ANALISIS DAYA DUKUNG ULTIMIT DAN PENURUNAN PADA COMPRESSION LOADING TEST BORED PILE TUNGGAL DIAMETER 0,6 METER DENGAN METODE SEMI EMPIRIS DAN PEMODELAN METODE ELEMEN HINGGA (STUDY KASUS MEDAN FOCAL POINT) TESIS
ANALISIS DAYA DUKUNG ULTIMIT DAN PENURUNAN PADA
COMPRESSION LOADING TEST BORED PILE TUNGGAL DIAMETER 0,6
ANALISIS DAYA DUKUNG ULTIMIT DAN PENURUNAN PADA
METER DENGAN METODE SEMI EMPIRIS DAN PEMODELAN METODE ELEMEN HINGGA (STUDY KASUS MEDAN FOCAL POINT) TESIS SyaratUntukMemperolehGelar Magister Teknik Pada Program Studi Magister TeknikSipil FakultasTeknikUniversitas Sumatera Utara OLEH RINI 127016008 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
JUDUL TESIS : ANALISIS DAYA DUKUNG ULTIMIT DAN
PENURUNAN PADA COMPRESSION LOADINGTESTBORED PILETUNGGAL DIAMETER
0,6METER DENGAN METODE SEMI EMPIRIS DAN PEMODELAN METODE ELEMEN HINGGA (STUDY KASUS MEDAN FOCAL POINT) NAMA MAHASISWA : RINI NOMOR POKOK : 127016008 PROGRAM STUDI : TEKNIK SIPIL Menyetujui Komisi Pembimbing, (Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Ir. Rudi Iskandar, MT) Ketua Anggota Ketua Program Studi Dekan (Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Tanggal Lulus : 12 Agustus 2014
Telah diuji pada:
12 Agustus 2014
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Anggota : Ir. Rudi Iskandar, MT
: Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
: Dr. Ir. Ahmad PerwiraMuliaTarigan, M.ScABSTRACT
Loaded foundation will undergo deformation which brings about the lowering of the foundation. The lowering, which is not uniformed and beyond the permitted lowering, can have fatal result on building structure on it. The researcher would analyze the structure of the lower part of Medan Vocal Point building which was called foundation. Bored piles were used for the type of foundation and standard penetration test and compression loading test were used for the field test as the analytical basis.
The objective of the research was to analyze and to compare the ultimate supporting power of single piles, and the lowering was caused by compression loading test by using semi empirical method and infinite element modeling with plaxis program and to analyze ultimate supporting power and the lowering in grouped piles with Vesic method (1977) and horizontal supporting power with Broms method (1964).
Based on the result of the analysis of the ultimate supporting power of single piles in Reese & Wright of 563.64 tons, Mazurkiewicz (1972) of 325 tons, Butler & Hoy (1977) of 320 tons, De Beer method (1976) of 230 tons, and Infinite Element occurred by using semi empirical method was 4.68 mm and in the Infinite Element Modeling with Plaxis program was 4.84 mm with the variance of lowering of 0.16 mm (0.20%). Meanwhile, the ultimate supporting power of the grouped piles was 313.13 tons and the lowering of grouped piles with Vesic method (1977) was 10 mm. The ultimate supporting power of single piles in each analytical method was safe because it was bigger than the foundation planned load (150 tons). The calculation method of the supporting power used was the smallest value of the supporting power of De Beer method (230 tons).
The elastic lowering in each calculation method was safe because it was in line with the testing standard of ASTM D 1143-81, S
maximum ≤ 25.40 mm. Meanwhile,
the elastic lowering of grouped piles was bigger than the elastic lowering of single piles. This was because the compression zone area in the lower part of single piles was smaller than the compression zone area in grouped piles.
Keywords: SPT, Bore Pile, Loading Test
ABSTRAK
Pondasi yang dibebani akan mengalami perubahan struktur tanah (deformasi) yang bias mengakibatkan terjadinya penurunan pada pondasi. Penurunan yang tidak seragam dan diluar batas penurunan yang diijinkan, dapat berakibat fatal pada struktur bangunan diatasnya.Untuk itu penulisakan meneliti struktur bagian bawah bangunan Medan Focal Point yang disebut pondasi. Jenis pondasi yang digunakan adalah bored pile. Dengan uji lapangan yang digunakan sebagai dasar analisis adalah dan uji beban vertical (compression loading test).
