Beton
merupakan material yang kuat dalam kondisi tekan, tetapi lemah dalam kondisi
tarik. Kuat tariknya bervariasi dari 8 % sampai 14 % dari kuat tekannya. Karena
rendahnya kapasitas tarik tersebut, maka retak lentur terjadi pada taraf
pembebananyang masih rendah. Untuk mengurangi atau mencegah berkembangnya retak
tersebut, gaya konsentris atau eksentris diberikan dalam arah longitudinal
elemen struktural.
Gaya
ini mencegah berkembangnya retak dengan cara mengeliminasi atau sangat
mengurangi tegangan tarik di bagian tumpuan dan daerah kritis pada kondisi
beban kerja sehingga dapat meningkatkan kapasitas lentur, geser dan torsional
penampang tersebut.
Penampang
dapat berperilaku elastis dan hampir semua kapasitas beton dalam memikul tekan
dapat secara efektif dimanfaatkan di seluruh tinggi penampang beton pada saat
semua beban bekerja di struktur tersebut.
Gaya
longitudinal tersebut disebut gaya prategang, yaitu gaya tekan yang memberikan
prategang pada penampang di sepanjang bentang suatu elemen struktural sebelum
bekerjanya beban mati dan beban hidup transversal atau beban hidup horizontal
transien.
Gaya
prategang ini berupa tendon yang diberikan tegangan awal sebelum memikul beban
kerjanya yang berfungsi mengurangi atau menghilangkan tegangan tarik pada saat
beton mengalami beban kerja, menggantikan tulangan tarik pada struktur beton
bertulang biasa.
Konsep
Dasar Beton Prategang
 |
| Metode Pratarik & Pascatarik |
Karena
beton cukup kuat dan daktail terhadap tekan dan sebaliknya lemah serta rapuh
terhadap tarikan maka kemampuan menahan beban luar dapat ditingkatkan dengan
pemberian pratekan (Collins & Mitchell, 1991).
Sedangkan
menurut komisi ACI, beton prategang adalah beton yang mengalami tegangan dalam
dengan besar dan distribusi sedemikian rupa sehingga dapat mengimbangi sampai
batas tertentu tegangan yang terjadi akibat beban luar. Pada elemen beton
bertulang, system prategang dilakukan dengan menarik tulangannya.
Beton
prategang adalah material yang sangat banyak digunakan dalam konstruksi. Beton
prategang pada dasarnya adalah beton di mana tegangan-tegangan internal dengan
besar serta distribusi yang sesuai diberikan sedemikian rupa sehingga
tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh beban-beban luar dilawan sampai suatu
tingkat yang diinginkan.
Pada
beton bertulang, prategang pada umumnya diberikan dengan menarik baja tulangan.
Gaya tekan disebabkan oleh reaksi baja tulangan yang ditarik, mengakibatkan
berkurangnya retak, elemen beton prategang akan jauh lebih kokoh dari elemen
beton bertulang biasa. Prategangan juga menyebabkan gaya dalam yang berlawanan
dengan gaya luar dan mengurangi atau bahkan menghilangkan lendutan secara
signifikan pada struktur.
Beton
yang digunakan dalam beton prategang adalah beton yang mempunyai kuat tekan
yang cukup tinggi dengan nilai f’c min K-300, modulus elastis yang tinggi dan
mengalami rangkak ultimate yang lebih kecil yang menghasilkan kehilangan
prategangan yang lebih kecil pada baja. Kuat tekan yang tinggi ini diperlukan
untuk menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah
terjadinya keretakan.
Keuntungan penggunaan beton prategang
adalah:
-
Dapat memikul beban lentur yang lebih besar
dari beton bertulang.
-
Dapat dipakai pada bentang yang lebih
panjang dengan mengatur defleksinya.
-
Ketahanan geser dan puntirnya bertambah
dengan adanya penegangan
- Dapat dipakai pada rekayasa konstruksi
tertentu, misalnya pada konstruksi jembatan segmental.
