2. LANDASAN TEORI
2.1. Definisi Beton Pratekan
Beton adalah material yang kuat dalam kondisi tekan, namun lemah dalam kondisi tarik. Kekuatan tariknya sangat kecil, sehingga retak lentur sering terjadi pada pembebanan yang kecil.
Gaya prategang yaitu gaya tekan yang memberikan tegangan pada beton tersebut. Gaya ini diperhitungkan untuk mengantisipasi akibat beban yang akan diberikan pada saat pembebanan nanti. Secara umum beton pratekan adalah metode untuk mengatasi kelemahan alami beton dalam ketegangan (tension).
Beton yang menekankan induksi didalamnya untuk mengatasi tegangan yang terjadi akibat suatu beban. Untuk mengatasi gaya tariknya diberi baja tarik tinggi yang khusus sebagai pendukung dari beton struktural ini.
Secara umum ada dua metode untuk membuat balok prestressed, yaitu pre-tensioned dan post-tensioned . Beton dengan pre-tensioning atau post- tensioning memungkinkan membawa beban yang lebih besar atau bentang yang panjang.
Gambar 2.1 Gaya pada Balok
Sumber : Fundamentals of Prestressing (2007)
2.2. Pre-tensioned Concrete
Metode pre-tensioned adalah metode yang dilakukan sebelum pengecoran dilaksanakan. Metode pre-tensioned dilakukan dengan cara menarik kabel baja/
tendon yang telah diletakkan dalam bekisting balok dengan tegangan tertentu.
Setelah kabel baja/ tendon ditarik dan ditahan, maka beton akan dicor ke dalam bekisting. Setelah beton memiliki kuat tekan yang dibutuhkan, maka tarikan kabel baja akan dilepas, sehingga akan terjadi friksi antara kabel baja dan beton. Hal ini akan membuat beton menerima tegangan tekan.
2.3. Post-tensioned Concrete
Metode post-tensioned adalah aplikasi dari gaya tekan beton di beberapa titik setelah pengecoran. Pada metode ini kabel baja dimasukkan ke dalam pipa/
selongsong (sheath) dan diletakkan ke dalam bekisting balok. Setelah balok dicor dan beton memiliki kuat tekan minimal yang dibutuhkan, maka kabel baja akan ditarik hingga beton menerima tegangan tekan yang direncanakan.
Post- tension memiliki perbedaan dari segi konstruksi terhadap pratekan antara lain :
1. Post-tension berarti membuat beton pratekan yang sudah direncanakan dari job site tanpa memerlukan investasi yang besar untuk fasilitas pre-tension.
2. Tendon pada post-tension mengizinkan untuk konstruksi cast-in-place dimana yang tidak dapat dilakukan pada pre-tension.
3. Tendon post-tension dapat dipasang membentuk kurva dan tanpa alat defleksi khusus.
4. Kehilangan friksi selama penarikan pada tendon post-tension harus diperhitungkan pada desain konstruksi, karena kehilangan friksi dapat memberikan dampak yang cukup signifikan terhadap performanya.
5. Setiap tendon post-tension harus ditarik satu per satu pada cara ini, pada kombinasi dengan angkur, selubung, alat khusus, dan grouting pada tendon
hasilnya akan lebih efektif dan biaya yang digunakan akan lebih baik daripada pre-tension.
6. Alat angkur post-tension dan alat penarik seringkali dilindungi oleh patents dan seringkali diproduksi khusus dengan fasilitas yang sangat tepat.
2.4. Keuntungan Beton Pratekan 2.4.1. Keuntungan Umum
Beton Pratekan lebih banyak memberikan keuntungan daripada beton bertulang biasa. Keuntungannya antara lain :
1. Pratekan meminimalkan efek retak pada elemen beton dengan menahan beton tersebut.
2. Pratekan dapat mengurangi ukuran balok tersebut.
3. Beton pratekan sangat kuat dan dapat menutupi efek akibat beban yang besar dibandingkan dengan material struktur lainnya.
4. Bila ada bagian yang menerima kelebihan beban, crack, atau hal-hal lainnya yang memungkinkan beton pratekan dapat menutupi masalah tersebut.
