ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG SECARA ANALITIS DAN NUMERIS PADA PROYEK JALAN TOL MEDAN-BINJAI SEKSI IA JEMBATAN SEI DELI STA1+600

ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG SECARA ANALITIS DAN NUMERIS PADA PROYEK JALAN TOL MEDAN-BINJAI SEKSI IA JEMBATAN SEI DELI STA1+600

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil

Disusun Oleh :

AHMAD FADLI LUBIS 15 0404 062

BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2019

ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG SECARA ANALITIS DAN NUMERIS PADA PROYEK JALAN TOL MEDAN-BINJAI SEKSI IA JEMBATAN SEI DELI STA1+600

ABSTRAK

Pada suatu pekerjaan konstruksi pondasi memiliki peranan yang sangat penting. Pondasi harus mampu mendukung beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimal yang mungkin terjadi.

Sehingga, pondasi suatu struktur bangunan harus diperhitungkan daya dukung agar dapat menjamin kestabilan bangunan dalam menahan beban yang bekerja dan juga penurunan pada pondasi tidak boleh melebihi batas yang telah ditentukan sebesar 25,4 mm.

Pada Proyek Pembangunan Jalan Tol Medan-Binjai Jembatan Sei Deli akan dicari nilai daya dukung ultimit pondasi tiang pancang tunggal berdasarkan data SPT dengan metode Mayerhof, data Kalendering dengan metode Danish, ENR, dan Hiley, data PDA, dan daya dukung dengan Metode Elemen Hingga.

Daya dukung lateral dihitung berdasarkan metode Broms. Penurunan yang terjadi dengan metode Poulos dan Davis, penurunan elastis, dan penurunan dengan Metode Elemen Hingga. Efisiensi tiang dengan metode Converse-Labarre, Los Angles dan Seiler-Keeney.

Berdasarkan hasil perhitungan data SPT nilai daya dukung ultimit tiang tunggal pada Bore Hole I dengan metode Mayerhof diperoleh 231,34 ton, untuk Kalendering dengan metode Hiley 435,58 ton, metode ENR 720,23 ton, metode Danish 589,29 ton, berdasarkan perhitungan PDA diperoleh 196 ton, dan dengan Metode Elemen Hingga diperoleh 267,4 ton. Daya dukung lateral tiang pancang tunggal dengan metode Broms secara analitis sebesar 41,45 ton dan secara grafis sebesar 41,43 ton. Penurunan yang terjadi berdasarkan Poulos dan Davis sebesar 4,2 mm, penurunan elastis tiang tunggal sebesar 1,15 mm, dan penurunan berdasarkan Metode Elemen Hingga sebesar 25,16 mm. Efesiensi kelompok tiang dengan metode Converse-Labarre sebesar 0,606, metode Los Angeles sebesar 0,675 dan metode Seiler-Keeney sebesar 0,722.

Kata Kunci : SPT, Kalendering, PDA, Efisiensi Tiang Pancang, Penurunan Elastis, Plaxis 8.6

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi Geoteknik Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul :

“

Analisis Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang Secara Analitis dan Numeris Pada Proyek Jalan Tol Medan-Binjai Seksi IA

Jembatan Sei Deli STA 1+600

”.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :

1. Terutama kepada kedua orang tua saya, ayahanda H.Syahminan Lubis, ST dan Ibunda Hj.Aminah Syam Sitompul, Spd serta kepada saudara kandung saya Irdansyah Lubis, ST, Suaibah Lubis, SE, dan Solahudin Lubis, ST yang telah memberikan dukungan penuh serta mendoakan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT sebagai Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar memberi bimbingan, saran, dan dukungan dalam bentuk waktu dan pemikiran untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku Koordinator Sub Jurusan Geoteknik Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara sekaligus Dosen Pembanding dan Penguji saya.

4. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST.MT.PhD sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT, selaku Dosen Pembanding dan Penguji saya.

6. Bapak Ridwan Anas, ST. MT. PhD, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

8. Bapak Ir. Maulana.AR, MT, yang bersedia memberikan data-data yang saya butuhkan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini, serta mendukung saya dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

9. Teman-teman angkatan 2015, Amirah Hanun Lubis, M.Fadhil, Irpan Ramadhan, Catrin Gultom, Cindy Mariani, serta teman-teman 2015 lainnya.

10. Kepada Kak Titi Hayati, ST yang senantiasa memberikan arahan dan dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

11. Abang dan kakak senior angkatan 2012

12. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya yang sangat baik.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Juli 2019 Penulis

( Ahmad Fadli Lubis) 15 0404 062

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR NOTASI ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penelitian... 2

1.4. Batasan Masalah ... 2

1.5. Manfaat Penelitian... 3

1.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1. Pengertian Umum ... 4

2.2. Tanah ... 4

2.3. Penyelidikan Tanah (Soil Investigation) ... 6

2.3.1. Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT)... 7

2.3.2. Kalendering ... 8

2.3.3. Pengujian dengan Pile Driving Analyzer (PDA)... 10

2.3.3.1. Case Method ... 12

2.3.3.2. Case Pile Wave Aanlysis (CAPWAP) ... 13

2.4. Pondasi ... 15

2.4.1. Pondasi Tiang Pancang ... 15

2.4.2. Jenis-Jenis Pondasi Tiang... 16

2.4.2.1. Pondasi Berdasarkan Cara Penyaluran Beban ... 17

2.4.2.2. Pondasi Tiang Pancang Menurut Pemakaian Bahan ... 18

2.4.2.3. Pondasi Tiang Pancang Menurut Pemasangannya ... 20

2.4.2.4. Pondasi Tiang Berdasarkan Perpindahannya ... 20

2.4.3. Metode Pelaksanaan Pemancangan Tiang Pancang ... 21

2.4.4. Jenis-Jenis Alat Pancang ... 22

2.5. Kapasitas Daya Dukung Tiang Panang ... 23

2.5.1. Kapasitas Daya Dukung Axial ... 23

2.5.1.1. Kapasitas Daya Dukung Axial Tiang Pancang dari Data SPT ... 23

2.5.1.2. Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Data Kalendering ... 27

2.5.2. Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang ... 29

2.5.2.1. Kapasitas Ultimit Tiang Pancang Berdasarkan Metode Broms... 32

2.6. Efisiensi dan Kapasitas Kelompok Tiang ... 40

2.7. Penurunan Tiang Pancang ... 43

2.7.1. PenurunanTiang Pancang Tunggal ... 43

2.7.2. Penurunan Tiang Pancang Kelompok ... 47

2.8. Faktor Keamanan ... 48

2.9. Metode Elemen Hingga Bidang Geoteknik ... 48

2.10.Studi Literatur ... 56

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 58

3.1. Data UmumProyek ... 58

3.2. Karakteristik Tanah ... 59

3.3. Data Teknis Tiang Pancang... 60

3.4. Tahap Penelitian ... 61

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 63

4.1. Pendahuluan ... 63

4.2. Perhitungan Daya Dukung Aksial Tiang Pancang ... 63

4.2.1. Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT dengan Metode Mayerhof 63 4.2.2. Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Berdasarkan Data Kalendering ... 67

4.2.3. Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Berdasarkan Data PDA ... 69

4.3. Kapasitas Daya Dukung Lateral Pondasi Tiang Pancang ... 70

4.4. Penurunan Elastis pada Tiang Pancang Tunggal dan Kelompok 73

4.4.1. Penurunan pada Tiang Pancang Tunggal ... 73

4.4.2 Penurunan pada Tiang Pancang Kelompok ... 77

4.5. Menghitung Efisiensi Tiang Pancang Kelompok ... 77

4.6. Perhitungan dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga ... 79

4.6.1. Permodelan pada Program Metode Elemen Hingga ... 81

4.6.2. Perbandingan Daya Dukung Ultimit sebelum dan setelah Konsolidasi dari Program Metode Elemen Hingga ... 86 4.6.3. Perbandingan Tekanan Air Pori sebelum dan setelah

Konsolidasi dari Program Metode Elemen Hingga ... 86

4.6.4. Perbandingan Penurunan sebelum dan setelah Konsolidasi Dari Program Metode Elemen Hingga ... 87

4.7. Diskusi ... 88

4.7.1. Hasil Perhitungan Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Tunggal Diameter 60 cm pada Borehole I ... 88

