Beton Prategang

Definisi Beton Prategang

Pengertian beton prategang menurut beberapa peraturan adalah sebagai berikut:

1. Menurut PBI – 1971

Beton prategang adalah beton bertulang dimana telah ditimbulkan tegangan - tegangan internal dengan nilai dan pembagian yang sedemikian rupa hingga tegangan - tegangan akibat beton - beton dapat dinetralkan sampai suatu taraf yang diinginkan;

2. Menurut Draft Konsensus Pedoman Beton 1998

Beton prategang adalah beton bertulang yang dimana telah diberikan tegangan dalam untuk mengurangi tegangan tarik potensial dalam beton akibat pemberian beban yang bekerja;

3. Menurut ACI

Beton prategang adalah beton yang mengalami tegangan internal dengan besar dan distribusi sedemikian rupa sehingga dapat mengimbangi sampai batas tertentu tegangan yang terjadi akibat beban eksternal.

Beton prategang merupakan struktur komposit dari material beton dan baja dengan mutu tinggi. Baja yang digunakan disebut tendon, yaitu beberapa baja yang dikelompokan dan membentuk kabel. Prinsip kerja dari beton prategang yaitu tendon ditegangkan diawal dengan cara ditarik untuk memberikan tegangan tekan pada penampang beton sebelum adanya beban yang bekerja pada struktur.

Besarnya gaya tarik yang diberikan pada tendon untuk mendapatkan gaya prategang yang cukup harus disesuaikan dengan beban batas sedemikian rupa sehingga penampang beton tidak mengalami tegangan tarik saat beban bekerja. Penegangan kabel dan faktor lainnya menimbulkan kehilangan gaya prategang pada beton prategang. Gaya prategang yang tersisa disebut gaya prategang efektif (Yolanda D, 2017).

Konsep Dasar Beton Prategang

Perbedaan utama antara beton bertulang dan beton prategang adalah beton bertulang mengkombinasikan beton dan tulangan baja dengan cara menyatukan dan membiarkan keduanya bekerja bersama-sama sesuai dengan keinginannya. Sedangkan, beton prategang mengkombinasikan beton berkekuatan tinggi dan baja mutu tinggi dengan cara-cara “aktif”.

Pembuatan beton prategang dicapai dengan cara menarik baja  dan menahannya ke beton, jadi membuat beton dalam keadaan tertekan. Kombinasi aktif ini menghasilkan perilaku yang lebih baik dari kedua bahan tersebut.

Baja adalah bahan yang dikenal dengan kemampuan ketahanannya dan bersifat liat. Hal itu menyebabkan baja mampu dibuat untuk bekerja dengan kekuatan tarik yang tinggi oleh prategang.  Sedangkan, beton merupakan material yang kuat dalam kondisi tekan, tetapi lemah dalam kondisi tarik. Kuat tariknya bervariasi dari 8 % sampai 14 % dari kuat tekannya. Karena rendahnya kapasitas tarik tersebut, maka retak lentur terjadi pada taraf pembebanan yang masih rendah. 

Untuk mengurangi atau mencegah berkembangnya retak tersebut, gaya konsentris atau eksentris diberikan dalam arah longitudinal elemen struktural. Gaya ini mencegah berkembangnya retak dengan cara mengeliminasi atau sangat mengurangi tegangan tarik di bagian tumpuan dan daerah kritis pada kondisi beban kerja sehingga dapat meningkatkan kapasitas lentur, geser dan torsional penampang tersebut.

Penampang dapat berperilaku elastis dan hampir semua kapasitas beton dalam memikul tekan dapat secara efektif dimanfaatkan di seluruh tinggi penampang beton pada saat semua beban bekerja di struktur tersebut.

Gaya longitudinal tersebut disebut gaya prategang, yaitu gaya tekan yang memberikan prategang pada penampang di sepanjang bentang suatu elemen struktural sebelum bekerjanya beban mati dan beban hidup transversal atau beban hidup horizontal transien.

Gaya prategang ini berupa tendon yang diberikan tegangan awal sebelum memikul beban kerjanya yang berfungsi mengurangi atau menghilangkan tegangan tarik pada saat beton mengalami beban kerja, menggantikan tulangan tarik pada struktur beton bertulang biasa.

