ANALISIS DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN PONDASI TIANG PANCANG DENGAN METODE ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA PADA BORE HOLE II

Transkripsi

1 ANALISIS DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN PONDASI TIANG PANCANG DENGAN METODE ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA PADA BORE HOLE II ( STUDY KASUS PEMBANGUNAN BENDUNG BAJAYU SEI PADANGKABUPATEN SERDANG BEDAGAI SUMATERA UTARA) Disusun oleh : ASTRYA SIMALANGO Disetujui oleh Ir. Rudi Iskandar, M.T NIP: BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 ABSTRAK Secara umum pondasi diartikan sebagai bangunan bawah (sub structure) yang berfungsi untuk meneruskan beban maupun gaya yang disebabkan oleh bangunan atas (upper structure) ke lapisan tanah (bearing layers) dibawahnya pada kedalaman tertentu, tanpa mengakibat terjadinya penurunan bangunan di luar batas toleransinya. Oleh sebab itu, pondasi harus direncanakan dengan cermat dan teliti agar pondasi mampu memikul beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimum yang mungkin terjadi. Pada Proyek pembangunan Bendung Bajayu Sei Padang-Kabupaten Serdang Bedagai akan dicari nilai daya dukung aksial perencanaan pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT, sondir,dengan menggunakan metode Meyerhoff serta berdasarkan data PDA, dan Kalendering dan perhitungan dengan Metode Elemen Hingga. Selain itu perhitungan daya dukung lateral menggunakan metode Broms dan menghitung penurunan elastis tiang pancang yang terjadi serta menghitung efesiensi dan daya dukung kelompok tiang. Metode pengumpulan data adalah pengumpulan data sekunder yang diperoleh dari pihak Proyek. Perhitungan daya dukung ultimit tiang berdasarkan data SPT pada titik Bore Hole II pada kedalaman 18 meter adalah 107,61 ton. Data sondir adalah 264,949 ton pada kedalaman Dari hasil perhitungan PDA pada tubuh bendungadalah 108 ton. Dari hasil perhitungan Kalendering dengan metode Hiley adalah 198,343 ton, dengan Metode ENR adalah 105,0315 ton, dengan Metode Danish Formula 273,377 ton. Dari hasil perhitungan metode elemen hingga adalah 120,436 ton. Daya dukung lateral ultimit berdasarkan Metode Broms secara analitis sebesar 8,555 ton, dan secara grafis sebesar 8,93 ton. Penurunan elastis tunggal yang dihasilkan sebesar 2,54 mm dan berdasarkan Metode Poulus dan Davis sebesar 7,34 mm.penurunan dengan Metode elemen hingga adalah sebesar 38,69 mm dan dari tes PDA diketahui penurunan sebesar 26 mm. Terdapat sedikit perbedaan daya dukung dan penurunan dengan beberapa metode yang digunakan. Perbedaan daya dukung dan penurunan tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan jenis tanah, kedalaman yang ditinjau, cara pelaksanaan pengujian, faktor keamanan dan perbedaan parameter yang digunakan dalam perhitungan. Kata Kunci : Kapasitas Daya Dukung,SPT, Sondir, PDA, Kalendering, Metode Elemen Hingga, Penurunan Elastis i

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukursaya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan penyertaannya yang diberikan kepada saya hingga saya mampu untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi dalam Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik. Adapun judul Tugas Akhir yang diambil adalah : Analisis Daya Dukung dan Penurunan Pondasi Tiang Pancang dengan Metode Analitis dan Metode Elemen Hingga pada Bore Hole II( Study Kasus Pembangunan Bendung Bajayu Sei PadangKabupaten Serdang Bedagai Sumatera Utara) Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, saya mendapat banyak bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan, masukan, dukungan dalam bentuk waktu dan pemikiran untuk membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku koordinator bidang studi goteknik dan selaku Dosen Pembanding, dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST. MT. selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. ii

