ANALISIS DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN
PONDASI TIANG PANCANG DENGAN METODE ANALITIS
DAN METODE ELEMEN HINGGA PADA BORE HOLE II
( STUDY KASUS PEMBANGUNAN BENDUNG BAJAYU SEI PADANGKABUPATEN SERDANG BEDAGAI SUMATERA UTARA)
Disusun oleh :
ASTRYA SIMALANGO 120404104
Disetujui oleh
Ir. Rudi Iskandar, M.T
NIP: 196503251991031006
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i ABSTRAK
Secara umum pondasi diartikan sebagai bangunan bawah (sub structure) yang berfungsi untuk meneruskan beban maupun gaya yang disebabkan oleh bangunan atas (upper structure) ke lapisan tanah (bearing layers) dibawahnya pada kedalaman tertentu, tanpa mengakibat terjadinya penurunan bangunan di luar batas toleransinya. Oleh sebab itu, pondasi harus direncanakan dengan cermat dan teliti agar pondasi mampu memikul beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimum yang mungkin terjadi.
Pada Proyek pembangunan Bendung Bajayu Sei Padang-Kabupaten Serdang Bedagai akan dicari nilai daya dukung aksial perencanaan pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT, sondir,dengan menggunakan metode Meyerhoff serta berdasarkan data PDA, dan Kalendering dan perhitungan dengan Metode Elemen Hingga. Selain itu perhitungan daya dukung lateral menggunakan metode Broms dan menghitung penurunan elastis tiang pancang yang terjadi serta menghitung efesiensi dan daya dukung kelompok tiang. Metode pengumpulan data adalah pengumpulan data sekunder yang diperoleh dari pihak Proyek .
Perhitungan daya dukung ultimit tiang berdasarkan data SPT pada titik Bore Hole II pada kedalaman 18 meter adalah 107,61 ton. Data sondir adalah 264,949 ton pada kedalaman 14.4 . Dari hasil perhitungan PDA pada tubuh bendungadalah 108 ton. Dari hasil perhitungan Kalendering dengan metode Hiley adalah 198,343 ton, dengan Metode ENR adalah 105,0315 ton, dengan Metode Danish Formula 273,377 ton. Dari hasil perhitungan metode elemen hingga adalah 120,436 ton. Daya dukung lateral ultimit berdasarkan Metode Broms secara analitis sebesar 8,555 ton, dan secara grafis sebesar 8,93 ton. Penurunan elastis tunggal yang dihasilkan sebesar 2,54 mm dan berdasarkan Metode Poulus dan Davis sebesar 7,34 mm.penurunan dengan Metode elemen hingga adalah sebesar 38,69 mm dan dari tes PDA diketahui penurunan sebesar 26 mm.
Terdapat sedikit perbedaan daya dukung dan penurunan dengan beberapa metode yang digunakan. Perbedaan daya dukung dan penurunan tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan jenis tanah, kedalaman yang ditinjau, cara pelaksanaan pengujian, faktor keamanan dan perbedaan parameter yang digunakan dalam perhitungan.
Kata Kunci : Kapasitas Daya Dukung,SPT, Sondir, PDA, Kalendering, Metode Elemen Hingga, Penurunan Elastis
KATA PENGANTAR
Puji dan syukursaya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan penyertaanNya yang diberikan kepada saya hingga saya mampu untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi dalam Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir yang diambil adalah : “Analisis Daya Dukung dan Penurunan Pondasi Tiang Pancang dengan Metode Analitis dan Metode Elemen Hingga pada Bore Hole II( Study Kasus Pembangunan Bendung Bajayu Sei PadangKabupaten Serdang Bedagai Sumatera Utara)”
Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, saya mendapat banyak bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan, masukan, dukungan dalam bentuk waktu dan pemikiran untuk membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku koordinator bidang studi goteknik dan selaku Dosen Pembanding, dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST. MT. selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
iii 6. Kepada kedua orangtua saya, yang saya hormati dan saya cintai, Bapak Alter Simalango dan Ibu Hotmian Manik, terimakasih atas segala doa, kasih sayang, kesabaran, harapan, dukungan morildan materil yang diberikan sehingga saya bisa menyelesaikan penulisan perkuliahan dan Tugas Akhir ini.
7. Kepada saudara-saudari saya tersayang, abang saya Hansen Simalango, kakak saya Anna Simalango, dan adik saya Arifanda Simalango. Terimakasih untuk segala dukungan , motivasi, dan teladan yang diberikan kepada saya
8. Kepada pihak Konsultan maupun Kontraktor Pelaksana Proyek Pembangunan Bendung Bajayu atas kepercayaannya memberikan data investigasi tanah dan gambar kerja.
