A. RUANG LINGKUP BETON PRATEGANG
Beton adalah meterial yang kuat terhadap kondisi tekan, akan tetapi material yang lemah terhadap kondisi tarik. Kuat tarik beton bervariasi mulai dari 8 sampai 14 persen dari kuat tekannya. Rendahnya kapasitas tarik beton menimbulkan terjadinya retak lentur pada taraf pembebanan yang masihrendah. Untuk mengurangi atau mencegah berkembangnya retak tersebut, gaya konsentris atau eksntris 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 yang diterapkan tersebut di atas 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, mengantikan tulangan tarik pada struktur beton bertulang biasa.
Pada beton bertulang biasa, gaya tarik yang berasal dari momen lentur ditahan oleh lekatan yang terjadi antara tulangan dan beton. Akan tetapi, tulangan di dalam komponen struktur beton bertulang tidak memberikan gaya dari dirinya pada komponen struktur tersebut, suatu hal yang berlawanan dengan aksi baja (tendon) prategang yang menghasilkan gaya dari dirinya sehingga memungkinkan pemulihan retak dan defleksi akibat momen lentur tersebut. Pemberian gaya prategang berupa tendon, guna mengurangi atau menghilangkan tegangan tarik, ini yang dikenal sebagi beton prategang.
B. PENGERTIAN BETON PRATEGANG
Beton prategang adalah material yang sangat banyak digunakan dalam kontruksi. 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. Prategang meliputi tambahan gaya tekan pada struktur untuk mengurangi atau bahkan menghilangkan gaya tarik internal dan dalam hal ini retak pada beton dapat dihilangkan. 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 digunkan dalam beton prategang adalah mempunyai kuat tekan yang cukup tinggi dengan nilai f’c min K-300, modulus elastis yang tinggi dan mengalami rangkak ultimit yang lebih kecil, yang menghasilkan kehilangan prategang yang lebih kecil pada baja. Kuat tekan yang tinggi ini diperlukan untuk menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya keretakan.
Definisi beton prategang menurut beberapa peraturan adalah sebagai berikut:
a. Menurut PBI – 1971
Beton prategang adalah beton bertulang dimana telah ditimbulkan tegangan-tegangan intern dengan nilai dan pembagian yang sedemikian rupa hingga tegangan-tegangan akibat beton-beton dapat dinetralkan sampai suatu taraf yang diinginkan.
b. Menurut Draft Konsensus Pedoman Beton 1998
Beton prategang adalah beton bertulang dimana telah diberikan tegangan dalam untuk mengurangi tegangan tarik potensial dalam beton akibat pemberian beban yang bekerja.
c. Menurut ACI
Beton prategang adalah beton yang mengalami tegangan internal dengan besar dan distribusi sedemikian rupa sehingga dapat mengimbangi sampai batas tertentu tegangan yang terjadi akibat beban eksternal.
Dapat ditambahkan bahwa beton prategang, dalam arti seluas-luasnya, dapat juga termasuk keadaan (kasus) dimana tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh regangan-regangan internal diimbangi sampai batas tertentu, seperti pada konstruksi yang melengkung (busur). Tetapi dalam tulisan ini pembahasannya dibatasi dengan beton prategang yang memakai tulangan baja yang ditarik dan dikenal sebagai tendon.
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 batang beton bertulang, prategang pada umumnya diberikan dengan menarik baja tulangannya.
Kekuatan tarik beton polos hanyalah merupakan suatu fraksi saja dari kekuatan tekannya dan masalah kurang sempurnanya kekuatan tarik ini ternyata menjadi faktor pendorong dalam pengembangan material komposit yang dikenal sebagai “beton bertulang”.
