ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG SECARA ANALITIS PADA PROYEK GBI BETHEL MEDAN Christina R Siregar1 dan Rudi Iskandar2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl,Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email :
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl Perpustakaan No.1 Medan
ABSTRAK Suatu perencanaan pondasi tiang harus dilakukan dengan teliti dan secermat mungkin. Setiap Pondasi harus mampu mendukung beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimum yang mungkin terjadi. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui kapasitas daya dukung dan penurunan pondasi tiang pancang pada Proyek GBI Bethel Medan. Analisis dilakukan dengan metode statis dan dinamis untuk mengetahui kapasitas daya dukung tiang pancang dan penurunan yang terjadi. Kapasitas dukung tiang pancang dengan metode statis dihitung berdasarkan data- data lapangan (SPT), sedangkan metode dinamis dihitung berdasarkan data lapangan yaitu data kalendering dan PDA yang diperoleh saat pemancangan. Dalam tulisan ini, akan dijelaskan secara singkat bagaimana mencari daya dukung tiang pancang beberapa metode seperti Meyerhof, New Modified ENR,Danish Formula,WIKA dan penurunan elastis. Dari hasil perhitungan diperoleh daya dukung ultimate tiang tunggal berdasarkan data SPT Qu= 270,298 ton dan daya dukung ultimate tiang kelompok Qg=700,612 ton. Daya dukung ultimate tiang tunggal berdasarkan data kalendering (Modified New ENR) Qu=333,884 ton dan daya dukung ultimate tiang kelompok Qg=865,427 ton. penurunan elastis tiang kelompok menurut Meyerhof diperoleh 21,41 mm < 25 mm. Penurunan elastis tiang kelompok memenuhi syarat yang diijinkan untuk bangunan berdasarkan ASTM D1143-81. Kata kunci : kapasitas daya dukung , SPT , kalendering , PDA, penurunan elastis.
ABSTRACT A pile foundation design should be done carefully and as carefully as possible. Each foundation must be able to support loads up to the limit safely, including supporting the maximum load that may occur. The purpose of this study was to determine the bearing capacity and settlement of pile foundation at Bethel GBI Medan Project. Analyses were performed by static and dynamic methods to determine the bearing capacity of piles and settlement. Bearing capacity of piles with static methods is calculated based on the data field (SPT), while the method of dynamically calculated based on the field data is data obtained kalendering and PDA while driving operation. In this paper, we describe briefly how the calculate bearing capacity of the pile for some methods such as Meyerhof, New Modified ENR, Danish Formula,WIKA and elastic settlement of pile. From the results and analysis data , ultimate bearing capacity for single pile base on SPT data (Qu) =270,298 ton and ultimate bearing capacity for group pile (Qg) = 700,612 ton. Ultimate bearing capacity for single pile base on kalendering data (Qu) = 333,884 ton and and ultimate bearing capacity for group pile (Qg) = 865,427 ton. Elastic settlement for group pile base on Meyerhof Method is 21,41 mm < 25 mm. Elastic settlement for group pile fulfills the allowable term for building according to ASTM D1143-81. Keywords: bearing capacity, SPT, kalendering, PDA, elastic settlement
1. PENDAHULUAN Salah satu tahapan paling awal yang perlu dilakukan dalam perencanaan pondasi adalah penyelidikan tanah. Uji penyelidikan tanah diperlukan untuk mengetahui daya dukung dan karateristik tanah serta kondisi geologi. Daya dukung tiang pancang dapat dihitung menggunakan metode yang disarankan para ahli berdasarkan data-data penyelidikan tanah yang diperoleh di lapangan yaitu data SPT , kalendering, PDA dan data laboratorium. Oleh sebab itu, konstruksi dapat dikatakan aman apabila daya dukungnya lebih besar dari beban bangunannya.
2. TUJUAN Menghitung nilai daya dukung tiang pancang berdasarkan data SPT, data kalendering, dan membandingkan nilai daya dukung ultimate tiang pancang berdasarkan data tes PDA (Pile Driving Analizer) serta menghitung penurunan tiang pancang pada Proyek GBI Bethel Medan.
