Analisis Beban Pondasi Tiang Pancang Dengan Memperhitungkan Daya Dukung Tanah Dibawah Pile Cap Konvensional Berdasarkan Teori Hetenyi
ANALISIS BEBAN PONDASI TIANG PANCANG DENGAN
MEMPERHITUNGKAN DAYA DUKUNG TANAH DIBAWAH
PILE CAP KONVENSIONAL BERDASARKAN TEORI
HETENYI
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
untuk menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh:
IVAN EDWARD HARIANJA
06 0404 061
SUB JURUSAN STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan kasih karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Terutama atas
penyertaan-Nya dan kasih-Nya yang tercurah setiap saat hin. Adapun judul Tugas Akhir
yang penulis selesaikan adalah “Analisis Beban Pondasi Tiang Pancang Dengan
Memperhitungkan Daya Dukung Tanah Dibawah Pile Cap Konvensional
Berdasarkan Teori Hetenyi”. Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah
satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program Sarjana (S1) di
Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada :
1.
Bapak Prof. Dr. -Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil,
Universitas Sumatera Utara dan juga dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan bimbingan kepada
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3.
Bapak Ir. Syahrizal, MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas
Sumatera Utara.
4.
Bapak Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, MSc., Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Bapak
M. Agung, ST., MT., selaku pembanding yang telah memberi kritik dan masukan.
5.
Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan ilmu kepada penulis selama masa pendidikan di
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.
6.
Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian
administrasi.
7.
Bapak Kurniawan Destika yang telah bersedia membagi ilmunya melalui tesis yang
boleh saya gunakan sebagai referensi dalam Tugas Akhir ini.
i
7.
Terkhusus kepada Keluarga Penulis tercinta, mendiang ayah saya L. Harianja (+),
ibu saya tercinta S. br. Tampubolon, kakak saya Kristina Nova Harianja, SPsi., adik
saya Cokro H. Harianja, dan Martha C. P. Harianja, kakak sepupu saya Julita S. J.
Sitopu, yang selalu memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8.
Rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang
tidak mungkin disebutkan satu per satu, terutama teman-teman mahasiswa Teknik
Sipil angkatan 2006, terima kasih saya ucapkan kepada kalian semua atas bantuan
dan masukannya hingga selesainya Tugas Akhir ini.
9.
Rekan-rekan anggota Paduan Suara Naposobulung HKBP Teladan, terima kasih
saya ucapkan kepada kalian semua atas dorongan dan doa selama ini sehingga
Tugas Akhir ini dapat selesai.
Kiranya Tugas Akhir saya ini dapat memberikan sumbangsih bagi kemajuan
Departemen Teknik Sipil khususnya dan Ilmu Pengetahuan di Indonesia pada umumnya.
Akhir kata “tak ada gading yang tak retak”, demikian juga Tugas Akhir ini masih jauh
dari sempurna. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan
menerima saran dan kritik demi perbaikan tugas akhir ini.
Terima kasih.
Medan,
Juli 2012
Penulis
Ivan Edward Harianja
06 0404 061
ii
ABSTRAK
Pile cap merupakan salah satu elemen penting dari suatu struktur bangunan
sipil. Hal ini dikarenakan pile cap memiliki peranan penting dalam pendistribusian
beban dari struktur atas seperti kolom ke tiang pancang untuk kemudian diteruskan
ke dalam tanah. Pada umumnya para geotechnical dan structure engineer jika
mendesain pondasi dalam (deep foundation) jarang sekali memperhitungkan
kontribusi pile cap.
Pada daerah pantai dengan kondisi tanah berupa tanah endapan sangat sulit
untuk mencapai tanah keras sehingga dibutuhkan banyak tiang, Pile cap dengan sifat
fleksibel memberikan kesempatan tanah dibawah pile cap untuk memikul sebagian
beban pile cap sehingga beban untuk tiang pancang tidak terlalu besar. Perencanaan
pile cap dapat dihitung dengan teori balok pada pondasi elastis (Beam on Elastic
Fondation, BoEF)(Hetenyi,1974). Dimana, pile cap dianggap sebagai sebuah balok
lentur yang didukung oleh tiang pancang dan tanah dasar sebagai dasar pondasinya.
Untuk menghitung lendutan dan gaya-gaya dalam yang terjadi pada pile cap
dibutuhkan modulus reaksi tanah dasar (k) yang nilainya dipengaruhi oleh jarak antar
tiang pancang. Jarak antar tiang diambil 3D; 3,5D; 4D; 4,5D; dan 5D.
