MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG GEDUNG TECHNO PARK UPN ”VETERAN” JAWA TIMUR MENGGUNAKAN BALOK PRESTRESS.
MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG
GEDUNG TECHNO PARK UPN ”VETERAN” J AWA TIMUR
MENGGUNAKAN BALOK PRESTRESS
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian per syar atan dalam memper oleh
Gelar Sar jana Teknik Sipil (S1)
Diajukan Oleh :
SAFITRI
09 5301 0008
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL ”VETERAN”
J AWA TIMUR
2013
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG GEDUNG
TECHNO PARK UPN “VETERAN” J AWA TIMUR MENGGUNAKAN
BALOK PRESTRESS
Disusun oleh :
SAFITRI
09 5301 0008
Telah diuji, dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Tugas Akhir
Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Univer sitas Pembangunan Nasional “Veteran” J awa Timur
Pembimbing :
1. PEMBIMBING UTAMA
Ir. Wahyu Kartini, MT.
NPT. 3 6304 94 0031 1
2. PEMBIMBING PENDAMPING
Ir. I Made D. Astawa, MT.
NIP.19530919 198601 1 00 1
Tim Penguji :
1. PENGUJ I I
Sumaidi, ST.
NPT. 3 7909 05 0204 1
2. PENGUJ I II
Ir. Ali Arifin, MT.
3. PENGUJ I III
Aniendhita RA., ST., MT.
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Univer sitas Pembangunan Nasional “Veteran” J awa Timur
Ir. Naniek Ratni J uliardi AR., M.Kes.
NIP. 19590729 198603 2 00 1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang
telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir yang berjudul “MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON
BERTULANG GEDUNG TECHNO PARK UPN “VETERAN” JAWA TIMUR
MENGGUNAKAN BALOK PRESTRESS”. Tugas Akhir merupakan salah satu
syarat yang harus dipenuhi dalam menempuh kurikulum program sarjana strata satu
(S1) pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jatim.
Atas terselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis tidak melupakan jasa-jasa
dari berbagai pihak. Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1.
Ibu Ir. Naniek Ratni Juardi A.R .M.Kes, selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jatim.
2.
Bapak Ibnu Sholichin,. ST ,MT selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional
“VETERAN” Jatim.
3.
Ibu Ir. Wahyu Kartini,. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang tiada
lelah dan sabar dalam membimbing penulis.
4.
Bapak Ir. I Made D Astawa,. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang
tiada lelah dan sabar membimbing penulis.
5.
Bapak, Ibu, kakak, adik dan teman-teman yang telah memberikan dukungan dan
pengorbanan serta motivasi begitu besar dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
iii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini jauh dari kesempurnaan, maka
penulis berharap kritik dan saran yang berguna demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan Jazakumullah Khoiro Katsiro.
Surabaya,
Desember 2013
Penulis
iv
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN……………………………………………………..
i
ABSTRAK……………………………………………………………………...
ii
KATA PENGANTAR………………………………………………………….
iii
DAFTAR ISI…………………………………………………………………....
iv
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………...
x
DAFTAR TABEL…………………………………………………………........
xii
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………….
1
1.1
Latar Belakang…………………………………………………..
1
1.2
Perumusan Masalah......................................................................
2
1.3
Tujuan…………………………………………………………...
3
1.4
Batasan Masalah………………………………………………...
3
1.5
Lokasi Studi..................................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
5
2.1
Umum...........................................................................................
5
2.2
Prinsip Dasar Beton Prategang………………………………….
6
2.3
Sistem Prategang………………………………………………...
7
2.3.1 Tahap – Tahap Pembebanan………………………….....
10
2.3.2 Material Untuk Beton Prestress………………………....
12
2.3.3 Kehilangan Gaya Prategang……………………………..
13
2.3.4 Jumlah Kehilangan Gaya Prategang Total……………....
18
2.3.5 Kontrol Lendutan………………………………………..
20
2.3.6 Momen Retak…………………………………………...
21
vi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2.4
Gempa Rencana………………………………………………...
21
2.4.1 Metode Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa…….
22
2.4.2 Kategori Gedung………………………………………..
23
2.4.3 Faktor Reduksi Gempa (R)……………………………..
23
2.4.4 Waktu Getar Empiris Struktur (T)……………………...
24
2.4.5 Gaya Geser Gempa (V)…………………………………
24
2.4.6 Faktor Respon Spektrum Gempa (CI)………………….
25
2.4.7 Eksentrisitas Pusat Massa Terhadap Pusat Rotasi Lantai
Tingkat………………………………………………….
26
2.4.8 Analisa Waktu Getar Struktur Dengan Cara T-Rayleigh
27
Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK)…………...
27
2.5.1 Hubungan Balok-Kolom pada SRPMK………………...
28
BAB III METODOLOGI PERENCANAAN ...................................................
31
2.5
3.1
Data Sebelum Dimodifikasi………………………………….....
31
3.2
Data Setelah Dimodifikasi……………………………………...
31
3.3
Permodalan Struktur………………………………………….....
32
3.4
Analisa Pembebanan…………………………………………….
33
3.4.1 Beban Yang Diperhitungkan……………………………
33
3.4.2 Kombinasi Pembebanan…………………………………
34
3.5
Perencanaan Struktur Gedung…………………………………..
35
3.6
Perencanaan Balok Prestress…………………………………….
35
3.7
Kontrol Desain…………………………………………………..
50
3.8
Metode Pelaksanaan……………………………………………..
50
3.9
Gambar Detail…………………………………………………..
50
vii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3.10
Flow Chart……………………………………………………...
51
BAB IV PERHITUNGAN STRUKTUR…………………………………….
52
4.1
Data Sebelum Dimodifikasi……………………………….........
52
4.2
Data Setelah Dimodifikasi……………………………………...
52
4.3
Pembebanan…………………………………………………….
54
4.4
Perhitungan Beban pada Portal…………………………………
55
4.4.1 Pembebanan Pelat Atap…………………………………
56
4.4.2 Pembebanan Pelat Lantai……………………………….
63
Beban Gempa…………………………………………………...
74
4.5.1 Menentukan Berat Struktur (Wt)……………………….
74
4.5.2 Perhitungan Periode Alami Struktur (T)………………..
79
4.5.3 Penentuan Faktor Respon Gempa (Cl)………………….
80
4.5.4 Menentukan Faktor Keutamaan (I)……………………..
81
4.5.5 Menentukan Parameter Daktalitas Struktur (R)………...
81
4.5.6 Perhitungan Gaya Geser Gempa (V)……………………
81
4.5.7 Eksentrisitas Pusat Massa Terhadap Pusat Rotasi Lantai
82
4.5.8 Analisa Waktu Getar Struktur dengan Cara T-Rayleigh
83
4.5
4.5.9 Analisa Kinerja Batas Layan (Δ s) dan Batas Ultimit (Δ m) 85
4.6
Perencanaan Balok Prestress……………………………………
88
4.6.1 Tegangan Ijin Beton Prategang…………………………
88
4.6.2 Dimensi Penampang…………………………………….
89
4.6.3 Momen Akibat Beban Sendiri dan Beban Tambahan…..
91
4.6.4 Kontrol Tegangan………………………………………
97
4.6.5 Penentuan Jumlah Strand………………………………
104
viii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4.6.6 Penentuan Tracee Tendon……………………………...
107
4.6.7 Kehilangan Prategang…………………………………..
109
4.6.8 Kontrol Lendutan………………………………………
131
4.6.9 Momen Retak…………………………………………..
136
4.6.10 Kontrol Tegangan Akibat Beban Gempa 25%................
138
Penulangan Pada Balok Prestress………………………………
141
4.7.1 Data-Data Perencanaan Tulangan Praktis Balok Prestress
141
4.7.2 Penulangan Geser………………………………………
147
4.7.3 Penulangan Torsi……………………………………….
152
Penulangan Lentur Kolom……………………………………..
155
4.8.1 Data Perencanaan Kolom……………………………...
155
4.8.2 Kelangsingan Kolom…………………………………..
156
4.8.3 Penulangan Geser……………………………………...
158
4.8.4 Konsep Strong Column Weak Beam…………………..
159
Hubungan Balok-Kolom………………………………………
162
4.9.1 Perencanaan Hubungan Balok-Kolom Exterior……….
162
4.9.2 Kontrol HBK…………………………………………..
162
4.9.3 Perencanaan Hubungan Balok-Kolom Interior………..
164
4.9.4 Kontrol HBK…………………………………………..
165
BAB V PENUTUP…………………………………………………………..
167
4.7
4.8
4.9
5.1
Kesimpulan…………………………………………………….
167
5.2
Saran…………………………………………………………...
168
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………....
169
LAMPIRAN
ix
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR 1.1
Denah Lokasi .................................................................
4
GAMBAR 2.1
Pemasangan Kabel Tendon ...............................................
8
GAMBAR 2.2
Pengecoran Beton Prestress ..............................................
8
GAMBAR 2.3
Pemotongan Tendon .........................................................
8
GAMBAR 2.4
Pengecoran Beton Sebelum Diberi Tendon .......................
9
GAMBAR 2.5
Setelan Tendon Terpasang pada Balok .............................
9
GAMBAR 2.6
Setelan Tendon di Angkur ................................................
10
GAMBAR 2.7
Strand Prategang 7 Kawat………………………………...
13
GAMBAR 2.8
Diagram Respon Spektrum Gempa Rencana…………….
25
GAMBAR 2.9
Hubungan Balok Kolom ..................................................
30
GAMBAR 4.1
Eksisting Gedung TTG UPN “Veteran” Jatim……………
53
GAMBAR 4.2
Denah Penampang Balok Pelat Atap dan Lantai…………
55
GAMBAR 4.3
Denah Tributarry Pelat Atap dan Lantai…………………
56
GAMBAR 4.4
Potongan Melintang Tributarry Akibat Beban Mati……..
71
GAMBAR 4.5
Potongan Melintang Tributarry Akibat Beban Hidup…...
71
GAMBAR 4.6
Potongan Memanjang Tributarry Akibat Beban Mati…....
72
GAMBAR 4.7
Potongan Memanjang Tributarry Akibat Beban Hidup…..
73
GAMBAR 4.8
Peta Wilayah Gempa………………………………………
79
GAMBAR 4.9
Periode Alami Struktur Menggunakan Sofware ETABS…
80
GAMBAR 4.10 Respon Spektrum Gempa Rencana………………………..
80
GAMBAR 4.11 Penyaluran Gaya Gempa Pada Portal……………………..
82
GAMBAR 4.12 Penampang Balok Prestress……………………………….
90
GAMBAR 4.13 Diagram Momen pada Lantai 1…………………………...
92
x
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
GAMBAR 4.14 Diagram Momen pada Lantai 2…………………………...
92
GAMBAR 4.15 Daerah Limit Kabel……………………………………….
95
GAMBAR 4.16 Daerah Limit Kabel……………………………………….
96
GAMBAR 4.17 Diagram Tegangan Saat Gaya Prategang Awal…………..
98
GAMBAR 4.18 Diagram Tegangan Saat Gaya Prategang Awal…………..
99
GAMBAR 4.19 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Lapangan 100
GAMBAR 4.20 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Lapangan 101
GAMBAR 4.21 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Tumpuan 103
GAMBAR 4.22 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Tumpuan 104
GAMBAR 4.23 Angker Dengan 16 Strand………………………………..
106
GAMBAR 4.24 Angker Dengan 18 Strand………………………………..
107
GAMBAR 4.25 Lengkung Parabola Pada Kabel…………………………..
108
GAMBAR 4.26 Gaya Aksial Akibat Kekekangan Kolom…………………
115
GAMBAR 4.27 Penampang Balok Prestress……………………………….
120
GAMBAR 4.28 Momen Akibat Rangkak Berat Sendiri…………………...
123
GAMBAR 4.29 Momen Akibat Rangkak Beban Tambahan……………….
123
GAMBAR 4.30 Perletakan Balok Prestress Pada Story 2………………….
139
GAMBAR 4.31 Beban Gempa yang Diterima Balok Prestress…………….
139
GAMBAR 4.32 Perletakan Tendon…………………………………………
139
GAMBAR 4.33 Perletakan Tendon Pada Tumpuan………………………...
