BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Beton merupakan material yang kuat dalam kondisi tekan, akan tetapi lemah dalam

kondsi tarik. Rendahnya kapasitas tarik tersebut, maka retak lentur terjadi pada taraf

pembebanan yang masih rendah. Maka untuk mengurangi atau mencegah berkembangnya

retak tersebut, gaya konsentris atau eksentris diberikan dalam arah longitudinal elemen

struktural. Gaya ini mencegah berkembangnya retak dengan cara 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 berprilaku

elastis, dan hampir semua kapasitas beton dalam memikul tekan dapat secara efektif

dimanfaatkan di seluruh tinggi penampang beton pada saat semua beban bekerja pada

struktur tersebut.

Gaya longitudinal yang diterapkan tersebut disebut beton prategang, yaitu gaya tekan

yang memberikan prategang pada penampang disepanjang bentang suatu elemen struktural

sebelum bekerjanya beban mati dan beban hidup transversal atau beban hidup horisontal

transien. Jenis pemberian gaya prategang, bersama besarnya ditentukan terutama berdasarkan

jenis system yang dilaksanakan dan panjang bentang serta kelangsingan yang

dikehendaki.karena gaya prategang diberikan secara longitudinal.

1.2 Riwayat Beton Prategang

Pada tahun 1872, P.H Jackson seorang insiyur dari California mendapatkan paten untuk

system struktural yang menggunakan tie rod untuk membuat balok atau pelengkung dari

blok-blok. Pada awal tahun 1920 W.H Hewett dari Minneapolis mengembangkan prinsip-

prinsip pemberian prategang melingkar. Tegangan melingkar horizontal disekeliling tangki

beton dengan menggunakan trekstang untuk mencegah retak akibat tekanan cairan.setelah itu

pemberian prategang pada tangki air dan pipa berkembang pesat di Amerika Serikat.

Pemberian prategang linier kemudian terus berkembang di Eropa dan Perancis yang

dikembangkan oleh Eugene Fryssinet pada tahun 1926-1928 dimana untuk mengatasi

kehilangan prategang dengan cara menggunakan baja berkekuatan tinggi dan berdaktilitas

tinggi.

P.W Abeles dari inggris memperkenalkan dan mengembangkan konsep pemberian

prategang parsial pada tahun 1930-1960. F. Leonhard dari jerman, V. Mikhailov dari rusia

dan T.Y Lin dari Amerika Serikat juga memberikan konstrubusi banyak pada seni dan ilmu

pengetahuan tentang desain beton prategang. Metode pemberian keseimbangan beban dari

Lin ini sangat dihargai.

Kemudian setelah itu beton prategang digunakan pada gedung, struktur bawah tanah,

menara, struktur lepas pantai , cerobong reaktur nuklir maupun berbagai jenis-jenis jembatan.

1.3 Rumusan Masalah

1. Apa perbandingan beton prategang dengan beton bertulang ?

2. Apa saja kelebihan dan kekuranngan beton prategang ?

3. Bagaimana prinsip dasar beton prategang?

4. Apa saja metode pemberian gaya prategang pada beton prategang?

5. Apa saja tegangan-tegangan yang terjadi pada beton prategang?

BAB II

STUDI PUSTAKA

2.1 Perbandingan dengan beton prategang

Tegangan permanen di komponen struktur prategang diberikan sebelum seluruh beban mati

dan beban hidup bekerja, agar tegangan tarik netto ditimbulkan oleh beban-beban tersebut dapay

dieleminasi atau sangat dikurangi. Pada beton bertulang, diasumsi bahwa kuat tarik beton dapat

di abaikan. Hal ini disebabkan gaya tarik yang berasal dari momen lentur di tahan oleh lekatan

yang terjadi antara tulangan dan beton. Dengan demikian, retak dan defleksi pada dasarnya tidak

dapat kembali di dalam beton bertulang apabila komponen struktur tersebut telah mencapai

kondisi batas pada saat mengalami beban kerja.