Dari hasil analisa dan perhitungan yang telah dilakukan, pile cap dengan
jarak tiang pancang 3D cenderung bersifat kaku dimana defleksi pelat sangat kecil
namun beban aksial tiang pancang cukup besar dibandingkan dengan 5D. Beban
aksial kolom yang dapat ditingkatkan adalah sebesar 11% sampai dengan 18% untuk
jarak tiang antara 3D sampai 5D.
Kata kunci : pile cap, BoEF, tiang pancang.
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................ i
ABSTRAK .......................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xii
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang............................................................................... 1
1.2 Pemasalahan .................................................................................. 2
1.3 Pembatasan Masalah ..................................................................... 3
1.4 Tujuan Penulisan ........................................................................... 3
1.5 Manfaat Penulisan ......................................................................... 4
1.6 Metodologi Penulisan .................................................................... 4
1.7 Tinjauan Pustaka Singkat .............................................................. 5
1.8 Sistematika Penulisan .................................................................... 7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 9
2.1 Umum ............................................................................................ 9
2.2 Beton.............................................................................................. 10
2.3 Tulangan Baja ................................................................................ 11
2.4 Konsolidasi .................................................................................... 12
2.5 Kapasitas Daya Dukung dan Efisiensi Kelompok Tiang .............. 15
iv
2.5.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Parameter
Kuat Geser Tanah (Laboratorium) ....................................... 15
2.5.2 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Data SPT
(Standart Penetration Test)................................................... 17
2.5.3 Efisiensi Kelompok Tiang Pancang ..................................... 18
2.6 Setlement/Penurunan Pondasi ....................................................... 19
2.6.1 Perkiraan Penurunan Pondasi Dangkal ................................ 19
2.6.2 Perkiraan Penurunan Tiang Tunggal.................................... 20
2.6.3 Perkiraan Penurunan Kelompok Tiang ................................ 23
2.7 Koefisien Reaksi Subgrade............................................................ 26
2.8 Perencanaan Pile Cap Dengan Metode Konvensional .................. 31
2.8.1 Pemilihan Dimensi Pile Cap ................................................ 31
2.8.2 Desain Terhadap Geser Satu Arah ....................................... 33
2.8.3 Desain Terhadap Geser Pons (Punching Shear) .................. 35
2.8.4 Desain Terhadap Lentur ....................................................... 36
2.9 Modulus Elastisitas Beton ............................................................. 38
2.10 Modulus Elastisitas Tanah .......................................................... 38
2.11 Lendutan Balok ........................................................................... 39
BAB III ANALISA BALOK LENTUR DIATAS PONDASI ELASTIS ...... 41
3.1 Pondasi Tiang Mengapung ............................................................ 41
3.1.1 Pondasi Tiang Tunggal Dengan Beban Vertikal.................. 41
3.1.2 Kelompok Tiang Dengan Beban Vertikal ............................ 42
3.1.3 Tiang Gesek ......................................................................... 43
3.2 Pelat Tipis Sebagai Pile Cap pada Pondasi Tiang Pancang .......... 44
v
3.3 Balok Diatas Pondasi Elastis (Beam on Elastic Fondation) ......... 49
3.4 Balok Dengan Panjang Tak Hingga (Infinite Beam) ..................... 51
3.4.1 Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani
Secara Terpusat .................................................................... 51
3.4.2 Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani
Secara Merata ....................................................................... 53
3.5 Balok Dengan Panjang Terhingga (Finite Beam) ......................... 55
3.6 Pelat Dengan Pondasi Elastis ........................................................ 60
BAB IV APLIKASI ........................................................................................... 65
4.1 Soal ................................................................................................ 65
4.2 Penyelesaian .................................................................................. 67
4.2.1 Perhitungan Daya Dukung ................................................... 67
4.2.2 Perencanaan ......................................................................... 69
4.2.2a Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 3Ø ................................................................... 69
4.2.2b Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 3,5Ø................................................................ 87
4.2.2c Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 4Ø ................................................................... 104
