Prate Gang

A. PENDAHULUAN I. Sejarah Pekembangan Beton Pratekan Beton adalah suatu bahan yang mempunyai kekuatan yang tinggi terhadap tekan, tetapi sebaliknya mempunyai kekuatan relative sangat rendah terhadap tarik. Beton tidak selamanya bekerja secara efektif didalam penampang-penampang struktur beton bertulang, hanya bagian tertekan saja yang efektif bekerja, sedangkan bagian beton yang retak dibagian yang tertarik tidak bekerja efektif dan hanya merupakan beban mati yang tidak bermanfaat. Hal inilah yang menyebabkan tidak dapatnya diciptakan srtukturstruktur beton bertulang dengan bentang yang panjang secara ekonomis, karena terlalu banyak beban mati yang tidak efektif. Disampimg itu, retak-retak disekitar baja tulangan bisa berbahaya bagi struktur karena merupakan tempat meresapnya air dan udara luar kedalam baja tulangan sehingga terjadi karatan. Putusnya baja tulangan akibat karatan fatal akibatnya bagi struktur. Dengan kekurangan-kekurangan yang dirasakan pada struktur beton bertulang seperti diuraikan diatas, timbullah gagasan untuk menggunakan kombinasi-kombinasi bahan beton secara lain, yaitu dengan memberikan pratekanan pada beton melalui kabel baja (tendon) yang ditarik atau biasa disebut beton pratekan. Beton pratekan pertama kali ditemukan oleh EUGENE FREYSSINET seorang insinyur Perancis. Ia mengemukakan bahwa untuk mengatasi rangkak,relaksasi dan slip pada jangkar kawat atau pada kabel maka digunakan beton dan baja yang bermutu tinggi. Disamping itu ia juga telah menciptakan suatu system panjang kawat dan system penarikan yang baik, yang hingga kini masih dipakai dan terkenal dengan system FREYSSINET. Dengan demikian, Freyssinet telah berhasil menciptakan suatu jenis struktur baru sebagai tandingan dari strktur beton bertulang. Karena penampang beton tidak pernah tertarik, maka seluruh beban dapat dimanfaatkan seluruhnya dan dengan system ini dimungkinkanlah penciptaan struktur-struktur yang langsing dan bentang-bentang yang panjang. Beton pratekan untuk pertama kalinya dilaksanakan besar-besaran dengan sukses oleh Freyssinet pada tahun 1933 di Gare Maritime pelabuhan LeHavre (Perancis). Freyssenet sebagai bapak beton pratekan segera diikuti jejaknya oleh para ahli lain dalam mengembangkan lebih lanjut jenis struktur ini,seperti: a). Yves Gunyon Yves Gunyon adalah seorang insinyur Perancis dan telah menerbitkan buku Masterpiecenya “ Beton precontraint” (2 jilid) pada tahun 1951. Beliau memecahkan kesulitan dalam segi perhitungan struktur dari beton pratekan yang diakibatkan oleh gaya-gaya tambahan disebabkan oleh pembesian pratekan pada struktur yang mana dijuluki sebagai “Gaya Parasit” maka Guyon dianggap sebagai yang memberikan dasar dan latar belakang ilmiah dari beton pratekan. b). T.Y. Lin T.Y. Lin adalah seorang insinyur kelahiran Taiwan yang merupakan guru besar di California University, Merkovoy. Keberhasilan beliau yaitu mampu memperhitungkan gaya-gaya parasit yang tejadi pada struktur. Ia mengemukakan teorinya pada tahun 1963 tentang “ Load Balancing”. Dengan cara ini kawat atau kabel prategang diberi bentuk dan gaya yang sedemikian rupa sehingga sebagian dari beban rencana yang telah datetapkan dapat diimbangi seutuhnya pada beban seimbang ini. Didalam struktur tidak terjadi

