Upload
ozzy
View
27
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
pondasi PG
Citation preview
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
BAB XI
PONDASI
11.1 Ketentuan
Struktur bangunan gedung sepenuhnya terletak diatas tanah pendukung melalui
sistem pondasi. Dengan demikian sistem pondasi merupakan bagian yang sangat penting dari
bangunan gedung secara keseluruhan. Bila kita memilah, secara garis besar bangunan gedung
terdiri dari dua bagian pokok yaitu struktur atas (Upperstructure/Superstructure) dan struktur
bawah (Substructure). Struktur atas adalah bagian bangunan yang secara langsung menahan
beban, baik beban gravitasi maupun beban angin/gempa. Selanjutnya beban – beban tersebut
akan disalurkan ke pondasi oleh kolom – kolom, selanjutnya oleh pondasi beban disalurkan
kedalam tanah tanah pendukung.
Apabila diperhatikan maka hierarki angka keamanan yang terbesar justru harus
terletak pada tujuan akhir penyaluran beban yaitu tanah pendukung. Angka keamanan antara
2 – 3 sering dipakai pada daya dukung tanah (Bowles, 1988). Angka keamanan yang
dimaksud adalah rasio antara kuata batas/ maksimum tegangan bahan/tanah terhadap
tegnagan yang diijinkan akibat beban. Angka keamanan yang tinggi pada tanah dipakai
dengan alasan – alasan (Bowles, 1988) :
1. Sulitnya sistem kontrol kondisi/ kekuatan tanah setelah bangunan selesai
2. Adanya ketidaktahuan secara 100% terhadap tanah – tanah dibawahnya.
3. Ketidaksempurnaan dalam menentukan properties tanah.
4. Begitu kompleksnya lapisan tanah (lapisan, properti, kondisi, jenis dll)
5. Ketidakakuratnya model matematik interaksi anatara tanah dan pondasi.
6. Banyaknya ketidakpastianyang mungkin terjadi.
7. Tanah sebagai pendukung akhir beban harus tidak boleh gagal dalam menahan semua
beban.
KELOMPOK 4 X - 1
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Setelah tanah, maka hirarki kerusakan dibawahnya adalah pondasi. Dengan demikian
pondasi harus mempunyai angka keamanan yang cukup agar dapat meneruskan beban
dengan baik. Angka keamanan pondasi harus lebih besar dari kolom ataupun struktur atas,
walaupun lebih kecil dari tanah. Sudah menjadi kebiasaan didalam desain, bahwa
penghematan/penekanan biaya yang berlbih pada pondasi umumnya tidak dianjurkan.
Dengan kata lain biaya untuk pondasi tidak perlu dihemat dan bahkan cenderung lebih
diamankan demi keamanan.
Jenis Pondasi
Pondasi umumnya diklasifikasikan menurut jenis dimana beban harus didukung oleh
tanah :
1. Pondasi Dangkal (Shallow Foundation)
Adalah sistem pondasi sedemikian sehingga beban masih dapat ditahan oleh lapisan atas
suatu tanah sehingga kedalamnnya tidak lebih lebar pondasi atau D/B ≤ 1. umunya
pondasi dangkal dipakai pada bangunan–bangunan bertingkat yang tidak terlalu tinggi.
2. Pondasi Dalam (Deep Foundation)
Adalah pondasi yang mana beban sudah tidak lagi mampu didukung oleh lapisan atas
suatu tanah. Hal ini dapat disebabkan oleh kondisi tanah/daya dukung tanah yang tidak
baik ataupun beban kolom yang demikian besar. Pondasi dalam jauh lebih mahal
daripada pondasi dangkal yang ditinjau dari segi material, waktupembuatan dan juga
teknologi/sistem/alat – alat yang dipakai.
11.2 Desain Pondasi
Beban struktur yang besar serta letak tanah keras yang dalam membuat perencana
memilih pondasi dalam, yaitu berupa pondasi tiang pancang. Berdasarkan hasil penyelidikan
KELOMPOK 4 X - 2
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
tanah, dimana tim penyelidikan tanah merekomendasikan bahwa letak pondasi tiang adalah
pada elevasi -12 m.
Kolom
± 0,00
-3,50
N rata-rata = 54 Batu pasir sedang
-6,00
N rata-rata = 19 Pasir halus
-7,30
N rata-rata = 32 Pasir halus
-9,00
N rata-rata = 18 Pasir halus
KELOMPOK 4 X - 3
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
-10,00
N rata-rata = 42 Pasir halus
-11,00
Gambar 14.1 Kondisi tanah setempat
Hasil Penyelidikan Tanah
Setelah dilakukan penyelidikan tanah, didapat hasil sebagai berikut :
KELOMPOK 4 X - 4
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
KELOMPOK 4 X - 5
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Gambar 14.2 Hasil Penyelidikan Tanah
Sumber : Laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas
Gajah Mada, Yogyakarta, 2006, Proyek Pembangunan Bank BPD Yogyakarta. Dikutip dari
Tugas Akhir, Angga Pradita, ST, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil Dan
Perencanaan, Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta, 2009.
