BETON PRATEGANG DAN METODE PRATEGANG

BETON PRATEGANG DAN METODE PRATEGANG

Beton Prategang

( Prestressed Concrete )

A.   Sejarah Perkembangan Beton Prategang

Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi terhadap tekan, tetapi sebaliknya mempunyai kekuatan relatif 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.

Untuk mengatasi hal tersebut pada tahun 1886  PH. Jackson dari California, Amerika Serikat mencoba menerapkan sistem beton prategang saat membuat konstruksi pelat atap. Kemudian pada tahun 1888, CEW Doehring mendapatkan hak paten untuk penegangan pelat beton dengan kawat baja. Tetapi gaya prategang yang diterapkan dalam waktu yang singkat menjadi hilang, karena rendahnya mutu dan kekuatan baja.

Untuk mengatasi hilangnya gaya prategang dalam waktu singkat, G.R. Steiner pada tahun 1908 mengusulkan untuk melakukan penegangan kembali (USA). Sedangkan J. Mandl dan M. Koenen dari Jerman, menyelidiki identitas dan besar kehilangan gaya prategang. Pada tahun 1928, Eugene Freyssinet seorang Insinyur dari Perancis berhasil menemukan pentingnya kehilangan gaya prategang dan usaha untuk mengatasinya. Dan ia berhasil memberikan pratekan terhadap struktur beton sehingga dimungkinkan untuk membuat desain dengan penampang yang lebih kecil untuk bentang yang relatif panjang.

Kesulitan kemudian timbul dalam perhitungan struktur statis tak tentu, karena pemberian pratekan menimbulkan gaya tambahan yang sulit diperhitungkan. Pada 1951 Yves Guyon berhasil memberikan solusi atas masalah tersebut. Perkembangan beton pratekan berlanjut dengan dikemukakannya Load Balancing Theory oleh Tung Yen Lin pada 1963. Teori tersebut telah mendorong perkembangan penggunaan beton pratekan yang sangat pesat. P.W. Abeles dari Inggris kemudian memperkenalkan penggunaanpartial prestressing yang mengijinkan tegangan tarik terbatas pada beton.

Bangunan pertama yang dibangun dengan sistem beton prategang adalah jembatan Walnut Lane Bridge di Philadelphia dengan bentang 47 m, pada tahun 1940/1950. Sekarang telah banyak dikembangkan sistem dan teknik prategang. Dan beton prategang sekarang telah diterima dan banyak dipakai, setelah melalui banyak penyempurnaan hampir pada setiap elemen struktur ataupun sistem bangunan. Dengan beton prategang dapat dibuat bentang yang besar tetapi langsing.

B.    Definisi Beton Prategang

Definisi beton prategang menurut beberapa peraturan adalah sebagai berikut:

1. 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.
2. 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.
3. 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).

C.   Type Beton Prategang

Dalam C.E.B. (Comite Europeen du Beton) ditentukan tiga kelas beton prategang, yaitu :

1. Kelas 1 : seluruh bagian konstruksi dalam tegangan tekan pada beban kerja.
2. Kelas 2: konstruksi monolit yang memperkenankan adanya tegangan tarik yang terbatas, tapi tidak boleh terlihat retak pada beban kerja.
3. Kelas 3: boleh terjadi retak rambut pada beban kerja, tapi besarnya lendutan dibatasi.
4. Kelas 2A: adalah sub kelas yang merupakan kombinasi dari dua kelas, yaitu kelas 1 pada beban kerja yang terdiri dari beban tetap dan beban hidup, tetapi juga  seperti  kelas 3  pada  beban  ekstrim.  Karena  sifat dari  beton prategang, retak rambut akan menutup kembali pada beban kerja yang biasa.

Sistem desain ini sesuai dengan anggapan faktor keamanan itu adalah terhadap beban yang ekstrim. Maka desain untuk beban kerja biasa disesuaikan dengan persyaratan beton kelas 1, dan untuk beban ekstrim pada beton kelas 3. Dalam hal ini kelas 1 juga disebut : fully prestressed.

