Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
PENGARUH JARAK ANTAR CAKAR PADA SISTEM
CAM BERPOLA SEGITIGA MENGGUNAKAN
METODE ELEMEN HINGGA
The influence of distance between claws on CAM with
tringular pattern using finite element methods
SKRIPSI
Disusun Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh :
AFRI MEDIKA UTAMA
I0114003
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2018
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
PENGARUH JARAK ANTAR CAKAR PADA SISTEM
CAM BERPOLA SEGITIGA MENGGUNAKAN
METODE ELEMEN HINGGA
The influence of distance between claws on CAM with
tringular pattern using finite element methods
Disusun Oleh:
AFRI MEDIKA UTAMA
NIM. I0114003
Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran
Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Persetujuan:
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Dr. Bambang Setiawan S.T., M.T. Ir. Noegroho Djarwanti M.T.
NIP. 19690717 199702 1 001 19561112 198403 2 007
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH JARAK ANTAR CAKAR PADA SISTEM CAM BERPOLA
SEGITIGA MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA
The influence of distance between claws on CAM with tringular pattern using
finite element methods
Disusun Oleh:
AFRI MEDIKA UTAMA
NIM. I0114003
Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program Studi
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada :
Hari : Selasa
Tanggal : 2 Oktober 2018
Tim Penguji
Nama/NIP Tanda Tangan
Dr. Bambang Setiawan S.T., M.T. ………………………………
NIP. 196907171997021001
Ir. Noegroho Djarwanti M.T. ………………………………
NIP. 195611121984032007
Dr. Niken Silmi Surjandari S.T., M.T ………………………………
NIP. 196909031997022001
Yusep Muslih Purwana S.T., M.T., Ph.D. ………………………………
NIP. 196807021995021001
Disahkan,
Tanggal : ………………………..
Kepala Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik UNS
Wibowo, ST, DEA
NIP. 196810071995021001
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
MOTTO
“Jika tidak didapati seluruhnya, jangan tinggalkan seluruhnya”
“Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu,
dan boleh jadi (pula) kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat
buruk bagimu; Allah mengetahui, sedang kamu tidak mengetahui”
(Al-Baqarah: 216)
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
PERSEMBAHAN
Dengan penuh rasa syukur tugas akhir ini kupersembahkan kepada:
Ibuku Hendra Leni
Ayahku Drs. Ruslan, M.Pd.
Adikku Sofy dan Rizky
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
ABSTRAK
Afri Medika Utama, 2018. Pengaruh Jarak antar Cakar pada Sistem Cakar
Ayam Modifikasi Berpola Segitiga Menggunakan Metode Elemen Hingga.
Skripsi. Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Negeri Sebelas
Maret Surakarta.
Sistem perkerasan yang terletak di atas tanah lunak menimbulkan masalah
dikarenakan rendahnya kapasitas dukung. Masalah utamanya adalah penurunan
yang terjadi tidak seragam sehingga mengakibatkan perkerasan jalan mudah rusak
dan penurunan yang terjadi terlalu besar. Karakteristik tanah di lapangan yang
bersifat lunak, tidak memenuhi persyaratan sebagai subgrade sedangkan biaya
penggantian tanah existing terlalu besar menjadi alasan untuk mencari solusi lain.
Salah satu solusi untuk menangani masalah ini adalah dengan penggunaan sistem
Cakar Ayam Modifikasi.
Penelitian ini menggunakan metode analisis elemen hingga dengan menggunakan
bantuan software SAP2000 versi 20. Penelitian ini merupakan pengembangan dari
penelitian yang sudah dilakukan oleh Setiawan (2015). Dimensi pelat beton yang
digunakan adalah 27 m x 7,25 m dengan variasi jarak antar 2,25 m, 2,50 m, dan
2,75 m. Koefiesien reaksi subgrade vertikal diperoleh dari hasil pengujian Plate
Load Test, koefiesien reaksi subgrade horizontal sama dengan 10 kali nilai kv, dan
koefisien gesek diperoleh dari hasil uji cabut pelat tunggal. Posisi beban
diletakkan di enam posisi yang berbeda yaitu tiga di tengah perkerasan dan tiga di
tepi perkerasan.
