BAB 2 TINJAUAN KEPUSTAKAAN
2.1
Pondasi Pondasi merupakan bagian dari struktur bangunan yang paling dasar yang
berfungsi untuk menanggung beban dan meneruskannya ke tanah. Dalam pembagian secara umum, pondasi terbagi menjadi 2 macam menurut kedalamannya yaitu pondasi dangkal dan pondasi dalam. Pondasi dangkal adalah pondasi yang menanggung bebannya secara langsung dan meneruskannya ke tanah. Kedalaman pondasi ini sangat dangkal dengan perbandingan kedalaman dan lebar pondasi kurang dari 1 (L/B < 1, di mana L adalah nilai kedalaman pondasi dan B adalah lebar pondasi). Pondasi dangkal terdiri dari beberapa tipe seperti pondasi pasangan batu kali menerus, pondasi telapak (footplate), pondasi telapak menerus, pondasi umpak, dan pondasi rakit. Pondasi dalam adalah pondasi yang menanggung beban dan meneruskannya ke tanah, tanah keras, atau batuan yang letaknya relatif cukup dalam jika diukur dari permukaan tanah. Contoh dari pondasi ini adalah pondasi tiang yang terbagi menjadi tiang pancang dan tiang bor. Nilai perbandingan antara kedalaman dengan lebar pondasi pada pondasi dalam umumnya adalah lebih besar dari 4 (L/B ≥ 4). Salah satu jenis pondasi dalam yaitu pondasi tiang. Dalam penggunaannya, pondasi tiang umumnya terdiri atas tiang tunggal (single pile) dan kelompok tiang (group piles) Pemilihan penggunaan tiang tunggal dan kelompok tiang serta perencanaannya relatif terhadap besar beban yang akan diterima, luas area pembebanan dan parameter tanah yang dibebani. Kapasitas pembebanan kelompok tiang tidak selalu
5
6
sama dengan jumlah kapasitas pembebanan dari masing-masing tiang tunggal yang ada dalam kelompok tiang tersebut. Kapasitas pembebanan suatu kelompok tiang dipengaruhi oleh faktor efisiensi. Biasanya pada jenis tanah lempung, kapasitas total dari kelompok tiang lebih kecil daripada hasil kali kapasitas tiang tunggal dikalikan jumlah tiang dalam kelompoknya. Hal-hal yang mempengaruhi efisiensi tiang di antaranya jumlah tiang dalam suatu kelompok tiang, panjang atau kedalaman tiang, diameter tiang, susunan tiang, jarak antar tiang, besarnya beban dan arah dari beban yang bekerja.
2.2
Beban Lateral Beban lateral merupakan beban yang memiliki arah horizontal. Beban-beban
yang memiliki arah horizontal contohnya adalah beban angin, beban gempa, tekanan tanah lateral, beban hempasan ombak atau kapal pada sisi struktur bangunan, dan lain-lain. Beban lateral yang diterima oleh pondasi tiang akan bergantung pada struktur bangunan yang akan meneruskan gaya lateral yang diterima ke kolom bagian paling bawah dari upper structure dan diteruskan kepada kelompok tiang pondasi. Pondasi tiang memiliki beberapa aplikasi untuk menahan beban lateral pada struktur. Pondasi tiang dapat menahan beban lateral yang bekerja pada dinding penahan tanah, di mana beban lateral berasal dari tekanan tanah lateral yang mendorongnya seperti yang terlihat pada Gambar 2.1 (a). Pondasi tiang juga dapat menahan beban lateral seperti beban angin yang bekerja pada struktur bangunan tingkat tinggi seperti struktur rangka baja atau gedung pencakar langit seperti yang terlihat pada Gambar 2.1 (b) dan Gambar 2.1 (c) sehingga pondasi tiang mengalami gaya tarik dan gaya tekan. Pondasi tiang juga dapat menahan dinding turap yang menyangga pada pondasi tiang seperti Gambar 2.1 (d). Pondasi tiang juga
7
menanggung beban lateral yang disebabkan gaya eksternal seperti hempasan gelombang air laut, angin, dan benturan kapal pada konstruksi lepas pantai seperti Gambar 2.1 (e).
