ANALISA DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN ELASTIS TIANG PANCANG BETON DIAMETER 0,5 METER JEMBATAN SUNGAI PENARA JALAN AKSES NON TOL KUALANAMU (Studi Kasus)
ANALISA DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN ELASTIS TIANG PANCANG BETON DIAMETER 0,5 METER JEMBATAN SUNGAI PENARA JALAN AKSES NON TOL KUALANAMU (Studi Kasus) TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas - Tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Oleh : TUA TINDAON 09 0424 057 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN EKTENSION UNIVERSITAS SUMATRA UTARA MEDAN 2014
LEMBAR PENGESAHAN ANALISA DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN ELASTIS TIANG PANCANG BETON DIAMETER 0,5 METER JEMBATAN SUNGAI PENARA JALAN AKSES NON TOL KUALANAMU TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas- Tugas Dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Oleh : TUA TINDAON 09 0424 057 Dosen Pembimbing, Ir. Rudi Iskandar, M.T 19650325 199103 1 006 Penguji I, Penguji II, Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc 19510629 198411 1 001 19560326 198103 1 003 Mengesahkan : Koordinator PPE Ketua Departemen Teknik Sipil F.T. USU Departemen T. Sipil F.T. USU Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan 19560326 198103 1 003 19561224 198103 1 002 DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKTENSION UNIVERSITAS SUMATRA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK
Fondasi merupakan salah satu struktur utama dalam konstruksi bangunan yang fungsinya untuk meneruskan beban konstruksi yang ada di atasnya ke lapisan tanah yang berada di bawah pondasi. Setiap Pondasi harus mampu mendukung beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksi- mum yang mungkin terjadi.
Tujuan dari penelitian ini adalah menghitung dan membandingkan kapasitas daya dukung dan penurunan pondasi tiang pancang pada Proyek Jembatan Sungai Penara Jalan Akses Non-Tol Kualanamu. Analisis dilakukan dengan metode statis dan dinamis untuk mengetahui kapasitas daya dukung tiang pancang dan penurunan yang terjadi. Kapasitas dukung tiang pancang dengan metode statis dihitung berda- sarkan data- data lapangan (SPT), sedangkan metode dinamis dihitung berdasarkan data lapangan yaitu data kalendering dan PDA yang diperoleh saat pemancangan.
Berdasarkan metode statis untuk data lapangan (SPT) diperoleh kapasitas daya dukung ultimit tiang tunggal Q = 183,945 ton, sedangkan daya dukung ultimit
u tiang kelompok berdasarkan efisiensi Converse-Labbare diperoleh Q u = 2998,75 ton.
Berdasarkan metode dinamis untuk data kalendering (Metode Hilley) diperoleh ka- pasitas daya dukung ultimit tiang tunggal Q = 216,75 ton, sedangkan daya dukung
u
ultimit tiang kelompok berdasarkan efisiensi Converse-Labbare diperoleh Q u = 3533,45 ton. Kapasitas daya dukung ultimit tiang kelompok lebih besar dari beban bekerja pada tiang sehingga kapasitas dukung tiang pancang aman mendukung beban struktur. Sedangkan daya dukung ultimit tiang tunggal yang diperoleh dari tes PDA diperoleh (Q u ) = 169,7 ton. Daya dukung horizontal tiang tunggal sebesar 13,196 ton dengan defleksi 0,33 cm. Untuk penurunan elastis tiang kelompok menurut Meyer- hoff diperoleh 15,6 mm dengan menggunakan Q g metode Converse-Labarre sedang- kan penurunan menggunakan Qg metode Los Angeles Group diperoleh penurunan sebesar 16,72 mm. nilai kedua penurunan mendekati nilai penurunan pada test PDA yaitu sebesar 16,7 mm.
Kata kunci : Kapasitas daya dukung , SPT , Kalendering , PDA, Penurunan elastis
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih-Nya memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis, sehingga mampu menyelesaikan laporan tugas akhir dengan topik “ Analisa Daya Dukung Dan Penurunan Elastis Tiang Pancang Beton Ø 0,5 m Jembatan Sungai Penara Jalan Akses Non-Tol Kualanamu.
Laporan tugas akhir ini disusun sebagai syarat mata kuliah Tugas Akhir bagi semester Akhir Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis memperoleh bantuan baik moril maupun materil, secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu perkenankanlah penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ing Johannes Tarigan, selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil; 2.
