1
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
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
3
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 berdaberda-sarkan 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 Qu= 183,945 ton, sedangkan daya dukung ultimit
tiang kelompok berdasarkan efisiensi Converse-Labbare diperoleh Qu= 2998,75 ton.
Berdasarkan metode dinamis untuk data kalendering (Metode Hilley) diperoleh ka-pasitas daya dukung ultimit tiang tunggal Qu= 216,75 ton, sedangkan daya dukung
ultimit tiang kelompok berdasarkan efisiensi Converse-Labbare diperoleh Qu=
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 (Qu) = 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 Qg metode Converse-Labarre
sedang-kan penurunan menggunasedang-kan 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 PENGANTAR
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;
5 9. Bapak-bapak pekerja proyek Jembatan Sungai Penara Jalan Akses Non Tol
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
DAFTAR ISI
ABSTRACK ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR NOTASI... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xx
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Tujuan ... 3
1.3. Manfaat ... 3
1.4. Pembatas Masalah ... 3
1.5. Metode Pengumpulan Data ... 4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Tinjauan Umum ... 5
2.2 Definisi Tanah ... 5
2.3 Penyelidikan Tanah ... 6
2.4 Macam-macam Fondasi ... 10
2.5 Penggolongan Fondasi Tiang Pancang ... 12
7
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 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
9 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 GAMBAR
Gambar 2.1 Fondasi Telapak ... 10
Gambar 2.2 Fondasi Memanjang ... 11
Gambar 2.3 Fondasi Rakit ... 11
Gambar 2.4 Fondasi Sumuran ... 12
Gambar 2.5 Fondasi Tiang ... 12
Gambar 2.6 Tiang Pancang Kayu ... 15
Gambar 2.7 Tiang Precast Prestressed Concrete Pile ... 16
Gambar 2.8 Tiang Pancang Precast Reinforced Concrete Pile ... 16
Gambar 2.9 Tiang Pancang Cast In Pile ... 17
Gambar 2.10 Tiang Pancang Baja ... 18
Gambar 2.11 Tiang Dukung Ujung ... 24
Gambar 2,12 Tiang Gesek ... 25
Gambar 2.13 Pemukul Aksi Tunggal... 26
Gambar 2.14 Hammer Aksi Dobel ... 27
Gambar 2.15 Pemukul Tenaga Diesel ... 28
Gambar 2.16 Pemukul Dengan Vibrator ... 28
Gambar 2.17 Alat Pancang Tiang ... 30
Gambar 2.18 Pengangkatan Tiang Dengan Dua Tumpu ... 32
Gambar 2.19 Pengangkatan Tiang Dengan Satu Tumpu ... 33
11
Gambar 2.21 Skema Urutan Uji Penentrasi Standar (SPT) ... 37
Gambar 2.22 Skema Pemancangan Fondasi Tiang ... 40
Gambar 2.23 Kelompok Tiang ... 47
Gambar 2.24 Jarak Antar Tiang ... 48
Gambar 2.25 Pola Susun Tiang Pancang Kelompok ... 49
Gambar 2.26 Tipe Keruntuhan Dalam Kelompok Tiang: (a) Tiang Tunggal (b) Kelompok Tiang ... 52
Gambar 2.27 Beban Normal Sentris Pada Kelompok Tiang Pancang ... 54
