ANALISA PERILAKU ABUTMENT AKIBAT BEBAN DINAMIS.
ANALISA PERILAKU ABUTMENT
AKIBAT BEBAN DINAMIS
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai syarat untuk menyelesaikan Pendidikan
Program Strata-1 pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Andalas Padang
Oleh :
HADIANTI MUHDINAR PASARIBU
0810922048
Pembimbing :
Abdul Hakam, Ph.D
Hendri Gusti Putra, MT
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2012
ANALISA PERILAKU ABUTMENT
AKIBAT BEBAN DINAMIS
TUGAS AKHIR
Oleh :
HADIANTI MUHDINAR PASARIBU
0810922048
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2012
DAFTAR ISI
Halaman Judul
Lembar Pengesahan
Abstrak ................................................................................................
i
Kata Pengantar ....................................................................................
ii
Daftar Isi ..............................................................................................
iv
Daftar Tabel .........................................................................................
vii
Daftar Gambar ..................................................................................... viii
Daftar Notasi .......................................................................................
BAB I
BAB II
x
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...........................................................
1
1.2 Tinjauan dan Manfaat Penelitian................................
2
1.3 Batasan Masalah ........................................................
2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Abutment ....................................................................
5
2.2 Teori Getaran .............................................................
9
2.2.1 Sistem Satu Derajat Kebebasan (SDOF) ........
9
2.2.1.1 Getaran Bebas Tanpa Redaman ........
11
2.2.1.2 Getaran Bebas Dengan Redaman ......
13
2.3 Tekanan Tanah Kesamping ........................................
16
2.4 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Menurut Rankine ....
17
2.5 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Menurut Coulomb ..
20
2.6 Pengenalan Program SAP2000 ..................................
21
2.7 Kajian Beban Gempa Pada Abutment ........................
22
2.8 Evaluasi Stabilitas Struktur Abutment ........................
22
iv
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Proses Penelitian ........................................................
25
3.2 Studi Kepustakaan......................................................
26
3.3 Pengumpulan Data .....................................................
26
3.4 Pengolahan Data ........................................................
28
3.4.1 Pembebanan Bangunan Atas ...........................
28
3.4.2 Analisa Penampang Abutment .......................
31
3.4.3 Koefisien Tekanan Tanah ...............................
32
3.4.4 Daya Dukung Pondasi ....................................
33
3.4.5 Faktor Kemanan ..............................................
35
3.4.6 Penulangan Abutment ....................................
38
3.5 Analisa Perilaku Abutment dengan Menggunakan
software SAP2000......................................................
40
3.6 Analisa dan Pembahasan ............................................
40
3.7 Kesimpulan dan Saran................................................
40
BAB IV DATA DAN HASIL PERHITUNGAN
BAB V
4.1 Data Penelitian ...........................................................
41
4.2 Perhitungan ................................................................
44
4.3 Simulasi Numerik Dengan Program SAP 2000 .........
89
ANALISA DAN PEMBAHASAN ...................................
97
5.1 Stabilitas Statis ...........................................................
97
5.1.1 Stabilitas Statis Saat Beban Bangunan Atas
Bekerja ............................................................
97
5.1.2 Stabilitas Statis Saat Beban Bangunan Atas
Belum Bekerja ................................................
98
5.2 Stabilitas Dinamis ......................................................
99
v
5.2.1 Stabilitas Dinamis Dengan Sudut Keruntuhan
α = (45 + ϕ/2) ..................................................