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Gambar 2.1 Aplikasi Pondasi Tiang dalam Menahan Beban Lateral
Pondasi tiang individu terdiri dari dua klasifikasi yaitu pondasi tiang pendek dan pondasi tiang panjang. Pada tiang dengan kepala bebas, tiang panjang jika β(L) > 2,5 dan tiang pendek jika β(L) < 2,5. Pada tiang dengan kepala terjepit, tiang panjang jika β(L) > 1,5 dan tiang pendek jika β(L) < 1,5. Beban lateral yang bekerja pada kedua jenis tiang tersebut akan menghasilkan pergerakan yang berbeda dari segi defleksi dan mekanisme keruntuhan tiang. Perbedaan defleksi dan mekanisme
8
keruntuhan akibat beban lateral yang terjadi pada pondasi tiang pendek dan pondasi tiang panjang dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.4.
Gambar 2.2 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan untuk Pondasi Tiang Pendek dengan Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
Panjang total tiang adalah sebesar: .................................................................................. (2.1) .............................................................................................. (2.2) ......................................................................... (2.3) Momen maksimum yang terjadi: ............................................................................ (2.4)
9
......................................................................... (2.5) ................................................................... (2.6) Di mana: L
= Panjang tiang (m)
D
= Diameter tiang (m)
Qg
= Beban lateral (kN)
cu
= Kohesi tanah undrained (kN/m2)
f
= Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m)
g
= Jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m)
10
Nilai beban lateral (Qg = Pult) dapat ditentukan secara langsung melalui grafik pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Kapasitas Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Pendek pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
11
Gambar 2.4 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan untuk Pondasi Tiang Panjang dengan Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
Beban lateral yang ada pada pondasi tiang panjang adalah sebesar: ..................................................................................... (2.7) Di mana: Qg
= Beban lateral (kN)
My
= Momen leleh (kN/m)
D
= Diameter tiang (m)
12
f
= Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) Untuk pondasi tiang panjang, nilai beban lateral (Qg = Pult) dapat diperoleh
berdasarkan grafik pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Kapasitas Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Panjang pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
13
Mekanisme keruntuhan akibat beban lateral yang terjadi pada pondasi tiang dengan kondisi kepala tiang terjepit dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 (a) Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Pendek dengan Kondisi Kepala Tiang Terjepit pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
Gambar 2.6 (b) Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Sedang dengan Kondisi Kepala Tiang Terjepit pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
14
Gambar 2.6 (c) Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Panjang dengan Kondisi Kepala Tiang Terjepit pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
Momen pada tiang: .......................................... (2.8) Di mana: L
= Panjang tiang (m)
D
= Diameter tiang (m)
Qg
= Beban lateral (kN)
cu
= Kohesi tanah (kN/m2)
f
= Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m)
g
= Jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m)
15
Gambar 2.7 Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Pendek dengan Kondisi Kepala Tiang Bebas pada Tanah Non-kohesif (Broms, 1964)
Beban lateral untuk tiang pendek: ................................................................................... (2.9) ......................................................................................... (2.10) Lokasi momen maksimum: ................................................................................. (2.11) Momen maksimum: ......................................................................... (2.12)
16
Di mana: Qg
= Beban lateral (kN)
Mmax = Momen maksimum (kN-m) L
= Panjang tiang (m)
D
= Diameter tiang (m)
Kp
= Koefisien tekanan tanah pasif
f
= Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) = Berat isi tanah (kN/m3)
e
= Jarak beban lateral dari permukaan tanah (m)
Gambar 2.8 Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Panjang dengan Kondisi Kepala Tiang Bebas pada Tanah Non-kohesif (Broms, 1964)
17
Lokasi momen maksimum: .................................................................................. (2.11) Momen maksimum: ............................................................................. (2.12) Beban lateral untuk tiang panjang: ............................................................................... (2.13)
Di mana: Qg
= Beban lateral (kN0
Myield = Momen leleh (kN-m) L
= Panjang tiang (m)
D
= Diameter tiang (m)
f
= Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) = Berat isi tanah (kN/m3)
e
= Jarak beban lateral dari permukaan tanah (m)
18
Untuk pondasi tiang pendek, nilai beban lateral (Qg = Pult) dapat diperoleh berdasarkan grafik pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Kapasitas Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Pendek pada Tanah Kohesif (Broms, 1964)
19
Nilai beban lateral (Qg = Pult) untuk pondasi tiang panjang dapat diperoleh berdasarkan grafik Gambar 2.9.