lendutan dan karenanya tidak bekerja momen lentur apapun, sedangkan tegangan beton pada penampang struktur bekerja merata. Beban-beban lain diluar beban seimbang (beban vertikal dan horizontal) merupakan “inbalanced load”, yang akibatnya pada struktur dapat dihitung dengan mudah dengan menggunakan teori struktur biasa. Tegangan akhir dalam penampang didapat dengan menggunakan tegangan merata akibat “Balanced” dan tegangan lentur akibat “Unbalanced Load”. Tanpa melalui prosedur rumit dapat dihitung dengan mudah dan cepat. Gagasan ini telah menjurus kepada pemakaian baja tulangan biasa disamping baja prategang, yaitu dimana baja prategang hanya diperuntukkan guna memikul akibat dari Inbalanced Load. Teori “inbalanced load” telah mengakibatkan perkembngan yang sangat pesat dalam menggunakan beton pratekan dalam gedung-gedung bertingkat tinggi. Struktur flat slab, struktur shell, dan lain-lain. Terutama di Amerika dewasa ini boleh dikatakan tidak ada gedung bertingkat yang tidak menggunakan beton pratekan didalam strukturnya. T.Y. Lin juga telah berhasil membuktikan bahwa beton pratekan dapat dipakai dengan aman dalam bangunan-bangunan didaerah gempa, setelah sebelumnya beton pratekan dianggap sebagai bahan yang kurang kenyal (ductile) untuk dipakai didaerah-daerah gempa, tetapi dikombinasikan dengan tulangan baja biasa ternyata beton pratekan cukup kenyal, sehingga dapat memikul dengan baik perubahan-perubahan bentuk yang diakibatkan oleh gempa. c). P.W. Abeles P.W. Abeles adalah seorang insinyur Inggris, yang sangat gigih mendongkrak aliran” Full Prestressing”, karena penggunaanya tidak kompetitif terhadap penggunaan beton bertulang biasa dengan menggunakan baja tulangan mutu tinggi. Penggunaan Full Prestessing ini tidak ekonomis, menurut berbagai penelitian biaya struktur dengan beton pratekan dan Full Prestressing dapat sampai 3,5 atau 4 kali lebih mahal dari pada struktur yang sama tetapi dari beton bertulang biasa dengan menggunakan tulangan baja mutu tinggi. Dengan demikian timbullah gagasan baru yang dikemukakan oleh P.W. Abeles untuk mengkombinasikan prinsip pratekan dengan prinsip penulangan penampang atau dikenal dengan nama “Partial Prestressing”. Yang mana didalam penampang diijinkan diadakannya bagi tulangan, lebar retak dapat dikombinasikan dengan baik. “Partial Prestrssing” telah disetujui oleh Chief Engineer’s Departement untuk digunakan pada jembatan-jembatan kereta api di Inggris, dimana tegangan tarik boleh terjadi sampai 45 kg/cm2 dengan lebar retak yang dikendalikan dengan memasang baja tulangan biasa. Freyssinet sendiri menjelang akhir karirnya telah mengakui juga bahwa “Partial Prestressing” mengembangkan struktur-struktur tertentu. Begitupun dengan teori “Load Balancing” dari T.W. Lin yang ikut mendorong dipakainya “Partial Prestressing” karena pertimbangannya kecuali segi ekonomis juga segi praktisnya bagi perencanaan. II. Tujuan Tujuan pemberian gaya pratekan adalah timbul tegangan-tegangan awal yang berlawanan dengan tegangan- tegangan yang oleh beban-beban kerja. Dengan demikian konstruksi dapat memikul beban yang lebih besar tanpa merubah mutu betonnya. III. Untung/ rugi dibandingkan beton bertulang ? Dapat dipakai pada bentang-bentang yang besar ? Bentuknya langsing, berat sendiri lebih kecil, lendutan lebih kecil ? Hanya dapat memikul beban dalam satu arah,kurang cocok untuk pembebanan bolak balik