4.2.2d Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 4,5Ø................................................................ 121
4.2.2e Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 5Ø ................................................................... 138
vi
4.3 Hasil Dan Pembahasan .................................................................. 155
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 156
3.1 Kesimpulan .................................................................................... 156
3.2 Saran .............................................................................................. 156
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 158
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser satu arah ..... 6
Gambar 1.2
Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser dua arah ...... 6
Gambar 1.3
Lendutan pile cap akibat beban aksial kolom................................ 7
Gambar 2.1
Kondisi tanah terkonsolidasi secara normal .................................. 13
Gambar 2.2
Kondisi tanah yang terlalu terkonsolidasi ..................................... 14
Gambar 2.3
Kondisi tanah yang mengalami penurunan akibat penambahan
tekanan efektif ............................................................................... 19
Gambar 2.4
Beberapa jenis susunan umum group pile, (a) pile cap yang
memikul kolom, (b) pile cap yang memikul dinding .................... 32
Gambar 2.5
Bidang geser satu arah pile cap ..................................................... 33
Gambar 2.6
Reaksi beban efektif tiang yang diperhitungkan sebagai beban
geser pada daerah geser ................................................................. 34
Gambar 2.7
Bidang geser dua arah pile cap ...................................................... 35
Gambar 2.8
Lendutan akibat beban P di tengah bentang .................................. 40
Gambar 3.1
Gaya yang bekerja pada tiang tunggal pada tanah ........................ 42
Gambar 3.2
Distribusi tekanan tiang gesek dalam tanah lempung lunak ......... 42
Gambar 3.3
Gabungan beberapa gelembung pada kelompok tiang dinding
gesek .............................................................................................. 43
Gambar 3.4
Tiang gesek .................................................................................... 43
Gambar 3.5
Gaya –gaya dalam yang terjadi pada pelat akibat tekanan
vertikal tanah ................................................................................. 44
viii
Gambar 3.6
Gaya- gaya dalam yang terjadi pada pelat tereduksi akibat
dukungan tiang pancang ................................................................ 45
Gambar 3.7
Momen perlawanan tiang .............................................................. 45
Gambar 3.8
Skema distribusi tekanan tanah (a) pelat tanpa tiang, (b) pelat
dengan tiang................................................................................... 47
Gambar 3.9
Hitungan lendutan rata-rata pelat fleksibel.................................... 49
Gambar 3.10 Balok mendukung beban vertikal diatas tumpuan elastis.............. 49
Gambar 3.11 Balok panjang tak terhingga dibebani secara terpusat dan
momen titik.................................................................................... 51
Gambar 3.12 Titik-titik tinjau pada balok tak terhingga yang dibebani secara
merata ............................................................................................ 53
Gambar 3.13 Mekanisme pemberian gaya dan momen ujung ............................ 55
Gambar 3.14 a. Grafik untuk menentukan nilai Aλl, Bλl, Cλl, dan Dλl .................. 58
b. Grafik untuk menentukan nilai EI, EII, FI, dan FII ..................... 58
Gambar 3.15 Balok terhingga yang dibebani beban titik pada jarak tertentu ..... 58
Gambar 3.16 Grafik nilai Z3(), Z’3(),Z4(), dan Z’4() (Bowles, 1992) ........... 62
Gambar 3.17 Pelat lajur sebagai balok
(a) balok dengan panjang kurang dari π/λ, .................................... 63
(b) balok dengan panjang lebih dari π/λ ........................................ 63
Gambar 4.1
Gambar rencana pile cap 3Ø ......................................................... 71
Gambar 4.2
Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 3Ø .................................................................................. 73
Gambar 4.3
Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3Ø ........................ 76
Gambar 4.4
Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 3Ø ..................... 80
ix
Gambar 4.5
Detail penulangan pile cap 3Ø ...................................................... 86
Gambar 4.6
Gambar rencana pile cap 3,5Ø ...................................................... 88
Gambar 4.7
Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 3,5Ø ............................................................................... 90
Gambar 4.8
Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3,5Ø ..................... 93
Gambar 4.9
Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 3,5Ø .................. 97
Gambar 4.10 Detail penulangan pile cap 3,5Ø ................................................... 103
Gambar 4.11 Gambar rencana pile cap 4Ø ......................................................... 105
Gambar 4.12 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 4Ø .................................................................................. 107
