BAB III DATA DAN TINJAUAN DESAIN AWAL

Transkripsi

1 BAB III DATA DAN TINJAUAN DESAIN AWAL 3.1 PENDAHULUAN Proyek jembatan Ir. Soekarno berada di sebelah utara kota Manado. Keterangan mengenai project plan jembatan Soekarno ini dapat dilihat pada Gambar 3.1. Fondasi Caisson yang menjadi tinjauan utama dalam laporan tugas akhir ini merupakan fondasi pada pier utama jembatan Ir. Soekarno. Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah melakukan evaluasi kekuatan fondasi pada beban gempa dan mencari solusi perkuatan fondasi jembatan Ir. Soekarno yang desain awalnya tidak kuat terhadap beban gempa. Gambar 3.1 Project Plan Jembatan Ir. Soekarno Beban gempa yang digunakan dalam analisis selanjutnya diperoleh dari analisa struktur atas sebelumnya (Firmansyah dan Delitriana, 2006) Berdasarkan SNI , Indonesia ditetapkan terbagi ke dalam 6 wilayah gempa. Penentuan wilayah gempa untuk daerah Indonesia dapat dilihat pada peta wilayah gempa Indonesia pada Gambar 3.2. Wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan pada percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan perioda ulang 500 tahun. Wilayah gempa 1 dan 2 termasuk dalam wilayah gempa ringan, wilayah gempa sedang adalah wilayah 3 dan 4, dan wilayah gempa berat adalah wilayah 5 dan 6. Dari Gambar 3.2 dapat dilihat bahwa kota Manado termasuk dalam wilayah gempa 5 dan merupakan daerah yang rawan akan gempa. III -1

2 Gambar 3.2. Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun (SNI ) 3.2 DATA TANAH Dalam rekayasa geoteknik dibutuhkan data mengenai kondisi tanah yang repesentatif terhadap kondisi tanah di lapangan. Kondisi perlapisan tanah dan parameter-parameter kekuatan tanah tiap lapisan sangat menentukan keberhasilan konstruksi. Karena mekanisme di lapangan akan diwakili oleh data-data perlapisan tanah yang digunakan untuk desain. Oleh karena itu beberapa metode pengambilan data harus dilakukan untuk dapat menentukan perlapisan tanah dan parameter-parameternya. Pengambilan data dapat dilakukan menggunakan Standard Penetration Test (SPT), Sondir, Boring, ataupun cara dan metode lainnya. Pengambilan data tersebut tentunya diambil dengan beberapa metode untuk dapat dibandingkan dan diputuskan kondisi tanah yang cukup mewakili. Selain untuk mendapatkan data yang teliti dan mewakili, beberapa metode yang dilakukan berfungsi untuk menutupi kekurangan tiap metode. Misalkan pada sondir yang kurang baik untuk tanah berlensa atau berbatu, dan pada boring yang kurang tepat untuk tanah yang terlampau lunak karena lubang bor akan tertutupi runtuhan tanah lunak tersebut, atau misalkan vane shear yang hanya dapat digunakan pada tanah lempung lunak, dan sebagainya. Pada desain fondasi caisson ini dilakukan 3 pengeboran (BH1, BH2, dan BH3), dan 3 penyondiran (So1, So2, dan So3) untuk mendapatkan data dan kondisi perlapisan tanah pada proyek ini. Pada desain struktur atas jembatan ini pylon utama jembatan yang akan ditopang oleh pondasi caisson berada tepat pada lokasi pengeboran BH3, sehingga untuk analisis III -2

