BAB IV ANALISIS PONDASI

Transkripsi

1 BAB IV ANALISIS PONDASI 4.1. Analisis Kondisi Lapisan Tanah Untuk mengetahui kondisi lapisan tanah di lokasi proyek secara rinci dibutuhkan penyelidikan tanah yang lebih lengkap. Identifikasi lengkap baik berupa identifikasi visual, pengujian lapangan, maupun pengujian laboratorium dilakukan untuk mendapatkan berbagai karakteristik lapisan tanah. Identifikasi ini yang nantinya akan digunakan dalam analisis daya dukung untuk keperluan pondasi struktur jembatan. Sesuai dengan keperluan proyek, beberapa aspek yang perlu mendapat perhatian di dalam penyelidikan tanah dan analisisnya, yaitu : Kondisi lapisan tanah pada lokasi pondasi struktur jembatan. Daya dukung lapisan dalam tanah untuk keperluan perhitungan kapasitas pondasi. Pemilihan pondasi dan analisis daya dukungnya pada area struktur jembatan. Analisis timbunan tanah. Analisis perilaku penurunan lapisan permukaan tanah. Berikut ini adalah pekerjaan penyelidikan tanah yang telah dilakukan di lokasi proyek : a. Penyelidikan lapangan Enam bor dalam : DB-1 dan DB-2 hingga kedalaman 40 meter (di darat) DB-3 dan DB-4 hingga kedalaman 50 meter (di sungai) DB-5 dan DB-6 hingga kedalaman 60 meter (di darat) Standard Penetration Test (SPT), yang dilaksanakan di dalam masing-masing lubang bor, pada interval kedalaman setiap dua meter. Contoh tanah asli (Undisturbed Sample) yang diambil dari dalam lubang bor untuk digunakan dalam pengujian laboratorium. Enam pengujian sondir (Dutch Cone Penetration Test) S-1 hingga S-6, dengan kapasitas alat 2,5 ton. 4 1

2 b. Pengujian laboratorium Identifikasi umum karakteristik tanah (General Identification Test) Kadar air alami (Natural Water Content) Berat jenis tanah basah dan kering (Wet and Dry Density) Spesific Gravity butiran tanah Void ratio dan porositas tanah Derajat kejenuhan (Degree of Saturation) Batas Atterberg (Atterberg Limits) Pengujian perilaku mekanika tanah Uji Triaksial Unconsolidated Undrained Uji konsolidasi tanah Pengeboran tanah Kondisi Lapisan Tanah Berdasarkan hasil penyelidikan tanah yang dilakukan, ternyata kedua lokasi proyek ini (Loa Janan dan Loa Buah) memiliki jenis lapisan tanah yang berbeda. Kondisi lapisan tanah di lokasi Loa Janan menunjukkan kondisi yang lebih baik, dimana lapisan tanah keras dapat dijumpai pada kedalaman sekitar m. Di Loa Buah, kondisi lapisan tanahnya lebih lunak, dimana tidak dijumpai lapisan tanah keras hingga kedalaman pengeboran mencapai 60 meter. Gambar 4.1 menunjukkan kondisi lapisan tanah diantara dua lokasi daerah dimana dilakukan pengeboran. 4 2

3 Gambar 4.1 Profil Memanjang Lapisan Tanah Dari pengeboran yang dilakukan pada 6 titik tersebut, didapatkan nilai N-SPT pada DB 4 untuk pembangunan pier 7. Gambar 4.2 menunjukkan nilai N-SPT pada setiap lapisan 4 3

4 Gambar 4.2 Data Pengeboran di DB4 untuk P7 4 4

5 Berdasarkan hasil pengeboran dari titik DB4 untuk P7 diatas maka dibuatlah lapisan tanah (soil layer) yang nantinya akan digunakan dalam analisis pondasi tiang pancang baik itu dengan perhitungan manual maupun dengan menggunakan program-program Ensoft seperti PGROUP serta Plaxis 3D. Tabel 4.1 akan menggambarkan hasil interpretasi N-SPT untuk keperluan desain. Tabel 4.1 Parameter tanah pada lokasi P7 Kedalaman γ E N-SPT Jenis Tanah φ (m) (kn/m3) (kn/m2) ν Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Ketinggian muka air berada di atas titik 0 m dikarenakan pengeboran ini dilakukan di tengah sungai Mahakam Ulu sehingga perhitungan nilai efektif shear strength akan digunakan dengan nilai berat volume efektif (γ ). Data mengenai muka air tanah sangat penting dalam analisis karena kondisi tanah di bawah dan di atas muka air tanah akan memberikan nilai effective shear strength yang berbeda. 4.2 Data Pembebanan Jembatan Mahakam Ulu akan menjadi penghubung antara dua daerah yakni Loa Janan dan Loa Buah. Sesuai fungsinya, jembatan ini akan dilalui oleh banyak kendaraan. Kendaraankendaraan yang berlalu lalang tersebut pasti akan memberikan dampak berupa beban kepada jembatan tersebut. Beban yang pertama kali diterima struktur atas tersebut nantinya akan ditransfer ke struktur bawah dari mulai pile cap dan didistribusikan ke pondasi dibawahnya. Data pembebanan sangat penting untuk diketahui karena juga merupakan dasar pertimbangan bagi desain awal dalam menentukan ukuran pondasi. Dengan pembebanan yang ada, daya dukung pondasi akan dianalisis hingga ukurannya menjadi optimal namun tetap mampu menahan beban yang terjadi. Berikut beban-beban yang haris dipikul pondasi pada P7 di Jembatan Mahakam Ulu. 4 5

