PERBANDINGAN DAYA DUKUNG TIANG PANCANG TUNGGAL DIAMETER 0,6 METER BERDASARKAN PERHITUNGAN ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA (PROYEK PEMBANGUNAN JALAN BEBAS HAMBATAN
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
KATA PENGANTAR
i
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.7. Bapak dan Ibu pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
ii
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.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
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
v DAFTAR ISI
2.1 Pengertian Umum ...................................................................... 7
2.3.3 Pengambilan Contoh Tanah ............................................. 13
2.3.2 Sumur Percobaan (Test Pit) ............................................. 13
2.3.1 Pengujian Pengeboran dengan Bor Mesin ........................ 10
2.3 Penyelidikan Tanah ( Soil Investigation) ................................... 10
2.2.2 Karakteristik Tanah ........................................................... 9
2.2.1 Definisi Tanah ................................................................... 8
2.2 Tanah .......................................................................................... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................... 7
KATA PENGANTAR .......................................................................................... i ABSTRAK ......................................................................................................... iv DAFTAR ISI ....................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii DAFTAR NOTASI ............................................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.6 Bagan Alir Penelitian ................................................................. 6
1.5 Sistematika Penulisan ................................................................ 5
1.4 Metode Pengumpulan Data ........................................................ 4
1.3 Pembatasan Masalah .................................................................. 3
1.2.2 Manfaat ............................................................................. 3
1.2.1 Tujuan ............................................................................... 2
1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................... 2
1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1
2.3.4 Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT) .......... 14
vi
2.9 Kapasitas Daya Dukung Aksial Pemancangan .......................... 54
2.13. Metode Elemen Hingga ............................................................ 86
2.12.2 Penurunan Tiang Elastis ................................................. 85
2.12.1 Penurunan Tiang Tunggal dengan Rumus Poulus – Davis .............................................................. 80
2.12 Penurunan Elastis Tiang Tunggal .............................................. 80
2.11 Faktor Keamanan ...................................................................... 79
2.10.2 Kapasitas Ultimit Tiang Pancang dengan Metode Broms ............................................................... 68
2.10.1 Menghitung Tahanan Beban Lateral Ultimit ................... 64
2.10 Kapasitas Daya Dukung Lateral ................................................ 63
2.9.2 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Data Kalendering ..................................................................... 60
2.9.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil SPT ... 54
2.8 Pile Driving Analyzer (PDA) .................................................... 51
2.4 Pondasi ..................................................................................... 16
2.7.1 Tahap Pelaksanaan Kalendering ....................................... 49
2.7 Kalendering .............................................................................. 48
2.6.4 Quality Control ................................................................ 47
2.6.3 Proses Pemancangan ........................................................ 46
2.6.2 Proses Pengangkatan........................................................ 45
2.6.1 Pekerjaan Persiapan ......................................................... 43
2.6 Metode Pelaksanaan Pemancangan Tiang Pancang ................... 43
2.5 Alat Pancang Tiang ................................................................... 39
2.4.2 Penggolongan Pondasi Tiang ........................................... 19
2.4.1 Pondasi Tiang .................................................................. 18
2.14 Pemodelan pada Program Plaxis ............................................... 90
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 ................................................. 1114.3 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
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
ix
DAFTAR GAMBAR
48
42
2.11 Pengangkatan Tiang dengan Dua tumpuan
45
2.12 Pengangkatan Tiang dengan Satu tumpuan
46
2.13 Urutan Pemancangan
2.14 Persiapan Pelaksanaan Kalendering
36
50
2.15 Pembacaan Kalendering
50
2.16 Pile Driving Analyzer (PDA) Model Pax
52
2.17 Tipikal Penyusunan Pengetesan PDA
2.10 Skema Pemukul Tiang
2.9 Tumpuan Geser/Sisi (Friction Pile)
No. Judul Hal
2.4 Gambar Tiang Pancang Beton Precast Concrete Pile
2.1 Elemen-Elemen Tanah (Braja M.Das, 1995)
8
2.2 Alat Percobaan Penetrasi Standard
15
2.3 Tiang Pancang Kayu
23
24
35
2.5 Tiang Pancang Precast Prestressed Concrete Pile
26
2.6 Tiang Pancang Cast In Place Pile
