BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISIS

Transkripsi

1 BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISIS 4.1 Umum Dalam mendesain suatu pondasi bored pile, ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Langkah pertama adalah menentukan jenis pondasi yang akan digunakan. Dalam mengambil keputusan ini, jenis daripada struktur atas, kondisi tanah dan kemudahan pengerjaan menjadi faktor yang perlu untuk dipertimbangkan. Pada kasus ini, pondasi bored pile menjadi satu-satunya pilihan yang ada. Langkah berikutnya adalah menentukan parameter tanah. Dengan adanya parameter tersebut dan preliminary design yang telah ditentukan, maka besarnya daya dukung pondasi dapat diperoleh. Selanjutnya dalam memperoleh angka keamanan yang dimiliki pondasi tersebut perlu dibandingkan antara beban yang bekerja dengan kapasitas yang dimiliki oleh pondasi tersebut. Apabila angka keamanan tersebut melebihi batas minimum yang telah disepakati, maka desain pondasi dinyatakan layak untuk digunakan. 4.2 Analisis Stabilitas Pondasi Bored Pile pada Pier Data Lapangan Lokasi Tinjauan Analisis perhitungan pada bab ini mengambil titik lokasi dimana Pier-1 (P-1) Jembatan Cirebon-Kroya akan ditempatkan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut: 4-1

2 P-1 Gambar 4-1 Lokasi penempatan Pier 1 (P-1) Sumber: Proyek Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya Kondisi dan Parameter Tanah Berdasarkan hasil penyelidikan tanah yang dilakukan pada lokasi proyek, pondasi akan dibangun pada tanah yang memiliki tiga macam lapisan tanah. Secara umum lapisan tanah terbentuk dari lempung dan pasir, dimana lapisan pasir tersebut mulai ditemukan pada kedalaman 6 meter dari permukaan tanah. Berikut adalah kondisi tanah yang didapatkan dari hasil pengujian di lapangan. 4-2

3 Gambar 4-2 Kondisi Lapisan Tanah dan Hasil Pengujian di Lapangan Sumber: Proyek Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya 4-3

4 Gambar 4-3 Hasil Pengujian N-SPT terhadap Pier 1 (P-1) Sumber: Proyek Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya Untuk mendapatkan nilai-nilai parameter tanah untuk perencanaan desain pondasi, maka dilakukan pendekatan korelasi melalui tabel dan grafik dengan nilai N-SPT sebagai acuan utama dalam penentuan parameter tanah. Tabel 4-1 Parameter Tanah Tipe Tanah Kedalaman N-SPT γ (kn/m 3 ) Korelasi N-SPT ø (derajat) c (kn/m 2 ) Es (kn/m 2 ) Stiff Clay Stiff Clay with Free Water Stiff Clay with Free Water Sand

5 4.2.2 Beban Struktur Pondasi yang akan dibangun berfungsi untuk mendistribusikan beban struktur dan beban lain diatasnya ke tanah. Tabel 4-2 memperlihatkan beban-beban yang dialami oleh pondasi Pier-1. Tabel 4-2 Pembebanan Akibat Struktur Vlong Vtrans Pver Mlong Mtrans Mver COORD Y+ Z+ X+ MY+ MZ+ MX+ SLS SLS SLS SLS SLS SLS Sumber: Proyek Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya Dalam perhitungan daya dukung pondasi, data yang digunakan hanya data SLS 1 (beban layan) dan SLS 5 (beban gempa). Tabel 4-3 Beban Layan dan Beban Gempa Vlong Vtrans Pver Mtrans Mlong Mver Layan Gempa Pendistribusian Beban Aksial pada Tiap Tiang Beban aksial yang terjadi pada grup tiang akan didistribusikan secara merata. Distribusi beban pada grup akibat beban aksial dapat dilihat pada gambar di bawah ini: 4-5

6 Gambar 4-4 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang Gambar 4-5 Distribusi beban aksial Dengan baban aksial yang didistribusikan merata pada tiap tiang maka beban aksial yang diterima satu tiang adalah ( P / m) P V p = = n m n Keterangan, m = jumlah baris tiang grup, n = jumlah kolom tiang grup Distribusi Beban Layan V P = = = kn p m n Distribusi Beban Gempa V P = = = kn p m n

7 4.2.3 Desain Awal Pondasi Bored Pile dalam Grup Untuk desain awal, pier disusun berupa grup tiang dengan konfigurasi 4 x 5 buah, jarak masing-masing tiang adalah 2.25 meter, dan total tiang yang ditancapkan sebanyak 20 buah. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4-6. Gambar 4-6 Konfigurasi Grup Tiang Pier 1 (P-1) Pada kasus ini, spesifikasi untuk jenis pondasi yang digunakan adalah sebagai berikut: Tipe Pile Diameter Pile (D p ) : Bored Pile (Beton) : 0.90 m Luas Penampang (A p = πd 2 /4) : m 2 Keliling (P p = πd) : 2.83 m Momen Inersia (I xx = I yy = πr 4 /4) : m 4 Modulus Elastisitas (E c ) : 2.1 x 10 7 kn/m 2 4-7