9. Kepada AbangJoseph Admika Ginting angkatan 2006, dan abang kakak senior lainnya. Terima kasih atas bantuannya selama masa perkuliahan dan saran-sarannya yang diberikan dalam penulisan Tugas Akhir ini.
10.Kepada Sahabat dekat saya, Ecy Damanik, Fanny R Barimbing, Novita Simbolon, Herlina W. Sitinjak , Yohana Zalukhu , Andika W Pinem, Hendra Sigalingging, Michael Tjandra, dan teman lainnya Brian Pardosi, Hizkia Gultom, Rinaldy Simanjuntak, Sintong Sihombing, Luccas Saragih, George Lumbantobing, Aditya Manalu, Josua, Claudya , Agita dan Anastasya dan teman yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Terimakasih untuk semangat, doa, dukungan, dan perhatian yang diberikan.
11.Kepada rekan tugas akhir saya yang memberi banyak dukungan, masukan dan bantuan , Alfonsius Tarigan dan teman- teman di “IUT”, serta seluruh teman–teman senasib dan seperjuangan di perkuliahan , angkatan 2012 Teknik Sipil USU, terimakasih atas dukungan , bantuan dan kerjasama selama diperkuliahan hingga penyusunan Tugas akhir ini.
12.Kepada teman – teman “Dublasaone” yang senantiasa saling mendoakan dan saling memberi dukungan.
13.Kepada keluarga saya di KMK St. Yoseph Engineering, terimakasih untuk segala doa dan dukungannya .
Dan segenap pihak yang belum saya sebut di sini ,terimakasih untuk segala bantuan dalam bentuk apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Saya menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih memiliki banyak kekurangan baik dari segi penulisan ataupun isi. Oleh sebab itu, saya mengaharapkan saran dan kritik membangun dari pembaca untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih, semoga Tugas Akhir ini dapat menjadi referensi bermaanfaat bagi pihak yang membutuhkan.
Medan, Januari 2017 Penulis
Astrya simalango 120404104
v
DAFTAR ISI
Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... v DaftarGambar ... x DaftarTabel………... xii Daftar Notasi... xvDaftar Lampiran... xix
BAB I PENDAHULUAN ...1
I.1 Latar Belakang ...1
I. 2Tujuan dan Manfaat Penelitian ...2
I.2.1 Tujuan ...2
I.2.2 Manfaat ...3
I.3 Pembatasan Masalah...3
I.4 Sistematika Penulisan ...4
BABII TINJAUAN PUSTAKA ...6
II.1 Pendahuluan ...6
II.2 Tanah ...6
II.2.1 Penyelidikan Tanah (Soil Investigation) ...7
II.2.2.1 Cone penetration test (sondir) ...8
II.2.1.1 Standart Penetration Test (SPT) ...10
II.3 Pondasi ...12
II.3.1.1 Pondasi tiang pancang……… 13
II.3.2.1.1 Jenis – Jenis Tiang Pancang ...14
II.3.2.1.2 Alat pancang Tiang ...17
II.3.2.1.3 Metode pelaksanaan tiang pancang ...18
II.3.3 Kalendring ...21
II.3.3.1 Tahapan Pelaksanaan Kalendering ...21
II.3.4 Pile Driving Analyzer (PDA) ...22
II.4 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang ...24
II.4.1 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang ...24
II.4.1.1 Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang dari Hasil Sondir ...24
II.4.1.2 Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Dari Hasil SPT ...25
II.4.1.3 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang dari Data Kalendering ...28
II.4.2 Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang ...30
II.4.2.1 Tiang Ujung Jepit dan Tiang Ujung Bebas 31 II.4.2.2 Tahanan Beban Lateral Ultimit ...31
II.4.2.3 Metode Broms ...33
II.4.2.3.1 Tahanan Tiang dalam Tanah Kohesif .. 33
II.4.2.3.2 Tahanan Tiang dalam Tanah Granular (Non – Kohesif ) ...37
II.5 Kelompok Tiang ... 42
II.5.1 Efisiensi dan kapasitas Kelompok Tiang ... 44
vii
II.6.1 Penurunan Tiang Tunggal ...46
II.6.2 Penurunan Tiang Pancang Kelompok ... 51
II.7 Faktor Keamanan ... 53
II.8 Metode Elemen Hingga Bidang Geoteknik ... 53
BABIIIMETODOLOGI PENELITIAN ...63
III.1 Data Umum Proyek ...63
III.2 Karakteristik Tanah ...64
III.3 Data Teknis Tiang Pancang ...66
III.4 Metode Pengumpulan Data ...70
III.5 Tahap Penelitian... .70
BABIVHASIL DAN PEMBAHASAN ...73
IV.1 Pendahuluan ...73
IV.2 Perhitungan Daya Dukung Aksial Pondasi Tiang Pancang .73 IV.2.1 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Data Sondir dengan Metode Meyerhoff ... 73
IV.2.2 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT (Standart Penetration Test) 76 IV.2.3 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan data Pile Driving Analyser... ...81
