PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

Transkripsi

1 STUDI PERBANDINGAN KAPASITAS DAYA DUKUNG STATIK TIANG PANCANG TUNGGAL BERDASARKAN RUMUS-RUMUS DAYA DUKUNG, ANALISIS DINAMIK DAN UJI BEBAN STATIK TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL oleh DIMAS WAHYU PRASETYA RIANO HIDRATULLAH PEMBIMBING Dr. Ir. ENDRA SUSILA PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 ABSTRAK Studi Perbandingan Kapasitas Daya Dukung Statik Tiang Pancang Tunggal Berdasarkan Rumus-Rumus Daya Dukung, Analisis Dinamik Dan Uji Beban Statik, Dimas Wahyu Prasetya ( ) dan Riano Hidratullah ( ), Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, 2008 Fungsi pondasi adalah meneruskan atau mentransfer beban dari struktur diatasnya. Beban struktur atas tersebut harus ditransfer ke lapisan tanah yang cukup keras agar pondasi mampu memikul beban tersebut contoh kasusnya pondasi tiang. Jika pondasi tiang digunakan untuk mendukung suatu struktur bangunan tinggi maka tiang juga diharapkan dapat menahan beban akibat gaya aksial dan lateral yang berasal dari struktur atas. Tugas akhir ini menguraikan tentang pondasi dalam, yaitu berupa pondasi tiang pancang. Tiang pancang tersebut digunakan sebagai pondasi pada proyek pembangunan PLTGU Tambak Lorok CCPP BLOCK-II yang berlokasi di kota Semarang, Jawa Tengah. Dalam tugas akhir ini akan dibahas tentang daya dukung statik tiang terhadap beban desain. Daya dukung statik yang didiskusikan adalah daya dukung aksial dan lateral untuk kondisi tiang tunggal. Dalam studi ini akan dicari kapasitas daya dukung aksial pondasi tiang pancang tunggal dengan analisis secara teoritis (menggunakan metoda API, N-SPT dan menggunakan program APILE), analisa dinamik menggunakan program GRL WEAP87 dan berdasarkan data uji pembebanan statik (static loading test). Kemudian menentukan kapasitas daya dukung lateral secara teoritis (Metoda Broms dan menggunakan program komputer LPILE). Dari hasil analisis kemudian dilakukan perbandingan hasil kapasitas daya dukung yang didapat dari metoda-metoda yang digunakan. Studi perbandingan daya dukung dilakukan pada lima lokasi proyek PLTGU Tambak Lorok. Perhitungan daya dukung tiang dengan metoda statik dilakukan dengan tiga cara, yaitu Metoda API, N-SPT dan menggunakan program APILE. Untuk mendapatkan daya dukung dari hasil loading test digunakan metoda Davisson dan De Beer dalam menginterpretasikannya. Sedangkan analisis dinamis menggunakan program GRL WEAP. Perbedaan hasil daya dukung aksial hasil analisis metoda API dan metoda N-SPT, disebabkan karena kedua metode memiliki perbedaan dalam hal perhitungan daya dukung pada lapisan tanah pasir. Perbedaan yang cukup besar terjadi antara hasil perhitungan daya dukung aksial dengan menggunakan software APILE dibandingkan dengan perhitungan API secara teoritis. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan interpretasi nilai faktor α yang digunakan dalam perhitungan daya dukung skin friction pada tanah lempung. Hasil daya dukung ultimate dari program GRL WEAP dibandingkan dengan hasil daya dukung dari metoda statik dan static loading test menghasilkan suatu perbedaan yang cukup besar. Hal ini dipengaruhi dari nilai final set pemancangan tiang di lapangan. Secara keseluruhan dari perbandingan dari semua metoda yang digunakan, didapat hasil daya dukung yang berbeda, tetapi masih dalam toleransi yang wajar. Kata Kunci : daya dukung aksial, lateral, tiang pancang, APILE, LPILE, GRL WEAP87, Broms, Static Loading Test iii