Gambar 2.10 Kapasitas Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Panjang pada Tanah Non-kohesif (Broms, 1964)
Mekanisme keruntuhan akibat beban lateral yang terjadi pada pondasi tiang dengan kondisi kepala tiang terjepit dapat dilihat pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 (a) Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Pendek dengan Kondisi Kepala Tiang Terjepit di Tanah Non-kohesif
20
Gambar 2.11 (b) Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Sedang dengan Kondisi Kepala Tiang Terjepit Di Tanah Non-kohesif
Gambar 2.11 (c) Defleksi Akibat Beban Lateral untuk Pondasi Tiang Panjang dengan Kondisi Kepala Tiang Terjepit Di Tanah Non-kohesif (Broms, 1964)
21
Persamaan beban lateral untuk kondisi kepala tiang terjepit: ............................................................................... (2.14) Lokasi momen maksimum: ..................................................................................... (2.11) Momen maksimum: ...................................................................................... (2.15) Momen leleh: ................................................................ (2.16) Di mana: Qg
= Beban lateral (kN)
Kp
= Koefisien tekanan tanah pasif
Mmax
= Momen maksimum (kN-m)
My
= Momen leleh (kN-m)
L
= Panjang tiang (m)
D
= Diameter tiang (m)
f
= Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m) = Berat isi tanah (kN/m3)
e
= Jarak beban lateral dari permukaan tanah (m)
Dalam melakukan pengujian besarnya kapasitas tiang terhadap beban lateral, digunakan bantuan dengan alat hydraulic jack. Digunakan juga plat baja yang cukup kaku dengan ukuran tertentu yang pas dengan ukuran tiang agar dapat bersentuhan secara keseluruhan dengan tiang pada saat uji kapasitas lateral tiang seperti terlihat pada Gambar 2.12.
22
(a)
(b)
(c) Gambar 2.12 Beberapa Tipe Pengujian Kapasitas Lateral Tiang (a) Reaction Pile, (b) Deadman, (c) Weighted Platform (ASTM D3966-81, 1989)
23
Beban lateral yang terjadi pada pondasi kelompok tiang dapat mengakibatkan pergerakan pada keseluruhan kelompok tiang. Pergerakan yang dapat terjadi adalah pergerakan translasi dan pergerakan rotasi. Pergerakan translasi pada kelompok tiang adalah perubahan posisi pada kelompok tiang akibat timbulnya gaya aksial tarik dan gaya aksial tekan sehingga pada satu sisi kelompok tiang terangkat naik dan di sisi lainnya kelompok tiang tertekan ke bawah. Sedangkan pergerakan rotasi adalah perubahan posisi tiang dalam bentuk perputaran kelompok tiang akibat kekakuan tiang yang sangat besar.