Menurut
T.Y. Lin dan Burns (1982), Ada tiga kosep dasar yang dipakai untuk menganalisis
sifat-sifat dasar dari beton prategang, yaitu:
1) Sistem prategang untuk mengubah beton
menjadi bahan yang elastis
sistem
prategang untuk mengubah beton menjadi bahan yang elastis. Ini merupakan buah
pemikiran Eugene Freyssinet yang memvisualisasikan beton prategang pada
dasarnya adalah beton yang ditransformasikan dari bahan yang getas menjadi
bahan elastis dengan memberikan tekanan (desakan) terlebih dahulu (pratekan)
pada bahan tersebut. Dari konsep ini lahirlah kriteria “tidak ada tegangan
tarik” pada beton.
Dalam
bentuk paling sederhana, balok persegi panjang yang diberikan prategang oleh
sebuah tendon yang melalui sumbu yang melalui titik berat dan dibebani oleh
gaya eksternal. Gaya tarik prategang P pada tendon menghasilkan gaya tekan P
yang sama pada beton yang bekerja pada titik berat tendon. Pada keadaan ini
gaya berada pada titik berat penampang beton. Akibat gaya prategang P, tegangan
merata sebesar:
F
= P/A
Dengan:
P =
gaya prategang efektif
F =
tegangan satuan
A = luas penampang
Akan
timbul pada penampang seluas A. jika M adalah momen eksternal pada penampang
akibat beban dan berat sendiri balok, maka tegangan pada setiap titik sepanjang
penampang akibat M adalah:
F
= (M × Y) / I
Dengan:
f =
tegangan satuan
M =
momen pada penampang
Y =
jarak dari sumbu yang melalui titik berat
I = momen inersia pada penampang
Jadi distribusi tegangan yang dihasilkan
adalah:
F
= (P / A) ± (M × Y) / I)
Di
sini gaya resultan tekan P pada beton bekerja pada titik berat tendon yang
berjarak e dari c.g.c. Akibat gaya prategang yang eksentris, beton dibebani
oleh momen dan beban langsung. Jika momen yang dihasilkan oleh system prategang
adalah P.e, dan tegangan-tegangan akibat momen ini adalah:
F
= (P × e × y) / I
Dengan, e = eksentrisitas titik berat
tendon dari c.g.c (mm)
maka,
distribusi tegangan yang dihasilkan adalah:
F = P / A ± P . e . y / A ± M . y / I
F
= P / A (1 ± e / k) ± M / Ak
2) Sistem prategang untuk kombinasi baja
mutu tinggi dengan beton mutu tinggi
Sistem
prategang untuk kombinasi baja mutu tinggi dengan beton. Konsep ini
mempertimbangkan beton prategang sebagai kombinasi (gabungan) dari baja dan
beton, seperti pada beton bertulang, dimana baja menahan tarikan dan beton
menahan tekanan, dengan demikian kedua bahan membentuk kopel penahan untuk
melawan momen eksternal.
Pada
beton prategang, baja mutu tinggi ditanam pada beton, seperti pada beton
bertulang biasa, beton di sekitarnya akan menjadi retak berat sebelum seluruh
kekuatan baja digunakan. Oleh karena itu, baja perlu ditarik sebelumnya
(pratarik) terhadap beton. Dengan menarik dan menjangkarkan ke beton dihasilkan
tegangan dan regangan pada baja.
Kombinasi
ini memungkinkan pemakaian yang aman dan ekonomis dari kedua bahan dimana hal
ini tidak dapat dicapai jika baja hanya ditanamkan dalam bentuk seperti pada
beton bertulang biasa.
3) Sistem Prategang untuk mencapai
keseimbangan beban
Sistem
prategang untuk mencapai keseimbangan beban. Konsep ini terutama menggunakan
prategang sebagai suatu usaha untuk membuat keseimbangan gaya-gaya pada sebuah
balok. Penerapan dari konsep ini menganggap beton diambil sebagai benda bebas
dan menggantikan tendon dengan gaya-gaya yang bekerja pada sepanjang beton.