KELOMPOK 4 X - 6
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
11.2.1 Kriteria Tiang
Untuk menghitung kriteria jenis tiang, digunakan persamaan berikut ini. Untuk k = 1
(jepit-sendi).
Dengan :
Ep = modulus elastis tiang ( ton/ m2)
Ip = momen inersia tiang (m4)
Ks = modulus subgrade tanah dalam arah horisontal ( ton/ m2)
B = diameter tiang atau sisi tiang (m)
E = 21000000 ton/m2
B = 1 m
I = = = 0,049 m4
Nilai Ks dapat diambil dari persamaan berikut ini :
Ks =
Dengan :
ηh = Konstanta modulus subgrade tanah atau constant of horizontal (didapatkan
dari gambar 14.2)
ηh = 50 ton/ft3 = 0,01524 ton/m3 (didapatkan dari gambar 14.2)
x = Kedalaman tiang yang ditinjau ( m)
x = 10,15 m
KELOMPOK 4 X - 7
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Ks = = = 0,1547
Faktor kekakuan R untuk menentukan perilaku tiang sebagai berikut:
R = =23,160 m
2R = 2. 23,160 = 46,320 m
11.2.2 Analisis Distribusi Beban ke Tiap Tiang Bor (Bored Pile)
Data Tiang Bor
Berdasarkan informasi dari perusahaan penyedia pondasi tiang bor, terdapat diameter
tiang 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm & 80 cm (walaupun pada beberapa perusahaan ada yang
mempunyai diameter > 100 cm).
Maka digunakan diameter 80 cm = 800 mm
Mutu beton, f’c = 25 MPa = 255 kg/cm2
fy = 350 MPa = 3570 kg/cm2
Digunakan kelompok tiang dengan jumlah tiang = 4
L tiang = 11 m
KELOMPOK 4 X - 8
3200
3200
800 1600 800
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Gambar 14.3 Tampak Atas Pondasi
Beban yang diterima tiap tiang (Pi) pada kelompok tiang bor dapat ditentukan dengan
rumus berikut ini.
Digunakan Pile Cap/Poer dengan tebal = 80 cm
Gambar 14.4 Tampak Atas Pondasi
Dengan:
Beban – beban di atas kelompok tiang adalah sebagai berikut:
Hasil Analisis Struktur,
- Beban aksial kolom (P) = 3654,34 kN = 365,434 ton
- Berat poer(Wpc) = 3,2 .3,2 .0,8 . 2,4 =19,6608 ton
- Berat tiang (Wtiang) = 4. 11. (0,25 . 3,14. 0,8. 0,8. 2,4) = 53,05ton
- Beban total (Pt) = 365,343 + 19,6608 + 53,05
= 438,1478 ton
P = A.L.BJ
= . 11.2,4
= 13,27 ton
KELOMPOK 4 X - 9
800 1600 800
3200
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Jumlah tiang, n = 4
Mx = p. ni. yi = 13,27 . . = 21,22tm
Dengan yi = xi = tebal pile cap = 0,8 m
My = p. ni. xi = 13,27 . . = 21,22tm
∑x2 = { (0,8)2. 2}.2 = 2,56 m2
∑y2 = { (0,8)2. 2}.2 = 2,56 m2
∑x2, ∑y2 = Jumlah kuadrat jarak tiang ke pusat berat kelompok tiang
KELOMPOK 4 X - 10
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
11.2.3 Analisis Kekuatan Tiang Bor
<σijin
A = = = 0,5024 m2
= = 244,4274 ton/m2 =24,44274 kg/cm2
44,1117 kg/cm2< Aman
11.2.4 Kapasitas Dukung Tiang Tunggal
1. Kapasitas Dukung Ujung Tiang (Qp)
Kapasitas dukung ujung tiang (Qp) untuk tanah pasir ditentukan dengan formula N-SPT
sesuai dengan langkah-langkah sebagai berikut. (Sosrodarsono, Mekanika Tanah dan
Teknik Pondasi)
Qp = qd . A
Dengan :
KELOMPOK 4 X - 11
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Gambar 14.5 Faktor Kapasitas dukung ujung Nc dan Nq
(Sumber : Braja M. Das, 1990)
Qd = 360 (Jenis tanah pasir dengan N = 42)
Qp = Qd. Ap = 360 . 0.5024 = 180,864 ton
2. Kapasitas Dukung Selimut Tiang (Qs)
Perhitungan kapasitas selimut tiang dapat dihitung persamaan berikutini :
Qs = U. Li*fi
Dengan :
U = = 3,14 . 1= 2,512 m
KELOMPOK 4 X - 12
