Sejarah Perkembangan Beton Prategang [PDF]

Citation preview

SEJARAH PERKEMBANGAN BETON PRATEGANG Penerapan sistem beton prategang sudah mulai digunakan pada tahun 1886 saat PH. Jackson dari California, Amerika Serikat 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 hal ini oleh G.R. Steiner pada tahun 1908, diusulkandilakukannya penegangan kembali (USA). Sedangkan J. Mandl dan M. Koenen dariJerman, menyelidiki identitas dan besar kehilangan gaya prategang. Pada tahun 1928, Eugene Freyssinet seorang Insinyur dari Perancis berhasilmenemukan pentingnya kehilangangaya prategang dan usaha untuk mengatasinya.Dan ia berhasil memberikan pratekan terhadap struktur beton sehinggadimungkinkan untuk membuat desain dengan penampang yang lebih kecil untukbentang yang relatif panjang. Kesulitan kemudian timbul dalam perhitungan struktur statis tak tentu, karenapemberian pratekan menimbulkan gaya tambahan yang sulit diperhitungkan. Pada1951 Yves Guyon berhasil memberikan solusi atas masalah tersebut. Perkembanganbeton pratekan berlanjut dengan dikemukakannya Load Balancing Theory oleh TungYen Lin pada 1963. Teori tersebut telah mendorong perkembangan penggunaan beton pratekan yang sangat pesat P.W. Abeles dari Inggris kemudian memperkenalkan penggunaan partial 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.



KONSEP DASAR. Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, tetapi kekuatan



tariknya



relatif



rendah.



Sedangkan



baja



adalah



suatu



material



yangmempunyai kekuatan tarik yang sangat tinggi. Dengan mengkombinasikan betondan baja sebagai bahan struktur maka tegangan tekan dipikulkan kepada betonsementara tegangan tarik dipikulkan kepada baja, dan inilah yang disebut denganBeton Bertulang. Pada struktur dengan bentang yang panjang, struktur bertulang biasa tidak cukup untuk menahan tegangan lentur sehingga terjadi retak-retak di daerah yang mempunyai tegangan lentur, geser atau puntir yang tinggi. Seperti halnya pada beton bertulang, beton prategang juga merupakan struktur komposit antara dua bahan, yaitu beton dan baja mutu tinggi. Baja yang dipakai disebut tendon yang dikelompokan dan membentuk kabel. Seperti sudah diketahui, beton tidak dapat menahan tarik, tetapi dapat menerima tekanan yang besar. Sedangkan tegangan tarik yang besar selalu terjadi pada strktur yang besar atau mempunyai bentang besar, atau beban yang berat. Dengan pertimbangan itulah, maka di daerah yang diperkirakan akan timbul tegangan tarik, dipasang tendon yang diberi tegangan awal. Yang dimaksudkan dengan tegangan awal disini adalah tegangan tarik.



KEUNTUNGAN BETON PRATEGANG. Beton prategang dan beton bertulang tidak dapat dianggap saling bersaingan, karena keduanya saling melengkapi dalam fungsi penerapannya. Sejak beton prategang dibuat di pabrik dan dapat dipakai untuk bentang yang lebih besar, maka beton prategang lebih bersaing terhadap baja daripada terhadap beton bertulang. Ini dikarenakan beton lebih mempunyai keuntungan, seperti tahan kebakaran, sifat isolator yang tinggi, pemeliharaan rendah dan sebagainya. Maka dari itu, struktur



beton prategang mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan beton bertulang, diantaranya: a. Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, jadi lebih tahan terhadap keadaan korosif. b. Karena terbentuknya lawan lendut sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhirnya akan lebih kecil dibandingkan dengan pada beton bertulang. c. Penampang struktur lebih kecil/langsing, sebab seluruh luas penampang dipakai secara efektif. d. Ketahanan geser dan ketahanan puntirnya bertambah dengan adanya penegangan. e. Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil daripada jumlah berat besi beton biasa. f. Pada penampang yang diberi penegangan, tegangan tarik dapat dieliminasi karena besarnya gaya tekan disesuaikan dengan beban yang akan diterima.



