Bab Satu
Pendahuluan, Konsep Dasar dan Terminologi Beton Pratekan
1.1. 1. 1.
Pendah Pendahul uluan uan Beton adalah suatu bahan yang kuat dalam menahan gaya tekan (compression), tetapi
lemah lemah dalam dalam gaya tarik (tension (tension). ). Sehubu Sehubunga ngan n kapasita kapasitas s menahan menahan gaya tarik tarik yang yang lemah lemah sedemikian itu, itu, retak-retak lentur lentur mulai timbul bahkan bahkan pada tahap tahap pembebanan pembebanan sedang sedang yang relatif jauh dibawah kapasitas momen nominal,
Mn
(lihat Gbr. 1.1. dan Gbr. 1.2.).
Daerah Tekan (compression)
Daerah Tarik (tensile)
Gambar 1.1. Perilaku tarik dan tekan dalam penampang beton pada tahap pembebanan sedang dan timbulnya retak lentur
Gambar 1.2. Diagram Momen – Kurvature (kelengkungan) beton bertulang. momen retak (cracking moment) sudah dicapai jauh sebelum tercapainya momen nominal (Mn) atau pun kapasitas momen layan.
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
Dalam Dalam beton beton bertulan bertulang, g, pen penampa ampang ng bet beton on yang yang diperhit diperhitung ungkan kan unt untuk uk memikul memikul teganga tegangan n tekan adalah bagian di atas garis netral (bagian yang diarsir) , sedangkan bagian di bawah garis netral adalah bagian tarik yang tidak diperhitungkan untuk memikul gaya tarik karena kuat tarik beton yang relatif lemah ( ft’ = 8 - 14% x fc’). Gaya tarik pada beton bertulang praktis praktis seluruhn seluruhnya ya dipikul dipikul oleh oleh batang batang tulanga tulangan n baja ata atau u rebar (= reinforci reinforcing ng bar). bar). Untu Untuk k mengat mengatasi asi ini pada pada beto beton n diberi diberi tekan tekanan an aw awal al sebelu sebelum m beban beban-be -beba ban n beker bekerja, ja, sehing sehingga ga seluruh penampang beton dalam keadaan tertekan seluruhnya. Dalam rangka mencegah atau mengurangi timbulnya retak-retak lentur, suatu gaya konsentris atau eksent eksentris ris diberika diberikan n dalam dalam arah arah memanjan memanjang g (longitud (longitudinal inal)) elemen elemen struktur struktur.. Gaya ini mencegah retak-retak dari perkembangannya dengan menghilangkan total atau mengurangi mayori mayoritas tas tegan tegangan gan tarik tarik yang yang terjad terjadii pada pada perte perteng ngaha ahan n benta bentang ng kritis kritis dan dan pada pada bagia bagian n tumpuan tumpuan dalam dalam kondisi kondisi layan, layan, den dengan gan demikia demikian n suatu suatu pen penamp ampang ang bet beton on dap dapat at mencapa mencapaii kapasita kapasitas s opt optimal imal untuk untuk menahan menahan lenturan lenturan,, geser geser dan torsi. Penampa Penampang ng bet beton on kemudian kemudian tetap dapat berperilaku elastik, dan dengan hampir keseluruhan kapasitas penampang beton dalam bagian tekan (compressive area) bisa dimanfaatkan secara efisien. Gaya longitudinal itu disebut gaya prategang (prestressing force), force), yakni suatu gaya tekan tekan yang yang meneg menegan angka gkan n pena penampa mpang ng disep disepan anjan jang g bent bentan ang g elemen elemen struk struktur tur sebel sebelum um bekerjany bekerjanya a gaya-gay gaya-gaya a tranvers tranversal al akibat akibat beb beban an mati (berat (berat sendiri) sendiri) dan beb beban-b an-beba eban n hidup hidup atau beban-beban horizontal lainnya. Jadi, penegangan beton atau pemberian tegangan pada beton beton (prestre (prestressin ssing g concrete concrete)) ada adalah lah suatu suatu teknik teknik memberi memberi teganga tegangan-te n-tegan gangan gan tekan tekan yang yang nilainya telah ditentukan sebelumnya ke dalam elemen struktural guna meningkatkan perilaku beton. Berdasarkan mekanisme gaya-gaya dalam pada penampang maka perbedaan utama antara beton bertulang dan beton pratekan dapat diberikan sbb., Beton bertulang : Mekanisme beton bertulang adalah mengkombinasikan antara beton dan baja tulangan dengan membiarkan kedua material tersebut bekerja sendiri-sendiri, dimana beton bekerja memikul tegangan tekan dan baja penulangan memikul tegangan tegangan tarik. tarik. Jadi dengan dengan menempatka menempatkan n baja-baja baja-baja tulanga tulangan n pada tempat tempat yang yang tepat tepat,, beton beton bertu bertulan lang g dapat dapat sekali sekaligus gus memi memikul kul baik baik tegan teganga gan n tekan tekan maupun tegangan tarik.