Gambar 4.13 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 4Ø ........................ 110
Gambar 4.14 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4Ø ..................... 114
Gambar 4.15 Detail penulangan pile cap 4Ø ...................................................... 120
Gambar 4.16 Gambar rencana pile cap 4,5Ø ...................................................... 122
Gambar 4.17 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 4,5Ø ............................................................................... 124
Gambar 4.18 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 4,5Ø ..................... 127
Gambar 4.19 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4,5Ø .................. 131
Gambar 4.20 Detail penulangan pile cap 4,5Ø ................................................... 137
Gambar 4.21 Gambar rencana pile cap 5Ø ......................................................... 139
Gambar 4.22 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 5Ø .................................................................................. 141
Gambar 4.23 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 5Ø ........................ 144
Gambar 4.24 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 5Ø ..................... 148
x
Gambar 4.25 Detail penulangan pile cap 5Ø ...................................................... 154
xi
DAFTAR NOTASI
Ac
= luas bidang geser beton
AC
= luas bidang kontak pelat dan tanah (m2)
Ap
= luas penampang tiang
As
= luas tulangan geser
B
= lebar kelompok tiang
Bg
= Lebar kelompok tiang
cp
= koefisien empiris, tabel 2.3
cu
= nilai kohesif tanah tak teraliri
Cα
= indeks pemampatan sekunder
Ø
= diameter tiang
d
= tinggi efektif pile cap
D
= kekakuan balok beton
E
= modulus elastisitas
ei
= angka pori saat berakhirnya konsolidasi
eo
= anka pori awal
ep
= angka pori sesaat konsolidasi primer berakhir
Ep
= modulus elastisitas tiang
Es
= modulus elastisitas tanah, tabel 2.2
fc’, fy
= mutu bahan
H
= tebal lapisan tanah yang ditinjau
hc
= kedalaman sebelum (m)
xii
ho
= kedalaman sekarang (m)
I
L
= 1
8B
g
i
= nomor titik pengukuran 1 sampai n dengan i = n = 0
Iws
= 2 0,35
k
= kekakuan rotasi tiang (kN.m)
kh
= koefisien reaksi subgrade horizontal (kN/m3)
kv
= koefisien subgrade vertikal tanah (kN/m3)
L
= tinggi tiang (meter)
Li
= ketebalan lapisan tanah
Li
= ketebalan lapisan tanah
Mp
= Momen perlawanan tiang (kN.m)
Mx
= momen bekerja pada sumbu x
My
= momen bekerja pada sumbu y
N
= beban aksial kolom
N’
= harga rata-rata N- SPT pada kedalaman Bg dibawah ujung pondasi tiang
n
= jumlah tiang
Nc’, Nq’
0,5
L
,faktor pengaruh
d
= faktor kapasitas daya dukung Mayerhof
N-SPT = nilai standar penetrasi test
p
= keliling tiang
Pc
= tekanan tanah lateral terlalu terkonsolidasi (kN/m2)
ph
= tekanan tanah lateral per satuan luas tiang (kN/m2)
Po
= tekanan tanah lateral terkonsolidasi secara normal (kN/m2)
xiii
Ppile
= beban yang dipikul oleh tiang pancang
Q
= beban titik (kN)
q
= tekanan netto pondasi
q
= tekanan pada dasar pondasi
q’
= beban yang pernah dipikul tanah sebelumnya
qc
= nilai rat-rata perlawanan konus pada kedalaman Bg di ujung pondasi
Qn
= beban geser nominal yang diperhitungkan dalam perencanaan
Qn-up
= geser ponds nominal
qp
= daya dukung tanah batas ujung tiang
Qp
= kapasitas dukung ujung tiang
Qs
= kapasitas dukung selimut tiang
Qu
= beban batas terfaktor yang boleh diizinkan bekerja
Qup
= geser ponds terfaktor
S
= Penurunan pondasi tiang tunggal
Sa
= lendutan rata-rata pelat fleksibel (m)
Sc
= penurunan konsolidasi primer
Sc
= penurunan konsolidasi primer
Sg
= Penurunan pondasi kelompok tiang
Si
= penurunan segera
Si
= penurunan segera
Sp
= penurunan ujung tiang
Sps
= penurunan akibat beban yang dialihkan sepanjang tiang
Ss
= penurunan konsolidasi sekunder
t1
= waktu sesaat setelah konsolidasi primer berakhir
xiv
t2
= t1 + t
Vc
= geser izin beton
Vs
= geser izin tulangan
α
= koefisien friksi yang tergantung pada distribusi gesekan selimut sepanjang
tiang. Menurut Vesic (1977), α = 0,33 – 0,5
1
= faktor keamanan = 0,85 untuk fc’ ≤ 30 Mpa, berkurang 0,05 tiap kenaikan
7 MPa dan tidak kurang dari 0,65
= berat volume tanah (kN/m3)
λ
= fleksibilitas balok
ρ
= rasio tulangan
σ0
= tekanan tanah lateral
υ
= poisson rasio tanah, tabel 2.4
φ
= sudut geser tanah
Pt
= Gesekan rata – rata yang bekerja sepanjang tiang
pL
= rotasi tiang (radian)
e
= perubahan angka pori
i
= faktor koreksi untuk lapisan tanah dengan tebal H (gambar 2.4)
i
= lendutan dititik ke-I pelat fleksibel (m)
o
= faktor koreksi untuk kedalaman pondasi Df (gambar 2.4)
t
= perpindahan horizontal ujung bawah tiang (meter)
xv
MEMPERHITUNGKAN DAYA DUKUNG TANAH DIBAWAH
PILE CAP KONVENSIONAL BERDASARKAN TEORI
HETENYI
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
untuk menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh:
IVAN EDWARD HARIANJA
06 0404 061
SUB JURUSAN STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan kasih karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Terutama atas
penyertaan-Nya dan kasih-Nya yang tercurah setiap saat hin. Adapun judul Tugas Akhir
yang penulis selesaikan adalah “Analisis Beban Pondasi Tiang Pancang Dengan
Memperhitungkan Daya Dukung Tanah Dibawah Pile Cap Konvensional
Berdasarkan Teori Hetenyi”. Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah
satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program Sarjana (S1) di
Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada :
1.