PRE-TENSIONING Pada cara ini, pertama-tama tendon ditarik dan diangkur pada abutmen tetap. Beton dicor pada cetakan yang sudah disediakan dengan melingkupi tendon yang sudah ditarik tersebut. Jika kekuatan beton sudah mencapai yang disyaratkan, maka tendon dipotong atau angkurnya dilepas. Pada saat baja yang ditarik berusaha untuk berkontraksi, beton akan tertekan. Pada cara ini tidak digunakan selongsong tendon. Keuntungan pre-tensioning terhadap metoda prestressing yang lain adalah sebagai berikut : - Daya lekat yang bagus dan kuat terjadi antara baja tegangan dan beton pada seluruh panjangnya. - Supervisi yang memuaskan dapat dikerjakan, sebab biasanya pre-tensioning dikerjakan di pabrik. Juga curing dari beton lebih mudah ditentukan. Namun demikian bukanlah



berarti bahwa pre-tensioning tidak dapat dilaksanakan di lapangan. Pada pre-tensioning diperlukan konstruksi pembantu untuk menahan baja tetap dalam keadaan tegang yang direncanakan selama menunggu beton mengeras. Konstruksi pembantu itu dapat berupa : a. Sebuah mal, dimana beton dicor di dalamnya. b. Sebuah kerangka yang memuat sebuah mal atau lebih. c. Titik tetap, yang misalnya terdiri dari blok beton yang berat, dimana kabel ditegangkan diantaranya. Kemudian mal tadi ditempatkan berderet. Metode ini disebut sistem bangku panjang atau ”long-line production”.



POST-TENSIONING Pada post-tensioning, beton dicor di sekeliling selongsong (ducts) dandibiarkan mengeras sebelum diberi gaya prategangan. Posisi selongsong diatur sesuai dengan bidang momen dari struktur. Biasanya baja tendon tetap berada di dalam selongsong selama pengecoran. Bila kekuatan beton yang diperlukan telah tercapai, maka tendon ditegangkan ujung-ujungnya dan dijangkar. Tendon bisa ditarik di satu sisi dan di sisi yang lain diangkur. Atau tendon ditarik di dua sisi dan diangkur secara bersamaan. Gaya prategang ditransfer ke beton melalui jangkar pada saat baja ditegangkan. Beton Pada saat penegangan, kontak antara baja dan beton harus dikurangi sebanyakbanyaknya. Baja tegangan dapat berupa kawat (wire) atau strengan (=strand), yaitu kabel yang terdiri dari kawat terpisah atau streng, atau batang campuran yang ditempatkan dalam pipa, saluran, alur terbuka atau tertanam dalam beton, atau sama sekali diluar beton. Tendon dalam tiap-tiap duct dapat ditegangkan satu persatu secara bergantian, atau semua tendon ditegangkan dalam waktu yang bersamaan. Pada post-tensioning adalah sangat penting untuk memeriksa baik beban/gaya prategangnya maupun extension dari tendonnyamenjadi tertekan setelah pengangkuran. Pergerakan tendon dalam duct tidak dapat dilihat, hanya extension dari jarak yang dapat dicatat. Gaya yang diterapkan serta extension yang diakibatkan harus



diikuti sehingga gaya dan extension yang tidak sebanding atau irregular dapat segera terlihat. Bila tendon macet di satu tempat dalam duct, maka besarnya extension akan berkurang, itu berarti ada kesalahan. Tindakan pembetulan harus segera dilakukan. Bila gaya prategang yang diinginkan sudah tercapai maka tendon dijangkar. Tindakan pembetulan harus segera dilakukan. Bila gaya prategang yang diinginkan sudah tercapai maka tendon dijangkar. Bila tendon ditegangkan bergantian, maka tendon yang ditegangkan mulamula tidak boleh mengganggu pergerakan dari tendon yang ditegangkan belakangan.



