ANALISIS UJI BEBAN STATIK TIANG PANCANG TUNGGAL 40 X 40 CM2 DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
PADA PROYEK RUSUNAWA JATINEGARA JAKARTA
TESIS
Oleh
HARUN HARASID 117016023
PROGRAM PASCA SARJANA TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2017
ANALISIS UJI BEBAN STATIK TIANG PANCANG TUNGGAL 40 X 40 CM2 DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
PADA PROYEK RUSUNAWA JATINEGARA JAKARTA
TESIS
Untuk memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Sipil Pada Program Pascasarjana
Universitas Sumatera Utara
OLEH
HARUN HARASID 117016023
PROGRAM PASCA SARJANA TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2017
Judul Tesis : ANALISIS UJI BEBAN STATIK TIANG
PANCANG TUNGGAL 40 X 40 CM2 DENGAN METODE ELEMEN HINGGA PADA PROYEK RUSUNAWA JATINEGARA JAKARTA
Nama Mahasiswa : Harun Harasid Nomor Pokok : 117016023 Program Studi : Teknik Sipil Bidang Studi : Geoteknik
Menyetujui Komisi Pembimbing,
Ketua Anggota
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Ir. Rudi Iskandar, MT)
Ketua Program Studi Dekan Fakultas Teknik USU
S2 / S3 Teknik Sipil USU
(Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc) (Ir. Seri Maulina, M.Si, Ph.D)
Tanggal Lulus: 02 Mei 2017
Telah Diuji pada Tanggal: 02 Mei 2017
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Anggota : Ir. Rudi Iskandar, MT
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc
tiang pancang yang diperoleh dari daya dukung ujung (end bearing capacity) yaitu dari tekanan ujung tiang dan daya dukung gesek atau selimut (friction bearing capacity) yang diperoleh dari daya dukung gesek atau gaya adhesi antara tiang pancang dan tanah sekelilingnya. Penyelidikan Standard Penetration Test (SPT) bertujuan untuk mendapatkan gambaran lapisan tanah berdasarkan jenis dan warna tanah melalui pengamatan secara visual, sifat-sifat tanah, karakteristik- karakteristik tanah. Data Standard Penetration Test (SPT) dapat digunakan untuk menghitung daya dukung. Selain penyelidikan Standard Penetration Test (SPT), analisis ini juga dilengkapi dengan pengambilan sampel dilaboratorium dan pengujian pembebanan langsung terhadap tiang (Loading Test) serta data sondir untuk memastikan daya dukung.
Tesis ini menganalisis kapasitas daya dukung dan penurunan pada pondasi tiang square pile diameter 40 x 40 cm tiang tunggal maupun kelompok tiang,menggunakan program Plaxis dan membandingan hasilnya dengan interpretasi uji beban statis (loading test) pada pondasi proyek Rusunawa Jatinegara Jakarta. Analisis menggunakan data penyelidikan tanah lapangan dan laboratorium serta membandingkan terhadap model tanah Mohr Coulomb.
Daya dukung ultimit dari data SPT pada tiang puncang sepanjang 15,4 meter diperoleh sebesar 189,81 ton dan berdasarkan parameter kuat geser tanah sebesar 198,67 ton. Dan dari titik sondir diperoleh berdasarkan daya dukung Aoki dan De Alencar sebesar 276,241 ton dan berdasarkan Meyrehoff sebesar 305,49 ton. Berdasarkan hasil daya dukung Loading Test nilai daya dukung ultimit untuk 3 metode diantaranya yang menggunakan metode Davisson (260 ton), metode Mazurkiewiez (270 ton) dan Metode Chin (250 ton). Efisiensi kelompok tiang menurut Converse – Labrare Equation = 0,73, menurut Los Angeles Group Action Equation = 0,59 dan menurut Metode Sheiler – Keeney = 0,94. Daya dukung berdasarkan kekuatan tiang sebesar 221,76 Ton, daya dukung berdasarkan data kalendering sebesar 201,71 ton, daya dukung lateral pondasi tiang tunggal sebesar 12,96 ton. Pada waktu diberikan beban sebesar beban maksimum(280 ton), penurunan yang lebih besar terdapat pada hasil Pemodelan Elemen Hingga metode Maintained load test yaitu sebesar 21,00 mm dan metode Quick load test yaitu sebesar 20,67 mm, dibandingkan dengan penurunan yang terjadi hasil dari Loading Test di lapangan yaitu sebesar 18,74 mm. Berdasarkan ASTM D1143/81, penurunan yang diizinkan adalah sebesar 25,40 mm. Maka berdasarkan penurunan bahwa tiang pondasi aman dalam konstruksi. Tekanan air pori sangat dipengaruhi oleh waktu sehingga didapatkan kesimpulan antara Slow Maintained Load Test dan Quick Load Test terdapat perbedaan tingkat tekanan air pori. Dari hasil perhitungan yang dilakukan, Quick Load Test menunjukkan tekanan air pori yang lebih cepat terdisipasinya air pori.
Kata Kunci: Loading Test, Metode Elemen Hingga, Square Pile
bearing capacity, that is, the compressive end piling and friction bearing capacity obtained from friction bearing capacity and adhesive capacity between the piling and the soil around it. The investigation on the Standard Penetration Test is aimed to get the description of soil layer, based on the type and color of soil through visual observation, and soil characteristics. SPT data can be used to calculate bearing capacity. Besides investigating the SPT, this study is also equipped by taking the samples in laboratory and loading test on the piling and sondir data to confirm its bearing capacity.
This study analyzed bearing capacity and settlement in square pile of 40X40 cm in diameter in single pile or grouped piles, using empirical method, AllPile program, Plaxis program, and comparing the result with interpreting its loading test in the foundation of Rusunwa project, Jatingara, Jakarta. The analysis was done by using the data on soil investigation and laboratory by comparing them with Mohr Coulamb soil model.
Ultimate bearing capacity from the SPT data in the piling of 15.4 meter was 189.81 tons and the parameter of soil shear strength was 198.67 tons. The sander point, based on Aoki and De Alencar bearing capacity was 276.241 tons and based on Meyrehoff it was 305.49 tons. Based on the loading test of bearing capacity, unlimited bearing capacity for the 3 methods was Davisson (260 tons), Mazurkiewiez (270 tons), and Chin (250 tons). The efficiency of grouped piles according to Converse-Labrare Equation method = 0.73, according to Los Angeles Group Action Equation method = 0.59, and according to Sheiler-Keeny method = 0.94. Bearing capacity based on piling strength was 221.76 tons, bearing capacity based on calendaring data was 201.71 tons, and lateral bearing capacity of single piling foundation was129.6 kN (12.96 tons). When the maximum load (280 tons) was given, more decrease occurred in the Maintained load test of 21.00 mm and Quick Load Test method of 20.67 mm, compared with the decrease in the result of Loading Test in the field of 18.74 mm. Based on ASTM D1143/81, it was found that the permitted decrease was 25.40 mm.
Therefore, based on the decrease, it coud be concluded that foundation piles were safe in the construction. The prewssure of pore water is highly influenced by time so that in Maintaineed Load Test and Quick Load Test, there was the disparity in the level of pore water pressure. Form the result of the calculation, Quick Load Test showed that in pore water pressure, the pore water was dissipated in its acceleration.
Keywords: Loading Test, Finite Element Method, Square Pile
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat meyelesaikan Penelitian tesis ini dengan baik.Tesis ini ditulis adalah sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan perkuliahan pada Program Magister Program Pascasarjana Teknk Sipil Universitas Sumatera Utara (USU) untuk memperoleh gelar Magister Teknik (MT) dalam pengutamaan (kekhususan) bidang Struktur Geoteknik.
Judul Tesis “Analisis Uji Beban Statik Tiang Pancang Tunggal 40 X 40 cm2 dengan Metode Elemen Hingga pada Proyek Rusunawa Jatinegara Jakarta” dan merupakan sebuah studi literatur yang menggunakan data-data penyelidikan tanah (soil investigation), dan uji pembebanan statis (loading test) serta berisi tentang konsep dan metodologi analisis kapasitas daya dukung dan penurunan pondasi tiang yang dibandingkan (komparasi) dengan analisis pemodelan tanah secara metode elemen hingga.
Penulis menyadari, penyusunan tesis ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan hormat dan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr.
Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc Selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil dan Dosen Pengajar. Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku Ketua Komisi Pembimbing Tesis. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT Selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil dan Dosen Pengajar serta Anggota Komisi Pembimbing Tesis, Ibu Ir. Seri Maulina, M.Si, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik, Bapak Prof. Dr. Runtung Sitepu SH, M.Hum, Rektor Universitas Sumatera Utara.
Penulis juga menyampaikan hormat dan terimakasih kepada Bapak Prof.
Dr. Ing. Johannes Tarigan, Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc sebagai pembanding maupun penguji dalam memperbaiki penelitian ini dengan saran-saran yang sangat bermanfaat dan seluruh Bapak Staf Pengajar Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani masa perkuliahan
doa mereka juga kepada penulis hingga dapat menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Pt. Perentjana Djaja selaku Konsultan perencana dan penyelidikan tanah, PT. Berdikari Pondasi Perkasa selaku pelaksana loading test, PT. AKK selaku konsultan loading test, PT. Widya Karya (WIKA)/PT. HK selaku pelaksana/kontraktor pada Proyek Rusunawa Jatinegara Jakarta yang telah memberikan dorongan dan semangat untuk studi lanjut kepada penulis pada Program Studi Magister Teknik Sipil Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Saudara Simon Petrus Simorangkir, ST, Saudari Rini, ST, Agus Salim Jadi, Sari, Shendy Wijaya sebagai teman dalam pengutamaan (kekhususan) bidang Struktur Geoteknik, serta Rekan-rekan Mahasiswa Magister Jurusan Teknik Sipil USU khususnya angkatan 2012 yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dalam penyusunan penelitian tesis ini baik secara langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kriktik membangun demi perbaikan dan penyempurnaan dari tesis ini di masa yang akan datang. Akhir kata, Semogasegala kebaikan yang selama ini telah penulis terima dari berbagai pihak mendapat balasan yang mulia dari Tuhan Yang Maha Esa. Dan nantinya tesis ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Medan, Mei 2017
HARUN HARASID 117016023/TS
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi.
Sepanjang pengetahuan saya juga, tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali yang secara tertulis diakui dalam naskah ini disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, Mei 2017
HARUN HARASID 117016023/TS
Tempat / Tanggal Lahir : Kuning / 01 – 08 - 1963
Alamat : Jl. Setia Budi No. 107 Pulonas, Kutacane Agama : Islam
Email : harunharasid@ymail.com
B. RIWAYAT PENDIDIKAN
SD Negeri 1 Kuning 1971 – 1977
SMP Negeri 1 Kuning 1977 – 1980
SMA Negeri 1 Kutacane 1980 – 1983
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas
Tunas Pembangunan Surakarta 1987 – 1991
Magister Teknik Sipil Konsentrasi Struktur Geoteknik 2011 - 2017
C. RIWAYAT PEKERJAAN
PT. Kogas 1996 - 2007
PT. Anugerah Design Consultant 2007 - 2016
PT. Citra Diecona Consultant 2016 - sekarang
KATA PENGANTAR ... iii
PERNYATAAN ... v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR NOTASI ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan ... 4
1.3. Manfaat ... 5
1.4. Pembatasan Masalah ... 5
1.5. Sistematika Penulisan ... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 9
2.1. Umum ... 9
2.2. Penyel idikan Tanah ... 11
2.2.1 Standard Penetration Test ... 11
2.2.2 Sondir... 14
2.2.3 Kalendering ... 17
2.3 Tiang Dukung Ujung dan Tiang Gesek ... 17
2.4 Daya dukung Pondasi Tiang ... 19
2.4.1 Data Sondir ... 19
2.4.2 Sata SPT ... 21
2.4.3 Data hasil Uji Laboratorium ... 23
2.4.4 Data Kalendering ... 26
2.5.2. Prosedure Pengukuran Tiang ... 36
25.3. Interpretasi Data Uji Pembebanan (Loading Test) untuk Daya Dukung ... 38
2.6 Penurunan Tiang (Settlement Pile) ... 42
2.6.1 Penurunan pada Tiang Tunggal ... 42
2.6.2. Penurunan pada Kelompok Tiang ... 44
2.6.3. Penurunan Tiang yang Diizinkan (Sizin) ... 47
2.7 Efisiensi Kelompok Tiang/Pile Group ... 48
2.8 Daya Dukung Pondasi Tiang akibat Beban Lateral ... 50
2.8.1 Daya Dukung Tiang Pendek Kepala Tiang Bebas (Free Head) ... 51
2.8.2. Daya Dukung Tiang Pendek Kepala Tiang Terjepit (Fixed Head) ... 54
2.8.3. Daya Dukung Tiang Panjang Kepala Tiang Bebas (Free Head) ... 55
2.8.4. Daya Dukung Tiang Panjang Kepala Tiang Terjepit (Fixed Head) ... 57
2.9. Pemodelan Program Plaxis ... 59
2.9.1. Model Mohr Coloumb ... 66
2.9.2. Parameter Model Tanah... 74
2.9.3. Prosedure Penggunaan Program Plaxis ... 74
2.10. Penelitian Terdahulu ... 78
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 91
3.1. Deskripsi Proyek ... 91
3.2. Data Teknis Tiang pancang ... 91
3.3. Tahap Penelitian ... 92
Loading Test ... 96
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 98
4.1. Gambaran Umum Lokasi Penelitian ... 98
4.2. Gambaran Umum Proyek Rusunawa ... 98
4.3. Deskripsi Lapisan Tanah dari Data Borelog ... 98
4.4. Hasil dan Pembahasan ... 101
4.4.1. Menghitung kapasitas daya dukung tiang pancang 101 4.4.1.1. Menghitung kapasitas daya dukung tiang pancang dari data sondir ... 101
4.4.1.2. Menghitung kapasitas daya dukung tiang pancang dari data SPT ... 108
4.4.1.3. Menghitung kapasitas daya dukung Tiang Pancang berdasarkan parameter kuat geser tanah ... 118
4.4.1.4. Menghitung kapasitas daya dukung Tiang Pancang berdasarkan Loading Test ... 127
4.4.1.5. Menghitung daya dukung kelompok tiang berdasarkan efisiensi ... 134
4.4.1.6. Analisis Bentuk Penampang Tiang Pancang ... 138
4.4.1.7. Analisis Daya Dukung Berdasarkan Kekuatan Tiang ... 141
4.4.1.8. Analisis Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data Kalendering dengan Metode Danish Formula ... 141
4.4.1.11. Analisis Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Program AllPile . 148
BAB V PEMODELAN ELEMEN HINGGA ... 153
5.1. Pendahuluan ... 153
5.2. Lapisan Tanah, Jenis Tanah, dan Tiang pancang ... 154
5.3. Deskripsi dan Parameter Lapisan Tanah ... 154
5.4. Data Tiang Pancang Untuk Input Program Berbasis Numerik ... 157
5.5. Siklus Pembebanan Loading Test ... 158
5.6 Input Parameter Tanah Untuk Pemodelan Elemen Hingga ... 160
5.7 Pemodelan Lapisan Tanah dan Tiang pancang ... 162
5.8. Tahapan Pengerjaan Analisis dengan Program Finite Element ... 163
5.9. Hasil Loading Test dengan Pemodelan Finite Element ... 165
5.10. Kurva Hubungan Beban dan Penurunan ... 168
5.10.1 Beban 50% (Cycle I)... 168
5.10.2 Beban 100% (Cycle II) ... 170
5.10.3 Beban 150% (Cycle III) ... 172
5.10.4 Beban 200% (Cycle IV) ... 174
5.11. Perbandingan Antara Hasil Loading Test di Lapangan dengan Finite Element ... 176
5.12. Kurva Hubungan Beban Dengan Waktu Loading Test dengan Finite Element ... 179
5.13. Daya Dukung Ultimate Akibat Beban Vertikal dengan Finite Element Pada Setiap Meternya ... 180
Elemen Hingga dengan Quick Load Test ... 190
5.17. Hubungan Tekanan Air Pori terhadap Waktu antara Slow Maintained Load Test dan Quick Load Test pada Elemen Hingga ... 191
5.18. Perbandingan Pemodelan Elemen Hingga Slow Maintained Loading Test dengan Quick Loading Test Method ... 192
5.19. Perhitungan Daya Dukung Lateral dengan Metode Broms ... 195
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 198
6.1 Kesimpulan ... 198
6.2 Saran ... 199
DAFTAR PUSTAKA ... 200
2.1. Hubungan antara harga Dr, (φ) , N dari pasir. (Sosrodarsono S.,
1988) ... 13
2.2. Hubungan antara Dr, N dari lempung. (Sosrodarsono S., 1988) ... 12
2.3. Hal-hal yang Perlu Dipertimbangkan untuk Penentuan Harga N ... 13
2.4. Effisiensi jenis alat pancang (Hardiyatmo, 2003) ... 26
