ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG DIAMETER 0,6 METER DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALITIS DAN METODE ELEMEN HINGGA PADA INTERCHANGE BINJAI DARI PROYEK JALAN TOL MEDAN – BINJAI Welman F.F. Tambunan1 dan Roesyanto2 1
Mahasiswa S1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU) Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU)
2
ABSTRAK Pondasi tiang pancang merupakan salah satu jenis dari pondasi dalam yang umum digunakan. Untuk menghitung kapasitas tiang, terdapat banyak rumus yang dapat digunakan. Hasil masingmasing rumus tersebut menghasilkan nilai kapasitas yang berbeda beda. Tujuan studi ini untuk menghitung dan menganalisis daya dukung tiang pancang dari hasil Standard Penetration Test (SPT), dan Kalendering kemudian membandingkan hasil perhitungan tersebut dengan hasil perhitungan dengan Metode Elemen Hingga dengan bantuan program Plaxis. Hasil perhitungan daya dukung ultimit (Qu) tiang pada kedalaman yang sama yaitu 22 m, untuk SPT dengan metode Mayerhoff diperoleh 462,38 ton, untuk Kalendering dengan metode Danish 439,82 ton dan metode ENR 488,90 ton , dan dengan Metode Elemen Hingga diperoleh 255,55 ton. Daya dukung lateral ultimit tiang pancang tunggal dengan metode Broms secara analitis bernilai 24,47 Ton dan secara grafis bernilai 28,60 Ton. Penurunan yang terjadi untuk tiang apung atau friksi diperoleh sebesar 2,44 mm untuk tiang dukung ujung sebesar 2,56 mm penurunan elastis tiang tunggal sebesar 6,53 mm dan berdasarkan Metode Elemen Hingga sebesar 18,72 mm. Untuk kapasitas kelompok tiang menggunakan metode Converse-Labore diperoleh efisiensi grup tiang pancang sebesar 0,66 dan metode Los Angeles diperoleh efisiensi grup tiang pancang sebesar 0,74. Terdapat perbedaan daya dukung dari titik SPT, Kalendering dan hasil Metode Elemen Hingga. Perbedaan hasil tersebut dapat disebabkan oleh kedalaman tanah yang ditinjau, dan cara pelaksanaan pengujian yang bergantung pada ketelitian operator dan perbedaan parameter yang digunakan dalam perhitungan. Kata kunci: Tiang Pancang, SPT, Kalendering, Daya Dukung, Plaxis
ABSTRACT Pile foundation is one type of foundation when great depth is required for supporting the load. To calculate the capacity of the pile, there are many formulas that can be used. The results of each of these formulas produces a value that is different capacity. The purpose of this study to calculate and analyze the bearing capacity of the pile from the Standard Penetration Test (SPT), and calendering then compare this with the results of calculations by the Finite Element Method with the help of Plaxis program. The result of the calculation of ultimate bearing capacity (Qu) at the 1
same depth is 22 m, for SPT by Mayerhoff method gained 462,38 tons, to Kalendering by the Danish method gained 439,82 tons and ENR method gained 488,90 tons, and the Finite Element Method gained 255,55 tons. The lateral bearing capacity with Broms method, analytically and graphically are 24,47 ton and 28,60 ton respectively . The resulting of settlement for the pole buoyancy or friction and end bearing are 2,44 mm and 2,56 mm then elastic settlement gained 6,53 mm and is based on the Finite Element Method of 18,72 mm. For the capacity of pile groups using methods Converse-Labore obtained pile group efficiency of 0,66 and Los Angeles methods obtained pile group efficiency of 0,74. There are differences in the carrying capacity of the SPT point, Kalendering and the results of the Finite Element Method. The yield difference can be caused by soil depth under review, and how the testing is dependent on the accuracy operator and the difference of parameters used in the calculation. Key words: Pile Foundation, SPT, Calendering, Bearing Capacity, Plaxis 1. PENDAHULUAN Pondasi merupakan salah satu struktur