ANALISIS KAPASITAS DAYA DUKUNG TIANG PANCANG TUNGGAL DENGAN METODE
ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA
Silvia Kasturi1 dan Rudi Iskandar2
1Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan
Email: silvia4lordkrishna@gmail.com
2
Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan
ABSTRAK
Setiap bangunan sipil seperti gedung, jembatan, jalan raya, terowongan, menara, dam/tanggul dan sebagainya harus mempunyai pondasi yang dapat mendukungnya. Istilah Pondasi merupakan elemen bangunan yang berfungsi untuk menyalurkan semua beban yang bekerja pada struktur tersebut kedalam tanah, sampai kedalaman tertentu yaitu sampai lapisan tanah keras. Tujuan dari studi ini adalah untuk mengevaluasi serta membandingkan kapasitas daya dukung aksial dan lateral pondasi tiang tunggal secara analitis dan numeris. Secara analitis dilakukan dengan menghitung kapasitas daya dukung berdasarkan data-data dari lapangan yang didapat yaitu SPT, Kalendering. Numeris yaitu menghitung dengan menggunakan metode elemen hingga menggunakan program. Hasil studi ini berdasarkan metode analitis diperoleh kapasitas daya dukung aksial ultimit tiang (Qu) untuk data SPT adalah 281,18 Ton, untuk data kalendering dengan beberapa formula yaitu formula Danish diperoleh kapasitas daya dukung ultimit (Qu) = 492,469 Ton, formula Engineering News Recordv (ENR) = 333,656 Ton, formula WIKA = 356,005 Ton, metode elemen hingga diperoleh kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang (Qu) = 449,776 Ton. Hasil kapasitas daya dukung lateral ultimit tiang (Hu) berdasarkan metode analitis adalah 15,723 Ton, dan berdasarkan metode elemen hingga diperoleh 57,978 Ton.
Kata kunci : SPT, Kalendering, Numeris, Kapasitas daya dukung,
ABSTRACT
Every civil building such as buildings, bridges, highways, tunnels, towers, dams / embankment and etc. must have a foundation that can support it. The term foundation is building element whose function is to distribute all loads acting on the structure into the ground, to a certain depth until the hard soil.The purpose of this study was to evaluate and compare the axial bearing capacity and lateral single pile analytically and numerically. Analytically done by calculating the bearing capacity based on the data obtained from the field, namely SPT, Kalendering. The numerical count by using the finite element method using the program.The results of this study based on the analytical method obtained axial bearing capacity ultimit piles (Qu) for data SPT was 281.18 Tons, for data kalendering with some formula that is derived formula Danish ultimit bearing capacity (Qu) = 492.469 Tons, Engineering News formula Recordv (ENR) = 333.656 Tons, WIKA formula = 356.005 Tons, finite element method is obtained ultimit bearing capacity of piles (Qu) = 449.776 Tons. The results of the lateral bearing capacity ultimit piles (Hu) based on the analytical method was 15.723 Tons, and based on the finite element method is obtained 57.978Tons.
Keywords: SPT, Kalendering, numerical, bearing capacity,
1. PENDAHULUAN
Pondasi merupakan suatu bagian konstruksi banguanan yang berfungsi meneruskan beban bangunan diatasnya (termasuk beban sendiri), kepada tanah tempat pondasi tersebut berpijak, tanpa mengakibat terjadinya penurunan bangunan di luar batas toleransinya. Sehingga dalam Perencanaan pondasi harus dilakukan dengan teliti dan secermat mungkin, setiap pondasi harus dapat memikul beban yang telah ditentukan atau bahkan beban maksimum yang mungkin terjadi. Oleh karena itu, dengan melihat komparasi dari kedua metode yang akan disajikan berikut, diharapkan para perencana pondasi akan dapat merencanakan pondasi, serta menanggulangi penurunan secara akurat, teliti, dan efektif.
2. TUJUAN
Mengevaluasi dan membandingkan besarnya kapasitas daya dukung aksial dan lateral pada pondasi tiang tunggal dengan menggunakan metode analitis dan metode elemen hingga dari data lapangan. Menganalisa seberapa jauh komparasi kapasitas daya dukung aksial dan lateral dengan kedua metode.
