Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 Meter Berdasarkan Perhitungan Analitis dan Metode Elemen Hingga (Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu)
PERBANDINGAN DAYA DUKUNG TIANG PANCANG TUNGGAL DIAMETER 0,6 METER
BERDASARKAN PERHITUNGAN ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA
(PROYEK PEMBANGUNAN JALAN BEBAS HAMBATAN MEDAN – KUALANAMU)
TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan
Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh :
OVAN KLINSMAN OMPUSUNGGU 11 0404 111
BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara dengan judul :
“Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 meter berdasarkan Perhitungan Analitis dan Metode Elemen Hingga
(Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu)”.
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 Rudi Iskandar, M.T, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M. T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, M.S.CE, selaku koordinator Sub Jurusan Geoteknik Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Ir. Sofian Asmirza S, M.Sc dan Ibu Ika Puji Hastuty S.T, M.T, selaku Dosen Pembanding dan Penguji.
6. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
i
Universitas Sumatera Utara
7. Bapak dan Ibu pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. Pihak Satuan Kerja, Kontraktor, Konsultan pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan-Kualanamu, terutama Pak Aruan, Pak Angga, Pak Ardi Marpaung, Pak Irawan, Pak Husein, Pak Saragih, Pak Hendri yang telah membantu saya memberikan data-data yang saya butuhkan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Secara khusus, penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang tulus dan sedalam-dalamnya kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, atas kasih sayang, dukungan dan doa yang selalu menyertai penulis.
2. Kepada saudara-saudara saya Oki Suprada, Sumaher, dan Juan Kantona. 3. Kepada sahabat-sahabat saya Manimpan, Triboy, Candra, Defrin, Ivandy,
Michael, Immaniar, Rizky Batubara dan seluruh teman-teman seperjuangan angkatan 2011. 4. Terkhusus kepada partner skripsi penulis, Rizka Lazuardi yang telah mau menjadi teman seperjuangan dalam mengerjakan skripsi ini bersama-sama. 5. Kakak dan abang stambuk 2008, 2010 dan adik-adik stambuk 2014 yang telah memberikan motivasi dan kekerabatan serta kerja sama selama ini. 6. Segenap pihak yang belum penulis sebut satu-persatu atas jasa dan dukungannya membantu penulis sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
ii
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis. Oleh karena itu penulis akan terbuka terhadap semua saran dan kritik mengenai Tugas Akhir ini. Penulis berharap Tugas Akhir ini juga memberi manfaat bagi kita semua.
Medan, Juli 2015 Penulis
Ovan Klinsman Ompusunggu
iii Universitas Sumatera Utara
Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 meter berdasarkan Perhitungan Analitis dan Metode Elemen Hingga
ABSTRAK
Pondasi yaitu bangunan bawah tanah (sub structure) dari suatu konstruksi yang merupakan bagian penting untuk meneruskan beban konstruksi di atasnya (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut. Pondasi dibagi atas dua jenis, yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) dan pondasi dalam (deep foundation). Pondasi dangkal digunakan untuk memikul beban konstruksi yang relatif kecil, sedangkan pondasi dalam untuk tipe konstruksi yang memiliki nilai beban yang besar.
Pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) akan mencari nilai daya dukung aksilal perencanaan pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT memakai metode Mayerhoff, data Kalendering memakai metode ENR dan Danish dan dengan Metode Elemen Hingga. Daya dukung lateral menggunakan metode Broms. Dan menghitung penurunan elastis tiang pancang yang terjadi. Metode pengumpulan data adalah dengan melakukan observasi lapangan serta pengambilan data dari perusahaan jasa pemancangan.
Perhitungan daya dukung aksial tiang pancang dengan Metode Elemen Hingga pada titik Bore Hole 2 adalah 261,8 Ton. Nilai ini tidak berbeda jauh dari hasil perhitungan menggunakan data kalendering dengan metode ENR yaitu sebesar 107,604 Ton dan dengan metode Danish sebesar 250,76 Ton. Daya dukung lateral berdasarkan Metode Broms pada Bore Hole 2 secara analitis sebesar 29,59 Ton dan secara grafis sebesar 32,95 Ton. Penurunan elastis yang dihasilkan sebesar 15,035 mm dan berdasarkan Metode Elemen Hingga sebesar 8,61 mm. Perbedaan daya dukung dan penurunan 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, SPT , Kalendering, Metode Elemen Hingga, Penurunan Elastis
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .......................................................................................... i ABSTRAK ......................................................................................................... iv DAFTAR ISI ....................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii DAFTAR NOTASI............................................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang............................................................................ 1 1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................... 2
1.2.1 Tujuan ............................................................................... 2 1.2.2 Manfaat ............................................................................. 3 1.3 Pembatasan Masalah .................................................................. 3 1.4 Metode Pengumpulan Data ........................................................ 4 1.5 Sistematika Penulisan ................................................................ 5 1.6 Bagan Alir Penelitian ................................................................. 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................... 7 2.1 Pengertian Umum ...................................................................... 7 2.2 Tanah.......................................................................................... 7 2.2.1 Definisi Tanah ................................................................... 8 2.2.2 Karakteristik Tanah ........................................................... 9 2.3 Penyelidikan Tanah ( Soil Investigation) ................................... 10 2.3.1 Pengujian Pengeboran dengan Bor Mesin ........................ 10 2.3.2 Sumur Percobaan (Test Pit) ............................................. 13 2.3.3 Pengambilan Contoh Tanah ............................................. 13 2.3.4 Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT).......... 14
v
Universitas Sumatera Utara
2.4 Pondasi ..................................................................................... 16 2.4.1 Pondasi Tiang .................................................................. 18 2.4.2 Penggolongan Pondasi Tiang ........................................... 19
2.5 Alat Pancang Tiang................................................................... 39 2.6 Metode Pelaksanaan Pemancangan Tiang Pancang ................... 43
2.6.1 Pekerjaan Persiapan ......................................................... 43 2.6.2 Proses Pengangkatan........................................................ 45 2.6.3 Proses Pemancangan........................................................ 46 2.6.4 Quality Control................................................................ 47 2.7 Kalendering .............................................................................. 48 2.7.1 Tahap Pelaksanaan Kalendering ....................................... 49 2.8 Pile Driving Analyzer (PDA) .................................................... 51 2.9 Kapasitas Daya Dukung Aksial Pemancangan .......................... 54 2.9.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil SPT ... 54 2.9.2 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Data
Kalendering ..................................................................... 60 2.10 Kapasitas Daya Dukung Lateral ................................................ 63
2.10.1 Menghitung Tahanan Beban Lateral Ultimit................... 64 2.10.2 Kapasitas Ultimit Tiang Pancang dengan
Metode Broms ............................................................... 68 2.11 Faktor Keamanan...................................................................... 79 2.12 Penurunan Elastis Tiang Tunggal.............................................. 80
2.12.1 Penurunan Tiang Tunggal dengan Rumus Poulus – Davis .............................................................. 80
2.12.2 Penurunan Tiang Elastis ................................................. 85 2.13. Metode Elemen Hingga ............................................................ 86 2.14 Pemodelan pada Program Plaxis ............................................... 90
vi
Universitas Sumatera Utara
2.14.1 Model Tanah Mohr – Coulomb...................................... 91 2.14.2 Pemilihan Parameter...................................................... 92 2.14.3 Parameter Tanah............................................................ 93 BAB III METODE PENELITIAN................................................................. 100 3.1 Deskripsi Proyek..................................................................... 100 3.2 Data Teknis Tiang Pancang..................................................... 102 3.3 Tahap Penelitian ..................................................................... 103 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 107 4.1 Pendahuluan ........................................................................... 107 4.2 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Aksial ........................... 107 4.2.1 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang
Berdasarkan Data SPT dengan Metode Meyerhof........ 107 4.2.2 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang
Berdasarkan Data Kalendering .................................... 110 4.2.2.1 Perhitungan Kalendering dengan
Metode ENR .................................................... 110 4.2.2.2 Perhitungan Kalendering dengan
Metode Danish................................................. 111 4.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Lateral .......................... 112 4.4 Perhitungan dengan menggunakan Metode Elemen Hingga .... 115 4.5 Menghitung Penurunan Elastis Tiang Tunggal (Single Pile).... 124 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 130 5.1 Kesimpulan............................................................................. 130 5.2 Saran ..................................................................................... 132 Daftar Pustaka ................................................................................................. xix Lampiran ........................................................................................................ xxii Lampiran 1, Gambar 1. Layout Lokasi Proyek ................................................ xxii
vii
Universitas Sumatera Utara
Lampiran 2, Tabel 1. Deskripsi Tanah Lobang Bor Mesin Titik 2 (BH-2) ..... xxiii Lampiran 3, Tabel 2. Nilai “N” Standard Penetration Test (SPT) ................... xxiv Lampiran 4, Tabel 3. Hasil Pengujian Laboratorium ........................................ xxv Lampiran 5, Jenis Tanah dari Hasil Pemboran................................................. xxvi Lampiran 6, Tabel 4. Kedalaman Muka Air Tanah (Ground Water Level)...... xxvii Lampiran 7, Drilling Log ............................................................................. xxviii Lampiran 8, Tabel 5. Daya Dukung Izin Pondasi Tiang Pancang .................... xxix Lampiran 9, Grafik 1. Daya Dukung Izin Pondasi Tiang dari Data SPT .......... xxx Lampiran 10, Tabel 6. Pile Driving Record .................................................... xxxi Lampiran 11, Grafik 2. Hasil Pengujian Kalendering ..................................... xxxii
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No. Judul
Hal
2.1 Elemen-Elemen Tanah (Braja M.Das, 1995) 2.2 Alat Percobaan Penetrasi Standard 2.3 Tiang Pancang Kayu 2.4 Gambar Tiang Pancang Beton Precast Concrete Pile 2.5 Tiang Pancang Precast Prestressed Concrete Pile 2.6 Tiang Pancang Cast In Place Pile 2.7 Tiang Pancang Baja 2.8 Tumpuan Ujung (End Bearing Pile) 2.9 Tumpuan Geser/Sisi (Friction Pile) 2.10 Skema Pemukul Tiang 2.11 Pengangkatan Tiang dengan Dua tumpuan 2.12 Pengangkatan Tiang dengan Satu tumpuan 2.13 Urutan Pemancangan 2.14 Persiapan Pelaksanaan Kalendering 2.15 Pembacaan Kalendering 2.16 Pile Driving Analyzer (PDA) Model Pax 2.17 Tipikal Penyusunan Pengetesan PDA
8 15 23 24 26 27 29 35 36 42 45 46 48 50 50 52 53
ix
Universitas Sumatera Utara
2.18 Grafik Hasil Pengujian Tes PDA dan CAPWAP
53
2.19
Nilai N-SPT untuk Desain Tahanan Ujung pada Tanah
59
Pasiran
2.20 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor Adhesi (α)
2.21 Tinggi Jatuh Hammer (h)
60 63
2.22 Tiang Pendek Dikenai Beban Lateral
68
2.23 Tiang Panjang Dikenai Beban Lateral
68
2.24 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 70
Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada
Tanah Kohesif 2.25 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif
72
2.26 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 73
Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada
Tanah Kohesif
2.27 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 76
Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada
Tanah Granular
2.28 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 77
Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada
Tanah Granular
2.29 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler
79
2.30 Faktor penurunan I0
82
2.31 Faktor penurunan Rµ
82
2.32 Faktor Penurunan Rk
83
2.33 Faktor Penurunan Rh
83
x
Universitas Sumatera Utara
2.34 Faktor Penurunan Rb
84
2.35
Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami
86
Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke dalam Tanah
2.36 Jenis–Jenis Elemen
89
2.37 Titik Nodal dan Titik Integrasi
89
2.38 Model Pondasi Tiang Pancang
90
2.39 Tab Parameter untuk Model Mohr – Coulomb
92
3.1 Lokasi Proyek
101
3.2 Lokasi Titik Bore Hole
102
3.3 Alur Penelitian
105
4.1 Grafik Hubungan Tahanan Ultimit dengan Tahanan Lateral 114
4.2 Lembar Tab Proyek dari Jendela Pengaturan Global 118
4.3 Input Data Material Tanah ke dalam Pemodelan
119
4.4
Update Mesh Generation sebelum Melakukan Kalkulasi
120
Perhitungan
4.5
Pemodelan Fase Sebelum Konsolidasi dan Setelahnya
121
4.6 Hasil Kalkulasi dan Besar Nilai MSF pada Fase 2
121
4.7 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 2 pada Fase 4 (Sesudah 122
Konsolidasi)
4.8 Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil
123
Perhitungan
4.9 Plot Faktor Koreksi Penurunan I0
125
xi
Universitas Sumatera Utara
4.10 Faktor Koreksi Angka Poisson, Rµ 4.11 Faktor Koreksi Kompresi, Rk 4.12 Faktor Koreksi Kedalaman, Rh 4.13 Faktor Kekakuan Lapisan Pendukung, Rb
126 126 127 127
xii
Universitas Sumatera Utara
No.