4.7.2. Hasil Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang Pancang Diameter 60 cm dengan Metode Broms ... 88

4.7.3. Hasil Penurunan Tiang Pancang ... 88

4.7.4. Nilai Efisiensi Kelompok Tiang ... 89

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 90

5.1. Kesimpulan... 90

5.2. Saran ... 91

DAFTAR PUSTAKA ... xvii

DAFTAR LAMPIRAN ... xx

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Hal

2.1 Diagram Fase Tanah (Das,Braja M.1995) 5

2.2 Proses Uji SPT 8

2.3 Pelaksanaan Kalendering (Sumber : Tomat Bangun, 2012) 10 2.4 Strain Transducer & Acceloremeter 11

2.5 PDA 11

2.6 Contoh Tampilan Program CAPWAP 14

2.7 Tumpuan Ujung (Hardiyatmo, 2002) 17

2.8 Tumpuan Geser (Hardiyatmo, 2002) 18

2.9 Nilai NSPT untuk Desain Tahanan Ujung Pasir 25 2.10 Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor Adhesi

(α) (API, 1987)

26

2.11 Mekanisme Keruntuhan Pondasi (a) Tiang Panjang (b) Tiang Pendek pada Tiang Ujung Bebas dalam Tanah Kohesif (Hardiyatmo, 2002)

32

2.12 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif: (a) untuk Pondasi Tiang Pendek, (b) untuk Pondasi Tiang Panjang (Hardiyatmo, 2002)

34

2.13 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada Tanah Kohesif: (a) Pondasi Tiang Pendek, (b) Pondasi Tiang Panjang

34

2.14 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada Tanah Granular: (a) Pondasi Tiang Pendek, (b) Pondasi Tiang Panjang (Hardiyatmo, 2002

36

2.15 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler : (a) Tiang Pendek, (b) Tiang Panjang (Tomlinson, 1997)

38

2.16 Tiang Pancang Kelompok 40

2.17 Faktor Penurunan I_o dan R_µ (Poulus dan Davis, 1980) 44 2.18 Faktor Penurunan Rk danRh (Poulus dan Davis, 1980) 45 2.19 Faktor Penurunan R_b (Poulus dan Davis, 1980) 45 2.20 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami

Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke Dalam Tanah (Bowles, 1993)

47

2.21 Titik Nodal dan Titik Tegangan 50

3.1 Lokasi Titik Bore Hole I 58

3.2 Pile Layout A8-S

3.3 Proyek Jembatan Sei Deli BH-1

60 60

3.4 Bagan Alir Penelitian 62

4.1 Penentuan Nilai Ultimit Lateral Resistance 72 4.2 Kelompok Tiang Pancang pada Abutment 1 77 4.3 Lembar General Setting pada Program Plaxis

4.4 Data material dimasukkan ke Pemodelan

81 82 4.5 Initial Water Pressure pada Program Plaxis 82 4.6 Calculations pada Program Plaxis 83

4.7 Calculations selesai 84 4.8 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf pada Fase 3 84 4.9 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf pada Fase 4 85 4.10 Nilai Tekanan Air Pori Ekses (a) Sebelum Konsolidasi

(b) Setelah Konsolidasi

86

4.11 Nilai Penurunan Tiang Pancang Tunggal (a) Sebelum Konsolidasi (b) Setelah Konsolidasi

87

DAFTAR TABEL

No Judul Hal

2.1 Hubungan antara Harga N_SPT, Sudut Geser Dalam, dan Kepadatan Relatif (Sosrodarsono & Nakazawa, 2005)

24

2.2 Hubungan antara NSPT dengan Berat Isi Tanah (Das, 1995) 24 2.3 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser

Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir (Das, 1995)

27

2.4 Efisiensi Jenis Alat Pancang (Sosrodarsono, 1997) 28 2.5 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer (Sosrodarsono, 1997) 28

2.6 Koefisien Restitusi (Sosrodarsono, 1997) 29

2.7 Hubungan Modulus Subgrade (k₁) dengan Kuat Geser Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebih (Overconsolidated) (Hardiyatmo, 2002)

30

2.8 Nilai-nilai untuk Tanah Granuler (c = 0) (Hardiyatmo, 2002) 31 2.9 Nilai-nilai untuk Tanah Kohesif (Hardiyatmo, 2002) 31 2.10 Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku (Hardiyatmo, 2002) 31 2.11 Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga (PT. WIKA Beton) 39

2.12 Nilai Koefisien Empiris (C_p) (Das, 1995) 47

2.13 Faktor Aman yang Disarankan oleh Reese dan O’Neill 48 2.14 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah (Hardiyatmo, 2011) 53

2.15 Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Lempung 53

(Randolph,1978)

2.16 Korelasi N_SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir (Schmertman, 1970)

54

2.17 Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (υ) (Hardiyatmo, 2011)

54

2.18 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah (Das, 1995) 55

3.1 Deskripsi Tanah Bore Hole I dari hasil SPT 59

4.1 Perhitungan Daya Dukung Ultimit pada Pondasi Tiang Pancang Diameter 60 cm dengan Data SPT

66

4.2 Kapasitas Daya Dukung Ultimit Pondasi Tiang Pancang Berdasarkan Data PDA

69

4.3 Hasil Perhitungan Penurunan Elastis Tiang Pancang Tunggal Diameter 60 cm

75

4.4 Data Tiang Pancang 79

4.5 Input Parameter Tanah untuk Program Metode Elemen Hingga pada Bore Hole I

80

4.6 Daya Dukung Tiang Pancang dari Program Metode Elemen Hingga 86

4.7 Perbandingan Nilai Tekanan Air Pori 87

4.8 Penurunan Tiang Pancang dari Program Metode Elemen Hingga 87

4.9 Nilai Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang 88

4.10 Kapasitas Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang Pancang 88

4.11 Hasil Penurunan Tiang Pancang 88

4.12 Efisiensi Kelompok Tiang 89

DAFTAR NOTASI

Ap = Luas penampang tiang (m²) c = Kohesi tanah (kg/cm²) cu = Kohesi undrained (kN/m²) d = Diameter tiang (m)

Dr = Kerapatan relatif (%)

Eb = Modulus elastisitas tanah di dasar tiang (kN/m²) E_p = Modulus elastis tiang (kN/m²)

Es = Modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kN/m²) e = Angka pori

Ef = Efisiensi hammer (%)

f = Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) g = Jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) Hu = Beban lateral (kN)

I = Momen inersia tiang (cm⁴)

I0 = Faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat K = Faktor kekakuan tiang

K_p = Koefisien tanah pasif k = Koefisien permeabilitas

k_i = Modulus reaksi subgrade dari Terzaghi kh = Koefisien permeabilitas arah horizontal L = Panjang tiang pancang (m)

L_i = Tebal lapisan tanah, pengujian SPT dilakukan setiap interval kedalaman pemboran (m)

m = Jumlah baris tiang

n = Jumlah tiang dalam satu baris M_y = Momen ultimit (kN-m) NSPT = nilai SPT

N₁ = Nilai SPT pada kedalaman 10d pada ujung tiang ke atas N₂ = Nilai SPT pada kedalaman 4d pada ujung tiang ke bawah

n = Jumlah tiang dalam satu baris = Koefisien variasi modulus

P = Keliling tiang (m) p_u = Tahanan tanah ultimit

= Kekuatan yang diijinkan pada tiang (kg) Q = Besar beban yang bekerja (kN)

Q_g = Beban maksimum kelompok tiang yang mengakibatkan keruntuhan (Ton)

Q_a = Beban maksimum tiang tunggal (Ton)

Qult = Kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang tunggal (kg) Q

ijin = Kapasitas daya dukung ijin tiang (kg) Q

p = Tahanan Ujung Ultimate (kN)

Qs = Tahanan gesek ultimit dinding tiang (kg/cm²) R_b = Faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung

Rh = Faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras

R_k = Faktor koreksi kemudah mampatan tiang Rμ = Faktor koreksi angka poisson

S = Penurunan untuk tiang tunggal Sg = Penurunan Kelompok tiang Se₍₁₎ = Penurunan elastis dari tiang

Se(2) = Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di ujung tiang

Se₍₃₎ = Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di sepanjang batang tiang

s = Jarak pusat ke pusat tiang (cm)

Tult = Daya dukung terhadap kekuatan tanah untuk tiang tarik (kg)

α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang η = Efisiensi grup tiang

Ø = Sudut geser dalam (˚) = Berat isi tanah (kN/m³)

γ_dry = Berat jenis tanah kering (kN/m³) γsat = Berat jenis tanah jenuh (kN/m³) γw = Berat isi air (kN/m³)

= Koefisien dari skin friction ʋ = Poisson’s ratio

ψ = Sudut dilantansi (^o) n

BAB I

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Pada suatu pekerjaan konstruksi tanah memiliki peranan yang sangat penting.