Beton pratekan : Pada beton eton prat rateka ekan, beton eton berm bermut utu u tinggi nggi dan baj baja berm bermut utu u tinggi nggi diko dikom mbina binasi sika kan n den dengan gan cara cara akti aktif, f, seda sedang ngan an pada pada bet beton bert bertul ula ang kombinasi kombinasinya nya secara pasif. pasif. Cara Cara aktif aktif ini dapat dicapai dicapai dengan dengan cara menarik baja dengan menahannya ke beton, sehingga beton dalam keadaan tertekan. Karena penampang beton sebelum beban bekerja telah dalam kondisi tertekan, maka maka bila bila beban beban bekerj bekerja a tegan tegangan gan tarik tarik yang yang terja terjadi di dapat dapat dieli dielimi minir nir oleh oleh tegangan tekan yang telah diberikan pada penampang sebelum beban bekerja.
2
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
Gambar 1.3.
Prinsip-prinsip penegangan linear linear dan melingkar. melingkar. (a) Penegangan linear linear dari suatu suatu rangkaian rangkaian blok blok untuk untuk membentuk membentuk sebuah sebuah balok balok (beam). (beam). (b) Tegangan tekan pada pertengahan bentang penampang penampang C dan pada penampang ujung ujung A atau B. (c) Penegang Penegangan an melingkar melingkar dari suatu tong kayu dengan cara menarik strip-strip logam. (d) Gaya pratekan melingkar pada sebuah papan tong kayu. (e) Gaya tarik F pada setengah setengah lingkaran pita/strip pita/strip logam akibat tekanan tekanan radial, yang harus diimbangi oleh gaya pratekan melingkar.
Konstruksi beton prategang prategang (prestressed concrete, PSC ) mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan konstruksi beton bertulang biasa ( RC ), ), antara lain : a. Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, sehingga beton prategang akan lebih tahan terhadap korosi. b. Lebih kedap terhadap air, cocok untuk pipa dan tangki air. c.
Karena terbentuknya lawan lendut akibat gaya prategang sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhir setelah beban rencana bekerja, akan lebih kecil dari pada beton bertulang biasa.
d. Penampang struktur akan lebih kecil/langsing, sebab seluruh luas penampang digunakan secara efektif. e. Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dari pada jumlah berat besi penulangan pada konstruksi
beton bertulang biasa. f.
Ketahanan geser balok dan ketahanan puntirnya bertambah.
Dengan demikian maka suatu struktur dengan bentangan besar penampangnya akan lebih langsin langsing, g, hal ini mengakib mengakibatk atkan an perioda perioda getar alami alami dari struktur struktur menjadi menjadi lebih lebih pan panjan jang, g, sehingga sehingga menjadi menjadi lebih lebih tidak tidak stabil stabil apa apabila bila terkena terkena pembeb pembebanan anan dinamik dinamik getaran getaran gempa gempa atau ata u angin angin,, kecual kecualii bila bila strukt struktur ur itu memili memiliki ki redam redaman an yang yang cukup cukup ata atau u kekak kekakua uann nnya ya ditambah. Bila ditinjau dari segi biaya, maka ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan, sbb.: a. Jumlah volume beton yang diperlukan lebih kecil. b. Jumlah tulangan baja (rebar=reinforcing bar) yang dipergunakan hanya 20 – 35% dari
3
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
beton bertulang biasa. c.
Biaya awal pembuatan beton pratekan memang tidak sebanding dengan pengurangan beratnya. Harga baja dan beton mutu tinggi lebih mahal daripada penghematan akibat reduksi volume beton dan baja, selain itu formwork dan penegangan baja prategang perlu tambahan biaya. Maka, perbedaan biaya awal ini akan menjadi lebih kecil, jika beton prategang yang dibuat adalah beton pracetak dalam jumlah yang besar (fabrikasi beton).
d. Sebaliknya beton prategang hampir-hampir tidak memerlukan biaya pemeliharan, lebih tahan lama karena
tidak adanya retak-retak, berkurangnya beban mati yang diterima pondasi, dapat mempunyai bentang yang lebih besar, dan tinggi penampang konstruksinya berkurang (65 – 80% x Hreinforced concrete).
Beberapa keuntungan dari beton prategang bila dibandingkan dengan beton bertulang biasa sbb., 1. Karena pada beton prategang dipergunakan material yang bermutu tinggi dengan kontrol kualitas yang
pada umumnya jauh lebih baik, baik beton dan baja prategang, maka volume material yang dipergunakan lebih sedikit bila dibandingkan dengan beton bertulang biasa untuk beban yang sama. 2. Pada beton prategang seluruh penampang beton aktif menerima beban, sedangkan pada beton bertulang
biasa hanya penampang yang tidak retak saja yang menerima beban. 3. Beton pratekan akan lebih ringan atau langsing (karena volumenya lebih kecil) sehingga secara estetika
akan lebih baik. Untuk bentangan-bentangan yang besar seperti jembatan dimana pengaruh berat sendiri sangat besar, maka penggunaan beton prategang akan sangat menguntungkan, karena lebih ringan sehingga dapat menghemat dimensi pondasi. Beton prategang hanya membutuhkan tinggi total girder sekitar 65 – 85% dari beton bertulang biasa. 4. Karena tidak terjadi retak pada beton prategang, maka baik baja penulangan dan baja prategang akan
lebih terlindungi terhadap bahaya korosi, sehingga akan lebih cocok untuk struktur yang berada di daerah korosif. 5. Lendutan efektif untuk beban jangka panjang dapat terkontrol lebih baik pada beton prategang penuh
maupun prategang sebagian.