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penyusun panjatkan kepada Allah SWT karena dengan rahmat dan ridhanya penyusun dapat menyelesaikan penulisan Laporan Tugas Akhir ini dengan lancar. Tema tugas akhir yang kami kaji adalah Studi Perbandingan Kapasitas Daya Dukung Statik Tiang Pancang Tunggal Berdasarkan Rumus-rumus Daya Dukung, Analisis Dinamik, Dan Uji Beban Statik. Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan studi tahap sarjana, Strata Satu (S1) di Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung. Juga sebagai tambahan pengetahuan dalam ilmu ketekniksipilan. Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini penyusun mendapat dukungan moril dan materil dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini pula penyusun mengucapkan terimakasih kepada: 1. Dr. Ir. Endra Susila sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir 2. Dr. Ir. Erza Rismantojo sebagai dosen penguji 3. Dr. Ir. Hasbullah Nawir sebagai dosen penguji 4. Seluruh staf dan karyawan Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil, dalam menyelesaikan segala pengurusan administrasi pelaksanaan Tugas Akhir 5. Dan semua pihak yang terlibat yang tidak dapat kami sebutkan satu-persatu. Penyusun menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini banyak memiliki kekurangan oleh karena itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar menjadi kebaikan bagi semua pihak. Penyusun berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak khususnya bagi perkembangan ilmu Teknik Sipil. Bandung, Juni 2008 (Penyusun) iv

4 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR ii iii iv v viii x BAB I Pendahuluan I Latar Belakang I Maksud Dan Tujuan I Ruang Lingkup I Metodologi I Sistematika Pembahasan I-4 BAB II Tinjauan Pustaka II Umum II Pemancangan Tiang II Kapasitas Daya Dukung Aksial II Daya Dukung Aksial Berdasarkan Metode API (1987) II Daya Dukung Aksial Berdasarkan Metode Based On N-SPT II Kapasitas Daya Dukung Lateral II Kapasitas Ultimit Tiang Pendek II Kapasitas Ultimit Tiang Panjang II Defleksi Tiang Vertikal Akibat Beban Lateral II Uji Pembebanan Statik ( Static Loading Test) II Cara Uji Pembebanan Tiang II Prosedur Pembebanan II Hasil Uji Pembebanan II Interpretasi Hasil Uji Pembebanan II Analisis Dinamik Dengan Program GRL WEAP87 II Tahapan pengoperasian dari program komputer GRL WEAP87 II Data Masukan program WEAP87 II-35 v

5 BAB III STUDI KASUS 3.1 Latar Belakang Studi Kasus III Pengumpulan Data III Data Tanah III Data Tiang Pancang III Data Hasil Loading Test III Data Hammer, Hammer Cushion, Helmet, Pile Cushion dan Tiang III- 9 BAB VI ANALISIS DAN PERHITUNGAN 4.1 Pendahuluan IV Daya Dukung Aksial Tiang Pancang Tunggal IV Daya Dukung Aksial Metode API IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode API Lokasi BH 4 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode API Lokasi BH 5 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode API Lokasi BH 16 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode API Lokasi BH 21 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode API Lokasi BH 22 IV Daya Dukung Aksial Metode N-SPT IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode N-SPT Lokasi BH 4 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode N-SPT Lokasi BH 5 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode N-SPT Lokasi BH 16 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode N-SPT Lokasi BH 21 IV Perhitungan Daya Dukung Aksial Metode N-SPT Lokasi BH 22 IV Daya Dukung Aksial Dengan Analisis Software APILE IV Input Program APILE IV Output Program APILE IV Analisis Balik Menggunakan Software GRL WEAP87 IV Output Program GRL WEAP87 Untuk Lokasi BH 4 IV Output Program GRL WEAP87 Untuk Lokasi BH 5 IV Output Program GRL WEAP87 Untuk Lokasi BH 16 IV Output Program GRL WEAP87 Untuk Lokasi BH 21 IV Output Program GRL WEAP87 Untuk Lokasi BH 22 IV Daya Dukung Aksial Dari Interpretasi Data Statik Loading Test IV Interpretasi Data Statik Loading Test Lokasi BH 4 IV Interpretasi Data Statik Loading Test Lokasi BH 5 IV-46 vi

6 Interpretasi Data Statik Loading Test Lokasi BH 16 IV Interpretasi Data Statik Loading Test Lokasi BH 21 IV Interpretasi Data Statik Loading Test Lokasi BH 22 IV Analisis Perbandingan Daya Dukung Aksial IV Daya Dukung Lateral Tiang Pancang Tunggal IV Daya Dukung Lateral Metoda Broms IV Daya Dukung Lateral Dengan Menggunakan Software LPILE IV Input Program LPILE IV Output Program LPILE IV Analisis Perbandingan Daya Dukung Lateral IV-71 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan V Saran V-3 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

