MODUL PERKULIAHAN
Beton Prategang Pengenalan Beton Prategang Program Studi
Fakultas Teknik Teknik Perencanaan dan Desain
Teknik T eknik Sipil
ata! Muka
#$
Kode MK
Disu sus sun Ol Ole" e"
MK$$#%&
Donald Essen, ST, MT
A'stra(t
Kom!etensi
Modul ini bertujuan untuk memberikan pema pemaha hama man n dasar dasar menge mengenai nai beton beton pratega prategang ng bila dibandin dibandingka gkan n dengan dengan beton bertulang
Mahasisw Mahasiswa/i a/i mendapa mendapatkan tkan gambara gambaran n awal dari konsep dasar beton prategang, sistem prategang yang ada baik keuntung keuntungan an dan kekuran kekurangan gannya nya dibandin dibandingkan gkan dengan dengan beton beton bertula bertulang ng serta metoda pelaksanaan yang umum digunakan dilapangan
Sejarah Teknologi Prategang Para Pionir Pemahaman terhadap konsep prategang sebetulnya bukan sesuatu yang sangat asing bagi orang yang awam sekalipun. Pada aplikasi sehari-hari sehari-hari manusia menerapkan konsep prategang karena dilakukan secara intuitif. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar dimana sebuah tong kayu yang digunakan untuk mengisi air dan diikat dengan sabuk besi dimana prategang dapat terjadi secara pasif maupun aktif. Prategang pasif apabila, sabuk besi yang diikat tidak awalnya. !ntuk kaskus kaskus ini, ini, apabila apabila tong kayu kayu dalam dalam kondisi kondisi kosong, dikencangkan pada awalnya. penggunaan sabuk besi tidak ada manfaatnya. "amun setelah tong kayu diisi air, tekanan hidrosta hidrostatik tik air akan mendorong mendorong tong kayu kesegala kesegala arah dimana dimana akibat akibat dorongan dorongan tersebut tersebut sabuk besi akan mengalami gaya kekangan sedemikian sehingga terjadi keseimbangan antara gaya kekangan dan gaya hidrostatik air. Sabuk besi harus tentu saja harus mampu memikul gaya kekangan tersebut. #pabila sabuk besi tidak mampu memikul gaya kekangan yang terjadi, t erjadi, tong kayu tidak akan mampu memikul gaya hidrorostatik dan terlepas satu sama lain sehingga terjadi kebocoran.
Prategang Prategang aktif apabila apabila sabuk besi yang diikat diikat sudah dikencangkan pada awalnya. awalnya. !ntuk kasus ini, sebelum air diisi, gaya kekangan sudah bekerja pada tong kayu sehingga kayu yang sayu akan memberikan gaya tekan pada kayu-kayu disebelahnya yang membuat tong kayu menjadi lebih rapat dibandingkan dengan kasus pretegang pasif sebelumnya.
Gambar $ %ong kayu yang diisi air
)$ %
2
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
Prinsip prategang aktif yang ini digunakan oleh P.) *ackson +!S#, dan .'.0 &oehring +*erman, untuk mematenkan struktur lantai busur dari blok-blok batu dan beton yang diikat dengan kawat baja yang diberi gaya prategang awal seperti diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1 $ 2antai blok batu/beton yang dikikat dengan kawat baja
Pada prakteknya, lantai-lantai busur dari blok batu/beton ini mengalami kegagalan dikarenakan gaya prategang yang diberikan diawal akan hilang dengan berjalannya waktu. Sehingga gaya gesekan antar blok-blok tersebut akan hilang dan tidak mampu lagi memikul berat sendirinya. G.3 Steiner +!S#, 45 menyadari terjadinya kehilangan gaya prategang ini dan menyarankan sistem pengencangan ulang yang dipatenkan olehnya dengan menggunkan turn-buckle untuk tangki silider yang terbuat dari beton seperti diperlihatkan pada Gambar 6.