8 4.2.4 Analisis Kapasitas Aksial Tiang Tunggal Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (Manual) Perhitungan Kapasitas Aksial Dalam analisis kapasitas aksial tiang, metoda yang digunakan adalah metoda API. Nilai kapasitas aksial yang didapat akan dibandingkan dengan beban terbesar yang terjadi pada tiang sesuai dengan analisis pembebanan yang telah dihitung pada sub-bab sebelumnya. Q u = Q s + Q p Keterangan, Q u Q s Q p = Daya dukung aksial ultimate = Daya dukung skin friction = Daya dukung end bearing Berikut adalah hasil perhitungan tahanan ujung dan tahanan friksi pondasi untuk setiap meter kedalaman: Tipe Pile Diameter Pile (D p ) : Bored Pile (Beton) : 0.90 m Luas Penampang (A p = πd 2 /4) : 0.64 m 2 Keliling (P p = πd) : 2.83 m Momen Inersia (I xx = I yy = πr 4 /4) : m 4 Modulus Elastisitas (E c ) : 2.1 x 10 7 kn/m 2 4-8

9 Tabel 4-4 Hasil Perhitungan Parameter Tanah (Manual) Depth Soil N-SPT Cu Skin Friction (kn) End Bearing Qult α (m) Layer (free fall) (kn/m2) Local Cum. (kn) (kn) Kapasitas Daya Dukung Ultimate pada kedalaman 20 meter: Q u = Q s + Q p = kn = kn = 8899 kn Dengan memperhitungkan faktor keamanan (SF) = 3, maka kapasitas daya dukung ijinnya menjadi: Q ijin Qu = SF = kedalaman 20 meter. Penurunan Tiang 8899 = 2966 kn untuk bored pile D = 0.90 meter dengan 3 Pada Principle of Fondation Engineering oleh Braja M. Das dituliskan bahwa penurunan tiang akibat beban yang bekerja akan dipengaruhi oleh tiga faktor yaitu; s = s 1 + s 2 + s 3 keterangan, s s 1 s 2 s 3 = total penurunan pada tiang = penurunan elastik tiang = penurunan tiang akibat dari beban pada ujung tiang = penurunan tiang akibat dari beban sepanjang selimut tiang 4-9

10 Data untuk perhitungan settlement tiang bor tunggal: D = 0.9 m ; A p = m 2 ; L = 20 m ; E p = Mpa Beban izin yang bekerja pada tiang bor tunggal adalah 2966 kn, dengan rincian sebagai berikut: Dari tahanan ujung, Q wp = 848 kn Dari tahanan friksi, Q ws = 2118 kn Distribusi unit tahanan friksi sepanjang tiang cenderung berbentuk segitiga, sehingga nilai ξ = 0.67 (Vesic, 1977) Maka penurunan elastik tiangnya adalah, s ( Qwp + ξqws ) L ( ) ( ) = = = Ap E p m = 3.4 mm Analisis penurunan tiang akibat beban pada ujung tiang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini (metoda Vesic), s Q. C = wp p 2 = = D. q p dengan, m = 33.4 mm q p = tahanan ujung ultimate tiang = 2544 kn C p = koefisien empirik tanah (dapat dilihat pada Tabel 2.6) = 0.09 Analisis penurunan tiang akibat beban pada sepanjang selimut tiang dihitung dengan persamaan berikut, s 3 = Q ws. C L. q p s dengan C s = L D C p = = Maka perhitungan penurunan tiangnya adalah, 4-10

11 s Q. C = ws s 3 = = L. q p m = 6.3 mm Dari hasil perhitungan di atas, akan diambil nilai penurunan dari masing-masing kategori. Sehingga hasil perhitungan dapat dirangkum sebagai berikut: s = s 1 + s 2 + s 3 = = 43.1 mm Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (SHAFT) Hasil yang diperoleh dari program SHAFT 4.0 untuk kapasitas aksial yang diijinkan dari tiang bor tunggal disajikan dalam tabel berikut: Tabel 4-5 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Program) Kedalaman Total Skin Friction End Bearing Ultimate Capacity (m) (kn) (kn) (kn) Qu 7165 Kapasitas Daya Dukung Ijin : Qijin = = = 2388 kn SF 3 Analisa Data Keluaran SHAFT Gambar 4-7 Grafik Kapasitas Aksial Ultimate terhadap Kedalaman Dengan melakukan analisa pada grafik di atas, dapat terlihat bahwa kapasitas pondasi dipengaruhi dari daya dukung ujung dan daya dukung friksi tiang 4-11

