Bab II Tinjauan Pustaka
2.5 Material 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 dengan bentuk waktu basahnya. Beton yang digunakan dalam beton prategang adalah beton yang mempunyai kuat tekan yang cukup tinggi dengan nila f’c min 42 Mpa, modulus elastis yang tinggi dan mengalami rangkak ultimate yang lebih kecil yang menghasilkan kehilangan prategangan yang lebih kecil pada baja. Kuat tekan yang tinggi ini diperlukan untuk menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya keretakan. Tipikal diagram tegangan-regangan beton dapat dilihat pada gambar 2.3
xxix
Kekuatan dan daya tahan beton adalah dua kualitas yang utama yang paling penting distruktur beton prategang. Efek-efek dalam jangka panjang dapat dengan cepat mengurangi gaya-gaya prategang dan menyebabkan kegagalan yang tidak diharapkan. Oleh karena itu, perlu dilakukan berbagai upaya untuk menjamin dan mengontrol kualitas pada berbagai tahap produksi dan konstruksi serta perawatan. Gambar 2.4 menunjukan berbagai faktor yang mempengaruhi kualitas beton.
Gambar 2.4 sifat utama beton yang baik
Secara umum besaran-besaran mekanis beton dapat dikelompokan menjadi dua kategori, yaitu :
1. Besaran sesaat atau jangka pendek, yaitu kuat tekan, kuat tarik, kuat lentur, geser dan kekakuan yang diukur dengan modulus elastisitas
2. Besaran jangka panjang, yaitu rangkak dan susut
Pemakain beton berkekuatan tinggi dapat memperkecil dimensi penampang melintang unsur-unsur struktural beton prategang. Dengan berkurangnya berat mati material, maka secara teknis maupun ekonomis bentang yang lebih panjang dapat dilakukan. Perubahan bentuk pada beton adalah langsung dan tergantung pada waktu. Pada beban tetap, peubahan bentuk bertambah dengan waktu dan jauh lebih besar dibandingkan harga langsungnya. Susut tidak disebabkan oleh tegangan, tetapi merupakan akibat dari hilangnya air dalam proses pengeringan beton, sementara rangkak oleh bekerjanya tegangan. Susut dan rangkak menyebabkan perubahan bentuk aksial, kelengkungan pada penampang, kehilangan tegangan lokal antara beton dan baja, redistribusi aksi internal pada struktur statis tertentu.
2.5.1. Kuat Tekan
Berdasarkan ACI 363R-92, “State Of The Art Report On High Strength Concrete” karakteristik beton dibedakan menjadi dua, yaitu :
1. Beton mutu normal (kuat tekan <41 Mpa) 2. Beton mutu tinggi (kuat tekan ≥ 41 Mpa)
Besar kuat tekan beton bergantung pada jenis campuran, agregat, waktu dan kualitas perawatan. Umumnya kuat tekan yang digunakan dalam perencanaan adalah kuat tekan beton umur 28 hari yang diperoleh dari pengujan laboratorium dengan menggunakan alat uji silinder berdimensi 6”x12
xxxi
Besarnya kuat tekan dapat dihitung dengan menggunakan rumus
�′� =��
�... (g)
Dimana : f’c : kuat tekan beton umur tertentu (Mpa) P : beban tekan maksimum
As : luas penampang benda uji (mm2)
2.5.2. Kuat Tarik Dan Kuat Lentur
secara umum, nilai kuat tarik beton relatif kecil dan pendekatan yang digunakan untuk menentukan nilai kuat tarik ( fct ) adalah 0.10 f’c <f’ct<0,20 f’c. Metode yang paling umum digunakan dalam pengujian kuat tarik adalah metode splitting atau pembelahan silinder.
Besar nya kuat tarik belah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
��� = 2�
���� ... (h)
Dimana :
���: kuat tarik belah benda uji (Mpa) P : beban tekan maksimum (N) I : panjang benda uji (mm) Ds : diameter benda uji (mm)
sedangkan, untuk komponen struktur yang mengalami lentur, nilai kuat lentur (modulus of repture, fr) digunakan dalam desain analisis penampang. Besar kuat lentur diukur dengan menguji balok beton polos berpenampang bujur sangkar 6” dan panjang bentang 18”.
- Modulus elastisitas
Beton pada dasarnya bersifat non linear sehingga nilai modulus elastisitasnya hanyalah pendekatan. Gambar 2.5 menunjukan modulus tangent dan secant pada beton.