6 Beban-beban pada kondisi layan: Beban Aksial = KN Beban-beban pada kondisi gempa: Beban Aksial = KN Beban yang terjadi pada sumbu lemah (besar momen dan lateral yang terjadi): o Lateral = KN o Momen arah Y = 2376 KNm Beban yang terjadi pada sumbu kuat (besar momen dan lateral yang terjadi yakni sebesar 30% dari momen dan lateral yang terjadi pada sumbu lemah): o Lateral = KN o Momen arah Z = KNm 4.3 Analisis Pembebanan Aksial Perhitungan beban aksial yang bekerja pada sebuah grup tiang mutlak diperlukan untuk mengetahui beban terbesar yang akan dipikul sebuah tiang. Dengan mengetahui beban terbesar yang akan dipikul oleh sebuah tiang tersebut maka akan dilakukan desain awal pondasi. Pondasi tersebut akan dicek kekuatan dan daya dukungnya terhadap beban yang ada. Pada analisis pembebanan aksial ini, beban yang turut berperan yakni beban aksial itu sendiri serta momen arah Y dan arah Z yang akan terlihat pengaruhnya pada pembebanan secara aksial dengan perhitungan di bawah ini Perhitungan Beban Akibat Beban Aksial Beban aksial yang terjadi pada grup tiang akan didistribusikan secara merata. Berikut Gambar 4.3 dan 4.4 di bawah yang menjelaskan bagaimana distribusi beban pada grup akibat beban aksial 4 6

7 Gambar 4.3 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang Gambar 4.4 Distribusi beban aksial Dengan beban aksial yang didistribusikan merata pada tiap tiang maka beban aksial yang diterima satu tiang adalah Keterangan, m = jumlah baris tiang grup, n = jumlah kolom tiang grup, V = = KN p 6x Pengaruh Momen Arah Y Terhadap Distribusi Beban Aksial Pengaruh momen arah Y dalam distribusi beban aksial pada tiang dapat dilihat dari penjelasan Gambar 4.5 di bawah ini; 4 7

8 Gambar 4.5 Pengaruh momen arah y terhadap distribusi beban aksial Keterangan, My = 2376 KN m L 1 = 1.5 m L 2 = 4.5 m m = 6 n = 4 Besarnya beban aksial pada tiang akibat momen adalah 2376 α = 2 x 6( ) = V my = α l = 8.8x KN 2 = Pengaruh Momen Arah Z Terhadap Distribusi Beban Aksial Pengaruh momen arah Z dalam distribusi beban aksial pada tiang dapat dilihat dari penjelasan Gambar 4.6 di bawah ini; 4 8

9 Gambar 4.6 Pengaruh momen arah z terhadap distribusi beban aksial Keterangan, Mz = KNm L 1 = 1.5 meter L 2 = 4.5 meter L 3 = 7.5 meter m = 4 n = 6 Besarnya beban aksial pada pile akibat momen z adalah α = 2 x 4( = ) V mz = α l = 1.131x KN 2 = Perhitungan Beban Aksial Total Dengan ketiga perhitungan diatas, maka beban aksial terbesar yang akan diterima oleh tiang dalam grup nantinya ialah; V = = KN 4 9

10 4.4 Desain Awal Tiang Pancang dalam Grup Dalam menentukan dimensi dan jumlah awal pondasi tiang pancang, digunakan metode trial and error. Dengan metoda tersebut, diameter dan kedalaman tiang akan disesuaikan dengan kapasitasnya dalam rangka menahan beban-beban yang terjadi. Bila telah didapatkan dimensi yang menghasilkan daya dukung yang optimal maka dimensi tersebut yang akan dipakai dalam proses desain selanjutnya. Berikut Gambar 4.7 memberikan gambaran desain konfigurasi tiang grup pondasi tiang pancang pada proyek jembatan Mahakam Ulu yaitu : Gambar 4.7 Konfigurasi tiang grup pondasi tiang pancang Diameter Tiang(luar) Diameter Tiang(dalam) = 1 m = m 4 10

11 Panjang Tiang = 73 m Tiang merupakan tiang komposit dengan baja pada bagian luarnya dan beton di bagian dalamnya dapat dilihat pada Gambar 4.8 di bawah ini, Gambar 4.8 Tampak Atas Tiang Pancang E komposit E komposit ( E = baja xa baja A baja ) + ( E + A betn beton ( kN / m = 2 xa beton ) x0.0495) + ( kN / m ( ) 2 x0.7359) E komposit = kN / m

12 4.5 Analisis Kapasitas Aksial Tiang Kapasitas Aksial Tiang Tunggal Dalam analisis kapasitas aksial tiang, metoda yang akan digunakan ialah metoda API. Desain awal tiang yang telah ditentukan sebelumnya dipakai dalam analisis ini. Setelah nanti didapatkan kapasitas aksial tiang tersebut, maka akan dibandingkan dengan beban terbesar yang terjadi pada tiang sesuai dengan analisis pembebanan yang telah dilakukan sebelumnya. Q = Q + Q u s p Keterangan, Q u = Daya dukung aksial ultimit Q s = Daya dukung skin friction Q p = Daya dukung End Bearing Berikut adalah uraiannya serta perhitungan manualnya yang akan disajikan dalam Tabel 4.1, Calc Method : Based on N SPT Pile Properties Cu = 6*N SPT Type : Steel Pile Compression Diameter : 1 m Skin Friction(Qs) = α*cu*perimeter*l (c soil) Thick : m 2*N = SPT*perimeter*l (φ soil) Perimeter : m End Bearing(Qp) = 9*Cu*area (c soil) Area : m2 Unit = 40*N SPTav*l/D (φ soil) weight : 78.5 KN Ultimate(Qu) = Qs+Qp 400*N SPTav Pull Out Skin Friction(Qs) = 0.7*Qs(compression) Pile Weight(Wp) = Areapile*Unit weight of pile*l Ultimate(Qpu) = Qs+Wp 4 12

