Perencanaan PCU girder

Girder adalah bagian struktur atas yang berfungsi menyalurkan beban berupa beban kendaraan, berat sendiri girder dan beban lainnya yang berada di atas girder tersebut ke bagian struktur bawah. Alasan penggunaan girder beton prategang adalah girder jembatan merupakan structural yang langsung menerima beban lalu-lintas setalah slab yang kemudian menyalurkan beban tersebut ke kolom dan diteruskan ke pondasi. 

Precast Concrete U (PCU) Girder

Precast Concrete U (PCU) sebagai girder yang terdiri dari balok beton (concrete) segmental pre-cast, yang menggunakan sistem konstruksi beton prategang. Dengan menggunakan konstruksi beton prategang, girder dapat didesain dengan efektif dan efisien juga ekonomis namun mampu menanggung beban konstruksi yang telah direncanakan. Penggunaan beton bertulang biasa akan menyebabkan dimensi beton dan baja tulangan girder sangat besar, yang mengakibatkan konstruksi tersebut tidak lagi efektif, efisien dan ekonomis.

Pekerjaan Erection PCU Girder merupakan pekerjaan untuk menempatkan balok-balok U Girder ke Pier Head. Namun sebelum dilakukannya erection girder, pekerjaan penting yang harus dilakukan pada girder adalah proses stressing.

Stressing girder adalah proses penarikan kabel tendon yang ada didalam girder untuk menjadikan girder sebagai beton prategang. Pemberian tegangan pada kabel tendon (stressing) dapat dilakukan dengan dua sistem, pretensioning dan post-tensioning.

Pre-tensioning adalah prinsip cara penegangan dengan tendon ditegangkan dengan alat pembantu sebelum tendon dicor atau sebelum beton mengeras dan gaya prategang dipertahankan sampai beton cukup keras.

Post-tensioning adalah prinsip cara penegangan dengan kondisi beton yang telah terlebih dahulu dicor dan dibiarkan mengeras sebelum diberi gaya prategangan.

Sistem inilah yang digunakan dalam proses stressing U girder yang kan saya bahas pada tulisan ini. Ketika memilih post-tensioning hal yang harus diperhatikan adalah jarak dari lokasi proyek ke pabrik produsen girder tersebut, pengiriman girder akan menggunakan container, panjang container disesuaikan dengan panjang girder, maka dari itu jarak juga harus dipertimbangkan karena ketika membutuhkan girder yang sangat panjang perlu pengiriman girder beberapa kali, biasanya 1 kontainer 1 segmen atau 2 segmen girder, tergantung ukuran girder tersebut, yang nantinya akan di disambung menjadi satu kesatuan.

PCU Girder & Strands

Di Indonesia girder yang umum dipakai adalah girder berbentuk box girder dan I girder atau disebut PCI girder, mungkin karena produsen girder belum memiliki pabrikasi untuk cetakan U girder.

Baca: Perencanaan Teknis Perhitungan PCI Girder Jembatan

Penggunaan sistem post-tensioning dipilih karena pertimbangan:

1)   Keterbatasan lahan di proyek FO Amplas untuk menjadi lokasi pencetakan girder.

2)  Dibutuhkan bentuk tendon yang melengkung. Pengerjaan stressing dengan cara pre-tension akan sulit untuk membentuk tendon yang melengkung.

3)  Dengan panjang bentang girder 37,9 m, penggunaaan sistem pre-tension akan mahal dalam hal begisting.

4)   Kemudahan pelaksanaan

Metode kerja stressing girder post-tensioning mengutamakan baja dalam posisi seperti profil yang telah ditentukan, lalu dicor dalam beton (grouting), lekatan dihindarkan dengan menyelubungi baja dengan membuat saluran/pipa untuk instalasi kabel. Post-tensioning terdiri atas dua cara, sistem single dan double.