? Beton mutu tinggi, tidak mudah retak, lebih aman/ tahan terhadap pengaruh cuaca sehingga bahaya karatan dari baja oleh merembesnya air atau uap-uap korosif dapat dibatasi ? Lebih ekonomis apabila dipakai pada bentang-bentang yang besar ? Diperhitungkan alat-alat pelengkap (dongkrak, jangkar, pipa pembungkus, alat untuk memompa martel, dan lain-lain) dan juga diperlukan pengawasan pelaksanaan yang ketat. B. BETON Untuk beton pratekan diperlukan mutu beton yang tinggi (min K-300) karena mempunyai sifat penyusutan dan rangkak yang rendah, mempunyai modulus elastisitas dan modulus tekan yang tinggi serta dapat menerima tegangan yang lebih besar. Sifat-sifat ini sangat penting untuk menghindarkan kehilangan tegangan yang cukup besar akibat sifat-sifat beton tersebut ? Pada beton bertulang biasa berlaku ketentuan dalam PBI 71 dimana modulus elastisitas (Ebo) beton dihubungkan dengan pembebanan yang cepat. ? Pada beton pratekan, pembebanan oleh gaya prestress berlangsung lama maka dipakai modulus sekam (Eb) Dimana menurut ACI : Eb= 1.800.000 + 500 T’bk (PSi Pound per Square Inchi). C. BAJA Untuk beton pratekan digunakan baja bermutu tinggi kehilangan-kehilangan tegangan yang diakibatkan oleh sifat-sifat baja dapat diperkecil. Adapun jenis-jenis baja yang dipakai dalam beton pratekan: ? Kawat baja (Wire) Beberapa kawat baja sejajar yang digabungkan sehingga membentuk suatu kabel (Tendon) Pada pretentioning kabel ini tidak terbungkus, sedangkan pada post tentioning kabel dibungkus pipa bergerigi (Tendon) ? Tali baja (Strand) : diameter 3 mm Biasanya 6 buah kawat dililitkan pada satu kawat inti (Swin Write Strand). Digunakan pada Pretentioning. ? Batang baja (Bar) : diameter ? 20 mm D. CARA PEMBERIAN TEGANGAN ? Pretentioning : kabel ditarik dulu sebelum dicor ? Post Tentioning : kabel ditarik setelah beton cukup keras Pemberian pra tegangan bias penuh (full prestressing) atau sebagian saja (partial prestressing). - Full Prestressing : tidak boleh ada bagian tarik - Partially Presstressing : boleh ada bagian tarik E. KEHILANGAN PRATEGANGAN 1. Sehubungan dengan sifat-sifat baja: ? Akibat penggelinciran pada waktu dongkrak dilepaskan ? Akibat gesekan : - Dalam dongkrakan sendiri - Pada unit penjangkaran (tepi dongkrak) - Gesekan kabel dengan dinding pembungkus ? Akibat rangkak 2. Sehubungan dengan sifat-sifat beton :

? Akibat elastisitas beton ? Akibat rangkak dan susut dari beton 3. Akibat perubahan bentuk kronstruksi (Lenturan) ? System prestensioning 18% ? System Post tensioning 15% 4. PEMERIKSAAN TEGANGAN-TEGANGAN PADA PENAMPANG MELINTANG Untuk memeriksa tegngan-tegangan yang terjadi diserat atas dan bawah pada suatu penampang yang mana telah diketahui dimensinya, besarnya gaya prategang, awal dan transfer, letaknya kabel, serta besarnya momen lentur yang bekerja, maka perlu ditinjau beberapa keadaan antara lain : ? Keadaan awal - super posisi :a). Tegangan-tegangan akibat gaya prestesing awal b). Tegangan akibat berat sendiri ? setelah kehilangan tegangan - Super posisi ? Setelah beban luar bekerja - Tegangan akibat beben luar - Tegangan akhir (Super Posisi dari hasil 2 dan 3) Rumus umum :? = Bila kabel diletakkan dititik berat beban, jadi e = 0 ?=5. PEMERIKSAAN TEGANGAN PADA KOMPOSIT Tegangan-tagangan yang harus ditinjau dalam beberapa keadaan : ? Keadaan awal penampang precast - tegangan akibat gaya prestress akhir - tegangan akibat berat sendiri ? setelah kehilangan tegangan (penampang precast) - Tegangan akibat gaya prestress akhir - Tegagan akibat berat sendiri precest ? Setelah beton dicor (penampang precast) - Tegangan akibat gaya prestress akhir - Tegangan akibat berat sendiri precast + cast in place ? Setelah beban luar bekerja (penampang komposit) - Tegangan akibat beban luar - Tegangan-tegangan akhir Rumus umum pada F tidak berlaku 6. DAERAH AMAN UNTUK JALANNYA KABEL ? Analisa penampang memanjang : Akibat dari gaya prategang baja mengalami tarikan, akibatnya beton mengalami tekanan yang besarnya sama dengan tarikan P = D. Sebelum beban luar bekerja, resultante gaya tarik pada baja dan resultante gaya tekan pada beton berhimpit yaitu pada titik berat baja. Setelah beban luar bekerja (beban vertical), berarti ada momen postif akibat beban luar tersebut maka pad asetiap penampang timbul momen perlawanan yang bersal dari momen kopel antara P dan D. Letak garis kerja P tetap,sedangkan letak garis D berubahubah sesuai dengan besarnya kopel yang timbul.

