STUDI PENGARUH PENGEKANGAN DAN TATA LETAK TENDON PRATEGANG PADA DAKTILITAS BALOK BETON PRATEGANG PARSIAL DENGAN VARIASI NILAI PPR MENGGUNAKAN APLIKASI BAHASA PEMPROGRAMAN

SENTRA III-7

STUDI PENGARUH PENGEKANGAN DAN TATA LETAK

TENDON PRATEGANG PADA DAKTILITAS BALOK BETON

PRATEGANG PARSIAL DENGAN VARIASI NILAI PPR

MENGGUNAKAN APLIKASI BAHASA PEMPROGRAMAN

Eric Septian Tjia1), Tavio2), I Gusti Putu Raka3)

1. Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2. Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 3. Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Kontak Person:

Beton prategang telah banyak digunakan di dalam perencanaan struktur. Hal ini dikarenakan keunggulan beton prategang berdasarkan hasil studi terdahulu bahwa beton prategang memungkinkan pemanfaatan seluruh penampang melintang beton dalam menerima beban, sehingga dengan penampang melintang yang lebih kecil, beban yang mampu dipikul serta panjang bentangnya sama dengan beton bertulang biasa. Hal ini memberi keunggulan berupa pengurangan berat struktur. Selain itu beton prategang juga diharapkan memiliki sifat daktail. Dalam studi yang dilakukan, akan ditinjau perilaku daktilitas balok beton prategang parsial dengan yang menggunakan pengekang. Akan ditentukan nilai daktilitas dengan variasi nilai jarak dan diameter sengkang. Selain itu juga akan ditentukan pengaruh daktilitas terhadap perubahan variabel mutu beton, mutu tendon prategang dan mutu baja tulangan. Variasi tata letak tendon prategang dan nilai PPR (Partial Prestressing Ratio) pada penampang balok beton prategang parsial juga mempengaruhi daktilitas balok beton prategang parsial. Penggunaan bahasa pemprograman dalam penelitian daktilitas dan pemodelan struktur dapat memfasilitasi kita dalam menyusun suatu program bantu/software aplikasi. Dari penelitian ini akan dihasilkan grafik momen-kurvatur yang digunakan untuk menentukan daktilitas pada balok beton prategang parsial.

Kata kunci: _{Balok Beton Prategang Parsial, Daktilitas, Momen-Kurvatur, Pengekangan, PPR dan} Tata Letak Tendon.

Pendahuluan

Beton prategang telah banyak digunakan di dalam perencanaan struktur. Hal ini dikarenakan keunggulan beton prategang memungkinkan pemanfaatan seluruh penampang melintang beton dalam menerima beban, sehingga dengan penampang melintang yang lebih kecil, beban yang mampu dipikul serta panjang bentangnya sama dengan beton bertulang biasa. Hal ini memberi keunggulan berupa pengurangan berat struktur.

III-8 SENTRA

lintas, gempa, dan angin. Hal ini menyebabkan sifat daktail yang seharusnya dimiliki oleh struktur tidak dipenuhi.

Alternatif desain mengijinkan adanya tegangan tarik pada beton yang memberikan retak ketika beban hidup servis penuh diterapkan. Penerimaan penampang beton prategang retak membawa konsep kepada beton prategang parsial (partial prestressing) sebagaimana dianjurkan oleh Paul W. Abeles (1964) [4]. Penggunaan jumlah baja prategang yang lebih sedikit pada beton prategang parsial berarti bahwa beberapa tulangan baja lunak juga diperlukan untuk membantu mengontrol retak pada beban kerja dan memberikan tambahan kekuatan lentur. Balok beton prategang parsial adalah balok beton dengan kombinasi tulangan baja prategang dan baja non prategang (baja lunak).

Naaman (1976) [5] telah melakukan penelitian dan kajian terhadap daktilitas beton prategang parsial melalui analisa model non linear. Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Naaman[5] pada beton prategang parsial, daktilitas beton prategang dapat ditingkatkan dengan mengecilkan luas tulangan tarik dan menambah luas tulangan pengekang. Nilai PPR pada beton prategang parsial sangat berpengaruh terhadap daktilitas. PPR ialah parameter yang melukiskan tingkat prategang balok prategang parsial.

Park dan Paulay (1975) [6], menyatakan bahwa beton yang diberi pengekang lateral akan memiliki daktilitas lebih tinggi daripada yang tidak memiliki pengekang.

