Analisa Daya Dukung dan Penurunan Elastis Pondasi Tiang. Pancang Proyek Pembangunan Gedung Pasca Sarjana. Universitas Negeri Medan

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR Analisa Daya Dukung dan Penurunan Elastis Pondasi Tiang Pancang Proyek Pembangunan Gedung Pasca Sarjana Universitas Negeri Medan Disusun Oleh: CHRISTIAN ALBERT SINAGA Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Roesyanto, M.SCE SUB JURUSAN GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013

2 TUGAS AKHIR Analisa Daya Dukung dan Penurunan Elastis Pondasi Tiang Pancang Proyek Pembangunan Gedung Pasca Sarjana Universitas Negeri Medan Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh: CHRISTIAN ALBERT SINAGA SUB JURUSAN GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat dan karunia-nyalah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Sipil. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala, tetapi berkat bantuan dari berbagai pihak penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima ksaih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., sebagai Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT., sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik.

4 6. Kedua orangtua saya J.R.P. Rumajar dan R.br. Sinaga yang dengan senantiasa memberikan kasih sayang, didikan dan semangat yang tulus sehingga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Kepada abangku Antonius T.B. Rumajar, SP., Beltsazar R.M. Rumajar, ST., dan adikku Debora U.N. Rumajar dan Eunike V.F. Rumajar yang telah banyak mendukung dan mendoakan serta membantu penulis dalam kelancaran kuliah hingga penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Hotdiana Bakkara, A.Md., selaku orang terdekat penulis, yang selalu mendoakan dan menyemangati penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Sahabat sahabat penulis stambuk 2007, David Siburian, Deddy Gultom, Debora, Endra A.G. Sitohang, Rodo R.N.S, Suhardi Lim, Josua LG, Marcolowey, Yossy, Juna, Doan 2, Treezz Pedrosa, Foloe Ziduhu Zebua, dan teman-teman seperjuangan lainnya yang senantiasa bersama berjuang dalam menyelesaikan perkuliahan di Fakultas Teknik Sipil. 10. Rekan-rekan mahasiswa dan adik-adik stambuk yang telah memberikan motivasi dan segala kekerabatan serta kerja sama selama pendidikan di Fakultas Teknik. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu staf pengajar serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.

5 Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat meberikan manfaat yang bagi kita semua. Medan, Maret 2013 Christian Albert S. Rumajar

6 ABSTRAK Pondasi bertujuan sebagai penopang bangunan dan meneruskan beban bangunan di atasnya ke lapisan tanah yang cukup kuat daya dukungnya. Untuk itu, pondasi bangunan harus diperhitungkan agar dapat menjamin kestabilan bangunan terhadap berat sendiri, beban-beban yang bekerja, gaya-gaya luar seperti tekanan angin, gempa bumi, dan lain-lain dan tidak boleh terjadi penurunan melebihi batas yang diijinkan. Pondasi tiang pancang merupakan salah satu jenis dari pondasi dalam yang umum digunakan. Untuk menghitung kapasitas tiang, terdapat banyak rumus yang dapat digunakan. Hasil masing- masing rumus tersebut menghasilkan nilai kapasitas yang berbeda beda. Tujuan studi ini untuk menghitung dan menganalisis daya dukung dan penurunan kelompok mini pile dari hasil Sondir, Standard Penetration Test (SPT), dan membandingkan hasil perhitungan tersebut dengan hasil dari test Pile Driving Analizer (PDA) Hasil perhitungan daya dukung ultimit (Q u )tiang pada kedalaman yang sama yaitu 18,8 m, untuk sondir diperoleh 98,225 ton, data PDA 42,8 ton, dan data SPT 83,885 ton pada kedalaman 18,45 m. Sedangkan untuk penurunan pada kedalaman yang sama yaitu 18,8 m, untuk sondir 6,67 mm, untuk data PDA 6,9 mm, dan data SPT 6,1 mm pada kedalaman 18,45 m. Terdapat perbedaan daya dukung dan penurunan tiang dari 4 titik sondir, satu titik SPT dan berdasarkan hasil test PDA. Perbedaan hasil tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan jenis tanah yang terdekat sekalipun, kedalaman tanah yang ditinjau, dan cara pelaksanaan pengujian yang bergantung pada ketelitian operator.

