Beton Prategang dan Beton Pracetak

BETON

Beton adalah material bahan yang terdiri dari semen, agregat (split dan pasir), air, serta bahan tambahan (addmixture) baik kimia maupun mineral jika diperlukan.

Karakteristik beton antara lain :

1.         Kuat tekan tinggi.

2.         Harga murah.

3.         Bahan-bahan penyusun mudah didapat.

4.         Mudah diolah.

5.         Tahan terhadap api

6.         Tahan lama, minimal untuk jangka waktu 30-40 tahun.

7.         Tidak mengalami pembususkan.

8.         Biaya pemeliharaan rendah.

9.         Tahan terhadap temperatur tinggi dan anti-korosi

10.       Kekuatan pada umur 28 hari, minimal 70% dari kekuatan yang sebenarnya.

Dapat kita lihat bahwa karakteristik dari beton sebagian besar merupakan kelebihan beton dibandingkan dengan bahan konstruksi lainnya. Kita dapat ambil poin yang pertama. Beton memiliki kuat tekan yang tinggi. Karakteristik ini sangat tepat jika beton digunakan untuk daerah bangunan yang mengalami kuat tekan yang besar. Berbeda dengan baja, baja cenderung kuat terhadap gaya tarik. Namun lemah jika mengalami gaya tekan.

Beton juga tahan terhadap api. Berbeda dengan kayu (yang tidak tahan api) hanya mampu menahan api (jika terjadi kecelakaan) tidak lebih dari 1 jam. Beton mampu menahan api minimal 4 jam sejak api itu mengenai beton. Dengan pemeliharaan yang rendah, beton menjadi solusi bagi pemilik proyek yang hanya mempunyai sedikit uang umtuk pemeliharaan. Tidak seperti baja dan kayu yang membutuhkan biaya pemeliharaan yang besar.

Akan tetapi dalam pemakaiannya dalam pembangunan konstruksi. Sama seperti bahan material lainnya, beton juga memiliki kekurangan. Kita mengetahui secara jelas bahwa beton memiliki kuat tekan yang tinggi, namun kenyataannya bahwa beton sangat lemah terhadap gaya tarik. Untuk itu dibuatlah beton bertulang dengan tulangan baja yang bukan hanya saja kuat terhadap tekan namun tarik pula. Atau berat jenis beton yang tinggi membutuhkan alat berat untuk mengangkut beton (jika proyek tersebut berskala menengah ke atas). Beberapa kekurangan beton antara lain:

1.      Cenderung lemah terhadap gaya tarik.

2.      Jika sudah dibentuk (keras) sukar diubah kembali.

3.      Pelaksanaan membutuhkan ketelitian, pengawasan serta etos kerja yang tinggi.

4.      Berat jenis beton tinggi.

5.      Daya pantul suara besar.

6.      Membutuhkan cetakan sebagai media pembentuk beton.

7.      Beton yang sudah jadi tidak bisa didaur ulang.

8.      Jika didiamkan akan langsung mengeras. Ini menyulitkan para kontraktor untuk tetap membuat beton segar. Membutuhkan alat berat yang mengeluarkan biaya tambahan.

Dari sini kita dapat mengambil poin bahwa setiap bahan konstruksi mempunyai kelebihan dan kekurangan. Dan sebagai salahsatu materi yang dipelajari di fakultas teknik sipil. Teknologi bahan konstruksi berusaha mencari metode dan inovasi yang sesuai dengan tuntutan masyarakat.

Pada kesempatan ini yang perlu ditekankan adalah pembuatan beton yang baik dan benar. Jika kita melakukan pembuatan beton secara baik dan benar. Maka beton yang dihasilkan adaah baik pula. Karekateristik beton yang baik yakni:

1.      Homogen, artinya semua bahan tercampur dengan baik dan tidak mengalami segregasi ( pemisahan bahan-bahan penyusun).

2.      Strength, artinya sebuah beton mempunyai kekuatan seperti yang kita rencanakan. Kelebihan maupun kekurangan keuatan menunjukkan bahwa ada kesalahan yang kita lakukan. Baik pada pemilihan bahan, pengaturan komposisi, pencampuran maupun perawatan beton.

3.      Durable, keawetan beton juga minimal sesaui dengan apa yang direncanakan. Biasanya beton mempunyai daya awet hingga 40-50 tahun. Setidaknya beton yang sudah berumur 40 tahun sudah diganti. Karena kekuatannya akan menurun secara perlahan yang dikhawatirkan akan mempengaruhi pembagian beban terhadap struktur bangunan.