1.2. 1.2. Konsep Konsep Dasar Beton Beton Prategang Prategang Konsep penegangan beton telah dimulai pada tahun 1886 (P.H. Jackson) di Amerika Serikat tetapi sistem sistem bet beton on prateka pratekan n dalam dalam ben bentukn tuknya ya yang yang matang matang baru baru ditemuka ditemukan n pad pada a tahun tah un 1926 1926 oleh oleh seora seorang ng ahli ahli struk struktur tur jemba jembata tan n dari dari Peran Perancis cis yang yang berna bernama ma Eugene Fressynet . Sesudah itu beberapa inovasi berhasil diciptakan oleh para ahli hingga tahun 1940, dan praktek praktek beton beton pratekan pratekan sejak itu meningkat meningkat den dengan gan cepat cepat sampai sampai masa sekarang sekarang ini. Dalam Da lam perio perioda da perke perkemb mban angan gan aktif aktif selama selama 1940 1940-an -an dan dan 19501950-an an sistem sistem prate pratekan kan
baru baru
diteka ditekank nkan an pad pada a met metod oda a anali analisis sis dan dan desai desain n berda berdasa sarka rkan n konsep konsep elas elastis tisita itas, s, dan nant nantii beberapa tahun terakhir ini analisis plastis sistem pratekan mulai dikembangkan. Ada Ada tiga tiga konsep konsep yang yang berbe berbedada-be beda da yang yang dapa dapatt dipaka dipakaii untu untuk k me menje njela laska skan n dan dan menganalisis sifat-sifat dasar dari beton prategang: a. Konsep pertama:
4
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
Sistem Sistem pratekan/ pratekan/prat prategan egang g untuk untuk mengubah mengubah beton beton yang getas getas (brittle) (brittle) menjadi bahan yang elastis. Dari konsep ini lahirlah kriteria ”tidak ada tegangan tarik” pada beton. Pada umumnya telah diketahui bahwa jika tidak tidak ada tegangan tegangan tarik tarik pada beton, berarti tidak akan akan terjadi terjadi retak, dan beton tidak tidak merupaka merupakan n bahan bahan yang getas lagi melainkan melainkan berubah berubah menjadi bahan yang elastis.
Ambil suatu balok persegi panjang yang diberi gaya prategang horizontal oleh sebuah tendon sentris (cgs berimpit cgc), lihat Gbr.1.4. Akibat gaya prategang F, akan timbul tegangan tekan merata sebesar, sebesar,
F
=
A
................ ......................... ................ ............... ................ ................. ................. ............... .......
(1.1)
Jika M adalah momen eksternal pada penampang akibat beban dan berat sendiri balok, maka tegangan pada setiap titik sepanjang penampang akibat M,
=
M v I
..............................................................
(1.2)
diman dimana a y adala adalah h jarak jarak dari dari sumbu sumbu yang yang melalu melaluii titik titik berat berat dan dan I adala adalah h momen momen inersi inersia a penampang. Jadi distribusi tegangan yang dihasilkan adalah:
=
F A
±
M v I
................. .......................... .................. .................. .................. .................. ............ ...
(1.3)
Gambar 1.4. Distribusi tegangan beton prategang sentris
Bila tendon ditempatkan eksentris (sebesar e), maka distribusi tegangannya (lihat Gbr. 1.5.) menjadi,
5
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
dimana
F e v I
=
F A
+
F e v I
+
M v I
................ ........................ ............... ................ ................. ................. ............... ...... ..
(1.4)
adalah tegangan akibat momen eksentris.
akib akibat at gaya gaya prate pratega gang ng pengaruh beban langsung
akib akibat at gaya gaya prate pratega gang ng eksentris
akib akibat at mome momen n ekst ekster erna nall M
akib akibat at gaya gaya prate pratega gang ng ekse eksent ntri riss dan momen eksternal M
Gambar 1.5. Distribusi tegangan beton prategang eksentris
b.