Suatu
balok beton di atas dua perletakan (simple beam) yang diberi gaya prategang F
melalui suatu kabel prategang dengan lintasan parabola. Beban akibat gaya
prategang yang terdistribusi secara merata ke arah atas dinyatakan:
Wb = (8.F.h)/L²
Dimana:
w_b =
Beban merata kearah atas, akibat gaya prategang F
H =
Tinggi parabola lintasan kabel prategang
L =
Bentangan Balok
F = Gaya prategang
Jadi
beban merata akibat beban (mengarah ke bawah) diimbangi oleh gaya merata akibat
prategang w_b yang mengarah ke atas.
Sistem
Prategang dan Pengangkuran
System
beton prategang sesungguhnya adalah cara menegangkan atau menarik baja yang
dikombinasikan dengan cara mengangkurkannnya ke beton, termasuk barangkali
beberapa rincian lain mengenai operasi atau cara kerjanya. Tekanan pada beton
prategang yang di akibatkan dari penegangan tendon di bedakan menjadi dua
system prategang, yaitu:
1) Pratarik (Pre-Tensioning)
Pada
sistem penegangan pratarik, sebelum beton dicor, baja pratarik terlebih dahulu
ditarik diantara dua dinding penahan dan diangkurkan pada ujung-ujung pelataran
kerja. Kemudian beton dicor dan setelah benar-benar mengeras (mencapai kekuatan
beton yang diinginkan), kabel-kabel diputuskan dari dinding penahan, sehingga
gaya prategang dipindahkan pada beton.
Tahap
(A):
Kabel
(tendon) prategang ditarik atau diberi gaya prategang kemudian diangker pada
suatu abutment tetap.
Tahap
(B):
Beton
dicor pada cetakan (formwork) dan landasan yang sudah disediakan sedemikian
sehingga melingkupi tendon yang sudah diberi gaya prategang dan dibiarkan
mengering.
Tahap
(C):
Setelah
beton mongering dan cukup umur dan kuat untuk menerima gaya prategang, tendon
dipotong dan dilepas, sehingga gaya prategang ditransfer ke beton.
Setelah
gaya prategang ditransfer ke beton, balok beton tersebut akan melengkung ke
atas sebelum menerima beban kerja. Setelah beban kerja bekerja, maka balok
beton tersebut akan rata.
2) Pasca tarik (post-tensioning)
Pada
metode pascatarik, beton dicor terlebih dahulu, dimana sebelumnya telah
disiapkan saluran kabel atau tendon yang disebut duct.
Tahap
(A):
Dengan
cetakan (formwork) yang telah disediakan lengkap dengan saluran/selongsong
kabel prategang (tendon duct) yang dipasang melengkung sesuai bisang momen
balok, beton dicor.
Tahap
(B):
Setelah
beton cukup umur dan kuat memikul gaya prategang, tendon atau kabel prategang
dimasukkan dalam selongsong (tendon duct), kemudian ditarik untuk mendapat gaya
prategang. Metode pemberian gaya prategang ini, salah satu ujung kabel
diangker, kemudian ujung lainnya ditarik (ditarik dari satu sisi). Ada pula
yang ditarik di kedua sisinya dan diangker secara bersamaan. Setelah diangkur,
kemudian saluran di grouting melalui lubang yang telah disediakan.
Tahap
(C):
Setelah
diangkur, balok beton menjadi tertekan, jadi gaya prategang telah ditransfer ke
beton. Karena tendon dipasang melengkung, maka akibat gaya prategang tendon
memberikan beban merata ke balok yang arahnya ke atas, akibatnya balok
melengkung ke atas.
Karena
alasan transportasi dari pabrik beton ke lokasi proyek, maka biasanya beton
prategang dengan sistem post-tension ini dilaksanakan secara segmental (balok
dibagi-bagi, misalnya dengan panjang 1 – 5 m), kemudian pemberian gaya
prategang dilaksanakan di lokasi proyek, setelah balok segmental tersebut
dirangkai.