3. METODELOGI PENELITIAN Untuk mencapai maksud dan tujuan studi ini, dilakukan beberapa tahapan yang dianggap perlu dan secara garis besar diuraikan sebagai berikut : Tahapan pertama adalah melakukan review dan studi kepustakaan terhadap text book dan jurnal-jurnal terkait dengan pondasi tiang, permasalahan pada pondasi tiang, dengan desain dan pelaksanaan pemancangan tiang. Tahapan kedua adalah meninjau langsung ke lokasi proyek dan menentukan lokasi pengambilan data yang dianggap perlu. Tahapan ketiga adalah Pelaksanaan pengumpulan data – data. Data yang diperoleh adalah : 1. Data hasil SPT 2. Data hasil kalendering. 3. Data uji laboratorium 4. Data tes PDA (Pile Driving Analizer) Tahap keempat adalah mengadakan analisis data dengan menggunakan data-data diatas berdasarkan formula yang ada. Tahapan kelima adalah mengadakan analisis terhadap hasil perhitungan yang dilakukan dan membuat kesimpulan.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Penulis akan mengaplikasikan metode perhitungan daya dukung tiang yang telah disampaikan pada Bab II. Daya dukung tiang akan dihitung dengan menggunakan data hasil SPT yaitu jumlah pukulan (N), perhitungan daya dukung dengan menggunakan data kalendering yang diperoleh saat pemancangan tiang, dan data tes PDA.
Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan data SPT (BH-1) Perhitungan kapasitas daya dukung tiang pancang dari data SPT memakai Metode Meyerhof dan data diambil pada titik BH-1 pada as E-4. Tanah non-kohesif Daya dukung ujung pondasi pada tanah non-kohesif diperoleh dari persamaan : Qp = 40 x N − SPT x
x Ap
(1)
Tahanan geser selimut tiang pancang pada tanah non-kohesif diperoleh dari persamaan : Qs = 2 x N-SPT x p x Li
(2)
dengan N-SPT = N yang telah dikoreksi, Li = panjang lapisan tanah, p = keliling tiang, dan Ap = luas penampang tiang.
Tanah kohesif Daya dukung ujung pondasi pada tanah kohesif diperoleh dari persamaan : Qp = 9 x Cu x Ap
(3)
Tahanan geser selimut tiang pancang pada tanah non-kohesif diperoleh dari persamaan : Qs = α x Cu x p x Li
(4)
dengan α = koefisien adhesi antara tanah dan tiang, Li = panjang lapisan tanah, p = keliling tiang, Ap = luas penampang tiang, Cu = kohesi undrained.
Tabel 1. Perhitungan daya dukung tiang berdasarkan data SPT (BH-1)
Berdasarkan perhitungan daya dukung dengan data SPT pada kedalaman 11 meter diperoleh daya dukung sebesar 256,465 ton . Sedangkan daya dukung pada kedalaman 14 m diperoleh sebesar 270,298 ton.
Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan data SPT (BH-2) Perhitungan kapasitas daya dukung tiang pancang dari data SPT memakai Metode Meyerhof dan data diambil pada titik BH-2 pada as M-10.
Tabel 2. Perhitungan daya dukung tiang berdasarkan data SPT (BH-2)
Berdasarkan perhitungan daya dukung dengan data SPT pada kedalaman 11 meter diperoleh daya dukung sebesar 324,925 ton.
Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan data kalendering (Modified New ENR) Perhitungan kapasitas daya dukung dari pengambilan kalendering di lapangan dengan Danish Formula, Metode ENR, dan Metode WIKA dihitung pada titik E-4 yaitu pile 2. Daya dukung berdasarkan kalendering dengan Metode Modified New ENR diperoleh dari persamaan : Qu
=
x
(5)
dengan E = efisiensi hammer, WR = berat hammer, h = tinggi jatuh ram, S = penetrasi pukulan per cm, C = 0.254 cm, n = koefisien restitusi antara ram dan pile cap, Wp = berat tiang. x
Qu = =
,
, ,
,
x
,
, ,
, ,
= 333,884 ton Berdasarkan Persamaan (5), diperoleh kapasitas daya dukung ultimate menurut metode Modified New ENR yaitu sebesar 333,884 ton. Perhitungan kapasitas berdasarkan kalendering lapangan dengan mengambil 1 titik tiang pancang pada as E-4 pile no.2 yang dapat dilihat pada lampiran.