Gambar 2.5 Modulus tangent dan secant pada beton
Nilai modulus elastis beton selalu berubah tergantung pada kuat tekan lentur dan umur beton. Umumnya yang diambil cukup mewakili nilai modulus elastisitas beton adalah modulus secant untuk 0.45 f’c.
Standard SNI-03 menetapkan rumus berikut untuk menghitung modulus elastisitas beton Ec :
Ec = 0.043 Wc 1.5��′� untuk 1500 < Wc < =2500 kg/m3... (h)
Dimana : Wc adalah densitas beton dalam kg/m3 f’c adalah kuat tekan silinder dalam Mpa
xxxiii
dan untuk beton normal ( Wc ≡2400 kg/m3
), niali modulus elastisitas nya : Ec = 4700 ��′� Mpa
Sedangkan nilai regangan pada saat tegangan maksimum (ɛ0) bervariasi antara 0.0015-0.0030. untuk beton dengan berat normal, nilai ɛ0 ~0.0020
2.5.3.Hubungan Tegangan Regangan
Pengetahuan mengenai hubungan tegangan regangan beton merupakan hal penting dalam mengembangkan analisis desain serta prosedur-prosedur dalam struktur beton. Pada gambar 2.6 menunjukan kurva tegangan regangan yang diperoleh dari pengujian yang menggunakan benda uji beton silinder yang dibebani tekan uniaksial
Berdasarkan gambar 2.6 dapat terlihat bahwa :
1.Semakin rendah kekuatan beton, semakin tinggi regangan gagalnya.
2.Panjang bagian yang semula relatif linear akan bertambah untuk kuat tekan beton yang semakin besar
3.Ada reduksi yang sangat nyata pada daktilitas untuk kekuatan yang meningkat
2.5.4.Susut
susut adalah kontraksi akibat pengeringan dan perubahan kimiawi yang tergantung pada waktu dan keadaan kelembaban tetapi tidak pada tegangan.
Pada dasarnya ada dua jenis susut, yaitu :
1. Susut plastis, yang terjadi selama beberapa jam pertama sesudah pengecoran beton segar di cetakan
2. Susut pengeringan, terjadi sesudah beton mengering dan sebagian besar proses hidrasi kimiawi di pasta semen telah terjadi. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya susut pengeringan adalah :
a.Agregat
Agregat beraksi menahan susut pasta semen, sehingga beton yang lebih kecil banyak kandungan agregat akan lebih sedikit mengalami susut.
b.Rasio air semen
xxxv
c.Ukuran elemen beton
Semakin besar volume elemen beton , semakin berkurang laju dan besar totall susut. Akan tetapi, durasi waktu susut akan lebih lama karena membutuhkan waktu yang lebih banyakdalam pengeringan untuk mencapai daerah dalam. d.Kondisi kelembaban sekitar
Semakin tinggi kelembaban , semakin kecil laju penyusutan e.Penulangan
Beton bertulang mengalami penyusutan lebih sedikit dibandingkan dengan beton polos (tidak bertulangan).
f. Bahan tambahan
Efek ini bervariasi tergantung pada jenisnya, misal akselarator seperti kalsium klorida yang digunakan untuk mempercepat proses pengerasan beton, akan memperbesar susut.
g.Jenis semen
Semen yang cepat kering akan susut lebih banyak dibandingkan dengan jeni-jenis lainnya, sedangkan semen pengkompensasi susut akan mengurangi retak susut apabila dugunakan bersama tulangan pengekang.
h.Karbonasi
Susut karbonasi disebabkan oleh reaksi antara karbondioksida yang ada di atsmosfir (udara) dengan yang ada di pasta semen. Banyak nya susut gabungan bergantung pada urutan proses karbonasi dan pengeringan. Apabila kedua fenomena tersebut bekerja secara simultan, maka susut yang terjadi akan lebih kecil.
2.5.5. Rangkak
Rangkak atau aliran material lateral adalah peningkatan regangan terhadap waktu akibat beban yang terus menerus bekerja. Deformasi awal akibat beban adalah regangan elastis, sedangkan regangan tambahan akibat beban yang sama yang terus menerus bekerja disebut regangan rangkak.
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi rangkak adalah
a. Sifat bahan dasar, seperti komposisi dan kehalusan semen, kualitas adukan dan kandungan mineral dalam agregat
b.Rasio air terhadap jumlah semen atau kadar air c.Suhu pada proses pengerasan
d.Kelembaban selama penggunaan e.Umur beton pada saat beban bekerja f. Lama pembebanan
g.Nilai tegangan
h.Nilai perbandingan luas permukaaan dan volume komponen struktur i. Nilai slump