2.1 2.2
2.3
2.4
2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12
DAFTAR TABEL
Judul
hal
Jarak Pemboran Hal-Hal yang Perlu Dipertimbangkan Untuk Penentuan Harga N Hubungan antara Angka Penetrasi Standard dengan Sudut Geser Dalam dan kepadatan Relatif Pada Tanah Pasir Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan Kepadatan Relatif Hubungan antara Harga N-SPT dan Berat Isi Tanah Effisiensi Jenis Alat Pancang Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer Nilai Effisiensi Hammer Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga Koefisien Restitusi Tinggi Jatuh Hammer (h) Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan (Overconsolidated)
12 55
56
56
57 60 61 61 62 62 63 65
v
Universitas Sumatera Utara
2.13 v2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19
2.20 2.21 2.22 4.1 4.2 4.3 4.4
Nilai-nilai nh untuk Tanah Granuler (c = 0)
66
Nilai-nilai nh untuk Tanah Kohesif
67
Kriteria Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku
67
Faktor Keamanan yang Disarankan
79
Nilai Koefisien Empiris (Cp)
86
Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah
94
Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah
95
Lempung
Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir 95
Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (μ) 96
Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah
99
Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data SPT
109
Data Tiang Pancang
116
Input Parameter Tanah untuk Program Plaxis Lokasi BH- I1 117
Penurunan Elastis tiang tunggal
119
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Ap B BN BPM BTA CSX Cp Cs c cu D Dr E EMX Eb Ep Es Es e ef f
= luas penampang tiang (m2) = lebar atau diameter tiang (m) = jumlah pukulan = jumlah pukulan permenit = integritas tiang/keutuhan tiang (%) = tegangan tekan maksimum pada posisi sensor (Mpa) = koefisien empiris = konstanta Empiris = kohesi tanah (kg/cm²) = kohesi undrained (kN/m2) = diameter tiang (m) = kerapatan relatif (%) = energi alat pancang (kg-cm) = energi maksimum yang ditransfer (ton-m) = modulus elastisitas tanah di dasar tiang (kN/m2) = modulus elastis tiang (kN/m2) = modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kN/m2) = modulus elastisitas bahan tiang (kN/m2) = angka pori = effisiensi hammer (%) = jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m)
xv
Universitas Sumatera Utara
Gs g H h I ID I0
K k ki kh kv L Lb Li
My N-SPT n nh P po
= specific gravity = jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) = tebal lapisan (m) = tinggi jatuh hammer (m) = momen inersia tiang (cm4) = diameter dalam (m) = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat
(Incompressible) dalam massa semi tak terhingga = 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) = momen leleh (kN-m) = nilai N-SPT = koefisien restitusi = koefisien fariasi modulus = keliling tiang (m) = tekanan overburden efektif
xvi
Universitas Sumatera Utara
pu = tahanan tanah ultimit Q = besar beban yang bekerja (kN) Qwp = daya dukung yang bekerja pada ujung tiang dikurangi daya
dukung friction (kN) Qws = daya dukung friction (kN) Rb = faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung Rh = faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras Rk = faktor koreksi kemudahmampatan tiang Rμ = faktor koreksi angka poisson S = penetrasi pukulan per cm (cm) Se(1) = penurunan elastis dari tiang (mm) Se(2) = penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di ujung tiang (mm) Se(3) = penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di sepanjang batang tiang
(mm) S = besar penurunan yang terjadi (mm) Wp = berat pile (Ton) Wr = berat hammer (Ton) α = koefisien adhesi antara tanah dan tiang
ŋ = effisiensi alat pancang
Ø = sudut geser dalam = berat isi tanah (kN/m3)
γdry = berat jenis tanah kering (kN/m3) γsat = berat jenis tanah jenuh (kN/m3)
xvii
Universitas Sumatera Utara
γw = berat isi air (kN/m3) ξ = koefisien dari skin friction μ = poisson’s ratio ψ = sudut dilantansi (o)
xviii
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 meter berdasarkan Perhitungan Analitis dan Metode Elemen Hingga
ABSTRAK
Pondasi yaitu bangunan bawah tanah (sub structure) dari suatu konstruksi yang merupakan bagian penting untuk meneruskan beban konstruksi di atasnya (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut. Pondasi dibagi atas dua jenis, yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) dan pondasi dalam (deep foundation). Pondasi dangkal digunakan untuk memikul beban konstruksi yang relatif kecil, sedangkan pondasi dalam untuk tipe konstruksi yang memiliki nilai beban yang besar.
Pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) akan mencari nilai daya dukung aksilal perencanaan pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT memakai metode Mayerhoff, data Kalendering memakai metode ENR dan Danish dan dengan Metode Elemen Hingga. Daya dukung lateral menggunakan metode Broms. Dan menghitung penurunan elastis tiang pancang yang terjadi. Metode pengumpulan data adalah dengan melakukan observasi lapangan serta pengambilan data dari perusahaan jasa pemancangan.
Perhitungan daya dukung aksial tiang pancang dengan Metode Elemen Hingga pada titik Bore Hole 2 adalah 261,8 Ton. Nilai ini tidak berbeda jauh dari hasil perhitungan menggunakan data kalendering dengan metode ENR yaitu sebesar 107,604 Ton dan dengan metode Danish sebesar 250,76 Ton. Daya dukung lateral berdasarkan Metode Broms pada Bore Hole 2 secara analitis sebesar 29,59 Ton dan secara grafis sebesar 32,95 Ton. Penurunan elastis yang dihasilkan sebesar 15,035 mm dan berdasarkan Metode Elemen Hingga sebesar 8,61 mm. Perbedaan daya dukung dan penurunan 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, SPT , Kalendering, Metode Elemen Hingga, Penurunan Elastis
iv
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pondasi yaitu bangunan bawah tanah (substructure) dari suatu
konstruksi yang merupakan bagian penting untuk meneruskan beban konstruksi di atasnya (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut. Perencanaan pondasi harus didesain sedemikian rupa sehingga beban yang diteruskan dari pondasi ke tanah tidak melebihi kekuatan tanah yang menahannya. Kesalahan dalam penganalisaan pondasi dapat menyebabkan kerusakan hingga keruntuhan (failure) terhadap bangunan di atasnya.
Pondasi dibagi atas dua jenis, yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) dan pondasi dalam (deep foundation). Pondasi dangkal digunakan untuk memikul beban konstruksi yang relatif kecil, sedangkan pondasi dalam untuk tipe konstruksi yang memiliki nilai beban yang besar.
Pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) akan mencari nilai daya dukung perencanaan pondasi tiang tersebut melalui data SPT, Kalendering dan PDA serta mencari penurunan elastis tiang tunggal. Dari ketiga data tersebut akan didapat nilai daya dukung yang berbeda-beda dan juga perbedaan hasil penurunan elastis secara analitis dan dengan Metode
1
Universitas Sumatera Utara
Elemen Hingga. Perbedaan nilai tersebut kemudian akan dibandingkan untuk memperoleh perencanaan yang aman.
Adapun jenis pondasi yang digunakan pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) yaitu pondasi tiang. Pondasi tiang digunakan untuk memikul beban bangunan yang apabila tanah dasar di bawah bangunan tersebut tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk menahan semua beban bangunan tersebut. Kemungkinan lain yang mengharuskan penggunaan tiang pancang dalam pondasi yakni apabila tanah keras yang harus diambil letaknya sangat dalam.
Daya dukung tiang dapat diperoleh dari daya dukung ujung (end bearing capacity) yang diperoleh dari tekanan ujung tiang dan gaya geser (friction bearing capacity) yang diperoleh dari daya dukung gesek atau adhesi antara tiang dan tanah di sekelilingnya. 1.2. Tujuan dan Manfaat 1.2.1. Tujuan Adapun tujan penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Menghitung besarnya kapasitas daya dukung aksial tiang pancang
tunggal secara analitis dan numeris. Secara analitis dihitung berdasarkan data-data lapangan yang didapat yaitu SPT, Kalendering, dan PDA, sedangkan secara numeris dihitung menggunakan Metode Elemen Hingga. 2. Menghitung besarnya kapasitas daya dukung lateral pada pondasi tiang tunggal dengan rumus empiris yaitu menggunakan metode Broms.
2
Universitas Sumatera Utara
3. Menghitung penurunan elastis tiang tunggal secara analitis dan dengan Metode Elemen Hingga.
4. Membandingkan besarnya kapasitas daya dukung dan penurunan elastis tiang tunggal yang terjadi secara analitis dan numeris.
1.2.2. Manfaat Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat untuk : 1. Memperoleh daya dukung ultimit pondasi dengan menggunakan SPT, PDA dan Kalendering, serta dapat membandingkan hasil yang diperoleh dengan metode-metode yang dipakai pada perhitungan. 2. Menambah ilmu pengetahuan, wawasan, dan pengalaman penulis agar mampu melakukan pekerjaan yang sama pada saat terjun ke lapangan. 3. Menjadi referensi khususnya mahasiswa lainnya apabila akan mengambil topik bahasan yang sama.
1.3. Pembatasan Masalah Batasan-batasan masalah pada Tugas Akhir ini antara lain : 1. Pondasi yang digunakan dalam perhitungan adalah pondasi tiang pancang tunggal. 2. Tiang pancang yang digunakan berdiameter 60 cm produksi WIKA Beton. 3. Hanya meninjau pondasi tiang tegak lurus. 4. Tidak menghitung beban kerja pada pondasi. 5. Pekerjaan penyelidikan, baik penyelidikan lapangan maupun penyelidikan laboratorium (data tanah) dilakukan oleh pihak Joint
3
Universitas Sumatera Utara
Operasional (JO) Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu. 6. Menghitung daya dukung aksial tiang pancang tunggal secara analitis dari data Standard Penetration Test (SPT) dengan metode Mayerhoof, data Kalendering memakai metode Engineering News Record (ENR) dan metode Danish, dan Pile Driving Analyzer (PDA). 7. Menghitung daya dukung pondasi tiang pancang tunggal secara numeris yaitu menggunakan Metode Elemen Hingga dengan pemodelan Mohr - Coulomb tanpa menghitung daya dukung lateral. 8. Menghitung daya dukung lateral tiang pancang tunggal menggunakan metode Broms. 9. Menghitung penurunan elastis tiang pancang tunggal. 1.4. Metode Pengumpulan Data 1. Studi Literatur Mengumpulkan tulisan-tulisan dalam bentuk buku maupun tulisan ilmiah yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini. 2. Pengumpulan Data Subjek pada penulisan Tugas Akhir ini adalah Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750). Data yang diperlukan untuk penulisan Tugas Akhir ini didapatkan dari Satuan Kerja Peroyek Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu Dinas Pekerjaan Umum Medan selaku owner mewakili pemerintah RI. Adapun data- data yang dibutuhkan adalah data hasil pengujian tanah, data hasil test PDA, data N-SPT, dan data lainnya.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Analisis Masalah Melakukan analisa terhadap kasus dengan teori-teori yang dikumpulkan pada studi literatur.
