ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA

Transkripsi

1 ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL OLEH BERLI SETIADI NINA PURWANTI PEMBIMBING ENDRA SUSILA, ST., Ph.D. PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TUGAS AKHIR ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA Oleh 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. DR. IR. HERLIEN D. SETIO NIP NIP BANDUNG, JUNI 2008 ii

3 ABSTRAK TUGAS AKHIR ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA Berli Setiadi ( ) dan Nina Purwanti ( ) Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung 2008 Tugas akhir ini membahas mengenai analisis perbandingan dua metoda yang sering digunakan dalam mendesain pondasi jembatan yakni metoda elemen hingga dan metoda beda hingga. Dengan data parameter tanah serta karakteristik tiang yang telah ditentukan sebelumnya, analisis dengan menggunakan perangkat lunak Plaxis Tunnel 3D 1.2 (metode elemen hingga) dan Group 5.0 (metode beda hingga) dimulai. Input dan Permodelan tanah dan tiang pada kedua metoda tersebut dibuat sama sehingga hasil analisis berupa gayagaya dalam pada tiang yakni aksial, lateral, momen, settlement serta defleksi yang dihasilkan oleh Plaxis dan Group dibandingkan. Analisis dilakukan untuk pondasi yang memikul beban pier jembatan dengan karakteristik tanah di sekitarnya berupa pasir (clayey sand). Jenis pondasi yaitu pondasi tiang pancang dengan jumlah tiang 24 buah pada satu grup tiang. Tiang berupa tiang komposit dengan baja sebagai casing dan beton sebagai bahan pengisinya. Diameter luar tiang 1000 mm dan diameter dalamnya 968 mm. Pada kondisi layan tiang hanya dibebani beban aksial saja, sedangkan pada kondisi gempa tiang dibebani oleh beban aksial, beban lateral dan momen. Hasil analisis Plaxis selalu lebih besar daripada hasil analisis Group. Perbedaan tersebut menunjukkan bahwa Plaxis mampu mengidentifikasi perilaku tanah di sekitar tiang sehingga mempengaruhi hasil analisis yang ada. Setelah analisis awal ini, dilakukan pula analisis lanjutan pada Plaxis dengan mengubah-ubah nilai modulus young lapisan tanah. Dengan diubahnya nilai E lapisan tanah, terjadi penurunan nilai settlement dan momen pada tiang. Sebagai hasil analisis terungkap kelebihan dan kekurangan pemakaian Plaxis serta Group. Keluaran yang dihasilkan Plaxis lebih lengkap dan memiliki visualisasi lebih jelas daripada Group. Namun pada Plaxis, input dan model yang ada harus benar merepresentasikan kondisi yang ada karena dengan input yang salah sekalipun Plaxis tetap akan memberikan hasil. Sebaliknya, pada Group proses input lebih sederhana dan mudah dimengerti. Kata kunci: Pondasi tiang pancang, elemen hingga, beda hingga, Plaxis, Group iii

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan YME, karena atas rahmat dan karunianya, kami telah menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat kelulusan tahap sarjana di Program Studi Teknik Sipil. Dalam mengerjakan Tugas akhir ini, banyak pihak yang membantu penulis, antara lain : a. Ir. Endra Susila, MT., Ph,D., selaku dosen pembimbing. Terima kasih atas ilmu dan waktu bimbingan yang disediakan selama mengerjakan Tugas Akhir ini. b. Ir. Erza Rismantozo, Ph.D. dan Hasbullah Nawir, ST., Ph.D. selaku dosen penguji seminar dan sidang Tugas Akhir ini. c. Dosen-dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil. d. Suhermanto, ST. yang telah memberikan banyak masukkan dan bantuan dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini. e. Teman-teman yang telah memberikan masukan dan dorongan semangat dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. f. Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil yang telah membantu kelancaran berlangsungnya kegiatan tugas akhir. g. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Kami menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh sebab itu, kami mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca untuk pengembangan lebih baik lagi. Akhir kata, kami berharap Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Terima Kasih. Bandung, Juni 2008 Penulis iv