Sistem single adalah sistem stressing kabel strand dengan hanya menarik salah satu ujung kabel strand saja. Sedangkan untuk sistem double adalah sistem penarikan kabel strand dengan mearik kedua ujung kabel.

Di samping itu, perencanaan harus memperhatikan faktor integriti komponen-komponen struktur maupun keseluruhan jembatan, dengan mempertimbangkan faktor-faktor berikut:

1)   Kontinuitas dan redundansi.

2)   Semua komponen struktur jembatan harus mempunyai ketahanan yang terjamin terhadap kerusakan dan instabilitas sesuai umur jembatan yang direncanakan.

3)  Aspek perlindungan eksternal terhadap kemungkinan adanya beban yang tidak direncanakan atau beban berlebih.

Metode Stressing

Ada dua metode dan cara pelaksanaan stressing, yaitu metode satu arah (non balas) dan dua arah (balas) dan cara pre tension dan post-tension. Pada tulisan ini akan membahas metode perhitungan dan pelaksanaan VSL dengan alat standart VSL yang telah di-patenkan. VSL merupakan singkatan dari Voorspan System Loesinger yang diciptakan oleh Loesinger pada tahun 1917 di Bern, Swiss dan dipatenkan pada tahun 1954.

Girder beton prategang haruslah menggunakan bahan bermutu tunggi agar mampu menerima gaya prategang dan gaya eksternal yang besar yang akan berkerja pada girder. Pada girder FO Amplas tahapan pekerjaan yang harus diselesaikan hingga mencapai pekerjaan pengangkatan girder (erection) adalah sebagai berikut:

1)   Perhitungan prategang girder

2)   Pelaksanaan stressing girder dan grouting

3)   Erection girder

Disain Material

-          Baja Prategang

Baja pada konstruksi beton prategang merupakan penyebab terjadinya pemendekan pada beton dikarenakan pengaruh rangkak dan susut. Kehilangan gaya prategang pada baja sesaat setelah penegangan pada baja akibat gesekan disepanjang tendon atau saat pengangkuran ujung (draw-in) akan mempengaruhi gaya prategang pada beton dengan angka yang cukup signifikan.

Untuk tujuan ke-efektif-an desain, total kehilangan gaya prategang harus relatif kecil dibandingkan gaya prategang yang berkerja. Kondisi ini dipengaruhi oleh jenis baja prategang yang digunakan dalam konstruksi. Pada proyek FO Amplas baja yang digunakan adalah baja strand sebagai tulangan prategang dan baja tulangan biasa sebagai tulangan geser.

Baja yang digunakan sebagai tulangan prategang merupakan jenis uncoated stress relieve seven wire strand low relaxation. Baja strand merupakan jenis yang paling banyak digunakan untuk penegangan post-tension. Strand yang digunakan pada proyek ini sesuai spesifikasi ASTM A416. Baja strand difabrikasi dengan memuntir beberapa kawat secara bersamaan. Seven wire strand terdiri dari 7 (tujuh) untaian kawat, dengan posisi kawat 1 (satu) untai ditengah dan 6 (enam) sisanya mengelilingi satu kawat pusat. Strand low relaxation digunakan untuk mencapai konstruksi yang efisien.

Kawat-kawat stress-relived adalah kawat tunggal yang ditarik dingin yang sesuai dengan standart ASTM A421; strss-relived strand mengikuti standart ASTM A 416. Strand terbuat dari tuju buah kawat dengan memuntir enam diantaranya pada pitch sebesar 12 sampai 16 kali diameter disekeliling kawat lurus yang sedikit lebih besar. Pelepasan tegangan dilakukan setelah kawat-kawat dijalin menjadi strand.

Jenis Kawat baja Prategang:

Kawat tunggal (wire)

Kawat tunggal ini biasanya dipergunakan dalam beton prategang dengan   system pra-tarik (pretension method).

Untaian kawat (strand)

Untaian kawat ini biasanya dipergunakan dalam beton prategang dengan system   pasca-tarik (post-tension).

