ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG PADA BORE HOLE 3 SECARA ANALITIS DAN NUMERIS (PROYEK PEMBANGUNAN BENDUNG D.I SERDANG)

ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG PADA BORE HOLE 3 SECARA ANALITIS DAN NUMERIS

(PROYEK PEMBANGUNAN BENDUNG D.I SERDANG)

TUGAS AKHIR

diajukan untuk memenuhi persyaratan mencapai gelas Sarjana S1 pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

CHIKITA RIZKA RANI 16 0404 047

BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2020

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya sehingga saya 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 pada Bore Hole III secara Analitis dan Numeris (Proyek Pembangunan Bendung D.I Serdang)”.

Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu:

1. Terutama kepada kedua orang tua saya Ayahanda Eka Syahputra., dan Ibunda Handayani Meiliza A., dan seluruh keluarga saya yang telah memberikan dukungan penuh serta mendoakan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, M.T. sebagai dosen pembimbing dan dosen penguji yang telah memberikan bimbingan dengan sabar, dan memberikan dukungan dalam segala bentuk 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. Ibu Ika Puji Hastuty, S.T., M.T. selaku dosen pembanding dan dosen penguji saya.

5. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, S.T., M.T., Ph.D sebagai Kepala Jurusan Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Bapak Ridwan Anas, S.T., M.T., Ph.D. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

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

8. Bapak Riszky Fachriza Rahman, ST dan Bapak Eliut V. Sumbayak, ST yang bersedia memberikan data-data yang saya butuhkan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini, serta mendukung dan membimbing saya dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

9. Partner skripsi saya Guntur Winaldi Tumanggor yang menjadi teman seperjuangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

10. Teman-teman angkatan 2016, Nurul Utami, Rosmaito Harahap, Nova Sonia, Ira Febrina S. Lingga, Devi Fahreza, Hilda Maulidza, Ihda Mariani Simamora, Hertia Utami, Maulaya Annisa serta teman-teman 2016 lainnya.

11. Teman-teman seperjuangan saya Daniel Simbolon, Theresia Artha Ulina, Christy Brenda Bondar, Marvel Partogi Simanjuntak, Juwita Haloho, Ponji G. Malau serta teman-teman sub jurusan Geoteknik angkatan 2016 lainnya.

12. Kepada Kak Syarkiah Anna Batubara, ST dan Amirah Hanun Lubis, ST yang senantiasa memberikan arahan dan dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

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

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

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

Medan, Juni 2020 Penulis

(Chikita Rizka Rani) 16 0404 047

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR NOTASI ... x

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

ABSTRAK ... xiv

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Tanah ... 5

2.1.1 Definisi Tanah ... 5

2.1.2 Karakteristik Tanah ... 6

2.2 Penyelidikan Tanah ... 7

2.2.1 Standart Penetration Test (SPT) ... 8

2.2.2 Pile Driving Analyzer (PDA) Test ... 10

2.2.3 Kalendering ... 11

2.3 Pondasi ... 13

2.3.1 Pondasi Tiang Pancang ... 14

2.3.2 Jenis-jenis Pondasi Tiang ... 15

2.3.3 Jenis-jenis Alat Pancang ... 18

2.4 Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang ... 19

2.4.1 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang ... 19

2.4.2 Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang... 26

2.5 Efisiensi dan Kapasitas Kelompok Tiang ... 39

2.6 Penurunan Tiang Pancang ... 42

2.6.1 Penurunan Tiang Pancang Tunggal ... 43

2.6.2 Penurunan Tiang Pancang Kelompok ... 48

2.7 Faktor Keamanan ... 49

2.8 Metode Elemen Hingga ... 50

2.8.1 Plaxis V.8.6 Bidang Geoteknik ... 51

2.9 Studi Literatur ... 60

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 62

3.1 Data Umum Proyek ... 62

3.2 Data Teknis Tiang Pancang ... 63

3.3 Karakteristik Tanah ... 63

3.4 Tahap Penelitian ... 64

3.5 Tahap Pemodelan di program Plaxis ... 65

3.6 Flowchart ... 72

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 66

4.1 Pendahuluan ... 73

4.2 Perhitungan Daya Dukung Aksial Tiang Pancang ... 73

4.2.1 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate Aksial Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT ... 73

4.2.2 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Berdasarkan Data Kalendering ... 77

4.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Lateral Pondasi Tiang Pancang ... 78

4.4 Menghitung Efisiensi Tiang Pancang Kelompok ... 81 4.5 Menghitung Penurunan Tiang Pancang Tunggal dan

Kelompok ... 82

4.5.1 Penurunan pada Tiang Pancang Tunggal ... 82

4.5.2 Penurunan pada Tiang Pancang Kelompok ... 84

4.6 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan Metode Elemen Hingga ... 85

4.6.1 Pemodelan pada Program MEH ... 88

4.7 Diskusi ... 89

4.7.1 Perbandingan Daya Dukung Ultimit Sebelum dan Setelah Konsolidasi dari Program Metode Elemen Hingga ... 89

4.7.2 Perbandingan Tekanan Air Pori Berlebih Sebelum dan Setelah Konsolidasi dari Program Metode Elemen Hingga ... 90

4.7.3 Perbandingan Penurunan Sebelum dan Setelah Konsolidasi dari Program Metode Elemen Hingga ... 91

4.7.4 Hasil Perhitungan Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Tunggal ... 92

4.7.5 Hasil Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang ... 92

4.7.6 Hasil Penurunan Tiang Pancang ... 93

4.7.7 Nilai Efisiensi Kelompok Tiang (η) ... 93

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 94

5.1 Kesimpulan ... 94

5.2 Saran ... 95

DAFTAR PUSTAKA ... 96

LAMPIRAN ... 98

DAFTAR TABEL

No Judul Hal 2.1 Hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk penentuan harga N 20

dari data SPT (Sosrodarsono, 2000)

2.2 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser 21 Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir (Das, 1985)

2.3 Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan 21 Kepadatan Relatif (Sosrodarsono & Nakazawa, 2000)

2.4 Hubungan antara Harga N-SPT dan Berat Isi Tanah (Das, 1985) 22 2.5 Koefisien Restitusi (Sosrodarsono, 2000) 24 2.6 Efisiensi Jenis Alat Pancang (Sosrodarsono, 2000) 25 2.7 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer (Kobe Diesel 25

Hammer, 2018)

2.8 Kriteria Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku (Hardiyatmo, 2002) 27 2.9 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained 28

untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebih (Overconsolidated) (Hardiyatmo, 2002)

2.10 Nilai-nilai n_h untuk Tanah Granuler (c = 0) (Hardiyatmo, 2002) 29 2.11 Nilai-nilai nh untuk Tanah Kohesif (Hardiyatmo, 2002) 29 2.12 Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga

(PT. WIKA Beton 2015) 38

2.13 Nilai Koefisien Empiris (C_p) (Das, 1985) 48 2.14 Faktor Aman yang Disarankan oleh Reese dan O’Neill 49 2.15 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah (Bowles, 1991) 56 2.16 Korelasi N_SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Lempung 57 2.17 Korelasi NSPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir 57

2.18 Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (μ) 58

(Hardiyatmo, 2002) 2.19 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah (Das, 1985) 59

3.1 Deskripsi Tanah Bore Hole 3 dari hasil SPT 63

4.1 Bore Hole 3 Tiang Pancang Diameter 30 cm 75

4.2 Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang 76

4.3 Hasil Perhitungan Daya Dukung Lateral Tiang Pancang 80

4.4 Hasil Perhitungan Penurunan Elastis Tiang Pancang Tunggal 83

Diameter 30 cm 4.5 Data Data Pemodelan Tiang Pancang 85

4.6 Input Parameter Tanah untuk Program Metode Elemen Hingga 86

pada Bore Hole III 4.7 Daya Dukung Tiang Pancang dari Program Metode Elemen 90

Hingga 4.8 Perbandingan Nilai Tekanan Air Pori Berlebih 91

4.9 Penurunan Tiang Pancang dari Program Metode Elemen Hingga 92

4.10 Nilai Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang 92

4.11 Kapasitas Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang Pancang 92

4.12 Hasil Penurunan Tiang Pancang 93

4.13 Efisiensi Kelompok Tiang 93

DAFTAR GAMBAR

No Judul Hal 2.1 Diagram Fase Tanah (Das, Braja M.1985) 6 2.2 Proses Uji Penetrasi Standar (Sumber : SNI 4153-2008) 9 2.3 Grafik PDA Hasil Analisis CAPWAP (Sumber : Proyek 11

Bendung D.I. Serdang)

2.4 Pembacaan Kalendering (Sumber : Proyek Bendung D.I. 12 Serdang)

2.5 Tiang Dukung Ujung (Bowles, 1991) 16

2.6 Tumpuan Geser (Bowles,1991) 16

2.7 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor 23 Adhesi (α) (Sumber : API, 1987)

2.8 Mekanisme Keruntuhan Pondasi pada Tiang Ujung Bebas 31 Dalam Tanah Kohesif (Broms, 1964)

2.9 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif (Broms, 1964) 32 2.10 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 33

Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)

2.11 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 35 Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada Tanah Granular (Broms, 1964)

2.12 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 36 Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada

Tanah Granular (Broms, 1964)

2.13 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler (Broms, 1964) 37 2.14 Pola susunan tiang pancang kelompok (Bowles, 1991) 39 2.15 Tiang Pancang Kelompok (Tomlinson, 1977) 39 2.16 Faktor Koreksi Penurunan Io(Poulos dan Davis, 1980) 44 2.17 Faktor Koreksi Penurunan Rk (Poulos dan Davis, 1980) 44 2.18 Faktor Koreksi Penurunan Rh (Poulos dan Davis, 1980)

2.19 Faktor Koreksi Penurunan Rµ (Poulos dan Davis, 1980) 45 2.20 Faktor Koreksi Penurunan Rb (Poulos dan Davis, 1980) 46 2.21 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami 48

Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke Dalam Tanah (Bowles, 1991)

2.22 Jenis – jenis elemen (Sumber : Plaxis 2D Reference Manual, 50 2019)

2.23 Titik nodal dan integrasi (Sumber : Plaxis 2D Reference Manual, 53 2019)

3.1 Denah Bore Hole 62

3.2 Lembar tab proyek dari jendela pengaturan global 65 3.3 Lembar tab dimensi dari jendela pengaturan global 66

3.4 Pemodelan Tanah 67

3.5 Input Data Material Set 68

3.6 Hitungan pada Program Plaxis 70

3.7 Penentuan titik nodal A dan B 70

3.8 Tahap Kalkulasi 71

3.9 Diagram Alir Penelitian 72

4.1 Penentuan nilai ultimate lateral berdasarkan plot garis 80

4.2 Susunan Kelompok Tiang Pancang 81

4.3 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf Sebelum Konsolidasi 88 4.4 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf Setelah Konsolidasi 89

4.5 Nilai Tekanan Air Pori Berlebih 90

4.6 Nilai Penurunan Tiang Pancang Tunggal 91

DAFTAR NOTASI Ap = Luas penampang tiang (m²)

B = Lebar atau diameter tiang (m) C_p = Koefisien empiris

C_s = Konstanta Empiris 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_g = Efisiensi kelompok tiang

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) Gs = Specific gravity

g = Jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m) H = Tebal lapisan (m)

Hu = Beban lateral (kN)

I = Momen inersia tiang (cm⁴)

I₀ = Faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat JP = Jumlah perlawanan (perlawanan ujung konus + selimut) JHL = Jumlah hambatan lekat (kg/cm)

K = Faktor kekakuan tiang Kp = Koefisien tanah pasif

K = Koefisien permeabilitas

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

Lb = Panjang lapisan tanah (m)

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

m = Jumlah baris tiang My = Momen ultimit (kN-m) N_SPT = 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

n_h = Koefisien fariasi modulus P = Keliling tiang (m)

pu = Tahanan tanah ultimit

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

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

Qa = Beban maksimum tiang tunggal (Ton) Q_b = Tahanan ujung ultimit tiang (kg)

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

Q_p = Tahanan Ujung Ultimate (kN)

Q_s = Tahanan gesek ultimit dinding tiang (kg/cm²) Qc = Tahanan ujung sondir (kg/cm²)

Rb = Faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung

R_h = 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 S_g = 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 (˚) 𝛾 = Berat isi tanah (kN/m³)

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

ξ = Koefisien dari skin friction ʋ = Poisson’s ratio

ψ = Sudut dilantansi (^o)

𝜎𝑏𝑒𝑡𝑜𝑛 = Tegangan tekan ijin bahan tiang (kg/cm²) 𝜋 = Phi lingkaran

DAFTAR LAMPIRAN 1. Lampiran 1: Data-data Hasil Pengujian SPT

2. Lampiran 2: Data-data Hasil Pengujian PDA Analysis CAPWAP 3. Lampiran 3: Data-data Hasil Pengujia Kalendering

4. Lampiran 4: Gambar Lokasi Bore Hole

ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG PADA BORE HOLE 3 SECARA ANALITIS DAN NUMERIS

(PROYEK PEMBANGUNAN BENDUNG D.I SERDANG)

ABSTRAK

Pondasi merupakan suatu konstruksi pada bagian dasar bangunan yang berfungsi meneruskan beban dari bagian atas struktur bangunan ke lapisan tanah yang berada di bagian bawahnya tanpa mengakibatkan keruntuhan geser tanah dan penurunan yang berlebihan. Perencanaan pondasi harus diperhitungkan agar dapat menjamin kestabilan bangunan terhadap berat sendiri, beban-beban bangunan, dan gaya-gaya luar lainnya. Oleh karena itu diperlukan analisa yang baik dalam merencanakan pondasi.

