PERBANDINGAN KEHILANGAN GAYA PRATEKAN JANGKA PANJANG PADA STRUKTUR BALOK DI GEDUNG* Reynold Andika Pratama Binus University, Jl. KH. Syahdan No. 9 Kemanggisan Jakarta Barat, 5345830, reynold_andikapratama@yahoo.com Reynold Andika Pratama, Made Suangga ABSTRAK Kehilangan gaya prategang pada suatu balok beton prategang tidak dapat diukur dengan mudah. Bermacam-macam kehilangan gaya prategang akan menurunkan gaya prategang menjadi nilai yang lebih rendah, sehingga beban yang dipikul balok prategang menjadi lebih rendah pula. Selisih antara gaya prategang akhir dengan gaya prategang awal dinamakan kehilangan prategang (losses). Kehilangan gaya prategang jangka panjang dapat terjadi karena adanya rangkak pada beton, susut pada beton, dan relaksasi pada tendon. Rangkak, susut, dan relaksasi juga dipengaruhi oleh mutu beton yang digunakan, umur beton pada saat dibebani, kelembaban udara pada beton, dan jumlah semen yang digunakan. Berdasarkan analisa yang dilakukan, didapat kesimpulan yaitu semakin besar mutu beton yang digunakan maka semakin kecil persentase kehilangan gaya prategang, semakin lama umur beton dibebani maka semakin kecil persentase kehilangan gaya prategang, semakin tinggi kelembaban udara pada beton maka semakin kecil persentase kehilangan gaya prategang, dan semakin tinggi jumlah semen yang digunakan maka semakin kecil persentase kehilangan gaya prategang. (rap) Kata Kunci : kabel, gaya tarik, frekuensi alami, midas civil PENDAHULUAN Beton adalah bahan yang memiliki kekuatan tinggi dalam menahan tekan, tetapi memiliki kekurangan yaitu lemah terhadap tarik. Beton juga tidak bekerja secara aktif didalam penampang-penampang struktur beton bertulang, hanya bagian tertekan saja yang efektif bekerja, sedangkan bagian beton yang tertarik tidak bekerja secara efektif dan menyebabkan keretakan pada beton. Hal inilah yang menyebabkan tidak dapatnya diciptakan struktur-struktur beton bertulang dengan bentang yang panjang secara ekonomis, karena terlalu banyak beban mati yang bekerja. Selain itu, retakan disekitar baja tulangan dapat membahayakan struktur karena merupakan tempat meresapnya air dan udara luar kedalam baja tulangan sehingga terjadi karatan. Akibatnya sangat fatal bagi struktur apabila terjadi putus dalam baja tulangan akibat karatan.dengan kekurangan-kekurangan seperti yang diuraikan seperti diatas maka ada gagasan untuk memberikan pratekan pada beton melalui kabel baja (tendon) yang ditarik atau biasa disebut beton pratekan. Beton pratekan pertama kali ditemukan oleh Eugene Freyssinet yang merupakan 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 sistem panjang kawat dan sistem penarikan yang baik, yang hingga kini masih dipakai dan terkenal dengan sistem Freyssinet. METODE PENELITIAN Tahapan awal dalam penelitian ini adalah dengan melakukan identifikasi terhadap masalah yang akan diteliti dalam penelitian. Setelah menemukan masalah yang akan diteliti, dilakukan studi pustaka dengan mempelajari jurnal jurnal yang berkaitan dengan permasalahan yang akan diteliti. Selanjutnya, dilakukan pengumpulan data yaitu data untuk contoh kasus struktur balok di suatu gedung parkir. Dari kasus tersebut, dilakukan pemeriksaan terhadap beban-beban yang bekerja, desain balok prategang yang dapat menahan momen-momen yang bekerja, dan parameter-parameter yang dapat mempengaruhi dalam kehilangan gaya pratekan jangka panjang. Setelah didapatkan hasil dan analisa pada contoh kasus, diberikan kesimpulan dan saran sebagai langkah akhir dalam penelitian.
