Analisis Beban Pondasi Tiang Pancang Dengan Memperhitungkan Daya Dukung Tanah Dibawah Pile Cap Konvensional Berdasarkan Teori Hetenyi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dunia usaha sekarang mengalami kemajuan perkembangan yang begitu
pesat, terutama terjadi di daerah perkotaan. Seiring dengan hal tersebut,
pembangunan infra struktur pun harus dituntut dapat mengikuti perkembangan
tersebut khususnya di daerah perkotaan yang mengalami pertambahan penduduk
dengan luasan wilayah yang relatif tetap. Pembangunan infra stuktur khususnya
gedung di dalam kota menuntut efisiensi yang tinggi, yaitu ekonomis tanpa
mengesampingkan faktor keamanannya.
Bangunan akan berdiri kokoh, bila didukung oleh elemen struktur yang
kokoh pula. Salah satu elemen struktur adalah pile cap. Pile cap merupakan bagian
bangunan yang memikul seluruh beban-beban yang disalurkan dari kolom pada
bangunan tersebut. Untuk dapat menghitung penulangan pada pile cap, maka pile cap
harus dianalisa sehingga didapat gaya-gaya dalam yang berupa momen lentur,
momen puntir, gaya lintang dan gaya normal. Dalam menganalisa pile cap dapat
dilakukan dengan beberapa metode:
1. Metode Konvensional
2. Metode Elemen Hingga
Metode konvensional biasa digunakan untuk mendisain elemen struktur
dengan sistem balok pemikul. Pile cap dianggap sebagai balok-balok pemikul beban
dari kolom yang menyalurkannya ke pile (pondasi tiang) yang dianggap sebagai
kolom. Jadi dalam metode konvensional pile cap dianalisa berdasarkan dimensi
rencana.
1
Metode elemen hingga (finite element method) adalah salah satu pendekatan
yang sering digunakan dalam studi numerik yang tidak dapat diperoleh dari studi
ekperimental dimana struktur kontinum ditinjau sebagai rangkaian elemen-elemen
kecil berhingga yang dihubungkan satu sama lain melalui titik-titik nodal yang
terdapat pada tepi elemen. Setiap elemen mempunyai beberapa titik nodal yang
mempunyai derajat kebebasan (degree of freedom)...
Perilaku beton yang non-linier elastis menjadi persoalan tersendiri dalam
pemodelan finite element analysis. Non-linieritas material pada struktur beton sangat
dipengaruhi oleh terbentuknya retak karena setelah retak perilaku elemen beton
berubah dari isotropik menjadi orthotropik, di pihak lain perilaku material tulangan
baja pada beton retak bersifat tetap. Pengaruh hilangnya lekatan antara tulangan dan
beton menyebabkan pula perilaku struktur beton bertulang menjadi tidak linier.
Perilaku-perilaku tersebut memerlukan strategi khusus dalam mengevaluasi
kekakuan material karena meskipun dalam kondisi elastis kekakuan material beton
tidak menunjukkan sifat linier. Dengan demikian pada setiap inkrementasi beban
kekakuan material selalu diperbaiki, oleh karena itu pada tesis ini akan
dikembangkan suatu model finite element yang dapat merepresentasikan perilaku
struktur beton bertulang dengan memasukkan sifat non-linieritas material dan dapat
mensimulasikan pola serta propagasi retak pada setiap inkrementasi beban.
1.2 Permasalah
Adapun permasalahan yang akan di bahas dalam tugas akhir ini adalah:
1.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap daerah
geser pile cap.
2
2.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap lentur
pile cap.
3.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap dimensi
penampang pile cap.
4.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap
penulangan pile cap.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penulisan ini permasalahan yang diambil dibatasi pada:
1. Struktur pile cap yang direncanakan bebertuk segi empat sama sisi
(persegi) dengan menggunakan 4 (empat) buah tiang pancang dan
bersifat elastik.
2. Perencanaan pile cap berdasarkan Pedoman Tata Cara Perhitungan
Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung SNI_03-2847-2002
3. Beban-beban yang dipikul pile cap adalah beban aksial kolom P = 7500
kN dan berat sendiri pile cap.
4. Settlement (penurunan) yang diperhitungkan pada tiang adalah
penurunan elastis dan tidak memperhitungkan akibat konsolidasi.