5 DAFTAR ISI JUDUL LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR PUSTAKA... x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Maksud dan Tujuan Ruang Lingkup Sistematika Pembahasan BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pondasi Tiang Pancang Jenis-Jenis Tiang Pondasi Jenis Tiang Berdasarkan Bahan Materialnya Jenis Tiang Berdasarkan Panjang dan Mekanisme Transfer Beban Kapasitas Daya Dukung Tiang Terhadap Beban Aksial Kapasitas Ujung Tiang (Qp) Negative Skin Friction Kapasitas Ijin Tiang Kapasitas Daya Dukung Tiang Terhadap Beban Lateral Hipotesis Winkler Beban Lateral Tiang Pada Tanah dan Pasir Kurva p-y pada Tanah Pasir Efek Instalasi Tiang Terhadap Nilai Φ Tiang Grup Tiang Grup Pada Tanah Pasir Metode Elemen Hingga BAB III METODOLOGI 3.1 Umum Diagram Alir Analisis Menggunakan PLAXIS Tunnel 3D Analisis Menggunakan GROUP v

6 BAB IV ANALISIS PONDASI 4.1 Analisis Kondisi Lapisan Tanah Kondisi Lapisan Tanah Data Pembebanan Analisis Pembebanan Aksial Perhitungan Beban Akibat Beban Aksial Pengaruh Momen Arah Y Terhadap Distribusi Beban Aksial Pengaruh Momen Arah Z Terhadap Distribusi Beban Aksial Perhitungan Beban Aksial Total Desain Awal Tiang Pancang dalam Grup Analisis Kapasitas Aksial Tiang Kapasitas Aksial Tiang Tunggal Kapasitas Aksial Tiang Grup Analisis Penurunan Tiang Tunggal Analisis Penurunan Tiang Tunggal Akibat Beban Servis Analisis Penurunan Tiang Tunggal Akibat Beban Gempa Perhitungan Penurunan Tiang Grup Perhitungan Penurunan Tiang Grup dengan Beban Servis Perhitungan Penurunan Tiang Grup dengan Beban Gempa Kapasitas Lateral Tiang Kapasitas Lateral Tiang Tunggal Kapasitas Lateral Tiang Grup Analisis Menggunakan Perangkat Lunak Group Permodelan Hasil Analisis Group Hasil Analisis Grup Tiang Untuk Kondisi Pembebanan Servis Hasil Analisis Grup Tiang Untuk Kondisi Pembebanan Gempa Analisis Menggunakan Plaxis Tunnel 3D Beban Servis Beban Gempa Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Untuk Beban Servis Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Untuk Beban Gempa Analisis Hasil Group dan Plaxis BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran vi

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 [(a) dan (b)] Point Bearing Piles; (c) Friction Pile Gambar 2.2 (a) Kapasitas Daya Dukung Tiang; (b) dan (c) Potongan Melintang Tiang Gambar 2.3 Negative Skin Friction Gambar 2.4 Beam pada fondasi elastis menurut Winkler (1867) Gambar 2.5 Permodelan Spring pada idealisasi Winkler (1867) Gambar 2.6 Defleksi tiang dengan beban lateral menurut Winkler (1867) Gambar 2.7 Kurva p-y dan representasi dari pile yang terdefleksi Gambar 2.8 (a) Mendapatkan Nilai x r, perpotongan p cr dan p cd, (b) Pembuatan Kurva p-y Gambar 2.9 Tiang Grup Gambar 3.1 Model geometri tanah dan pondasi Gambar 3.2 Mesh generation Gambar 3.3 Membentuk model 3D Gambar 3.4 Model 3 dimensi Gambar 3.5 Kondisi air tanah Gambar 3.6 Tegangan awal Gambar 3.7 Calculation Gambar 3.8 Memodelkan pile cap Gambar 3.9 Jumlah dan koordinat tiang Gambar 3.10 Pile properties Gambar 3.11 Soil layer, strength dan weight Gambar 3.12 Pembebanan pada saat services Gambar 3.13 Pembebanan pada saat gempa Gambar 4.1 Profil Memanjang Lapisan Tanah Gambar 4.2 Data Pengeboran di DB4 untuk P Gambar 4.3 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang Gambar 4.4 Distribusi beban aksial Gambar 4.5 Pengaruh momen arah y terhadap distribusi beban aksial Gambar 4.6 Pengaruh momen arah z terhadap distribusi beban aksial Gambar 4.7 Konfigurasi tiang grup pondasi tiang pancang Gambar 4.8 Tampak Atas Tiang Pancang Gambar 4.9 Kapasitas Aksial Tiang Gambar 4.10 Kurva P cr dan P cd Vs Kedalaman Gambar 4.11 p-y curve pada kedalaman 1 dan 2 meter Gambar 4.12 Kurva Defleksi Vs Kedalaman pada single pile Gambar 4.13 Kurva Defleksi Vs Kedalaman pada group pile Gambar 4.14 Tampak Atas Permodelan Grup Tiang pada software Group Gambar 4.15 Tampak Samping Permodelan Grup Tiang pada software Group Gambar 4.16 Tampilan 3D Permodelan Grup Tiang pada software Group Gambar 4.17 Defleksi yang terjadi pada tiang akibat beban servis Gambar 4.18 Momen yang terjadi pada tiang akibat beban servis vii