Jarak antar cakar tidak menjamin besar-kecilnya lendutan yang terjadi pada sistem
CAM melainkan jarak beban ke cakar terdekat dan kekakuan struktur perkerasan,
yaitu semakin dekat jarak beban ke cakar dan semakin kaku struktur perkerasan
akan menghasilkan lendutan yang semakin kecil. Lendutan terkecil pada beban
yang diletakkan di tengah perkerasan dihasilkan oleh sistem CAM dengan jarak
antar cakar 2,25 m sedangkan lendutan pada beban di tepi dihasilkan oleh sistem
CAM dengan jarak antar cakar 2,75. Koperan pada sistem CAM memberikan
pengaruh terhadap momen dan gaya lintang, yaitu momen yang dihasilkan
menjadi lebih kecil dari sistem perkerasan tanpa cakar sedangkan gaya lintang
menjadi lebih besar.
Kata Kunci: pavement, MEH, CAM, tanah lunak.
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vii
ABSTRACT
Afri Medika Utama, 2018 The influence of distance between claws on Cakar
Ayam Modifikasi with tringular pattern using finite element method. Civil
Engineering Study Program Engineering Faculty of Sebelas Maret University,
Surakarta.
The pavement system located above the soft ground causes problems because of
the low bearing capacity. The main problem is the settlement that occurs is not
uniform so that the road pavement is easily damaged and the settlement is too
large. Soil characteristics in the field that are soft, do not qualify the requirements
as subgrade while the cost of replacing existing land is too large to be a reason to
look for other solutions. One solution to deal with this problem is to use the CAM
system (sistem CAM).
This research uses Finite Element Method analysis using SAP2000 version 20
software. This research is a development of research conducted by Setiawan
(2015). The dimensions of the concrete slab used were 27 m x 7,25 m with a
variation of claw distance 2,25 m, 2,50 m, and 2,75 m. The coefficients of the
vertical subgrade reaction are obtained from the results of Plate Load Test
testing, the coefficient of horizontal subgrade reaction equals 10 times the kv
value, and the coefficient of friction is obtained from the test results of a single
plate pull. The position of the load is placed in six different positions, namely
three in the center of the pavement and three on the edge of the pavement.
The distance between the claws does not ensure the deflection of the CAM system,
but the distance to the nearest claw and the stiffness of the pavement structure, ie
the closer the load to the claw and the more rigid the pavement structure will
generate smaller deflection. The smallest deflection in the load placed in the
center of the pavement is generated by the CAM system with the claw distance of
2.25 m while the deflection at the edge load is generated by the CAM system with
the claw distance of 2.75. koperan of the CAM system has an influence on the
moment and latitude force, ie the resulting moment becomes smaller than the
clawless pavement system while the latitude force becomes larger.
Key words: pavement, MEH, CAM, soft soil
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
viii
PRAKATA
Puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang maha pengasih dan
penyayang atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi dengan judul Pengaruh Pola Segitiga dan Jarak pada
Sistem Cakar Ayam Modifikasi Menggunakan Metode Elemen Hingga guna
memenuhi syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penyusunan skripsi ini
dapat berjalan lancar tidak lepas dari bimbingan, dukungan dan motivasi dari
berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis
menyampaikan terima kasih kepada:
1. Segenap Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Segenap Pimpinan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
3. Dr. Bambang Setiawan S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I
4. Ir. Noegroho Djarwanti M.T. selaku dosen Pembimbing II.
5. R Harya Dananjaya Hesti I S.T., M.Eng.selaku dosen pembimbing akademik.
6. Segenap bapak dan ibu dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
7. Orangtua tercinta yang selalu mendukung dalam kondisi apapun.
8. Rekan-rekan mahasiswa Program Studi Teknik Sipil.
9. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis
dengan tulus dan ikhlas.
Penulis menyadari skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis
mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan di masa
mendatang. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya
dan pembaca umumnya.