3. METODE
Pengumpulan data yang dilakukan dengan memakai data penelitian yang diperoleh dari suatu proyek pembangunan yaitu hasil dari pelaksanaan kalendering dan Standard penetration Test (SPT)
Kapasitas Daya Dukung Aksial dan Lateral dengan Metode Analitis:
Menghitung Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang dari Data SPT
Metode Meyerhof :a. Daya dukung ujung tanah pada tanah non - kohesif :
Qp (1) b. Tahanan geser selimu tiang pancang pada tanah non – kohesif :
Qs (2)
c. Daya dukung ujung tiang pada tanah kohesif untuk tiang pancang dan tiang bor:
(3)
d. Tahanan geser selimut tiang pada tanah kohesif:
(4)
Dimana: Qp = Tahanan ujung ultimate ( kN ) Ap = Luas penampang tiang pancang ( m2 )
NSPT = Jumlah pukulan yang diperlukan dari percobaan SPT = NSPT memakai Norr = (N1+N2)/2
= N1 adalah nilai Nrata-rata 10D = N2 adalah nilai Nrata-rata 4D
Lb = Tebal lapisan tanah kumulatif ( m ) D = Diameter tiang pancang ( m ) Li = Tebal lapisan tanah ke-i ( m ) p = Keliling tiang ( m )
α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang Cu = Kohesi undrained ( kN/ m2) = NSPT x 2/3 x 10
Menghitung Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang dari Data Kalendering :
1. Metode Danish:Pu = (5)
Dimana: = Effisiensi alat pancang E = Energi alat pancang L = Panjang tiang pancang Ep = Modulus Elastisitas Tiang
2. Metode Modified New Enginering News Record (ENR) :
Rdu =
(6)
Dimana : ef = effisiensi Hammer ( % ) Wr = Berat Hammer ( Ton ) Wp = Berat Pile ( Ton )
S = Penetrasi pukulan per cm ( cm ) n = koefisien restitusi = 0,4
h = Tinggi jatuh hammer 3. Metode WIKA : Rdu =
x
(7)Dimana : Wr = Berat Hammer ( Ton ) Wp = Berat Pile ( Ton ) e = koefisien retitusi = 0,25 S = Penetrasi pukulan per cm ( cm ) H = Ram stroke atau tinggi jatuh hammer
K = Rebound
Menghitung Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang dari Data Lapangan :
Metode Brom’s : Hu = (8)Dimana : Hu = Daya dukung mendatar yang diizinkan ( kg ) Mu = momen ultimate
B = Diameter Pile ( cm ) E = Modulus Elastisitas tiang e = jarak beban ke permukaan tanah. = berat isi tanah ( kN/m3 )
Kp = Koefisien tekanan tanah pasif
Kapasitas Daya Dukung Aksial dan Lateral dengan Metode Elemen Hingga:
Metode elemen hingga lebih didasarkan pada pemograman Plaxis (Finite Element Code For Soil and Rock Analyses) yaitu merupakan suatu rangkuman program elemen hingga yang telah dikembangkan untuk menganalisis deformasi dan stabilitas geoteknik dalam perencanaan – perencanaan sipil. Pemodelan yang dilakukan yaitu model mohr-coulomb, dengan mengasumsikan tanah bersifat plastis sempurna. Menggunakan data input yaitu parameter
tanah dan tiang. Parameter – parameter yang diperoleh berdasarkan data penyelidikan tanah pada proyek pembangunan.
Proses pemasukan data pada metode elemen hingga dilakukan dengan proses sebagai berikut:
a. Struktur tanah dibuat dengan lebar 20D (D = diameter tiang pancang), layer tanah dibuat sesuai dengan keadaan lapangan, kemudian tiang dibuta dengan pemodelan axissimetris.
b. Setting material tanah, masukan data input, mesh generated, generate water pressures, tegangan effektif, kemudian kalkulasi.
c. Proses kalkulasi yang dilakukan dengan beberapa fase yaitu:
-Fase 1 : penentuan initial phase sebagai kondisi tanah awal, waktu 0 hari -Fase 2 : consolidation, minimum pore pressure
-Fase 3 : memasukan phi-c reduction dengan nilai 0,1
d. Untuk pemodelan beban horizontal/lateral, proses pemasukan data – data sama seperti bebab aksial, namun pada pembebanan lateral, pengaktifan beban dilakukan dengan membuat arah beban secara lateral yaitu pada fase initial phase.
4. PEMBAHASAN DAN PERHITUNGAN
Perhitungan yang dilakukan berdasarkan data proyek pembangunan yang ditinjau yaitu pada titik borhole-1dengan mengambil data kalendering dekat pada titik borhole-1yaitu tepat pada As E-4.