III.3Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan data kalendering (Danish Formula) Perhitungan kapasitas daya dukung dari pengambilan kalendering di lapangan dengan Danish Formula, Metode ENR, dan Metode WIKA dihitung pada titik E-4 yaitu pile 2. Daya dukung berdasarkan kalendering dengan Metode Modified New ENR diperoleh dari persamaan :
Qu =
,
(6)
dengan η = efisiensi tiang pancang, E = energi hammer, S = penetrasi pukulan per cm, L = panjang tiang, dan Ep = modulus elastisitas tiang. ,
Qu =
,
,
,
,
,
= 492,469 ton Berdasarkan Persamaan (6), diperoleh kapasitas daya dukung ultimate menurut Danish Formula yaitu sebesar 492,469 ton. Perhitungan kapasitas berdasarkan kalendering lapangan dengan mengambil 1 titik tiang pancang pada as E-4 pile no.2 yang dapat dilihat pada lampiran. III.4 Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan data kalendering (WIKA) Perhitungan kapasitas daya dukung dari pengambilan kalendering di lapangan dengan Danish Formula, Metode ENR, dan Metode WIKA dihitung pada titik E-4 yaitu pile 2. Daya dukung berdasarkan kalendering dengan Metode Modified New ENR diperoleh dari persamaan : x
Qu =
(7)
dengan W = berat ram, H = tinggi jatuh hammer, S = penetrasi pukulan per cm , K= rebound , e = koefisien restitusi (0,25) dan P = berat tiang. x
Qu = =
, ,
,
x
,
, ,
, ,
= 355,784 ton
Berdasarkan Persamaan (7), diperoleh kapasitas daya dukung ultimate menurut metode WIKA yaitu sebesar 355,784 ton. Perhitungan kapasitas berdasarkan kalendering lapangan dengan mengambil 1 titik tiang pancang pada as E-4 pile no.2 yang dapat dilihat pada lampiran.
Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan data tes PDA (Pile Driving Analyzer) Tujuan pengujian dinamis ini adalah untuk mengetahui besarnya daya dukung ultimate tiang pancang tunggal yang dilakukan di lapangan dengan berbagai dimensi dan karakteristik tiang yang telah ditentukan melalui perencanaan sebelumnya, baik untuk pemilihan tiang maupun lokasinya. Berdasarkan hasil pengujian Tes PDA , tiang pancang dengan diameter 50 cm memiliki daya dukung ultimate sebagai berikut :
No. N’3 B’3 L’13
Tabel 3. Hasil tes PDA Penampang Ø 50 cm Ø 50 cm Ø 50 cm
Qultimate (ton) 170,05 116,1 234,4
Titik B’3 adalah titik yang mendekati titik pada pengujian SPT (BH1). Nilai daya dukung ultimate tiang pancang adalah 116,1 ton.
Perhitungan daya dukung tiang pancang kelompok berdasarkan efisiensi 1. Metode Converse-Labarre Efisiensi kelompok tiang (Eg) diperoleh dari persamaan : Eg = 1 − θ
(
)
(
)
(8)
dengan θ = arc tg d/s, dalam derajat, n = jumlah tiang dalam satu baris, dan m = jumlah baris tiang. Diketahui : Diameter tiang pancang (d) = 50 cm, jarak pusat antar tiang (s) = 150 cm, m = 3, n = 1 (Gambar 1) d 50 cm = arc tan = 18,435° s 150 cm (1 − 1)3 + (3 − 1)1 Eg = 1 − 18,435 90 . 3 .1 Eg = 0,864 θ = arc tan
Gambar 1. Kelompok tiang pada pile cap 2. Metode Los Angeles Group Efisiensi kelompok tiang (Eg) dapat diperoleh dari persamaan : Eg = 1 −
. .