2.5. Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer (KOBE Katalog, 1989) 27 2.6. Korelasi Nilai N-SPT dan qc dengan Modulus Elastisitas Tanah ... 69
2.7. Hubungan Jenis Tanah dan Konsistensi Tanah dengan Poisson’s ratio (υ) (Das, 1999) ... 70
2.8. Korelasi antara Konsistensi Tanah dan Tekanan Konus (Begemen, 1965) ... 71
2.9. Hubungan antara Jenis Tanah dengan Koefisien Rembesan (K) (Wesley, 1977) ... 73
2.10. Hasil Penelitian Terdahulu ... 79
4.1. Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang Metode Meyerhaff pada Titik S-2 ... 106
4.2. Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang berdasarkan SPT Tanah pada titik BH-1 ... 110
4.3. Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan SPT tanah pada titik BH-2 ... 113
4.4. Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan SPT tanah pada titik BH-3 ... 116
4.5. Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang berdasarkan Parameter Kuat Geser Tanah pada titik BH-1 ... 120
4.6. Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan parameter kuat geser tanah pada titik BH-2 ... 123
Beban ... 133 4.10. Hasil Analisis Perbandingan Bentuk Penampang Square Pile
dengan Spun Pile saat diberi Beban Rencana 140 Ton ... 140 4.11. Penurunan Akibat Pemendekan Tiang Pancang ... 147 5.1. Data Tiang pancang ... 154 5.2. Input parameter tanah untuk Pemodelan Elemen Hingga pada Bore
Hole -2 ... 161 5.3. Perhitungan Penurunan Maksimum, Plastis dan Elastis beban 50 % 169 5.4. Perhitungan Penurunan Maksimum, Plastis dan Elastis beban
100% ... 171 5.5. Perhitungan Penurunan Maksimum, Plastis dan Elastis beban
150% ... 173 5.6. Perhitungan Penurunan Maksimum, Plastis dan Elastis beban
200% ... 175 5.7. Perbandingan Hubungan Penurunan Loading Test dan Finite
Element ... 178 5.8. Perbandingan Daya Dukung N-SPT dan Finite Element ... 187 5.9. Hubungan Beban dan Penurunan Quick Load Test dengan FEM ... 193 5.10. Hubungan Beban dan Penurunan Slow Load Test dengan Quick
Load Test ... 194 5.11. Daya Dukung Lateral Metode Broms dan Metode Elemen Hingga .. 197
2.1 Tiang ditinjau dari cara mendukung bebannya ... 18
2.2. Skema metode Meyerhaff (1956) ... 21
2.3.a Faktor Nq* ... 24
2.3.b Grafik Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor Adhesi (a) 25 2.4. Pengujian dengan sistem kentledge ... 31
2.5. Pengujian dengan tiang jangkar ... 32
2.6. Hubungan Beban terhadap Penurunan dengan Metode Davisson ... 39
2.7. Grafik Hubungan Beban dengan Penurunan Metode Mazurkiewicz . 40 2.8. Grafik daya dukung ultimate dengan Metode Chin ... 42
2.9. Faktor penurunan Io ... 44
2.10. Koreksi kompresi, Rk ... 44
2.11 Koreksi kedalaman, Rh ... 45
2.12 Koreksi angka poison, Rµ ... 45
2.13 Koreksi kekakuan lapisan pendukung, Rb ... 45
2.14. Banyak baris (n) dan banyak tiang pancang per-baris (m) ... 49
2.15. Pola keruntuhan tiang pendek kepala tiang bebas ... 52
2.16 Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek kepala tiang bebas pada tanah pasir ... 53
2.17 Reaksi tanah dan momen lentur tiang kepala tiang bebas pada tanah lempung ... 53
2.18.a Kapasitas lateral ultimit untuk tiang pendek pada tanah pasir ... 53
2.18.b Kapasitas lateral ultimit untuk tiang pendek pada tanah lempung .... 53
2.19.a Pola keruntuhan tiang pendek – kepala tiang terjepit ... 54
2.19.b Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek – kepala tiang terjepit pada tanah pasir ... 54
2.20 Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek – kepala tiang terjepit pada tanah lempung ... 55
2.23 Perlawanan tanah dan momen lentur tiang panjang – kepala tiang
terjepit ... 58
2.24 Bidang leleh dari model Soft Soil dalam bidang p′- q (Plaxis 8,2) .... 64
2.25 Ilustrasi dari seluruh kontur bidang leleh dari model Soft Soil ... 65
2.26. Defenisi E0 dan E50 Untuk Hasil Uji Triaksial Terdrainase Standar (Finite Element 8.2) ... 68
2.27. Lingkaran-Lingkaran Tegangan Saat Mengalami Leleh (Yield) ; Satu Lingkaran Menyentuh Garis Keruntuhan Coulomb (Finite Element 8.2) ... 72
2.28. Tampilan General Settings Program Finite Element ... 75
3.1. Flow Chart ... 94
3.2. Lokasi Peta Proyek Rusunawa di Jatinegara, Jakarta ... 95
3.3. Lokasi Titik SPT, Sondir, Kalendering, Laboratorium dan Loading Test ... 96
3.4. Pondasi Tiang Pancang dan borelog Proyek Rusunawa di Jatinegara, Jakarta ... 97
3.5. Detail borelog Proyek Rusunawa di Jatinegara, Jakarta. ... 97
4.1 Perkiraan nilai qca (base) ... 102
4.2. Nilai qc (side) pada titik sondir 1 (S-2) ... 111
4.3. Daya Dukung Tanah Berdasarkan Data Sondir S-2 ... 114
4.4. Daya Dukung Tanah Berdasarkan Data SPT Borelog BH-1 ... 110
4.5. Daya Dukung Tanah Berdasarkan Data SPT Borelog BH-2 ... 112
4.6. Daya Dukung Tanah Berdasarkan Data SPT Borelog BH-3 ... 117
4.7. Daya Dukung Tanah Berdasarkan Data Parameter Tanah Borelog BH-1 ... 121
4.8. Daya Dukung Tanah Berdasarkan Data Parameter Tanah Borelog BH-2 ... 124
4.12. Persamaan Garis Linier Hubungan S/P Versus S ... 132
4.13. Daya Dukung Tanah Berdasarkan Metode Chin ... 133
4.14. Pondasi tiang pancang tipe P321 ... 134
4.15. Kapasitas Lateral untuk Tiang Panjang pada Tanah Kohesif (Broms, 1964) ... 144
4.16. Nilai qc (side) pada titik sondir (S-2) ... 145
4.17. Data gaya vertical, horizontal dan momen ... 150
4.18. Hasil Output AllPile ... 150
4.19. Data gaya horizontal dan momen ... 151
4.20. Data gaya horizontal dan momen ... 152
5.1. Pemodelan Lapisan Tanah dan Tiang pancang ... 163
5.2. Pemodelan Lapisan Tanah dan Tiang pancang pada Lokasi BH-2 .. 163
5.3. Generate Mesh pada Lokasi BH-2 ... 169
5.4. Active Pore Pressure pada Lokasi BH-2 ... 164
5.5. Effctive Stresses pada Lokasi BH-2 ... 165
5.6. Pemodelan Lapisan Tanah dan Tiang pada Lokasi BH-2 ... 166
5.7. Deformasi Mesh yang dihasilkan pada Lokasi BH-2 ... 166
5.8. Perpindahan Vertikal pada Lokasi BH-2 ... 167
5.9. Hubungan Beban dan Penurunan ... 167
5.10. Kurva Hubungan antara Beban dan Penurunan 50% ... 165
5.11. Kurva Hubungan antara Beban dan Penurunan 100% ... 171
5.12. Kurva Hubungan antara Beban dan Penurunan 150% ... 173
5.13. Kurva Hubungan antara Beban dan Penurunan 200% ... 175
5.14. Grafik Hubungan Beban dan Penurunan antara Hasil Loading Test di Lapangan dengan Finite Element ... 177
5.15. Grafik Hubungan Beban dan Waktu ... 179
5.16. Grafik Hubungan Penurunan terhadap Waktu ... 180
5.19. Input dan Output Finite Element untuk Analisis Daya Dukung Vertikal Ultimate Per – 7 meter ... 183 5.20. Input dan Output Finite Element untuk Analisis Daya Dukung
Vertikal Ultimate Per – 9 meter ... 184 5.21. Input dan Output Finite Element untuk Analisis Daya Dukung
Vertikal Ultimate Per – 14 meter ... 185 5.22. Input dan Output Finite Element untuk Analisis Daya Dukung
Vertikal Ultimate Per –15,4 meter ... 186 5.23. Tegangan Total Pada Pembebanan 25% ... 187 5.24 Pemodelan Lapisan Tanah dan Generate Mesh pada Lokasi BH-2 . 188 5.25 Active Pore Pressure dan Effective Stress pada Lokasi BH-2 ... 189 5.26 Step Akhir Proses Perhitungan Quick Load Test pada Program
Elemen Hingga ... 189 5.27. Grafik Hubungan dengan Penurunan Quick Load Test Hasil
Pemodelan Elemen Hingga Cycle I, II, III & IV yaitu Beban dari 0% - 300% pada Kedalaman 15,40 m ... 190 5.28. Grafik Perbandingan Tegangan Air Pori terhadap waktu antara
Slow Maintained Load Test dan Quick Load Test pada Elemen Hingga ... 192 5.29. Pemodelan Pembebanan arah lateral pada lokasi Pembebanan
Vertikal ... 195 5.30. Generate Mesh pada pembebanan arah horisontal ... 196 5.31. Hasil dari fase-fase kalkulasi, didapat dari nilai ∑ Msf ... 196
A = Luas penampang tiang pancang.