Penelitian pada Proyek Pembangunan Bendung D.I Serdang dilakukan untuk mencari nilai daya dukung aksial pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT, data PDA, data Kalendering dan juga dengan menggunakan program Plaxis versi 8.6. Untuk perhitungan daya dukung lateral dicari menggunakan metode Broms. Selain itu, besar nilai penurunan dan efisiensi tian pancang juga dihitung.

Ada perbedaan nilai dari hasil perhitungan daya dukung dan penurunan pondasi, baik ditinjau dari metode perhitungan dan lokasinya. Berdasarkan hasil perhitungan daya dukung aksial tiang tunggal dengan data SPT = 174, 29 ton, metode Hiley = 163,03 ton, metode Danish = 169,05 Ton, ENR = 194,82 ton, data PDA = 120,2 ton, dengan Metode Elemen Hingga sebesar 233,1 ton. Sedangkan perhitungan daya dukung lateral tiang tunggal dengan menggunakan metode Broms diperoleh hasil secara analitis = 8,81 ton, secara grafis = 8,41 ton.

Penurunan Poulos dan Davis = 10,9 mm, penurunan elastis tiang tunggal = 13,76 mm, dan penurunan dengan Metode Elemen Hingga = 19,18 mm. Nilai efisiensi kelompok tiang dengan metode Seiler-Keeney = 0,797, metode Converse Labarre

= 0,843, metode Los Angeles = 0,871.

Perbedaan daya dukung dan penurunan yang terjadi pada pondasi tiang pancang tersebut disebabkan oleh perbedaan jenis tanah, kedalaman yang ditinjau, cara pelaksanaan pengujian yang bergantung pada ketelitian manusia, dan perbedaan parameter yang digunakan dalam perhitungan.

Kata Kunci: Tiang Pancang, Daya Dukung, Penurunan, Metode Elemen Hingga

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Seiring berkembangnya jaman, pertumbuhan pembangunan infrastruktur di Indonesia mengalami peningkatan. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya fasilitas-fasilitas umum yang dibangun, salah satunya adalah pembangunan proyek bendung. Dalam pembangunan tersebut diperlukan pondasi yang kokoh, aman, dan sesuai dengan standar.

Pondasi mempunyai peranan yang sangat penting dalam menyalurkan gaya dari elemen struktur bagian atas ke tanah dasar. Pondasi harus dapat menahan beban dan mengalami penurunan sampai batas keamaan yang telah ditetapkan. Oleh karena itu, diperlukan pondasi yang sesuai agar lapisan tanah di bawah pondasi mampu menahan seluruh beban dan pengaruh yang akan terjadi.

Dalam proyek pembangunan bendung daerah irigasi Serdang Kab. Deli Serdang digunakan pondasi tiang pancang. Pemakaian tiang pancang sebagai pondasi suatu bangunan dilakukan apabila tanah dasar dibawah bangunan tidak memiliki daya dukung yang cukup untuk memikul beban bangunan atau apabila lapisan tanah kerasnya cukup dalam. Oleh karena itu, penting melakukan penyelidikan tanah untuk mengetahui letak lapisan tanah keras, mengetahui daya dukung pondasi, penurunan pondasi, dan sebagainya.

Perhitungan daya dukung tiang pancang bisa dilakukan dengan menggunakan metode yang disarankan para ahli berdasarkan data-data penyelidikan tanah yang diperoleh, seperti data SPT, data PDA, Kalendering dan data laboratorium. Dari hasil perhitungan dapat diperoleh informasi mengenai perencanaan pondasi yang aman.

Selain itu, kapasitas daya dukung juga dapat dianalisa dengan metode numerik dari program Plaxis. Plaxis adalah suatu program komputer berasaskan metode elemen hingga yang dapat menganalisa deformasi dan stabilitas daya dukung dari tanah.

1.2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana menghitung dan membandingkan hasil daya dukung ultimate tiang pancang berdasarkan data SPT dengan metode analitis, dengan menggunakan data Pile Driving Analyzer (PDA), data Kalendering, dan program Plaxis.

2. Bagaimana menghitung kapasitas daya dukung lateral pondasi tiang pancang dengan menggunakan metode analitis dan grafis Broms.

3. Bagaimana menghitung besar daya dukung kelompok pondasi tiang pancang.

4. Bagaimana menghitung besar penurunan elastis (elastic settlement) tiang pancang tunggal secara analitis dengan Metode Elemen Hingga?

5. Bagaimana menghitung faktor keamanan pada tiang pancang.

1.3. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Menghitung dan membandingkan hasil daya dukung ultimate tiang pancang berdasarkan data SPT dengan metode analitis, dengan menggunakan data Pile Driving Analyzer (PDA), data Kalendering, dan program Plaxis.

2. Menghitung kapasitas daya dukung lateral pondasi tiang pancang dengan menggunakan metode analitis dan grafis Broms.

3. Menghitung besar daya dukung kelompok pondasi tiang pancang.

4. Menghitung besar penurunan elastis (elastic settlement) tiang pancang tunggal secara analitis dengan Metode Elemen Hingga

5. Menghitung faktor keamanan pada tiang pancang.

1.4. Batasan Masalah

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, maka penulis mengambil batasan- batasan masalah yaitu:

1. Dalam menganalisa daya dukung pondasi tiang pancang, penulis mengambil data-data terkait pada Proyek Pembangunan Bendung D.I Serdang Kab. Deli Serdang.

2. Tiang yang di tinjau adalah pondasi tiang pancang no. 137 dengan diameter 0,3 m.

3. Analisis biaya tidak dilakukan.

4. Metode yang digunakan untuk menganalisa tiang pancang adalah metode elemen hingga Plaxis.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Memberikan wawasan kepada para pembaca tentang penerapan mata kuliah geoteknik, khususnya materi tentang pondasi dalam dan ilmu teknik sipil pada umumnya.

2. Sebagai referensi untuk mahasiswa dan pihak-pihak yang membutuhkan informasi mengenai topik yang dibahas dalam Tugas Akhir ini.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam Tugas Akhir ini akan dibuat dalam 5 (lima) bab uraian sebagai berikut:

Bab 1 : Pendahuluan

Pada bab ini dijelaskan tentang latar belakang penelitian, rumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

Bab 2 : Tinjauan Pustaka

Pada bab ini berisi dasar teori, rumus dan segala sesuatu yang digunakan penulis untuk menghitung daya dukung tiang pancang secara analitis dan dengan menggunakan program Plaxis

Bab 3 : Metodologi Penelitian

Pada bab ini berisi segala metodologi yang dilakukan dalam menganalisa daya dukung pondasi tiang pancang secara analitis dan numeris. Adapun tahapan- tahapan pelaksanaan metodologi penelitian adalah sebagai berikut:

1. Mengumpulkan data-data yang berhubungan dengan Proyek Pembangunan Bendung D.I Serdang Kab. Deli Serdang.

2. Melakukan studi literatur yang akan digunakan sebagai dasar teori dan referensi.

3. Melakukan studi ke perpustakaan.

Bab 4 : Analisa dan Perhitungan

Pada bab ini berisi pembahasan mengenai perhitungan analisa daya dukung dan penurunan pada pondasi tiang pancang baik secara analitis maupun dengan menggunakan Metode Elemen Hingga. Hasil perhitungan dari masing- masing metode selanjutnya akan dibandingkan.