Jawaban Terbaik - Dipilih oleh Penanya langsung copy paste aja ya dari bukunya prestress is usually imparted to a concrete member by highly tensioned steel reinforcement (wire, strand, or bar) reacting on the concrete. The highstrength prestressing steel is most often tensioned using hydraulic jacks. The tensioning operation may occur before or after the concrete is cast and, accordingly, prestressed members are classified as either pretensioned or post-tensioned. Pretensioned concrete The prestressing tendons are initially tensioned between fixed abutments and anchored. With the formwork in place, the concrete is cast around the highly stressed steel tendons and cured. When the concrete has reached its required strength, the wires are cut or otherwise released from the abutments. As the highly stressed steel attempts to contract, the concrete is compressed. Prestress is imparted via bond between the steel and the concrete. Pretensioned concrete members are often precast in pretensioning beds long enough to accommodate many identical units simultaneously. To decrease the construction cycle time, steam curing may be employed to facilitate rapid concrete strength gain and the concrete is often stressed within 24 hours of casting. Because the concrete is usually stressed at such an early age, elastic shortening of the concrete and subsequent creep strains tend to be high. This relatively high time-dependent shortening of the concrete causes a significant reduction in the tensile strain in the bonded, prestressing steel and a relatively high loss of prestress. Post-tensioned concrete With the formwork in position, the concrete is cast around hollow ducts which are fixed to any desired profile. The steel tendons are usually in place, unstressed in the ducts during the concrete pour, or alternatively may be threaded through the ducts at some later time. When the concrete has reached its required strength, the tendons are tensioned. Tendons may be stressed from one end with the other end anchored or may be stressed from both ends. The tendons are then anchored at each stressing end. The concrete is compressed during the stressing operation and the prestress is maintained after the tendons are anchored by bearing of the end anchorage plates onto the concrete. The post-tensioned tendons also impose a transverse force to the member wherever the direction of the cable changes. After the tendons have been anchored and no further stressing is required, the ducts containing the tendons are often filled with grout under pressure. In this way, the tendons are bonded to the concrete and are more efficient in controlling cracks and providing ultimate strength. Bonded tendons are also less likely to corrode or lead to safety problems if a tendon is subsequently lost or damaged. In some situations, however, particularly in North America and Europe, tendons are not grouted for reasons of economy and remain permanently unbonded. Most in situ prestressed concrete is post-

tensioned. Relatively light and portable hydraulic jacks make on-site post-tensioning an attractive proposition. Post-tensioning is also used for segmental construction of largespan bridge girders. Prestress may also be imposed on new or existing members using external tendons or such devices as flat jacks. These systems are useful for temporary prestressing operations but may be subject to high time-dependent losses.

Sejarah Perkembangan Beton Prategang

Penerapan pertama dari beton prategang dimulai oleh P.H. Jackson dari California, Amerika Serikat. Pada tahun 1886 telah dibuat hak paten dari kontruksi beton prategang yang dipakai untuk pelat dan atap. Pada waktu yang hampir bersamaan yaitu pada tahun 1888, C.E.W. Doehting dari Jerman memperoleh hak paten untuk memprategang pelat beton dari kawat baja. Tetapi gaya prategang yang diterapkan dalam waktu yang singkat menjadi hilang karena rendahnya mutu dan kekuatan baja. Untuk mengatasi hal tersebut oleh G.R. Steiner dari Amerika Serikat pada tahun 1908 mengusulkan dilakukannya penegangan kembali. Sedangkan J. Mandl dan M. Koenen dari Jerman menyelidiki identitas dan besar kehilangan gaya prategang. Eugen Freyssonet dari Perancis yang pertama-tama menemukan pentingnya kehilangan gaya prategang dan usaha untuk mengatasinya. Berdasarkan pengalamannya membangun jembatan pelengkung pada tahun 1907 dan 1927, maka disarankan untuk memakai baja dengan kekuataan yang sangat tinggi dan perpanjangan yang besar. Kemudian pada tahun 1940 diperkenalkan sistem prategang yang pertama dengan bentang 47 meter di Philadelphia (Walnut Lane Bridge) seperti gambar dibawah ini :