Jadi beton prategang merupakan kombinasi yang ideal dari dua buah bahan konstruksi modern berkekuatan tinggi.

Kelebihan dan Kekurangan Beton Prategang 

Beton Prategang (Prestressed concrete) mempunyai beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan beton konvensional biasa, antara lain:

Kelebihan dari segi teknis:

1. Struktur beton prategang akan terhindar dari retak terbuka didaerah tarik akibat beban kerja. 
2. Beton prategang akan lebih tahan terhadap korosi.
3. Kedap air, bagus digunakan untuk proyek yang dekat dengan perairan.
4. Karena terbentuknya lawan lendut akibat gaya prategang sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhir setelah beban rencana bekerja, akan lebih kecil dari pada beton bertulang biasa.
5. Efisien karena dimensi penampang struktur beton prategang lebih ramping.
6. Lebih hemat dalam penggunaan baja.
7. Ketahanan terhadap geser dan ketahanan terhadap puntirnya meningkat.
9. Dapat memikul beban lentur yang lebih besar dari beton bertulang.
10. Dapat dipakai pada bentang yang lebih panjang dengan mengatur defleksinya.
11. Dapat dipakai pada rekayasa konstruksi tertentu, misalnya pada konstruksi jembatan segmental

Kelebihan dari segi teknis ini akan mempengaruhi biaya untuk memproduksi beton prategang itu sendiri, dan dari segi ekonomis beton prategang juga memiliki beberapa kelebihan antara lain :

1. Volume beton yang digunakan untuk produksi beton prategang lebih sedikit
2. Jumlah baja/besi yang digunakan untuk produksi beton prategang sedikit.
3. Beton prategang akan lebih menguntungkan jika dibuat dalam jumlah besar
4. Beton prategang hampir tidak memerlukan biaya pemeliharan, lebih tahan lama karena, dapat membuat balok dengan bentang yang lebih panjang. 
5. Dengan menggunakan beton prategang bisa menghemat waktu pelaksanaan konstruksi.

Kekurangan beton prategang, sebagai berikut :

1. Diperlukan kontrol dan monitoring quality control (QC) yang lebih ketat dalam proses pembuatan.
2. Terdapat kehilangan tegangan pada pemberian gaya prategang awal.
3. Diperlukan biaya tambahan untuk pengangkutan.

Material Beton Prategang

Berikut adalah bahan yang digunakan untuk beton prategang.

1. Beton 

Beton adalah hasil dari pencampuran beberapa material berupa semen, air dan agregat. Dengan perbandingan berat campuran yakni, agregat kasar 44%, agregat halus 31%, semen 18%, dan air 7%. Setelah 28 hari, beton akan mencapai kekuatan yang ideal yang disebut dengan kuat tekan karakteristik. 

Kuat tekan karakteristik adalah tegangan yang telah melampaui 95% dari pengukuran kuat tekan uniaksial yang diambil dari tes penekanan standar, yaitu dengan kubus ukuran 15x15 cm, atau silnder dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm.

Kuat tekan yang digunakan adalah kuat tekan kubus 28 hari minimum yang ditentukan dalam peraturan I.S. adalah 40 N/mm2 untuk batang pratarik dan 30 N/mm2 untuk batang pascatarik (N Krishna Raju, Beton Prategang Edisi Kedua, 1993). Kuat tekan yang tinggi ini diperlukan untuk menahan tegangan tekan pada serat tertekan, pengangkuran tendon, mencegah terjadinya keretakan.

Atau lebih simpelnya, beton Prategang memerlukan beton yang mempunyai kekuatan tekan yang lebih tinggi pada usia yang cukup muda, dengan kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan dengan beton biasa. Susut yang rendah, karakteristik rangkak minimum dan nilai modulus yang tinggi pada umumnya dianggap perlu untuk batang prategang.

Pemakaian 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.

2. Baja Mutu Tinggi

Baja mutu tinggi merupakan bahan yang umum digunakan untuk menghasilkan gaya prategang dan mensuplai gaya tarik pada beton prategang. Pemakaian baja mutu tinggi ini dikarenakan tingginya kehilangan rangkak dan susut pada beton. Untuk mendapatkan prategang efektif hanya dapat dicapai mengunakan baja mutu tinggi.