7 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR NOTASI... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1. Latar Belakang Masalah... 1 I.2. Identifikasi Masalah... 2 I.3. Tujuan Penulisan... 2 I.4. Manfaat Penulisan... 3 I.5. Pembatasan Masalah... 3 I.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 II.1. Pengertian Umum... 5 II.2. Penyelidikan Tanah... 6 II.2.1 Sondering Test/Cone Penetration Test (CPT)... 7 II.2.2 Standard Penetration Test (SPT) II.2.3 Pile Driving Analyzer II Case Method II CAPWAP II.3 Pondasi II.3.1 Jenis dan Kriteria Pemakaian Pondasi II.3.2 Pondasi tiang II Berdasarkan material yang digunakan II Berdasarkan cara penyaluran beban yang diterima tiang ke dalam tanah II.3.3 Perencanaan Pondasi Tiang II.4 Kapasitas Daya Dukung Tiang II.4.1 Daya Dukung Aksial Tiang Tunggal II Berdasarkan Hasil Cone Penetration Test

8 (CPT) II Berdasarkan Hasil Standard Penetration Test (SPT) II Berdasarkan Hasil Uji Pile Driving Analizer II.4.2 Daya Dukung Aksial Grup Tiang II Jarak antar tiang dalam kelompok II Kapasitas kelompok dan efisiensi tiang Pancang II.4.3 Daya Dukung lateral Tiang II Penentuan kriteria tiang pendek atau panjang II Metode Broms II (a) Metode Broms untuk kondisi tiang pendek II (b) Metode Broms untuk kondisi tiang Panjang II.5 Penurunan Tiang (Pile Settlement) II.5.1 Perkiraan Penurunan Tiang Tunggal II.5.2 Perkiraan Penurunan Kelompok Tiang BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1 Data Umum III.2 Data Teknis Proyek... 78

9 III.3 Metode Pengumpulan Data III.4 Kondisi Umum Lokasi Studi BAB IV PEMBAHASAN IV.1 Pendahuluan IV.2 Perhitungan Daya Dukung Tiang IV.2.1 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang...82 IV Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang dari Hasil Sondir IV Perhitungan kapasitas daya dukung aksial tiang dari hasil Standard Penetration Test (SPT) IV Kapasitas daya dukung aksial tiang hasil PDA ( Pile Driving Analizer) IV Perhitungan kapasitas daya dukung aksial kelompok tiang IV.2.2 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang IV.3 Perhitungan Penurunan (Settlement) Tiang IV.3.1 Penurunan (settlement) tiang tunggal IV.3.2 Penurunan (settlement) kelompok tiang IV.4 Diskusi IV.4.1 Kelemahan dan kelebuhan dari metode-metode pengujian BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan V.2. Saran

10 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN I LAMPIRAN II LAMPIRAN III LAMPIRAN IV

11 DAFTAR GAMBAR Gambar Judul Halaman 2.1 Tipe ujung konus pada sondir mekanis Dimensi Alat Sondir Mekanis Cara Penetrasi Sondir Mekanis Cara Pelaporan Hasil Uji Sondir Skema Uji Standart Penetration Test Strain transducers & accelerometer Pile Driving Analyzer Tampilan Program CAPWAP Pondasi dangkal (a) pondasi memanjang; 22 (b) pondasi telapak; (c) pondasi rakit 2.10 Tiang Pancang Kayu Tiang Pancang Precast Reinforced Concrete Pile Tiang Pancang Cast In Place Tiang Pancang Baja Water proofed steel pipe and wood pile Composite dropped in - shell and wood pile Composite ungased concrete and wood pile Franki composite pile Pondasi Tiang Dengan Tahanan 36 Ujung (Sardjono, H.S.,1988)