Bapak Prof. Dr. -Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil,
Universitas Sumatera Utara dan juga dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan bimbingan kepada
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3.
Bapak Ir. Syahrizal, MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas
Sumatera Utara.
4.
Bapak Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, MSc., Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Bapak
M. Agung, ST., MT., selaku pembanding yang telah memberi kritik dan masukan.
5.
Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan ilmu kepada penulis selama masa pendidikan di
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.
6.
Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian
administrasi.
7.
Bapak Kurniawan Destika yang telah bersedia membagi ilmunya melalui tesis yang
boleh saya gunakan sebagai referensi dalam Tugas Akhir ini.
i
7.
Terkhusus kepada Keluarga Penulis tercinta, mendiang ayah saya L. Harianja (+),
ibu saya tercinta S. br. Tampubolon, kakak saya Kristina Nova Harianja, SPsi., adik
saya Cokro H. Harianja, dan Martha C. P. Harianja, kakak sepupu saya Julita S. J.
Sitopu, yang selalu memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8.
Rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang
tidak mungkin disebutkan satu per satu, terutama teman-teman mahasiswa Teknik
Sipil angkatan 2006, terima kasih saya ucapkan kepada kalian semua atas bantuan
dan masukannya hingga selesainya Tugas Akhir ini.
9.
Rekan-rekan anggota Paduan Suara Naposobulung HKBP Teladan, terima kasih
saya ucapkan kepada kalian semua atas dorongan dan doa selama ini sehingga
Tugas Akhir ini dapat selesai.
Kiranya Tugas Akhir saya ini dapat memberikan sumbangsih bagi kemajuan
Departemen Teknik Sipil khususnya dan Ilmu Pengetahuan di Indonesia pada umumnya.
Akhir kata “tak ada gading yang tak retak”, demikian juga Tugas Akhir ini masih jauh
dari sempurna. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan
menerima saran dan kritik demi perbaikan tugas akhir ini.
Terima kasih.
Medan,
Juli 2012
Penulis
Ivan Edward Harianja
06 0404 061
ii
ABSTRAK
Pile cap merupakan salah satu elemen penting dari suatu struktur bangunan
sipil. Hal ini dikarenakan pile cap memiliki peranan penting dalam pendistribusian
beban dari struktur atas seperti kolom ke tiang pancang untuk kemudian diteruskan
ke dalam tanah. Pada umumnya para geotechnical dan structure engineer jika
mendesain pondasi dalam (deep foundation) jarang sekali memperhitungkan
kontribusi pile cap.
Pada daerah pantai dengan kondisi tanah berupa tanah endapan sangat sulit
untuk mencapai tanah keras sehingga dibutuhkan banyak tiang, Pile cap dengan sifat
fleksibel memberikan kesempatan tanah dibawah pile cap untuk memikul sebagian
beban pile cap sehingga beban untuk tiang pancang tidak terlalu besar. Perencanaan
pile cap dapat dihitung dengan teori balok pada pondasi elastis (Beam on Elastic
Fondation, BoEF)(Hetenyi,1974). Dimana, pile cap dianggap sebagai sebuah balok
lentur yang didukung oleh tiang pancang dan tanah dasar sebagai dasar pondasinya.
Untuk menghitung lendutan dan gaya-gaya dalam yang terjadi pada pile cap
dibutuhkan modulus reaksi tanah dasar (k) yang nilainya dipengaruhi oleh jarak antar
tiang pancang. Jarak antar tiang diambil 3D; 3,5D; 4D; 4,5D; dan 5D.
Dari hasil analisa dan perhitungan yang telah dilakukan, pile cap dengan
jarak tiang pancang 3D cenderung bersifat kaku dimana defleksi pelat sangat kecil
namun beban aksial tiang pancang cukup besar dibandingkan dengan 5D. Beban
aksial kolom yang dapat ditingkatkan adalah sebesar 11% sampai dengan 18% untuk
jarak tiang antara 3D sampai 5D.