Bab 5 : Kesimpulan dan Saran

Pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil perhitungan dan saran-saran yang diberikan atas hasil yang diperoleh.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tanah

Di dalam ilmu teknik sipil, semua konsruksi direkayasa untuk bertumpu pada tanah. Peranan tanah dalam perencanaan atau pelaksanaan bangunan sangat penting karena tanah tersebut berfungsi untuk memikul beban yang ada di atasnya. Disamping fungsinya sebagai pendukung pondasi dan bangunan, tanah juga berguna sebagai bahan bangunan pada berbagai macam pekerjaan teknik sipil seperti tanggul atau bendungan. Jadi dapat dikatakan bahwa tanah selalu berperan dalam setiap pekerjaan teknik sipil.

Oleh karena itu, tanah yang akan dipergunakan untuk mendukung konstruksi harus dipersiapkan terlebih dahulu sebelum dipergunakan sebagai tanah dasar.

2.1.1. Definisi tanah

Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara partikel-partikel padat tersebut (Das, 1985).

Komponen tanah terdiri dari 3, yaitu udara, air, dan butiran padat (solid).

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. Apabila ruang pori tanah terisi air seluruhnya maka dikatakan tanah dalam kondisi jenuh air (saturated).

Bila ruang pori tanah terisi oleh air dan udara dikatakan tanah dalam kondisi jenuh sebagian (partially saturated). Sedangkan tanah yang tidak mengandung air sama sekali atau tidak memiliki kadar air maka kondisi tersebut dikatakan tanah kering (unsaturated).

Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut :

Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah

(Sumber : Das, 1985)

2.1.2. Karakteristik tanah

Das (1985) menjelaskan bahwa tanah umumnya dapat disebut sebagai kerikil (gravel), pasir (sand), lanau (silt), atau lempung (clay), tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan pada tanah tersebut. Untuk menerangkan tentang tanah berdasarkan ukuran-ukuran partikelnya, beberapa organisasi telah mengembangkan batasan-batasan ukuran golongan jenis tanah (soil separate size limits).

1. Kerikil adalah kepingan-kepingan dari batuan yang kadang-kadang juga mengandung partikel-partikel mineral quartz, feldspar, dan mineral- mineral lain.

2. Pasir sebagian besar terdiri dari mineral quartz dan feldspar. Butiran dari mineral yang lain mungkin juga masih ada pada golongan ini.

3. Lanau sebagian besar merupakan fraksi mikroskopis (berukuran sangat kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran-butiran quartz yang sangat halus, dan sejumlah partikel berbentuk lempengan-lempengan pipih yang merupakan pecahan dari mineral-mineral mika.

4. Lempung sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis dan submikroskopis (tidak dapat dilihat dengan jelas bila hanya dengan mikroskopis biasa) yang berbentuk lempengan-lempengan pipih dan merupakan partikel-partikel dari mika, mineral-mineral lempung (clay minerals), dan mineral-mineral yang sangat halus lain.

Istilah pasir, lempung, lanau, dan sebagainya, selain digunakan untuk menggambarkan ukuran partikel pada batas yang telah ditentukan, dapat juga

digunakan untuk menggambarkan sifat tanah yang khusus, seperti istilah

“lempung” untuk jenis tanah yang bersifat kohesif dan plastis, dan ”pasir” untuk jenis tanah yang tidak kohesif dan tidak plastis.

2.2. Penyelidikan Tanah

Penyelidikan tanah dalam perencanaan pondasi konstruksi bangunan merupakan hal yang penting untuk dilakukan. Penyelidikan tanah adalah proses pengambilan contoh (sample) tanah yang bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat dan kondisi tanah yang sebenarnya di lapangan. Oleh sebab itu penyelidikan tanah merupakan pekerjaan awal yang harus dilakukan agar dapat diketahui parameter-parameter tanah yang akan digunakan dalam perhitungan daya dukung tanah pondasi sehingga dapat ditentukan jenis dan kedalaman pondasi yang akan digunakan.

Penyelidikan tanah (soil investigation) bertujuan untuk:

1. Mendapatkan sampel tanah asli (undisturbed) dan tidak asli (disturbed) untuk mengidentifikasi tanah tersebut secara visual dan untuk keperluan pengujian dilaboratorium.

2. Menentukan kondisi alamiah tanah yang terkait dengan perencanaan struktur yang akan dibangun diatasnya.

3. Menentukan kedalaman tanah keras.

4. Menentukan kapasitas daya dukung tanah menurut tipe pondasi yang dipilih.

5. Menentukan tipe dan kedalaman pondasi.

6. Untuk mengetahui posisi muka air tanah.

7. Untuk memprediksi besarnya penurunan.

8. Menentukan besarnya tekanan tanah.

Penyelidikan tanah terdiri dari dua jenis yaitu : 1. Penyelidikan di lapangan (in situ test)

Jenis penyelidikan di lapangan berguna untuk mengetahui karakteristik tanah dalam mendukung pondasi. Jenis penyelidikan tanah dilapangan seperti pengeboran (hand boring ataupun machine boring), Cone

Penetrometer Test (Sondir), SPT, Sand Cone Test dan Dynamic Cone Penetrometer.

2. Penyelidikan di laboratorium (laboratory test)

Sifat-sifat fisik tanah dapat dipelajari dari hasil uji laboratorium pada sampel tanah yang diambil dari pengeboran.Hasil yang diperoleh dapat digunakan untuk menghitung kapasitas daya dukung ultimit dan penurunan. 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 di lapangan diperoleh contoh tanah (soil sampling) yang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

1. Contoh tanah tidak terganggu (undisturbed soil)

Suatu contoh tanah dikatakan tidak terganggu apabila contoh tanah itu dianggap masih menunjukkan sifat-sifat asli tanah tersebut. Sifat asli yang dimaksud adalah contoh tanah tersebut tidak mengalami perubahan pada strukturnya, kadar air, atau susunan kimianya. Undisturbed soil digunakan untuk percobaan engineering properties.

2. Contoh tanah terganggu (disturbed soil)

Contoh tanah terganggu adalah contoh tanah yang diambil tanpa adanya usaha-usaha tertentu yang dilakukan untuk melindungi struktur asli tanah tersebut. Disturbed soil digunakan untuk percobaan uji index properties tanah.