Gambar 2.13 Pergerakan Translasi pada Kelompok Tiang Akibat Gaya Lateral
Gambar 2.14 Pergerakan Rotasi pada Kelompok Tiang Akibat Gaya Rotasi
24
Pada sebuah plat yang diberi gaya lateral, akan muncul zona pengaruh beban. Jika sepertiga bagian plat dihilangkan, maka akan terjadi overlap pada zona tegangan. Overlap yang terjadi akan mereduksi kapasitas dari sebuah elemen. Agar tidak terjadi overlap, maka jarak antar elemen harus diperbesar dengan menghilangkan lagi sepertiga bagian plat. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Zona Tegangan Plat
25
Gambar 2.16 Zona Pengaruh Kelompok Tiang
26
2.3
Teori Dasar Solusi Elastik (Reese dan Matlock) Metode non-dimensional untuk analisis beban lateral terhadap tiang elastis
berdasarkan penelitian oleh Reese dan Matlock (1956). Untuk tiang yang sangat panjang, panjang,nilai L akan berkurang pengaruhnya akibat defleksi yang semakin mendekati nol sesuai panjang tiang. Apabila asumsi sifat elastis diterapkan terhadap tiang, dan defleksi terlampau kecil apabila dibandingkan dengan panjang tiang, maka pondasi tiang yang dibebani secara lateral dapat bergerak secara elastis sesuai beban yang diterima. Perbedaan defleksi antara tiang pendek yang kaku dan tiang panjang yang elastis dapat dilihat pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Defleksi pada Pondasi Tiang Kaku dan Pondasi Tiang Elastis
27
2.3.1 Tanah Granular Momen dan perpindahan dari suatu pondasi tiang yang tertanam di tanah granular berdasarkan beban lateral dan momen yang terjadi di permukaan tanah ditentukan oleh metode umum oleh Matlock dan Reese (1960). Pada Gambar 2.18 dapat dilihat pondasi tiang dengan panjang L diberikan gaya lateral Qg dan Momen Mg pada permukaan tanah (z=0)
Gambar 2.18 Beban Lateral dan Momen pada Pondasi Tiang
Defleksi pada tiang (xz): ..................................................................... (2.17) Tekuk pada tiang (θz): ........................................................................ (2.18)
28
Momen pada tiang (Mz): ....................................................................... (2.19) Gaya geser pada tiang (Vz): ............................................................................ (2.20) Reaksi pada tanah (p’z): .......................................................................... (2.21) Karakteristik panjang tiang: ............................................................................................. (2.22) Di mana: Ep
= Modulus elastisitas tiang
Ip
= Momen inersia penampang tiang
Qg
= Beban lateral
Mg
= Momen
z
= kedalaman
ηh
= k/Z = Modulus konstan reaksi tanah
k
= Modulus reaksi tanah dalam arah horizontal
Ax, Bx, Aθ, Bθ, Am, Bm, Av, Bv, Ap’, Bp’ adalah koefisien yang dapat dilihat pada tabel 2.1.
29
Tabel 2.1 Koefisien A dan B pada Pondasi Tiang Panjang Vertikal pada Tanah Granular dengan Asumsi Es = ηhx
Di mana
............................................................................................... (2.23)
30
Gambar 2.19 Koefisien Ax dan Am Pondasi Tiang (Broms, 1964)
31
Gambar 2.20 Koefisien Bx dan Bm Pondasi Tiang (Broms, 1964)
32
2.3.2 Tanah Kohesif (Cohesive Soil) Menurut Davidson dan Gill (1963), persamaan solusi elastis untuk tiang yang tertanam di tanah granular menyerupai dengan persamaan solusi elastis untuk tiang yang tertanam di tanah kohesif.
Defleksi pada tiang (xz): ..................................................................... (2.24) Momen pada tiang: ..................................................................... (2.25) Karakteristik panjang tiang: ............................................................................................. (2.26) Di mana: Ep
= Modulus elastisitas tiang
Ip
= Momen inersia penampang tiang
Qg
= Beban lateral
Mg
= Momen
z
= Kedalaman
k
= Modulus reaksi tanah dalam arah horizontal
Nilai A’x, B’x, A’m, dan B’m diambil berdasarkan grafik pada Gambar 2.21.
33
Gambar 2.21 Nilai A’x, B’x, A’m, dan B’m (Davidson dan Gill, 1963) Di mana:
............................................................................................ (2.27)
34
2.4
Teori Dasar Metode Chang Berdasarkan metode Chang, kondisi pondasi tiang dibedakan menjadi dua
macam, yaitu kondisi kepala tiang bebas (free head pile) dan kondisi kepala tiang terjepit (fixed head pile).
