ANALISIS DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN TIANG PANCANG PADA BORE HOLE II DENGAN METODE ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA (STUDI KASUS PROYEK SKYVIEW APARTMENT MEDAN) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil Disusun Oleh : BEBY HARDIANTY 12 0404 020 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ANALISIS DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN TIANG PANCANG PADA BORE HOLE II DENGAN METODE ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA (STUDI KASUS PROYEK SKYVIEW APARTMENT MEDAN) ABSTRAK Setiap pondasi harus mampu mendukung beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimal yang mungkin terjadi. Sehingga, pondasi suatu struktur bangunan harus diperhitungkan daya dukung agar dapat menjamin kestabilan bangunan dalam menahan beban yang bekerja dan juga harus diperhitungkan penurunan yang terjadi tidak melebihi batas yang telah ditentukan, yaitu 1 inch. Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk menghitung nilai daya dukung aksial berdasarkan data Sondir, SPT dan menggunakan bantuan program Plaxis. Menghitung daya dukung lateral tiang dengan metode Broms. Efisiensi tiang pancang kelompok menggunakan metode Converse-Labarre, metode Los Angeles dan metode Feld. Dan penurunan tiang dengan metode Penurunan elastis dan metode Poulus dan Davis pada proyek pembangunan Skyview Apartment Setiabudi, Medan. Berdasarkan hasil perhitungan data Sondir, nilai daya dukung ultimit diameter 60 cm pada titik S-2 adalah 416,36 ton dan titik S-5 sebesar 440,86 ton. Berdasarkan hasil data SPT nilai daya dukung tiang tunggal pada Bore Hole II diameter 60 cm sebesar 275,20 ton. Daya dukung lateral pada Bore Hole II dengan diameter 60 cm daya dukung lateralnya secara analitis 19,79 ton dan secara grafis 20,11 ton. Nilai efisiensi tiang berdasarkan metode Converse-labarre sebesar 0,88 maka daya dukung kelompok tiang 193,74 ton. Penurunan Poulus dan Davis yang dihasilkan 13,79 mm sedangkan dengan penurunan elastis sebesar 11,50 mm. Hasil penurunan tiang kelompok sebesar 15,90 mm. Nilai daya dukung dan penurunan berdasarkan program Metode Elemen Hingga sebesar 285,46 ton dan 11,42 mm nilai ini tidak jauh berbeda dengan secara analitis. Kata Kunci : Kapasitas Daya Dukung, Sondir, SPT, Efisiensi Tiang Pancang, Penurunan Elastis, Metode Elemen Hingga 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. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi Geoteknik Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, dengan judul : Analisis Daya Dukung Dan Penurunan Tiang Pancang pada Bore Hole II dengan Metode Analitis Dan Metode Elemen Hingga (Studi Kasus Proyek Skyview Apartment Medan). 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 Gundian, SH dan Ibunda Dely Sarwaty serta kepada kedua kakak saya Suci Ikhwani Lestari, S.Kom dan Ade Fatwa, S.Ab yang telah memberikan dukungan penuh serta mendoakan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT sebagai Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar memberi bimbingan, saran, dan dukungan dalam bentuk waktu dan pemikiran untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ir.Roesyanto, MSCE selaku koordinator Sub Jurusan Geoteknik Teknik Sipil. ii
