STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL OLEH MEDI TRIYANTONO FAHRI JULIARTANTO 15004001 15004009 PEMBIMBING ENDRA SUSILA, ST., Ph.D PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TUGAS AKHIR STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA Oleh Medi Triyantono Fahri Juliartanto 15004001 15004009 DIPERIKSA DAN DISETUJUI oleh PEMBIMBING ENDRA SUSILA, ST., Ph.D NIP. 132163351 MENGETAHUI KELOMPOK KEPAKARAN GEOTEKNIK KOORDINATOR TUGAS AKHIR PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KETUA ENDRA SUSILA, ST., Ph.D NIP. 132163351 DR. IR. HERLIEN D. SETIO NIP.131121658
ABSTRAK STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA Medi Triyantono (15004001) dan Fahri Juliartanto (15004019) Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung 2009 Tugas akhir ini menyajikan studi stabilitas pondasi tiang grup berjenis bored pile yang merupakan kasus pada pembangunan Jembatan Kereta Api Cirebon-Kroya. Perhitungan stabilitas pondasi meliputi analisa secara manual dan analisa menggunakan Program GROUP dan PLAXIS. Untuk menganalisa daya dukung tiang tunggal dan perilaku yang terjadi, digunakan program SHAFT dan LPILE. Selain itu juga dilakukan perhitungan manual sebagai perbandingan dengan hasil yang dikeluarkan oleh program. Analisis dilakukan pada jembatan bagian pier dan abutment yang terletak pada lapisan tanah lempung dan pasir dengan kedalaman total hingga 25 meter. Parameter tanah perhitungan ditentukan dengan melakukan korelasi dengan data N-SPT dan penyelidikan di lapangan. Nilai daya dukung izin diperoleh dengan menetapkan minimum safety factor (SF) sebesar 3. Studi yang dilakukan meliputi perbandingan perhitungan manual, program GROUP dan program PLAXIS, dimana nilai gaya aksial, gaya lateral, momen, defleksi dan settlement yang dihasilkan menjadi fokus utamanya. Kata kunci : daya dukung, pondasi dalam, bored pile, tiang grup, manual, software, elemen hingga, beda hingga, ensoft, group, plaxis i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan YME, karena atas rahmat dan karunia-nya kami telah menyelesaikan Tugas Akhir ini yang disusun sebagai syarat kelulusan tahap sarjana di Program Studi Teknik Sipil. Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, banyak pihak yang telah memberikan bantuan kepada kami hingga akhirnya dapat terselesaikan. Untuk itu, kami ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Endra Susila, ST. Ph.D., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan ilmu dan waktunya selama masa pengerjaan Tugas Akhir ini. 2. Dr. Ir. Masyhur Irsyam, MSE dan Hasbullah Nawir, ST., Ph.D., selaku dosen penguji seminar dan sidang Tugas Akhir. 3. Dosen-dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil 4. Penghuni Rumah C dan Laboratorium Mekanika Tanah, yang sudah memberikan banyak masukan dan dorongan untuk kami. 5. Orang tua kami, yang menjadi motivasi utama kami dan memberikan dorongan yang tak ternilai. 6. Azisa Noor, yang menjadi salah satu alasan bagi salah satu penulis untuk terus maju dan berusaha selama pengerjaan Tugas Akhir ini.. 7. Adityo Pratomo, ST. dan Dyah Shinta, yang meminjamkan laptopnya untuk pengerjaan Tugas Akhir ini. 8. Teman-teman yang telah memberikan masukan dan dorongan semangat dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil yang telah banyak membantu demi kelancaran proses Tugas Akhir kami. 10. Pihak-pihak lain yang tak dapat kami sebutkan satu per satu. ii
