Laporan Tugas Akhir Perencanaan Perkuatan Pondasi Jembatan ... · PDF fileDari hasil analisis desain awal pada bab 3, diketahui bahwa desain awal pondasi Jembatan

Laporan Tugas Akhir Perencanaan Perkuatan Pondasi Jembatan Cable Stayed Menado

Sony Dwi Ariyandi & Dimas Muhammad Zakki 67

BAB 4 PERHITUNGAN DAN ANALISIS

Dari hasil analisis desain awal pada bab 3, diketahui bahwa desain awal pondasi Jembatan Cable Stayed Menado memerlukan tambahan perkuatan untuk memikul beban yang bekerja. Hasil analisis menunjukkan bahwa beban yang bekerja pada tiap-tiap tiang desain awal pondasi terlalu besar dan melebihi kapasitas dari penampang setiap tiang tersebut sehingga dapat menyebabkan runtuhnya tiang pada pondasi Jembatan Cable Stayed Menado. Masalah ini dapat dipecahkan dengan menambah jumlah tiang dengan tujuan mendistribusikan beban-beban yang bekerja tersebut sehingga beban yang diterima oleh setiap tiang tunggal akan berkurang dan tidak melebihi kapasitas penampang tiap-tiap tiang.

Analisis desain perencanaan perkuatan pondasi akan menggunakan dua pendekatan, yaitu metode finite difference yang dilakukan dengan menggunakan bantuan software Group 5.0 dan diverivikasi dengan metode finite element yang dilakukan dengan menggunakan bantuan software Plaxis 3D Tunnel 1.2.

Sebagai desain perkuatan diusulkan 2 (dua) buah alternatif rencana perkuatan. Alternatif pertama yaitu dengan menambahkan 20 (dua puluh) buah tiang bor berdiameter 1200 mm dan alternatif kedua dengan menambahkan 38 (tiga puluh delapan) buah tiang bor yang sama dengan yang digunakan pada desain awal, yaitu tiang berdiamater 880 mm.

4.1. KONFIGURASI DESAIN PERKUATAN ALTERNATIF 1

Alternatif pertama yang direncanakan untuk mengantisipasi beban gempa yang bekerja pada pondasi Jembatan Cable Stayed Menado adalah dengan menambahkan 20 (dua puluh) buah bored pile berdiameter 1200mm pada pile group tersebut. Dengan penambahan bored pile, maka diharapkan beban yang bekerja dapat terdistribusi sehingga tidak melebihi kapasitas penampang tiang baik pada kondisi beban operasional ataupun kondisi beban gempa. Konfigurasi dari desain group pile yang telah diperkuat ditunjukkan oleh gambar di bawah berikut.



Gambar 4-1 Konfigurasi Grup Pondasi Alternatif 1

Selanjutnya konfigurasi pondasi tiang ini akan dianalisis dengan menggunakan software Group 5.0 dan Plaxis 3D Tunnel 1.2 untuk mendapatkan besarnya gaya dalam yang bekerja pada konfigurasi pondasi tiang ini. Detail tulangan dari bored pile perkuatan akan direncanakan setelah mandapatkan besarnya gaya dalam yang bekerja dari hasil analisis pondasi tiang.

4.2. ANALISIS DESAIN

Untuk menganalisis desain pondasi yang telah diperkuat digunakan dua macam metode. Metode pertama dengan menggunakan software Ensoft Group 5.0 dan metode kedua dengan menggunakan software Plaxis 3D Tunnel 1.2. Dari hasil analisis ini akan didapatkan gaya-gaya dalam yang bekerja. Dan selanjutnya akan digunakan untuk merencanakan detail pondasi yang akan digunakan.

4.2.1. Analisis Group 5.0

4.2.1.1. Model pondasi pada software Group 5.0

Salah satu input pada software Group 5.0 adalah susunan atau konfigurasi dari grup tiang yang akan dianalisis. Program ini dapat menampilkan layout grup pondasi yang kita inginkan. Untuk dapat menampilkan layout grup pondasi yang diinginkan, perlu dimasukan koordinat tiap-tiap tiang pada bidang 3 Dimensi. Hasil dari pemodelan grup pondasi Jembatan Sukarno yang akan dianalisis dengan menggunakan Group 5.0 dapat dilihat pada gambar dibawah ini.