141
GAMBAR 4.34 Perletakan Tendon Pada Lapangan………………………...
142
GAMBAR 4.35 Penulangan Pada Balok Prestress………………………….
144
GAMBAR 4.36 Penulangan Pada Balok Prestress………………………….
146
GAMBAR 4.37 Reaksi Perletakan dan Momen Maksimum pada Balok Prestress150
xi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
GAMBAR 4.38 Reaksi Perletakan dan Momen Minimum pada Balok Prestress150
GAMBAR 4.39 Tulangan Pada Kolom Menggunakan PCA COL………….
156
GAMBAR 4.40 Detail balok Yang Menyatu Pada Kolom………………….
160
GAMBAR 4.41 Tipe Joint Dalam Struktur Rangka Exterior………………..
162
GAMBAR 4.42 Detail Hubungan Balok Kolom Exterior…………………...
164
GAMBAR 4.43 Tipe Joint Dalam Struktur Rangka Interior………………..
164
GAMBAR 4.44 Detail Hubungan Balok Kolom Interior…………………...
166
xii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tegangan-tegangan Izin Untuk Batang-batang Lentur…………
10
Tabel. 2.2
Karakteristik Strand dan Tendon……………………………….
13
Tabel 2.3
Jenis-jenis Kehilangan Prategang……………………………….
14
Tabel 2.4
Tabel Koefisien Susut Post Tension……………………………
17
Tabel 2.5
Presentase Kehilangan Gaya Prategang………………………..
19
Tabel 2.6
Faktor Keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan 23
Tabel 2.7
Parameter Daktilitas Struktur Gedung…………………………
24
Tabel 4.1
Pembebanan Ekuivalen Pelat Atap……………………………..
62
Tabel 4.2
Pembebanan Ekuivalen Pelat Lantai…………………………...
70
Tabel 4.3
Jumlah Beban Bangunan Keseluruhan…………………………
78
Tabel 4.4
Distribusi Beban Gempa ………………………………………
81
Tabel 4.5
Tabel Perhitungan Eksentrisitas Rencana ed Pada Arah x…….
83
Tabel 4.6
Tabel Perhitungan Eksentrisitas Rencana ed Pada Arah y…….
83
Tabel 4.7
Tabel Perhitungan T-Rayleigh Arah x…………………………
84
Tabel 4.8
Tabel Perhitungan T-Rayleigh Arah y…………………………
84
Tabel 4.9
Tabel Analisa Δ s terhadap arah x………………………………
86
Tabel 4.10
Tabel Analisa Δ s terhadap arah y………………………………
86
Tabel 4.11
Tabel Analisa Δ m terhadap arah x……………………………..
87
Tabel 4.12
Tabel Analisa Δ m terhadap arah y……………………………..
87
Tabel 4.13
Tabel Koefisien Susut Post Tension……………………………
120
xiii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG
GEDUNG TECHNO PARK UPN “VETERAN” J AWA TIMUR
MENGGUNAKAN BALOK PRESTRESS
Oleh :
SAFITRI
09 5301 0008
ABSTRAK
Beton prestress adalah kombinasi antara beton berkekuatan tinggi dan baja mutu tinggi
dengan cara aktif. Gedung TECHNO PARK UPN “Veteran” Jawa Timur direncanakan
akan menggunakan beton prestress, karena lantai 1 digunakan sebagai ruang pameran
dan lantai 2 digunakan sebagai ruangan seminar yang tidak membutuhkan kolom
ditengah ruangan, sehingga lebih nyaman dan luas. Gedung ini memiliki bentang
panjang 50 m dan bentang pendek 20 m. Beton prestress memiliki dimensi dan jumlah
berat baja prestress lebih efisien dibandingkan jumlah berat besi beton bertulang biasa.
Dimensi balok prestress direncanakan berukuran 500 x 800 mm dengan sistem Full
Prestress. Dari hasil perhitungan didapat jumlah strand pada lantai 1 sebanyak 16 strand
berdiameter 15 mm dan lantai 2 sebanyak 22 strand berdiameter 13 mm. Dengan
diterapkannya SRPMK maka hubungan balok kolom perlu diperhitungkan. Sesuai SNI
03-2847-2002 pasal 23.4.2 dengan prinsip kolom kuat balok lemah (Strong Columns
Weak Beams), jumlah momen yang terjadi pada kolom harus lebih besar enam per lima
jumlah momen yang terjadi pada balok yaitu 1779,83 KNm ≥850,13 KNm. Penulangan
geser pada HBK harus diperhitungkan yang memenuhi persyaratan Vc > Vx-x (SNI 032847-2002 pasal 23.5.3) yaitu 4300,72 KN > 1372,02 KN, maka hubungan balok kolom
eksterior cukup kuat maka penulangan geser didaerah HBK tidak perlu dihitung, asalkan
tulangan begel sepanjang sendi plastis diteruskan pada HBK.
Kata kunci : Balok Prestress, SRPMK, HBK.
ii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Beton bertulang adalah beton yang menggunakan tulangan dengan jumlah dan
luas tulangan tidak kurang dari nilai minimum yang disyaratkan, atau tanpa pratekan
dan direncanakan berdasarkan asumsi bahwa kedua material bekerja bersama-sama
dalam menahan gaya yang bekerja. Sedangkan Beton Prategang (Beton Prestress)
mengkombinasikan beton berkekuatan tinggi dan baja mutu tinggi dengan cara aktif.
Kombinasi aktif ini menghasilkan perilaku yang lebih baik dari kedua bahan
tersebut14.
Pemilihan Gedung TECHNO PARK UPN ”Veteran” Jawa Timur untuk
dijadikan studi kasus dalam perancangan ini adalah gedung yang akan dimodifikasi
dari 3 lantai menjadi 6 lantai, yang memiliki bentang panjang 50 m dan bentang
pendek 20 m. Pada lantai 1 dan 2 akan direncanakan menggunakan beton prestress
dan lantai 4-6 menggunakan beton bertulang biasa. Lantai 1 digunakan sebagai
ruangan pameran dan lantai 2 digunakan sebagai ruangan seminar yang tidak
membutuhkan kolom ditengah ruangan dan terlihat lebih nyaman dan luas.
Penggunaan beton bertulang biasa dan beton prestress memiliki perbedaan yang
signifikan.
Beton bertulang biasa menghasilkan dimensi yang lebih besar dan
membutuhkan besi dengan jumlah yang cukup banyak sedangkan jika memakai
14
G Nawy, Edward. “Beton Prategang Jilid 1 Edisi 3”. Jakarta
1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2
beton prestress bisa menghasilkan dimensi yang lebih kecil dan jumlah berat baja
prestress jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi beton bertulang biasa.
Teori mengenai gempa adalah teori probabilistik, tidak ada yang bisa
memprediksi kejadian tersebut, tidak ada yang tahu kapan dan dimana serta seberapa
kuat gempa yang akan terjadi. Maka Perancangan Gedung TECHNO PARK UPN
”Veteran” Jawa Timur dimodifikasi dengan menggunakan Struktur Rangka Pemikul
Momen Khusus untuk zona gempa kuat. Elemen struktur beton prestress mempunyai
sifat daktalitas yang lebih rendah dibandingkan dengan elemen struktur beton
bertulang biasa, sehingga struktur beton prestress mempunyai penyerapan energi
gempa yang kurang baik. Tapi pada peraturan ACI 318-2008 beton prestress bisa
digunakan pada daerah zona gempa tinggi dengan syarat tendon menerima 25%
beban gempa yang menyebabkan momen negatif saja. Sedangkan 100% momen
positif akibat beban gempa dan 75% momen negatif akibat gempa ditahan oleh
tulangan lunak1. Dengan diterapkannya SRPMK maka hubungan balok kolom juga
diperhitungkan maka dari itu diterapkan prinsip kolom kuat balok lemah (Strong
Columns Weak Beams).
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang yang disebutkan diatas, maka dapat dirumuskan beberapa
permasalahan sebagai berikut :
1. Bagaimana cara merencanakan balok prestress?
2. Bagaimana mendesain struktur hubungan balok-kolom pada balok prestress
dengan metode SRPMK pada zona gempa kuat?
1
ACI Committee 318. “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-08) and Commentary”.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3
3. Bagaimana merencanakan gedung tahan gempa pada zona gempa kuat?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari perencanaan beton prestress adalah :
1.
Dapat mendesain balok prestress.
2.
Dapat merencanakan hubungan balok-kolom pada balok prestress dengan
menggunakan metode SRPMK pada zona gempa kuat.
3.
Dapat merencanakan gedung tahan gempa pada zona kuat.
1.4 Batasan Masalah
Didalam perencanaan tugas akhir ini terdapat beberapa teknis pelaksanaan, dan
mengingat luasnya masalah yang berkaitan dengan pengerjaan dalam suatu
perencanaan gedung. Maka batasan masalah pembahasan ini meliputi :
1.
Dalam perencanaan ini hanya merencanakan struktur atas diantaranya balok
prestress dan hubungan balok kolom prestress.
2.
Tidak meninjau struktur kolom ditengah bentang pada lantai 2 karena kolom
dianggap sebagai beban.
3.
Tidak merencanakan struktur lift.
4.
Tidak merencanakan struktur bawah.
5.
Peraturan yang digunakan sebagai acuan adalah SNI 03-2847-2002, SNI 031726-2002, SNI 03-1727-2002, ACI Prestress dan PPIUG 1983.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4
1.5
Lokasi Studi
Perencanaan Gedung TECHNO PARK UPN “Veteran” Jawa Timur
ini
terletak di Jl. Raya Rungkut Madya Gunung Anyar, Surabaya.
Gambar 1.1 Denah Lokasi Proyek Gedung TECHNO PARK UPN “Veteran” Jawa
Timur”
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1
Umum
Beton adalah material yang kuat dalam kondisi tekan, tetapi lemah dalam
kondisi tarik. Kuat tariknya bervariasi dari 8 sampai 14 persen dari kuat tekannya14.
Karena rendahnya kapasitas tarik tersebut, maka retak lentur terjadi pada taraf
pembebanan yang masih rendah. Baja adalah suatu material yang mempunyai
kekuatan tarik yang sangat tinggi. Sedangkan Beton Prategang (Beton Prestress)
adalah mengkombinasikan beton berkekuatan tinggi dan baja mutu tinggi dengan
cara aktif14. Adapun kelebihan dan kelemahan dalam pemakaian beton prestress ini
diantaranya :
a. Kelebihan beton prestress24.
− Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, sehingga lebih tahan terhadap
korosif.
− Komponen struktur prategang memiliki dimensi yang lebih efisien
dibandingkan beton bertulang untuk kondisi bentang dan beban yang sama.
− Ketahanan terhadap geser balok bertambah, yang disebabkan oleh pengaruh
pratekan akan mengurangi tegangan tarik utama. Pemakaian kabel yang
melengkung, khususnya untuk bentang panjang membantu mengurangi gaya
geser yang timbul pada penampang di tumpuan.
14
24
G Nawy, Edward.2001. “Beton Prategang Jilid 1 Edisi 3”. Jakarta.
Razuardi. 2012. “Makalah Beton Prategang”. Lhokseumawe.
5
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
6
− Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi
beton bertulang biasa (1/5 – 1/3), sehingga beban mati yang diterima
pondasi menjadi berkurang.
− Biaya pemeliharaan beton prestress lebih kecil, karena tidak adanya retakretak pada kondisi beban kerja.
b. Kelemahan beton prestress24.
− Bahan yang digunakan mutu tinggi sehingga membutuhkan biaya yang lebih
mahal.
− Dibutuhkan keahlian dan ketelitian yang lebih tinggi.
2.2
Prinsip Dasar Beton Prestress
Pada dasarnya beton prestress memiliki beberapa prinsip kerja diantaranya18 :
1. Sistem prategang untuk mengubah beton menjadi bahan yang elastis.
Konsep ini memperlakukan beton sebagai bahan yang elastis. Beton yang
ditransformasikan dari bahan yang getas menjadi bahan yang elastis dengan
memberikan tekanan terlebih dahulu pada bahan tersebut. Beton tidak mampu
menahan tarikan dan kuat menahan tekanan, namun beton yang getas dapat memikul
tegangan tarik.
