Perbandingan Analisa Besar Daya Dukung Pondasi Bore Pile Menggunakan Metode Elemen Hingga Terhadap Metode Analitik Dan Metode Loading Test (Studi Kasus Proyek Pembangunan Manhattan Mall Dan Condominium)
PERBANDINGAN ANALISA BESAR DAYA DUKUNG PONDASI BORE
PILE MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA TERHADAP
METODE ANALITIK DAN METODE LOADING TEST
(STUDI KASUS PROYEK PEMBANGUNAN MANHATTAN MALL DAN
CONDOMINIUM)
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan sarjana teknik sipil
DIKERJAKAN OLEH :
10 0404 121 ARBY WIRA KARYA S
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan ke hadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan berkat dan karunia-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat terlaksana dengan baik. Adapun Tugas Akhir ini berjudul “Perbandingan Analisa Besar
Daya Dukung Pondasi Bore Pile Menggunakan Metode Elemen Hingga
Terhadap Metode Analitik dan Metode Loading Test (Studi Kasus Proyek
Pembangunan Manhattan Mall dan Condominium)’’. Tugas Akhir ini disusun
sebagai syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang studi Geoteknik di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, saya menyadari bahwa saya tidak terlepas dari bimbingan, bantuan dan dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak, diantaranya : 1.
Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan, masukan, dukungan dalam bentuk waktu dan pemikiran untuk membantu saya menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku Koordinator Sub Jurusan Geoteknik.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
4. Bapak Ir. Anwar harahap dan Ibu Ika Puji Hastuti, ST.MT selaku dosen pembanding saya.
5. Bapak dan ibu pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU, khususnya Bapak Ir. Makmur Ginting, Msc ; Bapak Ir. Alferido Malik, atas ilmu dan bimbingan yang telah diberikan selama saya duduk di bangku perkuliahan.
6. Bapak Nobeli yang bersedia memberikan data-data yang saya butuhkan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini, serta mendukung saya dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
7. Keluarga yang saya kasihi, terutama kedua orangtua saya, Bapak Robin D.
Sihite dan Ibu Ikipmas Anny Siagian, dan adik saya Margaretha Sihite, serta wanita terkasih Dea Tamara Hutagaol yang telah memberikan doa dan dukungan penuh kepada saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Teman-teman angkatan 2010, khususnya bidang Geoteknik; Hopnagel Sinaga, Henry Beteholi Hulu, Prisquila Sembiring, Essy Ginting, Anggi Badia Raja Sihite, Mangasi Sinaga, Agave Manulang, Welman Tambunan, Rano Ndraha, Uke Parhusip, Muhammad Wihardi, Taslim, serta teman-teman angkatan 2010 lainnya yang merupakan keluarga untuk saya.
9. Sahabat-sahabat angkatan 2010 , Dice Dachi, Muhammad Taufik, Andre Syahputra Manurung, Fransiscus I Pinem, Rizky T S Siagian, Aziz Oemry yang mendukung dan membantu saya.
10. Abang dan kakak senior angkatan 2007, atas arahan, bantuan serta dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
11. Adik – adik junior angkatan 2011, 2012, 2013, dan 2014.
12. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya selama ini.
Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki banyak kekurangan karena adanya keterbatasan pengetahuan dan pemahaman saya. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari para pembaca.
Akhir kata, saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Tuhan memberkati.
Medan, 2015 Penulis
Arby Wira Karya Sihite 10 0404 121
ABSTRAK
Dalam setiap bangunan diperlukan pondasi sebagai dasar bangunan yang kuat dan kokoh. Hal ini disebabkan pondasi sebagai dasar bangunan harus mampu memikul seluruh beban bangunan dan beban lainnya untuk diteruskan sampai kelapisan tanah. Untuk mengetahui daya dukung dari pondasi bore pile, biasanya dilakukan pengujian beban tiang statis aksial (loading test). Dimana untuk setiap kali pelaksanaan loading test dibutuhkan biaya yang relatif mahal. Dalam perencanaannya, sangatlah penting dilakukan analisis mengenai daya dukung pondasi.