12 tersebut. Perbedaan kemiringan pada grafik dikarenakan adanya beberapa lapisan yang memiliki perilaku yang berbeda-beda. Dan pada kondisi ini dapat terlihat bahwa tahanan friksi pondasi memberikan kontribusi yang lebih besar dalam mendukung beban yang diberikan struktur diatasnya. Gambar 4-8 Grafik Beban Axial terhadap Penurunan Tanah Tabel 4-6 Hasil Analisis Aksial Tiang Tunggal Kondisi Q beban Q ijin Hasil (kn) (kn) ( Q beban < Q izin ) Layan OK Gempa OK Analisis Kapasitas Lateral Tiang Tunggal Perhitungan Lateral Tiang Tunggal (LPILE) Hasil yang diperoleh dari program LPILE 4.0 untuk kapasitas lateral yang diijinkan dari tiang bor tunggal disajikan dalam tabel dan grafik: Tabel 4-7 Kapasitas Daya Dukung Lateral (Program) Kedalaman Kapasitas Lateral Momen Maksimum Pergeseran Maksimum (m) (kn) (kn.m) (mm)

13 Analisa Data Keluaran LPILE Dari hasil diatas dapat terlihat bahwa pergeseran maksimum yang diiziinkan terjadi adalah 6.0 mm. Dengan membatasi pergeseran maksimum ini, maka kapasitas lateral dan momen maksimum yang dapat diterima dapat diperhitungkan. Gambar 4-9 Grafik Defleksi Lateral terhadap Kedalaman Gambar 4-10 Grafik Momen terhadap Kedalaman 4-13

14 Gambar 4-11 Grafik Kapasitas Lateral terhadap Kedalaman Gambar 4-12 Grafik Defleksi terhadap Lateral Dengan menganalisis grafik-grafik di atas, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan. Gambar 4-9 menunjukkan bahwa pergeseran maksimum yang terjadi bervariasi bergantung pada beban yang akan bekerja. Namun secara keseluruhan, pondasi sudah tidak mengalami pergeseran yang berarti pada kedalaman sekitar 15 meter. Gambar 4-10 menunjukkan bahwa tidak diizinkan momen terjadi pada bagian atas pondasi. Akibatnya pada kedalaman antara 1 hingga 3 meter, momen maksimum 4-14

15 terjadi pada pile dan kembali tidak mengalami momen pada kedalaman 13 meter dari permukaan tanah. Gambar 4-11 memberikan penjelasan bahwa kapasitas lateral yang dapat dipikul pondasi terletak pada kedalaman 0 meter dari permukaan tanah, dan berangsurangsur menurun hingga pada akhirnya gaya lateral mencapai nilai minimum dimulai pada kedalaman 15 meter Analisis Kapasitas Tiang Grup Dalam menentukan kapasitas aksial grup tiang, diperlukan sebuah analisis dari jarak antar tiang dalam grup tersebut. Saat tiang-tiang pada grup tiang ditempatkan terlalu dekat antara satu dengan yang lainnya, maka yang terjadi ialah berkurangny a kapasitas aksial dari tiang-tiang tunggal tesebut. Oleh karena itu, telah ditetapkan bahwa spasi minimum antara tiang, yakni sebesar 2.5D. Untuk mengetahui kapasitas aksial grup tiang maka terlebih dahulu akan dihitung efisiensi dari grup tiang tersebut (efisiensi dihitung berdasarkan metode converse-labarre) untuk semua jenis tanah: Dimana; n 1 = jumlah tiang pada baris 1 n 2 = jumlah tiang pada baris 2 ( n 1) n + ( n 1) n1 η = 1 θ 90 n1 n2 θ = tan -1 (diameter tiang/spasi tiang) Jadi, efisiensi grup tiangnya ialah: kapasitas aksial grup tiang ialah, ( 5 1) 4 + ( 4 ) 1 5 η = = x x η = 62.4 % 4-15

16 Q = n xη x ug Q u Q ug = ( 4 x 5) x0.624 x Qug = kn Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Grup (Manual) Untuk menghitung daya dukung grup tiang ada dua faktor utama yang harus diketahui lebih dahulu, yaitu daya dukung pondasi untuk setiap tiangnya dan konfigurasi dari grup tiang itu sendiri. Dengan menggunakan kekuatan daya dukung tiang pada perhitungan sebelumnya dan konfigurasi 4 x 5 buah tiang, maka dapat dihitung kekuatan grup tiang tersebut. Konfigurasi bored pile dalam bentuk group diperlihatkan pada gambar 4-13, dengan jumlah total 20 tiang. Masing-masing tiang dalam group tersebut, dengan kedalaman tiang 20 meter, akan menerima beban sebesar: P = n Q w tiang = = 1111kN < Q ijin = 2730 kn 20 Gambar 4-13 Konfigurasi Group Tiang Bor 4-16