Kondisi beban batas yang diminta untuk ketiga kelas adalah sama, tapi syarat gaya prategang efektif tergantung pada pembebanan.

CEB/FIP Recommendations membagi dalam 4 kelas :

1. Kelas 1 dan 2 : tidak boleh ada retakan, tetapi pada kelas 2 diperbolehkan retak yang halus sekali; kelas 1 dalam keadaan tertekan pada beban kerja.
2.  Kelas 3 dan 4 terjadi retakan pada beban kerja.
3. Kelas 3 disebut : Prestressed Reinforced Concrete. Kelas 4 adalah beton bertulang.
4. Kelas 2A seperti pada skema adalah yang paling ideal, sebab merupakan kondisi kelas 1 pada beban kerja selama berdirinya bangunan, retak sementara terjadi karena beban kelebihan selama masa yang pendek.

D.   Prinsip Kerja Beton Prategang

Untuk memberikan tegangan pada beton prategang terdapat dua prinsip yang berbeda, yaitu :

1. Pre-tensioned Prestressed Concrete (pratarik), ialah konstruksi dimana tendon ditegangkan dengan pertolongan alat pembantu sebelum beton mengeras dan gaya prategang dipertahankan sampai beton cukup keras.
2. Post-tensioned Prestressed Concrete (pasca tarik), adalah konstruksi dimana setelah betonnya cukup keras, barulah bajanya yang tidak melekat pada beton diberi tegangan.

1.     Pre-Tensioning ( Pra Tarik)

Metode ini baja prategang diberi gaya prategang dulu sebelum beton dicor, oleh karena itu disebut pretension method. Adapun prinsip dari Pratarik ini secara singkat adalah sebagai berikut :

Tahap 1 : Kabel ( Tendon ) prategang ditarik  atau diberi gaya  prategang kemudian diangker pada suatu abutment tetap ( gambar A )

Tahap 2 :  Beton dicor pada cetakan ( formwork ) dan landasan yang sudah disediakan sedemikian sehingga melingkupi tendon yang sudah diberi  gaya prategang dan dibiarkan mengering ( gambar B ).

Tahap 3 : Setelah beton mengering  dan cukup umur kuat untuk  menerima gaya prategang,  tendon dipotong  dan  dilepas, sehingga gaya prategang ditransfer ke beton ( gambar C ).

Setelah gaya prategang ditransfer kebeton,  balok beton tersebut  akan melengkung keatas sebelum menerima beban kerja.  Setelah beban kerja bekerja,  maka balok beton tersebut akan rata.

2.     Post-Tensioning ( Pascatarik )

Pada metode Pascatarik, beton dicor lebih dahulu, dimana sebelumnya telah disiapkan saluran kabel atau tendon yang disebut duct. Secara singkat metode ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

Tahap 1 : Dengan cetakan ( formwork )  yang  telah  disediakan  lengkap dengan saluran/selongsong kabel prategang ( tendon duct ) yang dipasang melengkung sesuai bidang momen balok, beton dicor ( gambar A ).

Tahap 2 : Setelah beton cukup umur  dan  kuat memikul gaya prategang, tendon atau kabel  prategang  dimasukkan  dalam selongsong  ( tendon duct ), kemudian ditarik untuk  mendapatkan gaya prategang.  Methode pemberian gaya prategang ini,  salah satu ujung kabel diangker,  kemudian ujung lainnya ditarik ( ditarik dari satu sisi ). Ada pula yang ditarik dikedua sisinya  dan diangker secara bersamaan.  Setelah diangkur,  kemudian saluran di grouting melalui lubang yang telah disediakan. ( Gambar B ).

Tahap 3 : Setelah diangkur,  balok beton  menjadi tertekan,  jadi  gaya prategang telah ditransfer kebeton.  Karena  tendon dipasang melengkung, maka akibat gaya prategang tendon memberikan beban merata kebalok yang arahnya keatas, akibatnya balok melengkung keatas ( gambar C ).

Karena alasan transportasi dari pabrik beton,  maka  biasanya  beton prategang dengan sistem post-tension ini dilaksanakan secara segmental ( balok dibagi-bagi,  misalnya dengan panjang 1 ~ 1,5 m ),  kemudian pemberian gaya  prategang dilaksanakan disite, setelah balok segmental tersebut dirangkai.