13 Tabel 4.2 Analisis Daya Dukung Aksial Depth Soil Pile Qout(KN) (m) Layer N SPT Cu(kN/m2) D (m) Perimeter Area Friction ΣFriction End Qu Qs Wp Qpu clayey sand clayey sand clayey sand clayey sand clayey sand clayey sand clayey sand clayey sand

14 Depth Soil Pile Qout(KN) (m) Layer N SPT Cu(kN/m2) D (m) Perimeter Area Friction ΣFriction End Qu Qs Wp Qpu 25 clayey sand clayey sand clayey sand clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand ,

15 Depth Soil Pile Qout(KN) (m) Layer N SPT Cu(kN/m2) D (m) Perimeter Area Friction ΣFriction End Qu Qs Wp Qpu 49 clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand , clayey sand ,

16 Dari tabel diatas dapat disimpulkan sebagai berikut Gambar 4.9 Kapasitas aksial tiang Pada kedalaman 73 meter, analisis berhenti karena kapasitas aksial tiang telah mencukupi untuk memikul beban yang ada, Qs = KN Qe = KN Qu = KN Qall = = kN 3 Bila besar Qall dibandingkan dengan hasil analisis pembebanan aksial pada tiang yang telah dilakukan dalam subbab sebelumnya maka, besar beban aksial terbesar yang akan diterima oleh tiang = KN 4 16

17 kN > kN Qall > Beban ( ok) Kapasitas Aksial 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 berkurangnya kapasitas aksial dari tiangtiang 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; ( n1 1) n2 + ( n2 1) n1 η = 1 θ 90n1n2 Dimana; n 1 = jumlah tiang pada baris 1 n 2 = jumlah tiang pada baris 2 θ = tan -1 (diameter tiang/spasi tiang) Jadi, efisiensi grup tiangnya ialah, kapasitas aksial grup tiang ialah, Q ug = nxηxqu (6 1)4 + (4 1)6 η = = x x x η=67.6% Dengan, Q u = kn (diperoleh dari Tabel 4.2 Analisis Daya Dukung Aksial) n = 6 x 4 = 24 η = 67.6 % Q ug = nxηxqu 4 17

18 = 24x0.676x = kn = > (OK) Setelah dilakukan analisis terhadap kapasitas aksial tiang grup didapatkan hasil bahwa parameter dan konfigurasi tiang tersebut mampu menahan beban aksial yang ada Analisis Penurunan Tiang Tunggal Analisis Penurunan Tiang Tunggal Akibat Beban Servis Pada Principles of Foundation Engineering oleh Braja M.Das dituliskan bahwa penurunan tiang akibat beban yang bekerja akan dipengaruhi oleh tiga faktor yakni; s = s 1 + s 2 + s 3 keterangan, s = total penurunan pada tiang s 1 = penurunan elastik tiang s 2 = penurunan tiang akibat dari beban pada ujung tiang = penurunan tiang akibat dari beban sepanjang selimut tiang s 3 Bila material tiang dianggap elastic, maka eformasi tiang akan dihitung dengan rumus: keterangan, Q wp = beban yang ditanggung ujung tiang saat tiang dibebani Q ws = beban yang ditanggung selimut tiang saat tiang dibebani A p = Luas pile = 0.785m 2 L = Panjang pile E p = Modulus elastisitas material pile = kn/m 2 = 0,67 Maka penurunan elastik tiangnya ialah, Q wp = kn Q ws = kn L = 73 meter ( (729.41))73 s1 = 0.785x

19 s = m Analisis penurunan tiang akibat beban pada ujung tiang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini (metoda Vesic) : QwpC p * 0.04 s2 = = = m Dq p 1* dengan q p = tahanan ujung ultimate tiang = kn C p = koefisien empirik tanah (dapat dilihat pada Tabel 4.3) = 0.04 Tabel 4.3 Koefisien Empirik Tanah Soil Type Driven Pile Bored Pile Sand(dense to loose) Clay(stiff to soft) Silt(dense to loose) From "Design Pile Fundations," bya.s. Vesic,in NCHRP Synthesis of Highway Practise42, Transportation Research Board,1997 Reprinted by permission Vesic (1977) juga membuat sebuah korelasi empirik untuk menghitung besarnya s 3 yaitu : s = 3 dengan Q ws Lq C p s = ( = )0.04 maka perhitungan penurunan tiangnya adalah, x0.092 s3 = = m 73x Dari hasil perhitungan diatas, akan diambil nilai penurunan dari masing-masing kategori. Sehingga hasil perhitungan penurunan dapat dirangkum sebagai berikut: S = S 1 + S 2 + S 3 = m 4 19

20 S = m =13.71 mm Analisis Penurunan Tiang Tunggal Akibat Beban dengan Gempa Pada Principles of Foundation Engineering oleh Braja M.Das dituliskan bahwa penurunan tiang akibat beban yang bekerja akan dipengaruhi oleh tiga faktor yakni; s = s 1 + s 2 + s 3 keterangan, s = total penurunan pada tiang s 1 = penurunan elastik tiang s 2 = penurunan tiang akibat dari beban pada ujung tiang = penurunan tiang akibat dari beban sepanjang selimut tiang s 3 Bila material tiang dianggap elastic, maka eformasi tiang akan dihitung dengan rumus: keterangan, Q wp = beban yang ditanggung ujung tiang saat tiang dibebani Q ws = beban yang ditanggung selimut tiang saat tiang dibebani A p = Luas pile = 0.785m 2 L = Panjang pile E p = Modulus elastisitas material pile = kn/m 2 = 0,67 Maka penurunan elastik tiangnya ialah, Q wp = kn Q ws = kn L = 73 meter s 1 ( ( ))73 = 0.785x s = m Analisis penurunan tiang akibat beban pada ujung tiang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini (metoda Vesic) : 4 20