5. Beton pratekan memungkinkan dapat dibentuk dari beberapa unit beton precast.
6. Elemen yang lebih ringan diijinkan untuk bentang yang lebih panjang tentunya dengan kekuatan yang tinggi.
7. Kemampuan untuk mengontrol defleksi pada prestressed beams dan slabs mengijinkan untuk digunakan pada bentang panjang.
8. Dengan pratekan lebih efisien dengan pengguanaan bajanya.
9. Beban yang diberikan kepada pondasi lebih kecil dibandingkan dengan beton biasa pada umumnya karena dari segi dimensi yang dapat diperkecil.
2.4.2. Keuntungan dari Segi Biaya
Untuk bentang-bentang yang panjang penggunaan balok pratekan lebih hemat dari penggunaan beton bertulang pada umumnya.
2.5. Keterbatasan Pratekan
Keterbatasan dalam penggunaan pratekan hanya tergantung bagaimana designer mendesain mana yang lebih menguntungkan, baik dari segi biaya dan lain-lainnya.
2.6. Dasar pratekan
Hal-hal yang perlu diperhatikan untuk pratekan sebelum pelaksanaan antara lain:
1. Tahap jacking atau tahapan pratekan: ketika gaya tarik dalam baja pratekan ditranfer ke beton dan stress level yang relatif tinggi untuk kekuatan beton.
2. Tahap pembebanan: setelah waktu yang lama akan terjadi perubahan volume.
3. Tahap memperhitungkan beban: ketika pemeriksaan kekuatan member.
4. Tahap-tahap lain yang memungkinkan ditambahkan untuk hal-hal lain seperti bila terjadi retakan yang cukup siknifikan atau hal-hal lain mengenai transportasi.
2.6.1. Kekuatan Tarik dari Beton
Kekuatan tarik dari beton unreinforced berkisar hanya 10 %. Retak dalam beton unreinforced membuat banyak alasan yang dapat menyebabkan kegagalan tarik. Pada beton bertulang biasa kemampuan untuk menerima tarik sangat rendah, namun dengan balok pratekan hal tersebut dapat diabaikan. Pada beton pratekan, beton tersebut dapat menahan tarik dengan cara memberi ruang bebas retak yang mungkin berkembang akibat pembebanan.
2.6.2. Ide Dasar
Gambar di bawah ini menjelaskan bagaimana analogi sederhana dari prestressing.
Gambar 2.2. Ide Dasar Penarikan Sumber : Fundamentals of Prestressing (2007)
Pada Gambar 2.2. balok dapat menumpu tekanan dari atas akan tetapi tidak dapat melawan gaya dari bawah sehingga terjadi retakan, sehingga hubungan antar beton tidak lagi melekat. Jika ditambahkan dengan gaya tarik maka tumpukan buku yang dimisalkan sebagai balok tersebut akan hancur.
Supaya balok dapat berfungsi dengan baik maka harus diperlakukan seperti pada Gambar 2.2. bagian bawah. Kemudian balok di prestressed pada arah yang berlawanan dari beban yang diberikan. Efek dari gaya pratekan longitudinal tadi memproduksi pre-compression sebelum diberi beban.
2.6.3. Posisi Gaya Pratekan
Prestressing dapat memberikan keuntungan yang terbaik dengan memvariasikan kekuatan gaya prestress.
Gambar 2.3. Gaya akibat Penarikan Sumber : Fundamentals of Prestressing (2007)
Seperti Gambar 2.3. dapat dilihat bahwa posisi yang tepat dapat menghasilkan besarnya gaya yang sama antara beban dan gaya dari prestress inilah yang dicari dan digunakan. Dengan menambahkan prestress didapatkan gaya nol pada bagian bawah dan dua kali pada bagian atas sehingga diberi gaya pre-compression pada 1/3 bagian dari di atas bagian bawah permukaan balok tersebut. Karena di temukan gaya yang tepat harus berada di sekitar garis netral maka disanalah diberikan baja untuk tariknya.