4 6. Kepada kedua orangtua saya, yang saya hormati dan saya cintai, Bapak Alter Simalango dan Ibu Hotmian Manik, terimakasih atas segala doa, kasih sayang, kesabaran, harapan, dukungan morildan materil yang diberikan sehingga saya bisa menyelesaikan penulisan perkuliahan dan Tugas Akhir ini. 7. Kepada saudara-saudari saya tersayang, abang saya Hansen Simalango, kakak saya Anna Simalango, dan adik saya Arifanda Simalango. Terimakasih untuk segala dukungan, motivasi, dan teladan yang diberikan kepada saya 8. Kepada pihak Konsultan maupun Kontraktor Pelaksana Proyek Pembangunan Bendung Bajayu atas kepercayaannya memberikan data investigasi tanah dan gambar kerja. 9. Kepada AbangJoseph Admika Ginting angkatan 2006, dan abang kakak senior lainnya. Terima kasih atas bantuannya selama masa perkuliahan dan saran-sarannya yang diberikan dalam penulisan Tugas Akhir ini. 10. Kepada Sahabat dekat saya, Ecy Damanik, Fanny R Barimbing, Novita Simbolon, Herlina W. Sitinjak, Yohana Zalukhu, Andika W Pinem, Hendra Sigalingging, Michael Tjandra, dan teman lainnya Brian Pardosi, Hizkia Gultom, Rinaldy Simanjuntak, Sintong Sihombing, Luccas Saragih, George Lumbantobing, Aditya Manalu, Josua, Claudya, Agita dan Anastasya dan teman yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Terimakasih untuk semangat, doa, dukungan, dan perhatian yang diberikan. 11. Kepada rekan tugas akhir saya yang memberi banyak dukungan, masukan dan bantuan, Alfonsius Tarigan dan teman- teman di IUT, serta seluruh teman teman senasib dan seperjuangan di perkuliahan, angkatan 2012 Teknik Sipil USU, terimakasih atas dukungan, bantuan dan kerjasama selama diperkuliahan hingga penyusunan Tugas akhir ini. 12. Kepada teman teman Dublasaone yang senantiasa saling mendoakan dan saling memberi dukungan. iii

5 13. Kepada keluarga saya di KMK St. Yoseph Engineering, terimakasih untuk segala doa dan dukungannya. Dan segenap pihak yang belum saya sebut di sini,terimakasih untuk segala bantuan dalam bentuk apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Saya menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih memiliki banyak kekurangan baik dari segi penulisan ataupun isi. Oleh sebab itu, saya mengaharapkan saran dan kritik membangun dari pembaca untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih, semoga Tugas Akhir ini dapat menjadi referensi bermaanfaat bagi pihak yang membutuhkan. Medan, Januari 2017 Penulis Astrya simalango iv

6 DAFTAR ISI Abstrak... Kata Pengantar... Daftar Isi... DaftarGambar... DaftarTabel... Daftar Notasi... Daftar Lampiran... i ii v x xii xv xix BAB I PENDAHULUAN...1 I.1 Latar Belakang...1 I. 2Tujuan dan Manfaat Penelitian...2 I.2.1 Tujuan...2 I.2.2 Manfaat...3 I.3 Pembatasan Masalah...3 I.4 Sistematika Penulisan...4 BABII TINJAUAN PUSTAKA...6 II.1 Pendahuluan...6 II.2 Tanah...6 II.2.1 Penyelidikan Tanah (Soil Investigation)...7 II Cone penetration test (sondir)...8 II Standart Penetration Test (SPT)...10 II.3 Pondasi...12 II.3.1 Pondasi Dalam ( Deep Foundation )...13 v

7 II Pondasi tiang pancang 13 II Jenis Jenis Tiang Pancang...14 II Alat pancang Tiang...17 II Metode pelaksanaan tiang pancang...18 II.3.3 Kalendring...21 II Tahapan Pelaksanaan Kalendering...21 II.3.4 Pile Driving Analyzer (PDA)...22 II.4 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang...24 II.4.1 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang...24 II Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang dari Hasil Sondir...24 II Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Dari Hasil SPT...25 II Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang dari Data Kalendering...28 II.4.2 Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang...30 II Tiang Ujung Jepit dan Tiang Ujung Bebas 31 II Tahanan Beban Lateral Ultimit...31 II Metode Broms...33 II Tahanan Tiang dalam Tanah Kohesif.. 33 II Tahanan Tiang dalam Tanah Granular (Non Kohesif )...37 II.5 Kelompok Tiang II.5.1 Efisiensi dan kapasitas Kelompok Tiang II.6 Penurunan Tiang Pancang...46 vi

8 II.6.1 Penurunan Tiang Tunggal...46 II.6.2 Penurunan Tiang Pancang Kelompok II.7 Faktor Keamanan II.8 Metode Elemen Hingga Bidang Geoteknik BABIIIMETODOLOGI PENELITIAN...63 III.1 Data Umum Proyek...63 III.2 Karakteristik Tanah...64 III.3 Data Teknis Tiang Pancang...66 III.4 Metode Pengumpulan Data...70 III.5 Tahap Penelitian BABIVHASIL DAN PEMBAHASAN...73 IV.1 Pendahuluan...73 IV.2 Perhitungan Daya Dukung Aksial Pondasi Tiang Pancang.73 IV.2.1 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Data Sondir dengan Metode Meyerhoff IV.2.2 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT (Standart Penetration Test) 76 IV.2.3 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan data Pile Driving Analyser IV.2.4 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dengan Data Kalendring IV.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Lateral Pondasi Tiang Pancang vii

