ABSTRAK. Kata kunci: interaksi tanah struktur, pondasi telapak, model kaku, model fleksibel, elemen spring, elemen solid

Transkripsi

1 ABSTRAK Penelitian tentang pemodelan Interaksi Tanah Struktur (SSI) pada struktur gedung beton bertulang 5 lantai yang menggunakan pondasi telapak sebagai struktur bawah telah dilakukan. Dibuat 2 model gedung tanpa memperhitungkan SSI dan 2 model dengan memperhitungkan SSI. Keempat model tersebut memiliki struktur atas yang tipikal, namun berbeda pada perlakukan struktur bawah. Digunakan spring elemen dan solid elemen pada model SSI untuk merepresentasikan tanah dasar. Pada model tanpa SSI digunakan asumsi perletakan jepit dan sendi pada dasar kolom. Perilaku struktur berupa simpangan dan gaya-gaya dalam kemudian dibandingkan dengan menggunakan kombinasi beban tanpa faktor, dengan 2 jenis beban gempa yaitu gempa statis metode auto lateral load dan gempa dinamis metode riwayat waktu (time history) menggunakan hasil rekaman gempa El Centro. Dari hasil analisis didapat bahwa model dengan metode pemodelan yang sama memberikan hasil yang tipikal satu sama lain. Simpangan puncak yang terjadi pada model dengan SSI 8% lebih besar pada gempa statis dan 9% lebih besar pada gempa dinamis dibanding simpangan pada model tanpa SSI. Gaya-gaya dalam pada balok dan kolom model dengan SSI memberikan rasio 10-20% lebih kecil dibanding pada model tanpa SSI untuk kedua jenis gempa. Waktu getar alami struktur model dengan SSI 6,38% dan 5,79% lebih besar dibanding pada model tanpa SSI. Pemodelan interaksi tanah struktur dapat disederhanakan dengan menggunakan asumsi perletakan sendi sebagai alternatif pemodelan dengan hasil yang didapat lebih konservatif. Untuk keperluan desain struktur yang lebih mendetail akibat pengaruh interaksi tanah struktur, model spring lebih efisien untuk digunakan. Kata kunci: interaksi tanah struktur, pondasi telapak, model kaku, model fleksibel, elemen spring, elemen solid i

2 UCAPAN TERIMAKASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Pemodelan Pondasi Telapak Pada Struktur Gedung Dengan dan Tanpa Interaksi Tanah Struktur. Selama penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapat informasi, bantuan, serta bimbingan dari beberapa pihak. Untuk itu melalui kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCe., Ph.D dan Bapak Made Dodiek W. Ardana, ST, MT selaku dosen pembimbing dalam pembuatan tugas akhir yang telah memberikan masukan, bimbingan, dan saran dalam menyelesaikan tugas akhir ini, keluarga yang selalu memberikan doa dan dukungan moral untuk penulis, serta teman-teman maupun pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan adanya saran dan kritik yang bersifat konstruktif dalam penyempurnaan laporan ini. Harapannya semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua untuk kedepannya. Bukit Jimbaran, Juli 2017 Penulis ii

3 DAFTAR ISI ABSTRAK... i UCAPAN TERIMAKASIH... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Efek Interaksi Tanah Struktur Penelitian Tentang Interaksi Tanah-Struktur Sifat Elastis Pada Tanah Modulus Deformasi Tanah Modulus Reaksi Tanah Dasar Poisson s Ratio Pembebanan Struktur Beban Gravitasi Beban Lateral Pembebanan Gempa Beban Gempa Statik Beban Gempa Dinamik Pondasi Koreksi Nilai NSPT Pemodelan Interaksi Tanah Struktur Pemodelan Tanah dan Pondasi Sebagai Elemen Solid Pemodelan Daya Dukung Tanah Lateral Sebagai Elemen Spring Pemodelan Restrain Jepit dan Sendi Pada Perletakan Struktur BAB III METODE PENELITIAN Model Struktur Data Struktur Data Material Data Struktur Dimensi Struktur Pembebanan Prosedur Analisis Pemodelan Struktur Bawah Model Elemen Spring Model Elemen Solid BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Pemodelan Tanah Perbandingan Perilaku Struktur Pada Gempa Statis Perbandingan Simpangan Drift Ratio Perbandingan Gaya-Gaya Dalam iii