Timbulnya retak-retak awal pada beton bertulang yang disebabkan oleh ketidakcocokan (non compatibility) dalam regangan-regangan baja dan beton barangkali merupakan titik awal dikembangkannya suatu material baru seperti “beton prategang”. Penerapan tegangan tekan permanen pada suatu material seperti beton, yang kuat menahan tekanan tetapi lemah dalam menahan tarikan, akan meningkatkan kekuatan tarik yang nyata dari material tersebut, sebab penerapan tegangan tarik yang berikutnya pertama-tama harus meniadakan prategang tekanan. Dalam tahun 1904, Freyssinet mencoba memasukkan gaya-gaya yang bekerja secara permanen pada beton untuk melawan gaya-gaya elastik yang ditimbulkan oleh beban dan gagasan ini kemudian telah dikembangkan dengan sebutan “prategang”.
Beton prategang adalah beton yang didalamnya terdapat kawat baja yang diberi tegangan dahulu dengan cara ditarik terus stelah itu di cor dan dipasang.Beton prategang sangat baik untuk digunakan pada bangunan tingkat tinggi karena memiliki kuat tarik dan tekan sama baiknya dan dibanding beton biasa beton memilki kadar usia yang panjang.Beton ini memakai baja mutu tinggi sehingga dalam pembuatannya juga memakan cost yang tidak sedikit.
C. MATERIAL BETON PRATEGANG
a. Beton
Beton berkekuatan tinggi adalah perlu di dalam beton prategang oleh karena materialnya memberikan tahanan yang tinggi dalam tegangan tarik, geser, pengikatan dan dukungan.
Dalam daerah angker, yang tegangan-tegangan dukungnya menjadi lebih tinggi, beton berkekuatan tinggi selalu lebih disukai untuk menghindarkan pengangkuran yang khusus, sehingga dapat memperkecil biaya.
Pada beton prategang penting untuk mengetahui diagram tegangan-regangan untuk memperkirakan kehilangan gaya prategang dan juga untuk analisis penampang.
Untuk lebih memahami sifat-sifat dan karakteristik dari beton mutu tinggi, pembaca hendaknya mempelajari dari peraturan-peraturan tentang beton yang berlaku.
b. Baja
Baja mutu tinggi merupakan bahan yang umum untuk menghasilkan gaya prategang dan mensuplai gaya tarik pada beton prategang. Yang menjadi penting juga dalam baja prategang adalah diagram tegangan-regangannya. Diagram tegangan-regangan baja prategang (mutu tinggi) berbeda dengan baja beton biasa
Pada baja prategang diagram tegangan regangannya tidak tetap, tergantung dari diameter baja dan bentuknya.
Sedangkan pada baja biasa, mempunyai diagram tegangan-regangan yang tetap untuk setiap diameter.
Beton, khususnya beton mutu tinggi, adalah komponen utama dari semua elemen beton prategang. Dengan demikian, kekuatan dan daya tahan jangka panjang beton prategang harus diperoleh dengan menggunakan jaminan kualitas dan kontrol kualitas yang memadai pada tahap produksinya. Kekuatan tekan kubus 28 hari minimum yang ditentukan di dalam peraturan I.S. adalah 40 N/mm2 untuk batang pratarik dan 30 N/mm2 untuk batang pascatarik. Perbandingan standar kekuatan silinder terhadap kekuatan kubus dianggap sebesar 0,8 bila tidak tersedia data percobaan yang relevan. Kadar semen minimum sebesar 300 sampai 360 kg/m3 telah ditetapkan terutama untuk memenuhi persyaratan daya tahan. Untuk mengamankan terhadap susut yang berlebihan, peraturan B.S. menetapkan bahwa kadar semen dalam campuran sebaiknya tidak melebihi 530 kg/m3. Tegangan beton sesaat sesudah penyaluran gaya prategang (sebelum terjadinya kehilangan tegangan sebagai fungsi waktu) tidak boleh melampaui nilai sebagai berikut :