21 QwpC p * 0.04 s2 = = = m Dq p 1* dengan q p = tahanan ujung ultimate tiang = kn C p = koefisien empirik tanah = 0.04 dengan Vesic (1977) juga membuat sebuah korelasi empirik untuk menghitung besarnya s 3 yaitu : s = 3 Q ws Lq C p s = ( ) = maka perhitungan penurunan tiangnya adalah, x0.092 s3 = = m 73x Dari hasil perhitungan diatas, akan diambil nilai penurunan dari masing-masing kategori. Sehingga hasil perhitungan penurunan dapat dirangkum sebagai berikut: S = S 1 + S 2 + S 3 = m S = m =14.11 mm 4 21

22 4.5.4 Perhitungan settlement tiang grup Perhitungan settlement tiang grup dengan beban servis Penurunan (settlement) pada grup tiang dihitung menggunakan persamaan yang dikemukakan oleh Meyerhoff (1961) sebagai berikut : sg ( e) = Untuk grup tiang terjadi penurunan sebesar Bg s D s g s g ( e) = ( e) = mm Perhitungan settlement tiang grup dengan beban gempa Penurunan (settlement) pada grup tiang dihitung menggunakan persamaan yang dikemukakan oleh Meyerhoff (1961) sebagai berikut : sg ( e) = Untuk grup tiang terjadi penurunan sebesar Bg s D s g s g ( e) = ( e) = 48.88mm 4.6 Kapasitas Lateral Tiang Kapasitas Lateral Tiang Tunggal Untuk menganalisis kapasitas tiang yang dibebani secara lateral, maka akan dibuat sebuah kurva p-y yang mewakili perilaku tanah pada kedalaman tertentu akibat diberikannya gaya lateral pada tiang. Kurva p-y ini tidak tergantung pada bentuk dan kekakuan tiang dan juga tidak dipengaruhi oleh beban di atas dan di bawah bagian diskrit tanah pada kedalaman tertentu. Asumsi ini memang tidak sepenuhnya benar, namun pengalaman menunjukkan 4 22

23 bahwa defleksi tiang pada suatu kedalaman hanya bergantung pada reaksi tanah pada kedalaman tersebut. Berikut ini ialah prosedur pembuatan p-y curve untuk menghasilkan kurva tersebut dengan parameter tanah yang dipakai ialah tanah pada studi kasus tugas akhir ini. Step 1 Gunakan nilai sudut geser dalam (Φ) dan berat (γ) representatif dari tanah di lapangan. Φ = 15 0 γ = 16.5 kn/m 3 Step 2 Hitung faktor-faktor berikut: 1 α = 2 φ 1 α = x15 2 β = 45 + α 0 = β = = 52.5 K = 0, 4 o 2 1 K A = tan (45 φ) 2 K A = tan 2 ( ) = ko x tanφ sin β tan β pcr = γx + ( B + x tan β tanα) + K o x tan β (tanφ sin β tanα) K AB tan( β φ) cosα tan( β φ) p cr 0.4x tan15sin 52.5 tan 52.5 = 16.5x + (1 + x tan 52.5 tan 7.5) + 0.4x tan 52.5(tan15sin 52.5 tan 7.5) (1) tan( ) cos 7.5 tan( ) Pcr = 7.363x x 8 4 p = K Bγx(tan β 1) K Bγx tanφ tan β cd A + 8 p cd = 0.767(1)16.5x(tan ) + 0.4(1)16.5x tan15 tan P cd = x o Berikut ini adalah Tabel 4.3 nilai Pcr dan Pcd pada beberapa kedalaman; 4 23

24 Tabel 4.4 Nilai Pcr dan Pcd Berdasarkan Kedalaman Kedalaman Pcr Pcd (m) (kn/m) (kn/m) Nilai dari kedalaman kritis didapatkan dengan mengeplot p cr dan p cd dengan kedalaman x pada skala yang biasa. Titik perpotongan dari dua kurva akan memberikan x, namun karena kedalaman yang diambil dalam perhitungan ini belum ada yang mendekati kedalaman kritis, maka kurva p cr dan p cd tidak bertemu seperti yang ada pada Gambar 4.10 di bawah ini, Gambar 4.10 Kurva P cr dan P cd Vs Kedalaman p cr dapat digunakan untuk kedalaman dari permukaan tanah sampai kedalaman kritis x, dan p cd dapat digunakan di bawah kedalaman kritis. Dengan hasil pengeplotan seperti diatas, dimana kedua kurva tersebut tidak bertemu, maka nilai p c yang akan diambil yakni hanya p cr saja. 4 24

25 Step 3 Diambil nilai n h yang sesuai dengan karakteristik tanah dari Tabel 2.2. Kemudian faktor berikut dihitung; pm = B1 pc Dengan B 1 diambil dari Tabel 2.3 dan p cr dari kurva pada step 2 untuk kedalaman di atas titik kritis. y m = B 60 Dengan B adalah lebar tiang. pu = A1 pc Dan dengan A 1 diambil dari Tabel 2.3 3B y u = 80 p m = y u u p n = my m p y m pm C = 1 y ( ) m m m m y k C = nhx n ( n 1) p = Cy 1 n Hasil perhitungan dari faktor-faktor diatas, akan disajikan pada Tabel 4.5 di bawah ini; 4 25