Bapak Ir. Rudi Iskandar M.T, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya;
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, M.Sc, selaku dosen penguji yang telah mem- berikan bimbingan dan pengarahan kepada saya;
4. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc., selaku dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya;
5. Bapak Erwin Samad, Selaku pembimbing dilapangan yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada saya;
6. Bapak/Ibu karyawan PT. PU Bina Marga.
7. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Teknik Sipil; 8.
Orang tua dan saudara-saudari penulis;
Kualanamu; 10. Teman-teman khususnya buat Bolmen, Juniarti, Sherly, dan Arief dan rekan- rekan mahasiswa ekstention yang ikut membantu, baik dukungan, saran-saran serta bantuanya dalam perhitungan dan penulisan laporan ini; 11.
Semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu
Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan terdapat kekurangan dan khilaf. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran-saran dan kritikan yang dapat memperbaiki laporan ini. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi siapa pun yang membacanya.
Medan, Agustus 2014 Hormat penulis: TUA TINDAON NIM: 090424057
DAFTAR ISI ABSTRACK
1.3. Manfaat ........................................................................................... 3
2.5 Penggolongan Fondasi Tiang Pancang ............................................... 12
2.4 Macam-macam Fondasi ..................................................................... 10
2.3 Penyelidikan Tanah ........................................................................... 6
2.2 Definisi Tanah ................................................................................... 5
2.1. Tinjauan Umum ............................................................................... 5
....................................................................... 5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
1.5. Metode Pengumpulan Data .............................................................. 4
1.4. Pembatas Masalah ............................................................................ 3
1.2. Tujuan ............................................................................................. 3
........................................................................................................ iii
1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................... 1
................................................................................. 1
BAB I. PENDAHULUAN
....................................................................................... xx
DAFTAR LAMPIRAN
............................................................................................... xvi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ............................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv DAFTAR NOTASI
......................................................................................... iv
KATA PENGANTAR
2.5.1 Fondasi Tiang Menurut Bahan Yang Digunakan ....................... 14
2.5.2 Fondasi Tiang Menurut Cara Pemasangannya ........................... 22
2.5.3 Tiang Dukung Ujung dan Tiang Gesek ..................................... 24
2.6 Alat Pancang Tiang ........................................................................... 25
2.7 Metode Pelaksanaan Fondasi Tiang Pancang ..................................... 30
2.8 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dari Hasil Standart Test Penetration (SPT) .............................................................................. 34
2.8.1 Persiapan Pengujian SPT .......................................................... 35
2.8.2 Prosedur Pengujian SPT ............................................................ 36
2.8.3 Rumus Perhitungan Daya Dukung Dari Hasil SPT .................... 38
2.9 Data Kalendering ............................................................................... 39
2.10 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dari Data Pile Driving
Analizer (PDA) ................................................................................. 43
2.11 Faktor Keamanan ............................................................................. 44
2.12 Tiang Pancang Kelompok ................................................................ 46
2.13 Kapasitas Kelompok Dan Efisiensi Tiang ........................................ 50
2.14 Distribusi beban Dalam kelompok Tiang ......................................... 54
2.15 Penurunan Tiang .............................................................................. 57
2.16 Daya Dukung Horizontal ................................................................. 57
2.16.1 Tahanan Beban Lateral Ultimit ............................................. 58
2.16.2 Tiang Ujung Jepit Dan Ujung Bebas..................................... 61
2.16.3 Tiang Pendek Dan Tiang Panjang Untuk Tanah Non-Kohesif ................................................................................... 61
2.16.3 Defleksi Tiang Horizontal .................................................... 64
2.17 Pembebanan Jembatan ..................................................................... 65
2.17.1 Beban Primer ....................................................................... 65
2.17.2 Beban Skunder ..................................................................... 71
2.17.3 Beban Khusus ..................................................................... 77
2.17.4 Kombinasi Beban ................................................................. 78
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
........................................................... 80
3.1 Lokasi Penelitian ............................................................................... 80
3.2 Data Umum Proyek ........................................................................... 80
3.3 Data Teknis Proyek ........................................................................... 81
3.4 Metode Pengumpulan Data ................................................................ 81
3.5 Metode Analisis ................................................................................. 82
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
............................................................... 84