5. Kuat tekan karakteristik beton (fc’) yang digunakan adalah 30 Mpa.
6. Mutu baja (fy) yang digunakan adalah 300 Mpa.
1.4 Tujuan Penulisan
Penulisan Tugas akhir ini bertujuan :
1. Mengetahui cara perencanaan pile cap yang mengalami settlement pada
tiang pancangnya.
3
2. Mendapatkan jumlah tulangan yang dibutuhkan pile cap untuk menahan
geser dan lentur.
3. Mendapatkan selisih nilai lentur pada pile cap yang mengalami
settlement dengan yang tidak mengalami settlement.
4. Memperoleh nilai kenaikan kapasitas beban kolom yang dapat dipikul
oleh pile cap.
5. Menentukan perubahan daerah geser kritis akibat settlement.
1.5 Manfaat Penulisan
Manfaat yang diharapkan dari penulisan ini adalah :
1. Sebagai sumber pengetahuan mengenai pengaruh penggunaan metode
yang berbeda antara metode konvensional dan elemen hingga terhadap
tingkat ekonomis penggunaan tulangan baja pada beton.
2. Sebagai masukan bagi praktisi mengenai metode mana yang lebih
ekonomis untuk diterapkan di lapangan.
3. Sebagai bahan masukan bagi rekan-rekan mahasiswa apabila nantinya
melakukan penulisan yang berkenaan dengan hasil penulisan ini.
I.6 Metodologi penulisan
Dalam penulisan Tugas Akhir ini metode yang digunakan adalah study
literatur. Adapun sumber literatur yang diambil adalah dari beberapa buku-buku
teknik sipil, jurnal ilmiah, dan sebagainya yang berkenaan dengan Tugas Akhir ini.
Analisis dalam tugas akhir ini dilakukan dalam batas elastis dengan mengacu
pada peraturan SNI 03-2847-2002.
4
I.7 Tinjauan Pustaka Singkat
1.
Persamaan settlement tiang pancang pada tanah lempung normal
konsolodasi dan over konsolidasi terhadap perencanaan tulangan pile
cap.
Konsolidasi normal:
Konsolidasi berlebih:
- untuk kondisi
:
- untuk kondisi
2.
:
Berikut adalah persamaan analisa perencanaan pile cap dengan metode
konvensional.
Beban yang terjadi pada masing-masing tiang pancang:
∑
∑
Gaya geser yang terjadi akan dipikul oleh elemen pile cap sebesar
dan
besarnya tidak boleh lebih kecil dari:
Perhitungan geser dilakukan dengan menganggap bahwa geser terjadi
dalam dua arah dan satu arah, dengan mengambil geser terbesar dari
kedua perhitungan.
5
Gambar 1.1 Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser satu arah
Gambar 1.2 Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser dua arah
Perhitungan geser dilakukan untuk mendimensi dan menghitung tulangan
geser pada pile cap sesuai dengan peraturan SNI_03-2847-2002.
3.
Perencanaan pile cap terhadap lentur untuk menentukan jumlah tulangan
dilakukan dengan metode elastis. Dimana persamaan tegangan lentur
adalah sebagai berikut:
6
Gambar 1.3 lendutan pile cap akibat beban aksial kolom
Berdasarkan persamaan teori balok pondasi elastik pada tanah lunak
(Hetenyi, 1974), lendutan pada pile cap dapat dihitung denga rumus
sebagai berikut:
I.8 Sistematika Penulisan
Untuk mengetahui gambaran garis besar Tugas Akhir ini, berikut uraian singkat isi
dari Tugas Akhir ini.
BAB I
: PENDAHULUAN, terdiri atas Latar Belakang, Permasalahan,
Pembatasan Masalah, Tujuan, Manfaat, Metodologi, Tinjauan Pustaka
Singkat, dan Sistematika Penulisan.
BAB II
: TINJAUAN
PUSTAKA,
berisikan
tentang
penjelasan
umum
mengenai settlement pada tanah lempung terkonsolidasi, rumusan
7
umum perencanaan geser dan lentur pile cap, dan peraturan-peraturan
yang menyangkut perencanaan pile cap.
BAB III
: METODE ANALISA BoEF, dalam bab ini akan dibahas secara
mendalam hubungan settlement terhadap perubahan daerah geser
kritis, tegangan lentur, dimensi pile cap dan penulangan pile cap.