Dalam kaitannya dengan hal tersebut, penulis mengadakan penelitian tentang daya dukung aksial bore pile tunggal yang dihitung dengan metode elemen hingga (MEH) dibandingkan dengan metode analitis dan metode loading
test . Lalu juga dibandingkan mengenai komparasi kurva beban dengan penurunan.
Berdasarkan hasil analisis kapasitas daya dukung tiang tunggal, jenis tanah dari penelitian ini berupa tanah kohesif diantaranya jenis lanau kelempungan hingga lanau berpasir. Untuk tiang ø 100 cm didapatkan nilai daya dukung menggunakan program MEH adalah 571,5 ton. Dan besar penurunan maksimum saat diberikan beban secara siklik 150% yaitu sebesar 6300 ton, dari hasil output program MEH adalah 205,42 mm, sedangkan dari interpretasi uji beban statis diperoleh sebesar 97,69 mm. Dimana terdapat selisih 107,73 mm yang lebih besar hasil output program MEH dari pada uji beban statis.
Kata kunci : metode elemen hingga, loading test, pondasi bore pile
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR……………………………………………….. i ABSTRAK………………………………………………………….... iii DAFTAR ISI………………………………………………………… iv DAFTAR TABEL…………………………………………………… vii DAFTAR GAMBAR………………………………………………… viii DAFTAR NOTASI…………………………………………………... xi BAB I PENDAHULUAN………………………………………....
1 1.1. Latar Belakang………………………………………...
1 1.2. Pembatasan Masalah……………………......................
2 1.3. Lokasi Penelitian…..………………………………….
2 1.4. Tujuan Penelitian.....…………………………………..
3 1.5. Manfaat Penelitian..…………………………………...
3 1.6. Metode Pengumpulan Data ..…...…………………….
3 1.7. Sistematika Penulisan ..…...…………………………..
5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA…………………………………..
7 2.1. Tinjauan Umum...…………………………………......
7 2.2. Penyelidikan Tanah (Soil Investigation)……………...
8 2.3. Klasifikasi Tanah.……………………………………..
9
2.3.1. Klasifikasi Tanah Berdasarkan Tekstur.…………
9 2.3.2. Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO............….….
11 2.3.3. Klasifikasi Tanah Sistem UNIFIED……………..
13 2.4. Pondasi..........................................................................
17 2.4.1. Pondasi Tiang………………………………….....
20 2.4.2. Penggolongan Pondasi Tiang.................................
21 2.4.3. Pondasi Tiang Bor……………………………......
23 2.4.4. Metode Pelaksanaan Pondasi Bored Pile.....……..
27 2.5. MEH (Metode Elemen Hingga) Bidang Geoteknik......
37 2.5.1. Metode Elemen Hingga....……………………….
37
2.5.2. Fungsi Perpindahan (Shape Function)……….......
41 2.5.3. Elemen untuk analisa dua dimensi...…………….
41 2.5.4. Interpolasi Displacement...……………………….
42 2.5.5. Regangan...........................……………………….
43 2.5.6. Hukum Konstitutif............……………………….
44 2.5.7. Matriks Kekakuan Elemen……………………….
45 2.5.8. Matriks Kekakuan Global.……………………….
45 2.5.9. Pemodelan pada Program MEH....……………….
46 2.5.10. Model Mohr Coulomb...........………………......
47
2.5.11. Metode Elemen Hingga.......……………………
49 2.5.12. Studi Parameter Tanah....…………………….....
49 2.5.13. Parameter Tanah...............……………………...
51 2.6. Uji Pembebanan (Loading Test)...........……….............
58 2.7. Vibrating Wire Strain Gauge (VWSG).....………..........
63 BAB III METODOLOGI PENELITIAN………………………...
69 3.1. Data Umum…………………………………………...
69 3.2. Data Teknis Proyek…………………………………...
70
3.3. Metode Pengumpulan Proyek…………………………
70 3.4. Lokasi Titik Loading Test dan Bored Pile……………...
72 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN…………………………
73 4.1. Pendahuluan ………………………………………….