Gambar 4-2 Top View analisis group untuk perkuatan pondasi alternatif 1

Gambar 4-3 Side View analisis group untuk perkuatan pondasi Alternatif 1

Gambar 4-4 3D analisis group untuk perkuatan pondasi Alternatif 1



4.2.1.2. Hasil analisis Group 5.0

Hasil dari analisis menggunakan program Group 5.0 adalah grafik gaya dalam tiang terhadap kedalaman. Seperti yang dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 4-5 Grafik Defleksi vs Kedalaman Grup Pondasi Alternatif 1

Gambar 4-6 Grafik Momen vs Kedalaman Grup Pondasi Alternatif 1



Gambar 4-7 Grafik Gaya Geser vs Kedalaman Grup Pondasi Alternatif 1

Dari grafik bisa dilihat bahwa besar defleksi yang terjadi 0,022 m. Besar momen lentur untuk pile utama sebesar 1200 KN-m dan untuk pile perkuatan sebesar 2600 KN-m. Besarnya gaya-gaya dalam yang bekerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Gaya axial maximum Moment lentur maximum Gaya Geser MaximumPile diameter 880mm 2980 kN 1200 KN‐m 380 kNPile diameter 1200mm 5290 kN 2600 KN‐m 700 kN

Tabel 4-1 Gaya Dalam pada Pondasi yang Telah Diperkuat

4.2.2. Analisis Plaxis 3D Tunnel 1.2

Pada input Plaxis 3D, pondasi tiang dimodelkan sebagai beam dan ditentukan properties EA dan EI dari beam tersebut. Beam disusun sedemikian rupa sehingga membentuk konfigurasi tiang yang direncanakan. Model dari desain pondasi alternatif pertama pada Plaxis 3D ditunjukkan pada gambar di bawah ini.



Gambar 4-8 Input Plaxis 3D Alternatif 1

Dari hasil analisis Plaxis 3D output yang didapatkan dan akan digunakan dalam desain adalah deformed mesh serta gaya-gaya dalam yang bekerja pada model tiang akibat beban yang bekerja.

Gambar 4-9 Deformed Mesh 3D



Gambar 4-10 Deformed Mesh Plane A

Gambar 4-11 deformed Mesh Plane G

Dari hasil analisis Plaxis 3D didapatkan besarnya gaya-gaya dalam yang bekerja dalam bentuk grafik. Gaya dalam yang ditinjau adalah momen dan gaya axial. Untuk perencanaan hanya dilihat nilai gaya-gaya dalam maximum dari dua tiang yang berbeda yaitu tiang 880 mm dan 1200 mm.



(a) (b)

Gambar 4-12 Bending Momen Maximum Tiang Diameter 800 mm (a) Tiang Diameter 1200mm (b)

(a) (b)

Gambar 4-13 Gaya Axial Maximum untuk Tiang Diameter 1200 mm(a) Tiang Diameter 1200 mm (b)

Dari hasil output analisis menggunakan Plaxis 3D diperoleh gaya dalam maksimum yang terjadi pada tiang, seperti yang dapat dilihat pada tabel 4-2.



Gaya axial maximum Moment lentur maximumPile diameter 880mm 4060 kN 1040 kN‐mPile diameter 1200mm 5170 kN 3280 kN‐m

Tabel 4-2 Gaya dalam tiang hasil analisis Plaxis 3D

Daya dukung axial dari setiap tiang tunggal ditampilkan dalam tabel perhitungan di bawah ini.

depth(m) ΔL (m) n‐spt soil category γ (kN/m3) Cu (Kpa) ø σ'v (kN/m2) f s Q s (kN)

0‐4 4 4 soft sandy silt 16.00 26.00 0.00 24.00 2.60E+01 287.374‐8 4 9 medium clayey silt with sand 16.00 58.50 0.00 48.00 4.39E+01 484.948‐11 3 12 medium dense silty fine sand 18.00 0.00 28.00 72.00 1.22E+01 100.8211‐20 9 35 dense to very dense sand 18.00 0.00 30.00 144.00 2.62E+01 651.7120‐32 11 56 very dense sand 16.00 0.00 34.00 210.00 4.39E+01 1332.8532‐50 18 34 dense silty sand 17.00 0.00 30.00 336.00 6.11E+01 3041.30