7 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Batas nilai unit end bearing untuk jenis-jenis tanah pasir dengan nilai N q tertentu Tabel 2.2 Batas nilai unit skin friction untuk jenis-jenis tanah pasir untuk nilai (δ) tertentu Tabel 2.3 Hubungan modulus of subgrade reaction (k 1 ) dengan nilai C u tanah lempung OC yang keras Tabel 2.4 Faktor untuk menghitung nilai dari koefisien modulus variasi ( ) untuk II-9 II-10 II-14 tanah nonkohesif dalam [MN/m 3 ] II-15 Tabel 2.5 Kriteria penentuan kekakuan tiang sebagai tiang panjang atau tiang pendek II-15 Tabel 2.6 Nilai Koefisien n 1 II-26 Tabel 2.7 Nilai Koefisien n 2 II-26 Tabel 2.8 Proses Pengeditan Nama Input dan Output Pada Program WEAP87 II-35 Tabel 3.1 Data Hasil Loading Test BH 4 III-5 Tabel 3.2 Siklus Pembebanan lokasi BH 4 dengan sistem Cycle Loading Test III-5 Tabel 3.3 Data Hasil Loading Test BH 5 III-6 Tabel 3.4 Siklus Pembebanan lokasi BH 5 dengan sistem Cycle Loading Test III-6 Tabel 3.5 Data Hasil Loading Test BH 16 III-7 Tabel 3.6 Siklus Pembebanan lokasi BH 16 dengan sistem Cycle Loading Test III-7 Tabel 3.7 Data Hasil Loading Test BH 21 III-8 Tabel 3.8 Siklus Pembebanan lokasi BH 21 dengan sistem Cycle Loading Test III-8 Tabel 3.9 Data Hasil Loading Test BH 22 III-9 Tabel 3.10 Property Hammer Model Kobe K-45 yang digunakan di lokasi studi kasus BH 4, BH 5, BH 21 dan BH 22 III-10 Tabel 3.11 Property Hammer Model Kobe K-35 yang digunakan di lokasi studi kasus BH 16 III-10 Tabel 3.12 Property Helmet dan Hammer cushion yang digunakan III-11 Tabel 3.13 Property Pile Cushion yang digunakan III-11 Tabel 3.14 Properti dari Tiang Pancang yang digunakan untuk lokasi studi III-12 Tabel 4.1 Batas nilai unit skin friction untuk tanah pasir dengan nilai (δ) tertentu IV-3 Tabel 4.2 Batas nilai unit end bearing untuk tanah pasir dengan nilai (δ) tertentu IV-3 Tabel 4.3 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda viii

8 API lokasi BH 4 IV-4 Tabel 4.4 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda API lokasi BH5 IV-7 Tabel 4.5 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda API lokasi BH 16 IV-10 Tabel 4.6 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda API lokasi BH 21 IV-13 Tabel 4.7 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda API lokasi BH 22 IV-16 Tabel 4.8 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda N-SPT lokasi BH 4 IV-20 Tabel 4.9 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda N-SPT lokasi BH 5 IV-22 Tabel 4.10 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda N-SPT lokasi BH 16 IV-25 Tabel 4.11 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda N-SPT lokasi BH 21 IV-28 Tabel 4.12 Analisis perhitungan daya dukung aksial ultimate dengan metoda N-SPT lokasi BH 22 IV-31 Tabel 4.13 Hasil Resume Output Program APILE IV-37 Tabel 4.14 Daya Dukung Ultimate, final set lokasi BH 4 IV-38 Tabel 4.15 Daya Dukung Ultimate, final set lokasi BH 5 IV-39 Tabel 4.16 Daya Dukung Ultimate, final set lokasi BH 16 IV-40 Tabel 4.17 Daya Dukung Ultimate, final set lokasi BH 21 IV-41 Tabel 4.18 Daya Dukung Ultimate, final set lokasi BH 22 IV-42 Tabel 4.19 Perbandingan Daya Dukung Aksial Tiang Tunggal Dari Hasil Analisis IV-57 Tabel 4.20 Resume Daya Dukung Lateral Metoda Broms Dengan Batasan Momen Crack IV-64 Tabel 4.21 Resume Daya Dukung Lateral Metoda Broms Dengan Batasan Defleksi IV-64 Tabel 4.22 Hasil Resume Output Program LPILE Dengan Batasan Momen Crack Tiang IV-70 Tabel 4.23 Resume Output Program LPILE Dengan Batasan Defleksi IV-70 Tabel 4.24 Perbandingan Daya Dukung Lateral Dengan Batasan Momen Crack Tiang IV-71 Tabel 4.25 Perbandingan Daya Dukung Lateral Dengan Batasan Defleksi IV-71 ix