Standart Penetration Test
Tujuan penulisan tesis ini adalah menganalisis dan membandingan daya dukung ultimit tiang tunggal dan penurunan yang terjadi akibat compression loading dengan menggunakan Metode Semi Empiris dan Pemodelan Elemen Hingga
test
dengan Program Plaxis, serta menganalisis daya dukung ultimit dan penurunan pada tiang kelompokdengan Metode Vesic (1977)dan daya dukung horizontaldengan menggunakan Metode Broms (1964).
Berdasarkan hasil analisis daya dukung ultimit tiang tunggal pada Metode Reese & Wright yaitu 563,64 ton, Metode Mazurkiewicz (1972) yaitu 325 ton, Metode Butler & Hoy (1977) yaitu 320 ton, Metode De Beer (1976) yaitu 230 dan Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis yaitu 563,64 ton dan penurunan elastis yang terjadi dengan menggunakan Metode Semi Empiris yaitu 4,68 mm dan pada Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis yaitu 4,84 mm. Dengan selisih penurunan sebesar 0,16 mm (0,20%). Sedangkan daya dukung ultimit tiang kelompokyaitu 313,13 ton dan penurunan tiang kelompok dengan Metode Vesic (1977) yaitu 10 mm. Untuk daya dukung horizontal tiang tunggal dengan Metode Broms (1964) adalah 23,78 ton.Daya dukung ultimit tiang tunggal pada setiap Metode Analisis amankarenalebih besar dari bebanrencana pondasi (150 ton). Metode perhitungan daya dukung yang digunakan adalah nilai daya dukung terkecil yaitu Metode De Beer (230 ton).
Penurunan elastis pada setiap metode perhitungan aman karena sesuai standart pengujian yang digunakan ASTM D1143-81 yaituS
maksimum ≤ 25,40 mm. Sedangkan
penurunan elastis pada tiang kelompok lebih besar dibandingkan penurunan elastis tiang tunggal. Hal ini disebabkan luas zona tertekan pada bagian bawah tiang tunggal lebih kecil dari pada luas zona tertekan pada tiang kelompok.
Kata Kunci :SPT, Bore Pile, Loading Test
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat meyelesaikan tesis ini dengan baik.Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Sipil,Konsentrasi Struktur Geoteknik di Universitas Sumatera Utara. Judul Tesis ini adalah: “Analisis Daya Dukung Ultimit Dan Penurunan
Pada Compression Loading TestBored Pile Tunggal Diameter 0,6 Meter Dengan
Metode Semi Empiris Dan Pemodelan Metode Elemen Hingga (Study Kasus
Medan Focal Point)”. Tesis ini membahas tentang daya dukung dan penurunan yang
terjadi pada pondasi tiang jika pondasi tersebut dibebani melalui uji beban vertikal Pada proses penulisan tesis ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak dan pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati saya menyampaikan rasa terima kasih saya yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat:
Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Selaku dosen pembimbing I dan Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT Selaku dosen pembimbing IIyang telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan masukansehingga terselesaikannya tesis ini.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, dan Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc sebagai pembanding dan penguji yang telah memberikan masukan dan saran demi perbaikan tesis ini.
Seluruh dosen Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani masa perkuliahan serta Bapak Yun yang telah banyak membantu kelancaran administrasi selama penulis menempuh perkuliahan hingga selesai.
Kedua Orang tua tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil kepada penulis.
PT. Acset Indonesia, yang telah membantu memberi masukan data yang dibutuhkan pada proses penyusunan tesis ini.
Teman-teman Mahasiswa Magister Teknik Sipil USUAngkatan 2012khususnya Konsentrasi Struktur Geoteknik Bapak Berlin Anggiat Tampubolon dan Bapak Simon Petrus Simorangkir yang selalu memberikan bantuan, motivasi dan semangatnya.
