PERBANDINGAN ANALISA BESAR DAYA DUKUNG PONDASI BORE PILE MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA TERHADAP METODE ANALITIK DAN METODE LOADING TEST (STUDI KASUS PROYEK PEMBANGUNAN MANHATTAN MALL DAN CONDOMINIUM) Arby Wira Karya S1, Rudi Iskandar2 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 5 Kampus USU Medan Email :
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jalan Perpustakaan No.5 Kampus USU Medan
ABSTRAK Dalam setiap bangunan diperlukan pondasi sebagai dasar bangunan yang kuat dan kokoh. Untuk mengetahui daya dukung dari pondasi bore pile, biasanya dilakukan pengujian beban tiang statis aksial (loading test). Dalam perencanaannya, sangatlah penting dilakukan analisis mengenai daya dukung pondasi. Dalam kaitannya dengan hal tersebut, penulis mengadakan penelitian tentang daya dukung aksial bore pile tunggal yang dihitung dengan metode elemen hingga (MEH) dibandingkan dengan metode analitis dan metode loading test. Lalu juga dibandingkan mengenai komparasi kurva beban dengan penurunan. Berdasarkan hasil analisis kapasitas daya dukung tiang tunggal, jenis tanah dari penelitian ini berupa tanah kohesif diantaranya jenis lanau kelempungan hingga lanau berpasir. Untuk tiang ø 100 cm didapatkan nilai daya dukung menggunakan program MEH adalah 571,5 ton. Dan besar penurunan maksimum saat diberikan beban secara siklik 150% yaitu sebesar 6300 ton, dari hasil output program MEH adalah 205,42 mm, sedangkan dari interpretasi uji beban statis diperoleh sebesar 97,69 mm.
Kata kunci : Metode elemen hingga, Loading test, Pondasi bore pile ABSTRACT In any necessary development as the basic foundation of building a strong and sturdy. To determine the bearing capacity of the foundation bore pile, pile load testing is usually performed static axial (loading test). In planning, it is important to do an analysis of the carrying capacity of the foundation. In connection with this, the authors conducted research on the carrying capacity of a single axial bore pile are calculated by the finite element method (FEM) compared with the analytical method and the method of loading test. Then also compared the decline in comparison with the load curve. Based on the results of the analysis of single pile bearing capacity, the type of soil of this research is a cohesive soil types including silt to sandy silt. For pole ø 100 cm carrying capacity values obtained using FEM program is 571.5 tons. And a large reduction in the current maximum given cyclic load of 150% is equal to 6300 tonnes, of the results of the FEM program output was 205.42 mm, while the interpretation of static load test is obtained by 97.69 mm.
Keywords: finite element method, loading test, bore pile foundation
1. Pendahuluan Indonesia adalah sebuah negara berkembang, pembangunan di Indonesia telah banyak dijalankan, bukan hanya di kota-kota, tapi telah menyebar ke daerah-daerah, di seluruh pelosok tanah air. Dalam pembangunan tersebut banyak bangunan besar seperti gedung, jembatan, bendungan dan bangunan lain didirikan. Untuk menahan beban bangunan yang berat tersebut tentunya diperlukan pondasi yang kokoh. Apabila kondisi tanah di permukaan tidak mampu menahan bangunan tersebut, maka beban bangunan harus diteruskan ke lapisan tanah keras di bawahnya. Untuk itu sering dipakai konstruksi pondasi dalam berupa tiang pancang. Pondasi tiang pancang sering dipakai pada lahan yang masih luas dan kosong, dimana getaran yang ditimbulkan pada saat aktifitas pemancangan berlangsung tidak mengganggu lingkungan sekitarnya. Namun jika bangunan tersebut didirikan di lokasi yang telah padat penduduknya, maka getaran yang ditimbulkan akan menimbulkan masalah karena sangat mengganggu dan dapat merusak bangunan di sekitarnya. Dalam hal ini pemakaian pondasi bore pile merupakan pilihan pondasi yang tepat. Apabila kekuatan tanah tidak mampu memikul beban pondasi, maka penurunan yang berlebihan atau keruntuhan dari tanah akan terjadi, kedua hal tersebut menyebabkan kerusakan konstruksi yang berada di atas pondasi tadi. Dalam perencanaannya, sangatlah penting dilakukan analisis mengenai daya dukung pondasi. Dari uraian di atas maka permasalahan yang akan dibahas dalam skripsi ini adalah bagaimana menentukan daya dukung pondasi bore pile di salah satu titik di lokasi Manhattan Shopping Mall & Condominium. 