategang untuk mengubah beton yang getas menjadi bahan yang elastis.
2.Sistem pratekan untuk kombinasi baja mutu tinggi dan beton mutu tinggi
3.Sistem prategang untuk mencapai keseimbangan beban
Metode Prategangan
Pada dasarnya ada 2 macam metode pemberian gaya prategang pada beton, yaitu :
1.Pratarik ( Pre-Tension Method ) Cara kerja metode ini baja prategan diberi gaya prategang
dahulu sebelum beton dicor, oleh karena itu disebut pre-tension method. Setelah gaya
prategang ditransfer ke beton, balok beton tersebut akan melengkung ke atas sebelum
menerima beban kerja. Setelah beban kerja bekerja, maka balok beton tersebut akan rata
2.Pasca tarik ( Post-Tension Method ) Pada metode pascatarik, beton dicor terlebih dahulu,
dimana sebelumnya telah disiapkan saluran kabel atau endon yang disebut duct. Karena
alasan transportasi dari pabrik beton ke site, maka biasanya beton prategang dengan sistem
post-tension ini dilaksanakan segmental ( balok dibagi-bagi, misalnya dengan panjang 1 -1,5
m ), kemudian pemberian gaya prategang dilaksanakan di site, setelah balok segmental
tersebut dirangkai.
Beton Prategang
Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, tetapi kekuatan
tariknya relatif rendah. Sedangkan baja adalah suatu material yang mempunyai kekuatan tarik
yang sangat tinggi. Dengan mengkombinasikan beton dan baja sebagai bahan struktur maka
tegangan telah dipikulkan kepada beton sementara tegangan tarik dipikulkan kepada baja.
Pada struktur dengan bentang yang panjang, struktur bertulang biasa tidak cukup untuk
menahan tegangan lentur sehingga terjadi retak-retak di daerah yang mempunyai tegangan
lentur, geser atau puntir yang tinggi.
Untuk mengatasi keretakan serta berbagai keterbatasan yang lain maka dilakukan penegangan
pada struktur beton bertulang. Sistem penegangan ini mulai digunakan pada tahun 1886 saat
PH. Jakson dari Amerika Serikat membuat kontruksi pelat atap.
Di Jerman pada tahun 1888, CEW Doehring mendapatkan hak paten untuk penegangan plat
beton dengan kawat baja. Pada 1928 Eugene Freyssinet, seorang insinyur Perancis, berhasil
memberikan pratekan terhadap struktur beton sehingga dimungkinkan untuk membuat desain
dengan penampang yang lebih kecil untuk bentang yang relatif panjang.
Kesulitan kemudian timbul dalam perhitungan struktur statis tak tentu, karena pemberian
pratekan menimbulkan gaya tambahan yang sulit diperhitungkan. Pada 1951 Yves Guyon
berhasil memberikan solusinya. Perkembangan beton pratekan berlanjut dengan
dikemukakannya Load Balancing Theory oleh Tung Yen Lin pada 1963. Teori tersebut telah
mendorong perkembangan penggunaan beton pratekan yang pesat. PW. Abeles dari Inggris
kemudian memperkenalkan penggunaan Partial Prestressing yang menginjinkan tegangan
tarik terbatas pada beton.
Keuntungan penggunaan beton prategang adalah :
1. Dapat memikul beban lentur yang lebih besar dari beton bertulang.
2. Dapat dipakai pada bentang yang lebih panjang dengan mengatur defleksinya.
3. Kelebihan geser dan puntirnya bertambah dengan adanya penegangan.
4. Dapat dipakai pada rekayasa kontruksi tertentu, misalnya pada kontruksi jembatan segmen.
5. Berbagai kelebihan lain pada penggunaan struktur khusus, seperti struktur plat dan
cangkang, struktur tangki, struktur pracetak dan lain-lain.
6. Pada penampang yang diberi penegangan, tegangan tarik dapat dieleminasi karena
besarnya gaya tekan disesuaikan dengan beban yang akan diterima.
Kekurangan struktur beton prategang relatif lebih sedikit dibanding berbagai kelebihannya,
diantaranya :
1. Memerlukan peralatan khusus seperti tendon, angkur, mesin penarik kabel, dll
2. Memerlukan keahlian khusus baik dalam perencanaan maupun pelaksanaannya.
A. Metode Pratekan
Untuk memberikan tekanan pada beton pratekan dilakukan sebelum atau setelah beton
dicetak/dicor. Kedua kondisi tersebut mebedakan sistem pratekan, yaitu Pre-Tension
(pratarik) dan Post-Tension (pascatarik).
Pratarik
Pada cara ini, tendon pertama-tama ditarik dan diangkur pada abutmen tetap. Beton dicor
pada cetakan yang sudah disediakan dengan melingkupi tendon yang sudah ditarik tersebut.