2.4.1. Kondisi Kepala Tiang Bebas (Free Head Pile)
Gambar 2.22 Kondisi Kepala Tiang Bebas (Free Head Pile)
.............................................................................................. (2.28) ........................................................................................ (2.29) .............................................................................. (2.30) .............................................................................................. (2.31) .......................................................................................... (2.32) ............................................................................................. (2.33)
35
......................................................................................... (2.34) Di mana: kh
= Modulus reaksi tanah dalam arah horizontal (kN/m3)
B
= Lebar atau diameter tiang (m)
E
= Modulus elastisitas tiang (kN/m2)
I
= Momen inersia penampang tiang (m4)
Qg
= Gaya horizontal pada tiang (kN)
Mmax = Bending momen maksimum pada kedalaman lmmax lmmax = Kedalaman dari Mmax lmi
= Kedalaman dari momen titik nol pertama
ytop
= Perpindahan kepala tiang
ly1
= Kedalaman dari perpindahan titik nol pertama
li
= Kedalaman sudut defleksi titik nol pertama
2.4.2. Kondisi Kepala Tiang Terjepit (Fixed Head Pile)
Gambar 2.23 Kondisi Kepala Tiang Terjepit (Fixed Head Pile)
36
.............................................................................................. (2.35) .......................................................................................... (2.36) ............................................................................................. (2.37) ............................................................................ (2.38) ........................................................................................ (2.39) ................................................................................................ (2.40) ....................................................................................... (2.41) ......................................................................................... (2.42) Di mana: kh
= Modulus reaksi tanah dalam arah horizontal (kN/m3)
B
= Lebar atau diameter tiang (m)
E
= Modulus elastisitas tiang (kN/m2)
I
= Momen inersia penampang tiang (m4)
Qg
= Gaya horizontal pada tiang (kN)
Mtop
= Bending momen maksimum pada kepala tiang
Mmax-1 = Bending momen maksimum pada kedalaman lmmax lmmax = Kedalaman dari Mmax-1 lmi
= Kedalaman dari momen titik nol kedua
ytop
= Perpindahan kepala tiang
ly1
= Kedalaman dari perpindahan titik nol pertama
li
= Kedalaman sudut defleksi titik nol kedua
37
Untuk mencari nilai kh dapat dipakai beberapa metode, antara lain: 1. Metode Vesic (1961) ........................................................................ (2.43) 2. Metode Glick (1948) ........................................................ (2.44) 3. Metode Francis (1964) ............................................................. (2.45) Untuk keseluruhan metode dapat ditentukan nilai kh dengan rumus: ................................................................................................. (2.46) Di mana: Es
= Modulus elastisitas tanah
Ep
= Modulus elastisitas tiang
Ip
= Momen inersia penampang tiang
µs
= Poisson ratio tanah
L
= panjang tiang
B
= Lebar atau diameter tiang
38
2.5
Teori Dasar Metode Finite Difference Reaksi yang terjadi pada tiang pondasi sebanding dengan perpindahan menurut
model Winkler (1867). Tekanan (P) dan defleksi (y) pada suatu titik direlasikan dengan koefisien reaksi tanah dalam arah horizontal (kh) menjadi: ............................................................................................... (2.47) Tiang biasanya dianggap batang tipis yang memenuhi persamaan: ................................................................................... (2.48) Di mana: Ep
= Modulus elastisitas tiang
Ip
= Momen inersia penampang tiang
z
= Kedalaman
B
= Lebar atau diameter tiang
Dari persamaan (2.47) dan (2.48) didapat persamaan defleksi tiang dengan beban lateral sebagai berikut: ............................................................... (2.49) Solusi dari persamaan differensial di atas dapat diperoleh baik secara analitis maupun secara numerik. Solusi secara analitis mudah dilakukan bila nilai kh konstan sepanjang tiang. Apabila harga kh bervariasi, maka dapat diselesaikan dengan cara numerik menggunakan metode finite difference (Palmer dan Thompson, 1948; Gleser, 1953) Dalam metode tersebut, persamaan differensial dasar (2.49) ditulis dalam bentuk finite difference untuk titik i sebagai berikut: ......................................... (2.50)
39
Dari persamaan (2.50) diperoleh: ............................................................ (2.51) Dengan: ...................................................................................... (2.52) Di mana: n
= Banyaknya interval sepanjang tiang
Khi
= Koefisien reaksi tanah dalam arah horizontal di titik i.
Persamaan (2.52) dapat ditetapkan dari titik 2 sampai n sehingga memberikan (n-1) persamaan.