Tulangan di dalam komponen struktur beton bertulang tidak memberikan gaya dari dirinya

pada komponen struktur tersebut, suatu hal yang berlawanan dengan aksi baja prategang. Baja

yang dibutuhkan untuk menghasilkan gaya prategang di dalam komponen prategang secara aktif

memberi beban awak komponen struktur, sehingga memungkinkan terjadinya pemulihan retak

dan defleksi

Dengan mengontrol besarnya prategang, suatu system struktur dapat dibuat fleksibel atau

kaku tanpa mempengaruhi kekuatannya. Pada beton bertulang, perilaku yang fleksibel sangatlah

sulit. Struktur fleksibel seperti tiang fender harus menyerap banyak energi dan beton prategang

mampu memenuhi kebutuhan tersebut

2.2 Kelebihan dan kekurangan

Komponen struktur beton prategang mempunyai tinggi lebih kecil dibandingkan beton

bertulang untuk kondisi bentang dan beban yang sama. Pada umumnya, tinggi komponen

prategang berkisar antara 65-80% dari tinggi komponen struktur bertulang. Dengan demikian

beton prategang membutuhkan sedikit beton. Namun material ini harus dibayar dengan tingginya

harga material bermutu tinggi. Selain itu cetakan ntuk beton prategang menjadi lebih kompleks

karena geometri penampang prategang biasanya terdisi atas penampang bersayap dengan badan

yang tipis.

No. Perbedaan Beton Prategang Beton Bertulang

1. Kuat Tarik Tegangan permanen

diberikan sebelum seluruh

beban mati dan hidup

bekerja, supaya tegangan

tarik netto yang ditimbulkan

oleh beban-beban tersebut

dapat dikurangi.

Dapat diabaikan

2. Tulangan Baja Baja yang dibutuhkan untuk

menghasilkan gaya

prategang secara aktif

memberi beban awal pada

komponen struktur, sehingga

memungkinkan terjadinya

pemulihan retak dan defleksi

Tidak memberikan gaya

dari dirinya pada

komponen struktur

tersebut.

Tabel 2.1. Perbandingan Sifat dan Perilaku Material antara Beton Bertulang dengan Beton Prategang

2.3 Prinsip Dasar Prategang

Akibat gaya prategang diberikan secara longitudinal di sepanjang atau sejajar dengan sumbu

komponen struktur, maka prinsip-prinsip prategang dikenal sebagai pemberian prategang linier.

Pemberian tegangan melingkar, yang digunakan dalam cerobong reaktor nuklir, pipa dan tanki

cairan, pada dasarnya mengikuti prinsip-prinsip dasar yang sama dengan pemberian prategang

linier. Tegangan melingkar pada struktur silindris, menetralisir tegangan tarik di serat luar dari

permukaan kurvilinier yang disebabkan oleh tekanan kandungan internal.

Gambar 2.1. Prinsip-prinsip dasar prategang

Berdasarkan Gambar 2.1, dapat dijelaskan secara mendasar aksi pemberian prategang pada

kedua jenis sistem struktural dan respon tegangan yang dihasilkan. Pada bagian (a), blok-blok

beton bekerja bersama sebagai sebuah balok akibat pemberian gaya prategang tekan P yang

besar. Meskipun mungkin blok-blok tersebut tergelincir dan dalam arah vertikal mensimulasikan

kegagalan gelincir geser, akan tetapi pada kenyataannya tidak demikian. Hal ini disebabkan

adanya gaya longitudinal P. Dengan cara yang sama, papan-papan kayu di dalam bagian (c)

kelihatannya dapat terpisah satu sama lain akibat dari adanya tekanan radial internal yang

bekerja padanya. Akan tetapi, karena adanya prategang tekan yang diberikan oleh pita logam

sebagai bentuk dari pemberian prategang melingkar, papan-papan tersebut tetap menyatu

2.4 Metode Pemberian Gaya

Pada dasarnya ada 2 macam metode pemberian gaya prategang pada beton, yaitu:

1. Pratarik (pra-tension), dimana tendon ditarik sebelum beton dicor

2. Pasca tarik (post-tension), dimana tendon ditarik setelah beton dicor

2.4.1 Metode Pratarik ( Pre-Tension Method )

Pelaksanaan pemberian prategang dengan cara pratarik (pre-tension) didefinisikan dengan

memberikan prategang pada beton dimana tendon ditarik untuk ditegangkan sebelum dilakukan

pengecoran adukan beton ke dalam bekisting yang telah disiapkan. Pelaksanaan cara pratarik ini,

umumnya dilakukan pada suatu tempat khusus di lapangan pencetakan (casting yard). Adapun

langkah-langkah pelaksanaannya adalah sebagai berikut :

1. Pertama-tama tendon dipasang memanjang di antara dua jangkar di tempat pengecoran

mengikuti pola tertentu sesuai dengan perhitungan seperti yang terlihat pada Gambar III.1.a.

