BAB XI PERENCANAAN PONDASI TIANG PANCANG

Transkripsi

1 GROUP BAB XI PERENCANAAN PONDASI TIANG PANCANG 11. Perencanaan Pondasi Tiang Pancang Perencanaan pondasi tiang pancang meliputi daya dukung tanah, daya dukung pondasi, penentuan jumlah tiang pondasi, pile cap, dan penulangannya Denah Pondasi yang Ditinjau Denah titik pondasi yang ditinjau adalah tipe P4 pada As D3 ditunjukkan pada Gambar 11.1 sebagai berikut. Gambar Denah Pondasi Tiang Pancang Pembebanan pada pondasi yang direncanakan berasal dari beban kolom yang dimasukkan sebagai input data untuk program ETABS v9.7. yang menghasilkan output berupa gaya- gaya dalam yang bekerja pada pondasi (reaksi perletakan pada joint tumpuan). Copyright 194

2 GROUP 11.. Pekerjaan Penyelidikan Tanah Pekerjaan penyelidikan tanah yang dilakukan dengan cara sebagai berikut : a. Uji bor : berupa grafik bor log beserta tabel data hasil pengujian berupa jenis lapisan tanah, ketebalan masing-masing lapisan tanah, nilai SPT, dan kedalaman muka air tanah. b. Sondir (CPT) : berupa nilai tahanan konus (qc) dan total gesekan (tf). Penyelidikan tanah dilaksanakan pada titik (DB-1 dan DB-) dengan kedalaman pada mencapai 0 meter Spesifikasi Pondasi Tiang Pancang Perencanaan pondasi tiang pancang menggunakan spesifikasi produk dari PT. Wijaya Karya Beton (Wika Beton) pada Tabel 11.1 berikut. Tabel Data Spesifikasi Pondasi Tiang Pancang Copyright 195

3 GROUP Data klasifikasi pondasi tiang pancang yang digunakan sebagai berikut : 1) Pondasi kelas = B ) Diameter tiang pancang luar (D L ) = 600 mm ~ 0,6 m 3) Panjang tiang (H) = 8 10 m 4) Luas penampang beton (A b ) π π =.D 0,6 0,86 m 4 4 5) Luas selimut (A p ) = πdh π 0, ,84 m 6) f c tiang pancang = K500 kg/cm = (500 x 0,83) / 10 = 41,5 MPa 7) f c pile cap = K350 kg/cm = (350 x 0,83) / 10 = 30 MPa 8) f y baja tulangan = 400 MPa Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Perhitungan daya dukung tiang pancang tunggal ditinjau berdasarkan kekuatan bahan, N- SPT, dan CPT Daya Dukung Berdasarkan Kekuatan Bahan Berdasarkan spesifikasi pondasi tiang pancang dari WIKA Beton, didapatkan daya dukung tiang, Pu max = 38,3 ton dengan nilai Mu max = 45 ton.m Daya Dukung Berdasarkan Hasil Bor Log (N-SPT) Uji bor atau Soil Penetration Test (SPT) dilakukan untuk mendapatkan nilai daya dukung ijin pondasi berdasarkan data nilai N-SPT dengan menggunakan metode Meyerhoff dan faktor keamanan atau safety factor (SF) sebesar. Data NSPT sampai kedalaman 10 meter ditunjukkan pada Gambar 11. sebagai berikut. Copyright 196

4 GROUP Gambar 11.. Data NSPT sampai Kedalaman -10 meter Data nilai N-SPT dengan kedalaman tanah -10 meter adalah sebagai berikut. N 1 = nilai rata- rata N SPT pada kedalaman 4D di bawah tiang = ( ) / 4 = 8,75 N = nilai rata- rata N SPT pada kedalaman 8D di atas tiang = ( ) / 6 = 46,16 Harga N rata- rata = N b N 1 N 8,75 46,16 37,45 Daya dukung ultimit Qult 3 b p 80.N.A ( kn) Copyright 197

5 GROUP Keterangan : Q ult = daya dukung batas pondasi tiang pancang (ton) N b = nilai rata- rata N-SPT pada dasar tiang A b = luas penampang dasar tiang (m ) N = nilai N-SPT rata-rata A p = luas selimut tiang (m ) Maka : Qult ,45 0,86 401,68 kn 40,16 ton Q all Qult 40,16 68,11ton SF 1, Berdasarkan Hasil Uji Sondir (CPT) Daya dukung tiang pancang (Q all ) berdasarkan hasil sondir dihitung dengan menggunakan metode Bagemann dengan persamaan : Q all Dimana : q c x A 3 b JHP x O 5 Ab = luas permukaan ujung tiang O = keliling tiang pancang qc = tahanan ujung kerucut statis pada dasar tiang JHP = jumlah hambatan pelekat Besarnya nilai qc dan TF hasil pengujian sondir ditunjukkan pada Tabel 11. berikut. Copyright 198

6 GROUP Tabel 11.. Data Nilai qc dan TF Hasil Pengujian Sondir JHP = 1515 kg/cm O = π x D = π x 60 = 188,4 cm qc 1 qc = qc rata- rata pada kedalaman 4D di bawah dasar tiang = 1 = qc rata- rata pada kedalaman 8D di atas dasar tiang = 316 kg/cm Copyright 199

7 GROUP 335 = = 93,4 kg/cm 5 qc = (qc 1 + qc ) / = ( ,4) / = 04,7 kg/cm Ab Q all D q c x A 3 b 86cm JHP x O 04,7x x 188,4 4991,6kg 49, 91ton Perbandingan hasil hitungan nilai daya dukung tanah (kuat bahan, NSPT, bore log) diambil nilai daya dukung tanah yang terkecil terkecil (berdasarkan kekuatan bahan) yaitu Q all = 38,3 ton Perhitungan Tiang Pancang dan Pile Cap Struktur pondasi direncanakan mampu menahan berbagai pembebanan ang berupa beban mati, hidup, dan gempa dengan kondisi maksimum. Gaya- gaya yang diterima pondasi untuk beberapa kombinasi terbesar ditunjukkan pada Tabel 11.3 sebagai berikut. Tabel Gaya- gaya Terfaktor output ETABS v9.7. pada Pondasi P4 No. Kombinasi Pembebanan P (ton) Mx (tm) My (tm) 1 1 D + 1 L 37,83 1,51 3,63 1 D + 1 L + 1 Px 369,74 7,65 66, D + 1 L + Py 369,74 66,50 7,65 Gaya dalam yang bekerja pada pondasi tiang pancang ditunjukkan pada Gambar 11.3 berikut. Gambar Gaya yang Bekerja pada Pondasi Tiang Pancang Copyright 00

8 GROUP Perkiraan kebutuhan tiang tanpa effisiensi : P n Q u all 369,74 49,91 1,6 ~ dipakai 4 tiang Jarak antar as tiang pancang kelompok (pile group) adalah: a) Syarat jarak tiang (jarak antar as tiang),5d s 4D,5600 s mm s 400 mm Maka diambil nilai s = 150 mm b) Syarat jarak as tiang ke tepi s 1,5D s 1,5 600 s 750 mm Maka diambil nilai s = 800 mm Konfigurasi struktur pondasi tiang pancang yang ditinjau ditunjukkan pada Gambar 11.4 sebagai berikut. Gambar Detail Pondasi Tipe P4 Copyright 01

9 GROUP Dari perhitungan sebelumnya, direncanakan dimensi penampang pile cap pada Gambar 1.4 yaitu: p = 3750 mm l = 3750 mm t = 800 mm Berat sendiri pile cap adalah : w1 γb.vp,43,753,75 0,8 7 Ton Berat sendiri tiang adalah : w γ.v,4 0, ,78 Ton b t a) Kontrol Gaya yang Bekerja pada Tiang Pancang P u = 369,74 Ton ΣP v = P u +w 1 +w = 369, ,78 = 403,5 Ton Eff Keterangan: 1 90 a 1 b b 1 a b a a = jumlah tiang dalam 1 kolom = b = jumlah tiang dalam 1 baris = D = diameter tiang pancang S = jarak antar tiang arc tan D 600 arc tan 15,59 s 150 = 600 mm = 150 mm Maka: 15,59 Eff 1 90 P ijin P all Eff Q 1 1 all 0,8 0,8 49,91 04,93Ton P group 4 04,93 819,7Ton Kontrol Keamanan : Pgroup ΣP v 819,7Ton 403,5Ton (Aman) Copyright 0

10 GROUP b) Kontrol Beban Maksimum (P maks ) Tiang Pancang Kontrol beban maksimum yang bekerja pada pondasi berupa gaya aksial dan momen untuk arah x dan y. Detail struktur pondasi tiang pancang yang ditinjau ditunjukkan pada Gambar \ Gambar Susunan Tiang Terhadap Titik Pusat Penampang Banyak tiang (n) = 4 Banyak tiang dalam satu kolom (a) = Banyak tiang dalam satu baris (b) = Jarak As kolom ke as pondasi arah y (Y maks ) = 1,075 m Jarak As kolom ke as pondasi arah x( X maks ) = 1 m Σy = (-1, ,075 ) =,31 m Σx = ( ) = m Perhitungan gaya P maks dan P min pada pondasi tiang adalah sebagai berikut. Pu M x.y M y.x P n b. y a. x Copyright 03

11 GROUP Kondisi maksimum akibat kombinasi = 1D + 1L + 1P X P 369,74 4 7,65 1,075 66,51,31 P max = 9,43 + 6, ,6 = 115,8 ton < P ijin = 04,93 ton (Aman) Kondisi maksimum akibat kombinasi 3 = 1D + 1L + 1P Y P 369, ,5 1,075 7,65 1,31 P max = 9, ,47 + 6,91 = 114,81 ton < P ijin = 04,93 ton (Aman) c) Cek Terhadap Geser Pons dari Kolom Perhitungan geser pons bertujuan untuk mengetahui apakah tebal pile cap cukup kuat untuk menahan beban terpusat yang terjadi. Bidang kritis untuk perhitungan geser pons dapat dianggap tegak lurus bidang pelat yang terletak pada jarak 0,5d dari keliling beban reaksi terpusat tersebut, dimana d adalah tinggi efektif pelat. Tegangan geser pons pada pile cap yang terjadi di sekitar beban terpusat (bidang kritis) ditunjukkan pada Gambar 11.6 berikut. Copyright 04

12 GROUP Gambar Bidang Kritis Akibat Pons dari Kolom ke Pile Cap Berdasarkan SNI Pasal kuat geser yang disumbangkan beton diambil yang terkecil dari tiga persamaan berikut : Dimana : Vc 1 c f ' s d Vc b o 1 Vc f ' c b 3 c o b 6 f ' c d o d b 1 o d βc = rasio dari sisi panjang terhadap sisi pendek pada kolom bo = keliling dari penampang kritis pada pile cap s = 40, untuk kolom tengah 700 β c = Copyright 05

13 GROUP d = H ts = (1/ x 19) = 715,5 mm b o = 4 x (B + d) = 4 x ( ,5) = 566 mm Vc 1 c f ' c b 6 o d , ,46 N 6 Vc s d bo f ' c b 1 o d 30715, , ,69 N 1 1 Vc f ' c x bo 3 x d x 566 x 715, ,1 N Maka nilai V c terkecil yang diambil = ,1 N Beban maksimum yang diperhitungkan untuk geser pons dari kolom ke pilecap adalah kombinasi beban maksimum. Besarnya gaya dalam yang bekerja pada titik yang ditinjau pada As D-3 ditunjukkan pada Tabel 11.4 sebagai berikut. Tabel Gaya- gaya Terfaktor Output ETABS pada Pilecap Pondasi P5 No. Kombinasi Pembebanan P (ton) Mx (tm) My (tm) 1 1, D + 1,6 L 505,86 0,7 0,19 1, D + 0,5 L + 1 Px 411,94 6, 6,05 3 1, D + 0,5 L + Py 49,03 70,89 1,4 Peristiwa geser pons dapat dicegah dengan dipenuhinya persyaratan: P u Ø V c N 0,75 x ,1 N N ,67 N (Aman) Maka ketebalan dan ukuran pile cap mampu menahan gaya geser akibat beban reaksi aksial kolom. Copyright 06

14 GROUP d) Cek Terhadap Geser Pons dari Tiang Pancang Bidang kritis untuk perhitungan geser pons dapat dianggap tegak lurus bidang pelat yang terletak pada jarak 0,5d dari keliling beban reaksi terpusat dari tiang pancang, dimana d adalah tinggi efektif pelat. Tegangan geser pons pada pile cap yang terjadi di sekitar beban terpusat (bidang kritis) ditunjukkan pada Gambar 11.7 berikut. Gambar Bidang Kritis Akibat Pons dari Tiang Pancang ke Pile Cap 600 β c = d = H ts = (1/ x 19) = 715,5 mm b o = 4 x (1/4 Л D x d) = 4 x (1/4 x Л x 600 x 715,5) = mm Copyright 07

15 GROUP Vc 1 c f ' c b 6 o d , N 6 Vc s d bo 1 Vc f ' c x bo 3 f ' c x d b o d 40715, x x 715, N , ,7 N 1 Maka nilai V c terkecil yang diambil = N. Beban maksimum yang diperhitungkan untuk geser pons dari tiang pancang ke pilecap adalah P max dari tiang pancang. Peristiwa geser pons dapat dicegah dengan dipenuhinya persyaratan. P u Ø V c / 4 0,75 x N N (Aman) Maka ketebalan dan ukuran pile cap mampu menahan gaya geser akibat beban reaksi aksial dari pile cap. e) Kontrol Gaya Lateral (Metode Broms) Analisis ini dimaksudkan untuk mengetahui gaya lateral yang mampu ditahan oleh tiang pancang. Gaya lateral yang bekerja pada tiang pancang merupakan gaya geser yang bekerja pada dasar kolom yang ditentukan berdasarkan kuat momen maksimum (M pr ) pada kedua ujung kolom. Copyright 08

16 GROUP Gambar Kuat Momen Maksimum Kolom di atas Pondasi Gaya geser pada dasar kolom : V M ut M h n ub ,67 ton 3 Gaya lateral (H u ) yang diterima masing-masing tiang pancang : H u = V 4 66,67 16,67 ton 4 Momen inersia tiang pancang : Diameter luar pancang (D) Tebal selimut pancang Diameter dalam pancang (d) = 600 mm = 100 mm = 600 ( x 100) = 400 mm I p π 4 (D ,14 4 d ) ( ) mm 4 Modulus elastisitas tiang pancang beton : E 4700 p f' c , ,5 N/mm Copyright 09

17 GROUP Modulus reaksi subgrade (n h ) mengacu pada Davisson - Prakash, 1963 sesuai Tabel 11.5 berikut. Tabel Nilai nilai n h untuk Tanah Kohesif (Poulos dan Davis, 1980) Berdasarkan Tabel 11.5 untuk tanah normal lunak adalah sebesar kn/m 3. Maka diambil nilai nh = 0, N/mm 3. Faktor kekakuan : T EI 5 nh , mm ~ 3,1m 0, T = x 3,1 = 6, m Panjang tiang (L) = 10 m T Karena L > T, maka tiang pancang termasuk katagori tiang panjang. Dari hasil penyelidikan tanah didapat nilai Kohesi (undrained) : C u = 0, kg/cm =, ton/m M y = 45 ton.m (momen ultimate tiang pancang D600 kelas B). My C u d My Dari nilai 3 C b 45, x 0,6 3 3 u 94,69 yang diperoleh, dimasukkan ke dalam grafik Broms pada Gambar Hu 11.9 dengan cara menarik garis tegak lurus, sehingga didapatkan nilai. C d u Copyright 10

18 GROUP Gambar Grafik Broms Tahanan Lateral ultimit (Das, 004) Gaya lateral izin adalah : Hu 47 C d u H u ijin 47, 0,6 37, ton Maka : H u = 16,67 ton < H u ijin = 37, ton (Aman) f) Perhitungan Tulangan Pile Cap Direncanakan : p = 3750 mm t s = 70 mm fc = 30 MPa l = 3750 mm D tulangan = 19 mm fy = 400 MPa t = 800 mm Modulus elastisitas = 4700 = MPa. Pemodelan elemen pile cap pada SAP 000 diasumsikan sebagai shell element sesuai Gambar 11.9 berikut. Copyright 11

19 GROUP Gambar Detail Elemen Pile Cap Gaya yang bekerja pada pile cap dalam menerima beban kombinasi pada Tabel ditunjukkan sebagai berikut : Pu = 5058,6 kn M ux = 708,9 kn, asumsi tinggi kolom 1 m, maka Fy = 708,9 kn M uy = 60,5 kn, asumsi tinggi kolom 1 m, maka Fx = 60,5 kn Gambar Gaya yang Bekerja pada Pile Cap Copyright 1

20 GROUP Besarnya reaksi yang didukung oleh tanah dimodelkan sebagai tumpuan pegas elastis (spring). Pemodelan tanah sebagai tumpuan elastis untuk mendukung beban tergantung dari besarnya modulus of subgrade reaction (k s ) dari tanah. Menurut Bowles (1974), besarnya modulus of subgrade reaction ke arah vertikal (k sv ) dapat ditentukan dari besarnya daya dukung tanah yang diijinkan (q a ). Data dukung izin tanah yang ditinjau sesuai pada Tabel 11.6 berikut. Tabel Daya Dukung Izin Tanah Static Cone Resistance SB, SB3, SB4 Besarnya modulus of subgrade reaction ke arah vertikal (k sv ), dimana qa dalam satuan kpa dihitung dengan rumus sebagai berikut sebagai berikut. k sv = 10 qa ( kn/m 3 ) k sv = 10 x 53 = 6360 kn/m 3 = 0,636 kg/cm 3. Daya dukung izin tanah di bawah pile cap (kedalaman 1 meter) = 0,053 Mpa = 0,53 kg/cm = 53 kn/m = 53 kpa. Pembagian pias pada poer pondasi dibuat pada jarak 0,75 m sesuai ditunjukkan pada Gambar 11.1 berikut. Copyright 13

21 GROUP Gambar Distribusi Tumpuan Spring pada Pile Cap Besarnya konstanta pegas arah vertikal (K v ) pada pile cap adalah : a. K v daerah tengah pile cap K v = A x k sv = (75 x 75) x 0,636 = 3577,5 kg/cm. b. K v daerah tepi pile cap K v = A x k sv = (37,5 x 75) x 0,636 = 1788,75 kg/cm. c. K v daerah sudut pile cap K v = A x k sv = (37,5 x 37,5) x 0,636 = 1017 kg/cm. Distribusi tumpuan spring pada pile cap diinput menggunakan Program SAP 000 dengan cara menyeleksi setiap point pada shell element, kemudian Assign Joint Springs. Copyright 14

22 GROUP Gambar Distribusi Tumpuan Spring pada Pile Cap Modulus of subgrade reaction arah horisontal (k sh ) diperhitungkan sebesar kali k sv, sehingga besarnya masing-masing konstanta pegas arah horisontal untuk setiap lapisan tanah yang ditinjau ditunjukkan pada Tabel 11.7 berikut. Tabel Perhitungan Nilai Modulus of Subgrade Reaction Arah Horisontal (k h ) Kedalaman (m) Daya Dukung Daya Dukung Jarak Penampang ksv (kn/cm3) Izin (kg/cm) Izin (kpa) antar lapis (cm) pancang (cm²) kh (kg/cm) Keterangan : Ksv = 10 x qa Kh = x Ksv x h Copyright 15

23 GROUP Daya dukung izin tanah di bawah tiang pancang pada kedalaman 10 m = 0,418 Mpa = 4,18 kg/cm = 418 kn/m = 418 kpa. Ksv = 10 x qa = 10 x 418 = kn/m 3 = 5,016 kg/cm 3. K v = A x k sv = (1/4 x Л x 60²) x 5,016 = 14175,1 kg/cm. Distribusi spring pada tiang pancang ditunjukkan pada Gambar berikut. Gambar Distribusi Spring pada Tiang Pancang Distribusi spring pada tiang pancang dapat dilakukan dengan membagi elemen tiang, kemudian Assign - Joint - Springs ditunjukkan pada Gambar berikut. Copyright 16

24 GROUP Gambar Distribusi Spring pada Tiang Pancang Besarnya gaya aksial dan momen yang bekerja pada kolom diinput dengan cara klik elemen kolom, kemudian Assign Joint Loads Forces pada Gambar berikut. g) Penulangan Pile Cap Gambar Gaya Aksial dan Momen pada Tiang Pancang Copyright 17

25 GROUP Penulangan pile cap dihitung berdasarkan momen yang bekerja. Besarnya momen untuk arah X dan Y dapat diketahui dengan cara Run Display Show Forces/ Stresses - Shells. Gambar Cara Mengetahui Momen pada Pilecap dengan SAP 000 Gambar Besarnya Momen yang Bekerja pada Pilecap Karena dimensi pilecap simetris, maka M x = M y = knm = 1489,9 ton.m Copyright 18

26 GROUP Perhitungan Tulangan Arah X dan Y M ux = M uy = 1489,9 ton.m = Nmm R n Mu b d , ,5 fy m 0,85 f ' c ,686 0,8530 a) Mencari rasio tulangan 1 1 m 1 1 ρ 1 15,686 m f y R n 15,686 0, , min 1,4 1,4 0,0035 fy 400 b 0,85 f ' c 600 0, , ,03 fy 600 fy ρ maks 0,75 ρ b 0,75 0,03 0,05 Karena ρ < ρ min, maka digunakan adalah ρ min = 0,0035. b) Luas tulangan yang dibutuhkan A st = ρ x b x d = 0,0035 x 3750 x 715,5 = 9390,93 mm c) Jarak antar tulangan 0,5 π D s As t b 0,5 3, ,93 151,7 mm Digunakan tulangan D-150 mm Gambar Detail Penulangan Pile Cap Copyright 19

27 GROUP Detail penulangan pile cap berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan ditunjukkan pada Gambar 11.0 dan 11.1 sebagai berikut. Gambar 1.0. Detail Penulangan dan Potongan Pile Cap Tipe P4 Copyright 0