4.1 Pendahuluan ...................................................................................... 84
4.2 Hasil Dan Pembahasan ...................................................................... 84
4.2.1 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang ................ 84
4.2.1.1 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dari Data SPT................................................................................... 84
4.2.1.2 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dari Data Kalendering ...................................................................... 88
4.2.2 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Efisiensi Tiang Kelompok ................................................................. 90
4.2.3 Daya Dukung Berdasarkan Tes PDA (Pile Driving Analysis) .... 92
4.2.4 Menghitung Penurunan Tiang Kelompok .................................. 93
4.2.5 Menghitung Daya Dukung Horizontal Tiang Pancang ............... 95
4.2.6 Menghitung Beban Yang Bekerja Pada Pier 2 ........................... 99
4.2.7 Menghitung Distribusi Beban Pada Tiang Pancang ................... 117
4.3 Diskusi .............................................................................................. 120
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
................................................................ 122
5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 122
5.2 Saran ................................................................................................. 123
DAFTAR PUSTAKA DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Fondasi Telapak .................................................................................. 10Gambar 2.2 Fondasi Memanjang ............................................................................ 11Gambar 2.3 Fondasi Rakit ...................................................................................... 11Gambar 2.4 Fondasi Sumuran ................................................................................ 12Gambar 2.5 Fondasi Tiang ..................................................................................... 12Gambar 2.6 Tiang Pancang Kayu ........................................................................... 15Gambar 2.7 Tiang Precast Prestressed Concrete Pile ............................................. 16Gambar 2.8 Tiang Pancang Precast Reinforced Concrete Pile ............................... 16Gambar 2.9 Tiang Pancang Cast In Pile ................................................................. 17Gambar 2.10 Tiang Pancang Baja .......................................................................... 18Gambar 2.11 Tiang Dukung Ujung ........................................................................ 24Gambar 2,12 Tiang Gesek ...................................................................................... 25
Gambar 2.13 Pemukul Aksi Tunggal...................................................................... 26Gambar 2.14 Hammer Aksi Dobel ......................................................................... 27Gambar 2.15 Pemukul Tenaga Diesel .................................................................... 28Gambar 2.16 Pemukul Dengan Vibrator ................................................................. 28Gambar 2.17 Alat Pancang Tiang ........................................................................... 30Gambar 2.18 Pengangkatan Tiang Dengan Dua Tumpu ......................................... 32Gambar 2.19 Pengangkatan Tiang Dengan Satu Tumpu ......................................... 33Gambar 2.20 Penetrasi Dengan SPT ....................................................................... 36Gambar 2.21 Skema Urutan Uji Penentrasi Standar (SPT) ..................................... 37Gambar 2.22 Skema Pemancangan Fondasi Tiang ................................................. 40Gambar 2.23 Kelompok Tiang ............................................................................... 47Gambar 2.24 Jarak Antar Tiang ............................................................................. 48Gambar 2.25 Pola Susun Tiang Pancang Kelompok ............................................... 49Gambar 2.26 Tipe Keruntuhan Dalam Kelompok Tiang: (a) Tiang Tunggal (b)Kelompok Tiang ............................................................................. 52
Gambar 2.27 Beban Normal Sentris Pada Kelompok Tiang Pancang ..................... 54Gambar 2.28 Beban Normal Eksentris Pada kelompok Tiang Pancang ................... 55Gambar 2.29 Beban Sentris dan Momen Kelompok Tiang Arah X dan Y .............. 56Gambar 2.30 Skema Deformasi Tiang Akibat Beban Lateral.................................. 58Gambar 2.31 Tiang Pendek dalam Tanah non Kohesif ........................................... 62Gambar 2.32 Tahanan Lateral Ultimit dalam Tanah Non-Kohesif .......................... 62Gambar 2.33 Tiang Panjang (Tidak Kaku) dalam Tanah Non-Kohesif ................... 63Gambar 2.34 Tahanan Lateral Ultimit dalam Tanah Non-Kohesif .......................... 64Gambar 2.35 Pembebanan Untuk Pejalan Kaki ...................................................... 66Gambar 2.36 Beban Lajur “D” ............................................................................... 68Gambar 2.37 Besar Intensitas Beban Berdasarkan Panjang Bentang YangDibebani ......................................................................................... 68
Gambar 2.38 Penyebaran Beban “D” Pada Arah Melintang Jembatan .................... 69Gambar 2.39 Pembebanan Truk “T” ...................................................................... 70Gambar 2.40 Faktor Beban Dinamis (FBD) Untuk BGT, PembebananLajur “D” ........................................................................................ 71
Gambar 2.41 Gaya rem Per Lajur 2,75 m Keadaan Batas Ultimate (KBU) ............. 72Gambar 2.42 Koefisien Geser Dasar C Plastis Untuk Analitis Statis ....................... 75Gambar 2.43 Wilayah Gempa Indonesia Untuk Periode Ulang 500 Tahun ............. 76Gambar 2.44 Gaya Sentrifugal ............................................................................... 77Gambar 3.1 Peta Lokasi Proyek Jembatan Sungai Penara ....................................... 80Gambar 3.2 Diagram Alir Metodologi .................................................................... 82Gambar 3.3. Sket Lokasi Titik Boring Log, Kalendering dan PDA Jembatan Sei-Penara .................................................................................................................... 83