2.2.1. Standart penetration test (SPT)

Standart penetration test (SPT) adalah uji penetrasi standar yang bertujuan untuk menentukan kepadatan relatif dan sudut geser lapisan tanah tersebut dari pengambilan contoh tanah dengan tabung, sehingga dapat diketahui jenis tanah dan ketebalan dari tiap-tiap lapisan tanah tersebut , dan juga untuk memperoleh data yang kumulatif pada perlawanan penetrasi tanah serta menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi. SPT sering digunakan untuk mendapatkan daya dukung tanah secara langsung dilokasi. Pengujian ini dilakukan setiap interval

kedalaman pemboran 1-2 meter atau sesuai keperluan, langsung dilobang bor.

Adapun proses uji SPT terlihat pada Gambar 2.2.

Prosedur pengujian SPT bisa dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

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. Hitung jumlah pukulan atau tumbukan N pada penetrasi 15 cm yang

pertama

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 interval penetrasi 15 cm. Jumlah pukulan tersebut merupakan angka N dari pelaksanaan SPT dimana nilai N yang dihitung adalah jumlah pukulan 15 cm kedua dan 15 cm ke tiga (N₂ + N3). Nilai pukulan pertama 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 Penetrasi Standar (Sumber :SNI 4153-2008)

Keuntungan dan kerugian Standard Penetration Test (SPT) adalah : 1. Keuntungan

 Dapat diperoleh nilai N dan contoh tanah terganggu.

 Prosedur pengujian sederhana karena dapat dilakukan secara manual.

 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.

 Biaya yang digunakan relatif murah.

2. Kerugian

 Sampel dalam tabung SPT diperoleh dalam kondisi terganggu.

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

 Derajat ketidakpastian hasil uji SPT yang diperoleh bergantung pada kondisi alat operator.

 Profil kekuatan tanah tidak menerus.

 Dalam tanah yang mengandung banyak kerikil, hasil tidak dapat dipercaya.

2.2.2. Pile driving analyzer (PDA) Test

Uji PDA adalah suatu alat pengujian untuk mengukur daya dukung pondasi dalam dengan beban dinamis (hammer dengan berat tertentu yang dijatuhkan di atas kepala tiang uji).

Secara umum, uji PDA dilakukan pada saat tiang uji memiliki kekuatan yang cukup untuk menerima dan menahan beban dinamis pengujian. Untuk meminimalisir tegangan berlebih pada kepala tiang dapat dipakai cushion di sisi atas kepala tiang.

Tujuan dari pengujian PDA adalah untuk memperoleh kapasitas daya dukung, penurunan, dan keutuhan tiang pondasi tiang tunggal yang diuji.

Uji PDA mengacu pada ASTM D4945 - 17 (Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Deep Foundations). Analisa data PDA dilakukan dengan prosedur Case Method, yang meliputi pengukuran data kecepatan (velocity) dan gaya (force) selama pelaksanaan pengujian (re-strike) dan perhitungan variabel dinamik secara real time untuk mendapatkan gambaran tentang daya dukung pondasi tiang tunggal.

CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) adalah program aplikasi analisa numerik yang menggunakan masukan data gaya (force) dan kecepatan (velocity) yang diukur oleh PDA. Kegunaan program ini adalah untuk memperkirakan distribusi dan besarnya gaya perlawanan tanah total sepanjang tiang berdasarkan modelisasi sistem tiang-tanah yang dibuat dan memisahkannya menjadi bagian perlawanan dinamis dan statis. Analisis menggunakan CAPWAP akan menghasilkan : Daya dukung (Ru); Gaya ujung (Rb); Gaya gesek (Rs);

Displacement (DMX).

Gambar 2.3 Grafik PDA Hasil Analisis CAPWAP

(Sumber : Proyek Bendung D.I. Serdang)

2.2.3. Kalendering

Kalendering adalah grafik catat yang berada pada alat pancang yang berfungsi untuk mengetahui sejauh mana pemancangan yang telah dilakukan sudah memenuhi spesifikasi daya dukung yang diinginkan yang digunakan pada pekerjaan pemancangan tiang. Kalendering dilaksanakan saat hampir mendekati top pile yang disyaratkan, final set 3 cm untuk 10 pukulan terakhir, atau bisa dilihat dari data bore log.

Secara umum kalendering digunakan pada pekerjaan pemancangan tiang pancang (beton maupun pipa baja) untuk mengetahui nilai daya dukung tanah secara empiris melalui perhitungan yang dihasilkan oleh proses pemukulan alat pancang. Perhitungan kalendering menghasilkan output yang berupa daya dukung tanah dalam satuan ton.

Pembacaan kalendering dilakukan pada alat pancang sewaktu memancang.

Jika dari bacaan tinggi bacaan yang diperoleh sudah bernilai ≤1 cm , maka pemancangan sudah bisa 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 topi tiang pancang atau badan tiang pancang itu sendiri.

Gambar 2.4 Pembacaan Kalendering

(Sumber : Proyek Bendung D.I. Serdang)

Tahapan pelaksanaan kalendering yaitu :

1. Saat kalendering telah ditentukan dihentikan pemukulannya oleh hammer.

2. Memasang kertas millimeter blok pada tiang pancang dengan 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.

6. Setelah 10 pukulan kertas millimeter diambil.

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

8. Usahakan kertas bersih, karena kalau menggunakan diesel hammer biasanya kena 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. Pondasi

Pondasi merupakan bagian dari suatu sistem rekayasa yang meneruskan beban yang ditopang oleh pondasi dan beratnya sendiri kepada dan ke dalam tanah dan batuan yang terletak di bawahnya (Bowles, 1991).

Bowles (1991) menjelaskan bahwa sebuah pondasi harus mampu memenuhi beberapa persyaratan stabilitas dan deformasi, seperti :

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

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

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.

Pada umumnya jenis pondasi dapat digolongkan menjadi 2 tipe, yaitu pondasi dangkal dan pondasi dalam.

1. Pondasi Dangkal (Shallow Foundation)

Pondasi dangkal adalah pondasi yang tidak memerlukan galian tanah yang terlalu dalam karena letak tanah kerasnya tidak terlalu jauh dari permukaan tanah dasar. Beberapa contoh dari pondasi dangkal adalah pondasi tapak, pondasi memanjang, pondasi tikar,dll.

2. Pondasi Dalam (Deep Foundation)

Pondasi dalam adalah pondasi yang memerlukan pemancangan atau pengeboran dalam karena letak tanah kerasnya yang jauh dari permukaan tanah dasar. Beberapa contoh dari pondasi dalam adalah pondasi tiang pancang, bore pile, dan pondasi sumuran. Dalam penelitian ini jenis pondasi yang digunakan adalah pondasi tiang pancang.

2.3.1. Pondasi Tiang Pancang

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 bebannya, atau apabila tanah keras yang yang mempunyai daya dukung yang cukup untuk memikul berat bangun dan bebannya letaknya sangat dalam (Sardjono, 1998).

