ANALISIS BEBAN PONDASI TIANG PANCANG DENGAN MEMPERHITUNGKAN DAYA DUKUNG TANAH DIBAWAH PILE CAP KONVENSIONAL BERDASARKAN TEORI HETENYI

Transkripsi

1 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 SUB JURUSAN STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa 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 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

3 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 ii

4 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

5 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Pemasalahan Pembatasan Masalah Tujuan Penulisan Manfaat Penulisan Metodologi Penulisan Tinjauan Pustaka Singkat Sistematika Penulisan... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Umum Beton Tulangan Baja Konsolidasi Kapasitas Daya Dukung dan Efisiensi Kelompok Tiang iv

6 2.5.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Parameter Kuat Geser Tanah (Laboratorium) Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Data SPT (Standart Penetration Test) Efisiensi Kelompok Tiang Pancang Setlement/Penurunan Pondasi Perkiraan Penurunan Pondasi Dangkal Perkiraan Penurunan Tiang Tunggal Perkiraan Penurunan Kelompok Tiang Koefisien Reaksi Subgrade Perencanaan Pile Cap Dengan Metode Konvensional Pemilihan Dimensi Pile Cap Desain Terhadap Geser Satu Arah Desain Terhadap Geser Pons (Punching Shear) Desain Terhadap Lentur Modulus Elastisitas Beton Modulus Elastisitas Tanah Lendutan Balok BAB III ANALISA BALOK LENTUR DIATAS PONDASI ELASTIS Pondasi Tiang Mengapung Pondasi Tiang Tunggal Dengan Beban Vertikal Kelompok Tiang Dengan Beban Vertikal Tiang Gesek Pelat Tipis Sebagai Pile Cap pada Pondasi Tiang Pancang v

7 3.3 Balok Diatas Pondasi Elastis (Beam on Elastic Fondation) Balok Dengan Panjang Tak Hingga (Infinite Beam) Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani Secara Terpusat Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani Secara Merata Balok Dengan Panjang Terhingga (Finite Beam) Pelat Dengan Pondasi Elastis BAB IV APLIKASI Soal Penyelesaian Perhitungan Daya Dukung Perencanaan a Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 3Ø b Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 3,5Ø c Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 4Ø d Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 4,5Ø e Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 5Ø vi

8 4.3 Hasil Dan Pembahasan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA vii

9 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 Gambar 2.2 Kondisi tanah yang terlalu terkonsolidasi Gambar 2.3 Kondisi tanah yang mengalami penurunan akibat penambahan tekanan efektif Gambar 2.4 Beberapa jenis susunan umum group pile, (a) pile cap yang memikul kolom, (b) pile cap yang memikul dinding Gambar 2.5 Bidang geser satu arah pile cap Gambar 2.6 Reaksi beban efektif tiang yang diperhitungkan sebagai beban geser pada daerah geser Gambar 2.7 Bidang geser dua arah pile cap Gambar 2.8 Lendutan akibat beban P di tengah bentang Gambar 3.1 Gaya yang bekerja pada tiang tunggal pada tanah Gambar 3.2 Distribusi tekanan tiang gesek dalam tanah lempung lunak Gambar 3.3 Gabungan beberapa gelembung pada kelompok tiang dinding gesek Gambar 3.4 Tiang gesek Gambar 3.5 Gaya gaya dalam yang terjadi pada pelat akibat tekanan vertikal tanah viii

10 Gambar 3.6 Gaya- gaya dalam yang terjadi pada pelat tereduksi akibat dukungan tiang pancang Gambar 3.7 Momen perlawanan tiang Gambar 3.8 Skema distribusi tekanan tanah (a) pelat tanpa tiang, (b) pelat dengan tiang Gambar 3.9 Hitungan lendutan rata-rata pelat fleksibel Gambar 3.10 Balok mendukung beban vertikal diatas tumpuan elastis Gambar 3.11 Balok panjang tak terhingga dibebani secara terpusat dan momen titik Gambar 3.12 Titik-titik tinjau pada balok tak terhingga yang dibebani secara merata Gambar 3.13 Mekanisme pemberian gaya dan momen ujung Gambar 3.14 a. Grafik untuk menentukan nilai A λl, B λl, C λl, dan D λl b. Grafik untuk menentukan nilai E I, E II, F I, dan F II Gambar 3.15 Balok terhingga yang dibebani beban titik pada jarak tertentu Gambar 3.16 Grafik nilai Z 3 ( ), Z 3 ( ),Z 4 ( ), dan Z 4 ( ) (Bowles, 1992) Gambar 3.17 Pelat lajur sebagai balok (a) balok dengan panjang kurang dari π/λ, (b) balok dengan panjang lebih dari π/λ Gambar 4.1 Gambar rencana pile cap 3Ø Gambar 4.2 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 3Ø Gambar 4.3 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3Ø Gambar 4.4 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 3Ø ix