2. Sistem prategang untuk kombinasi baja mutu tinggi dengan beton.
Konsep ini mempertimbangkan beton prestress sebagai kombinasi dari baja dan
beton, dimana baja menahan tarik dan beton menahan tekanan, dengan demikian
kedua bahan membentuk kesatuan penahan untuk melawan momen eksternal.
24
18
Razuardi. 2012. “Makalah Beton Prategang”. Lhokseumawe.
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
7
3. Sistem prategang untuk mencapai kesetimbangan beban.
Konsep ini menggunakan prestress sebagai suatu usaha untuk membuat
seimbang gaya-gaya pada sebuah batang. Pada keseluruhan desain beton prestress,
pengaruh prategang dipandang sebagai keseimbangan berat sendiri sehingga batang
yang mengalami lenturan tidak akan mengalami tegangan lentur pada kondisi
pembebanan yang terjadi.
2.3
Sistem Prategang
Metode yang paling luas dipakai untuk memberikan prategang pada elemen
beton struktural adalah dengan menarik baja ke arah longitudinal dengan alat penarik
yang berbeda-beda. Prategang dengan penggunaan gaya-gaya langsung diantara
tumpuan-tumpuan umumnya dipakai untuk pelengkungan dan perkerasan, dan
dongkrak datar selalu dipakai untuk memberikan gaya-gaya yang diinginkan. Secara
umum, sistem prategang pada beton prestress ada 2 metode, yaitu23:
1. Sistem Pratarik (Pra-Tension)
Dalam metode ini baja diberi gaya prategang terlebih dahulu sebelum beton
dicor, oleh karena itu metode ini disebut metode pratarik. Adapun prinsip dari
metode pratarik sebagai berikut 10:
a. Tahap 1 : Tendon prategang pada awalnya dikencangkan antara abutment
tetap.
23
10
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Catur Yulianti, Ria. 2008. “Beton Prategang”. Bandung.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
8
ABUTMEN
KABEL TEN DON
LANDASAN
F
F
Gambar 2.1 Pemansangan Kabel Tendon
b. Tahap 2 : Dengan bekisting di tempat, beton cor di sekitar tendon baja dan
landasan yang sudah disediakan, sehingga melingkupi tendon yang sudah
diberi gaya prategang dan dibiarkan mengering.
A B U T M EN
K AB E L TE N D O N
F
F
Gambar 2.2 Pengecoran Beton Prestress
c. Tahap 3 : Setelah beton mengering dan cukup umur dan kuat untuk
menerima gaya prategang, tendon dipotong dan dilepas, sehingga gaya
prategang ditransfer ke beton.
A BU TM E N
KABEL TENDON
F
F
Gambar 2.3 Pemotongan Tendon
Setelah gaya prategang ditransfer kebeton, balok beton tersebut akan
melengkung keatas sebelum menerima beban kerja. Setelah beban kerja bekerja,
maka balok beton tersebut akan rata.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
9
2. Sistem Pasca Tarik (Post-Tension)
Pada metode Pascatarik, beton dicor lebih dahulu, dimana sebelumnya telah
disiapkan saluran kabel atau tendon yang disebut duct. Adapun prinsip dari metode
pasca tarik sebagai berikut 10:
a. Tahap 1 : Dengan cetakan (formwork) yang telah disediakan lengkap dengan
saluran/selongsong
kabel
prategang
(tendon
duct)
yang
dipasang
melengkung sesuai bidang momen balok, beton dicor.
ABUTM EN
Gambar 2.4 Pengecoran Beton Sebelum Diberi Tendon
b. Tahap 2 : Setelah beton cukup umur dan kuat memikul gaya prategang,
tendon atau kabel prategang dimasukkan dalam selongsong (tendon duct),
kemudian ditarik untuk mendapatkan gaya prategang. Metode pemberian
gaya prategang ini, dengan salah satu ujung kabel diangker, kemudian ujung
lainnya ditarik (ditarik dari satu sisi). Ada pula yang ditarik dikedua sisinya
dan diangker secara bersamaan. Setelah diangkur, kemudian saluran di
grouting melalui lubang yang telah disediakan.
ABU TM EN
KABEL TENDON
F
F
Gambar 2.5 Setelan Tendon Terpasang Pada Balok
10
Catur Yulianti, Ria. 2008. “Beton Prategang”. Bandung.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
10
c. Tahap 3 : Setelah diangkur, balok beton menjadi tertekan, jadi gaya
prategang telah ditransfer kebeton. Karena tendon dipasang melengkung,
maka akibat gaya prategang tendon memberikan beban merata kebalok yang
arahnya keatas, akibatnya balok melengkung keatas
ABUTM EN
KABEL TENDO N
Gambar 2.6 Setelah Tendon di Angkur
2.3.1 Tahap – Tahap Pembebanan
Salah satu pertimbangan dari beton prestress adalah banyaknya tahapan
pembebanan dimana sebuah komponen struktur dibebani. Beberapa dari tahapan
pembebanan ini terjadi juga pada struktur yang bukan prategang, tetapi yang lainnya
terjadi hanya akibat prategang. Untuk struktur yang dicor setempat, beton prestress
harus didesain paling sedikit duat tahap, tahap awal pada saat pemberian gaya
prategang dan tahap akhir pada saat dibebani oleh beban eksternal. Tabel 2.1 memuat
ringkasan dari tegangan-tegangan yang diizinkan18.
Tabel 2.1 Tegangan-tegangan Izin Untuk Batang-batang Lentur (peraturan ACI)
Tegangan Baja – tidak melampaui nilai-nilai berikut :
1. Akibat gaya pendongkrak yang bekerja pada kabel :
0,80fpu atau 0,90 fpy
Dibandingkan mana yang lebih kecil, tetapi tidak besar dari nilai maksimum
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
11
yang diusulkan oleh pembuat kabel prategang atau angkur.
2. Tendon pratarik “segera setelah peralihan” gaya prategang atau tendontendon pasca-tarik setelah penjangkaran/pengangkuran,
0,70fpu
Sumber : T.Y.LIN NED – H.BURN18
a. Sebelum Diberi Gaya Prategang
Sebelum beton diberi gaya prategang, beton cukup lemah dalam memikul
beban, oleh karena itu harus dicegah agar tidak terjadi kehancuran pada perletakan.
Harus dibuat ketentuan mengenai susut pada beton kalau hal ini terjadi. Jika
diizinkan untuk memperkecil atau menghapus retak-retak pada beton prestress,
pemeliharaan yang seksama sebelum peralihan gaya prategang sangat penting.
Kekeringan atau perubahan temperature secara mendadak harus dihindarkan. Retakretak dapat atau tidak dapat ditutupi dengan adanya gaya prategang tergantung dari
banyak faktor. Retak-retak akibat susut akan mengurangi kemampuan beton untuk
memikul tegangan tarik dan mungkin harus ditolak18.
b. Pada Saat Diberi Gaya Prategang
Percobaan pada saat pemberian gaya prategang merupakan percobaan yang
kritis dari kekuatan tendon. Seringkali, tegangan maksimum yang mungkin dialami
oleh tendon pada saat penarikan tendon. Kadang-kadang kabel putus pada saat diberi
gaya prategang yang disebabkan oleh cacatnya waktu pembuatan. Tetapi putusnya
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
12
kabel jarang terjadi karena didalam sebuah komponen struktur terdapat banyak kabel.
Untuk proses penarikan kabel merupakan percobaan yang besar untuk mengetahui
kekuatan/daya dukung angkurnya. Gaya prategang yang tidak simetris dan terpusat
dari kabel dapat menimbulkan tegangan yang berlebihan pada beton. Oleh karena itu,
besarnya gaya prategang pada berbagi tendon harus dipelajari terlebih dahulu18.
2.3.2 Material Untuk Beton Prestress
a. Beton Berkekuatan Tinggi
Beton yang lebih kuat biasanya dibutuhkan untuk pekerjaan beton prestress
dari pada untuk beton bertulang. Sebagian besar dari komponen struktur beton
prestress dibebani tegangan yang tinggi dibandingkan dengan beton bertulang.
Misalnya, pada balok prestress tertumpu pada dua perletakan. Sementara serat-serat
atas tertekan kuat akibat beban eksternal yang sangat besar, serat-serat bawah
tertekan pada saat peralihan gaya prategang. Sementara bagian tengah bentang
menahan
momen
lentur
yang
terbesar,
bagian
tepi/ujung
menahan
dan
mendistribusikan gaya pretegang. Sehingga pada komponen struktur prategang lebih
penting untuk menjaga keseragaman kekuatan, sedangkan pada beton bertulang
penampang kritis relatif dibatasi25.
b. Baja Berkekuatan Tinggi
Untuk sistem prategang digunakan baja mutu tinggi. Baja mutu tinggi
diharapkan mampu menerima kekuatan tarik yang cukup tinggi untuk mampu
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Rudiatmoko, Wiryasa, dan Budiwati. “Perancangan Struktur Gedung Beton Bertulang (Jurnal
Elektronik Infrastruktur Teknik Sipil)”. Denpasar
25
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Ilmiah
13
menghasilkan gaya prategang yang cukup besar. Untuk batang beton prestress, baja
berkekuatan tinggi yang dipakai pada umumnya terdiri dari kawat, batang baja, atau
untaian kawat baja (stand). Baja dengan kandungan karbon tinggi digulung dalam
keadaan panas menjadi batang-batang dan ditarik dalam proses dingin untuk
memperkecil diameter serta memperbesar kekuatan tariknya25.
(a)
(b)
Gambar 2.7 Strand Prategang 7 Kawat. (a) Penampang Strand Standar. (b)
Penampang Strand Yang Dipadatkan.
Tabel. 2.2 Karakteristik Strand dan Tendon26
Strand Type
Nominal diameter
Nominal area
Nominal weight/mass
Tensile strength
Min. breaking load
Young’s modulus
Relaxation
inch
inch2
lbs/ft
ksi
kips
ksi
%
0.5” (13 mm) 0.6” (15 mm)
0,5
0,6
0,153
0,217
0,53
0,74
270
270
41,3
58,6
approx. 28,500
max 2,5
Sumber : VSL US Technical Data and Dimensions • Strand and Tendon Properties • 0308
2.3.3 Kehilangan Gaya Prategang
Kehilangan prategang adalah berkurangnya gaya yang bekerja pada tendon
dalam tahap-tahap pembebanan. Kehilangan prategang ini dapat terjadi oleh
25
Rudiatmoko, Wiryasa, dan Budiwati. “Perancangan Struktur Gedung Beton Bertulang (Jurnal Ilmiah
Elektronik Infrastruktur Teknik Sipil)”. Denpasar
26
VSL US Technical Data and Dimensions “Strand and Tendon Properties” 0308 ©VStructural, LLC.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
14
beberapa sebab diantaranya kesalahan dalam menghitung kehilangan gaya prategang
akan mempengaruhi keadaam pada waktu dibebani seperti lendutan keatas (camber),
lendutan kebawah, dan retak. Berbagai jenis kehilangan yang sering dijumpai dalam
system prataik dan pasca-tarik dapat dilihat table dibawah ini 23:
Tabel 2.3 Jenis-jenis Kehilangan Prategang
Pratarik
1. Deformasi elastis beton.
Pasca - Tarik
1. Tidak
ada
kehilangan
akibat
deformasi elastis kalau semua
kawat ditarik secara bersamaan.
Kalau kawat-kawat ditarik secara
berurutan,
kehilangan
2. Relaksasi tegangan pada baja.
akan
prategang
terdapat
akibat
deformasi elastis beton.
