ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG PADA TITIK BORE HOLE 01 DENGAN METODE ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA (STUDI KASUS : HOTEL MEDAN SIANTAR SINAKSAK PEMATANG SIANTAR) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil Disusun Oleh : WILDA NASUTION 11 0404 136 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG PADA TITK BORE HOLE 01 DENGAN METODE ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA (STUDI KASUS : HOTEL MEDAN SIANTAR SINAKSAK PEMATANG SIANTAR) ABSTRAK Pondasi adalah suatu konstruksi pada bagian dasar struktur bangunan yang berfungsi untuk meneruskan beban yanga diakibatkan struktur pada bagian atas kepada lapisan tanah yang berada pada bagian bawah struktur tanpa mengakibatkan keruntuhan geser tanah, dan penurunan tanah pondasi yang berlebihan. Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk menghitung dan membandingkan besar daya dukung aksial tiang pancang tunggal berdasarkan data sondir,data SPT, dan menggunakan metode numerik dengan bantuan aplikasi program Plaxis. Daya dukung lateral menggunakan metode Broms. Dan menghitung efisiensi tiang pancang kelompok menggunakan metode Converse Labarre Formula dan metode Los Angeles Group. Berdasarkan hasil perhitungan data sondir, besar daya dukung tiang pancang tunggal dengan metode Mayerhoff pada titik S3 adalah 779,976 ton, dan daya dukung tiang pancang tunggal menggunakan metode Aoki dan De Alencar pada titk S3 adalah 332,069 ton. Berdasarkan hasil perhitungan data SPT, besar daya dukung tiang pancang tunggal pada Bore Hole 1 adalah 313,372 ton. Berdasarkan metode elemen hingga diperoleh daya dukung tiang tunggal sebesar 345,2 ton. Daya dukung lateral berdasarkan Metode Broms pada Bore Hole 1 secara analitis sebesar 29,501 ton dan secara grafis sebesar 29,030 ton. Efisiensi tiang pancang kelompok berdasarkan metode Converse Labarre Formula adalah 0,897 dan berdasarkan metode Metode Los Angeles Group adalah 0,833. Perbedaan daya dukung tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan jenis tanah, cara pelaksanaan pengujian yang bergantung pada ketelitian operator dan perbedaan parameter yang digunakan dalam perhitungan. Kata Kunci : Kapasitas Daya Dukung, Sondir, SPT, Metode Elemen Hingga, Efisiensi Tiang Pancang. i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada saya, sehingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi Geoteknik Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, dengan judul : Analisa Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang pada Titik Bore Hole - 01 dengan Metode Analitis dan Metode Elemen Hingga (Studi Kasus : Hotel Medan Siantar Sinaksak Pematang Siantar. Saya menyadari bahwa dalam penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Terutama kepada kedua orang tua saya, ayahanda (alm) Syawaluddin Nasution dan Ibunda Yulda Lubis yang telah membesarkan dan menyayangi saya sepenuh hati serta memberikan dukungan yang besar baik moral maupun material. 2. Kepada saudara saudara abang saya Sahrul Zulmi, kakak saya Muniroh Sari, dan kedua adik saya Sahnan Rizki dan Sakti Syaputra yang sangat saya cintai. ii
3. Ibu Ika Puji Hastuty S.T,M.T, sebagai Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Ir. Syahrizal, MT, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 6. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto,M.Sc selaku koordinator Sub Jurusan Geoteknik Teknik Sipil. 7. Bapak Dr. Ir. Sofian Asmirza S, M.Sc dan Bapak Rudi Iskandar, M.T, selaku dosen pembanding saya. 8. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 9. Abangda Denny AB S.T, yang telah sangat membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 10. Kepada sahabat sahabat saya yang selalu membantu : kak Mila, kak iffeh, lia, Sahrial, Ledi, Irham serta yang terbaik Ubaidillah Tambunan. 11. Untuk saudara/i seperjuangan: Valdi, Iren, Ade, Sylda, Mimah, Siti, Intan, Meita, Fara, lini, Triana, wenny, Sormin, hendra, Mury, Dani, Ari, Peter, Machel serta teman-teman stambuk 2011 yang sangat saya sayangi dan semua mahasiswa Teknik Sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 12. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya yang sangat baik. iii
