Pemodelan elemen hingga sistem cakar ayam dengan analisis tanah dasar non-linier

NAWANGALAM, Purbolaras, Prof. Ir. Bambang Suhendro, M.Sc., Ph.D

2008 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Permasalahan struktur pelat dengan tumpuan elastis dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai misal pada struktur perkerasan jalan, landasan pacu lapangan terbang, atau fondasi pada tanah lunak. Pelat dimodelkan di atas tumpuan yang diasumsikan sebagai fondasi yang bersifat elastis. Salah satu jenis sistem fondasi yang sesuai untuk tanah lunak atau ekspansif di Indonesia adalah Sistem Cakar Ayam yang ditemukan oleh Prof. Dr. Ir. Sedyatmo (1961), yang kemudian disempurnakan oleh Suhendro & Hardiyatmo (2005) menjadi Cakar Ayam Modifikasi. Maksud dari penelitian ini adalah untuk memperoleh suatu pemodelan elemen hingga yang lebih sesuai. Analisis dilakukan dengan memperhitungkan sifat non-linier tanah dasar dalam merespon beban, tanah di bawah slab dimodelkan sebagai spring non-linier (representasi koefisien reaksi subgrade vertikal), dan tanah di sekitar pipa dimodelkan sebagai spring horizontal (representasi koefisien reaksi subgrade horizontal maupun vertikal). Sesuai sifat tanah, spring dimodelkan hanya mampu merespon tekan. Validasi untuk Model Sistem Cakar Ayam Asli mengacu pengujian lapangan perpanjangan landasan pacu Bandara Polonia, Medan, pemodelan dimensi 10 m x 10 m; tebal pelat 15 cm; pipa cakar beton diameter 120 cm; tebal 8 cm; kedalaman 2,00 m; jarak antar cakar 2,50 m. Validasi untuk model Sistem Cakar Ayam Modifikasi mengacu model pengujian lapangan di Waru, Surabaya dengan dimensi model 5 m x 5 m; tebal pelat 15 cm; pipa cakar baja diameter 80 cm; tebal 1,4 mm; kedalaman 1,20 m; jarak antar cakar 2,50 m. Model elemen hingga memakai elemen shell untuk pemodelan pelat beton dan pipa cakar, dan penempatan area spring pada elemen shell untuk memodelkan tumpuan tanah berupa nilai modulus of subgrade reaction baik pada arah vertikal, horizontal, maupun gesek. Program SAP2000 Versi 11 dimanfaatkan untuk membantu dalam proses analisis. Hasil analisis elemen hingga non-linier terutama untuk model Waru, menunjukkan hasil yang cukup mendekati data pengujian di lapangan. Untuk beban-beban rendah seperti service load beban kendaraan harian, model linier sudah mencukupi untuk analisis, sedangkan pada beban besar, diperlukan analisis non-linier. Pengaruh non-linier spring tanah horizontal secara umum masih lebih kecil dibandingkan pengaruh spring arah vertikal. Selain itu, karena respon lendutan arah horizontal dan rotasi pipa cakar relatif kecil, maka spring arah horizontal cukup dimodelkan sebagai spring linier. Untuk model non-linier Cakar Ayam di Polonia, terdapat indikasi respon Sistem Cakar Ayam yang bersifat stiffening.

Problem types of plate on elastic foundation are commonly seen on structures such as road pavement, airport pavement, and foundation on soft soil. Structures of plate is modelled above the soil as elastic foundation bearing. One of the popular foundation system used in Indonesia suitable for soft or expansive soil condition is the Chicken Foot System (Sistem Cakar Ayam) invented by Prof. Dr. Ir. Sedyatmo (1961), which then further modified by Suhendro & Hardiyatmo (2005) as Modified Chicken Foot System. The purpose of this research is using computer program to obtain representative finite element model of Chicken Foot System. Analyses is carried out by considering nonlinear behaviour of subgrade in resisting loadings, subgrade below the slab is modelled as nonlinear spring (representation of subgrade reaction modulus), while the soil around the pipes is modelled as horizontal spring (representation of horizontal and vertical subgrade reaction modulus). According to the behaviour of soil, the spring is modelled to only able to resist compression. The Original Chicken Foot System model refers to field tests on runway extension on Polonia airport, Medan, with model dimension of 10 m x 10 m; slab depth of 15 cm; 120 cm diameter concrete stiffener pipes with 2,00 m depth and 8 cm thick; and inter-pipe distance of 2,50 m. The Modified Chicken Foot System model refers to field tests on soft soil site on Waru, Surabaya with model dimension of 5 m x 5 m; slab depth of 15 cm; 80 cm diameter steel pipes with 1,20 m depth and 1,4 mm thick; and inter-pipe distance of 2,50 m. Finite element model using shell elements to modelize concrete slab and stiffener pipe, and area spring system assignment on shell elements to represent soil bearing as modulus of subgrade reaction value for vertical, horizontal direction, and friction. SAP2000 version 11 software is utilized to carry out the analyses. Nonlinear analyses using SAP2000 especially for Waru model, are able to yield results relatively approximate to field test results. For small loads such as daily service loads, the linear model is adequate for analysis, while on greater load magnitude the nonlinear model will be required. The horizontal soil spring in common has less effect compared to the vertical soil spring. Its value can also be taken as linear, as the deflection on horizontal direction and pipe rotation responses are relatively small. For nonlinear model of Polonia, it is found that there is an indication of stiffening behaviour of the Chicken Foot System.

Kata Kunci : Sistem cakar ayam,Analisis non,linier,Elemen hingga,Chicken Foot Foundation System,Nonlinear Analysis,Finite Element