3 fondasi caisson ini data dari BH3 cukup representatif untuk digunakan dalam desain dan analisis. Dari pengeboran pada BH3 didapatkan data SPT seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3. Dari lubang bor tersebut diperoleh kondisi perlapisan tanah terdiri dari tujuh perlapisan tanah. Pada -2 meter dari permukaan terdapat material timbunan batuan. Di bawah lapisan tersebut terdapat lapisan loosy sandy silt (lanau kepasiran agak lepas) sampai kedalaman -4 meter. Kemudian dari kedalaman -4 meter sampai -12 meter terdapat medium clayey silt (lanau kelanauan). Dari mulai kedalaman -12 meter sampai -32 meter terdapat dense to very dense sand (pasir padat sampai sangat padat) dan dense to very dense silty sand (pasir kelanauan) sampai -48 meter yaitu kedalaman terakhir pengeboran. Gambar 3.3 Data tanah di bawah pier jembatan Parameter tanah yang didapatkan selanjutnya dapat dilihat pada Gambar 3.4. Parameterparameter tersebut yang akan digunakan dalam desain dan analisis fondasi caisson Jembatan Ir. Soekarno, Manado, termasuk analisis menggunakan software Plaxis versi Pada hasil laporan surveyor di lapangan, elevasi tanah 0 meter pada titik bor di bawah pier ternyata hampir sama dengan elevasi 0 meter pada gambar perencanaan struktur dan pondasi. Oleh karena itu elevasi 0 meter yang akan digunakan pada analisis fondasi caisson ini akan sama dengan elevasi 0 meter perlapisan tanah. III -3

4 Soft to Medium Clayey Sandy Silt N = 4 γ T = 16 kn/m 3 c = 25 kpa φ = 2 E = 6000 kn/m 2 Medium Dense Silty Fine Sand N = 12 γ T = 16 kn/m 3 Very Dense Sand N = 38 γ T = 17 kn/m 3 c = 15 kpa φ = 30 E = 70,800 kn/m 2 Very Dense Silty Sand γ T = 17 kn/m 3 c = 15 kpa φ = 35 E = 85,000 kn/m 2 c = 10 kpa φ = 28 E = 8000 kn/m Dense Silty Sand γ T = 17.5 kn/m 3 c = 20 kpa φ = 30 E = 60,000 kn/m Gambar 3.4 Perlapisan tanah dan parameter-parameter kekuatan tanah di bawah pier Muka air tanah dilaporkan berada pada 1,25 meter dibawah HWS (Highest Water Spring). Data ini diperoleh dari pengamatan langsung pada lubang bor di bawah pier. 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. 3.3 DESAIN AWAL FONDASI Fondasi caisson ini direncanakan terbentuk dari susunan secant pile berdiameter 88 cm yang disusun melingkar dengan jari-jari 5,25 m. Susunan tersebut dibuat menjadi 2 buah lingkaran atau menjadi 2 fondasi caisson. Tampak atas susunan secant pile dapat dilihat pada Gambar 3.5 III -4

5 12880 mm 3750 mm 5380 mm 3750 mm mm mm 3440 mm 3440 mm Primary Pile Secondary Pile Secant Pile 91 O d 880 mm Gambar 3.5 Tampak atas susunan secant pile pada desain awal Pada elevasi -25 meter sampai -29 meter awalnya direncanakan akan dicor dengan melakukan dewatering dan penggalian terlebih dahulu. Akan tetapi ternyata kondisi di lapangan menunjukkan kemungkinan adanya uplift cukup besar. Oleh karena itu desain awal tersebut direvisi dengan menggunakan grouting pada eleavasi -25 meter sampai -29 meter. Perbedaan mencolok adalah pada saat konstruksi menggunakan dewatering dan pengecoran langsung, perlekatan (bounding) dapat dijaga dengan menyatukan tulangan dari pile. Sedangkan bila menggunakan sistem grouting, tanah di atasnya tidak digali terlebih dahulu, sehingga sulit mengatakan terjadi perlekatan dengan secant pile atau kondisinya dapat diperkirakan antara melekat tidak sempurna (unperfect bounding) atau tidak melekat sama sekali (non-bounding). Selain itu properties dari grouting juga tidak dapat langsung dipastikan. Untuk memastikan properties yang dapat digunakan telah dilakukan pengujian yang memberikan nilai c = 250 kpa, φ = 40 o, dan E = kpa. Pada bagian atas ditutup oleh pile cap setebal 4 meter dengan elevasi paling tinggi pada pile cap pada elevasi 2 meter. Pile cap ini yang akan bersentuhan langsung dengan struktur atas yang akan membebani fondasi caisson. Sedangkan di bawah pile cap sampai ke grouting pada elevasi -25 meter terisi oleh tanah asli yang diakibatkan oleh tidak dilakukannya penggalian dan tanah lunak sedalam 10 m diganti oleh beton. Gambar 3.6 menunjukkan III -5