Gambar 2.24 Analisa Finite Difference untuk Tiang dengan Beban Lateral
40
Persamaan-persamaan selanjutnya dapat diperoleh dari syarat-syarat batas pada ujung kepala tiang. Pada kepala tiang ada dua keadaan yang harus diperhatikan: 1. Kondisi kepala tiang bebas (free head pile) Gaya geser: ................................................................................ (2.53) Sehingga didapat persamaan: ............................................................. (2.54) Momen: ................................................................................ (2.55) Sehingga didapat persamaan: ....................................................................... (2.56)
2. Kondisi kepala tiang terjepit (fixed head pile) Gaya geser: ................................................................................ (2.57) Sehingga didapat persamaan: ............................................................ (2.58) Rotasi: ................................................................................... (2.59) Sehingga didapat persamaan: ....................................................................................... (2.60)
41
Dasar tiang dianggap bebas, sehingga: Gaya geser: ................................................................................... (2.61) Sehingga didapat persamaan: ............................................................ (2.62) Momen: .................................................................................. (2.63) Sehingga didapat persamaan: ........................................................................ (2.64) Dua persamaan yang masih dibutuhkan didapat dari persamaan keseimbangan gaya horizontal dan momen. Persamaan simultan n+5 diperlukan untuk menghitung n+5 perpindahan yang tidak diketahui (pada titik -2, -1, n+2, dan n+3). Cara lain dari prosedur di atas adalah dengan mengabaikan persamaan gaya geser pada ujung (tip) dan kepala tiang (top) yaitu persamaan (2.54) atau (2.58) dan (2.62), jadi mengabaikan dua perpindahan variabel pada titik -2 dan n+3. Dalam hal ini hanya n+3 persamaan yang harus dipecahkan. Prosedur ini memberikan hasil yang hampir sama dengan prosedur sebelumnya.
42
2.6
Efisiensi Kelompok Tiang Berdasarkan Prakash (1962), nilai faktor reduksi untuk kelompok tiang
ditentukan berdasarkan besarnya jarak antar tiang.
Gambar 2.25 Faktor Reduksi Kelompok Tiang (Prakash, 1962) Faktor reduksi tersebut digunakan untuk mencari nilai modulus reaksi tanah dalam arah horizontal dari suatu kelompok tiang. Yang kemudian dapat digunakan untuk mencari nilai kapasitas lateral dari suatu kelompok tiang. Dalam perhitungan efisiensi kelompok tiang di penelitian ini, digunakan perhitungan efisiensi dengan cara pada rumus 2.xx. Rumusan efisiensi ini merupakan hasil dari pembagian antara beban yang dapat ditanggung kelompok tiang dengan jumlah perkalian beban tiang tunggal dengan total tiang. ……………………..……………. (2.65) η
= efisiensi kelompok tiang
n
= jumlah tiang
Qi
= beban lateral pada tiang ke-i
Qtunggal = beban lateral pada tiang tunggal
43
2.7
PLAXIS 3D PLAXIS 3D adalah program finite element tiga dimensi yang dikembangkan
untuk analisa deformasi, stabilitas, dan aliran air tanah dalam ilmu geoteknik. PLAXIS 3D adalah bagian dari produk PLAXIS yang merupakan program finite element yang digunakan secara luas untuk ilmu dan desain geoteknik. Pengembangan PLAXIS dimulai tahun 1987 di Delft University of Technology sebagai inisiatif dari Dutch Ministry of Public Works and Water Management (Rijkswaterstaat). Tujuan awal pengembangan adalah untuk menciptakan program elemen hingga 2 dimensi untuk analisis bantaran sungai yang terdiri dari tanah lunak pada dataran rendah di Belanda. Dalam beberapa tahun, PLAXIS dikembangkan untuk mengatasi sebagian besar area geoteknik. Karena pertumbuhan yang sangat pesat dan berkelanjutan, perusahaan PLAXIS (Plaxis bv) dibentuk tahun 1993. Di tahun 1998, PLAXIS 2D pertama untuk Windows dirilis. Pada waktu yang sama, pengembangan untuk perhitungan elemen hingga 3 dimensi dilakukan sehingga program 3DTunnel dapat dirilis tahun 2001. 3DFoundation adalah program tiga dimensi kedua yang dirilis tahun 2004. Kedua program tersebut tidak mampu untuk mendefinisikan bentuk geometri 3 dimensi yang lebih kompleks karena keterbatasan geometris. Baru pada tahun 2010 program PLAXIS 3D dirilis. PLAXIS 3D adalah program PLAXIS dengan permodelan penuh 3 dimensi yang mengkombinasikan interface yang mudah dengan fasilitas permodelan 3 dimensi.