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Diagram Alir Metodologi I-3 Gambar 2.1 Beberapa kondisi dimana pondasi tiang digunakan dalam praktek II-3 Gambar 2.2 External combustion hammers II-5 Gambar 2.3 Diesel Hammer II-5 Gambar 2.4 Vibrator pile drivers II-6 Gambar 2.5 Properti hammer, hammer cushion, helmet, pile cushion II-6 Gambar 2.6 Hubungan antara kuat geser (Cu) dengan faktor adhesi (α ) II-10 Gambar 2.7 Tiang pendek dikenai beban lateral II-13 Gambar 2.8 Tiang panjang dikenai beban lateral II-13 Gambar 2.9 Metode Brinch Hansen, memperkirakan kekuatan tiang pendek yang dikenai beban lateral II-16 Gambar 2.10 Koefisien tekanan pasif menurut Brinch Hansen II-17 Gambar 2.11 Tahanan tanah dan bidang momen pada tiang pendek ( freehead & fixed head ) yang dikenai beban lateral pada lempung II-17 Gambar 2.12 Kapasitas Lateral ultimit tiang pendek pada lempung dihubungkan dengan kedalaman penetrasi tiang II-19 Gambar 2.13 Tahanan tanah dan bidang momen pada tiang pendek ( freehead & fixedhead ) yang dikenai beban lateral pada pasir II-19 Gambar 2.14 Kapasitas lateral ultimit tiang pendek pada tanah pasir dihubungkan dengan kedalaman penetrasi tiang II-20 Gambar 2.15 Tahanan tanah dan bidang momen pada tiang panjang (freehead & fixedhead) yang dikenai beban lateral pada lempung II-21 Gambar 2.16 Tahanan tanah lateral ultimit untuk tiang panjang pada lempung dihubungkan dengan tahanan momen ultimit tiang II-22 Gambar 2.17 Reaksi tanah dan bidang momen untuk tiang panjang di tanah pasir II-23 Gambar 2.18 Tahanan tanah lateral ultimit untuk tiang panjang pada tanah pasir dihubungkan dengan tahanan momen ultimit tiang II-23 Gambar 2.19 Tiang yang dikenai beban lateral disederhanakan sebagai kantilever sederhana II-24 Gambar 2.20 Load test yang digunakan dengan metoda Kentledge II-29 Gambar 2.21 Contoh kurva hubungan beban dengan waktu II-30 Gambar 2.22 Contoh kurva hubungan beban dengan penurunan II-31 Gambar 2.23 Kurva interpretasi beban dengan penurunan metoda Davisson II-32 x

10 Gambar 2.24 Contoh kurva interpretasi beban dengan penurunan metoda De Beer II-32 Gambar 2.25 Sistem Pemancangan menggunakan hammer II-33 Gambar 2.26 Pile Drivings Models II-34 Gambar 3.1 Data Profil Lapisan Tanah BH-4 III-2 Gambar 3.2 Data Profil Lapisan Tanah BH-5 dan BH-16 III-3 Gambar 3.3 Data Profil Lapisan Tanah BH-21 dan BH-22 III-3 Gambar 3.4 Dimensi Penampang Tiang Pancang BH 16 III-4 Gambar 3.5 Dimensi Penampang Tiang Pancang BH 4, 5, 21dan 22 III-4 Gambar 3.6 Property hammer, hammer cushion, helmet, pile cushion III-9 Gambar 4.1 Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Pasir, Sudut Geser Dalam (φ), Berdasarkan Grafik IV-2 Gambar 4.2 Hubungan antara kuat geser (Cu) dengan faktor adhesi (α ) IV-2 Gambar 4.3 Daya Dukung Aksial API 1987 IV-3 Gambar 4.4 Kurva daya dukung aksial ultimate metode API untuk lokasi BH 4 IV-6 Gambar 4.5 Kurva daya dukung aksial ultimate metode API untuk lokasi BH 5 IV-9 Gambar 4.6 Kurva daya dukung aksial ultimate metode API untuk lokasi BH 16 IV-12 Gambar 4.7 Kurva daya dukung aksial ultimate metode API untuk lokasi BH 21 IV-15 Gambar 4.8 Kurva daya dukung aksial ultimate metode API untuk lokasi BH 22 IV-18 Gambar 4.9 Daya Dukung Aksial Metode N-SPT IV-19 Gambar 4.10 Kurva daya dukung aksial ultimate metode N-SPT untuk lokasi BH 4 IV-21 Gambar 4.11 Kurva daya dukung aksial ultimate metode N-SPT untuk lokasi BH 5 IV-24 Gambar 4.12 Kurva daya dukung aksial ultimate metode N-SPT untuk lokasi BH16 IV-27 Gambar 4.13 Kurva daya dukung aksial ultimate metode N-SPT untuk lokasi BH 21 IV-30 Gambar 4.14 Kurva daya dukung aksial ultimate metode N-SPT untuk lokasi BH 22 IV-33 Gambar 4.15 Input Computation Method pada APILE IV-34 Gambar 4.16 Input Properties Tiang pada APILE IV-34 Gambar 4.17 Input Material Tiang pada APILE IV-35 Gambar 4.18 Input Data Tanah pada APILE IV-35 Gambar 4.19 Hasil Input Data Tanah pada APILE IV-36 Gambar 4.20 Hasil Output Daya Dukung Program APILE IV-36 Gambar 4.21 Besar beban penetrasi vs jumlah blows/ft lokasi BH 4 IV-38 Gambar 4.22 Besar beban penetrasi vs jumlah blows/ft lokasi BH 5 IV-39 Gambar 4.23 Besar beban penetrasi vs jumlah blows/ft lokasi BH 16 IV-40 Gambar 4.24 Besar beban penetrasi vs jumlah blows/ft lokasi BH 21 IV-41 Gambar 4.25 Besar beban penetrasi vs jumlah blows/ft lokasi BH 22 IV-42 Gambar 4.26 Kurva Beban Vs Waktu Untuk Test Pile BH 4 IV-43 xi