Tanah merupakan pondasi pendukung bangunan dan bahan konstruksi bangunan itu sendiri. Dimana hampir seluruh bangunan berdiri di atas maupun dibawah permukaan tanah, maka perlu dilakukakan perencanaan pondasi yang dapat memikul beban bangunan maupun gaya yang bekerja pada bangunan. (Nakazawa, 2000).

Bagian dari sebuah konstruksi yang memiliki fungsi untuk meneruskan beban bangunan atas (upper structure/super structure) ke dasar tanah yang cukup kuat mendukungnya adalah pondasi. Pondasi bangunan harus mampu menjamin kestabilan bangunan terhadap beban sendiri, beban-beban berguna dan gaya-gaya luar, seperti tekana angin, gempa dan gangguan lain. Penurunan pondasi secara setempat maupun merata lebih dari pada batas tertentu tidak boleh terjadi.

Pondasi terbagi atas dua jenis yaitu pondasi dangkal (shallow foundation) serta pondasi dalam (deep foundation). Beberapa dasar pemilihan tipe pondasi yaitu :

1. Fungsi bangunan atas; yang akan ditanggung pondasi tersebut 2. Besaran beban dan berat beban bangunan atas

3. Keadaan tanah tempat berdirinya bangunan 4. Perbandingan biaya podasi dan bangunan atas

Dari berbagai macam tipe pondasi yang dapat digunakan salah satunya merupakan pondasi tiang pancang. Pondasi tiang pancang digunakan pada suatu bangunan apabila tanah dasar tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk memikul beban bangunan dan beban yang bekerja pada bangunan tersebut, atau posisi tanah keras yang cukup dalam untuk dapat memikul berat bangunan dan beban yang bekerja pada bangunan itu.

Adapun jenis pondasi yang digunakan pada Proyek Pembangunan Jalan Tol Medan-Binjai (Jembatan Sei Deli STA 1+600) yaitu pondasi tiang pancang.

1.2. Rumusan Masalah

Dalam merencanakan suatu konstruksi pondasi tiang pancang, yang penting diketahui adalah daya dukung pondasinya. Dalam hal ini, yang di lakukan adalah perhitungan secara analitis dan membandingkannya dengan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak Plaxis.

1.3. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penulis pada tugas akhir ini adalah :

1. Menghitung dan membandingkan daya dukung ultimit pondasi tiang pancang secara analitis dan numeris. Secara analitis penulis menggunakan data SPT (Standard Penetration Test), data Kalendering, data PDA (Pile Dynamic Analyzer), dan secara numeris menggunakan program Plaxis.

2. Menghitung kapasitas daya dukung aksial dan lateral tiang pancang tunggal.

3. Menghitung penurununan elastis tiang pancang tunggal.

4. Menghitung besarnya efisiensi kelompok tiang.

1.4. Batasan Masalah

Mengingat luasnya permasalahan tentang pondasi maka untuk itu penulis membatasi pembatasan masalah untuk mencapai tujuan dari tulisan ini, adapun pembatasan masalahnya diuraikan sebagai berikut :

1. Dalam menganalisa tiang pancang penulis menggunakan data-data Soil Investigation yang diperoleh dari Proyek Jalan Tol Medan-Binjai Seksi IA STA 1+600

2. Tiang pancang yang dianalisis adalah tiang pancang tunggal dengan diameter 0,6 m

3. Data-data yang digunakan dalam menganilsa tiang berdasarkan pada data SPT, Kalendering, dan data PDA

4. Pada pemodelan plaxis menggunakan metode Mohr-Coulomb

5. Nilai-nilai ataupun koefisien yang tidak ada pada data sekunder diperoleh berdasarkan referensi-referensi dan sumber-sumber yang ada.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat penyusunan dari tugas akhir ini adalah :

1. Agar penulis maupun pembaca dapat mengetahui perbandingan perhitungan daya dukung dan penurunan tiang pancang secara analitis maupun numeris 2. Sebagai bahan referensi bagi pihak-pihak yang membutuhkan informasi dan

ingin mempelajari hal yang dibahas dalam tugas akhir ini.

1.6. Sistematika Penulisan

Rencana sistematika penulisan dalam penelitian ini akan dibuat dalam 5 (lima) bab, dengan uraian sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab pendahuluan berisi latar belakang penulisan, tujuan, manfaat, pembatasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi dasar teori , rumus dan segala sesuatu yang digunakan penulis dalam mengitung kapasitas tiang pancang baik secara analitis maupun dengan Metode Elemen Hingga

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi tentang metodologi yang dilakukan dalam analisa berupa urutan-urutan tahapan pelaksanaan analisa dari pencarian data, studi literatur hingga analisa data yang telah diperoleh.

BAB IV : PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang pembahasan perhitungan daya dukung dan penurunan tiang pancang baik secara analitis maupun dengan metode elemen hingga. Hasil perhitungan dari masing – masing metode kemudian akan dibandingkan.

BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan dari hasil analisa dan saran berdasarkan kajian yang telah dikumpulkan pada Tugas Akhir ini.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian Umum

Semua konstruksi yang direncanakan seperti gedung-gedung, jembatan, jalan dan bendung akan bertumpu pada tanah yang didukung oleh pondasi. Pondasi adalah bagian dari suatu sistem rekayasa yang meneruskan beban yang ditopang oleh pondasi dan beratnya sendiri kepada tanah dan batuan yang terletak di bawahnya (Joseph E. Bowles, 1993).

Fungsi dari pondasi adalah meneruskan beban konstruksi ke lapisan tanah yang berada dibawah dari pondasi tersebut. Perencanaan pondasi dikatakan benar apabila beban yang diteruskan oleh pondasi ke tanah tidak melampaui kekuatan tanah yang bersangkutan. Apabila kekuatan dari tanah tersebut terlampaui maka penurunan yang berlebihan atau keruntuhan dari tanah akan terjadi dimana hal tersebut akan menyebabkan kegagalan atau kerusakan pada konstruksi yang berada di atas pondasi tersebut. Oleh karena itu perlu perencanaan yang baik dalam merencanakan daya dukung tanah yang akan di bangun pondasinya.

2.2. Tanah

Secara teknis, tanah didefenisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak terikat secara kimia satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk disertai zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut (Braja M Das, 1995).

Tanah umumnya dapat disebut sebagai kerikil (gravel), pasir (sand), lanau (silt), atau lempung (clay), tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan pada tanah tersebut. Berdasarkan ASTM D2487, klasifikasi pembagian butiran tanah adalah sebagai berikut :

a) Kerikil adalah partikel-partikel batuan yang lolos saringan 3 in (75 mm) dan tertahan dalam saringan no.4 (4,75mm).

b) Pasir adalah partikel-pertikel batuan yang lolos saringan no.4 (4,75mm) dan tinggal dalam saringan no.200 (0,075mm).

c) Lanau adalah tanah yang butirannya lolos saringan no.200 (0,075mm). Untuk klasifikasi, lanau adalah tanah berbutir halus, atau fraksi halus tanah dengan indeks plastisitas kurang dari 4.

d) Lempung adalah tanah berbutir halus yang lolos saringan no.200 (0,075mm).

Untuk klasifikasi, lempung adalah tanah berbutir halus dengan indeks plastisitasnya lebih dari 4. Butiran lempung lebih halus dari lanau, merupakan kumpulan butiran mineral kristalin yang bersifat mikroskopis dan berbetuk serpih-serpih atau pelat-pelat. (Hardiyatmo, 2014).

Cara membedakan antara lanau dan lempung, adalah dengan mengambil tanah basah yang dicetak dan dikeringkan, kemudian dipecah ke dalam fragmen- fragmen kira-kira berukuran 1/8 in (3,1mm) dan ditekan di antara jari telunjuk dan ibu jari. Fragmen lempung hanya dapat pecah jika ditekan dengan usaha yang relative besar, sedang fragmen lanau dapat dipecah dengan mudah bila ditekan.