TAHAP PEMBEBANAN Tidak seperti beton bertulang, beton prategang mengalami beberapa tahap pembebanan. Pada setiap tahap pembebanan harus dilakukan pengecekan atas kondisi 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.



TRANSFER Tahap transfer adalah tahap pada saat beton sudah mulai mengering dan dilakukan 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.



SERVICE 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.



TYPE TYPE BETON PRATEGANG. Dalam C.E.B. (Comite Europeen du Beton) ditentukan tiga kelas beton prategang, yaitu : Kelas 1 : seluruh bagian konstruksi dalam tegangan tekan pada beban kerja. Kelas 2 : konstruksi monolit yang memperkenankan adanya tegangan tarik yang terbatas, tapi tidak boleh terlihat retak pada beban kerja. Kelas 3 : boleh terjadi retak rambut pada beban kerja, tapi besarnya lendutan dibatasi. Kelas2A : adalah sub kelas yang merupakan kombinasi dari dua kelas, yaitu kelas 1



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. 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. Kelas 3 dan 4 terjadi retakan pada beban kerja. Kelas 3 :



Prestressed Reinforced Concrete.



Kelas 4 :



adalah beton bertulang. 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.



Freyssinet yang berpegang pada beton kelas 1, belakangan memperkenankan adanya tegangan tarik sebesar 50 kg/cm2 (4,9 N/mm2) pada jembatan yang



jarangjarang mengalami pembebanan ini.



MATERIAL BETON PRATEGANG. 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 pengukurankuat tekan uniaksial yang diambil dari tes penekanan standar, yaitu dengan kubusukuran 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.



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 pratarik. 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.



Kawat tunggal yang dipakai untuk beton prategang adalah yang sesuai dengan spesifikasi seperti ASTM A 421 di Amerika Serikat. Ukuran dari kawat tunggal bervariasi dengan diameter antara 3 – 8 mm, dengan tegangan tarik (fp) antara 1500 – 1700 MPa, dengan modulus elastisitas Ep = 200 x 103 MPa. Untuk tujuan desain, tegangan leleh dapat diambil sebesar 0,85 dari tegangan tariknya (0,85 fp). Untaian kawat (strand) banyak digunakan untuk beton prategang dengan sistem pascatarik. Untaian kawat yang dipakai harus memenuhi syarat seperti yang terdapat pada ASTM A 416. Untaian kawat yang banyak dipakai adalah untaian tujuh kawat dengan dua kualitas : Grade 250 dan Grade 270 (seperti di Amerika Serikat). Diameter untaian kawat bervariasi antara 7,9 – 15,2 mm. Tegangan Tarik (fp) untaian kawat adalah antara 1750 – 1860 Mpa. Nilai modulus elastisitasnya, Ep = 195 x 103 Mpa. Untuk tujuan desain, nilai tegangan leleh dapat diambil 0,85 kali tegangan tariknya (0,85 fp).



Tulangan Non Prategang Tulangan non prategang secara praktis tetap diperlukan untuk suatu penampang beton pratekan. Jika tendon berfungsi untuk menahan bagian utama beban, mengurangi defleksi, maka tulangan non prategang berfungsi untuk menahan terjadinya retak, menambah kekuatan ultimate serta menambah kekuatan terhadap beban yang tidak diharapkan. Desain tulangan non prategang hampir tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan pendekatan teoritis, seperti teori elastisitas. Pada saat terjadi teganganelastis pada penampang, tegangan tarik sangat kecil sehingga tulangan



nonprategang tidak efektif menahan beban. Hampir seluruh beban diterima langsung oleh tendon.