4 4.3. Perbandingan Perilaku Struktur Pada Gempa Dinamik Perbandingan Simpangan Drift Ratio Perbandingan Gaya-Gaya Dalam Perbandingan Perilaku Struktur Pada Gempa Statik dan Dinamik Perbandingan Simpangan Perbandingan Gaya-Gaya Dalam Waktu Getar Alami Struktur BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA iv

5 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ilustrasi Skema Analisis Langsung Pada Interaksi Tanah-Struktur Menggunakan Elemen Hingga... 6 Gambar 2.2 Simulasi Perilaku Tanah Oleh Winkler Gambar 2.3 Ilustrasi Penggunaan Rumus Gazetas Pada Pondasi Tertanam Gambar 2.4 Pemodelan Tanah Dengan Elemen Solid Gambar 3.1 Denah Struktur Gambar 3.2 Model Dengan Variasi Tipe Struktur Bawah Gambar 3.3 Fitur Self Weight Multiplier pada SAP Gambar 3.4 Pengaturan IBC 2009 Sesuai Dengan SNI Gambar 3.5 Pendefinisian Fungsi Riwayat Waktu Gambar 3.6 Data Akselelogram Gempa El Centro Gambar 3.7 Grafik Fungsi Riwayat Waktu Gempa El Centro Gambar 3.8 Bagan Alir Analisis Gambar 3.9 Dimensi Pondasi Telapak yang Digunakan Gambar 3.10 Menginput Nilai Spring Pada SAP Gambar 3.11 Tributary Area Bidang Pondasi (Vertikal) Gambar 3.12 Tributary Area Bidang Pondasi (Horizontal) Gambar 3.13 Metode Pemodelan Solid Element Gambar 3.14 Struktur Yang Dimodel Dengan SAP Gambar 4.1 Tegangan Yang Terjadi Pada Model Solid Elemen Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Simpangan Arah X Kombinasi Beban D+L+E Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Simpangan Arah Y Kombinasi Beban D+L+E Gambar 4.4 Drift Ratio Keempat Model Akibat Beban Gempa Statik Gambar 4.5 Perbandingan Momen Balok Kombinasi Beban D+L+E Gambar 4.6 Perbandingan Gaya Geser Balok Kombinasi Beban D+L+E Gambar 4.7 Perbandingan Momen Kolom Kombinasi Beban D+L+E Gambar 4.8 Perbandingan Gaya Geser Kolom Kombinasi Beban D+L+E Gambar 4.9 Perbandingan Gaya Aksial Kolom Kombinasi Beban D+L+E Gambar 4.10 Gaya Dalam Pada Tiang Pondasi Akibat Gempa Statis Gambar 4.11 Grafik Simpangan Arah X Kombinasi Beban D+L+ETH Gambar 4.12 Grafik Simpangan Arah Y Kombinasi Beban D+L+ETH Gambar 4.13 Drift Ratio Keempat Model Akibat Beban Gempa Dinamik Gambar 4.14 Perbandingan Momen Balok Kombinasi Beban D+L+E TH Gambar 4.15 Perbandingan Gaya Geser Balok Kombinasi Beban D+L+E TH Gambar 4.16 Perbandingan Momen Kolom Kombinasi Beban D+L+E TH Gambar 4.17 Perbandingan Gaya Geser Kolom Kombinasi Beban D+L+E TH Gambar 4.18 Perbandingan Gaya Aksial Kolom Kombinasi Beban D+L+E TH Gambar 4.19 Perbandingan Gaya Geser Kolom Kombinasi Beban D+L+E v