(Peck et al, 1953).

Tanah terdiri dari 3 komponen, yaitu udara, air, dan bahan padat. Udara dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Dimana ruang di antara butiran-butiran, sebagian atau seluruhnya dapat terisi oleh air atau udara. Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut :

Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah (Das, Braja M.1995)

2.3. Penyelidikan Tanah (Soil Investigation)

Penyelidikan tanah merupakan proses pengambilan contoh (sample) tanah yang bertujuan untuk menyelidiki karakteristik dari tanah tersebut.

Penyelidikan tanah tersebut bertujuan antara lain :

1. Menentukan sifat-sifat tanah yang terkait dengan perencanaan struktur yang akan dibangun diatasnya.

2. Menentukan kapasitas daya dukung ultimit tanah menurut tipe pondasi yang dipilih

3. Menentukan tipe dan kedalaman pondasi 4. Untuk mengetahui posisi muka air tanah 5. Untuk memprediksi besarnya penurunan 6. Menentukan besarnya tekanan tanah

7. Menyelidiki keamanan suatu struktur bila penyelidikan dilakukan pada bangunan yang telah ada sebelumya

8. Pada proyek jalan raya dan irigasi, penyelidikan tanah berguna untuk menentukan letak-letak saluran, gorong-gorong, penentuan lokasi, dan macam bahan timbunan. (Hardiyatmo, 2104).

Penyelidikan tanah ada dua jenis, yaitu penyelidikan di lapangan (in situ) dan penyelidikan di laboratorium (laboratory test). Jenis penyelidikan di lapangan, seperti SPT, pengeboran (hand boring ataupun machine boring), Cone Penetrometer Test (sondir), Sand Cone Test dan Dynamic Cone Penetrometer.

Sedangkan jenis penyelidikan di laboratorium terdiri dari uji index properties tanah (Atterberg Limit, Water Content, Spesific Gravity, Sieve Analysis) dan engineering properties tanah (Direct Shear test, Triaxial Test, Consolidation Test,Permeability Test, Compaction Test, dan CBR).

Dari hasil penyelidikan tanah diperoleh contoh tanah yang dapat dibedakan menjadi dua yaitu :

a. Contoh tanah tidak terganggu (undisturbed soil)

Contoh tanah dikatakan tidak terganggu apabila contoh tanah tersebut dianggap masih menunjukkan sifat-sifat asli tanah tersebut. Sifat asli yang dimaksud adalah contoh tanah tersebut tidak mengalami perubahan seperti pada

strukturnya, kadar air, atau susunan kimianya. Contoh tanah seperti ini tidaklah mungkin bisa didapatkan, akan tetapi dengan menggunakan teknik-teknik pelaksanaan yang baik, maka kerusakan-kerusakan pada contoh tanah tersebut dapat diminimalisir.Tanah tidak terganggu digunakan untuk percobaan engineering properties

b. Contoh tanah terganggu (disturbed soil)

Contoh tanah terganggu dikatakan apabila contoh tanah yang diambil tanpa adanya usaha-usaha tertentu untuk melindungi struktur asli tanah tersebut.Contoh tanah terganggu digunakan untuk percobaan uji index properties tanah.

2.3.1. Pengujian dengan Standard Penetration Test (SPT)

Pengujian SPT bertujuan untuk menentukan kepadatan relatif dan sudut geser lapisan tanah tersebut dari pengambilan contoh tanah menggunakan tabung, jenis tanah dan ketebalan dari setiap lapisan tanah tersebut dapat diketahui, untuk memperoleh data yang kumulatif pada perlawanan penetrasi tanah dan menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi.

Prosedur Pengujian SPT adalah :

1. Lakukan pengujian pada setiap perubahan lapisan tanah atau pada interval sekitar 1,50 m sampai dengan 2,00 m atau sesuai keperluan.

2. Tarik hammer dengan tinggi jatuh bebas hammer adalah 30 inci (75 cm).

Hammer yang dipakai mempunyai berat 140 lbs (63,5 kg).

3. Lepaskan tali sehingga palu jatuh bebas menimpa penahan.

4. Ulangi langkah 2 dan 3 berkali-kali sampai mencapai penetrasi 15 cm.

5. Pada penetrasi 15 cm yang pertama, hitung jumlah pukulan atau tumbukan N 6. Ulangi langkah 2, 3, 4, dan 5 sampai pada penetrasi 15 cm yang kedua dan ke-

tiga.

7. Catat jumlah pukulan N pada setiap penetrasi 15 cm. Jumlah pukulan yang dihitung adalah N2 + N3. Nilai N1 tidak diperhitungkan karena masih kotor bekas pengeboran.

8. Bila nilai N lebih besar dari pada 50 pukulan, hentikan pengujian dan tambah pengujian sampai minimum 6 meter.

Gambar 2.2 Proses Uji SPT Keuntungan dan kerugian SPT yaitu :

1. Keuntungan:

 Dapat diperoleh nilai N dan contoh tanah (terganggu)

 Dapat digunakan pada sembarang jenis tanah dan batuan lunak

 Pengujian Penetrasi Standar pada pasir, hasilnya dapat digunakan secara langsung untuk memprediksi kerapatan relatif dan kapasitas daya dukung ultimit tanah.

2. Kerugian :

 Sampel dalam tabung SPT diperoleh dalam kondisi terganggu

 Nilai N yang diperoleh merupakan data sangat kasar, bila digunakan untuk tanah lempung

 Derajat ketidakpastian hasil uji SPT yang diperoleh bergantung pada kondisi alat dan operator

 Hasil tidak dapat dipercaya dalam tanah yang mengandung banyak kerikil.

2.3.2. Kalendering

Pengujian kalendering secara umum digunakan pada pekerjaan pemancangan tiang pancang (beton maupun pipa baja) untuk mengetahui daya dukung tanah secara empiris melalui perhitungan yang dihasilkan oleh proses pemukulan alat pancang. Alat pancang bisa berupa diesel hammer maupun hydraulic hammer.

Pembacaan kalendering dilakukan pada alat pancang sewaktu memancang.

Jika dari bacaan tinggi bacaan sudah bernilai ≤1 cm , maka pemancangan

sudah siap dihentikan. Itu artinya tiang sudah mencapai titik tanah keras, tanah keras itulah yang menyebabkan bacaan kalenderingnya kecil yaitu 1 cm atau kurang. Jika diteruskan dikhawatirkan akan terjadi kerusakan pada tiang pancang itu sendiri seperti pada topi tiang pancang atau badan tiang pancang itu sendiri. Pembacaan 1 kalendering dilakukan dengan 10 pukulan terakhir.

Sebelum dilaksanakan kalendering biasanya juga dilakukan monitoring pemukulan saat pemancangan yaitu untuk mengetahui jumlah pukulan tiap meter dan total sebagai salah satu bentuk data yang dilampirkan beserta hitungan kalendering. Untuk itu sebelumnya tiang pancang yang akan dipancang diberikan skala terlebih dahulu tiap meternya menggunakan penanda misalnya semprot/philox. Untuk menghitungnya disediakan terlebih dahulu counter agar mudah dalam menghitung jumlah pukulan tiap meter dan totalnya.

Metode pelaksanaan kalendering bersifat sederhana. Alat yang disediakan cukup spidol, kertas millimeter blok, selotip, waterpass, dan kayu pengarah spidol agar selalu pada posisinya. Alat tersebut biasanya juga telah disediakan oleh subkon pancang. Dan pelaksanannya pun merupakan bagian dari kontrak pemancangan. Pelaksanaanya dilakukan pada saat 10 pukulan terakhir. Kapan saat dilaksanakan kalendering adalah saat hampir mendekati top pile yang disyaratkan dan faktor lain yang disesuaikan kondisi dilapangan.