Setelah Fresyssinnet para sarjana lain juga menemukan metode-metide prategang. Mereka adalah G.Magnel (Belgia), Y.Guyon (Perancis), P. Abeles (Inggris), F. Leonhardt (Jerman), V.V. Mikhailov (Rusia), dan T.Y. Lin (Amerika Serikat). Sekarang telah dikembangkan banyak sistim dan teknik prategang. Dan beton prategangan sekarang telah diterima dan banyak dipakai, setelah melalui banyak penyempurnaan hampir pada setiap elemen beton prategang, misalnya pada jembatan, komponen bangunan seperti balok, pelat dan kolom, pipa dan tiang panjang, terowongan dan lain sebagainya. Dengan beton prategang dapat dibuat betang yang besar tetapi langsing. Struktur beton prategang mempunyai beberapa keuntungan, antara lain 1. Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, jadi lebih tahan terhadap keadaan korosif. 2. Kedap air, cocok untuk pipa dan tangki. 3. Karena terbentuknya lawan lendut sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhirnya akan lebih kecil dibandingkan pada beton bertulang. 4. Penampang struktur lebih kecil/langsing, sebab seluruh luas penampang dipakai secara efektif. 5. Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi beton biasa. 6. Ketahanan gesek balok dan ketahanan puntirnya bertambah. Maka struktur dengan bentang besar dapat langsing. Tetapi ini menyebabkan Natural Frequency dari struktur berkurang, sehingga menjadi dinamis instabil akibat getaran gempa/angin, kecuali bila struktur itu memiliki redaman yang cukup atau kekakuannya ditambah.

BETON PRATEGANG

STRUKTUR PRATEGANG STRATEGI PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR DENGAN ELEMEN KABEL PRATEGANG EKSTERNAL MENGGUNAKAN PROGRAM BANTU SAP2000 Modelling and Analyzing Strategy for Structures With External PreStressed Cables Using SAP2000 kabel

sangat efisien sebagai elemen tarik, terlebih lagi bila diberi efek prategang. Aplikasinya akan menjadi luas bila penggunaan elemen kabel digabung dengan elemen tekan untuk membentuk struktur utama. Kabel dapat diletakkan di bagian dalam (balok prategang) atau di bagian luar (sistem cable-stayed). Struktur kabel prategang sederhana dapat dianalisis seperti struktur rangka batang, tetapi bila strukturnya semakin kompleks, analisis dapat menjadi tidak akurat apabila timbul gaya tekan pada elemen kabel. Elemen kabel hanya dapat menahan gaya tarik. Selain itu, pada konfigurasi struktur tertentu, elemen kabel mengalami deformasi yang lebih besar dibandingkan elemen rangka batang. Oleh karenanya, analisis terhadap struktur kabel dengan menggunakan program komputer yang tidak menyediakan option khusus untuk elemen kabel harus dilakukan dengan cermat. Tulisan ini bertujuan untuk menyajikan strategi pemodelan dan analisis struktur berkabel prategang. eksternal dengan menggunakan program SAP2000 (student version) yang tidak memiliki option khusus untuk analisis kabel. Fitur prategang dan pembebanan temperatur negatif pada