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian HASIL DAN BAHASAN Analisa Desain Balok Prategang di Gedung Balok yang ditinjau dalam kasus ini adalah balok di lantai 6 pada suatu gedung parkir. Gambar Tabel 1 Data Umum Balok Prategang Mutu beton (fc ) = 40 MPa Bentuk balok = Balok T Panjang balok = 24 m Dimensi balok =100x80 cm Tebal Pelat Lantai (hf) = 130 cm B efektif = 2880 cm Gambar 1 Potongan Melintang Balok (dalam satuan mm)
Gambar 2 Penampang Balok T Data penampang Balok T adalah sebagai berikut : No Data Penampang Notasi Nilai Satuan 1 Momen Inersia I 10528847 cm 4 2 Luas Penampang A 10704 cm 2 3 Jarak dari pusat penampang ke serat atas terluar Y a 39,011 cm 4 Jarak dari pusat penampang ke serat bawah terluar Y b 60,989 cm 5 Modulus Penampang pada serat atas S a 269893 cm 3 6 Modulus Penampang pada serat bawah S b 172636 cm 3 7 Eksentrisitas 1 e 1 0,098 m 8 Eksentrisitas 2 e 2 0,392 m Momen-momen yang bekerja pada balok ini antara lain momen akibat berat sendiri, beban mati, beban hidup, dan beban gempa. Momen kombinasi maksimumnya adalah sebagai berikut : Untuk tumpuan kiri, momen maksimumnya adalah -240298,71 kg.m Untuk lapangan, momen maksimumnya adalah 121928,27 kg.m Untuk tumpuan kanan, momen maksimumnya adalah -233715,72 kg.m Melalui perhitungan ditentukan P efektif awal adalah 440000 kg. Dalam menentukan P efektif awal, tidak diperhitungkan momen akibat gempa karena momen akibat gempa ditanggung oleh tulangan balok, namun momen akibat gempa akan digunakan pada saat pemeriksaan kapasitas penampang. Setelah didapatkan Pe sebesar 440000 kg, maka dilakukan perhitungan balancing load dengan langkah-langkah sebagai berikut : 2 x Pe x e & = (0,1 x L) 2 = 14968,80 kg/m 2 x Pe x e & = (0,4 x L) 2 = 3742,20 kg/m Gambar 3 Balancing Load Berdasarkan Layout Kabel Berdasarkan data perhitungan diatas, untuk menganalisa besarnya momen prestress, digunakan perhitungan dengan program Elemen Hingga (Etabs), sehingga didapatkan hasil sebagai berikut :
Tabel 2 Prestress Moment Titik Jarak (m) Prestressmoment (kg.m) x 0 0 103598,980 x 1 1,2 95977,170 x 2 2,4 67473,880 x 3 3,6 30962,290 x 4 4,8 773,970 x 5 6-25736,670 x 6 7,2-46634,010 x 7 8,4-47293,640 x 8 9,6-58694,930 x 9 10,8-64670,040 x 10 12-65406,060 x 11 13,2-62382,820 x 12 14,4-54058,110 x 13 15,6-40307,200 x 14 16,8-40572,390 x 15 18-21620,270 x 16 19,2 2945,140 x 17 20,4 31266,020 x 18 21,6 65872,920 x 19 22,8 92471,510 x 20 24 98188,630 Kemudian, momen prestress yang didapat tersebut dikontrol tegangannya pada kondisi servis dan transfer. Dimana tegangan izin beton pada kondisi servis adalah -183,49 kg/cm 2 x 32,24 kg/cm 2 dan tegangan izin beton pada kondisi transfer adalah -195,72 kg/cm 2 x 14,42 kg/cm 2. Dari perhitungan ternyata didapatkan hasil bahwa dengan P efektif awal 440000 kg masih dapat menahan tegangan di kondisi servis dan transfer sehingga melalui metode trial dan error didepatkan P efektif yang digunakan sebesar 320000 kg. Sebelum mengecek momen kapasitas di tumpuan dan