Kons Konsep ep kedu kedua a
Sist Sistem em prate pratega gang ng untuk untuk meng mengga gabu bung ngka kan n (kom (kombi bina nasi si)) baja baja mutu tinggi dengan beton. Konsep ini mempertimbangkan beton prategang sebagai kombinasi dari baja dan beton, seper seperti ti pada pada beton beton bertul bertulan ang, g, diman dimana a baja baja me mena naha han n tarik tarikan an (tens (tensile ile,, T ) dan dan beto beton n menahan tekanan (compression, (compression, C ), ), den dengan gan demikian demikian kedua bah bahan an membent membentuk uk kopel kopel penahan untuk melawan momen eksternal (Gbr. 1.6). 1.6). Pada beton prategang, baja mutu tinggi dipakai dengan jalan menariknya sebelum kekuatannya dimanfaatkan sepenuhnya. Jika Jika baja baja mu mutu tu tinggi tinggi ditan ditanam am pada pada beton beton,, sepe seperti rti pada pada beton beton bertu bertula lang ng biasa, biasa, beto beton n disekitarnya akan menjadi retak berat sebelum seluruh kekuatan baja digunakan (Gbr. 1.7). 1.7). Oleh karena itu, baja perlu perlu ditarik ditarik sebelumn sebelumnya ya (sistem (sistem pre-tens pre-tensioni ioning) ng) terhada terhadap p bet beton on.. Dengan Den gan menarik menarik dan menjangkark menjangkarkan an baja ke bet beton on dihasilka dihasilkan n teganga tegangan n dan reganga regangan n yang yang diing diingink inkan an pada pada kedua kedua baha bahan, n, tegan tegangan gan dan dan regan regangan gan tekan tekan pada pada beton beton serta serta tegangan dan regangan pada baja. Kombinasi ini memungkinkan pemakaian yang aman dan dan ekon ekonomi omis s dari dari kedua kedua bahan bahan diman dimana a hal hal ini ini tidak tidak dapa dapatt dicap dicapai ai jika jika baja baja hany hanya a ditanamkan dalam bentuk seperti pada beton bertulang biasa.
6
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
P
P
C T
C T
Bagian balok prategang (PSC)
Bagian balok bertulang (RC)
q
q C
C
T
T
kabel prategang
baja tulangan
Bagian Balok Pratekan (PSC)
Bagian Balok Bertulang (RC)
Gambar 1.6. Momen tahanan internal pada Beton Prategang (PSC) dan Beton Bertulang (RC)
A. Beton bertulang biasa (RC) Retak-retak dan lendutan besar
B. Beton prategang (PSC) Tanpa retak dan lendutan kecil
baja mutu tinggi tinggi Gambar 1.7. Balok beton menggunakan baja
c. Kons Konsep ep ketiga ketiga
Sistem prategang untuk mencapai perimbangan beban. Konsep Konsep ini terutama terutama unt untuk uk mengguna menggunakan kan pratega prategang ng sebagai sebagai usaha usaha unt untuk uk membuat membuat seimbang gaya-gaya pada sebuah batang atau balok ( Gbr. 1.8 dan Gbr. 1.9 ). ). Pada keseluruhan desain struktur beton prategang, pengaruh dari prategang dipandang sebagai sebagai keseimba keseimbangan ngan berat sendiri sendiri sehingga sehingga elemen elemen yang mengala mengalami mi lentura lenturan n sepert sepertii pel pelat at (slab (slab), ), bal balok ok (bea (beam), m), da dan n ge gelag lagar ar (gird (girder) er) tidak tidak akan akan mengal mengalam amii tega tegang ngan an lent lentur ur pa pada da kond kondis isii pe pemb mbeb eban anan an yang yang terj terjad adi. i. Ini Ini memu memung ngki kink nkan an tran transf sfor orma masi si da dari ri elem elemen en lent lentur ur menj menjad adii elem elemen en yang yang meng mengal alam amii tega tegang ngan an langsung langsung dan sangat sangat menyede menyederhan rhanakan akan persoala persoalan n baik didalam didalam desain desain maupun maupun analisis dan desain struktur yang rumit. Pene Pe nera rapa pan n da dari ri kons konsep ep ini ini menga mengasu sums msik ikan an ba bahw hwa a be beto ton n da dapa patt diam diambi bill sebagai benda bebas dan menggantikan tendon dengan gaya-gaya ekivalen yang bekerja pada beton sepanjang bentang.
7
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan lintasan tendon berbentuk parabola
F
F
beban merata, wb
F
F
wb
dengan tendon parabola yang dapat dapat digantikan Gambar 1.8. Balok prategang dengan dengan beban ekivalen merata Suatu balok beton diatas dua perletakan (simple (simple support) support) yang diberi gaya prategang prategang F melalui suatu suatu kabel kabel prat pratega egang ng deng dengan an linta lintasan san parab parabola ola.. Beban Beban akibat akibat gaya gaya prate pratega gang ng yang ang terdistribusi secara merata kearah atas dinyatakan sebagai,
dimana: wb h L F
= = = =
beban merata kearah atas, akibat gaya prategang F tinggi tinggi par parabol abola a linta lintasan san kabel kabel prateg prategang. ang. panjan panjang g benta bentanga ngan n balok balok.. gaya gaya prat prateg egang ang..
