Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung

Transkripsi

1 Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung Tugas Akhir EVALUASI METODA PERHITUNGAN DAN ANALISIS KEHANDALAN KAPASITAS FONDASI TIANG TUNGGAL YANG DIBEBANI SECARA AKSIAL BERDASARKAN DATA SPT DAN TES PEMBEBANAN STATIK Oleh: Nama : Wildan Christian Nama : Rizki Kushardani NIM : NIM : Disetujui Oleh, Pembimbing Bigman M. Hutapea, MSCE, Ph.D NIP Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir Kelompok Kepakaran Geoteknik Ketua Program Studi Dr. Ir. Endra Susila Dr. Ir. Herlien D. Setio NIP NIP Bandung, 2 Juli 2007 ii

2 ABSTRAK Indonesia sebagai negara kepulauan mempunyai garis pantai cukup panjang. Tanah di daerah pantai pada umumnya adalah tanah lunak, sehingga banyak dipakai konstruksi dengan fondasi dalam antara lain fondasi tiang pancang ataupun fondasi tiang bor. Perhitungan daya dukung statik fondasi dalam ada beberapa cara antara lain berdasarkan data N-SPT ( Standard Penetration Test ) ataupun berdasarkan data CPT (Cone Penetration Test). Dari beberapa metoda daya dukung statik berdasarkan data N-SPT yaitu metoda Meyerhoff, metoda Aoki dan Velloso, metoda Shioi dan Fukui, metoda Reese dan O Neill, dan metoda Neely dipilih metoda yang terbaik. Kemudian, metoda LRFD (Load and Resistance Factor design) di bidang geoteknik juga masih kurang mendapat perhatian lebih dalam. Sehingga dibutuhkan usaha untuk mengkonsepkan LRFD di bidang geoteknik. Hasil Perhitungan dari daya dukung fondasi dalam berdasarkan data N-SPT disebut kapasitas prediksi (Qp) sedangkan hasil interpretasi data tes pembebanan statik disebut dengan kapasitas terukur (Qm). Dari rasio Qp/Qm untuk masing-masing metoda perhitungan berdasarkan data N-SPT dianalisis metoda ketepatan perhitungan tiap metoda berdasarkan tiga kriteria satistik yaitu analisis probabilitas kumulatif pada saat 50% dan 90%, analisis aritmetik yaitu nilai rata-rata dan deviasi standar, serta analisis tingkat akurasi 20%. Selanjutnya, Analisis kehandalan menghasilkan faktor-faktor beban dan tahanan. Dalam analisis kehandalan ini digunakan analisis FOSM (First Order Second Moment) atau metoda Hasofer dan Lind. Hasil studi pada tugas akhir ini adalah untuk metoda ketepatan perhitungan daya dukung fondasi dalam diperoleh bahwa peringkat pertama diduduki oleh metoda Reese & O Neill dan metoda Neely, peringkat kedua diduduki oleh metoda Fukui dan Shioi, peringkat ketiga diduduki oleh metoda Meyerhoff, dan peringkat terakhir diduduki oleh metoda Aoki & Velloso. Untuk analisis kehandalan dihasilkan nilainilai faktor tahanan dan faktor beban untuk metoda Neely sebagai berikut γr = 0,39 ; γd = 1,14 ; γl = 0,66; untuk metoda Reese dan O Neill sebagai berikut γr = 0,10; γd = 1,14 ; γl = 0,36; untuk metoda Meyerhoff sebagai berikut γr = 1,34; γd = 1,14 ; γl = 1,105; untuk metoda Shioi dan Fukui sebagai berikut γr = 2,434; γd = 1,14 ; γl = 3,26; untuk metoda Aoki sebagai berikut γr = 0,26; γd = 1,14 ; γl = 1,15. Kata Kunci : Metoda ketepatan, FOSM, dan analisis kehandalan. iii

3 KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Evaluasi Metoda Perhitungan dan Analisis Kehandalan Kapasitas Fondasi Tiang Tunggal Yang Di Bebani Secara Aksial Berdasarkan Data SPT dan Tes Pembebanan Statik. Laporan tugas akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana teknik di Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung. Dalam pengerjaan tugas akhir ini, dari awal hingga tahap penulisan laporan, kami mendapat banyak bimbingan, masukan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ir. Bigman M. Hutapea,MSCE.,Ph.D. atas bimbingan dan pengarahannya kepada kami dalam pengerjaan tugas akhir ini 2. Dr. Ir. Endra Susila selaku dosen penguji 3. Dr. Ir. Erza Rismantojo selaku dosen penguji 4. Seluruh staf Laboratorium Mekanika Tanah atas bantuan dan saran-sarannya 5. Semua pihak yang telah membantu penyelasian tugas akhir ini yang tidak dapat kami sebutkan satu-persatu. Kami menyadari bahwa laporan tugas akhir ini memiliki kekurangan sehingga kami mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun. Demikian pengantar dari kami. Bandung, Juni 2007 Penulis iv