Jika kekuatan beton sudah mencapai yang disyaratkan maka tendon dipotong atau angkurnya
dilepas. Pada saat baja yang ditarik berusaha untuk berkontraksi, beton akan tertekan. Pada
cara ini tidak digunakan selongsong tendon.
Pascatarik
Dengan cara yang sudah disediakan, beton di cor disekeliling selongsong (ducts). Posisi
selongsong diatur sesuai dengan bidang momen dari struktur. Biasanya baja tendon tetap
berada didalam selongsong selama pengecoran. Jika beton sudah mencapai kekuatan tertentu,
tendon ditarik. Tendon bisa ditarik disatu sisi dan sisi yang lain diangkur. Atau tendon ditarik
di dua sisi dan diangkur secara bersamaan. Beton menjadi tertekan setelah pengangkuran.
B. Tahap Pembebanan
Tidak seperti beton bertulang, beton pratekan mengalami beberapa tahap pembebanan. Pada
setiap tahap pembebanan harus dilakukan pengecekan atas kondisi serat tertarik dari setiap
penampang. Pada tahap tersebut berlaku tegangan ijin yang berbeda-beda sesuai kondisi
beton atau tendon. Ada dua tahap pembebanan pada beton pratekan, yaitu Transfer dan
Service.
Transfer
Tahap transfer adalah tahap pada saat beton sudah mulai mengering dan dilakukan penarikan
kabel prategang. Pada saat ini biasanya yang bekerja hanya beban mati struktur, yaitu berat
sendiri struktur ditambah beban pekerja dan alat. Pada saat ini beban hidup belum bekerja
sehingga momen yang bekerja adalah minimum, sementara gaya yang bekerja adalah
maksimum karena belum ada kehilangan gaya prategang.
Servis
Kondisi Service (servis) adalah kondisi pada saat beton pratekan digunakan sebagai
komponen struktur. Kondisi ini dicapai setelah semua kehilangan gaya prategang
dipertimbangkan. Pada saat itu beban luar pada kondisi yang maksimum sedangkan gaya
pratekan mendekati harga minimum.
Pada setiap tahapan di atas ditentukan hasil analisis untuk dievaluasi. Hasil analisis bisa
berupa perhitungan tegangan atau kontrol terhadap harga, misalnya lendutan terhadap
lendutan ijin, nilai retak terhadap suatu nilai batas, dan lain sebagainya. Perhitungan tegangan
dilakukan untuk desain terhadap kekuatan, sedangkan kontrol terhadap harga dilakukan untuk
desain kekuatan, daya layan, ketahanan terhadap api ataupun tahap batas yang lain.
Perhitungan untuk tegangan bisa dilakukan dengan pendekatan kombinasi beban, konsep
kopel internal ( Internal Couple Concept ) atau metode beban penyeimbang ( Load Balancing
Method ).
C. Prosedur Perencanaan
Ada dua metode perencanaan struktur beton, yaitu metode beban kerja (working stress
method) dan metode beban batas (limit states method). Metode beban kerja dilakukan dengan
meghitung tegangan yang terjadi dan membandigkan dengan tegangan ijin yang
bersangkutan. Apabila tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan yang diijinkan maka
dinyatakan aman. Dalam menghitung tegangan, semua beban tidak dikalikan dengan faktor
beban. Tegangan ijin dikalikan dengan suatu faktor kelebihan tegangan (overstress factor).
Untuk struktur beton, metode ini diterapkan pada Peraturan Beton Indonesia (PBI 1971).
Metode beban kerja didasarkan pada batas-batas tertentu yang bisa dilampaui oleh suatu
sistem struktur. Batas-batas tersebut, terutama adalah kekuatan, kemampuan layan, keawetan,
ketahanan terhadap api, ketahanan terhadap beban kelelahan dan persyaratan khusus yang
berhubungan dengan sistem struktur tersebut. Setiap batas dinyatakan aman apabila aksi
rencana lebih kecil dari kapasitas komponen struktur. Aksi rencana dihitung dengan
menggunakan faktor reduksi kekuatan. Peraturan beton saat ini menggunakan pendekatan ini,
termasuk di Indonesia, SNI T15-1991-03, atau edisi barunya, SNI 03-2874-2002.
Beban pada struktur umumnya terdiri dari beban mati, beban hidup, beban angin, prategang,
gempa, tekanan tanah, tekanan air, dan lain-lain. Beban yang digunakan dalam desain
struktur dikalikan dengan suatu faktor beban dalam suatu kombinasi pembebanan. Berikut ini
kombinasi pembebanan dari beberapa peraturan untuk tahap batas kekuatan (Strength Limit
States).
SNI 03-2874-2002 kode Indonesia.
Beban Mati : U = 1,4 D
Beban Mati dan Hidup : U = 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (A atau R)
Beban Angin : U = 1,2 D + 1,0 L + 1,6 W + 0,5 (A atau R)
Gempa : U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E atau 0,9 D ± 1,0 E
ACI 318-83 (1983) Peraturan Amerika Serikat.