Jadi beban terdistribusi merata akibat beban (arah ke bawah) diimbangi oleh gaya merata akibat prategang w b yang berarah ke atas. lintasan tendon membengkok (deflected)
gaya-gaya ekivalen
Gambar 1.9. Balok prategang dengan tendon membengkok (deflected) yang dapat digantikan dengan gaya-gaya ekivalen
8
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
1.3. Terminologi Terminologi Beton Beton Pratekan Pratekan Banyak istilah teknik yang perlu diketahui diketahui untuk memahami suatu subyek subyek dengan baik. Berikut ini diberikan beberapa istilah yang berhubungan dengan beton pratekan. Beton Pratekan Suatu tipe beton dalam mana tegangan-tegangan internal permanen yang sifat- sifat, besar dan distribusi tertentu secara sengaja diatur, biasanya melalui penarikan penarikan baja, untuk melawan sampai pada tingkat tertentu, tegangan- tegangan- tegangan yang tidak diinginkan yang timbul pada elemen dalam kondisi beban layan. Berdasarkan tipe konstruksi, beton pratekan dapat diklasifikasikan sebagai beton penarikan-awal atau beton penarikan-purna. Tegangan-tegangan yang secara sengaja diciptakan tersebut bersifat tekan dan tegangan-tegangan tekan ini mengurangi atau menghilangkan keseluruhan tegangan-tegangan tarik yang tidak diinginkan yang timbul akibat pembebanan luar. Kawat (Wires) Kawat prategang adalah suatu unit tunggal yang terbuat dari baja. Untaian (Strands) Dua, Dua, tiga atau atau tuj tujuh kaw kawat terbu erbuka ka unt untuk membe embent ntuk uk sebu sebuah ah unt untaian aian prategang. prategang. Tendon Suatu elemen baja, seperti kawat, kabel, batang atau untaian yang disediakan, dalam bentuk memanjang, untuk menanamkan kekuatan penegangan dalam beton. Bagaimana sebuah tendon memindahkan gaya prategang ke dalam beton gergantung pada tipe elemen pratekan, apakah penarikan-awal atau penarikan-purna. penarikan-purna. Kabel Kabel (Cable) (Cable) Suatu kelompok tendon yang membentuk sebuah kabel prategang. Batang (Bars) Sebuah tendon dapat dibuat dari sebuah batang baja. Diameter sebuah batang baja jauh lebih besar daripada diameter kawat. Gaya Prategang Prategang Sehubungan peregangan tendon, tegangan-tegangan tarik timbul di dalam tendon. Resultan gaya prategang di dalam tendon dapat dihitung dengan mengalikan tegangan-tegangan tarik ini dengan luas penampang tendon. Pada saat gaya tarik prategang dari tendon ditransfer ke beton, gaya itu menghasilkan tekanan yang setara dalam beton. Penarikan-awal, Penarikan-awal, Pra-penarikan Pra-penarikan (Pre-tensioning) (Pre-tensioning) Suatu metoda penegangan beton dalam mana tendon ditarik atau ditegangkan sebelum pengecoran beton. Dalam bentuk konstruksi ini, beton mengembangkan suatu ikatan dengan permukaan tendon yang teregang. Apabila kekuatan ikatan/rekatan telah cukup dikembangkan dalam beton untuk menahan tendon-tendon yang teregang dalam bentuk tertarik, tendon dipotong dari luar. luar. Panjang tendon yang tertanam tertanam di dalam mempertahankan mempertahankan bentuk teregangnya di dalam beton karena adanya rekatan dan gaya prategang prategang yang tertahan tertahan di dalam beton. Penarikan-purna, Penarikan-purna, Pasca-penarikan Pasca-penarikan (Post-tensioning) (Post-tensioning) Suatu metoda penegangan beton dalam mana tendon ditempatkan, di dalam selubung atau saluran yang disediakan dalam beton, sesudah beton mencapai kekuatan yang cukup. Tendon kemudian diregangkan dan diangkur pada ujung-ujung elemen beton. Mekanisme transfer gaya prategang dalam bentuk
9
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
penegangan penegangan ini berbeda dari kasus Pra-penarikan. Pra-penarikan. Dalam prategang bentuk ini, gaya prategang ditransfer ke beton melalui pengangkuran yang dibuat pada ujung-ujung elemen – bukan melalui ikatan antara beton dan tendon.