6 Gambar 4.20 Perbandingan Simpangan Keempat Model Akibat Gempa Statik dan Dinamik vi

7 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Nilai Modulus Deformasi Tanah Tabel 4.2 Perhitungan Kekakuan Spring Vertikal Tabel 4.3 Perhitungan Kekakuan Spring Horizontal Arah X Tabel 4.4 Perhitungan Kekakuan Spring Horizontal Arah Y Tabel 4.5 Rasio Gaya Dalam Maksimum Pada Balok dan Kolom Tabel 4.6 Perbandingan Gaya Dalam Max Model Dengan dan Tanpa SSI Tabel 4.7 Rasio Gaya Dalam Maksimum Pada Balok dan Kolom Tabel 4.8 Perbandingan Gaya Dalam Maksimum Model Dengan dan Tanpa SSI 57 Tabel 4.9 Perbandingan Gaya Dalam Pada Model Tanpa SSI Akibat Beban Gempa Statik dan Dinamik Tabel 4.10 Perbandingan Gaya Dalam Pada Model Dengan SSI Akibat Beban Gempa Statik dan Dinamik vii

8 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bangunan sipil umumnya berhubungan langsung dengan tanah dasarnya terutama pada bagian struktur bawah. Saat gaya-gaya luar bekerja pada sistem struktur, baik beban lateral maupun beban gravitasi, perpindahan antara tanah dengan struktur tidaklah independen. Pergerakan struktur akibat respon dari tanah ataupun sebaliknya yang saling mempengaruhi satu sama lain, disebut soil structure interaction (interaksi tanah-struktur) Dalam perencanaan struktur suatu gedung, metode desain strukturtal konvensional mengabaikan efek dari interaksi tanah-struktur. Mengabaikan interaksi tanah-struktur dapat dilakukan untuk struktur yang ringan dengan kondisi tanah relatif keras, contohnya pada gedung bertingkat rendah (low rise building). Menurut Wolf (1985) interaksi tanah-struktur penting untuk dipertimbangkan pada bangunan tingkat tinggi dengan berat struktur yang besar serta kondisi tanah dasar yang lemah. Secara umum pada perencanaan struktur maupun pemodelan struktur suatu gedung beton bertulang menggunakan bantuan software, perletakan dasar dari kolom diasumsikan sebagai tumpuan jepit yang kaku atau dengan tumpuan sendi yang dapat mengalami perputaran sudut pada level sloof. Hal tersebut menunjukkan bahwa struktur atas (superstructure) dianggap terpisah dengan struktur bawah (substructure) dalam hal ini pondasi dan tanah dasarnya, meskipun pada kenyataannya dua komponen tersebut merupakan sebuah sistem struktur utuh yang bekerja sama dalam menahan beban yang bekerja. Banyak pertimbangan yang diperlukan dalam memodel sebuah gedung struktur, apabila model dibuat apa adanya dan sesuai dengan yang ada dilapangan, pengerjaannya akan lebih rumit karena dibutuhkan ketelitian dalam pengambilan nilai-nilai yang akan digunakan dalam model tersebut. Selain itu lamanya waktu running time saat analisis menjadi kendala apalagi jika bangunan merupakan gedung bertingkat dan memiliki kompleksitas yang tinggi. Namun hasil yang didapat tentunya lebih detail dan mendekati keadaan yang terjadi di lapangan walaupun dengan kekurangan-kekurangan yang didapat saat pemodelan dilakukan. 1