Kata kunci : pile cap, BoEF, tiang pancang.
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................ i
ABSTRAK .......................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xii
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang............................................................................... 1
1.2 Pemasalahan .................................................................................. 2
1.3 Pembatasan Masalah ..................................................................... 3
1.4 Tujuan Penulisan ........................................................................... 3
1.5 Manfaat Penulisan ......................................................................... 4
1.6 Metodologi Penulisan .................................................................... 4
1.7 Tinjauan Pustaka Singkat .............................................................. 5
1.8 Sistematika Penulisan .................................................................... 7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 9
2.1 Umum ............................................................................................ 9
2.2 Beton.............................................................................................. 10
2.3 Tulangan Baja ................................................................................ 11
2.4 Konsolidasi .................................................................................... 12
2.5 Kapasitas Daya Dukung dan Efisiensi Kelompok Tiang .............. 15
iv
2.5.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Parameter
Kuat Geser Tanah (Laboratorium) ....................................... 15
2.5.2 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Data SPT
(Standart Penetration Test)................................................... 17
2.5.3 Efisiensi Kelompok Tiang Pancang ..................................... 18
2.6 Setlement/Penurunan Pondasi ....................................................... 19
2.6.1 Perkiraan Penurunan Pondasi Dangkal ................................ 19
2.6.2 Perkiraan Penurunan Tiang Tunggal.................................... 20
2.6.3 Perkiraan Penurunan Kelompok Tiang ................................ 23
2.7 Koefisien Reaksi Subgrade............................................................ 26
2.8 Perencanaan Pile Cap Dengan Metode Konvensional .................. 31
2.8.1 Pemilihan Dimensi Pile Cap ................................................ 31
2.8.2 Desain Terhadap Geser Satu Arah ....................................... 33
2.8.3 Desain Terhadap Geser Pons (Punching Shear) .................. 35
2.8.4 Desain Terhadap Lentur ....................................................... 36
2.9 Modulus Elastisitas Beton ............................................................. 38
2.10 Modulus Elastisitas Tanah .......................................................... 38
2.11 Lendutan Balok ........................................................................... 39
BAB III ANALISA BALOK LENTUR DIATAS PONDASI ELASTIS ...... 41
3.1 Pondasi Tiang Mengapung ............................................................ 41
3.1.1 Pondasi Tiang Tunggal Dengan Beban Vertikal.................. 41
3.1.2 Kelompok Tiang Dengan Beban Vertikal ............................ 42
3.1.3 Tiang Gesek ......................................................................... 43
3.2 Pelat Tipis Sebagai Pile Cap pada Pondasi Tiang Pancang .......... 44
v
3.3 Balok Diatas Pondasi Elastis (Beam on Elastic Fondation) ......... 49
3.4 Balok Dengan Panjang Tak Hingga (Infinite Beam) ..................... 51
3.4.1 Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani
Secara Terpusat .................................................................... 51
3.4.2 Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani
Secara Merata ....................................................................... 53
3.5 Balok Dengan Panjang Terhingga (Finite Beam) ......................... 55
3.6 Pelat Dengan Pondasi Elastis ........................................................ 60
BAB IV APLIKASI ........................................................................................... 65
4.1 Soal ................................................................................................ 65
4.2 Penyelesaian .................................................................................. 67
4.2.1 Perhitungan Daya Dukung ................................................... 67
4.2.2 Perencanaan ......................................................................... 69
4.2.2a Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 3Ø ................................................................... 69
4.2.2b Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 3,5Ø................................................................ 87
4.2.2c Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 4Ø ................................................................... 104
