SEJARAH
Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi terhadap tekan, tetapi sebaliknya mempunyai kekuatan relative sangat rendah terhadap tarik.Beton tidak selamanya bekerja secara efektif didalam penampang-penampang struktur beton bertulang, hanya bagian tertekan saja yang efektif bekerja, sedangkan bagian beton yang retak dibagian yang tertarik tidak bekerja efektif dan hanya merupakan beban mati yang tidak bermanfaat. Hal inilah yang menyebabkan tidak dapatnya diciptakan srtuktur-struktur beton bertulang dengan bentang yang panjang secara ekonomis, karena terlalu banyak beban mati yang tidak efektif. Disampimg itu, retak-retak disekitar baja tulangan bisa berbahaya bagi struktur karena merupakan tempat meresapnya air dan udara luar kedalam baja tulangan sehingga terjadi karatan. Putusnya baja tulangan akibat karatan fatal akibatnya bagi struktur. Dengan kekurangan-kekurangan yang dirasakan pada struktur beton bertulang seperti diuraikan diatas, timbullah gagasan untuk menggunakan kombinasi-kombinasi bahan beton secara lain, yaitu dengan memberikan pratekanan pada beton melalui kabel baja (tendon yang ditarik atau biasa disebut beton pratekan. Beton pratekan pertama kali ditemukan oleh !ugene "reyssinet seorang insinyur Perancis. #a mengemukakan bah$a untuk mengatasi rangkak,relaksasi dan slip pada jangkar ka$at atau pada kabel maka digunakan beton dan baja yang bermutu tinggi. Disamping itu ia juga telah menciptakan suatu system panjang ka$at dan system penarikan yang baik, yang hingga kini masih dipakai dan terkenal dengan system "reyssinet. Dengan demikian, "reyssinet telah berhasil menciptakan suatu jen is struktur baru sebagai tandingan dari strktur beton bertulang. %arena penampang beton tidak pernah tertarik, maka seluruh beban dapat dimanfaatkan seluruhnya dan dengan system ini dimungkinkanlah penciptaan struktur-struktur yang yang langsing dan bentang-bentang yang panjang. Beton pratekan untuk pertama kalinya dilaksanakan besar-besaran b esar-besaran dengan sukses oleh "reyssinet pada tahun &' di )are *aritime pelabuhan +eHavre (Perancis. "reyssenet sebagai bapak beton pratekan segera diikuti jejaknya oleh para ahli lain dalam mengembangkan lebih lanjut jenis struktur ini,seperti
1
a. ves )unyon ves )unyon adalah seorang insinyur Perancis dan telah menerbitkan buku *asterpiecenya Beton precontraint/ (0 jilid pada tahun &'1&. Beliau memecahkan kesulitan dalam segi perhitungan struktur dari beton pratekan yang diakibatkan oleh gaya-gaya tambahan disebabkan oleh pembesian pratekan pada struktur yang mana dijuluki sebagai )aya Parasit/ maka )uyon dianggap sebagai yang memberikan dasar dan latar belakang ilmiah dari beton pratekan. b. 2.. +in 2.. +in adalah seorang insinyur kelahiran 2ai$an yang merupakan guru besar di 3alifornia 4niversity, *erkovoy. %eberhasilan beliau yaitu mampu memperhitungkan gaya-gaya parasit yang tejadi pada struktur. #a mengemukakan teorinya pada tahun &'5 tentang +oad Balancing/. Dengan cara ini ka$at atau kabel prategang diberi bentuk dan gaya yang sedemikian rupa sehingga sebagian dari beban rencana yang telah datetapkan dapat diimbangi seutuhnya pada beban seimbang ini. Didalam struktur tidak terjadi lendutan dan karenanya tidak bekerja momen lentur apapun, sedangkan tegangan beton pada penampang struktur bekerja merata. Beban-beban lain diluar beban seimbang (beban vertikal dan hori6ontal merupakan inbalanced load/, yang akibatnya pada struktur dapat dihitung dengan mudah dengan menggunakan teori struktur biasa. 2egangan akhir dalam penampang didapat dengan menggunakan tegangan merata akibat balanced/ dan tegangan lentur akibat unbalanced load/. 2anpa melalui prosedur rumit dapat dihitung dengan mudah dan cepat. )agasan ini telah menjurus kepada pemakaian baja tulangan biasa disamping baja prategang, yaitu dimana baja prategang hanya diperuntukkan guna memikul akibat dari inbalanced load. 2eori inbalanced load/ telah mengakibatkan perkembangan yang sangat pesat dalam menggunakan beton pratekan dalam gedung-gedung bertingkat tinggi. 7truktur flat slab, struktur shell, dan lain-lain. 2erutama di 8merika de$asa ini boleh dikatakan tidak ada gedun g bertingkat yang tidak menggunakan beton pratekan didalam strukturnya. 2.. +in juga telah berhasil membuktikan bah$a beton pratekan dapat dipakai dengan aman dalam bangunan-bangunan didaerah gempa, setelah sebelumnya beton pratekan dianggap sebagai bahan yang kurang kenyal (ductile untuk dipakai didaerah-daerah gempa, tetapi 2