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT selaku dosen pembanding saya. 6. Bapak Ir. Syahrizal, MT, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 7. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 8. Bapak Hendro yang bersedia memberikan data-data yang saya butuhkan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini, serta mendukung saya dalam mengerjakan Tugas Akhir ini. 9. Kepada partner skripsi saya Titi Hayati yang menjadi teman seperjuangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Teman-teman angkatan 2012, Giovanny R., Sri Wahyuni HTG, M. Iqbal Abidin, Fadel Mhd, Nirwan Lubis, Hendra Witarsa, Mitra, Prasetyo Ramadhan, Anshar R.A.Pohan, Ridwan Nst, Ade Indra Utama serta temanteman 2012 lainnya. 11. Kepada Gustara Iqbal, ST yang senantiasa memberikan arahan dan dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 12. Abang dan kakak senior angkatan 2011 dan 2010 arahan, bantuan, serta dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 13. 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, Juni 2016 Penulis ( Beby Hardianty) 12 0404 020 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR NOTASI... i ii v ix xii xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat... 2 1.3 Pembatasan Masalah... 4 1.4 Metode Penelitian... 4 1.5 Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1 Pendahuluan... 6 2.2 Tanah... 6 2.2.1 Penyelidikan Tanah (Soil Investigation)... 7 2.2.2 Pengujian Penetrasi Kerucut Statis (Sondir)... 9 2.2.3 Pengujian Penetrasi Standar (SPT)... 11 2.3 Pondasi... 13 2.3.1 Pondasi Tiang Pancang... 14 2.3.2 Penggolongan Pondasi Tiang Pancang... 15 2.3.3 Alat Pemancangan Jack In Pile... 16 2.4 Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang... 20 v
2.4.1 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang... 20 2.4.2 Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang... 25 2.5 Pile Cap... 37 2.5.1. Efisiensi dan Kapasitas Kelompok Tiang... 39 2.6 Penurunan Tiang Pancang... 42 2.6.1 Penurunan Tiang Tunggal... 42 2.6.2 Penurunan Tiang Pancang Kelompok... 48 2.7 Faktor Keamanan... 49 2.8 MEH (Metode Elemen Hingga) Bidang Geoteknik... 49 2.9 Plaxis... 50 BAB III METODE PENELITIAN... 61 3.1 Data Umum Proyek... 61 3.2 Karakteristik Tanah... 62 3.3 Data Teknis Tiang Pancang... 67 3.4 Metode Pengumpulan Data... 68 3.5 Tahap Penelitian... 69 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 71 4.1 Pendahuluan... 71 4.2 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Aksial Pondasi Tiang Pancang... 71 4.2.1. Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Data Sondir dengan Metode Meyerhoff 71 vi
4.2.2. Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT (Standart Penetration Test).. 74 4.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Lateral Pondasi Tiang Pancang.. 78 4.4 Menghitung Kapasitas Kelompok Tiang Berdasarkan Efisiensi 80 4.5 Penurunan Elastis pada Tiang Tunggal dan Kelompok... 81 4.5.1 Penurunan pada Tiang Tunggal... 81 4.5.2 Penurunan Kelompok Tiang... 85 4.6 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Metode Elemen Hingga... 85 4.6.1 Proses Pemodelan pada Program Plaxis... 89 4.7 Diskusi... 96 4.7.1 Perbandingan antara tekanan air pori sebelum konsolidasi dan setelah konsolidasi dari program Metode Elemen Hingga.... 96 4.7.2 Perbandingan Daya Dukung Ultimit Sebelum Konsolidasi dan Setelah Konsolidasi... 97 4.7.3 Perbandingan Penurunan Setelah Konsolidasi dan Sebelum Konsolidasi... 98 4.7.4 Penurunan Perlapisan Tanah.... 99 4.7.5 Perbandingan Nilai Daya Dukung Ultimit Aksial dan Penurunan Secara Analitis dan Metode Elemen Hingga... 101 vii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 103 5.1 Kesimpulan... 103 5.2 Saran... 106 DAFTAR PUSTAKA... 107 DAFTAR LAMPIRAN... 109 viii