2.6.4. Pengaruh Defleksi pada Balok Pratekan
Mengontrol defleksi pada balok prestress tidak sama seperti pada balok yang menggunakan beton bertulang biasa. Mengurangi defleksi yang terjadi akibat beban yang bekerja dapat di dapat oleh letak gaya prestress yang tepat. Untuk bentang panjang harus digunakan teknik konstruksi yang tepat.
2.6.5. Kehilangan Tarik
Banyak material akan mengalami creep akibat beban yang tetap dalam waktu yang panjang. Creep yang dikenal sebagai susut pada beton dan pengaruh susut pada baja/ tendon adalah memperpanjang tendon itu karena kehilangan gaya tariknya. Dengan metode pre-tensioned susut terjadi segera setelah penuangan beton dituangkan. Sedangkan pada metode post-tensioned kemungkinan terjadinya susut sangat kecil.
Tegangan efektif pada beton mengalami pengurangan secara berangsur- angsur sejak dari tahap transfer akibat berbagai sebab. Secara umum ini dinyatakan sebagai “kehilangan prategang”. Penentuan secara tepat besarnya semua kehilangan tersebut, khususnya yang bergantung pada waktu sulit dilakukan karena kehilangan tersebut bergantung pada berbagai faktor yang saling berkaitan. Kehilangan tegangan sangat dihindari karena akan mempengaruhi hal- hal yang lain.
Untuk menentukan tegangan efektif dari baja pratekan beberapa hal yang harus dipenuhi untuk menghindari kehilangan tarik antara lain:
1. Tempat dudukan baja pada saat tranfer.
2. Pemendekan elastisitas beton.
3. Creep dari beton.
4. Penyusutan beton.
5. Relaksasi dari penarikan baja pratekan.
6. Kehilangan gaya gesek akibat pembentukan kurva pada baja pratekan.
Tabel 2.1. Jenis- jenis Kehilangan Prategang
Sumber : Kajian Aplikasi Standar, Silvia F Herina (1991)
2.6.5.1. Pemendekan Elastisitas Beton
Beton memendek pada saat gaya prategang bekerja padanya. Karena tendon yang melekat pada beton di sekitarnya secara simultan juga memendek, maka tendon tersebut akan kehilangan sebagian dari gaya prategang yang dipikulnya.
2.6.5.2. Kehilangan yang disebabkan oleh Rangkak (CR)
Deformasi atau aliran lateral akibat tegangan longitudinal disebut rangkak (creep). Perlu ditekankan bahwa tegangan rangkak dan kehilangan tegangan hanya terjadi akibat beban yang terus menerus selama riwayat pembebanan suatu elemen struktural.
Deformasi atau regangan yang berasal dari perilaku yang bergantung pada waktu ini merupakan fungsi dari besarnya beban yang bekerja, lamanya, serta sifat beton yang meliputi proporsi campurannya, kondisi perawatannya, umur elemen pada saat dibebani pertama kali, dan kondisi lingkungan.
2.6.5.3. Kehilangan yang disebabkan oleh Susut (SH)
Besarnya susut beton dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor tersebut meliputi proporsi campuran, tipe agregat, tipe semen, waktu perawatan, waktu antara akhir perawatan eksternal dan pemberian prategang, ukuran komponen struktur dan kondisi lingkungan. Ukuran dan betuk komponen struktur juga mempengaruhi susut. Kira-kira 80 persen dari susut terjadi pada tahun pertama.
Variasi secara signifikan terjadi di dalam nilai susut dan rangkak akibat variasi dalam besarn komponen material dari berbagai sumber, meskipun produknya adalah yang diproduksi di lapangan, seperti balok pratarik.
2.6.5.4. Kehilangan yang disebabkan oleh Friksi (F)
Kehilangan prategang terjadi pada komponen struktur pasca tarik akibat adanya gesekan antara tendon dan beton di sekelilingnya. Besarnya kehilangan ini merupakan fungsi dari alinyemen tendon, yang disebut efek kelengkungan, dan deviasi lokal di dalam alinyemen tendon, yang disebut efek “wobble”.
Efek kelengkungan dapat ditetapkan terlebih dahulu, sedangkan efek wobble merupakan hasil dari penyimpangan alinyemen yang tak sengaja atau yang tak dapat dihindari, karena saluran tidak dapat secara sempurna diletakkan.
