ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA

TUGAS AKHIR

SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

OLEH

BERLI SETIADI NINA PURWANTI 150 04 137 150 04 154

PEMBIMBING

ENDRA SUSILA, ST., Ph.D .

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

ii

TUGAS AKHIR

ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA

ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA

Oleh

DISETUJUI oleh

PEMBIMBING

ENDRA SUSILA, ST., Ph.D. NIP. 132163351 .

MENGETAHUI

KELOMPOK KEPAKARAN GEOTEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KOORDINATOR TUGAS AKHIR KETUA ENDRA SUSILA, ST., Ph.D. DR. IR. HERLIEN D. SETIO NIP. 132163351 NIP. 131121658 BANDUNG, JUNI 2008

iii

ABSTRAK TUGAS AKHIR

ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA

Berli Setiadi (150 04 137) dan Nina Purwanti (150 04 154) Program Studi Teknik Sipil

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung

2008 Tugas akhir ini membahas mengenai analisis perbandingan dua metoda yang sering

digunakan dalam mendesain pondasi jembatan yakni metoda elemen hingga dan metoda beda hingga. Dengan data parameter tanah serta karakteristik tiang yang telah ditentukan sebelumnya, analisis dengan menggunakan perangkat lunak Plaxis Tunnel 3D 1.2 (metode elemen hingga) dan Group 5.0 (metode beda hingga) dimulai. Input dan Permodelan tanah dan tiang pada kedua metoda tersebut dibuat sama sehingga hasil analisis berupa gaya-gaya dalam pada tiang yakni aksial, lateral, momen, settlement serta defleksi yang dihasilkan oleh Plaxis dan Group dibandingkan.

Analisis dilakukan untuk pondasi yang memikul beban pier jembatan dengan karakteristik tanah di sekitarnya berupa pasir (clayey sand). Jenis pondasi yaitu pondasi tiang pancang dengan jumlah tiang 24 buah pada satu grup tiang. Tiang berupa tiang komposit dengan baja sebagai casing dan beton sebagai bahan pengisinya. Diameter luar tiang 1000 mm dan diameter dalamnya 968 mm. Pada kondisi layan tiang hanya dibebani beban aksial saja, sedangkan pada kondisi gempa tiang dibebani oleh beban aksial, beban lateral dan momen.

Hasil analisis Plaxis selalu lebih besar daripada hasil analisis Group. Perbedaan tersebut menunjukkan bahwa Plaxis mampu mengidentifikasi perilaku tanah di sekitar tiang sehingga mempengaruhi hasil analisis yang ada. Setelah analisis awal ini, dilakukan pula analisis lanjutan pada Plaxis dengan mengubah-ubah nilai modulus young lapisan tanah. Dengan diubahnya nilai E lapisan tanah, terjadi penurunan nilai settlement dan momen pada tiang. Sebagai hasil analisis terungkap kelebihan dan kekurangan pemakaian Plaxis serta Group. Keluaran yang dihasilkan Plaxis lebih lengkap dan memiliki visualisasi lebih jelas daripada Group. Namun pada Plaxis, input dan model yang ada harus benar merepresentasikan kondisi yang ada karena dengan input yang salah sekalipun Plaxis tetap akan memberikan hasil. Sebaliknya, pada Group proses input lebih sederhana dan mudah dimengerti.

Kata kunci: Pondasi tiang pancang, elemen hingga, beda hingga, Plaxis, Group

iv

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan YME, karena atas rahmat dan karuniaNya,

kami telah menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat kelulusan

tahap sarjana di Program Studi Teknik Sipil.

Dalam mengerjakan Tugas akhir ini, banyak pihak yang membantu penulis, antara lain :

a. Ir. Endra Susila, MT., Ph,D., selaku dosen pembimbing. Terima kasih atas ilmu dan

waktu bimbingan yang disediakan selama mengerjakan Tugas Akhir ini.

b. Ir. Erza Rismantozo, Ph.D. dan Hasbullah Nawir, ST., Ph.D. selaku dosen penguji

seminar dan sidang Tugas Akhir ini.

c. Dosen-dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil.

d. Suhermanto, ST. yang telah memberikan banyak masukkan dan bantuan dalam

pelaksanaan Tugas Akhir ini.

e. Teman-teman yang telah memberikan masukan dan dorongan semangat dalam

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

f. Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil yang telah membantu kelancaran berlangsungnya

kegiatan tugas akhir.

g. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Kami menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh sebab itu, kami

mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca untuk pengembangan lebih

baik lagi. Akhir kata, kami berharap Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Terima

Kasih.

