Cara Menghitung Kuat Dukung Pondasi Tiang Pancang [PDF]

Citation preview

Cara Menghitung Kuat Dukung Pondasi Tiang Pancang



Perhitungan daya dukung tiang pancang tunggal yang akan Kita bahas kali ini ditinjau berdasarkan nilai N-SPT dan CPT. Daya Dukung Berdasarkan Hasil Bor Log (N-SPT) Uji bor atau Soil Penetration Test (SPT) dilakukan untuk mendapatkan nilai daya dukung ijin pondasi berdasarkan data nilai N-SPT dengan menggunakan metode Meyerhoff dan faktor keamanan atau safety factor (SF) sebesar 2. Data N-SPT untuk tanah yang ditinjau ditunjukkan pada Gambar berikut.



Gambar 1. Data N-SPT Perhitungan nilai N-SPT dilakukam pada kedalaman 4D dan 8D berikut. N1 = nilai rata- rata Nspt pada kedalaman 4D di bawah tiang = (49 + 46 + 45 + 36) / 4 = 44 N2 = nilai rata- rata Nspt pada kedalaman 8D di atas tiang = (21 + 39 + 26 + 12 + 30 + 49) / 6 = 29,5 Harga N rata-rata =



Daya dukung ultimit pondasi tiang pancang : Q ult = 380 Nb Ap (kN) 



Dimana : Nb = nilai rata- rata N-SPT pada dasar tiang,







Ab = luas penampang dasar tiang (m2),







N







Ap = luas selimut tiang untuk diameter tiang 0,6 m.



= nilai N-SPT rata- rata,



Maka Q ult = 380 x 36,57 x 0,2826 = 3927,17 kN = 392,71 ton. Daya dukung yang diizinkan (Q allowable) : Q all = Q ult / SF = 392,71 ton / 2 = 261,8 ton.



Cara Membuat Diagram Interaksi Kolom dengan PCA CoL



Kolom adalah bagian dari elemen struktur Gedung yang menerima beban aksial (P) dan Beban Lentur Momen (M). Nah, untuk mengetahui kemampuan kolom tersebut dalam menerima beban yang bekerja, Kita perlu membuat Diagram Interaksi Kolom yaitu Diagram yang menggambarkan hubungan antara gaya aksial (P) dan momen (M). Pada kasus kali ini, perhitungan struktur kolom yang direncanakan adalah kolom di lantai 2 As F-3. Analisis komponen struktur kolom yang menerima kombinasi lentur dan beban aksial pada bangunan dengan kategori gedung Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) direncanakan berdasarkan ketentuan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung SNI 03-2847-2002 Pasal 23.4. Letak kolom yang ditinjau ditunjukkan pada Gambar 1.



Gambar 1. Struktur Kolom yang Ditinjau Data penampang dan hasil analisis struktur dari penampang kolom yang ditinjau adalah sebagai berikut :







Dimensi Kolom = 700 x 700 mm







Mutu Beton = 30 MPa







Jumlah Tulangan = 16D22







Tegangan Leleh, fy = 400 MPa







Pu = 3808 kN







Mx = 200 kNm







My = 457,2 kNm Langkah pembuatan diagram interaksi kolom dengan software PCA Column adalah sebagai berikut : 1. Menentukan Jenis Satuan dan Tipe Diagram Interaksi Kolom : Tipe diagram interaksi kolom yang dipilih adalah biaxial (2 arah), karena ada 2 momen yang bekerja yaitu Mx dan My.



Gambar 2. Penentukan Jenis Satuan dan Tipe Diagram Interaksi Kolom 2. Input Data Material : Input data penampang ke program PCA Column meliputi : mutu beton, modulus elastisitas, faktor reduksi, dan tegangan leleh.



Gambar 3. Input Data Material Kolom 3. Input tulangan kolom (16D22) Input data tulangan ke program PCA Column meliputi : jumlah tulangan, ukuran tulangan, dan selimut beton.