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Januari 2016 Penulis ( Wilda Nasution ) iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR NOTASI... DAFTAR LAMPIRAN... i ii v ix xiii xvi xix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Batasan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 5 1.5 Metode Pengumpilan Data... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1 Pendahuluan... 8 2.2 Tanah... 9 2.3 Penyelidikan Tanah (Soil Investigation).. 11 2.3.1 Percobaan Cone Penetrometer Test ( Sondering Test ).. 12 2.3.2 Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT)... 19 2.4 Pondasi... 23 2.4.1 Pondasi Dangkal (Shallow Foundation).. 23 2.4.2 Pondasi Dalam (Deep Foundation) 28 v
2.5 Tiang Pancang 34 2.5.1 Definisi Tiang Pancang.. 35 2.5.2. Jenis-Jenis Tiang Pancang 39 2.6 Perencanaan Pondasi Tiang.. 51 2.6.1 Jenis-Jenis Alat Pancang 53 2.6.2. Metode Pemancangan Tiang.. 57 2.6.3. Pemancangan Tiang Pancang. 59 2.6.4. Alasan Menggunakan Pondasi Tiang Pancang.. 64 2.6.5.Kelebihan dan Kekurangan Pondasi Tiang Pancang.. 65 2.7 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang. 66 2.7.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil Sondir (Cone Penetration Test).. 66 2.7.2. Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil SPT (Standard Test Penetration) 69 2.8 Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang. 74 2.8.1 Menghitung Tahanan Beban Lateral Ultimit. 76 2.8.2 Metode Broms 78 2.9 Faktor Keamanan 89 2.10 Metode Elemen Hingga 91 2.11 Plaxis.. 93 2.11.1 Pemodelan pada Program Plaxis.. 93 2.11.2 Parameter-Parameter yang Digunakan pada Program Plaxis... 96 2.12 Efisiensi Kelompok Tiang Pancang. 103 vi
BAB III METODE PENELITIAN... 109 3.1 Data Umum... 109 3.2 Data Teknis Tiang Pancang... 110 3.3 Metode Pengumpulan Data... 111 3.4 Tahap Penelitian... 112 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 115 4.1 Pendahuluan... 115 4.2 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Axial Pondasi Tiang Pancang... 115 4.2.1 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data Sondir dengan Metode Meyerhoff 115 4.2.2 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data Sondir dengan metode Aoki dan De Alencar 127 4.2.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT (Standard Penetration Test) 135 4.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Lateral Pondasi Tiang Pancang.. 139 4.4 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Metode Elemen Hingga... 142 4.5 Menghitung Efisiensi Tiang Pancang Kelompok... 152 4.5 Diskusi.. 155 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 158 5.1 Kesimpulan... 158 5.2 Saran... 160 DAFTAR PUSTAKA... 161 vii
DAFTAR GAMBAR No. Judul Hal 2.1 Diagram Fase Tanah (Braja M.Das, 1995) 10 2.2 Konus Sondir Dalam Keadaan Tertekan Dan Terbentang 14 2.3 Cara Pelaporan Hasil Uji Sondir 17 2.4 Kurva percobaan sondir 17 2.5 Alat sondir dengan konus biasa 18 2.6 Alat Percobaan Penetrasi Standard 20 2.7 Pondasi Batu Bata 25 2.8 Pondasi Umpak 25 2.9 Pondasi Batu Kali 26 2.10 Pondasi Rakit 26 2.11 Pondasi Telapak/Footplat 27 2.12 Pondasi konstruksi sarang laba-laba 28 2.13 Pondasi Sumuran 30 2.14 Pondasi Tiang Bor (Bored Pile) 32 2.15 Pondasi Tiang Pancang Bulat Berongga 33 2.16 Pondasi Tiang Franki (Franki Pile) 33 2.17 Tiang Pancang Beton kayu 42 2.18 PondasiTiang Baja 44 2.19 Tumpuan Ujung (End Bearing Pile) 45 viii