Tahapan pelaksanaannya yaitu :

1. Saat kalendering telah ditentukan dihentikan pemukulannya oleh hammer 2. Memasang kertas milimeter blok pada tiang pancang menggunakan selotip

atau lem

3. Menyiapkan spidol yang ditumpu pada papan penopang dan waterpass tukang, kemudian menempelkan ujung spidol pada kertas millimeter

4. Menjalankan pemukulan

5. Satu orang melakukan kalendering dan satu orang mengawasi serta menghitung jumlah pukulan

Gambar 2.3 Pelaksanaan Kalendering (Tomat Bangun, 2012) 6. Setelah 10 pukulan kertas milimeter diambil

7. Tahap ini bisa dilakukan 2-3 kali agar memperoleh grafik yang bagus

8. Usahakan kertas bersih, karena kalau menggunakan diesel hammer biasanya terkena oli dan grafiknya jadi kurang valid karena tertutup oli

9. Setelah tahapan selesai hasil kalendering ditanda tangani kontraktor, pengawas, dan direksi lapangan untuk selanjutnya dihitung daya dukungnya.

2.3.3. Pengujian dengan Pile Driving Analyzer (PDA)

PDA adalah alat untuk mengukur kekuatan sebuah pondasi selama pemancangan, yang dikembangkan selama tahun 1960an dan diperkenalkan pada tahun 1972. Menurut Coduto dalam Foundation Design Principles and Practices, pengujian daya dukung pondasi tiang dengan menggunakan alat PDA ini metodologinya telah distandarisasi dan diuraikan dalam ASTM D4945. Peralatan ini memiliki tiga komponen sebagai berikut:

1. Sepasang transduser regangan (strain transducers) yang diletakkan di dekat kepala tiang

2. Sepasang accelerometers yang diletakkan di kepala tiang 3. Sebuah PDA

Monitor PDA memberikan keluaran yang berasal dari strain transducers dan accelerometers pondasi tiang pancang, dan data tersebut dievaluasi sebagai berikut:

1. Data strain dikombinasi dengan modulus elastisitas dan luas penampang tiang, memberikan tekanan vertikal pada tiang.

2. Data acceleration diintegrasikan dengan waktu hasil partikel percepatan perjalanan gelombang melalui tiang,

3. Data acceleration diintegrasikan dengan waktu hasil perpindahan pondasi selama pemukulan hammer.

Gambar 2.4 Strain Transducers & Accelerometer

Gambar 2.5 PDA

Setiap tumbukan (impact) yang diberikan pada ujung atas tiang akan menghasilkan gelombang tegangan (stress wave) yang bergerak ke bawah sepanjang tiang dengan kecepatan suara di media materialnya, maka PDA dengan alat sensornya yang ditempatkan pada tiang bagian atas akan dapat menganalisa gelombang tersebut dan menghitung daya dukung tiang dengan metode Case.

Dalam analisa persamaan gelombang (wave equation) impact yang diberikan pada kepala tiang adalah simulasinya, maka dengan PDA ini impact tersebut adalah benar terjadi.

Suatu massa hammer ditumbukkan pada kepala tiang untuk menghasilkan gelombang tegangan keseluruh panjang tiang. Dengan menempatkan sepasang sensor yaitu transducer di bagian atas tiang pada sisi yang berlawanan untuk mencegah pengaruh lentur tiang, maka pengukuran kecepatan partikel sebagai hasil integrasi terhadap besaran percepatan terukur dari accelerometer, serta pengukuran gaya sebagai hasil perkalian besaran regangan terukur dari strain transducer dapat dilakukan. Dimana hasil pengukuran inilah yang menjadi dasar dalam perhitungan daya dukung pondasi tiang dengan metode Case.

2.3.3.1. Case Method

Case method merupakan cara pengukuran dan interpretasi terhadap pengaruh tanah, tegangan pada tiang, kondisi integritas tiang dan kinerja hammer dengan menggunakan PDA.

Perhitungan daya dukung tiang Case method berdasarkan pada perambatan gelombang satu dimensi, dengan asumsi bahwa tiang seragam dan ideal plastis maka dapat diturunkan persamaan sebagai berikut:

F(turun) = ZV(turun) (2.1)

Keterangan :

Z = EA/c ,impedansi atau faktor kekakuan dinamis.

Untuk tiang dengan impedansi Z pada saat tiang ditumbuk, gelombang tumbukan (impact wave) menjalar ke bawah (downward wave), dimana akan terjadi juga gaya tekan (compression force) yang menyebabkan kecepatan ke bawah (downward particle velocity).

Setelah waktu t = L/c, gelombang akan mencapai ujung tiang (pile cap), maka gelombang yang merupakan gelombang tekan dipantulkan ke atas sebagai gelombang tarik (tension wave).

Berarti pada ujung tiang gelombang tekan dan tarik saling menghapuskan.

Akan tetapi gelombang pantul yang merupakan gelombang tarik juga akan mendorong partikel pada ujung bawah tiang menjadi dua kali lipat. Untuk gelombang tarik, arah kecepatan partikel dan penyebaran gelombang berlawanan, sedangkan pada gelombang tekan arah kecepatan dan penyebaran gelombang sama.

Bila ada tahanan tanah di sepanjang tiang sebesar R, akan diperoleh Persamaan sebagai berikut:

Rt =

(2.2) Keterangan :

Rt = Tahanan tanah total F₁ = Gaya pada waktu t₁ F2 = Gaya pada waktu t2

Prinsip inilah yang dilakukan oleh PDA, yaitu mengukur F1, F2, V1, V2, pengukuran dilakukan untuk setiap pukulan yang diberikan. Selain memberikan hasil perhitungan daya dukung tiang, PDA juga menghasilkan perhitungan dari transfer energi tumbukan yang terekam, menghitung gaya maksimum yaitu gaya tekan maupun gaya tarik dilokasi penempatan transducer, serta mengukur kondisi global integritas tiang.

2.3.3.2. Case Pile Wave Analysis (CAPWAP)

CAPWAP adalah program aplikasi untuk menganalisa gelombang gaya (F) dan kecepatan (V) yang diukur oleh PDA. Program CAPWAP digunakan untuk memperkirakan distribusi dan besarnya gaya perlawanan tanah sepanjang tiang berdasarkan modelisasi yang dibuat dan memisahkannya menjadi bagian dinamis dan bagian statis.

Program CAPWAP menggunakan model matematis sistem tiang tanah dengan element diskrit massa dan pegas seperti pada analisa persamaan gelombang, namun hanya merupakan fungsi dari pergerakan tiang saja, sedang tanah sendiri adalah pasif. Sehingga parameter tanah yang perlu diketahui adalah tahanan batas (Ru), perpindahan elastis dari tahanan statis (quake), faktor redaman tanah (Jc).

Analisa CAPWAP dilakukan dengan mencocokkan kurva (F dan V) simulasi yang karakteristiknya diketahui, dengan kurva hasil redaman PDA secara iterasi (trial and error). Jika belum mendapatkan suatu kecocokan, dapat diiterasi lagi dengan mengubah parameter tanahnya. Jika sudah cocok, artinya model tanah yang dicari sudah selesai, maka perlawanan tanah (Ru) dapat dipisah menjadi bagian dinamis dan statis sehingga karakteristik bagian statisnya dapat didefenisikan. Termasuk hasil dari CAPWAP adalah dengan model tanah sudah dapat disimulasikan untuk setiap elemen tiang yaitu fungsi kedalaman, maka dapat disimulasikan perilaku sistem tiang tanah di bawah pembebanan yaitu kurva hubungan beban dengan penurunan kepala tiang (load-settlement curve), kemudian dengan pengetahuan karakteristik hubungan beban dan penurunan dalam setiap elemen, maka daya dukung batas tiang dapat diketahui berdasarkan penurunan izin vertikal mencapai 2,5 mm/blows.

Gambar 2.6 Contoh Tampilan Program CAPWAP

2.4. Pondasi

Pondasi terbagi atas dua jenis yaitu pondasi dangkal dan pondasi dalam.

1. Pondasi Dangkal

Pondasi ini terletak pada kedalaman yang dangkal, umumnya kedalaman pondasi dangkal lebih kecil dari panjang atau lebar pondasi.

2. Pondasi Dalam

Pondasi dalam merupakan pondasi yang dipergunakan untuk meneruskan beban ke lapisan tanah yang mampu memikulnya dan letaknya cukup dalam.

Menurut Bowles,1991, sebuah pondasi harus mampu memenuhi beberapa persyaratan stabilitas dan deformasi, seperti :

1. Kedalaman harus memadai untuk menghindarkan pergerakan tanah lateral dari bawah pondasi, khusus untuk pondasi tapak dan rakit.

2. Kedalaman harus berada di bawah daerah perubahan volume musiman yang disebabkan oleh pembekuan, pencairan, dan pertumbuhan tanaman.

3. Sistem harus aman terhadap penggulingan, rotasi, penggelinciran atau pergeseran tanah.

4. Sistem harus aman terhadap korosi atau kerusakan yang disebabkan oleh bahan berbahaya yang terdapat di dalam tanah.

5. Sistem harus cukup mampu beradaptasi terhadap beberapa perubahan geometri konstruksi atau lapangan selama proses pelaksanaan dan mudah dimodifikasi jika perubahan diperlukan.

6. Metode pemasangan pondasi harus seekonomis mungkin.

7. Pergerakan tanah keseluruhan (umumnya penurunan) dan pergerakan diferensial harus dapat ditolerir oleh elemen pondasi dan elemen bangunan atas.

8. Pondasi dan konstruksinya harus memenuhi syarat standar untuk perlindungan lingkungan.

2.4.1. Pondasi Tiang Pancang

Pondasi tiang pancang digunakan sebagai pondasi bangunan apabila tanah yang berada dibawah dasar bangunan tidak mempunyai daya dukung yang cukup

untuk memikul berat bangunan dan bebannya, atau letak tanah keras yang yang mempunyai daya dukung yang cukup untuk memikul berat bangun dan bebannya letaknya sangat dalam (Sardjono,1988).

Fungsi dari pondasi tiang pancang adalah untuk mentransfer beban bangunan (super structure) ke lapisan tanah yang lebih dalam. Umumnya tiang pancang dipancangkan tegak lurus ke dalam tanah, namun jika jika diperlukan untuk menahan beban horizontal maka tiang pancang akan dipancangkan secara miring (batter pile). Kemiringan disesuaikan dengan alat pancang yang digunakan dan sesuai dengan perencanaan.

Pondasi tiang umumnya digunakan untuk beberapa tujuan, antara lain:

1. Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau tanah lunak, ke tanah pendukung yang kuat.

2. Untuk meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman tertentu sehingga pondasi bangunan mampu memberikan dukungan yang cukup untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan sisi tiang dengan tanah di sekitarnya.

3. Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan.

4. Untuk menahan gaya-gaya horizontal dan gaya yang arahnya miring.

5. Untuk memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas dukung tanah tersebut bertambah.

6. Untuk mendukung fondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah tergerus air.(Hardiyatmo, 2002)

2.4.2. Jenis-Jenis Pondasi Tiang

Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam memilih jenis pondasi tiang pancang yang akan digunakan ada beberapa faktor yaitu , jenis tanah dasar, alasan teknis pada waku pemancangan, dan jenis bangunan yang akan dibangun.

Penggolongan pondasi tiang pancang dapat digolongkan berdasarkan pemakaian bahan, cara penyaluran beban, cara pemasangannya, dan berdasarkan perpindahan tiang, berikut ini adalah penjelasannya

2.4.2.1 Pondasi Berdasarkan Cara Penyaluran Beban A. Tumpuan Ujung (End Bearing Pile)

Menurut Hardiyatmo, 2002, tiang dukung ujung adalah tiang yang kapasitas dukungnya ditentukan oleh tahanan ujung tiang. Umumnya tiang dukung ujung berada dalam zone tanah yang lunak yang berada di atas tanah keras. Tiang-tiang dipancang sampai mencapai batuan dasar atau lapisan keras lain yang dapat mendukung beban yang diperkirakan tidak mengakibatkan penurunan berlebihan.

Kapasitas tiang sepenuhnya ditentukan dari tahanan dukung lapisan keras yang berada di bawah ujung tiang (Gambar 2.7).

Gambar 2.7 Tumpuan Ujung (Hardiyatmo, 2002)

B. Tumpuan Geser (Friction Pile)

Menurut Hardiyatmo, 2002, tiang gesek adalah tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan oleh perlawanan gesek antara dinding tiang dan tanah disekitarnya (Gambar 2.8). Tahanan geser dan pengaruh konsolidasi lapisan tanah di bawahnya diperhitungkan pada hitungan kapasitas tiang.

Gambar 2.8 Tumpuan Geser (Hardiyatmo, 2002) 2.4.2.2 Pondasi Tiang Pancang menurut Pemakaian Bahan

Tiang pancang dapat dibagi ke dalam beberapa kategori (Bowles, 1991), antara lain:

A. Tiang Pancang Kayu

Tiang pancang kayu dibuat dari batang pohon yang cabang-cabangnya telah dipotong dengan hati-hati, biasanya diberi bahan pengawet dan didorong dengan ujungnya yang kecil sebagai bagian yang runcing.

Keuntungan pemakaian tiang pancang kayu, yaitu:

a. Relatif lebih ringan sehingga mudah dalam pengangkutan.

b. Kekuatan tarik besar sehingga pada waktu pengangkatan untuk pemancangan tidak menimbulkan kesulitan seperti misalnya pada tiang pancang beton.

c. Mudah untuk pemotongannya apabila tiang kayu ini sudah tidak dapat masuk lagi ke dalam tanah.

d. Tiang pancang kayu ini lebih baik untuk tumpuan geser dari pada untuk tumpuan ujung sebab tegangan tekanannya relatif kecil.

e. Karena tiang kayu ini relatif flexible terhadap arah horizontal dibandingkan dengan tiang-tiang pancang selain dari kayu, maka apabila tiang ini menerima beban horizontal yang tidak tetap, tiang pancang kayu ini akan melentur dan segera kembali ke posisi setelah beban horizontal tersebut hilang. Hal seperti ini sering terjadi pada dermaga dimana terdapat tekanan ke samping dari kapal dan perahu.

Kerugian pemakaian tiang pancang kayu, yaitu:

a. Karena tiang pancang harus selalu terletak di bawah muka air tanah yang terendah agar dapat tahan lama, jika air tanah yang terendah itu letaknya sangat dalam, hal ini akan menambah biaya untuk penggalian.

b. Tiang pancang yang dibuat dari kayu mempunyai umur yang relatif kecil dibandingkan tiang pancang yang di buat dari baja atau beton terutama pada daerah yang muka air tanahnya sering naik dan turun.

c. Pada waktu pemancangan pada tanah yang berbatu (gravel) ujung tiang pancang kayu dapat berbentuk berupa sapu atau dapat pula ujung tiang tersebut hancur. Apabila tiang kayu tersebut kurang lurus, maka pada waktu dipancangkan akan menyebabkan penyimpangan terhadap arah yang telah ditentukan.

d. Tiang pancang kayu tidak tahan terhadap benda-benda yang agresif dan jamur yang menyebabkan kebusukan.

B. Tiang Pancang Beton (Precast Concrete Reinforced Pile)

Tiang pancang beton adalah tiang pancang dari beton bertulang yang dicetakdan dicor dalam acuan beton (bekisting).

Keuntungan pemakaian tiang pancang beton, yaitu:

a. Tiang pancang beton ini mempunyai tegangan tekan yang besar, hal ini tergantung dari mutu beton yang digunakan.

b. Dapat di hitung baik sebagai tumpuan ujung maupun tumpuan geser.

c. Karena tiang pancang beton ini tidak berpengaruh oleh tinggi muka air tanah seperti tiang pancang kayu, maka disini tidak memerlukan galian tanah yang banyak untuk poernya.

d. Tiang pancang beton dapat tahan lama sekali, serta tahan terhadap pengaruh air maupun bahan-bahan yang corrosive asal beton dekkingnya cukup tebal untuk melindungi tulangannya.

Kerugian pemakaian tiang pancang beton, yaitu:

a. Karena berat sendirinya maka transportnya akan mahal, oleh karena itu tiang pancang beton ini dibuat di lokasi pekerjaan.

b. Memerlukan waktu yang lama untuk menunggu sampai tiang beton ini dapat dipergunakan karena dipancang setelah cukup keras.

c. Bila memerlukan pemotongan maka dalam pelaksanaannya akan lebih sulit dan memerlukan waktu yang lama.

2.4.2.3. Pondasi Tiang Pancang Menurut Pemasangannya

Pondasi tiang pancang menurut pemasangannya dibagi menjadi dua yaitu:

A. Tiang pancang pracetak

Tiang pancang pracetak adalah tiang pancang yang dicetak dan dicor di dalam acuan beton , kemudian setelah cukup kuat lalu diangkat dan dipancangkan

B. Tiang pancang yang dicor ditempat

Tiang yang dicor di tempat ini menurut teknik penggaliannya terdiri dari dua macam cara yaitu cara penetrasi alas dan cara penggalian.