26 Tabel 4.5 Faktor-faktor dalam pembuatan p-y curve Kedalaman (m) x/b A1 B1 Pc Pm Pu m n C yk p pk y^ y^ Setelah faktor-faktor diatas diperhitungkan, maka akan dibuat kurva p-y dari parameter tanah yang ada. Berikut ini Tabel 4.6 dan 4.7 untuk nilai p dan y pada kedalaman yang telah ditentukan. Tabel 4.6 Nilai p dan y pada kedalaman satu meter untuk(x=1m) yk pk ym pm yu pu Tabel 4.7 Nilai p dan y pada kedalaman dua meter untuk(x=2m) yk pk Ym pm Yu pu Dari tabel diatas, didapatkan kurva p-y untuk tanah asli yang dapat dilihat pada Gambar 4.11 sebagai berikut: 4 26

27 Gambar 4.11 p-y curve pada kedalaman 1 dan 2 meter Step 4 Setelah kurva p-y dibuat untuk suatu sistem tanah dan tiang, permasalahan tiang yang dibebani secara lateral dapat diselesaikan dengan cara iterasi yang mengikuti cara-cara sebagai berikut: hitung T untuk suatu sistem tanah dan tiang dengan nilai n h yang diperkirakan atau telah diberikan n h = 3500kN / m EI = kN / m 3 2 T = E p p 5 = 5 = n I h L T = = > 5 (long pile behavior) Qg = 9. 9kN Mg = 99kNm 4 27

28 1 st Trial Laporan Tugas Akhir Analisis Pondasi Jembatan dengan Permodelan Metoda Elemen Hingga Berikut ini akan dihitung defleksi lateral yang terjadi pada tiang di berbagai kedalaman. Perhitungan akan disajikan dalam bentuk tabel. n h = 3500kN / m EI = kN / m 3 E p I p T = 5 = 5 = m n 3500 h Berikut Tabel 4.8 perhitungannya, 2 Tabel st Trial x z Ay By Ya yb y P kh=p/y E E Dari tabel diatas didapatkan nilai n h untuk perhitungan kedua, 2 nd Trial n h = kN / m EI = kN / m E p I p T = 5 = 5 = m n h Berikut Tabel 4.9 perhitungannya, 3 2 Tabel nd Trial x z Ay By Ya yb y P kh=p/y E Berdasarkan tabel diatas, didapatkan nilai n h dan T di bawah ini; 4 28

29 n h = kN / m EI = kN / m E p I p T = 5 = 5 = m n h 3 2 Setelah diamati ternyata nilai T tidak berbeda jauh antara T pada 1 st trial hingga nilai T yang terakhir didapatkan. Oleh karena itu, untuk perhitungan selanjutnya, ditetapkan bahwa nilai T yang akan dipakai untuk menentukan besarnya defleksi tiang selanjutnyan ialah T yang didapatkan pada hasil perhitungan terakhir, T = Berikutnya akan disajikan analisis defleksi pada tiang akibat gaya lateral yang diberikan pada tiang. Perhitungan dan hasil pengeplotannya dapat dilihat pada Tabel 4.10 dan Gambar 4.12, Tabel 4.10 Nilai Defleksi Tiang setelah Diberikan Beban Lateral X(m) Z Ay By ya(m) yb(m) Y(m) Gambar 4.12 Kurva Defleksi Vs Kedalaman pada single pile 4 29

30 4.6.2 Kapasitas Lateral Tiang Grup Seperti halnya pada analisis kapasitas aksial tiang dalam grup, analisis kapasitas lateral tiang dalam grup pun akan mempertimbangkan efek efisiensi yang ada. Efisiensi ini terjadi karena adanya efek interaksi antar tiang ketika dibebani secara aksial maupun secara lateral. Dari berbagai eksperimen yang telah dilakukan membuktikan bahwa tiang akan berperilaku seperti unit individu dalam grup bila jarak antara mereka sekitar 6-8 diameter dari ukuran tiang itu sendiri. Reduksi pada kapasitas lateral tiang telah dipublikasikan oleh Davisson pada tahun Dalam tabel yang menyatakan hubungan antara jarak antar tiang dan factor reuksi itu menjelaskan bahwa, reduksi kapasitas terjadi dengan cara mereduksi nilai n h. Untuk kasus tugas akhir ini, dengan spasi antar tiang sebesar 3B(3m) maka factor reduksi yang ditetapkan dalam tabel ialah 0.25 dari besar nh yang ada. Perhitungan dan pengeplotan nilai defleksi tiang grup beban lateral akan disajikan dalam Tabel 4.11 dan Gambar 4.13 di bawah ini. n h = kN / m EI = kN / m T = E p p 5 = 5 = n I h m Tabel 4.11 Nilai Defleksi Tiang Grup Beban Lateral X(m) z Ay By ya(m) yb(m) Y(m)

31 Gambar 4.13 Kurva Defleksi Vs Kedalaman pada group pile 4.7 Analisis Menggunakan Software Group Permodelan Dalam software Group ini, untuk mendapatkan output yang diinginkan, maka terlebih dahulu data-data yang ada harus di-input ke dalamnya. Berikut ini adalah permodelan pondasi pada Jembatan Mahakam Ulu dengan cara memasukkan koordinat tiap-tiap tiang pada analisis mode 3 Dimensi. Gambar 4.14, Gambar 4.15 dan Gambar 4.16 akan memperlihatkan tampak atas, tampak samping dan tampilan 3 dimensinya. 4 31

