Analisis Beban Pondasi Tiang Pancang Dengan Memperhitungkan Daya Dukung Tanah Dibawah Pile Cap Konvensional Berdasarkan Teori Hetenyi

(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

06 0404 061

SUB JURUSAN STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

i

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

(3)

ii 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

(4)

iii

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.

(5)

iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR NOTASI ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Pemasalahan ... 2

1.3 Pembatasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan Penulisan ... 3

1.5 Manfaat Penulisan ... 4

1.6 Metodologi Penulisan ... 4

1.7 Tinjauan Pustaka Singkat ... 5

1.8 Sistematika Penulisan ... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 9

2.1 Umum ... 9

2.2 Beton... 10

2.3 Tulangan Baja ... 11

2.4 Konsolidasi ... 12

(6)

v 2.5.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Parameter

Kuat Geser Tanah (Laboratorium) ... 15

2.5.2 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Data SPT (Standart Penetration Test) ... 17

2.5.3 Efisiensi Kelompok Tiang Pancang ... 18

2.6 Setlement/Penurunan Pondasi ... 19

2.6.1 Perkiraan Penurunan Pondasi Dangkal ... 19

2.6.2 Perkiraan Penurunan Tiang Tunggal ... 20

2.6.3 Perkiraan Penurunan Kelompok Tiang ... 23

2.7 Koefisien Reaksi Subgrade ... 26

2.8 Perencanaan Pile Cap Dengan Metode Konvensional ... 31

2.8.1 Pemilihan Dimensi Pile Cap ... 31

2.8.2 Desain Terhadap Geser Satu Arah ... 33

2.8.3 Desain Terhadap Geser Pons (Punching Shear) ... 35

2.8.4 Desain Terhadap Lentur ... 36

2.9 Modulus Elastisitas Beton ... 38

2.10 Modulus Elastisitas Tanah ... 38

2.11 Lendutan Balok ... 39

BAB III ANALISA BALOK LENTUR DIATAS PONDASI ELASTIS ... 41

3.1 Pondasi Tiang Mengapung ... 41

3.1.1 Pondasi Tiang Tunggal Dengan Beban Vertikal ... 41

3.1.2 Kelompok Tiang Dengan Beban Vertikal ... 42

3.1.3 Tiang Gesek ... 43

(7)

vi

3.3 Balok Diatas Pondasi Elastis (Beam on Elastic Fondation) ... 49

3.4 Balok Dengan Panjang Tak Hingga (Infinite Beam) ... 51

3.4.1 Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani Secara Terpusat ... 51

3.4.2 Balok Dengan Panjang Tak Terhingga Yang Terbebani Secara Merata ... 53

3.5 Balok Dengan Panjang Terhingga (Finite Beam) ... 55

3.6 Pelat Dengan Pondasi Elastis ... 60

BAB IV APLIKASI ... 65

4.1 Soal ... 65

4.2 Penyelesaian ... 67

4.2.1 Perhitungan Daya Dukung ... 67

4.2.2 Perencanaan ... 69

4.2.2a Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 3Ø ... 69

4.2.2b Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 3,5Ø ... 87

4.2.2c Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 4Ø ... 104

4.2.2d Perencanaan Dengan Mengambil Jarak Antar Tiang 4,5Ø ... 121

(8)

vii

4.3 Hasil Dan Pembahasan ... 155

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 156

3.1 Kesimpulan ... 156

3.2 Saran ... 156

(9)

viii

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 ... 13

Gambar 2.2 Kondisi tanah yang terlalu terkonsolidasi ... 14

Gambar 2.3 Kondisi tanah yang mengalami penurunan akibat penambahan tekanan efektif ... 19

Gambar 2.4 Beberapa jenis susunan umum group pile, (a) pile cap yang memikul kolom, (b) pile cap yang memikul dinding ... 32

Gambar 2.5 Bidang geser satu arah pile cap ... 33

Gambar 2.6 Reaksi beban efektif tiang yang diperhitungkan sebagai beban geser pada daerah geser ... 34

Gambar 2.7 Bidang geser dua arah pile cap ... 35

Gambar 2.8 Lendutan akibat beban P di tengah bentang ... 40

Gambar 3.1 Gaya yang bekerja pada tiang tunggal pada tanah ... 42

Gambar 3.2 Distribusi tekanan tiang gesek dalam tanah lempung lunak ... 42

Gambar 3.3 Gabungan beberapa gelembung pada kelompok tiang dinding gesek ... 43

Gambar 3.4 Tiang gesek ... 43

(10)

ix Gambar 3.6 Gaya- gaya dalam yang terjadi pada pelat tereduksi akibat

dukungan tiang pancang ... 45

Gambar 3.7 Momen perlawanan tiang ... 45

Gambar 3.8 Skema distribusi tekanan tanah (a) pelat tanpa tiang, (b) pelat dengan tiang... 47

Gambar 3.9 Hitungan lendutan rata-rata pelat fleksibel ... 49

Gambar 3.10 Balok mendukung beban vertikal diatas tumpuan elastis... 49

Gambar 3.11 Balok panjang tak terhingga dibebani secara terpusat dan momen titik ... 51