Pengangkuran, Penjangkaran Peralatan yang digunakan untuk mengangkurkan tendon pada ujung elemen beton (pengangkuran (pengangkuran pada kasus pasca-penarikan). pasca-penarikan). Dalam sistem sistem pra- penarikan, penarikan, pengangkuran pengangkuran atau penjangkaran penjangkaran adalah peralatan yang digunakan untuk mengangkurkan tendon yang teregang selama terjadinya pengerasan beton. Elemen perekat Suatu elemen beton dalam mana tendon-tendon terikat/terekat pada beton. Mereka dapat langsung terikat pada beton seperti dalam kasus pra-penarikan atau secara tidak langsung dengan menginjeksi ruang dalam saluran tendon dalam kasus pasca-penarikan. Penarikan-purna Penarikan-purna Terekat Dalam konstruksi pasca-penarikan, saluran, dimana tendon ditempatkan, kadang-kadang diinjeksi sesudah pelaksanaan penarikan. Jadi, meskipun mekanisme transfer prategang tetap melalui pengangkuran/penjangkaran, injeksi saluran dapat melindungi tendon terhadap korosi. Beton Prategang Prategang Tanpa-Rekatan Tanpa-Rekatan Adalah suatu metoda konstruksi dalam mana tendon-tendon tidak terekat ke dalam beton. Dalam kasus ini, saluran, rumah tendon, tidak diinjeksi. Penegangan Penegangan Penuh, Pratekan Penuh, Prategang Prategang Penuh Suatu elemen beton pratekan disebut prategang penuh apabila cukup gaya prategang prategang diberikan sehingga tegangan-tegangan tegangan-tegangan tarik dalam elemen sepenuhnya dihilangkan. dihilangkan. Penegangan Penegangan Terbatas, T erbatas, Prategang Terbatas atau Prategang Parsial/Sebagian Parsial/Sebagian Suatu bentuk penegangan dalam mana tegangan-tegangan tarik dibolehkan, sampai batas tertentu, dalam beton di bawah pengaruh beban kerja. Karena tegangan tarik yang diijinkan boleh terjadi akibat beberapa kondisi, meretakkan beton, sejumlah penulangan non-prategang juga disediakan sepanjang tendon. Penegangan Moderat/Sedang, Prategang Sedang Dalam bentuk prategang ini, tidak ada batas yang diberikan terhadap besarnya tegangan-tegangan tarik yang dapat dihasilkan di dalam elemen pada kondisi beban kerja. Faktanya, Faktanya, ini bukan merupakan merupakan beton pratekan pratekan dalam arti yang sebenarnya sebab perilakunya lebih menyerupai beton bertulang. Direkomendasikan bahwa elemen struktural yang termasuk tipe ini harus dianalisis menurut konsep dan peraturan yang berlaku untuk elemen struktur beton bertulang. Penegangan Penegangan Aksial atau Penegangan Konsentris Apabila sentroid (pusat) dari luas penampang melintang tendon tepat berada pada sentroid penampang melintang melintang elemen beton, be ton, suatu tegangan tekan merata dihasilkan pada seluruh penampang melintang beton. Bentuk penegangan penegangan ini disebut penegangan aksial atau penegangan konsentris. konsentris. Penegangan Penegangan Eksentris Dalam bentuk penegangan ini, pusat dari luas penampang melintang tendon tidak sama dengan pusat bidang penampang beton. Jarak antara pusat penampang penampang melintang beton dan pusat gravitasi tendon disebut eksentrisitas eksentrisitas tendon. Sehubungan Sehubungan eksentrisitas eksentrisitas ini, suatu momen, yang besarnya besarnya setara
10
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
dengan hasil kali gaya prategang dan eksentrisitas, diterapkan pada penampang penampang melintang beton.
Profil Tendon Bentuk jalur tendon sepanjang dimensi panjang elemen beton. Penegangan tanpa-distorsi Elemen beton melendut akibat berat sendiri. Bilamana gaya prategang diterapkan dalam suatu cara yang menghilangkan lendutan-lendutan tersebut akibat aksi gaya prategang, hal itu disebut penegangan tanpa-distorsi. Dalam kasus demikian, momen prategang dan momen berat-sendiri seimbang satu sama lain dan elemen beton hanya memikul gaya aksial dan momen lentur yang berhubungan dengan beban luar saja. Penegangan Uniaksial, Biaksial dan Triaksial Istilah ini merujuk pada kasus ketika beton ditegangkan masing-masing hanya dalam satu arah saja, dalam dua arah yang saling tegak lurus dan dalam tiga arah yang saling tegak lurus. Penegangan Penegangan Melingkar Istilah ini merujuk pada kasus bilamana profil tendon dibuat dalam bentuk bulat, seperti dalam tangki air, pipa, dll. Beban Karakteristik Karakteristik Beban dengan kemungkinan 95% tidak akan terlampaui selama umur rencana struktur. Kekuatan Karakteristik, Kuat Karakteristik Karakteristik Kekuatan material yang tidak memenuhi syarat dimana tidak melampaui 5% yang mengalami kegagalan. Tulangan Tambahan atau Tulangan Tanpa-penegangan Tanpa-penegangan Penulangan yang disediakan dalam elemen beton prategang, yang tidak diregangkan seperti tendon. Transfer Aksi pemindahan tegangan-tegangan dalam tendon prategang ke elemen beton. Dalam kasus elemen beton penegangan-awal, tahap ini muncul pada saat jack (yang meregangkan tendon sampai beton memiliki kekuatan yang cukup) dilepaskan. Dalam kasus elemen beton penegangan-purna, tahap ini muncul pada saat tendon yang teregang diangkurkan/dijangkark diangkurkan/dijangkarkan an pada ujung-ujung elemen beton. Prategang Prategang Awal/Inisial Awal/Inisial Dari tahap transfer, tegangan-tegangan tarik dalam tendon mengerjakan tegangan-tegangan tekan pada beton. Nilai-nilai awal tegangan-tegangan ini (di dalam tendon atau di dalam beton) disebut gaya prategang awal (dalam tendon atau dalam beton, mana yang dipertimbangkan). Tegangan Tarik Awal/Inisial Awal/Inisial Tegangan maksimum maksimum yang timbul dalam dalam tendon prategang prategang pada saat operasi tegangan. Gaya tarik awal biasanya lebih besar dari gaya prategang awal karena selama tahap transfer sejumlah kehilangan prategang seketika dimulai. Kehilangan Prategang Pada tahan transfer, tendon menghasilkan tegangan-tegangan tekan di dalam beton. Cepat atau lambat, besar tegangan-tegangan ini mengalami pengurangan pengurangan karena sejumlah alasan. Reduksi dalam gaya prategang atau penegangan-penegangan penegangan-penegangan disebut kehilangan kehilangan prategang. prategang.