9 Berdasarkan workshop Recommendation Soil Structure Interaction Instrumentation yang diadakan di United States tahun 1992 dikenal bahwa interaksi antara tanah dengan struktur mempengaruhi karakteristik respon dari sistem struktur pada wilayah gempa aktif. Sehingga respon dinamis yang terjadi akan berbeda apabila respon dinamis struktur diprediksi dengan model analisis konvensional. Berbagai studi dan penelitian juga telah dilakukan terkait interaksi tanah dengan struktur antara lain oleh Jinchi LU et.al (2004), Hoedjanto dan Surono (2007), Widyaswari (2009) Mahayuni (2010). Berdasarkan hasil studi dan penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa efek interaksi tanah terhadap struktur terutama saat menerima beban lateral akibat gempa bumi memberikan pengaruh terhadap respon dinamis dari struktur. Metode pemodelan yang digunakan adalah beragam dengan bantuan software berbasis finite element antara lain ETABS, PLAXIS, SAP2000, dan lain sebagainya. Referensi ataupun pustaka tentang metode pemodelan yang memperhitungkan interaksi tanah-struktur untuk perencanaan masih terbilang terbatas sehingga belum ada alasan pasti dalam memilih metode pemodelan untuk interaksi tanah-struktur. Untuk itu perlu dilakukan penelitan terkait metode pemodelan interaksi tanah-struktur pada struktur gedung beton bertulang sehingga akan didapatkan metode pemodelan yang sederhana namun dapat memberikan hasil yang mendekati perilaku yang memperhitungkan interaksi tanah-struktur. Dalam tugas akhir ini akan dilakukan analisis dan perbandingan hasil dari pemodelan struktur gedung dengan dan tanpa memperhitungkan interaksi tanah struktur. Model struktur yang dibuat adalah gedung perkantoran 5 lantai menggunakan pondasi telapak sebagai substructure. Kemudian, akan dibandingkan perilaku dari struktur tersebut yang berupa simpangan dan gaya-gaya dalam yang terjadi pada struktur atas dan bawah. 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah Bagaimana perilaku struktur gedung beton bertulang yang dimodel dengan memperhitungkan interaksi tanah struktur (model fleksibel) dan tanpa memperhitungkan interaksi tanah dengan struktur (model kaku) 2

10 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan yang ingin dicapai melalui penulisan penelitian ini adalah untuk mengetahui perilaku struktur gedung beton bertulang yang dimodel dengan dan tanpa memperhitungkan interaksi tanah struktur. Dari hasil analisis tersebut diharapkan diperoleh model struktur yang efisien untuk kebutuhan praktis perencanaan struktur. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penulisan penelitian ini antara lain dapat memberikan hasil perbandingan pada struktur yang dimodel dengan dan tanpa memperhitungkan interaksi antara tanah dengan struktur. Selain itu juga sebagai refrensi dalam mempertimbangkan model yang digunakan saat melibatkan interaksi tanah-struktur bagi perencana struktur gedung beton bertulang menggunakan software SAP2000 berdasarkan hasil yang didapat. 1.5 Batasan Masalah Untuk membatasi ruang lingkup permasalahan yang ditinjau agar tidak terlalu luas, maka diambil beberapa batasan masalah sebagai berikut: a. Terdapat 4 jenis model yang akan digunakan dalam penelitian ini: 1. Model dengan perletakan jepit 2. Model dengan perletakan sendi 3. Model lengkap dengan pondasi telapak. Tanah dasar dimodel sebagai elemen spring 4. Model lengkap dengan pondasi telapak. Tanah dasar dimodel sebagai elemen solid b. Pengambilan model struktur atas untuk keempat jenis model adalah tipikal. c. Dimensi, data bahan dan beban yang bekerja pada struktur atas dari keempat model adalah sama. d. Data tanah yang dipakai dalam analisa sesuai dengan data penyelidikan tanah dengan lokasi di daerah Seminyak, Badung. Data tanah terlampir. e. Nilai-nilai modulus reaksi tanah dasar dan modulus deformasi tanah dasar yang digunakan berdasarakan penelitan terkait. 3

11 f. Perilaku struktur yang ditinjau berupa simpangan pada struktur atas dan gaya-gaya dalam pada struktur atas dan struktur bawah. 4