Penelitian dari Feng dkk. (2006)[3] dengan judul “Ductility of Partially Prestressed Concrete

Beams”, serta penelitian dari Cheung dkk. (2008) [1], dengan judul “Ductility Analysis of Prestressed

Concrete Beams with Unbonded Tendons”.membahas daktilitas pada balok prategang parsial secara numerik. O.F Hussein, dkk. (2012) [2], melakukan penelitian dengan judul “behavior of bondend and

unbonded prestressed normal and high strength concrete beams”. Dalam penelitian ini Hussein[2],

dkk. menggunakan benda uji balok beton prategang sepanjang 4 meter. Bahan tendon yang digunakan adalah fiber dan tulangan baja dari besi. Variabel yang dibandingkan adalah perilaku balok prategang dengan dengan variasi PPR. Selain itu, untuk mutu beton yang digunakan adalah mutu normal dan mutu tinggi. Dari hasil penelitian, dapat ditarik kesimpulan, Sistem beton prategang parsial memberikan kenaikan daktilitas hingga 92%, dari sistem beton prategang penuh.

Dalam penelitian ini, akan dilakukan pemodelan struktur balok beton prategang dengan Bahasa program Perumusan yang digunakan akan menghasilkan diagram momen-kurvatur. Kurvatur ialah besar sudut dari penampang saat berdefleksi. Momen-kurvatur digunakan untuk menganalisa daktilitas balok beton prategang dengan pengaruh utama ialah dari pengekangan dan tata letak tendon.

Metode Penelitian

Metode penelitian ini membahas langkah langkah penelitian pengaruh pengekangan dan tata letak tendon terhadap daktilitas balok prategang.

1. Menentukan bentuk dan ukuran penampang, serta konfigurasi tulangan lunak dan tendon

2. Pemodelan penampang untuk menentukan daktilitas dan momen-kurvatur, bentuk penampang yang digunakan adalah bentuk persegi panjang. Pemodelan beban yang digunakan adalah balok di atas tumpuan sederhana.

Gambar 1. Bentuk penampang

3. Menentukan mutu bahan yang digunakan

Variasi mutu bahan yang digunakan ialah meliputi mutu beton, mutu baja non prategang dan mutu tendon prategang. Mutu bahan yang ditingkatkan atau diturunkan akan mempengaruhi daktilitas penampang. f`c = mutu beton, fy = mutu baja non prategang, fpu = mutu baja prategang ultimate.

4. Menganalisa nilai PPR

SENTRA III-9 momen batas akibat baja prategang dengan momen batas akibat baja tarik total. Nilai PPR berkisar antara 0 PPR 1. Dimana untuk nilai PPR = 0 menunjukkan bahwa penampang beton adalah beton bertulang. Sementara bila PPR = 1, maka penampang beton adalah beton prategang penuh.

5. Menentukan derajat pengekangan

Derajat pengekangan ialah parameter yang menunjukkan tingkat pengekangan tulangan transversal, yang berupa tulangan sengkang pada balok. Derajat pengekangan dinyatakan dengan simbol Z (Park 1975) [6]. Derajat pengekangan ini merupakan fungsi dari jarak sengkang (s), lebar inti beton (b``),serta rasio dari volume tulangan sengkang terhadap volume inti beton ( .

6. Menentukan hubungan tegangan regangan elemen

Hubungan tegangan regangan digunakan dalam menganalisa daktilitas pada penampang. Tegangan regangan yang dipelajari ialah beton, baja, dan tendon prategang.

7. Menganalisa momen-kurvatur untuk setiap kondisi.

Inisial  Dekompresi  Retak  Leleh Baja  Leleh Tendon  Ultimate

a. Kondisi Inisial : kondisi saat pertama kali beton prategang diberi gaya prategang. Dianalisa dengan perumusan tegangan pada beton. (nilai momen = 0).

Serat atas = (MPa)

Serat bawah = (MPa)

Dari tegangan yang ada dapat dicari nilai regangan sesuai dengan grafik hubungan tegangan-regangan serta besarnya kurvatur. Kondisi inisial akan menghasilkan titik dalam grafik momen-kurvatur (ϕo ; Mo)

b. Kondisi dekompresi : kondisi dimana nilai tegangan pada tendon prategang adalah 0 akibat tambahan suatu nilai momen (pada saat beban layan).

Serat atas = (MPa)

Serat bawah = (MPa)

Kondisi dekompresi akan menghasilkan titik dalam grafik momen-kurvatur (ϕ1 ; M1)

c. Kondisi retak : Saat tegangan serat bawah beton mencapai kondisi tegangan retak maksimal sesuai dengan perumusan, maka luasan beton akan bertambah menjadi luasan trasnformasi dari baja lunak dan tendon prategang. Nilai tegangan ijin retak beton oleh SNI 03-2847-2013[8] ialah

.

Kondisi retak akan menghasilkan titik dalam grafik momen-kurvatur (ϕ2 ; M2)

d. Kondisi leleh baja : Saat tegangan pada baja tarik telah mencapai batas elastis, sesuai dengan perumusan hubungan tegangan regangan baja. Diperoleh titik (ϕ3 ; M3)

e. Kondisi leleh tendon : Saat tegangan pada tegangan telah mencapai batas elastis dengan kisaran sebesar 70% dari nilai tegangan ultimate tendon , sesuai dengan perumusan hubungan tegangan regangan tendon. Diperoleh titik (ϕ4 ; M4)

f. Kondisi ultimate : kondisi pada saat beton telah hancur, serta baja dan tendon prategang mencapai nilia tegangan ultimate. (ϕ5 ; M5)

Keenam titik di atas diplot ke dalam grafik momen-kurvatur Gambar 2. Grafik momen-kurvatur [7]

Nilai daktilitas pada elemen dibedakan menjadi 2 , yakni perbandingan kurvatur ultimate terhadap kurvatur baja lunak dan kurvatur ultimate terhadap kurvatur tendon prategang.

III-10 SENTRA

Hasil Penelitian dan Pembahasan

Hasil penelitian menggunakan variasi nilai mutu baja, mutu beton, diameter dan jarak sengkang sebagai pengaruh terhadap pengekangan, PPR, serta nilai eksentrisitas tendon sebagai pengaruh dari tata letak tendon.

Input data

Nilai mutu baja yang dimasukkan ialah 400 MPa, mutu beton 50 Mpa, dengan variasi pengekangan sengkang ϕ10-200.

Gambar 3. Input data

Perhitungan daktilitas dengan variasi

1. Variasi nilai mutu baja

fy=400MPa fy=500MPa

2. Variasi nilai jarak sengkang

ϕ10-150 ϕ10-200

3. Variasi nilai diameter sengkang

SENTRA III-11

4. Variasi nilai eksentrisitas

e = 400 mm e = 450 mm

5. Variasi nilai Partial Prestressing Ratio

Variasi nilai PPR yang digunakan ialah antara 0-1. Perbandingan dilakukan dengan mengurangi luas tendon prategang.

Luas tendon = 1584 m2 Luas tendon = 2407 m2

Kesimpulan

Dari hasil penelitian di atas, terdapat beberapa pengaruh yang menyebabkan parameter daktilitas bertambah atau berkurang, diantaranya :

1. Variasi nilai mutu baja : semakin tinggi nilai mutu baja, maka daktilitas akan berkurang. Dengan mutu 400 MPa diperoleh daktilitas 4,9 dan 1,2. Sementara dengan mutu 500 MPa diperoleh daktilitas 2,5 dan 1,1.

2. Variasi nilai jarak sengkang : semakin rapat/kecil jarak sengkang, maka daktilitas akan bertambah. Dengan jarak 150 mm diperoleh daktilitas 6,6 dan 1,5. Sementara dengan jarak 200 diperoleh daktilitas 4,9 dan 1,2.

III-12 SENTRA

4. Variasi eksentrisitas : semakin kecil nilai eksentrisitas, maka daktilitas akan berkurang. Dengan eksentrisitas 450 mm diperoleh daktilitas 5,1 dan 1,4. Sementara dengan eksentrisitas 400 mm diperoleh daktilitas 4,9 dan 1,2.

5. Variasi nilai PPR : persentasi PPR yang semakin besar akan mengurangi daktilitas, dengan penambahan luasan tendon prategang. Dengan luas tendon = 2407 m2 diperoleh daktilitas 4,9 dan 1,2. Sementara dengan luas tendon = 1584 m2 diperoleh daktilitas 6,3 dan 1,7. 6. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi pedoman dalam perencanaan balok beton prategang

sehingga dapat memenuhi persyaratan elemen struktur yang tidak hanya kuat, tetapi memiliki sifat daktail.

Daftar Notasi

Fo : gaya prategang awal

Fps : gaya prategang setelah dekompresi

Ac : luas penampang beton

W : modulus penampang Ic : inersia penampang beton

y : jarak garis netral

ϕi : kurvatur di setiap kondisi

Referensi

Jurnal:

[1] Du. J.S, Au, F.T.K., Cheung, Y.K., Kwan A.K.H. Ductility Analysis of Prestressed Concrete Beams with Unbonded Tendons. 2008; 30(1): 13-21.

[2] O.F. Hussein, T.H.K. Elafandy, A.A. Abdelrahman, S.A. Abdel Baky, E.A. Nasr. Behavior of Bonded and Unbonded Prestressed Normal and High Strength Concrete Beams. 2012; 8(1): 239-251

[3] Nai-Qian Feng and Gai-Fei Peng. Ductility of Partially Prestressed Concrete Beam. 2006; 302(1): 720-724

Texbooks:

[4] Abeles W. Paul. An Introduction to Prestressed Concrete: London Concrete Publication . 1964. [5] Naaman, E. A. Prestressed Concrete Analysis and Design Michigan: TechnoPress. 1978.

[6] Park R., dan T. Paulay. Reinforced Concrete Structures. New York: John Willey & Sons Ltd. 1993.

Buku Terjemahan.

[7] Lin, T.Y. dan Burns. 1996. Desain Struktur Beton Prategang Jilid 1. Jakarta: Erlangga. 2007.

Standards: