BAB III METODE ANALISA
3.4 Pile Cap
Pile cap pada dasarnya merupakan suatu slab beton tebal yang memikul beban terpusat dengan reaksi titik. Pile cap digunakan untuk mendistribusikan beban dari satu atau lebih kolom ke grup tiang pancang. Meskipun menjadi unsur yang sangat umum dan penting dalam suatu konstruksi, tidak ada prosedur yang berlaku secara umum untuk mendesain sebuah pile cap. Banyak aturan yang merinci secara empiris yang diikuti dalam praktek, namun pendekatan ini bervariasi secara signifikan. Alasan utama untuk perbedaan ini adalah bahwa kode desain paling tidak memberikan sebuah metodologi desain yang memberikan pemahaman yang jelas tentang kekuatan dan perilaku elemen struktur yang penting ini.
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. Pendekatan kedua 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). Pendekatan ini biasa disebut dengan model strut-and-tie. Dalam model 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).
Pada balok tinggi, dinding dan struktur diskontiniu, metode desain berdasarkan model strut and tie sering digunakan untuk menjelaskan efek beban dan perlawanan. Hal ini bergantung pada asumsi bahwa desain mengharapkan aliran gaya yang cocok untuk dibentuk dalam elemen struktur beton yang dianggap membentuk
strut dan tie atau berbagai jenis model truss.
Gambar 3.1 menggambarkan alur beban (stress) dalam pile cap di mana garis padat dan garis putus-putus merupakan strut (tekan) dan tie (tarik). Sisi kanan Gambar 3.1 menjelaskan bahwa reaksi tumpukan didukung dengan membentuk "segitiga kekuatan" yang terdiri dari C3 (tekan) dan T2 (tarik).
Gambar 3.1 Strut and tie model pada pile cap
(Sumber : “Ultimate Shear Strength Of Pile Caps” oleh Masahiro Shirato, Jiro Fukui, Naoki Masui, Kenji Kosa)
Analisa Pile Cap dengan Metode Strut and Tie Model
Pengaruh beban terkonsentrasi pada jarak d dari muka tumpuan dari suatu anggota yang mengalami geser satu arah dapat dilihat dalam gambar 3.2. Gaya geser penampang anggota sangat berbeda tergantung pada sisi mana beban terpusat pada bagian kritis ini berada (lihat gambar 3.2(b)). Model rangka yang ditunjukkan pada gambar 3.2 (d) menunjukkan bahwa beban terpusat ditransmisikan langsung ke tumpuan dengan melalui strut tekan. Tidak ada pelat penumpu yang diperlukan untuk melawan geser yang dihasilkan oleh beban terpusat (lihat gambar 3.2 (f)). Bagaimanapun, beban terpusat tersebut akan meningkatkan tegangan tekan diagonal pada beton di atas tumpuan (lihat gambar 3.2 (e)), serta tegangan yang dibutuhkan dalam tulangan longitudinal pada permukaan dari tumpuan (lihat gambar 3.2 (g)). Gambar 3.3 menunjukkan model strut and tie sederhana tiga dimensi untuk pile cap dengan empat tiang pancang. Beban kolom terpusat ditransmisikan langsung ke tumpuan melalui strut tekan miring. Tegangan horizontal tie (tulangan longitudinal) diperlukan untuk mencegah agar tumpukan tiang tidak terpisah.
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
(Sumber : “Design of Deep Pile Caps by Strut-and-Tie Models” oleh Perry Adebar and Luke (Zongyu) Zhou)
Gambar 3.3
Dalam mendesain geser pile cap dengan menggunakan model strut and tie melibatkan tegangan batas beton dalam strut tekan dan nodal zones untuk memastikan bahwa tegangan tie (tulangan longitudinal) mengalami leleh sebelum terjadi retak diagonal pada strut beton. Schlaich et al. menunjukkan bahwa tegangan beton dalam suatu daerah terganggu dapat dianggap aman jika tegangan bantalan maksimum pada semua zona nodal di bawah batas tertentu. Berdasarkan kajian analitis dan eksperimental strut tekan yang dibatasi oleh kuat efektif beton, diusulkan bahwa tegangan bantalan maksimum di zona nodal dari pile cap dibatasi oleh :
Model truss sederhana tiga dimensi dengan empat tiang pancang
fb ≤ 0,6 fc′+ ��72 �fc′ ... (3.1)
α = 1
�= 1 3 (
hs
�s− 1) ≤ 1,0 ……….. (3.3)
dimana fc' dan fb dalam unit psi. Jika digunakan unit MPa dalam persamaan (3.1), maka nilai koefisien 72 dalam persamaan tersebut harus diganti dengan nilai 6. Parameter α dihitung untuk kekangan dari strut tekan. Rasio A2/A1 pada persamaan (3.2) identik dengan yang digunakan dalam kode ACI untuk menghitung kekuatan bantalan. Parameter β dihitung untuk geometri dari strut tekan, di mana rasio hs/bs adalah rasio (tinggi terhadap lebar) dari strut. Untuk menghitung tegangan maksimum bantalan untuk zona nodal di bawah kolom, dimana dua atau lebih strut bertemu, rasio (tinggi terhadap lebar) dari strut dapat didekati sebagai berikut :
(hs �s ≈2d
c )……… (3.4)
dimana d adalah kedalaman efektif dari pile cap dan c adalah dimensi kolom persegi. Untuk kolom bulat, maka koefisien c diganti dengan diameter kolom. Untuk menghitung tegangan bantalan maksimum untuk zona nodal di atas tiang pancang, dimana hanya satu strut berlabuh, maka rasio (tinggi terhadap lebar) dari strut dapat didekati dimana d sebagai berikut : (hs �s ≈ d dp)……… (3.5) p
Catatan bahwa rasio h
adalah diameter dari tiang bulat.
s/bs
Tegangan batas bawah bantalan 0,6f
tidak boleh diambil kurang dari 1 (yaitu, β ≥ 0).
c’ pada persamaan (3.1) sesuai jika tidak ada pengekangan (A2/A1 ≈ 1), dan terlepas dari tinggi strut, serta ketika strut pendek (hs/bs ≈ 1).
Pendekatan yang diusulkan strut and tie model dimaksudkan untuk desain
pile cap yang dalam. Karena tidak selalu jelas apakah pile cap langsing atau dalam,
maka prosedur desain geser umum untuk pile cap dapat dicapai dengan mengikuti langkah sebagai berikut : Pertama, pilih kedalaman pile cap awal menggunakan prosedur desain geser satu arah dan geser dua arah. Dalam kasus geser satu arah, bagian kritis harus diambil pada d dari muka kolom. Kedua, tegangan bantalan zona nodal harus diperiksa dengan menggunakan persamaan (3.1 – 3.3). Jika perlu, kedalaman pile capdapat ditingkatkan (sehingga β meningkat), atau dimensi pile cap dapat ditingkatkan untuk meningkatkan kekangan pada zona nodal (α meningkat), atau tegangan bantalan mungkin perlu dikurangi dengan meningkatkan dimensi kolom atau dimensi tiang. Dengan demikian, kekuatan geser pile cap langsing akan dibatasi oleh prosedur desain geser, sedangkan kekuatan geser pile cap dalam akan dibatasi oleh batas-batas tegangan bantalan zona nodal.