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 (PRESTRESSED CONCRETE)

BETON PRATEGANG

1                                1. Sejarah

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 srtuktur-struktur 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 perkembangan 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 prestressing 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 prestressing” 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.

2.      Aplikasi

Penggunaan sistem prategang pada elemen struktural linier adalah dengan memberikan

gaya konsentris atau eksentris dalam arah longitudinal. 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.

 

Selain itu, pemberian tegangan (stressing) juga digunakan pada cerobong reaktor nuklir,

pipa, dan tangki cairan, yang pada dasarnya mengikuti prinsip-prinsip dasar yang sama dengan

pemberian prategang linier. Tegangan melingkar pada struktur silindris atau kubah menetralisir

tegangan tarik di serat terluar dari permukaan kurvilinier yang disebabkan oleh tekanan kandungan

internal.

  

Struktur beton prategang mempunyai beberapa keuntungan, antara lain :

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

b)        Kedap air, cocok untuk pipa dan tangki.

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

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

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

f)         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.

Adapun kekurangan dari penggunaan beton prategang adalah :

a)      Dengan 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.

b)      Penggunaan bahan-bahan bermutu tinggi mengakibatkan harga satuan pekerjaan menjadi lebih tinggi.

c)      Pengerjaan membutuhkan menuntut ketelitian yang lebih tinggi dan pengawasan yang lebih ketat dari pelaksana ahli.

3.      Sifat-Sifat Bahan

a)      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 dibandingkan beton mutu rendah,. Sifat-sifat

ini sangat penting untuk menghindarkan kehilangan tegangan yang cukup besar akibat sifat-sifat

beton tersebut.

b)     Baja Prategang

Baja mutu tinggi merupakan bahan yang umum dipakai pada struktur beton prategang. Baja untuk beton prategang terdiri dari:

           Kawat baja

Kawat baja disediakan dalam bentuk gulungan, kawat dipotong dengan panjang tertentu dan dipasang di pabrik atau lapangan. Baja harus bebas dari lemak untuk menjamin rekatan antara beton dengan baja prategang.

           Untaian kawat (strand)

Kekuatan batas strand ada 2 jenis yaitu 1720 MPa dan 1860 MPa, yang lazim dipakai adalah strand dengan 7 kawat.