dikombinasikan dengan tulangan baja biasa ternyata beton pratekan cukup kenyal, sehingga dapat memikul dengan baik perubahan-perubahan bentuk yang diakibatkan oleh gempa. c. P.9. 8beles P.9. 8beles adalah seorang insinyur #nggris, yang sangat gigih mendongkrak aliran /full prestressing/, karena penggunaanya tidak kompetitif terhadap penggunaan beton bertulang biasa dengan menggunakan baja tulangan mutu tinggi. Penggunaan full prestressing ini tidak ekonomis, menurut berbagai penelitian biaya struktur dengan beton pratekan dan full prestressing dapat sampai ,1 atau : kali lebih mahal dari pada struktur yang sama tetapi dari beton bertulang biasa dengan menggunakan tulangan baja mutu tinggi. Dengan demikian timbullah gagasan baru yang dikemukakan oleh P.9. 8beles untuk mengkombinasikan prinsip pratekan dengan prinsip penulangan penampang atau dikenal dengan nama partial prestressing/. ang mana didalam penampang diijinkan diadakannya bagi tulangan, lebar retak dapat dikombinasikan dengan baik. Partial prestressing/ telah disetujui oleh 3hief !ngineer;s Departement untuk digunakan pada jembatan-jembatan kereta api di #nggris, dimana tegangan tarik boleh terjadi sampai :1 kg
3
RUANG LINGKUP BETON PRATEGANG
Beton adalah meterial yang kuat terhadap kondisi tekan, akan tetapi material yang lemah terhadap kondisi tarik. %uat tarik beton bervariasi mulai dari = sampai &: persen dari kuat tekannya. >endahnya kapasitas tarik beton menimbulkan terjadinya retak lentur pada taraf pembebanan yang masihrendah. 4ntuk mengurangi atau mencegah berkembangn ya retak tersebut, gaya konsentris atau eksntris diberikan dalam arah longitudinal elemen struktural. )aya 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 )aya 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 hori6ontal transien. )aya prategang ini berupa tendon yang diberikan tegangan a$al 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. 8kan tetapi, tulangan di dalam komponen struktur beton bertulang tidak memberikan gaya d ari dirinya pada komponen struktur tersebut, suatu hal yang berla$anan dengan aksi baja (tendon prategang yang menghasilkan gaya dari dirinya sehingga memungkinkan pemulihan retak dan defleksi akibat momen lentur tersebut.
4
Pemberian gaya prategang berupa tendon, guna mengurangi atau menghilangkan tegangan tarik, ini yang dikenal sebagi beton prategang.
5
PENGERTIAN BETON PRATEGANG
Beton prategang adalah material yang sangat banyak digunakan dalam kontruksi. Beton prategang pada dasarnya adalah beton di mana tegangan-tegangan internal dengan besar serta distribusi yang sesuai diberikan sedemikian rupa sehingga tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh beban-beban luar dila$an 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. )aya tekan disebabkan o leh 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 berla$anan dengan gaya luar dan mengurangi atau bahkan menghilangkan lendutan secara signifikan pada struktur. Beton yang digunkan dalam beton prategang adalah mempunyai kuat tekan yang cukup tinggi dengan nilai f;c min %-??, modulus elastis yang tinggi dan mengalami rangkak ultimit yang lebih kecil, yang menghasilkan kehilangan prategang yang lebih kecil pada baja. %uat tekan yang tinggi ini diperlukan untuk menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya keretakan.
Definisi beton prategang menurut beberapa peraturan adalah sebagai berikut
a. *enurut PB# @ &'A& Beton prategang adalah beton bertulang dimana telah ditimbulkan tegangan-tegangan intern dengan nilai dan pembagian yang sedemikian rupa hingga tegangan-tegangan akibat beton beton dapat dinetralkan sampai suatu taraf yang diinginkan. 6
b. *enurut Draft %onsensus Pedoman Beton &''= Beton prategang adalah beton bertulang dimana telah diberikan tegangan dalam untuk mengurangi tegangan tarik potensial dalam beton akibat pemberian beban yang bekerja.