BAB IV
: APLIKASI
BAB V
: KESIMPULAN DAN SARAN
8
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dunia usaha sekarang mengalami kemajuan perkembangan yang begitu
pesat, terutama terjadi di daerah perkotaan. Seiring dengan hal tersebut,
pembangunan infra struktur pun harus dituntut dapat mengikuti perkembangan
tersebut khususnya di daerah perkotaan yang mengalami pertambahan penduduk
dengan luasan wilayah yang relatif tetap. Pembangunan infra stuktur khususnya
gedung di dalam kota menuntut efisiensi yang tinggi, yaitu ekonomis tanpa
mengesampingkan faktor keamanannya.
Bangunan akan berdiri kokoh, bila didukung oleh elemen struktur yang
kokoh pula. Salah satu elemen struktur adalah pile cap. Pile cap merupakan bagian
bangunan yang memikul seluruh beban-beban yang disalurkan dari kolom pada
bangunan tersebut. Untuk dapat menghitung penulangan pada pile cap, maka pile cap
harus dianalisa sehingga didapat gaya-gaya dalam yang berupa momen lentur,
momen puntir, gaya lintang dan gaya normal. Dalam menganalisa pile cap dapat
dilakukan dengan beberapa metode:
1. Metode Konvensional
2. Metode Elemen Hingga
Metode konvensional biasa digunakan untuk mendisain elemen struktur
dengan sistem balok pemikul. Pile cap dianggap sebagai balok-balok pemikul beban
dari kolom yang menyalurkannya ke pile (pondasi tiang) yang dianggap sebagai
kolom. Jadi dalam metode konvensional pile cap dianalisa berdasarkan dimensi
rencana.
1
Metode elemen hingga (finite element method) adalah salah satu pendekatan
yang sering digunakan dalam studi numerik yang tidak dapat diperoleh dari studi
ekperimental dimana struktur kontinum ditinjau sebagai rangkaian elemen-elemen
kecil berhingga yang dihubungkan satu sama lain melalui titik-titik nodal yang
terdapat pada tepi elemen. Setiap elemen mempunyai beberapa titik nodal yang
mempunyai derajat kebebasan (degree of freedom)...
Perilaku beton yang non-linier elastis menjadi persoalan tersendiri dalam
pemodelan finite element analysis. Non-linieritas material pada struktur beton sangat
dipengaruhi oleh terbentuknya retak karena setelah retak perilaku elemen beton
berubah dari isotropik menjadi orthotropik, di pihak lain perilaku material tulangan
baja pada beton retak bersifat tetap. Pengaruh hilangnya lekatan antara tulangan dan
beton menyebabkan pula perilaku struktur beton bertulang menjadi tidak linier.
Perilaku-perilaku tersebut memerlukan strategi khusus dalam mengevaluasi
kekakuan material karena meskipun dalam kondisi elastis kekakuan material beton
tidak menunjukkan sifat linier. Dengan demikian pada setiap inkrementasi beban
kekakuan material selalu diperbaiki, oleh karena itu pada tesis ini akan
dikembangkan suatu model finite element yang dapat merepresentasikan perilaku
struktur beton bertulang dengan memasukkan sifat non-linieritas material dan dapat
mensimulasikan pola serta propagasi retak pada setiap inkrementasi beban.
1.2 Permasalah
Adapun permasalahan yang akan di bahas dalam tugas akhir ini adalah:
1.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap daerah
geser pile cap.
2
2.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap lentur
pile cap.
3.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap dimensi
penampang pile cap.
4.
Pengaruh settlement tiang pancang pada tanah lempung terhadap
penulangan pile cap.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penulisan ini permasalahan yang diambil dibatasi pada:
1. Struktur pile cap yang direncanakan bebertuk segi empat sama sisi
(persegi) dengan menggunakan 4 (empat) buah tiang pancang dan
bersifat elastik.
2. Perencanaan pile cap berdasarkan Pedoman Tata Cara Perhitungan
Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung SNI_03-2847-2002
3. Beban-beban yang dipikul pile cap adalah beban aksial kolom P = 7500
kN dan berat sendiri pile cap.
4. Settlement (penurunan) yang diperhitungkan pada tiang adalah
penurunan elastis dan tidak memperhitungkan akibat konsolidasi.
