Beton Pracetak (part 2) Sistem, Sambungan Pracetak dan Kendalanya

 

Beton pracetak adalah teknologi konstruksi struktur beton dengan komponen-komponen penyusun yang dicetak terlebih dahulu pada suatu tempat khusus (off site fabrication), terkadang komponen-komponen tersebut disusun dan disatukan terlebih dahulu (pre-assembly), dan selanjutnya dipasang di lokasi (installation), dengan demikian sistem pracetak ini akan berbeda dengan konstruksi monolit terutama pada aspek perencanaan yang tergantung atau ditentukan pula oleh metoda pelaksanaan dari pabrikasi, penyatuan dan pemasangannya, serta ditentukan pula oleh teknis perilaku sistem pracetak dalam hal cara penyambungan antar komponen join.

Beberapa prinsip yang dipercaya dapat memberikan manfaat lebih dari teknologi beton pracetak ini antara lain terkait dengan waktu, biaya, kualitas, predictability, keandalan, produktivitas, kesehatan, keselamatan, lingkungan, koordinasi, inovasi, reusability, serta relocatability.

Pelaksanaan bangunan dengan menggunakan metoda beton pracetak memiliki kelebihan dan kekurangan. Hal tersebut disebabkan keuntungan metoda pelaksanaan dengan mengunakan beton pracetak ini akan mencapai hasil yang maksimal jika pada proyek konstruksi tersebut tercapai reduksi waktu pekerjaan dan reduksi biaya konstruksi. Pada beberapa kasus desain propertis dengan metoda beton pracetak terjadi kenaikkan biaya material beton disebabkan analisa propertis material tersebut harus didesain juga terhadap aspek instalasi, pengangkatan, dan aspek transportasi sehingga pemilihan dimensi dan kekuatan yang diperlukan menjadi lebih besar daripada desain propertis dengan metoda cor ditempat. Selain itu pada proses instalasi elemen beton pracetak memerlukan peralatan yang lebih banyak dari proses instalasi elemen beton cor ditempat.

Perbedaan Analisa Beton Pracetak dengan Beton Konvensional

Pada dasarnya mendesain konvensional ataupun pracetak adalah sama, beban-beban yang diperhitungkan juga sama, faktor-faktor koefisien yang digunakan untuk perencanaan juga sama, hanya mungkin yang membedakan adalah : 

1. Desain pracetak memperhitungkan kondisi pengangkatan beton saat umur beton belum mencapai 24 jam. Apakah dengan kondisi beton yang sangat muda saat diangkat akan terjadi retak (crack) atau tidak. Di sini dibutuhkan analisa desain tersendiri, dan tentunya tidak pernah diperhitungkan bila menganalisa beton secara konvensional. 
2. Desain pracetak memperhitungkan metode pengangkatan, penyimpanan beton pracetak di stock yard, pengiriman beton pracetak, dan pemasangan beton pracetak di proyek. Kebanyakan beton pracetak dibuat di pabrik. 
3. Pada desain pracetak menambahkan desain sambungan. Desain sambungan di sini, didesain lebih kuat dari yang disambung. 

Sistem Komponen Pracetak

Ada beberapa jenis komponen beton pracetak untuk struktur bangunan gedung dan konstruksi lainnya yang biasa dipergunakan, yaitu :

1. Tiang pancang
2. Sheet pile dan dinding diaphragma.
3. Half solid slab (precast plank), hollow core slab, single-T, double-T, triple-T, channel slabs dan lain-lain.
4. Balok beton pracetak dan balok beton pratekan pracetak (PC I Girder)
5. Kolom beton pracetak satu lantai atau multi lantai
6. Panel-panel dinding yang terdiri dari komponen yang solid, bagian dari single-T atau double-T. Pada dinding tersebut dapat berfungsi sebagai pendukung beban (shear wall) atau tidak mendukung beban.
7. Jenis komponen pracetak lainnya, seperti : tangga, balok parapet, panelpanel penutup dan unit-unit beton pracetak lainnya sesuai keinginan atau imajinasi dari insinyur sipil dan arsitek. 

Secara umum sistem struktur komponen beton pracetak dapat digolongkan sebagai berikut

1. Sistem struktur komponen pracetak sebagian, dimana kekakuan sistem tidak terlalu dipengaruhi oleh pemutusan komponenisasi, misalnya pracetak pelat, dinding di mana pemutusan dilakukan tidak pada balok dan kolom/bukan pada titik kumpul.
2. Sistem pracetak penuh, dalam sistem ini kolom dan balok serta pelat dipracetak dan disambung, sehingga membentuk suatu bangunan yang monolit.