11 Gambar 4.5 Detail penulangan pile cap 3Ø Gambar 4.6 Gambar rencana pile cap 3,5Ø Gambar 4.7 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 3,5Ø Gambar 4.8 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3,5Ø Gambar 4.9 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 3,5Ø Gambar 4.10 Detail penulangan pile cap 3,5Ø Gambar 4.11 Gambar rencana pile cap 4Ø Gambar 4.12 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 4Ø Gambar 4.13 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 4Ø Gambar 4.14 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4Ø Gambar 4.15 Detail penulangan pile cap 4Ø Gambar 4.16 Gambar rencana pile cap 4,5Ø Gambar 4.17 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 4,5Ø Gambar 4.18 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 4,5Ø Gambar 4.19 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4,5Ø Gambar 4.20 Detail penulangan pile cap 4,5Ø Gambar 4.21 Gambar rencana pile cap 5Ø Gambar 4.22 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 5Ø Gambar 4.23 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 5Ø Gambar 4.24 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 5Ø x

12 Gambar 4.25 Detail penulangan pile cap 5Ø xi

13 DAFTAR NOTASI A c = luas bidang geser beton AC = luas bidang kontak pelat dan tanah (m 2 ) A p A s B B g = luas penampang tiang = luas tulangan geser = lebar kelompok tiang = Lebar kelompok tiang c p = koefisien empiris, tabel 2.3 c u C α Ø d D E e i e o e p E p = nilai kohesif tanah tak teraliri = indeks pemampatan sekunder = diameter tiang = tinggi efektif pile cap = kekakuan balok beton = modulus elastisitas = angka pori saat berakhirnya konsolidasi = anka pori awal = angka pori sesaat konsolidasi primer berakhir = modulus elastisitas tiang E s = modulus elastisitas tanah, tabel 2.2 f c, f y H h c = mutu bahan = tebal lapisan tanah yang ditinjau = kedalaman sebelum (m) xii

14 h o = kedalaman sekarang (m) I = L 1 0, 5 8 Bg i = nomor titik pengukuran 1 sampai n dengan i = n = 0 I ws = L 2 0,35,faktor pengaruh d k = kekakuan rotasi tiang (kn.m) k h = koefisien reaksi subgrade horizontal (kn/m 3 ) k v = koefisien subgrade vertikal tanah (kn/m 3 ) L Li L i M p M x M y N = tinggi tiang (meter) = ketebalan lapisan tanah = ketebalan lapisan tanah = Momen perlawanan tiang (kn.m) = momen bekerja pada sumbu x = momen bekerja pada sumbu y = beban aksial kolom N = harga rata-rata N- SPT pada kedalaman B g dibawah ujung pondasi tiang n = jumlah tiang N c, N q = faktor kapasitas daya dukung Mayerhof N-SPT = nilai standar penetrasi test p = keliling tiang P c = tekanan tanah lateral terlalu terkonsolidasi (kn/m 2 ) p h = tekanan tanah lateral per satuan luas tiang (kn/m 2 ) P o = tekanan tanah lateral terkonsolidasi secara normal (kn/m 2 ) xiii

15 P pile Q = beban yang dipikul oleh tiang pancang = beban titik (kn) q = tekanan netto pondasi ( ) q = tekanan pada dasar pondasi q = beban yang pernah dipikul tanah sebelumnya q c Q n Q n-up q p Q p Q s Q u Q up S S a S c S c S g S i S i S p S ps S s t 1 = nilai rat-rata perlawanan konus pada kedalaman B g di ujung pondasi = beban geser nominal yang diperhitungkan dalam perencanaan = geser ponds nominal = daya dukung tanah batas ujung tiang = kapasitas dukung ujung tiang = kapasitas dukung selimut tiang = beban batas terfaktor yang boleh diizinkan bekerja = geser ponds terfaktor = Penurunan pondasi tiang tunggal = lendutan rata-rata pelat fleksibel (m) = penurunan konsolidasi primer = penurunan konsolidasi primer = Penurunan pondasi kelompok tiang = penurunan segera = penurunan segera = penurunan ujung tiang = penurunan akibat beban yang dialihkan sepanjang tiang = penurunan konsolidasi sekunder = waktu sesaat setelah konsolidasi primer berakhir xiv

16 t 2 V c V s α = t 1 + t = geser izin beton = geser izin tulangan = koefisien friksi yang tergantung pada distribusi gesekan selimut sepanjang tiang. Menurut Vesic (1977), α = 0,33 0,5 β 1 = faktor keamanan = 0,85 untuk f c 30 Mpa, berkurang 0,05 tiap kenaikan 7 MPa dan tidak kurang dari 0,65 γ = berat volume tanah (kn/m 3 ) λ ρ σ 0 = fleksibilitas balok = rasio tulangan = tekanan tanah lateral υ = poisson rasio tanah, tabel 2.4 φ = sudut geser tanah P t = Gesekan rata rata yang bekerja sepanjang tiang pl e = rotasi tiang (radian) = 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 D f (gambar 2.4) t = perpindahan horizontal ujung bawah tiang (meter) xv