Bandung, Juni 2008

Penulis

v 

 

DAFTAR ISI

JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... ii ABSTRAK ............................................................................................................ iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv DAFTAR ISI ......................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR............................................................................................. vii DAFTAR TABEL ................................................................................................. ix DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang................................................................................................. 1-1 1.2 Maksud dan Tujuan ......................................................................................... 1-1 1.3 Ruang Lingkup ................................................................................................ 1-1 1.4 Sistematika Pembahasan ................................................................................. 1-2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pondasi Tiang Pancang.................................................................................... 2-1

2.1.1 Jenis-Jenis Tiang Pondasi ........................................................................ 2-2 2.1.1.1 Jenis Tiang Berdasarkan Bahan Materialnya .............................. 2-2 2.1.1.2 Jenis Tiang Berdasarkan Panjang dan Mekanisme Transfer

Beban ........................................................................................... 2-4 2.1.2 Kapasitas Daya Dukung Tiang Terhadap Beban Aksial ......................... 2-6

2.1.2.1 Kapasitas Ujung Tiang (Qp) ....................................................... 2-7 2.1.3 Negative Skin Friction ............................................................................. 2-9 2.1.4 Kapasitas Ijin Tiang ................................................................................. 2-10 2.1.5 Kapasitas Daya Dukung Tiang Terhadap Beban Lateral ........................ 2-11

2.1.5.1 Hipotesis Winkler ........................................................................ 2-11 2.1.5.2 Beban Lateral Tiang Pada Tanah dan Pasir ................................ 2-13 2.1.5.3 Kurva p-y pada Tanah Pasir ........................................................ 2-15

2.1.6 Efek Instalasi Tiang Terhadap Nilai Φ .................................................... 2-23 2.1.7 Tiang Grup ............................................................................................... 2-23

2.1.7.1 Tiang Grup Pada Tanah Pasir ...................................................... 2-25 2.2 Metode Elemen Hingga ................................................................................... 2-26 BAB III METODOLOGI 3.1 Umum .............................................................................................................. 3-1 3.2 Diagram Alir .................................................................................................... 3-1 3.3 Analisis Menggunakan PLAXIS Tunnel 3D 1.2 ............................................. 3-4 3.4 Analisis Menggunakan GROUP 5.0 ............................................................... 3-9

vi 

 

BAB IV ANALISIS PONDASI 4.1 Analisis Kondisi Lapisan Tanah ...................................................................... 4-1

4.1.1 Kondisi Lapisan Tanah ............................................................................ 4-2 4.2 Data Pembebanan ............................................................................................ 4-5 4.3 Analisis Pembebanan Aksial ........................................................................... 4-6

4.3.1 Perhitungan Beban Akibat Beban Aksial ................................................ 4-6 4.3.2 Pengaruh Momen Arah Y Terhadap Distribusi Beban Aksial ................ 4-7 4.3.3 Pengaruh Momen Arah Z Terhadap Distribusi Beban Aksial ................. 4-8 4.3.4 Perhitungan Beban Aksial Total .............................................................. 4-9

4.4 Desain Awal Tiang Pancang dalam Grup ....................................................... 4-10 4.5 Analisis Kapasitas Aksial Tiang ...................................................................... 4-12

4.5.1 Kapasitas Aksial Tiang Tunggal .............................................................. 4-12 4.5.2 Kapasitas Aksial Tiang Grup ................................................................... 4-17 4.5.3 Analisis Penurunan Tiang Tunggal ......................................................... 4-18

4.5.3.1 Analisis Penurunan Tiang Tunggal Akibat Beban Servis ........... 4-18 4.5.3.2 Analisis Penurunan Tiang Tunggal Akibat Beban Gempa ......... 4-20

4.5.4 Perhitungan Penurunan Tiang Grup ........................................................ 4-22 4.5.4.1 Perhitungan Penurunan Tiang Grup dengan Beban Servis ......... 4-22 4.5.4.2 Perhitungan Penurunan Tiang Grup dengan Beban Gempa ........ 4-22

4.6 Kapasitas Lateral Tiang ................................................................................... 4-22 4.6.1 Kapasitas Lateral Tiang Tunggal ............................................................. 4-22 4.6.2 Kapasitas Lateral Tiang Grup .................................................................. 4-30

4.7 Analisis Menggunakan Perangkat Lunak Group 5.0 ....................................... 4-31 4.7.1 Permodelan .............................................................................................. 4-31 4.7.2 Hasil Analisis Group ................................................................................ 4-33

4.7.2.1 Hasil Analisis Grup Tiang Untuk Kondisi Pembebanan Servis .. 4-33 4.7.2.2 Hasil Analisis Grup Tiang Untuk Kondisi Pembebanan Gempa 4-36