17 Jumlah tiang bor = n 1 x n 2 = 5 x 4, dengan spacing, d = 2.25 m Dimensi grup tiang sebagai sebuah blok, L g x B g x L: L g = (n 1 1)d + 2(D/2) = (5-1) (0.9/2) = 9.9 m B g = (n 2 1)d + 2(D/2) = (4-1) (0.9/2) = 7.65 m L = 20 m Perhitungan efisiensi tiang menggunakan persamaan Converse-Laberre: ( n η = 1 1 1) n2 + ( n 90n n (5 1)4 + (4 1)5 η = 1 tan ) n 1 1 tan 1 D d 0.9 = = 62.45% 2.25 Sehingga kapasitas daya dukung ultimate dari grup tiang tersebut adalah: Qg ( u) = η Qu = ( ) = kn Dan kapasitas daya dukung ijin grup tiang bor (SF = 3): Qg( u) Qg ( ijin) = = = kn > Q w = kn SF 3 Elastic Settlement Untuk Tiang Grup D = 0.9 m ; d = 2.25 m Lebar potongan grup tiang: B g = (n 2 1)d + 2(D/2) = (4-1) (0.9/2) = 7.65 m Penurunan grup tiang bor yang terjadi: s B D. s g g ( e) = = = m = mm 4-17

18 Analisis Menggunakan Program Group 5.0 Analisa Data Keluaran GROUP 5.0 Berikut adalah desain dari pondasi group pile: Gambar 4-14 Desain Grup Tiang Dengan melakukan perhitungan pada program, maka hasil perhitungan dapat terlihat pada grafik di bawah ini. Kombinasi Beban Layan Gambar 4-15 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan 4-18

19 Gambar 4-16 Momen pada Tiang akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-17 Gaya Lateral pada Tiang akibat Kombinasi Beban Layan 4-19

20 Gambar 4-18 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Layan Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-19 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa 4-20

21 Gambar 4-20 Momen pada Tiang akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-21 Gaya Lateral pada Tiang akibat Kombinasi Beban Gempa 4-21

22 Gambar 4-22 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Gempa Analisis Menggunakan Plaxis 3D Tunnel Berikut ini adalah hasil dari keluaran dari progra PLAXIS yang menunjukkan reaksi tanah dan tiang akibat beban servis yang diberikan. Hasil berupa penurunan, defleksi, gaya-gaya dalam tiang disajikan dalam gambar-gambar di bawah ini: BEBAN LAYAN Gambar 4-23 Extreme Total Displacement Tanah Beban Layan 4-22

23 Gambar 4-24 Total Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-25 Horizontal Displacement Tanah Beban Layan 4-23

24 Gambar 4-26 Vertical Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-27 Axial Forces Tanah Beban Layan 4-24

25 Gambar 4-28 Shear Forces Tanah Beban Layan Gambar 4-29 Bending Moments Tanah Beban Layan 4-25

26 BEBAN GEMPA Gambar 4-30 Extreme Total Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-31 Total Displacement Tanah Beban Gempa 4-26

27 Gambar 4-32 Horizontal Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-33 Vertical Displacement Tanah Beban Gempa 4-27

28 Gambar 4-34 Axial Forces Tanah Beban Gempa Gambar 4-35 Shear Forces Tanah Beban Gempa 4-28

29 Gambar 4-36 Bending Moments Tanah Beban Gempa Rekapitulasi Hasil Analisis Group dan Plaxis untuk Pier Telah dibahas pada bahasan sebelumnya bahwa Group dan Plaxis memiliki metode perhitungan yang berbeda satu sama lain. Berikut adalah hasil analisa yang dikeluarkan oleh Program GROUP 5.0 dan PLAXIS 3D Tunnel : Gambar 4-37 Konfigurasi Grup Tiang Pier 1 (P-1) 4-29

30 Tabel 4-8 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Layan) GROUP PLAXIS Tiang Axial Shear Moment Defleksi Settlement Axial Shear Moment Defleksi Settlement (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) Σ Tabel 4-9 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Gempa) GROUP PLAXIS Tiang Axial Shear Moment Defleksi Settlement Axial Shear Moment Defleksi Settlement (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) Σ

31 4.3 Analisis Stabilitas Pondasi Bored Pile pada Abutment Data Lapangan Lokasi Tinjauan Analisis perhitungan pada bab ini mengambil titik lokasi dimana Abutment-1 (ABT-1) ditempatkan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut: Lokasi Abutment 1 Gambar 4-38 Lokasi penempatan Abutment 1 (ABT-1) Sumber: Proyek Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya Kondisi dan Parameter Tanah Dalam menentukan parameter tanah dapat digunakan beberapa referensi dalam bentuk tabel, grafik, maupun persamaan korelasi yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Berikut adalah kondisi tanah dari hasil pengujian di lapangan. Gambar 4-39 Hasil Pengujian terhadap Abutment 1 (ABT-1) Sumber: Proyek Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya 4-31