4.      Economic, harga yang ekonomis bukan berarti harganya murah. Ekonomis berarti pelaksanaan dan pemakaian beton memenuhi standar efisiensi dan efektivitas pekerjaan. Kebanyakan akan menyangkut masalah biaya. Jadi wajar jika beton mempunyai harga yang lebih murah dibanding bahan konstruksi lainnya.

Yang terakhir adalah bagaimana sifat keefisienan dan keefektivan sebuah pekerjaan akan menghasilkan beton yang optimum.

Dalam keadaan yang mengeras, beton bagaikan batu karang dengan kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat diberi bermacam bentuk, sehingga dapat digunakan untuk membentuk seni arsitektur atau semata - mata untuk tujuan dekoratif. Beton juga akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengelolaan akhir dilakukan dengan cara khusus, umpamanya diekspos agregatnya (agregat yang mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan di bagian luar, sehingga nampak jelas pada permukaan betonnya). Selain tahan terhadap seranganapi seperti yang telah disebutkan diatas, beton juga tahan terhadap serangan korosi. Secara umum kelebihan dan kekurangan beton adalah:

a.       Kelebihan

1.      Dapat dengan mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan konstruksi.

2.      Mampu memikul beban yang berat

3.      Tahan terhadap temperatur yang tinggi

4.      Biaya pemeliharaan yang kecil

b.      Kekurangan

1.      Bentuk yang telah dibuat sulit diubah

2.      Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi

3.      Berat

4.      Daya pantul suara yang besar

Sebagian besar bahan pembuat bton adalah bahanlokal (kecuali semen portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara ekonomi. Namun pembuatan beton akan menjadi mahal jika perencana tidak memahami karakteristik bahan - bahan penyusun beton yangharus disesuaikan degan perilaku struktur yang akan dibuat.

Nilai kuat tekan beton dengan kuat tariknya tidak berbanding lurus. Setiap usaha perbaikan mutu kekuatan tekan hanya disertai oleh peningkatan yang kecil dari kuat tariknya. Menurut perkiraan kasar, nilai kuat tarik berkisar antara 9 % - 15 % kuat tekannya. Nilai pastinya sulit diukur. Pendekatan hitungan biasanya dilakukan dengan menggunakan modulus of rapture, yaitu tegangan tarik beton yang muncul pada saat pengujian tekan beton normal (normal concrete). Kecilnya kuat tarik beton ini merupakan salahsatu kelemahan dari beton biasa. Untuk mengatasinya, beton dikombinasikan dengan tulangan beton dimana baja biasa digunakan sebagai tulangannya. Alasan penggunaan baja sebagai tulangan beton adalah koefisien baja hampir sama dengan koefisien beton. Beton tersebut didefinisikan sebagai beton yang ditulangi dengan luas dan jumlah yang tidak kurang dari jumlah minimum yang diisyaratkan dalam pedoman perencanaan, dengan atau tanpa pratekan, dan direncanakan berdasarkan asumsi bahwa kedua material bekerja sama dalam menahan gaya yang bekerja (SKBI.1.4.53 1989:4).

Beton dapat juga dicampur dengan bahan lain seperti composite atau bahan lain sesuai dengan perilaku yang akan diberikan terhadap beton tersebut, misalnya beton pra tekan atau beton pra tegang (pre-stressing), beton pra-cetak (pre-cast). Beton juga dapat digunakan untuk strukur yang memerlukan bahan struktur yang ringan, mialnya beton ringan struktural (SKBI. 1.4.53, 989:5) yaitu beton yang mengandung agregat ringan dan mempunyai massa kering udara yang sesuai dengan syarat seperti yang ditentukan oleh ”Testing Method for Unit Weihgt of Structural Lightweight Concrete” (ASTM C-567). Beratnya tidak lebih dari 1900 kg/m3.

Beton Prategang

Riwayat perkambangan.

Tingakat perkembangan dalam bidang beton prategang saat ini adalah hasil dari penelitian yang dilakukan terus-menerus yang dilakukan oleh para insinyur  dan ilmuwan dalam bidang ini selama kurun waktu 90 tahun terakir.

dalam tahun 1886, Jackson  dari San  Fransissco mengajukan paten untuk “konstruksi batu buatan dan perkerasan beton” dimana telah diperkanalkan prategang dengan menarik batang-batang tulangan yang disusun dalam pipa-pipa (sleever). dohring dari jerman membuat pelat-pelat dan balok-balok kecil dalam tahun 1888, dengan memakai kabel-kabel tarik yang di tanamkan dalam beton untuk menghindari retak.