IV.2.4 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dengan Data Kalendring... 81
IV.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Lateral Pondasi Tiang Pancang ... 82
IV.4 Menghitung Kapasitas Kelompok Tiang Berdasarkan
Efisiensi... 85
IV.5 Penurunan Elastis pada Tiang Tunggal dan Kelompok... 86
V.5.1 Penurunan pada Tiang Tunggal... 87
V.5.2 Penurunan Kelompok Tiang... 90
4.6 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang berdasarkan Metode Elemen Hingga ... 90
V.6.1 Proses Pemodelan pada Program metode elemen Hingga ... 93
V.7 Diskusi... ... 100
V.7.1 Metode Elemen Hingga... 100
V.7.1.1 Perbandingan antara tekanan air pori Sebelum konsolidasi ...100
V.7.1.2 Perbandingan Daya Dukung Ultimit Sebe- lum Konsolidasi dan Setelah Konsolidasi...101
V.7.1.3 Perbandingan Penurunan setelah Konso- lidasi dan Sebelum Konsolidasi ...102
V.7.1.4 Waktu konsolidasi ...104
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 105
V.1 Kesimpulan ... 105
ix Daftar Pustaka... xx
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah ... 7
Gambar 2.2 Kurva Percobaan Sondir Proyek Bendung Sei Bajayu ... 9
Gambar 2.3 Proses Uji Penetrasi Standar ... 11
Gambar 2.4 Grafik PDA Hasil Analisis CAPWAP………..23
Gambar 2.5 Nilai N-SPT untuk Desain Tahaan Ujung Tanah Pasir ... 25
Gambar 2.6 Hubungan antara Kuat Geser (cu) dengan Faktor Adhesi (α) (API, 1987) ... 27
Gambar 2.7 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Unjung Bebas pada Tanah Kohesif ... 34
Gambar 2.8 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Kohesif ... 35
Gambar 2.9 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Jepit pada Tanah kohesif ... 36
Gambar 2.10 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Jepit pada Tanah Non-kohesif ... 38
Gambar 2.11 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Granular ... 39
Gambar 2.12 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Bebas ... 40
Gambar 2.13 Tiang Pancang Kelompok ... 42
Gambar 2.14 Pola susunan tiang pancang ... 44
xi
Gambar 2.16 Faktor Penurunan Rµ(Poulus dan Davis, 1980) ... 48
Gambar 2.17 Faktor Penurunan Rk (Poulus dan Davis, 1980)...48
Gambar 2.18 Faktor Penurunan Rh (Poulus dan Davis,1980) ... 49
Gambar 2.19 Faktor Penurunan Rb (Poulus dan Davis, 1980) ... 49
Gambar 2.20 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi Alami Terdis- tribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke Dalam Tanah ... 51
Gambar 2.21 Titik nodal dan titik tegangan ... 55
Gambar 3.1 Letak Titik Pengujian Sondir ,Bor Mesin dan PDA ... 67
Gambar 3.2 Denah Tiang Pancang ... 68
Gambar 3.3 Denah Titik Pengujian PDA dan Kelendering ... 69
Gambar 4.1 Pile Cap ... 85
Gambar 4.2 Parameter Tanah dari Allpile ... 91
Gambar 4.3 Lembar General Setting pada Plaxis ... 93
Gambar 4.4 Pemodelan pada plaxis ... 94
Gambar 4.5 Input Data Material Set ... 95
Gambar 4.6 Generate Mesh ... 96
Gambar 4.7 Initial Water Pressure pada Program Plaxis ... 96
Gambar 4.8 Pemodelan Fase Sebelum Konsolidasi dan Setelahnya ... 97
Gambar 4.9 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf pada Fase 3 ... 98
Gambar 4.10 Hasil Kalkulasi dan Besar Σ Msf pada Fase 4 ... 98
Gambar 4.11 Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil Perhitungan .... 99
Gambar 4.12Excess Pore Pressure Sebelum Konsolidasi ... 101
Gambar 4.14. Penurunan Tanah Sebelum Konsolidasi ... 103 Gambar 4.15 Penurunan Tanah Setelah Konsolidasi ... 103 Gambar 4.16 Waktu Konsolidasi ... 104
xiii DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
Tabel 2.1 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser
Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir ... 27
Tabel 2.2 Hubungan antara N dengan Berat Isi Tanah ... 28
Tabel 2.3 Efisiensi Jenis Alat Pancang ... 29
Tabel 2.4 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer ... 29
Tabel 2.5 Nilai Effisiensi Hammer ... 30
Tabel 2.6 Koefisien restitusi n ... 30
Tabel 2.7 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Un- drained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan (Overconsolidation) . 32 Tabel 2.8 Nilai-Nilai nh untuk Tanah Granular (c = 0) ... 33