Umunya pondasi tiang pancang digunakan untuk :

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

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

3. Memampatkan endapan tak berkohesi yang bebas lepas di dalam tanah dengan melalui kombinasi perpindahan isi tiang pancang dan getaran dorongan saat pemancangan sehingga kapasitas dukungnya bertambah.

4. Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah tergerus air. Dengan adanya pondasi tiang pancang, kegagalan gelincir yang dapat disebabkan oleh erosi dan beban horisontal akan dapat diatasi.

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

Dalam mendesain pondasi tiang pancang diperlukan informasi mengenai :

 Data tanah dimana bangunan akan didirikan.

 Daya dukung tiang pancang sendiri (baik single pile atau group pile).

 Analisa negative skin friction (karena mengakibatkan beban tambahan).

2.3.2. Jenis-jenis Pondasi Tiang

Pondasi tiang dapat digolongkan berdasarkan perpindahannya, penyaluran beban, pemakainan bahan dan menurut cara pemasangannya, berikut ini adalah penjelasannya:

2.3.2.1. Pondasi Tiang Berdasarkan Perpindahannya

1. Tiang Perpindahan Besar (Large Displacement Pile)

Yaitu tiang pejal atau berlubang dengan ujung tertutup dipancang ke dalam tanah sehingga terjadi perpindahan volume tanah yang relatif besar.

Termasuk dalam tiang perpindahan besar antara lain, tiang kayu, tiang beton pejal, tiang baja bulat (tertutup pada ujungnya), tiang beton prategang (pejal atau berlubang).

2. Tiang Perpindahan Kecil (Small Displacement Pile)

Yaitu sama seperti tiang kategori pertama hanya volume tanah yang

dipindahkan saat pemancangan relatif kecil, contohnya tiang beton berlubang dengan ujung terbuka, tiang baja bulat ujung terbuka, tiang beton prategang berlubang dengan ujung terbuka, tiang baja H, dan tiang ulir.

3. 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 dengan kata lain pipa baja diletakkan di dalam lubang dan dicor beton (Hardiyatmo, 2002).

2.3.2.2. Pondasi Berdasarkan Penyaluran Beban 1. Tiang Dukung Ujung (End Bearing Pile)

Tiang dukung ujung merupakan 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 seperti pada Gambar 2.5

Gambar 2.5 Tiang Dukung Ujung

(Sumber : Bowles, 1991)

2. Tumpuan Geser/Sisi (Friction Pile)

Tiang gesek merupakan tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan oleh perlawanan gesek antara dinding tiang dan tanah disekitarnya seperti pada Gambar 2.6. Tahanan gesek dan pengaruh konsolidasi lapisan tanah di bawahnya diperhitungkan pada hitungan kapasitas tiang.

Gambar 2.6 Tumpuan Geser

(Sumber : Bowles, 1991)

3. Tiang pancang dengan tahanan lekat (adhesive pile)

Bila tiang dipancangkan di dasar tanah pondasi yang memiliki nilai kohesi yang tinggi, maka beban yang diterima oleh tiang akan ditahan oleh lekatan antara tanah di sekitar dan permukaan tiang (Hardiyatmo, 2002).

2.3.2.3. Pondasi Tiang Pancang Menurut Pemakaian Bahan

Menurut pemakaian bahannya, tiang pancang dapat dibagi ke dalam beberapa kategori, antara lain :

1. Tiang Pancang Kayu

Pemakaian tiang pancang kayu ini merupakan cara tertua dalam penggunaan tiang pancang sebagai pondasi. Tiang pancamg kayu umumnya murah dan mudah dalam penanganannya. Permukaan tiang pancang dapat dilindungi ataupun tidak dilindungi tergantung dari kondisi tanahnya. Tiang pancang kayu ini dapat mengalami pembusukan atau rusak akibat dimakan serangga. Biasanya tiang ini diberi pelindung dari besi yang disebut sepatu tiang untuk menghindari kerusakan ujung tiang saat pemancangan (Hardiyatmo, 2002).

2. Tiang Pancang Beton

Tiang pancang beton terdiri dari 3 macam, yaitu : a. Precast Reinforced Concrete Pile

b. Precast Prestressed Concrete Pile . c. Cast in Place Pile

2.3.2.4. Pondasi Tiang Pancang Menurut Pemasangannya 1. Tiang Pancang Pracetak

Tiang pancang pracetak adalah tiang pancang yag dicetak dan di cor didalam acuan beton, kemudian setelah cukup kuat lalu diangkat lalu dipancangkan. Menurut cara pemasangannya tiang pancang pracetak terbagi atas 3, yaitu:

a. Cara penumbukan

Tiang pancang tersebut dipancangkan ke dalam tanah dengan cara penumbukan dengan alat hammer.

b. Cara penanaman

Permukaan tanah dilubangi terlebih dahulu sampai kedalaman tertentu, lalu tiang pancang dimasukkan, kemudian lubang tadi ditimbun lagi dengan tanah.

c. Cara penggetaran

Tiang pancang tersebut dipancangkan ke dalam tanah dengan cara penggetaran oleh alat vibrator.

2. Tiang yang dicor di tempat (Cast in place piles)

Tiang yang dicor di tempat menurut teknik penggaliannya terdiri beberapa macam cara, antara lain adalah cara penetrasi alas dan cara penggalian.

2.3.3. Jenis-jenis Alat Pancang

1. Pemukul Jatuh (Drop Hammer)

Drop hammer adalah sebuah palu berat yang diletakkan pada ketinggian tertentu di atas tiang dengan menggunakan kabel dan karekan. Palu tersebut kemudian dilepaskan dan jatuh bebas mengenai tiang. Pada kepala tiang dopasang topi/cap untuk menghindari tiang rusak akibat tumbukan hammer.

2. Pemukul Aksi Tunggal (Single-Acting Hammer)

Pemukul aksi tunggal berbentuk memanjang dengan ram yang bergerak naik oleh udara atau uap yang terkompresi, lalu pemukul tersebut dijatuhkan menumbuk kepala tiang pancang. Gerakan turun ram disebabkan oleh beratnya sendiri. Energi pemukul aksi tunggal adalah sama dengan berat ram dikalikan tinggi jatuh.

3. Pemukul Aksi Dobel (Double-Acting Hammer)

Pemukul aksi dobel menggunakan uap atau udara untuk mengangkat penumbuk 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.

4. Hydraulic Hammer

Cara kerjanya berdasarkan perbadaan tekanan pada cairan hidrolis.

Hammer tipe ini dapat dimanfaatkan untuk memancangkan pondasi tiang baja H dan pondasi lempengan baja dengan cara dicengkram, didorong, dan ditarik.

5. Pemukul Diesel (Diesel Hammer)

Pemukul diesel terdiri dari silinder, ram, blok anvil dan system injeksi bahan bakar. Pemukul tipe ini umumnya kecil, ringan dan digerakkan dengan menggunakan bahan bakar minyak.

