Sifat Dasar Beton Prategang

Menurut T.Y. Lin dan Burns (1982), Ada tiga kosep dasar yang dipakai untuk menganalisis sifat-sifat dasar dari beton prategang, yaitu:

1)  Sistem Prategang untuk Mengubah Beton Menjadi Bahan yang Elastis

Merupakan buah pemikiran Eugene Freyssinet yang memvisualisasikan bahwa beton prategang pada dasarnya adalah beton yang ditransformasikan dari bahan yang getas menjadi bahan elastis dengan memberikan tekanan (desakan) terlebih dahulu (pratekan) pada bahan tersebut. Dari konsep ini lahirlah kriteria “tidak ada tegangan tarik” pada beton.

Atas dasar pandangan ini beton divisualisasikan sebagai benda yang mengalami dua sistem pembebanan : gaya internal prategang dan beban eksternal, dengan tegangan tarik akibat gaya eksternal dilawan oleh tegangan tekan akibat gaya prategang. Begitu juga retak pada beton akibat beban eksternal dicegah atau diperlambat dengan pratekan yang dihasilkan oleh tendon. Sejauh tidak terjadi retak-retak, tegangan-tegangan, regangan-regangan, dan lendutan-lendutan pada beton akibat kedua sistem pembebanan dapat dipandang secara terpisah dan bersama-sama bila perlu. 

Dalam bentuk paling sederhana, balok persegi panjang yang diberikan prategang oleh sebuah tendon yang melalui sumbu yang melalui titik berat dan dibebani oleh gaya eksternal. Gaya tarik prategang P pada tendon menghasilkan gaya tekan P yang sama pada beton yang bekerja pada titik berat tendon. Pada keadaan ini gaya berada pada titik berat penampang beton. Akibat gaya prategang P, tegangan merata sebesar:

F = P/A

Dengan:   

P      = gaya prategang efektif

F       = tegangan satuan

A      = luas penampang

Akan timbul pada penampang seluas A. jika M adalah momen eksternal pada penampang akibat beban dan berat sendiri balok, maka tegangan pada setiap titik sepanjang penampang akibat M adalah:

F = (M × Y) / I

Dengan:   

f       = tegangan satuan

M      = momen pada penampang

Y      = jarak dari sumbu yang melalui titik berat

I       = momen inersia pada penampang

Jadi distribusi tegangan yang dihasilkan adalah:

F = (P / A) ± (M × Y) / I)

Di sini gaya resultan tekan P pada beton bekerja pada titik berat tendon yang berjarak e dari c.g.c. Akibat gaya prategang yang eksentris, beton dibebani oleh momen dan beban langsung. Jika momen yang dihasilkan oleh system prategang adalah P.e, dan tegangan-tegangan akibat momen ini adalah:

F = (P × e × y) / I

Dengan, e = eksentrisitas titik berat tendon dari c.g.c (mm)

maka, distribusi tegangan yang dihasilkan adalah:

F = P / A ± P . e . y / A ± M . y / I

F = P / A (1 ± e / k) ± M / Ak

 

2)  Sistem Prategang untuk Kombinasi Baja Mutu Tinggi dengan Beton Mutu Tinggi

Konsep ini mempertimbangkan beton prategang sebagai kombinasi (gabungan) dari baja dan beton, seperti pada beton bertulang, dimana baja menahan tarikan dan beton menahan tekanan, dengan demikian kedua bahan membentuk kopel penahan untuk melawan momen eksternal.

Pada beton prategang, baja mutu tinggi ditanam pada beton, seperti pada beton bertulang biasa, beton di sekitarnya akan menjadi retak berat sebelum seluruh kekuatan baja digunakan. Oleh karena itu, baja perlu ditarik sebelumnya (pratarik) terhadap beton. Dengan menarik dan menjangkarkan ke beton dihasilkan tegangan dan regangan pada baja. 

Kombinasi ini memungkinkan pemakaian yang aman dan ekonomis dari kedua bahan dimana hal ini tidak dapat dicapai jika baja hanya ditanamkan dalam bentuk seperti pada beton bertulang biasa.