12 2.19 Pondasi Tiang Dengan Tahanan 37 Gesekan (Sardjono, H.S.,1988) 2.20 Pondasi Tiang Dengan Tahanan Lekatan Beban yang Bekerja pada Kepala Tiang Beban yang Bekerja pada Tubuh Tiang Grafik PDA hasil analisis CAPWAP, 50 (CAPWAP, 2008) 2.24 Pola-pola kelompok tiang pancang khusus : 51 (a) untuk kaki tunggal, (b) untuk dinding pondasi (Bowles, J.E., 1991) 2.25 Jarak antar tiang Tipe keruntuhan dalam kelompok tiang : 54 (a) Tiang tunggal,(b) Kelompok tiang 2.27 Daerah friksi pada kelompok tiang dari 55 tampak samping 2.28 Daerah friksi pada kelompok tiang dari 55 tampak atas 2.29(a) Pola keruntuhan tiang pendek kepala tiang bebas 61 (Sumber : Broms, 1964) 2.29(b) Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek 62 kepala tiang bebas pada tanah non-kohesif (Sumber : Broms, 1964)

13 2.29(c) Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek 62 kepala tiang bebas pada tanah kohesif. (Sumber : Broms, 1964) 2.30(a) Kapasitas lateral ultimit untuk tiang pendek pada 63 tanah non-kohesif (sumber : Broms, 1964) 2.30(b) Lateral ultimit untik tiang pendek pada tanah kohesif 64 (sumber : Broms, 1964) 2.31(a) Pola keruntuhan tiang pendek dengan kepala 65 tiang terjepit (Sumber : Broms, 1964) 2.31(b) Reaksi tanah dan momen lentur pada tiang pendek 66 dengan kepala tiang terjepit pada tanah non-kohesif. (Sumber : Broms, 1964) 2.31(c) Reaksi tanah dan momen lentur pada tiang pendek 66 dengan kepala tiang terjepit pada tanah kohesif. (Sumber : Broms, 1964) 2.32 Perlawanan tanah dan momen lentur pada tiang 68 panjang dengan kepala tiang bebas (a) pada tanah non-kohesif dan (b) pada tanah kohesif (Sumber : Broms, 1964) 2.33(a) Kapasitas lateral ultimit untuk tiang panjang pada 69 tanah non-kohesif (Sumber : Broms, 1964) 2.33(b) Kapasitas lateral ultimit untuk tiang panjang pada 69 tanah kohesif (Sumber : Broms, 1964)

14 2.34 Perlawanan tanah dan momen lentur tiang panjang 70 dengan kondisi kepala tiang terjepit pada (a) tanah non-kohesif dan b) tanah kohesif (Sumber : Broms, 1964) 2.35 Variasi jenis bentuk unit tahanan friksi (kulit) alami 73 terdistribusi sepanjang tiang tertanam ke dalam tanah (Bowles, 1993) 3.1 Tahapan Pelaksanaan Penelitian Denah Lokasi Titik Sondir dan SPT Kelompok tiang Grafik hubungan antara sudut geser dalam tanah dan nilai 106 N-SPT 4.3 Broms solution for estimating deflection of pile 110 head in sand (Braja M.Das)

15 DAFTAR TABEL Tabel Judul Halaman 2.1 Hubungan D, ϕ dan N dari pasir 15 (Peck, Meyerhoff) 2.2 Nilai faktor ω Hal - hal yang Perlu Dipertimbangkan untuk 45 Penentuan Harga N 2.4 Hubungan antara Angka Penetrasi Standard dengan 46 Sudut Geser Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir 2.5 Hubungan antara N dengan Berat Isi Tanah Hubungan antara k 1 dan c u Kriteria Jenis Perilaku Tiang Nilai-nilai η h untuk tanah granuler (c = 0) Parameter Elastik Tanah Nilai Tipikal C p (dari Design pf pile foundation 75 by A.S. Vesic, 1977) 4.1 Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan 84 Data Sondir Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan 89 Data Sondir 2

16 4.3 Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan 93 Data Sondir Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan 97 Data Sondir Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan SPT Hasil Analisis Program CAPWAP Perbandingan Perhitungan Daya Dukung Kelompok 104 Tiang Converse-Labore 4.8 Perbandingan Perhitungan Daya Dukung Kelompok 104 Tiang Los Angeles 4.9 Korelasi N-SPT dengan γ untuk pasir (Meyerhoff, 1956) Korelasi N-SPT dengan γ untuk lempung (Meyerhoff, 1956) Penurunan elastik tiang untuk data sondir dan SPT 112 tiang D4(P4) Penurunan elastik grup tiang D4(P4)02 112

