Pengaruh Ketebalan Pile Cap dan Jarak Antartiang dalam Kapasitas Lateral Pondasi Tiang

(1)

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/361407702

PengaruhKetebalanPileCapdanJarakAntarTiang

Conference Paper · June 2022

CITATIONS

0

READS

179

1 author:

Tjie-Liong Gouw Dr.

Parahyangan Catholic University 75PUBLICATIONS 175CITATIONS

SEE PROFILE

All content following this page was uploaded by Tjie-Liong Gouw Dr. on 19 June 2022.

The user has requested enhancement of the downloaded file.

(2)

(3)

(4)

21^stAnnual National Conference on Geotechnical Engineering Jakarta – INDONESIA, 7-8 November 2017

287

1 PENDAHULUAN

Formulasi perhitungan daya dukung lateral pondasi tiang pertama kali diperkenalkan oleh Broms (Broms, 1964a, 1964b), formula Broms ini tidak memberikan perkiraan pergerakan lateral tiang. Untuk menurunkan kapasitas lateral tiang berdasarkan deformasi lateral tiang dipergunakan metoda PY yang dikembangkan oleh Reese dan Matlock, 1956 atau metoda Poulos dan Davis, 1980. Metoda tersebut memberikan perkiraan kapasitas dukung lateral tiang tunggal. Daya dukung lateral group tiang pada umumnya lebih kecil dari perkalian jumlah tiang dengan kapasitas tiang tunggal.

Dalam praktek kapasitas lateral group tiang secara konvensional dihitung dengan mereduksi modulus reaksi horisontal subgrade, kh, yaitu: untuk jarak tiang kurang dari 3 kali diameter kh direduksi hingga 0.25 kh kemudian meningkat secara linier hingga 1.0 kh saat jarak as ke as kelompok tiang sebesar 8 kali diameter sebagaimana disajikan pada Gambar 1 (Prakash, 1962).

Gambar 1. Faktor Reduksi kh

Contoh: untuk group sejumlah m x n tiang dengan jarak antar tiang as ke as sebesar 3D, dimana D = diameter atau lebar penampang tiang, modulus reaksi lateral subgrade diambil sebesar khg = 0.25 kh. Bila jarak as ke as tiang sebesar 5D maka khg = 0.55 kh. Kemudian kapasitas group dihitung dengan mengalikan jumlah tiang dengan kapasitas tiang tunggal yang dihitung mempergunakan khg. Metoda sederhana ini hanya memperhitungkan jarak tiang dan tidak memperhitungkan pengaruh ketebalan kepala tiang (pile cap), pergerakan lateral tiang dan jumlah tiang dalam group.

Pengaruh Ketebalan Pile Cap, Pergerakan, Jarak dan Jumlah Tiang Terhadap Kapasitas Kelompok Lateral Pondasi

GOUW Tjie-Liong

Binus University, email: [email protected]

ABSTRAK: Secara konvensional daya dukung lateral group pondasi tiang diperkirakan dengan jalan mereduksi modulus reaksi horisontal subgrade tanah, kh. Dalam cara ini modulus reaksi horisontal subgrade direduksi hingga 0.25 kh untuk jarak as ke as kelompok tiang 3 kali diameter tiang, dan meningkat secara linier hingga 1.0 kh saat jarak as ke as kelompok tiang sebesar 8 kali diameter. Metoda ini hanya memperhitungkan jarak antar tiang; pengaruh ketebalan kepala tiang (pile cap), besaran pergerakan lateral tiang, dan jumlah tiang dalam satu kelompok tiang sama sekali tidak diperhitungkan. Dengan menggunakan perangkat lunak elemen hingga 3 dimensi khusus untuk aplikasi geoteknik, penulis meneliti pengaruh ketebalan pile cap, besaran pergerakan horizontal kepala tiang, serta jumlah tiang dalam satu kelompok terhadap kapasitas lateral kelompok tiang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh ketebalan pile cap tidak signifikan dan dapat diabaikan, sedangkan pergerakan lateral tiang dan jarak antar tiang sangat berpengaruh terhadap kapasitas lateral kelompok tiang. Semakin besar pergerakan lateral yang terjadi semakin besar efisiensi daya dukung lateral tiang. Begitu juga dengan jarak antar tiang, semakin besar jarak antar tiang semakin besar efisiensi kapasitas lateral tiang. Sementara itu semakin banyak jumlah tiang dalam satu kelompok semakin kecil efisiensi kapasitas lateral tiang.