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Tabel 11.1 Gaya geser pada keliling Permukaan Tiang
KedalamanKetebalan
Lapisan (m) Tanah Harga Rata-rata, N fi ( t/m3) = N/2Li.fi ( t/m)
1,0 - 3,5m 2,5 Pasir 29 14,5 36,253.5 – 6 m 2,5 Pasir 54 27 67,56 – 7.30 m 1,3 Pasir 19 9,5 12,35
7,3 – 9,00 m 1,7 Pasir 32 16 27,29,00 – 10,00 m 1 Pasir 18 9 910,00 – 11,00
m 1 Pasir 42 21 21rerata 32,33333333 Σ Lifi 173,3
Qs = U. Li. fi
= 2,512 . 173,3
= 435,33 ton
3. Kapasitas Dukung Ultimit Tiang (Qult)
Qu = Qp + Qs
= 180,864 + 435,33
= 616,19 ton
4. Kapasitas Dukung Ijin Tiang (Qall)
= = 308,096 ton
5. Menurut Teori Meyerhoff (1956)
Untuk menghitung kapasitas dukung ujung (Qp) tiang menurut teori Meyerhoff
digunakan persamaan :
= 40.42. + 0,2.32,33.
KELOMPOK 4 X - 13
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
= 863,525 ton
Dimana :
Qult = daya dukung ultimit pondasi tiang pancang (ton)
Nb = nilai N-SPT pada elevasi dasar tiang
Ap = luas penampang dasar tiang (m2)
As = luas selimut tiang (m2)
N = nilai N-SPT rata-rata sepanjang tiang
Q ijin = ton
11.2.5 Kapasitas Dukung Kelompok Tiang
Penentuan jumlah tiang awal dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut :
Besarnya beban total 1 kolom yang harus ditahan :
Beban total (Pt) = 438,1478 ton
Maka jumlah tiang (n) yang baru = tiang OKE.
Menurut Feld, pada pondasi tiang bor jenis tahanan ujung nilai efisiensi (Eg) dapat
dianggap sebesar 1,0.Kapasitas dukung kelompok tiang sebagai berikut.
Berdasarkan rumus (Sosrodarsono, Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi)
Qpg = Eg. n .Rijin
= 1. 4 .308,09
= 1232,38 ton > Pt = 438,1478 ton (Aman)
Berdasarkan teori Meyerhoff (1956)
Qpg = Eg. n . Qa
= 1 . 4 .431,76
KELOMPOK 4 X - 14
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
= 1727,05 ton > Pt = 438,1478 ton (Aman)
11.2.6 Desain Pile Cap / Poer
Dimensi kolom /pier head0,8 x 0,8 m. Tebal pile cap (t) =75mm dengan diameter
tulangan D25. Tebal selimut beton di bawah (clear cover) = 75 mm, sehingga tebal efektif
pile cap (d’) = 800 – 75 – (25/2) = 712,5 mm. Mutu Beton f’c = 25MPa dan fy = 350 MPa.
Gambar 14.6 Potongan Pondasi Tiang
Beban yang harus didukung oleh tiang (Pu) : 493,497ton
1. Cek Geser Satu Arah
Bidang geser satu arah terletak pada jarak d’ dari muka kolom. Kuat geser beton (Vc)
ditentukan berdasarkan persamaan sebagai berikut :
Gambar 14.7 Bidang Geser Satu Arah
KELOMPOK 4 X - 15
1
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Vc= N = 1992,736 kN
ϕ Vc= 0,6 . 19992,736= 1195,64 kN
Vu dihitung berdasar kan tiang yang berada di luar kolom bidang satu arah.
qu =
=
= 59,903 kN
Vu =
Vu =
= 74,279 kN
ϕ Vc= 1195 kN> Vu= 74,279 kN
Maka tebal pile cap aman terhadap geser satu arah.
2. Cek Geser Dua Arah
Perimeter kritis (bo) terletak pada jarak ½ d’ dari kolom
bo = 4 (D + d) + 2 (D + d)
= 4 (0,8+0,7125) + 4 (0,8+0,7125) = 6,05 m
KELOMPOK 4 X - 16
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Gambar 14.8 Bidang Geser Dua Arah
Kuat geser Beton (Vc) diambil yang paling kecil dari 3 persamaan sebagai berikut :
=
= 7535,0360 kN (menentukan)
Sehingga dipakai
= 7535,036 kN
Vu dihitung berdasarkan tiang yang berada di luar bidang kritis dua arah
Vu=
=
= 610,474 kN
ϕ Vc = 4521,0216 >Vu= 610,474 kN
Maka tebal poer aman terhadap geser dua arah.