Semoga segala kebaikan yang selama ini telah diberikan mendapat balasan yang mulia dari Allah SWT. Penulis menyadari bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari sempurna karena keterbataan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk itu penulis terbuka terhadapkritik dan saran demi perbaikan pada masa mendatang dan nantinya tugas ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Medan, Agustus 2014 RINI 127016008
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul “Analisis Daya
Dukung Ultimit Dan Penurunan Pada Compression Loading TestBored Pile
Tunggal Diameter 0,6 Meter Dengan Metode Semi Empiris Dan Pemodelan
Adalah karya saya dan belum Elemen Hingga (Study Kasus Medan Focal Point)”. pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sepanjang pengetahuan saya juga, tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan dari penulis lain kecuali yang secara tertulis diakui dalam naskah ini disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, Agustus 2014 RINI
127016008
RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
Nama : Rini Tempat / TanggalLahir : Tapaktuan / 17 Oktober 1988 Alamat : Jl. Sisingamanga Raja Gg. Perhubungan No.16d
Medan
B. RIWAYAT PENDIDIKAN
1993 – 1994 : TK Darma Wanita Tapaktuan 1994 – 2000 : SD Negri Kalikebo 2, Trucuk, Klaten 2000 – 2003 : SMP Negri 2 Trucuk, Klaten 2003 – 2006 : SMU Negri 1 Tapaktuan 2006 – 2010 : Jurusan Teknik Sipil Konsentrasi Struktur Geoteknik
UISU 2012 – 2014 : Magister Teknik Sipil Konsentrasi Struktur Geoteknik USU
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................... i ABSTRACT ..................................................................................................... ii KATA PENGANTAR .................................................................................... iii PERNYATAAN .............................................................................................. v RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ vi DAFTAR ISI ................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xi DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiiiBAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang ............................................................................................
1
1.2 Tujuan Penulisan ........................................................................................
2
1.3 Batasan masalah .........................................................................................
3
1.4 Manfaat Penulisan ......................................................................................
3
1.5 Sistematika penulisan .................................................................................
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pendahuluan ...............................................................................................
5 2.2 Penyelidikan tanah (soil investigation) ......................................................
6 2.2.1 Standart Penetration test (SPT) ...............................................................
8
2.3 Pondasi ......................................................................................................
22 2.5 Daya Dukung Pondasi ................................................................................
33 2.7 Penurunan Tiang ........................................................................................
2.6.2 Metode Broms (1964) untuk tiang panjang kepala tiang terjepit (Fixed head) ............................................................................................
32
32 2.6.1 Metode Broms (1964) .............................................................................
31 2.6 Daya dukung horizontal (lateral) ...............................................................
30 2.5.4 Faktor efisiensi Tiang Kelompok ............................................................
26 2.5.3 Daya dukung tiang kelompok .................................................................
23 2.5.2 Daya Dukung data compression loading testtiang tunggal .....................
23 2.5.1 Daya dukung tiang data SPT ...................................................................
21 2.4.5 Prosedur pengukuran penurunan tiang ....................................................
9 2.3.1 Pondasi dalam .........................................................................................
19 2.4.4 Slow Maintened Load Method (SM Test) ................................................
18 2.4.3 Tujuan compression loading test ............................................................
16 2.4.2 Uji beban vertikal (compressive loading test) .........................................
15 2.4 Uji beban (loading test) ..............................................................................
15 2.3.7 Jarakantar tiang pada tiang kelompok .....................................................
13 2.3.6 Tiang kelompok ......................................................................................
12 2.3.5 Metode pelaksanaan bored pile ...............................................................
11 2.3.4 Jenis pondasi bored pile ..........................................................................
10 2.3.3 Keuntungan dan kerugian penggunaan bored pile ..................................
9 2.3.2 Pondasi tiang bor (bored pile) .................................................................
35
2.7.1 Penurunan elastis tiang tunggal ...............................................................
44 BAB III METODOLOGI 3.1 Deskripsi proyek .......................................................................................
54 BAB IV HASIL PERHITUNGAN 4.1 Daya dukung pondasi tiang ........................................................................
50 3.7 Bagan alir Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis ................
53 3.6 Bagan alir daya dukung ultimit dan penurunan bored pile ........................
51 3.5 Bagan alir penulisan tesis ...........................................................................
50 3.4 Tahapan pengumpulan data .......................................................................
48 3.3 Data teknis bored pile ................................................................................
47 3.2 Lokasi penelitian ........................................................................................
2.9.2 Daya dukung tiang tunggal Pemodelan Elemen Hingga dengan 2.10 Penelitian yang pernah dilakukan ............................................................
35 2.7.2 Penurunan elastis tiang kelompok ...........................................................
44
43 2.9.1 Parameter model tanah Morh Coulomb ..................................................
42 2.9 Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis Versi 8,2 ..................
42 2.8.2 Transfer beban tahanan ujung (end bearing) ..........................................
41 2.8.1 Transfer beban gesekan (friction) ...........................................................
41 2.8 Transfer Beban ...........................................................................................
40 2.7.3 Penurunan yang diijinkan ........................................................................