Kawat batangan (bar)

Kawat batangan ini biasanya digunakan untuk beton prategang dengan system pra-tarik (pretension). Jenis-jenis lain tendon yang sering digunakan untuk beton prategang pada sitem pre-tension adalah seven-wire strand dan single-wire. Untuk seven-wire ini, satu bendel kawat teriri dari 7 buah kawat, sedangkan single wire terdiri dari kawat tunggal.

Tabel Tipikal Baja Prategang:

Baja Prategang	Diameter (mm)	Luas (mm2)	Beban Putus (kN)	Tegangan Tarik (Mpa)
Kawat Tunggal (wire)	3	7.1	13.5	1900
	4	12.6	22.1	1750
	5	19.6	31.4	1600
	7	38.5	57.8	1500
	8	50.3	70.4	1400
Untaian Kawat (strand)	9.3	54.7	102	1860
	12.7	100	184	1840
	15.2	143	250	1750
Kawat Batangan (bar)	23	415	450	1080
	26	530	570	1080
	29	6680	710	1080
	32	804	870	1080
	38	1140	1230	1080

Relaksasi Baja

Jika baja prategang ditarik hingga mencapai perpanjangan yang constant dan dijaga tetap pada selang waktu tertentu maka akan terlihat gaya prategang pada baja tersebut akan berkurang secara perlahan, besarnya kehilangan tergantung waktu dan suhu. Kehilangan gaya prategang seperti ini disebut dengan relaksasi baja (R).

Menurut besar nilai relaksasinya, baja prategang terbagi dua jenis yaitu baja prategang relaksasi normal dan baja prategang relaksasi rendah. Untuk pemakaian jangka panjang, baja prategang relaksasi rendah lebih sering dipergunakan karena lebih menguntungkan. Percobaan untuk mengetahui besarnya nilai relaksasi baja dilakukan dalam waktu 1000 jam pada tegangan konstan pada suhu 20 derajat Celcius.

Beton

Beton yang digunakan untuk konstruksi beton prategang memiliki komposisi standart yaitu semen, air, agregat dan jika perlu ditambahkan admixture. Besar perbandingan antar ketiga bahan tersebut tergantung mutu beton yang akan dicapai. Beton untuk beton prategang biasanya merupakan beton bermutu tinggi. Menurut ACI, beton yang boleh mengalami prategang adalah beton yang telah berumur 28 hari dengan kuat tekan beton telah mencapai 30 sampai 40 MPA.

Dalam segala hal, beton dengan kuat tekan (benda uji silinder) yang kurang dari 20 MPa tidak dibenarkan untuk digunakan dalam pekerjaan struktur beton untuk jembatan, kecuali untuk pembetonan yang tidak dituntut persyaratan kekuatan. Dalam hal komponen struktur beton prategang, sehubungan dengan pengaruh gaya prategang pada tegangan dan regangan beton, baik dalam jangka waktu pendek maupun jangka panjang, maka kuat tekan beton disyaratkan untuk tidak lebih rendah dari 30 MPa.

Kuat tekan

Kuat tekan beton tergantung dari jenis campuran, besaran agregat, waktu dan kualitas perawatan. Beton dengan kekuatan tinggi jelas jauh lebih menguntungkan. Kuat tekan beton f`c didasarkan pada pengujian benda uji slinder standart 6in. x 12in. yang diolah pada kondisi laboratorium standart dan diuji pada laju pembebanan tertentu selama 28 hari. Spesifikasi standart yang digunakan di Indonesia adalah dari SNI.