KELOMPOK 4 X - 17
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
3. Desain Lentur Pile Cap / Poer
Momen Ultimate (Mu) ditentukan berdasarkan pada sisi bagian kritis momen geser satu
arah.
Vu = 74,2787 kN
Jarak Lengan momen = = 1,6 m
Mu = Vu . Lengan momen = 74,2787. 1,6 = 118,847 kNm
Mn = = 148,559 kNm
Karena ρ < ρ min maka ρ pakai = ρ min = 0,0035
Luas Tulangan Perlu, As = ρ . b .d
= 0,0035 . 1000 . 712,5 = 2493,75 mm2
Dipakai tulangan D25, Ad = ¼ . π . D2 = ¼ . π . 252 = 490,635 mm2
Jarak tulangan, (s) = mm
Maka dipakai tulangan D25 – 180.
As ada = mm2
As ada > As = 2493,75 mm2 Oke !
KELOMPOK 4 X - 18
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Tulangan Susut
Dipakai tulangan D16, Ad = ¼ . π . D2 = ¼ . π . 162 = 200,96 mm2
fy = 400 MPa
Berdasarkan SNI 1991, pasal 3.16.12.(2) :
Tabel 14.2 Syarat Asst dalam SNI 1991
Mutu Baja (fy) Asst
BJTD - 30 0,0020.b.ht
BJTD - 40 0,0018.b.ht
BJTD - 40 0,0018.b.ht
Tetapi dalam segala hal tidak boleh kurang dari 0,0014.b.ht.
As st = 0,0018 . b . h pile cap
= 0,0018 . 1000 . 0,8 . 1000
= 1440 mm2
Jarak tulangan, (s) = mm
Maka dipakai tulangan D16 – 135
As ada = mm2 > As st = 1440 mm2
Oke !!
KELOMPOK 4 X - 19
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Gambar 14.9 Tulangan Pile Cap
11.2.7 Penurunan Pondasi Tiang
1. Penurunan tiang Tunggal
Penurunan tiang tunggal pada tanah pasir dihitung berdasarkan metode semi empiris
maupun empiris. Dalam perhitungan ini hanya digunakan metode empiris :
Metode Empiris
Berdasarkan metode empiris maka penurunan tiang tunggal adalah sebagai berikut :
= 0,0083 m
Dengan :
Q = Rijin
L = Panjang tiang
Ap = Luas tiang Ep = Modulus elastis tiang
KELOMPOK 4 X - 20
700
900
D25-170
D16-135
D25-170
D16-135
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
2. Penurunan Kelompok Tiang
Penurunan pada kelompok Tiang dapat ditentukan dengan persamaan 3.43 sebagai
berikut
m
Dengan :
Bg = Lebar pile cap
D = Diameter tiang
11.2.8 Pembesian Tiang Bor
1. Tulangan Pokok
Perhitungan pembesian tiang bor menggunakan hitungan desain tulangan dengan analisis
tiang sebagai kolom bulat.
Dalam SNI 03-2847-2002 pasal 17.8.2.(1) dijelaskan bahwa untuk tiang beton yang
dicor ditempat, maka rasio tulangan ρ terhadap luas bruto tidak boleh kurang dari 0,005
(0,5 %).
Diambil ρ = 0,52% dengan diameter 800 mm
Dari desain
D = 800
Dc = 650
d = 526
f’c = 275
fy = 400
2. Tulangan Spiral
ASCE7 – 05 pasal 14.2.3.2.3 menjelaskan, untuk SDC D, E dan F, jika diameter tiang >
500 mm, maka spiral minimum diameter 13 mm, dan spiral maksimum sepanjang 3D
dari pile cap :
Kondisi 1
KELOMPOK 4 X - 21
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
Vu = 610474,3746 N
Vu/ φ =
Vc = 649781,4623 N
Digunakan 4D16
¼ x xd2= ¼ x x162 = 200,96 mm2
Av = 4x 200,96 = 803,84 mm2
S =
Kondisi 2
ρs = 0,00825
Digunakan 4D16
¼ x xd2= ¼ x x162 = 200,96 mm2
Av = 4x 200,96 = 803,84 mm2
S =
Kondisi 3
ρs = 0,0159
Digunakan 4D16
¼ x xd2= ¼ x x162 = 200,96 mm2
Av = 4x 200,96 = 803,84 mm2
S =
Digunakan D16 – 135
KELOMPOK 4 X - 22
PERANCANGAN STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG TAHAN GEMPA
2013
KELOMPOK 4 X - 23