11
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
Prategang Prategang Akhir/Final Akhir/Final Tegangan yang ada sesudah semua kehilangan prategang yang substansial terjadi disebut prategang prategang akhir. Hal ini dapat ditentukan ditentukan dengan mengurangi mengurangi kehilangan-kehilangan prategang dari nilai prategang awal. Tegangan Tarik Akhir/Final Akhir/Final Tegangan tarik dalam tendon sesudah kehilangan prategang berlangsung disebut tegangan tarik akhir. Tegangan tarik akhir ini diambil dalam hubungannya dengan tahap prategang akhir. Perpendekkan Perpendekkan Elastik Beton Pada tahap transfer, gaya prategang tekan dipindahkan ke beton. Sehubungan gaya tekan ini, beton mengalami suatu perpendekkan panjang elastik yang seketika dalam arah gaya ini dan bergantung pada besarnya gaya prategang. Kehilangan Prategang akibat Perpendekkan Elastik Beton Sehubungan perpendekkan elastik beton, tendon dapat mengurangi panjang teregangnya pada tingkat yang sama dalam mana pengurangan panjang terjadi pada beton. Sehubungan hal ini, regangan-regangan dalam tendon (dan karena itu tegangan-tegangan) berkurang, menyebabkan kehilangan prategang. Rangkak (Creep) Suatu peristiwa yang berhubungan dengan bertambahnya regangan bahan akibat waktu di bawah tegangan-tegangan konstan. Koefisien Rangkak Rangkak Rasio regangan rangkak terhadap regangan elastik suatu bahan. Kehilangan Prategang akibat Rangkak dalam Beton Sehubungan peristiwa rangkak, prategang tekan yang mempengaruhi regangan beton mengalami peningkatan. Karena itu, regangan-regangan tendon berkurang dan sebagai konsekuensi kehilangan prategang dimulai di dalam tendon. Kehilangan Prategang akibat Susut (Shrinkage) dalam Beton Kehilangan prategang akibat susut beton, yang dimulai dalam tahap awal pengerasan beton. Sehubungan Sehubungan susut beton, regangan-regangan regangan-regangan tekan dalam beton meningkat (mengakibatkan regangan-regangan tarik dalam tendon- tendon berkurang pada tingkat yang sama) dan konsekuensinya terdapat suatu kehilangan prategang dalam elemen beton. Kehilangan Prategang akibat Relaksasi Baja Apabila regangan regangan dalam baja baja tetap konstan, terlihat bahwa tegangan- tegangan- tegangan didalamnya didalamnya berkurang berkurang seiring waktu. Hal ini disebut relaksasi baja. baja. Tendon-tendon di dalam beton prategang tersedia dengan suatu regangan tertentu (akibat penarikan) dan regangan ini tetap konstan di dalam beton. Sehubungan relaksasi baja, tegangan-tegangan dalam tendon berkurang seiring waktu dan menyebabkan apa yang dikenal sebagai kehilangan prategang prategang akibat relaksasi baja. Kehilangan relaksasi di dalam baja prategang bervariasi berdasar tipe baja, prategang awal, usia, temperatur, dll. Slip (=Gelincir) dalam Pengangkuran/Pe Pengangkuran/Penjangka njangkaran ran Dalam kasus beton prategang-purna, pada saat tendon-tendon diangkur pada ujung-ujung elemen beton, suatu slip (=gelincir) tendon dimulai. Kadang-kadang, angkur/jangkar menetap di bagian dalam dari ujung-ujung beton pada suatu jarak tertentu. tertentu. Kedua hal ini diperhitungkan diperhitungkan sebagai slip (=gelincir) dalam pengangkuran/penjangk pengangkuran/penjangkaran. aran. Ini adalah salah satu alasan terjadinya kehilangan prategang dalam elemen beton penegangan-purna (pasca-tarik).