Gambar 6 $ Sistem turn-buckle untuk pengencangan kawat baja pada tangki air
0alaupun cukup sukses secara komersil, paten dari G. 3 Steiner ini tidak mampu memberikan penyelesaian yang lebih sederhana akibat kehilangan gaya prategang yang terjadi. Metoda
)$ %
3
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
pengencangan ulang pada dasarnya membutuhkan pekerjaan perawatan dan pengamatan dan tidak aplikatif untuk struktur-struktur yang lain. 3.' &ill +!S#, 417 yang pertama menyadari kehilangan gaya prategang akibat pengaruh susut dan rangkak. 8eliau yang mengusulkan penggunaan baja mutu tinggi untuk mengkompensasi kehilangan prategang yang terjadi dengan berjalannya waktu. &engan penggunaan baja mutu tinggi ini, maka proses pengencangan kembali pada dasarnya tidak diperlukan. '. 9reyssinet +Perancis, 41 adalah yang pertama melakukan terobosan terhadap penggunaan baja mutu tinggi dimana salah satu paten yang dibuat adalah kawat baja dengan mutu mencapai :17 MPa. 9reysinnet juga yang mematenkan teknologi wedge anchor yang digunakan secara luas sampai sekarang. Proyek pionir jembatan beton prategang yang dibuat oleh 9reysinnet adalah *embatan Marne dengan panjang 77 m +4; yang ditunjukkan pada Gambar ;.
Gambar ; $ 'ugene 9reyssinet dan jembatan prategang pionirnya *ambatan Marne
)$ %
4
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
Gambar 7 $ *embatan Stolma pada saat konstruksi
Beton Prategang di Indonesia
=8=S dari 8elanda dengan kontraktor pelaksana
yaitu
0askita
dengan Prof.
Soerjohadikoesoemo sebagai penasehat.
Gambar $ *embatan 3antau 8erangin. 3iau +4:;
)$ %
5
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
&r.
=r.
3oosseno
%ransfer teknologi dilakukan oleh ahli-ahli 8elanda kepada insinyur-insinyur =ndonesia untuk jenis konstruksi jembatan jenis ini untuk kemudian diaplikasikan pada jembatan-jembatan lainnya antara lain adalah *embatan 3aja Mandala untuk menyebrangi Sungai itarum, *awa 8arat ditahun 4:4, lihat Gambar : dan *embatan #rakundo yang melalui saluran irigasi disekitar Sungai *ambo #ye, #ceh ditahun 445 lihat Gambar serta jalan tol layang awang%anjung Priok, *akarta pada antara tahun 4:-445. #plikasi beton prategang memungkinkan perancangan dan pelaksanaan dari jembatan-jembatan beton tersebut diatas untuk diwujudkan.
Gambar : $ *embatan 3aja Mandala, *awa 8arat +4:4
Gambar $ *embatan #rakundo, #ceh +4:4
)$ %
6
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
!ntuk konstruksi gedung, salah satu gedung bertingkat teritinggi di *akarta yang dibangun pada dekade 45an adalah Gedung 0isma &ahrmala +sekarang ( =ntiland %ower yang ditunjukkan pada Gambar 4. Pada proyek ini, gaya prategang dimanfaatkan untuk menyeimbangkan gaya pada kolom struktur yang berada pada eksterior dan interior gedung. )al ini dilakukan untuk menghilangkan pengaruh perbedaan penurunan pada balok penghubung sehingga gaya dalam yang dipikul oleh balok menjadi lebih kecil.
Gambar 4 $ 0isma &harmala, *akarta +445
)$ %
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
Mengapa Beton Prategang! "onsep Dasar Beton Prategang
1. Beton prategang dapat dianggap sebagai material yang linier-elastik !ntuk material yang linier-elastik, analisis tegangan sederhana pada penampang dapat dilakukan dengan prinsip-prinsip dasar mekanika bahan untuk material yang linierelastik.