m(n − 1) + (m − 1) + √2 (m − 1)(n − 1)
(9)
dengan d = diameter tiang, s = jarak pusat antar tiang , n = jumlah tiang dalam satu baris, dan m = jumlah baris tiang. Diketahui : Diameter tiang pancang (d) = 50 cm, jarak pusat antar tiang (s) = 150 cm, m = 3, n = 1 (Gambar 1) 50 Eg = 1 − 3(1 − 1) + (3 − 1) + √2 (3 − 1)(1 − 1) 150. 3.1 Eg = 0,778
Tabel 3. Daya dukung ultimate tiang kelompok berdasarkan efisiensi SPT (Meyerhof)
Metode Efisiensi ConverseLabbare Los Angeles Group
Modified New ENR 865,427 288,474 779,285 259,350
700,612 280,245 630,876 252,350
Qult (Ton) Qall (Ton) Qult (Ton) Qall (Ton)
Data Kalendering Danish Formula 1276,480 319,119 1149,423 287,355
WIKA 922,192 307,396 830,400 276,798
Perhitungan distribusi beban pada tiang pancang
Data : V Mx My x1 x2 x3 y1 y2 y3 Ʃx² Ʃy²
= 296,34 ton = 33,76 tm = 10,40 tm =0m = 0,75 m = 0,75 m = 0,866 m = 0,433 m = 0,433 m = ( 2 x 0,75² ) = 1,125 = (2 x 0,433²) + 0,866² = 1,124
Perhitungan distribusi beban pada masing-masing tiang diperoleh dari persamaan : P=
±
. ∑
±
. ∑
Dari Persamaan (10) , beban maksimum yang diterima untuk tiang : P1
=
± ,
.
.
±
∑ ,
= + , = 118,712 ton
.
∑ ,
+
,
.( , ,
)
(10)
No.tiang 1 2 3
Koordinat x y 0 0,866 0,75 0,433 0,75 0,433
Tabel 4. Perhitungan beban tiang maksimum . x2 y2 V/n ∑ 0 0,750 98,78 0 0,563 0,187 98,78 6,927 0,563 0,187 98,78 6,927 1,125 1,124
. ∑ 26,011 13,005 13,005
P 72,769 118,712 104,858 296,339
Berdasarkan distribusi beban pada tiang pancang , besar beban pada tiang 2 sebesar 118,712 ton.
Perhitungan penurunan elastis tiang kelompok Penurunan elastis tiang adalah penurunan yang terjadi dalam waktu dekat atau dengan segera setelah penerapan beban (elastic settlement atau immediate settlement). Penurunan elastis biasanya terjadi pada tanah pasir.Tanah pada Proyek GBI Bethel Medan dominan pasir oleh sebab itu harus dihitung penurunan elastis tiangnya. Perhitungan penurunan tiang kelompok (Meyerhof,1976) menggunakan rumus empiris untuk penurunan elastis tiang sebagai berikut : Sg = dengan q =
(11)
, Bg = lebar tiang grup, Lg = panjang tiang grup, Ncorr = N-SPT yang dikoreksi
Berdasarkan Persamaan (11) diperoleh penurunan elastis kelompok tiang menurut metode Meyerhof (1976) yaitu sebesar 21,41 mm.Penurunan kelompok tiang lebih kecil dari penurunan ijin untuk bangunan sebesar 25 mm berdasarkan ASTM D1143-81.
Perhitungan daya dukung horizontal tiang pancang tunggal Pondasi tiang terkadang harus menahan beban lateral (horizontal), antara lain beban angin, beban gempa, dan beban lainnya. Beban-beban tersebut akan bekerja pada ujung atas (kepala tiang). Hal ini akan menyebabkan kepala tiang terdeformasi lateral.Oleh sebab itu perlu dihitung daya dukung horizontal (tahanan lateral).
Hu
Gambar 2. Tiang menahan beban horizontal (lateral) Berikut adalah perhitungan daya dukung horizontal berdasarkan Metode Broms : 1) Cek perilaku tiang dengan menghitung faktor kekakuan tiang (tanah non-kohesif) T= dengan E = modulus elasitas tiang, I = inersia tiang , dan nh = koefisien variasi modulus.