56
4.1.1 Daya dukung tiang berdasarkan dataSPT ...............................................
57 4.1.1.1 Metode Reese & Wright (1977) .................................................
58 4.1.2 Daya dukung compression loading testpada tiang tunggal .....................
64 4.1.2.1 Metode Mazurkiewicz (1972).....................................................
67 4.1.2.2 Metode Butler & Hoy...........................................................................
68 4.1.2.3 Metode De Beer ...................................................................................
69
4.1.3 Daya dukung ultimit nyata (real ultimite bearing capasity)pada tiang tunggal .....................................................................................................
70 4.1.3.1 Metode Mazurkiewicz (1972) ..............................................................
71 4.1.3.3 Metode De Beer ...................................................................................
74 4.1.4 Daya dukung tiang kelompok .................................................................
75 4.1.5 Daya dukung horizontal ..........................................................................
76 4.2 Penurunan tiang ..........................................................................................
76 4.2.1 Penurunan tiang tunggal ................................................................
77 4.2.1.1 Penurunan elastis tiang tunggal .........................................
83 4.2.1.2 Penurunan elastis tiang kelompok .....................................
83 4.2.2 Penyaluran(Transfer) beban...........................................................
83 4.2.2.1Transfer beban friktion .......................................................
83 4.2.2.2Transfer beban end bearing ...............................................
84 BAB V PEMODELAN ELEMEN HINGGA PROGRAM PLAXIS 5.1 Program Plaxis Versi 8,2 ...........................................................................
86 5.2 Input data Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis .................
86
5.2.1 Input data bored pile pada Plaxis ............................................................
87 5.2.2 Input data tanah pada Program Plaxis ....................................................
87 5.2.3 Siklus pembebanan loading test ..............................................................
91 5.3 Kurva hubungan beban-penurunan ............................................................
93 5.3.1 Beban 200%design load ..........................................................................
93 5.3.2 Beban 150% design load .........................................................................
95 5.3.3 Beban 100% design load .........................................................................
96 5.3.4 Beban 50% design load ...........................................................................
98
5.4 Hasil compression loading test dengan menggunakan Pemodelan Elemen
5.5Perbandinganhasilcompression loading testdi lapangan dengan Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis ........................................ 101
5.6 Daya dukung tiang tunggal ........................................................................ 102
5.7Diskusi ........................................................................................................ 102
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan ................................................................................................ 107
6.2 Saran ........................................................................................................... 108
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman 2.1 Jenis bored pile (Das,1999).........................................................37
49 3.4 Bagan alir penulisan tesis ............................................................
48 3.3 Denah lokasi titik SPT (BH-03) dan titik loading test (BP-09) ..
48 3.2 Bangunan Medan Focal Point .....................................................
43 3.1 Denah lokasi Medan Focal Point ................................................
42 2.17 Kurva transfer beban end Bearing ..............................................
38 2.16 Kurva transfer beban friksion ......................................................
40 (Poulus & Davis, 1980)
b 2.15 Kurva hubungan beban-penurunan loading test .........................
38
2.14 Koreksi kekakuan lapisan pendukung r (Poulus & Davis, 1980) ....................
μ
37
2.13 Koreksi Angka Poisson r (Poulus & Davis, 1980) ...........................
h
2.12 Koreksi kedalaman r (Poulus & Davis, 1980) ..........................................
13 2.2 Tiang Kelompok (Acset Indonesia, 2011) ..................................
27 2.8 Hubungan beban-penurunan Metode De Beer (1976) ................
15 2.3 Uji compression loading test (ASTM D1143-81) .......................
19
2.4 Daya dukung ujung bored pile pasiran (Reese & Wright, 1997)
24
2.5 Tahanan geser selimut bored pile pasiran (Reese & Wright, 1977)
25 2.6 Hubungan beban-penurunan Metode Mazurkiewicz (1972) .......
30
k
2.9 Perlawanan tanah dan momen lentur tiang panjang-kepala tiang terjepit pada tanah pasir ..............................................................
33
2.10 Faktor Penurunan i
o
2.11 Kompresi r (Poulus & Davis, 1980) .............................
37
51
3.5 Bagan alir daya dukung ultimit dan penurunan bore pile ...........
53 3.6 Bagan alir Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis .
54 4.1 Daya dukung ultimit bored pile berdasarkan data SPT ..............
63 4.2 Hubungan uji beban-penurunan loading test ..............................
65 4.3 Hubungan beban-waktu loading test ...........................................