32 Dengan melakukan korelasi dari nilai N-SPT yang didapat, maka akan diperoleh nilai-nilai parameter tanah. Tabel 4-10 Parameter Tanah γ Tipe Tanah Kedalaman N-SPT (kn/m 3 ) Korelasi N-SPT ø c (derajat) (kn/m 2 ) Clay Clay with Free Water Completely Weathered Breccia Sumber: Proyek Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya Beban Struktur Adapun hasil perhitungan pembebanan akibat struktur atas yang terjadi pada pondasi ABT-1: Tabel 4-11 Pembebanan akibat Struktur Vlong Vtrans Pver Mtrans Mlong Mver SLS SLS Pendistribusian Beban Aksial pada Tiap Tiang Beban aksial yang terjadi pada grup tiang akan didistribusikan secara merata. Distribusi beban pada grup akibat beban aksial dapat dilihat pada gambar di bawah ini: Gambar 4-40 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang 4-32

33 Gambar 4-41 Distribusi beban aksial Dengan baban aksial yang didistribusikan merata pada tiap tiang maka beban aksial yang diterima satu tiang adalah ( P / m) P V p = = n m n Keterangan, m = jumlah baris tiang grup, n = jumlah kolom tiang grup Distribusi Beban Layan V P = = = kn p m n Distribusi Beban Gempa V P = = = kn p m n Desain Awal Pondasi Bored Pile dalam Grup Untuk desain awal, pier disusun berupa grup tiang dengan konfigurasi 2 x 3 buah, dengan spacing, d = 2.25 m untuk arah memendek dan d = 3.6 m untuk arah memanjang, dan total tiang yang ditancapkan sebanyak 6 buah. 4-33

34 Gambar 4-42 Konfigurasi Grup Tiang Abutment 1 (ABT-1) Pada kasus ini, spesifikasi untuk jenis pondasi yang digunakan adalah sebagai berikut: Tipe Pile Diameter Pile (D p ) : Bored Pile (Beton) : 0.90 m Luas Penampang (A p = πd 2 /4) : 0.64 m 2 Keliling (P p = πd) : 2.83 m Momen Inersia (I xx = I yy = πr 4 /4) : m 4 Modulus Elastisitas (E c ) : 2.1 x 10 7 kn/m Analisis Kapasitas Aksial Tiang Tunggal Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (Manual) Perhitungan Kapasitas Aksial Dalam analisis kapasitas aksial tiang, metoda yang digunakan adalah metoda API. Nilai kapasitas aksial yang didapat akan dibandingkan dengan beban terbesar yang terjadi pada tiang sesuai dengan analisis pembebanan yang telah dihitung pada sub-bab sebelumnya. 4-34

35 Q u = Q s + Q p Keterangan, Q u Q s Q p = Daya dukung aksial ultimate = Daya dukung skin friction = Daya dukung end bearing Berikut adalah hasil perhitungan tahanan ujung dan tahanan friksi pondasi untuk setiap meter kedalaman: Tipe Pile Diameter Pile (D p ) : Bored Pile (Beton) : 0.90 m Luas Penampang (A p = πd 2 /4) : 0.64 m 2 Keliling (P p = πd) : 2.83 m Momen Inersia (I xx = I yy = πr 4 /4) : m 4 Modulus Elastisitas (E c ) : 2.1 x 10 7 kn/m 2 Tabel 4-12 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Manual) Depth Soil N-SPT Cu Skin Friction (kn) End Bearing Qult Qall (kn) α (m) Layer (free fall) (kn/m2) Local Cum. (kn) (kn) SF =

36 Bila besar Q all dibandingkan dengan hasil analisis pembebanan aksial pada tiang yang telah dilakukan dalam subbab sebelumnya, maka beban aksial terbesar yang akan diterima oleh tiang = = 1414 kn < Q all = 2665 kn 6 Penurunan Tiang Pada Principle of Fondation Engineering oleh Braja M. Das dituliskan bahwa penurunan tiang akibat beban yang bekerja akan dipengaruhi oleh tiga faktor yaitu; s = s 1 + s 2 + s 3 keterangan, s = total penurunan pada tiang s 1 s 2 s 3 = penurunan elastik tiang = penurunan tiang akibat dari beban pada ujung tiang = penurunan tiang akibat dari beban sepanjang selimut tiang Data untuk perhitungan settlement tiang bor tunggal: D = 0.9 m ; A p = m 2 ; L = 20 m ; E p = Mpa Beban izin yang bekerja pada tiang bor tunggal adalah 2665 kn, dengan rincian sebagai berikut: Dari tahanan ujung, Q wp = 687 kn Dari tahanan friksi, Q ws = 1978 kn Distribusi unit tahanan friksi sepanjang tiang cenderung berbentuk segitiga, sehingga nilai ξ = 0.67 (Vesic, 1977) Maka penurunan elastik tiangnya adalah, s ( Qwp + ξqws ) L ( ) ( ) = = = Ap E p m = 3 mm Analisis penurunan tiang akibat beban pada ujung tiang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini (metoda Vesic), s Q. C = wp p 2 = = D. q p m = 11.1 mm 4-36