Ab = luas penampang ujung tiang (cm2) Ap = luas penampang pondasi tiang (m2)
ATiang = Luas penampang tiang pancang (m)
Bg = lebar kelompok tiang (m) Bg = lebar kelompok tiang (m).
C = 0,254 cm untuk unit S dan h dalam cm Cu = kohesi tanah (ton/m2)
D = Diameter Tiang Pancang (m)
E = Energi alat pancang yang digunakan.
eh = efisiensi palu (hammer eficiency)
Eh = energi pemukul dari pabrik per satuan waktu Ep = Modulus elastisitas tiang
f = kapasitas dukung kulit persatuan luas (kg/cm2) fi = tahanan suatu skin friction (ton/m2).
h = tinggi jatuh
h = Kedalaman total lapisan tanah ujung tiang ke muka tanah.
Io = Faktor pengaruh penurunan untuk tiang yang tidak mudah mampat
K0 = koefisien tekanan tanah (K0 = 1 – sin φ).
k3 = kompresi elastik tanah
L = panjang tanah
Lb = tebal lapisan tanah (m).
Li = tebal lapisan tanah (m)
N = koef. Restitusi antara ram dan pile cap n = koefisien restitusi
N = N-SPT pada kedalaman zi sampai zi + Bg
n = Jumlah tiang
Nc = faktor daya dukung ( untuk Φ = 0, Nc = 9).
Nc* = faktor daya dukung tanah, untuk pondasi tiang pancang Nq*
= faktor daya dukung tanah.
p = keliling pondasi (m)
PTiang = Daya dukung tiang yang diijinkan (kN).
Ptiang = Daya dukung terhadap kekuatan bahan (ton)
Pu = Kapasitas daya dukung ultimate tiang.
Q = Beban yang bekerja (ton) q = tekanan vertical efektif (ton/m2)
Qa = Daya dukung ultimit
qb = kapasitas daya dukung di ujung tiang persatuan luas (kg/cm2)
qca(base) = perlawanan konus rata-rata 1,5D diatas ujung tiang, 1,5D dibawah ujung tiang
qe = tekanan pada dasar pondasi = P/Lg.Bg Qg = Kapasitas kelompok ijin tiang (ton) Qijin = Daya dukung ijin tarik (ton)
Qjin = daya dukung ijin (kg atau ton) Qp = Daya dukung ujung tiang pancang
Qs = kapasitas daya dukung selimut pondasi tiang (kN).
Qu = Kapasitas ultimate tiang
Rb = Faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung Relative Density/ Dr = Kepadatan relative
Rh = Faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras
Rk = Faktor koreksi kemudah mampatan tiang Rμ = Faktor koreksi angka Poisson μ
S = Penurunan untuk tiang tunggal (mm)
S = Banyaknya penetrasi pukulan diambil dari kalendering di lapangan.
s = penetrasi per pukulan
S = penurunan tiang tunggal (m).
Wp = berat tiang, termasuk pilecap, driving shoe, dan capblok
WR = Berat hammer
WR x h = Energi palu, SF yang direkomendasikan = 6
Wr = berat ram (termasuk berat casing untuk pemukul aksi dobel) Zi = kedalaman 2/3 L di bawah tiang
α = faktor adhesi empiris.
α = faktor adhesi 0,55 (Reese & Wright, 1977) η = Effisiensi alat pancang.
ζb = Tegangan tekan beton yang diijinkan
ζr = tegangan tanah = 2000 lb/ft2 = 100 kPa = 10000 kg/m2 ζv’ = tegangan vertical efektif tanah (ton/m2)
Φ = Sudut geser tanah
tiang pancang yang diperoleh dari daya dukung ujung (end bearing capacity) yaitu dari tekanan ujung tiang dan daya dukung gesek atau selimut (friction bearing capacity) yang diperoleh dari daya dukung gesek atau gaya adhesi antara tiang pancang dan tanah sekelilingnya. Penyelidikan Standard Penetration Test (SPT) bertujuan untuk mendapatkan gambaran lapisan tanah berdasarkan jenis dan warna tanah melalui pengamatan secara visual, sifat-sifat tanah, karakteristik- karakteristik tanah. Data Standard Penetration Test (SPT) dapat digunakan untuk menghitung daya dukung. Selain penyelidikan Standard Penetration Test (SPT), analisis ini juga dilengkapi dengan pengambilan sampel dilaboratorium dan pengujian pembebanan langsung terhadap tiang (Loading Test) serta data sondir untuk memastikan daya dukung.
Tesis ini menganalisis kapasitas daya dukung dan penurunan pada pondasi tiang square pile diameter 40 x 40 cm tiang tunggal maupun kelompok tiang,menggunakan program Plaxis dan membandingan hasilnya dengan interpretasi uji beban statis (loading test) pada pondasi proyek Rusunawa Jatinegara Jakarta. Analisis menggunakan data penyelidikan tanah lapangan dan laboratorium serta membandingkan terhadap model tanah Mohr Coulomb.
Daya dukung ultimit dari data SPT pada tiang puncang sepanjang 15,4 meter diperoleh sebesar 189,81 ton dan berdasarkan parameter kuat geser tanah sebesar 198,67 ton. Dan dari titik sondir diperoleh berdasarkan daya dukung Aoki dan De Alencar sebesar 276,241 ton dan berdasarkan Meyrehoff sebesar 305,49 ton. Berdasarkan hasil daya dukung Loading Test nilai daya dukung ultimit untuk 3 metode diantaranya yang menggunakan metode Davisson (260 ton), metode Mazurkiewiez (270 ton) dan Metode Chin (250 ton). Efisiensi kelompok tiang menurut Converse – Labrare Equation = 0,73, menurut Los Angeles Group Action Equation = 0,59 dan menurut Metode Sheiler – Keeney = 0,94. Daya dukung berdasarkan kekuatan tiang sebesar 221,76 Ton, daya dukung berdasarkan data kalendering sebesar 201,71 ton, daya dukung lateral pondasi tiang tunggal sebesar 12,96 ton. Pada waktu diberikan beban sebesar beban maksimum(280 ton), penurunan yang lebih besar terdapat pada hasil Pemodelan Elemen Hingga metode Maintained load test yaitu sebesar 21,00 mm dan metode Quick load test yaitu sebesar 20,67 mm, dibandingkan dengan penurunan yang terjadi hasil dari Loading Test di lapangan yaitu sebesar 18,74 mm. Berdasarkan ASTM D1143/81, penurunan yang diizinkan adalah sebesar 25,40 mm. Maka berdasarkan penurunan bahwa tiang pondasi aman dalam konstruksi. Tekanan air pori sangat dipengaruhi oleh waktu sehingga didapatkan kesimpulan antara Slow Maintained Load Test dan Quick Load Test terdapat perbedaan tingkat tekanan air pori. Dari hasil perhitungan yang dilakukan, Quick Load Test menunjukkan tekanan air pori yang lebih cepat terdisipasinya air pori.