Tendon tersebut kemudian ditarik hingga mencapai nilai tegangan tarik (fsi) tidak lebih besar

dari 85% kuat tarik ultimitnya (fpu) dan tidak lebih dari 94% kuat lelehnya (fpy). Kemudian,

tendon dalam keadaan tertarik tersebut di angkur kuat-kuat pada kedua ujungnya sedemikian

rupa sehingga gaya tarik tetap tertahan pada tendon tersebut.

2. Apabila bekisting belum dipasang di tempatnya, segera dipasang mengitari beton sesuai

dengan bentuk komponen yang direncanakan. Kemudian, dilakukan pengecoran adukan

beton ke dalam bekisting berisi tendon dalam keadaan tertarik dan dilanjutkan dengan

pekerjaan perawatan pengerasan beton.

Dalam pelaksanaannya harus disertai upaya pengendalian keamanan dan kualitas pekerjaan

mengingat resiko bahaya kecelakaan yang dihadapi, termasuk pelaksanaan perawatan

pengerasan beton yang harus dijaga sebaik mungkin, sedemikian rupa sehingga didapat hasil

akhir berupa beton mutu tinggi yang melekat dengan baik pada tendon yang sudah

ditegangkan (ditarik). Lihat Gambar III.1.b

3. Apabila beton telah mencapai kekerasan dan kekuatan tertentu, yang memerlukan waktu ±

24 jam, tendon dipotong di tempat penjangkarannya. Karena tendon terekat kuat dengan

beton, maka seketika setelah dipotong atau dilepas pada angkurnya akan terjadi pelimpahan

gaya prategang tinggi (To) kepada beton, seperti tampak pada Gambar III.1.c.

Gaya prategang mengakibatkan beton cenderung memendek apabila letak tendon sentris

terhadap penampang, atau melengkung akibat desakan apabila letak tendon tidak sentris.

Tegangan-tegangan yang timbul sesaat setelah tendon dipotong dari angkurnya disebut

sebagai tegangan pada saat transfer (pelimpahan tegangan).

Dengan diputusnya tendon dan berlangsung pelimpahan tegangan, beban mati (berat sendiri)

diperhitungkan bekerja serentak bersamaan dengan gaya prategang. Keadaan tersebut

diilustrasikan pada Gambar III.1.d yang merupakan keadaan tegangan paling kritis yang

timbul sesaat setelah berlangsung pelimpahan, tetapi sebelum terjadi kehilangan gaya

prategang.

Untuk keadaan bersifat sementara ini, SNI-03 memberikan batasan tegangan tarik di bagian

atas balok tidak melampui (sekitar 40% kuat tarik) dan tegangan tekan di bagian tepi

bawah tidak melebihi . Apabila tegangan tarik terhitung melampui nilai tersebut,

harus dipasang tulangan tambahan (nonprategang atau prategang) di daerah tarik untuk

memikul gaya tarik total dalam beton yang dihitung berdasarkan asumsi penampang utuh.

4. Setelah cukup kuat dan sesuai persyaratan, komponen prategang dapat dilepas dan diangkat

dari cetakannya untuk dipindahkan ke lapangan penyimpanan sehingga tempat pencetakan

dapat dipakai untuk proses prategang berikutnya.

a. Tendon ditarik di antara dua angkur

b. Bekisting dipasang dan adukan beton dicor di dalamnya

c. Tendon dipotong dan gaya tekan dilimpahkan kepada beton

d. Kombinasi beban mati dan prategang

e. Kombinasi beban mati, beban hidup, setelah kehilangan gaya prategang

Gambar 2.2. Komponen Struktur Pratarik

Setelah proses hilangnya gaya prategang berlangsung (Gambar III.1.e), pada tahap pelayanan

beban kerja tersusun suatu kombinasi beban mati, beban hidup dan gaya prategang. SNI-03

memberikan batasan tegangan tarik pada bagian tepi bawah balok tidak boleh melebihi ,

sedangkan tegangan tekan pada bagian tepi atas tidak melebihi . Nilai tegangan tarik ijin

tersebut diambil hanya sedikit di bawah nilai modulus runtuh beton normal, yaitu ,

karena kemungkinan bahaya retak atau tekuk secara tiba-tiba di daerah tersebut hanya kecil

karena umumnya posisi tendon berada di dekat serat bawah.