Gambar 4.1 Potongan Melintang Jembatan Pada Pier 2 .......................................... 85Gambar 4.2 Jarak Antar Tiang ............................................................................... 91Gambar 4.3 Struktur Atas....................................................................................... 99Gambar 4.4 Struktur Bawah ................................................................................... 100Gambar 4.5 Struktur Atas Pembebanan Berat Sendiri............................................. 101Gambar 4.6 Struktur Pier ....................................................................................... 102Gambar 4.7 Pembebanan Berat Total Struktur Atas Dan Bawah............................. 103Gambar 4.8 Pemebebanan Baerat Tambahan.......................................................... 103Gambar 4.9 Pembebanan Beban KEL Dan FBD .................................................... 104Gambar 4.10 Pembebanan Berat Lalu Lintas .......................................................... 105Gambar 4.11Grafik Pembebanan Gaya Rem .......................................................... 105
Gambar 4.12 Pembebanan Gaya Rem .................................................................... 106Gambar 4.13 Pembebanan Berat Pejalan kaki dan Grafik q .................................... 106Gambar 4.14 Arah Beban Angin Arah Y ................................................................ 107Gambar 4.15 Pembebanan Beban angin Pada Kendaraan ....................................... 109Gambar 4.16 Arah Beban Angin Arah X ................................................................ 110Gambar 4.17 Grafik Koefisien C ............................................................................ 112Gambar 4.18 Pembebanan Beban Gempa Arah Y .................................................. 112Gambar 4.19 Pembebanan Beban Gempa Arah X .................................................. 114Gambar 4.20 Distribusi Kelompok Tiang ............................................................... 117Gambar 4.21 Kelompok Tiang Arah Melintang ...................................................... 118Gambar 4.22 Kelompok tiang Arah Memanjang .................................................... 118DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Hubungan N Dengan Kepadatan Relatif Pada Tanah Pasir ..................... 38Tabel 2.2 Harga Efisiensi Hammer......................................................................... 41Tabel 2.3 Koefisien Restitusi n .............................................................................. 42Tabel 2.4 Karakter Alat Pancang Diesel Hammer................................................... 42Tabel 2.5 Nilai-nilai k1 ........................................................................................... 42
Tabel 2.6 Faktor Aman Yang Disarankan (Reese dan O’Neill, 1989) ..................... 46Tabel 2.7 Hubungan modulus subgrade (k1) dengan kuat geser undrained untuk lempung kaku terkonsolidasi berlebihan (Overconsolidasi)(Terzaghi, 1955) ...................................................................................... 60
Tabel 2.8 Nilai-nilai n h untuk tanah granuler (c = 0) ............................................... 60Tabel 2.9 Kriteria tiang kaku dan tiang tidak kaku untuk ujung bebas .................... 60Tabel 2.10 Kecepatan angin rencana, V w ................................................................ 73Tabel 2.11 Koefisien seret, C w ............................................................................... 73Tabel 2.12 Faktor Kepentingan ............................................................................. 76Tabel 2.13 Faktor Tipe Bangunan .......................................................................... 76Tabel 2.14 Kombinasi beban Untuk Perencanaan Tegangan Kerja ......................... 79Tabel 4.1 Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data SPT (BH-V) ........... 87Tabel 4.2 Daya dukung tiang metode Hilley ........................................................... 90Tabel 4.3 Hasil Tes PDA ....................................................................................... 93Tabel 4.4 Data Struktur Atas .................................................................................. 99Tabel 4.5 Data Struktur Bawah .............................................................................. 100Tabel 4.6 Berat Sendiri Struktur Atas ..................................................................... 101Tabel 4.7 Berat Sendiri Pier ................................................................................... 102Tabel 4.8 Berat Total Struktur Atas dan Struktur Bawah ........................................ 103Tabel 4.9 Berat Beban Mati Tambahan .................................................................. 104Tabel 4.10 Beban Gempa Pada Pier Arah Y .......................................................... 114Tabel 4.11 Beban Gempa Pada Pier Arah X ........................................................... 115Tabel 4.12 Kombinasi Beban ................................................................................. 116Tabel 4.13 Kombinasi 1 ......................................................................................... 116Tabel 4.14 Kombinasi 2 ......................................................................................... 116Tabel 4.15 Kombinasi 3 ......................................................................................... 117Tabel 4.16 Rekapitulasi Beban Kombinasi ............................................................. 117Tabel 4.17 Perhitungan Beban Tiang Maksimum ................................................... 119Q p = Daya Dukung Ujung Tiang Q s = Daya Dukung Selimut Tiang N
spt
= Jumlah Pukulan Yang Diperoleh Dari Percobaan SPT L b = Panjang Tanah Per Layer D = Diameter Tiang Pancang A p = Luas Penampang Tiang L i = Panjang Tiang P = Keliling Tiang A s = Luas Selimut Tiang Q u = Kapasitas Ultimate Tiang W r = Berat Hammer h = Tinggi Jatuh s = Penurunan Tiang Tiap Pukulan e h = Efisiensi Hammer k
1 = kompresi sementara dari cushion (pile head & cushion)
k
2 = koefisien yang dihitung dengan persamaan E A L Q u .