Akhir kata, kami menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, baik dari sisi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak demi perbaikan dan pengembangan Tugas Akhir ini. Dan kami berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi banyak pihak. Terima kasih. Bandung, Maret 2009 Penulis iii
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN...1-1 1.1 Umum...1-1 1.2 Latar Belakang...1-2 1.3 Tujuan...1-3 1.4 Ruang Lingkup...1-3 1.5 Metodologi...1-3 1.6 Sistematika Penulisan Laporan Tugas Akhir...1-5 BAB II DASAR TEORI...2-1 2.1 Umum...2-1 2.2 Penentuan Parameter Tanah...2-1 2.3 Pondasi Bored Pile...2-5 2.3.1 Jenis-Jenis Bored Pile...2-7 2.3.2 Instalasi Pondasi Bored Pile...2-7 2.3.3 Kapasitas Daya Dukung Pondasi Bored Pile Untuk Beban Aksial...2-8 2.3.3.1 Kapasitas Tahanan Ujung (Q p )...2-10 2.3.3.2 Kapasitas Tahanan Friksi (Q s )...2-13 2.3.3.3 Negative Skin Friction...2-16 2.3.3.4 Kapasitas Ijin Tiang...2-17 2.3.4 Kapasitas Daya Dukung Pondasi Bored Pile Untuk Beban Lateral...2-18 2.3.4.1 Hipotesis Winkler...2-18 2.3.4.2 Beban Lateral Tiang Pada Tanah Pasir...2-19 2.3.4.3 Beban Lateral Tiang Pada Tanah Lempung...2-21 2.3.4.4 Hubungan Pembebanan Lateral dan Deformasi Tanah...2-22 2.3.5 Grup Tiang...2-22 2.3.5.1 Jarak antar Tiang Dalam Grup Tiang...2-23 2.3.5.2 Efisiensi Grup Tiang...2-24 2.3.5.3 Kapasitas Daya Dukung Grup Tiang...2-25 2.3.6 Settlement...2-25 2.3.6.1 Immediate Settlement Pada Pondasi Tiang...2-26 2.3.6.2 Consolidation Settlement pada Pondasi Tiang...2-28 iv
BAB III METODOLOGI...3-1 3.1 Umum...3-1 3.2 Diagram Alir...3-1 3.3 Analisis Menggunakan Program SHAFT...3-3 3.4 Analisis Menggunakan Program LPILE...3-5 3.5 Analisis Menggunakan Program GROUP 5.0...3-7 3.6 Analisis Menggunakan Program PLAXIS 3D Tunnel...3-14 3.6.1 Parameter umum (γ unsat dan γ sat )...3-18 3.6.2 Parameter Permeabilitas (k)...3-19 3.6.3 Parameter Kekakuan (E dan v)...3-20 3.6.3.1 Modulus Elastisitas (E)...3-20 3.6.3.2 Poisson Ratio (v)...3-22 3.6.4 Parameter Kekuatan (c, φ, dan ψ)...3-23 3.6.4.1 Kohesi (c)...3-23 3.6.4.2 Sudut Geser (φ)...3-24 3.6.4.3 Sudut dilatansi (ψ)...3-26 BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISIS...4-1 4.1 Umum...4-1 4.2 Analisis Stabilitas Pondasi Bored Pile pada Pier...4-1 4.2.1 Data Lapangan...4-1 4.2.1.1 Lokasi Tinjauan...4-1 4.2.1.2 Kondisi dan Parameter Tanah...4-2 4.2.2 Beban Struktur...4-5 4.2.2.1 Pendistribusian Beban Aksial pada Tiap Tiang...4-5 4.2.3 Desain Awal Pondasi Bored Pile dalam Grup...4-7 4.2.4 Analisis Kapasitas Aksial Tiang Tunggal...4-8 4.2.4.1 Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (Manual)...4-8 4.2.4.2 Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (SHAFT)...4-11 4.2.5 Analisis Kapasitas Lateral Tiang Tunggal...4-12 4.2.5.1 Perhitungan Lateral Tiang Tunggal (LPILE)...4-12 4.2.6 Analisis Kapasitas Tiang Grup...4-15 4.2.6.1 Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Grup (Manual)...4-16 4.2.6.2 Analisis Menggunakan Program Group 5.0...4-18 4.2.6.3 Analisis Menggunakan Plaxis 3D Tunnel...4-22 4.2.7 Rekapitulasi Hasil Analisis Group dan Plaxis untuk Pier...4-29 4.3 Analisis