11 Gambar 4.27 Kurva Beban Vs Penurunan Untuk Test Pile BH 4 IV-44 Gambar 4.28 Interpretasi data beban Vs penurunan dengan metoda Davisson BH 4 IV-45 Gambar 4.29 Interpretasi data beban Vs penurunan dengan metoda De Beer BH 4 IV-45 Gambar 4.30 Kurva Beban Vs Waktu Untuk Test Pile BH 5 IV-46 Gambar 4.31 Kurva Beban Vs Penurunan Untuk Test Pile BH 5 IV-47 Gambar 4.32 Interpretasi data beban Vs penurunan metoda Davisson BH 5 IV-47 Gambar 4.33 Interpretasi data beban Vs penurunan dengan metoda De Beer BH 5 IV-48 Gambar 4.34 Kurva Beban Vs Waktu Untuk Test Pile BH 16 IV-49 Gambar 4.35 Kurva Beban Vs Penurunan Untuk Test Pile BH 16 IV-49 Gambar 4.36 Interpretasi data beban Vs penurunan metoda Davisson BH 16 IV-50 Gambar 4.37 Interpretasi data beban Vs penurunan dengan metoda De Beer BH16 IV-51 Gambar 4.38 Kurva Beban Vs Waktu Untuk Test Pile BH 21 IV-52 Gambar 4.39 Kurva Beban Vs Penurunan Untuk Test Pile BH 21 IV-52 Gambar 4.40 Interpretasi data beban Vs penurunan metoda Davisson BH 21 IV-53 Gambar 4.41 Interpretasi data beban Vs penurunan dengan metoda De Beer BH 21 IV-54 Gambar 4.42 Kurva Beban Vs Waktu Untuk Test Pile BH 22 IV-55 Gambar 4.43 Interpretasi data beban Vs penurunan metoda Davisson BH 22 IV-55 Gambar 4.44 Interpretasi data beban Vs penurunan dengan metoda De Beer BH 22 IV-56 Gambar 4.45 Hubungan antara kuat geser (Cu) dengan faktor adhesi (α ) (API, 1986) IV-58 Gambar 4.46 Perbandingan nilai α yang digunakan IV-59 Gambar 4.47 Tahanan tanah lateral ultimit untuk tiang panjang pada tanah pasir dihubungkan dengan tahanan momen ultimit tiang IV-62 Gambar 4.48 Input Properties Tiang pada LPILE IV-65 Gambar 4.49 Input Tipe Pembebanan Tiang pada LPILE IV-65 Gambar 4.50 Input Data Tanah pada LPILE IV-66 Gambar 4.51 Kondisi Batas pada LPILE IV-67 Gambar 4.52 Hasil Output Shear Force Vs Kedalaman (m) IV-67 Gambar 4.53 Hasil Output Bending Moment Vs Kedalaman (m) IV-68 Gambar 4.54 Hasil Output Lateral Deflection Vs Kedalaman (m) IV-68 Gambar 4.55 Hasil Output Lateral Load Vs Pile Head Deflection IV-69 Gambar 4.56 Hasil Output Lateral Load Vs Maximum Bending Moment IV-69 xii