1.5. Sistematika Penulisan Rencana sistematika penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari 5 (lima)
bab, yang diuraikan sebagai berikut : Bab I : Pendahuluan
Berisi latar belakang penulisan, tujuan dan manfaat, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab II : Tinjau Pustaka
Berisi dasar teori, rumus, dan segala sesuatu yang digunakan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang diperoleh dari buku literatur, tulisan ilmiah, website / search engine, dan hasil penulisan sebelumnya. Bab III : Metodologi
Berisi metodologi penulisan Tugas Akhir berupa pengumpulan data dan metode analisis. Bab IV : Analisis dan Perhitungan
Berisi perhitungan kapasitas daya dukung aksial dan lateral serta perhitungan penurunan elastis tiang pancang tunggal dengan mengolah data-data yang diperoleh. Bab V : Kesimpulan dan Saran
Berisi kesimpulan dari hasil analisa dan saran berdasarkan kajian yang telah dikumpulkan pada Tugas Akhir ini.
5
Universitas Sumatera Utara
1.6. Bagan Alir Penelitian MULAI
PERSIAPAN
STUDI LITERATUR
PENGAMBILAN DATA PROYEK JALAN BEBAS HAMBATAN MEDAN - KUALANAMU
MENGECEK KESESUAIAN DATA YANG ADA DENGAN KONDISI PELAKSANAAN DI LAPANGAN
ANALISIS NILAI DAYA DUKUNG PONDASI DENGAN MENGGUNAKAN DATA SPT,
PDA DAN KALENDERING
PEMODELAN DAN ANALISIS NILAI DAYA DUKUNG PONDASI MENGGUNAKAN METODE
ELEMEN HINGGA
KESIMPULAN
SARAN Gambar 1.1. Bagan Alir Penelitian
6
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Umum Bangunan sipil (gedung, jembatan, jalan dan bendung) yang
direkayasa bertumpu pada tanah harus didukung oleh suatu pondasi. Pondasi adalah bagian dari suatu sistem rekayasa yang meneruskan beban yang ditopang oleh pondasi dan beratnya sendiri kepada tanah dan batuan yang terletak di bawahnya (Joseph E. Bowles, 1993). Suatu perencanaan pondasi dikatakan benar apabila beban yang diteruskan oleh pondasi ke tanah tidak melampaui kekuatan tanah yang bersangkutan (Braja M. Das,1995).
Dalam menentukan perencanaan pondasi suatu bangunan ada dua hal yang harus diperhatikan pada tanah bagian bawah pondasi, yaitu : Daya dukung pondasi harus lebih besar daripada beban yang
bekerja pada pondasi baik beban statik maupun beban dinamiknya. Penurunan yang terjadi akibat pembebanan tidak boleh melebihi
penurunan yang diijinkan. 2.2. Tanah
Secara umum kita ketahui bahwa tanah merupakan material utama yang berfungsi menahan beban pada pondasi yang berasal dari beban
7
Universitas Sumatera Utara
bangunan di atasnya (upper structure) dan berat sendiri pondasi tersebut. Dengan demikian, pondasi harus terletak pada tanah yang mampu mendukungnya tanpa mengakibatkan kerusakan tanah atau terjadinya penurunan pada bangunan tersebut. 2.2.1. Defenisi Tanah
Dalam pengertian secara teknis, tanah didefenisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak terikat secara kimia satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk disertai zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut (Braja M Das, 1995).
Secara sederhana, elemen tanah dapat diilustrasikan pada gambar berikut :
Gambar 2.1. Elemen-Elemen Tanah (Sumber : Das, B.M., 1995)
8
Universitas Sumatera Utara
2.2.2. Karakteristik Tanah Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, terdapat tiga komponen
pada tanah, yaitu butiran tanah, air dan udara. Udara dianggap tidak memiliki pengaruh secara teknis, sementara air sangat mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butir-butir tanah dapat terisi oleh air dan/atau udara. Bila rongga terisi air secara menyeluruh, maka tanah dikatakan dalam kondisi jenuh air. Bila rongga tersebut terisi air dan udara maka tanah pada kondisi jenuh sebagian (partially saturated).
Karakteristik tanah juga dipengaruhi oleh kekuatan geser tanah dan kemampuan tanah mengalirkan air. Proses deformasi tanah akibat beban luar dapat ditinjau sebagai suatu gejala atau akibat dari penyusutan pori karena kemampatan butiran tanah atau air ke luar secara teknis sangat kecil.
Dalam ilmu mekanika tanah, volume tanah dibagi menjadi dua bagian yaitu : volume butir dan volume pori. Volume pori terdiri atas volume udara dan volume air. Oleh sebab itu berbagai parameter tanah akan mempengaruhi karakteristik tanah sebagai pendukung pondasi, seperti : ukuran butiran tanah, berat jenis tanah, kadar air tanah, kerapatan butiran, angka pori, sudut geser tanah, dan sebagainya. Hal tersebut dapat diketahui dengan melakukan penelitian tanah di lapangan dan di laboratorium.
9
Universitas Sumatera Utara
2.3. Penyelidikan Tanah (Soil Investigation) Penyelidikan tanah (soil investigation) adalah proses pengambilan
contoh (sample) tanah yang bertujuan untuk menyelidiki karakteristik tanah tersebut. Dalam mendesain pondasi, kita harus mengetahui sifat setiap lapisan tanah, (seperti berat isi tanah, daya dukung, ataupun daya rembes), karakteristik kekuatan, deformasi dan hidrolik yang akan mempengaruhi konstruksi termasuk perencanaan pondasi dan juga ketinggian muka air tanah. Oleh sebab itu, soil investigation adalah pekerjaan awal yang harus dilakukan sebelum memutuskan akan menggunakan jenis pondasi dangkal atau pondasi dalam.
Ada dua jenis penyelidikan tanah, yaitu penyelidikan di lapangan (in situ) dan penyelidikan di laboratorium (laboratory test). Jenis penyelidikan di lapangan, seperti Standard Penetration Test (SPT), pengeboran (hand boring ataupun machine boring), Cone Penetrometer Test (sondir), Sand Cone Test dan Dynamic Cone Penetrometer. Sedangkan jenis penyelidikan di laboratorium terdiri dari uji index properties tanah (Atterberg Limit, Water Content, Spesific Gravity, Sieve Analysis) dan engineering properties tanah (direct shear test, triaxial test, consolidation test, permeability test, compaction test, dan CBR). 2.3.1. Pengujian Pengeboran dengan Bor Mesin
Penyelidikan tanah dengan pengeboran ini dilakukan dengan alat bor mesin dengan peralatan dan bahan yang digunakan sebagai berikut: Bor Mesin. Pompa.
10
Universitas Sumatera Utara
Tripot. Casing. Mata Bor (lengkap dengan core single/core barel). Kepala tabung. Kepala penumbuk. Tabung sample. Split spoon sample. Hammer berat 63.5 kg. Batang/pipa bor. Kunci-kunci, selang air, paraffin, dan perlengkapan serta bahan
lainnya. Pengujian pengeboran bertujuan untuk membuat lobang pada
lapisan tanah untuk : 1. Mengetahui susunan lapisan tanah pendukung secara visual dan
terperinci. 2. Mengambil sampel tanah terganggu (disturbed sample) lapis demi
lapis sampai kedalaman yang diinginkan untuk deskripsi dan klasifikasi tanah (visual soil clasification )dan juga digunakan sebagai bahan pengujian di laboratorium. 3. Mengambil sampel tanah tak terganggu (undisturbed sample) untuk bahan pengujian laboratorium. 4. Melaksanakan pengujian Standard Penetration Test (SPT) setiap interval 2 meter.
11
Universitas Sumatera Utara
5. Mengamati dan melaksanakan pengukuran kedalaman muka air tanah
(Ground Water Level).
Pada waktu pengeboran, lobang bor dilindungi dengan casing agar
tidak terjadi kelongsoran sehingga diperoleh hasil pengeboran yang baik
dimana contoh tanah tidak terganggu oleh kelongsoran tersebut. Untuk
tanah lunak (soft soil) pengeboran harus dilakukan dengan casing berputar,
drilling rod dan mata casing diberi mata bor. Bila ditemui tanah keras
maka pengeboran harus dilakukan dengan diamond bit.
Pengambilan sampel tak terganggu dilakukan setelah pengambilan
contoh tanah (sample), tabung contoh (tube sample) ditutup dengan
paraffin untuk mencegah penguapan pada contoh tanah tersebut dan pada
tabung diberi kode titik bor dan kedalaman pengujian. Contoh tanah ini
dibawa ke laboratorium untuk bahan pengujian laboratorium.
Tabung contoh tanah yang digunakan adalah stainless tube sample
ukuran Outer Diameter (OD) 3 inch dan Internal Diameter (ID) 2 7/8
inch, tebal tabung 1/16 inch dan panjang 50 cm.
Tabel 2.1. Jarak Pemboran
(Sumber : Djatmiko & Edy, 1997)
Proyek
Gedung tingkat satu Gedung tingkat banyak Jalan Raya Bendungan Tanah Perencanaan Bangunan Tempat Tinggal (apartemen, dll)
Jarak Boring
(ft) (m)
75-100
23-30
50-75
15-23
750-1000
230-305
75-150
23-46
200-300
61-92
12 Universitas Sumatera Utara
2.3.2. Sumur Percobaan (Test Pit)
Penggalian tanah yang yang digunakan untuk penyelidikan suatu tanah biasanya memiliki ukuran (1 X 1,5 – 2) m dengan kedalaman tanah sesuai dengan maksud dan tujuan yang diperlukan. Tujuan pembuatan sumur untuk mengetahui susunan tanah, warna tanah, tekstur tanah, dan dapat digunakan untuk pengambilan sempel tanah yang selanjutnya digunakan untuk penelitian di laboratorium. Pembuatan sumur percobaan sering dikerjakan dalam hubungan dengan pekerjaan pembuatan jalan raya atau landasan pesawat udara.
2.3.3. Pengambilan Contoh Tanah
Penggambilan contoh tanah terdiri dari dua macam, yaitu : a. Contoh tanah tidak terganggu (Undisturbed Soil)
Suatu contoh tanah dikatakan tidak terganggu apabila contoh tanah itu dianggap masih menunjukkan sifat-sifat asli tanah tersebut. Sifat asli yang dimaksud adalah contoh tanah tersebut tidak mengalami perubahan pada strukturnya, kadar air, atau susunan kimianya. Contoh tanah seperti ini tidaklah mungkin bisa didapatkan, akan tetapi dengan menggunakan teknik-teknik pelaksanaan yang baik, maka kerusakan-kerusakan pada contoh tanah tersebut dapat diminimalisir. Undisturbed soil digunakan untuk percobaan engineering properties. b. Contoh tanah terganggu (Disturbed Soil)
Contoh tanah terganggu adalah contoh tanah yang diambil tanpa adanya usaha- usaha tertentu untuk melindungi struktur asli tanah tersebut.
13
Universitas Sumatera Utara
Disturbed soil digunakan untuk percobaan uji analisa saringan, batas-batas Atterberg, (Specific Gravity Test), pengujian berat jenis dan lain-lain. 2.3.4. Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT)
Pengujian Standard Penetration Test dilakukan setiap interval kedalaman pemboran 2 meter. Tabung SPT harus mempunyai ukuran Outer Diameter (OD) 2 inch, Internal Diameter (ID) 1 3/8 inch dan panjang 24 inch dengan tipe split spoon sample.
Hammer yang dipakai mempunyai berat 140 lbs (63,5 kg) dan tinggi jatuh bebas hammer adalah 30 inch (75 cm). Tabung SPT ditekan kedalaman dasar lobang sedalam 15 cm, kemudian untuk setiap interval 15 cm dilakukan pemukulan dan perhitungan jumlah pemukulan untuk memasukkan split spoon sample ke dalam tanah sedalam (3x15) cm.
Jumlah pukulan tersebut merupakan angka N dari pelaksanaan SPT dimana nilai N yang diperhitungkan adalah jumlah pukulan pada 15 cm kedua dan 15 cm ketiga (2x15 cm = 30 cm).