Perlu diperhatikan bahwa kehilangan tegangan friksional maksimum terjadi di ujung balok jika pendongkrakan dilakukan dari satu ujung. Dengan demikian, kehilangan akibat adanya gesekan bervariasi secara linier di sepanjang bentang balok dan dapat diinterpolasikan untuk lokasi tertentu jika dikehendaki perhitungan yang lebih teliti.
Gambar 2.4. Friksi pada Balok Pratekan
Sumber : Kajian Aplikasi Standar, Silvia F Herina (1991)
2.6.5.5. Kehilangan karena Dudukan Angkur (A)
Kehilangan karena dudukan angkur pada komponen struktur pasca tarik diakibatkan adanya blok-blok pada angkur pada saat gaya pendongkrakan ditransfer ke angkur. Kehilangan ini juga terjadi pada landasan cetakan prategang pada komponen struktur pratarik akibat dilakukannya penyesuaian pada saat gaya prategang ditransfer ke landasan. Cara mudah untuk mengatasi kehilangan ini adalah dengan memberikan kelebihan tegangan. Besar pemberian kelebihan tegangan yang dibutuhkan bergantung pada system pengangkuran yang digunakan karena system mempunyai kebutuhan penyesuaian sendiri-sendiri, dan pembuatnya diharapkan mensuplai data mengenai gelincir yang dapat terjadi akibat penyesuaian angkur.
2.7. Material 2.7.1. Baja
Pada awal pengembangan prestress ditemukan bahwa pada tulangan untuk beton bertulang biasa elastisitasnya rendah yang tidak dapat menahan penyusutan pada beton. Sehingga pada saat itu diupayakan untuk penemuan baja mutu tinggi.
2.7.1.1. Jenis-jenis Baja untuk Pratekan - Wires
Sebuah kawat prestress unit tunggal yang terbuat dari baja, umumnya berukuran diameter 2.5, 3, 4, 5, 7, dan 8 mm. Kawat ini memiliki dua jenis yaitu plain wire (tidak ada lekukan di permukaan) dan indented wire (ada lekukan elips atau lingkaran pada permukaan).
- Strands
Sebuah kabel yang diplintir berbentuk heliks membentuk untaian prestressing. Ada beberapa tipe dari strands antara lain :
a. Two-wire strands : dua kabel dijadikan satu lalu dipilin bersama-sama untuk membentuk satu rangkaian.
b. Three-wire strands : tiga kabel dijadikan satu lalu dipilin bersama-sama untuk membentuk satu rangkaian.
c. Seven-wire strands : Ada satu kabel yangberukuran lebih besar daripada enam kabel lainnya sebagai pusat kabel-kabel berputar.
Gambar 2.5 Strands
Sumber : Prestressed Concrete Structure, Sengupta and Menon (1995)
- Tendon
Sekelompok strand atau wire yang ditempatkan bersama-sama membentuk tendon prestressing. Tendon ini digunakan pada bagian post-tensioning.
Strand diletakkan di sebuah tempat yang di-grouting setelah post- tensioning selesai.
Gambar 2.6 Tendon
Sumber : Prestressed Concrete Structure, Sengupta and Menon (1995)
- Kabel
Sekelompok tendon membentuk kabel prestress. Kabel biasanya digunakan untuk konstruksi jembatan.
- Bar
Tendon dapat dibentuk dari baja tunggal yang diameternya jauh lebih besar daripada kawat (wire). Bar tersedia dengan ukuran 10, 12, 16, 20, 22, 25, 28 dan 32 mm.
Gambar 2.7 Bar
Sumber : Prestressed Concrete Structure, Sengupta and Menon (1995)
- Angkur
Pada ujung-ujung tendon selalu terpasang angkur untuk pengikatan. Tiap perusahaan yang membuat angkur ini memiliki ciri-ciri tersendiri. Angkur ini sendiri terdiri dari kepala angkur (wedge plate), angkur, bearing plate, duct transition dan grout tube connection. Pada Gambar 2.8. dan Gambar 2.9. adalah perbedaan antara angkur yang dibuat oleh Freyssinet dan VSL.