Kata kunci: daya dukung kelompok tiang lateral, ketebalan pile cap, analisis elemen hingga 3D

(5)

288

Seiring dengan kemajuan teknologi komputer dan perangkat lunak elemen hingga tiga dimensi, kini dimungkinkan untuk meneliti pengaruh faktor-faktor di atas. Makalah ini menyajikan hasil penelitian pengaruh faktor ketebalan kepala tiang, pergerakan lateral tiang, jumlah dan jarak antar tiang terhadap kapasitas lateral group tiang dengan mempergunakan perangkat lunak elemen hingga 3D.

2 METODOLOGI PENELITIAN

Studi numerik dilakukan dengan menggunakan PLAXIS 3D, suatu perangkat lunak khusus untuk aplikasi geoteknik (Brinkgreeve et al, 2015), dengan langkah- langkah penelitian sebagai berikut:

• Pondasi berupa tiang bor berdiameter 1m.

• Pondasi ditanamkan di dalam tanah lempung dengan kuat geser undrained, Su = 50 kPa dan modulus kekakuan tanah, E, sebesar 500 Su, E = 25.000 kPa. Tanah diasumsikan berprilaku undrained berdasarkan kenyataan bahwa gaya lateral pada bangunan umumnya timbul karena beban gempa atau angin kencang yang berlangsung singkat.

• Dipergunakan model tanah Mohr Coulomb.

• Memodelkan dan melakukan analisis tiang tunggal terhadap beban lateral. Daya dukung tiang tunggal ditentukan pada pergerakan kepala tiang horisontal sebesar 6mm, 9mm, 12mm, 25mm, 40mm and 100mm. Sebut daya dukung tiang tunggal pada pergerakan x mm ini Q1h= x mm.

• Catatan: Besaran pergerakan horisontal di atas diambil berdasarkan ketentuan dalam perencanaan umumnya, yaitu: pergerakan ijin pada beban rencana sebesar 6mm, pergerakan ijin akibat gempa kecil sebesar 9mm, pergerakan ijin akibat gempa sedang sebesar 12mm, pergerakan ijin akibat gempa kuat sebesar 25mm, ketentuan bahwa beban ultimit terjadi pada pergerakan sebesar 4% diameter tiang = 40mm, ketentuan konvensional Terzaghi bahwa keruntuhan terjadi pada pergerakan sebesar 10% diameter tiang = 100mm.

• Pondasi tiang dimodelkan sebagai

“embedded beam” dalam Plaxis 3D dengan masa jenis sebesar 24 kN/m³ dan kekakuan sebesar 3x10⁷ kN/m².

• Memodelkan group tiang sebanyak 3 x 3 tiang, 5 x 5 dan 9 x 9.

• Gaya lateral (horisontal) diaplikasikan di tepi pile cap. Besaran gaya disesuaikan hingga seluruh tiang dalam group mengalami pergerakan hingga 100mm atau lebih.

• Jarak as ke as tiang divariasikan dari 3D, 4D, 5D, 6D, 8D hingga 10D (D= diameter tiang).

• Ketebalan pile cap divariasikan dari 1D hingga 4D. Pile cap dimodelkan sebagai cluster tanah dengan prilaku material non- porous, dan model material linear elastik.

Masa jenis 24 kN/m³, kekakuan 3x10⁷ kN/m², dan rasio poisson 0.15.

• Friksi antara dasar pile cap dengan tanah diabaikan dengan cara membuat lapisan tanah fiktif setebal 10cm dengan besaran kuat geser dan kekakuan relatif nol.

• Efek perlawanan tekanan pasif tanah yang bekerja pada pile cap diabaikan dengan cara meletakkan pile cap di atas permukaan tanah (tidak tertanam dalam tanah).

• Jalankan perhitungan, kemudian daya dukung horisontal masing-masing tiang ditentukan pada pergerakan kepala tiang yang sama dengan yang dipakai pada penentuan daya dukung tiang tunggal, yaitu pada pergerakan sebesar 6mm, 9mm, 12mm, 25mm, 40mm dan 100mm.

• Kapasitas total group tiang pada pergerakan tertentu, Qg h= x mm, kemudian dihitung dengan menjumlahkan seluruh daya dukung tiang-tiang yang ada pada kelompok tiang.