Gagasan prategang untuk melawan tegangan yang disebabkan oleh beban pertama-tama telah ditemukan oleh insiyur Austria bernama mandl dalam tahun 1896. M.Koenen, dari jerman, lebih lanjut mengembangkan hal ini dengan melaporkan adanya kehilangan-kehilangan prategang yang disebabkanoleh perpendekan elastis dalam beton tahun 1907. Pentingnya kehilangan prategang yang disebabkan oleh penyusutan beton pertama kali disadarii olehsteiner di Amerika Serikat pada tahun 1908. dalam tahun 1923, emperger dari viena telah mengembangkan suatu metode untuk membuat pipa beton bertulang dengan kabel, dengan cara membalutkan kabel baja tegangan tingipada pipa dengan tegangan berkisar 160-800N/mm2.

Pemakai tendon tak-terekat  (unbonded tendon)  pertama-tama ditunjukan olehDischinger pada tahun 1928, dalam pembangunan suatu jembatan besar dengan tipe gelagar tinggi di mana kabel-kabel telah ditempatkan didalam gelagar tanpa direkatkan. Kehilangan prategang dapat dikompensasikan dengan menarik kembali kabel- kabel tersebut setelah ditempatkan. Berdasarkan penelitian-penelitian yang melelahkan terhadap sifat-sifat beton dan baja,  Freyssiner dalam tahun 1928 menunjukan keuntungan-keuntungan dari pemakaian baja dan beton  berkekutan tinggi untuk memperhitungan berbagai kehilangan prategang yang disebabkan oleh rangkak (creep) dan susut (shrinkage) pada beton.

Berkembangnya teknik vibrasi untuk memproduksi beron berkekutan tinggi dan ditemukanya dongkrak yang bekerjarangkap untuk penegang kabel-kabel baja berkekuatan tarik tinggi dianggap sebagai kontribusi yang penting dari Freysttein antara tahun 1928 dan 1933.

Penggunaan beton prategang menyebar secara cepat pada tahun 1935  dan seterusnya, dan banyak jembatan dengan panjang telah dibangun antarah tahun 1945 dan 1950 di eropa dan Amerika. Selama 25 tahun terakir, beton prategang telah dipakai secara luas untuk pembangunan jembatan dengan bentang panjang, atap cangkang untuk bangunan industri, struktur bangunan laut, bejanan tekanan nuklir,  struktur bangunan penahan air, tiang jaringan transmisi, bantalan jalan baja dan berbagai jenis struktur laiya.Guyon mengatakan “barngkali tidak ada masalah struktural dimana prategang tidak dapat menyelesaikan masalahdan barangkali merupakan sesuatu yang revolusioner. prategang adalah sesuatu yang lebih dari sekedar teknik: ia adalah suatu prinsip umum.

Struktur beton prategang mempunyai beberapa keuntungan, antara lain :

·         Terhindarnya retak terbuka di daerah tarik, jadi lebih tahan terhadap keadaan korosif.

·         Kedap air, cocok untuk pipa dan tangki.

·         Karena terbentuknya lawan lendut sebelum beban rencana bekerja, maka lendutan akhirnya akan lebih kecil dibandingkan pada beton bertulang.

·         Penampang struktur lebih kecil/langsing, sebab seluruh luas penampang dipakai secara efektif.

·         Jumlah berat baja prategang jauh lebih kecil dibandingkan jumlah berat besi beton biasa.

·         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.

Prinsip Dasar Prategang

akibat gaya prategang yang 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 tangki cairan, pada dasarnya mengikuti prinsip=prinsip dasar yang sama dengan pemberian tegangan  linier. Tegangantarik di serat luar dari permukaan kurviliniier yang disebabkan oleh tekanan kandungan internal.

Dapat dijelaskan secara mendasar aksi pemberian prategang kedua jenis sistem struktural dan respons tegangan yang dihasilkan. pada bagian (a) blok-blok beton bekerja sebagai sebuah balok akibat pemberian tekan P yang besar. Meskipun mungkin blok-blok tersebut tergelincir dan arah vertikal mensimulasikan kegagalan  gelincir geser, akan tetapi kenyataanya tidak demikian, Hal ini desebabkan adanya gaya longitudinal P.