4 DAFTAR ISI ABSTRAK.. LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR. DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR..... ii iii iv v viii xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Ruang Lingkup Masalah Metodologi Batasan Analisis Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pendahuluan Perhitungan Kapasitas Fondasi Tiang Berdasarkan N-SPT Perhitungan Kapasitas Fondasi Tiang Berdasarkan Interpretasi Data Loading Test Analisis Ketepatan Metoda-Metoda Perhitungan Daya Dukung Fondasi Tiang Kriteria Probabilitas Kumulatif 50% dan 90% Kriteria Aritmetik Nilai Rata-Rata dan Deviasi Kriteria 20% Tingkat Akurasi Teori Probabilitas Dasar Dan Teori Kehandalan Istilah-Istilah Dalam Fungsi Probabilitas Tipe-Tipe Distribusi Probabilitas Konsep Kehandalan (Reability) Tahanan Rata-Rata (μ R ) Dan Beban Rata-Rata (μ S ) COV Tahanan Dan COV Beban Margin Keamanan (Margin Of Safety) Indeks Kehandalan (Reliability Index) Pendekatan Dengan N-Dimensi Dalam Analisis Kehandalan Tahanan Rata-Rata (μ R ), Beban Rata-Rata (μ S ), Dan COV Dalam v

5 Pendekatan Dengan Sistem N-Dimensi Indeks Kehandalan (Reliability Index) Dalam Pendekatan Dengan Sisitem N-Dimensi Metoda FOSM (First Order Second Moment) Metoda FOSM Hasofer dan Lind Penentuan Factor Keamanan Parsial Nilai Faktor-Faktor Beban Dan Tahanan Yang Optimal BAB III ANALISIS KAPASITAS FONDASI TIANG BERDASARKAN DATA SPT DAN INTERPRETASI KAPASITAS HASIL TES PEMBEBANAN Umum Perhitungan Nilai Nb Dan Ns Nilai Nb Terkoreksi Tegangan Overburden Nilai β Untuk Perhitungan Kapasitas Selimut Tiang Nilai Diameter Ekuivalen (De) Perhitungan Kapasitas Fondasi Tiang Metoda Meyerhof Metoda Aoki dan Velloso Metoda Shioi dan Fukui Metoda Reese dan O Neill Metoda Neely Interpretasi Kapasitas Ultimit Berdasarkan Data Tes Pembebanan Data Tes Pembebanan Interpretasi Data Tes Pembebanan Hasil Perhitungan Kapasitas Aksial Ultimit Fondasi Tiang Metoda N-SPT Interpretasi Data Tes Pembebanan BAB IV ANALISIS DAN EVALUASI METODA PERHITUNGAN DALAM MEMPREDIKSI DAYA DUKUNG AKSIAL FONDASI Umum Analisis Ketepatan Metoda-Metoda Perhitungan vi

6 Kapasitas Fondasi Tiang Pancang Kriteria Berdasarkan Analisis Probabilitas Kumulatif 90% dan 50% Kriteria Berdasarkan Analisis Nilai Rata-Rata Serta Deviasi Standar Kriteria Berdasarkan Analisis Tingkat Akurasi 20% Indeks Ranking BAB V ANALISIS FAKTOR-FAKTOR BEBAN DAN TAHANAN (LOAD AND RESISTANCE FACTOR) Umum Fungsi Distribusi, Nilai Bias Dan Cov Untuk Beban, Serta Besarnya Nilai Target β Nilai Bias Dan Cov Untuk Tahahan (Resistance) Perhitungan Untuk Mendapatkan Faktor-Faktor Pengali Tahanan Dan Beban Faktor Faktor Pengali Tahanan Dan Beban Untuk Berbagai Variasi Rasio Beban Hidup/Beban Mati Perhitungan Untuk Mendapatkan Faktor-Faktor Pengali Yang Optimal BAB VI KESIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xiv LAMPIRAN A CONTOH DATA N-SPT PROYEK MEDITERANIA LAMPIRAN B CONTOH DATA TES PEMBEBANAN STATIK PROYEK MEDITERANIA vii