2.4.2 Metode Pasca tarik ( Post-Tension Method )

Pelaksanaan pemberian prategang dengan cara pasca tarik (post-tension) didefinisikan sebagai

cara memberikan prategang pada beton, dimana tendon baru ditarik setelah betonnya dicetak

terlebih dahulu dan mempunyai cukup kekerasan untuk menahan tegangan sesuai dengan yang

dinginkan. Adapun langkah-langkah pelaksanaannya adalah sebagai berikut :

1. Bekisting beton dipasang di tempat yang sesuai dengan rencana letak komponen struktur

dengan sekaligus dipasangi pipa selongsong lentur yang dibuat dari plastik atau metal, yang

akan menyelubungi tendon. Pipa selongsong tendon diletakkan di dalam bekisting dengan

posisinya diatur dan ditahan untuk membentuk pola tertentu sesuai dengan momen

perlawanan yang direncanakan.

2. Kemudian adukan beton dicor ke dalam bekisting dengan menjaga agar pipa selongsong

tendon tetap kokoh pada posisinya dan tidak kemasukan adukan, kemudian dilakukan

perawatan pengerasan beton secukupnya sampai mencapai kekuatan tertentu.

3. Selanjutnya, tendon dimasukkan ke dalam pipa selongsong yang sudah disiapkan ke dalam

beton. Pada cara lain, ada juga yang menempatkan pipa selongsong lengkap dengan tendon

di dalam bekisting sebelum dilakukan pengecoran adukan beton.

4. Tendon ditarik dengan menggunakan jacking di satu ujung dan angkur mati atau plat

penahan pada ujung lainnya. Kadang-kadang angkur mati atau plat penahan sudah disiapkan

dipasang tertanam pada ujung komponen.

Fungsi angkur digabungkan dengan cara-cara yang mencengkram tendon agar tidak terjadi

slip (penggelinciran) dalam rangka upaya agar beban atau tegangan tarikan tetap bertahan

pada tendon.

Pada saat penarikan tendon, sudah terjadi kehilangan gaya prategang berupa : perpendekan

elastis, kehilangan tegangan akibat gesekan dan sebagian momen beban mati sudah bekerja

sebagai dampak dari posisi lengkung tendon. Dengan demikian, gaya jacking harus sudah

memperhitungkan hal-hal yang menyangkut kehilangan tegangan tersebut. Pembatasan

tegangan-tegangan ijin pada tahap-tahap pelimpahan dan pelayanan diambil sama dengan

yang diberikan untuk cara pra tarik

5. Apabila digunakan tendon bonded, terutama pada lingkungan korosif, ruang kosong di dalam

pipa selongsong yang mengelilingi tendon, harus diisi penuh pasta semen dengan cara

disuntikkan (grouting) setelah tendon ditarik atau sebelum beban hidup bekerja. Apabila

demikian halnya, maka tegangan akibat beban hidup dihitung berdasarkan penampang

transformasi seperti yang dilakukan pada cara pra tarik. Tetapi ada juga tendon yang tetap

dibiarkan unbonded tanpa penyuntikan pasta semen, tegantung pada kebutuhan untuk

perlindungan tendon dan perhitungan ekonomi. Untuk keadaan demikian, gaya prategang

hanya diperhitungkan bekerja terhadap penampang betonnya saja (bukan penampang

transformasi) paling tidak sampai tercapainya keadaan seperti pada Gambar III.1.d.

6. Umunya angkur ujung setelah dikunci (dimatikan) perlu ditutupi atau dilindungi dengan lapis

pelindung.

2.5 Tegangan – tegangan pada beton prategang

Gaya prategang P yang memenuhi kondisi geometri dan pembebanan tertentu untuk suatu

elemen, dapat ditentukan berdasarkan prinsip-prinsip mekanika, hubungan tegangan-regangan

dan dapat dilakukan penyederhanaan yang diasumsikan bersifat homogen dan elastis.