Pada dasarnya penerapan sistem pracetak penuh akan lebih mengoptimalkan manfaat dari aspek fabrikasi pracetak dengan catatan bahwa segala aspek kekuatan (strength), kekakuan,layanan (serviceability) dan ekonomi dimasukkan dalam proses perencanaan. 

Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Beton Pracetak
Struktur elemen pracetak memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan struktur konvensional, antara lain :

1. Penyederhanaan pelaksanaan konstruksi.
2. Waktu pelaksanaan yang cepat.
3. Struktur elemen pracetak dapat dilaksanakan di pabrik bersamaan dengan pelaksanaan pondasi di lapangan sehingga menghemat waktu pelaksanaan.
4. Penggunaan material yang optimum serta mutu bahan yang baik.
5. Salah satu alasan mengapa struktur elemen pracetak sangat ekonomi dibandingkan dengan struktur yang dilaksanakan di tempat (cast in-situ) adalah penggunaan cetakan beton yang tidak banyak variasi dan biasa digunakan berulang-ulang, 
6. Mutu material yang dihasilkan pada umumnya sangat baik karena dilaksanakan dengan standar-standar yang baku, pengawasan dengan sistem komputer yang teliti dan ketat.
7. Penyelesaian finishing mudah.
8. Variasi untuk permukaan finishing pada struktur elemen pracetak dapat dengan mudah dilaksanakan bersamaan dengan pembuatan elemen tersebut di pabrik, seperti: warna dan model permukaan yang dapat dibentuk sesuai dengan rancangan.
9. Tidak membutuhkan lahan proyek yang terlalu luas serta lahan proyek lebih bersih bila pelaksanaan elemen pracetaknya dapat dilakukan di pabrik.
10. Perencanaan berikut pengujian dapat dilakukan di pabrik.
11. Elemen pracetak yang dihasilkan selalu melalui pengujian laboratorium di pabrik untuk mendapatkan struktur yang memenuhi persyaratan, baik dari segi kekuatan maupun dari segi efisiensi.
12. Apabila hasil produksi dari elemen pracetak memenuhi standarisasi yang telah ditetapkan, maka dapat diajukan untuk mendapatkan sertifikasi ISO 9002 yang diakui secara internasional.
13. Mengurangi pemakaian alat alat penunjang, seperti : scaffolding dan lain-lain.
14. Kebutuhan jumlah tenaga kerja dapat disesuaikan dengan kebutuhan produksi. 

Struktur elemen pracetak juga memiliki beberapa keterbatasan, antara lain :

1. Tidak ekonomis bagi produksi tipe elemen yang jumlahnya sedikit.
2. Perlu ketelitian yang tinggi agar tidak terjadi deviasi yang besar antara elemen yang satu dengan elemen yang lain, sehingga tidak menyulitkan dalam pemasangan di lapangan.
3. Panjang dan bentuk elemen pracetak yang terbatas, sesuai dengan kapasitas alat angkat dan alat angkut.
4. Hanya dapat dilaksanakan didaerah yang sudah tersedia peralatan untuk handling dan erection.
5. Di Indonesia yang kondisi alamnya sering timbul gempa dengan kekuatan besar, konstruksi beton pracetak cukup berbahaya terutama pada daerah sambungannya, sehingga masalah sambungan merupakan persoalan yang utama yang dihadapi pada perencanaan beton pracetak.
6. Diperlukan ruang yang cukup untuk pekerja dalam mengerjakan sambungan pada beton pracetak.
7. Memerlukan lahan yang besar untuk pabrikasi dan penimbunan (stockyard)

Kendala dan Permasalahan Seputar Beton Pracetak
Yang menjadi perhatian utama dalam perencanaan komponen beton pracetak adalah sambungan. Selain berfungsi untuk menyalurkan beban-beban yang bekerja, sambungan juga harus berfungsi menyatukan masing-masing komponen beton pracetak tersebut menjadi satu kesatuan yang monolit sehingga dapat mengupayakan stabilitas struktur bangunannya.
1. Kekuatan (strength)
Sambungan harus memilki kekuatan untuk dapat menyalurkan gaya-gaya yang terjadi ke elemen struktur lainnya selama waktu layan (serviceability), termasuk adanya pengaruh dari rangkak dan susut beton.