2.4. Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang

Kapasitas daya dukung ultimate menyatakan tahanan geser tanah untuk melawan penurunan akibat pembebanan yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah disepanjang bidang-bidang gesernya

Perancangan pondasi harus mempertimbangkan adanya keruntuhan geser dan penurunan yang berlebih. Untuk itu, perlu dipenuhi 2 (dua) kriteria, yaitu:

kriteria stabilitas dan kriteria keruntuhan. Untuk memenuhi stabilitas jangka panjang, pondasi harus diletakkan pada kedalaman yang cukup untuk menanggulangi resiko erosi permukaan, gerusan, kembang susut tanah dan gangguan yang disekitar pondasi lainnya.

Hitungan kapasitas dukung tiang dapat dilakukan dengan pendekatan statis dan dinamis. Hitungan kapasitas dukung tiang secara statis dilakukan menurut teori mekanika tanah, yaitu dengan cara mempelajari sifat-sifat teknis tanah, sedangkan hitungan dengan cara dinamis dilakukan dengan menganalisis kapasitas ultimate dengan data yang diperoleh dari data pemancangan tiang.

Jika satuan yang digunakan dalam kapasitas dukung pondasi dangkal adalah satuan tekanan (kPa), maka dalam kapasitas dukung tiang satuannya adalah satuan gaya (kN). Dalam beberapa literatur digunakan istilah pile capacity atau pile carrying capacity.

2.4.1. Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang

1. Kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data SPT

SPT merupakan uji penetrasi dinamis yang banyak sekali digunakan untuk mendapatkan daya dukung tanah secara langsung. Harga N yang diperoleh dari SPT tersebut diperlukan untuk memperhitungkan daya dukung tanah yang tergantung pada kuat geser tanah. Hipotesis pertama mengenai kuat geser tanah diuraikan oleh Coulomb yang dinyatakan dengan :

(2.1)

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)

Tabel 2.1 Hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk penentuan harga N dari data SPT

Klasifikasi

Hal-hal yang Perlu 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 konsolidasi atau penurunan), kondisi drainase dan lain-lain

Hal-hal yang perlu diperhatikan langsung

Tanah pasir (tidak kohesif)

Berat isi, sudut geser dalam, ketahanan terhadap penurunan dan daya dukung tanah

Tanah lempung (kohesif)

Keteguhan, kohesi, daya dukung dan ketahanan terhadap hancur

Sumber: Sosrodarsono & Nakazawa, 2000

Untuk mendapatkan sudut geser tanah dari tanah tidak kohesif (pasir) biasanya dapat dipergunakan rumus sebagai berikut :

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

√ (2.2)

2. Butiran pasir bersegi dengan gradasi seragam, maka sudut gesernya :

(2.3)

Angka penetrasi sangat berguna sebagai pedoman dalam eksplorasi tanah dan untuk memperkirakan kondisi lapisan tanah. Hubungan antara angka penetrasi standart dengan sudut geser tanah dan kepadatan relatif untuk tanah berpasir, secara perkiraan dapat dilihat pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir

Angka penetrasi standar, 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

Sumber: Das, 1995

Menurut Sosrodarsono, 2000 dari nilai N yang diperoleh pada uji SPT, dapat diketahui hubungan empiris tanah non kohesif seperti sudut geser dalam (ø), indeks densitas, dan berat isi tanah basah (γwet). Hubungan empirisnya dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan Tabel 2.4.

Tabel 2.3 Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan Kepadatan Relatif

Nilai N Kepadatan relatif

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

Sumber: Sosrodarsono & Nakazawa, 2000

Tabel 2.4 Hubungan antara Harga N-SPT dan Berat Isi Tanah Tanah tidak

kohesif

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

(kN/m³) 12-16 14-18 16-20 18-23 Tanah

kohesif

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

(kN/m³) 14 – 18 16 – 18 16 – 18 >20

Sumber: Das, 1985

Tanah dikatakan mempunyai daya dukung yang baik dari hasil uji SPT dapat dinilai dari ketentuan berikut, yaitu :

1. Lapisan kohesif mempunyai nilai SPT, N > 35.

2. Lapisan kohesif mempunyai nilai kuat tekan bebas (Unconfined compression strength) (qu) 3-4 kg/cm², atau harga N > 15.

Hasil percobaan pada SPT merupakan perkiraan kasar dan bukan merupakan nilai yang teliti. Dalam pelaksanaan, hasil sondir lebih dapat dipercaya daripada percobaan SPT. Hal yang juga perlu diperhatikan yaitu bahwa jumlah pukulan untuk 15 cm pertama yang disebut dengan N1 tidak dihitung karena permukaan tanah dianggap sudah terganggu.

Untuk menghitung daya dukung pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT dapat digunakan metode Meyerhof. Berikut ini adalah rumus-rumus yang dapat digunakan :

a. Kapasitas daya dukung pondasi tiang pada tanah non kohesif (pasir dan kerikil)

1) Daya dukung ujung pondasi tiang

(2.4)

Nilai SPT pada kedalaman 10D pada ujung tiang ke atas Nilai SPT pada kedalaman 4D pada ujung tiang ke bawah Luas penampang tiang (m²)

Diameter tiang pancang (m)

2) Tahanan geser selimut tiang

(2.5)

Tebal lapisan tanah (m) Keliling penampang tiang (m)

b. Kapasitas daya dukung pondasi tiang pada tanah kohesif 1) Daya dukung ujung pondasi tiang

(2.6)

2) Tahanan geser selimut tiang

(2.7)

Koefisien adhesi antara tanah dan tiang

(2.8)

Luas penampang tiang (m²) Keliling penampang tiang (m)

Tebal lapisan tanah (m)

Gambar 2.7 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor Adhesi (α)

(Sumber: API, 1987)

2. Kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data Kalendering

Perhitungan kapasitas daya dukung tiang pancang dari data kalendering dilakukan dengan menggunakan 3 metode, yaitu :

a. Metode Hiley Formula

(2.9)

Dimana :

Kapasitas daya dukung (ton) Berat pile (ton)

= Berat hammer (ton) Tinggi jatuh hammer (cm)

Rata-rata penetrasi 10 pukulan terakhir (cm) Koefisien restitusi

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

k1, k2, k3 = Faktor capping, tiang, dan tanah

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

Tabel 2.5 Koefisien Restitusi

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

Sumber: Sosrodarsono, 2000

b. Metode Danish Formula

[

]

(2.10)

Dimana :

Energi alat pancang (kg.cm) Modulus elastisitas tiang (kg/cm²) Panjang tiang pancang (cm) Efisiensi alat pancang

Tabel 2.6 Efisiensi Jenis Alat Pancang

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

Sumber: Sosrodarsono, 2000

Tabel 2.7 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer

Tipe

Tenaga Hammer Jumlah Pukulan

Per Menit

Berat Balok Besi Panjang

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

K 42 379,9 280 1100000 45 - 60 147,20 33,11 4200 K 32 143,2 105,60 780000 45 - 60 58,70 13,20 3200 K 22 123,5 91,10 615000 45 – 60 44 9,90 2200 K 13 96 70,80 338000 45 – 60 34,3 7,70 1300

Sumber: Kobe Diesel Hammer, 2018

c. Metode Modified New Enginering News Record (ENR)

(2.11)

Dimana :

Efisiensi hammer (%) Berat pile (ton) Berat hammer (ton) Tinggi jatuh hammer (cm)

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

Koefisien restitusi

3. Kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data PDA

Hasil uji dinamis tiang pancang dengan menggunakan PDA telah dianalisis lanjut dengan menggunakan program Case Pile Wave Analysis Program (CAPWAP).