c. *enurut 83# Beton prategang adalah beton yang mengalami tegangan internal dengan besar dan distribusi sedemikian rupa sehingga dapat mengimbangi sampai batas tertentu tegangan yang terjadi akibat beban eksternal. Dapat ditambahkan bah$a 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. 2etapi 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 dila$an sampai suatu tingkat yang diinginkan. Pada batang beton bertulang, prategang pada umumnya diberikan dengan menarik baja tulangannya. %ekuatan tarik beton polos hanyalah merupakan suatu fraksi saja dari kekuatan tekannya dan masalah kurang sempurnanya kekuatan tarik ini ternyata menjadi faktor pendorong dalam pengembangan material komposit yang dikenal sebagai beton bertulang/. 2imbulnya retak-retak a$al pada beton bertulang yang disebabkan oleh ketidakcocokan (non compatibility dalam regangan-regangan baja dan beton barangkali merupakan titik a$al dikembangkannya suatu material baru seperti beton prategang/. Penerapan tegangan tekan permanen pada suatu material seperti beton, yang kuat menahan tekanan tetapi lemah dalam menahan tarikan, akan meningkatkan kekuatan tarik yang nyata dari material tersebut, sebab penerapan tegangan tarik yang berikutnya pertama-tama harus meniadakan prategang tekanan. 7
Dalam tahun &'?:, "reyssinet mencoba memasukkan gaya-gaya yang bekerja secara permanen pada beton untuk mela$an gaya-gaya elastik yang ditimbulkan oleh beban dan gagasan ini kemudian telah dikembangkan dengan sebutan prategang/. Beton prategang adalah beton yang didalamnya terdapat ka$at 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.
MATERIAL BETON PRATEGANG
A. Beton 8
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. 4ntuk 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. ang 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. 7edangkan 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. %ekuatan tekan kubus 0= hari minimum yang ditentukan di dalam peraturan #.7. adalah :?
melebihi 1? kg
. 2egangan serat tarik terluar pada ujung-ujung komponen struktur di atas perletakan sederhana ci f C
Bila tegangan tarik terhitung melampaui nilai tersebut diatas, maka h arus 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. 2egangan beton pada kondisi beban layan (sesudah memperhitungkan semua kehilangan prategang yang mungkin terjadi tidak boleh melampaui nilai berikut &. 2egangan serat tekan terluar akibat pengaruh prategang, beban mati dan beban hidup tetap ?,:1f;c 0. 2egangan serat tekan terluar akibat pengaruh prategang, beban mati dan beban hidup total ?,51f;c . 2egangan serat tarik terluar dalam daerah tarik yang ada pada a$alnya mengalami tekan c f C
%arena kurva tegangan-regangan yang terlihat dalam )ambar 0.& berbantuk kurvilinier pada taraf pembebanan yang sangat a$al, maka modulus elastisitas oung dapat diterapkan hanya pada tangen dari kurva di titik asal. %emiringan garis lurus yang menghubungkan titik asal dengan tegangan tertentu (sekitar ?,: f;c merupakan modulus elastisitas tekan beton. ilai ini, yang disebut modulus elastisitas dalam perhitungan desain, memenuhi asumsi praktis bah$a regangan yang terjadi selama pembebanan pada dasarnya dapat dianggap elastic (dapat pulih 10
kembali seluruhnya jika belum dihilangkan, dan bah$a regangan selanjutnya akibat bekerjanya beban disebut rangkak. 4ntuk nilai $c diantara &1?? kg
umus umum untuk menghitung kuat tekan sebagai fungsi dari $aktu adalah Di mana f;c kuat tekan 0= hari t $aktu (hari E faktor yang bergantung pada tipe semen dan kondisi pera$atan :,?? untuk semen tipe # yang dira$at basah dan 0,? untuk semen tipe ### yang dira$at basah &,?? untuk semen tipe # yang dira$at uap dan 0,? untuk semen tipe ### yang dira$at uap F faktor yang bergantung pada parameter-parameter yang sama dengan /E/, dengan nilai masing-masing ?,=1G ?,'0G ?,'1 dan ?,'=
Dengan demikian, untuk semen tipe # yang dira$at basah,
>angkak, atau aliran material lateral, adalah peningkatan regangan terhadap $aktu akibat beban yang terus menerus bekerja. Deformasi a$al akibat b eban adalah regangan elastis, sementara regangan tambahan akibat beban a$al yang sama yang terus bekerja adalah regangan rangkak. mengilustrasikan pertambahan regangan rangkak terhadap $aktu, dan seperti pada kasus susut, terlihat bah$a laju rangkak berkurang terhadap $aktu. >angkak tidak dapat diamati secara langsung dan hanya dapat ditentukan dengan mengurangkan regangan elastis dan regangan susut dari deformasi total. *eskipun susut dan rangkak merupakan fenomena yang tidak independen, dapat diasumsikan bah$a superposisi regangan berlaku, sehingga >egangan total (
regangan elastis (
e rangkak (
c susut (
t
sh. 11
Pada dasarnya, ada dua jenis susut susut plastis dan susut pengeringan. 7usut plastis terjadi selama beberapa jam pertama sesudah pengecoran beton segar di cetakan. 7usut pengeringan terjadi sesudah beton mongering dan sebagian besar proses hidrasi kimia$i di pasta semen telah terjadi. )ambar 0. menunjukkan peningkatan regangan susut
sh terhadap $aktu. %elajuannya
berkurang terhadap $aktu karena beton yang lebih tua lebih tahan terhadap tengangan d an ini berarti beton tersebut mengalami lebih sedikit susut, sedemikian sehingga regangan susut menjadi hamir asimtotis terhadap $aktu.
Beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya susut pengeringan adalah &. 8gregat. 8gregat beraksi menahan susut pasta semen. Beton dengan modulus elastisitas tinggi atau dengan permukaan kasar lebih dapat menahan proses susut. 0. >asio air
KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN BETON PRATEGANG
A. Keuntungan beton prategang
&. 2erhindarnya retak terbuka di daerah tarik, jadi lebih tahan terhadap keadaan korosif. 0. %edap air, cocok untuk pipa dan tangki. 13
. %arena terbentuknya la$an lendut sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhirnya akan lebih kecil dibandingkan pada beton bertulang. :. Penampang struktur lebih kecil
B. Kee!a"an beton prategang
14
&. Dituntut k$alitas bahan yang lebih tinggi (pemakaian beton dan baja mutu yang lebih tinggi, yang harganya lebih mahal. 0. Dituntut keahlian dan ketelitian yang lebih tinggi.
PROSES PEMASANGAN
prategang biasanya diberikan kepada anggota beton dengan tulangan baja yang sangat dikencangkan (ka$at, untai, atau bar bereaksi pada beton. Para highstrength prategang baja yang paling sering dikencangkan menggunakan jack hidrolik. Jperasi tensioning dapat terjadi sebelum atau setelah beton cor dan karenanya, anggota pancang diklasifikasikan sebagai pretensioned atau pasca-dikencangkan. Preten#$one% beton
2endon prategang pada a$alnya dikencangkan antara abutment tetap dan berlabuh. Dengan bekisting di tempat, beton cor di sekitar tendon baja yang sangat stres dan sembuh. %etika beton 15
telah mencapai kekuatan yang diperlukan nya, kabel dipotong atau dilepaskan dari abutment. 7ebagai baja yang sangat menekankan upaya untuk kontrak, beton yang dikompresi. Prategang yang disampaikan melalui ikatan antara baja dan beton. 8nggota beton Pretensioned sering pracetak di pretensioning tempat tidur cukup lama untuk mengakomodasi unit identik secara simultan. 4ntuk mengurangi $aktu siklus konstruksi, curing uap dapat digunakan untuk memfasilitasi kenaikan kekuatan yang cepat beton dan beton sering ditekankan dalam $aktu 0: jam casting. %arena beton biasanya menekankan pada usia dini, pemendekan elastis dari strain rangkak beton dan selanjutnya cenderung tinggi. #ni pemendekan tergantung $aktu yang relatiftinggi beton menyebabkan penurunan yang signifikan dalam regangan tarik di berikat, baja prategang dan kehilangan prategang yang relatif tinggi.
Pa#&a %$'en&ang'an beton
Dengan bekisting dalam posisi, beton cor di sekitar saluran berongga yang tetap untuk setiap profil yang diinginkan. 2endon baja biasanya di tempat, tanpa tekanan di dalam saluran selama menuangkan beton, atau sebagai alternatif dapat berulir melalui saluran pada beberapa $aktu kemudian. %etika beton telah mencapai kekuatan yang diperlukan, yang tendon dikencangkan. 2endon dapat ditekankan dari satu ujung dengan ujung berlabuh atau mungkin ditekankan dari kedua ujungnya. 2endon tersebut kemudian berlabuh di setiap akhir menekankan. Beton dikompresi selama operasi menekankan dan pratekan dipertahankan setelah tendon yang berlabuh oleh bantalan pada pelat penjangkaran akhir ke beton.Pasca-dikencangkan tendon juga memaksakan gaya transversal ke anggota mana pun arah perubahan kabel. 7etelah tendon telah berlabuh dan tidak lebih menekankan d iperlukan, saluransaluran yang berisi tendon sering diisi dengan grout di ba$ah tekanan. Dengan cara ini, tendon terikat beton dan lebih efisien dalam mengendalikan retak dan memberikan kekuatan batas. 2endon Berikat juga cenderung menimbulkan korosi atau menyebabkan masalah keamanan jika tendon yang kemudian hilang atau rusak. Dalam beberapa situasi, bagaimanapun, khususnya di 16
8merika 4tara dan !ropa, tendon tidak grout untuk alasan ekonomi dan tetap secara permanen terikat. 7ebagian besar beton pratekan situ adalah pasca-dikencangkan. Iack 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. 7istem ini berguna untuk operasi prategang sementara tapi dapat dikenakan tinggi tergantung $aktu kerugian.
17
