Beton, Beton Bertulang, Beton Prategang

BETON DAN TULANGAN BAJA

Beton, Beton Bertulang, Beton Prategang

Beton merupakan suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan membuat suatu campuran yang mempunyai proporsi tertentu dari semen, pasir dan koral atau agregat lainnya, dan air untuk membuat campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur yang di inginkan.
Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat yang halus dan kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat partikel partikel agregat tersebut menjadi suatu massa yang padat. Tambahan air, yang melampaui jumlah yang dibutuhkan untuk reaksi kimia ini, diperlukan untuk memberikan campuran tersebut sifat mudah diolah yang memungkinkannya mengisi cetakan-cetakan dan membungkus baja penguat sebelum mengeras. Beton dalam berbagai variasi sifat kekuatan dapat diperoleh dengan pengaturan yang sesuai dari perbandingan jumlah material pembentuknya. Semen-semen khusus (seperti semen berkekuatan tinggi), agregat-agregat khusus (seperti bermacam-macam agregat ringan dan agregat berat), metode-metode pemulihan khusus (seperti pemulihan dengan memakai uap) memungkinkan untuk mendapatkan variasi sifat-sifat beton yang lebih luas lagi.

Sifat-sifat ini dalam banyak hal tergantung pada proporsi dari campurannya, pada kesempumaan dari adukan bahan-bahan pembentuk campuran tersfcbut dan pada kondisi kelembaban dan temperatur pada tempat diletakkannya campuran tersebut sejak saat ditempatkannya campuran tersebut dalam cetakan hingga mengeras sepenuhnya. Proses pengawasan kondisi ini dikenal sebagai proses pemulihan. Untuk menghindari teqadinya produksi beton yang berkualitas dibawah standar, selama proses tersebut berlangsung diperlukan pengendalian dan pengawasan yang seksama, sejak penentuan proporsi berat dari masing-masing komponen, melalui proses pencampuran dan penempatan, sampai selesainya proses pemulihan.

Faktor-faktor yang membuat beton sebagai material bangunan yang umum tampak nyata sekali sehingga beton telah dipakai, dengan cara dan jenis yang lebih primitif dari pada keadaan sekarang ini, selama beribu-ribu tahun lamanya, mungkin telah dimulai sejak zaman Mesir kuno. Salah satu dari faktor-faktor tersebut adalah kemudahan pengolahan-nya, yaitu dalam keadaan plastis, beton dapat diendapkan dan diisi ke dalam cetakan atau bekisting yang hampir mempunyai semua bentuk yang praktis. Daya tahannya yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari kelebihannya. Sebagian besar dari material-material pembentuknya, kecuali semen, biasanya tersedia di lokasi dengan harga murah atau pada tempat yang tidakterlalu jauh dari lokasi konstruksi.

Kekuatan tekannya tinggi, seperti juga kekuatan tekan pada batu alam, yang membuat beton cocok untuk dipakai sebagai elemen yang terutama memikul gaya tekan, seperti kolom dan kontruksi busur. Sebaliknya, seperti juga batu alam, beton relatif merupakan material yang mudah retak yang tegangan tariknya kecil bila dibandingkan dengan tegangan tekannya. Hal ini mencegah penggunaan ekonomis beton sebagai elemen struktur yang mengalami gaya tarik baik secara keseluruhan (seperti pada elemen struktur tarik) maupun pada sebagian dari penampangnya (seperti pada gelagar atau batang-batang lentur lainnya).