Surakarta, 11 September 2018
Afri Medika Utama
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... iii
MOTTO ....................................................................................................................... Iv
PERSEMBAHAN ........................................................................................................ v
ABSTRAK ................................................................................................................... vi
ABSTRACT ................................................................................................................... vii
PRAKATA ................................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ................................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ........................................................................................................ xv
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................ xvi
BAB 1 PENDAHULUAN .......................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................................. 2
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 3
1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3
BAB 2 LANDASAN TEORI ..................................................................................... 4
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................................. 4
2.2 Dasar Teori ...................................................................................................... 7
2.2.1 Parameter Input ..................................................................................... 7
2.2.1.1 Tanah Lunak .................................................................................. 7
2.2.1.2 Modulus reaksi subgrade arah vertikal (kv) .................................. 7
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
x
2.2.1.3 Modulus reaksi subgrade arah horizontal (kh) .............................. 9
2.2.1.4 Koefisien gesek pada tiang/cakar (k) ........................................... 9
2.2.2 Pembebanan .......................................................................................... 10
2.2.3 Sistem Cakar Ayam .............................................................................. 11
2.2.4 Metode Elemen Hingga ........................................................................ 12
2.2.4.1 Elemen Shell .................................................................................. 13
2.2.4.2 Elemen Spring ............................................................................... 14
2.2.4.3 Elemen Solid ................................................................................. 15
BAB 3 METODE PENELITIAN .............................................................................. 16
3.1 Alat dan Bahan ................................................................................................ 16
3.1.1 Alat ........................................................................................................ 16
3.1.2 Bahan .................................................................................................... 16
3.1.2.1 Parameter Input ............................................................................. 16
3.1.2.2 Pembebanan .................................................................................. 18
3.1.2.3 Posisi Pembebanan ........................................................................ 20
3.1.2.4 Dimensi Sistem CAM dan Perkerasan Tanpa Cakar .................... 20
3.2 Langkah Penelitian .......................................................................................... 22
3.2.1 Input Ruang Model ............................................................................... 23
3.2.2 Input Material Property ........................................................................ 25
3.2.3 Pembuatan dan Penggambaran Model .................................................. 27
3.2.4 Assignment modulus reaksi subgrade ................................................... 30
3.2.5 Definisi tipe pembebanan dan tipe analisis ........................................... 31
3.2.6 Analisis (analysis/running) ................................................................... 33
3.2.7 Hasil dan Tabulasi Data output ............................................................. 34
3.2.8 Pengolahan Data ................................................................................... 35
3.3 Hipotesis ......................................................................................................... 37
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xi
3.4 Flow Chart ...................................................................................................... 38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 39
4.1 Lendutan ......................................................................................................... 39
4.2 Momen ............................................................................................................ 53
4.3 Gaya Lintang ................................................................................................... 62
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................... 69
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 69
5.2 Saran ............................................................................................................... 69
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 71
LAMPIRAN ................................................................................................................. 73
DAFTAR GAMBAR
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xii
Gambar 2.1 Perbandingan pelat tanpa cakar dan dengan cakar ............................... 4
Gambar 2.2 Skema perhitungan Sistem Cakar Ayam berdasarkan metode BoEF .. 5
Gambar 2.3 Lendutan rata-rata pada pelat fleksibel untuk menuntukan kv ............ 8
Gambar 2.4 Faktor adhesi untuk tiang pancang dalam tanah lempung .................. 10
Gambar 2.5 Beban yang diaplikasikan ..................................................................... 11
Gambar 2.6 Lendutan yang terjadi akibat beban titik .............................................. 12
Gambar 2.7 Reaksi perlawanan tanah lateral ........................................................... 12
Gambar 2.8 Perlawan momen pada cakar ................................................................ 12
Gambar 2.9 Model elemen shell............................................................................... 14
Gambar 2.10 Macam penempatan elemen spring ...................................................... 14
Gambar 2.11 Rectangular solid element (RS-8) ........................................................ 15