Gambar 2.28 Beban Normal Eksentris Pada kelompok Tiang Pancang ... 55
Gambar 2.29 Beban Sentris dan Momen Kelompok Tiang Arah X dan Y ... 56
Gambar 2.30 Skema Deformasi Tiang Akibat Beban Lateral... 58
Gambar 2.31 Tiang Pendek dalam Tanah non Kohesif ... 62
Gambar 2.32 Tahanan Lateral Ultimit dalam Tanah Non-Kohesif ... 62
Gambar 2.33 Tiang Panjang (Tidak Kaku) dalam Tanah Non-Kohesif ... 63
Gambar 2.34 Tahanan Lateral Ultimit dalam Tanah Non-Kohesif ... 64
Gambar 2.35 Pembebanan Untuk Pejalan Kaki ... 66
Gambar 2.36 Beban Lajur “D” ... 68
Gambar 2.37 Besar Intensitas Beban Berdasarkan Panjang Bentang Yang Dibebani ... 68
Gambar 2.38 Penyebaran Beban “D” Pada Arah Melintang Jembatan ... 69
Lajur “D” ... 71
Gambar 2.41 Gaya rem Per Lajur 2,75 m Keadaan Batas Ultimate (KBU) ... 72
Gambar 2.42 Koefisien Geser Dasar C Plastis Untuk Analitis Statis ... 75
Gambar 2.43 Wilayah Gempa Indonesia Untuk Periode Ulang 500 Tahun ... 76
Gambar 2.44 Gaya Sentrifugal ... 77
Gambar 3.1 Peta Lokasi Proyek Jembatan Sungai Penara ... 80
Gambar 3.2 Diagram Alir Metodologi ... 82
Gambar 3.3. Sket Lokasi Titik Boring Log, Kalendering dan PDA Jembatan Sei-Penara ... 83
Gambar 4.1 Potongan Melintang Jembatan Pada Pier 2 ... 85
Gambar 4.2 Jarak Antar Tiang ... 91
Gambar 4.3 Struktur Atas... 99
Gambar 4.4 Struktur Bawah ... 100
Gambar 4.5 Struktur Atas Pembebanan Berat Sendiri... 101
Gambar 4.6 Struktur Pier ... 102
Gambar 4.7 Pembebanan Berat Total Struktur Atas Dan Bawah... 103
Gambar 4.8 Pemebebanan Baerat Tambahan... 103
Gambar 4.9 Pembebanan Beban KEL Dan FBD ... 104
Gambar 4.10 Pembebanan Berat Lalu Lintas ... 105
Gambar 4.11Grafik Pembebanan Gaya Rem ... 105
Gambar 4.12 Pembebanan Gaya Rem ... 106
13
Gambar 4.14 Arah Beban Angin Arah Y ... 107
Gambar 4.15 Pembebanan Beban angin Pada Kendaraan ... 109
Gambar 4.16 Arah Beban Angin Arah X ... 110
Gambar 4.17 Grafik Koefisien C ... 112
Gambar 4.18 Pembebanan Beban Gempa Arah Y ... 112
Gambar 4.19 Pembebanan Beban Gempa Arah X ... 114
Gambar 4.20 Distribusi Kelompok Tiang ... 117
Gambar 4.21 Kelompok Tiang Arah Melintang ... 118
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Hubungan N Dengan Kepadatan Relatif Pada Tanah Pasir ... 38
Tabel 2.2 Harga Efisiensi Hammer... 41
Tabel 2.3 Koefisien Restitusi n ... 42
Tabel 2.4 Karakter Alat Pancang Diesel Hammer... 42
Tabel 2.5 Nilai-nilai k1 ... 42
Tabel 2.6 Faktor Aman Yang Disarankan (Reese dan O’Neill, 1989) ... 46
Tabel 2.7 Hubungan modulus subgrade (k1) dengan kuat geser undrained untuk lempung kaku terkonsolidasi berlebihan (Overconsolidasi) (Terzaghi, 1955) ... 60
Tabel 2.8 Nilai-nilai nh untuk tanah granuler (c = 0) ... 60
Tabel 2.9 Kriteria tiang kaku dan tiang tidak kaku untuk ujung bebas ... 60
Tabel 2.10 Kecepatan angin rencana, Vw ... 73
Tabel 2.11 Koefisien seret, Cw ... 73
Tabel 2.12 Faktor Kepentingan ... 76
Tabel 2.13 Faktor Tipe Bangunan ... 76