32 Gambar 4.14 Tampak Atas Permodelan Grup Tiang pada software Group 5.0 Gambar 4.15 Tampak Samping Permodelan Grup Tiang pada software Group

33 Gambar 4.16 Tampilan 3D Permodelan Grup Tiang pada software Group Hasil Analisis Group Hasil Analisis Grup Tiang untuk Kondisi Pembebanan Servis Setelah semua data tentang parameter tanah dan tiang di-input ke dalam software Group 5.0, hasil dari proses analisis perangkat lunak tersebut pun akan ditampilkan dalam kurvakurva di bawah ini. Pada subbab ini, kurva yang ditampilkan adalah kurva akibat beban servis yang terjadi pada jembatan Mahakam Ulu. 4 33

34 Gambar 4.17 Defleksi yang terjadi pada tiang akibat beban servis Gambar 4.18 Momen yang terjadi pada tiang akibat beban servis 4 34

35 Gambar 4.19 Shear yang terjadi pada tiang akibat beban servis Gambar 4.20 Kurva Axial Load Vs Displacement pada tiang akibat beban servis 4 35

36 Hasil Analisis Grup Tiang untuk Kondisi Pembebanan dengan Gempa Berikut ini, kurva yang ditampilkan adalah kurva hasil analisis Group dengan pembebanan gempa yang terjadi pada jembatan Mahakam Ulu. 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

37 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 4 37

38 4.8 Analisis Menggunakan Plaxis Tunnel 3D Beban Servis Berikut ini adalah hasil keluaran dari program Plaxis yang menunjukkan reaksi tanah dan tiang akibat beban servis yang diberikan. Hasil berupa keterangan penurunan, defleksi, gaya-gaya dalam tiang akan disajikan dalam gambar-gambar di bawah ini, Gambar 4.25 Extreme Total Displacement Tanah Beban Servis 4 38

39 Gambar 4.26 Total displacement tanah beban servis Gambar 4.27 Horizontal displacement tanah beban servis 4 39

40 Gambar 4.28 Vertical Displacement Tiang Beban Servis Gambar 4.29 Axial Forces tiang beban servis 4 40

41 Gambar 4.30 Shear forces tiang beban servis Gambar 4.31 Bending moments tiang beban servis 4 41

42 4.8.2 Beban Gempa Laporan Tugas Akhir Analisis Pondasi Jembatan dengan Permodelan Metoda Elemen Hingga Berikut ini adalah gambar-gambar hasil keluaran dari analisis Plaxis akibat pembebanan dengan gempa pada pondasi jembatan, Gambar 4.32 Extreme total displacement tanah beban gempa 4 42

43 Gambar 4.33 Total displacement tanah beban gempa Gambar 4.34 Horizontal displacement tanah beban gempa 4 43

44 Gambar 4.35 Vertical displacement tiang beban gempa Gambar 4.36 Horisontal displacement tiang beban gempa (Ux) 4 44

45 Gambar 4.37 Horisontal displacement tiang beban gempa (Uz) Gambar 4.38 Axial forces tiang beban gempa 4 45

46 Gambar 4.39 Shear forces tiang beban gempa Gambar 4.40 Bending moments tiang beban gempa 4 46

47 4.9 Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Untuk Beban Servis Berikut ini adalah Tabel 4.12 yang memberikan rekapitulasi hasil analisis manual Tabel 4.12 Hasil analisis manual Settlement Aksial (mm) (kn) Hasil analisis Group Berikut Gambar 4.41 yang member gambaran konfigurasi tiang grup pada analisis dengan perangkat lunak Group 5.0 Gambar 4.41 Konfigurasi tiang grup pada analisis Group 5.0 Pada pembebanan dengan beban servis, beban diberikan tepat diatas dan ditengahtengah pile cap. Setelah masukkan beban telah diberikan dan analisis dilakukan, didapatkan hasil keluaran berupa penurunan tiang, momen maupun gaya-gaya dalam tiang. Di bawah ini Tabel 4.13 yang memberikan hasil rekapitulasi dari analisis Group. 4 47

48 Tabel 4.13 Hasil analisis Group 5.0 Group Tiang Settlement Defleksi Aksial Shear Momen (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) JUMLAH AKSIAL

49 Hasil analisis Plaxis Berikut Gambar 4.41 yang memberikan gambaran mengenai konfigurasi tiang grup pada Plaxis. Gambar 4.42 Konfigurasi tiang grup pada analisis Plaxis Di bawah ini ialah Tabel 4.14 yang memberikan hasil rekapitulasi analisis Plaxis. Tabel 4.14 Hasil analisis Plaxis Plaxis Tiang Settlement Defleksi Aksial Shear Momen (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) JUMLAH AKSIAL

50 Nilai gaya-gaya Plaxis di atas telah dikalikan dengan panjang tiang ke dalam bidang sejauh Pada Tabel 4.15 di bawah ini, dapat dilihat perbandingan hasil analisis antara Group 5.0 dan Plaxis Tabel 4.15 Perbandingan hasil analisis Group 5.0 dan Plaxis Group Plaxis Tiang Settlement Defleksi Aksial Shear Momen Settlement Defleksi Aksial Shear Momen (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) JUMLAH AKSIAL Perbandingan aksial maksimum Group dan Plaxis adalah = = 1.37 Perbandingan jumlah gaya aksial Group dan Plaxis adalah = = Pada Tabel 4.16 beikut, dibandingkan hasil analisis manual, Plaxis dan Group Tabel 4.16 Perbandingan nilai settlement dan axial Manual Group Plaxis Settlement (mm) Aksial (kn)