4.8 Analisis Menggunakan Plaxis Tunnel 3D 1.2.................................................. 4-38 4.8.1 Beban Servis ........................................................................................... 4-38 4.8.2 Beban Gempa .......................................................................................... 4-42

4.9 Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis ................................... 4-47 4.9.1 Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Untuk Beban

Servis....................................................................................................... 4-47 4.9.2 Rekapitulasi Hasil Analisis Manual, Group dan Plaxis Untuk Beban

Gempa ..................................................................................................... 4-51 4.9.3 Analisis Hasil Group dan Plaxis ............................................................. 4-55

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 5-1 5.2 Saran ................................................................................................................ 5-3

vii 

 

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 [(a) dan (b)] Point Bearing Piles; (c) Friction Pile ............................. 2-5 Gambar 2.2 (a) Kapasitas Daya Dukung Tiang; (b) dan (c) Potongan

Melintang Tiang ................................................................................... 2-8 Gambar 2.3 Negative Skin Friction ......................................................................... 2-10 Gambar 2.4 Beam pada fondasi elastis menurut Winkler (1867) ........................... 2-12 Gambar 2.5 Permodelan Spring pada idealisasi Winkler (1867) ............................ 2-12 Gambar 2.6 Defleksi tiang dengan beban lateral menurut Winkler (1867) ............ 2-12 Gambar 2.7 Kurva p-y dan representasi dari pile yang terdefleksi ......................... 2-17 Gambar 2.8 (a) Mendapatkan Nilai xr, perpotongan pcr dan pcd,

(b) Pembuatan Kurva p-y .................................................................... 2-20 Gambar 2.9 Tiang Grup........................................................................................... 2-24 Gambar 3.1 Model geometri tanah dan pondasi ...................................................... 3-5 Gambar 3.2 Mesh generation .................................................................................. 3-5 Gambar 3.3 Membentuk model 3D ......................................................................... 3-6

Gambar 3.4 Model 3 dimensi .................................................................................. 3-6 Gambar 3.5 Kondisi air tanah .................................................................................. 3-7 Gambar 3.6 Tegangan awal ..................................................................................... 3-8 Gambar 3.7 Calculation .......................................................................................... 3-8 Gambar 3.8 Memodelkan pile cap ...................................................................................... 3-9 Gambar 3.9 Jumlah dan koordinat tiang ................................................................. 3-10 Gambar 3.10 Pile properties ................................................................................... 3-10 Gambar 3.11 Soil layer, strength dan weight .......................................................... 3-11 Gambar 3.12 Pembebanan pada saat services ......................................................... 3-12 Gambar 3.13 Pembebanan pada saat gempa ........................................................... 3-12 Gambar 4.1 Profil Memanjang Lapisan Tanah ....................................................... 4-3 Gambar 4.2 Data Pengeboran di DB4 untuk P7 ...................................................... 4-4 Gambar 4.3 Pendistribusian beban aksial pada grup tiang ..................................... 4-7 Gambar 4.4 Distribusi beban aksial ....................................................................... 4-7 Gambar 4.5 Pengaruh momen arah y terhadap distribusi beban aksial .................. 4-8 Gambar 4.6 Pengaruh momen arah z terhadap distribusi beban aksial .................. 4-9 Gambar 4.7 Konfigurasi tiang grup pondasi tiang pancang ................................... 4-10 Gambar 4.8 Tampak Atas Tiang Pancang .............................................................. 4-11 Gambar 4.9 Kapasitas Aksial Tiang ....................................................................... 4-16 Gambar 4.10 Kurva Pcr dan Pcd Vs Kedalaman ....................................................... 4-24 Gambar 4.11 p-y curve pada kedalaman 1 dan 2 meter ......................................... 4-27 Gambar 4.12 Kurva Defleksi Vs Kedalaman pada single pile ............................... 4-29 Gambar 4.13 Kurva Defleksi Vs Kedalaman pada group pile ............................... 4-31 Gambar 4.14 Tampak Atas Permodelan Grup Tiang pada software Group 5.0 .... 4-32 Gambar 4.15 Tampak Samping Permodelan Grup Tiang pada software Group

5.0 ..................................................................................................... 4-32 Gambar 4.16 Tampilan 3D Permodelan Grup Tiang pada software Group 5.0 .... 4-33 Gambar 4.17 Defleksi yang terjadi pada tiang akibat beban servis ...................... 4-34 Gambar 4.18 Momen yang terjadi pada tiang akibat beban servis ....................... 4-34

viii 

 

Gambar 4.19 Shear yang terjadi pada tiang akibat beban servis ........................... 4-35 Gambar 4.20 Kurva Axial Load Vs Displacement pada tiang akibat beban

servis ................................................................................................ 4-35 Gambar 4.21 Defleksi yang terjadi pada tiang akibat pembebanan dengan