7 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai-Nilai K Dan α Untuk Berbagai Jenis Tanah Tabel 2.2 Nilai-Nilai Dari F 1 Dan F 2 Untuk Berbagai Tipe Tiang Tabel 3.1 Tabel Kedalaman Terhadap Nilai N-SPT Di Tiap Kedalaman Tabel 3.2 Nilai Nb dan Ns Tabel 3.3 Berat Jenis Tanah Efektif Tabel 3.4 Nilai C N Tabel 3.5 Nilai Ncor Tabel 3.6 Nilai β Tabel 3.7 Tabel 3.8 Tabel 3.9 Tabel 3.10 Tabel 3.11 Tabel 3.12 Tabel 3.13 Tabel 3.14 Tabel 3.15 Berdasarkan Metoda Meyerhoff (45x 45 cm 2 ) Berdasarkan Metoda Meyerhoff (40x 40 cm 2 ) Nilai Daya Dukung Fondasi Tiang dalam ton Berdasarkan Metoda Aoki Dan Velloso (45x 45 cm 2 ). 43 Nilai Daya Dukung Fondasi Tiang dalam ton Berdasarkan Metoda Aoki Dan Velloso (40x 40 cm 2 ) 43 Berdasarkan Metoda Shioi Dan Fukui (45x 45 cm 2 ) 45 Berdasarkan Metoda Shioi Dan Fukui (40x 40 cm 2 ) 45 Berdasarkan Metoda Reese Dan O Neill (45 x 45 cm 2 ) 47 Berdasarkan Metoda Reese Dan O Neill (45 x 45 cm 2 ) 47 Berdasarkan Metoda Neely (45 x 45 cm 2 ) Tabel 3.16 Berdasarkan Metoda Neely (40 x 40 cm 2 ) Tabel 3.17 Tabel Data Pembebanan Pada Beberapa Tiang Tabel 3.18 Tabel Daya Dukung Fondasi Tiang Dalam Ton (45 x 45 cm 2 ) Tabel 3.19 Tabel Daya Dukung Fondasi Tiang Dalam Ton (40 x 40 cm 2 ) Tabel 3.20 Tabel Daya Dukung Fondasi Tiang Dalam Ton viii

8 Di Kedalaman 18 m (40 x 40 cm 2 ) Tabel 3.21 Tabel Daya Dukung Fondasi Tiang Dalam Ton Di Kedalaman 18 m (45 x 45 cm 2 ) Tabel 3.22 Tabel Daya Dukung Fondasi Tiang Dalam Ton Di Kedalaman 18 m Berdasarkan Interpretasi Data Tes Pembebanan Tabel 4.1 Nilai Kapasitas Prediksi (Qp) dan Kapasitas Terukur (Qm) Tabel 4.2 Nilai Qp/Qm masing-masing metoda perhitungan Tabel 4.3 Nilai Qp/Qm Mediterania Tabel 4.4 Nilai Probabilitas Kumulatif dari Qp/Qm Mediterania Tabel 4.5 Nilai Probabilitas kumulatif Qp/Qm pada saat 50% dan 90% (Mediterania) Tabel 4.6 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Probabilitas Kumulatif (Mediterania) Tabel 4.7 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Probabilitas Kumulatif (Menara Satrio) Tabel 4.8 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Probabilitas Kumulatif (Bakrie Tower) Tabel 4.9 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Probabilitas Kumulatif (Regatta) Tabel 4.10 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Probabilitas Kumulatif (Lifestyle) Tabel 4.11 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Probabilitas Kumulatif (R1) Tabel 4.12 Rata-Rata Serta Deviasi Standar Dari Qp/Qm Mediterania Tabel 4.13 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Nilai Rerata dan Deviasi Standar(Mediterania) Tabel 4.14 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Nilai Rerata dan Deviasi Standar (Menara Satrio) Tabel 4.15 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Nilai Rerata dan Deviasi Standar (Bakrie Tower ) Tabel 4.16 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Nilai Rerata dan Deviasi Standar (Regatta) Tabel 4.17 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Nilai Rerata dan Deviasi Standar (Lifestyle) Tabel 4.18 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Aritmetik (R2) Tabel 4.19 Nilai ln (Qp/Qm) Mediterania Tabel 4.20 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis ix