Stabilitas Pondasi Bored Pile pada Abutment...4-31 4.3.1 Data Lapangan...4-31 4.3.1.1 Lokasi Tinjauan...4-31 4.3.1.2 Kondisi dan Parameter Tanah...4-31 4.3.2 Beban Struktur...4-32 4.3.2.1 Pendistribusian Beban Aksial pada Tiap Tiang...4-32 4.3.3 Desain Awal Pondasi Bored Pile dalam Grup...4-33 4.3.4 Analisis Kapasitas Aksial Tiang Tunggal...4-34 4.3.4.1 Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (Manual)...4-34 4.3.4.2 Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Tunggal (SHAFT)...4-37 v
4.3.5 Analisis Kapasitas Lateral Tiang Tunggal...4-39 4.3.5.1 Perhitungan Lateral Tiang Tunggal (LPILE)...4-39 4.3.6 Analisis Kapasitas Tiang Grup...4-41 4.3.6.1 Perhitungan Aksial dan Penurunan Tiang Grup (Manual)...4-41 4.3.6.2 Analisis Menggunakan Program Group 5.0...4-43 4.3.6.3 Analisis Menggunakan Plaxis 3D Tunnel...4-49 4.3.7 Rekapitulasi Hasil Analisis Group dan Plaxis untuk Abutment...4-56 4.4 Analisis Hasil GROUP dan PLAXIS untuk Pier dan Abutment...4-57 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...5-1 5.1 Kesimpulan...5-1 5.2 Saran...5-2 DAFTAR PUSTAKA... x vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1 Diagram Alur Pengerjaan Tugas Akhir... 1-4 Gambar 2-1 Korelasi antara Cu dan nilai N-SPT pada Lempung... 2-3 Gambar 2-2 Ilustrasi Jenis-jenis Pondasi Bored Pile... 2-7 Gambar 2-3 Daya Dukung pada Pondasi Dalam... 2-9 Gambar 2-4 Grafik Faktor Adhesi terhadap Shear Strength... 2-16 Gambar 2-5 Negative Skin Friction... 2-17 Gambar 2-6 Beam pada fondasi elastis menurut Winkler (1867)... 2-18 Gambar 2-7 Permodelan Spring pada idealisasi Winkler (1867)... 2-18 Gambar 2-8 Defleksi tiang dengan beban lateral menurut Winkler (1867)... 2-19 Gambar 2-9 Konfigurasi Umum Tiang Grup... 2-23 Gambar 3-1 Diagram Alir... 3-2 Gambar 3-2 Tampilan Input Properti Tiang SHAFT... 3-3 Gambar 3-3 Tampilan Input Lapisan Tanah SHAFT... 3-3 Gambar 3-4 Tampilan Input Faktor Keamanan SHAFT... 3-4 Gambar 3-5 Tampilan Input Komputasi berdasarkan Panjang Tiang SHAFT... 3-4 Gambar 3-6 Tampilan Input Water Table SHAFT... 3-4 Gambar 3-7 Tampilan Input Properti Tiang LPILE... 3-5 Gambar 3-8 Tampilan Input Tipe Pembebanan LPILE... 3-6 Gambar 3-9 Tampilan Input Lapisan Tanah LPILE... 3-6 Gambar 3-10 Tampilan Input Kondisi Batas LPILE... 3-7 Gambar 3-11 Perpindahan di Dekat Permukaan Tanah-Tiang... 3-10 Gambar 3-12 Tampilan Input Pembebanan GROUP... 3-11 Gambar 3-13 Tampilan Input Posisi Tiang GROUP... 3-11 Gambar 3-14 Tampilan Input Koordinat Tiang GROUP... 3-12 Gambar 3-15 Tampilan Input Properti Tiang GROUP... 3-12 Gambar 3-16 Tampilan Input Parameter Tanah GROUP... 3-13 Gambar 3-17 Definisi E 0 dan E 50... 3-20 Gambar 3-18 Definisi Poisson Ratio... 3-22 Gambar 3-19 Hubungan Kohesi dan Nilai N-SPT untuk Tanah Kohesif... 3-24 Gambar 3-20 Permodelan pada PLAXIS... 3-27 Gambar 3-21 Mesh Generation... 3-27 Gambar 3-22 Menu 3D Mesh Generation... 3-28 Gambar 3-23 3D Mesh Generation... 3-28 Gambar 3-24 Kondisi Air Tanah... 3-29 Gambar 3-25 Tahapan Pekerjaan... 3-29 Gambar 4-1 Lokasi penempatan Pier 1 (P-1)... 4-2 Gambar 4-2 Kondisi Lapisan Tanah dan Hasil Pengujian di Lapangan... 4-3 Gambar 4-3 Hasil Pengujian N-SPT terhadap Pier 1 (P-1)... 4-4 Gambar 4-4 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang... 4-6 Gambar 4-5 Distribusi beban aksial... 4-6 vii