6 tampak samping desain awal menggunakan grouting dengan adanya tanah asli di antara grouting dan pile cap. EL +2,00 EL +0,00 Pile Cap EL -2,00 Soil Layer 1 EL -10,00 Soil Layer 2 EL -12,00 Secant Pile d 880 mm Soil Layer 3 EL -20,00 Soil Layer 4 16 D32 EL -25,00 D mm Grouting EL -29,00 EL -32,00 Soil Layer 5 EL -42,00 Gambar 3.6 Tampak samping desain awal menggunakan grouting Data mengenai detail bored pile sendiri tidak didapatkan. Tetapi hasil analisis secara struktural yang telah dilakukan sebelumnya memberikan kapasitas momen maksimum yang dapat diberikan oleh bored pile berdiameter 880 mm adalah sebesar 1200 knm (Firmansyah dan Delitriana, 2006). Data ini berlaku untuk seluruh bored pile berdiameter 880 mm dengan asumsi yang digunakan bahwa detail penulangannya akan sama. 3.4 DATA PEMBEBANAN Fondasi caisson ini akan menerima beban dari pylon jembatan di atasnya. Beban akan diterima pile cap dan akan didistribusikan ke struktur fondasi caisson. Gambar 3.7 berikut menunjukkan penjelasan simbol pembebanan yang akan dirangkum pada Tabel 3.1 untuk beban layan dan Tabel 3.2 untuk beban gempa. III -6

7 N1 M1 N1 M1 V1 V1 V2 N2 V2 N2 M2 M2 Gambar 3.7 Simbol-simbol pembebanan dari struktur jembatan Tabel 3.1 Beban-beban pada kondisi layan Beban Simbol Besar Gaya vertikal arah 1 N kn Gaya lateral arah 1 V1 0 Momen arah 1 M kn.m Gaya vertikal arah 2 N kn Gaya lateral arah 2 V2 0 Momen arah 2 M kn.m III -7

8 Tabel 3.2 Beban-beban pada kondisi gempa Beban Simbol Besar Gaya vertikal arah 1 N kn Gaya lateral arah 1 V kn Momen arah 1 M kn.m Gaya vertikal arah 2 N kn Gaya lateral arah 2 V kn Momen arah 2 M kn.m Pada analisis fondasi caisson ini, beban-beban dari struktur atas akan dimasukkan ke dalam analisis langsung tanpa adanya perkalian dengan faktor-faktor apapun. Hasil analisis terhadap beban-beban ini yang akan dikenakan angka keamanan. 3.5 TINJAUAN DESAIN AWAL FONDASI CAISSON Desain awal pondasi caisson ini dianalisis untuk ketiga beban di atas, yaitu beban aksial, beban lateral, dan moment. Analisis dilakukan dengan menggunakan perhitungan manual dan metode elemen hingga dengan software Plaxis 7.11 untuk beban aksial, dan untuk ketiga jenis beban sekaligus di analisis menggunakan software Group Pile dari Ensoft ANALISIS DAYA DUKUNG AKSIAL TIANG BOR Perhitungan daya dukung aksial tiang bor tunggal menggunakan data N-SPT seperti pada Gambar 3.3, dan parameter tiang yang digunakan adalah sebagai berikut : Diameter = 0.88 m Luas = 0.6 m 2 Perimeter = 2.8 m III -8