37 dengan, q p = tahanan ujung ultimate tiang = 2061 kn C p = koefisien empirik tanah (dapat dilihat pada Tabel 2.6) = 0.03 Analisis penurunan tiang akibat beban pada sepanjang selimut tiang dihitung dengan persamaan berikut, s 3 = Q ws. C L. q p s dengan C s = L D C p = = Maka perhitungan penurunan tiangnya adalah, s Q. C = ws s 3 = = L. q p m = 2.5 mm Dari hasil perhitungan di atas, akan diambil nilai penurunan dari masing-masing kategori. Sehingga hasil perhitungan dapat dirangkum sebagai berikut: s = s 1 + s 2 + s 3 = = 16.6 mm Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (SHAFT) Hasil yang diperoleh dari program SHAFT 4.0 untuk kapasitas aksial yang diijinkan dari tiang bor tunggal disajikan dalam tabel berikut: Tabel 4-13 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Program) Kedalaman Total Skin Friction End Bearing Ultimate Capacity (m) (kn) (kn) (kn) Qu 7806 Kapasitas Daya Dukung Ijin : Qijin = = = 2602 kn SF

38 Analisa Data Keluaran SHAFT Gambar 4-43 Grafik Kapasitas Aksial Ultimate terhadap Kedalaman Dengan mengamati Gambar 4-43, dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa pada pondasi dalam ini tahanan ujung dan tahanan friksi memberikan peran dalam meningkatkan daya dukung pondasi bored pile tersebut. Untuk total gaya aksial terhadap tingkat settlement, dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar 4-44 Grafik Beban Axial terhadap Penurunan Tanah 4-38

39 Tabel 4-14 Hasil Analisis Aksial Tiang Tunggal Kondisi Q beban Q ijin Hasil (kn) (kn) ( Q beban < Q izin ) Layan OK Gempa OK Analisis Kapasitas Lateral Tiang Tunggal Perhitungan Lateral Tiang Tunggal (LPILE) Hasil yang diperoleh dari program LPILE 4.0 untuk kapasitas lateral yang diijinkan dari tiang bor tunggal disajikan dalam tabel dan grafik: Tabel 4-15 Kapasitas Daya Dukung Lateral (Program) Kedalaman Kapasitas Lateral Momen Maksimum Pergeseran Maksimum (m) (kn) (kn.m) (mm) Gambar 4-45 Grafik Defleksi Lateral terhadap Kedalaman 4-39

40 Gambar 4-46 Grafik Momen terhadap Kedalaman Gambar 4-47 Grafik Gaya Lateral terhadap Kedalaman 4-40

41 Gambar 4-48 Grafik Defleksi terhadap Lateral Analisis Kapasitas Tiang Grup Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Grup (Manual) Untuk menghitung daya dukung grup tiang ada dua faktor utama yang harus diketahui lebih dahulu, yaitu daya dukung pondasi untuk setiap tiangnya dan konfigurasi dari grup tiang itu sendiri. Dengan menggunakan kekuatan daya dukung tiang pada perhitungan sebelumnya dan konfigurasi 2 x 3 buah tiang, maka dapat dihitung kekuatan grup tiang tersebut. Konfigurasi bored pile dalam bentuk group diperlihatkan pada gambar berikut ini, dengan jumlah total 6 tiang. Masing-masing tiang dalam group tersebut, dengan kedalaman tiang 20 meter, akan menerima beban sebesar: Qw P = = = 1414 kn < Q ijin = 2665 kn ntiang

42 Gambar 4-49 Konfigurasi Tiang Grup Bored Pile Abutment-1 Jumlah tiang bor dalam grup = n 1 x n 2 = 3 x 2, dengan spacing, d = 2.25 m untuk arah memendek dan d = 3.6 m untuk arah memanjang Dimensi grup tiang sebagai sebuah blok, L g x B g x L: L g = (n 1 1)d + 2(D/2) = (3-1) (0.9/2) = 8.1 m B g = (n 2 1)d + 2(D/2) = (2-1) (0.9/2) = 3.15 m L = 20 m Perhitungan efisiensi tiang menggunakan persamaan Converse-Laberre: ( n η = 1 1 1) n2 + ( n 90n n ) n (3 1)2 + (2 1)3 η = 1 tan tan 1 1 D d 0.9 = = 71.74% 2.25 Sehingga kapasitas daya dukung ultimate dari grup tiang tersebut adalah: Qg ( u) = η Qu = ( ) = kn Dan kapasitas daya dukung ijin grup tiang bor (SF = 3) Q Q = SF = 3 g( u) g ( ijin) = Elastic Settlement Untuk Tiang Grup D = 0.9 m ; d = 2.25 m kn > Q w = kn 4-42