4.2.2d Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 4,5Ø................................................................ 121
4.2.2e Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar
Tiang 5Ø ................................................................... 138
vi
4.3 Hasil Dan Pembahasan .................................................................. 155
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 156
3.1 Kesimpulan .................................................................................... 156
3.2 Saran .............................................................................................. 156
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 158
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser satu arah ..... 6
Gambar 1.2
Geser efektif yang terjadi pada pile cap untuk geser dua arah ...... 6
Gambar 1.3
Lendutan pile cap akibat beban aksial kolom................................ 7
Gambar 2.1
Kondisi tanah terkonsolidasi secara normal .................................. 13
Gambar 2.2
Kondisi tanah yang terlalu terkonsolidasi ..................................... 14
Gambar 2.3
Kondisi tanah yang mengalami penurunan akibat penambahan
tekanan efektif ............................................................................... 19
Gambar 2.4
Beberapa jenis susunan umum group pile, (a) pile cap yang
memikul kolom, (b) pile cap yang memikul dinding .................... 32
Gambar 2.5
Bidang geser satu arah pile cap ..................................................... 33
Gambar 2.6
Reaksi beban efektif tiang yang diperhitungkan sebagai beban
geser pada daerah geser ................................................................. 34
Gambar 2.7
Bidang geser dua arah pile cap ...................................................... 35
Gambar 2.8
Lendutan akibat beban P di tengah bentang .................................. 40
Gambar 3.1
Gaya yang bekerja pada tiang tunggal pada tanah ........................ 42
Gambar 3.2
Distribusi tekanan tiang gesek dalam tanah lempung lunak ......... 42
Gambar 3.3
Gabungan beberapa gelembung pada kelompok tiang dinding
gesek .............................................................................................. 43
Gambar 3.4
Tiang gesek .................................................................................... 43
Gambar 3.5
Gaya –gaya dalam yang terjadi pada pelat akibat tekanan
vertikal tanah ................................................................................. 44
viii
Gambar 3.6
Gaya- gaya dalam yang terjadi pada pelat tereduksi akibat
dukungan tiang pancang ................................................................ 45
Gambar 3.7
Momen perlawanan tiang .............................................................. 45
Gambar 3.8
Skema distribusi tekanan tanah (a) pelat tanpa tiang, (b) pelat
dengan tiang................................................................................... 47
Gambar 3.9
Hitungan lendutan rata-rata pelat fleksibel.................................... 49
Gambar 3.10 Balok mendukung beban vertikal diatas tumpuan elastis.............. 49
Gambar 3.11 Balok panjang tak terhingga dibebani secara terpusat dan
momen titik.................................................................................... 51
Gambar 3.12 Titik-titik tinjau pada balok tak terhingga yang dibebani secara
merata ............................................................................................ 53
Gambar 3.13 Mekanisme pemberian gaya dan momen ujung ............................ 55
Gambar 3.14 a. Grafik untuk menentukan nilai Aλl, Bλl, Cλl, dan Dλl .................. 58
b. Grafik untuk menentukan nilai EI, EII, FI, dan FII ..................... 58
Gambar 3.15 Balok terhingga yang dibebani beban titik pada jarak tertentu ..... 58
Gambar 3.16 Grafik nilai Z3(), Z’3(),Z4(), dan Z’4() (Bowles, 1992) ........... 62
Gambar 3.17 Pelat lajur sebagai balok
(a) balok dengan panjang kurang dari π/λ, .................................... 63
(b) balok dengan panjang lebih dari π/λ ........................................ 63
Gambar 4.1
Gambar rencana pile cap 3Ø ......................................................... 71
Gambar 4.2
Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 3Ø .................................................................................. 73
Gambar 4.3
Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3Ø ........................ 76
Gambar 4.4
Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 3Ø ..................... 80
ix
Gambar 4.5
Detail penulangan pile cap 3Ø ...................................................... 86
Gambar 4.6
Gambar rencana pile cap 3,5Ø ...................................................... 88
Gambar 4.7
Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 3,5Ø ............................................................................... 90
Gambar 4.8
Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3,5Ø ..................... 93
Gambar 4.9
Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 3,5Ø .................. 97
Gambar 4.10 Detail penulangan pile cap 3,5Ø ................................................... 103
Gambar 4.11 Gambar rencana pile cap 4Ø ......................................................... 105
Gambar 4.12 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 4Ø .................................................................................. 107
Gambar 4.13 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 4Ø ........................ 110
Gambar 4.14 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4Ø ..................... 114
Gambar 4.15 Detail penulangan pile cap 4Ø ...................................................... 120
Gambar 4.16 Gambar rencana pile cap 4,5Ø ...................................................... 122
Gambar 4.17 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 4,5Ø ............................................................................... 124
Gambar 4.18 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 4,5Ø ..................... 127
Gambar 4.19 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4,5Ø .................. 131
Gambar 4.20 Detail penulangan pile cap 4,5Ø ................................................... 137
Gambar 4.21 Gambar rencana pile cap 5Ø ......................................................... 139
Gambar 4.22 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak
terhingga 5Ø .................................................................................. 141
Gambar 4.23 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 5Ø ........................ 144
Gambar 4.24 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 5Ø ..................... 148
x
Gambar 4.25 Detail penulangan pile cap 5Ø ...................................................... 154
xi
DAFTAR NOTASI
Ac
= luas bidang geser beton
AC
= luas bidang kontak pelat dan tanah (m2)
Ap
= luas penampang tiang
As
= luas tulangan geser
B
= lebar kelompok tiang
Bg
= Lebar kelompok tiang
cp
= koefisien empiris, tabel 2.3
cu
= nilai kohesif tanah tak teraliri
Cα
= indeks pemampatan sekunder
Ø
= diameter tiang
d
= tinggi efektif pile cap
D
= kekakuan balok beton
E
= modulus elastisitas
ei
= angka pori saat berakhirnya konsolidasi
eo
= anka pori awal
ep
= angka pori sesaat konsolidasi primer berakhir
Ep
= modulus elastisitas tiang
Es
= modulus elastisitas tanah, tabel 2.2
fc’, fy
= mutu bahan
H
= tebal lapisan tanah yang ditinjau
hc
= kedalaman sebelum (m)
xii
ho
= kedalaman sekarang (m)
I
L
= 1
8B
g
i
= nomor titik pengukuran 1 sampai n dengan i = n = 0
Iws
= 2 0,35
k
= kekakuan rotasi tiang (kN.m)
kh
= koefisien reaksi subgrade horizontal (kN/m3)
kv
= koefisien subgrade vertikal tanah (kN/m3)
L
= tinggi tiang (meter)
Li
= ketebalan lapisan tanah
Li
= ketebalan lapisan tanah
Mp
= Momen perlawanan tiang (kN.m)
Mx
= momen bekerja pada sumbu x
My
= momen bekerja pada sumbu y
N
= beban aksial kolom
N’
= harga rata-rata N- SPT pada kedalaman Bg dibawah ujung pondasi tiang
n
= jumlah tiang
Nc’, Nq’
0,5
L
,faktor pengaruh
d
= faktor kapasitas daya dukung Mayerhof
N-SPT = nilai standar penetrasi test
p
= keliling tiang
Pc
= tekanan tanah lateral terlalu terkonsolidasi (kN/m2)
ph
= tekanan tanah lateral per satuan luas tiang (kN/m2)
Po
= tekanan tanah lateral terkonsolidasi secara normal (kN/m2)
xiii
Ppile
= beban yang dipikul oleh tiang pancang
Q
= beban titik (kN)
q
= tekanan netto pondasi
q
= tekanan pada dasar pondasi
q’
= beban yang pernah dipikul tanah sebelumnya
qc
= nilai rat-rata perlawanan konus pada kedalaman Bg di ujung pondasi
Qn
= beban geser nominal yang diperhitungkan dalam perencanaan
Qn-up
= geser ponds nominal
qp
= daya dukung tanah batas ujung tiang
Qp
= kapasitas dukung ujung tiang
Qs
= kapasitas dukung selimut tiang
Qu
= beban batas terfaktor yang boleh diizinkan bekerja
Qup
= geser ponds terfaktor
S
= Penurunan pondasi tiang tunggal
Sa
= lendutan rata-rata pelat fleksibel (m)
Sc
= penurunan konsolidasi primer
Sc
= penurunan konsolidasi primer
Sg
= Penurunan pondasi kelompok tiang
Si
= penurunan segera
Si
= penurunan segera
Sp
= penurunan ujung tiang
Sps
= penurunan akibat beban yang dialihkan sepanjang tiang
Ss
= penurunan konsolidasi sekunder
t1
= waktu sesaat setelah konsolidasi primer berakhir
xiv
t2
= t1 + t
Vc
= geser izin beton
Vs
= geser izin tulangan
α
= koefisien friksi yang tergantung pada distribusi gesekan selimut sepanjang
tiang. Menurut Vesic (1977), α = 0,33 – 0,5
1
= faktor keamanan = 0,85 untuk fc’ ≤ 30 Mpa, berkurang 0,05 tiap kenaikan
7 MPa dan tidak kurang dari 0,65
= berat volume tanah (kN/m3)
λ
= fleksibilitas balok
ρ
= rasio tulangan
σ0
= tekanan tanah lateral
υ
= poisson rasio tanah, tabel 2.4
φ
= sudut geser tanah
Pt
= Gesekan rata – rata yang bekerja sepanjang tiang
pL
= rotasi tiang (radian)
e
= perubahan angka pori
i
= faktor koreksi untuk lapisan tanah dengan tebal H (gambar 2.4)
i
= lendutan dititik ke-I pelat fleksibel (m)
o
= faktor koreksi untuk kedalaman pondasi Df (gambar 2.4)
t
= perpindahan horizontal ujung bawah tiang (meter)
xv