99
5.2.2 Stabilitas Dinamis Dengan Sudut Keruntuhan
α = ϕ ................................................................ 100
5.2.3 Stabilitas Dinamis Dengan Metode
Mononobe-Okabe ........................................... 100
5.3 Stabilitas Menyeluruh (Over-all Stability) Dengan
Metode Slices ............................................................. 101
5.3.1 Stabilitas
Menyeluruh
Dengan
Garis
Keruntuhan Dibawah Abutment ..................... 101
5.3.2 Stabilitas
Menyeluruh
Dengan
Garis
Keruntuhan Dikaki Abutment ......................... 102
5.4 Simulasi Numerik Dengan Program SAP 2000 ......... 102
5.4.1 Analisa Tegangan Normal dan Tegangan
Geser ............................................................... 102
5.4.2 Analisa Tegangan Dengan Menggunakan
Lingkaran Mohr .............................................. 107
5.4.3 Analisa Perpindahan ....................................... 108
BAB VI PENUTUP
6.1 Kesimpulan ................................................................ 110
6.2 Saran .......................................................................... 111
DAFTAR KEPUSTAKAAN
vi
Abstrak
Bangunan bawah jembatan terdiri dari abutment dan pondasi.
Pada bangunan bawah jembatan, struktur abutment digunakan untuk
menahan tanah dan meneruskan gaya ke pondasi serta harus mampu
memberikan kestabilan terhadap pengaruh gaya-gaya eksternal maupun
internal yang dapat menyebabkan pecahnya konstruksi. Salah satu
peristiwa alam yang menyebabkan pecahnya konstruksi adalah gempa bumi
yang diasumsikan sebagai beban dinamis. Analisa yang dilakukan
didasarkan pada rumusan konvensional dan simulasi dengan menggunakan
software komputer.
Tahap awal menghitung beban-beban yang bekerja pada
abutment, kemudian mendesain dimensi abutment. Selanjutnya menghitung
dalam kondisi statis menggunakan metode perhitungan stabilitas dinding
penahan yang biasa digunakan. Abutment dikatakan stabil, apabila angka
keamanan diatas batas yang diambil. Kemudian dilanjutkan dengan
menganalisa stabilitas dinamis abutment dengan dua variasi sudut
keruntuhan, yaitu = 45 + /2 dan = . Selanjutnya analisa dilakukan
menggunakan metode Mononobe-Okabe untuk mengetahui stabilitas
dinamis dinding penahan. Lalu dilakukan analisa terhadap stabilitas
menyeluruh (over-all stability) menggunakan metode slices. Setelah itu
mendesain penulangan abutment. Terakhir dilakukan simulasi dengan
menggunakan program SAP2000.
Faktor keamanan yang dianalisa yaitu terhadap guling, geser dan
daya dukung. Angka keamanan yang diperoleh pada kondisi statis masingmasing dengan beban bangunan bekerja diatasnya dan beban bangunan
yang belum bekerja diatasnya berturut-turut adalah 5,582 dan 5,32
terhadap guling, 2,586 dan 2,42 terhadap geser, serta 2,397 dan 2,836
terhadap daya dukung. Selanjutnya pada kondisi dinamis dengan sudut =
45 + /2, = , dan dengan metode Mononobe-Okabe berturut-turut 3,176
, 4,469 , dan 1,621 terhadap guling, 1,216 , 1,217 , dan, 0,743 terhadap
geser, serta 6,008 , 3,786, dan 7,147 terhadap daya dukung. Selanjutnya
faktor keamanan terhadap stabilitas menyeluruh didasar abutment diperoleh
angka keamanan sebesar 1,723 sedangkan dikaki abutment diperoleh nilai
0,918. Terakhir displacement yang terjadi dipuncak sebesar 0,5529 cm arah
x dan 0,0018 cm arah y, sedangkan didasar sebesar 0,7268 cm arah x dan
0,00028 cm arah y.
Kata Kunci : abutment, stabilitas dinamis, faktor keamanan
i
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Struktur jembatan tersusun atas elemen bangunan atas,
bangunan bawah dan bangunan pelengkap jembatan. Bangunan
bawah merupakan bangunan yang terletak di bawah bangunan atas,
berfungsi untuk menyalurkan seluruh gaya dan beban yang bekerja
pada bangunan atas ke tanah. Bangunan bawah jembatan terdiri dari
abutment dan pondasi.