Total 5899.00

Qp = A x σ' v `x N q = 12255.34 kN

Qu = Q s + Q p = 18154.34 kN

Qall = Qu/ SF = 6051.447 kN

Diameter 880 mm

Daya Dukung Ujung

Daya Dukung Ultimate

Daya Dukung Ijin

Daya Dukung Friksi

Tabel 4-3 Perhitungan Daya Dukung Axial Pile 880 mm

depth(m) ΔL (m) n‐spt soil category γ (kN/m3) Cu (Kpa) ø σ'v (kN/m2) f s Q s (kN)

0‐4 4 4 soft sandy silt 16.00 26.00 0.00 24.00 2.60E+01 391.874‐8 4 9 medium clayey silt with sand 16.00 58.50 0.00 48.00 4.39E+01 661.288‐11 3 12 medium dense silty fine sand 18.00 0.00 28.00 72.00 1.22E+01 137.4811‐20 9 35 dense to very dense sand 18.00 0.00 30.00 144.00 2.62E+01 888.6920‐32 11 56 very dense sand 16.00 0.00 34.00 210.00 4.39E+01 1817.5232‐50 18 34 dense silty sand 17.00 0.00 30.00 336.00 6.11E+01 4147.23

Total 8044.09

Qp = A x σ' v `x N q = 22788.864 kN

Qu = Q s + Q p = 30832.95 kN

Qall = Qu/ SF = 10277.65 kN

Daya Dukung Ujung

Daya Dukung Ultimate

Daya Dukung Ijin

Diameter 1200 mmDaya Dukung Friksi

Tabel 4-4 Perhitungan Daya Dukung Axial Pile 1200 mm



4.2.3. Desain Tulangan Pile Perkuatan

4.2.3.1. Perencanaan Tulangan Lentur

Untuk pile utama, yaitu pile dengan diameter 800 mm diperiksa kembali kapasitas penampang tiang tersebut terhadap gaya dalam yang bekerja pada pile tersebut dari hasil analisis di atas dengan cara membuat diagram interaksi penampang tiang. Diagram interaksi penampang tersebut ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 4-14 Diagram Interaksi Pile 880mm

Dari Gambar 4-16 dapat dilihat bahwa gaya dalam terjadi akibat beban yang bekerja masih dapat dipikul oleh penampang tiang. Hal ini ditunjukkan dengan titik beban yang diplot pada diagram interaksi berada di dalam kurva kapasitas penampang tiang.

Untuk perencanaan detail tulangan pile perkuatan, pile diameter 1200 mm dilakukan dengan menggunakan bantuan software PCACOL dengan memillih metode design. Digunakan diameter pile yang telah ditentukan yaitu 1200 mm. Pada input program juga ditentukan range jumlah tulangan dan ukuran diameter tulangan yang ingin digunakan. Dari hasil perhitungan PCACOL akan diperoleh diagram interaksi serta jumlah dan besar tulangan yang diperlukan untuk menahan beban yang bekerja pada pile tersebut.

Hasil analisis software PCACOL dapat dilihat pada gambar di bawah ini.



Gambar 4-15 Diagram Interaksi Pile 1200 mm

Dari hasil analisis diatas didapatkan tulangan yang diperlukan untuk menahan beban yang bekerja adalah 16D43 yaitu menggunakan 16 (enam belas) buah tulangan berdiameter 43 mm untuk satu tiang.