Untuk mengatasi keterbatasan ini, pada pertengahan kedua abad ke sembilan belas, telah didapatkan kemungkinan, untuk memakai baja dengan kekuatan tariknya yang tinggi untuk memperkuat beton, terutama sekali pada tempat-tempat dimana kekuatan tank beton yang kecil akan membatasi kapasitas penyangga dari batang. Perkuatan tersebut, biasanya berupa batang baja bundar dengan deformasi permukaan yang sesuai untuk memungkinkan teijadinya proses saling mengikat antar beton dan baja, ditempatkan di dalam cetakan sebelum beton diisi kedalamnya. Apabila telah terbungkus sama sekali dengan massa beton yang mengeras, maka perkuatan tersebut aan merupakan bagian yang terpadu dari batang tersebut. Hasil kombinasi dari kedua material tersebut, yang dikenal sebagai beton bertulang, mengkombinasikan banyak keuntungan dari masing-masing material seperti : harga yang relatif murah, daya tahan yang baik terhadap api dan cuaca, kekuatan tekan yang baik, serta kemampuan yang istimewa dari beton untuk dibentuk dan kekuatan tarik yang tinggi serta duktilitas (kelentukan) dan keliatan yang jauh lebih besar dari baja. Kombinasi inilah yang memungkinkan jangkauan penggunaan dan kemungkinan yang hampir tidak terbatas dari beton tulang dalam pembangunan gedung-gedung, jembatan-jembatan, bendungan-bendungan, tangki-tangki, reservoir-reservoir dan sejumlah besar struktur-struktur lainnya.



Dalam waktu belakangan ini, telah ditemukan kemungkinan untuk memproduksi baja, yang berkekuatan lelehnya 4 kali atau lebih dari kekuatan baja penguat yang biasa, dengan harga yang relatif rendah. Demikian juga halnya, adalah mungkin untuk memproduksi beton yang mempunyai kekuatan tekan 2 atau 3 kali lebih kuat dari kekuatan beton yang biasa dipakai. Ada keterbatasan terhadap kekuatan dari material-material pembentuk yang apabila dilampaui maka mereka tidak dapat lagi dikombinasikan secara efektif dalam suatu batang struktur. Sesungguhnya, kekuatan dari batang serupa itu akan bertambah dengan bertambahnya perbandingan material-material pembentuknya. Namun demikian, regangan yang besar hasil dari tegangan yang tinggi serupa itu, khususnya pada baja, akan membuat teijadinya deformasi dan lendutan yang besar pada batang tersebut apabila dibebani. Demikian juga halnya apabila dianggap tidak lebih penting, regangan yang besar yang terdapat pada baja penguat berkekuatan tinggi seperti itu akan menyebabkan terjadinya retak-retak yang besar disekeliling beton yang mempunyai kekuatan tarik yang rendah, retak-retak yang bukan saja tidak menarik untuk dipandang tetapi juga akan membuat baja penguat mengalami proses karat karena kelembaban dan aksi kimiawi lainnya. Hal ini membatasi kekuatan leleh yang berguna dari baja penguat menjadi sekitar 80 ksi (552 Mpa) dibandingkan dengan kekuatan baja penguat yang biasa sekitar 40 sampai 60 ksi (276 sampai 414 Mpa).

Namun demikian, telah ditemukan suatu cara yang khusus untuk memakai baja dan beton yang mempunyai kekuatan yang sangat tinggi dalam suatu kombinasi. Jenis konstruksi ini dikenal sebagai beton prategang. Baja, sebagian besar terdiri dari bentuk kabel atau baja ulir tetapi kadang-kadang juga dalam bentuk batang, ditanamkan ke dalam beton di bawah tarik yang besar yang diimbangi dengan tegangan tekan dari beton yang ada disekitamya setelah mengeras. Karena adanya proses prategang ini, beton pada sebuah batang lentur akan retak pada bagian tariknya pada suatu pembebanan yang jauh lebih besar dibandingkan dengan apabila tidak dilakukan proses prategang. Hal ini mengurangi secara radikal baik lendutan maupun retak tarik pada beban kerja dalam struktur-struktur serupa itu dan dengan demikian memungkinkan material-material berkekuatan tinggi ini untuk digunakan secara efektif. Beton prategang khususnya cocok untuk prafabrikasi atas dasar suatu produksi massa, walaupun tanpa adanya prafabrikasi seperti itu ia juga dapai digunakan dengan baik Pengalaman akan beton prategang telah memperluas (wzwaaa penggunaan struktur dari kombinasi kedua material tersebut secara sangat berarti sekali.