9 Tingkat Akurasi 20% (Mediterania) Tabel 4.21 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Tingkat Akurasi 20% (Menara Satrio) Tabel 4.22 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Tingkat Akurasi 20% (Bakrie Tower) Tabel 4.23 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Tingkat Akurasi 20% (Regatta) Tabel 4.24 Ranking Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Tingkat Akurasi 20% (Lifestyle) Tabel 4.25 Ranking Dari Metoda Perhitungan Berdasarkan Analisis Tingkat Akurasi 20% (R3) Tabel 4.26 Indeks Ranking Dari Metoda Perhitungan (RI) Tabel 5.1 Nilai Rata-Rata Bias (Nilai Rata-Rata Rasio Beban Tabel 5.2 Terhadap Beban Nominal) Serta C.O.V Bias. ( Assesment Of Current Load Faktors For Use In Geotechnical Load And Resistane Factor Design:, B.Scott, B.J.Kim, Dan R.Salgado) 83 Nilai Rata-Rata Bias Serta C.O.V Yang Dipakai Dalam Penelitian Ini 84 Tabel 5.3 Hubungan Antara Imdeks Keandalan (β) Dan Probabilitas Kegagalan (P f ) [ Sumber : US Army Corps Of Engineers (1997). P B-11] Tabel 5.4 Nilai C.O.V Dan Nilai Bias Dari Tahanan Tabel 5.5 Nilai-Nilai Masukan Untuk Metoda Hasofer Dan Lind Tabel 5.6 Faktor-Faktor Pengali Untuk Tahanan Total Fondasi Tiang, Beban Mati Serta Beban Hidup Untuk Rasio Ln/Dn 0.25, 0.50, 1.00, 1.50, Tabel 5.7 Perhitungan Tabular Koefisien-Koefisien Persamaan Untuk Mendapatkan Faktor-Faktor Tahanan Dan Beban Yang Optimal Pada Metoda Neely Tabel 5.8 Rekapitulasi Nilai-Nilai Optimum γ R, γ D, γ L, Untuk Berbagai Metoda Perhitungan x

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Studi Kapasitas Fondasi Tiang Tunggal Gambar 1.2 Studi Ketepatan Metoda-Metoda Perhitungan Kapasitas Fondasi Tiang... 4 Gambar 1.3 Studi Kehandalan... 5 Gambar 2.1 Gambaran Daya Dukung Selimut Dan Daya Dukung Ujung Pada Tiang Pancang... 8 Gambar 2.2 Data Diskrit Load Dan Resistance Didekati Dengan Fungsi Distribusi Probabilitas.. 19 Gambar 2.3 Daerah Arsiran Yang Menunjukan Kemungkinan Kegagalan Pada Suatu Nilai Load S=s, Yaitu Area Resistance Dibawah S=s (F R (s)) Yang Masih Harus Dikalikan Kemungkinan Load Bernilai S=s Yaitu f s (s)ds Gambar 2.4 Semakin Besar μ R / μ S Ataupun μ R - μ S Semakin Tinggi Tingkat Keamanan Ditandai Dengan Semakin Kecilnya Area Yang Berarsir Gambar 2.5. Semakin Rendah C.O.V (Coefficient Of Variation) Semakin Tinggi Tingkat Keamanan Ditandai Dengan Semakin Sempitnya Area Yang Diarsir Gambar 2.6 Daerah Arsiran Yang Menunjukan Kemungkinan Kegagalan Dalam Kriteria Keamanan Gambar 2.7 Distribusi Probabilitas Gabungan (Li, Lee & Lo 1993) Gambar 2.8 Pengaruh Variabilitas Terhadap Probability Of Failure, Makin Tinggi Variabilitas Makin Besar Probability Of Failure Yang Ditandai Dengan Daerah Berarsir Yang Lebih Besar Gambar 2.9 Transformasi Ruang Dalam Variable R Dan S Ke Dalam Z R Dan Z S Gambar 2.10 Formulasi Analisis Keamanan Dalam Kordinat Yang Dinormalisasi. Catatan : Fungsi g=0 Dapat Berupa Fungsi Nonlinier Gambar 2.11 Gambar 3.1 Gambar 3.2 α 1 Adalah Kosinus Arah Garis OD. Catatan: Fungsi g=0 Dapat Berupa Fungsi Nonlinier Gambaran Daya Dukung Selimut Dan Daya Dukung Ujung Pada Fondasi Tiang Posisi Fondasi Tiang Pancang Dan Lapisan-Lapisan Tanah Gambar 3.3 Daya Dukung Selimut Berdasarkan xi