1. Tegangan serat tekan terluar 0,6 f’ci
2. Tegangan serat tarik terluar ci f '
3. Tegangan serat tarik terluar pada ujung-ujung komponen struktur di atas perletakan sederhana ci f '
Bila tegangan tarik terhitung melampaui nilai tersebut diatas, maka harus dipasang tulangan tambahan (non-prategang atau prategang) dalam daerah tarik untuk memikul gaya tarik total dalam beton, yang dihitung berdasarkan asumsi suatu penampang utuh yang belum retak. Tegangan beton pada kondisi beban layan (sesudah memperhitungkan semua kehilangan prategang yang mungkin terjadi) tidak boleh melampaui nilai berikut:
1. Tegangan serat tekan terluar akibat pengaruh prategang, beban mati dan beban hidup tetap 0,45f’c
2. Tegangan serat tekan terluar akibat pengaruh prategang, beban mati dan beban hidup total 0,65f’c
3. Tegangan serat tarik terluar dalam daerah tarik yang ada pada awalnya mengalami tekan c f '
Karena kurva tegangan-regangan yang terlihat dalam Gambar 2.1 berbantuk kurvilinier pada taraf pembebanan yang sangat awal, maka modulus elastisitas Young dapat diterapkan hanya pada tangen dari kurva di titik asal. Kemiringan garis lurus yang menghubungkan titik asal dengan tegangan tertentu (sekitar 0,4 f’c) merupakan modulus elastisitas tekan beton. Nilai ini, yang disebut modulus elastisitas dalam perhitungan desain, memenuhi asumsi praktis bahwa regangan yang terjadi selama pembebanan pada dasarnya dapat dianggap elastic (dapat pulih kembali seluruhnya jika belum dihilangkan), dan bahwa regangan selanjutnya akibat bekerjanya beban disebut rangkak. Untuk nilai wc diantara 1500 kg/m3 dan 2500 kg/m3, nilai modulus elastisitas beton Ec dapat diambil sebesar (wc)1,50,043 c f ' (dalam Mpa). Untuk beton normal Ec dapat diambil sebesar (4700) c f ' .
Karena pada umumnya pemberian tegangan pada suatu elemen dilakukan sebelum beton kekuatan 28 hari, perlu ditentukan kuat tekan beton f’ci pada taraf prategang, begitu pula modulus beton Ec pada bebagai taraf riwayat pembebanan elemen tersebut. Rumus umum untuk menghitung kuat tekan sebagai fungsi dari waktu adalah
Di mana f’c = kuat tekan 28 hari
t = waktu (hari)
α = faktor yang bergantung pada tipe semen dan kondisi perawatan = 4,00 untuk semen tipe I yang dirawat basah dan 2,30 untuk semen tipe III yang dirawat basah = 1,00 untuk semen tipe I yang dirawat uap dan 2,30 untuk semen tipe III yang dirawat uap
β = faktor yang bergantung pada parameter-parameter yang sama dengan ”α”, dengan nilai masing-masing 0,85; 0,92; 0,95 dan 0,98
Dengan demikian, untuk semen tipe I yang dirawat basah,
Rangkak, atau aliran material lateral, adalah peningkatan regangan terhadap waktu akibat beban yang terus menerus bekerja. Deformasi awal akibat beban adalah regangan elastis, sementara regangan tambahan akibat beban awal yang sama yang terus bekerja adalah regangan rangkak. mengilustrasikan pertambahan regangan rangkak terhadap waktu, dan seperti pada kasus susut, terlihat bahwa laju rangkak berkurang terhadap waktu. Rangkak tidak dapat diamati secara langsung dan hanya dapat ditentukan dengan mengurangkan regangan elastis dan regangan susut dari deformasi total. Meskipun susut dan rangkak merupakan fenomena yang tidak independen, dapat diasumsikan bahwa superposisi regangan berlaku, sehingga Regangan total (t) = regangan elastis (e) + rangkak (c) + susut (sh).