bangunan yang terletak pada bagian paling bawah bangunan. Keberadaan pondasi tidak dapat dipisahkan dari struktur bangunan karena pondasi berfungsi untuk meneruskan gaya-gaya atau beban yang bekerja pada struktur atas ke tanah dasar yang cukup keras. Pemilihan pondasi serta perencanaan pondasi harus dilakukan secara benar. Maka pada saat perencanaan pondasi para perencana harus menganalisa daya dukung tanah dimana pondasi akan dibangun karena pada saat pondasi diberi beban dan besar beban tersebut diteruskan pondasi ke tanah tidak boleh melampaui kekuatan tanah tersebut. Perencanaan dan pemilihan pondasi yang salah akan mengakibatkan bangunan tersebut tidak awet bahkan mengalami keruntuhan (failure). Pondasi tiang pancang merupakan bagian dari jenis pondasi dalam yang banyak digunakan. Dalam mendisain pondasi dalam, terdapat beberapa metode analitis untuk menentukan kapasitas daya dukung pondasi dalam. Selain itu kapasitas daya dukung juga dapat di analisa dengan metode numerik dengan bantuan program. Salah satu diantaranya adalah Plaxis. Plaxis adalah program pemodelan dan post processing metode elemen hingga yang mampu melakukan analisa masalah geoteknik dalam perencanaan bangunan sipil. 2. TUJUAN PENELITIAN Menghitung dan membandingkan daya dukung pondasi tiang pancang dengan menggunakan data dari hasil Standart Penetration Test (SPT), kelendering dan Metode Elemen Hingga. Menghitung kapasitas daya dukung lateral tiang tunggal Menghitung penurunan elastis yang terjadi pada tiang tunggal secara analitis dan metode elemen hingga Menghitung efisiensi dan daya dukung ultimit kelompok tiang. 3. METODE PENELITIAN
Mengadakan analisis data dengan menggunakan data hasil SPT dan hasil uji Kalendering berdasarkan formula yang ada. Mengadakan analisis terhadap hasil perhitungan yang dilakukan dan membuat kesimpulan.
2
4. STUDI PUSTAKA
Daya dukung tiang akan dihitung dengan menggunakan data hasil SPT dengan rumus Mayerhof dan perhitungan daya dukung dengan menggunakan data kalendering yang diperoleh saat pemancangan tiang dengan rumus Danish dan ENR. 4.1. Menghitung Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT. 1. Daya dukung pondasi tiang pada tanah non kohesif (1) Dimana : NSPT = rata-rata nilai N-SPT di dekat ujung tiang (sekitar 10D (diameter) di atas dan 4D dibawah ujung tiang) 2. Tahanan geser selimut tiang pada tanah non kohesif (2) Dimana : Li = Panjang lapisan tanah (m), P = Keliling Tiang (m) 3 Daya dukung pondasi tiang pada tanah kohesif (3) Dimana : Ap = Luas penampang tiang (m2), cu = Kohesi undrained (kN/m2) 4 Tahanan geser selimut tiang pada tanah kohesif (4) Dimana : α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang, cu = Kohesi undrained (kN/m2), p = Keliling tiang (m), Li = Panjang lapisan tanah (m) 4.2. Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data Kalendering a. Menghitung kapasitas daya dukung tiang pancang dengan metode Danish Formula (5) Dimana :η= effisiensi alat pancang, E = energi alat pancang (kg-cm),L = panjang tiang (m), Ep= modulus elastisitas tiang (kg/cm2). b. Menghitung kapasitas daya dukung tiang pancang dengan Metode Modified New Enginering News Record (ENR) Rdu
(6)
Dimana : ef= effisiensi hammer (%), Wr = berat hammer (Ton), Wp= berat pile (Ton), S = penetrasi pukulan per cm (cm), n= koefisien restitusi = 0,4, h= tinggi jatuh hammer (cm).
3
4.3. Perhitungan Daya Dukung Lateral Tiang Daya dukung lateral dihitung menggunakan metode Broms. Untuk menghitung daya dukung horizontal, terlebih dahulu kita harus menghitung faktor kekakuan tiang untuk jenis tanah non-kohesifnya. 1. Perilaku tiang dan factor kekakuan tiang (7)
Gambar 1. Sketsa gaya lateral pada pondasi tiang 2. Keruntuhan tiang akibat momen lentur maksimum tiang Maka : (8)
Maka beban izin lateral (9) 3. Cek terhadap grafik hubungan
dan
.