Gambar 2.8. Angkur untuk Freyssinet Sumber : Freyssinet Brochure
Gambar 2.9. Angkur untuk VSL Sumber : VSL Brochure
2.7.1.2. Tipe-tipe Baja Pratekan
Banyak cara yang dapat dilakukan dalam memproduksi baja yang diinginkan, antara lain :
- Cold working
Cold working dilakukan dengan cara memutar bar melalui serangkaian pewarna lalu diluruskan kembali dan menaikkan kekuatannya.
- Stress relieving
Stress relieving dilakukan dengan cara memanaskan strand hingga suhu 350°
C untuk menghilangkan stress kemudian didinginkan secara perlahan-lahan.
- Strain tempering for low relaxation
Pada cara ini juga dilakukan pemanasan hingga 350° C tanpa ditarik. Hal ini juga meningkatkan tegangan dan regangan pada baja serta mengurangi deformasi plastis setelah titik leleh didapatkan.
2.7.1.3. Properti dari Baja Pratekan
Baja yang digunakan harus merupakan kualifikasi yang baik, yang meliputi hal- hal sebagai berikut :
1. Kekuatan tinggi 2. Daktilitas memadai
3. Kemampuan mengikat diperlukan saat pre-tensioned 4. Kemampuan menekuk saat pengangkuran
5. Relaksasi rendah untuk mengurangi kehilangan 6. Korosi yang minimum.
2.7.2. Beton
Balok pratekan membutuhkan beton yang memiliki kekuatan tinggi dengan kekuatan tarik yang relatif tinggi. Beton yang dipilih juga beton yang merupakan
beton yang tingkat susut yang rendah. Pada beton kekuatan tinggi kandungan air harus seminim mungkin.
Agregat jenis batu memiliki modulus elastisitas yang tinggi dan strain yang rendah lebih efektif dalam menahan kontraksi pasta semen dengan mengurangi susut pada beton. Agregat yang umum untuk menahan susut antara lain pasir-batu, basalt, granit, kuarsa dan batu gamping.
2.8. Teknologi Pemasangan
Pada prosedur normal pada konstruksi balok post-tension terdiri dari : 1. Erecting the soffit form.
2. One side form.
3. Menempatkan baja reinforce, baja prestress, angkur ujung.
4. Memasang remaining side form.
2.8.1. Langkah-langkah Post-tension : I. Sebelum Post-Tension
1. Mempersiapkan bekisting 2. Membersihkan angkur
3. Mengecek dan mengkonfirmasi apakah kabel yang datang sesuai dengan yang dibutuhkan.
4. Menghilangkan karat pada kabel angkur dan grips.
5. Mengecek apakah kabel dan angkur cocok.
6. Mengecek kelenturan kabel post-tension (dicoba ditarik dan ditekan dan seterusnya).
7. Memberi tanda titik pada ujung-ujung balok dan tengah bentang dengan menggunakan alat leveling untuk pengukuran dari camber.
8. Cek panjang balok sesungguhnya.
9. Man power schedule.
10. Cek peralatan elektrik dari pompa dan mengetes alat tersebut bekerja atau tidak.
11. Mengecek nomor tendon yang dipesan untuk penarikan.
12. Koordinasi dari kode saat pemompaan.
13. Untuk mencegah overturning pada balok selama penarikan, lateral bracing harus disediakan.
14. Axial center dari jack dan angkur harus benar-benar diobservasi.
15. Mengecek grafik kontrol post-tension sheet.
II. Selama Post-Tension
1. Initial Force Introduction harus pada 5 Mpa pada kedua ujung secara simultan.
2. Tandai titik-titik acuan untuk pengukuran, kurang lebih berada pada 20 cm dari metal pendorong pada kedua ujung kabel.
3. Gradual first introduction dan pembacaan respon perpanjangan, lambat laun meningkatkan tekanan 5 Mpa bertahap dan merancang tekanan hasil respon perpanjangan. Perpanjangan harus dibaca setiap 20 cm pada kedua ujung kabel.
4. Zero adjustment, menahan penarikan 50 % dari gaya final dan titik penghubung pada grafik serta menarik garis paralel pada asal sehingga didapatkan sebuah garis sampai ujung gaya final.