lapangan, harus ditentukan dulu momen ultimate di setiap segmen melalui kombinasi pembebanan seperti berikut : Tabel 3 Kombinasi Pembebanan Tumpuan Lapangan Tumpuan No Kombinasi kg.m kg.m kg.m 1 1,4DL + Msec -154243,429 318266,990-153119,595 2 1,2DL + 1,6LL + Msec -243536,611 366910,720-238383,951 3 1,2DL + 1LL + 1EQX + 0,3EQY + Msec -135978,130 344756,091-267323,618 4 1,2DL + 1LL + 1EQX - 0,3EQY + Msec -125104,156 339732,093-251524,544 5 1,2DL + 1LL - 1EQX + 0,3EQY + Msec -270400,450 345403,091-137238,358 6 1,2DL + 1LL - 1EQX - 0,3EQY + Msec -259526,476 340379,093-121439,284 7 1,2DL + 1LL + 0,3EQX + 1EQY + Msec -195712,245 350843,872-240226,030 8 1,2DL + 1LL + 0,3EQX - 1EQY + Msec -159465,665 334097,212-187562,450 9 1,2DL + 1LL - 0,3EQX + 1EQY + Msec -236038,941 351037,972-201200,452 10 1,2DL + 1LL - 0,3EQX - 1EQY + Msec -199792,361 334291,312-148536,872 11 0,9DL + EQX + 0,3EQY + Msec -10473,491 279777,294-145872,652
No Kombinasi Tumpuan Lapangan Tumpuan kg.m kg.m kg.m 12 0,9DL + EQX - 0,3EQY + Msec 400,483 274753,296-130073,578 13 0,9DL - EQX + 0,3EQY + Msec -144895,811 280424,294-15787,392 14 0,9DL - EQX - 0,3EQY + Msec -134021,837 275400,296 11,682 15 0,9DL + 0,3EQX + EQY + Msec -70207,606 285865,075-118775,064 16 0,9DL + 0,3EQX - EQY + Msec -33961,026 269118,415-66111,484 17 0,9DL - 0,3EQX + EQY + Msec -110534,302 286059,175-79749,486 18 0,9DL - 0,3EQX - EQY + Msec -74287,722 269312,515-27085,906 Berdasarkan tabel diatas, diperoleh momen maksimum untuk setiap posisi adalah sebagai berikut : Tumpuan Kiri = -270400,450 kg.m Lapangan = 366910,720 kg.m Tumpuan Kanan = -267323,618 kg.m Melalui perhitungan momen kapasitas di tumpuan, diperoleh hasil M n sebesar 571494,50 kg.m dan dibandingkan dengan M u sebesar 270400,5 kg.m sehingga didapatkan ratio sebesar 0,591 dimana itu masih dapat diterima hasilnya. Melalui perhitungan momen kapasitas di lapangan, diperoleh hasil M n sebesar 504711,10 kg.m dan dibandingkan dengan M u sebesar 366910,7 kg.m sehingga didapatkan ratio sebesar 0,909 dimana itu masih dapat diterima hasilnya. Perhitungan Kehilangan Gaya Prategang Jangka Panjang Asumsi yang akan digunakan dalam menghitung kehilangan gaya prategang jangka panjang adalah : Kehilangan gaya sebesar 20% Kelembaban relatif 70% Umur beton pada saat dibebani adalah 28 hari Jumlah semen 500 kg/m3 dan FAS 0,45 Ketebalan minimum komponen beton d = 15 cm Konsistensi (slump) adukan beton s = 7,5 cm Kadar agregat halus dalam beton F = 50 % Kadar udara dalam beton AC = 6 % Untuk metode yang akan digunakan adalah Metode PrestressedConcreteInstitute (PCI DesignHandbook 6 th Edition), Metode British (BS 8110-1:1997), Metode Indonesia (RSNI T-12-2004), Metode Australia (AS 3600-2009), Metode India (IS 1343:1980). Perhitungan akan dilakukan secara bertahap, yaitu pertama ditinjau dari rangkak, susut, dan relaksasi. Kemudian akan dilakukan perbandingan parameter untuk membandingkan hasilnya. Parameter yang ditinjau antara lain pengaruh mutu beton, pengaruh umur beton pada saat dibebani, pengaruh kelembaban udara pada beton, dan pengaruh jumlah semen pada beton. 11% 10% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 6,320% 6,999% 7,873% 8,437% 10,653% PCI BS SNI AS India Gambar 4 Perbandingan Kehilangan Gaya Akibat Rangkak