51 4.9.2 Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Untuk Beban Gempa Berikut ini disajikan Tabel 4.17 Hasil analisis manual akibat beban gempa Tabel 4.17 Hasil analisis manual untuk beban gempa Settlement (mm) Aksial (kn) Hasil analisis Group Berikut Gambar 4.42 yang memberikan gambaran konfigurasi tiang grup dan arah pembebanan pada analisis dengan menggunakan perangkat lunak Group 5.0 Gambar 4.43 Konfigurasi tiang grup dan arah pembebanan pada analisis Group 5.0 Setelah dilakukan proses input, berikut ini Tabel 4.18 yang memberikan rekapitulasi hasil analisis Group untuk beban gempa 4 51

52 Tabel 4.18 Hasil analisis Group untuk beban gempa Group Tiang Settlement Defleksi Aksial Shear Momen (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) JUMLAH AKSIAL

53 Hasil analisis Plaxis Di bawah ini Gambar 4.43 akan memberikan gambaran mengenai konfigurasi tiang grup pada analisis Plaxis Gambar 4.44 Konfigurasi tiang grup dan arah pembebanan pada analisis Plaxis Setelah semua input telah diberikan, berikut ini Tabel 4.19 yang memberikan hasil analisis Plaxis akibat beban gempa Tabel 4.19 Hasil analisis Plaxis untuk beban gempa Plaxis Tiang Settlement Defleksi Aksial Shear Momen (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) Jumlah Aksial

54 Setelah dianalisis satu per satu dengan Group dn Plaxis, di bawah ini Tabel 4.20 yang membandingkan hasil keluaran dari kedua analisis tersebut, Tabel 4.20 Perbandingan hasil analisis Group dan Plaxis untuk beban gempa Group Plaxis Tiang Settlement Defleksi Aksial Shear Momen Settlement Defleksi Aksial Shear Momen (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) (mm) (mm) (kn) (kn) (knm) JUMLAH AKSIAL Perbandingan aksial maksimum Group dan Plaxis adalah = = Perbandingan jumlah gaya aksial Group dan Plaxis adalah = = Berkut ini Tabel 4.21 yang membandingkan hasil analisis manual, Plaxis dan Group Tabel 4.21 Perbandingan nilai settlement,deflection dan axial untuk beban gempa Manual Group Plaxis Settlement (mm) Defleksi (mm) Aksial (kn)

55 4.9.3 Analisis Hasil Group dan Plaxis Setelah mengamati hasil analisis dari kedua metode yang kami gunakan yakni metoda elemen hingga (pada perangkat lunak Plaxis Tunnel 3D 1.2) dan metode beda hingga (pada perangkat lunak Group 5.0), terdapat beberapa perbedaan yang akan dianalisis. Pada analisis juga digunakan hasil perhitungan manual sebagai bahan pertimbangan dalam menganalisis kedua metode diatas. Berikut uraiannya, Pada analisis aksial, perbandingan antara hasil perhitungan Plaxis dan hasil perhitungan Group yang maksimum mencapai 1.37 kali lipat. Bila kedua perhitungan ini dibandingkan dengan hasil perhitungan manual, maka hasil dari Group lebih mendekati perhitungan manual. Hal ini terjadi karena Group 5.0 mendefinisikan pile cap dengan kekakuan sempurna, sehingga beban yang terjadi disebarkan secara merata oleh pile cap kepada tiang. Dengan begitu, analisis yang dilakukan Group 5.0 mirip dengan perhitungan manual yang menggunakan metoda distribusi beban paku keling. Pada Plaxis Tunnel 3D 1.2, kekakuan pile cap dan tiang harus didefinisikan lewat input modulus young. Oleh karena itu, pada analisis Plaxis beban yang diberikan tidak disebarkan secara merata ke semua tiang. Selain itu, Plaxis mendeteksi adanya perilaku tanah yang turun sehingga makin memperbesar gaya aksial yang terjadi pada tiang. Pada Gambar 4.26 dan 4.33 diatas, dapat dilihat pergerakan tanah yang turun tersebut. Pada analisis penurunan, perbandingan antara hasil perhitungan Plaxis dan Group mencapai 10 kali lipat. Pada analisis penurunan ini, perhitungan manual lebih mendekati hasil Plaxis daripada hasil Group. Pada Group 5.0, penurunan dihitung dengan kurva t-z. Kurva t-z merupakan kurva empirik hasil generalisasi dari banyak percobaan. Kurva ini telah dimodifikasi sesuai dengan lapisan tanah dan efisiensi grup tiang. Dengan dilakukannya generalisasi, berarti kurva tersebut mungkin kurang mewakili pada tanah-tanah lain dengan parameter yang berbeda. Kelemahan lainnya ialah belum dilakukannya percobaan untuk men-develop kurva t-z tiang grup. Hal ini kami analisis menjadi penyebab perbedaan antara hasil analisis Plaxis dan Group. Pada analisis defleksi tiang, hasil perhitungan Plaxis berbeda sekitar 5 mm dari hasil perhitungan di Group. Bila kedua hasil perhitungan diatas dibandingkan terhadap hasil 4 55