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Alat Percobaan Penetrasi Standard (Sumber : Sosrodarsono & Nakazawa, 2005)
Tujuan Percobaan SPT yaitu : Untuk menentukan kepadatan relatif lapisan tanah tersebut dari
pengambilan contoh tanah dengan tabung. Dapat diketahui jenis tanah dan ketebalan dari setiap lapisan tanah. Untuk memperoleh data yang kumulatif pada perlawanan penetrasi
tanah dan menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi yang biasanya sulit diambil sampelnya. Pengamatan dan perhitungan SPT dilakukan sebagai berikut : a. Mula-mula tabung SPT dipukul ke dalam tanah sedalam 45 cm yaitu kedalaman yang diperkirakan akan terganggu oleh pengeboran. b. Kemudian untuk setiap kedalaman 15 cm dicatat jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk memasukkannya.
15
Universitas Sumatera Utara
c. Jumlah pukulan untuk memasukkan split spoon 15 cm pertama dicatat sebagai N1. Jumlah pukulan untuk memasukkan 15 cm kedua adalah N2 dan jumlah pukulan untuk memasukkan 15 cm ketiga adalah N3 . Jadi total kedalaman setelah pengujian SPT adalah 45 cm dan menghasilkan N1, N2, dan N3.
d. Angka SPT ditetapkan dengan menjumlahkan 2 angka pukulan terakhir (N2+N3) pada setiap interval pengujian dan dicatat pada lembaran Drillig Log.
e. Setelah selesai pengujian, tabung SPT diangkat dari lubang bor ke permukaan tanah untuk diambil contoh tanahnya dan dimasukkan ke dalam kantong plastik untuk diamati di laboratorium. Kemudian hasil dari pekerjaan bor dan SPT dituangkan dalam
lembaran drilling log. 2.4. Pondasi
Pada umumnya pondasi dibagi menjadi dua jenis yaitu : a. Pondasi Dangkal ( Shallow Foundation )
Apabila terdapat lapisan tanah yang cukup tebal dengan kualitas yang baik yang mampu mendukung bangunan itu pada permukaan tanah atau sedikit di bawah permukaan tanah. Pada pondasi tipe ini beban diteruskan oleh kolom/tiang, selanjutnya diterima pondasi dan disebarluaskan ke tanah. Dasar tanah yang menerima beban tidak lebih dari 1 - 2 m dari permukaan tanah atau D/B bernilai sekitar 1. Temboktembok, kolom, maupun tiang bangunan berdiri dengan pelebaran kaki di atas tanah dasar yang keras dan padat.
16
Universitas Sumatera Utara
Kekuatan pondasi dangkal ada pada luas alasnya, karena pondasi ini berfungsi untuk meneruskan sekaligus meratakan beban yang diterima oleh tanah. Pondasi dangkal ini digunakan apabila beban yang diteruskan ke tanah tidak terlalu besar. Misalnya, rumah sederhana satu lantai, dua lantai, bangunan ATM, pos satpam, dan sebagainya. b. Pondasi Dalam ( Deep Foundation )
Apabila lapisan tanah kerasnya berada di kedalaman yang letaknya sangat dalam. Digunakan juga untuk mendukung bangunan yang menahan gaya angkat ke atas, terutama pada bangunan-bangunan tingkat tinggi yang dipengaruhi oleh gaya-gaya penggulingan akibat beban angin. Kedalaman tanah keras mencapai 4 - 5 m dari permukaan tanah atau D/B bernilai sekitar 4 dan biasanya digunakan untuk bangunan besar, jembatan dan struktur lepas pantai.
Menurut Bowles, 1991, sebuah pondasi harus mampu memenuhi beberapa persyaratan stabilitas dan deformasi, seperti :
Kedalaman harus memadai untuk menghindarkan pergerakan tanah lateral dari bawah pondasi, khusus untuk pondasi tapak dan rakit.
Kedalaman harus berada di bawah daerah perubahan volume musiman yang disebabkan oleh pembekuan, pencairan, dan pertumbuhan tanaman.
Sistem harus aman terhadap penggulingan, rotasi, penggelinciran atau pergeseran tanah.
Sistem harus aman terhadap korosi atau kerusakan yang disebabkan oleh bahan berbahaya yang terdapat di dalam tanah. 17
Universitas Sumatera Utara
Sistem harus cukup mampu beradaptasi terhadap beberapa perubahan geometri konstruksi atau lapangan selama proses pelaksanaan dan mudah dimodifikasi jika perubahan diperlukan.
Metode pemasangan pondasi harus seekonomis mungkin. Pergerakan tanah keseluruhan (umumnya penurunan) dan
pergerakan diferensial harus dapat ditolerir oleh elemen pondasi dan elemen bangunan atas. Pondasi dan konstruksinya harus memenuhi syarat standar untuk perlindungan lingkungan.
2.4.1. Pondasi Tiang
Pondasi tiang digunakan untuk suatu bangunan yang tanah dasar di bawah bangunan tersebut tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk memikul beban berat bangunan dan beban yang diterimanya atau apabila tanah pendukung yang mempunyai daya dukung yang cukup letaknya sangat dalam. Pondasi tiang ini berfungsi untuk menyalurkan beban-beban yang diterimanya dari konstruksi di atasnya ke lapisan tanah dalam yang mampu memikul berat bangun tersebut.
Pondasi tiang digunakan untuk beberapa maksud, antara lain : - Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau
tanah lunak ke tanah pendukung yang kuat. - Untuk meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai
kedalaman tertentu sehingga pondasi bangunan mampu
18
Universitas Sumatera Utara
memberikan dukungan yang cukup untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan dinding tiang dengan tanah disekitarnya. - Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan. - Untuk menahan gaya-gaya horizontal dan gaya yang arahnya miring. - Untuk memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas dukung tanah tersebut bertambah. - Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah tergerus air. Dalam mendesain pondasi tiang pancang mutlak diperlukan informasi mengenai : Data tanah dimana bangunan akan didirikan. Daya dukung tiang pancang sendiri (baik single atau group pile). Analisa negative skin friction (karena mengakibatkan beban tambahan). 2.4.2. Penggolongan Pondasi Tiang Pemilihan pondasi tiang pancang untuk berbagai jenis keadaan tergantung beberapa faktor, diantaranya tipe tanah dasar, alasan teknis pada waktu pemancangan, dan jenis bangunan yang dibangun. Terdapat berbagai jenis pondasi yang digolongkan berdasarkan material yang digunakan dan penyaluran beban yang diterima.
19
Universitas Sumatera Utara
Pondasi tiang pancang dapat digolongkan berdasarkan pemakaian bahan, cara penyaluran beban, cara pemasangannya, dan berdasarkan perpindahan tiang, berikut ini akan dijelaskan satu persatu. 1. Pondasi Tiang Pancang menurut Pemakaian Bahan
Tiang pancang dapat dibagi ke dalam beberapa kategori (Bowles, 1991), antara lain : A. Tiang Pancang Kayu
Tiang pancang kayu dibuat dari batang pohon yang cabangcabangnya telah dipotong dengan hati-hati, biasanya diberi bahan pengawet dan didorong dengan ujungnya yang kecil sebagai bagian yang runcing. Terkadang, ujungnya yang besar didorong untuk maksud-maksud khusus, seperti dalam tanah yang sangat lembek dimana tanah tersebut akan bergerak kembali melawan poros. Kadang kala ujungnya runcing dilengkapi dengan sebuah sepatu pemancangan yang terbuat dari logam bila tiang pancang harus menembus tanah keras atau tanah kerikil.
Pemakaian tiang pancang kayu ini merupakan cara tertua dalam penggunaan tiang pancang sebagai pondasi. Tiang kayu akan tahan lama dan tidak mudah busuk jika tiang dalam keadaan selalu terendam penuh di bawah muka air tanah. Tiang pancang kayu akan lebih cepat rusak atau busuk jika dalam keadaan kering dan basah yang selalu berganti.
Sedangkan pengawetan untuk kayu hanya akan menunda atau memperlambat kerusakan kayu, akan tetapi tetap tidak akan dapat melindungi untuk seterusnya. Pada pemakaian tiang pancang kayu
20
Universitas Sumatera Utara
biasanya tidak diijinkan untuk menahan muatan lebih besar dari 25 sampai 30 ton untuk setiap tiang.
Tiang pancang kayu ini sangat cocok untuk daerah rawa dan daerah-daerah yang sangat banyak terdapat hutan kayu seperti daerah Kalimantan, sehingga mudah memperoleh balok/tiang kayu yang panjang dan lurus dengan diameter yang cukup besar untuk digunakan sebagai tiang pancang.
Persyaratan dari tiang ini adalah bahan yang dipergunakan harus cukup tua, berkualitas baik dan tidak cacat, contohnya kayu berlian. Tiang pancang harus diperiksa dahulu sebelum dipancang untuk memastikan bahwa tiang pancang tersebut memenuhi ketentuan dari bahan dan toleransi yang diijinkan. Semua kayu lunak yang digunakan untuk tiang pancang memerlukan pengawetan yang harus dilaksanakan sesuai dengan AASHTO M133–86 dengan menggunakan instalasi peresapan bertekanan.
Keuntungan pemakaian tiang pancang kayu, yaitu : a. Relatif lebih ringan sehingga mudah dalam pengangkutan. b. Kekuatan tarik besar sehingga pada waktu pengangkatan untuk
pemancangan tidak menimbulkan kesulitan seperti misalnya pada tiang pancang beton precast . c. Mudah untuk pemotongannya apabila tiang kayu ini sudah tidak dapat masuk lagi ke dalam tanah. d. Tiang pancang kayu ini lebih baik untuk friction pile dari pada untuk end bearing pile sebab tegangan tekanannya relatif kecil.
21
Universitas Sumatera Utara
e. Karena tiang kayu ini relatif flexible terhadap arah horizontal dibandingkan dengan tiang-tiang pancang selain dari kayu, maka apabila tiang ini menerima beban horizontal yang tidak tetap, tiang pancang kayu ini akan melentur dan segera kembali ke posisi setelah beban horizontal tersebut hilang. Hal seperti ini sering terjadi pada dermaga dimana terdapat tekanan ke samping dari kapal dan perahu. Kerugian pemakaian tiang pancang kayu, yaitu :
a. Karena tiang pancang harus selalu terletak di bawah muka air tanah yang terendah agar dapat tahan lama, jika air tanah yang terendah itu letaknya sangat dalam, hal ini akan menambah biaya untuk penggalian.
b. Tiang pancang yang dibuat dari kayu mempunyai umur yang relatif kecil dibandingkan tiang pancang yang di buat dari baja atau beton terutama pada daerah yang muka air tanahnya sering naik dan turun.
c. Pada waktu pemancangan pada tanah yang berbatu (gravel) ujung tiang pancang kayu dapat berbentuk berupa sapu atau dapat pula ujung tiang tersebut hancur. Apabila tiang kayu tersebut kurang lurus, maka pada waktu dipancangkan akan menyebabkan penyimpangan terhadap arah yang telah ditentukan.
d. Tiang pancang kayu tidak tahan terhadap benda-benda yang agresif dan jamur yang menyebabkan kebusukan.
22
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3. Tiang Pancang Kayu (Sumber : Bowles, 1991)
B. Tiang Pancang Beton Tiang pancang beton terdiri dari 3 macam, yaitu :
1. Precast Reinforced Concrete Pile Precast reinforced concrete pile adalah tiang pancang dari beton
bertulang yang dicetak dan dicor dalam acuan beton (bekisting), kemudian setelah cukup kuat lalu diangkat dan dipancangkan. Karena tegangan tarik beton adalah kecil dan praktis dianggap sama dengan nol, sedangkan berat sendiri beton adalah besar, maka tiang pancang beton ini haruslah diberi penulangan-penulangan yang cukup kuat untuk menahan momen lentur yang akan timbul pada waktu pengangkatan dan pemancangan. Karena berat sendiri besar, biasanya pancang beton ini dicetak dan dicor di tempa
BERDASARKAN PERHITUNGAN ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA
(PROYEK PEMBANGUNAN JALAN BEBAS HAMBATAN MEDAN – KUALANAMU)
TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan
Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh :
OVAN KLINSMAN OMPUSUNGGU 11 0404 111
BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara dengan judul :
“Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 meter berdasarkan Perhitungan Analitis dan Metode Elemen Hingga
(Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu)”.