DAFTAR GAMBAR No. Judul Hal 2.1 Elemen-Elemen Tanah (Hardiyatmo,2011) 7 2.2 Kurva Percobaan Sondir (Soedarmo, 1993) 10 2.3 Nilai N -spt untuk Desain Tahanan Ujung Tanah Pasiran 23 2.4 Hubungan antara Kuat Geser (c u ) dengan Faktor Adhesi 24 (α) (API,1987) 2.5 Mekanisme Keruntuhan Pondasi (a) Tiang Panjang dan (b) 30 Tiang Pendek pada Tiang Ujung Bebas Dalam Tanah Kohesif (Hardiyatmo,2011) 2.6 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Kohesif (a) 32 Pondasi Tiang Pendek, (b) Pondasi Tiang Panjang (Hardiyatmo,2011) 2.7 Mekanisme Keruntuhan Pondasi (a) Tiang Pendek dan (b) 33 Tiang Panjang pada Tiang Ujung Jepit Dalam Tanah Kohesif (Hardiyatmo,2011) 2.8 Mekanisme Keruntuhan Tiang Ujung Jepit (a) Tiang 35 Pendek (b) Tiang Panjang pada Tanah Non-Kohesif 2.9 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Granular (a) 36 Tiang Pendek (b) Tiang Panjang (Hardiatmo,2011) ix
2.10 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Bebas (a) 37 TiangPendek (b) Tiang Panjang (Hardiatmo,2011) 2.11 Tiang Pancang Kelompok 39 2.12 Pola Susunan Tiang Pancang (s = Minimum Pile Spacing) 41 (sumber : Teng, Wayne C., Foundation Design) 2.13 Faktor Penurunan I o (Poulus dan Davis,1980) 46 2.14 Faktor Penurunan R µ (Poulus dan Davis, 1980) 46 2.15 Faktor Penurunan R k (Poulus dan Davis, 1980) 47 2.16 Faktor Penurunan R h (Poulus dan Davis, 1980) 47 2.17 Faktor Penurunan R b (Poulus dan Davis, 1980) 48 2.18 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami 50 Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke Dalam Tanah (Bowles, 1993) 2.19 Titik Nodal dan Titik Tegangan 55 3.1 Lokasi Proyek Skyview Apartment Setiabudi 66 3.2 Sket Situasi Letak Titik Pengujian Sondir dan Bor Mesin 72 3.3 Bagan Alir Penelitian 74 4.1 Pile Cap 84 4.2 Parameter Tanah (Kohesi dan Sudut Geser) dari Allpile 90 4.3 Lembar General Setting pada Plaxis 93 4.4 Input Data Material Set (a) Data lapisan Tanah (b) Data 94 Tiang Pancang 4.5 Generate Mesh 95 4.6 Initial Water Pressure pada Program Plaxis 96 x
4.7 Pemodelan Fase Sebelum Konsolidasi dan Setelahnya 97 4.8 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf pada Fase 3 97 4.9 Hasil Kalkulasi dan Besar Σ Msf pada fase 4 98 4.10 Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil 99 Perhitungan 4.11 Excess Pore Pressure Sebelum Konsolidasi 100 4.12 Excess Pore Pressure Setelah Konsolidasi 101 4.13 Penurunan Tanah Sebelum Konsolidasi 102 4.14 Penurunan Tanah Setelah Konsolidasi 103 4.15 Titik Peninjauan Penurunan Lapisan Tanah 103 xi
DAFTAR TABEL No Judul Hal 2.1 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser 25 Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir 2.2 Hubungan antara N dengan Berat Isi Tanah 25 2.3 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained 28 untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan (Overconsolidation) 2.4 Nilai-Nilai n h untuk Tanah Granular (c = 0) 29 2.5 Nilai-Nilai n h untuk Tanah Kohesif 29 2.6 Kriteria Pondasi Tiang Pendek dan Pondasi Tiang Panjang 29 2.7 Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga (Sumber : PT WIKA 38 Beton) 2.8 Nilai Koefisien Empiris (C p ) 51 2.9 Faktor Aman yang Disarankan oleh Reese dan O Neill 52 2.10 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah 59 2.11 Korelasi N -SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Lempung 60 2.12 Korelasi N -SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir 60 2.13 Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson s Ratio (μ) 61 2.14 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah 63 3.1 Deskripsi Tanah Bore Hole I 67 xii