Gambar 3.1 Besarnya pembebanan semi-truck ........................................................ 18
Gambar 3.2 Potongan memanjang dan melintang pembebanan .............................. 18
Gambar 3.3 Luas pembebanan semi-truck pada midsurface .................................... 19
Gambar 3.4 Tipikal layout sistem CAM .................................................................. 21
Gambar 3.5 Potongan Melintang.............................................................................. 21
Gambar 3.6 input model struktur dan input data gridline ........................................ 24
Gambar 3.7 editting gridline .................................................................................... 24
Gambar 3.8 Tampilan awal SAP2000 ...................................................................... 25
Gambar 3.9 Input data material Beton, Baja, dan Tanah ......................................... 26
Gambar 3.10 Input data elemen shell untuk pelat dan pipa cakar .............................. 26
Gambar 3.11 Garis tinjauan pada model .................................................................... 27
Gambar 3.12 Piasan elemen shell............................................................................... 28
Gambar 3.13 Potongan-potongan yang ditinjau ......................................................... 28
Gambar 3.14 Penggambaran objek pipa/cakar dan tanah .......................................... 29
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiii
Gambar 3.15 Pemodelan sistem CAM dengan SAP2000 .......................................... 30
Gambar 3.16 Pemodelan sistem perkerasan tanpa cakar dengan SAP2000 ............... 30
Gambar 3.17 Input area spring .................................................................................. 31
Gambar 3.18 Input load case ..................................................................................... 32
Gambar 3.19 Model yang telah dibebani ................................................................... 32
Gambar 3.20 Input analysis case ............................................................................... 33
Gambar 3.21 Tahapan sebelum analisis ..................................................................... 34
Gambar 3.22 Proses analisis yang sudah selesai ........................................................ 34
Gambar 3.23 Contoh output kontur lendutan ............................................................. 35
Gambar 3.24 Contoh output bentuk tabel SAP2000 .................................................. 35
Gambar 3.25 Tabel output lendutan ........................................................................... 36
Gambar 3.26 Kurva lendutan potongan memanjang .................................................. 36
Gambar 3.27 Flow Chart............................................................................................ 38
Gambar 4.1 Tipikal kontur lendutan sistem perkerasan tanpa cakar ....................... 39
Gambar 4.2 Tipikal deformed shape sistem perkerasan tanpa cakar ....................... 40
Gambar 4.3 Tipikal kontur lendutan dengan sistem CAM ...................................... 40
Gambar 4.4 Tipikal deformed shape dengan sistem CAM ...................................... 41
Gambar 4.5 Tinjauan pada sistem CAM dengan jarak antar cakar 2,25 m .............. 43
Gambar 4.6 Tinjauan pada sistem CAM dengan jarak antar cakar 2,50 m .............. 44
Gambar 4.7 Tinjauan pada sistem CAM dengan jarak antar cakar 2,75 m .............. 45
Gambar 4.8 Pengaruh satu cakar terhadap lendutan ................................................ 47
Gambar 4.9 Pengaruh dua cakar terhadap lendutan ................................................. 47
Gambar 4.10 Tinjauan pada sistem CAM dengan jarak antar cakar 2,25 m .............. 48
Gambar 4.11 Tinjauan pada sistem CAM dengan jarak antar cakar 2,50 m .............. 49
Gambar 4.12 Tinjauan pada sistem CAM dengan jarak antar cakar 2,75 m .............. 50
Gambar 4.13 Pengaruh jarak cakar terdekat ke roda kiri terhadap lendutan ............. 52
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiv
Gambar 4.14 Pengaruh jarak cakar terdekat ke roda kanan terhadap lendutan ......... 52
Gambar 4.15 Tipikal kontur momen .......................................................................... 53
Gambar 4.16 Potongan melintang T01-01 ................................................................. 56
Gambar 4.17 Potongan melintang T01-03 ................................................................. 57
Gambar 4.18 Potongan melintang T03-02 ................................................................. 58
Gambar 4.19 Potongan melintang P01-01 ................................................................. 59
Gambar 4.20 Potongan melintang P01-03 ................................................................. 60
Gambar 4.21 Potongan melintang P03-02 ................................................................. 61
Gambar 4.22 Tipikal kontur gaya lintang .................................................................. 63
Gambar 4.23 Potongan melintang T01-01 ................................................................. 65
Gambar 4.24 Potongan melintang T01-03 ................................................................. 66
Gambar 4.25 Potongan melintang T03-02 ................................................................. 67
Gambar 4.26 Potongan melintang P01-01 ................................................................. 68
Gambar 4.27 Potongan melintang P01-03 ................................................................. 69
Gambar 4.28 Potongan melintang P03-02 ................................................................. 70
DAFTAR TABEL
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xv
Tabel 2.1 Golongan kendaraan yang beroperasi di jalan tol ..................................... 10
Tabel 3.1 Parameter input subgrade.......................................................................... 16
Tabel 3.2 Material property beton dan baja, ............................................................. 16
Tabel 3.3 Koordinat letak roda .................................................................................. 19
Tabel 3.4 Detail jarak antar cakar ............................................................................. 20
Tabel 4.1 Rekapitulasi lendutan pada tiap posisi beban ............................................ 40
Tabel 4.2 Jarak dan jumlah cakar terdekat terhadap beban ....................................... 44
Tabel 4.3 Jarak beban ke cakar terdekat pada sistem CAM ...................................... 49
Tabel 4.4 Rekapitulasi Momen pada tiap posisi beban ............................................. 52
Tabel 4.5 Rekapitulasi gaya lintang pada tiap posisi beban ...................................... 61