Gambar 4. Input Data Tulangan Kolom 4. Input Gaya yang Bekerja pada Kolom : Input gaya yang bekerja pada kolom ke program PCA Column meliputi : gaya aksial (Pu), Momen X, dan Momen Y.



Gambar 5. Input Gaya yang Bekerja pada Kolom



Setalah semua data dimasukkan, kemudian bisa Kita execute untuk menampilkan diagram interaksi kolom sebagai berikut :



Gambar 6. Diagram Interaksi Kolom Karena diagram interaksi yang dibuat adalah biaxial 3D, Kita dapat melihat potongan diagram interaksi kolom tersebut :



Gambar 7. Potomgan Diagram Interaksi Kolom Dari Gambar No 7 dapat disimpulkan bahwa kolom K1-700x700 masih mampu menerima beban yang bekerja.



Perhitungan Struktur Pelat Lantai







Pelat lantai adalah bagian dari eleman gedung yang berfungsi sebagai tempat berpijak. Perencanaan elemen pelat lantai tidak kalah pentingnya dengan perencanaan balok, kolom, dan pondasi. Pelat lantai yang tidak direncanakan dengan baik bisa menyebabkan lendutan dan getaran saat ada beban yang bekerja pada pelat tersebut. Data teknis plat lantai yang akan Kita rencanakan kali ini adalah sebagai berikut : Mutu beton, f’c = 30 MPa







Sisi bentang panjang, Ly = 7,2 m







Sisi bentang pendek, Lyx = 2,4 m







Tegangan leleh baja tulangan, fy = 240 MPa







Diameter tulangan = P 8 dan P 10 Denah dari plat lantai yang akan di desain ditunjukkan pada Gambar berikut :



Gambar 1. Denah Plat Lantai Langkah- langkah perancanaan pelat lantai adalah sebagai berikut : 1. Menentukan syarat- syarat batas dan bentang pelat lantai. 2. Menentukan tebal pelat lantai. 3. Menghitung beban yang bekerja pada pelat lantai (beban mati dan hidup). 4. Menentukan nilai momen yang bekerja pada pelat lantai. 5. Menghitung penulangan plat lantai.



Gambar 2. Bagan Perhitungan Tulangan Plat Lantai 1. Menentukan syarat- syarat batas dan bentang pelat lantai Perbandingan nilai bentang panjang dengan bentang pendek :







2. Menentukan tebal pelat lantai : Berdasarkan peraturan SNI 03-2847-2002 Pasal 15.3.6, rasio kekakuan lentur balok terhadap pelat lantai ditentukan dengan langkah sebagai berikut: Sisi balok induk B1



o



h = 700 mm,



o



b = 400 mm,



o



L = 2400 mm,



o



Tebal pelat lantai =120 cm







Sisi balok anak BA



o



h = 600 mm,



o



b = 400 mm,



o



L = 7200mm,



o



Tebal pelat lantai =120 cm







Rasio kekakuan rata- rata



Berdasarkan peraturan SNI 03-2847-2002 Pasal 11.5.3.(3).(c) mengatur tebal pelat lantai minimum dengan balok yang menghubungkan tumpuan pada semua sisinya tidak boleh kurang dari hmin, dimana tebal minimum pelat lantai dengan αm > 2 dihitung sebagai berikut :



Maka digunakan tebal plat beton 120 mm 3. Menghitung beban yang bekerja pada pelat lantai (beban mati dan hidup) : Jenis beban yang bekerja pada pelat lantai adalah beban mati dan hidup dengan perhitungan sebagai berikut. 3.1 Beban Mati (D) Beban mati merata yang bekerja pada plat lantai 2- 7 meliputi : 