4.2.3.2. Perencanaan Tulangan Geser

Pile Diameter 880 mm

dbcf

AN

V wg

uc 6

'14

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= = 900 kN

cVφ5.0 = 360 kN

gesertulangandiperlukanVV cu ⇒> φ5.0

Menurut SNI 9.10.5.1, syarat-syarat untuk ukuran tulangan lateral adalah sebagai berikut:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

≥≥≥≤≥

dibundelallongitudintulanganjikammmmallongitudintulanganDjikammmmallongitudintulanganDjikamm

D13

36133210

Dari desain awal digunakan diameter tulangan geser 19mm

Menurut SNI 9.10.5.2, syarat-syarat untuk spasi tulangan lateral adalah sebagai berikut:

s ≤ 16dtulangan longitudinal = 16(32) = 512 mm s ≤ 48dtulangan geser = 48(19) = 912 mm s ≤ ukuran dimensi terkecil = 880 mm



Jarak spasi yang menentukan adalah nilai terkecil diantara tiga nilai diatas, yaitu 512mm.

Pada desain awal digunakan tulangan geser 19@150 untuk pile utama. Desain ini telah memenuhi syarat penulangan geser.

Pile Diameter 1200 mm

dbcf

AN

V wg

uc 6

'14

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= = 2850 kN

cVφ5.0 = 1180 kN

gesertulangandiperlukantidakVV cu ⇒< φ5.0

Karena menurut syarat yang berlaku tidak diperlukan tulangan geser maka dapat digunakan desain tulangan geser yang sama dengan tulangan geser pada pile utama, yaitu 19@150 yaitu menggunakan tulangan berdiameter 19 mm untuk tulangan geser dengan spasi 150 mm.

4.3. KONFIGURASI DESAIN PERKUATAN ALTERNATIF 2

Alternatif kedua yang direncanakan untuk mengantisipasi beban gempa yang bekerja pada pondasi Jembatan Cable Stayed Menado adalah dengan menambahkan 38 (tiga puluh delapan) buah bored pile berdiameter 880mm pada pile group tersebut Dengan penambahan bored pile, maka diharapkan beban yang bekerja dapat terdistribusi sehingga tidak melebihi kapasitas penampang tiang baik pada kondisi beban operasional ataupun kondisi beban gempa. Konfigurasi dari desain group pile yang telah diperkuat ditunjukkan oleh gambar di bawah 4-16:



Gambar 4-16 Konfigurasi Grup Pondasi Alternatif 2

Selanjutnya konfigurasi pondasi tiang ini akan dianalisis dengan menggunakan software Group 5.0 dan Plaxis 3D Tunnel 1.2 untuk mendapatkan besarnya gaya dalam yang bekerja pada konfigurasi pondasi tiang ini. Detail tulangan dari bored pile perkuatan akan direncanakan setelah mandapatkan besarnya gaya dalam yang bekerja dari hasil analisis pondasi tiang.

4.4. ANALISIS DESAIN

Untuk menganalisis desain pondasi yang telah diperkuat digunakan dua macam metode. Metode pertama adalah pegas non-linear dengan menggunakan software Ensoft Group 5.0 dan metode kedua adalah elemen hingga dengan menggunakan software Plaxis 3D Tunnel 1.2. Dari hasil analisis desain pondasi akan didapatkan gaya-gaya dalam yang bekerja yang selanjutnya akan digunakan untuk merencanakan detail pondasi yang akan digunakan.

4.4.1. Analisis Group 5.0

4.4.1.1. Model pondasi pada software Group 5.0

Hasil dari pemodelan grup pondasi Jembatan Cable Stayed yang akan dianalisis dengan menggunakan Group 5.0 dapat dilihat pada gambar dibawah ini.



Gambar 4-17 Top View analisis group untuk perkuatan pondasi alternatif 2

Gambar 4-18 Side View analisis group untuk perkuatan pondasi alternatif 2



Gambar 4-19 3D View analisis group untuk perkuatan pondasi alternatif 2

4.4.1.2. Hasil analisis Group 5.0

Gambar 4-20 Grafik Defleksi vs Kedalaman Grup Pondasi Alternatif 2



Gambar 4-21 Grafik Momen vs Kedalaman Grup Pondasi Alternatif 2

Gambar 4-22 Grafik gaya Geser vs Kedalaman Grup Pondasi Alternatif 2

Dari grafik bisa dilihat bahwa besar defleksi yang terjadi 0,021 m. Besar momen lentur maximum yang terjadi adalah 1120 kN-m.