Pada bangunan bawah jembatan, struktur abutment digunakan
untuk menahan tanah dan meneruskan gaya ke pondasi serta harus
mampu memberikan kestabilan terhadap pengaruh gaya-gaya
eksternal maupun internal. Oleh karena itu, dalam perencanaan
abutment, kestabilan konstruksi harus ditinjau terhadap pengaruh
gaya-gaya eksternal yang dapat menyebabkan keruntuhan guling
(overtuning failure), keruntuhan geser (sliding failure) dan
keruntuhan daya dukung tanah (bearing capacity failure), maupun
terhadap gaya-gaya internal yang dapat menyebabkan pecahnya
konstruksi. Salah satu peristiwa alam yang menyebabkan pecahnya
konstruksi adalah gempa bumi.
Sumatera Barat merupakan salah satu daerah yang berpotensi
besar terjadi gempa. Gempa itu sendiri merupakan peristiwa alam
yang sudah sangat dikenal orang. Gempa terjadi sebagai akibat dari
pelepasan energi yang terakumulasi sebelumnya untuk jangka waktu
tertentu di beberapa tempat di dalam bumi. Bila massa batuan/tanah
atau struktur yang ada di kulit bumi tidak sanggup lagi menahan
akumulasi energi tersebut maka massa batuan/tanah atau struktur
tersebut akan meledak yang kemudian menyebarkan getaran dan
gelombang ke segala arah sampai tercipta suatu keseimbangan baru.
Kerusakan struktur tanah sebagai akibat langsung dari beban
gempa adalah seperti menurunnya daya dukung tanah di bawah
pondasi, keruntuhan pada dinding penahan tanah, atau keruntuhan
pada abutment jembatan. Sedangkan akibat tidak langsungnya adalah
seperti kerusakan bangunan akibat getaran yang ditransmisikan dari
tanah ke struktur. Oleh karena itu, struktur perlu direncanakan dan
dianalisis terhadap gempa yang mungkin terjadi di masa yang akan
datang.
Berdasarkan uraian diatas penulis tertarik untuk mempelajari
tentang pengaruh beban dinamis terhadap kestabilan abutment.
1.2
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa perilaku
abutment dengan perhitungan manual dan menggunakan software
SAP2000.
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai acuan dalam
perencanaan abutment akibat beban dinamis dengan perhitungan
manual dan menggunakan software SAP2000.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah yang akan dibahas dalam penulisan Tugas
Akhir ini mencakup:
1.
Dimensi abutment ditetapkan.
2
2.
Analisa dilakukan hanya untuk abutment tipe kantilever saja
dengan perhitungan manual dan menggunakan software
SAP2000.
3.
Tanah yang digunakan diasumsikan jenis homogen.
4.
Jembatan merupakan jembatan fiktif dengan tipe jembatan
komposit dan data jembatan yang digunakan adalah data
asumsi sendiri.
5.
Disekitar jembatan tidak terdapat sungai dan muka air tanah.
6.
Data tanah yang digunakan adalah hasil pengujian tanah di
Kec. Kuranji, Padang, Sumatera Barat.
1.4
Sistematika Penulisan
Sistematika Penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai
berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang, tujuan dan manfaat
penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Meliputi
teori
atau
penelitian-penelitian
yang
berhubungan dengan tugas akhir yang telah dilakukan
selain penulis sebelumnya.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Meliputi metodologi-metodologi yang digunakan dalam
penelitian.
BAB IV : DATA DAN HASIL PERHITUNGAN
Meliputi data-data yang digunakan dalam penelitian dan
hasil-hasil perhitungan yang didapatkan.
3
BAB V : ANALISA DAN PEMBAHASAN
Meliputi analisis dan pembahasan mengenai perilaku
abutment akibat beban dinamis.