Material baja yang biasa digunakan dalam praktik pembuatannnya adalah sebagai berikut.
Kawat PC Wire (tunggal), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang dengan sistem pratarik.
Kawat PC Strand (untaian), biasanya digunakan untuk baja prategang untuk beton prategang dengan sistem pascatarik.

Untaian kawat (strand) untuk system prategang umumnya disesuaikan dengan spesifikasi ASTM A-416. Yang digunakan adalah dua derajat, 1274 MPa dan 1860 MPa, dimana kata “derajat” menunjukan tegangan putus minimum yang dijamin. Pada tabel di bawah akan ditunjukkan tipikal baja yang biasa untuk digunakan.

Table Strand stress relieved Standar dengan Tujuh kawat tanpa pelapis (ASTM-416)

Diameter nominal		Kekuatan Putus	Luas Nominal Strand	Beban Minimum Pada Pemuaian 1%
inchi	mm	kN	mm2	kN
Derajat 250 (1720 MPa)
1/4	5,35	40	23,22	34
5/16	7,94	64,5	37,42	54,7
3/8	9,53	89	51,61	75,6
7/16	11,11	120,1	69,68	102,3
1/2	12,7	160,1	92,9	136,2
3/5	15,2	240,2	139,35	204,2
Derajat 270 (1860 Mpa)
3/8	9,53	102,3	58,84	87
7/16	11,11	137,9	74,19	117,2
1/2	12,70	183,7	98,71	156,1
3/5	15,24	260,7	140	221,5

Kawat PC Bar (batangan), biasanya digunakan untuk baja prategang pada beton prategang dengan sistem pratarik.

Kawat batangan ini biasanya digunakan untuk beton prategang dengan system pra-tarik (pretension). Jenis-jenis lain tendon yang sering digunakan untuk beton prategang pada sitem pre-tension adalah seven-wire strand dan single-wire. Untuk seven-wire ini, satu bendel kawat teriri dari 7 buah kawat, sedangkan single wire terdiri dari kawat tunggal.

Tabel Tipikal Baja Prategang:

Baja Prategang	Diameter (mm)	Luas (mm2)	Beban Putus (kN)	Tegangan Tarik (Mpa)
Kawat Tunggal (wire)	3	7.1	13.5	1900
	4	12.6	22.1	1750
	5	19.6	31.4	1600
	7	38.5	57.8	1500
	8	50.3	70.4	1400
Untaian Kawat (strand)	9.3	54.7	102	1860
	12.7	100	184	1840
	15.2	143	250	1750
Kawat Batangan (bar)	23	415	450	1080
	26	530	570	1080
	29	6680	710	1080
	32	804	870	1080
	38	1140	1230	1080

Tulangan biasa, yaitu tulangan yang bisa dipakai untuk beton konvensional seperti besi polos dan besi ulir.

Relaksasi Baja

Jika baja prategang ditarik hingga mencapai perpanjangan yang constant dan dijaga tetap pada selang waktu tertentu maka akan terlihat gaya prategang pada baja tersebut akan berkurang secara perlahan, besarnya kehilangan tergantung waktu dan suhu. Kehilangan gaya prategang seperti ini disebut dengan relaksasi baja (R).

Menurut besar nilai relaksasinya, baja prategang terbagi dua jenis yaitu baja prategang relaksasi normal dan baja prategang relaksasi rendah. Untuk pemakaian jangka panjang, baja prategang relaksasi rendah lebih sering dipergunakan karena lebih menguntungkan. Percobaan untuk mengetahui besarnya nilai relaksasi baja dilakukan dalam waktu 1000 jam pada tegangan konstan pada suhu 20 derajat Celcius.

Metode Penegangan

Terdapat dua cara dalam penegangan kabel, yaitu prategang pra-tarik (pretensioned prestressed concrete) dan prategang pasca tarik (post tensioned prestressed concrete)

1. Prategang pra-tarik (pre-tensioned prestressed concrete)

Biasa dilakukan di pabrik (bukan di lapangan atau di lokasi proyek). Pada metode pratarik, tendon ditegangkan dengan pertolongan alat pembantu sebelum beton dicor. Gaya konsentris dipertahankan sebelum beton dicor. 