E.    Tahap Pembebanan

Tidak seperti beton bertulang, beton prategang mengalami beberapa tahappembebanan. Pada setiap tahap pembebanan harus dilakukan pengecekan ataskondisi serat tertekan dan serat tertarik dari setiap penampang. Pada tahap tersebut berlaku tegangan ijin yang berbeda-beda sesuai kondisi beton dan tendon. Ada dua tahap pembebanan pada beton prategang, yaitu transfer dan service.

1.     Transfer

Tahap transfer adalah tahap pada saat beton sudah mulai mengering dandilakukan penarikan kabel prategang. Pada saat ini biasanya yang bekerja hanya beban mati struktur, yaitu berat sendiri struktur ditambah beban pekerja dan alat. Pada saat ini beban hidup belum bekerja sehingga momen yang bekerja adalah minimum,  sementara  gaya  yang  bekerja  adalah  maksimum karena  belum  ada kehilangan gaya prategang.

2.   Servis

Kondisi service (servis) adalah kondisi pada saat beton prategang digunakan sebagai komponen struktur. Kondisi ini dicapai setelah semua kehilangan gaya prategang dipertimbangkan. Pada saat ini beban luar pada kondisi yang maksimum sedangkan gaya pratekan mendekati harga minimum.

F.    Material Beton Prategang

1.   Beton

Beton  adalah  campuran  dari  semen,  air  dan  agregat  serta  suatu bahan tambahan. Setelah beberapa jam dicampur, bahan-bahan tersebut akan langsung mengeras sesuai bentuk pada waktu basahnya. Campuran tipikal untuk beton dengan perbandingan berat adalah agregat kasar 44%, agregat halus 31%, semen 18%, dan air 7%.

Kekuatan beton ditentukan oleh kuat tekan karakteristik pada usia 28 hari (f’c). Kuat tekan karakteristik adalah tegangan yang melampaui 95% dari pengukuran kuat tekan uniaksial yang diambil dari tes penekanan standar, yaitu dengan kubus ukuran 150x150 mm, atau siliner dengan diameter 150 mm dan tinggi 300 mm. Pengukuran kekuatan dengan kubus adalah lebih tinggi daripada dengan silinder. Rasio antara kekuatan silinder dan kubus adalah 0,8.

Beton  yang  digunakan  untuk  beton  prategang  adalah  yang mempunyai kekuatan tekan yang cukup tinggi dengan nilai f’c antara 30 - 45 Mpa. Kuat tekan yang  tinggi  diperlukan  untuk  menahan  tegangan tekan  pada  serat  tertekan, pengangkuran   tendon,   mencegah   terjadinya  keretakan,   mempunyai   modulus elastisitas yang tinggi dan mengalami rangkak lebih kecil.

Kuat tarik beton mempunyai harga yang jauh lebih rendah dari kuat tekannya. Untuk tujuan desain, SNI 2002 menetapkan kuat tarik beton sebesar σts = 0,5 √f’c, sedangkan ACI  318 sebesar σts = 0,6 √f’c.

2.     Baja

Baja yang dipakai untuk beton prategang dalam praktiknya ada empat macam, yaitu :

1. Kawat tunggal (wires), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang dengan sistem pratarik.
2. Untaian kawat (strand), biasanya digunakan untuk baja prategang untuk beton prategang dengan sistem pascatarik.
3. Kawat batangan (bars), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang dengan sistem pratarik.
4. Tulangan biasa, sering digunakan untuk tulangan non-prategang (tidak ditarik), seperti tulangan memanjang, sengkang, tulangan untuk pengangkuran dan lain-lain.

G.   Kelebihan Beton Prategang

Konstruksi beton prategang ( Prestressed concrete ) mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan konstruksi beton bertulang biasa, antara lain:

1. Terhindarnya retak terbuka didaerah tarik, sehingga beton prategang akan lebih tahan terhadap korosi.
2. Lebih kedap terhadap air, cocok untuk pipa dan tangki air.
3. 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.
4. Penampang  struktur  akan  lebih  kecil/langsing,  sebab  seluruh  luas penampang dipergunakan secara efektif.
5. Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dari pada jumlah berat besi penulangan pada konstruksi beton bertulang biasa.
6. Ketahanan geser balok dan ketahanan puntirnya bertambah.