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 Rudi Iskandar, M.T, selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M. T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, M.S.CE, selaku koordinator Sub Jurusan Geoteknik Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Ir. Sofian Asmirza S, M.Sc dan Ibu Ika Puji Hastuty S.T, M.T, selaku Dosen Pembanding dan Penguji.
6. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
i
Universitas Sumatera Utara
7. Bapak dan Ibu pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. Pihak Satuan Kerja, Kontraktor, Konsultan pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan-Kualanamu, terutama Pak Aruan, Pak Angga, Pak Ardi Marpaung, Pak Irawan, Pak Husein, Pak Saragih, Pak Hendri yang telah membantu saya memberikan data-data yang saya butuhkan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Secara khusus, penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang tulus dan sedalam-dalamnya kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, atas kasih sayang, dukungan dan doa yang selalu menyertai penulis.
2. Kepada saudara-saudara saya Oki Suprada, Sumaher, dan Juan Kantona. 3. Kepada sahabat-sahabat saya Manimpan, Triboy, Candra, Defrin, Ivandy,
Michael, Immaniar, Rizky Batubara dan seluruh teman-teman seperjuangan angkatan 2011. 4. Terkhusus kepada partner skripsi penulis, Rizka Lazuardi yang telah mau menjadi teman seperjuangan dalam mengerjakan skripsi ini bersama-sama. 5. Kakak dan abang stambuk 2008, 2010 dan adik-adik stambuk 2014 yang telah memberikan motivasi dan kekerabatan serta kerja sama selama ini. 6. Segenap pihak yang belum penulis sebut satu-persatu atas jasa dan dukungannya membantu penulis sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
ii
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis. Oleh karena itu penulis akan terbuka terhadap semua saran dan kritik mengenai Tugas Akhir ini. Penulis berharap Tugas Akhir ini juga memberi manfaat bagi kita semua.
Medan, Juli 2015 Penulis
Ovan Klinsman Ompusunggu
iii Universitas Sumatera Utara
Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 meter berdasarkan Perhitungan Analitis dan Metode Elemen Hingga
ABSTRAK
Pondasi yaitu bangunan bawah tanah (sub structure) dari suatu konstruksi yang merupakan bagian penting untuk meneruskan beban konstruksi di atasnya (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut. Pondasi dibagi atas dua jenis, yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) dan pondasi dalam (deep foundation). Pondasi dangkal digunakan untuk memikul beban konstruksi yang relatif kecil, sedangkan pondasi dalam untuk tipe konstruksi yang memiliki nilai beban yang besar.
Pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) akan mencari nilai daya dukung aksilal perencanaan pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT memakai metode Mayerhoff, data Kalendering memakai metode ENR dan Danish dan dengan Metode Elemen Hingga. Daya dukung lateral menggunakan metode Broms. Dan menghitung penurunan elastis tiang pancang yang terjadi. Metode pengumpulan data adalah dengan melakukan observasi lapangan serta pengambilan data dari perusahaan jasa pemancangan.
Perhitungan daya dukung aksial tiang pancang dengan Metode Elemen Hingga pada titik Bore Hole 2 adalah 261,8 Ton. Nilai ini tidak berbeda jauh dari hasil perhitungan menggunakan data kalendering dengan metode ENR yaitu sebesar 107,604 Ton dan dengan metode Danish sebesar 250,76 Ton. Daya dukung lateral berdasarkan Metode Broms pada Bore Hole 2 secara analitis sebesar 29,59 Ton dan secara grafis sebesar 32,95 Ton. Penurunan elastis yang dihasilkan sebesar 15,035 mm dan berdasarkan Metode Elemen Hingga sebesar 8,61 mm. Perbedaan daya dukung dan penurunan 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, SPT , Kalendering, Metode Elemen Hingga, Penurunan Elastis
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .......................................................................................... i ABSTRAK ......................................................................................................... iv DAFTAR ISI ....................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii DAFTAR NOTASI............................................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang............................................................................ 1 1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................... 2
1.2.1 Tujuan ............................................................................... 2 1.2.2 Manfaat ............................................................................. 3 1.3 Pembatasan Masalah .................................................................. 3 1.4 Metode Pengumpulan Data ........................................................ 4 1.5 Sistematika Penulisan ................................................................ 5 1.6 Bagan Alir Penelitian ................................................................. 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................... 7 2.1 Pengertian Umum ...................................................................... 7 2.2 Tanah.......................................................................................... 7 2.2.1 Definisi Tanah ................................................................... 8 2.2.2 Karakteristik Tanah ........................................................... 9 2.3 Penyelidikan Tanah ( Soil Investigation) ................................... 10 2.3.1 Pengujian Pengeboran dengan Bor Mesin ........................ 10 2.3.2 Sumur Percobaan (Test Pit) ............................................. 13 2.3.3 Pengambilan Contoh Tanah ............................................. 13 2.3.4 Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT).......... 14
v
Universitas Sumatera Utara
2.4 Pondasi ..................................................................................... 16 2.4.1 Pondasi Tiang .................................................................. 18 2.4.2 Penggolongan Pondasi Tiang ........................................... 19
2.5 Alat Pancang Tiang................................................................... 39 2.6 Metode Pelaksanaan Pemancangan Tiang Pancang ................... 43
2.6.1 Pekerjaan Persiapan ......................................................... 43 2.6.2 Proses Pengangkatan........................................................ 45 2.6.3 Proses Pemancangan........................................................ 46 2.6.4 Quality Control................................................................ 47 2.7 Kalendering .............................................................................. 48 2.7.1 Tahap Pelaksanaan Kalendering ....................................... 49 2.8 Pile Driving Analyzer (PDA) .................................................... 51 2.9 Kapasitas Daya Dukung Aksial Pemancangan .......................... 54 2.9.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil SPT ... 54 2.9.2 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Data
Kalendering ..................................................................... 60 2.10 Kapasitas Daya Dukung Lateral ................................................ 63
2.10.1 Menghitung Tahanan Beban Lateral Ultimit................... 64 2.10.2 Kapasitas Ultimit Tiang Pancang dengan
Metode Broms ............................................................... 68 2.11 Faktor Keamanan...................................................................... 79 2.12 Penurunan Elastis Tiang Tunggal.............................................. 80
2.12.1 Penurunan Tiang Tunggal dengan Rumus Poulus – Davis .............................................................. 80
2.12.2 Penurunan Tiang Elastis ................................................. 85 2.13. Metode Elemen Hingga ............................................................ 86 2.14 Pemodelan pada Program Plaxis ............................................... 90
vi
Universitas Sumatera Utara
2.14.1 Model Tanah Mohr – Coulomb...................................... 91 2.14.2 Pemilihan Parameter...................................................... 92 2.14.3 Parameter Tanah............................................................ 93 BAB III METODE PENELITIAN................................................................. 100 3.1 Deskripsi Proyek..................................................................... 100 3.2 Data Teknis Tiang Pancang..................................................... 102 3.3 Tahap Penelitian ..................................................................... 103 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 107 4.1 Pendahuluan ........................................................................... 107 4.2 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Aksial ........................... 107 4.2.1 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang
Berdasarkan Data SPT dengan Metode Meyerhof........ 107 4.2.2 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang
Berdasarkan Data Kalendering .................................... 110 4.2.2.1 Perhitungan Kalendering dengan
Metode ENR .................................................... 110 4.2.2.2 Perhitungan Kalendering dengan
Metode Danish................................................. 111 4.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Lateral .......................... 112 4.4 Perhitungan dengan menggunakan Metode Elemen Hingga .... 115 4.5 Menghitung Penurunan Elastis Tiang Tunggal (Single Pile).... 124 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 130 5.1 Kesimpulan............................................................................. 130 5.2 Saran ..................................................................................... 132 Daftar Pustaka ................................................................................................. xix Lampiran ........................................................................................................ xxii Lampiran 1, Gambar 1. Layout Lokasi Proyek ................................................ xxii
vii
Universitas Sumatera Utara
Lampiran 2, Tabel 1. Deskripsi Tanah Lobang Bor Mesin Titik 2 (BH-2) ..... xxiii Lampiran 3, Tabel 2. Nilai “N” Standard Penetration Test (SPT) ................... xxiv Lampiran 4, Tabel 3. Hasil Pengujian Laboratorium ........................................ xxv Lampiran 5, Jenis Tanah dari Hasil Pemboran................................................. xxvi Lampiran 6, Tabel 4. Kedalaman Muka Air Tanah (Ground Water Level)...... xxvii Lampiran 7, Drilling Log ............................................................................. xxviii Lampiran 8, Tabel 5. Daya Dukung Izin Pondasi Tiang Pancang .................... xxix Lampiran 9, Grafik 1. Daya Dukung Izin Pondasi Tiang dari Data SPT .......... xxx Lampiran 10, Tabel 6. Pile Driving Record .................................................... xxxi Lampiran 11, Grafik 2. Hasil Pengujian Kalendering ..................................... xxxii
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No. Judul
Hal
2.1 Elemen-Elemen Tanah (Braja M.Das, 1995) 2.2 Alat Percobaan Penetrasi Standard 2.3 Tiang Pancang Kayu 2.4 Gambar Tiang Pancang Beton Precast Concrete Pile 2.5 Tiang Pancang Precast Prestressed Concrete Pile 2.6 Tiang Pancang Cast In Place Pile 2.7 Tiang Pancang Baja 2.8 Tumpuan Ujung (End Bearing Pile) 2.9 Tumpuan Geser/Sisi (Friction Pile) 2.10 Skema Pemukul Tiang 2.11 Pengangkatan Tiang dengan Dua tumpuan 2.12 Pengangkatan Tiang dengan Satu tumpuan 2.13 Urutan Pemancangan 2.14 Persiapan Pelaksanaan Kalendering 2.15 Pembacaan Kalendering 2.16 Pile Driving Analyzer (PDA) Model Pax 2.17 Tipikal Penyusunan Pengetesan PDA
8 15 23 24 26 27 29 35 36 42 45 46 48 50 50 52 53
ix
Universitas Sumatera Utara
2.18 Grafik Hasil Pengujian Tes PDA dan CAPWAP
53
2.19
Nilai N-SPT untuk Desain Tahanan Ujung pada Tanah
59
Pasiran
2.20 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor Adhesi (α)
2.21 Tinggi Jatuh Hammer (h)
60 63
2.22 Tiang Pendek Dikenai Beban Lateral
68
2.23 Tiang Panjang Dikenai Beban Lateral
68
2.24 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 70
Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada
Tanah Kohesif 2.25 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif
72
2.26 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 73
Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada
Tanah Kohesif
2.27 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 76
Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada
Tanah Granular
2.28 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 77
Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada
Tanah Granular
2.29 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler
79
2.30 Faktor penurunan I0
82
2.31 Faktor penurunan Rµ
82
2.32 Faktor Penurunan Rk
83
2.33 Faktor Penurunan Rh
83
x
Universitas Sumatera Utara
2.34 Faktor Penurunan Rb
84
2.35
Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami
86
Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke dalam Tanah
2.36 Jenis–Jenis Elemen
89
2.37 Titik Nodal dan Titik Integrasi
89
2.38 Model Pondasi Tiang Pancang
90
2.39 Tab Parameter untuk Model Mohr – Coulomb
92
3.1 Lokasi Proyek
101
3.2 Lokasi Titik Bore Hole
102
3.3 Alur Penelitian
105
4.1 Grafik Hubungan Tahanan Ultimit dengan Tahanan Lateral 114
4.2 Lembar Tab Proyek dari Jendela Pengaturan Global 118
4.3 Input Data Material Tanah ke dalam Pemodelan
119
4.4
Update Mesh Generation sebelum Melakukan Kalkulasi
120
Perhitungan
4.5
Pemodelan Fase Sebelum Konsolidasi dan Setelahnya
121
4.6 Hasil Kalkulasi dan Besar Nilai MSF pada Fase 2
121
4.7 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 2 pada Fase 4 (Sesudah 122
Konsolidasi)
4.8 Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil
123
Perhitungan
4.9 Plot Faktor Koreksi Penurunan I0
125
xi
Universitas Sumatera Utara
4.10 Faktor Koreksi Angka Poisson, Rµ 4.11 Faktor Koreksi Kompresi, Rk 4.12 Faktor Koreksi Kedalaman, Rh 4.13 Faktor Kekakuan Lapisan Pendukung, Rb
126 126 127 127
xii
Universitas Sumatera Utara
No.