2. Daktalitas (ductility)

Kemampuan dari sambungan untuk dapat mengalami perubahan bentuk tanpa mengalami keruntuhan. Pada daerah sambungan untuk mendapatkan daktilitas yang baik dengan merencanakan besi tulangan yang meleleh terlebih dahulu dibandingkan dengan keruntuhan dari material betonnya.

3. Perubahan volume (volume change accommodation)
Sambungan dapat mengantisipasi adanya retak, susut dan perubahan temperature yang dapat menyebabkan adanya tambahan tegangan yang cukup besar.

4. Ketahanan (durability)
Apabila kondisi sambungan dipengaruhi cuaca langsung atau korosi diperlukan adanya penambahan bahan-bahan pencegah seperti stainless steel epoxy atau galvanized.

5. Tahan kebakaran (fire resistance)
Perencanaan sambungan harus mengantisipasi kemungkinan adanya kenaikan temperatur pada sistem sambungan pada saat kebakaran, sehingga kekuatan dari baja maupun beton dari sambungan tersebut tidak akan mengalami pengurangan.

6. Kemudahan pelaksanaan

Pemilihan sambungan juga mempertimbangkan bagian-bagian berikut ini pada saat merencanakan sambungan :
Kemampuan dari sambungan untuk dapat mengalami perubahan bentuk tanpa mengalami keruntuhan. Pada daerah sambungan untuk mendapatkan daktilitas yang baik dengan merencanakan besi tulangan yang meleleh terlebih dahulu dibandingkan dengan keruntuhan dari material betonnya.

2. Daktalitas (ductility)

Beberapa kriteria pemilihan jenis sambungan antara komponen beton pracetak diantaranya meliputi:

1. Standarisasi produksi jenis sambungan dan kemudahan tersedianya material lapangan.
2. Hindari keruwetan penempatan tulangan pada daerah sambungan
3. Hindari sedapat mungkin pelubangan pada cetakan
4. Perlu diperhatikan batasan panjang dari komponen pracetak dan toleransinya
5. Hindari batasan yang non-standar pada produksi dan pemasangan.
6. Gunakan standar hardware seminimal mungkin jenisnya
7. Rencanakan sistem pengangkatan komponen beton pracetak semudah mungkin baik di pabrik maupun dilapangan 
8. Pergunakan sistem sambungan yang tidak mudah rusak pada saat pengangkatan
9. Diantisipasi kemungkinan adanya penyesuaian di lapangan. 

Jenis Sambungan Pracetak

Jenis sambungan antara komponen beton pracetak yang biasa dipergunakan dapat dikategorikan menjadi 2 kelompok sebagai berikut :

1. Sambungan kering (dry connection)

Sambungan kering menggunakan bantuan pelat besi sebagai penghubungantar komponen beton pracetak dan hubungan antara pelat besi dilakukan dengan baut atau dilas. Penggunaan metode sambungan ini perlu perhatian khusus dalam analisa dan pemodelan komputer karena antar elemen struktur bangunan dapat berperilaku tidak monolit.

2. Sambungan basah (wet connection)

Sambungan basah terdiri dari keluarnya besi tulangan dari bagian ujung komponen beton pracetak yang mana antar tulangan tersebut dihubungkan dengan bantuan mechanical joint, mechanical coupled, splice sleeve atau panjang penyaluran. 

Kemudian pada bagian sambungan tersebut dilakukan pengecoran beton ditempat. Jenis sambungan ini dapat berfungsi baik untuk mengurangi penambahan tegangan yang terjadi akibat rangkak, susut dan perubahan temperatur.

Sambungan basah ini sangat dianjurkan untuk bangunan di daerah rawan gempa karena dapat menjadikan masing - masing komponen beton pracetak menjadi monolit.  

Jenis-Jenis Sistem Pracetak

Beberapa jenis Pracetak yang sering dipakai Indonesia, antara lain :

1. Sistem Struktur Pracetak C-Plus

Sistem Pracetak struktur ini memiliki konsep struktur pracetak rangka terbuka, komponen kolom plus dan balok persegi dengan stek tulangan yang berulir. Sistem sambungan mekanis balok dan kolom, plat baja berlubang dengan mur.
Pertemuan sambungan pada titik kumpul (poer/kepala) ditambah tulangan sengkang horizontal dan vertikal di cor dengan beton menggunakan semen tidak susut (non shrinkage cement) sehingga berperilaku wet joint. 