Dengan ini,  maka  suatu struktur  dengan  bentangan  besar penampangnya akan  lebih langsing, hal ini mengakibatkan  Natural Frequency  dari struktur berkurang,  sehingga menjadi dinamis instabil akibat beban getaran gempa atau angin, kecuali bila struktur itu memiliki redaman yang cukup atau kekakuannya ditambah.

Bila ditinjau dari segi ekonomis, maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan :

1. Jumlah voluma beton yang diperlukan lebih kecil.
2. Jumlah baja/besi yang dipergunakan hanya 1/5 ~ 1/3 nya.
3. Tetapi biaya awalnya tidak sebanding dengan pengurangan beratnya. Harga baja dan beton mutu tinggi lebih mahal, selain itu formwork dan penegangan baja prategang perlu tambahan biaya. Perbedaan biaya awal ini akan menjadi lebih kecil, jika beton prategang yang dibuat adalah beton pracetak dalam jumlah yang besar.
4. 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.

Ada beberapa keuntungan dari  beton prategang  bila dibandingkan dengan beton bertulang biasa :

1. Karena pada beton prategang dipergunakan material yang bermutu tinggi, baik beton dan baja prategang, maka voluma material yang dipergunakan lebih kecil bila dibandingkan dengan beton bertulang biasa untuk beban yang sama. Menurut pengalaman dengan meningkatkan mutu beton 2x lipat akan menghemat biaya sekitar 30 %.
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 volumanya 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 dapat menghemat pondasinya.
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 bertempat didaerah korosif.
5. Lendutan efektif untuk beban jangka panjang dapat terkontrol lebih baik pada beton prategang penuh maupun prategang sebagian.

H. Precast Concrete U Grider

Tahapan Pekerjaan Fabrikasi Precast Concrete U Grider

Berikut merupakan langkah – langkah prosedur fabrikasi precast concrete U Grider :

• Pemasangan tulangan memanjang dan melintang grider.
• Menentukan ordinat tendon prestress sesuai gambar kerja. Ordinat diukur dari bottom rebar grider ke as tendon (Y1) atau bagian bawah tendon (Y2). Titik ordinat tersebut ditandai (marking) dengan mengunakan cat, spidol, atau sejenisnya.

Gambar 1 : Penentuan Koordinat titik duct tendon

• Memasang Support bar dengan cara mengikat support bar ke tulangan geser/sengkang berdasarkan posisi yang telah di marking.
• Menyambung duct sesuai dengan Tipe dan panjang tendon yang direncanakan dengan menggunakan coupler duct dan masking tape/ clotch tape.
• Memasukkan duct kedalam tulangan balok, kemudian duct diikat ke support bar dengan menggunakan kawat ikat.
• Memasukkan duct kedalam tulangan grider, kemudian duct diikat ke support bar dengan menggunakan kawat ikat.

Gambar 2 : Instalasi Duct

• Memasang casting pada posisi angkur hidup, sebelumnya casting dipasang terlebih dahulu pada box casting yang terbuat dari multiplek.
• Memasang bursting steel pada posisi angkur hidup dan angkur mati. Bursting steel merupakan tambahan penulangan yang berfungsi sebagai penahan gaya radial untuk mencegah terjadinya retak/pecah pada saat stressing.
• Menyambut duct ke casting dengan menggunakan masking tape / cloctch tape. Masking tape berfungsi untuk mencegah masuknya air semen kedalam duct.
• Memasang PE grout untuk lubang inlet/outlet saat grouting.
• Inspeksi bersama kontraktor dan konsultan untuk memeriksa ordinat tendon prestress dan kelengkapan aksesorisnya.

Gambar 3 : Grider siap di Cor

• Pemasangan formwork grider
• Pengecoran

Gambar 4 : Grider yang telah dicor dan akan dipindahkan