Gaya axial maximum Moment lentur maximumPile diameter 880mm 3050 kN 1120 KN‐m

Tabel 4-5Gaya Dalam pada Pondasi yang Telah Diperkuat



4.4.2. Analisis Plaxis 3D Tunnel 1.2

Pada input Plaxis 3D, pondasi tiang dimodelkan sebagai beam dan ditentukan properties EA dan EI dari plate tersebut. Beam disusun sedemikian rupa sehingga membentuk konfigurasi tiang yang direncanakan. Hasil output dari analisis Plaxis 3D adalah sebagai berikut.

Gambar 4-23 Input Plaxis 3D Alternatif 2

Gambar 4-24 Deformed Mesh 3D



Gambar 4-25 Deformed Mesh Plane A

Gambar 4-26 deformed Mesh Plane G

Dari analisis menggunakan Plaxis 3D, diperoleh grafik gaya-gaya dalam yang bekerja pada pondasi. Gaya dalam yang ditinjau adalah momen dan gaya axial. Untuk perencanaan hanya dilihat nilai gaya-gaya dalam maksimum konfigurasi tiang.



(a) (b)

Gambar 4-27 Gaya Aksial maksimum (a) dan Momen Maximum(b) untuk Desain Pondasi Alternatif 2

Dari hasil output analisis menggunakan Plaxis 3D diperoleh gaya-gaya dalam maksimum yang terjadi pada tiang. Gaya aksial maksimum yang terjadi pada tiang sebesar 5240 kN dan momen maksimum yang terjadi sebesar 990,79 kN-m.

4.4.3. Desain Tulangan Pile Perkuatan

4.4.3.1. Perencanaan Tulangan Lentur

Spesifikasi tiang yang digunakan untuk perkuatan sama dengan tiang utama. Setelah didapatkan gaya dalam maksimum yang bekerja pada grup tiang, kemudian diperiksa kekuatan penampang tiang terhadap beban tersebut dengan menggunakan software PCACOL. Hasil analisis software PCACOL dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 4-28 Diagram Interaksi Pile 880 mm Alternatif Desain 2



Dari Gambar 4-32 dapat dilihat bahwa gaya dalam terjadi akibat beban yang bekerja masih dapat dipikul oleh penampang tiang. Hal ini ditunjukkan dengan titik beban yang diplot pada diagram interaksi berada di dalam kurva kapasitas penampang tiang.

Dari hasil analisis di atas dapat disimpulkan konfigurasi tiang alternatif 2 kuat menahan beban yang bekerja pada pondasi. Hal ini ditunjukkan oleh titik beban yang diplot pada diagram interaksi penampang tiang berada di dalam kurva kapasitas penampang pile.

4.4.3.2. Perencanaan Tulangan Geser

dbcf

AN

V wg

uc 6

'14

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= = 900 kN

cVφ5.0 = 360 kN

gesertulangandiperlukanVV cu ⇒> φ5.0

Menurut SNI 9.10.5.1, syarat-syarat untuk ukuran tulangan lateral adalah sebagai berikut:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

≥≥≥≤≥

dibundelallongitudintulanganjikammmmallongitudintulanganDjikammmmallongitudintulanganDjikamm

D13

36133210

Dari desain awal digunakan diameter tulangan geser 19mm

Menurut SNI 9.10.5.2, syarat-syarat untuk spasi tulangan lateral adalah sebagai berikut:

s ≤ 16dtulangan longitudinal = 16(32) = 512 mm s ≤ 48dtulangan geser = 48(19) = 912 mm s ≤ ukuran dimensi terkecil = 880 mm

Jarak spasi yang menentukan adalah nilai terkecil diantara tiga nilai diatas, yaitu 512mm.

Pada desain awal digunakan tulangan geser 19@150, yaitu menggunakan tulangan dengan diameter 19 mm dengan spasi 150 mm untuk pile utama Desain ini telah memenuhi syarat penulangan geser.

Documents

Laporan Tugas Akhir Perencanaan Perkuatan Pondasi Jembatan ... · PDF fileDari hasil analisis desain awal pada bab 3, diketahui bahwa desain awal pondasi Jembatan