44
Gambar 2.26 Sumbu Koordinat pada PLAXIS 3D
2.8
Penelitian Sebelumnya Penelitian ini mengacu pada laporan atau jurnal dari penelitian yang sudah
pernah dilakukan sebelumnya. Berikut ini adalah rangkuman dari jurnal-jurnal tersebut: A. Analisa Kapasitas Kelompok Tiang Terhadap Beban Lateral dengan Menggunakan PLAXIS 3D Foundation (Sri Dewi dan Gouw Tjie-Liong, 2009) Salah satu faktor penting dalam perencanaan pondasi adalah daya dukung lateral pondasi yang timbul akibat gempa, beban angin, dan lainlain. Kapasitas pembebanan lateral dari suatu kelompok tiang bukan merupakan penjumlahan dari kapasitas lateral masing-masing tiang. Maka dalam suatu perhitungan kapasitas pembebanan lateral tiang diperlukan adanya faktor pengali untuk mengetahui kapasitas kelompok tiang yang efektif. Faktor pengali tersebut biasa dikenal dengan sebutan faktor
45
efisiensi atau faktor reduksi. Agar diperoleh desain yang ekonomis maka diperlukan faktor efisiensi kelompok tiang yang sesuai. Di dalam literatur geoteknik yang ada sangat jarang dibahas secara mendetail mengenai faktor efisiensi kelompok tiang ini. Faktor efisiensi yang terdapat di dalam literatur-literatur tersebut pada umumnya tidak membahas efek jumlah tiang dalam kelompok tiang, kekakuan tanah, dan konfigurasi tiang. Penelitian ini bertujuan untuk mencari apakah terdapat pengaruh efek-efek tersebut terhadap faktor efisiensi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efek jumlah tiang dalam kelompok tiang, kekakuan tanah, dan konfigurasi tiang berpengaruh terhadap faktor efisiensi kelompok tiang. Semakin banyak jumlah tiang dalam suatu kelompok tiang, faktor efisiensi semakin kecil. Semakin besar kekakuan tanah, faktor efisiensi semakin besar.
B. Lateral Bearing Capacity of Piles in Cohesive Soils Based on Soils’ Failure Strength Control (R. Ziaie Moayed, A. Judi, dan B. Khadem Rabe, 2008) Penelitian ini memberikan presentasi hasil dari analisis numerik pada penelitian pondasi tiang pada tanah kohesif. Broms (1964a) memberikan grafik untuk mendapatkan kapasitas daya dukung lateral pada tiang sejenis. Namun, grafik tersebut tidak memberikan data untuk seluruh tiang dengan panjang berbeda. Dalam studi ini, sebuah program elemen hingga yang diperuntukan khusus bagi pondasi tiang digunakan. Investigasi ini dilaksanakan dengan variasi pada panjang dan diameter tiang pancang pada tiga jenis tanah lempung yang berbeda.
46
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan beberapa grafik yang menunjukkan area di antara tiang panjang dan tiang pendek yang tidak dipertimbangkan oleh Broms. Selanjutnya, pada penelitan Broms, efek beban vertikal terhadap kapasitas daya dukung tiang tidak diperhitungkan. Pada penelitian ini, efek beban vertikal juga dipelajari, dan grafik hasil perhitungan dittampilkan untuk mempermudah prosedur desain pada tanah kohesif.