2. Beton prategang merupakan salah satu tipe beton bertulang 8aik beton prategang maupun beton bertulang memenuhi tiga prinsip dasar pada mekanika bahan yaitu( i
Persamaan
ii
)$ %
#
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
-
&engan asumsi ada ikatan yang sempurna +tidak ada slip antara beton dan tulangan, maka besarnya regangan pada tulangan adalah sama dengan regangan pada beton di serat yang sama
iii )ubungan %egangan 3egangan -
!ntuk material yang linier-elastik maka hubungan-tegangan regangan akan memenuhi hukum )ooke
3. Gaya prategang bekerja sebagai beban penyeimbang (Load Balancing ) dari beban luar yang bekerja Gaya prategang bertujuan untuk memberikan tegangan tekan awal pada bagian beton bertulang yang akan mengalami tarik nantinya. &engan demikian gaya prategang bekerja untuk melawan beban luar yang bekerja. %abel menunjukkan persamaan beban penyeimbang dari gaya prategang dengan beberapa bentuk profil tendon
%abel $ 8eban penyeimbang dari beberapa profil tendon Proil !endon
Beban Penyeimbang
R
R
=
0
(
)
4 P cosθ e =
L
)$ %
$
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
R
(
)
8 P cosθ e =
2
L
R
( e + e ) cos θ 1 ( e3 + e2 ) cos θ 2 = P 1 2 + L L 2 1
( e + e ) cos θ
R ≅ P
1
2
L1
1
2
+
( e + e ) cosθ 3
2
L2
2
2
"ele%ihan dan "ek&rangan Beton Prategang
%abel 1 $
Beton Prategang Penampang tidak mengalami retak pada
Beton Bertulang Penampang retak jauh sebelum beban
kondisi layan(
maksimum bekerja pada kondisi layan
- kekakuan lebih baik dari beton bertulang - kemampuan layan yang lebih baik - mengurangi kemungkinan korosi pada tulangan 1
Memiliki rasio panjang bentang terhadap
Memiliki rasio panjang bentang terhadap
tinggi penampang yang lebih besar (
tinggi penampang yang lebih kecil
- ekonomis
- tidak ekonomis untuk bentang panjang
untuk
bentang
panjang
karena dapat mengurangi berat sendiri
- penampang bisa dibuat lebih ramping sehingga terlihat lebih estetik
)$ %
'(
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
6
ocok untuk digunakan dengan teknologi
&apat
digunakan
untuk
teknologi
pracetak
pracetak namun terbatas penggunaanya
- ? yang baik
dimana umumnya untuk architectural
- %epat untuk digunakan pada konstruksi
concrete misal( fasade pracetak
yang repetitif sehingga mengurangi penggunaan
bekisting
misal(
tiang
pancang, girder jembatan, sleeper rel, )S, dll.
%abel 6 $
Beton Prategang %eknologi yang membutuhkan keahlian
Beton Bertulang membutuhkan keahlian
%idak
1
dan peralatan khusus Penggunaan material mutu tinggi cukup
peralatan khusus !mumnya tidak membutuhkan material
6
mahal sehingga dapat menambah biaya Memerlukan inspeksi dan kontrol kualitas
dengan mutu yang tinggi Memerlukan inspeksi dan kontrol kualitas
yang khusus saat proses pelaksanaan
yang umum
penarikan tendon
Bagai)ana Prategang Bekerja! )$ %
''
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
dan
Metoda Pelaksanaan dan Mekanis)e Trans)isi *a+a Prategang Mekanisme transmisi gaya prategang setelah penarikan tendon pada dasarnya bergantung pada metoda pelaksanaan yang diipilih. Metoda pelaksanaan dalam pekerjaan beton prategang umumnya dibagi menjadi dua +1 cara yaitu (
a. Pre %ension
+a
+b
+c Gambar 5 $ Metoda pelaksanaan pre tension
&ari Gambar 5 terlihat bahwa pada Pre %ension, tendon sudah ditarik sebelum beton dicor. &engan demikian saat beton dicor, strand baja dalam tendon sudah mengalami pengurangan ukuran diameternya akibat pengaruh angka poisson dari gaya tarik yang diberikan pada strand. &engan asumsi terjadi ikatan antara strand dan beton, maka saat tendon diputus dari abutment maka akibat pengaruh dari angka poisson, strand akan mengembalikan ukuran diameternya seperti sebelum terjadi penarikan. "amun akibat kekangan dari beton yang menyelimutinya, terjadi transfer gaya prategang dari strand ke beton seperti diperlihatkan pada Gambar . )$ %