12
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
Panjang Transmisi Adalah jarak yang diperlukan dari ujung elemen beton untuk mengembangkan tegangan maksimum tendon dengan ikatan (bond). Zona Ujung Adalah panjang elemen beton penegangan-purna (pasca-tarik), pada ujung, yang dibutuhkan untuk mendapatkan suatu distribusi prategang pada seluruh bagian penampang melintang elemen beton. Pada ujung-ujung beton penegangan-purna, penegangan-purna, pengangkuran mengerjakan mengerjakan gaya prategang hanya pada suatu bagian bagian dari penampang penampang beton. Apabila kita kita bergerak dari suatu suatu ujung ke pertengahan pertengahan penampang, distribusi prategang longitudinal longitudinal menempati menempati daerah yang lebih dan lebih lebih luas dari penampang penampang melintang. Zona Zona yang terletak diantara suatu ujung elemen dan penampang dimana luas penampang penuh beton menerima menerima prategang longitudinal longitudinal (= horizontal) horizontal) disebut zona ujung. ujung. Zona Ujung Adalah panjang elemen beton penegangan-purna (pasca-tarik), pada ujung, yang dibutuhkan untuk mendapatkan suatu distribusi prategang pada seluruh bagian penampang melintang elemen beton. Pada ujung-ujung beton penegangan-purna, penegangan-purna, pengangkuran mengerjakan mengerjakan gaya prategang hanya pada suatu bagian bagian dari penampang penampang beton. Apabila kita kita bergerak dari suatu suatu ujung ke pertengahan pertengahan penampang, distribusi prategang longitudinal longitudinal menempati daerah yang lebih dan lebih lebih luas dari penampang penampang melintang. Zona yang yang terletak diantara suatu ujung elemen dan penampang dimana luas penampang penuh beton menerima menerima prategang longitudinal longitudinal (= horizontal) horizontal) disebut zona ujung. ujung. Gaya Tarik Hancur (Bursting) Adalah gaya-gaya tarik yang dihasilkan oleh aplikasi gaya-gaya prategang longitudinal terpusat pada zona ujung elemen beton penegangan-purna (post- tensioning). Hal ini berarah lateral langsung dan bisa menyebabkan hancurnya beton dalam arah lateral akibat tarikan. Untuk melawan gaya-gaya ini, penulangan penulangan lateral harus tersedia pada zona ujung elemen beton penegangan- penegangan- purna. Keadaan Batas (Limit State) Batas penerimaan untuk keadaan dan kemampulayanan yang diperlukan, sebelum timbulnya kegagalan struktural. Keadaan Batas Keruntuhan (Limit State of Collapse) Keadaan batas yang menggambarkan kegagalan atau keruntuhan struktur berbasarkan kondisi-kondisi kritis tertentu. Kondisi-kondisi tertentu seperti runtuhnya penampang-penampang kritis akibat lenturan, geser, torsi, tekanan dan tarikan, tekukan akibat ketidakstabilan elastik atau plastis (termasuk efek pergoyangan pergoyangan bila ada) dan bukaan, dll., dipertimbangkan dipertimbangkan dalam menentukan menentukan keadaan batas keruntuhan. Keadaan Batas Kemampulayanan (Limit State of Serviceability) Keadaan batas yang menggambarkan ketidakmampuan struktur atau komponen struktural untuk berfungsi sebagaimana mestinya sebagaimana yang dimaksud. dimaksud. Secara normal, normal, efek-efek lendutan, lendutan, retakan, getaran dan dan tegangan tekan maksimum harus dipertimbangkan dalam menentukan keadaan batas kemampulayanan. Beton Prategang Tipe-1 Adalah beton prategang (pratekan) dimana tegangan tarik tidak dibolehkan. Beton Prategang Tipe-2 Adalah beton prategang (pratekan) dimana tegangan tarik dibolehkan tetapi retak yang terlihat tidak diijinkan.
13
© Y. Soleman, 2011
Pendahuluan, Konsep Konsep Dasar dan Terminologi Terminologi Beton Pratekan Pratekan
Beton Prategang Tipe-3 Adalah beton prategang (pratekan) dimana retak dibolehkan tetapi hal itu harus tidak mempengaruhi penampakkan dan daya tahan struktur. Batas penerimaan penerimaan retak akan bervariasi berdasarkan tipe struktur dan lingkungan. lingkungan. Untuk elemen sedemikian, sebagai panduan kasar, lebar permukaan retak harus, secara umum, tidak melebihi 0.1 mm untuk elemen yang terekspos kepada suatu lingkungan tertentu yang agresif, dan tidak melebihi 0.2 mm untuk semua elemen lainnya. Efek Jangka Pendek Adalah variasi jenis efek yang dihasilkan, hampir seketika, sehubungan aplikasi beban luar pada struktur-struktur. Sebagai contoh dalam hal ini adalah defleksi (lendutan) akibat beban luar dalam struktur beton. Efek Jangka Panjang Efek jangka panjang pembebanan pada struktur-struktur memperhitungkan semua efek termasuk rangkak (creep) dan susut (shrinkage).
14
© Y. Soleman, 2011
