STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA

Transkripsi

1 STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL OLEH MEDI TRIYANTONO FAHRI JULIARTANTO PEMBIMBING ENDRA SUSILA, ST., Ph.D PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009

2 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TUGAS AKHIR STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA Oleh Medi Triyantono Fahri Juliartanto DIPERIKSA DAN DISETUJUI oleh PEMBIMBING ENDRA SUSILA, ST., Ph.D NIP MENGETAHUI KELOMPOK KEPAKARAN GEOTEKNIK KOORDINATOR TUGAS AKHIR PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KETUA ENDRA SUSILA, ST., Ph.D NIP DR. IR. HERLIEN D. SETIO NIP

3 ABSTRAK STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA Medi Triyantono ( ) dan Fahri Juliartanto ( ) Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung 2009 Tugas akhir ini menyajikan studi stabilitas pondasi tiang grup berjenis bored pile yang merupakan kasus pada pembangunan Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya. Perhitungan stabilitas pondasi meliputi analisa secara manual dan analisa menggunakan Program GROUP dan PLAXIS. Untuk menganalisa daya dukung tiang tunggal dan perilaku yang terjadi, digunakan program SHAFT dan LPILE. Selain itu juga dilakukan perhitungan manual sebagai perbandingan dengan hasil yang dikeluarkan oleh program. Analisis dilakukan pada jembatan bagian pier dan abutment yang terletak pada lapisan tanah lempung dan pasir dengan kedalaman total hingga 25 meter. Parameter tanah perhitungan ditentukan dengan melakukan korelasi dengan data N-SPT dan penyelidikan di lapangan. Nilai daya dukung izin diperoleh dengan menetapkan minimum safety factor (SF) sebesar 3. Studi yang dilakukan meliputi perbandingan perhitungan manual, program GROUP dan program PLAXIS, dimana nilai gaya aksial, gaya lateral, momen, defleksi dan settlement yang dihasilkan menjadi fokus utamanya. Kata kunci : daya dukung, pondasi dalam, bored pile, tiang grup, manual, software, elemen hingga, beda hingga, ensoft, group, plaxis i

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan YME, karena atas rahmat dan karunia-nya kami telah menyelesaikan Tugas Akhir ini yang disusun sebagai syarat kelulusan tahap sarjana di Program Studi Teknik Sipil. Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, banyak pihak yang telah memberikan bantuan kepada kami hingga akhirnya dapat terselesaikan. Untuk itu, kami ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Endra Susila, ST. Ph.D., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan ilmu dan waktunya selama masa pengerjaan Tugas Akhir ini. 2. Dr. Ir. Masyhur Irsyam, MSE dan Hasbullah Nawir, ST., Ph.D., selaku dosen penguji seminar dan sidang Tugas Akhir. 3. Dosen-dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil 4. Penghuni Rumah C dan Laboratorium Mekanika Tanah, yang sudah memberikan banyak masukan dan dorongan untuk kami. 5. Orang tua kami, yang menjadi motivasi utama kami dan memberikan dorongan yang tak ternilai. 6. Azisa Noor, yang menjadi salah satu alasan bagi salah satu penulis untuk terus maju dan berusaha selama pengerjaan Tugas Akhir ini.. 7. Adityo Pratomo, ST. dan Dyah Shinta, yang meminjamkan laptopnya untuk pengerjaan Tugas Akhir ini. 8. Teman-teman yang telah memberikan masukan dan dorongan semangat dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil yang telah banyak membantu demi kelancaran proses Tugas Akhir kami. 10. Pihak-pihak lain yang tak dapat kami sebutkan satu per satu. ii

5 Akhir kata, kami menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, baik dari sisi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak demi perbaikan dan pengembangan Tugas Akhir ini. Dan kami berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi banyak pihak. Terima kasih. Bandung, Maret 2009 Penulis iii