73 4.2. Input Parameter Pada Program MEH…..……………..
73 4.3. Proses Masukkan Data ke Program MEH…..………...
79 4.4. Hasil Perhitungan Daya Dukung Aksial..……………..
82 4.5. Perhitungan Penurunan......................…..……………..
84
4.5.1. Komparasi Kurva Beban vs Penurunan dengan
92 Beban 50%………………………………...……
4.5.2. Komparasi Kurva Beban vs Penurunan dengan
93 Beban 100%……………………………...……
4.5.3. Komparasi Kurva Beban vs Penurunan dengan
94 Beban 150%……………………………...……
4.6. Diskusi..............................................................……….
96 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……………………….....
98 5.1. Kesimpulan …………………………………………...
98
5.2. Saran………………………………………………….. 100 DAFTAR PUSTAKA………………………………………………... xiv LAMPIRAN………………………………………………………….. xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Klasifikasi Tanah Menurut ASSHTO……………………... 12Tabel 2.2 Sistem Klasifikasi UNFIED………………………….….... 15Tabel 2.3 Fungsi Perpindahan ………………………….…................ 41Tabel 2.4 Korelasi N-SPT dengan modulus elastisitas pada tanah52 pasir (Schmertman, 1970).....................................................
Tabel 2.5 Korelasi N-SPT dengan modulus elastisitas pada tanah53 lempung (Randolph,1978)....................................................
Tabel 2.6 Hubungan Jenis Tanah, konsistensi dan Poisson’s Ratio54 (μ).........................................................................................
Tabel 2.7 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah (Das, 1995)..............57 Tabel 2.8 Spesifikasi Vibrating Wire Strain Gauge (VWSG).............. 66
Tabel 4.1 Input parameter tanah untuk Bore Hole 2……….……....... 75Tabel 4.2 Input Parameter Bored Pile ……………............................. 78Tabel 4.3 Penurunan pada Program MEH ........................................... 89Tabel 4.4 Perbandingan Settlement menggunakan MEH dengan90 Loading Test.........................................................................
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Hal
2.9 Jenis-Jenis Elemen
2.16 Pengujian dengan Tiang Jangkar (Tomlinson, 1980)
60
2.15 Pengujian dengan Sistem Kentledge (Coduto,2001)
50
2.14 Tab Parameter untuk Model Mohr – Coulomb
46
2.13 Model Pondasi Tiang Bor ( Bored Pile )
42
2.12 Elemen dan Six-Noded Triangular
41
2.11 Bentuk Umum Elemen Dua Dimensi
40
2.10 Titik Nodal dan Integrasi
39
39
2.1 Klasifikasi Berdasarkan Tekstur Tanah
Tiang yang umum dipakai menurut Carzon
10
2.2 Grafik Bagian Plastisitas
14
2.3 Pengelompokan Pondasi
19
2.4 Panjang Dan Beban Maksimum untuk berbagai Macam
22
2.8 Contoh Pemodelan Pondasi
2.5 Jenis - Jenis Tiang Bor (Braja M Das, 1941)
23
2.6 Pengoperasian Dasar Metode RCD
30
2.7 Pelaksanaan Pondasi Bor Pile dengan Metode RCD
37
60
2.17 Gambar Alat Vibrating Wire Strain gauge (VWSG)
4.9 Vertical displacement pada penurunan Bore Hole 2
4.7 Deformed Mesh pada Bore Hole 2
85
4.8 Deformed mesh pada Bore Hole 2 ketika Q
u
bekerja
86
86
4.6 Titik nodal yang di tinjau pada proses penurunan
4.10 Effective stresses pada penurunan Bore Hole 2
87
4.11 Contour pada Tegangan di Bore Hole 2
87
4.12 Total Strains (Regangan) yang terjadi pada Bore Hole 2
88
4.13 Shear Contours pada regangan di Bore Hole 2
84
83
64
72
2.18 Cara Penggunaan Vibrating Wire Strain Gauge (VWSG) di lapangan