Beban plat lantai = 0,12 x 24 = 2,88 kN/m2







Beban pasir setebal 1 cm = 0,01 x 16 = 0,16 kN/m2







Beban spesi setebal 3 cm = 0,03 x 22 = 0,66 kN/m2







Beban keramik setebal 1 cm = 0,01 x 22 = 0,22 kN/m2







Beban plafon dan penggantung = 0,2 kN/m2







Beban Instalasi ME = 0,25 kN/m2







Total beban mati = 4,37 kN/m2



3.2 Beban Hidup (L) = 2,5 kN/m2 3.3 Beban Rencana (Wu) = 1,2D + 1,6L = 1,2 x 4,37 + 1,6 x 2,5 = 9,24 kN/ m2. 4. Menentukan Nilai Momen yang Bekerja pada Pelat Lantai : Berdasarkan analisis program ETABS v9.7.2 nilai momen yang bekerja pada pelat lantai As F3 – G2 tipe S1 diperoleh hasil sesuai pada Gambar 2.



Gambar 3. Momen Pelat Lantai M11 dan M22 Hasil Analisis Program ETABS v9.7.2



Besarnya momen yang bekerja pada plat lantai hasil analisa software ETABS v.9.7.2 ditunjukkan pada Tabel 1 berikut. Tabel 1. Output Momen Pelat Lantai Tipe S1 Denah Lantai 3



Diagram momen tumpuan dan lapangan yang bekerja pada plat lantai adalah pada Gambar 5.13.



Gambar 4. Momen Pelat Lantai di daerah Tumpuan dan Lapangan



Detail penulangan plat lantai ditunjukkan pada Gambar berikut



Gambar 5. Momen Pelat Lantai di daerah Tumpuan dan Lapangan



Gambar 6. Momen Pelat Lantai di daerah Tumpuan dan Lapangan



Gambar 7. Momen Pelat Lantai di daerah Tumpuan dan Lapangan



Gambar 7. Penulangan Pelat Lantai di daerah Tumpuan dan Lapangan



Perencanaan Struktur Balok Anak



Perhitungan struktur balok anak relatif sederhana, karena balok anak di desain untuk membagi luasan plat lantai agar tidak melendut dan tidak terjadi getaran pada plat saat ada aktivitas di atasnya. Melihat fungsinya yang relatif sederhana, maka balok anak cukup didesan untuk menerima beban mati dan hidup saja, tanpa didesain menerima beban gempa. Tahap perhitungan balok anak adalah sebagai berikut : 1. Menentukan Dimensi, 2. Menentukan Beban- beban yang bekerja, 3. Menentukan Gaya Dalam, 4. Menghitung Tulangan Utama,



5. Menghitung Tulangan geser (Sengkang), 6. Gambar Detail tahap perhitungan balok adalah dijelaskan sebagai berikut :



 



1. Menentukan Dimensi Dimensi tinggi balok anak diperkirakan h = (1/10 – 1/15) L dan lebar balok anak b = (1/2 – 2/3) h (Vis dan Gideon, 1997). Balok anak yang di desain adalah bentang 7200 mm. h = 1/12 x 7200 = 600 mm b = 2/3 x 600 = 400 mm Balok anak yang ditinjau terletak pada lantai 3 dengan L = 7200 mm seperti ditunjukkan pada Gambar 1 sebagai berikut.



Gambar 1. Denah Balok Anak yang Ditinjau 2. Menentukan Beban- beban yang bekerja 



Beban mati merata yang bekerja pada plat lantai sebagai berikut : Beban plat lantai = 0,12 x 24 = 2,88 kN/m2







Beban pasir setebal 1 cm = 0,01 x 16 = 0,16 kN/m2







Beban spesi setebal 3 cm = 0,03 x 22 = 0,66 kN/m2







Beban keramik setebal 1 cm = 0,01 x 22 = 0,22 kN/m2







Beban plafon dan penggantung = 0,2 kN/m2







Beban Instalasi ME = 0,25 kN/m2







Total beban mati = 4,37 kN/m2 Beban hidup (L) = 2,5 kN/m2







3. Menentukan Gaya Dalam Gaya dalam yang bekerja pada elemen balok anak dapat diketahui dengan Program SAP 2000 atau ETABS. Besarnya gaya dalam yang diperoleh adalah sebagai berikut : Gaya geser, Vu = 66,13 kN