Setelah kabel selesai ditarik dan ditahan, beton dicor. Pada umur 28 hari kabel diputus/dilepaskan dari penahannya. Transfer gaya prategang dilakukan melalui mekanisme lekatan antara beton dan permukaan kabel. Setelah beton cukup keras tendon dipotong dan gaya prategang akan tersalur ke beton melalui lekatan. Dalam pembuatan secara massal, maka metode ini sangatlah cocok.

Sebutan pratarik berarti pemberian pratarik pada baja prategang, bukan pada baloknya. Pemberian pratarik biasanya dilakukan di lokasi pembuatan beton pracetak. Penggambaran sistem pemberian pratarik dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Tahap (A):

Kabel (tendon) prategang ditarik atau diberi gaya prategang kemudian diangker pada suatu abutment tetap.

Tahap (B):

Beton dicor pada cetakan (formwork) dan landasan yang sudah disediakan sedemikian sehingga melingkupi tendon yang sudah diberi gaya prategang dan dibiarkan mengering.

Tahap (C):

Setelah beton mongering dan cukup umur dan kuat untuk menerima gaya prategang, tendon dipotong dan dilepas, sehingga gaya prategang ditransfer ke beton.

Setelah gaya prategang ditransfer ke beton, balok beton tersebut akan melengkung ke atas sebelum menerima beban kerja. Setelah beban kerja bekerja, maka balok beton tersebut akan rata.

2. Prategang pasca tarik (post tensioned prestressed concrete)

Pada metode pascatarik, tendon ditarik setelah beton dicor. Sebelum pengecoran dilakukan terlebih dahulu dipasang selongsong untuk alur dari tendon. Setelah beton jadi atau pada umur beton 28 hari, tendon dimasukkan ke dalam beton melalui selubung tendon yang sebelumnya sudah dipasang ketika pengecoran dan ditahan pada ujung-ujung balok dengan angker. Penarikan dilakukan setelah beton mencapai kekuatan yang diinginkan sesuai dengan perhitungan. Setelah penarikan dilakukan maka selongsong diisi dengan bahan grouting. Proses pemberian prategang metode pascatarik dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Pada metode pascatarik, beton dicor terlebih dahulu, dimana sebelumnya telah disiapkan saluran kabel atau tendon yang disebut duct.

Tahap (A):       

Dengan cetakan (formwork) yang telah disediakan lengkap dengan saluran/selongsong kabel prategang (tendon duct) yang dipasang melengkung sesuai bisang momen balok, beton dicor.

Tahap (B):

Setelah beton cukup umur dan kuat memikul gaya prategang, tendon atau kabel prategang dimasukkan dalam selongsong (tendon duct), kemudian ditarik untuk mendapat gaya prategang. Metode pemberian gaya prategang ini, salah satu ujung kabel diangker, kemudian ujung lainnya ditarik (ditarik dari satu sisi). Ada pula yang ditarik di kedua sisinya dan diangker secara bersamaan. Setelah diangkur, kemudian saluran di grouting melalui lubang yang telah disediakan.

Tahap (C):

Setelah diangkur, balok beton menjadi tertekan, jadi gaya prategang telah ditransfer ke beton. Karena tendon dipasang melengkung, maka akibat gaya prategang tendon memberikan beban merata ke balok yang arahnya ke atas, akibatnya balok melengkung ke atas.

Karena alasan transportasi dari pabrik beton ke lokasi proyek, maka biasanya beton prategang dengan sistem post-tension ini dilaksanakan secara segmental (balok dibagi-bagi, misalnya dengan panjang 1 – 5 m), kemudian pemberian gaya prategang dilaksanakan di lokasi proyek, setelah balok segmental tersebut dirangkai.

(untuk sifat - sifat dasar beton prategang dapat dilihat di sini)

Tahap Pembebanan Pada Beton Prategang

Tidak seperti beton konvensioanl, beton prategang mengalami beberapa tahap pembebanan. Pada setiap tahap pembebanan harus dilakukan pengecekan atas kondisi serat tekan dan serat tarik 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.

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.

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.

source:

https://www.situstekniksipil.com

https://www.pengadaan.web.id