Kuat Tarik

Untuk komponen struktur yang mengalami lentur, nilai modulus reptur fr (bukan kuat belah tarik f`t) digunakan dalam desain. Modulus reptur diukur dengan cara menguji balok beton polos berpenampang bujursangkar 6 in. hingga gagal dengan bentang 18 in. dan dibebani dititik-titik sepertiga bentang (ASTM C-78). Besarnya modulus reptur lebih besar disbanding kuat tarik belah beton. Dari Pedoman Beton 1988, Chapter 3 besar modulus reptur adalah

Fr = 0.6 * √fc`

Kuat geser

Kuat geser lebih sulit ditentukan dengan cara eksperimental dibandingkan dengan pengujian-pengujian lainnya dikarenakan sulitnya untuk mengisolasi tegangan geser dari tegangan lainnya. Hal ini mengakibatkan perbedaan hasil besarnya kuat geser beton yang dilaporkan diberbagai studi literature, mulai dari 20% hingga 85% dari kuat tekan pada kasus-kasus dimana geser langsung terjadi bersamaan dengan tekan. Kontrol desain structural jarang didasarkan pada kuat geser karena besarnya kuat geser itu sendiri dibatasi secara kontiniu pada nilai yang lebih kecil untuk mencegah beton mengalami tarik diagonal.

Modulus Elastisitas Beton (Ec)

Modulus elastisitas beton, Ec, nilainya tergantung pada mutu beton, yang terutama dipengaruhi oleh material dan proporsi campuran beton. Namun untuk analisis perencanaan struktur beton yang menggunakan beton normal dengan kuat tekan yang tidak melampaui 60 MPa, atau beton ringan dengan berat jenis yang tidak kurang dari 2000 kg/m3 dan kuat tekan.

Rangkak Rangkak atau aliran material lateral adalah peningkatan regangan terhadap waktu akibat beban yang terus menerus berkerja. Deformasi awal akibat beban adalah regangan elastis, sementara regangan tambahan akibat beban yang sama yang terus berkerja adalah regangan rangkak. 

Asumsi ini karena deformasi awal yang tercatat hanya berupa sedikit efek yang bergantung pada waktu, terlihat bahwa laju rangkak berkurang seiring bertambah waktu. Rangkak tidak dapat diamati secara langsung, namun dapat ditentukan dengan mengurangkan regangan elastis dengan regangan susut dari deformasi total. Meskipun rangkak dan susut merupakan fenomena yang tidak independent, dapat diasumsikan bahwa superposisi tegangan berlaku.

Susut

Pada dasrnya ada dua jenis susut, susut plastis dan susut pengeringan. Susut plastis terjadi selama beberapa jam pertama sesudah pengecoran beton segar dicetakan. Permukaan yang diekspose seperti plat lantai akan lebih dipengeruhi oleh udara kering karena besarnya permukaan udara kontak.. Susut pengeringan terjadi sesudah beton mongering dan sebagian besar proses hidrasi kimiawi dipasta semen telah terjadi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi susut pengeringan:

-          Agregat.

Agregat beraksi menahan susut pada semen. Jadi beton dengan kandungan agregat lebih banyak akan lebih tahan terhadap susut

-          Rasio air/semen.

Semakin tinggi rasio air/semen, semakin besar pula efek susut.

-          Ukuran elemen beton.

Semakin besar elemen beton, maka semakin kecil susutnya

-          Kondisi kelembaban disekitar.

Pada daerah dengan kelembaban yang tinggi laju susut akan lebih kecil

-          Banyaknya penulangan.

Beton bertulang akan lebih sedikit mengalami susut disbanding dengan beton polos.

-          Bahan additive.

Penambahan bahan yang bersifat untuk mempercepat pengerasan beton akan mengakibatkan beton banyak mengalami susut.

-          Jenis semen.

Semen jenis cepat kering akan mengakibatkan beton banyak mengalami susut.

-          Karbonansi.

Susut karbonansi diakibatkan oleh reaksi antara karbondioksida (CO2) yang ada di atmosfer dan yang ada di pasta semen. Banyaknya susut gabungan bergantung pada urutan proses karbonasi dan pengeringan. Jika keduanya terjadi secara simultan, maka susut yang terjadi akan lebih sedikit.