(12)
Diketahui : E = 364060,4 kg/cm2 , I = 306640,625 cm4 , nh = 7275 kN/m3 Berdasarkan Persamaan (12) diperoleh T = 6,92 m sehingga tiang pancang tersebut dikategorikan tiang panjang L ≥ 4T (14 m ≥ 6,92 m). 2) Cek keruntuhan tanah akibat beban lateral tiang Momen maksimum yang harus ditahan oleh tiang, bila tanah didesak ke arah horizontal oleh tiang sampai tanahnya runtuh pada Persamaan (13), nilai momen lentur spun pile diperoleh dari tabel spesifikasi tiang pancang produksi WIKA Beton dengan diameter tiang 50 cm sebesar 10,50 tm : Mmax = B . γ . L . K
(13)
dengan B = diameter tiang, ᵧ = berat isi tanah , L = panjang tiang, dan KP = koefisien tanah pasif. Mmax = (0,5 m). 16,421 . (14) . (3,131) = 70540,215 kN.m > My = 105 kN.m Karena Mmax > My , maka tidak terjadi keruntuhan tanah, sehingga gaya horizontal ultimit ditentukan oleh kekuatan bahan tiang dalam menahan beban momen. 3) Cek keruntuhan tiang akibat momen lentur maksimum tiang Mmax dianggap sama dengan My, digunakan Persamaan (14) : Hu =
(14) ,
. .
dengan Mu = momen lentur maksimum , B = diameter tiang, ᵧ = berat isi tanah , L = panjang tiang, dan KP = koefisien tanah pasif. (
Hu =
. )
, (
,
.
,
.
,
Hu = 157,242 kN = 15,724 ton Sehingga Hijin =
=
, ,
= 62,897 kN
4) Pengecekan dengan grafik hubungan Mu/B4ᵧKp dan Hu/B3ᵧKp pada Gambar 3 : Untuk nilai
. .
= 32,676 dengan e/B = 0 , maka dari Gambar (3) , diperoleh nilai
23,4
32,676
Gambar 3. Tahanan lateral ultimit dalam tanah granuler
.
.
= 23,4
Hu = 23,4 x Kp x B3 x ᵧ = 23,4 x 3,131 x (0,5)3 x 16,421 = 150,386 kN (hasil mendekati) 5) Hitung defleksi lateral yang terjadi Defleksi lateral dalam cara Broms untuk tiang ujung jepit dapat dihitung sebagai berikut : yo =
, (
) /
(
.
) /
(15)
dengan H = tahanan lateral, nh = koefisien variasi modulus Terzaghi , Ep = modulus elastisitas tiang, dan I = inersia tiang. Diketahui H = 62,897 kN, nh = 7275 kN/m3, Ep = 364060,4 kg/cm2 , Ip = 306640,625 cm4 Berdasarkan Persamaan (15) diperoleh defleksi lateral (yo) = 0,270 cm < 1 cm (defleksi maksimum yang diperbolehkan).
5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan pada Pembangunan GBI Bethel Medan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Hasil perhitungan daya dukung ultimit tiang pancang tunggal dari data SPT (BH-1) , kalendering (E-4), dan tes PDA (B-3) pada kedalaman 14 m sebagai berikut : A. Berdasarkan data SPT, Qu= 270,298 ton B. Berdasarkan data kalendering (Metode ENR) = 333,884 ton C. Berdasarkan data kalendering (Danish Formula) =492,469 ton D. Berdasarkan data kalendering (WIKA) = 355,784 ton E. Berdasarkan tes PDA (B-3) = 116,1 ton 2.
Hasil perhitungan daya dukung ultimate tiang kelompok berdasarkan efisiensi A. Metode Converse – Labbare (Eg=0,864) Berdasarkan data SPT , Qg= 700,612 ton Berdasarkan data kalendering (Metode ENR), Qg= 865,427 ton Berdasarkan data kalendering (Danish Formula), Qg= 1276,480 ton Berdasarkan data kalendering (WIKA), Qg= 922,192 ton B. Metode Los Angeles Group (Eg=0,778) Berdasarkan data SPT , Qg= 630,876 ton Berdasarkan data kalendering (Metode ENR), Qg= 779,285 ton Berdasarkan data kalendering (Danish Formula), Qg= 1149,423 ton Berdasarkan data kalendering (WIKA), Qg= 830,400 ton
3.