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa kehilangan gaya akibat rangkak yang terbesar diakibatkan oleh metode India, dan kehilangan terkecil diakibatkan oleh metode PCI. Hal tersebut disebabkan karena metode India memperhitungkan banyak faktor seperti tegangan pada beton, umur beton pada saat dibebani dan durasi pembebanan metode PCI hanya memperhitungkan faktor pengaruh umur beton pada saat dibebani, faktor lingkungan, dan faktor mutu beton. 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 5.491% 3.368% 2.048% 2.604% 2.172% PCI BS SNI AS India Gambar 5 Perbandingan Kehilangan Gaya Akibat Susut Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa kehilangan gaya akibat susut yang terbesar diakibatkan oleh metode BS, dan kehilangan terkecil diakibatkan oleh metode PCI. Hal tersebut disebabkan karena metode BS memperhitungkan banyak faktor seperti faktor pengaruh lingkungan, faktor komposisi dari beton, faktor ketebalan efektif penampang, faktor perkembangan dari perubahan susut terhadap waktu sedangkan metode PCI hanya memperhitungkan koefisien susut, modulus elastisitas beton dan kelembaban relatif beton. 3% 3% 2% 2% 1% 1% 0% 2.879% 2.240% 1.775% 1.327% 1.510% PCI BS SNI AS India Gambar 6 Perbandingan Kehilangan Gaya Akibat Relaksasi Dari gambar 6 diatas dapat dilihat bahwa kehilangan gaya akibat relaksasi yang terbesar diakibatkan oleh metode India, dan kehilangan terkecil diakibatkan oleh metode PCI. Hal tersebut disebabkan karena metode India memperhitungkan faktor umur beton pada saat dibebani, dan durasi koefisien rangkak yang cukup tinggi sedangkan metode PCI hanya memperhitungkan faktor pengaruh tendon.
Tabel 4 Pengaruh Mutu Beton Terhadap Total Kehilangan Gaya Prategang Metode 40 MPa 50MPa 60MPa 70MPa 80MPa PCI 9,696% 9,017% 8,509% 8,109% 7,781% BS 14,731% 13,940% 13,374% 13,034% 11,853% SNI 13,016% 13,016% 13,016% 13,016% 13,016% AS 12,551% 11,231% 10,270% 9,357% 8,528% INDIA 15,704% 15,704% 15,704% 15,704% 15,704% 16.0% 15.0% 14.0% 13.0% 12.0% 11.0% 10.0% 9.0% 8.0% 7.0% 40 50 60 70 80 Gambar 7 Pengaruh Mutu Beton Terhadap Total Kehilangan Gaya Prategang PCI BS SNI AS INDIA Tabel 4 Pengaruh Umur Beton Pada Saat Dibebani Terhadap Total Kehilangan Gaya Prategang Metode 7 14 21 28 PCI 9,696% 9,506% 9,342% 9,151% BS 12,253% 11,025% 10,726% 9,769% SNI 9,504% 9,198% 8,887% 8,374% AS 15,142% 13,490% 12,694% 12,071% INDIA 19,699% 18,367% 17,035% 15,704% 19.0% 17.0% 15.0% 13.0% 11.0% 9.0% PCI BS SNI AS INDIA 7.0% 7 14 21 28 Gambar 8Pengaruh Umur Beton Pada Saat Dibebani Terhadap Total Kehilangan Gaya Prategang