CONTOH GIRDER YANG DIPAKAI PADA PELAKSANAAN BOX GIRDER Definisi Box Girder Flyover box girder adalah sebuah flyover dimana struktur atas flyover terdiri dari balok-balok penopang utama yang berbentuk kotak berongga. Box girder biasanya terdiri dari elemen beton pratekan, baja structural, atay komposit baja dan beton bertulang. Bentuk penampang dari box girder umumnya adalah persegi atau trapezium dan dapat direncanakan terdiri atas 1 sel atau banyak sel.



Salah satu keuntungan dari flayover box girder yaitu ketahanan torsi yang lebih baik, yang sangat bermanfaat untuk aplikasi jembatan yang melengkung. Tinggi elemen box girder dapat dibuat constant maupun bervariasi, makin ke tengah makin kecil.



Flyover box girder beton umumnya dipadukan dengan system prategang. Konsep prategang adalah memberikan gaya tarik awal pada tendon sebagai tulangan tariknya serta memberikan momen perlawanan dari eksentrisitas yang ada sehingga selalu tercipta tegangan total negative baik serat atas maupun bawah yang besarnya selalu dibawah kapasitas tekan beton. Struktur akan selalu bersifat elastic karena beton tidak pernah mencapai tegangan tarik dan tendon tak pernah mencapai titik plastisnya.



Metode pelaksanaan flyover box girder juga kompleks dan bervariatif tergantung dari keadaan tanahnya, jenis tendon pratekannya apakah internal prestressing atau external prestressing, tergantung juga lekatan kabel dengan beton apakah bonded ataukah unbounded, pengaturan bentangan jembatan apakah menerus atau bentang sederhana, tinggi elemen box girder apakah bervariasi atau constant serta proses pelaksanaan di lapangan apakah cor ditempat atau pracetak. Metode pelaksanaan yang umum digunakan adalah metode konvensional dengan perancah, balance cantilever, atau kombinasinya, dan incremental launching. Box Girder Prategang Box girder dengan bentang lebar menuntut perencanaan teknologi tinggi. Penggunaan beton bertulang biasa akan menjadikan perencanaan sangat boros dan tidak ekonomis, dimensi balok girder akan sangat besar. Penggunaan beton prategang dengan balok precast dianggap mampu memenuhi persyaratan setelah dilakukan perhitungan terlebih dahulu. Ada duan metoda dan cara pelaksanaan stressing, yaitu metoda satu arah (non balas) dan dua arah (balas) dan cara pre tension dan post tension. Concrete box girder haruskah menggunakan bahan bermutu tinggi agar mampu menerima gaya prategang dan gaya eksternal yang besar yang akan bekerja pada box girder. Tahapan secara umum pekerjaan fabrikasi girder: 1. Pemasangan tulangan memanjang dan melintang girder 2. Menentukan ordinat tendon sesuai rencana. 3. Memasang support bar dengan cara mengikat support bar ke tulangan geser/ sengkang berdasarkan posisi yang telah di marking 4. Menyambung duct sesuai dengan tipe dan panjang tendon yang direncanakan dengan menggunakan coupler duct dan masking tape / cloth tape. 5. Memasukan duct kedalam tulangan, kemudian duct diikat ke siport bar dengan menggunakan kawat ikat



6. Memasukan duct kedalam tulangan girder, kemudian duct diikat ke support bar dengan menggunakan kawat ikat. 7. Memasang casting pada posisi angkur hidup, sebelumnya casting dipasang terlebih dahulu pada box casting yang terbuat dari multiplek 8. Memasang bursting steel pada posisi angkur hidup dan angkur mati. Bursting steel merupakan tambahan penulangan yang berfungsi sebgai penahan gaya radial untuk mencegah terjadinya retak/ pecah pada stressing. 9. Menyambung duct ke casting dengan menggunakan masking tape/ cloth tape. Masking tape berfungsi untuk mencegah masuknya air semen ke dalam duct. 10. Memasang PE grout untuk lubang inlet/ outlet saat grouting. 11. Inspeksi bersama kontraktor dan konsultan untuk memeriksa pelaksanaan pekerjaan 12. Pemasangan formwork girder 13. Pengecoran