2.1 2.2
2.3
2.4
2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12
DAFTAR TABEL
Judul
hal
Jarak Pemboran Hal-Hal yang Perlu Dipertimbangkan Untuk Penentuan Harga N Hubungan antara Angka Penetrasi Standard dengan Sudut Geser Dalam dan kepadatan Relatif Pada Tanah Pasir Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan Kepadatan Relatif Hubungan antara Harga N-SPT dan Berat Isi Tanah Effisiensi Jenis Alat Pancang Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer Nilai Effisiensi Hammer Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga Koefisien Restitusi Tinggi Jatuh Hammer (h) Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan (Overconsolidated)
12 55
56
56
57 60 61 61 62 62 63 65
v
Universitas Sumatera Utara
2.13 v2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19
2.20 2.21 2.22 4.1 4.2 4.3 4.4
Nilai-nilai nh untuk Tanah Granuler (c = 0)
66
Nilai-nilai nh untuk Tanah Kohesif
67
Kriteria Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku
67
Faktor Keamanan yang Disarankan
79
Nilai Koefisien Empiris (Cp)
86
Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah
94
Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah
95
Lempung
Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir 95
Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (μ) 96
Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah
99
Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data SPT
109
Data Tiang Pancang
116
Input Parameter Tanah untuk Program Plaxis Lokasi BH- I1 117
Penurunan Elastis tiang tunggal
119
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Ap B BN BPM BTA CSX Cp Cs c cu D Dr E EMX Eb Ep Es Es e ef f
= luas penampang tiang (m2) = lebar atau diameter tiang (m) = jumlah pukulan = jumlah pukulan permenit = integritas tiang/keutuhan tiang (%) = tegangan tekan maksimum pada posisi sensor (Mpa) = koefisien empiris = konstanta Empiris = kohesi tanah (kg/cm²) = kohesi undrained (kN/m2) = diameter tiang (m) = kerapatan relatif (%) = energi alat pancang (kg-cm) = energi maksimum yang ditransfer (ton-m) = modulus elastisitas tanah di dasar tiang (kN/m2) = modulus elastis tiang (kN/m2) = modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kN/m2) = modulus elastisitas bahan tiang (kN/m2) = angka pori = effisiensi hammer (%) = jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m)
xv
Universitas Sumatera Utara
Gs g H h I ID I0
K k ki kh kv L Lb Li
My N-SPT n nh P po
= specific gravity = jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) = tebal lapisan (m) = tinggi jatuh hammer (m) = momen inersia tiang (cm4) = diameter dalam (m) = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat
(Incompressible) dalam massa semi tak terhingga = 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) = momen leleh (kN-m) = nilai N-SPT = koefisien restitusi = koefisien fariasi modulus = keliling tiang (m) = tekanan overburden efektif
xvi
Universitas Sumatera Utara
pu = tahanan tanah ultimit Q = besar beban yang bekerja (kN) Qwp = daya dukung yang bekerja pada ujung tiang dikurangi daya
dukung friction (kN) Qws = daya dukung friction (kN) Rb = faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung Rh = faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras Rk = faktor koreksi kemudahmampatan tiang Rμ = faktor koreksi angka poisson S = penetrasi pukulan per cm (cm) Se(1) = penurunan elastis dari tiang (mm) Se(2) = penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di ujung tiang (mm) Se(3) = penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di sepanjang batang tiang
(mm) S = besar penurunan yang terjadi (mm) Wp = berat pile (Ton) Wr = berat hammer (Ton) α = koefisien adhesi antara tanah dan tiang
ŋ = effisiensi alat pancang
Ø = sudut geser dalam = berat isi tanah (kN/m3)
γdry = berat jenis tanah kering (kN/m3) γsat = berat jenis tanah jenuh (kN/m3)
xvii
Universitas Sumatera Utara
γw = berat isi air (kN/m3) ξ = koefisien dari skin friction μ = poisson’s ratio ψ = sudut dilantansi (o)
xviii
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Diameter 0,6 meter berdasarkan Perhitungan Analitis dan Metode Elemen Hingga
ABSTRAK
Pondasi yaitu bangunan bawah tanah (sub structure) dari suatu konstruksi yang merupakan bagian penting untuk meneruskan beban konstruksi di atasnya (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut. Pondasi dibagi atas dua jenis, yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) dan pondasi dalam (deep foundation). Pondasi dangkal digunakan untuk memikul beban konstruksi yang relatif kecil, sedangkan pondasi dalam untuk tipe konstruksi yang memiliki nilai beban yang besar.
Pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) akan mencari nilai daya dukung aksilal perencanaan pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT memakai metode Mayerhoff, data Kalendering memakai metode ENR dan Danish dan dengan Metode Elemen Hingga. Daya dukung lateral menggunakan metode Broms. Dan menghitung penurunan elastis tiang pancang yang terjadi. Metode pengumpulan data adalah dengan melakukan observasi lapangan serta pengambilan data dari perusahaan jasa pemancangan.
Perhitungan daya dukung aksial tiang pancang dengan Metode Elemen Hingga pada titik Bore Hole 2 adalah 261,8 Ton. Nilai ini tidak berbeda jauh dari hasil perhitungan menggunakan data kalendering dengan metode ENR yaitu sebesar 107,604 Ton dan dengan metode Danish sebesar 250,76 Ton. Daya dukung lateral berdasarkan Metode Broms pada Bore Hole 2 secara analitis sebesar 29,59 Ton dan secara grafis sebesar 32,95 Ton. Penurunan elastis yang dihasilkan sebesar 15,035 mm dan berdasarkan Metode Elemen Hingga sebesar 8,61 mm. Perbedaan daya dukung dan penurunan 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, SPT , Kalendering, Metode Elemen Hingga, Penurunan Elastis
iv
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pondasi yaitu bangunan bawah tanah (substructure) dari suatu
konstruksi yang merupakan bagian penting untuk meneruskan beban konstruksi di atasnya (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut. Perencanaan pondasi harus didesain sedemikian rupa sehingga beban yang diteruskan dari pondasi ke tanah tidak melebihi kekuatan tanah yang menahannya. Kesalahan dalam penganalisaan pondasi dapat menyebabkan kerusakan hingga keruntuhan (failure) terhadap bangunan di atasnya.
Pondasi dibagi atas dua jenis, yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) dan pondasi dalam (deep foundation). Pondasi dangkal digunakan untuk memikul beban konstruksi yang relatif kecil, sedangkan pondasi dalam untuk tipe konstruksi yang memiliki nilai beban yang besar.
Pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) akan mencari nilai daya dukung perencanaan pondasi tiang tersebut melalui data SPT, Kalendering dan PDA serta mencari penurunan elastis tiang tunggal. Dari ketiga data tersebut akan didapat nilai daya dukung yang berbeda-beda dan juga perbedaan hasil penurunan elastis secara analitis dan dengan Metode
1
Universitas Sumatera Utara
Elemen Hingga. Perbedaan nilai tersebut kemudian akan dibandingkan untuk memperoleh perencanaan yang aman.
Adapun jenis pondasi yang digunakan pada Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750) yaitu pondasi tiang. Pondasi tiang digunakan untuk memikul beban bangunan yang apabila tanah dasar di bawah bangunan tersebut tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk menahan semua beban bangunan tersebut. Kemungkinan lain yang mengharuskan penggunaan tiang pancang dalam pondasi yakni apabila tanah keras yang harus diambil letaknya sangat dalam.
Daya dukung tiang dapat diperoleh dari daya dukung ujung (end bearing capacity) yang diperoleh dari tekanan ujung tiang dan gaya geser (friction bearing capacity) yang diperoleh dari daya dukung gesek atau adhesi antara tiang dan tanah di sekelilingnya. 1.2. Tujuan dan Manfaat 1.2.1. Tujuan Adapun tujan penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Menghitung besarnya kapasitas daya dukung aksial tiang pancang
tunggal secara analitis dan numeris. Secara analitis dihitung berdasarkan data-data lapangan yang didapat yaitu SPT, Kalendering, dan PDA, sedangkan secara numeris dihitung menggunakan Metode Elemen Hingga. 2. Menghitung besarnya kapasitas daya dukung lateral pada pondasi tiang tunggal dengan rumus empiris yaitu menggunakan metode Broms.
2
Universitas Sumatera Utara
3. Menghitung penurunan elastis tiang tunggal secara analitis dan dengan Metode Elemen Hingga.
4. Membandingkan besarnya kapasitas daya dukung dan penurunan elastis tiang tunggal yang terjadi secara analitis dan numeris.
1.2.2. Manfaat Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat untuk : 1. Memperoleh daya dukung ultimit pondasi dengan menggunakan SPT, PDA dan Kalendering, serta dapat membandingkan hasil yang diperoleh dengan metode-metode yang dipakai pada perhitungan. 2. Menambah ilmu pengetahuan, wawasan, dan pengalaman penulis agar mampu melakukan pekerjaan yang sama pada saat terjun ke lapangan. 3. Menjadi referensi khususnya mahasiswa lainnya apabila akan mengambil topik bahasan yang sama.
1.3. Pembatasan Masalah Batasan-batasan masalah pada Tugas Akhir ini antara lain : 1. Pondasi yang digunakan dalam perhitungan adalah pondasi tiang pancang tunggal. 2. Tiang pancang yang digunakan berdiameter 60 cm produksi WIKA Beton. 3. Hanya meninjau pondasi tiang tegak lurus. 4. Tidak menghitung beban kerja pada pondasi. 5. Pekerjaan penyelidikan, baik penyelidikan lapangan maupun penyelidikan laboratorium (data tanah) dilakukan oleh pihak Joint
3
Universitas Sumatera Utara
Operasional (JO) Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu. 6. Menghitung daya dukung aksial tiang pancang tunggal secara analitis dari data Standard Penetration Test (SPT) dengan metode Mayerhoof, data Kalendering memakai metode Engineering News Record (ENR) dan metode Danish, dan Pile Driving Analyzer (PDA). 7. Menghitung daya dukung pondasi tiang pancang tunggal secara numeris yaitu menggunakan Metode Elemen Hingga dengan pemodelan Mohr - Coulomb tanpa menghitung daya dukung lateral. 8. Menghitung daya dukung lateral tiang pancang tunggal menggunakan metode Broms. 9. Menghitung penurunan elastis tiang pancang tunggal. 1.4. Metode Pengumpulan Data 1. Studi Literatur Mengumpulkan tulisan-tulisan dalam bentuk buku maupun tulisan ilmiah yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini. 2. Pengumpulan Data Subjek pada penulisan Tugas Akhir ini adalah Proyek Pembangunan Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu (Jembatan Irigasi Tawang Sta.40+750). Data yang diperlukan untuk penulisan Tugas Akhir ini didapatkan dari Satuan Kerja Peroyek Jalan Bebas Hambatan Medan – Kualanamu Dinas Pekerjaan Umum Medan selaku owner mewakili pemerintah RI. Adapun data- data yang dibutuhkan adalah data hasil pengujian tanah, data hasil test PDA, data N-SPT, dan data lainnya.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Analisis Masalah Melakukan analisa terhadap kasus dengan teori-teori yang dikumpulkan pada studi literatur.