56 perhitungan manual, maka hasil Group dan manual hampir mirip. Hal ini disebabkan karena metode perhitungan manual yakni dengan menggunakan kurva p-y merupakan metode yang dipakai Group dalam menganalisis. Di lain pihak, hasil Plaxis yang lebih besar karena Plaxis dapat mendeteksi adanya gerakan lateral tanah seperti yang dapat dilihat pada Gambar Pada gambar tersebut, terlihat bahwa ada pergerakan horizontal tanah yang mendorong tiang. Pada analisis momen, perbandingan antara perhitungan Group dan Plaxis mencapai dua kali lipat. Pada Plaxis, meskipun pembebanan baru diberikan hanya beban aksial saja, namun keluarannya menyatakan bahwa telah ada momen terjadi pada tiang (dapat dilihat pada Tabel 4.14). Hal ini dikarenakan, adanya tekanan lateral yang diberikan tanah pada tiang ketika beban aksial diberikan (dapat dilihat pada Gambar 4.27). Pada Plaxis, momen terjadi sepanjang tiang sedangkan pada Group momen hanya terjadi pada bagian atas tiang. Hal ini memperkuat dugaan bahwa momen Plaxis lebih besar karena Plaxis dapat mendeteksi tekanan lateral yang diberikan tanah sepanjang tiang. Faktor lain yang mempengaruhi terjadinya momen ini adalah kekakuan pile cap pada Plaxis didefinisikan sehingga ada kemungkinan pile cap melendut. Lendutan ini dapat menambahkan momen pada tiang. Setelah mengamati perbedaan nilai momen dan penurunan hasil analisis antara Group 5.0 dan Plaxis 3D Tunnel 1.2, kami mencoba menganalisis Plaxis lebih jauh dengan mengubah-ubah input E. Kami membandingkan keluaran yang dihasilkan oleh Plaxis setelah nilai E kami ubah. Berikut Tabel 4.22 yang memberikan rekapitulasi hasil keluaran Plaxis setelah E atau R-inter diubah. Tabel 4.22 Rekapitulasi hasil Plaxis dengan E yang bervariasi (1) Kedalaman E Settlement Momen N-SPT Jenis Tanah ν (m) (kn/m2) (mm) (knm) Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand

57 Tabel 4.23 Rekapitulasi hasil Plaxis dengan E yang bervariasi (2) Kedalaman E Settlement Momen N-SPT Jenis Tanah ν (m) (kn/m2) (mm) (knm) Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Tabel 4.24 Rekapitulasi hasil Plaxis dengan E yang bervariasi (3) Kedalaman E Settlement Momen N-SPT Jenis Tanah ν (m) (kn/m2) (mm) (knm) Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Clayey Sand Semakin besar nilai E yang dimasukkan, maka kekakuan tanah semakin besar juga yang menyebabkan deformasi lateral tanah yang menekan tiang semakin kecil. Hal ini menyebakan momen yang terjadi menjadi lebih kecil. Fenomena ini memperkuat analisis bahwa pada momen pada Plaxis lebih besar daripada Group karena adanya tekanan lateral tanah pada tiang, sementara Group tidak memperhitungkan fenomena ini. Secara umum, kelebihan dan kekurangan memodelkan pondasi dalam software Plaxis Tunnel 3D 1.2 adalah o Input permodelan pondasi yang seharusnya axisymetri kurang sempurna karena dimodelkan secara plane strain. o Input interface pada permodelan tanah-tiang kurang sempuna karena kurang lengkapnya data yang ada. Seharusnya, interface dimodelkan secara khusus untuk tiap kasus yang berbeda sehingga hasil yang didapatkan dapat sesuai dengan hasil percobaan. 4 57

58 o Input Parameter tanah yang dimasukkan ke dalam Plaxis seperti modulus young (E) dan poisson ratio (v) didapatkan dari korelasi empiris dengan kohesi, dan nilai ini memiliki rentang yang cukup besar oleh karena itu parameter yang dimasukkan belum tentu mewakili keadaan tanah dilapangan. o Plaxis meninjau tanah dan tiang secara keseluruhan dengan membaginya menjadi elemen-elemen kecil. Elemen-elemen ini dihitung satu per satu dan terhubungkan hasilnya satu sama lain dengan node-node. o Plaxis memiliki fitur yang lebih lengkap seperti dapat memodelkan tahapan konstruksi, memodelkan sifat tanah lebih lengkap, dapat mengetahui pergerakan tanah dan tiang, dapat memodelkan proses konsolidasi, dapat mengetahui safety factor, plastic point, excess pore pressures, active pore pressures, effective stresses, vektor gaya dan lainnya. o Plaxis lebih baik dalam visualisasi model tanah. o Permodelan tanah dalam Plaxis Tunnel 3D 1.2 dapat menyerupai kontur tanah yang sesungguhnya. Sedangkan, kelebihan dan kekurangan dari analisis dengan menggunakan Group 5.0 ialah o Input dan permodelan pada Group 5.0 lebih sederhana sehingga lebih mudah dalam pengerjaannya, tetapi permodelan lapisan tanah di Group tidak dapat mengikuti kontur tanah yang sesungguhnya. o Analisis yang dilakukan Group 5.0 menggunakan metoda yang telah didukung secara empirik. Group 5.0 menggunakan kurva t-z dan p-y dalam menganalisis tiang. o Group 5.0 telah memperhitungkan faktor reduksi grup tiang terhadap hasil analisisnya. o Group 5.0 memodelkan pilecap dengan kekakuan yang sangat kaku sehingga distribusi beban yang terjadi adalah sama untuk setiap tiang. 4 58

59 o Group 5.0 kurang memperhitungkan perilaku tanah yang terjadi setelah diberikan pembebanan. o Output yang dihasilkan analisis Group yakni berupa penurunan, defleksi, shear dan momen yang terjadi pada tiang. Output yang dihasilkan tidak selengkap Plaxis. 4 59