27
2.7 Tiang Pancang Baja
29
2.8 Tumpuan Ujung (End Bearing Pile)
53 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
60
2.20 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (C u ) dengan Faktor Adhesi (α)
2.21 Tinggi Jatuh Hammer (h)
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
72
2.25 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif
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 I
82
2.31 Faktor penurunan R µ
82
2.32 Faktor Penurunan R k
83
2.33 Faktor Penurunan R h
83 Universitas Sumatera Utara x xi
2.34 Faktor Penurunan R b
4.1 Grafik Hubungan Tahanan Ultimit dengan Tahanan Lateral 114
Universitas Sumatera Utara
4.9 Plot Faktor Koreksi Penurunan I 125
Perhitungan 123
122
4.7 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 2 pada Fase 4 (Sesudah Konsolidasi)
4.6 Hasil Kalkulasi dan Besar Nilai MSF pada Fase 2 121
4.5 Pemodelan Fase Sebelum Konsolidasi dan Setelahnya 121
120
4.4 Update Mesh Generation sebelum Melakukan Kalkulasi Perhitungan
4.3 Input Data Material Tanah ke dalam Pemodelan 119
4.2 Lembar Tab Proyek dari Jendela Pengaturan Global 118
3.3 Alur Penelitian 105
84
3.2 Lokasi Titik Bore Hole 102
3.1 Lokasi Proyek 101
92
90
89
2.39 Tab Parameter untuk Model Mohr – Coulomb
2.38 Model Pondasi Tiang Pancang
2.37 Titik Nodal dan Titik Integrasi
89
86
2.36 Jenis–Jenis Elemen
2.35 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke dalam Tanah
4.8 Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil
xii
4.10 Faktor Koreksi Angka Poisson, R µ
4.11 Faktor Koreksi Kompresi, R k
4.12 Faktor Koreksi Kedalaman, Rh
4.13 Faktor Kekakuan Lapisan Pendukung, R b 126 126 127 127
Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL No. Judul hal
2.1 Jarak Pemboran
12
2.2 Hal-Hal yang Perlu Dipertimbangkan Untuk Penentuan
55 Harga N
2.3 Hubungan antara Angka Penetrasi Standard dengan Sudut
56 Geser Dalam dan kepadatan Relatif Pada Tanah Pasir
2.4 Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan
56 Kepadatan Relatif
2.5 Hubungan antara Harga N-SPT dan Berat Isi Tanah
57
2.6 Effisiensi Jenis Alat Pancang
60
2.7 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer
61
2.8 Nilai Effisiensi Hammer
61
2.9 Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga
62
2.10 Koefisien Restitusi
62
2.11 Tinggi Jatuh Hammer (h)
63
2.12 Hubungan Modulus Subgrade (k
1 ) dengan Kuat Geser
65 Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan (Overconsolidated) Universitas Sumatera Utara v v
2.13 Nilai-nilai n h untuk Tanah Granuler (c = 0)
4.2 Data Tiang Pancang
99 109 116 117 119
96
95
95
94
86
79
4.4 Penurunan Elastis tiang tunggal
4.3 Input Parameter Tanah untuk Program Plaxis Lokasi BH- I1
4.1 Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data SPT
66 v2.14 Nilai-nilai n h untuk Tanah Kohesif
2.22 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah
2.21 Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (μ)
2.20 Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir
2.19 Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Lempung
2.18 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah
2.17 Nilai Koefisien Empiris (Cp)
2.16 Faktor Keamanan yang Disarankan
67
67
2.15 Kriteria Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
xv
A p = luas penampang tiang (m
2
) B = lebar atau diameter tiang (m) BN = jumlah pukulan BPM = jumlah pukulan permenit BTA = integritas tiang/keutuhan tiang (%) CSX = tegangan tekan maksimum pada posisi sensor (Mpa) Cp = koefisien empiris Cs = konstanta Empiris c = kohesi tanah (kg/cm²) c u = kohesi undrained (kN/m
2
) D = diameter tiang (m) Dr = kerapatan relatif (%) E = energi alat pancang (kg-cm) EMX = energi maksimum yang ditransfer (ton-m) E b = modulus elastisitas tanah di dasar tiang (kN/m
2
) E p = modulus elastis tiang (kN/m
2
) E s = modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kN/m
2
) Es = modulus elastisitas bahan tiang (kN/m
2
) e = angka pori ef = effisiensi hammer (%) f = jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m)
Universitas Sumatera Utara xvi
Gs = specific gravity g = jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) H = tebal lapisan (m) h = tinggi jatuh hammer (m) I = momen inersia tiang (cm
4
)
ID = diameter dalam (m) I = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat
(Incompressible) dalam massa semi tak terhingga K = faktor kekakuan tiang k = koefisien permeabilitas k i = modulus reaksi subgrade dari Terzaghi k h = koefisien permeabilitas arah horizontal k v = koefisien permeabilitas arah vertikal L = panjang tiang pancang (m) L b = panjang lapisan tanah (m) L i = tebal lapisan tanah, pengujian SPT dilakukan setiap interval kedalaman pemboran (m) M y = momen leleh (kN-m) N-
SPT
= nilai N-SPT n = koefisien restitusi n h = koefisien fariasi modulus P = keliling tiang (m) p o = tekanan overburden efektif
Universitas Sumatera Utara xvii
p u = tahanan tanah ultimit Q = besar beban yang bekerja (kN)
Q wp = daya dukung yang bekerja pada ujung tiang dikurangi daya dukung friction (kN) Q ws = daya dukung friction (kN) R b = faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung R h = faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras R k = faktor koreksi kemudahmampatan tiang R
μ
= 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/m
3
) γ dry = berat jenis tanah kering (kN/m
3
) γ sat = berat jenis tanah jenuh (kN/m
3
)
Universitas Sumatera Utara
3
γ w = berat isi air (kN/m ) ξ = koefisien dari skin friction
μ = poisson’s ratio
o
ψ = sudut dilantansi ( ) Universitas Sumatera Utara xviii