Gambar 1.1 menunjukan sketsa sederhana dari beberapa bentuk struktur utassa dari beton bertulang ; metode-metode perencanaan yang sesuai untuknya akan dibahas nanti 

dalam volume ini. Pada gambar (a) ditunjukan konstruksi plat, gelagar, dan lantai girder (lantai yang ditunjang oleh gelagar horizontal utama yang kuat), seperti yang biasa dipergunakan dalam banyak bangunan bertingkat, dan dalam gambar (b) ditunjukan suatu lantai berusuk yang memungkinkan penghematan pada penggunaan beton dengan penggunaan kembali cetakan logam yang berbentuk standar. Pada gambar (c) diperlihatkan lantai yang terbuat dari plat beton rata (flatslab), lantai yang tidak mempunyai gelagar dan girder, yang sering dipakai pada bangunan-bangunan yang memikul beban berat seperti misalnya gudang. Struktur rangka kaku pada gambar (d) dapat dibuat untuk mendapatkan bentang yang lebar dari ruangan-ruangan yang besar seperti auditorium, gelanggang olah raga, atau bangunan-bangunan untuk keperluan industri. Gambar l.l e dan f menunjukan sebuah atap cangkang silinder dan sebuah atap plat lipat, seperti juga bentuk-bentuk atap shell lainnya dalam gambar (h), (1) dan (m), memungkinkan penggunaan permukaan-permukaan yang sangat tipis, bahkan sering kali, secara relatif, lebih tipis daripada kulit telur. Dua dari berbagai jenis jembatan diperlihatkan pada gambar (g) dan (j) yang pertama memperlihatkan sebuah jembatan yang terdiri dari konstruksi busur majemuk yang biasanya dipakai untuk jembatan-jembatan yang mempunyai bentang yang besar, dan gambar berikutnya menunjukkan sebuah jembatan yang terbuat dari rangka kaku. Tangki atau reservoar pada gambar (i) merupakan suatu kombinasi dari shell silendris dan shell bulat, bentuk yang pertama seringkali dibuat dengan prategang. Contoh penggunaan yang luas dari beton bertulang dalam pekerjaan pondasi ialah dinding penahan yang membentuk kantilever seperti yang diperlihatkan pada gambar (k).

Bentuk-bentuk yang diperlihatkan pada Gambar 1.1 tidak memuat suatu cakupan yang luas, melainkan hanya merupakan gambaran dari bentuk-bentuk tertentu yang sesuai dengan sifat-sifat dan kemungkinan-kemungkinan penggunaan struktur dari bahan beton. Bentuk-bentuk tersebut menggambarkan penggunaan material beton untuk sejumlah variasi struktur seperti struktur satu dimensi (gelagar, girder, kolom), struktur dua dimensi (lempengan, busur, rangka kaku), dan struktur tiga dimensi (shell) serta komponen-komponen struktur lainnya. Adanya kemampuan untuk bervariasi seperti ini memungkinkan adanya bentuk dari struktur yang ekomonis, disesuaikan dengan fungsinya, serta memberikan kepada arsitek keleluasaan untuk mendapatkan estetika struktur yang memuaskan.

Gambar 1.1 Bentuk-bentuk struktur utama dalam beton bertulang (a)lantai gelagar dan lantai girder ; (b) lantai berusuk (c) plat lantai rata ; (d) bangunan rangka kaku ; (e) atap shell silindris; (f) atap plat lipat; (g) jembatan yang dibuat dari konstruksi busur majemuk; (h) atap shell ; (i) tangki penyimpan ; (j) jembatan rangka kaku ; (k) dinding penahan kantilever ; (1) Shell paraboloid-hiperbolis ; (m) atap kubah yang ditunjang dengan perletakan titik. Selanjutnya semen.