SAP2000 dapat digunakan untuk memodelkan efek prategang pada elemen kabel. Namun analisis dengan program ini terbatas pada struktur dengan kabel prategang eksternal yang dapat diasumsikan berperilaku linier. Kata kunci: pemodelan struktur, prategang eksternal, elemen kabel, SAP2000 Secara umum, penggunaan kabel prategang eksternal pada struktur menurut fungsinya dapat dibagi dua. Pertama adalah kabel prategang ekternal yang digunakan sebagai elemen utama pemikul beban struktur. Kabel prategang eksternal seperti ini misalnya digunakan pada jembatan cable-stayed dan struktur atap dengan sistem cable stayed (Gambar 1). Fungsi kabel prategang eksternal. Kedua adalah sebagai elemen sekunder untuk memperkuat struktur utama. Contoh aplikasinya adalah kabel prategang yang digunakan pada struktur jembatan rangka batang. Fungsi kabel prategang pada jembatan rangka batang ini adalah untuk meningkatkan kemampuan rangka batang dalam menerima beban dan memperkecil lendutan yang terjadi. Analisis terhadap struktur dengan kabel prategang eksternal tidaklah sederhana. Sifat material kabel yang hanya dapat memikul tegangan tarik dan fleksibilitasnya yang tinggi menyebabkan perilaku struktur kabel dalam memikul beban menjadi berbeda dari struktur lainnya. Struktur kabel dengan konfigurasi yang sederhana dapat dianalisis secara langsung dengan mengasumsikan struktur tersebut sebagai rangka batang. Hasil analisisnya akan tepat apabila gaya yang bekerja pada elemen kabel tersebut adalah tarik (Gambar 2a). Namun tidak semua konfigurasi struktur kabel menghasilkan gaya tarik pada kabel. Ada pula konfigurasi yang menimbulkan gaya tekan pada elemen kabel (Gambar 2b). Konfigurasi yang dapat menimbulkan gaya tekan pada elemen kabelnya tidak dapat langsung dianalisis sebagai rangka batang biasa, karena hasilnya akan tidak akurat. Gaya prategang harus diberikan pada elemen kabel tersebut agar dapat memikul tekan. Sifat khusus elemen kabel lainnya seperti yang telah disebutkan di atas adalah fleksibel. Elemen kabel dapat mengalami perubahan bentuk sesuai dengan gaya yang diberikan padanya. Perubahan bentuk tersebut ada yang kecil sehingga dapat diabaikan. Namun pada konfigurasi tertentu, perubahan bentuk yang terjadi besar, sehingga

bentuk struktur sebelum dan setelah dibebani berbeda. Pada konfigurasi struktur yang perubahan bentuknya kecil, analisis dengan mengasumsikan elemen kabel sebagai rangka batang dapat digunakan. Sedangkan pada konfigurasi struktur yang mengalami perubahan bentuk besar, analisis akan menjadi tidak akurat jika mengasumsikan kabel sebagai rangka batang. Oleh karena sifat khusus dari elemen kabel tersebut, analisis terhadap kabel dengan program komputer struktur yang tidak secara khusus.menyediakan fitur untuk analisis kabel harus dilakukan dengan strategi tertentu. Strategi yang dimaksud mencakup strategi penggunaan fitur-fitur untuk memodelkan kabel dan asumsi yang harus digunakan agar diperoleh hasil analisis kabel yang benar. PROGRAM SAP2000 SAP2000 adalah program komputer struktur yang banyak dikenal dan digunakan oleh kalangan teknik sipil di Indonesia [1]. Program ini dilengkapi dengan fitur-fitur untuk memodelkan dan menganalisis berbagai tipe struktur baik secara statik maupun dinamik [2]. Versi program SAP2000 yang digunakan pada tulisan penelitian ini adalah SAP2000 student version. SAP2000 student version merupakan versi program yang penggunaannya dikhususkan untuk kalangan pendidikan. Versi resmi SAP2000 ini dapat di-download secara bebas di beberapa home page, antara lain di beberapa situs internet [3-4] APLIKASI ELEMEN KABEL PRATEGANG EKSTERNAL PADA SAP2000 Pada bagian ini akan dilakukan analisis terhadap aplikasi elemen kabel pada SAP2000 sebagai kabel prategang eksternal pada struktur. Analisis akan dilakukan terhadap dua contoh kasus. Kasus pertama merupakan contoh konfigurasi struktur sederhana yang digunakan untuk mengilustrasikan kondisi elemen kabel yang diberi gaya prategang. Sedangkan kasus kedua merupakan aplikasi elemen kabel sebagai kabel prategang pada struktur rangka batang yang dianalisis oleh Ayyub, Ibrahim dan Schelling