Tabel 4 Pengaruh Kelembaban Udara Pada Beton Terhadap Total Kehilangan Gaya Prategang Metode 50% 60% 70% 80% 90% PCI 10,150% 9,638% 9,131% 8,619% 8,114% BS 18,512% 16,513% 14,619% 11,617% 8,888% SNI 15,395% 14,162% 12,989% 11,508% 9,766% AS 12,551% 12,551% 12,551% 12,551% 12,551% INDIA 15,704% 15,704% 15,704% 15,704% 15,704% 19.0% 17.0% 15.0% 13.0% 11.0% 9.0% PCI BS SNI AS INDIA 7.0% 50% 60% 70% 80% 90% Gambar 9 Pengaruh Kelembaban Udara Pada Beton Terhadap Total Kehilangan Gaya Prategang Tabel 5 Pengaruh Jumlah Semen Pada Beton TerhadapTotal Kehilangan Gaya Prategang Metode 300 400 500 PCI 9,696% 9,696% 9,696% BS 14,731% 14,325% 13,514% SNI 12,852% 12,704% 12,591% AS 12,551% 12,551% 12,551% INDIA 15,704% 15,704% 15,704% 16.0% 15.0% 14.0% 13.0% 12.0% 11.0% 10.0% 9.0% PCI BS SNI AS INDIA 8.0% 300 400 500
SIMPULAN DAN SARAN Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan antara lain : a. Dari studi parameter yang dilakukan, dapat dilihat bahwa mutu beton, umur beton pada saat dibebani, kelembaban udara pada semen, dan jumlah semen pada beton sangat berpengaruh terhadap kehilangan gaya jangka panjang. b. Metode BS dan SNI memiliki kemiripan dalam menghitung kehilangan gaya prategang jangka panjang, karena kedua metode tersebut memperhitungkan faktor-faktor seperti faktor lingkungan, kekerasan beton pada saat pembebanan, komposisi beton yang digunakan, dan ketebalan efektif penampang. c. Metode AS memiliki modulus elastisitas sendiri yang ditentukan dari mutu beton yang digunakan. d. Metode PCI memberikan koefisien rangkak sebesar 2,0 untuk pratarik dan 1,6 untuk pascatarik, sedangkan metode lain harus diperiksa terlebih dahulu untuk mendapatkan koefisien rangkak. Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah : a. Perlu adanya perhitungan secara manual terhadap beban-beban yang bekerja pada balok untuk melakukan pemeriksaan terhadap hasil keluaran program. b. Perlu dilakukan analisa terhadap kehilangan gaya prategang jangka pendek agar didapat hasil yang lebih akurat. REFERENSI Standard Nasional Indonesia (2004). Perencanaan Struktur Beton untuk Jembatan.RSNI-T - 12-2004 Lin.T.Y (1963). Design of Prestressed Concrete Structure(2nd edition).newyork:wiley International Edition PCI Design Handbook (2004).Precast and Prestressed Concrete (6th Edition). British Standard (1990).Steel, Concrete and Composite Bridge. BS 5400-4:1990 Australian Standard (2009).Concrete Structures. AS 3600-2009. Indian Standard (1980).Code of Practice for Prestressed Concrete. IS : 1343-1980 Preston,Kent&Sollenberger,Norman(1961).Modern Prestressed Concrete. London:Mc.Graw Book Company Preston,Kent(1964).Prestressed Concrete for Architect and Engineer. London:Mc.Graw Book Company Menon,Devdav.Prestressed Concrete Structur.Indian Institute of Technology, part II Hussein, Abdul (2006). Strength Design Requirements of ACI-318M-02 Code, BS 8110, and EuroCode2 for Structural Concrete: A Comparative Study. Journal of Engineering and Development, Vol.10, No. 1, Maret (2006) RIWAYAT HIDUP Reynold Andika Pratama lahir di Pematang Siantar pada tanggal 8 April 1992, Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara dalam Bidang Teknik Sipil pada tahun 2014.