3.2 Deskripsi Tanah Bore Hole II 68 4.1 Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Tiang Pancang pada Titik Sondir S-2 diameter 60 cm dengan Metode 77 Meyerhoff 4.2 Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Tiang Pancang pada Titik Sondir S-5 Diameter 60 cm dengan Metode 77 Meyerhoff 4.3 Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Tiang Pancang pada Bore Hole II diameter 60 cm dengan Metode 80 Meyerhoff 4.4 Hasil Perhitungan Penurunan Elastis Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 m. 87 4.18 Data Tiang Pancang 104 4.19 Input Parameter Tanah untuk Program Metode Elemen Hingga Lokasi Bore Hole II 106 4.20 Daya Dukung dengan Program Plaxis 116 4.21 Penurunan yang Terjadi Pada Setiap Lapisan Tanah 119 4.22 Pengecekan Displacement 120 5.1 Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Menggunakan Data Sondir dengan Diameter 0,6m 5.2 Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Menggunakan Data Sondir dengan Diameter 0,3m 121 122 5.3 Hasil Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin dari Data SPT 122 xiii
5.4 Hasil Perhitungan Nilai Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang Pancang 123 5.5 Hasil Penurunan Tiang 123 5.6 Hasil Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Penurunan Tiang Pancang dengan Program Metode Elemen Hingga 124 xiv
DAFTAR NOTASI A p = Luas penampang tiang (m 2 ) B C p C s 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 ) E g = Efisiensi kelompok tiang E p = Modulus elastis tiang (kn/m 2 ) E s = Modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kn/m 2 ) e = Angka pori ef = Efisiensi hammer (%) f = Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) Gs = Specific gravity [[ g H H u = Jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) = Tebal lapisan (m) = Beban lateral (kn) I = Momen inersia tiang (cm 4 ) I 0 JP = Faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat = Jumlah perlawanan (perlawanan ujung konus + selimut) xv
JHL K K p k k i k h k v L L b L i = Jumlah hambatan lekat (kg/cm) = Faktor kekakuan tiang = Koefisien tanah pasif = 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 ultimit (kn-m) N- SPT = nilai SPT N 1 N 2 n n h P = Nilai SPT pada kedalaman 10D pada ujung tiang ke atas = Nilai SPT pada kedalaman 4D pada ujung tiang ke bawah = Jumlah tiang dalam satu baris = Koefisien fariasi modulus = Keliling tiang (m) PK = Perlawanan penetrari konus, qc (Kg/cm 2 ) p u P tiang Q = Tahanan tanah ultimit = Kekuatan yang diijinkan pada tiang (kg) = Besar beban yang bekerja (kn) xvi
Q g = Beban maksimum kelompok tiang yang mengakibatkan keruntuhan Q a Qb Q ult Q ijin = Beban maksimum tiang tunggal = Tahanan ujung ultimit tiang (kg) = Kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang tunggal (kg) = Kapasitas daya dukung ijin tiang (kg) Q p = Tahanan Ujung Ultimate (kn) Q s = Tahanan gesek ultimit dinding tiang (kg/cm 2 ) q c = Tahanan ujung sondir (kg/cm 2 ) 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 S g Se (1) Se (2) Se (3) = Faktor koreksi kemudah mampatan tiang = Faktor koreksi angka poisson = Penurunan untuk tiang tunggal = Penurunan Kelompok tiang = Penurunan elastis dari tiang = Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di ujung tiang =Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di sepanjang batang tiang s T ult α η = Jarak pusat ke pusat tiang = Daya dukung terhadap kekuatan tanah untuk tiang tarik (kg) = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang = Efisiensi grup tiang xvii
Ø = Sudut geser dalam γ = 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 ) ξ = Koefisien dari skin friction μ = Poisson s ratio ψ = Sudut dilantansi ( o ) σ beton = Tegangan tekan ijin bahan tiang (kg/cm 2 ) π = Phi lingkaran xviii