2.4.2. Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang

Selain beban aksial, pondasi tiang pancang juga harus dirancang dengan memperhitungkan beban lateral. Beban lateral merupakan beban yang memiliki arah horizontal. Pada beban horizontal terdapat gaya lateral dan momen yang bekerja pada pondasi tiang diakibatkan oleh gaya gempa, gaya angin pada struktur atas, dan beban statis.

Gaya lateral yang terjadi pada tiang pancang bergantung pada kekakuan atau tipe tiang, jenis tanah, penanaman ujung tiang ke dalam pelat penutup kepala tiang, sifat gaya-gaya dan besar defleksi. Jika gaya lateral yang harus didukung oleh tiang sangat besar, maka penggunaan tiang miring dapat dijadikan pertimbangan.

Secara umum tiang yang menerima beban lateral dapat di bagi dalam dua bagian besar, yaitu tiang pendek dan tiang panjang (elastic pile). Dalam analisis gaya lateral juga terdapat model ikatan tiang dengan pelat penutup tiang pile cap.

Model ikatan tersebut sangat mempengaruhi perilaku tiang dalam mendukung beban lateral. Model dari ikatan tiang terdiri dari 2 tipe, yaitu tiang ujung jepit (fixed-end pile) dan tiang ujung bebas (free-end pile). Jika kepala tiang dapat berinteraksi dan berotasi akibat beban geser dan/atau momen, tiang tersebut dikatakan berkepala bebas (free head). Jika kepala tiang hanya bertranslasi maka disebut dengan kepala jepit (fixed head).

Menurut McNulty (1956), tiang yang disebut berkepala jepit (fixed head) adalah tiang yang yang ujung atasnya terjepit dalam pile cap paling sedikit sedalam 60 cm, sedangkan tiang berkepala bebas (free head) adalah tiang yang tidak terjepit ke dalam pile cap atau terjepit ke dalam pile cap kurang dari 60 cm.

Perkiraan nilai kapasitas dukung lateral pondasi tiang, dapat dihitung dari data fisik pondasi dan parameter tanah, dengan menerapkan prinsip-prinsip

mekanika. Dalam penelitian ini metode yang digunakan untuk menentukan tahanan lateral pada pondasi tiang adalah metode Broms.

1. Menghitung Tahanan Beban Lateral Ultimit

Langkah awal yang perlu dilakukan untuk menentukan kapasitas lateral tiang adalah menentukan apakah tiang tersebut berperilaku sebagai tiang panjang atau tiang pendek. Hal tersebut dilakukan dengan menentukan faktor kekakuan tiang R dan T. Faktor kekakuan tersebut dipengaruhi oleh kekauan tiang EI dan kompresibilitas tanah yang dinyatakan dalam modulus tanah (K) yang tidak konstan untuk sembarang tanah tetapi bergantung pada lebar dan kedalaman tanah yang dibebani.

Dari nilai-nilai faktor kekakuan R dan T yang telah dihitung, Tomlinson (1977) mengusulkan kriteria tiang kaku (tiang pendek) dan tiang elastis (tiang panjang) yang dikaitkan dengan panjang tiang yang tertanam dalam tanah (L).

Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.8 Batasan ini terutama digunakan untuk menghitung defleksi tiang akibat gaya horizontal.

Tabel 2.8 Kriteria Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku Tipe Tiang Modulus tanah (K) bertambah

dengan kedalaman

Modulus tanah (K) konstan

Kaku L ≤ 2T L ≤ 2R

Tidak Kaku L ≥ 4T L ≥ 3,5R

Sumber: Tomlinson, 1977

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 :

√ (2.12)

Dimana :

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

k_i = Modulus reaksi subgrade dari Terzaghi (1995) (Tabel 2.9)

E = Modulus elastis tiang = 4700 √ (𝑘𝑔/ 𝑚² (2.13)

I = Momen inersia tiang =

(2.14)

D = Diameter tiang (cm)

Tabel 2.9 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebih

(Overconsolidated)

Konsistensi Kaku Sangat Kaku Keras

Kohesi Undrained C_u

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

Sumber: Terzaghi, 1995

Untuk tanah lempung terkonsolidasi normal (normally consolidated) dan tanah granular, 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 = n_h. z (2.16)

Kh = n_h z/d (2.17)

Dimana:

K = Modulus tanah E = Modulus elastis tiang I = Momen inersia tiang

ℎ = Koefisien variasi modulus tanah (Tabel 2.10 dan 2.11) D = Diameter tiang

Tabel 2.10 Nilai-nilai nh untuk Tanah Granuler (c = 0)

Kerapatan Relatif (Dr) Tidak Padat Sedang Padat Interval nilai A 100-300 300-1000 1000-2000

Nilai A dipakai 200 600 1500

nh, pasir kering atau lembab

(Terzaghi) (kN/m3) 2425 7275 19400

nh, pasir terendam air (kN/m3) Terzaghi

Reese, dkk.

1386 5300

4850 16300

11779 34000

Sumber: Hardiyatmo, 2002

Tabel 2.11 Nilai-nilai nh untuk Tanah Kohesif

Tanah n_h (kN/m³) Referensi

Lempung terkonsolidasi normal lunak

166 – 3518 Reese dan Matlock (1956) 277 – 554 Davisson - Prakash (1963) Lempung terkonsolidasi

normal organik

111 – 277 Peck dan Davidsson (1962) 111 – 831 Davidsson (1970) Gambut

55 Davidsson (1970)

27,7 – 111 Wilson dan Hilts (1967)

Loses 8033 – 11080 Bowles (1968)

Sumber: Hardiyatmo, 2002

2. Kapasitas Ultimit Tiang Pancang dengan Metode Broms

Metode perhitungan Broms menggunakan diagram tekanan tanah yang disederhanakan dengan menganggap bahwa sepanjang kedalaman tiang reaksi atau tahanan tanah mencapai nilai ultimit. Berikut ini adalah beberapa keuntungan menggunakan metode Broms:

a. Dapat digunakan pada tiang panjang maupun tiang pendek.

b. Dapat digunakan pada kondisi kepala tiang terjepit maupun bebas.

Selain itu, ada pula beberapa kekurangan dalam penggunaan metode Broms, diantaranya yaitu: