ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI BORED PILE DENGAN METODE ELEMEN HINGGA PADA PROYEK FLY OVER JAMIN GINTING MEDAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh Essy Santaria Ginting 100404063 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
LEMBAR PENGESAHAN ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI BORED PILE DENGAN METODE ELEMEN HINGGA PADA PROYEK FLY OVER JAMIN GINTING MEDAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat dalam menempuh Colloqium Doctum/ Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : ESSY SANTARIA GINTING 100404063 Pembimbing : Ir. Rudi Iskandar, MT NIP. 19650325 199103 1 006 Penguji I Penguji II Ika Puji Hastuty S.T,M.T NIP. 19770807 200812 2 002 Prof. Dr.Ing. Johannes Tarigan NIP : 19561224 198103 1 002 Mengesahkan : Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, Prof. Dr.Ing. Johannes Tarigan NIP : 19561224 198103 1 002 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014
ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI BORED PILE DENGAN METODE ELEMEN HINGGA PADA PROYEK FLY OVER JAMIN GINTING MEDAN ABSTRAK Pondasi, merupakan bagian dari struktur bawah (sub structure), mempunyai peranan penting dalam memikul beban struktur atas sebagai akibat dari adanya gayagaya yang terjadi pada struktur atas (upper structure) seperti gaya angin, gaya gempa maupun berat struktur itu sendiri. Berdasarkan The British Standart Code of Practice for Foundation, tiang dibagi menjadi 3 (tiga kategori) yaitu tiang perpindahan besar (large displacement piles), Tiang perpindahan kecil (small displacement piles) dan tiang tanpa perpindahan (nondisplacement piles). Untuk pondasi non displacement, konstruksi tiang bor langsung dilakukan di lokasi proyek dan pada umumnya disebut dengan pondasi bored pile. Perhitungan daya dukung aksial Bored Pile dengan Metode Elemen Hingga pada titik Bore Hole 4 adalah 509,495 ton dan pada titik Bore Hole 5 adalah 689,15 ton masing masing pada kedalaman 15 m. Nilai ini tidak berbeda jauh dari hasil Pile Driving Analyzer (PDA) yaitu sebesar 696,7 ton pada P4.7 dan 679,9 ton pada titik P5.2. Tahanan lateral ultimit berdasarkan Metode Broms pada Bore Hole P4 adalah sebesar 90,403 ton dan untuk Bore HoleP5 sebesar 86,064 sedangkan penurunan elastis yang dihasilkan berdasarkan metode elemen hingga dengan bantuan program Plaxis V8.2 adalah sebesar 1,479 cm pada Bore Hole P4 dan 1,742 cm pada Bore Hole P5, akibat beban rencana sebesar 350 ton. Kata Kunci : Plaxis, PDA, Kapasitas Daya Dukung, Penurunan Elastis
KATA PENGANTAR Puji dan syukur atas anugerah Tuhan Yang Maha Esa sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini sebagai syarat utama dalam memperoleh gelar sarjana Teknik dari dengan judul Analisa Daya Dukung Pondasi Bore pile dengan Metode Elemen Hinggapada Proyek Fly Over Jamin Ginting Medan. Dengan menyadari sepenuhnya bahwa penyelesaian Tugas Akhir ini tidak lepas dari bimbingan, bantuan dan dukungan dari banyak pihak, maka pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Rudi Iskandar,MT. sebagai Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto,M.Sc selaku koordinator Sub Jurusan Geoteknik Teknik Sipil. 5. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan dan Ibu Ika Puji Hastuty S.T,M.T, selaku dosen pembanding saya.
6. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. Secara khusus, penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang tulus dan sedalam-dalamnya kepada: 1. Kedua orang tua tercinta, R.Ginting dan J. Tarigan, atas kasih sayang, dukungan dan doa yang selalu menyertai penulis. 2. Kepada kakak-kakak saya Sri Ulina, Nurdiana, Sari, Seri riawaty, Lista, Etty, dan kedua adik saya yang sangat saya sayangi Prihatin dan Sri Rezekina. 3. Kepada abang saya Wasriel Tarigan yang telah memberikan dukungan dan perhatian. 4. Para sahabat saya, Prisquilla, Jernih, Elfridani, Zefanya, Rebeka, Fany, Yanti, Mardi, Alfian, Leo, Elwis, Sintong, Hopnagel, Badia, Bobby, Edin, Taslim, Hardi, Welman, Fredy, Yahya, Darwin dan seluruh teman seperjuangan angkatan 2010 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya. 5. Kakak dan abang stambuk 2009, kak Elisa, bang Agriva, terkhusus kak Manna Grace Sihotang yang telah memberikan data-data yang saya butuhkan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini 6. Rekan-rekan mahasiswi dan adik-adik stambuk 2013 yang telah memberikan motivasi dan segala kekerabatan serta kerja sama selama pendidikan di Fakultas Teknik. 7. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa membantu penulis, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis, untuk itu penulis akan terbuka terhadap semua saran dan kritik mengenai Tugas Akhir ini, dengan ini penulis berharap Tugas Akhir ini juga memberi manfaat bagi kita semua. Medan, Oktober 2014 Essy Santaria Ginting
DAFTAR ISI Abstrak i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... iii Daftar Gambar... iv Daftar Tabel... v Daftar Notasi... vi BAB I Pendahuluan... 1 1.1 LatarBelakang... 1 1.2 Identifikasi Masalah... 1 1.3 Tujuan Dan Manfaat... 2 1.4 Pembatasan Masalah... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TinjauanPustaka... 5 2.1 Umum... 5 2.2 Tanah... 5 2.2.1 Definisi Tanah 6 2.2.2 Karakteristik Tanah... 7 2.3 PenyelidikandanPemeriksaan Tanah di Lapangan... 7 2.3.1 Pemboran... 8 2.3.2 SumurPercobaan... 9 2.3.3 PengambilanContoh Tanah... 9 2.3.4 PercobaanPenetrasi. 10 2.3.4.1 Penetrometer Statis (Static Penetrometer).. 11
2.3.4.2 Penetrometer Dinamis (Dynamic Penetrometer)/SPT. 14 2.4 Pondasi. 17 2.4.1 PondasiTiang 19 2.4.1.1 PenggolonganPondasiTiang... 20 2.5 PondasiTiangBor (Bored Pile) 22 2.6 Metode Pelaksanaan Bored Pile... 26 2.7 Pengeboran dengan metode RCD... 27 2.8 KapasitasDayaDukungAksialBored Pile.. 36 2.8.1 KapasitasdayadukungdarihasilSondir.. 36 2.8.2 Kapasitas daya dukung dari hasil N-SPT.. 38 2.8.3 Uji Beban Dinamis (PDA). 42 2.9 Kapasitas Daya Dukung Lateral Bored Pile.. 44 2.9.1 Hitungan Tahanan Beban Lateral Ultimit.. 45 2.9.1.1 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Granular. 47 2.10 Penurunan Elastis Tiang Tunggal.. 50 2.11 Metode Elemen Hingga. 55 2.12 Plaxis. 63 2.12.1 Model Tanah Mohr Coloumb 64 2.12.2 Pemodelan Pada Plaxis.. 65 2.13 Parameter Tanah... 65 2.14 Parameter Tiang Bor... 71 BAB III Metodologi Penelitian... 73 3.1 Data Umum Proyek... 73 3.2 Data Teknis Bored Pile... 74 3.3 Tahap Penelitian... 75
BAB IV Analisa Dan Perhitungan... 80 4.1 Pendahuluan... 80 4.2 Input Parameter Pada Program Plaxis... 80 4.3 Proses Masukan Data pada Program Plaxis... 85 4.4 HasilPerhitunganDayaDukungAksial... 91 4.5 Hasil Perhitungan Daya Dukung Lateral 96 4.5.1 Metode Analitis.. 96 4.5.2 Metode Grafis. 99 4.6 Perhitungan Penurunan.. 101 4.6.1 Penurunan Berdasarkan Program Plaxis 101 4.6.2 Penurunan Elastis Tiang Tunggal 105 Bab V Kesimpulan Dan Saran 112 5.1 Kesimpulan. 112 5.2 Saran.. 113 DaftarPustaka. 114
DAFTAR GAMBAR No. Judul Hal 2.1 Elemen-Elemen Tanah (Braja M.Das, 1995) 6 2.2 Jenis-Jenis Bor Tangan(Djatmiko & Edy, 1997) 8 2.3 Alat Sondir Dengan Pipa Ganda Penetrasi 12 2.4 Konus Sondir Dalam Keadaan Tertekan Dan Terbentang 12 2.5 Alat percobaan Penetrasi Standard 14 2.6 Bagan alir uji penetrasi lapangan dengan NSPT. 16 2.7 Pegelompokan Pondasi 17 2.8 Panjang Dan Beban Maksimum Untuk berbagai Macam Tiang 21 yang umum dipakai menurut Carzon 2.9 Jenis-Jenis Tiang Bor (Braja M Das, 1941) 22 2.10 Pengoprasian Dasar Metode RCD 29 2.11 Pelaksanaan Pondasi Bor pile dengan Metode RCD 35 2.12 Daya Dukug Ujung Batas Bore Pile pada Tanah Pasiran 39 (Reese & Wright, 1977) 2.13 Tahanan Geser Selimut Bored pile pada tanah pasiran 40 (Reese & Wright, 1977) 2.14 PDA instrumen dan aksesoris pendukung 43 2.15 Tiang Ujung Bebas pada Tanah Granuler menurut Broms 49 (a) Tiang Pendek (b) Tiang Panjang 2.16 Tiang Ujung Jepit dalam Tanah Granular menurut Broms (a) 50 Tiang pendek (b) Tiang panjang 2.17 Grafik Tahanan Lateral Ultimit Tiang pada Tanah Granuler 51
2.18 Faktor penurunan I 0 (Poulus dan Davis, 1980) 53 2.19 Faktor penurunan R µ (Poulus dan Davis, 1980) 54 2.20 Faktor Penurunan R k (Poulus dan Davis, 1980) 54 2.21 Faktor Penurunan R h (Poulus dan Davis, 1980) 54 2.22 Faktor Penurunan R b (Poulus dan Davis, 1980) 55 2.23 Jenis Jenis Elemen 56 2.24 Titik Nodal Dan Titik Integrasi 57 2.25 Model Pondasi Tiang Bore 66 3.1 Denah Lokasi Proyek Fly Over Simpang Pos Medan 74 3.2 Detail Bored Pile 75 3.3 Layout SPT dan PDA 79 4.1 Tampilan Soil Properties Pada software Allpile 81 4.2 Lembar Tab Proyek Dari Jendela Pengaturan Global 85 4.3 Pemodelan Plaxis Pada Titik Bore Hole 4 86 4.4 Pemodelan Bored hole 4 pada blaxis setelah pendefinisian 87 material 4.5 Generated Mesh pada bore hole 4 88 4.6 kondisi active pore pressure pada bore hole 4 88 4.7 Kondisi effective stresses pada bore hole 4 89 4.8 Pemilihan titik nodal pada bore hole 4 4.9 Proses pendefinisian beban rencana Point loadpada bore hole 90 44.10 Proses perhitungan (calculation) pada bore hole 4 91 4.11 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 4 pada fase 2 (sebelum konsolidasi) 4.12 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 4 pada Fase 4 (Setelah konsolidasi) 4.13 Nilai phi Reduction Titik Bore Hole 5 fase 2 (sebelum konsolidasi) 91 92 93
4.14 Nilai phi Reduction Titik Bore Hole 5 fase 4 (setelah 94 konsolidasi) 4.15 perhitungan tahanan lateral ultimit secara grafis Bore hole 4 99 4.16 Titik nodal yang di tinjau pada proses penurunan. 101 4.17 Deformed Mesh pada Bore Hole 4 102 4.18 Deformed mesh pada bore hole 4 ketika Qu bekerja 102 4.19 Cross Section A-A*total displacement pada bore hole 4 103 4.20 Deformed mesh pada Bore hole 5 ketika beban ijin bekerja 103 4.21 Deformed mesh pada bore hole 5 ketika beban ultimit bekerja 104 4.22 Horizontal displacement (Ux) Bore Hole 5 104
DAFTAR TABEL No. Judul hal 2.1 Jarak Pemboran (Djatmiko & Edy, 1997) 9 2.2 Faktor Empiric Fs 38 2.3 Nilai-nilai n h untuk Tanah Granuler 47 2.4 Pemilihan Fungsi Perpindahan 60 2.5 Korelasi NSPT dengan Modulus Elastisitas Pada Tanah 67 lempung (Randolph,1978) 2.6 Korelasi NSPT dengan modulus Elastisitas pada Tanah Pasir (Schmertman, 1970) 68 2.7 Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan poison Ratio 69 (Hardiyatmo, 1994) 2.8 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah (Braja, 1995) 72 4.1 Input Parameter tanah pada program Plaxis pada titik BH-P4 82 4.2 Input Parameter tanah pada program Plaxis pada titik BH-P5 83 4.3 Input Parameter Bored Pile 85 4.4 Perbandingan Qu Dari SPT dengan Qu dari Program Plaxis V8.2 95 4.5 Hasil Penurunan yang Dihasilkan Program Plaxis V8.2 105 4.6 Penurunan Elastis Tiang Tunggal 111
DAFTAR NOTASI A = Interval pembacaan (setiap kedalaman 20 cm) A = Total luas efektif penampang piston (cm 2 ) A = Luas penampang kolom/tiang (cm 2 ) A b = Luas penampang ujung tiang (cm 2 ) A p = Luas penampang ujung tiang (cm 2 ) A s = Luas penampang selimut tiang (cm 2 ) B C p = Diameter atau sisi tiang (m) = koefisien empiris c = Kohesi tanah (kg/cm 2 ) c u = Kohesi Undrained (kn/m 2 ) D Eg = Diameter tiang = Efisiensi kelompok tiang Ep = modulus elastisitas tiang (ton/m 2 ) E s FK = modulus young tanah = Faktor Keamanan f s = Tahanan gesek dinding tiang (Kg/cm 2 ) h H HL = Tinggi jatuh = Gaya Horizontal yang bekerja (ton) = Hambatan Lekat
Hu I = Gaya lateral ultimit = Momen Inersia Ip = Momen inersia tiang (m 4 ) I wp I ws i i min = faktor pengaruh = faktor pengaruh = Kedalaman lapisan tanah yang ditinjau (m) = Jari-jari inersia batang/tiang JHL = Tahanan geser total sepanjang tiang (Kg/m) JP = Jumlah perlawanan, perlawanan ujung konus + selimut (kg/cm 2 ) K = Keliling tiang (cm) k s = modulus subgrade tanah dalam arah horizontal (ton/m 3 ) L L i = Panjang batang/tiang = Panjang lapisan tanah (m) l k = Panjang tekuk (panjang batang/tiang yang mengalami perlengkungan) M m Mu N 1 = Momen yang bekerja di kepala tiang = Jumlah baris tiang = Momen ultimit dari penampang tiang = Harga Rata-rata dari Dasar ke 10D ke atas N 2 = Harga Rata-rata dari Dasar ke 4D ke bawah n = Jumlah tiang pancang n = Jumlah tiang dalam satu baris P = Bacaan manometer (Kg/cm 2 )
P 1 = Beban yang diterima satu tiang pancang (ton) PK = Perlawanan penetrari konus, qc (Kg/cm 2 ) P Q Qa Qb Qg Q ijin = Keliling tiang (m) = Daya dukung tiang pada saat pemancangan ( ton) = Beban maksimum tiang tunggal = Tahanan ujung ultimit tiang (kg) = Beban maksimum kelompok tiang yang mengakibatkan keruntuhan = 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) q wp R S s 1 s 2 s 3 s s e Su T w = beban titik persatuan luas ujung tiang = Faktor kekakuan = Penurunan total = Penurunan batang tiang = Penurunan tiang akibat beban titik ujung tiang = Penurunan tiang akibat beban yang tersalur sepanjang batang = Jarak masing- masing antar tiang = penurunan elastik tiang tunggal = kuat geser tak terdrainase dari tanah kohesif = Faktor kekakuan = Berat palu
x Xi yi z ΣV = Kedalaman yang ditinjau (m) = Jarak tiang pancang terhadap titik berat kelompok arah x (m) = Jarak tiang pancang terhadap titik berat kelompok arah y (m) = kedalaman titik yang ditinjau = Jumlah beban vertikal (ton) Σx 2 = Jumlah kuadrat tiang pancang arah x (m 2 ) Σy 2 = Jumlah kuadrat tiang pancang arah y (m 2 ) qc = Tahanan konus pada ujung tiang (kg/cm 2 ) α = Koefisien Adhesi antara Tanah dan Tiang Ø = Sudut geser tanah (kg/cm 2 ) μ s ξ = nisbah Poisson tanah = Koefisien dari skin friction τ = Kekuatan geser tanah (kg/cm 2 ) σ = Tegangan normal yang terjadi pada tanah (kg/cm 2 ) σ ω λ η h = Tegangan dasar = Faktor tekuk (tergantung pada kelangsingan (λ)) = Angka kelangsingan = konstanta modulus subgrade tanah