Material
Beton Prategang
Beton
Prategang memerlukan beton yang mempunyai kekuatan tekan yang lebih tinggi pada
usia yang cukup muda, dengan kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan
dengan beton biasa. Susut yang rendah, karakteristik rangkak minimum dan nilai
modulus yang tinggi pada umumnya dianggap perlu untuk batang prategang.
Kuat
tekan yang digunakan adalah kuat tekan kubus 28 hari minimum yang ditentukan
dalam peraturan I.S. adalah 40 N/mm2 untuk batang pratarik dan 30 N/mm2 untuk
batang pascatarik (N Krishna Raju, Beton Prategang Edisi Kedua, 1993). Kuat
tekan yang tinggi ini diperlukan untuk menahan tegangan tekan pada serat
tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya keretakan.
Pemakaian
beton berkekuatan tinggi dapat memperkecil dimensi penampang melintang
unsur-unsur struktural beton prategang. Dengan berkurangnya berat mati
material, maka secara teknis maupun ekonomis bentang yang lebih panjang dapat
dilakukan.
Baja
Mutu Tinggi
Baja
mutu tinggi merupakan bahan yang umum digunakan untuk menghasilkan gaya
prategang dan mensuplai gaya tarik pada beton prategang. Pemakaian baja mutu
tinggi ini dikarenakan tingginya kehilangan rangkak dan susut pada beton. Untuk
mendapatkan prategang efektif hanya dapat dicapai mengunakan baja mutu
tinggi. Tipe baja yang dipakai untuk
beton prategang dalam prakteknya ada tiga macam, yaitu:
1)
Kawat tunggal (wires), biasanya digunakan
untuk baja prategang pada beton prategang dengan sistem pratarik (pre-tension).
2)
Kawat untaian (strand), biasanya digunakan
untuk baja prategang pada beton prategang dengan sistem pasca tarik
(post-tension).
3)
Kawat batangan (bar), biasanya digunakan
untuk baja prategang pada beton prategang dengan sistem pratarik (pre-tension).
Untaian
kawat (strand) untuk system prategang umumnya disesuaikan dengan spesifikasi
ASTM A-416. Yang digunakan adalah dua derajat, 1274 MPa dan 1860 MPa, dimana
kata “derajat” menunjukan tegangan putus minimum yang dijamin. Pada tabel di
bawah akan ditunjukkan tipikal baja yang biasa untuk digunakan.
Table Strand stress relieved Standar dengan
Tujuh kawat tanpa pelapis (ASTM-416)
| Diameter nominal | Kekuatan Putus | Luas Nominal Strand | Beban Minimum Pada Pemuaian 1% | |
|---|---|---|---|---|
| inchi | mm | kN | mm2 | kN |
| Derajat 250 (1720 MPa) | ||||
| 1/4 | 5,35 | 40 | 23,22 | 34 |
| 5/16 | 7,94 | 64,5 | 37,42 | 54,7 |
| 3/8 | 9,53 | 89 | 51,61 | 75,6 |
| 7/16 | 11,11 | 120,1 | 69,68 | 102,3 |
| 1/2 | 12,7 | 160,1 | 92,9 | 136,2 |
| 3/5 | 15,2 | 240,2 | 139,35 | 204,2 |
| Derajat 270 (1860 Mpa) | ||||
| 3/8 | 9,53 | 102,3 | 58,84 | 87 |
| 7/16 | 11,11 | 137,9 | 74,19 | 117,2 |
| 1/2 | 12,70 | 183,7 | 98,71 | 156,1 |
| 3/5 | 15,24 | 260,7 | 140 | 221,5 |
Saya kira selesai semuanya pada tulisan
ini, untuk yang berikutnya tulisan “kehilangan gaya prategang” akan saya
posting dan semoga berguna, terimaksih.
0 komentar