Pada masalah yang tanpa prategang, baja secara khusus diberi ulir untuk membuat. rekatan (bond), dengan maksud untuk mendistribusikan retak. Cara ini menghindari pengeluaran biaya untuk meregangkan dan mengangkurkan baja mutu tinggi tetapi tidak memberikan hasil yang diinginkan seperti gaya pratekan pada beton dan pengontrolan lendutan.

3)  Sistem Prategang untuk mencapai keseimbangan beban

Sistem prategang untuk mencapai keseimbangan beban. Konsep ini terutama menggunakan prategang sebagai suatu usaha untuk membuat keseimbangan gaya-gaya pada sebuah balok. Penerapan dari konsep ini menganggap beton diambil sebagai benda bebas dan menggantikan tendon dengan gaya-gaya yang bekerja pada sepanjang beton.

Suatu balok beton di atas dua perletakan (simple beam) yang diberi gaya prategang F melalui suatu kabel prategang dengan lintasan parabola. Beban akibat gaya prategang yang terdistribusi secara merata ke arah atas dinyatakan:

Wb    = (8.F.h)/L²

Dimana:

Wb   = Beban merata kearah atas, akibat gaya prategang F

H      = Tinggi parabola lintasan kabel prategang

L       = Bentangan Balok

F       = Gaya prategang

Jadi beban merata akibat beban (mengarah ke bawah) diimbangi oleh gaya merata akibat prategang Wb yang mengarah ke atas.

Jenis Beton Prategang

Jenis prategang kadang-kadang dibuat berdasarkan tingkatan prategang yang akan bekerja pada komponen struktur :

1. Penampang Balok Prategang Penuh Terlentur (Full Prestressed)

Adalah komponen struktur yang didesain sedemikian sehingga pada beban kerja tidak terjadi tegangan tarik.

Analisis penampang balok prategang terlentur dilakukan berdasarkan perhitungan tegangan pada penampang saat kondisi elastis, yaitu pada kondisi beban kerja (service load). Pembebanan pada penampang balok prategang terdiri dari beberapa kondisi, yaitu:

1. Saat pembangunan, dimana pada saat ini beban yang dipikul balok adalah berat sendiri balok;
2. Saat selesai pembangunan dan bangunan dalam keadaan tak digunakan, dimana beban yang dipikul balok ada berat sendiri balok dan beban mati lainnya;
3. Saat bangunan digunakan, dimana beban yang bekerja adalah berat sendiri balok, beban mati lainnya, dan beban hidup.

2. Beton Prategang Parsial

Adalah komponen struktur yang didesain sedemikian sehingga pada beban kerja masih memungkinkan terjadinya tegangan tarik pada komponen struktur akibat beban kerja.

Beton prategang parsial merupakan kombinasi dari beton bertulang dan beton prategang penuh. Penggunaan desain beton prategang parsial pada penampang balok akan menghemat jumlah tendon yang dipakai, tetapi agar kekuatan penampang tetap sama maka digunakan sejumlah baja tulangan. Penampang beton prategang parsial tidak dapat memikul beban lebih (overload) dari beban kerja yang direncanakan, maka penampang diharuskan menggunakan beton prategang penuh.

Beton prategang parsial memiliki kelebihan dan kekurangan dibandingkan beton prategang penuh. 

Kelebihan beton prategang parsial adalah, sebagai berikut:

1. Beton prategang parsial memerlukan jumlah tendon yang lebih sedikit dibandingkan dengan beton prategang penuh, sehingga beton prategang parsial lebih ekonomis
2. Tidak akan menimbulkan lendutan ke atas (camber) akibat besarnya gaya pratekan
3. Memiliki daktilitas lebih baik, terutama pada saat terjadi beban siklus (cyclic loading)

Kekurangan beton prategang parsial dibandingkan beton prategang penuh adalah,

sebagai berikut:

1. Penampang sudah dalam keadaan retak pada saat kondisi beban kerja (service load)
2. Lendutan yang terjadi akan lebih besar

source:

 https://www.situstekniksipil.com