43 Lebar potongan grup tiang: B g = (n 2 1)d + 2(D/2) = (2-1) (0.9/2) = 3.15 m Penurunan grup tiang bor yang terjadi: s B D. s g g ( e) = = = m = 14.5 mm Analisis Menggunakan Program Group 5.0 Permodelan Berikut ini adalah permodelan pondasi pada Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya dengan cara memasukkan koordinat tiap-tiap tiang pada analisis mode 3 dimensi. Gambar-gambar berikutnya akan memperlihatkan tampak atas, tampak samping dan tampilan dalam bentuk 3 dimensi. Gambar 4-50 Tampak Atas Permodelan Grup Tiang - Group

44 Gambar 4-51 Tampak Samping Permodelan Grup Tiang - Group 5.0 Gambar 4-52 Tampilan 3D Permodelan Grup Tiang - Group

45 Hasil Analisis Grup Kombinasi Beban Layan Gambar 4-53 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-54 Momen pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan 4-45

46 Gambar 4-55 Shear pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-56 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Layan 4-46

47 Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-57 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-58 Momen pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa 4-47

48 Gambar 4-59 Shear pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-60 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Gempa 4-48

49 Analisis Menggunakan Plaxis 3D Tunnel Hasil berupa penurunan, defleksi, gaya-gaya dalam tiang disajikan dalam gambargambar di bawah ini: Beban Layan Gambar 4-61 Extreme Total Displacement Tanah Beban Layan 4-49

50 Gambar 4-62 Total Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-63 Horizontal Displacement Tanah Beban Layan 4-50

51 Gambar 4-64 Vertical Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-65 Axial Forces Tanah Beban Layan 4-51

52 Gambar 4-66 Shear Forces Tanah Beban Layan Gambar 4-67 Bending Moments Tanah Beban Layan Beban Gempa 4-52

53 Gambar 4-68 Extreme Total Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-69 Total Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-70 Horizontal Displacement Tanah Beban Gempa 4-53

54 Gambar 4-71 Vertical Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-72 Axial Forces Tanah Beban Gempa 4-54

55 Gambar 4-73 Shear Forces Tanah Beban Gempa Gambar 4-74 Bending Moments Tanah Beban Gempa 4-55

56 4.3.7 Rekapitulasi Hasil Analisis Group dan Plaxis untuk Abutment Telah dibahas pada bahasan sebelumnya bahwa Group dan Plaxis memiliki metode perhitungan yang berbeda satu sama lain. Berikut adalah hasil analisa yang dikeluarkan oleh Program GROUP 5.0 dan PLAXIS 3D Tunnel : Gambar 4-75 Bending Moments Tanah Beban Layan Tabel 4-16 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Layan) Tiang GROUP PLAXIS Axial Shear Moment Defleksi Settlement Axial Shear Moment Defleksi Settlement (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) Σ Tabel 4-17 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Gempa) Tiang GROUP PLAXIS Axial Shear Moment Defleksi Settlement Axial Shear Moment Defleksi Settlement (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) Σ

57 4.4 Analisis Hasil GROUP dan PLAXIS untuk Pier dan Abutment Dari perhitungan-perhitungan di atas, hasil yang perlu dibandingkan adalah nilai kapasitas aksial, lateral, momen, defleksi, dan penurunan tiang dengan nilai reaksi masing-masing tiang yang didapat dari program GROUP dan PLAXIS. Analisis Kapasitas Aksial Untuk kapasitas aksial masing-masing tiang, hasil rangkumannya dapat dilihat pada tabel berikut ini: Tabel 4-18 Rangkuman Hasil Perhitungan Kapasitas Aksial KAPASITAS IZIN PONDASI TUNGGAL REAKSI ULTIMATE SHAFT GROUP PLAXIS AKSIAL PIER (kn) ABT Dari tabel di atas terlihat bahwa nilai kapasitas aksial masing-masing tiang lebih besar dibandingkan dengan nilai reaksi yang dihitung dengan bantuan program GROUP dan PLAXIS. Artinya, setiap tiang dalam konfigurasi kelompok tiang pada PIER (4x5) dan ABUTMENT (2x3) masih mampu memikul beban aksial yang terjadi. Apabila melihat hasil reaksi yang dikeluarkan dari program GROUP dan PLAXIS, maka akan terlihat perbedaan nilai yan cukup signifikan. Perbedaan pada pondasi di PIER dapat dilihat pada Tabel 4-8 dan Tabel 4-9, sedangkan pada pondasi di ABUTMENT dapat dilihat pada Tabel 4-16 dan Tabel Perbedaan ini dapat terjadi akibat perbedaan pendekatan dari kedua software. Pada GROUP, pile cap diasumsikan memiliki kekakuan sempurna sehingga beban yang diterima pada pile cap disebarkan secara merata ke seluruh tiang. Pada kasus ini, perbedaan pendistribusian dikarenakan adanya beban momen dari struktur yang bekerja. Sedangkan di sisi lain, PLAXIS memperhitungan kekakuan pile cap berdasarkan nilai masukan yang digunakan. 4-57