Momen tumpuan (-) = 97,9 kNm







Momen lapangan (+) = 46,75 kNm Screenshoot dari gaya- gaya dalam tersebut adalah sebagai berikut :



Gambar 2. Gaya Dalam pada Balok Anak yang Ditinjau 4. Menghitung Tulangan Utama Kebutuhan tulangan utama pada struktur balok anak bisa diketahui secara praktis menggunakan ETABS atau SAP 2000 dengan fitur Design - Concrete Frame Design - Longitudinal Reinforcing sebagai berikut :



Gambar 4. As perlu pada Penampang Balok Anak (klik Gambar untuk tampilan yang lebih jelas)



 



Bagian yang Kami beri tanda tersebut menunjukkan luas tulangan yang diperlukan pada penampang balok. Penulangan bisa diasumsikan menggunakan D16. As = 1/4 x 3,14 x 16 x 16 = 200,96 mm2 As perlu di daerah tumpuan = 656 mm2 (dari ETABS). Maka jumlah tulangan yang dibutuhkan = 656 / 200,96 = 3,3 -> digunakan 4D16 As perlu di daerah lapangan = 439 mm2 (dari ETABS). Maka jumlah tulangan yang dibutuhkan = 439 / 200,96 = 2,2 -> digunakan 3D16



Desain Perencanaan Hubungan Balok Kolom







Perencanaan struktur hubungan balok kolom atau yang dikenal dengan Beam Column Joint, sangat diharuskan terutama pada Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK). Dimana pada konsep desain SRPMK, kita harus memastikan kolom mempunyai kapasitas yang lebih besar daripada balok, sehingga kegagalan struktur pada kolom dan joint dapat dicegah dengan membuat titik lemah (sendi plastis) pada zona 2h dari ujung balok. Contoh kasus hubungan balok kolom (Beam Column Joint) yang ditinjau adalah pada portal bagian tengah dengan spesifikasi penampang sebagai berikut : Dimensi balok 400 x 700







Mutu beton 30 MPa







Tulangan tarik 4D22







Tulangan tekan 7D22







Tegangan leleh 400 MPa







Hasil perhitungan sebelumnya, telah didapatkan Momen kapasitas balok Mpr2 = 458,12 kNm dan Mpr1 = 783,14 kNm Beberapa mekanisme perilaku struktur saat menerima beban gempa ditunjukkan ada Gambar berikut :



Gambar 1. Mekanisme Beberapa Tipe Keruntuhan pada Struktur Gedung



Gambar 2. Mekanisme Bekerjanya Sendi Plastis pada Struktur Gedung Gaya- gaya yang bekerja pada hubungan balok kolom di tengah portal ditunjukkan pada Gambar berikut.



Gambar 3. Gaya- gaya pada Hubungan Balok Kolom Perhitungan hubungan balok kolom di tengah portal untuk setiap kondisi adalah sebagai berikut : a. Kondisi 2 (Bagian kiri) Nilai gaya- gaya yang bekerja pada balok dalam kondisi plastis berdasarkan tulangan tarik yang terpasang 4D22 seperti berikut:



b. Kondisi 1 (Bagian kanan) Nilai gaya- gaya yang bekerja pada balok dalam kondisi plastis berdasarkan tulangan tarik yang terpasang 7D22 seperti berikut:



Kekakuan kolom atas dan kekakuan kolom pada joint memiliki nilai yang sama, karena bentang dan ukuran kolom sama, sehingga DF = 0,5.