Efisiensi group tiang lateral,  kemudian dihitung dengan formulasi di bawah ini,

 = Qg h = x mm / (n x Q1h= x mm) (1)

dimana:

Qg h = x mm = daya dukung horisontal group, diperoleh dengan menjumlahkan daya dukung semua tiang yang ada dalam kelompok pada pergerakan kepala tiang sebesar x mm yang dihasilkan dari analisis elemen hingga kelompok tiang.

n = jumlah tiang dalam group, untuk kelompok 5 x 5 tiang n = 25.

Q1h= x mm= daya dukung tiang tunggal pada pergerakan horisontal sebesar x mm yang dihasilkan dari analisis elemen hingga tiang tunggal.

(6)

289

3 MODEL ELEMEN HINGGA

Gambar 2 menunjukkan pemodelan tipikal elemen hingga untuk kelompok tiang 3x3.

Gambar 2. Pemodelan Elemen Hingga Gambar 3 menunjukkan pergerakan lateral kelompok tiang yang dihasilkan setelah perhitungan dilakukan. Hasil analisis pergerakan horisontal tiang terhadap beban diplotkan pada Gambar 4 untuk kelompok tiang 3x3 dan ketebalan pile cap 1D, Gambar 5 menunjukkan pergerakan horisontal untuk tiang tunggal.

Gambar 3. Pergerakan Horisontal Tiang

Gambar 4. Beban vs Pergerakan Kelompok tiang 3x3 – Tebal Pile Cap 1D

Gambar 5. Beban vs Pergerakan Tiang Tunggal

(7)

290

Effisiensi group tiang 3x3 ini kemudian diturunkan dengan menggunakan Gambar 4 dan Gambar 5 serta Persamaan (1). Seperti dijelaskan dalam sub bab metodologi penelitian analisis dilakukan terhadap masing-masing kelompok tiang dengan ketebalan pile cap dan jarak antar tiang yang berbeda-beda.

4 PENGARUH KETEBALAN PILE CAP Hasil analisis untuk kelompok tiang 3x3 ditabulasikan dalam Tabel 1.

Tabel 1. Efisiensi Group Tiang Lateral untuk Kelompok tiang 3 x3

  

Gambar 6 menunjukkan faktor efisiensi group tiang lateral kelompok tiang 3x3 terhadap jarak tiang untuk masing-masing besaran pergerakan kepala tiang, juga menunjukkan

pengaruh ketebalan pile cap. Gambar 6. Efisiensi Kelompok Tiang 3x3

(8)

291

Terlihat dari Gambar 6 bahwa faktor efisiensi group tiang lateral untuk masing- masing ketebalan pile cap dari tebal 1D hingga 4D hampir tidak berbeda. Analisis lebih lanjut dilakukan dengan membandingkan nilai efisiensi masing-masing ketebalan pile cap terhadap faktor efisiensi ketebalan pile cap setebal 1D. Sebagai contoh: faktor efisiensi untuk ketebalan pile cap 4D dan jarak tiang 8D saat pergerakan kepala tiang 25mm adalah 0.771, sedangkan untuk ketebalan pile cap 1D faktor efisiensinya adalah 0.802 (dari Tabel 1), ini berarti untuk ketebalan pile cap 4D dibandingkan dengan ketebalan pile cap 1D terjadi pengurangan faktor efisiensi group sebesar 1-0.771/0.802 = 3.9%. Hasil perhitungan ini disajikan dalam Tabel 2.

Tabel 2. Pengaruh Ketebalan Pile Cap terhadap Pengurangan Efisiensi Group Tiang Lateral

Dari Tabel 2 dapat terlihat bahwa semakin tebal pile cap terjadi pengurangan yang semakin besar, namun demikian efek pengurangan terbesar hanya sebesar 4.3%

dengan rata-rata hanya terjadi pengurangan faktor efisiensi sebesar 1.4%. Penelitian selanjutnya yang dilakukan terhadap kelompok tiang 5 x 5 dan 9 x 9 menunjukkan hasil yang lebih kurang sama. Dapat dikatakan pengurangan faktor efisiensi akibat ketebalan pile cap bersifat marjinal dan dapat diabaikan.

Dengan kata lain ketebalan pile cap tidak mempengaruhi kapasitas lateral group tiang (ingat bahwa gesekan di dasar pile cap dan gaya pasif di sisi pile cap yang berlawanan arah gaya diabaikan).

