ANALISA DAN PERENCANAAN PILE CAP DENGAN METODE STRUT AND TIE MODEL BERDASARKAN ACI BUILDING CODE

Transkripsi

1 ANALISA DAN PERENCANAAN PILE CAP DENGAN METODE STRUT AND TIE MODEL BERDASARKAN ACI BUILDING CODE TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh: ROYANTO SIMALANGO SUB JURUSAN STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih karunia- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Terutama atas penyertaan-nya dan kasih-nya yang tercurah setiap saat. Adapun judul Tugas Akhir yang penulis selesaikan adalah Analisa dan Perencanaan Pile Cap Dengan Metode Strut and Tie Model Berdasarkan ACI Building Code 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. Ibu Nursyamsi, ST, MT, selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. -Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 4. Ibu Ir. Chainul Mahni, 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. i

3 6. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian administrasi. 7. Terkhusus kepada Keluarga Penulis tercinta, Ayahanda U. Simalango, Ibunda R.O. Sinurat, serta kakakku Rolinda Verawati Simalango, adikku Royana Elvina Simalango, Romarisna Fransiska Simalango, dan Rokayaman Hariyono Simalango, 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. 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, April 2011 Penulis Royanto Simalango ii

4 ABSTRAK Analisa dan Perencanaan Pile Cap Dengan Metode Strut and Tie Model Berdasarkan ACI Building Code ROYANTO SIMALANGO DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011 Pile cap merupakan salah satu elemen penting dari suatu struktur. Hal ini dikarenakan pile cap memiliki peranan penting dalam pendistribusian beban struktur 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. Padahal sering sekali dimensi pile cap cukup besar dan tebal. Ada dua pendekatan umum dalam mendesain sebuah pile cap. Pada pendekatan pertama, pile cap dianggap sebagai balok tinggi dan dirancang untuk geser pada bagian kritis. Metode lain yang dapat digunakan adalah metode strut and tie, yaitu dengan membagi struktur dalam dua daerah yakni, daerah D dan B. Dimana, daerah yang tidak lagi datar dan tegak lurus garis netral sebelum dan sesudah ada tambahan lentur yang dirincikan oleh regangan nonlinear, disebut daerah D (Distrubed atau Discontinuity) dan daerah dimana berlaku hukum Bernoulli disebut daerah B (Bending atau Bernoulli). Dalam metode ini, kekuatan tekan diasumsikan akan didistribusikan melalui strut tekan tanpa perkuatan ke daerah nodal pada masing-masing titik tiang pancang dan kekuatan tarik yang terjadi di antara tiang diberikan oleh tegangan tie yang dibentuk oleh penguat (tulangan). Dari hasil analisa dan perhitungan yang telah dilakukan, terdapat perbedaan hasil yang cukup signifikan dari kedua metode ini. Dimana hasil perencanaan dengan metode strut and tie memberikan luas tulangan yang jauh lebih besar dibandingkan dengan metode konvensional. Dari hasil perhitungan diperoleh selisih antara luas tulangan dengan metode strut and tie dibandingkan dengan metode konvensional yaitu sebesar 94 %. Kata kunci : pile cap, ACI building code, strut and tie model. iii

5 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan Tujuan Penulisan Pembatasan Masalah Metodologi Penulisan... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Umum Analogi Kerangka (Truss Analogy) Strut-and-Tie Model Penentuan Daerah D dan B Strut and Tie Model Asumsi Perancangan Strut and Tie Model Analisis Penyebaran Tegangan Metode Perambahan Beban (Load-Path Method) Elemen dari Strut and Tie Model Elemen Tekan (Strut) Elemen Tarik (Tie) iv

6 2.6.3 Elemen Nodal Kriteria Keruntuhan Pada Beton Pembuatan Model Strut and Tie Prosedur Untuk Pemodelan Strut and Tie BAB III METODE ANALISA Umum Material Penyusun Beton Tulangan Pile Cap Metode Penunjang dan Pengikat (Strut and Tie Model) B-Regions and D-Regions Komponen dari Strut and Tie Model Keputusan Penting dalam Mengembangkan Model Strutand-Tie Susunan Geometri Strut-and-Tie Model Faktor Reduksi (Φ) dan Penyebaran Tegangan Dalam Strut and Tie Penunjang (Strut) Desain Strut Kuat Tekan Efektif Beton pada Strut (f cu ) Pemilihan Kuat Efektif Beton (f 3.7 Node dan Nodal Zone Klasifikasi Node dan Nodal Zone cu ) untuk Strut v

7 3.7.2 Jenis Nodal Zone dan Penggunaannya dalam Model Strutand-Tie Hubungan Antara Dimensi Zona Nodal Resolusi Gaya Yang Bekerja Pada Zona Nodal (Nodal Zone) Kuat Tekan Efektif Nodal Zone Pengikat (Tie) Kekuatan Tie Pengangkuran Tie BAB IV PERHITUNGAN Desain Pile Cap Dengan Metode Strut and Tie Desain Pile Cap Dengan Metode Konvensional BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA vi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Pola Retak pada Pile Cap... 4 Gambar 1.2 Pemodelan Strut and Tie pada Pile Cap... 5 Gambar 2.1 Pola retak pada balok akibat beban P (momen dan gaya lintang). 11 Gambar 2.2 Analogi kerangka untuk balok beton bertulang menurut Mörsch. 11 Gambar 2.3 a. Model kerangka dengan sambungan sendi yang sederhana b. Analogi kerangka distribusi gaya pada balok tinggi c. Model kerangka dari elemen beton bertulang Gambar 2.4 Elemen-elemen dalam Strut-and-Tie Model Gambar 2.5 Prinsip St. Venant (Brown et al. 2006) Gambar 2.6 Daerah D dimana distribusi regangan nonlinear disebabkan oleh diskontinuitas geometri, statika dengan atau tanpa diskontinuitas geometri Gambar 2.7 Gambar menunjukkan prosedur penentuan penentuan daerah D dan B pada kolom dengan beban terpusat Gambar 2.8 Gambar menunjukkan prosedur penentuan penentuan daerah D dan B pada balok yang mengalami diskontinuitas geometri Gambar 2.9 Gambar menunjukkan prosedur penentuan penentuan daerah D dan B pada balok yang ditumpu langsung pada dua tumpuan terpusat Gambar 2.10 Trayektori tegangan utama pada daerah B dan daerah D Gambar 2.11 Distribusi tegangan utama dan strut and tie model Gambar 2.12 Distribusi tegangan elastis akibat beban terpusat dengan lokasi beban dan landasan yang besarnya berbeda vii

9 Gambar 2.13 Trayektori tegangan utama tiga dimensi Gambar 2.14 Aliran load-path dengan dua beban reaksi Gambar 2.15 Strut-and-tie model dengan beban terpusat Gambar 2.16 Variasi bentuk geometris strut, a) Strut prismatis, b) Strut berbentuk botol, c) Strut berbentuk kipas Gambar 2.17 (a) Menunjukkan titik pertemuan antara strut dan tie, (b) Tie digeser ke bawah (selimut beton menipis) yang mengakibatkan perubahan dimensi pada elemen titik simpul (truss node element) Gambar 2.18 Jenis-jenis node pada strut and tie model Gambar 3.1 Strut and tie model pada pile cap Gambar 3.2 Model truss untuk balok dengan tumpuan sederhana dengan beban terpusat dekat tumpuan : (a) geometri dan pembebanan, (b) bidang geser, (c) bidang momen, (d) model truss, (e) medan tegangan diskontiniu, (f) ketahanan pelat penumpu yang dibutuhkan per satuan panjang balok, (g) tulangan longitudinal yang diperlukan Gambar 3.3 Model truss sederhana tiga dimensi dengan empat tiang pancang 49 Gambar 3.4 Deskripsi dari strut and tie model Gambar 3.5 Retak pada strut berbentuk botol Gambar 3.6 Perpotongan tulangan dengan strut Gambar 3.7 Nodal zone hidrostatik Gambar 3.8 Sebuah zona nodal yang diperpanjang Gambar 3.9 Distribusi gaya pada daerah nodal zone viii

10 Gambar 3.10 Resolusi gaya yang bekerja pada nodal zone Gambar 3.11 Tinggi (U) yang digunakan untuk menentukan dimensi node ix

11 DAFTAR NOTASI a = bentang geser, sama dengan jarak antara sebuah beban dan sebuah tumpuan dalam struktur, mm A c = luas efektif penampang melintang strut dalam model strut-and-tie, diambil tegak lurus dengan sumbu dari strut, mm 2 A n = luasan permukaan dari zona nodal atau bagian yang melalui zona nodal, mm 2 A A si st = luas tulangan permukaan pada lapisan ke-i yang memotong strut, mm = luas tulangan nonprategang dalam sebuah tie, mm 2 2 As = luas tulangan tekan dalam strut, mm 2. d c = kedalaman efektif, mm = dimensi kolom persegi f c = kuat tekan spesifik beton, MPa f cu = kuat tekan efektif beton dalam strut atau zona nodal, MPa f = tegangan leleh tulangan tekan, MPa s f y F F F F F n nn ns nt u = kuat leleh tulangan nonprategang, Mpa = kuat nominal dari strut, tie, dan zona nodal, kn = kuat nominal dari permukaan zona nodal, kn = kuat nominal sebuah strut, kn = kuat nominal tie, kn = gaya terfaktor yang bekerja di daerah strut, tie, atau zona nodal dalam model strut-and-tie, kn s i = jarak tulangan pada lapisan yang berdekatan dengan permukaan anggota, mm x

12 w s w β s t = lebar efektif strut, mm = lebar efektif tie, mm = faktor untuk memperhitungkan pengaruh retak dan membatasi tulangan pada kuat tekan efektif beton di dalam strut β n = faktor untuk memperhitungkan pengaruh pengangkuran dari tie pada kuat tekan efektif zona nodal γ i = sudut antara sumbu strut dan tulangan pada lapisan ke-i dari tulangan yang memotong strut θ = sudut antara sumbu bidang strut atau daerah tekan dengan elemen dari tulangan tarik λ Φ b l b l p A d s a = koreksi faktor yang berhubungan dengan berat unit beton = faktor reduksi kekuatan = lebar pile cap, mm = lebar pelat penumpu, mm = lebar pelat tumpuan, mm = luasan tulangan utama longitudinal, mm = kedalaman strut tekan horizontal atas, mm 2 v = faktor efisiensi yang nilainya < 1 xi