9 Tabel 3.3 Perhitungan daya dukung aksial tiang bor Soil Properties Compression Capacity (ton) Depth 0.2*N Friction Lapisan N-SPT End Bearing (m) (ton/m2) Local Cumm. Qu 10 beton 12 sand sand sand sand sand sand sand sand sand sand sand sand sand sand sand sand Hasil perhitungan daya dukung aksial tiang bor tunggal dirangkum sebagai berikut : Ultimate axial capacity (ton) = Allowable axial capacity (ton) = ANALISIS PEMBEBANAN AKSIAL MENGGUNAKAN SOFTWARE PLAXIS 7.11 Pada analisis menggunakan Plaxis 7.11 dapat diharapkan keluaran berupa angka keamanan terhadap keruntuhan tanah menggunakan metode elemen hingga. Permodelan yang digunakan dalam analisis ini dibuat dengan kondisi axisimetris yang akan menganggap seluruh regangan akan sama dalam arah radial atau ke segala arah. Berikut ini model yang digunakan merupakan satu fondasi caisson saja ditunjukkan pada Gambar 3.8. III -9

10 Gambar 3.8 Model Satu Fondasi Caisson untuk Software Plaxis 7.11 Kemudian permodelan tersebut di-mesh untuk membentuk elemen-elemen yang akan digunakan dalam perhitungan metode elemen hingga oleh software Plaxis 7.11 ini. Hasil dari mesh dengan coarseness fine ditunjukkan pada Gambar 3.9. Muka air tanah dimodelkan berada pada elevasi 0 meter yang akan mempengaruhi tegangan air pori serta tegangan efektif tanah yang ditunjukkan pada Gambar Gambar 3.9 Pembagian Elemen-Elemen oleh Plaxis 7.11 dalam Fine Coarseness III -10

11 Gambar 3.10 Tegangan Air Pori dan Tegangan Efektif Hasil analisis untuk beban aksial layan ditunjukkan pada Gambar 3.11 dan beban aksial gempa pada Gambar Melalui metode phi-c reduction, maka didapatkan safety factor untuk beban aksial gempa adalah sebesar 1,79 dan untuk beban aksial layan adalah 1,36. Gambar 3.11 Total Displacement untuk Beban Aksial Layan III -11

12 Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa tanah masih cukup aman mengingat safety factor fondasi caisson masih lebih besar dari 1. Tetapi umumnya fondasi dalam memiliki safety factor yang lebih besar daripada 2. Gambar 3.12 Total Displacement untuk Beban Aksial Gempa ANALISIS GRUP TIANG MENGGUNAKAN SOFTWARE GROUP PILE Dalam analisa dengan program group yaitu program permodelan tanah menggunakan pegas non linier. Dengan program group ini akan didapatkan kapasitas aksial dan momen yang terjadi pada tiang bor untuk beban pada kondisi gempa. Dalam program group, analisa menggunakan beban-beban pada kondisi gempa didefinisikan dalam tiga sumbu gaya, yaitu sumbu x, y dan z. beban-beban yang terjadi didefinisikan sebagai berikut : III -12

13 Fx Fy Mz = kn = kn = kn BAB3 DATA DAN TINJAUAN DESAIN AWAL Parameter tiang yang digunakan sebagai berikut : d = 0.88 m h = 42 m A = m 2 I = m 4 GJ = 3x10 5 kn.m 2 Gambar 3.13 Tampak atas grup fondasi pada desain awal III -13

14 Gambar 3.14 Permodelan grup tiang dalam program Group pada desain awal Kapasitas momen maksimum yang terjadi pada disain awal akibat beban gempa disajikan dalam grafik pada Gambar 3.16 dan Gambar Menurut hasil analisis, momen maksimum pada tiang bor adalah 2700 knm. Momen yang terjadi melebihi kapasitasnya, karena itu perlu diberi alternatif perkuatan. Gambar 3.15 Grafik Deflection vs Depth pada desain awal III -14

15 Gambar 3.16 Grafik Moment vs Depth pada desain awal III -15