5. PENGARUH PERGERAKAN TIANG

Gambar 7. Pengaruh Pergerakan Tiang

Bila diperiksa lebih lanjut Gambar 6 menunjukkan bahwa besaran pergerakan kepala tiang dan jarak tiang berpengaruh cukup besar terhadap faktor efisiensi group tiang lateral. Terlihat bahwa semakin besar jarak tiang semakin besar faktor efisiensi dan

(9)

292

semakin besar pergerakan kepala tiang semakin besar pula faktor efisiensi. Karena ketebalan pile cap hanya berpengaruh secara marjinal, maka pembahasan selanjutnya hanya dilakukan untuk pile cap setebal 2D. Gambar 7 menunjukkan efisiensi group lateral tiang terhadap pergerakan horisontal kepala tiang.

Dari Gambar 7 terlihat bahwa untuk pergerakan antara 6 mm hingga 25m, faktor efisiensi group lateral tiang relatif konstan untuk semua kelompok tiang, untuk pergerakan yang lebih besar faktor efisiensi meningkat secara linear hingga pergerakan 40mm, dan dari pergerakan tiang antara 40mm hingga 100mm faktor efisiensi meningkat dengan sudut kemiringan yang lebih landai. Secara umum dapat dikatakan bahwa saat pergerakan kepala tiang lebih kecil dari 25mm faktor efisiensi relatif konstan, dan saat pergerakan melebihi 25mm faktor efisiensi akan meningkat.

Gambar 7 juga menunjukkan bahwa semakin besar jumlah tiang dalam kelompok tiang semakin kecil faktor efisiensi group lateral tiang.

6. PENGARUH JARAK TIANG

Selanjutnya dilakukan analisis pengaruh jarak tiang terhadap faktor efisiensi group tiang lateral. Hasil analisis diplot dalam Gambar 8 untuk masing-masing kelompok tiang. Terlihat bahwa jarak tiang berpengaruh besar terhadap faktor efisiensi group tiang lateral. Semakin besar jarak tiang semakin besar faktor efisiensi tiang untuk masing-masing besaran pergerakan horisontal kepala tiang.

7. KESIMPULAN

Analisis numerik dengan menggunakan metoda elemen hingga memperlihatkan bahwa, bila gesekan dasar pile cap dengan tanah dan tahanan tanah pasif dari pile cap diabaikan, dalam perhitungan daya dukung lateral (horisontal) kelompok tiang:

• Pengaruh ketebalan pile cap dapat diabaikan.

• Pergerakan horisontal menentukan besaran faktor efisiensi group. Untuk pergerakan antara 6 mm hingga 25m, faktor efisiensi

group lateral tiang relatif konstan untuk semua kelompok tiang, untuk pergerakan yang lebih besar faktor efisiensi meningkat.

• Jarak as ke as tiang menentukan besaran faktor efisiensi group. Semakin besar jarak tiang semakin besar faktor efisiensi group.

• Jumlah tiang dalam satu kelompok tiang juga menentukan besaran faktor efisiensi tiang, semakin banya jumlah tiang semakin kecil nilai faktor efisiensi group.

Gambar 8. Pengaruh Jarak Tiang

(10)

293

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Kementerian Pendidikan Tinggi yang telah membiayai, kepada Universitas Bina Nusantara yang memfasilitasi, kepada Ir. Irpan Hidayat M.T. yang telah banyak membantu dalam proses non teknis, dan kepada Ir. Christian Hadinata yang turut mengoperasikan program Plaxis dalam penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Broms, B.B, 1964a, Lateral resistance of Piles in Cohesive Soils, JSMFD, ASCE, Vol. 90, SM2.

Broms, B.B, 1964b, Lateral resistance of Piles in Cohesionless Soils, JSMFD, ASCE, Vol. 90, SM3.

Brinkgreeve, R.B.J., Broere W, Waterman, D., 2014, Plaxis 3D Manual, Plaxis BV, Delft, Netherlands.

Poulos, H.G. and Davis, E.H., 1980: Pile Foundation Analysis & Design, John Wiley & Sons, Canada.

Prakash, S. 1962, Behavior of Pile Groups Subjected to Lateral Loads, PhD thesis Univ. of Illinois, Urbana, USA.

Reese, L.C. and Matlock, H., 1956, Non Dimensional Solutions for laterally Loaded Piles with Soil Modulus Assumed Proportional to Depth, Proc. 8th Texas Conference on Soil Mech. and Found. Eng., University of Texas, Austin.

View publication stats