Fungsi Box Girder Girder berfungsi untuk menopang struktur diatasnya yaitu lantai jembatan atau fly over. Balok girder juga berfungsi untuk mendukung balok – balok lainnya yang lebih kecil dalam suatu konstruksi.Pada pemasangan nya balok Girder di tumpu oleh Pilar dan diperkuat oleh Difragma. Diafragma adalah elemen struktur yang berfungsi untuk memberikan ikatan antara balok Girder sehingga akan memberikan kestabilan pada masing – masaing balok Girder dalam arah horisontal. Pengikatan tersebut dilakukan dalam bentuk pemberian stressing pada diafragma dan balok Girder sehingga dapat bekerja sebagai satu kesatuan. Deck slab merupakan elemen non-struktural yang berfungsi sebagai lantai kerja dan bekisting bagi plat lantai jembatan. Deck slab tersebut dibuat dari beton. Sedangkan pada Profil Box Girder tidak mengunakan dek slab karena semunya sudah menyatu dalam box girder.



Tipe-tipe Box Girder Gelagar kotak (box girder) Tipe gelagar ini digunakan untuk jembatan bentang panjang. Bentang sederhana sepanjang 40 ft (+ 12 m) menggunakan tipe ini, tetapi bentang gelagar kotak beton bertulang lebih ekonomis pada bentang antara 60 – 100 ft (+ 18 – 30 m) dan biasanya didesain sebagai struktur menerus di atas pilar. Gelagar kotak beton prategang dalam desain biasanya lebih menguntungkan untuk bentang menerus dengan panjang bentang + 300 ft (+ 100 m). Keutamaan gelagar kotak adalah pada tahanan terhadap beban torsi.



Pada kondisi lapangan dimana tinggi struktur tidak terlalu dibatasi, penggunaan gelagar kotak dan balok T kurang lebih mempunyai nilai yang sama pada bentang 80 ft (+ 25 m). Untuk bentang yang lebih pendek, tipe balok T biasanya lebih murah, dan untuk bentang yang lebih panjang, lebih sesuai menggunakan gelagar kotak. Gelagar kotak merupakan bagian tertutup sehingga mempunyai ketahanan puntir yang tinggi tanpa kehilangan kekuatan menahan lendut dan geser. Berikut merupakan Gambar Gelagar Kotak (Box Girder).



Balok T (T-Beam) Balok T ekonomis untuk bentang 40 – 60 ft (12.2 – 18.3 m) tetapi untuk jembatan miring memerlukan formwork yang rumit. Perbandingan tebal dan bentang struktur adalah 0.07 untuk bentang sederhana dan 0.065 untuk bentang menerus. Jarak antar gelagar pada jembatan balok-T tergantung pada lebar jembatan secara keseluruhan, ketebalan slab, dan biaya formwork sekitar 1.5 kali ketebalan struktur. Jarak yang umum digunakan antara 6 – 10 ft ( 1.8 – 3.1 m). Berikut merupakan Gambar Box Girder bentuk T (T-Beam).



. Gambar Box Girder bentuk T (T-Beam).



Balok Trape Zodial Banyak macamnya dari balok ini. Balok trapezoidal mirip dengan Balok rectangular hanya saja pembedanya dari segi bentuk yang di desain untuk mengoptimalkan Kekuatan untuk menahan beban dengan mendistribusikannya menjadi beban terpusat. Dari plat lantai beban merata lalu di lanjutkan pada bagian balok trapezoidal yang akan menyatukan beban tersebut. Dari segi dimensipun balok Trapezodial ini lebih ramping tidak memakan banyak ruang serta dari segi keindahan pun memiliki nalai tambah terlihat elegan dan ekonomis.