66
3.1 Denah lokasi proyek Manhattan Apartment and Condominium
69
3.2 Diagram Aliran Penelitian
71
3.3 Denah Pondasi
4.1 Tampilan Soil Properties Pada software Allpile
4.5 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 2 pada Fase 4 (Setelah Konsolidasi)
74
4.2 Kondisi active pore pressure pada bore hole 2
80
4.3 Kondisi effective stresses pada bore hole 2
81
4.4 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 2 pada Fase 2 (Sebelum Konsolidasi)
82
89
4.14 Kurva hubungan beban dan settlement pada MEH dan
92 Loading Test Cycle 1
4.15 Kurva hubungan beban dan settlement pada MEH dan
93 Loading Test Cycle 2
4.16 Kurva hubungan beban dan settlement pada MEH dan
94 Loading Test Cycle 3
DAFTAR NOTASI
b
= daya dukung terhadap kekuatan tanah untuk tiang tarik (kg)
ult
) P = keliling tiang (cm) T
2
) f s = satuan tahanan kulit per satuan luas (kg/cm
2
= kapasitas daya dukung di ujung tiang per satuan luas (kg/cm
b
) q
2
) A s = luas selimut tiang (cm
2
= luas ujung bawah tiang (cm
q
c
ult
) Q
2
= tegangan normal yang terjadi pada tanah (kg/cm
) σ
2
) c = kohesi tanah (kg/cm
2
= kekuatan geser tanah (kg/cm
= sudut geser dalam tanah (°) τ
) HL = hambatan lekat JHL = jumlah hambatan lekat JP = jumlah perlawanan konus A = interval pembacaan sondir (setiap pembacaan 20 cm) B = luas konus i = kedalaman lapisan yang ditinjau Dr = kerapatan relatif (%) Φ
2
= perlawanan penetrasi konus (kg/cm
= kapasitas daya dukung aksial ultimit tiang (kN) Q b = tahanan ujung tiang (kN) Q s = tahanan selimut (kN) A P tiang = kekuatan yang diijinkan pada tiang (kg) = tegangan tekan ijin bahan tiang (kg/cm
2
2
= kapasitas ultimit kelompok, nilainya tidak boleh melampaui nQ
g
� S = jarak antar tiang pancang (as ke as) dalam satu pile cap Q
∅ 2
= 2 �45° +
p
E = modulus elastis tiang I = momen inersia tiang EI = kekakuan tiang p u = tahanan tanah ultimit p o = tekanan overburden efektif K
= 1 15 = modulus tanah
ℎ
) n h = koefisien variasi modulus R = modulus tanah konstan T = modulus tanah tidak konstan sesuai dengan pertambahan kedalaman tanah K =
) c = kohesi (gaya tarik menarik) tanah (kN/m
) L b = panjang tiang (m) D = diameter tiang (m) α
3
wet = berat isi tanah basah (kN/m
) γ
3
= berat isi tanah (kN/m
L i = tebal lapisan tanah (m) γ
× 2 3 × 10
−
) =
2
= koefisien adhesi antara tanah dan tiang c u = kohesi undrained (kN/m
u n = jumlah tiang dalam satu kelompok c b = kohesi tanah di bawah dasara kelompok tiang (kN/m
2
) B = lebar kelompok tiang pancang, dihitung dari pinggir tiang (m) L = panjang kelompok tiang (m) n = jumlah tiang dalam satu baris m = jumlah baris tiang η
= efisiensi grup tiang π
= phi lingkaran = 22 7 S = settlement = besar penurunan tiang pancang Q = besar beban yang bekerja E s = modulus elastisitas bahan tiang pancang μ
= Poisson’s ratio =angka poisson K = faktor kekakuan tiang pancang C
1
= kemiringan garis lurus S e = penurunan elastik [D] = matriks konstitutif yang nilainya bergantung pada jenis pemodelan elemen [k] = matriks kekakuan (stiffness matrix) [B] = matriks interpolasi regangan G s = specific gravity e = angka pori
= berat isi air = berat isi tanah dalam keadaan jenuh air (saturated) k y = koefisien permeabilitas arah vertikal k h = koefisien permeabilitas arah horizontal