8 Gambar 4.19 Shear yang terjadi pada tiang akibat beban servis Gambar 4.20 Kurva Axial Load Vs Displacement pada tiang akibat beban servis Gambar 4.21 Defleksi yang terjadi pada tiang akibat pembebanan dengan Gempa Gambar 4.22 Momen yang terjadi pada tiang akibat pembebanan dengan gempa 4-36 Gambar 4.23 Shear yang terjadi pada tiang akibat pembebanan dengan gempa Gambar 4.24 Kurva Axial Load Vs Settlement yang terjadi pada tiang akibat pembebanan dengan gempa Gambar 4.25 Extreme Total Displacement Tanah Beban Servis Gambar 4.26 Total displacement tanah beban servis Gambar 4.27 Horizontal displacement tanah beban servis Gambar 4.28 Vertical Displacement Tiang Beban Servis Gambar 4.29 Axial Forces tiang beban servis Gambar 4.30 Shear forces tiang beban servis Gambar 4.31 Bending moments tiang beban servis Gambar 4.32 Extreme total displacement tanah beban gempa Gambar 4.33 Total displacement tanah beban gempa Gambar 4.34 Horizontal displacement tanah beban gempa Gambar 4.35 Vertical displacement tiang beban gempa Gambar 4.36 Horisontal displacement tiang beban gempa (Ux) Gambar 4.37 Horisontal displacement tiang beban gempa (Uz) Gambar 4.38 Axial forces tiang beban gempa Gambar 4.39 Shear forces tiang beban gempa Gambar 4.40 Bending moments tiang beban gempa Gambar 4.41 Konfigurasi tiang grup pada analisis Group Gambar 4.42 Konfigurasi tiang grup pada analisis Plaxis Gambar 4.43 Konfigurasi tiang grup dan arah pembebanan pada analisis Group Gambar 4.44 Konfigurasi tiang grup dan arah pembebanan pada analisis Plaxis viii

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Koefisien untuk Tiang Panjang, k z =n h z Tabel 2.2 Perkiraan Nilai n h Tabel 2.3 Nilai Kofisien A 1 dan B Tabel 4.1 Parameter tanah pada lokasi P Tabel 4.2 Analisis Daya Dukung Aksial Tabel 4.3 Koefisien Empirik Tanah Tabel 4.4 Nilai Pcr dan Pcd Berdasarkan Kedalaman Tabel 4.5 Faktor-faktor dalam pembuatan p-y curve Tabel 4.6 Nilai p dan y pada kedalaman satu meter Tabel 4.7 Nilai p dan y pada kedalaman dua meter Tabel st Trial Tabel nd Trial Tabel 4.10 Nilai Defleksi Tiang setelah Diberikan Beban Lateral Tabel 4.11 Nilai Defleksi Tiang Grup Beban Lateral Tabel 4.12 Hasil analisis manual Tabel 4.13 Hasil analisis Group Tabel 4.14 Hasil analisis Plaxis Tabel 4.15 Perbandingan hasil analisis Group 5.0 dan Plaxis Tabel 4.16 Perbandingan nilai settlement dan axial Tabel 4.17 Hasil analisis manual untuk beban gempa Tabel 4.18 Hasil analisis Group untuk beban gempa Tabel 4.19 Hasil analisis Plaxis untuk beban gempa Tabel 4.20 Perbandingan hasil analisis Group dan Plaxis untuk beban gempa Tabel 4.21 Perbandingan nilai settlement,deflection dan axial untuk beban gempa ix