Batas ijin tegangan geser hubungan balok-kolom yang terkekang pada keempat sisinya adalah:



Tahap Perencanaan Pondasi Dalam Tiang Pancang



Tahap Perencanaan Pondasi Dalam (tiang pancang) - Pada umumnya terdapat dua macam pondasi yang sering dipakai dalam kontruksi gedung, yaitu pondasi dangkal (shallow foundations) dan pondasi dalam (deep foundations). Pondasi dangkal digunakan untuk kasus- kasus konstruksi gedung sederhana (13 lantai) dengan beban standard dan bentang pendek. Beberapa contoh pondasi dangkal adalah pondasi batu kali, pondasi tapak, pondasi raft, dan pondasi rollag bata. Sedangkan untuk kasus gedung tingkat tinggi tentu menggunakan pondasi dalam seperti : pondasi tiang pancang (pilecap foundation) dan pondasi tiang bore (bore pile). Bahasan kali ini akan mengupas tentang pondasi tiang pancang. Mengapa..? Ya jawabannya karena jenis pondasi ini yang paling populer dipakai di proyek dengan alasan praktis, dan efektif dalam pengerjaan. Beberapa point dalam perencanaan pondasi tiang pancang adalah sebagai berikut : 1. Perhitungan kuat dukung pondasi, 2. Perhitungan jumlah tiang pondasi, 3. Perhitungan tebal dan dimensi pile cap, 4. Kontrol gaya geser dua arah (geser pons), 5. Kontrol gaya lateral (metode brooms), 6. Penulangan pile cap, 7. Gambar detail. Bagan alir dari perhitungan pondasi dalam (pondasi tiang pancang) ditunjukkan pada Gambar berikut :



Gambar 1. Bagan Alir Perhitungan Pondasi Dalam (Pondasi Tiang Pancang)



  



1. Perhitungan Kuat Dukung Pondasi Perhitungan kuat dukung pondasi sedikitnya ditinjau dengan 3 perhitungan yaitu : Kuat dukung pondasi berdasarkan kuat bahan (didapatkan dari spesifikasi pabrikan pondasi tiang pancang) Kuat dukung pondasi berdasarkan data SPT (dari nilai N-SPT dan kuat dukung masing- masing jenis tanah (soil properties) di setiap jenis lapisan). Kuat dukung pondasi berdasarkan nilai sondir (qc) Dari ketiga kuat dukung tersebut diambil nilai kuat dukung terkecil. 2. Perhitungan Jumlah Tiang Pondasi Perhitungan jumlah tiang pondasi dapat diperoleh dengan membagi reaksi beban maksumum yang terjadi dengan kuat dukung 1 tiang. 3. Perhitungan Tebal dan Dimensi Pile Cap 4. Kontrol Gaya Geser Dua Arah (geser pons) Perhitungan geser pons bertujuan untuk mengetahui apakah tebal pile cap cukup kuat untuk menahan beban terpusat yang terjadi. Bidang kritis untuk perhitungan geser pons dapat dianggap tegak lurus bidang pelat yang terletak pada jarak 0,5d dari keliling beban reaksi terpusat tersebut, dimana d adalah tinggi efektif pelat. Tegangan geser pons pada pile cap yang terjadi di sekitar beban terpusat (bidang kritis) ditunjukkan pada Gambar berikut :



Gambar 2. Gaya Geser Pons Dua Arah pada Pile Cap



5. Kontrol Gaya Lateral (Metode Brooms) Analisis ini dimaksudkan untuk mengetahui gaya lateral yang mampu ditahan oleh tiang pancang. Gaya lateral yang bekerja pada tiang pancang merupakan gaya geser yang bekerja pada dasar kolom yang ditentukan berdasarkan kuat momen maksimum (Mpr) pada kedua ujung kolom.



Gambar 3. Grafik Brooms Pondasi



6. Penulangan Pile Cap Penulangan pilecap dihitung tinjauan bidang kritis pada arah x dan y seperti ditunjukkan pada Gambar berikut :



Gambar 3. Tinjauan Bidang Kritis pada Arah X dan Y