1.5. Sistematika Penulisan Rencana sistematika penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari 5 (lima)
bab, yang diuraikan sebagai berikut : Bab I : Pendahuluan
Berisi latar belakang penulisan, tujuan dan manfaat, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab II : Tinjau Pustaka
Berisi dasar teori, rumus, dan segala sesuatu yang digunakan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang diperoleh dari buku literatur, tulisan ilmiah, website / search engine, dan hasil penulisan sebelumnya. Bab III : Metodologi
Berisi metodologi penulisan Tugas Akhir berupa pengumpulan data dan metode analisis. Bab IV : Analisis dan Perhitungan
Berisi perhitungan kapasitas daya dukung aksial dan lateral serta perhitungan penurunan elastis tiang pancang tunggal dengan mengolah data-data yang diperoleh. Bab V : Kesimpulan dan Saran
Berisi kesimpulan dari hasil analisa dan saran berdasarkan kajian yang telah dikumpulkan pada Tugas Akhir ini.
5
Universitas Sumatera Utara
1.6. Bagan Alir Penelitian MULAI
PERSIAPAN
STUDI LITERATUR
PENGAMBILAN DATA PROYEK JALAN BEBAS HAMBATAN MEDAN - KUALANAMU
MENGECEK KESESUAIAN DATA YANG ADA DENGAN KONDISI PELAKSANAAN DI LAPANGAN
ANALISIS NILAI DAYA DUKUNG PONDASI DENGAN MENGGUNAKAN DATA SPT,
PDA DAN KALENDERING
PEMODELAN DAN ANALISIS NILAI DAYA DUKUNG PONDASI MENGGUNAKAN METODE
ELEMEN HINGGA
KESIMPULAN
SARAN Gambar 1.1. Bagan Alir Penelitian
6
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Umum Bangunan sipil (gedung, jembatan, jalan dan bendung) yang
direkayasa bertumpu pada tanah harus didukung oleh suatu pondasi. Pondasi adalah bagian dari suatu sistem rekayasa yang meneruskan beban yang ditopang oleh pondasi dan beratnya sendiri kepada tanah dan batuan yang terletak di bawahnya (Joseph E. Bowles, 1993). Suatu perencanaan pondasi dikatakan benar apabila beban yang diteruskan oleh pondasi ke tanah tidak melampaui kekuatan tanah yang bersangkutan (Braja M. Das,1995).
Dalam menentukan perencanaan pondasi suatu bangunan ada dua hal yang harus diperhatikan pada tanah bagian bawah pondasi, yaitu : Daya dukung pondasi harus lebih besar daripada beban yang
bekerja pada pondasi baik beban statik maupun beban dinamiknya. Penurunan yang terjadi akibat pembebanan tidak boleh melebihi
penurunan yang diijinkan. 2.2. Tanah
Secara umum kita ketahui bahwa tanah merupakan material utama yang berfungsi menahan beban pada pondasi yang berasal dari beban
7
Universitas Sumatera Utara
bangunan di atasnya (upper structure) dan berat sendiri pondasi tersebut. Dengan demikian, pondasi harus terletak pada tanah yang mampu mendukungnya tanpa mengakibatkan kerusakan tanah atau terjadinya penurunan pada bangunan tersebut. 2.2.1. Defenisi Tanah
Dalam pengertian secara teknis, tanah didefenisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak terikat secara kimia satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk disertai zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut (Braja M Das, 1995).
Secara sederhana, elemen tanah dapat diilustrasikan pada gambar berikut :
Gambar 2.1. Elemen-Elemen Tanah (Sumber : Das, B.M., 1995)
8
Universitas Sumatera Utara
2.2.2. Karakteristik Tanah Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, terdapat tiga komponen
pada tanah, yaitu butiran tanah, air dan udara. Udara dianggap tidak memiliki pengaruh secara teknis, sementara air sangat mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butir-butir tanah dapat terisi oleh air dan/atau udara. Bila rongga terisi air secara menyeluruh, maka tanah dikatakan dalam kondisi jenuh air. Bila rongga tersebut terisi air dan udara maka tanah pada kondisi jenuh sebagian (partially saturated).
Karakteristik tanah juga dipengaruhi oleh kekuatan geser tanah dan kemampuan tanah mengalirkan air. Proses deformasi tanah akibat beban luar dapat ditinjau sebagai suatu gejala atau akibat dari penyusutan pori karena kemampatan butiran tanah atau air ke luar secara teknis sangat kecil.
Dalam ilmu mekanika tanah, volume tanah dibagi menjadi dua bagian yaitu : volume butir dan volume pori. Volume pori terdiri atas volume udara dan volume air. Oleh sebab itu berbagai parameter tanah akan mempengaruhi karakteristik tanah sebagai pendukung pondasi, seperti : ukuran butiran tanah, berat jenis tanah, kadar air tanah, kerapatan butiran, angka pori, sudut geser tanah, dan sebagainya. Hal tersebut dapat diketahui dengan melakukan penelitian tanah di lapangan dan di laboratorium.
9
Universitas Sumatera Utara
2.3. Penyelidikan Tanah (Soil Investigation) Penyelidikan tanah (soil investigation) adalah proses pengambilan
contoh (sample) tanah yang bertujuan untuk menyelidiki karakteristik tanah tersebut. Dalam mendesain pondasi, kita harus mengetahui sifat setiap lapisan tanah, (seperti berat isi tanah, daya dukung, ataupun daya rembes), karakteristik kekuatan, deformasi dan hidrolik yang akan mempengaruhi konstruksi termasuk perencanaan pondasi dan juga ketinggian muka air tanah. Oleh sebab itu, soil investigation adalah pekerjaan awal yang harus dilakukan sebelum memutuskan akan menggunakan jenis pondasi dangkal atau pondasi dalam.
Ada dua jenis penyelidikan tanah, yaitu penyelidikan di lapangan (in situ) dan penyelidikan di laboratorium (laboratory test). Jenis penyelidikan di lapangan, seperti Standard Penetration Test (SPT), pengeboran (hand boring ataupun machine boring), Cone Penetrometer Test (sondir), Sand Cone Test dan Dynamic Cone Penetrometer. Sedangkan jenis penyelidikan di laboratorium terdiri dari uji index properties tanah (Atterberg Limit, Water Content, Spesific Gravity, Sieve Analysis) dan engineering properties tanah (direct shear test, triaxial test, consolidation test, permeability test, compaction test, dan CBR). 2.3.1. Pengujian Pengeboran dengan Bor Mesin
Penyelidikan tanah dengan pengeboran ini dilakukan dengan alat bor mesin dengan peralatan dan bahan yang digunakan sebagai berikut: Bor Mesin. Pompa.
10
Universitas Sumatera Utara
Tripot. Casing. Mata Bor (lengkap dengan core single/core barel). Kepala tabung. Kepala penumbuk. Tabung sample. Split spoon sample. Hammer berat 63.5 kg. Batang/pipa bor. Kunci-kunci, selang air, paraffin, dan perlengkapan serta bahan
lainnya. Pengujian pengeboran bertujuan untuk membuat lobang pada
lapisan tanah untuk : 1. Mengetahui susunan lapisan tanah pendukung secara visual dan
terperinci. 2. Mengambil sampel tanah terganggu (disturbed sample) lapis demi
lapis sampai kedalaman yang diinginkan untuk deskripsi dan klasifikasi tanah (visual soil clasification )dan juga digunakan sebagai bahan pengujian di laboratorium. 3. Mengambil sampel tanah tak terganggu (undisturbed sample) untuk bahan pengujian laboratorium. 4. Melaksanakan pengujian Standard Penetration Test (SPT) setiap interval 2 meter.
11
Universitas Sumatera Utara
5. Mengamati dan melaksanakan pengukuran kedalaman muka air tanah
(Ground Water Level).
Pada waktu pengeboran, lobang bor dilindungi dengan casing agar
tidak terjadi kelongsoran sehingga diperoleh hasil pengeboran yang baik
dimana contoh tanah tidak terganggu oleh kelongsoran tersebut. Untuk
tanah lunak (soft soil) pengeboran harus dilakukan dengan casing berputar,
drilling rod dan mata casing diberi mata bor. Bila ditemui tanah keras
maka pengeboran harus dilakukan dengan diamond bit.
Pengambilan sampel tak terganggu dilakukan setelah pengambilan
contoh tanah (sample), tabung contoh (tube sample) ditutup dengan
paraffin untuk mencegah penguapan pada contoh tanah tersebut dan pada
tabung diberi kode titik bor dan kedalaman pengujian. Contoh tanah ini
dibawa ke laboratorium untuk bahan pengujian laboratorium.
Tabung contoh tanah yang digunakan adalah stainless tube sample
ukuran Outer Diameter (OD) 3 inch dan Internal Diameter (ID) 2 7/8
inch, tebal tabung 1/16 inch dan panjang 50 cm.
Tabel 2.1. Jarak Pemboran
(Sumber : Djatmiko & Edy, 1997)
Proyek
Gedung tingkat satu Gedung tingkat banyak Jalan Raya Bendungan Tanah Perencanaan Bangunan Tempat Tinggal (apartemen, dll)
Jarak Boring
(ft) (m)
75-100
23-30
50-75
15-23
750-1000
230-305
75-150
23-46
200-300
61-92
12 Universitas Sumatera Utara
2.3.2. Sumur Percobaan (Test Pit)
Penggalian tanah yang yang digunakan untuk penyelidikan suatu tanah biasanya memiliki ukuran (1 X 1,5 – 2) m dengan kedalaman tanah sesuai dengan maksud dan tujuan yang diperlukan. Tujuan pembuatan sumur untuk mengetahui susunan tanah, warna tanah, tekstur tanah, dan dapat digunakan untuk pengambilan sempel tanah yang selanjutnya digunakan untuk penelitian di laboratorium. Pembuatan sumur percobaan sering dikerjakan dalam hubungan dengan pekerjaan pembuatan jalan raya atau landasan pesawat udara.
2.3.3. Pengambilan Contoh Tanah
Penggambilan contoh tanah terdiri dari dua macam, yaitu : a. Contoh tanah tidak terganggu (Undisturbed Soil)
Suatu contoh tanah dikatakan tidak terganggu apabila contoh tanah itu dianggap masih menunjukkan sifat-sifat asli tanah tersebut. Sifat asli yang dimaksud adalah contoh tanah tersebut tidak mengalami perubahan pada strukturnya, kadar air, atau susunan kimianya. Contoh tanah seperti ini tidaklah mungkin bisa didapatkan, akan tetapi dengan menggunakan teknik-teknik pelaksanaan yang baik, maka kerusakan-kerusakan pada contoh tanah tersebut dapat diminimalisir. Undisturbed soil digunakan untuk percobaan engineering properties. b. Contoh tanah terganggu (Disturbed Soil)
Contoh tanah terganggu adalah contoh tanah yang diambil tanpa adanya usaha- usaha tertentu untuk melindungi struktur asli tanah tersebut.
13
Universitas Sumatera Utara
Disturbed soil digunakan untuk percobaan uji analisa saringan, batas-batas Atterberg, (Specific Gravity Test), pengujian berat jenis dan lain-lain. 2.3.4. Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT)
Pengujian Standard Penetration Test dilakukan setiap interval kedalaman pemboran 2 meter. Tabung SPT harus mempunyai ukuran Outer Diameter (OD) 2 inch, Internal Diameter (ID) 1 3/8 inch dan panjang 24 inch dengan tipe split spoon sample.
Hammer yang dipakai mempunyai berat 140 lbs (63,5 kg) dan tinggi jatuh bebas hammer adalah 30 inch (75 cm). Tabung SPT ditekan kedalaman dasar lobang sedalam 15 cm, kemudian untuk setiap interval 15 cm dilakukan pemukulan dan perhitungan jumlah pemukulan untuk memasukkan split spoon sample ke dalam tanah sedalam (3x15) cm.
Jumlah pukulan tersebut merupakan angka N dari pelaksanaan SPT dimana nilai N yang diperhitungkan adalah jumlah pukulan pada 15 cm kedua dan 15 cm ketiga (2x15 cm = 30 cm).