5. Kuat tekan karakteristik beton (fc’) yang digunakan adalah 30 Mpa.
6. Mutu baja (fy) yang digunakan adalah 300 Mpa.
1.4 Tujuan Penulisan
Penulisan Tugas akhir ini bertujuan :
1. Mengetahui cara perencanaan pile cap yang mengalami settlement pada
tiang pancangnya.
3
2. Mendapatkan jumlah tulangan yang dibutuhkan pile cap untuk menahan
geser dan lentur.
3. Mendapatkan selisih nilai lentur pada pile cap yang mengalami
settlement dengan yang tidak mengalami settlement.
4. Memperoleh nilai kenaikan kapasitas beban kolom yang dapat dipikul
oleh pile cap.
5. Menentukan perubahan daerah geser kritis akibat settlement.
1.5 Manfaat Penulisan
Manfaat yang diharapkan dari penulisan ini adalah :
1. Sebagai sumber pengetahuan mengenai pengaruh penggunaan metode
yang berbeda antara metode konvensional dan elemen hingga terhadap
tingkat ekonomis penggunaan tulangan baja pada beton.
2. Sebagai masukan bagi praktisi mengenai metode mana yang lebih
ekonomis untuk diterapkan di lapangan.
3. Sebagai bahan masukan bagi rekan-rekan mahasiswa apabila nantinya
melakukan penulisan yang berkenaan dengan hasil penulisan ini.
I.6 Metodologi penulisan
Dalam penulisan Tugas Akhir ini metode yang digunakan adalah study
literatur. Adapun sumber literatur yang diambil adalah dari beberapa buku-buku
teknik sipil, jurnal ilmiah, dan sebagainya yang berkenaan dengan Tugas Akhir ini.
Analisis dalam tugas akhir ini dilakukan dalam batas elastis dengan mengacu
pada peraturan SNI 03-2847-2002.
4
I.7 Tinjauan Pustaka Singkat
1.
Persamaan settlement tiang pancang pada tanah lempung normal
konsolodasi dan over konsolidasi terhadap perencanaan tulangan pile
cap.
Konsolidasi normal:
Konsolidasi berlebih:
- untuk kondisi
:
- untuk kondisi
2.
:
Berikut adalah persamaan analisa perencanaan pile cap dengan metode
konvensional.
Beban yang terjadi pada masing-masing tiang pancang:
∑
∑
Gaya geser yang terjadi akan dipikul oleh elemen pile cap sebesar
dan
besarnya tidak boleh lebih kecil dari:
Perhitungan geser dilakukan dengan menganggap bahwa geser terjadi
dalam dua arah dan satu arah, dengan mengambil geser terbesar dari
kedua perhitungan.
5
Gambar 1.1 Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser satu arah
Gambar 1.2 Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser dua arah
Perhitungan geser dilakukan untuk mendimensi dan menghitung tulangan
geser pada pile cap sesuai dengan peraturan SNI_03-2847-2002.
3.
Perencanaan pile cap terhadap lentur untuk menentukan jumlah tulangan
dilakukan dengan metode elastis. Dimana persamaan tegangan lentur
adalah sebagai berikut:
6
Gambar 1.3 lendutan pile cap akibat beban aksial kolom
Berdasarkan persamaan teori balok pondasi elastik pada tanah lunak
(Hetenyi, 1974), lendutan pada pile cap dapat dihitung denga rumus
sebagai berikut:
I.8 Sistematika Penulisan
Untuk mengetahui gambaran garis besar Tugas Akhir ini, berikut uraian singkat isi
dari Tugas Akhir ini.
BAB I
: PENDAHULUAN, terdiri atas Latar Belakang, Permasalahan,
Pembatasan Masalah, Tujuan, Manfaat, Metodologi, Tinjauan Pustaka
Singkat, dan Sistematika Penulisan.
BAB II
: TINJAUAN
PUSTAKA,
berisikan
tentang
penjelasan
umum
mengenai settlement pada tanah lempung terkonsolidasi, rumusan
7
umum perencanaan geser dan lentur pile cap, dan peraturan-peraturan
yang menyangkut perencanaan pile cap.
BAB III
: METODE ANALISA BoEF, dalam bab ini akan dibahas secara
mendalam hubungan settlement terhadap perubahan daerah geser
kritis, tegangan lentur, dimensi pile cap dan penulangan pile cap.
BAB IV
: APLIKASI
BAB V
: KESIMPULAN DAN SARAN
8