9 IV.4 Menghitung Kapasitas Kelompok Tiang Berdasarkan Efisiensi IV.5 Penurunan Elastis pada Tiang Tunggal dan Kelompok V.5.1 Penurunan pada Tiang Tunggal V.5.2 Penurunan Kelompok Tiang Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang berdasarkan Metode Elemen Hingga V.6.1 Proses Pemodelan pada Program metode elemen Hingga V.7 Diskusi V.7.1 Metode Elemen Hingga V Perbandingan antara tekanan air pori Sebelum konsolidasi V Perbandingan Daya Dukung Ultimit Sebelum Konsolidasi dan Setelah Konsolidasi V Perbandingan Penurunan setelah Konsolidasi dan Sebelum Konsolidasi V Waktu konsolidasi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan V.2 Saran viii

10 Daftar Pustaka... xx Lampiran... xxii ix

11 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah... 7 Gambar 2.2 Kurva Percobaan Sondir Proyek Bendung Sei Bajayu... 9 Gambar 2.3 Proses Uji Penetrasi Standar Gambar 2.4 Grafik PDA Hasil Analisis CAPWAP..23 Gambar 2.5 Nilai N-SPT untuk Desain Tahaan Ujung Tanah Pasir Gambar 2.6 Hubungan antara Kuat Geser (c u ) dengan Faktor Adhesi (α) (API, 1987) Gambar 2.7 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Unjung Bebas pada Tanah Kohesif Gambar 2.8 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Kohesif Gambar 2.9 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Jepit pada Tanah kohesif Gambar 2.10 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Jepit pada Tanah Non-kohesif Gambar 2.11 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Granular Gambar 2.12 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Bebas Gambar 2.13 Tiang Pancang Kelompok Gambar 2.14 Pola susunan tiang pancang Gambar 2.15 Faktor Penurunan I o (Poulus dan Davis, 1980) x

12 Gambar 2.16 Faktor Penurunan R µ (Poulus dan Davis, 1980) Gambar 2.17 Faktor Penurunan R k (Poulus dan Davis, 1980)...48 Gambar 2.18 Faktor Penurunan R h (Poulus dan Davis,1980) Gambar 2.19 Faktor Penurunan R b (Poulus dan Davis, 1980) Gambar 2.20 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi Alami Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke Dalam Tanah Gambar 2.21 Titik nodal dan titik tegangan Gambar 3.1 Letak Titik Pengujian Sondir,Bor Mesin dan PDA Gambar 3.2 Denah Tiang Pancang Gambar 3.3 Denah Titik Pengujian PDA dan Kelendering Gambar 4.1 Pile Cap Gambar 4.2 Parameter Tanah dari Allpile Gambar 4.3 Lembar General Setting pada Plaxis Gambar 4.4 Pemodelan pada plaxis Gambar 4.5 Input Data Material Set Gambar 4.6 Generate Mesh Gambar 4.7 Initial Water Pressure pada Program Plaxis Gambar 4.8 Pemodelan Fase Sebelum Konsolidasi dan Setelahnya Gambar 4.9 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf pada Fase Gambar 4.10 Hasil Kalkulasi dan Besar Σ Msf pada Fase Gambar 4.11 Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil Perhitungan Gambar 4.12Excess Pore Pressure Sebelum Konsolidasi Gambar 4.13Excess Pore Pressure Setelah Konsolidasi xi

13 Gambar Penurunan Tanah Sebelum Konsolidasi Gambar 4.15 Penurunan Tanah Setelah Konsolidasi Gambar 4.16 Waktu Konsolidasi xii

14 DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 2.1 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir Tabel 2.2 Hubungan antara N dengan Berat Isi Tanah Tabel 2.3 Efisiensi Jenis Alat Pancang Tabel 2.4 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer Tabel 2.5 Nilai Effisiensi Hammer Tabel 2.6 Koefisien restitusi n Tabel 2.7 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan (Overconsolidation). 32 Tabel 2.8 Nilai-Nilai n h untuk Tanah Granular (c = 0) Tabel 2.9 Nilai-Nilai n h untuk Tanah Kohesif Tabel 2.10 Kriteria Pondasi Tiang Pendek dan Pondasi Tiang Panjang Tabel 2.11 Tabel Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga (WIKA) Tabel 2.12 Nilai Koefisien empiris ( C P ) Tabel 2.13 Batas Penurunan Maksimum Tabel 2.14 Faktor Aman yang Disarankan oleh Reese dan O Neill Tabel 2.15 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah Tabel 2.16 Korelasi N -SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Lempung Tabel Korelasi N -SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir xiii