2. Tinjauan Pustaka a. MEH (Metode Elemen Hingga) Bidang Geoteknik Metode elemen hingga adalah prosedur perhitungan yang dipakai untuk mendapatkan pendekatan dari permasalahan matematis yang sering muncul pada rekayasa teknik dari metode tersebut yang membuat persamaan matematis dengan berbagai pendekatan dan rangkaian persamaan aljabar yang melibatkan nilai - nilai pada titik – titik diskrit pada bagian yang dievaluasi. Jaring (mesh) terdiri dari elemen elemen yang dihubungkan oleh node. Node merupakan titik - titik pada jaring di mana nilai
dari variabel primernya dihitung. Misal untuk analisa displacement, nilai variabel primernya adalah nilai dari displacement. Nilai - nilai nodal displacement diinterpolasikan pada elemen agar didapatkan persamaan aljabar untuk displacement, dan regangan, melalui jaring jaring yang terbentuk. Program ini melakukan perhitungan berdasarkan metode elemen hingga yang digunakan secara khusus untuk melakukan analisis deformasi dan stabilitas untuk berbagai aplikasi dalam bidang geoteknik. Kondisi sesungguhnya dapat dimodelkan dalam regangan bidang maupun secara axisymetris. Program ini menerapkan metode antarmuka grafis yang mudah digunakan sehingga pengguna dapat dengan cepat membuat model geometri dan jaring elemen berdasarkan penampang melintang dari kondisi yang ingin dianalisis. Program ini terdiri dari empat buah sub-program yaitu masukan, perhitungan, keluaran, dan kurva Metode elemen hingga pada rekayasa geoteknik memiliki sedikit perbedaan dengan metode elemen hingga pada rekayasa struktur, sebab dalam rekayasa geoteknik terjadi interaksi elemen yang memiliki kekakuan yang berbeda. Seperti halnya pondasi dan tanah, dalam menganalisis pondasi dengan metode elemen hingga terdapat perdeaan kekakuan antara dua elemen, yaitu elemen tanah dan elemen struktur atau pondasi itu sendiri. Di dalam elemen terdapat dua jenis titik, yaitu titik nodal dan juga titik integrasi. Titik nodal adalah titik yang penghubung antar elemen. Perpindahan terjadi pada titik nodal. Titik integrasi (stress point) dapat diperoleh tegangan dan regangan yang terjadi pada elemen. b. Vibrating Wire Strain Gauge (VWSG) VWSG adalah sensor yang berguna untuk mencatat perubahan panjang yang sangat kecil yang disegel dan terbungkus dengan aman. Hasil sensor dari perubahan panjang yang sangat kecil tersebut dapat dikonversikan menjadi regangan. Alat ini dapat membantu untuk mengetahui reaksi tiang saat diberi beban.. Kita dapat mengetahui reaksi tiang di tiap lapisan tanah. Sehingga kita mengetahui pengaruh dari beban maksimum terdapat pada tiang di lapisan tanah yang mana. Kegunaan utama dari alat pembaca regangan adalah menghitung beban dan pembengkokan pada baja, beton dan gabungan
dari bagian struktur. Seperti aplikasi tersebut dan tidak dibatasi pada: - Pondasi tiang - Dinding penahan tanah - slab lantai - balok dan kolom - bendungan - perancah/ bekisting - bangunan sementara dan pekerjaan sementara - pembangunan jembatan
merespon sinyal dalam jarak yang jauh dan tidak menggangu lingkungan. Sinyal frekuensi mentoleransi atau tahan dari kebocoran arus dari luar. VWSG didesain dengan beda konfigurasi yang menyesuaikan lingkungan dan teknik pengerjaannya.
Karakteristik dari VWSG adalah: dapat digunakan dalam jangka waktu yang panjang cocok untuk tanah yang bervariasi (tidak datar) akurasi tinggi mampu untuk kabel yang panjang
1. Menentukan latar belakang masalah 2. Melakukan studi literature dari beberapa sumber 3. Melakukan pengumpulan data 4. Melakukan pengolahan data 5. Menganalisa hasil perhitungan 6. Menyimpulkan hasil analisa yang telah dilakukan
-
3.
METODE PENULISAN
Diagram alir dalam proses pelaksanakan penulisan ini:
Alat pengukur regangan dibuat berdasarkan vibrating wire teknologi berstandart industry. Ketika aliran listrik terjadi sensor menghasilkan aliran sinyal yang berfrekuensi yang dapat dikonversi menjadi regangan. Aliran sanggup 4. ANALISA DAN PEMBAHASAN
1.