Beban Mati dan Hidup : U = 1,4 D + 1,7 L
Beban Angin : U = 0,75 (1,4 D + 1,7 L + 1,7 W) atau 0,9 D + 1,3 W
Gempa : U = 0,75 (1,4 D + 1,7 L + 1,1 E) atau 0,9 G + 1,1 E
Tekanan Tanah : U = 1,4 D + 1,7 L + 1,7 E atau 0,9 D + 1,7 E
D. Material Beton Prategang
Beton
Beton adalah campuran air, semen dan agregat serta suatu beban tambahan. Setelah beberapa
jam dicampur, bahan-bahan tersebut akan langsung mengeras sesuai bentuk pada waktu
basahnya. Campuran tipikal untuk beton dengan perbandingan berat adalah agregat kasar 44
%, agregat halus 31 %, dan air 7 %. Kekuatan beton ditentukan oleh kuat tekan karakteristik,
pada usia 28 hari f’c. Kuat tekan karakteristik adalah tegangan yang melampaui 95 % dari
pengukuran kuat tekan uniaksial yang diambil dari tes penekanan standar, yaitu dengan kubus
ukuran 150 x 150 mm, atau silinder dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm.
Pengukuran kekuatan dengan kubus adalah lebih tinggi daripada dengan silinder. Rasio antara
kekuatan silinder dan kubus adalah 0,8.
Beton yang digunakan untuk beton prategang adalah yang mempunyai kekuatan tekan yang
cukup tinggi dengan nilai f’c antara 30-45 Mpa. Kuat tekan yang tinggi diprelukan untuk
menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya
keretakan, mempunyai modulus elastisitas yang tinggi dan mengalami rangka lebih kecil.
Baja
Baja yang dipakai untuk beton prategang dalam taktik ada empat macam, yaitu :
1. Kawat tunggal (wires), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang
dengan sistem pratarik.
2. Untaian Kawat (strand), biasanya digunakan untuk baja prategang untuk beton prategang
dengan sistem pascatarik
3. Kawat Batangan (bars), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang
dengan sistem pratarik.
4. Tulangan biasa, sering digunakan unutk tulangan non-prategang (tidak ditarik), seperti
tulangan memanjang, sengkang, tulangan untuk pengangkuran dan lain-lain.
Kawat tunggal yang dipakai untuk beton prategang adalah yang sesuai dengan spesifikasi
ASTM A 421 di Amerika Serikat. Ukuran dari kawat tunggal bervariasi dengan diameter 3-8
mm, dengan tegangan tarik (fp) antara 1500 – 17000 Mpa, dengan modulus elastisitas Ep =
200 x 10³ Mpa. Untuk tujuan desain, tegangan leleh dapat diambil sebesar 0,85 dari tegangan
tariknya (0,85 fp).
E. Perhitungan Tegangan Serat Pada Balok Prategang Dengan Metode Dasar
Contoh 1
Sebuah balok T ganda 10LDT4 pratarik tanpa topping yang ditumpu sederhana mempunyai
bentang 64 ft (19,51 m) dan geometri. Balok tersebut mengalami beban mati terbagi merata
tambahan WSD dan beban hidup WL sehingga totalnya adalah 420 plf (6,13 KN/m).
Prategang awal sebelum kehilangan adalah ƒpi = 0,70 ƒpu = 189.000 psi (1303 Mpa) dan
prategang efektif sesudah kehilangan adalah ƒpe = 150.000 psi (1034 Mpa). Hitungan
tegangan serat ditengah bentang akibat .
a) Prategang penuh awal tanpa beban gravitasi eksternal
b) Kondisi beban kerja akhir apabila kehilangan prategang telah terjadi.
Data tegangan ijin adalah sebagai berikut :
ƒc’ = 6000 psi, beton ringan (41,4 Mpa)
ƒpu = 270.000 (1862 Mpa) = kuat tarik tendon yang ditetapkan
ƒpy = 220.000 psi (1517 Mpa) = kuat leleh tendon yang ditetapkan
ƒpe = 150.000 psi (1034 Mpa)
ƒt = 12 √ƒ’c = 930 psi (6,4 Mpa) = tegangan tarik izin malsimum di beton
ƒci’ = 4800 psi (33,1 Mpa) = kuat tekan beton pada saat prategang awal
ƒci = 0,6 ƒci’ = 2880 psi (19,9 Mpa) = tegangan izin maksimum di beton pada saat prategang
awal.
ƒc = 0,45 ƒc’ = tegangan tekan ijin maksimum di beton pada kondisi beban kerja
Asumsikan bahwa tendon dengan 10 strands tujuh kawat berdiameter 1/2 in (12,7
mm) dengan pola strand 108-D1 digunakan pada balok prategang ini.
Ac = 449 in.² (2915 cm²)
Ic = 22.469 in
r ² = Ic / Ac = 50,04 in²
cb = 17,77 in. (452 mm)
ct = 6,23 in. (158 mm)