Kata Kunci: Loading Test, Metode Elemen Hingga, Square Pile
bearing capacity, that is, the compressive end piling and friction bearing capacity obtained from friction bearing capacity and adhesive capacity between the piling and the soil around it. The investigation on the Standard Penetration Test is aimed to get the description of soil layer, based on the type and color of soil through visual observation, and soil characteristics. SPT data can be used to calculate bearing capacity. Besides investigating the SPT, this study is also equipped by taking the samples in laboratory and loading test on the piling and sondir data to confirm its bearing capacity.
This study analyzed bearing capacity and settlement in square pile of 40X40 cm in diameter in single pile or grouped piles, using empirical method, AllPile program, Plaxis program, and comparing the result with interpreting its loading test in the foundation of Rusunwa project, Jatingara, Jakarta. The analysis was done by using the data on soil investigation and laboratory by comparing them with Mohr Coulamb soil model.
Ultimate bearing capacity from the SPT data in the piling of 15.4 meter was 189.81 tons and the parameter of soil shear strength was 198.67 tons. The sander point, based on Aoki and De Alencar bearing capacity was 276.241 tons and based on Meyrehoff it was 305.49 tons. Based on the loading test of bearing capacity, unlimited bearing capacity for the 3 methods was Davisson (260 tons), Mazurkiewiez (270 tons), and Chin (250 tons). The efficiency of grouped piles according to Converse-Labrare Equation method = 0.73, according to Los Angeles Group Action Equation method = 0.59, and according to Sheiler-Keeny method = 0.94. Bearing capacity based on piling strength was 221.76 tons, bearing capacity based on calendaring data was 201.71 tons, and lateral bearing capacity of single piling foundation was129.6 kN (12.96 tons). When the maximum load (280 tons) was given, more decrease occurred in the Maintained load test of 21.00 mm and Quick Load Test method of 20.67 mm, compared with the decrease in the result of Loading Test in the field of 18.74 mm. Based on ASTM D1143/81, it was found that the permitted decrease was 25.40 mm.
Therefore, based on the decrease, it coud be concluded that foundation piles were safe in the construction. The prewssure of pore water is highly influenced by time so that in Maintaineed Load Test and Quick Load Test, there was the disparity in the level of pore water pressure. Form the result of the calculation, Quick Load Test showed that in pore water pressure, the pore water was dissipated in its acceleration.
Keywords: Loading Test, Finite Element Method, Square Pile
1.1. Latar Belakang
Pemerintah Provinsi DKI Jakarta menyiapkan pembangunan rumah susun sederhana sewa (rusunawa) di Jatinegara, Jakarta Timur. Rusun tersebut ditargetkan selesai akhir tahun ini dan bisa ditempati warga yang selama ini tinggal di bantaran Sungai Ciliwung.Dirjen Cipta Karya Kementrian PU Imam S Ernawi mengatakan program pembangunan Rusunawa Jatinegara Barat Jakarta satu tahun anggaran, pembangunan Rusunawa tersebut meliputi 2 buah menara 16 lantai dengan jumlah 546 unit satuan rumah susun (sarusun) dengan luas 30 m2 dan untuk menampung 546 kepala keluarga. Rusunawa ini dibangun untuk menampung warga yang tinggal di bantaran Sungai Ciliwung dan wilayah lain yang menjadi langganan banjir, Proyek Rusunawa Jatinegara Barat dapat mendukung program Pemprov DKI dalam merelokasi warga yang tinggal di bantaran kali Ciliwung yang selama ini terkena dampak banjir.
Pada perencanaan proyek Rusunawa Jatinegra dimana desain dan jenis pondasi yang benar sangat menentukan keberhasilan serta daya tahan gedung rusunawa ditentukan oleh pondasi, suatu konstruksi yang baik dan benar sesuai umur rencana bangunan tersebut semuanya bertumpu pada pondasi. Pondasi merupakan pekerjaan yang sangat penting dalam pekerjaan teknik sipil, karena pondasi yang memikul dan menahan semua beban yang bekerja pada bangunan.
Jenis pondasi yang dipakai pada proyek Rusunawa Jatinegara adalah pondasi
tiang pancang kotak (square pile) 40 x 40 cm produksi Wika Beton dan mutu beton K-450.
Pondasi yang akan menyalurkan semua beban dan tegangan-tegangan yang terjadi pada beban struktur ke dalam lapisan tanah sesuai besar beban dan jenis pondasi yang dipakai untuk menahan beban konstruksi tersebut.
Pondasi dapat dibagi dalam 2 (dua) jenis, yaitu pondasi dalam dan pondasi dangkal. Pemilihan jenis pondasi tergantung kepada jenis struktur atas apakah termasuk konstruksi berat atau konstruksi ringan dan tergantung kepada jenis tanahnya. Untuk konstruksi beban ringan dan kondisi tanah cukup baik, biasanya dipakai pondasi dangkal, tetapi untuk konstruksi berat biasanya digunakan pondasi dalam.
Pondasi tiang pancang adalah salah satu jenis pondasi yang digunakan untuk menyalurkan beban pondasi melewati lapisan tanah dengan daya dukung rendah ke lapisan tanah keras yang mempunyai kapasitas daya dukung tinggi yang relatif cukup tinggi, bila dibanding pondasi dangkal. Daya yang dukung tiang pancang yang diperoleh dari daya dukung ujung (end bearing capacity) yaitu dari tekanan ujung tiang dan daya dukung gesek atau selimut (friction bearing capacity) yang diperoleh dari daya dukung gesek atau gaya adhesi antara tiang pancang dan tanah sekelilingnya.
Tiang pancang berinteraksi dengan tanah untuk menghasilkan daya dukung yang mampu memikul dan memberikan keamanan kepada struktur atas.
Untuk menghasilkan daya dukung yang akurat maka diperlukan suatu penyelidikan tanah yang akurat juga. Ada dua metode yang biasa digunakan
dalam penentuan kapasitas daya dukung tiang pancang yaitu metode statis dan metode dinamis.
Penyelidikan tanah dengan metode statis adalah penyelidikan sondir dan Standard Penetration Test (SPT). Penyelidikan sondir bertujuan untuk mengetahui perlawanan penetrasi konus dan hambatan lekat tanah yang merupakan indikasi dari kekuatan tanahnya pada kedalaman tertentu dan juga dapat menentukan dalamnya berbagai lapisan yang berbeda kekuatannya. Serta dapat digunakan untuk menghitung daya dukung lapisan tanah dengan menggunakan rumus empiris.
Penyelidikan Standard Penetration Test (SPT) bertujuan untuk mendapatkan gambaran lapisan tanah berdasarkan jenis dan warna tanah melalui pengamatan secara visual, sifat-sifat tanah, karakteristik-karakteristik tanah. Data Standard Penetration Test (SPT) dapat digunakan untuk menghitung daya dukung. Selain penyelidikan Standard Penetration Test (SPT), analisis ini juga dilengkapi dengan pengambilan sampel dilaboratorium dan pengujian pembebanan langsung terhadap tiang (Loading Test) untuk memastikan daya dukung. Hasil pemeriksaan laboratorium ini adalah hasil dari contoh (sample) yang dibawa dari lapangan. Contoh tanah yang dibawa dari lapangan ini ada yang bersifat terganggu (disturbed sample) dan contoh tanah tidak terganggu (undisturbed sample).