2.4.2.4. Pondasi Tiang Berdasarkan Perpindahannya A. Tiang Perpindahan Besar (Large Displacement Pile)

Yaitu tiang pejal atau berlubang dengan ujung tertutup dipancang ke dalam tanah sehingga terjadi perpindahan volume tanah yang relative besar seperti tiang kayu, tiang beton pejal, tiang beton prategang (pejal atau berlubang), tiang baja bulat (tertutup pada ujungnya).

B. Tiang Perpindahan Kecil (Small Displacement Pile)

Yaitu sama seperti tiang kategori pertama hanya volume tanah yang dipindahkan saat pemancangan relative kecil, contohnya tiang beton berlubang dengan ujung terbuka, tiang beton prategang berlubang dengan ujung terbuka, tiang baja H, tiang baja bulat ujung terbuka, dan tiang ulir.

C. Tiang Tanpa Perpindahan (Non Displacement Pile)

Terdiri dari tiang yang dipasang di dalam tanah dengan cara menggali atau mengebor tanah seperti bored pile, yaitu tiang beton yang pengecorannya langsung di dalam lubang hasil pengeboran tanah (pipa baja diletakkan di dalam lubang dan dicor beton), (Hardiyatmo, 2002).

2.4.3. Metode Pelaksanaan Pemancangan Tiang Pancang

Pemancangan adalah penempatkan tiang pancang di dalam tanah sehingga berfungsi sesuai perencanaan. Penggunaan metode yang tepat, cepat, praktis, dan aman, sangat membantu dalam penyelesaian pekerjaan pada suatu proyek konstruksi. Sehingga target waktu, biaya dan mutu yang ditetapkan dapat tercapai. Secara umum tahapan pekerjaan pondasi tiang pancang sebagai berikut : 1. Membuat tanda, tiang pancang harus dibuat tanda serta tanggal saat tiang tersebut dicor. Titik-titik angkat yang tercantum pada gambar harus dibubuhi tanda dengan jelas pada tiang pancang. Untuk mempermudah perekaan, maka tiang pancang diberi tanda setiap 1 meter

2. Pengangkatan/pemindahan, tiang pancang harus dipindahkan/diangkat dengan hati-hati sekali guna menghindari retak maupun kerusakan lain yang tidak diinginkan. Ada dua metode proses pengangkatan tiang pancang yaitu :

a. Pengangkatan tiang dengan dua tumpuan

Metode ini biasanya dipakai pada saat penyusunan tiang. Persyaratan umum metode ini adalah jarak titik angkat dari kepala tiang adalah 1/5L. Untuk mendapatkan jarak harus diperhatikan momen minimum pada titik angkat tiang sehingga dihasilkan momen yang sama.

b. Pengangkatan dengan satu tumpuan

Metode ini biasanya dipakai pada saat tiang sudah siap akan dipancang oleh mesin pemancangan. Persyaratan metode ini adalah jarak anatara kepala tiang dengan titik angker berjarak L/3. Untuk mendapatkan jarak ini, harus diperhatikan bahwa momen maksimum pada tempat pengikatan tiang sehingga dihasilkan nilai momen yang sama.

3.Rencanakan setting out atau menentukan titik-titik tiang pancang dilapangan dan urutan pemancangan, dengan pertimbangan kemudahan manufer alat.

4.Memasukkan tiang pancang secara perlahan kedalam lubang pengikat tiang pancang yang disebut grip.

5.Sistem jack-in akan naik dan menjepit tiang dengan penjepit. Ketika tiang sudah dipegang erat oleh grip, maka tiang mulai ditekan oleh mesin hidrolik.

6.Setelah selesai memancang, crane akan mengambil tiang kedua dan mengulang kembali seperti tahap pertama.

7.Pemancangan dapat dihentikan sementara untuk penyambungan batang berikutnya apabila level kepala tiang telah mencapai level muka tanah sedangkan level tanah keras yang diharapkan belum tercapai. Ujung bawah tiang didudukkan diatas kepala tiang yang pertama sehingga sisi-sisi pelat sambung kedua tiang telah berhimpit dan menempel menjadi satu. Penyambungan tiang pertama dan tiang kedua digunakan sistem pengelasan penuh. Agar proses pengelasan berlangsung dengan baik dan sempurna, maka ke dua ujung tiang pancang yang diberi plat harus benar-benar tanpa rongga. Pengelasan harus dilakukan dengan teliti karena kecerobohan dapat berakibat fatal, yaitu beban tidak tersalur sempurna.

8.Pemancangan tiang dilakukan hingga tercapai daya dukung desain tiang.

9.Setelah satu titik selesai pindah ke titik lainnya.

2.4.4. Jenis-Jenis Alat Pancang a. Drop – Hammer

Prinsip kerja dari alat pancang ini adalah penumbuk (hammer) ditarik ke atas dengan kabel dan karekan sampai mencapai tinggi jatuh tertentu, kemudian penumbuk tersebut jatuh bebas menimpa kepada kepala tiang pancang

b. Single – Acting Hammer

Prinsip kerjanya adalah penumbuk diangkat ke atas dengan tenaga uap sampai mencapai tinggi jatuh tertentu, kemudian penumbuk tersebut jatuh bebas menimpa kepala tiang pancang.

c. Double – Acting Hammer

Prinsip kerjanya adalah penumbuk diangkat ke atas dengan tenaga uap sampai mencapai tinggi jatuh tertentu, kemudian penumbuk tersebut ditekan ke bawah dengan tenaga uap pula. Jadi disini penumbuk jatuh dengan kecepatan yang lebih besar daripada single – acting hammer maupun drop hammer.

d. Dissel Hammer

Mempunyai mobilitas tinggi, konsumsi bahan bakar rendah, efesien dioperasikan pada suhu rendah, bobotnya ringan dan dimensinya kecil. Dapat

digunakan baik pada tanah kohesif atau lapisan sangat padat dan tidak dapat dioperasikan dengan baik pada tanah lunak.

e. Hydraulic Jacking – In Pile

Menggabungkan teknik menggengam dan menekan atau menarik, sedikit kebisingan dan getaran. Selain itu sangan cocok digunakan di area terbatas ruang geraknya. Penggunaan energy lebih efesien dari single, double dan diesel hammer.

2.5. Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang

Kapasitas daya dukung ultimit menyatakan tahanan geser tanah untuk melawan penurunan akibat pembebanan yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah disepanjang bidang-bidang gesernya (Hardiyatmo, Hary Christady, 2011).

2.5.1. Kapasitas Daya Dukung Axial

2.5.1.1. Kapasitas Daya Dukung Axial Tiang Pancang dari Data SPT

SPT adalah uji penetrasi dinamis yang tujuannya untuk mendapatkan daya dukung tanah secara langsung dimana uji SPT ini sangat sering dilakukan. Harga N yang diperoleh dari SPT tersebut digunakan untuk memperhitungkan daya dukung tanah yang tergantung pada kuat geser tanah. Menurut Coulomb kuat geser tanah dinyatakan dengan:

τ = c + σ tan ø (2.3)

Dimana :

τ = Kekuatan geser tanah (kg/cm²) c = Kohesi tanah (kg/cm²)

σ = Tegangan normal yang terjadi pada tanah (kg/cm²) ø = Sudut geser tanah (º)

Untuk mendapatkan sudut geser tanah dari tanah tidak kohesif (pasir) dapat digunakan rumus Dunham (1962) sebagai berikut :

1. Tanah berpasir berbentuk bulat dengan gradasi seragam, atau butiran pasir bersegi segi dengan gradasi tidak seragam, mempunyai sudut geser sebesar

√ (2.4) 2. Butiran pasir bersegi dengan gradasi seragam, maka sudut gesernya :

(2.5)

Menurut Peck dan Meyerhof, 1997, dari nilai N yang diperoleh pada uji SPT, dapat diketahui hubungan empiris tanah non kohesi seperti sudut geser dalam (ø), indeks densitas, dan berat isi tanah basah (γwet). Hubungan empirisnya dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2.