2. Sistem Struktur Pracetak Bresphaka
Bresphaka adalah suatu rekayasa konstruksi gedung dengan sistem struktur pracetak model open frame yang terdiri dari elemen pracetak kolom, balok, lantai, dinding, tangga dan elemen lainnya, dengan penggunaan bahan beton ringan atau beton normal atau kombinasi keduanya.

a. Model struktur
Model Struktur bersifat sebagai rangka terbuka dimana bentuk penampang untuk elemen struktur sesuai dengan yang dimodelkan dalam perhitungan. Sambungan di titik pertemuan direncanakan memiliki sifat daktail penuh sehingga pada saat pemodelan selalu memperhatikan kondisi tegangan akibat perubahan pembebanan dengan selalu memperhatikan kondisi tumpuan baik pada saat pelaksanaan maupun setelah menjadi satu kesatuan sistem.

b. Perencanaan sambungan

Tulangan sengkang selain berfungsi sebagai tulangan geser sekaligus sebagai shear connector pada balok sehingga balok dengan plat menyatu. Shear key pada plat disediakan khusus agar plat membentuk sistem diafragma kaku. Untuk menjamin terbentuknya sendi plastis tidak terjadi pada perbatasan balok dan joint, maka angkur atau perpanjangan tulangan balok pracetak harus masuk ke joint. Demikian pula perpanjangan tulangan kolom pracetak harus terangker ke joint. Kondisi ini akan menjamin transfer gaya antar 
kolom maupun mekanisme pertemuan balok kolom dapat berjalan sempurna.

Kelebihan dari sistem struktur pracetak jenis ini adalah :

1. Sistem BRESPHAKA dengan bahan beton mutu tinggi, selain akan memperkecil dimensi struktur/volume beton, juga akan mengurangi berat masa bangunan sehingga dimensi pondasi lebih kecil.
2. Produktivitas tenaga kerja lebih tinggi, sehingga adanya efisiensi biaya yang menjadikan proyek jadi lebih hemat.
3. Kontrol kualitas sistem pabrikasi lebih terjamin.
4. Akurasi ukuran dari elemen bresphaka, menjamin pemasangan di Lapangan lebih presisi dan hasil kerja lebih rapi.
5. Efisiensi terhadap waktu pelaksanaan. 

3. Sistem Struktur Pracetak KML (Kolom Multi Lantai)
Sistim KML adalah Sistim beton pracetak yang memberikan percepatan pelaksanaan, karena komponen precast kolom dapat dicetak dan dierection langsung untuk 2 - 5 lantai, sehingga dapat menghemat waktu dalam pelaksanaan erection komponen kolom.

Keunggulan utama dari sistim KML ini adalah:

1. Lebih terjaminnya kelurusan (ketegakan) as kolom
2. Integritas antara komponen-komponen struktur lebih baik
3. Joint kolom-balok-slab yang cukup monolit karena pengecoran dilakukan pada saat topping
4. Tulangan atas maupun bawah balok yang terletak disisi-sisi kolom dapat dibuat menerus. 

4. Sistem Struktur Pracetak JEDDS (Joint Elemen Dengan Dua Simpul)

Sistem JEDDS adalah system pracetak dengan konsep dua simpul dimana simpul pertama yaitu untuk transfer gaya antar balok melalui tulangan yang diikatkan pada kuping strand dengan bantuan pelat baja dan baut. Untuk simpul kedua berupa lilitan strand untuk menahan gaya gempa. Kekuatan tambahan joint disumbangkan oleh tulangan tambahan dan sengkang arah vertikal dan horizontal.

5. Sistem Struktur Pracetak Adhi BCS (Beam Column System)
Sistem pracetak ini mengandalkan kecepatan pada saat pemasangan antar kolom. Sambungan antar kolom menggunakan strand. Keunggulan sistem ini terletak pada perencanaan struktur elemen dan kepraktisan pemasangannya. Pemasangan ini sangat cepat yaitu dua hari perlantai bangunan.

Perencanaan Sambungan Dan Tumpuan

Perencanaan Sambungan

Sambungan pada elemen pracetak berfungsi mentransfer gaya-gaya antar elemen pracetak yang disambung. Bila tidak direncanakan dengan baik (baik dari segi penempatan sambungan maupun kekuatannya) maka sambungan dapat mengubah aliran gaya pada struktur pracetak, sehingga dapat mengubah hirarki keruntuhan yang ingin dicapai dan pada akhirnya dapat menyebabkan keruntuhan prematur pada struktur.