17 DAFTAR NOTASI A = Interval pembacaan (setiap kedalaman 20 cm) A = Total luas efektif penampang piston (cm 2 ) A = Luas penampang kolom/tiang (cm 2 ) A b = Luas penampang ujung tiang (cm 2 ) A p = Luas penampang ujung tiang (cm 2 ) A s = Luas penampang selimut tiang (cm 2 ) B B C p = Faktor alat = Luas konus/luas torak = 10 cm = Diameter atau sisi tiang (m) = koefisien empiris C S sebuah konstanta empiris = c = Kohesi tanah (Kg/cm 2 ) c u = Kohesi Undrained (kn/m 2 ) D Eg = Diameter tiang = Efisiensi kelompok tiang Ep = modulus elastisitas tiang (ton/m 2 ) E s FK = modulus young tanah = Faktor Keamanan f s = Tahanan gesek dinding tiang (Kg/cm 2 ) h = Tinggi jatuh

18 H HL Hu I = Gaya Horizontal yang bekerja (ton) = Hambatan Lekat = Gaya lateral ultimit = Momen Inersia Ip = Momen inersia tiang (m 4 ) I wp I ws i i min = faktor pengaruh = faktor pengaruh = Kedalaman lapisan tanah yang ditinjau (m) = Jari-jari inersia batang/tiang JHL = Tahanan geser total sepanjang tiang (Kg/m) JP = Jumlah perlawanan, perlawanan ujung konus + selimut (Kg/cm 2 ) K = Keliling tiang (cm) k s = modulus subgrade tanah dalam arah horizontal (ton/m 3 ) L L i = Panjang batang/tiang = Panjang lapisan tanah (m) l k = Panjang tekuk (panjang batang/tiang yang mengalami perlengkungan) M m Mu N 1 = Momen yang bekerja di kepala tiang = Jumlah baris tiang = Momen ultimit dari penampang tiang = Harga Rata-rata dari Dasar ke 10D ke atas N 2 = Harga Rata-rata dari Dasar ke 4D ke bawah n = Jumlah tiang pancang n = Jumlah tiang dalam satu baris

19 P = Bacaan manometer (Kg/cm 2 ) P 1 = Beban yang diterima satu tiang pancang (ton) PK = Perlawanan penetrari konus, qc (Kg/cm 2 ) P Q Qa Qb Qg Q ijin = Keliling tiang (m) = Daya dukung tiang pada saat pemancangan ( Ton) = Beban maksimum tiang tunggal = Tahanan ujung ultimit tiang (kg) = Beban maksimum kelompok tiang yang mengakibatkan keruntuhan = Kapasitas daya dukung ijin tiang (kg) Q p = Tahanan Ujung Ultimate (kn) Qs = Tahanan gesek ultimit dinding tiang (Kg/cm 2 ) Q ult = Kapasitas daya dukung maksimal/akhir (kg) q wp R S s 1 s 2 s 3 s s e Su T w = beban titik persatuan luas ujung tiang = Faktor kekakuan = Penurunan total = Penurunan batang tiang = Penurunan tiang akibat beban titik ujung tiang = Penurunan tiang akibat beban yang tersalur sepanjang batang = Jarak masing- masing antar tiang = penurunan elastik tiang tunggal = kuat geser tak terdrainase dari tanah kohesif = Faktor kekakuan = Berat palu

20 x Xi yi z V = Kedalaman yang ditinjau (m) = Jarak tiang pancang terhadap titik berat kelompok arah x (m) = Jarak tiang pancang terhadap titik berat kelompok arah y (m) = kedalaman titik yang ditinjau = Jumlah beban vertical (ton) x 2 = Jumlah kuadrat tiang pancang arah x (m 2 ) y 2 = Jumlah kuadrat tiang pancang arah y (m 2 ) qc = Tahanan konus pada ujung tiang (Kg/cm 2 ) α = Koefisien Adhesi antara Tanah dan Tiang ϕ = Sudut geser tanah (Kg/cm 2 ) μ s ξ = nisbah Poisson tanah = Koefisien dari skin friction τ = Kekuatan geser tanah (Kg/cm 2 ) σ = Tegangan normal yang terjadi pada tanah (Kg/cm 2 ) σ ω λ = Tegangan dasar = Faktor tekuk (tergantung pada kelangsingan (λ)) = Angka kelangsingan = konstanta modulus subgrade tanah = Arc tg d/s ( 0 )