Gambar 4-6 Konfigurasi Grup Tiang Pier 1 (P-1)... 4-7 Gambar 4-7 Grafik Kapasitas Aksial Ultimate terhadap Kedalaman... 4-11 Gambar 4-8 Grafik Beban Axial terhadap Penurunan Tanah... 4-12 Gambar 4-9 Grafik Defleksi Lateral terhadap Kedalaman... 4-13 Gambar 4-10 Grafik Momen terhadap Kedalaman... 4-13 Gambar 4-11 Grafik Kapasitas Lateral terhadap Kedalaman... 4-14 Gambar 4-12 Grafik Defleksi terhadap Lateral... 4-14 Gambar 4-13 Konfigurasi Group Tiang Bor... 4-16 Gambar 4-14 Desain Grup Tiang... 4-18 Gambar 4-15 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan... 4-18 Gambar 4-16 Momen pada Tiang akibat Kombinasi Beban Layan... 4-19 Gambar 4-17 Gaya Lateral pada Tiang akibat Kombinasi Beban Layan... 4-19 Gambar 4-18 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Layan... 4-20 Gambar 4-19 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa... 4-20 Gambar 4-20 Momen pada Tiang akibat Kombinasi Beban Gempa... 4-21 Gambar 4-21 Gaya Lateral pada Tiang akibat Kombinasi Beban Gempa... 4-21 Gambar 4-22 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Gempa... 4-22 Gambar 4-23 Extreme Total Displacement Tanah Beban Layan... 4-22 Gambar 4-24 Total Displacement Tanah Beban Layan... 4-23 Gambar 4-25 Horizontal Displacement Tanah Beban Layan... 4-23 Gambar 4-26 Vertical Displacement Tanah Beban Layan... 4-24 Gambar 4-27 Axial Forces Tanah Beban Layan... 4-24 Gambar 4-28 Shear Forces Tanah Beban Layan... 4-25 Gambar 4-29 Bending Moments Tanah Beban Layan... 4-25 Gambar 4-30 Extreme Total Displacement Tanah Beban Gempa... 4-26 Gambar 4-31 Total Displacement Tanah Beban Gempa... 4-26 Gambar 4-32 Horizontal Displacement Tanah Beban Gempa... 4-27 Gambar 4-33 Vertical Displacement Tanah Beban Gempa... 4-27 Gambar 4-34 Axial Forces Tanah Beban Gempa... 4-28 Gambar 4-35 Shear Forces Tanah Beban Gempa... 4-28 Gambar 4-36 Bending Moments Tanah Beban Gempa... 4-29 Gambar 4-37 Konfigurasi Grup Tiang Pier 1 (P-1)... 4-29 Gambar 4-38 Lokasi penempatan Abutment 1 (ABT-1)... 4-31 Gambar 4-39 Hasil Pengujian terhadap Abutment 1 (ABT-1)... 4-31 Gambar 4-40 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang... 4-32 Gambar 4-41 Distribusi beban aksial... 4-33 Gambar 4-42 Konfigurasi Grup Tiang Abutment 1 (ABT-1)... 4-34 Gambar 4-43 Grafik Kapasitas Aksial Ultimate terhadap Kedalaman... 4-38 Gambar 4-44 Grafik Beban Axial terhadap Penurunan Tanah... 4-38 Gambar 4-45 Grafik Defleksi Lateral terhadap Kedalaman... 4-39 Gambar 4-46 Grafik Momen terhadap Kedalaman... 4-40 Gambar 4-47 Grafik Gaya Lateral terhadap Kedalaman... 4-40 Gambar 4-48 Grafik Defleksi terhadap Lateral... 4-41 Gambar 4-49 Konfigurasi Tiang Grup Bored Pile Abutment-1... 4-42 Gambar 4-50 Tampak Atas Permodelan Grup Tiang - Group 5.0... 4-43 Gambar 4-51 Tampak Samping Permodelan Grup Tiang - Group 5.0... 4-44 viii