Hasil perhitungan daya dukung ultimate tiang tunggal berdasarkan SPT Titik BH-1 pada kedalaman 11 m dengan nilai N=27 pukulan, Qult = 256,465 ton Titik BH-2, pada kedalaman 11 m dengan nilai N=60 pukulan Qult = 324,925 ton Daya dukung tiang pada titik BH-1 lebih kecil dari daya dukung tiang pada BH-2 berdasarkan Uji Standard Penetration Test (SPT) dengan Metode Meyerhof akibat adanya lensa pada titik BH-1 pada kedalaman 8 meter dan kondisi tanah yang buruk.
4.
Berdasarkan hasil perhitungan penurunan elastis kelompok tiang dengan Metode Meyerhof diperoleh penurunan kelompok tiang sebesar 21,41 mm < penurunan ijin tiang sebesar 25 mm, penurunan kelompok tiang memenuhi syarat-syarat penurunan pada bangunan yang diijinkan pada ASTM D1143-81.
5.
Berdasarkan hasil perhitungan daya dukung horizontal tiang pancang tunggal diperoleh daya dukung sebesar 15,724 ton dan besar defleksi lateral sebesar 2,7 mm. Daya dukung ultimit tiang tunggal yang diperoleh dari tes PDA sebesar 116,1 ton dan nilai SPT diperoleh sebesar 270,928 ton. Hasil ini berbeda dengan nilai SPT akibat stratifikasi tanah yang berbeda dan kemungkinan kekeliruan saat pengujian pada titik tersebut.
6. DAFTAR PUSTAKA Badan Standarisasi Nasional. Cara Uji Penetrasi Lapangan dengan SPT SNI 4153 : 2008. Bandung : 2008. Bowles, E Joseph . 1999. Analisa dan Disain Pondasi Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Hardiyatmo, Hary Christady. 2003 . Teknik Pondasi 2. Yogyakarta: Beta Offset Das, Braja, M. 1999. Principles of Geotechnical Engineering fourth edition.Canada: Thomson Canada Limited. Das, Braja, M. 2007. Principles of Geotechnical Engineering sixth edition. Canada: Thomson Canada Limited. Hardiyatmo, Hary Christady. 1994 . Mekanika Tanah 2. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Hardiyatmo, Hary Christady. 1996 . Teknik Pondasi 1. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Hardiyatmo, Hary Christady. 2010 . Teknik Pondasi 2 . Yogyakarta : Gadjah Mada University Press. H.S, Sardjono. 1988. Pondasi Tiang Pancang Jilid 1 . Surabaya : Sinar Wijaya. H.S, Sardjono. 1991. Pondasi Tiang Pancang Jilid 2 . Surabaya : Sinar Wijaya. Peck, Ralph B . 1996 . Teknik Pondasi . Yogyakarta : Gadjah Mada University Press. PERCA Nusa Wahana Consultant. 2010. Laporan Akhir Penyelidikan Tanah Proyek GBI Medan . PERCA Nusa Wahana Consultant. 2010. Laporan Pengujian Dinamis Pile Driving Analysis Proyek GBI Medan . Poulos, H.G., dan Davis, E.H. 1980 . Pile Foundations Analysis and Design. America : John Willey and Sons Publishers, Inc. Putra, Hendri Gusti. 2008. “Jurnal Rekayasa Sipil” . Pertimbangan Dalam Pemilihan Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang Dengan Beberapa Metoda (Statik,Dinamik,Tes PDA),vol 4 no.2, hal 37- hal 48. Sosrodarsono, Suyono. 2005. Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi. Jakarta : Pradnya Paramita. Wijaya Karya Beton .2008. Presentasi Tiang Pancang. Jakarta : Wika Learning Center.