4.4. Penurunan Elastis Tiang Tunggal Penurunan tiang tunggal dihitung menggunakan rumus Poulus – Davis. Perkiraan penurunan tiang tunggal dapat dihitung berdasarkan : a)
Untuk tiang apung atau friksi (10) Dimana :
(11) 4
b)
Untuk tiang dukung ujung (12) Dimana :
(13)
Keterangan : S = besar penurunan yang terjadi untuk tiang tunggal (cm) Q = besar beban yang bekerja (kN) D = diameter tiang (cm) Es = modulus elastisitas tanah (Mpa) I0 = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat (Incompressible) dalam massa semi tak terhingga Rμ = faktor koreksi angka poisson untuk μ = 0,3 Rk = faktor koreksi kemudahmampatan tiang Rh = faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras Rb = faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung H = kedalaman total lapisan tanah; ujung tiang ke muka tanah K adalah suatu ukuran kompressibilitas relatif dari tiang dan tanah yang dinyatakan oleh persamaan: (14) Dimana :
K Ep
Dengan : = faktor kekakuan tiang = modulus elastisitas dari bahan tiang (kN/ m2) Ep = 4700 .
Es
(15)
(16)
= modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kN/ m2) Es = 3 .qc
(17)
Eb = 10. Es
(18)
c) Penurunan tiang elastis (19) 4.5. Efisiensi Tiang Pancang 1. Metode Converse – Labore Formula (AASHO) (20) 5
(21) 2. Metode Los Angeles Group (22) 4.6. Perhitungan dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga Pada Metode Elemen Hingga daya dukung yang akan dihitung adalah daya dukung aksial pondasi tiang pancang.Pemodelan tanah yang digunakan adalah model Mohr – Coulomb dengan analisis axisymmetric. 5. HASIL Berdasarkan hasil perhitungan dengan metode Mayerhoff dengan menggunakan data hasil uji SPT diameter tiang 0,6 meter pada kedalaman 22 m maka diperoleh daya dukung ultimit pondasi tiang pancang adalah sebesar 462,38 Ton. Dari data Kalendering dengan menggunakan rumus Danish (5) maka diperoleh daya dukung sebesar Pu = 439,82 ton dan dengan menggunakan rumus ENR (6) maka didapat hasil perhitungan sebesar Rdu= 488,90 ton. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh maka tiang pancang dikategorikan sebagai tiang panjang / elastic pile. Dengan menggunakan rumus (8) diatas diperoleh beban lateral sebesar Hu = 244,684 kN dan Hall = 97,87 kN Dan untuk secara grafik dicari pertama Tahanan momen ultimit
.
Nilai tahanan ultimit sebesar 20,81 diplot ke grafik, sehingga diperoleh tahanan lateral ultimit sebesar 21. Berdasarkan perhitungan diperoleh beban lateral Hu = 285,97 kN dimana hasilnya tidak jauh berbeda dengan cara analitis. Untuk penurunan yang terjadi pada Bore hole 1 dari persamaan (10), (12), dan (19) diperoleh secara berurut sebesar 2,44 mm, 2,56 mm, dan 6,53 mm. Efisiensi grup tiang Metode Converse – Labore Formula diperoleh sebesar 0,66 dan efisiensi grup tiang metode Los Angeles didapat sebesar 0,74. Tabel 1. Tabel Daya dukung ultimit tiang pancang Metode Converse – Labore Formula Metode
Efisiensi
Jumlah Tiang
Daya dukung tiang tunggal (Ton)
Daya Dukung Tiang Kelompok (Ton)
SPT DANISH ENR MEH
0,66 0,66 0,66 0,66
24 24 24 24
462,38 439,82 488,90 255,25
7324,10 6966,76 7744,18 4043,16
6
Tabel 2. Tabel Daya dukung ultimit tiang pancang Metode Los Angeles Metode SPT DANISH ENR MEH
Efisiensi
Jumlah Tiang
Daya dukung tiang tunggal (Ton)
Daya Dukung Tiang Kelompok (Ton)
24 24 24 24
462,38 439,82 488,90 255,25
8211,87 7811,20 8682,86 4533,24
Perhitungan daya dukung dimodelkan dengan 4 fase. Diperoleh daya dukung pondasi sebesar Qu = 255,55 ton. Berdasarkan program Plaxis dihasilkan penurunan sebesar 18,72 mm lebih kecil dari batas penurunan maksimum yaitu 18,72 mm < 25,4 mm maka pondasi dinyatakan aman terhadap penurunan