Dengan cara yang sama papan-papan kayu di dalam bagian (c) kelihatan dapat terpisah satu sama lain akibat adanya tekanan internal yang diberikan oleh pita logam sebagai bentuk dari pemberian prategang melingkar, papan-papan tersebut tetap menyatu.

Beton Pratekan

Seperti yang telah diketahui bahwa beton adalah suatu material yang tahan terhadap tekanan, akan tetapi tidak tahan terhadap tarikan. Sedangkan baja adalah suatu material yang sangat tahan terhadap tarikan. Dengan mengkombinasikan antara beton dan baja dimana nanti akan disebut sebagai beton bertulang ( reinforced concrete ). Jadi pada beton bertulang, beton hanya memikul tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik dipikul oleh baja sebagai penulangan ( rebar ). Sehingga pada beton bertulang, penampang beton tidak 100% efektif digunakan, karena bagian yang tertarik tidak diperhitungkan sebagai pemikul tegangan. Hal ini dapat dilihat pada sketsa gambar disamping.

Suatu penampang beton bertulang dimana penampang beton yang diperhitungkan untuk memikul tegangan tekan adalah bagian diatas garis netral ( bagian yang diarsir ), sedangkan bagian dibawah garis netral adalah bagian tarik yang tidak diperhitungkan untuk memikul gaya tarik karena beton tidak tahan terhadap tegangan tarik. Gaya tarik pada beton bertulang dipikul oleh besi penulangan ( rebar ). Kelemahan lain dari konstruksi beton bertulang adalah berat sendiri ( self weight ) yang besar, yaitu 2.400 kg/m3 , dapat dibayangkan berapa berat penampang yang tidak diperhitungkan untuk memikul tegangan ( bagian tarik ).

Untuk mengatasi ini pada beton diberi tekanan awal sebelum beban-beban bekerja, sehingga seluruh penampang beton dalam keadaan tertekan seluruhnya, inilah yang kemudian disebut beton pratekan atau beton prategang ( prestressed concrete ). Perbedaan utama antara beton bertulang dengan beton pratekan adalah cara kerjanya. Cara kerja beton bertulang adalah mengkombinasikan antara beton dan baja tulangan dengan membiarkan kedua material tersebut bekerja sendiri-sendiri, dimana beton memikul tekan dan tulangan baja memikul tarik. Sedangkan beton pratekan mempunyai cara kerja dengan mengkombinasikan beton dan tulangan baja secara aktif. Cara aktif ini dapat dicapai dengan cara menarik baja yang menahannya ke beton, sehingga beton dalam keadaan tertekan.

Kelebihan beton pratekan :

1.      Tahan terhadap korosi karena tahan retak di daerah tarik

2.      Lebih kedap air

3.      Lendutan lebih kecil

4.      Penampang lebih kecil dari beton bertulang biasa/ volume lebih kecil

5.      Berat baja yang digunakan lebih sedikit

6.      Ketahanan geser dan puntir lebih besar

Kekurangan beton pratekan :

1.         Berat jenis sedikit lebih besar

Prinsip Dasar Beton Pratekan

Beton pratekan dapat didefinisikan sebagai beton yang diberikan tegangan tekan internal sedemikian rupa sehingga dapat meng-eleminir tegangan tarik yang terjadi akibat beban eksternal sampai suatu batas tertentu. Ada 3 ( tiga ) konsep yang dapat dipergunakan untuk menjelaskan dan menganalisa sifat-sifat dasar dari beton pratekan atau prategang :

1.      Sistem pratekan/prategang untuk mengubah beton yang getas menjadi bahan yang elastis.

2.      Sistem pratekan untuk kombinasi baja mutu tinggi dan beton mutu tinggi

3.      Sistem prategang untuk mencapai keseimbangan beban

Metode Prategangan

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

1.      Pratarik ( Pre-Tension Method ) Cara kerja metode ini baja prategan diberi gaya prategang dahulu sebelum beton dicor, oleh karena itu disebut pre-tension method. 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.      Pasca tarik ( Post-Tension Method ) Pada metode pascatarik, beton dicor terlebih dahulu, dimana sebelumnya telah disiapkan saluran kabel atau endon yang disebut duct. Karena alasan transportasi dari pabrik beton ke site, maka biasanya beton prategang dengan sistem post-tension ini dilaksanakan segmental ( balok dibagi-bagi, misalnya dengan panjang 1 -1,5 m ), kemudian pemberian gaya prategang dilaksanakan di site, setelah balok segmental tersebut dirangkai.