66 4.4 Hubungan penurunan-waktu loading test ...................................
67 4.5 Daya dukung ultimit Metode Mazurkiewicz (1972) ...................
67 4.6 Daya dukung ultimit Metode Butler & Hoy ...............................
68 4.7 Daya dukung ultimit Metode De Beer (1976).............................
69 4.8 Metode Mazurkiewicz (1972)....
71 Real ultimate bearing capacity 4.9 Metode Butler & Hoy ................
72 Real ultimate bearing capacity 4.10 Metode De Beer (1976) .............
73 Real ultimate bearing capacity 4.11 Penurunan tiang tunggal ..............................................................
81 4.12 Penurunan elastis tiang tunggal ...................................................
82 4.13 Transfer beban friksion ...............................................................
84 4.14 Transfer beban end bearing ........................................................
85
5.1 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 200% design load
93
5.2 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 150% design load
95
5.3 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 100% design load
96
5.4 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 50% design load
98
5.5 Hubungan beban-penurunan compression loading test Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis ......................................
99
5.6 Perbandingan hubungan beban-penurunan di lapangan dengan Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis ...................
96
5.7 Perbandingan penurunan elastis tiang tunggal Metode Semi Empiris
dengan Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis ...... 104
5.8 Perbandingan daya dukung ultimit tiang tunggal Metode Semi Empiris dengan Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis 105
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman 2.1 Penelitian yang pernah dilakukan ...............................................45 3.1 Data bored pile (Acset Indonesia, 2011) ....................................
50 4.1 Data SPT (Acset Indonesia, 2011) ..............................................
57
4.2 Perhitungan daya dukung ultimitbored pile berdasarkan data SPT
61 4.3 Data compression loading test (Acset I, 2011) ...........................
64 4.5 Penurunan tiang tunggal .............................................................
79 5.1 Input parameter tanah pada Plaxis ..............................................
87 5.2 Input parameter bored pile .........................................................
89
5.3 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 200% design load
94
5.4 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 150% design load
95
5.5 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 100% design load
97
5.6 Perbandingan hubungan uji beban-penurunan 50% design load
98
5.7 Penurunan tiang tunggal Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis ............................................................................ 100
5.8 Perbandingan daya dukung tiang tunggal Metode Semi Empiris dengan Pemodelan Elemen Hingga dengan Program Plaxis ...... 100
DAFTAR NOTASI
p
)
2 C
= Tahanan ujung per satuan luas (Ton/m
p
q )
2
= Luas penampang pondasi tiang bor (m
τ = Kuat geser tanah (kg/cm
2
p
Q
Ø = Sudutgesertanah (derajat) )
2
)
σ = Tegangan normal yang terjadi pada tanah (kg/cm
2
c = Kohesitanah (kg/cm )
A = Dayadukungultimitujungtiang (Ton)
2 N = Nilai rata-rata SPT ).
= Kohesi tanah (Ton/m
ult
u
γ = Berat isi tanah
E = Jarak beban lateral ke muka tanah = Daya dukung ultimit lateral
u
H
F = Faktor keamanan = Daya dukung izin tiang (Ton)
all
Q = Daya dukung ultimit (Ton)
)
s
2 Q
’ = Tegangan vertikal efektif tanah (Ton/m
v
= Koefisien tekanan tanah
) P = Keliling penampang tiang (m) α = Faktor adhesi K σ
2 L = Panjang tiang (m)
= Gesekan selimut tiang per satuan luas (Ton/m
s
f = Daya dukung ultimit selimut tiang (Ton)
Q
D = Diameter tiang K
b
g
B = Penurunan elastis tiang kelompok
g
S = Modulus elastisitas tanah disekitar tiang (Mpa)
s
E = Modulus elastisitas dari bahan tiang (Mpa)
p
K = Faktor kekakuan tiang E
h = Kedalaman total lapisan tanah dari ujung tiang ke muka tanah (mm) = Faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung
R = Faktor koreksi angka Poisson
p
μ
keras R
h
= Faktor koreksi kemudah mampatan tiang
k
R = Faktor pengaruh penurunan untuk tiang yang tidak mudah mampat
o
I
Q = Beban yang bekerja pada tiang (ton) D = Kedalaman tiang (mm) E = Modulus elastis tiang (Mpa) S = Penurunan untuk tiang tunggal (mm)
d = Diameter (mm) = Koefisien tekanan pasif
= Lebar tiang kelompok