BAB VI : PENUTUP
Meliputi kesimpulan yang diambil dari hasil penelitian
dan saran-saran penulis.
4
AKIBAT BEBAN DINAMIS
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai syarat untuk menyelesaikan Pendidikan
Program Strata-1 pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Andalas Padang
Oleh :
HADIANTI MUHDINAR PASARIBU
0810922048
Pembimbing :
Abdul Hakam, Ph.D
Hendri Gusti Putra, MT
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2012
ANALISA PERILAKU ABUTMENT
AKIBAT BEBAN DINAMIS
TUGAS AKHIR
Oleh :
HADIANTI MUHDINAR PASARIBU
0810922048
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2012
DAFTAR ISI
Halaman Judul
Lembar Pengesahan
Abstrak ................................................................................................
i
Kata Pengantar ....................................................................................
ii
Daftar Isi ..............................................................................................
iv
Daftar Tabel .........................................................................................
vii
Daftar Gambar ..................................................................................... viii
Daftar Notasi .......................................................................................
BAB I
BAB II
x
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...........................................................
1
1.2 Tinjauan dan Manfaat Penelitian................................
2
1.3 Batasan Masalah ........................................................
2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Abutment ....................................................................
5
2.2 Teori Getaran .............................................................
9
2.2.1 Sistem Satu Derajat Kebebasan (SDOF) ........
9
2.2.1.1 Getaran Bebas Tanpa Redaman ........
11
2.2.1.2 Getaran Bebas Dengan Redaman ......
13
2.3 Tekanan Tanah Kesamping ........................................
16
2.4 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Menurut Rankine ....
17
2.5 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Menurut Coulomb ..
20
2.6 Pengenalan Program SAP2000 ..................................
21
2.7 Kajian Beban Gempa Pada Abutment ........................
22
2.8 Evaluasi Stabilitas Struktur Abutment ........................
22
iv
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Proses Penelitian ........................................................
25
3.2 Studi Kepustakaan......................................................
26
3.3 Pengumpulan Data .....................................................
26
3.4 Pengolahan Data ........................................................
28
3.4.1 Pembebanan Bangunan Atas ...........................
28
3.4.2 Analisa Penampang Abutment .......................
31
3.4.3 Koefisien Tekanan Tanah ...............................
32
3.4.4 Daya Dukung Pondasi ....................................
33
3.4.5 Faktor Kemanan ..............................................
35
3.4.6 Penulangan Abutment ....................................
38
3.5 Analisa Perilaku Abutment dengan Menggunakan
software SAP2000......................................................
40
3.6 Analisa dan Pembahasan ............................................
40
3.7 Kesimpulan dan Saran................................................
40
BAB IV DATA DAN HASIL PERHITUNGAN
BAB V
4.1 Data Penelitian ...........................................................
41
4.2 Perhitungan ................................................................
44
4.3 Simulasi Numerik Dengan Program SAP 2000 .........
89
ANALISA DAN PEMBAHASAN ...................................
97
5.1 Stabilitas Statis ...........................................................
97
5.1.1 Stabilitas Statis Saat Beban Bangunan Atas
Bekerja ............................................................
97
5.1.2 Stabilitas Statis Saat Beban Bangunan Atas
Belum Bekerja ................................................
98
5.2 Stabilitas Dinamis ......................................................
99
v
5.2.1 Stabilitas Dinamis Dengan Sudut Keruntuhan
α = (45 + ϕ/2) ..................................................