15 Tabel Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson s Ratio (μ) Tabel 2.19 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah Tabel 3.1. Deskripsi Tanah Bore Hole II dari Hasil SPT Tabel 3.1. Hasil Pengujian Sondir Tabel 4.1 Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Tiang Pancang pada Titik Sondir S-5 Diameter 40 cm dengan Metode Meyerhoff Tabel 4.2 Perhitungan Daya Dukung Ultimate dan Daya Dukung Ijin Tiang Pancang pada Bore Hole I diameter 40 cm dengan Metode Meyerhoff Tabel 4.3 Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang berdasarkan Data PDA Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Penurunan Elastis Tiang Pancang Tunggal Diameter 40 cm Tabel 4.5 Data Tiang Pancang Tabel 4.6 Input Parameter Tanah untuk Program Metode Elemen Hingga Lokasi Bore Hole II Tabel 4.7 Tekanan Air Pori dengan Program Metode Elemen Hingga Tabel 4.8 Daya Dukung dengan Program Metode elemen hingga Tabel 4.9 Penurunan Tanah dengan Program Metode Elemen Hingga Tabel 5.1 Nilai Daya Dukung Ultimit Berdasarkan Data Sondir, SPT, PDA Test dan Kalendering Tabel 5.2 Nilai Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Berdasarkan Data Sondir dan SPT xiv

16 Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Nilai Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang Pancang Tabel 5.4 Nilai Efisiensi kelompok tiang (E g ) Tabel 5.5.Hasil Penurunan Tiang Tabel 5.6.Hasil Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Penurunan Tiang Pancang dengan Program Metode Elemen Hingga Tabel 5.7.Nilai Tekanan Air Pori dengan Program Metode Elemen Hingga xv

17 DAFTAR NOTASI A p = luas penampang tiang (m 2 ) B = lebar atau diameter tiang (m) Cp = koefisien empiris Cs c = konstanta Empiris = kohesi tanah (kg/cm²) c u = kohesi undrained (kn/m 2 ) D = diameter tiang (m) Dr = kerapatan relatif (%) E = energi alat pancang (kg-cm) E b = modulus elastisitas tanah di dasar tiang(kn/m 2 ) E p = modulus elastis tiang (kn/m 2 ) E s = modulus elastisitas tanah di sekitar tiang(kn/m 2 ) Es = modulus elastisitas bahan tiang(kn/m 2 ) e ef f G s g H h = angka pori = effisiensi hammer(%) = jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) =specific gravity =jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) = tebal lapisan (m) = tinggi jatuh hammer(m) I = momen inersia tiang (cm 4 ) xvi

18 I 0 = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat (Incompressible) dalam massa semi tak terhingga K k k i k h k v L L b = faktor kekakuan tiang = koefisien permeabilitas = modulus reaksi subgrade dari Terzaghi = koefisien permeabilitas arah horizontal = koefisien permeabilitas arah vertikal = panjang tiang pancang (m) = panjang lapisan tanah (m) L i = tebal lapisan tanah, pengujian SPT dilakukan setiap interval kedalaman pemboran (m) M y = momen leleh (kn-m) N- SPT = nilai N-SPT n n h P p o p u = koefisien restitusi = koefisien fariasi modulus = keliling tiang (m) = tekanan overburden efektif = tahanan tanah ultimit Q = besar beban yang bekerja (kn) Q wp = daya dukung yang bekerja pada ujung tiang dikurangi daya dukung friction (kn) Q ws = daya dukung friction (kn) R b R h = faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung = faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak padatanah xvii

19 keras R k R μ S = faktor koreksi kemudahmampatan tiang = faktor koreksi angka poisson = penetrasi pukulan per cm (cm) Se (1) = penurunan elastis dari tiang (mm) Se (2) = penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di ujung tiang (mm) Se (3) = penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di sepanjang batang tiang(mm) S = besar penurunan yang terjadi (mm) Wp = berat pile (Ton) Wr = berat hammer(ton) α ŋ = koefisien adhesi antara tanah dan tiang = effisiensi alat pancang Ø = sudut geser dalam γγ = berat isi tanah (kn/m 3 ) γ dry = berat jenis tanah kering (kn/m 3 ) γ sat = berat jenis tanah jenuh (kn/m 3 ) γ w = berat isi air(kn/m 3 ) ξ μ = koefisien dari skin friction =poisson s ratio ψ = sudut dilantansi ( o ) xviii

20 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran-1, Data Hasil Pengujian Sondir Lampiran-2, Data Drilling Log Lampiran-3, Data Uji Laboratorium Lampiran-4, Data PDA test Lampiran-5, Data Kalendering Lampiran-6, Denah Lokasi Pengujian xix