2.
3.
4.
5.
a. Proses Masukkan Data ke Program MEH Langkah pertama dalam setiap analisis adalah mengatur parameter dasar dari model elemen hingga. Hal ini dilakukan di jendela pengaturan global. Struktur tanah yang hendak dihitung, digambar terlebih dahulu menggunakan garis geometri dengan lebar diambil sebesar 20d (d = diameter tiang) dan kedalaman dan lapisan tanah yang sesuai dengan data yang di peroleh dari percobaan N-SPT. Untuk membentuk kondisi batas, klik tombol jepit standar maka akan terbentuk jepit penuh pada bagian dasar dan jepit rol pada sisi-sisi vetikal. Gambarkan beban permukaan, yaitu sistem beban A-beban terpusat dengan menggunakan tombol . Kemudian masukkan data material dengan menggunakan tombol material set tanah dan tiang, pilih soil . Untuk data & interface pada set type. Dimana nila R inter yang di gunakan untuk tanah adalah 0,67 dan tiang 1. Nilai ini
diperoleh dari buku panduan manual program MEH. 6. Kemudian lakukan interface dengan mengklik dari ujung bawah tiang bor sampai ke ujung atas tiang. Maksud dari interface adalah untuk membedakan kekakuan dari pada material tiang dengan tanah. 7. Lalu akan dapat dilihat input material set pada bore hole 2 dengan 11 jenis lapisan tanah, dimana material mode adalah mohr coloumb dan material set adalah undrained untuk pasir. Sedangkan untuk tiang bor material mode adalah linear elastic dan material set adalah non porous. Setelah mengisi material tanah dan tiang sesuai dengan parameter yang telah ada, langkah selanjutnya adalah melakukan Generated mesh. Tujuan dari Generated mesh adalah membagibagi elemen menjadi beberapa bagian yang beraturan sehingga mempermudah dalam perhitungan. Langkah selanjutnya adalah initial condition. kondisi awal setelah terbentuknya jaring-jaring elemen (generated mesh) menandakan model elemen pada beberapa kondisi yaitu kondisi awal untuk tekanan air,
yang didapat dengan memodelkan muka air tanah, dan kondisi tegangan efektif awal. b.
Gambar 4.1 Kondisi active pore pressure pada bore hole 2 Dari gambar di atas dapat dianalisa bahwa kondisi air pori di dalam program MEH besar. Perubahan angka pori terjadi karena penambahan tegangan efektif (yaitu : pengurangan tekanan air pori yang terjadi). Dengan anggapan bahwa penambahan tegangan efektif sebanding dengan pengurangan tekanan air pori.
Hasil Perhitungan Dukung Aksial
Daya
Gambar 4.3 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 2 pada Fase 2 (Sebelum Konsolidasi) Dari hasil perhitungan dengan menggunakan Program MEH di dapat nilai Σ Msf fase 2 (sebelum konsolidasi) sebesar 3,8176 (Gambar 4.4). Maka nilai Qu adalah : Qu = Σ Msf x 1500 kN = 3,81 x 1500 kN = 5715 kN = 571,5 Ton
Gambar 4.2 Kondisi effective stresses pada bore hole 2 Kemudian melakukan pendefinisian beban. Beban yang dimaksud di sini adalah beban izin rencana yang di peroleh dari data yaitu sebesar 150 ton Pendefinisian beban dilakukan pada fase 1, dimana parameter dari fase 1 ini adalah staged construction, yang memodelkan sebuah konstruksi. Fase kedua merupakan Phi reduction, yang mensimulasikan kondisi dimana berkurangnya nilai Phi sebelum konsolidasi sehingga didapatkan faktor keamanan (Fs).Fase ketiga adalah consolidation, yaitu proses konsolidasi dengan parameter minimum pore pressure. Fase terakhir adalah Phi reduction setelah proses konsolidasi.