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN Umum Latar Belakang Tujuan Ruang Lingkup Metodologi Sistematika Penulisan Laporan Tugas Akhir BAB II DASAR TEORI Umum Penentuan Parameter Tanah Pondasi Bored Pile Jenis-Jenis Bored Pile Instalasi Pondasi Bored Pile Kapasitas Daya Dukung Pondasi Bored Pile Untuk Beban Aksial Kapasitas Tahanan Ujung (Q p ) Kapasitas Tahanan Friksi (Q s ) Negative Skin Friction Kapasitas Ijin Tiang Kapasitas Daya Dukung Pondasi Bored Pile Untuk Beban Lateral Hipotesis Winkler Beban Lateral Tiang Pada Tanah Pasir Beban Lateral Tiang Pada Tanah Lempung Hubungan Pembebanan Lateral dan Deformasi Tanah Grup Tiang Jarak antar Tiang Dalam Grup Tiang Efisiensi Grup Tiang Kapasitas Daya Dukung Grup Tiang Settlement Immediate Settlement Pada Pondasi Tiang Consolidation Settlement pada Pondasi Tiang iv

7 BAB III METODOLOGI Umum Diagram Alir Analisis Menggunakan Program SHAFT Analisis Menggunakan Program LPILE Analisis Menggunakan Program GROUP Analisis Menggunakan Program PLAXIS 3D Tunnel Parameter umum (γ unsat dan γ sat ) Parameter Permeabilitas (k) Parameter Kekakuan (E dan v) Modulus Elastisitas (E) Poisson Ratio (v) Parameter Kekuatan (c, φ, dan ψ) Kohesi (c) Sudut Geser (φ) Sudut dilatansi (ψ) BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISIS Umum Analisis Stabilitas Pondasi Bored Pile pada Pier Data Lapangan Lokasi Tinjauan Kondisi dan Parameter Tanah Beban Struktur Pendistribusian Beban Aksial pada Tiap Tiang Desain Awal Pondasi Bored Pile dalam Grup Analisis Kapasitas Aksial Tiang Tunggal Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (Manual) Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (SHAFT) Analisis Kapasitas Lateral Tiang Tunggal Perhitungan Lateral Tiang Tunggal (LPILE) Analisis Kapasitas Tiang Grup Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Grup (Manual) Analisis Menggunakan Program Group Analisis Menggunakan Plaxis 3D Tunnel Rekapitulasi Hasil Analisis Group dan Plaxis untuk Pier Analisis Stabilitas Pondasi Bored Pile pada Abutment Data Lapangan Lokasi Tinjauan Kondisi dan Parameter Tanah Beban Struktur Pendistribusian Beban Aksial pada Tiap Tiang Desain Awal Pondasi Bored Pile dalam Grup Analisis Kapasitas Aksial Tiang Tunggal Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (Manual) Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (SHAFT) v

8 4.3.5 Analisis Kapasitas Lateral Tiang Tunggal Perhitungan Lateral Tiang Tunggal (LPILE) Analisis Kapasitas Tiang Grup Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Grup (Manual) Analisis Menggunakan Program Group Analisis Menggunakan Plaxis 3D Tunnel Rekapitulasi Hasil Analisis Group dan Plaxis untuk Abutment Analisis Hasil GROUP dan PLAXIS untuk Pier dan Abutment BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... x vi