2.20 Tumpuan Geser/Sisi (Friction Pile) 46 2.21 Pondasi Tiang dengan Tahanan Lekatan 46 2.22 Pemukul aksi tunggal (Single-acting Hammer) 54 2.23 Pemukul Aksi Double (Double-acting Hammer 54 2.24 Pemukul Diesel (Diesel Hammer) 55 2.25 Pemukul Getar (Vibratory Hammer) 2.26 Alat pancang tiang 2.27 Alat Pemancang 2.28 Penyimpanan Tiang Pancang 2.29 Pemancangan Tiang Pancang 2.30 Urutan pemancangan 2.31 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (C u ) dengan Faktor Adhesi (α) 2.32 Tiang pendek dikenai beban lateral 2.33 Tiang panjang dikenai beban lateral 2.34 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang 2.35 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif 2.36 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Dengan kondisi kepala tiang terjepit. 2.37 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Dengan kondisi kepala tiang bebas. 2.38 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang 2.39 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler 2.40 Jenis-Jenis Elemen 2.41 Titik Nodal dan Titik Integrasi 2.42 Model Pondasi Tiang Pancang 56 57 61 61 62 64 74 79 79 81 83 84 86 88 89 92 92 93 ix
2.43 Tab Parameter untuk Model Mohr Coulomb 2.44 Kelompok tiang 2.45 Susunan tiang 2.46 Baris kelompok tiang 3.1 Lokasi Proyek 3.2 Lokasi Titik Bore Hole 3.4 Alur Penelitian 4.1 Nilai qc (side) pada titik S-1 4.2 Nilai qc (side) pada titik S-2 4.3 Nilai qc (side) pada titik S-3 4.4 Grafik kapasitas beban lateral pada tanah granular 4.5 Kotak Dialog Pengaturan Global (general setting) 4.6 Pemodelan Bore hole 1 Setelah Pendefinisian Material 4.7 Generate Mesh 4.8 Initial water pressure pada program Plaxis 4.9 Kondisi Active Pore Pressure 4.10 Kondisi Effective Stresses 4.11 Phase-Phase perhitunganpemilihan titik nodal 4.12 Pemilihan titik nodal 4.13 Proses Perhitungan 4.14 Nilai Phi Reductionpada program Plaxis 4.15 Detai tiang pancang kelompok 103 103 105 106 110 111 114 129 131 134 141 145 146 147 148 148 149 149 150 151 151 152 x
xi
xii
xiii
DAFTAR NOTASI A p = luas penampang tiang (m 2 ) B Cp Cs c = lebar atau diameter tiang (m) = koefisien empiris = konstanta Empiris = kohesi tanah (kg/cm²) c u = kohesi undrained (kn/m 2 ) D = diameter tiang (m) Dr = kerapatan relatif (%) E b = modulus elastisitas tanah di dasar tiang (kn/m 2 ) Eg = Efisiensi kelompok tiang 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 = angka pori ef = effisiensi hammer (%) f Gs g = jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) = specific gravity = jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) H Hu h = tebal lapisan (m) = Gaya lateral ultimit = tinggi jatuh hammer (m) xiv
I = momen inersia tiang (cm 4 ) ID I 0 = diameter dalam (m) = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampa (Incompressible) dalam massa semi tak terhingga K k k i k h k v L L b L i = 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) = tebal lapisan tanah, pengujian SPT dilakukan setiap interval kedalaman pemboran (m) m M y = Jumlah baris tiang = momen leleh (kn-m) N- SPT = nilai N-SPT n n n h P = koefisien restitusi = Jumlah tiang dalam satu baris = koefisien fariasi modulus = keliling tiang (m) PK = Perlawanan penetrari konus, qc (Kg/cm 2 ) p o p u Q Qa = tekanan overburden efektif = tahanan tanah ultimit = besar beban yang bekerja (kn) = Beban maksimum tiang tunggal xv
Qb Q ijin = Tahanan ujung ultimit tiang (kg) = Kapasitas daya dukung ijin tiang (kg) Q p = Tahanan Ujung Ultimate (kn) Qs = Tahanan gesek ultimit dinding tiang (kg/cm 2 ) Q ult = Kapasitas daya dukung maksimal/akhir (kg) R b R h = faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung = faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras R k R μ s α = faktor koreksi kemudah mampatan tiang = faktor koreksi angka poisson = Jarak pusat ke pusat tiang = koefisien adhesi antara tanah dan tiang = effisiensi alat pancang Ø = sudut geser dalam = 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 ) = koefisien dari skin friction μ = poisson s ratio ψ = sudut dilantansi ( o ) DAFTAR LAMPIRAN xvi
Lampiran I Data- data Hasil pengujian Sondir Lampiran II Data- data Hasil pengujian SPT Lampiran III Data laboratorium xvii