C. Studi Model Setrifugal dari Grup Tiang yang Dibebani Beban Lateral pada Lapisan Lempung: Karakteristik Bending Momen (T. Ilyas dan Budi S. Soepandji, 2008) Sebuah seri percobaan dengan alat sentrifugal dilaksanakan pada lapisan lempung untuk mengetahui karakteristik bending momen dari grup tiang akibat pembebanan lateral statis. Grup tiang mempunyai denah simetris dengan konfigurasi tiang tunggal 2 x 1, 2 x 2, 3 x 3, dan 4 x 4. Grup tiang memiliki jarak antar tiang 3 kali lebar tiang. Pile cap terbuat dari bahan aluminium masif yang terletak di atas
permukaan tanah
digunakan untuk mengikat tiang di dalam grup. Pada studi ini didapatkan kesimpulan bahwa formula empiris untuk menentukan kapasitas bending momen untuk grup tiang dengan denah simetris dapat dipergunakan untuk desain praktis.
D. Behaviour of Laterally Loaded Rigid Piles in Cohesive Soils Based on Kinematic Approach (V. Padmavathi, E. Saibaba Reddy, dan R. Madhav, 2008)
47
Pondasi tiang adalah pondasi yang berguna untuk area dataran rendah di mana karakteristik tanahnya perlu diperbaiki. Beberapa metode tersedia untuk memprediksi batas ketahanan lateral dari tiang kaku pada tanah lempung. Solusi yang ada untuk batas ketahanan pondasi tiang pada lempung antara lain perhitungan semi-empiris atau berdasarkan analisis pendekatan dengan beberapa penyederhanaan. Pada sebagian besar metode ini, tanah diasumsikan bersifat plastis dan dianalisa melalui analisa pada titik rotasi. Meskipun batas beban lateral yang didapatkan dari metode ini cukup sesuai dengan nilai yang diukur, distribusi beban lateral tidak konsisten.
Pendekatan
baru
yang
berdasarkan
respon
non-linear
(hiperbolik) telah dikembangkan untuk mempelajari respon perpindahan bebandari pondasi individu tiang kaku dengan kepala bebas pada tanah kohesif. Batas kapasitas lateral yang diprediksi dari tiang dan distribusi tekanan tanah lateral sepanjang tiang memiliki perbandingan yang baik sesuai teori dan hasil pengujian eksperimen.
E. Studi Perilaku Tiang Pancang Kelompok Menggunakan Plaxis 2D pada Tanah Lunak (Wildan Firdaus, 2011) Dengan mengacu pada jurnal “Numerical Analysis of Load Test on Bored Piles, 2004”, didapatkan dari hasil penelitiannya tersebut kesimpulan bahwa model material Mohr Coulomb lebih kaku daripada model material Hardening, dan model material Soft soil lebih kaku lagi dari model material Mohr Coulomb. Hal ini karena perbedaan dari rumus yang dipakai dari masing-masing metode tersebut.
48
Studi ini membandingkan beberapa bentuk konfigurasi dari tiang pancang kelompok, yang terdiri dari 2, 3, 4, 6, dan 8 tiang pancang dalam 1 konfigurasi dengan jarak anttar tiang pancang antara 2D sampai 4D, dalam menahan beban aksial dan lateral menggunakan bantuan program dalam pengerjaannya yaitu Plaxis 2D versi 8 dengan model material Mohr Coulomb, Hardening, Soft Soil. Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan Plaxis 2D diperoleh hasil akibat berubahnya jarak antar tiang pancang berupa penambahan kemampuan tiang pancang dalam menahan beban aksial dan lateral, untuk beban yang sama, perubahan jarak antar tiang dapat mengurangi penurunan dan defleksi tiang pancang.
F. In-situ Static Lateral Loading Test On 9 x 7 Group Pile Foundation (S. Teramoto, M. Kimura, T. Akitsu, S. Kubota, T. Nishizaki, dan T. Niimura, 2013) Beban lateral seperti gempa bumi sangat mempengaruhi stabilitas dari infrastruktur penting yang diharuskan untuk bertahan lebih kuat dibanding struktur lain saat terjadi gempa. Pengujian dilakukan pada kelompok pondasi tiang pada kondisi sebenarnya di lapangan. Penelitian ini mengabaikan friksi yang terjadi antara pile cap dengan permukaan tanah. Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa nilai Load Sharing Factor (LSF) atau yang biasa disebut faktor distribusi gaya dari grup tiang memiliki trend variasi di mana nilai LSF terbesar ada pada tiang depan dan belakang dan semakin ke tengah semakin menurun pembagian gaya yang ada.