1.2. Tujuan
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
1. Menghitung besarnya daya dukung pondasi tiang pancang tunggal yang terjadi berdasarkan beberapa metode secara konvensional. Ini diperoleh berdasarkan penyelidikan tanah di lapangan yaitu data sondir dan SPT untuk satu lokasi dari beberapa titik peninjauan dan menganalisis daya dukung tiang pancang tunggal serta penurunannya (settlement) berdasarkan data pengujian pembebanan di lapangan (data loading test).
Menghitung daya dukung berdasarkan data kalindring, menganalisis penampang tiang, menghitung penurunan tiang pancang tunggal.
2. Menghitung daya dukung lateral tiang.
3. Analisis Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Program AllPile.
4. Membandingkan besarnya daya dukung tiang pancang tunggal dan penurunannya (settlement) yang terjadi dengan metode Elemen Hingga (Finite Element), dengan menggunakan pemodelan tanah Mohr Coulumb.
5. Melakukan analisis terhadap daya dukung dari perhitungan beberapa metode, kemudian membuat kesimpulan ataupun saran dari analisis tersebut.
6. Sudi parameter tanah dari data boring log (SPT), sehingga input data yang akan dimasukkan untuk pemodelan tanah Mohr Coulumb.
7. Mengenal data memahami karakteristik lapisan tanah sebagai pemodelan dan analisis terhadap daya dukung tiang pancang.
8. Mengevaluasi penurunan dan tekanan air pori dengan metode Slow Maintained Load Test dan Quick Load Test.
1.3. Manfaat
Manfaat penelitian ini untuk :
1. Menambah pengetahuan dan pengalaman dalam menghitung daya dukung dan penurunan pondasi tiang pancang terhadap tanah.
2. Memodelkan daya dukung dan penurunan tiang pancang dalam bentuk pemodelan elemen hingga, pada semua tiang yang akan dipergunakan dengan parameter tanah yang sama pada satu area proyek di lapangan untuk lokasi yang tidak Loading Test.
3. Melakukan simulasi konsolidasi waktu yang diperpanjang, yang berguna untuk melihat prilaku tanah dan tiang pancang, Hal ini berguna untuk memperhitungkan tingkat keamanan bangunan tersebut.
4. Studi parameter tanah yang diperoleh dari data boring log (SPT) untuk mewakili data tanah dari laboratorium yang tidak dapat diperoleh.
5. Dengan cara pemodelan elemen hingga, dapat memprediksi kondisi ketidak pastian material tanah dan material tiang pancang di lapangan.
1.4. Pembatasan Masalah
Pada penelitian ini, batasan-batasannya antara lain :
1. Pekerjaan ini hanya dilakukan pada proyek pembangunan Rusunawa Jatinegara Jakarta
2. Membahas kapasitas daya dukung aksial tiang pancang tunggal.
3. Tidak membahas daya dukung lateral (horizontal) tiang pancang tunggal.
4. Hanya meninjau tiang pancang tegak lurus.
5. Meninjau penurunan elastis tiang pancang tunggal.
6. Analisis yang dilakukan adalah membandingkan daya dukung hasil tes laboratorium, Loading Test, SPT, dengan menggunakan tinjauan axysimetris, menggunakan program Finite Element dan dalam hal menganalisa menggunakan pemodelan tanah soft soil.
7. Akurasi dan pelaksanaan dilakukan dengan sungguh-sungguh dan benar.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini dilakukan beberapa cara untuk dapat mengumpulkan data yang mendukung agar penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik.
Beberapa cara yang dilakukan antara lain : a. Metode Observasi
Untuk memperoleh data yang berhubungan dengan data teknis pondasi tiang pancang diperoleh dari hasil survei langsung ke lokasi Proyek Pembangunan Rusunawa Jatinegara Jakarta.
b. Pengambilan Data
Mengadakan konsultasi dengan pihak proyek Pembangunan Rusunawa Jatinegara Jakarta untuk memperoleh data-data teknis seperti data SPT, uji laboratorium, Loading Test, dan foto-foto dokumentasi.
c. Metode kepustakaan
Membaca buku-buku dan jurnal yang berhubungan dengan masalah yang ditinjau untuk penulisan Penelitian ini.
1.5. Sistematika Penulisan
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini membahas latar belakang pemilihan judul, tujuan penulisan, pembahasan masalah dan sistematika pembahasan.
BAB II : STUDI PUSTAKA
Bab ini membahas uraian jenis dan keadaan tanah sebagai pendukung pondasi, penyelidikan tanah, pembebanan dengan loading test serta penurunan.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas tentang lokasi pengambilan data, proses pengumpulan data, pengolahan data, dan pendeskripsian hasi pengolahan data.
BAB IV : HASIL LOADING TEST DAN PERHITUNGAN ANALITIS Bab ini membahas perhitungan daya dukung tiang pancang dengan cara uji pembebanan (loading test), pemodelan struktur tiang pancang berdasarkan data tanah, perhitungan dengan metode elemen hingga dan mebuat analisis hasil perhitungan.
BAB V : PEMODELAN ELEMEN HINGGA
Bab ini membahas model tanah yang dipakai, pembebanan, gambar mest metode elemen hingga untuk model tiang pancang dan gambar kurva hubungan beban dengan penurunan antara hasil loading test dengan Metode Elemen Hingga mengevaluasi penurunan dan tekanan air pori dengan metode dengan metode Slow Maintained Load Test dan Quick Load Test.
BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini akan menyimpulkan sesuai dengan tujuan penulisan dan memberikan saran terhadap hal-hal yang dianggap perlu.
2.1. Umum
Segala macam/jenis konstruksi yang akan di desain semuanya akan didukung oleh tanah baik gedung atau bangunan sederhana maupun gedung pencakar langit dan segala jenis bangunan,akan terdiri dari dua bagian. Bagian ini adalah bangunan atas (superstructure), atau bagian atas,dan elemen bangunan bawah (substructure) yang mengantari bangunan atas dan tanah pendukung.
Pondasi dapat didefinisikan sebagai bangunan bawah.
Tiang pancang adalah bagian-bagian konstruksi yang dibuat dari kayu, beton, dan atau baja, yang digunakan untuk meneruskan (mentransmisikan) beban-beban permukaan ke tingkat-tingkat permukaan yang lebih rendah di dalam massa tanah (Bowles, 1991). Penggunaan pondasi tiang pancang sebagai pondasi bangunan apabila tanah yang berada dibawah dasar bangunan tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk memikul berat bangunan dan beban yang bekerja padanya (Sardjono HS, 1988). Atau apabila tanah yang mempunyai daya dukung yang cukup untuk memikul berat bangunan dan seluruh beban yang bekerja berada pada lapisan yang sangat dalam dari permukaan tanah kedalaman > 8 m (Bowles, 1991).
Fungsi dan kegunaan pondasi tiang pancang adalah untuk memindahkan atau mentransfer beban-beban dari konstruksi di atasnya (super struktur) ke lapisan tanah keras yang letaknya sangat dalam. Dalam pelaksanaan pemancangan pada umumnya dipancangkan tegak lurus dalam tanah, tetapi ada juga
dipancangkan miring (battle pile) untuk dapat menahan gaya-gaya horizontal yang bekerja.Hal seperti ini sering terjadi pada dermaga dimana terdapat tekanan kesamping dari kapal dan perahu.Sudut kemiringan yang dapat dicapai oleh tiang tergantung dari alat yang dipergunakan serta disesuaikan pula dengan perencanaannya.
Tiang Pancang umumnya digunakan :
1. Untuk mengangkat beban-beban konstruksi di atas tanah kedalam atau melalui sebuah stratum/lapisan tanah. Didalam hal ini beban vertikal dan beban lateral akan berpengaruh.
2. Untuk menentang gaya desakan ke atas, gaya guling, seperti untuk telapak ruangan bawah tanah di bawah bidang batas air jenuh atau untuk menopang kaki-kaki menara terhadap guling.
3. Memampatkan endapan-endapan tak berkohesi yang bebas lepas melalui kombinasi perpindahan isi tiang pancang dan getaran dorongan. Tiang pancang ini dapat ditarik keluar kemudian.
4. Mengontrol lendutan/penurunan yang tersebar berada pada tanah tepi atau didasari oleh sebuah lapisan yang kemampatannya tinggi.
5. Sebagai faktor keamanan tambahan di bawah tumpuan jembatan dan atau pir, khususnya jika erosi merupakan persoalan yang potensial.
