PERBANDINGAN DAYA DUKUNG TIANG PANCANG TUNGGAL DIAMETER 0,6 METER BERDASARKAN PERHITUNGAN ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA (PROYEK PEMBANGUNAN JALAN BEBAS HAMBATAN

(1)

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

(2)

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.

(3)

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

(4)

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

(5)

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.

(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR NOTASI ... xv

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

(7)

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

(8)

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

(9)

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

(10)

DAFTAR GAMBAR

No.

Judul

Hal

2.1 Elemen-Elemen Tanah

(Braja M.Das, 1995)

8

2.2 Alat Percobaan Penetrasi Standard

15

2.3 Tiang Pancang Kayu

23

2.4 Gambar Tiang Pancang Beton

Precast Concrete Pile

24

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

)

35

2.9 Tumpuan Geser/Sisi (

Friction Pile

)

36

2.10 Skema Pemukul Tiang

42

2.11 Pengangkatan Tiang dengan Dua tumpuan

45

2.12 Pengangkatan Tiang dengan Satu tumpuan

46

2.13 Urutan Pemancangan

48

2.14 Persiapan Pelaksanaan Kalendering

50

2.15 Pembacaan Kalendering

50

2.16 Pile Driving Analyzer

(PDA) Model Pax

52

(11)

2.18 Grafik Hasil Pengujian Tes PDA dan CAPWAP

53

2.19 Nilai N-SPT untuk Desain Tahanan Ujung pada Tanah

Pasiran

2.23 Tiang Panjang Dikenai Beban Lateral

2.24 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan

Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada

Tanah Kohesif

2.25 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif

2.26 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan

Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada

Tanah Kohesif

2.27 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan

Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada

Tanah Granular

2.28 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan

Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada

Tanah Granular

2.29 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler

(12)

2.34 Faktor Penurunan R

b

84

2.35 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami

Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke dalam Tanah

2.36 Jenis–Jenis Elemen

86

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

Perhitungan

120

4.5 Pemodelan Fase Sebelum Konsolidasi dan Setelahnya

121

4.6 Hasil Kalkulasi dan Besar Nilai MSF pada Fase 2

121

(13)

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

127

(14)

DAFTAR TABEL

No.

Judul

hal

2.1 Jarak Pemboran

12 2.2 Hal-Hal yang Perlu Dipertimbangkan Untuk Penentuan

Harga N

55

2.3 Hubungan antara Angka Penetrasi Standard dengan Sudut

Geser Dalam dan kepadatan Relatif Pada Tanah Pasir

56

2.4 Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan

Kepadatan Relatif

56

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

Undrained

untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan

(

Overconsolidated

)

(15)

2.13 Nilai-nilai n

h

untuk Tanah Granuler (c = 0)

66

2.22 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah

4.1 Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data SPT

4.2 Data Tiang Pancang

4.3 Input

Parameter Tanah untuk Program Plaxis Lokasi BH- I1

(16)

DAFTAR NOTASI

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

₎

(17)

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

0

= 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

(18)

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

(19)

γ

w

= berat isi air (kN/m

3