3. Penyusutan beton.
2. Relaksasi tegangan pada baja.
4. Rangkak beton.
3. Penyusutan beton.
4. Rangkak beton.
5. Gesekan.
6. Tergelincirnya angkur.
Sumber : N. Krishna Raju23
1. Kehilagan Prategang Langsung
a. Kehilangan Prategang Akibat Elastis Beton
Kehilangan prategang akibat elastis beton adalah pada gaya prategang
diahlikan ke beton, komponen struktur akan memendek dan baja
23
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
15
prategang turut memendek bersamaan. Jadi ada kehilangan gaya
prategang pada baja. Pada bagian ini dimulai dengan mempertimbangkan
kehilangan gaya prategang akibat masing-masing sumber23.
b. Kehilangan Prategang Akibat Gesekan
Pada kasus batang pasca-tarik, apabila kabel-kabel lurus atau agak
melengkung ditarik, maka gesekan terhadap dinding saluran akan
mengakibatkan kehilangan tegangan yang makin bertambah menurut
jaraknya dari dongkrak. Selain itu, akan terdapat kehilangan tegangan
akibat gesekan antara kabel dan gerak menggelombang dalam saluran
yang disebut sebagai “gelombang” yang merupakan penyimpangan kecil
saluran dari kedudukan yang ditetapkan22.
c. Kehilangan Prategang Akibat Angkur
Dalam pergelinciran angkur apabila kabel ditarik dan dongkrak
dilepaskan untuk mentransfer prategang beton, pasak-pasak gesekan yang
dipasang untuk memegang kawat-kawat dapat menggelincir pada jarak
yang pendek sebelum kawat-kawat tersebut menempatkan diri secara
kokoh diantara pasak-pasak tadi. Kehilangan selama pengangkuran, yang
terjadi pada pegangan tipe pasak biasanya dilapangan diperhitungkan
dengan memberikan perpanjangan berlebih pada tendon23.
d. Kehilangan Prategang Akibat Kekekangan Kolom
Pada konstruksi beton prestress dengan desain cor monolit perlu
diperhitungkan kehilangan prategang akibat kekangan kolom. Hal ini
23
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
16
dapat terjadi karena saat dilakukan jacking, beton terkekang oleh
kekakuan kolom. Gaya berlawanan yang diberikan oleh kolom menahan
reaksi perpendekan beton akibat gaya jacking yang terjadi. Gaya
perlawanan kolom ini menyebabkan berkurangnya gaya prategang karena
sebagian gaya prategang digunakan untuk mengatasi perlawanan gaya
kolom.
Semakin kaku komponen kolom yang mengekang balok prstress maka
semakin besar gaya prategang yang hilang untuk melawan kolom agar
mengikuti lenturan balok akibat gaya jacking. Hal ini juga meyebabkan
semakin besarnya momen yang diterima kolom sebagai kontribusi dari
jacking yang terjadi, demikian pula jika kolom didesain tidak kaku, maka
semakin kecil gaya kehilangan prategang balok akibat kekangan dan
semakin kecil momen yang diterima kolom akibat gaya jacking yang
terjadi28.
2. Kehilagan Prategang Langsung
a. Kehilangan Prategang Akibat Relaksasi Baja
Percobaan-percobaan pada baja prategang dengan perpanjangan yang
konstan dan dijaga tetap pada suatu selang waktu memperlihatkan bahwa
gaya prategang akan berkurang secara perlahan-lahan. Besarnya
28
X.E.LIE, Fransiskus. 2013. “Perencanaan Beam-Coloum Joint Dengan Menggunakan Metode Beton
Prategang Partial Gedung Perkantoran Bpr Jatim”. Surabaya.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
17
pengurangan tergantung pada lamanya waktu dan perbandingan fpi/fpy.
Kehilangan gaya prategang ini disebut relaksasi18.
b. Kehilangan Prategang Akibat Susut
Susut pada beton dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti rangkak, dan
perhitungan-perhitungan kehilangan gaya prategang. Hal-hal yang
mempengaruhi susut pada beton adalah rasio volume terhadap luas
permukaan, kelembapan relatif dan waktu antara akhir pengecoran dan
pemberian gaya prategang. Kehilangan akibat susut dipengaruhi oleh ratio
penampang dan kelembaban udara. Jika kelembaban udara relative ratarata diasumsikan sebesar RH = 78%, maka perbandingan ratio
penampang
adalah perbandingan antara luas dan keliling.
Tabel 2.4 Tabel Koefisien Susut Post Tension
KSH
0,92
0,85
0,8
0,77
0,73
0,64
0,58
0,45
Waktu Akhir Perawatan Hingga Pemberisian Gaya Prategang (Hari)
1
3
5
7
10
20
30
60
Sumber : T.Y.LIN NED – H.BURNS18
c. Kehilangan Prategang Akibat Rangkak
Rangkak dianggap
terjadi dengan
beban
mati permanen
yang
ditambahkan pada komponen struktur setelah beton diberi gaya
prategang. Prategang yang terus-menerus pada beton suatu batang
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
18
prategang mengakibatkan rangkak pada beton yang secara efektif
mengurangi tegangan pada baja bermutu tinggi. Berbagai faktor yang
mempengaruhi rangkak beton adalah kelembaban relatif, tingkat
tegangan, kekuatan beton, umur beton pada pembebanan, lamanya
tegangan, perbandingan air/semen, dan tipe semen serta agregat pada
beton23.
2.3.4 J umlah Kehilangan Gaya Prategang Total
Gaya prategang awal pada baja dikurangi semua kehilangan gaya prategang
disebut dengan gaya prategang efektif atau gaya prategang rencana. Jumlah
keseluruhan kehilangan gaya prategang yang diangggap dalam rancangan akan
tergantung atas dasar dari mana gaya prategang awal diukur. Pertama, ada tegangan
dongkrak maksimum sementara terhadap mana sebuah tendon dapat dibebani untuk
maksud memperkecil rangkak pada baja atau untuk menyeimbangkan kehialngan
gaya prategang akibat gesekan. Jadi ada sedikit pelepasan dari tegangan maksimum
kembali ke tegangan dongkrak normal.
Besarnya kehilangan gaya prategang dapat dinyatakan dengan empat cara18 :
a. Dalam regangan satuan untuk kehilangan gaya prategang seperti rangkak,
susut dan perpendekan elastis beton yang dinyatakan sebagai regangan.
b. Dalam regangan total untuk kehilangan gaya prategang akibat pengangkuran.
23
18
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
19
c. Dalam regangan satuan untuk semua kehilangan gaya prategang bila
dinyatakan dalam regangan dapat ditransformasikan ke dalam tegangan
satuan baja.
d. Dalam presentase tegangan untuk kehilangan gaya akibat rangkak pada baja
dan gesekan. Kehilangan gaya prategang lain yang dinyatakan dalam
tegangan satuan dapat dengan mudah ditransformasikan ke dalam presentase
gaya awal prategang.
Sulit untuk menyamaratakan jumlah kehilangan gaya prategang, karena hal
tersebut tergantung dari banyak faktor, sifat-sifat beton dan baja, pemeliharaan dan
keadaan kelembaban, besar dan wktu penggunaan gaya prategang dan proses
prategang. Untuk sifat-sifat baja dan beton rata-rata, yang dirawat dalam kondisi
udara rata-rata, persentase yang ditabelkan dibawah ini dapat diambil sebagai
kehilangan gaya prategang rata-rata18.
Tabel 2.5 Presentase Kehilangan Gaya Prategang
J enis kehilangan
Perpendekan elastik dan lenturan
balok
Rangkak beton
Susut beton
Relaksasi baja
Kehilangan total
Sumber :T.Y.LIN NED – H.BURNS18
Pratarik %
Pasca-tarik %
4
6
7
8
25
1
5
6
8
20
Kehilangan gaya yang diizinkan sekitar 20% untuk pasca-tarik dan 25%
untuk pratarik terlihat tidak terlalu jauh dari nilai yang mungkin untuk balok
prategang dan gelagar. Tetapi harus diingat bahwa dalam keadaan bergeser dari ratarata, kelonggaran yang berbeda harus dibuat sesuai dengan itu. Sebagai contoh, bila
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
20
kehilangan gaya prategang rata-rata pada komponen struktur (Fe/Ac) tinggi, katakan
sekitar 7 Mpa, kehilangan gaya prategang ini akan bertambah sekitar 30% untuk
pratarik dan 25% untuk pasca-tarik18.
2.3.5 Kontrol Lendutan
Kontrol terhadap lendutan yang sesuai sangat penting karena alasan-alasan berikut4:
1. Lendutan yang berlebihan pada bentang struktural utama tidak mudah terlihat
dan pada waktunya membuat lantai menjadi tidak sesuai untuk pemakaian
yang direncanakan.
2. Lendutan yang besar akibat pengaruh dinamis dan akibat pengaruh beban
yang berubah-ubah dapat mengurangi kenyamanan pemakainya.
3. Lendutan yang berlebih cenderung menyebabkan kerusakan pada permukaan,
sekat dan struktur yang berkaitan.
Faktor-faktor mempengaruhi lendutan :
1. Beban terpasang dan berat sendiri.
2. Besarnya gaya prategang.
3. Profil kabel.
4. Momen inersia potongan melintang.
5. Modulus elastisitas beton.
6. Susut, rangkak dan relaksasi tegangan baja.
7. Bentangan batang yang bersangkutan.
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Antoro, Rudi. 2011. “Kajian Struktur Beton Pratekan Bentang Panjang dengan Beban Lateral Pada Proyek
Gedung Rumah Sakit Jasa Medika”. Surabaya.
4
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
21
2.3.6 Momen Retak
Momen lentur dimana retakan yang dapat dilihat timbul pada batang beton
prategang yang disebut momen retak. Setelah pemindahan prategang ke beton, sofit
balok akan mengalami tekanan. Berangsur-angsur tegangan akan ini diimbangi oleh
tegangan tarik yang timbul akibat beban transversal pada balok, sehingga tegangan
resultan pada serat paling bawah menjadi nol. Penambahan beban lebih lanjut akan
mengakibatkan timbulnya tegangan tarik pada sofit balok.
Tegangan terik yang timbul apabila retak-retak menjadi terlihat retak-retak
menjadi terlihat pada sofit tergantung pada tipe serta distribusi tulangan baja dan
kualitas beton dalam balok. Namun, umumnya dianggap bahwa retak-retak yang
tampak muncul apabila tegangan tarik pada sofit kira-kira sama dengan modulus
keruntuhan materialnya. Lebarnya retak-retak tersebut sangat dipengaruhi oleh
tingkat rekatan yang terjadi antara beton dan baja23.
2.4
Gempa Rencana
Pada dasarnya teori mengenai gempa adalah teori probabilistik, tidak ada
yang bisa memprediksi kejadian tersebut, tidak ada yang tahu kapan dan dimana
serta seberapa kuat gempa yang akan terjadi. Maka Perancangan Gedung Teknologi
Tepat Guna (TTG) UPN ”Veteran” Jawa Timur dimodifikasi dengan menggunakan
Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus untuk zona gempa kuat. Pada dasarnya
elemen struktur beton prestress mempunyai sifat daktalitas yang lebih rendah
dibandingkan dengan elemen struktur beton bertulang biasa, sehingga struktur beton
23
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
22
prestress mempunyai penyerapan energi gempa yang kurang baik8. Tapi pada
peraturan ACI 318-2008 beton prestress bisa digunakan pada daerah zona gempa
tinggi dengan syarat tendon menerima 25% beban gempa yang menyebabkan momen
negatif saja. Sedangkan 100% momen positif akibat beban gempa dan 75% momen
negatif akibat gempa ditahan oleh tulangan lunak1. Menurut rancangan Standart
(SNI) 03-1726-2002), Tata Cara Perancangan Gempa untuk Bangunan Gedung.
Gempa rencana ditetapkan mempunyai periode ulang 500 tahun, agar probabilitasnya
terbatas pada 10% selama 50 tahun. Gempa rencana ini berkaitan dengan gedunggedung biasa tanpa keistimewaan, kekhususan atau keutamaan dalam fungsinya,
yang memiliki jumlah tingkat antara 10 Perhitungan Berat Bangunan (Wt)7.
2.4.1
Metode Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa
Metode analisis yang dapat digunakan untuk memperhitungkan pengaruh
beban gempa terhadap struktur gedung adalah sebagai berikut :
a.