6. Dalam konstruksi lepas pantai untuk meneruskan beban-beban diatas permukaan air melalui air dan kedalam tanah yang mendasari air tersebut. Hal seperti ini adalah mengenai tiang pancang yang ditanamkan sebagian dan yang
terpengaruh oleh baik beban vertikal ( tekuk) maupun beban lateral (Bowles, 1991).
2.2. Penyelidikan Tanah
Pada perencanaan pondasi suatu bangunan, penyelidikan tanah harus dilakukan untuk mengetahui parameter serta karasistik dari tanah yang diperlukan untuk mengetahui daya dukung tanah (bearing capacity), penurunan yang termasuk besar dan kecepatan penurunan, tekanan tanah, tekanan air pori, dan kuantitas pengeluaran air. Hampir semua bangunan itu dibangun diatas tanah maka harus dibuat suatu pondasi yang dapat memikul beban bangunan yang ada diatasnya serta gaya yang bekerja melalui bangunan.
2.8.1 Standard Penetration Test
Standard Penetration test (SPT) adalah sejenis percobaan dinamis, dengan memasukkan suatu alat yang dinamakan split spoon ke dalam tanah. Dengan percobaan ini akan didapatkan :
a. Kepadatan relative (Relative Density/ Dr) b. Sudut geser tanah (φ)
c. Nilai “N” dari tanah/lapisan percobaan. (N)
Pengertian Relative density adalah perbandingan antara berat tanah basah dengan berat tanah seluruhnya. Umumnya relative density dipakai untuk tingkat kerapatan dari tanah berbutir (granular soil). Kohesif material adalah daya lekat suatu material terhadap material lain. Sedangkan nilai “N” adalah jumlah pukulan yang diberikan untuk memasukkan split spoon sedalam 3 x 15 cm. Dimana “N”
yang diperlukan ini dapat dihubungkan beberapa sifat-sifat lain dari tanah atau lapisan tanah tersebut. Hubungan dengan relative density dapat dilihat dalam Tabel di bawah ini.
Tabel 2.1. Hubungan antara harga Dr, (φ) , N dari pasir. (Sosrodarsono S., 1988)
Nilai N Kepadatan Relatif
Sudut Geser Dalam Tanah Menurut Peck Menurut
Meyrehoff
0-4 0.2-0.2 Sangat lepas <28.50 <30
4-10 0.2-0.4 Lepas 28.5-30 30-35
10-30 0.4-0.6 Sedang 30-36 35-40
30-50 0.6-0.8 Padat 36-41 40-45
>50 0.8-0.1 Sangat padat >41 >45
SPT yang dilakukan pada tanah tidak kohesif tapi berbutir halus atau lanau, yang permeabilitasnya rendah, mempengaruhi perlawanan penetrasi yakni memberikan harga SPT yang lebih rendah dibandingkan dengan tanah yang permeabilitasnya tinggi untuk kepadatan yang sama (Shamsher Prakash, 1989).
Tabel 2.2.Hubungan antara Dr, N dari lempung. (Sosrodarsono S., 1988)
Relative Density (Dr) N
Very soft/Sangat lunal 2
Soft/Lunak 2-4
Medium/Kenyal 4-8
Stff/Sangat kenyal 8-15
Hard/Keras 15-30
Padat >30
Hal ini mungkin terjadi bila jumlah tumbukan N>15, maka sebagai koreksi Terzaghi dan Peck (1948) memberikan harga ekivalen N
0 yang merupakan hasil jumlah tumbukan N yang telah dikorelasi akibat pengaruh permeabilitas yang dinyatakan dengan:
No= 15 + ½ (N – 15) ... (2.1) Gibs dan Holz (1957) juga memberikan harga ekivalen N
0 yang merupakan hasil jumlah tumbukan N yang telah terkoreksi akibat tekanan berlebih yang terjadi untuk jenis tanah dinyatakan dengan:
... (2.2)
dimana ζ adalah tegangan efektif berlebih, yang tidak lebih dari 2,82 kg/cm2. Dari pelaksanaan pengujian dengan metode SPT, maka angka N dari suatu lapisan dapat diketahui dan dari angka tersebut dapat ditentukan karakteristik suatu lapisan tanah seperti pada Tabel 2.3 berikut:
Tabel 2.3: Hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk penentuan harga N (Sosrodarsono S., 1988)
Klasifikasi Hal -hal yang diperhatikan dan dipertimbangkan Hal yang perlu
dipertimbangkan secara menyeluruh dari hasil-hasil survei sebelumnya.
Unsur tanah, variasi daya dukung vertikal (kedalaman permukaan dan susunannya), adanya lapisan lunak (ketebalan lapisan yang mengalami konsolidasi atau penurunan), kondisi drainase dan lain-lain.
Hal-hal yang diperlu diperhatikan N
Tanah pasiran (tidak kohesif)
Besar isi relatif, sudut geser dalam, ketahanan terhadap penurunan, daya dukung tanah dan angka elastisitas
Tanah lempung
(kohesif)
Keteguhan, kohesi, daya dukung maksimum dan ketahanan terhadap hancuran
Harga N yang diperoleh dari SPT tersebut diperlukan untuk memperhitungkan daya dukung tanah. Daya dukung tanah tergantung pada kuat geser. Hipotesis pertama mengenai kuat geser tanah diuraikan oleh Mohr Coulomb.
Untuk mendapatkan harga sudut geser tanah dari tanah tidak kohesif (pasiran) biasanya dapat dipergunakan rumus Dunham (1962) sebagai berikut:
1. Tanah berpasir berbentuk bulat dengan gradasi seragam, atau butiran pasir bersegi-segi dengan gradiasi tidak seragam, mempunyai sudut sebesar:
μ ... (2.3) ... (2.4) 2. Butiran pasir bersegi segi dengan gradasi merata
... (2.5) 3. Atau dengan mempergunakan rumus Peck
... (2.6) Angka penetrasi sangat berguna sebagai pedoman dalam eksplorasi tanah dan untuk memperkirakan kondisi lapisan tanah.
2.8.2 Sondir
Tes Sondir (Sondering Test) disebut juga tes Sondir atau Cone Penetration Test. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui perlawanan penetrasi konus dan hambatan lekat tanah yang merupakan indikasi dari daya dukung tanah. Tes
Sondir juga dapat mengetahui kedalaman atau tebal dari lapisan-lapisan tanah yang berbeda.
Perlawanan penetrasi konus adalah perlawanan tanah terhadap ujung konus yang dinyatakan dalam gaya per satuan luas. Hambatan lekat adalah perlawanan geser tanah terhadap selubung bikonus yang dinyatakan dalam gaya per satuan panjang.
Hasil Sondir dinyatakan dalam sebuah grafik yang menyatakan hubungan antara kedalaman setiap lapisan tanah dengan besarnya nilai Sondir yaitu perlawanan penetrasi konus. Alat Sondir yang biasa digunakan ada 2 jenis, yaitu Sondir ringan dan Sondir berat.
Pada pekerjaan Sondir ringan (2 – 2,5 ton), pembacaan manometer dihentikan pada keadaan pembacaan tiga kali berturut-turur melebihi 150 kg/cm2 atau kedalaman melebihi 30 meter. Pada pekerjaan Sondir berat (10 ton), pembacaan manometer diberhentikan pada keadaan pembacaan tiga kali berturut- turut 500 kg/cm2 atau kedalaman maksimum 50 meter.
Dari hasil percobaan diperoleh nilai jumlah perlawanan (JP) dan nilai perlawanan konus (PK), sehingga hambatan lekat dapat dihitung sebagai berikut:
1. Hambatan Lekat (HL).
𝐻𝐿= 𝐽𝑃−𝑃𝐾 𝑥 B
A ... (2.7)
2. Jumlah Hambatan Lekat (JHL).
𝐽𝐻𝐿=
i
n 0
𝐻𝐿 ... (2.8)
3. Jumlah Hambatan Setempat (JHS).
𝐽𝐻𝑆=
10
HL ... (2.9)
Keterangan:
JP = Jumlah perlawanan (kg/cm2).
PK = Perlawanan konus (kg/cm2).
A = Tahap pembacaan (setiap kedalaman 20 cm).
B = Faktor alat (=10).