99
5.2.2 Stabilitas Dinamis Dengan Sudut Keruntuhan
α = ϕ ................................................................ 100
5.2.3 Stabilitas Dinamis Dengan Metode
Mononobe-Okabe ........................................... 100
5.3 Stabilitas Menyeluruh (Over-all Stability) Dengan
Metode Slices ............................................................. 101
5.3.1 Stabilitas
Menyeluruh
Dengan
Garis
Keruntuhan Dibawah Abutment ..................... 101
5.3.2 Stabilitas
Menyeluruh
Dengan
Garis
Keruntuhan Dikaki Abutment ......................... 102
5.4 Simulasi Numerik Dengan Program SAP 2000 ......... 102
5.4.1 Analisa Tegangan Normal dan Tegangan
Geser ............................................................... 102
5.4.2 Analisa Tegangan Dengan Menggunakan
Lingkaran Mohr .............................................. 107
5.4.3 Analisa Perpindahan ....................................... 108
BAB VI PENUTUP
6.1 Kesimpulan ................................................................ 110
6.2 Saran .......................................................................... 111
DAFTAR KEPUSTAKAAN
vi
Abstrak
Bangunan bawah jembatan terdiri dari abutment dan pondasi.
Pada bangunan bawah jembatan, struktur abutment digunakan untuk
menahan tanah dan meneruskan gaya ke pondasi serta harus mampu
memberikan kestabilan terhadap pengaruh gaya-gaya eksternal maupun
internal yang dapat menyebabkan pecahnya konstruksi. Salah satu
peristiwa alam yang menyebabkan pecahnya konstruksi adalah gempa bumi
yang diasumsikan sebagai beban dinamis. Analisa yang dilakukan
didasarkan pada rumusan konvensional dan simulasi dengan menggunakan
software komputer.
Tahap awal menghitung beban-beban yang bekerja pada
abutment, kemudian mendesain dimensi abutment. Selanjutnya menghitung
dalam kondisi statis menggunakan metode perhitungan stabilitas dinding
penahan yang biasa digunakan. Abutment dikatakan stabil, apabila angka
keamanan diatas batas yang diambil. Kemudian dilanjutkan dengan
menganalisa stabilitas dinamis abutment dengan dua variasi sudut
keruntuhan, yaitu = 45 + /2 dan = . Selanjutnya analisa dilakukan
menggunakan metode Mononobe-Okabe untuk mengetahui stabilitas
dinamis dinding penahan. Lalu dilakukan analisa terhadap stabilitas
menyeluruh (over-all stability) menggunakan metode slices. Setelah itu
mendesain penulangan abutment. Terakhir dilakukan simulasi dengan
menggunakan program SAP2000.
Faktor keamanan yang dianalisa yaitu terhadap guling, geser dan
daya dukung. Angka keamanan yang diperoleh pada kondisi statis masingmasing dengan beban bangunan bekerja diatasnya dan beban bangunan
yang belum bekerja diatasnya berturut-turut adalah 5,582 dan 5,32
terhadap guling, 2,586 dan 2,42 terhadap geser, serta 2,397 dan 2,836
terhadap daya dukung. Selanjutnya pada kondisi dinamis dengan sudut =
45 + /2, = , dan dengan metode Mononobe-Okabe berturut-turut 3,176
, 4,469 , dan 1,621 terhadap guling, 1,216 , 1,217 , dan, 0,743 terhadap
geser, serta 6,008 , 3,786, dan 7,147 terhadap daya dukung. Selanjutnya
faktor keamanan terhadap stabilitas menyeluruh didasar abutment diperoleh
angka keamanan sebesar 1,723 sedangkan dikaki abutment diperoleh nilai
0,918. Terakhir displacement yang terjadi dipuncak sebesar 0,5529 cm arah
x dan 0,0018 cm arah y, sedangkan didasar sebesar 0,7268 cm arah x dan
0,00028 cm arah y.
Kata Kunci : abutment, stabilitas dinamis, faktor keamanan
i
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Struktur jembatan tersusun atas elemen bangunan atas,
bangunan bawah dan bangunan pelengkap jembatan. Bangunan
bawah merupakan bangunan yang terletak di bawah bangunan atas,
berfungsi untuk menyalurkan seluruh gaya dan beban yang bekerja
pada bangunan atas ke tanah. Bangunan bawah jembatan terdiri dari
abutment dan pondasi.