Metode Analisis Statis
Merupakan analisis sederhana untuk menentukan pengaruh gempa tetap yang
hanya digunakan pada struktur gedung beraturan, penyebaran kekakuan massa
menerus, dan ketinggian tingkat kurang dari 40 meter. Struktur gedung ditetapkan
sebagai
GEDUNG TECHNO PARK UPN ”VETERAN” J AWA TIMUR
MENGGUNAKAN BALOK PRESTRESS
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian per syar atan dalam memper oleh
Gelar Sar jana Teknik Sipil (S1)
Diajukan Oleh :
SAFITRI
09 5301 0008
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL ”VETERAN”
J AWA TIMUR
2013
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG GEDUNG
TECHNO PARK UPN “VETERAN” J AWA TIMUR MENGGUNAKAN
BALOK PRESTRESS
Disusun oleh :
SAFITRI
09 5301 0008
Telah diuji, dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Tugas Akhir
Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Univer sitas Pembangunan Nasional “Veteran” J awa Timur
Pembimbing :
1. PEMBIMBING UTAMA
Ir. Wahyu Kartini, MT.
NPT. 3 6304 94 0031 1
2. PEMBIMBING PENDAMPING
Ir. I Made D. Astawa, MT.
NIP.19530919 198601 1 00 1
Tim Penguji :
1. PENGUJ I I
Sumaidi, ST.
NPT. 3 7909 05 0204 1
2. PENGUJ I II
Ir. Ali Arifin, MT.
3. PENGUJ I III
Aniendhita RA., ST., MT.
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Univer sitas Pembangunan Nasional “Veteran” J awa Timur
Ir. Naniek Ratni J uliardi AR., M.Kes.
NIP. 19590729 198603 2 00 1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang
telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir yang berjudul “MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON
BERTULANG GEDUNG TECHNO PARK UPN “VETERAN” JAWA TIMUR
MENGGUNAKAN BALOK PRESTRESS”. Tugas Akhir merupakan salah satu
syarat yang harus dipenuhi dalam menempuh kurikulum program sarjana strata satu
(S1) pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jatim.
Atas terselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis tidak melupakan jasa-jasa
dari berbagai pihak. Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1.
Ibu Ir. Naniek Ratni Juardi A.R .M.Kes, selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jatim.
2.
Bapak Ibnu Sholichin,. ST ,MT selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional
“VETERAN” Jatim.
3.
Ibu Ir. Wahyu Kartini,. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang tiada
lelah dan sabar dalam membimbing penulis.
4.
Bapak Ir. I Made D Astawa,. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang
tiada lelah dan sabar membimbing penulis.
5.
Bapak, Ibu, kakak, adik dan teman-teman yang telah memberikan dukungan dan
pengorbanan serta motivasi begitu besar dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
iii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini jauh dari kesempurnaan, maka
penulis berharap kritik dan saran yang berguna demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan Jazakumullah Khoiro Katsiro.
Surabaya,
Desember 2013
Penulis
iv
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN……………………………………………………..
i
ABSTRAK……………………………………………………………………...
ii
KATA PENGANTAR………………………………………………………….
iii
DAFTAR ISI…………………………………………………………………....
iv
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………...
x
DAFTAR TABEL…………………………………………………………........
xii
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………….
1
1.1
Latar Belakang…………………………………………………..
1
1.2
Perumusan Masalah......................................................................
2
1.3
Tujuan…………………………………………………………...
3
1.4
Batasan Masalah………………………………………………...
3
1.5
Lokasi Studi..................................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
5
2.1
Umum...........................................................................................
5
2.2
Prinsip Dasar Beton Prategang………………………………….
6
2.3
Sistem Prategang………………………………………………...
7
2.3.1 Tahap – Tahap Pembebanan………………………….....
10
2.3.2 Material Untuk Beton Prestress………………………....
12
2.3.3 Kehilangan Gaya Prategang……………………………..
13
2.3.4 Jumlah Kehilangan Gaya Prategang Total……………....
18
2.3.5 Kontrol Lendutan………………………………………..
20
2.3.6 Momen Retak…………………………………………...
21
vi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2.4
Gempa Rencana………………………………………………...
21
2.4.1 Metode Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa…….
22
2.4.2 Kategori Gedung………………………………………..
23
2.4.3 Faktor Reduksi Gempa (R)……………………………..
23
2.4.4 Waktu Getar Empiris Struktur (T)……………………...
24
2.4.5 Gaya Geser Gempa (V)…………………………………
24
2.4.6 Faktor Respon Spektrum Gempa (CI)………………….
25
2.4.7 Eksentrisitas Pusat Massa Terhadap Pusat Rotasi Lantai
Tingkat………………………………………………….
26
2.4.8 Analisa Waktu Getar Struktur Dengan Cara T-Rayleigh
27
Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK)…………...
27
2.5.1 Hubungan Balok-Kolom pada SRPMK………………...
28
BAB III METODOLOGI PERENCANAAN ...................................................
31
2.5
3.1
Data Sebelum Dimodifikasi………………………………….....
31
3.2
Data Setelah Dimodifikasi……………………………………...
31
3.3
Permodalan Struktur………………………………………….....
32
3.4
Analisa Pembebanan…………………………………………….
33
3.4.1 Beban Yang Diperhitungkan……………………………
33
3.4.2 Kombinasi Pembebanan…………………………………
34
3.5
Perencanaan Struktur Gedung…………………………………..
35
3.6
Perencanaan Balok Prestress…………………………………….
35
3.7
Kontrol Desain…………………………………………………..
50
3.8
Metode Pelaksanaan……………………………………………..
50
3.9
Gambar Detail…………………………………………………..
50
vii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3.10
Flow Chart……………………………………………………...
51
BAB IV PERHITUNGAN STRUKTUR…………………………………….
52
4.1
Data Sebelum Dimodifikasi……………………………….........
52
4.2
Data Setelah Dimodifikasi……………………………………...
52
4.3
Pembebanan…………………………………………………….
54
4.4
Perhitungan Beban pada Portal…………………………………
55
4.4.1 Pembebanan Pelat Atap…………………………………
56
4.4.2 Pembebanan Pelat Lantai……………………………….
63
Beban Gempa…………………………………………………...
74
4.5.1 Menentukan Berat Struktur (Wt)……………………….
74
4.5.2 Perhitungan Periode Alami Struktur (T)………………..
79
4.5.3 Penentuan Faktor Respon Gempa (Cl)………………….
80
4.5.4 Menentukan Faktor Keutamaan (I)……………………..
81
4.5.5 Menentukan Parameter Daktalitas Struktur (R)………...
81
4.5.6 Perhitungan Gaya Geser Gempa (V)……………………
81
4.5.7 Eksentrisitas Pusat Massa Terhadap Pusat Rotasi Lantai
82
4.5.8 Analisa Waktu Getar Struktur dengan Cara T-Rayleigh
83
4.5
4.5.9 Analisa Kinerja Batas Layan (Δ s) dan Batas Ultimit (Δ m) 85
4.6
Perencanaan Balok Prestress……………………………………
88
4.6.1 Tegangan Ijin Beton Prategang…………………………
88
4.6.2 Dimensi Penampang…………………………………….
89
4.6.3 Momen Akibat Beban Sendiri dan Beban Tambahan…..
91
4.6.4 Kontrol Tegangan………………………………………
97
4.6.5 Penentuan Jumlah Strand………………………………
104
viii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4.6.6 Penentuan Tracee Tendon……………………………...
107
4.6.7 Kehilangan Prategang…………………………………..
109
4.6.8 Kontrol Lendutan………………………………………
131
4.6.9 Momen Retak…………………………………………..
136
4.6.10 Kontrol Tegangan Akibat Beban Gempa 25%................
138
Penulangan Pada Balok Prestress………………………………
141
4.7.1 Data-Data Perencanaan Tulangan Praktis Balok Prestress
141
4.7.2 Penulangan Geser………………………………………
147
4.7.3 Penulangan Torsi……………………………………….
152
Penulangan Lentur Kolom……………………………………..
155
4.8.1 Data Perencanaan Kolom……………………………...
155
4.8.2 Kelangsingan Kolom…………………………………..
156
4.8.3 Penulangan Geser……………………………………...
158
4.8.4 Konsep Strong Column Weak Beam…………………..
159
Hubungan Balok-Kolom………………………………………
162
4.9.1 Perencanaan Hubungan Balok-Kolom Exterior……….
162
4.9.2 Kontrol HBK…………………………………………..
162
4.9.3 Perencanaan Hubungan Balok-Kolom Interior………..
164
4.9.4 Kontrol HBK…………………………………………..
165
BAB V PENUTUP…………………………………………………………..
167
4.7
4.8
4.9
5.1
Kesimpulan…………………………………………………….
167
5.2
Saran…………………………………………………………...
168
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………....
169
LAMPIRAN
ix
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR 1.1
Denah Lokasi .................................................................
4
GAMBAR 2.1
Pemasangan Kabel Tendon ...............................................
8
GAMBAR 2.2
Pengecoran Beton Prestress ..............................................
8
GAMBAR 2.3
Pemotongan Tendon .........................................................
8
GAMBAR 2.4
Pengecoran Beton Sebelum Diberi Tendon .......................
9
GAMBAR 2.5
Setelan Tendon Terpasang pada Balok .............................
9
GAMBAR 2.6
Setelan Tendon di Angkur ................................................
10
GAMBAR 2.7
Strand Prategang 7 Kawat………………………………...
13
GAMBAR 2.8
Diagram Respon Spektrum Gempa Rencana…………….
25
GAMBAR 2.9
Hubungan Balok Kolom ..................................................
30
GAMBAR 4.1
Eksisting Gedung TTG UPN “Veteran” Jatim……………
53
GAMBAR 4.2
Denah Penampang Balok Pelat Atap dan Lantai…………
55
GAMBAR 4.3
Denah Tributarry Pelat Atap dan Lantai…………………
56
GAMBAR 4.4
Potongan Melintang Tributarry Akibat Beban Mati……..
71
GAMBAR 4.5
Potongan Melintang Tributarry Akibat Beban Hidup…...
71
GAMBAR 4.6
Potongan Memanjang Tributarry Akibat Beban Mati…....
72
GAMBAR 4.7
Potongan Memanjang Tributarry Akibat Beban Hidup…..
73
GAMBAR 4.8
Peta Wilayah Gempa………………………………………
79
GAMBAR 4.9
Periode Alami Struktur Menggunakan Sofware ETABS…
80
GAMBAR 4.10 Respon Spektrum Gempa Rencana………………………..
80
GAMBAR 4.11 Penyaluran Gaya Gempa Pada Portal……………………..
82
GAMBAR 4.12 Penampang Balok Prestress……………………………….
90
GAMBAR 4.13 Diagram Momen pada Lantai 1…………………………...
92
x
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
GAMBAR 4.14 Diagram Momen pada Lantai 2…………………………...
92
GAMBAR 4.15 Daerah Limit Kabel……………………………………….
95
GAMBAR 4.16 Daerah Limit Kabel……………………………………….
96
GAMBAR 4.17 Diagram Tegangan Saat Gaya Prategang Awal…………..
98
GAMBAR 4.18 Diagram Tegangan Saat Gaya Prategang Awal…………..
99
GAMBAR 4.19 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Lapangan 100
GAMBAR 4.20 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Lapangan 101
GAMBAR 4.21 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Tumpuan 103
GAMBAR 4.22 Diagram Tegangan Saat Beban Tambahan Bekerja di Tumpuan 104
GAMBAR 4.23 Angker Dengan 16 Strand………………………………..
106
GAMBAR 4.24 Angker Dengan 18 Strand………………………………..
107
GAMBAR 4.25 Lengkung Parabola Pada Kabel…………………………..
108
GAMBAR 4.26 Gaya Aksial Akibat Kekekangan Kolom…………………
115
GAMBAR 4.27 Penampang Balok Prestress……………………………….
120
GAMBAR 4.28 Momen Akibat Rangkak Berat Sendiri…………………...
123
GAMBAR 4.29 Momen Akibat Rangkak Beban Tambahan……………….
123
GAMBAR 4.30 Perletakan Balok Prestress Pada Story 2………………….
139
GAMBAR 4.31 Beban Gempa yang Diterima Balok Prestress…………….
139
GAMBAR 4.32 Perletakan Tendon…………………………………………
139
GAMBAR 4.33 Perletakan Tendon Pada Tumpuan………………………...
141
GAMBAR 4.34 Perletakan Tendon Pada Lapangan………………………...