I = Kedalaman (meter).
Tes Sondir merupakan percobaan dengan cara memasukkan suatu batang penetrasi ke dalam tanah dan dengan bantuan manometer yang terdapat pada alat penetrasi tersebut dapat diketahui kekuatan suatu lapisan tanah pada kedalaman tertentu (Panduan Praktikum Mekanika Tanah Teknik Sipil USU).
Dari pengetesan ini dapat diperoleh keterangan mengenai:
1. Jenis lapisan tanah.
2. Ketebalan tiap lapisan tanah.
3. Posisi muka air tanah.
4. Daya dukung lapisan tanah, berupa perlawanan penetrasi konus dan hambatan lekat tanah.
Berdasarkan data Sondir, dapat dilakukan dengan rumus-rumus sebagai berikut:
) (
)
(q xA JHLxK
Qult c p ... (2.10)
5 3
K x JHL Ap
x
Qizin qc ... (2.11)
Keterangan:
Qult = Daya dukung Ultimate (ton).
qc = Tahanan ujung Sondir (qc1 + qc2).
qc1 = Rata-rata perlawanan penetrasi konus di atas titik 8D.
qc2 = Rata-rata perlawanan penetrasi konus di bawah titik 4D.
Ap = Luas penampang tiang.
D = Ukuran Tiang Pancang.
K = Keliling Tiang Pancang.
JHL = Jumlah hambatan lekat.
3 = Faktor keamanan untuk tahanan ujung tiang.
5 = Faktor keamanan untuk tahanan selimut tiang.
2.8.3 Kalendering
Untuk perencanaan daya dukung tiang pancang dari hasil kalendering ada tiga metode yang digunakan, yaitu metode Danish Formula, metode Hilley Formula dan metode Engineering Modified New ENR. Metode Danish Formula banyak digunakan untuk menentukan apakah suatu tiang pancang tunggal telah mencapai daya dukung yang cukup pada kedalaman tertentu, walaupun pada prakteknya kedalaman dan daya dukung tiang telah ditentukan sebelumnya.
2.9 Tiang Dukung Ujung dan Tiang Gesek
Ditinjau dari cara mendukung beban, tiang dapat dibagi menjadi 2 (dua) macam (Hardiyatmo, 2002), yaitu :
1. Tiang dukung ujung (end bearing pile) adalah tiang yang kapasitas dukungnya ditentukan oleh tahanan ujung tiang. Umumnya tiang dukung ujung berada dalam zone tanah yang lunak yang berada diatas 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 dibawah ujung tiang (Gambar 2.1).
2. Tiang gesek (friction pile) adalah tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan oleh perlawanan gesek antara dinding tiang dan tanah disekitarnya (Gambar 2.1). Tahanan gesek dan pengaruh konsolidasi lapisan tanah dibawahnya diperhitungkan pada hitungan kapasitas tiang.
Gambar 2.1 Tiang ditinjau dari cara mendukung bebannya (Hardiyatmo,H.C., 2002 )
2.10 Daya dukung Pondasi Tiang 2.10.1 Data Sondir
Tujuan pengujian Sondir adalah untuk mengetahui perlawanan ujung/tahanan penetrasi konus (q) dari lapisan tanah dasar yang dinyatakan dalam kg/cm2 dan hambatan lekat/skin friction (c) yaitu gaya perlawanan konus atau bikonus yang dinyatakan dalam kg/cm.
Data sondir dari hasil uji di lapangan ini digunakan untuk menentukan kapasitas ultimit dari pondasi tiang pancang dengan menggunakan Persamaan Aoki dan De Alencar seperti dibawah ini:
1. Berdasarkan tahanan ujung, daya dukung ujung tiang adalah:
b ca
b F
base
q q ( ) ... (2.12)
b b
b q A
Q ... (2.13) 2. Berdasarkan hambatan lekat/geser selimut tiang, daya dukung tiang
adalah:
s s
c side F
q
f
)
( ... (2.14)
s
s f A
Q ... (2.15) 3. Berdasarkan tahanan ujung dan geser selimut tiang, daya dukung tiang
adalah:
s b
u Q Q
Q ... (2.16)
SF
Qijin Qu ... (2.17)
Dimana:
Qu = kapasitas ultimit terhadap beban aksial (kg, ton) Qb = kapasitas ultimit tahanan ujung tiang (kg/cm2)
Qs = kapasitas ultimit geser selimut tiang / skinfriction (kg/cm2) Qjin = daya dukung ijin (kg atau ton)
qb = kapasitas daya dukung di ujung tiang persatuan luas (kg/cm2)
qc(side) = perlawanan konus rata-rata pada masing lapisan sepanjang tiang (kg/cm2)
qca(base) = perlawanan konus rata-rata 1,5D diatas ujung tiang, 1,5D dibawah ujung tiang (kg/cm2)
Ab = luas penampang ujung tiang (cm2)
f = kapasitas dukung kulit persatuan luas (kg/cm2)
Tult = JHL . K11 ... (2.18) Qijin =
3 Tult
... (2.19) Ptiang = ζbeton . Atiang ... (2.20) Keterangan:
Tult = Daya dukung terhadap kekuatan tanah untuk tiang tarik (ton) Qijin = Daya dukung ijin tarik (ton)
Ptiang = Daya dukung terhadap kekuatan bahan (ton)
2.10.2 Data SPT
Kapasitas daya dukung tiang pada lapisan tanah dihitung dengan menggunakan data dari nilai N-SPT. Dimana Nilai N-SPT untuk perhitungan qp diambil 4D di bawah tiang dan 10D di atas tiang. Untuk perhitungan qs nilai N- SPT diambil di kedalaman segmen (L) tiang yang ditinjau. Perkiraan kapasitas daya dukung pondasi tiang pada tanah pasir dan silt didasarkan pada data uji lapangan SPT (standard penetration test) dihitung berdasarkan beberapa metode empirik, sebagai berikut:
1. Metode Meyrehoff (1976), Skema metode Meyrehoff lihat Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Skema metode Meyrehoff (1976)
a. Daya dukung ujung pondasi tiang (end bearing)
Qp = qp x Ap ... (2.21) Untuk tanah Kohesif:
Qp = Ap * qp ... (2.22) qp = Nc * Cu ≤ 40 tsf ... (2.23)
Dimana:
Nc = faktor daya dukung ( untuk Φ = 0, Nc = 9).
Cu = undrained cohesion.
qp = tekanan vertikal efektif di ujung tiang.
Ap = luas penampang tiang.
Untuk tanah non Kohesif:
Qp = 40 . N-SPT.
D
Lb. Ap < 400 . N-SPT . Ap ... (2.24)
Dimana:
Qp = Daya dukung ujung tiang pancang Lb = Tebal Lapisan tanah (m)
D = Diameter Tiang Pancang (m) Ap = Luas penampang ujung tiang (m)
b. Daya dukung selimut tiang (skin friction) Untuk tanah Kohesif:
Qs = α . Cu . p . Lb ... (2.25) Cu = N-SPT . 2/3 .10 ... (2.26) Dimana:
Cu = kohesi tanah, (Ton/m2).
α = faktor adhesi empiris.
Untuk tanah non Kohesif:
Qs = 2 . N-SPT . p . Lb ... (2.27) Dimana:
Qs = kapasitas daya dukung selimut pondasi tiang (kN).
p = keliling pondasi (m) Lb = tebal lapisan tanah (m).
2.10.3 Data hasil Uji Laboratorium
Berdasarkan hasil pemeriksaan tanah melaui hasil uji laboratorium melalui beberapa percobaan akan didapatkan nilai berat isi tanah (γ), nilai kohesif tanah (c) serta nilai sudut geser tanah (φ). Perkiraan kapasitas daya dukung pondasi tiang pancang pada tanah pasir dan silt didasarkan pada data parameter kuat geser tanah, ditentukan dengan perumusan sebagai berikut:
a. Daya dukung ujung pondasi (end bearing) Untuk tanah Kohesif:
Qp = Ap x Cu x Nc* ... (2.28) Dimana:
Qp = daya dukung ultimit ujung tiang (ton).
Ap = luas penampang pondasi tiang (m2) Cu = kohesi tanah (ton/m2)
Nc* = faktor daya dukung tanah, untuk pondasi tiang pancang Nc* = 9.