Tabel 2.1 Hubungan antara Harga NSPT, Sudut Geser Dalam, dan Kepadatan Relatif (Sosrodarsono & Nakazawa, 2005)

Nilai N Kepadatan Relative

Sudut geser dalam (ø) Menurut

Peck

Menurut Meyerhof 0 – 4 Sangat lepas (0,0 – 0,2) < 28,5 < 30

4 – 10 Lepas (0,2 – 0,4) 28,5 – 30 30 – 35

10 – 30 Sedang (0,4 – 0,6) 30 – 36 35 – 40

30 – 50 Padat (0,6 – 0,8) 36 – 41 40 – 45

>50 Sangat padat (0,8 – 1,0) > 41 >45 Tabel 2.2 Hubungan antara Harga N_SPT dan Berat Isi Tanah (Das, 1995) Tanah tidak

kohesif

Harga N < 10 10 – 30 30 – 50 > 50 Berat isi,

(kN/m³) 12-16 14-18 16-20 18-23

Tanah kohesif

Harga N < 4 4 – 15 16 – 25 > 25 Berat isi,

(kN/m³) 14 – 18 16 – 18 16 – 18 > 20 Untuk menghitung daya dukung pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT dapat digunakan metode Meyerhof, rumus yang dapat digunakan antara lain : 1. Kapasitas Daya Dukung Pondasi Tiang Pada Tanah Non Kohesif (Pasir Dan

Kerikil)

a) Daya Dukung Ujung Pondasi Tiang

Qp = 40 x NSPT x Ap (2.6)

Dimana :

N1 = Nilai N rata-rata pada kedalaman 10d pada ujung tiang ke atas N₂ = Nilai N rata-rata pada kedalaman 4d pada ujung tiang ke bawah A_p = Luas tiang (m²) =

d = Diameter tiang pancang (m) b) Tahanan Geser Selimut Tiang

Qs = 2 x NSPT x P x Li (2.7) Dimana :

N_SPT = Nilai SPT

L_i = Tebal lapisan tanah (m) P = Keliling tiang (m)

Gambar 2.9 Nilai NSPT untuk Desain Tahanan Ujung Tanah Pasir (Meyerhof, 1997)

2. Kapasitas Daya Dukung Pondasi Tiang pada Tanah Kohesif a) Daya Dukung Ujung Pondasi Tiang

Q_p = 9 x c_u x A_p (2.8)

b) Tahanan Geser Selimut Tiang

Qs = α x cu x P x Li (2.9)

Dimana :

α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang cu = Kohesi undrained (kN/m²)

c_u = N_SPT x x 10 (2.10)

A_p = Luas penampang tiang (m²) P = Keliling tiang (m)

L_i = Tebal lapisan tanah (m)

Gambar 2.10 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (cu) dengan Faktor Adhesi (α) (API, 1987)

Dari nilai N yang diperoleh dari uji SPT, dapat diketahui hubungan empiris tanah non-kohesif seperti sudut geser dalam (ø), indeks densitas, dan berat isi tanah basah (γwet).

Tabel 2.3 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir (Das, 1995)

2.5.1.2. Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang dari Data Kalendering

Kapasitas daya dukung tiang pancang dari data kalendering dapat dihitung dengan tiga metode, yaitu :

a) Metode Hiley Formula

Dimana :

Qu : Kapasitas daya dukung (ton) Wr : Berat hammer (ton)

Wp : Berat pile (ton) e : Koefisien restitusi

S : Rata-rata penetrasi 10 pukulan terakhir (cm) h : Tinggi jatuh hammer (cm)

K : Rata-rata rebound untuk 10 pukulan terakhir K = 0,5(k1+k2+k3)

Koefisien restitusi adalah rasio besarnya kecepatan relatif sesudah dan sebelum tumbukan antara drop hammer dengan kepala tiang.

Angka Penetrasi Standard, N

Kepadatan Relatif, Dr (%)

Sudut Geser Dalam ø (°)

0 – 5 0 – 5 26 – 30

5 – 10 5 – 30 28 – 35

10 – 30 30 – 60 35 – 42

30 – 50 60 – 65 38 – 46

b) Metode Danish Formula

Dimana :

: Efisiensi alat pancang (Tabel 2.4) E : Energi alat pancang (kg.cm) L : Panjang tiang pancang (m)

Ep : Modulus elastisitas tiang (kg/ cm²)

Tabel 2.4 Efisiensi Jenis Alat Pancang (Sosrodarsono, 1997)

Jenis Alat Pancang Efisiensi

Pemukul jatuh (drop hammer) 0,75 – 1,00

Pemukul aksi tunggal (single acting hammer) 0,75 – 0,85 Pemukul aksi ganda (double acting hammer) 0,85

Pemukul diesel 0,85 – 1,00

Tabel 2.5 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer (Sosrodarsono, 1997)

Type

Tenaga Hammer Jumlah Pukulan

Per Menit

Berat Balok Besi Panjang

kN-m Kips-fit Kg-cm kN Kips Kg

K 150 379,9 280 3872940 45 - 60 147,20 33,11 15014,40 K 60 143,2 105,60 1460640 42 - 60 58,70 13,20 5987,40 K 45 123,5 91,10 1259700 39 – 60 44 9,90 4480 K 35 96 70,80 979200 39 – 60 34,3 7,70 3498,60 K 25 68,8 50,70 701760 39 - 60 24,5 5,50 2499

c) Metode Modified New Enginering News Record (ENR)

(2.13)

Dimana :

Ef = Efisiensi hammer (%) Wr = Berat hammer (Ton) Wp = Berat pile (Ton)

S = Rata-rata penetrasi 10 pukulan terakhir (cm) C = 0,25

E = Koefisien restitusi (Tabel 2.6) h = Tinggi jatuh hammer (cm)

Tabel 2.6 Koefisien Restitusi (Sosrodarsono, 1997)

Pile Material Coefficient of Restitution Cast iron hammer and concrete pile

(without cap) 0,4 – 0,5

Wood cushion and concrete pile

(without cap) 0,3 – 0,4

Wooden pile 0,25 – 0,3

2.5.2. Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang

Dalam perencanaan pondasi kita harus mempertimbangkan beban lateral (horizontal), seperti beban gempa dan beban lainnya. Dimana beban-beban tersebut akan bekerja pada ujung atas (kepala tiang). Hal tersebut akan menyebabkan kepala tiang terdeformasi lateral dan menimbulkan gaya geser pada tiang sehingga tiang akan melentur dan menimbulkan momen lentur.

Gaya geser yang dipikul tiang harus mampu didukung oleh tampang tiang sesuai dengan bahan yang dipakai. Besarnya gaya geser dapat dianggap terbagi rata ke seluruh tiang. Selain kapasitas dukung tiang perlu juga ditinjau terhadap kapasitas dukung tanah di sekitarnya. Keruntuhan yang mungkin terjadi karena keruntuhan tiang, dan dapat pula karena keruntuhan tanah di sekitarnya.

Untuk tanah berupa lempung kaku terkonsolidasi berlebihan (stiff over consolidated clay), modulus tanah umumnya dianggap konstan di seluruh kedalamannya. Faktor kekakuan R dinyatakan dengan Persamaan :

R = √ (2.14)

Dimana :

K = khd = k1/1,5 = Modulus tanah

k1 = Modulus reaksi subgrade dari Terzaghi (kg/cm³) E = Modulus elastis tiang

I = Momen inersia tiang (m⁴) d = Diameter tiang (m)

Tabel 2.7 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebih (Overconsolidated)

(Hardiyatmo, 2002)

Konsistensi Kaku Sangat kaku Keras

Kohesi Undrained cu

kN/m² 100-200 200-400 ˃400

kg/cm² 1 – 2 2 – 4 ˃4

k1

MN/m³ 18 – 36 36 -72 ˃72

kg/cm³ 1,8 - 3,6 3,6 - 7,2 ˃7,2

k1 direkomendasikan

MN/m³ 27 54 ˃108

kg/cm³ 2,7 5,4 ˃10,8

Untuk tanah lempung terkonsolidasi normal (normally consolidated) dan tanah granuler, modulus tanah dapat dianggap bertambah secara linier dengan kedalamannya (semakin ke bawah semakin besar). Faktor kekakuan untuk modulus tanah yang tidak konstan (T) dinyatakan oleh persamaan :

( ) ^⁄ (2.15)

Dengan modulus tanah:

K = . z (2.16)

Kh = z/d (2.17)

Dimana:

K = Modulus tanah

E = Modulus elastis tiang = 4700 √ (2.18)