k
3 = koefisien kondisi tanah
W
P
= Berat Tiang W R = Berat Hammer n = Koefisien Restitusi Antara Ram Dan Pile Cap W R x h = Energi Palu Q a = Daya Dukung Ijin Tiang P = Beban Yang Bekerja S = Jarak Antar Tiang E
g
= Efisiensi Kelompok Tiang Q g = Beban Maksimum Kelompok Yang Mengakibatkan Keruntuhan n = Jumlah Tiang Dalam Kelompok.
Q u = Beban Maksimum Tiang Tunggal n = Jumlah Tiang Dalam Satu Baris m = Jumlah Baris Tiang. θ
= Sudut Dalam Derajat N = Beban Yang Diterima Oleh Tiap-Tiap Tiang Pancang V = Resultan Gaya-Gaya Normal Yang Bekerja Secara Sentries Q i = Beban Aksial Pada Tiang Ke-i x i = Absis Atau Jarak Tiang Ke Pusat Berat Kelompok Tiang Ke Tiang Nomor-i M y = Momen Terhadap Sumbu Y Σx
2
= Jumlah Kuadrat Jarak Tiang-Tiang Ke Pusat Berat Kelompok Tiang M
x
= Momen Yang Bekerja Pada Bidang Yang Tegak Lurus Sumbu X Σy
2
= Jumlah Kuadrat Ordinat-Ordinat Tiang Pancang y
i
= Absis Atau Jarak Tiang Ke Pusat Berat Kelompok Tiang Ke Tiang Nomor-i q = Tekanan Pada Dasar Fondasi I = Faktor Pengaruh B g = Lebar Kelompok Tiang K = Modulus Tanah k
1 = Modulus Reaksi Subgrade Dari Terzaghi
E = Modulus Elastis Tiang I = Momen Inersia Tiang n h = Koefisien Variasi Modulus R = Faktor Kekakuan Untuk Modulus Tanah Kohesif T = Faktor Kekakuan Untuk Modulus Tanah Non-Kohesif C u = Kohesi Undrained D r = Kerapatan Relatif γ
= Berat Isi Tanah K p = Koefisien Tanah Pasif H u = Kapasitas Lateral Tiang Ujung Jepit e = Eksentris Tiang M u = Momen Ultimet y o = Defleksi Tiang q = Intensitas Beban Terbagi Rata (BTR) Dalam Arah Memanjang Jembatan FBD = Faktor Beban Dinamis T EW = Beban Angin
V w
= Kecepatan Angin Rencana
C w = Koefisien Seret A b = Luas Equivalen Bagian Samping Jembatan T EQ
=
Gaya Geser Dasar Total Gempa
K h = Koefisien Beban Gempa Horisontal
C
= Koefisien Geser Dasar
I =
Faktor Kepentingan
S = Faktor Tipe Bangunan W T = Berat Total Nominal Bangunan Yang Mempengaruhi Percepatan Gempa T TR = Gaya Sentrifugal Yang Bekerja Pada Bagian Jembatan T T = Pembebanan Lalu Lintas Total (Beban Lajur D) Yang Bekerja Pada
Bagian Yang Sama (t tr Dan t t Mempunyai Satuan Yang Sama).
V =
Kecepatan Lalu Lintas Rencana
R
= Jari-Jari Lengkung