142
GAMBAR 4.35 Penulangan Pada Balok Prestress………………………….
144
GAMBAR 4.36 Penulangan Pada Balok Prestress………………………….
146
GAMBAR 4.37 Reaksi Perletakan dan Momen Maksimum pada Balok Prestress150
xi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
GAMBAR 4.38 Reaksi Perletakan dan Momen Minimum pada Balok Prestress150
GAMBAR 4.39 Tulangan Pada Kolom Menggunakan PCA COL………….
156
GAMBAR 4.40 Detail balok Yang Menyatu Pada Kolom………………….
160
GAMBAR 4.41 Tipe Joint Dalam Struktur Rangka Exterior………………..
162
GAMBAR 4.42 Detail Hubungan Balok Kolom Exterior…………………...
164
GAMBAR 4.43 Tipe Joint Dalam Struktur Rangka Interior………………..
164
GAMBAR 4.44 Detail Hubungan Balok Kolom Interior…………………...
166
xii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tegangan-tegangan Izin Untuk Batang-batang Lentur…………
10
Tabel. 2.2
Karakteristik Strand dan Tendon……………………………….
13
Tabel 2.3
Jenis-jenis Kehilangan Prategang……………………………….
14
Tabel 2.4
Tabel Koefisien Susut Post Tension……………………………
17
Tabel 2.5
Presentase Kehilangan Gaya Prategang………………………..
19
Tabel 2.6
Faktor Keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan 23
Tabel 2.7
Parameter Daktilitas Struktur Gedung…………………………
24
Tabel 4.1
Pembebanan Ekuivalen Pelat Atap……………………………..
62
Tabel 4.2
Pembebanan Ekuivalen Pelat Lantai…………………………...
70
Tabel 4.3
Jumlah Beban Bangunan Keseluruhan…………………………
78
Tabel 4.4
Distribusi Beban Gempa ………………………………………
81
Tabel 4.5
Tabel Perhitungan Eksentrisitas Rencana ed Pada Arah x…….
83
Tabel 4.6
Tabel Perhitungan Eksentrisitas Rencana ed Pada Arah y…….
83
Tabel 4.7
Tabel Perhitungan T-Rayleigh Arah x…………………………
84
Tabel 4.8
Tabel Perhitungan T-Rayleigh Arah y…………………………
84
Tabel 4.9
Tabel Analisa Δ s terhadap arah x………………………………
86
Tabel 4.10
Tabel Analisa Δ s terhadap arah y………………………………
86
Tabel 4.11
Tabel Analisa Δ m terhadap arah x……………………………..
87
Tabel 4.12
Tabel Analisa Δ m terhadap arah y……………………………..
87
Tabel 4.13
Tabel Koefisien Susut Post Tension……………………………
120
xiii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
MODIFIKASI STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG
GEDUNG TECHNO PARK UPN “VETERAN” J AWA TIMUR
MENGGUNAKAN BALOK PRESTRESS
Oleh :
SAFITRI
09 5301 0008
ABSTRAK
Beton prestress adalah kombinasi antara beton berkekuatan tinggi dan baja mutu tinggi
dengan cara aktif. Gedung TECHNO PARK UPN “Veteran” Jawa Timur direncanakan
akan menggunakan beton prestress, karena lantai 1 digunakan sebagai ruang pameran
dan lantai 2 digunakan sebagai ruangan seminar yang tidak membutuhkan kolom
ditengah ruangan, sehingga lebih nyaman dan luas. Gedung ini memiliki bentang
panjang 50 m dan bentang pendek 20 m. Beton prestress memiliki dimensi dan jumlah
berat baja prestress lebih efisien dibandingkan jumlah berat besi beton bertulang biasa.
Dimensi balok prestress direncanakan berukuran 500 x 800 mm dengan sistem Full
Prestress. Dari hasil perhitungan didapat jumlah strand pada lantai 1 sebanyak 16 strand
berdiameter 15 mm dan lantai 2 sebanyak 22 strand berdiameter 13 mm. Dengan
diterapkannya SRPMK maka hubungan balok kolom perlu diperhitungkan. Sesuai SNI
03-2847-2002 pasal 23.4.2 dengan prinsip kolom kuat balok lemah (Strong Columns
Weak Beams), jumlah momen yang terjadi pada kolom harus lebih besar enam per lima
jumlah momen yang terjadi pada balok yaitu 1779,83 KNm ≥850,13 KNm. Penulangan
geser pada HBK harus diperhitungkan yang memenuhi persyaratan Vc > Vx-x (SNI 032847-2002 pasal 23.5.3) yaitu 4300,72 KN > 1372,02 KN, maka hubungan balok kolom
eksterior cukup kuat maka penulangan geser didaerah HBK tidak perlu dihitung, asalkan
tulangan begel sepanjang sendi plastis diteruskan pada HBK.
Kata kunci : Balok Prestress, SRPMK, HBK.
ii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Beton bertulang adalah beton yang menggunakan tulangan dengan jumlah dan
luas tulangan tidak kurang dari nilai minimum yang disyaratkan, atau tanpa pratekan
dan direncanakan berdasarkan asumsi bahwa kedua material bekerja bersama-sama
dalam menahan gaya yang bekerja. Sedangkan Beton Prategang (Beton Prestress)
mengkombinasikan beton berkekuatan tinggi dan baja mutu tinggi dengan cara aktif.
Kombinasi aktif ini menghasilkan perilaku yang lebih baik dari kedua bahan
tersebut14.
Pemilihan Gedung TECHNO PARK UPN ”Veteran” Jawa Timur untuk
dijadikan studi kasus dalam perancangan ini adalah gedung yang akan dimodifikasi
dari 3 lantai menjadi 6 lantai, yang memiliki bentang panjang 50 m dan bentang
pendek 20 m. Pada lantai 1 dan 2 akan direncanakan menggunakan beton prestress
dan lantai 4-6 menggunakan beton bertulang biasa. Lantai 1 digunakan sebagai
ruangan pameran dan lantai 2 digunakan sebagai ruangan seminar yang tidak
membutuhkan kolom ditengah ruangan dan terlihat lebih nyaman dan luas.
Penggunaan beton bertulang biasa dan beton prestress memiliki perbedaan yang
signifikan.
Beton bertulang biasa menghasilkan dimensi yang lebih besar dan
membutuhkan besi dengan jumlah yang cukup banyak sedangkan jika memakai
14
G Nawy, Edward. “Beton Prategang Jilid 1 Edisi 3”. Jakarta
1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2
beton prestress bisa menghasilkan dimensi yang lebih kecil dan jumlah berat baja
prestress jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi beton bertulang biasa.
Teori mengenai gempa adalah teori probabilistik, tidak ada yang bisa
memprediksi kejadian tersebut, tidak ada yang tahu kapan dan dimana serta seberapa
kuat gempa yang akan terjadi. Maka Perancangan Gedung TECHNO PARK UPN
”Veteran” Jawa Timur dimodifikasi dengan menggunakan Struktur Rangka Pemikul
Momen Khusus untuk zona gempa kuat. Elemen struktur beton prestress mempunyai
sifat daktalitas yang lebih rendah dibandingkan dengan elemen struktur beton
bertulang biasa, sehingga struktur beton prestress mempunyai penyerapan energi
gempa yang kurang baik. Tapi pada peraturan ACI 318-2008 beton prestress bisa
digunakan pada daerah zona gempa tinggi dengan syarat tendon menerima 25%
beban gempa yang menyebabkan momen negatif saja. Sedangkan 100% momen
positif akibat beban gempa dan 75% momen negatif akibat gempa ditahan oleh
tulangan lunak1. Dengan diterapkannya SRPMK maka hubungan balok kolom juga
diperhitungkan maka dari itu diterapkan prinsip kolom kuat balok lemah (Strong
Columns Weak Beams).
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang yang disebutkan diatas, maka dapat dirumuskan beberapa
permasalahan sebagai berikut :
1. Bagaimana cara merencanakan balok prestress?
2. Bagaimana mendesain struktur hubungan balok-kolom pada balok prestress
dengan metode SRPMK pada zona gempa kuat?
1
ACI Committee 318. “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-08) and Commentary”.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3
3. Bagaimana merencanakan gedung tahan gempa pada zona gempa kuat?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari perencanaan beton prestress adalah :
1.
Dapat mendesain balok prestress.
2.
Dapat merencanakan hubungan balok-kolom pada balok prestress dengan
menggunakan metode SRPMK pada zona gempa kuat.
3.
Dapat merencanakan gedung tahan gempa pada zona kuat.
1.4 Batasan Masalah
Didalam perencanaan tugas akhir ini terdapat beberapa teknis pelaksanaan, dan
mengingat luasnya masalah yang berkaitan dengan pengerjaan dalam suatu
perencanaan gedung. Maka batasan masalah pembahasan ini meliputi :
1.
Dalam perencanaan ini hanya merencanakan struktur atas diantaranya balok
prestress dan hubungan balok kolom prestress.
2.
Tidak meninjau struktur kolom ditengah bentang pada lantai 2 karena kolom
dianggap sebagai beban.
3.
Tidak merencanakan struktur lift.
4.
Tidak merencanakan struktur bawah.
5.
Peraturan yang digunakan sebagai acuan adalah SNI 03-2847-2002, SNI 031726-2002, SNI 03-1727-2002, ACI Prestress dan PPIUG 1983.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4
1.5
Lokasi Studi
Perencanaan Gedung TECHNO PARK UPN “Veteran” Jawa Timur
ini
terletak di Jl. Raya Rungkut Madya Gunung Anyar, Surabaya.
Gambar 1.1 Denah Lokasi Proyek Gedung TECHNO PARK UPN “Veteran” Jawa
Timur”
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1
Umum
Beton adalah material yang kuat dalam kondisi tekan, tetapi lemah dalam
kondisi tarik. Kuat tariknya bervariasi dari 8 sampai 14 persen dari kuat tekannya14.
Karena rendahnya kapasitas tarik tersebut, maka retak lentur terjadi pada taraf
pembebanan yang masih rendah. Baja adalah suatu material yang mempunyai
kekuatan tarik yang sangat tinggi. Sedangkan Beton Prategang (Beton Prestress)
adalah mengkombinasikan beton berkekuatan tinggi dan baja mutu tinggi dengan
cara aktif14. Adapun kelebihan dan kelemahan dalam pemakaian beton prestress ini
diantaranya :
a. Kelebihan beton prestress24.
− Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, sehingga lebih tahan terhadap
korosif.
− Komponen struktur prategang memiliki dimensi yang lebih efisien
dibandingkan beton bertulang untuk kondisi bentang dan beban yang sama.
− Ketahanan terhadap geser balok bertambah, yang disebabkan oleh pengaruh
pratekan akan mengurangi tegangan tarik utama. Pemakaian kabel yang
melengkung, khususnya untuk bentang panjang membantu mengurangi gaya
geser yang timbul pada penampang di tumpuan.
14
24
G Nawy, Edward.2001. “Beton Prategang Jilid 1 Edisi 3”. Jakarta.
Razuardi. 2012. “Makalah Beton Prategang”. Lhokseumawe.
5
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
6
− Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi
beton bertulang biasa (1/5 – 1/3), sehingga beban mati yang diterima
pondasi menjadi berkurang.
− Biaya pemeliharaan beton prestress lebih kecil, karena tidak adanya retakretak pada kondisi beban kerja.
b. Kelemahan beton prestress24.
− Bahan yang digunakan mutu tinggi sehingga membutuhkan biaya yang lebih
mahal.
− Dibutuhkan keahlian dan ketelitian yang lebih tinggi.
2.2
Prinsip Dasar Beton Prestress
Pada dasarnya beton prestress memiliki beberapa prinsip kerja diantaranya18 :
1. Sistem prategang untuk mengubah beton menjadi bahan yang elastis.
Konsep ini memperlakukan beton sebagai bahan yang elastis. Beton yang
ditransformasikan dari bahan yang getas menjadi bahan yang elastis dengan
memberikan tekanan terlebih dahulu pada bahan tersebut. Beton tidak mampu
menahan tarikan dan kuat menahan tekanan, namun beton yang getas dapat memikul
tegangan tarik.