Kelemahan konstruksi pracetak adalah terletak pada sambungan yang relatif kurang kaku atau monolit, sehingga lemah terhadap beban lateral khususnya dalam menahan beban gempa. Untuk itu sambungan antara elemen balok pracetak dengan kolom maupun dengan plat pracetak direncanakan supaya memiliki kekakuan seperti beton monolit. Elemen pracetak dengan tuangan beton cast in place diatasnya, diharapkan sambungan elemen tersebut memiliki perilaku yang mendekati sama dengan struktur monolit. 

Gaya-gaya boleh disalurkan antara komponen-komponen struktur dengan menggunakan sambungan grouting, kunci geser, sambungan mekanis, sambungan baja tulangan, pelapisan dengan beton bertulang cor setempat, atau kombinasi dari cara-cara tersebut.

Sambungan elemen pracetak meliputi sambungan pelat pracetak dengan balok pracetak, sambungan balok pracetak dengan kolom pracetak, dan kolom pracetak dengan kolom pracetak.

Panjang lekatan setidaknya tiga puluh kali diameter tulangan.  Kait digunakan kalau panjang penyaluran yang diperlukan terlalu panjang. Panjang pengangkuran yang didapat dari eksperimen adalah antara 8 kali diameter sampai 15 kali diameter pada sisi yang tidak mengalami retak. Guna mengatasi kondisi terburuk sebaiknya digunakan tiga puluh kali diameter tulangan

a. Sambungan Pelat Pracetak dengan Balok Pracetak
Untuk menghasilkan sambungan yang bersifat kaku, monolit, dan terintegrasi pada elemen-elemen ini, maka harus dipastikan gaya-gaya yang bekerja pada plat pracetak tersalurkan pada elemen balok. Hal ini dapat dilakukan dengan cara-cara sebagai berikut.

1. Kombinasi dengan beton cor di tempat (topping), dimana permukaan plat pracetak dan beton pracetak dikasarkan dengan amplitudo 5 mm.
2. Pendetailan tulangan sambungan yang dihubungkan atau diikat secara efektif menjadi satu kesatuan, sesuai dengan aturan yang diberikan dalam SK SNI 03- 1728 -2002 pasal 9.13.
3. Grouting pada tumpuan atau bidang kontak antara plat pracetak dengan balok pracetak. 

b. Sambungan Antar Balok Pracetak

Sambungan antara balok pracetak dengan kolom harus besifat kaku atau monolit. Oleh sebab itu pada sambungan elemen pracetak ini harus direncanakan sedemikian rupa sehingga memiliki kekakuan yang sama dengan beton cor di tempat. Untuk menghasilkan sambungan dengan kekakuan yang relatif sama
dengan beton cor di tempat, dapat dilakukan beberapa hal berikut ini.

1. Kombinasi dengan beton cor di tempat (topping), dimana permukaan balok pracetak dan kolom dikasarkan dengan amplitudo 5 mm.
2. Pendetailan tulangan sambungan yang dihubungkan atau diikat secara efektif menjadi satu kesatuan, sesuai dengan aturan yang diberikan dalam SK SNI 03-1728-2002 pasal 9.13, yaitu tulangan menerus atau pemberian kait standar pada sambungan ujung.
3. Pemasangan dowel dan pemberian grouting pada tumpuan atau bidang kontak antara balok pracetak dan kolom untuk mengantisipasi gaya lateral yang bekerja pada struktur.

Sambungan antar balok pracetak disambung oleh tulangan tarik pokok atas yang memanjang menghubungkan antar balok. 

c. Sambungan Antar Kolom Pracetak
Pada permukaan atas kolom terdapat bagian strand yang muncul keluar yang berfungsi sebagai tulangan utama joint yang menyalurkan gaya dari kolom ke kolom. Sedangkan bagian bawah terdapat beberapa buah lubang (pipa) untuk tempat masuknya strand.) yang kemudian akan di grouting untuk memberikan
tambahan kekuatan. 

Perencanaan Tumpuan
a. Tumpuan Pelat Pracetak dengan Balok Pracetak
Plat pracetak diletakan pada tepi balok dengan panjang landasan sekurang kurangnya 1/180 bentang bersih plat pracetak dan tidak kurang dari 50 mm. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya retak geser pada ujung plat pracetak. 

b. Tumpuan Balok Pracetak dengan Kolom
Balok pracetak diletakan pada tepi kolom dengan panjang landasan sekurangkurangnya 1/180 bentang bersih balok pracetak dan tidak kurang dari 75 mm.

source:
http://eprints.undip.ac.id
http://erepo.unud.ac.id