Tabel 1. Hasil Perhitungan kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data SPT yang menggunakan rumus empiris, memakai metode meyerhof dan data diambil pada titik 1 (BH-01) :
SKIN FRICTIONS Depth (m) Layer NSPT N1 N2 NCOR CU (kN/m2) α Local Cumm 0 1 0 0 1 0,5 3,333 1 5,233 5,233 1 2 1 2 1,5 10,000 1 15,700 20,933 2 4 2 3,267 2,633 17,556 1 27,562 48,496 3 6 3 4,267 3,633 24,222 1 38,029 86,524 4 2 12 4,8 6,322 5,561 37,074 0,85 49,475 136,000 5 3 6 5 10,389 7,694 - - 24,161 160,160 6 4 25 9,167 15,889 12,528 - - 39,337 199,498 7 5 49 17 20,389 18,694 - - 58,701 258,198 8 31 21,5 22,833 22,167 - - 69,603 327,801 9 6 13 22,667 25,056 23,861 - - 74,924 402,725 10 7 22 24,333 26,667 25,500 - - 80,070 482,795 11 29 28,167 26,278 27,222 - - 85,478 568,273 12 21 27,500 24,722 26,111 - - 81,989 650,262 13 23 23,167 24,722 23,944 - - 75,186 725,448 14 33 23,500 27,611 25,556 - - 80,244 805,692 15 37 27,500 32,111 29,806 - - 93,589 899,281 16 48 31,833 34,417 33,125 - - 104,013 1003,294 16,3 8 60 37 37 37 - - 116,180 1119,474
Lanjutan Tabel 1.
Hasil perhitungan kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data kalendering yang menggunakan rumus empiris, dengan beberapa metode dan data diambil pada AS E-4:
Metode Danish:
Metode Modified New ENR:
Rdu = 333,656 Ton Metode WIKA: Rdu = 356,005 Ton Depth (m) Layer NSPT NCOR CU (kN/m2) α End Bearing (kN) Qult (kN) Qall (Ton) 0 1 0 0,500 3,333 1 5,888 11,121 0,445 1 2 1,500 10,000 1 17,663 38,596 1,544 2 4 2,633 17,556 1 31,008 79,503 3,180 3 6 3,633 24,222 1 42,783 129,307 5,172 4 2 12 5,561 37,074 0,85 65,482 201,482 8,059 5 3 6 7,694 - - 120,803 280,963 11,239 6 4 25 12,528 - - 393,372 592,870 23,715 7 5 49 18,694 - - 880,508 1138,706 45,548 8 31 22,167 - - 1392,067 1719,868 68,795 9 6 13 23,861 - - 1873,097 2275,823 91,033 10 7 22 25,500 - - 2001,750 2484,545 99,382 11 29 27,222 - - 2136,944 2705,218 108,209 12 21 26,111 - - 2049,722 2699,984 107,999 13 23 23,944 - - 1879,639 2605,086 104,203 14 33 25,556 - - 2006,111 2811,803 112,472 15 37 29,806 - - 2339,736 3239,018 129,561 16 48 33,125 - - 2600,313 3603,606 144,144 16,3 8 60 37,000 - - 2904,500 4023,974 160,959
Hasil perhitungan kapasitas daya dukung lateral tiang pancang dari data proyek ssebuah lapangan yang menggunakan rumus empiris :
Metode brom’s:
Berikut akan disajikan hasil yang diperoleh dari pemasukan kedua data input berdasarkan data spesifikasi dari suatu proyek pembangunan, yaitu:
(a) (b)
Gambar 1.(a).Pemodelan awal untuk tanah dan tiang dengan pembebanan statis arah aksial serta (b). pemasukan data input tanah dan tiang
(a) (b)
Gambar 3. Hasil output dari metode elemen hingga yang diperoleh berdasarkan data input (a). Pore pressure/ tekanan air tanah pada lokasi (b). Tegangan efektif tanah pada lokasi tiang yang
ditinjau
Hasil perhitungan kapasitas daya dukung aksial tiang pancang memakai metode elemen hingga, data sesuai dengan proyek pembangunan yang ditinjau.