Gambar 4.4 Nilai Phi Reduction Titik Bore Hole 2 pada Fase 4 (Setelah konsolidasi) Dari hasil perhitungan dengan menggunakan Program MEH di dapat nilai Σ Msf fase 4 (setelah konsolidasi) sebesar 3,8187 (Gambar 4.5). Maka nilai Qu adalah : Qu = Σ Msf x3500kN = 3,8187 x 1500 kN = 5728 kN = 572,8 Ton
Tabel 4.1 Penurunan pada Program MEH LOAD
Penurunan Pada
Cycle Program Ton
%
MEH (mm)
105 Ton
25%
2,86
c. Komparasi Kurva Beban vs Penurunan dengan Beban 50% Untuk komparasi hasil kurva beban vs penurunan dengan beban 50%, yang diperoleh dari analisis Program MEH terhadap interpretasi uji beban statis (loading test) dapat dilihat pada Gambar 4.5 LOAD (Tons)
210 Ton
50%
7,94
105 Ton
25%
5,7
0 Ton
0%
3,53
210 Ton
50%
8,05
315 Ton
75%
23,88
420 Ton
100%
60,8
315 Ton
75%
58,43
210 Ton
50%
56,04
0 Ton
0%
56,04
210 Ton
50%
56,04
420Ton
100%
60,9
525 Ton
125%
118,81
630 Ton
150%
205,42
525 Ton
125%
203,15
420 Ton
100%
203,15
0
2
3
Nilai penurunan Loading Test menurut programMEH di Cycle 1 cukup baik. Dan nilai penurunan di Cycle 2 – 75% yaitu 23,88 mm atau 2,388 cm sudah mendekati batas aman nilai penurunan yaitu 2,5 cm tetapi masih dalam batas aman. Lalu penurunan di Cycle-3 kurang baik karena di luar batas aman nilai penurunan yaitu 205,42 mm atau 20,542 cm. Mungkin di dalam penyelidikan tanah terjadi kekeliruan sehingga data SPT yang diperoleh kurang baik.
SETTLEMENT (mm)
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
500 Cycle 1 MEH CYCLE 1 LOADING TES
Gambar 4.5 Kurva hubungan beban dan settlement pada MEH dan Loading Test Cycle 1 Dari Gambar 4.5 terlihat hubungan antara beban yang diberikan secara siklik sebesar 50% akan menghasilkan besar penurunan pada tiang dari hasil output program MEH dengan hasil interpretasi uji beban statis, sehingga dapat disimpulkan bahwa besar penurunan maksimum yang diberikan pada saat beban secara siklik 50% yaitu sebesar 210 ton, dari hasil output program MEH adalah 7,94 mm, sedangkan dari interpretasi uji beban statis diperoleh sebesar 3,68 mm. Dimana terdapat selisih 4,26 mm yang lebih besar hasil output program MEH dari pada uji beban statis. d. Komparasi Kurva Beban vs Penurunan dengan Beban 100% Untuk komparasi hasil kurva beban vs penurunan dengan beban 100%, yang diperoleh dari analisis Program MEH terhadap interpretasi uji beban statis (loading test) dapat dilihat pada Gambar 4.6
LOAD (Tons) 0
500
0 Settlememt (mm)
10
Cycle 2 Load Test
20
Cycle 2 MEH
30 40 50 60 70
Gambar 4.6 Kurva hubungan beban dan settlement pada MEH dan Loading Test Cycle 2 Dari Gambar 4.6 terlihat hubungan antara beban yang diberikan secara siklik sebesar 100% akan menghasilkan besar penurunan pada tiang dari hasil output pemodelan program MEH dengan hasil uji beban statis, sehingga dapat disimpulkan bahwa besar penurunan maksimum yang diberikan pada saat beban secara siklik 100% yaitu sebesar 420 ton, dari hasil output program MEH adalah 60,8 mm, sedangkan dari interpretasi uji beban statis diperoleh sebesar 48,62 mm. Dimana terdapat selisih 12,8 mm yang lebih besar hasil output program MEH dari pada uji beban statis. e. Komparasi Kurva Beban vs Penurunan dengan Beban 150% Untuk komparasi hasil kurva beban vs penurunan dengan beban 150%, yang diperoleh dari analisis Program MEH terhadap interpretasi uji beban statis (loading test) dapat dilihat pada Gambar 4.7 LOAD (Tons) 0 Settlement (mm)
0 50 100 150
500
Cycle 3 Loading Tes Cycle 3 MEH
200 250
Gambar 4.7 Kurva hubungan beban dan settlement pada MEH dan Loading Test Cycle
Dari Gambar 4.7 terlihat hubungan antara beban yang diberikan secara siklik sebesar 150% akan menghasilkan besar penurunan pada tiang dari hasil output pemodelan program MEH dengan hasil uji beban statis, sehingga dapat disimpulkan bahwa besar penurunan maksimum yang diberikan pada saat beban secara siklik 150% yaitu sebesar ton, dari hasil output program MEH adalah 205,42 mm, sedangkan dari interpretasi uji beban statis diperoleh sebesar 97,69 mm. Dimana terdapat selisih 107,73 mm yang lebih besar hasil output program MEH dari pada uji beban statis.