11 Metoda Meyerhoff Gambar 3.4 Daya Dukung Ujung Berdasarkan Metoda Meyerhoff Gambar 3.5 Daya Dukung Total Berdasarkan Metoda Meyerhoff Gambar 3.6 Daya Dukung Selimut Berdasarkan Metoda Aoki Dan Velloso Gambar 3.7 Daya Dukung Ujung Berdasarkan Metoda Aoki Dan Velloso Gambar 3.8 Daya Dukung Total Berdasarkan Metoda Aoki Dan Velloso Gambar 3.9 Daya Dukung Selimut Berdasarkan Metoda Shioi Dan Fukui Gambar 3.10 Daya Dukung Ujung Berdasarkan Metoda Shioi Dan Fukui Gambar 3.11 Daya Dukung Total Berdasarkan Metoda Shioi Dan Fukui Gambar 3.12 Daya Dukung Selimut Berdasarkan Metoda Reese Dan O Neill Gambar 3.13 Daya Dukung Ujung Berdasarkan Metoda Reese Dan O Neill Gambar 3.14 Daya Dukung Total Berdasarkan Metoda Reese Dan O Neill Gambar 3.15 Daya Dukung Selimut Berdasarkan Metoda Neely Gambar 3.16 Daya Dukung Ujung Berdasarkan Metoda Neely Gambar 3.17 Daya Dukung Total Berdasarkan Metoda Neely Gambar 3.18 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Davisson Pada Tiang No Gambar 3.19 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Davisson Pada Tiang No Gambar 3.20 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Davisson Pada Tiang No Gambar 3.21 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Davisson Pada Tiang No Gambar 3.22 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Mazurkiewics Pada Tiang No Gambar 3.23 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Mazurkiewics Pada Tiang No Gambar 3.24 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Mazurkiewics Pada Tiang No Gambar 3.25 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Mazurkiewics Pada Tiang No Gambar 3.26 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Chin xii

12 Pada Tiang No Gambar 3.27 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Chin Pada Tiang No Gambar 3.28 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Chin Pada Tiang No Gambar 3.29 Cara Grafis Berdasarkan Metoda Chin Pada Tiang No Gambar 3.30 Cara Grafis Berdasarkan Metoda De Beer Pada Tiang No Gambar 3.31 Cara Grafis Berdasarkan Metoda De Beer Pada Tiang No Gambar 3.32 Cara Grafis Berdasarkan Metoda De Beer Pada Tiang No Gambar 3.33 Cara Grafis Berdasarkan Metoda De Beer Pada Tiang No Gambar 4.1 Nilai Probabilitas Kumulatif Qp/Qm Mediterania Gambar 4.2 Nilai Probabilitas Kumulatif Qp/Qm Menara Satrio Gambar 4.3 Nilai Probabilitas Kumulatif Qp/Qm Bakrie Tower Gambar 4.4 Nilai Probabilitas Kumulatif Qp/Qm Regatta Gambar 4.5 Nilai Probabilitas Kumulatif Qp/Qm Lifestyle Gambar 4.6 Distribusi Lognormal Qp/Qm Meyerhoff Mediterania Gambar 4.7 Distribusi Lognormal Qp/Qm Aoki Mediterania Gambar 4.8 Distribusi Lognormal Qp/Qm Shioi Mediterania Gambar 4.9 Distribusi Lognormal Qp/Qm Reese Mediterania Gambar 4.10 Distribusi Lognormal Qp/Qm Reese Mediterania Gambar 5.1 Perhitungan Nilai Bias Tahanan Gambar 5.2 Grafik Faktor Pengali Vs Ln/Dn Untuk Metoda Neely Gambar 5.3 Grafik Faktor Pengali Vs Ln/Dn Untuk Metoda Reese Gambar 5.4 Grafik Faktor Pengali Vs Ln/Dn Untuk Metoda Meyerhoff Gambar 5.5 Grafik Faktor Pengali Vs Ln/Dn Untuk Metoda Shioi Gambar 5.6 Grafik Faktor Pengali Vs Ln/Dn Untuk Metoda Aoki xiii

13 DAFTAR PUSTAKA 1. Ang Alfredo HS, Tang Wilson H Probability Concepts In Engineering Planning and Design, Volume II : Decision an Reliability. John Wiley & Sons, Inc. 2. Nowak Andrzej S, Collin Kevin R Reliability Of Structure. Mc Graw Hill. 3. Prakash Shamser, Sharma Hari D Pile foundation In Engineering practice. John Wiley & Sons. 4. Coduto Donald P Foundation Design : Principles and Practice, 2 nd Ed. Prentice Hall. 5. Das Braja M Principle Of Geotechnical Engineering, 4 th. PWS 6. Das Braja M Principle Of Foundation Engineering, 4 th Ed. PWS xiv