Gambar 2. Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil Perhitungan
6. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan pada Proyek Pembangunan Jalan Tol Medan-Binjai (Interchange Binjai), maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Perbandingan hasil perhitungan kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang pada kedalaman yang sama yaitu 22 m, untuk SPT dengan metode Mayerhoff diperoleh 462,38 ton, untuk Kalendering dengan metode Danish 439,82 ton dan metode ENR 488,90 ton , dan dengan Metode Elemen Hingga diperoleh 255,55 ton. 2. Hasil perhitungan kapasitas daya dukung lateral ultimit tiang pancang tunggal dengan metode Broms secara analitis bernilai 24,47 Ton dan secara grafis bernilai 28,60 Ton. 3. Penurunan yang terjadi untuk tiang apung atau friksi diperoleh sebesar 2,44 mm untuk tiang dukung ujung sebesar 2,56 mm penurunan elastis tiang tunggal sebesar 6,53 mm dan berdasarkan Metode Elemen Hingga sebesar 18,72 mm. 4. Dari Metode Converse-Labore diperoleh efisiensi grup tiang pancang sebesar 0,66 dan dari metode Los Angeles efisiensi grup tiang pancang sebesar 0,74. 7. DAFTAR PUSTAKA Bowles, J. E., 1982, Foundation Analysis and Design, Terjemahan oleh Pantur Silaban. Jilid I,Penerbit Erlangga, Jakarta 7
Bowles, J. E., 1984, Foundation Analysis and Design, Terjemahan oleh Pantur Silaban. Jilid II,Penerbit Erlangga, Jakarta Das, B. M., 1985, Principle of Geotechnical Engineering, Terjemahan oleh Noor Endah & Indra Surya Mochtar. Jilid I,Penerbit Erlangga, Jakarta. Das, B. M., 1985, Principle of Geotechnical Engineering, Terjemahan oleh Noor Endah & Indra Surya Mochtar. Jilid II,Penerbit Erlangga, Jakarta. Das, B. M., 2007, Principles of Foundation Engineering 6th Edition, Thomson Canada Limited, United States. Hardiyatmo, H. C., 1996, Teknik Fondasi 1, PT. Gramedia Pustaka Umum, Jakarta Hardiyatmo, H. C., 2002, Analisis dan Perancangan Fondasi 2, Gajah Mada University Press, Yogyakarta Lambe, W. T., Whitman, R. V., 1969, Soil Mechanics, Jhon Willey & Sons, Inc., New York. Manual Latihan Plaxis Versi 8 Marpaung, D. A., 2012, Analisis Daya Dukung Sistem Pondsi Kelompik Tiang Tekan Hidrolis (Studi Kasus Pada Proyek Pembangunan ITC Polonia Medan), Tugas Akhir Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Napitupulu, E. D. S., 2012, Analisis Kapasitas Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang dengan Menggunakan Metode Analitis Dan Elemen Hingga, jurnal Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara : Medan Poulus, H.G., dan Davis, E.H., 1980, Pile Foundations Analysis and Design, : John Wiley and Sons Publishers, Inc., America Rahayu, E. D., 2010, Analisis Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang Pada Proyek Pembangunan Sei Babalan Langkat, Tugas Akhir Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Rumajar, C. A. S., 2013, Analisa Daya Dukung dan Penurunan Pondasi Tiang Pancang Proyek Pembangunan Gedung Pasca Sarjana Universitas Negeri Medan, Tugas Akhir Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Sardjono, H. S., 1988, Pondasi Tiang Pancang Jilid 1, Sinar Wijaya, Surabaya. Sardjono, H. S., 1991, Pondasi Tiang Pancang Jilid 2, Sinar Wijaya, Surabaya. Sembiring, P. D. L., 2014, Analisa Daya Dukung Pondasi Tiang Tekan Hidrolis dengan Menggunakan Metode Analitis dan Elemen Hingga (Studi Kasus Proyek Pembangunan Bird’s Park Apartment), Tugas Akhir Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Sosrodarsono, S.,dan Nakazawa, 2005, Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Tomlinson, M.J., 1977, Pile Design and Construction Practice First Edition, View Point Publishing, London
8