Gambar 3.12 Titik-titik tinjau pada balok tak terhingga yang dibebani secara merata ... 53

Gambar 3.13 Mekanisme pemberian gaya dan momen ujung ... 55

Gambar 3.14 a. Grafik untuk menentukan nilai Aλl, Bλl, Cλl, dan Dλl ... 58

b. Grafik untuk menentukan nilai EI, EII, FI, dan FII ... 58

Gambar 3.15 Balok terhingga yang dibebani beban titik pada jarak tertentu ... 58

Gambar 3.16 Grafik nilai Z3(), Z’3(),Z4(), dan Z’4() (Bowles, 1992) ... 62

Gambar 3.17 Pelat lajur sebagai balok (a) balok dengan panjang kurang dari π/λ, ... 63

(b) balok dengan panjang lebih dari π/λ ... 63

Gambar 4.1 Gambar rencana pile cap 3Ø ... 71

Gambar 4.2 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 3Ø ... 73

Gambar 4.3 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3Ø ... 76

(11)

x

Gambar 4.5 Detail penulangan pile cap 3Ø ... 86

Gambar 4.6 Gambar rencana pile cap 3,5Ø ... 88

Gambar 4.7 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 3,5Ø ... 90

Gambar 4.8 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 3,5Ø ... 93

Gambar 4.9 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 3,5Ø ... 97

Gambar 4.10 Detail penulangan pile cap 3,5Ø ... 103

Gambar 4.14 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4Ø ... 114

Gambar 4.15 Detail penulangan pile cap 4Ø ... 120

Gambar 4.16 Gambar rencana pile cap 4,5Ø ... 122

Gambar 4.17 Pembebanan pile cap sebagai balok dengan panjang tak terhingga 4,5Ø ... 124

Gambar 4.18 Beban reaksi pile cap sebagai balok terhingga 4,5Ø ... 127

Gambar 4.19 Skema pembebanan pile cap dua dimensi untuk 4,5Ø ... 131

Gambar 4.20 Detail penulangan pile cap 4,5Ø ... 137

(12)

(13)

xii

DAFTAR NOTASI

Ac = luas bidang geser beton

AC = luas bidang kontak pelat dan tanah (m2) Ap = luas penampang tiang

As = luas tulangan geser

B = lebar kelompok tiang Bg = Lebar kelompok tiang

cp = koefisien empiris, tabel 2.3

cu = nilai kohesif tanah tak teraliri

Cα = indeks pemampatan sekunder

Ø = diameter tiang

d = tinggi efektif pile cap D = kekakuan balok beton E = modulus elastisitas

ei = angka pori saat berakhirnya konsolidasi

eo = anka pori awal

ep = angka pori sesaat konsolidasi primer berakhir

Ep = modulus elastisitas tiang

Es = modulus elastisitas tanah, tabel 2.2

fc’, fy = mutu bahan

(14)

xiii

kh = koefisien reaksi subgrade horizontal (kN/m3)

kv = koefisien subgrade vertikal tanah (kN/m3)

L = tinggi tiang (meter) Li = ketebalan lapisan tanah Li = ketebalan lapisan tanah

Mp = Momen perlawanan tiang (kN.m)

Mx = momen bekerja pada sumbu x

N-SPT = nilai standar penetrasi test p = keliling tiang

Pc = tekanan tanah lateral terlalu terkonsolidasi (kN/m2)

ph = tekanan tanah lateral per satuan luas tiang (kN/m2)

(15)

xiv Ppile = beban yang dipikul oleh tiang pancang

Q = beban titik (kN)

q = tekanan netto pondasi

q = tekanan pada dasar pondasi

q’ = beban yang pernah dipikul tanah sebelumnya

qc = nilai rat-rata perlawanan konus pada kedalaman  Bg di ujung pondasi

Qn = beban geser nominal yang diperhitungkan dalam perencanaan

Qn-up = geser ponds nominal

qp = daya dukung tanah batas ujung tiang

Qp = kapasitas dukung ujung tiang

Qs = kapasitas dukung selimut tiang

Qu = beban batas terfaktor yang boleh diizinkan bekerja

Qup = geser ponds terfaktor

S = Penurunan pondasi tiang tunggal Sa = lendutan rata-rata pelat fleksibel (m)

Sc = penurunan konsolidasi primer

Sg = Penurunan pondasi kelompok tiang

Si = penurunan segera

Sp = penurunan ujung tiang

Sps = penurunan akibat beban yang dialihkan sepanjang tiang

Ss = penurunan konsolidasi sekunder

(16)

xv t2 = t1 + t

Vc = geser izin beton

Vs = geser izin tulangan

α = koefisien friksi yang tergantung pada distribusi gesekan selimut sepanjang

tiang. Menurut Vesic (1977), α = 0,33 – 0,5

1 = faktor keamanan = 0,85 untuk fc’ ≤ 30 Mpa, berkurang 0,05 tiap kenaikan

7 MPa dan tidak kurang dari 0,65 = berat volume tanah (kN/m3) λ = fleksibilitas balok

ρ = rasio tulangan σ0 = tekanan tanah lateral

υ = poisson rasio tanah, tabel 2.4

φ = sudut geser tanah

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 Df (gambar 2.4)