Ketidakmampuan beton dalam menahan tegangan tarik secara efektif digantikan oleh gaya tekan

pada tendon prategang. Tendon adalah suatu unsur yang direntangkan yang dipakai dalam

komponen struktur beton untuk memberi gaya prategang pada beton tersebut. Umumnya,

material yang digunakan sebagai tendon adalah kawat (wire), untaian kawat (strand) dan batang

baja (bar). Material-material tersebut terbuat dari baja berkekuatan tarik tinggi.

2.5.1. Tegangan Normal dan Lentur

1. Tegangan Normal

Pada gambar I.2, digambarkan suatu balok persegi panjang dengan tumpuan sederhana yang

mengalami gaya prategang P konsentri

Gambar 2.3 Distribusi tegangan akibat gaya prategang pada tendon konsentrik

Dari gambar di atas terlihat bahwa tegangan tekan di penampang balok tersebut seragam dan

mempunyai intensitas sebesar :

dimana : f : Tegangan

A : Luas penampang balok (b x h )

P : Gaya tekan konsentris

2. Tegangan Lentur

Apabila suatu balok persegi panjang dengan tumpuan sederhana yang mengalami

gaya prategang P konsentris dan beban transversal di sepanjang balok (lihat Gambar I.3), maka

akan menimbulkan momen M di tengah bentang.

Gambar 2.4. Distribusi tegangan akibat gaya prategang dan berat sendiri pada tendon

konsentrik

Besar tegangan yang terjadi sebagai berikut :

dimana : f t : Tegangan di serat atas

fb : Tegangan di serat bawah

c : Titik Berat, H/2 untuk penampang persegi panjang

I : Momen Inersia Bruto penampang

Dari persamaan diatas terlihat bahwa tegangan tekan prategang akan mengurangi tegangan

lentur tarik sebesar yang dikehendaki dalam desain, kemungkinan dapat sampai tarik hilang

sama sekali (bahkan sampai menjadi tekan) atau tarik yang diperkenankan dalam peraturan.

2.5.2. Sifat Eksentrisitas Kabel Prategang

Penempatan tendon prategang secara eksentris dibawah sumbu netral di tengah bentang,

bertujuan untuk menimbulkan tegangan tarik akibat prategang di serat atas penampang seperti

yang ditunjukkan pada gambar I.4 dan I.5.

Gambar 2.5. Distribusi tegangan akibat gaya prategang pada tendon eksentrik

Gambar 2.6. Distribusi tegangan akibat gaya prategang dan berat sendiri pada tendon

eksentrik

Apabila tendon diletakkan pada eksentrisitas e dari pusat berat beton (garis cgc), maka timbul

momen Pe dan besar tegangan di tengah bentang adalah :

dimana : f t : Tegangan di serat atas

fb : Tegangan di serat bawah

c : Titik berat, H/2 untuk penampang persegi panjang

Ig : Momen inersia penampang

Karena penampang tumpuan balok tidak memikul momen akibat beban luar transversal, maka

terjadinya tegangan serat tarik yang besar pada serat atas balok akibat adanya gaya prategang

eksentris. Untuk membatasi tegangan seperti itu, profil eksentrisitas tendon prategang (garis cgc)

dibuat lebih kecil pada penampang tumpuan daripada pada penampang tengah bentang atau tidak

ada sama sekali atau mungkin eksentrisitas tersebut negatif yang berarti di atas garis cgc.

2.6 Gambar-gambar

2.6.1. Contoh Produk Beton Prategang

2.6.2. Contoh Cetakan Produk Beton Prategang

Dudukan rel

Sheet Pile

2.6.3. Penampang Balok I Prategang

2.6.4. Penampang Balok Hollow Prategang

2.6.5. Penulangan pada Balok Prategang

Daftar Pustaka

Nawy, Edward. 2000. Beton Prategang. Jakarta:Erlangga Yulianti, Ria Catur. 2005. Beton Prategang http://bestananda.blogspot.com/2012/12/konsep-konsep-dasar-pemberian-prategang.html http://sastrasipilindonesia.wordpress.com/2011/06/20/bab-iv-beton-pratekan-beton-

prategang/