Pada bangunan bawah jembatan, struktur abutment digunakan
untuk menahan tanah dan meneruskan gaya ke pondasi serta harus
mampu memberikan kestabilan terhadap pengaruh gaya-gaya
eksternal maupun internal. Oleh karena itu, dalam perencanaan
abutment, kestabilan konstruksi harus ditinjau terhadap pengaruh
gaya-gaya eksternal yang dapat menyebabkan keruntuhan guling
(overtuning failure), keruntuhan geser (sliding failure) dan
keruntuhan daya dukung tanah (bearing capacity failure), maupun
terhadap gaya-gaya internal yang dapat menyebabkan pecahnya
konstruksi. Salah satu peristiwa alam yang menyebabkan pecahnya
konstruksi adalah gempa bumi.
Sumatera Barat merupakan salah satu daerah yang berpotensi
besar terjadi gempa. Gempa itu sendiri merupakan peristiwa alam
yang sudah sangat dikenal orang. Gempa terjadi sebagai akibat dari
pelepasan energi yang terakumulasi sebelumnya untuk jangka waktu
tertentu di beberapa tempat di dalam bumi. Bila massa batuan/tanah
atau struktur yang ada di kulit bumi tidak sanggup lagi menahan
akumulasi energi tersebut maka massa batuan/tanah atau struktur
tersebut akan meledak yang kemudian menyebarkan getaran dan
gelombang ke segala arah sampai tercipta suatu keseimbangan baru.
Kerusakan struktur tanah sebagai akibat langsung dari beban
gempa adalah seperti menurunnya daya dukung tanah di bawah
pondasi, keruntuhan pada dinding penahan tanah, atau keruntuhan
pada abutment jembatan. Sedangkan akibat tidak langsungnya adalah
seperti kerusakan bangunan akibat getaran yang ditransmisikan dari
tanah ke struktur. Oleh karena itu, struktur perlu direncanakan dan
dianalisis terhadap gempa yang mungkin terjadi di masa yang akan
datang.
Berdasarkan uraian diatas penulis tertarik untuk mempelajari
tentang pengaruh beban dinamis terhadap kestabilan abutment.
1.2
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa perilaku
abutment dengan perhitungan manual dan menggunakan software
SAP2000.
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai acuan dalam
perencanaan abutment akibat beban dinamis dengan perhitungan
manual dan menggunakan software SAP2000.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah yang akan dibahas dalam penulisan Tugas
Akhir ini mencakup:
1.
Dimensi abutment ditetapkan.
2
2.
Analisa dilakukan hanya untuk abutment tipe kantilever saja
dengan perhitungan manual dan menggunakan software
SAP2000.
3.
Tanah yang digunakan diasumsikan jenis homogen.
4.
Jembatan merupakan jembatan fiktif dengan tipe jembatan
komposit dan data jembatan yang digunakan adalah data
asumsi sendiri.
5.
Disekitar jembatan tidak terdapat sungai dan muka air tanah.
6.
Data tanah yang digunakan adalah hasil pengujian tanah di
Kec. Kuranji, Padang, Sumatera Barat.
1.4
Sistematika Penulisan
Sistematika Penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai
berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang, tujuan dan manfaat
penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Meliputi
teori
atau
penelitian-penelitian
yang
berhubungan dengan tugas akhir yang telah dilakukan
selain penulis sebelumnya.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Meliputi metodologi-metodologi yang digunakan dalam
penelitian.
BAB IV : DATA DAN HASIL PERHITUNGAN
Meliputi data-data yang digunakan dalam penelitian dan
hasil-hasil perhitungan yang didapatkan.
3
BAB V : ANALISA DAN PEMBAHASAN
Meliputi analisis dan pembahasan mengenai perilaku
abutment akibat beban dinamis.
BAB VI : PENUTUP
Meliputi kesimpulan yang diambil dari hasil penelitian
dan saran-saran penulis.
4