2. Sistem prategang untuk kombinasi baja mutu tinggi dengan beton.
Konsep ini mempertimbangkan beton prestress sebagai kombinasi dari baja dan
beton, dimana baja menahan tarik dan beton menahan tekanan, dengan demikian
kedua bahan membentuk kesatuan penahan untuk melawan momen eksternal.
24
18
Razuardi. 2012. “Makalah Beton Prategang”. Lhokseumawe.
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
7
3. Sistem prategang untuk mencapai kesetimbangan beban.
Konsep ini menggunakan prestress sebagai suatu usaha untuk membuat
seimbang gaya-gaya pada sebuah batang. Pada keseluruhan desain beton prestress,
pengaruh prategang dipandang sebagai keseimbangan berat sendiri sehingga batang
yang mengalami lenturan tidak akan mengalami tegangan lentur pada kondisi
pembebanan yang terjadi.
2.3
Sistem Prategang
Metode yang paling luas dipakai untuk memberikan prategang pada elemen
beton struktural adalah dengan menarik baja ke arah longitudinal dengan alat penarik
yang berbeda-beda. Prategang dengan penggunaan gaya-gaya langsung diantara
tumpuan-tumpuan umumnya dipakai untuk pelengkungan dan perkerasan, dan
dongkrak datar selalu dipakai untuk memberikan gaya-gaya yang diinginkan. Secara
umum, sistem prategang pada beton prestress ada 2 metode, yaitu23:
1. Sistem Pratarik (Pra-Tension)
Dalam metode ini baja diberi gaya prategang terlebih dahulu sebelum beton
dicor, oleh karena itu metode ini disebut metode pratarik. Adapun prinsip dari
metode pratarik sebagai berikut 10:
a. Tahap 1 : Tendon prategang pada awalnya dikencangkan antara abutment
tetap.
23
10
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Catur Yulianti, Ria. 2008. “Beton Prategang”. Bandung.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
8
ABUTMEN
KABEL TEN DON
LANDASAN
F
F
Gambar 2.1 Pemansangan Kabel Tendon
b. Tahap 2 : Dengan bekisting di tempat, beton cor di sekitar tendon baja dan
landasan yang sudah disediakan, sehingga melingkupi tendon yang sudah
diberi gaya prategang dan dibiarkan mengering.
A B U T M EN
K AB E L TE N D O N
F
F
Gambar 2.2 Pengecoran Beton Prestress
c. Tahap 3 : Setelah beton mengering dan cukup umur dan kuat untuk
menerima gaya prategang, tendon dipotong dan dilepas, sehingga gaya
prategang ditransfer ke beton.
A BU TM E N
KABEL TENDON
F
F
Gambar 2.3 Pemotongan Tendon
Setelah gaya prategang ditransfer kebeton, balok beton tersebut akan
melengkung keatas sebelum menerima beban kerja. Setelah beban kerja bekerja,
maka balok beton tersebut akan rata.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
9
2. Sistem Pasca Tarik (Post-Tension)
Pada metode Pascatarik, beton dicor lebih dahulu, dimana sebelumnya telah
disiapkan saluran kabel atau tendon yang disebut duct. Adapun prinsip dari metode
pasca tarik sebagai berikut 10:
a. Tahap 1 : Dengan cetakan (formwork) yang telah disediakan lengkap dengan
saluran/selongsong
kabel
prategang
(tendon
duct)
yang
dipasang
melengkung sesuai bidang momen balok, beton dicor.
ABUTM EN
Gambar 2.4 Pengecoran Beton Sebelum Diberi Tendon
b. Tahap 2 : Setelah beton cukup umur dan kuat memikul gaya prategang,
tendon atau kabel prategang dimasukkan dalam selongsong (tendon duct),
kemudian ditarik untuk mendapatkan gaya prategang. Metode pemberian
gaya prategang ini, dengan salah satu ujung kabel diangker, kemudian ujung
lainnya ditarik (ditarik dari satu sisi). Ada pula yang ditarik dikedua sisinya
dan diangker secara bersamaan. Setelah diangkur, kemudian saluran di
grouting melalui lubang yang telah disediakan.
ABU TM EN
KABEL TENDON
F
F
Gambar 2.5 Setelan Tendon Terpasang Pada Balok
10
Catur Yulianti, Ria. 2008. “Beton Prategang”. Bandung.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
10
c. Tahap 3 : Setelah diangkur, balok beton menjadi tertekan, jadi gaya
prategang telah ditransfer kebeton. Karena tendon dipasang melengkung,
maka akibat gaya prategang tendon memberikan beban merata kebalok yang
arahnya keatas, akibatnya balok melengkung keatas
ABUTM EN
KABEL TENDO N
Gambar 2.6 Setelah Tendon di Angkur
2.3.1 Tahap – Tahap Pembebanan
Salah satu pertimbangan dari beton prestress adalah banyaknya tahapan
pembebanan dimana sebuah komponen struktur dibebani. Beberapa dari tahapan
pembebanan ini terjadi juga pada struktur yang bukan prategang, tetapi yang lainnya
terjadi hanya akibat prategang. Untuk struktur yang dicor setempat, beton prestress
harus didesain paling sedikit duat tahap, tahap awal pada saat pemberian gaya
prategang dan tahap akhir pada saat dibebani oleh beban eksternal. Tabel 2.1 memuat
ringkasan dari tegangan-tegangan yang diizinkan18.
Tabel 2.1 Tegangan-tegangan Izin Untuk Batang-batang Lentur (peraturan ACI)
Tegangan Baja – tidak melampaui nilai-nilai berikut :
1. Akibat gaya pendongkrak yang bekerja pada kabel :
0,80fpu atau 0,90 fpy
Dibandingkan mana yang lebih kecil, tetapi tidak besar dari nilai maksimum
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
11
yang diusulkan oleh pembuat kabel prategang atau angkur.
2. Tendon pratarik “segera setelah peralihan” gaya prategang atau tendontendon pasca-tarik setelah penjangkaran/pengangkuran,
0,70fpu
Sumber : T.Y.LIN NED – H.BURN18
a. Sebelum Diberi Gaya Prategang
Sebelum beton diberi gaya prategang, beton cukup lemah dalam memikul
beban, oleh karena itu harus dicegah agar tidak terjadi kehancuran pada perletakan.
Harus dibuat ketentuan mengenai susut pada beton kalau hal ini terjadi. Jika
diizinkan untuk memperkecil atau menghapus retak-retak pada beton prestress,
pemeliharaan yang seksama sebelum peralihan gaya prategang sangat penting.
Kekeringan atau perubahan temperature secara mendadak harus dihindarkan. Retakretak dapat atau tidak dapat ditutupi dengan adanya gaya prategang tergantung dari
banyak faktor. Retak-retak akibat susut akan mengurangi kemampuan beton untuk
memikul tegangan tarik dan mungkin harus ditolak18.
b. Pada Saat Diberi Gaya Prategang
Percobaan pada saat pemberian gaya prategang merupakan percobaan yang
kritis dari kekuatan tendon. Seringkali, tegangan maksimum yang mungkin dialami
oleh tendon pada saat penarikan tendon. Kadang-kadang kabel putus pada saat diberi
gaya prategang yang disebabkan oleh cacatnya waktu pembuatan. Tetapi putusnya
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
12
kabel jarang terjadi karena didalam sebuah komponen struktur terdapat banyak kabel.
Untuk proses penarikan kabel merupakan percobaan yang besar untuk mengetahui
kekuatan/daya dukung angkurnya. Gaya prategang yang tidak simetris dan terpusat
dari kabel dapat menimbulkan tegangan yang berlebihan pada beton. Oleh karena itu,
besarnya gaya prategang pada berbagi tendon harus dipelajari terlebih dahulu18.
2.3.2 Material Untuk Beton Prestress
a. Beton Berkekuatan Tinggi
Beton yang lebih kuat biasanya dibutuhkan untuk pekerjaan beton prestress
dari pada untuk beton bertulang. Sebagian besar dari komponen struktur beton
prestress dibebani tegangan yang tinggi dibandingkan dengan beton bertulang.
Misalnya, pada balok prestress tertumpu pada dua perletakan. Sementara serat-serat
atas tertekan kuat akibat beban eksternal yang sangat besar, serat-serat bawah
tertekan pada saat peralihan gaya prategang. Sementara bagian tengah bentang
menahan
momen
lentur
yang
terbesar,
bagian
tepi/ujung
menahan
dan
mendistribusikan gaya pretegang. Sehingga pada komponen struktur prategang lebih
penting untuk menjaga keseragaman kekuatan, sedangkan pada beton bertulang
penampang kritis relatif dibatasi25.
b. Baja Berkekuatan Tinggi
Untuk sistem prategang digunakan baja mutu tinggi. Baja mutu tinggi
diharapkan mampu menerima kekuatan tarik yang cukup tinggi untuk mampu
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Rudiatmoko, Wiryasa, dan Budiwati. “Perancangan Struktur Gedung Beton Bertulang (Jurnal
Elektronik Infrastruktur Teknik Sipil)”. Denpasar
25
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Ilmiah
13
menghasilkan gaya prategang yang cukup besar. Untuk batang beton prestress, baja
berkekuatan tinggi yang dipakai pada umumnya terdiri dari kawat, batang baja, atau
untaian kawat baja (stand). Baja dengan kandungan karbon tinggi digulung dalam
keadaan panas menjadi batang-batang dan ditarik dalam proses dingin untuk
memperkecil diameter serta memperbesar kekuatan tariknya25.
(a)
(b)
Gambar 2.7 Strand Prategang 7 Kawat. (a) Penampang Strand Standar. (b)
Penampang Strand Yang Dipadatkan.
Tabel. 2.2 Karakteristik Strand dan Tendon26
Strand Type
Nominal diameter
Nominal area
Nominal weight/mass
Tensile strength
Min. breaking load
Young’s modulus
Relaxation
inch
inch2
lbs/ft
ksi
kips
ksi
%
0.5” (13 mm) 0.6” (15 mm)
0,5
0,6
0,153
0,217
0,53
0,74
270
270
41,3
58,6
approx. 28,500
max 2,5
Sumber : VSL US Technical Data and Dimensions • Strand and Tendon Properties • 0308
2.3.3 Kehilangan Gaya Prategang
Kehilangan prategang adalah berkurangnya gaya yang bekerja pada tendon
dalam tahap-tahap pembebanan. Kehilangan prategang ini dapat terjadi oleh
25
Rudiatmoko, Wiryasa, dan Budiwati. “Perancangan Struktur Gedung Beton Bertulang (Jurnal Ilmiah
Elektronik Infrastruktur Teknik Sipil)”. Denpasar
26
VSL US Technical Data and Dimensions “Strand and Tendon Properties” 0308 ©VStructural, LLC.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
14
beberapa sebab diantaranya kesalahan dalam menghitung kehilangan gaya prategang
akan mempengaruhi keadaam pada waktu dibebani seperti lendutan keatas (camber),
lendutan kebawah, dan retak. Berbagai jenis kehilangan yang sering dijumpai dalam
system prataik dan pasca-tarik dapat dilihat table dibawah ini 23:
Tabel 2.3 Jenis-jenis Kehilangan Prategang
Pratarik
1. Deformasi elastis beton.
Pasca - Tarik
1. Tidak
ada
kehilangan
akibat
deformasi elastis kalau semua
kawat ditarik secara bersamaan.
Kalau kawat-kawat ditarik secara
berurutan,
kehilangan
2. Relaksasi tegangan pada baja.
akan
prategang
terdapat
akibat
deformasi elastis beton.