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Alat Percobaan Penetrasi Standard (Sumber : Sosrodarsono & Nakazawa, 2005)
Tujuan Percobaan SPT yaitu : Untuk menentukan kepadatan relatif lapisan tanah tersebut dari
pengambilan contoh tanah dengan tabung. Dapat diketahui jenis tanah dan ketebalan dari setiap lapisan tanah. Untuk memperoleh data yang kumulatif pada perlawanan penetrasi
tanah dan menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi yang biasanya sulit diambil sampelnya. Pengamatan dan perhitungan SPT dilakukan sebagai berikut : a. Mula-mula tabung SPT dipukul ke dalam tanah sedalam 45 cm yaitu kedalaman yang diperkirakan akan terganggu oleh pengeboran. b. Kemudian untuk setiap kedalaman 15 cm dicatat jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk memasukkannya.
15
Universitas Sumatera Utara
c. Jumlah pukulan untuk memasukkan split spoon 15 cm pertama dicatat sebagai N1. Jumlah pukulan untuk memasukkan 15 cm kedua adalah N2 dan jumlah pukulan untuk memasukkan 15 cm ketiga adalah N3 . Jadi total kedalaman setelah pengujian SPT adalah 45 cm dan menghasilkan N1, N2, dan N3.
d. Angka SPT ditetapkan dengan menjumlahkan 2 angka pukulan terakhir (N2+N3) pada setiap interval pengujian dan dicatat pada lembaran Drillig Log.
e. Setelah selesai pengujian, tabung SPT diangkat dari lubang bor ke permukaan tanah untuk diambil contoh tanahnya dan dimasukkan ke dalam kantong plastik untuk diamati di laboratorium. Kemudian hasil dari pekerjaan bor dan SPT dituangkan dalam
lembaran drilling log. 2.4. Pondasi
Pada umumnya pondasi dibagi menjadi dua jenis yaitu : a. Pondasi Dangkal ( Shallow Foundation )
Apabila terdapat lapisan tanah yang cukup tebal dengan kualitas yang baik yang mampu mendukung bangunan itu pada permukaan tanah atau sedikit di bawah permukaan tanah. Pada pondasi tipe ini beban diteruskan oleh kolom/tiang, selanjutnya diterima pondasi dan disebarluaskan ke tanah. Dasar tanah yang menerima beban tidak lebih dari 1 - 2 m dari permukaan tanah atau D/B bernilai sekitar 1. Temboktembok, kolom, maupun tiang bangunan berdiri dengan pelebaran kaki di atas tanah dasar yang keras dan padat.
16
Universitas Sumatera Utara
Kekuatan pondasi dangkal ada pada luas alasnya, karena pondasi ini berfungsi untuk meneruskan sekaligus meratakan beban yang diterima oleh tanah. Pondasi dangkal ini digunakan apabila beban yang diteruskan ke tanah tidak terlalu besar. Misalnya, rumah sederhana satu lantai, dua lantai, bangunan ATM, pos satpam, dan sebagainya. b. Pondasi Dalam ( Deep Foundation )
Apabila lapisan tanah kerasnya berada di kedalaman yang letaknya sangat dalam. Digunakan juga untuk mendukung bangunan yang menahan gaya angkat ke atas, terutama pada bangunan-bangunan tingkat tinggi yang dipengaruhi oleh gaya-gaya penggulingan akibat beban angin. Kedalaman tanah keras mencapai 4 - 5 m dari permukaan tanah atau D/B bernilai sekitar 4 dan biasanya digunakan untuk bangunan besar, jembatan dan struktur lepas pantai.
Menurut Bowles, 1991, sebuah pondasi harus mampu memenuhi beberapa persyaratan stabilitas dan deformasi, seperti :
Kedalaman harus memadai untuk menghindarkan pergerakan tanah lateral dari bawah pondasi, khusus untuk pondasi tapak dan rakit.
Kedalaman harus berada di bawah daerah perubahan volume musiman yang disebabkan oleh pembekuan, pencairan, dan pertumbuhan tanaman.
Sistem harus aman terhadap penggulingan, rotasi, penggelinciran atau pergeseran tanah.
Sistem harus aman terhadap korosi atau kerusakan yang disebabkan oleh bahan berbahaya yang terdapat di dalam tanah. 17
Universitas Sumatera Utara
Sistem harus cukup mampu beradaptasi terhadap beberapa perubahan geometri konstruksi atau lapangan selama proses pelaksanaan dan mudah dimodifikasi jika perubahan diperlukan.
Metode pemasangan pondasi harus seekonomis mungkin. Pergerakan tanah keseluruhan (umumnya penurunan) dan
pergerakan diferensial harus dapat ditolerir oleh elemen pondasi dan elemen bangunan atas. Pondasi dan konstruksinya harus memenuhi syarat standar untuk perlindungan lingkungan.
2.4.1. Pondasi Tiang
Pondasi tiang digunakan untuk suatu bangunan yang tanah dasar di bawah bangunan tersebut tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk memikul beban berat bangunan dan beban yang diterimanya atau apabila tanah pendukung yang mempunyai daya dukung yang cukup letaknya sangat dalam. Pondasi tiang ini berfungsi untuk menyalurkan beban-beban yang diterimanya dari konstruksi di atasnya ke lapisan tanah dalam yang mampu memikul berat bangun tersebut.
Pondasi tiang digunakan untuk beberapa maksud, antara lain : - Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau
tanah lunak ke tanah pendukung yang kuat. - Untuk meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai
kedalaman tertentu sehingga pondasi bangunan mampu
18
Universitas Sumatera Utara
memberikan dukungan yang cukup untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan dinding tiang dengan tanah disekitarnya. - Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan. - Untuk menahan gaya-gaya horizontal dan gaya yang arahnya miring. - Untuk memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas dukung tanah tersebut bertambah. - Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah tergerus air. Dalam mendesain pondasi tiang pancang mutlak diperlukan informasi mengenai : Data tanah dimana bangunan akan didirikan. Daya dukung tiang pancang sendiri (baik single atau group pile). Analisa negative skin friction (karena mengakibatkan beban tambahan). 2.4.2. Penggolongan Pondasi Tiang Pemilihan pondasi tiang pancang untuk berbagai jenis keadaan tergantung beberapa faktor, diantaranya tipe tanah dasar, alasan teknis pada waktu pemancangan, dan jenis bangunan yang dibangun. Terdapat berbagai jenis pondasi yang digolongkan berdasarkan material yang digunakan dan penyaluran beban yang diterima.
19
Universitas Sumatera Utara
Pondasi tiang pancang dapat digolongkan berdasarkan pemakaian bahan, cara penyaluran beban, cara pemasangannya, dan berdasarkan perpindahan tiang, berikut ini akan dijelaskan satu persatu. 1. Pondasi Tiang Pancang menurut Pemakaian Bahan
Tiang pancang dapat dibagi ke dalam beberapa kategori (Bowles, 1991), antara lain : A. Tiang Pancang Kayu
Tiang pancang kayu dibuat dari batang pohon yang cabangcabangnya telah dipotong dengan hati-hati, biasanya diberi bahan pengawet dan didorong dengan ujungnya yang kecil sebagai bagian yang runcing. Terkadang, ujungnya yang besar didorong untuk maksud-maksud khusus, seperti dalam tanah yang sangat lembek dimana tanah tersebut akan bergerak kembali melawan poros. Kadang kala ujungnya runcing dilengkapi dengan sebuah sepatu pemancangan yang terbuat dari logam bila tiang pancang harus menembus tanah keras atau tanah kerikil.
Pemakaian tiang pancang kayu ini merupakan cara tertua dalam penggunaan tiang pancang sebagai pondasi. Tiang kayu akan tahan lama dan tidak mudah busuk jika tiang dalam keadaan selalu terendam penuh di bawah muka air tanah. Tiang pancang kayu akan lebih cepat rusak atau busuk jika dalam keadaan kering dan basah yang selalu berganti.
Sedangkan pengawetan untuk kayu hanya akan menunda atau memperlambat kerusakan kayu, akan tetapi tetap tidak akan dapat melindungi untuk seterusnya. Pada pemakaian tiang pancang kayu
20
Universitas Sumatera Utara
biasanya tidak diijinkan untuk menahan muatan lebih besar dari 25 sampai 30 ton untuk setiap tiang.
Tiang pancang kayu ini sangat cocok untuk daerah rawa dan daerah-daerah yang sangat banyak terdapat hutan kayu seperti daerah Kalimantan, sehingga mudah memperoleh balok/tiang kayu yang panjang dan lurus dengan diameter yang cukup besar untuk digunakan sebagai tiang pancang.
Persyaratan dari tiang ini adalah bahan yang dipergunakan harus cukup tua, berkualitas baik dan tidak cacat, contohnya kayu berlian. Tiang pancang harus diperiksa dahulu sebelum dipancang untuk memastikan bahwa tiang pancang tersebut memenuhi ketentuan dari bahan dan toleransi yang diijinkan. Semua kayu lunak yang digunakan untuk tiang pancang memerlukan pengawetan yang harus dilaksanakan sesuai dengan AASHTO M133–86 dengan menggunakan instalasi peresapan bertekanan.
Keuntungan pemakaian tiang pancang kayu, yaitu : a. Relatif lebih ringan sehingga mudah dalam pengangkutan. b. Kekuatan tarik besar sehingga pada waktu pengangkatan untuk
pemancangan tidak menimbulkan kesulitan seperti misalnya pada tiang pancang beton precast . c. Mudah untuk pemotongannya apabila tiang kayu ini sudah tidak dapat masuk lagi ke dalam tanah. d. Tiang pancang kayu ini lebih baik untuk friction pile dari pada untuk end bearing pile sebab tegangan tekanannya relatif kecil.
21
Universitas Sumatera Utara
e. Karena tiang kayu ini relatif flexible terhadap arah horizontal dibandingkan dengan tiang-tiang pancang selain dari kayu, maka apabila tiang ini menerima beban horizontal yang tidak tetap, tiang pancang kayu ini akan melentur dan segera kembali ke posisi setelah beban horizontal tersebut hilang. Hal seperti ini sering terjadi pada dermaga dimana terdapat tekanan ke samping dari kapal dan perahu. Kerugian pemakaian tiang pancang kayu, yaitu :
a. Karena tiang pancang harus selalu terletak di bawah muka air tanah yang terendah agar dapat tahan lama, jika air tanah yang terendah itu letaknya sangat dalam, hal ini akan menambah biaya untuk penggalian.
b. Tiang pancang yang dibuat dari kayu mempunyai umur yang relatif kecil dibandingkan tiang pancang yang di buat dari baja atau beton terutama pada daerah yang muka air tanahnya sering naik dan turun.
c. Pada waktu pemancangan pada tanah yang berbatu (gravel) ujung tiang pancang kayu dapat berbentuk berupa sapu atau dapat pula ujung tiang tersebut hancur. Apabila tiang kayu tersebut kurang lurus, maka pada waktu dipancangkan akan menyebabkan penyimpangan terhadap arah yang telah ditentukan.
d. Tiang pancang kayu tidak tahan terhadap benda-benda yang agresif dan jamur yang menyebabkan kebusukan.
22
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3. Tiang Pancang Kayu (Sumber : Bowles, 1991)
B. Tiang Pancang Beton Tiang pancang beton terdiri dari 3 macam, yaitu :
1. Precast Reinforced Concrete Pile Precast reinforced concrete pile adalah tiang pancang dari beton
bertulang yang dicetak dan dicor dalam acuan beton (bekisting), kemudian setelah cukup kuat lalu diangkat dan dipancangkan. Karena tegangan tarik beton adalah kecil dan praktis dianggap sama dengan nol, sedangkan berat sendiri beton adalah besar, maka tiang pancang beton ini haruslah diberi penulangan-penulangan yang cukup kuat untuk menahan momen lentur yang akan timbul pada waktu pengangkatan dan pemancangan. Karena berat sendiri besar, biasanya pancang beton ini dicetak dan dicor di tempa