Tabel 2.14 Kombinasi beban Untuk Perencanaan Tegangan Kerja ... 79
Tabel 4.1 Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data SPT (BH-V) ... 87
Tabel 4.2 Daya dukung tiang metode Hilley ... 90
Tabel 4.3 Hasil Tes PDA ... 93
15
Tabel 4.5 Data Struktur Bawah ... 100
Tabel 4.6 Berat Sendiri Struktur Atas ... 101
Tabel 4.7 Berat Sendiri Pier ... 102
Tabel 4.8 Berat Total Struktur Atas dan Struktur Bawah ... 103
Tabel 4.9 Berat Beban Mati Tambahan ... 104
Tabel 4.10 Beban Gempa Pada Pier Arah Y ... 114
Tabel 4.11 Beban Gempa Pada Pier Arah X ... 115
Tabel 4.12 Kombinasi Beban ... 116
Tabel 4.13 Kombinasi 1 ... 116
Tabel 4.14 Kombinasi 2 ... 116
Tabel 4.15 Kombinasi 3 ... 117
Tabel 4.16 Rekapitulasi Beban Kombinasi ... 117
DAFTAR NOTASI
Qp = Daya Dukung Ujung Tiang
Qs = Daya Dukung Selimut Tiang
Nspt = Jumlah Pukulan Yang Diperoleh Dari Percobaan SPT
Lb = Panjang Tanah Per Layer
Qu = Kapasitas Ultimate Tiang
Wr = Berat Hammer
h = Tinggi Jatuh
s = Penurunan Tiang Tiap Pukulan eh = Efisiensi Hammer
k1 = kompresi sementara dari cushion (pile head & cushion)
k2 = koefisien yang dihitung dengan persamaan
17 Qa = Daya Dukung Ijin Tiang
P = Beban Yang Bekerja S = Jarak Antar Tiang
Eg = Efisiensi Kelompok Tiang
Qg = Beban Maksimum Kelompok Yang Mengakibatkan Keruntuhan
n = Jumlah Tiang Dalam Kelompok. Qu = 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 Qi = Beban Aksial Pada Tiang Ke-i
xi = Absis Atau Jarak Tiang Ke Pusat Berat Kelompok Tiang Ke Tiang Nomor-i
My = Momen Terhadap Sumbu Y Σx2
= Jumlah Kuadrat Jarak Tiang-Tiang Ke Pusat Berat Kelompok Tiang Mx = Momen Yang Bekerja Pada Bidang Yang Tegak Lurus Sumbu X Σy2
= Jumlah Kuadrat Ordinat-Ordinat Tiang Pancang
yi = Absis Atau Jarak Tiang Ke Pusat Berat Kelompok Tiang Ke Tiang Nomor-i
q = Tekanan Pada Dasar Fondasi I = Faktor Pengaruh
K = Modulus Tanah
k1 = Modulus Reaksi Subgrade Dari Terzaghi
E = Modulus Elastis Tiang I = Momen Inersia Tiang nh = Koefisien Variasi Modulus
R = Faktor Kekakuan Untuk Modulus Tanah Kohesif T = Faktor Kekakuan Untuk Modulus Tanah Non-Kohesif Cu = Kohesi Undrained
Dr = Kerapatan Relatif γ = Berat Isi Tanah
Kp = Koefisien Tanah Pasif
Hu = Kapasitas Lateral Tiang Ujung Jepit
e = Eksentris Tiang Mu = Momen Ultimet
yo = Defleksi Tiang
q = Intensitas Beban Terbagi Rata (BTR) Dalam Arah Memanjang Jembatan FBD = Faktor Beban Dinamis
TEW = Beban Angin
Vw = Kecepatan Angin Rencana
Cw = Koefisien Seret
Ab = Luas Equivalen Bagian Samping Jembatan
19
Kh = Koefisien Beban Gempa Horisontal
C = Koefisien Geser Dasar
I = Faktor Kepentingan
S = Faktor Tipe Bangunan
WT = Berat Total Nominal Bangunan Yang Mempengaruhi Percepatan Gempa
TTR = Gaya Sentrifugal Yang Bekerja Pada Bagian Jembatan
TT = Pembebanan Lalu Lintas Total (Beban Lajur D) Yang Bekerja Pada
Bagian Yang Sama (ttr Dan tt Mempunyai Satuan Yang Sama).
V = Kecepatan Lalu Lintas Rencana