Gambar 4. Hasil kalkulasi dari fase – fase, nilai Σ Msf Besarnya nilai Σ Msf = 1,5996, Maka nilai Qu plaxis adalah: Qu = Σ Msf x Pu
Qu = 1,5996 x 281,180 Ton
Untuk daya dukung lateral proses kalkulasi pada metode elemen hingga sama seperti daya dukung aksial hanya saja pada saat initial phase, beban yang diaktifkan dengan arah lateral. Berikut akan disajikan hasil yang diperoleh untuk daya dukung lateral:
Gambar 5. Pemodelan beban statis arah lateral pada lokasi yang sama
Gambar 6. Hasil dari fase – fase kalkulasi, diperoleh nilai Σ Msf
Besarnya nilai Σ Msf = 3,6876, Maka nilai Hu plaxis adalah: Hu = Σ Msf x Hu
Hu = 3,6876 x 157,225 kN = 579,783 kN
Hasil perhitungan kapasitas daya dukung aksial pada tiang pancang tunggal dari metode analitis dan metode elemen hingga, dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.Tabel hasil perhitungan dari metode analitis dan metode elemen hingga
Hasil kapasitas daya dukung lateral tiang pancang tunggal yang diperoleh, metode analitis dengan menggunakan metode Brom’s dan Metode elemen hingga, dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 3. Hasil perhitungan daya dukung lateral dari metode analitis dan metode elemen hingga
Daya dukung lateral (Ton) Metode brom’s Metode elemen hingga Hult (Ton) 15,723 57,978 Hall (Ton) 6,289 23,191
5. KESIMPULAN
Dari hasil dan analisis data lapangan, dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Kapasitas daya dukung aksial ultimit yang diperoleh dari beberapa metode analitis yaitu untuk data SPT, menggunakan meyerhof = 281,180 Ton, data kalendering , dengan menggunakan tiga metode yaitu :
Danish = 492, 469 Ton
ENR = 333,656 Ton
Wika = 356,005 Ton, dan metode elemen hingga = 449,776 ton.
2. Hasil kapasitas daya dukung lateral ultimit metode analitis dengan menggunakan metode Brom’s yaitu 15,723 Ton dan Metode elemen hingga diperoleh 57,978 Ton.
3. Perbedaan yang diperoleh dari daya dukung aksial disebabkan karena pada metode elemen hingga parameter tanah yang digunakan dalam data input lebih banyak dibandingkan dengan metode anilitis. Pada metode elemen hingga tidak hanya memperhitungkan faktor bentuk pondasi saja namun juga materialnya ( modulus elatisitas dan poissin rassio tiang).
4. Daya dukung lateral yang diperoleh dari metode analitis dan metode elemen hingga jauh berbeda, hal ini dikarenakan keruntuhan program plaxis berinteraksi pada tanah nya bukan berinteraksi pada tiang nya, sehingga untuk hasil daya dukung lateral pada metode elemen hingga dinyatakan tidak valid, karena tidak
Data SPT (BH-01) Data Kalendering (E-4, no.2) Metode Meyerhof Metode Danish Metode ENR Metode WIKA Metode elemen hingga Qult (Ton) 281,180 492,469 333,656 356,005 449,776 Qall (Ton) 112,472 123,117 133,462 142,402 179,910
sesuai dengan yang terjadi pada teori dan lapangan. Maka hasil daya dukung lateral pada metode elemen hingga tidak dapat digunakan sebagai perbandingan pada metode analitis.
6. DAFTAR PUSTAKA
Arifin, Zainul , 2010. “Komparasi Daya Dkung Aksial Tiang Tunggal Dihitung Dengan Beberapa Metode Analisis”, Tesis fakultas teknik Universitas Diponegoro Semarang .
Iskandar, Rudi. 2002. “Beberapa Kendala Teori Perhitungan Daya Dukung Aksial Pondasi Dalam”, USU, Sumatra Utara.
Das, Braja, M, 1995, Mekanika Tanah 1, Penerbit ERLANGGA, Jakarta.
Das, Braja, M, 2006, Principles of Geotechnical Engineering fourth edition, KENT Publishing Company, Boston. Das, Braja, M, 2006, Principles of Geotechnical Engineering fifth edition, Thomson Canada Limited, Canada. Das, Braja, M, 2006, Principles of Geotechnical Engineering seventh edition, California State University,
Sacramento.
Tomlinson, M.J., 1997, Pile Design and Construction Practice, 1st Edition, View Point Publishing, London.
Tomlinson, Michael, 2008, Pile Design and Construction Practice fifth edition, Taylor & Francis e-Library, New York.
Bowles, Joseph.E.,1997, “Foundation Analysis and Design”, McGraw-Hill Companies,Inc., Illinois Sardjono,HS, 1988, Pondasi Tiang Pancang, Jilid 1, Penerbit SINAR JAYA WIJAYA, Surabaya. Sardjono, H.S, 1998, Pondasi Tiang Pancang, Jilid 2, Penerbit SINAR JAYA WIJAYA, Surabaya.
Sosrodarsono, S. Dan Nakazawa, K, 1983, Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi, PT Pradaya Paramita, Jakarta. Bowles, J. E, 1991, Analisa dan Desain Pondasi, Edisi keempat Jilid 1, Erlangga, Jakarta.
Bowles, J. E, 1993, Analisa dan Desain Pondasi, Edisi keempat Jilid 1, Erlangga, Jakarta. Hardiyatmo, H, C., 2002, Teknik Pondasi 2, Edisi Kedua, Beta Offset, Yogyakarta. Program Plaxis