'2
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
Gambar $ %ransmisi gaya prategang pada pre tension
&engan kekangan beton tersebut strand yang mengerucut + wedging untuk mencegah slip dengan beton disekitarnya yang disebut Hoyer’s effect . Panjang dimana pengaruh )oyer ini bekerja disebut panjang transmisi dimana pada ujung tendon tegangan yang terjadi adalah nol dan mencapai maksimum pada akhir panjang transmisi seperti diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1 $ Panjang transmisi akibat efek )oyer pada pre tension
b. Post %ension
)$ %
'3
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
+a
+b
+c
+d
+e Gambar 6 $ Metoda pelaksanaan Post %ension
)$ %
'4
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
+c #nchor jack diposisikan didepan kepala angkur +d %endon ditarik oleh anchor jack sehingga mengalami perpanjangan sampai pada tegangan jacking yang diinginkan +e Setelah mencapai tegangan jacking yang diinginkan, wedge didorong kedalam kepala angkur sampai mengunci strand +seating lalu jack dilepas
&ari Gambar 6 terlihat bahwa pada post tension, tendon belum ditarik sampai beton yang dicor sudah mencapai umur rencana yang diinginkan. %ransmisi gaya prategang pada post tension pada dasarnya mengandalkan prinsip yang sama dengan pre tension dimana kebanyakan sistem post tension yang ada mengandalkan @w edge actionA yang mengunci strand sedemikian sehingga terjadi transmisi gaya prategang. Pada pre tension, transmisi terjadi akibat friction antara tendon dengan beton disekitarnya sedangkan pada post tension transfer gaya prategang terjadi dengan bearing reaction dimana strand akan menarik kepala angkur kedalam sedemikian sehingga terjadi reaksi bearing antara bearing plate dengan beton seperti ditunjukkan pada Gambar ;.
Gambar ; $ 3eaksi bearing pada post tension
Peralatan Prategang )$ %
'5
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
"o)ponen dan Peralatan Dala) Pekerjaan Post Tension Pada pekerjaan beton prategang dengan cara post tension seperti diperlihatkan pada Gambar 5+a, terdapat komponen dan alat-alat yang digunakan antara lain(
- strand - duct - angkur - wedge - jack -
grout material
Gambar 7 menunjukkan lebih detail untuk komponen-komponen prategang pada post tension.
Gambar 7 $ &etail komponen post tensioning
a
Strand Strand pada dasarnya adalah gabungan dari kawat-kawat baja indiBidu +wire strand. %ipe strand yang paling umum digunakan adalah :-wire strand seperti diperlihatkan pada Gambar +a. &alam pelaksanaan sendiri strand dibagi menjadi dua kelompok yaitu(
Monostrand Monostrand +Gambar +b umumnya digunakan untuk konstruksi pada pelat lantai dimana karena keterbatasan area pengangkuran maka penggunaan multistrand tidak dapat dilakukan.
)$ %
'6
Multistrand
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
Multistrand +Gambar +c merupakan gabungan strand yang umumnya disebut tendon pada pekerjaan post tension. %endon ini dimasukan dalam duct dengan kepala angkur yang memperlihatkan dengan lubang-lubang didalamnya dimana masing-masing strand menempatkan tiap lubang yang ada sesuai kebutuhan. Strand juga dapat dilakukan untuk lebih dari : kawat baja indiBidu yang umumnya digunakan sebagai stay cable dan kabel/hanger pada jembatan gantung namun sekarang khusus untuk stay cable jenis yang paling umum digunakan adalah gabungan dari beberapa monostrand seperti ditunjukkan pada Gambar +d. &iameter standar dari strand yang umum adalah ".#$ (12.% mm) dan ".&$(1#.2mm).