Gempa .............................................................................................. 4-36 Gambar 4.22 Momen yang terjadi pada tiang akibat pembebanan dengan gempa 4-36 Gambar 4.23 Shear yang terjadi pada tiang akibat pembebanan dengan gempa ... 4-37 Gambar 4.24 Kurva Axial Load Vs Settlement yang terjadi pada tiang akibat

pembebanan dengan gempa ............................................................. 4-37 Gambar 4.25 Extreme Total Displacement Tanah Beban Servis ........................... 4-38 Gambar 4.26 Total displacement tanah beban servis ............................................. 4-39 Gambar 4.27 Horizontal displacement tanah beban servis .................................... 4-39 Gambar 4.28 Vertical Displacement Tiang Beban Servis ...................................... 4-40 Gambar 4.29 Axial Forces tiang beban servis ........................................................ 4-40 Gambar 4.30 Shear forces tiang beban servis ........................................................ 4-41 Gambar 4.31 Bending moments tiang beban servis ................................................ 4-41 Gambar 4.32 Extreme total displacement tanah beban gempa .............................. 4-42 Gambar 4.33 Total displacement tanah beban gempa ............................................ 4-43 Gambar 4.34 Horizontal displacement tanah beban gempa ................................... 4-43 Gambar 4.35 Vertical displacement tiang beban gempa ......................................... 4-44 Gambar 4.36 Horisontal displacement tiang beban gempa (Ux) ........................... 4-44 Gambar 4.37 Horisontal displacement tiang beban gempa (Uz) ........................... 4-45 Gambar 4.38 Axial forces tiang beban gempa ........................................................ 4-45 Gambar 4.39 Shear forces tiang beban gempa ....................................................... 4-46 Gambar 4.40 Bending moments tiang beban gempa .............................................. 4-46 Gambar 4.41 Konfigurasi tiang grup pada analisis Group 5.0 ............................... 4-47 Gambar 4.42 Konfigurasi tiang grup pada analisis Plaxis ..................................... 4-49 Gambar 4.43 Konfigurasi tiang grup dan arah pembebanan pada analisis

Group 5.0 ......................................................................................... 4-51 Gambar 4.44 Konfigurasi tiang grup dan arah pembebanan pada analisis Plaxis . 4-53

ix 

 

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien untuk Tiang Panjang, kz =nh z ................................................. 2-15 Tabel 2.2 Perkiraan Nilai nh ..................................................................................... 2-22 Tabel 2.3 Nilai Kofisien A1 dan B1 .......................................................................... 2-22 Tabel 4.1 Parameter tanah pada lokasi P7 ................................................................ 4-5 Tabel 4.2 Analisis Daya Dukung Aksial ................................................................. 4-13 Tabel 4.3 Koefisien Empirik Tanah ........................................................................ 4-18 Tabel 4.4 Nilai Pcr dan Pcd Berdasarkan Kedalaman ............................................. 4-23 Tabel 4.5 Faktor-faktor dalam pembuatan p-y curve ............................................... 4-25 Tabel 4.6 Nilai p dan y pada kedalaman satu meter ................................................. 4-25 Tabel 4.7 Nilai p dan y pada kedalaman dua meter ................................................. 4-25 Tabel 4.8 1st Trial ................................................................................................... 4-27 Tabel 4.9 2nd Trial ..................................................................................................... 4-27 Tabel 4.10 Nilai Defleksi Tiang setelah Diberikan Beban Lateral .......................... 4-28 Tabel 4.11 Nilai Defleksi Tiang Grup Beban Lateral .............................................. 4-30 Tabel 4.12 Hasil analisis manual .............................................................................. 4-47 Tabel 4.13 Hasil analisis Group 5.0 ......................................................................... 4-48 Tabel 4.14 Hasil analisis Plaxis ............................................................................... 4-49 Tabel 4.15 Perbandingan hasil analisis Group 5.0 dan Plaxis ................................. 4-50 Tabel 4.16 Perbandingan nilai settlement dan axial ................................................. 4-50 Tabel 4.17 Hasil analisis manual untuk beban gempa ............................................. 4-51 Tabel 4.18 Hasil analisis Group untuk beban gempa ............................................... 4-52 Tabel 4.19 Hasil analisis Plaxis untuk beban gempa ............................................... 4-53 Tabel 4.20 Perbandingan hasil analisis Group dan Plaxis untuk beban gempa ....... 4-54 Tabel 4.21 Perbandingan nilai settlement,deflection dan axial untuk beban

gempa .................................................................................................... 4-54