58 Analisis Kapasitas Lateral dan Momen Untuk kapasitas lateral dan momen masing-masing tiang, hasil rangkumannya dapat dilihat pada tabel berikut ini: Tabel 4-19 Rangkuman Hasil Perhitungan Kapasitas Leteral dan Momen KAPASITAS PONDASI TUNGGAL REAKSI ULTIMATE LPILE GROUP PLAXIS LATERAL PIER (kn) ABT MOMEN PIER (knm) ABT Kapasitas lateral dan momen didapatkan dengan memberi batasan pada defleksi tiang maksimum sebesar 6 mm. Dari Tabel 4-19 terlihat bahwa nilai kapasitas lateral dan momen masing-masing tiang lebih besar dibandingkan dengan nilai reaksi yang dihitung dengan bantuan program GROUP dan PLAXIS. Artinya konfigurasi grup pile pada PIER (4x5) dan ABUTMENT (2x3) mampu memikul beban lateral dan momen yang terjadi. Output dari program GROUP dan PLAXIS pun memiliki perbedaan. Pada PIER, nilai lateral yang dihasilkan oleh GROUP lebih kecil. Hal ini disebabkan karena permodelan tanah pada GROUP dianggap rata dan input beban lateral tidak memperhitungkan adanya tekanan aktif tanah. Sedangkan pada PLAXIS, permodelan tanah dibuat sesuai dengan kontur sebenernya dimana terdapat kemiringan tanah sehingga timbul tambahan beban lateral akibat tekanan aktif tanah. Untuk ABUTMENT, nilai yang dikeluarkan oleh GROUP memberikan hasil yang lebih besar dibandingkan yang dikeluarkan oleh PLAXIS. Dalam memasukkan beban di GROUP, nilai beban lateral telah didapat dari hasil perhitungan manual dimana telah dimasukkan kontribusi dari tekanan aktif tanah. Sedangkan pada PLAXIS, nilai beban lateral ditentukan dari permodelan tanah sehingga nilai tekanan tanah yang terjadi menjadi sesuatu nilai yang relatif. Sama halnya dengan momen, dalam perhitungan ini momen diakibatkan oleh adanya beban lateral dan beban aksial yang sama-sama bekerja. Pada PIER, 4-58

59 momen yang terjadi pada PLAXIS jauh lebih besar dikarenakan ada kontribusi dari tekanan lateral tanah. Sedangkan pada ABUTMENT, momen yang terjadi relatif dapat diredam karena adanya perhitungan pada perilaku tanah. Analisis Defleksi dan Settlement Untuk kapasitas lateral dan momen masing-masing tiang, hasil rangkumannya dapat dilihat pada tabel berikut ini: Tabel 4-20 Rangkuman Hasil Perhitungan Defleksi dan Settlement PONDASI REAKSI TUNGGAL REAKSI ULTIMATE DALAM GRUP SHAFT & LPILE GROUP PLAXIS DEFLEKSI PIER (mm) ABT SETTLEMENT PIER (mm) ABT Nilai defleksi dikeluarkan oleh GROUP dan PLAXIS memiliki perbedaan yang cukup berarti. Nilai defleksi pada PLAXIS memberikan hasil yang lebih besar dibandingkan dengan GROUP. Hal ini disebabkan karena PLAXIS melakukan pendekatan melalui perilaku tanah sedangkan GROUP hanya memperhitungkan faktor dari gaya-gaya yang terjadi dan kemampuan daya dukung tanah. Kasus paling ekstrim terlihat pada pondasi di PIER. Hal ini disebabkan karena permodelan tanah pada GROUP dianggap rata dan input beban lateral tidak memperhitungkan adanya beban lateral tanah. Sedangkan pada PLAXIS, permodelan tanah dibuat sesuai dengan kontur sebenernya dimana terdapat kemiringan tanah sehingga timbul tambahan beban lateral tanah. Begitu pula dengan settlement, nilai settlement yang dikeluarkan oleh GROUP dan PLAXIS memiliki perbedaan yang cukup berarti dimana hal tersebut disebabkan PLAXIS memperhitungkan perilaku tanah dengan lebih detil sedangkan GROUP memperhitungkan faktor dari gaya-gaya yang terjadi dan kemampuan daya dukung tanah. 4-59

60 Analisis Stabilitas Lereng Kemiringan tanah yang berada pada lokasi abutment perlu diketahui tingkat keamanan untuk kestabilan lereng agar terjaga kestabilannya. Dengan menggunakan alat bantu program PLAXIS 3D Tunnel, diketahui bahwa tingkat keamanan (SF) mencapai 3.26 untuk beban layan dan 3.24 untuk beban gempa pada area dimana abument dibangun. Nilai tersebut dapat dipengaruhi oleh kondisi tanah, seperti nilai shear strength yang dimiliki tanah ternyata relatif besar ( kn/m2), dan jenis tanah yang terkandung pada wilayah tersebut. Hal lain yang mempengaruhi safety factor pada kemiringan lereng adalah adanya struktur pondasi yang ikut berkontribusi menahan pergerakan tanah sehingga nilai SF menjadi lebih besar dan dinyatakan aman. 4-60