+a :-wire strand
+b Monostrand
+c
+d Stay cable
Multistrand
Gambar $ Strand dan aplikasinya dalam konstruksi
b
&uct &uct merupakan selongsong yang digunakan untuk menempatkan tendon didalam beton. 8ahan yang digunakan untuk duct umumnya dari metal Cinc yang sudah digalBanis yang relatif lebih rigid dari bahan plastik. 8ahan plastik sendiri sudah jarang digunakan karena memiliki koefisien friksi yang lebih rendah dibanging duct dari bahal metal. 8entuk duct
)$ %
'
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
sendiri yaitu bulat namun dapat dibuat bentuk datar/flat yang umumnya digunakan pada konstruksi pelat lantai
Gambar : $ Metal duct lingkar dan metal duct datar c
#ngkur #ngkur sangat berBariasi sesuai sistem transmisi gaya prategang yang ingin dicapai akibatnya bentuk dan ukuran dari kepala angkur sangat bergantung kepada supplier dari sistem prategang itu sendiri. 8erbagai jenis sistem tersebut dan aplikasi dapat diihat pada website dari beberapa leading supplier yang ada antara lain(
9reyssinet ( www.freyssinet.com/
>S2 ( http(//www.Bsl.com/
&ywidag ( http(//www.dywidag-systems.com/
883> ( http(//www.bbrnetwork.com/
Structural Systems ( http(//www.structuralsystems.com.au/
Sesuai Gambar 6+a, angkur dibagi jadi dua +1 berdasarkan fungsinya yaitu
-
#ngkur hidup +stressing anchorage ( angkur dimana penarikan strand/tendon dilakukan
-
#ngkur mati +dead-eand anchorage ( angkur dimana tidak terjadi penarikan strand/tendon
)$ %
'#
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
d
0edge Sesuai uraian mengenai transmisi gaya prategang pada sistem post tension, wedge digunakan untuk mengunci strand pada posisinya didalam kepala angkur. Gambar 4 menunjukkan bentuk wedge yang umum digunakan yaitu conical wedge.
+a
#ngkur hidup >S2
+b #ngkur mati >S2
+c
#ngkur hidup 9reyssinet
+d #ngkur mati 9eryssinet
Gambar $ #ngkur hidup dan mati >S2 dan 9reyssinet
Gambar 4 $ onical wegde e )$ %
*ack
'$
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
!ntuk pekerjaan penarikan strand diperlukan alat jacking yang berBariasi juga bergantung dari tipe strand dan kepala angkur yg digunakan. &engan demikian, pada umumnya penggunaan sistem prategang dari supplier tertentu harus juga menggunakan alat jack dari suppier tersebut. Gambar 15 menunjukkan beberap alat jacking yang umum digunakan.
+a *ack untuk monostrand
+b *ack untuk musltistrand
Gambar 15 $ #lat jacking f
Grout material Material yang digunakan untuk grouting umumnya adalah jenis semen grout yang memiliki homogenitas, fluiditas dan kekuatan yang baik. %ingkat fluditas dari semen grout umumnya dilakukan dengan Flow Cone Test untuk menjamin workability yang tinggi dari material gruuting.
Gambar 1 $ Semen grout dan flow cone test
)$ %
2(
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id
Datar P&staka DE
S. 2. 2ee, S. %umilar, ). . hin, @olumn 2oad 8alancing in Prestressed oncrete 8uildingA, *ournal of Structural 'ngineering, >ol. , "o. , "oBember 445, pp. 65::654
D1E
Prestressed oncrete( # 9undamental #pproach 7th 'd by 'dward G "awy
D6E
&esign of Prestressed oncrete Structures 6rd 'd by % F 2in
D;E
)andbook of =nternational 8ridge 'ngineering, 'ditor( 0ai-9ah hen 2ian &uan
D7E
>S2 Post %ensioning Solution Manual
DE
9reyssinet Prestressing $ &esign, 8uild, Maintain Manual
)$ %
2'
Beton Prategang &onald 'ssen, S%, M%
Pusat Ba"an A*ar dan eLearning http(//www.mercubuana.ac.id