Gambar 4-52 Tampilan 3D Permodelan Grup Tiang - Group 5.0... 4-44 Gambar 4-53 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan... 4-45 Gambar 4-54 Momen pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan... 4-45 Gambar 4-55 Shear pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Layan... 4-46 Gambar 4-56 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Layan... 4-46 Gambar 4-57 Defleksi pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa... 4-47 Gambar 4-58 Momen pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa... 4-47 Gambar 4-59 Shear pada Tiang Akibat Kombinasi Beban Gempa... 4-48 Gambar 4-60 Kurva Axial Load vs Displacement Akibat Beban Gempa... 4-48 Gambar 4-61 Extreme Total Displacement Tanah Beban Layan... 4-49 Gambar 4-62 Total Displacement Tanah Beban Layan... 4-50 Gambar 4-63 Horizontal Displacement Tanah Beban Layan... 4-50 Gambar 4-64 Vertical Displacement Tanah Beban Layan... 4-51 Gambar 4-65 Axial Forces Tanah Beban Layan... 4-51 Gambar 4-66 Shear Forces Tanah Beban Layan... 4-52 Gambar 4-67 Bending Moments Tanah Beban Layan... 4-52 Gambar 4-68 Extreme Total Displacement Tanah Beban Gempa... 4-53 Gambar 4-69 Total Displacement Tanah Beban Gempa... 4-53 Gambar 4-70 Horizontal Displacement Tanah Beban Gempa... 4-53 Gambar 4-71 Vertical Displacement Tanah Beban Gempa... 4-54 Gambar 4-72 Axial Forces Tanah Beban Gempa... 4-54 Gambar 4-73 Shear Forces Tanah Beban Gempa... 4-55 Gambar 4-74 Bending Moments Tanah Beban Gempa... 4-55 Gambar 4-75 Bending Moments Tanah Beban Layan... 4-56 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2-1 Korelasi Nilai N-SPT dengan φ dan γ pada Tanah Berpasir... 2-2 Tabel 2-2 Korelasi Nilai N-SPT dengan γ pada Tanah Lempung... 2-4 Tabel 2-3 Faktor Adhesi Tanah Kohesif... 2-4 Tabel 2-4 Hubungan Tipe Tanah dengan Modulus Young dan Poisson s Ratio. 2-5 Tabel 2-5 Koefisien Empiris pada Pondasi Dalam... 2-27 Tabel 3-1 Nilai tipikal untuk berbagai densitas dari berbagai jenis tanah... 3-19 Tabel 3-2 Hubungan Antara Nilai SPT dengan Properti Tanah... 3-19 Tabel 3-3 Nilai Permeabilitas Berdasarkan Jenis Tanah... 3-20 Tabel 3-4 Korelasi Modulus Elastisitas (Es) dengan Nilai N-SPT... 3-21 Tabel 3-5 Modulus Es untuk Berbagai Jenis Tanah... 3-22 Tabel 3-6 Nilai Modulus Elastisitas dan Poisson Ratio... 3-23 Tabel 3-7 Sifat Tanah berdasarkan Nilai Plastisitas... 3-24 Tabel 3-8 Sudut Geser Dalam untuk Berbagai Jenis Tanah... 3-25 Tabel 3-9 Sudut Geser Dalam untuk Tanah Bukan Lempung... 3-25 Tabel 4-1 Parameter Tanah... 4-4 Tabel 4-2 Pembebanan Akibat Struktur... 4-5 Tabel 4-3 Beban Layan dan Beban Gempa... 4-5 Tabel 4-4 Hasil Perhitungan Parameter Tanah (Manual)... 4-9 Tabel 4-5 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Program)... 4-11 Tabel 4-6 Hasil Analisis Aksial Tiang Tunggal... 4-12 Tabel 4-7 Kapasitas Daya Dukung Lateral (Program)... 4-12 Tabel 4-8 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Layan)... 4-30 Tabel 4-9 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Gempa)... 4-30 Tabel 4-10 Parameter Tanah... 4-32 Tabel 4-11 Pembebanan akibat Struktur... 4-32 Tabel 4-12 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Manual)... 4-35 Tabel 4-13 Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial (Program)... 4-37 Tabel 4-14 Hasil Analisis Aksial Tiang Tunggal... 4-39 Tabel 4-15 Kapasitas Daya Dukung Lateral (Program)... 4-39 Tabel 4-16 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Layan)... 4-56 Tabel 4-17 Perbandingan Hasil GROUP dan PLAXIS (Gempa)... 4-56 Tabel 4-18 Rangkuman Hasil Perhitungan Kapasitas Aksial... 4-57 Tabel 4-19 Rangkuman Hasil Perhitungan Kapasitas Leteral dan Momen... 4-58 Tabel 4-20 Rangkuman Hasil Perhitungan Defleksi dan Settlement... 4-59 x