3. Penyusutan beton.
2. Relaksasi tegangan pada baja.
4. Rangkak beton.
3. Penyusutan beton.
4. Rangkak beton.
5. Gesekan.
6. Tergelincirnya angkur.
Sumber : N. Krishna Raju23
1. Kehilagan Prategang Langsung
a. Kehilangan Prategang Akibat Elastis Beton
Kehilangan prategang akibat elastis beton adalah pada gaya prategang
diahlikan ke beton, komponen struktur akan memendek dan baja
23
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
15
prategang turut memendek bersamaan. Jadi ada kehilangan gaya
prategang pada baja. Pada bagian ini dimulai dengan mempertimbangkan
kehilangan gaya prategang akibat masing-masing sumber23.
b. Kehilangan Prategang Akibat Gesekan
Pada kasus batang pasca-tarik, apabila kabel-kabel lurus atau agak
melengkung ditarik, maka gesekan terhadap dinding saluran akan
mengakibatkan kehilangan tegangan yang makin bertambah menurut
jaraknya dari dongkrak. Selain itu, akan terdapat kehilangan tegangan
akibat gesekan antara kabel dan gerak menggelombang dalam saluran
yang disebut sebagai “gelombang” yang merupakan penyimpangan kecil
saluran dari kedudukan yang ditetapkan22.
c. Kehilangan Prategang Akibat Angkur
Dalam pergelinciran angkur apabila kabel ditarik dan dongkrak
dilepaskan untuk mentransfer prategang beton, pasak-pasak gesekan yang
dipasang untuk memegang kawat-kawat dapat menggelincir pada jarak
yang pendek sebelum kawat-kawat tersebut menempatkan diri secara
kokoh diantara pasak-pasak tadi. Kehilangan selama pengangkuran, yang
terjadi pada pegangan tipe pasak biasanya dilapangan diperhitungkan
dengan memberikan perpanjangan berlebih pada tendon23.
d. Kehilangan Prategang Akibat Kekekangan Kolom
Pada konstruksi beton prestress dengan desain cor monolit perlu
diperhitungkan kehilangan prategang akibat kekangan kolom. Hal ini
23
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
16
dapat terjadi karena saat dilakukan jacking, beton terkekang oleh
kekakuan kolom. Gaya berlawanan yang diberikan oleh kolom menahan
reaksi perpendekan beton akibat gaya jacking yang terjadi. Gaya
perlawanan kolom ini menyebabkan berkurangnya gaya prategang karena
sebagian gaya prategang digunakan untuk mengatasi perlawanan gaya
kolom.
Semakin kaku komponen kolom yang mengekang balok prstress maka
semakin besar gaya prategang yang hilang untuk melawan kolom agar
mengikuti lenturan balok akibat gaya jacking. Hal ini juga meyebabkan
semakin besarnya momen yang diterima kolom sebagai kontribusi dari
jacking yang terjadi, demikian pula jika kolom didesain tidak kaku, maka
semakin kecil gaya kehilangan prategang balok akibat kekangan dan
semakin kecil momen yang diterima kolom akibat gaya jacking yang
terjadi28.
2. Kehilagan Prategang Langsung
a. Kehilangan Prategang Akibat Relaksasi Baja
Percobaan-percobaan pada baja prategang dengan perpanjangan yang
konstan dan dijaga tetap pada suatu selang waktu memperlihatkan bahwa
gaya prategang akan berkurang secara perlahan-lahan. Besarnya
28
X.E.LIE, Fransiskus. 2013. “Perencanaan Beam-Coloum Joint Dengan Menggunakan Metode Beton
Prategang Partial Gedung Perkantoran Bpr Jatim”. Surabaya.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
17
pengurangan tergantung pada lamanya waktu dan perbandingan fpi/fpy.
Kehilangan gaya prategang ini disebut relaksasi18.
b. Kehilangan Prategang Akibat Susut
Susut pada beton dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti rangkak, dan
perhitungan-perhitungan kehilangan gaya prategang. Hal-hal yang
mempengaruhi susut pada beton adalah rasio volume terhadap luas
permukaan, kelembapan relatif dan waktu antara akhir pengecoran dan
pemberian gaya prategang. Kehilangan akibat susut dipengaruhi oleh ratio
penampang dan kelembaban udara. Jika kelembaban udara relative ratarata diasumsikan sebesar RH = 78%, maka perbandingan ratio
penampang
adalah perbandingan antara luas dan keliling.
Tabel 2.4 Tabel Koefisien Susut Post Tension
KSH
0,92
0,85
0,8
0,77
0,73
0,64
0,58
0,45
Waktu Akhir Perawatan Hingga Pemberisian Gaya Prategang (Hari)
1
3
5
7
10
20
30
60
Sumber : T.Y.LIN NED – H.BURNS18
c. Kehilangan Prategang Akibat Rangkak
Rangkak dianggap
terjadi dengan
beban
mati permanen
yang
ditambahkan pada komponen struktur setelah beton diberi gaya
prategang. Prategang yang terus-menerus pada beton suatu batang
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
18
prategang mengakibatkan rangkak pada beton yang secara efektif
mengurangi tegangan pada baja bermutu tinggi. Berbagai faktor yang
mempengaruhi rangkak beton adalah kelembaban relatif, tingkat
tegangan, kekuatan beton, umur beton pada pembebanan, lamanya
tegangan, perbandingan air/semen, dan tipe semen serta agregat pada
beton23.
2.3.4 J umlah Kehilangan Gaya Prategang Total
Gaya prategang awal pada baja dikurangi semua kehilangan gaya prategang
disebut dengan gaya prategang efektif atau gaya prategang rencana. Jumlah
keseluruhan kehilangan gaya prategang yang diangggap dalam rancangan akan
tergantung atas dasar dari mana gaya prategang awal diukur. Pertama, ada tegangan
dongkrak maksimum sementara terhadap mana sebuah tendon dapat dibebani untuk
maksud memperkecil rangkak pada baja atau untuk menyeimbangkan kehialngan
gaya prategang akibat gesekan. Jadi ada sedikit pelepasan dari tegangan maksimum
kembali ke tegangan dongkrak normal.
Besarnya kehilangan gaya prategang dapat dinyatakan dengan empat cara18 :
a. Dalam regangan satuan untuk kehilangan gaya prategang seperti rangkak,
susut dan perpendekan elastis beton yang dinyatakan sebagai regangan.
b. Dalam regangan total untuk kehilangan gaya prategang akibat pengangkuran.
23
18
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
19
c. Dalam regangan satuan untuk semua kehilangan gaya prategang bila
dinyatakan dalam regangan dapat ditransformasikan ke dalam tegangan
satuan baja.
d. Dalam presentase tegangan untuk kehilangan gaya akibat rangkak pada baja
dan gesekan. Kehilangan gaya prategang lain yang dinyatakan dalam
tegangan satuan dapat dengan mudah ditransformasikan ke dalam presentase
gaya awal prategang.
Sulit untuk menyamaratakan jumlah kehilangan gaya prategang, karena hal
tersebut tergantung dari banyak faktor, sifat-sifat beton dan baja, pemeliharaan dan
keadaan kelembaban, besar dan wktu penggunaan gaya prategang dan proses
prategang. Untuk sifat-sifat baja dan beton rata-rata, yang dirawat dalam kondisi
udara rata-rata, persentase yang ditabelkan dibawah ini dapat diambil sebagai
kehilangan gaya prategang rata-rata18.
Tabel 2.5 Presentase Kehilangan Gaya Prategang
J enis kehilangan
Perpendekan elastik dan lenturan
balok
Rangkak beton
Susut beton
Relaksasi baja
Kehilangan total
Sumber :T.Y.LIN NED – H.BURNS18
Pratarik %
Pasca-tarik %
4
6
7
8
25
1
5
6
8
20
Kehilangan gaya yang diizinkan sekitar 20% untuk pasca-tarik dan 25%
untuk pratarik terlihat tidak terlalu jauh dari nilai yang mungkin untuk balok
prategang dan gelagar. Tetapi harus diingat bahwa dalam keadaan bergeser dari ratarata, kelonggaran yang berbeda harus dibuat sesuai dengan itu. Sebagai contoh, bila
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
20
kehilangan gaya prategang rata-rata pada komponen struktur (Fe/Ac) tinggi, katakan
sekitar 7 Mpa, kehilangan gaya prategang ini akan bertambah sekitar 30% untuk
pratarik dan 25% untuk pasca-tarik18.
2.3.5 Kontrol Lendutan
Kontrol terhadap lendutan yang sesuai sangat penting karena alasan-alasan berikut4:
1. Lendutan yang berlebihan pada bentang struktural utama tidak mudah terlihat
dan pada waktunya membuat lantai menjadi tidak sesuai untuk pemakaian
yang direncanakan.
2. Lendutan yang besar akibat pengaruh dinamis dan akibat pengaruh beban
yang berubah-ubah dapat mengurangi kenyamanan pemakainya.
3. Lendutan yang berlebih cenderung menyebabkan kerusakan pada permukaan,
sekat dan struktur yang berkaitan.
Faktor-faktor mempengaruhi lendutan :
1. Beban terpasang dan berat sendiri.
2. Besarnya gaya prategang.
3. Profil kabel.
4. Momen inersia potongan melintang.
5. Modulus elastisitas beton.
6. Susut, rangkak dan relaksasi tegangan baja.
7. Bentangan batang yang bersangkutan.
18
Ned H.Burns, T.Y.Lin. 1991. “Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1”. Jakarta.
Antoro, Rudi. 2011. “Kajian Struktur Beton Pratekan Bentang Panjang dengan Beban Lateral Pada Proyek
Gedung Rumah Sakit Jasa Medika”. Surabaya.
4
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
21
2.3.6 Momen Retak
Momen lentur dimana retakan yang dapat dilihat timbul pada batang beton
prategang yang disebut momen retak. Setelah pemindahan prategang ke beton, sofit
balok akan mengalami tekanan. Berangsur-angsur tegangan akan ini diimbangi oleh
tegangan tarik yang timbul akibat beban transversal pada balok, sehingga tegangan
resultan pada serat paling bawah menjadi nol. Penambahan beban lebih lanjut akan
mengakibatkan timbulnya tegangan tarik pada sofit balok.
Tegangan terik yang timbul apabila retak-retak menjadi terlihat retak-retak
menjadi terlihat pada sofit tergantung pada tipe serta distribusi tulangan baja dan
kualitas beton dalam balok. Namun, umumnya dianggap bahwa retak-retak yang
tampak muncul apabila tegangan tarik pada sofit kira-kira sama dengan modulus
keruntuhan materialnya. Lebarnya retak-retak tersebut sangat dipengaruhi oleh
tingkat rekatan yang terjadi antara beton dan baja23.
2.4
Gempa Rencana
Pada dasarnya teori mengenai gempa adalah teori probabilistik, tidak ada
yang bisa memprediksi kejadian tersebut, tidak ada yang tahu kapan dan dimana
serta seberapa kuat gempa yang akan terjadi. Maka Perancangan Gedung Teknologi
Tepat Guna (TTG) UPN ”Veteran” Jawa Timur dimodifikasi dengan menggunakan
Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus untuk zona gempa kuat. Pada dasarnya
elemen struktur beton prestress mempunyai sifat daktalitas yang lebih rendah
dibandingkan dengan elemen struktur beton bertulang biasa, sehingga struktur beton
23
Raju, Krishna N. 1993. “Beton Prategang Edisi Kedua”. Jakarta.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
22
prestress mempunyai penyerapan energi gempa yang kurang baik8. Tapi pada
peraturan ACI 318-2008 beton prestress bisa digunakan pada daerah zona gempa
tinggi dengan syarat tendon menerima 25% beban gempa yang menyebabkan momen
negatif saja. Sedangkan 100% momen positif akibat beban gempa dan 75% momen
negatif akibat gempa ditahan oleh tulangan lunak1. Menurut rancangan Standart
(SNI) 03-1726-2002), Tata Cara Perancangan Gempa untuk Bangunan Gedung.
Gempa rencana ditetapkan mempunyai periode ulang 500 tahun, agar probabilitasnya
terbatas pada 10% selama 50 tahun. Gempa rencana ini berkaitan dengan gedunggedung biasa tanpa keistimewaan, kekhususan atau keutamaan dalam fungsinya,
yang memiliki jumlah tingkat antara 10 Perhitungan Berat Bangunan (Wt)7.
2.4.1
Metode Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa
Metode analisis yang dapat digunakan untuk memperhitungkan pengaruh
beban gempa terhadap struktur gedung adalah sebagai berikut :
a.
Metode Analisis Statis
Merupakan analisis sederhana untuk menentukan pengaruh gempa tetap yang
hanya digunakan pada struktur gedung beraturan, penyebaran kekakuan massa
menerus, dan ketinggian tingkat kurang dari 40 meter. Struktur gedung ditetapkan
sebagai