5. KESIMPULAN 1) Hasil perhitungan daya menggunakan metode metode loading test dan elemen hingga adalah berikut: Metode Metode Elemen Hingga Metode Loading Test Metode Analitis
dukung analitik, metode sebagai
Qult 571,500 Ton 506,234 Ton 445,451 Ton
Hasil penurunan bore pile : SETTLEMENT LOAD LOADING CYCLE MEH (Ton) TEST (mm) (mm) 1 0 0 0 105 1.29 2.86 210 3.68 7.94 105 2.81 5.7 0 1.37 3.53 2 210 3.85 8.05 315 24.81 23.88 420 48.62 60.8 315 46.45 58.43 210 45.37 56.04 0 46.9 56.04 3 210 46.9 56.04 420 54.29 60.9 525 77.59 118.81 630 97.69 205.42 525 95.78 203.15 420 94.16 203.15
2) Dari gambar kurva hubungan beban vs penurunan yang terjadi antara hasil analisis output program MEH terhadap hasil interpretasi uji beban statis, dapat diperoleh yaitu : a) Semakin besar beban yang diberikan, semakin besar pula penurunan yang terjadi. b) Semakin lama waktu yang diberikan, maka penurunan yang terjadi juga semakin besar dan ini terjadi juga pada hasil analisis output dengan pemodelan elemen hingga. c) Penggunaan parameter-parameter tanah yang tepat dari hasil interpretasi hasil penyelidikan tanah (soil investigation) yang dilakukan akan memberikan hasil analisis output program MEH yang akan mendekati terhadap hasil interpretasi uji beban statis. d) Dari hasil yang diperoleh, terlihat bahwa hasil pembebanan yang diberikan secara siklik baik pada pemodelan program MEH maupun dari uji beban statis menghasilkan penurunan yang tidak dalam batas izin, dimana dari batas izin yang ada sebesar 25,40 mm (ASTM D-114381). e) Terdapat kelemahan dimana Mohr Coulomb tidak mampu memodelkan kondisi yang ada di lapangan.
Daftar Pustaka [1].
Ariyanto, Dwi Dedy. 2013. Studi Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal dengan Beberapa Metode Analisa, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya.
[2].
Bowles, Joseph E., 1982, Foundation Analysis and Design, Terjemahan oleh Pantur Silaban. Jilid I,Penerbit Erlangga, Jakarta
[3].
Bowles, Joseph E., 1984, Foundation Analysis and Design, Terjemahan oleh Pantur Silaban. Jilid II,Penerbit Erlangga, Jakarta
[4].
Bowles, J. E. 1996. Foundation Analysis and Design. New York: McGraw-Hill
[5].
Das, Braja M., 1985, Principle of Geotechnical Engineering, Terjemahan oleh Noor Endah & Indra Surya Mochtar. Jilid I,Penerbit Erlangga, Jakarta.
[6].
Das, Braja M., 1985, Principle of Geotechnical Engineering, Terjemahan oleh Noor Endah & Indra Surya Mochtar. Jilid II,Penerbit Erlangga, Jakarta.
[7].
Das, Braja M., 2008, Principles of Foundation Engineering 7th Edition, PWS Publising, Pasific Grove.
[8].
Girsang, P., 2009, Analisa Daya Dukung Pondasi Bored Pile Tunggal Pada Proyek Pembangunan Crystal Square Medan,Tugas Akhir Teknik Sipil, Medan: USU.
[9].
Lucas, Andry., 2004, Studi Perbandingan Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Metode Konvensional, Uji Pembebanan Statik dan PDA,Tugas Akhir Teknik Sipil, Universitas Pelita Harapan.
[10].
Lambe, William T., Whitman, Robert V., 1969, Soil Mechanics, Jhon Willey & Sons, Inc., New York.
6. SARAN a) Sebelum melakukan perhitungan hendaknya kita memperoleh data teknis yang lengkap terlebih dahulu karena data tersebut sangat menunjang dalam membuat rencana analisa perhitungan sesuai standar yang ada. b) Dalam mendesain tiang bore pile, parameter tanah sangat penting untuk diketahui. Jenis dan kondisi pembebanan akan sangat berpengaruh pula pada penentuan parameter. Oleh sebab itu data – data mengenai karakteristik tanah sangat diperlukan.