Pada produksi yang besar pada post-tension member, baja reinforce dan post-tension harus diikat bersama dan diatur dalam 1 unit. Pada pekerjaan kecil post-tension biasanya diikat pada suatu tempat setelah baja reinforce terpasang sebagian atau sepenuhnya. Prosedur selanjutnya seperti biasa dan harus diperhatikan dari salah satu sisi dimana difasilitasi layout atau form lainnya.
Setelah tendon post-tension dalam sheaths digunakan, tendon harus benar- benar terikat pada tempat yang intervalnya rapat dan pada beberapa kasus membentuk kurva, kurva utama dari tendon menyerupai dengan kurva yang digambarkan pada perencanaan. Sangat penting bahwa tendon harus dipasang membentuk kurva yang mulus yang dapat meminimalkan kehilangan friksi selama penarikan, tapi ini bukan yang paling penting bila tendon tidak tepat sesuai yang
direncanakan. Tidak ada ketentuan khusus untuk jarak maksimum yang diizinkan untuk pemasangan tendon baik peletakannya ataupun pada saat pengecoran.
Perawatan harus dikerjakan ketika pengikatan tendon, ini sangat dimungkinkan terjadi kerusakan pada sheaths selama pemasangan. Ketika lapisan plastik atau kertas rusak maka harus ada grouting pada lapisan sheaths tersebut karena kerusakan ini dapat mengurangi kemampuan tarik dari tendon.
Setelah tendon dan angkur terpasang harus diawasi dengan baik-baik atau dengan seksama dan yakin bahwa tendon dan angkur benar-benar terpasang dengan benar pada semua lokasi dan disana tidak ada kemungkinan untuk kekurangan mortar pada sheaths atau peralatan angkur selama pengecoran.
Meskipun mortar mengenai sheaths atau angkur, tidak selalu mengikat di tendon dan tidak mungkin tertarik. Kebutuhan tenaga kerja dibutuhkan untuk membersihkan angkur sebelum penarikan dimulai.
Ketika ducts dipasang di beton, prosedurnya sama dengan tendon yang terbungkus dengan sheaths. Karet duct tidak boleh diikat terlalu kencang pada baja reinforece karena dapat membuat karet tersebut susah dipindah. Pabrik biasanya membuat bermacam-macam tipe tendon yang dapat dipindah-pindah dari sheaths selama dan sesudah pengecoran. Meskipun tidak ada pilihan teknis pada prosedur ini, tetapi secara praktek untuk semua sistem dari post-tension adalah berdasarkan dari perhatian untuk menjaga dari kelecakan pada sheaths dan angkur sebelum pengecoran.
Setelah post-tension member di-curing, tendon biasanya ditarik dan di- grouting segera. Penarikan adalah akhir dari prosedur yang disarankan dari pabrik bersamaan dengan angkur dan alat jack. Pada post-tension, perpanjangan dari tendon digunakan untuk mengukur dari gaya tarikan.
Untuk grouting pada post-tension memiliki bermacam-macam cara.
Grouting digunakan untuk proteksi permanen untuk baja post-tension dari korosi dan untuk membentuk sambungan antara kabel prestress dengan beton. Grouting tidak boleh lebih dari dua minggu setelah penarikan. Material untuk grouting antara lain air, semen, dan admixture.
2.9. Hubungan antara Panjang Penarikan dan Gaya yang diberikan pada Penarikan
Pada saat penarikan tendon yang menjadi acuan ketepatan penarikan adalah perbandingan antara gaya tarik yang diberikan dengan perpanjangan yang dilihat pada alat Hydraulic Jack. Dari hubungan antara Gaya penarikan dan perubahan panjang ini selanjutnya diperoleh parameter lainnya seperti tegangan danregangan teknis , tegangan dan regangan sebenarnya juga faktor pengerasan regang.
Jika ditambah beban (gaya tarik diperbesar), regangan akan bertambah dengan cepat. Gaya geser akan menyebabkan deformasi geser seperti gaya aksial menyebabkan pertambahan panjang pada benda. Suatu elemen yang diberi gaya aksial akan bertambah panjang. Pada daerah elastisitas benda, gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan pertambahan panjang benda.