Pada dasarnya, ada dua jenis susut: susut plastis dan susut pengeringan. Susut plastis terjadi selama beberapa jam pertama sesudah pengecoran beton segar di cetakan. Susut pengeringan terjadi sesudah beton mongering dan sebagian besar proses hidrasi kimiawi di pasta semen telah terjadi. Gambar 2.3 menunjukkan peningkatan regangan susut sh terhadap waktu. Kelajuannya berkurang terhadap waktu karena beton yang lebih tua lebih tahan terhadap tengangan dan ini berarti beton tersebut mengalami lebih sedikit susut, sedemikian sehingga regangan susut menjadi hamir asimtotis terhadap waktu.
Beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya susut pengeringan adalah:
1. Agregat. Agregat beraksi menahan susut pasta semen. Beton dengan modulus elastisitas tinggi atau dengan permukaan kasar lebih dapat menahan proses susut.
2. Rasio air/semen. Semakin tinggi rasio air/semen, semakin tinggi pula efek susut.
3. Ukuran elemen beton. Baik laju maupun besar total susut berkurang apabila volume elemen beton semakin besar. Namun, durasi susut akan lebih lama untuk komponen struktur yang lebih besar karena lebih banya waktu yang dibutuhkan dalam pengeringan untuk mencapai daerah dalam.
4. Kondisi kelembaban di sekitar. Kelembaban relatif pada lingkungan sekitar sangat mempengaruhi besarnya susut. Temperatur lingkungan juga merupakan faktor.
5. Banyaknya penulangan. Beton bertulang menyusut lebih sedikit dibandingkan dengan beton polos.
6. Bahan tambahan. Efek ini bervariasi bergantung pada jenis bahan tambahan.
7. Jenis semen. Semen yang cepat mongering akan susut lebih banyak dibandingkan jenis-jenis lainnya.
8. Karbonasi. Susut karbonasi disebabkan oleh reaksi antara karbondioksida (CO2) yang ada di atmosfir dan yang ada di pasta semen.
D. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN BETON PRATEGANG
a. Keuntungan beton prategang
1. Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, jadi lebih tahan terhadap keadaan korosif.
2. Kedap air, cocok untuk pipa dan tangki.
3. Karena terbentuknya lawan lendut sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhirnya akan lebih kecil dibandingkan pada beton bertulang.
4. Penampang struktur lebih kecil/langsing, sebab seluruh luas penampang dipakai secara efektif.
5. Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi beton biasa.
6. Ketahanan gesek balok dan ketahanan puntirnya bertambah. Maka struktur dengan bentang besar dapat langsing. Tetapi ini menyebabkan Natural Frequency dari struktur berkurang, sehingga menjadi dinamis instabil akibat getaran gempa/angin, kecuali bila struktur itu memiliki redaman yang cukup atau kekakuannya ditambah.
7. Terhindarnya retak terbuka di daerah beton tarik, jadi lebih tahan terhadap korosif.
8. Penampang struktur lebih kecil/langsing, sebab seluruh penampang dipakai secara efektif. Terlihat bahwa kekuatan penampang beton pratekan enam kali lebih besar jika dibandingkan dengan beton bertulang.
9. Ketahanan geser balok bertambah, yang disebabkan oleh pengaruh pratekan yang mengurangi tegangan tarik utama (akan di bahas lebih lanjut pada tegangan geser beton prategang). Pemakaian kabel yang melengkung, khususnya dalam untuk bentang panjang membantu mengurangi gaya geser yang timbul pada penampang tempat tumpuan.
10. Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan dengan berat baja tulangan biasa (1/5 – 1/3), sehingga berkurangnya beban mati yang diterima pondasi.
11. Biaya pemeliharaan beton prategang lebih kecil, karena tidak adanya retak-retak pada kondisi beban kerja (terhindar dari bahaya korosi).
a. Kelemahan beton prategang
1. Dituntut kwalitas bahan yang lebih tinggi (pemakaian beton dan baja mutu yang lebih tinggi), yang harganya lebih mahal.
2. Dituntut keahlian dan ketelitian yang lebih tinggi.
E. PROSES PEMASANGAN
prategang biasanya diberikan kepada anggota beton dengan tulangan baja yang sangat dikencangkan (kawat, untai, atau bar) bereaksi pada beton. Para highstrength prategang baja yang paling sering dikencangkan menggunakan jack hidrolik. Operasi tensioning dapat terjadi sebelum atau setelah beton cor dan karenanya, anggota pancang diklasifikasikan sebagai pretensioned atau pasca-dikencangkan.
Pretensioned beton
Tendon prategang pada awalnya dikencangkan antara abutment tetap dan berlabuh. Dengan bekisting di tempat, beton cor di sekitar tendon baja yang sangat stres dan sembuh. Ketika beton telah mencapai kekuatan yang diperlukan nya, kabel dipotong atau dilepaskan dari abutment. Sebagai baja yang sangat menekankan upaya untuk kontrak, beton yang dikompresi. Prategang yang disampaikan melalui ikatan antara baja dan beton. Anggota beton Pretensioned sering pracetak di pretensioning tempat tidur cukup lama untuk mengakomodasi unit identik secara simultan. Untuk mengurangi waktu siklus konstruksi,
curing uap dapat digunakan untuk memfasilitasi kenaikan kekuatan yang cepat beton dan beton sering ditekankan dalam waktu 24 jam casting. Karena beton biasanya menekankan pada usia dini, pemendekan elastis dari strain rangkak beton dan selanjutnya cenderung tinggi. Ini pemendekan tergantung waktu yang relatiftinggi beton menyebabkan penurunan yang signifikan dalam regangan tarik di berikat, baja prategang dan kehilangan prategang yang relatif tinggi.
Pasca dikencangkan beton
Dengan bekisting dalam posisi, beton cor di sekitar saluran berongga yang tetap untuk setiap profil yang diinginkan. Tendon baja biasanya di tempat, tanpa tekanan di dalam saluran selama menuangkan beton, atau sebagai alternatif dapat berulir melalui saluran pada beberapa waktu kemudian. Ketika beton telah mencapai kekuatan yang diperlukan, yang tendon dikencangkan. Tendon dapat ditekankan dari satu ujung dengan ujung berlabuh atau mungkin ditekankan dari kedua ujungnya.
Tendon tersebut kemudian berlabuh di setiap akhir menekankan. Beton dikompresi selama operasi menekankan dan pratekan dipertahankan setelah tendon yang berlabuh oleh bantalan pada pelat penjangkaran akhir ke beton.Pasca-dikencangkan tendon juga memaksakan gaya transversal ke anggota mana pun arah
perubahan kabel. Setelah tendon telah berlabuh dan tidak lebih menekankan diperlukan, saluran-saluran yang berisi tendon sering diisi dengan grout di bawah tekanan. Dengan cara ini, tendon terikat beton dan lebih efisien dalam mengendalikan retak dan memberikan kekuatan batas. Tendon Berikat juga cenderung menimbulkan korosi atau menyebabkan masalah keamanan jika tendon yang kemudian hilang atau rusak. Dalam beberapa situasi, bagaimanapun, khususnya di Amerika Utara dan Eropa, tendon tidak grout untuk alasan ekonomi dan tetap secara permanen terikat. Sebagian besar beton pratekan situ adalah pasca-dikencangkan. Jack hidrolik relatif ringan dan portabel membuat di lokasi pasca-tensioning proposisi menarik. Post-tensioning juga digunakan untuk konstruksi segmental besar-span girder jembatan.Prategang juga dapat dikenakan pada anggota baru atau yang ada dengan menggunakan tendon eksternal atau seperti
perangkat sebagai jack datar. Sistem ini berguna untuk operasi prategang sementara tapi dapat dikenakan tinggi tergantung waktu kerugian.
l0ng karang bung0ng peusapat ikat,