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1 Diagram Alur Pengerjaan Tugas Akhir Gambar 2-1 Korelasi antara Cu dan nilai N-SPT pada Lempung Gambar 2-2 Ilustrasi Jenis-jenis Pondasi Bored Pile Gambar 2-3 Daya Dukung pada Pondasi Dalam Gambar 2-4 Grafik Faktor Adhesi terhadap Shear Strength Gambar 2-5 Negative Skin Friction Gambar 2-6 Beam pada fondasi elastis menurut Winkler (1867) Gambar 2-7 Permodelan Spring pada idealisasi Winkler (1867) Gambar 2-8 Defleksi tiang dengan beban lateral menurut Winkler (1867) Gambar 2-9 Konfigurasi Umum Tiang Grup Gambar 3-1 Diagram Alir Gambar 3-2 Tampilan Input Properti Tiang SHAFT Gambar 3-3 Tampilan Input Lapisan Tanah SHAFT Gambar 3-4 Tampilan Input Faktor Keamanan SHAFT Gambar 3-5 Tampilan Input Komputasi berdasarkan Panjang Tiang SHAFT Gambar 3-6 Tampilan Input Water Table SHAFT Gambar 3-7 Tampilan Input Properti Tiang LPILE Gambar 3-8 Tampilan Input Tipe Pembebanan LPILE Gambar 3-9 Tampilan Input Lapisan Tanah LPILE Gambar 3-10 Tampilan Input Kondisi Batas LPILE Gambar 3-11 Perpindahan di Dekat Permukaan Tanah-Tiang Gambar 3-12 Tampilan Input Pembebanan GROUP Gambar 3-13 Tampilan Input Posisi Tiang GROUP Gambar 3-14 Tampilan Input Koordinat Tiang GROUP Gambar 3-15 Tampilan Input Properti Tiang GROUP Gambar 3-16 Tampilan Input Parameter Tanah GROUP Gambar 3-17 Definisi E 0 dan E Gambar 3-18 Definisi Poisson Ratio Gambar 3-19 Hubungan Kohesi dan Nilai N-SPT untuk Tanah Kohesif Gambar 3-20 Permodelan pada PLAXIS Gambar 3-21 Mesh Generation Gambar 3-22 Menu 3D Mesh Generation Gambar D Mesh Generation Gambar 3-24 Kondisi Air Tanah Gambar 3-25 Tahapan Pekerjaan Gambar 4-1 Lokasi penempatan Pier 1 (P-1) Gambar 4-2 Kondisi Lapisan Tanah dan Hasil Pengujian di Lapangan Gambar 4-3 Hasil Pengujian N-SPT terhadap Pier 1 (P-1) Gambar 4-4 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang Gambar 4-5 Distribusi beban aksial vii

10 Gambar 4-6 Konfigurasi Grup Tiang Pier 1 (P-1) Gambar 4-7 Grafik Kapasitas Aksial Ultimate terhadap Kedalaman Gambar 4-8 Grafik Beban Axial terhadap Penurunan Tanah Gambar 4-9 Grafik Defleksi Lateral terhadap Kedalaman Gambar 4-10 Grafik Momen terhadap Kedalaman Gambar 4-11 Grafik Kapasitas Lateral terhadap Kedalaman Gambar 4-12 Grafik Defleksi terhadap Lateral Gambar 4-13 Konfigurasi Group Tiang Bor Gambar 4-14 Desain Grup Tiang Gambar 4-15 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-16 Momen pada Tiang akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-17 Gaya Lateral pada Tiang akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-18 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Layan Gambar 4-19 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-20 Momen pada Tiang akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-21 Gaya Lateral pada Tiang akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-22 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Gempa Gambar 4-23 Extreme Total Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-24 Total Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-25 Horizontal Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-26 Vertical Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-27 Axial Forces Tanah Beban Layan Gambar 4-28 Shear Forces Tanah Beban Layan Gambar 4-29 Bending Moments Tanah Beban Layan Gambar 4-30 Extreme Total Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-31 Total Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-32 Horizontal Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-33 Vertical Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-34 Axial Forces Tanah Beban Gempa Gambar 4-35 Shear Forces Tanah Beban Gempa Gambar 4-36 Bending Moments Tanah Beban Gempa Gambar 4-37 Konfigurasi Grup Tiang Pier 1 (P-1) Gambar 4-38 Lokasi penempatan Abutment 1 (ABT-1) Gambar 4-39 Hasil Pengujian terhadap Abutment 1 (ABT-1) Gambar 4-40 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang Gambar 4-41 Distribusi beban aksial Gambar 4-42 Konfigurasi Grup Tiang Abutment 1 (ABT-1) Gambar 4-43 Grafik Kapasitas Aksial Ultimate terhadap Kedalaman Gambar 4-44 Grafik Beban Axial terhadap Penurunan Tanah Gambar 4-45 Grafik Defleksi Lateral terhadap Kedalaman Gambar 4-46 Grafik Momen terhadap Kedalaman Gambar 4-47 Grafik Gaya Lateral terhadap Kedalaman Gambar 4-48 Grafik Defleksi terhadap Lateral Gambar 4-49 Konfigurasi Tiang Grup Bored Pile Abutment Gambar 4-50 Tampak Atas Permodelan Grup Tiang - Group Gambar 4-51 Tampak Samping Permodelan Grup Tiang - Group viii