Tabel 2.9 Nilai-Nilai nh untuk Tanah Kohesif ... 33
Tabel 2.10 Kriteria Pondasi Tiang Pendek dan Pondasi Tiang Panjang ... 33
Tabel 2.11 Tabel Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga (WIKA) ... 41
Tabel 2.12 Nilai Koefisien empiris ( CP) ... 51
Tabel 2.13 Batas Penurunan Maksimum ... 52
Tabel 2.14 Faktor Aman yang Disarankan oleh Reese dan O’Neill ... 53
Tabel 2.15 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah ... 58
Tabel 2.16 Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Lempung .... 59
Tabel 2.18. Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (μ) ... 60
Tabel 2.19 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah ... 62
Tabel 3.1. Deskripsi Tanah Bore Hole II dari Hasil SPT ... 65
Tabel 3.1. Hasil Pengujian Sondir ... 66
Tabel 4.1 Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Tiang Pancang pada Titik Sondir S-5 Diameter 40 cm dengan Metode Meyerhoff ... 75
Tabel 4.2 Perhitungan Daya Dukung Ultimate dan Daya Dukung Ijin Tiang Pancang pada Bore Hole I diameter 40 cm dengan Metode Meyerhoff .... 80
Tabel 4.3 Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang berdasarkan Data PDA ... 81
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Penurunan Elastis Tiang Pancang Tunggal Dia- meter 40 cm ... 88
Tabel 4.5 Data Tiang Pancang ... 91
Tabel 4.6 Input Parameter Tanah untuk Program Metode Elemen Hingga Lokasi Bore Hole II ... 92
Tabel 4.7 Tekanan Air Pori dengan Program Metode Elemen Hingga ... 100
Tabel 4.8 Daya Dukung dengan Program Metode elemen hingga ... 102
Tabel 4.9 Penurunan Tanah dengan Program Metode Elemen Hingga ... 103
Tabel 5.1 Nilai Daya Dukung Ultimit Berdasarkan Data Sondir, SPT, PDA Test dan Kalendering. ... 105
Tabel 5.2 Nilai Daya Dukung Ultimit dan Daya Dukung Ijin Berdasarkan Data Sondir dan SPT ... 106
xv Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Nilai Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang
Pancang ... 106 Tabel 5.4 Nilai Efisiensi kelompok tiang (Eg) ... 106 Tabel 5.5.Hasil Penurunan Tiang ... 107 Tabel 5.6.Hasil Perhitungan Daya Dukung Ultimit dan Penurunan Tiang
Pancang dengan Program Metode Elemen Hingga ... 107 Tabel 5.7.Nilai Tekanan Air Pori dengan Program Metode Elemen Hingga ... 108
DAFTAR NOTASI Ap = luas penampang tiang (m2)
B = lebar atau diameter tiang (m) Cp = koefisien empiris Cs = konstanta Empiris c = kohesi tanah (kg/cm²) cu = kohesi undrained (kN/m2) D = diameter tiang (m) Dr = kerapatan relatif (%)
E = energi alat pancang (kg-cm)
Eb = modulus elastisitas tanah di dasar tiang(kN/m2) Ep = modulus elastis tiang (kN/m2)
Es = modulus elastisitas tanah di sekitar tiang(kN/m2) Es = modulus elastisitas bahan tiang(kN/m2)
e = angka pori
ef = effisiensi hammer(%)
f = jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) 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 (cm4)
xvii I0 = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat
(Incompressible) dalam massa semi tak terhingga K = faktor kekakuan tiang
k = koefisien permeabilitas
ki = modulus reaksi subgrade dari Terzaghi kh = koefisien permeabilitas arah horizontal kv = koefisien permeabilitas arah vertikal L = panjang tiang pancang (m)
Lb = panjang lapisan tanah (m)
Li = tebal lapisan tanah, pengujian SPT dilakukan setiap interval kedalaman pemboran (m)
My = momen leleh (kN-m) N-SPT= nilai N-SPT
n = koefisien restitusi
nh = koefisien fariasi modulus P = keliling tiang (m)
po = tekanan overburden efektif 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
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 pancangØ = sudut geser dalam
𝛾𝛾 = berat isi tanah (kN/m3)
γdry = berat jenis tanah kering (kN/m3)
γsat = berat jenis tanah jenuh (kN/m3)
γw = berat isi air(kN/m3)
ξ = koefisien dari skin friction
μ =poisson’s ratio
xix DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran-1, Data Hasil Pengujian Sondir Lampiran-2, Data Drilling Log
Lampiran-3, Data Uji Laboratorium Lampiran-4, Data PDA test
Lampiran-5, Data Kalendering Lampiran-6, Denah Lokasi Pengujian