11 Gambar 4-52 Tampilan 3D Permodelan Grup Tiang - Group Gambar 4-53 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-54 Momen pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-55 Shear pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan Gambar 4-56 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Layan Gambar 4-57 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-58 Momen pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-59 Shear pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa Gambar 4-60 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Gempa Gambar 4-61 Extreme Total Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-62 Total Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-63 Horizontal Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-64 Vertical Displacement Tanah Beban Layan Gambar 4-65 Axial Forces Tanah Beban Layan Gambar 4-66 Shear Forces Tanah Beban Layan Gambar 4-67 Bending Moments Tanah Beban Layan 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 Gambar 4-71 Vertical Displacement Tanah Beban Gempa Gambar 4-72 Axial Forces Tanah Beban Gempa Gambar 4-73 Shear Forces Tanah Beban Gempa Gambar 4-74 Bending Moments Tanah Beban Gempa Gambar 4-75 Bending Moments Tanah Beban Layan ix

12 DAFTAR TABEL Tabel 2-1 Korelasi Nilai N-SPT dengan φ dan γ pada Tanah Berpasir Tabel 2-2 Korelasi Nilai N-SPT dengan γ pada Tanah Lempung Tabel 2-3 Faktor Adhesi Tanah Kohesif Tabel 2-4 Hubungan Tipe Tanah dengan Modulus Young dan Poisson s Ratio. 2-5 Tabel 2-5 Koefisien Empiris pada Pondasi Dalam Tabel 3-1 Nilai tipikal untuk berbagai densitas dari berbagai jenis tanah Tabel 3-2 Hubungan Antara Nilai SPT dengan Properti Tanah Tabel 3-3 Nilai Permeabilitas Berdasarkan Jenis Tanah Tabel 3-4 Korelasi Modulus Elastisitas (Es) dengan Nilai N-SPT Tabel 3-5 Modulus Es untuk Berbagai Jenis Tanah Tabel 3-6 Nilai Modulus Elastisitas dan Poisson Ratio Tabel 3-7 Sifat Tanah berdasarkan Nilai Plastisitas Tabel 3-8 Sudut Geser Dalam untuk Berbagai Jenis Tanah Tabel 3-9 Sudut Geser Dalam untuk Tanah Bukan Lempung Tabel 4-1 Parameter Tanah Tabel 4-2 Pembebanan Akibat Struktur Tabel 4-3 Beban Layan dan Beban Gempa Tabel 4-4 Hasil Perhitungan Parameter Tanah (Manual) Tabel 4-5 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Program) Tabel 4-6 Hasil Analisis Aksial Tiang Tunggal Tabel 4-7 Kapasitas Daya Dukung Lateral (Program) Tabel 4-8 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Layan) Tabel 4-9 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Gempa) Tabel 4-10 Parameter Tanah Tabel 4-11 Pembebanan akibat Struktur Tabel 4-12 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Manual) Tabel 4-13 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Program) Tabel 4-14 Hasil Analisis Aksial Tiang Tunggal Tabel 4-15 Kapasitas Daya Dukung Lateral (Program) Tabel 4-16 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Layan) Tabel 4-17 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Gempa) Tabel 4-18 Rangkuman Hasil Perhitungan Kapasitas Aksial Tabel 4-19 Rangkuman Hasil Perhitungan Kapasitas Leteral dan Momen Tabel 4-20 Rangkuman Hasil Perhitungan Defleksi dan Settlement x