POLITEKNOLOGI VOL. 16 No. 1 JANUARI 2017
SIMULASI COMPRESSION PILE TEST MENGGUNAKAN PROGRAM ELEMEN HINGGA 2D (2D FINITE ELEMENT) PADA TANAH LANAU DENGAN PASIRAN Dwi Novi Wulansari Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta, Sunter Agung Podomoro, Jakarta Utara Email:
[email protected] ABSTRACT Each building must have a foundation that can support a load structure such that they can stand up well. Bearing capacity of the foundation must be analyzed in order to ensure the stability of the building to loading and settlement of the foundation. The purpose of the study is to determine the axial bearing capacity and settlement of the pile through 2D finite element simulation using Plaxis 2D V.8 program. Then the results of the analysis will be compared with the results of manual calculations and tests in the field (compressive loading test and PDA test). The analysis was performed at the point of DB at the Chimney Area 2x27.5 MW power plant 2 Kalbar Tanjung Gundul district. Sei Raya Kepulauan, Kab. Bengkayang West Kalimantan. Values bearing capacity of Plaxis 2D analysis is nearing capacity value on field testing (interpretation of loading test data with Chin methods). While the value of settlement from Plaxis 2D is smaller than the settlement value of the loading test and PDA test. Keywords : Axial Bearing Capacity, Settlement, 2D Finite Element ABSTRAK Setiap bangunan harus mempunyai pondasi yang dapat mendukung beban struktur agar bangunan tersebut dapat berdiri dengan baik. Daya dukung pondasi harus dianalisis untuk dapat menjamin kestabilan bangunan terhadap pembebanan dan penurunan pondasi. Tujuan dari penelitian adalah untuk mengetahui kapasitas daya dukung aksial dan penurunan tiang pancang melalui simulasi elemen hingga 2D menggunakan program Plaxis 2D V.8. Kemudian hasil analisis tersebut akan dibandingkan dengan hasil perhitungan manual dan tes di lapangan (compressive loading test dan PDA test). Analisis dilakukan pada titik DB yang berada di lokasi Chimney Area PLTU 2 Kalbar 2x27.5 MW Desa Tanjung Gundul, Kec. Sei Raya Kepulauan, Kab. Bengkayang Kalimantan Barat. Nilai kapasitas dukung dari analisis Plaxis 2D adalah mendekati nilai kapasitas pada pengujian lapangan (interpretasi data loading test Metode Chin). Sedangkan nilai penurunan Plaxis 2D yang didapat lebih kecil dibandingkan dengan nilai penurunan dari loading test dan PDA test. Kata kunci : Daya Dukung Aksial, Penurunan, Elemen Hingga 2D
PENDAHULUAN Suatu perencanaan pondasi dikatakan benar apabila beban yang diteruskan oleh pondasi ke tanah tidak melampaui kekuatan tanah yang bersangkutan. Apabila kekuatan tanah dilampaui, maka penurunan yang berlebihan atau 29
keruntuhan dari tanah akan terjadi, kedua hal tersebut akan menyebabkan kerusakan konstruksi yang berada di atas pondasi tadi. Dalam penelitian ini akan dibahas tentang analisis daya dukung tiang spunpile melalui simulasi elemen hingga 2D menggunakan program Plaxis 2D V.8. Kemudian hasil analisis tersebut akan
Dwi Novi Wulandari, Simulasi Compression Pile...
dibandingkan dengan hasil perhitungan manual dan tes di lapangan (compressive loading test dan PDA test). Daya dukung yang akan dipelajari adalah daya dukung tekan aksial pondasi tiang pancang spunpile untuk kondisi tiang tunggal berdiameter 300 mm (fc’ 49,8 Mpa). Tiang pancang tersebut digunakan sebagai pondasi pada proyek pembangunan PLTU 2 x 27,5 MW yang berlokasi di Tanjung Gundul, Kalimantan Barat. Titik pondasi yang ditinjau adalah titik DB8 pada area Chimney dengan beban rencana sebesar 62 Ton.
METODA PENELITIAN Metode Analisis Analisis daya dukung pondasi tiang pancang dilakukan menggunakan program elemen hingga 2D (2D finite element), yaitu menggunakan program Plaxis 2D
V.8 untuk mendapatkan kapasitas dukung ultimit (Qult) dan penurunan tiang pancang. Kemudian dilakukan perbandingan hasil analisis program Plaxis 2D V.8 dengan hasil analisis manual, Compressive Loading Test dan PDA Test. Parameter-Parameter Tanah Parameter tanah penelitan ini didapatkan melalui pengujian Standard Penetration Test (SPT). Pengujian SPT bertujuan untuk mendapatkan nilai (N-SPT) dan mengetahui struktur geologi tanah pada titik lokasi penelitian. Hasil interpretasi data tanah titik DB1 dan DB8 yang digunakan untuk perhitungan daya dukung tiang tunggal dengan program PLAXIS 2D Verdi 8 ditampilkan pada tabel berikut.
Tabel.1 Hasil interpretasi data tanah titik DB8 Depth
N-SPT
Tipe Layer
cref (kN/m2)
γ' (kN/m3)
γsat (kN/m3)
ɸ (derajat)
ν (nu)
Kx (m/hari)
Ky (m/hari)
0
0
Pasir
1
8,526
18,526
18,983
0,3
1
1
2
2
Pasir
1
8,526
18,526
18,983
0,3
1
1
4
5
Pasir
1
8,526
18,526
18,983
0,3
1
1
6
13
Pasir
1
8,526
18,526
18,983
0,3
1
1
8
15
Pasir
1
8,572
18,572
21,653
0,3
1
1
10
15
Pasir
1
8,572
18,572
21,653
0,3
1
1
8,572
18,572
21,653
0,3
1
1
8,572
18,572
21,653
0,3
1
1
8,572
18,572
21,653
0,3
1
1
8,572
18,572
21,653
0,3
1
1
12
25
Pasir
1
14
30
Pasir
1
Pasir
1
Pasir
1
16 18
42 55
Sumber: Rien Novia Adriani (2013) Kapasitas Dukung Pondasi Tiang Tunggal Kapasitas aksial pondasi tiang pancang ditentukan oleh kemampuan material tiang untuk menahan beban (kapasitas struktural) atau daya dukung tanah, dengan daya dukung terkecil yang lebih menentukan. Daya dukung tanah pada pondasi tiang pancang dapat dihitung dengan cara statik, berdasarkan korelasi langsung dengan uji lapangan (in-situ test), dengan rumus dinamik (dari
rekaman pemancangan), analisis perambatan gelombang, berdasarkan hasil pendongkrakan secara hidrolik, dan dengan pengujian di lapangan. Daya dukung dibedakan atas daya dukung ujung dan daya dukung geser. Apabila daya dukung keduanya dimobilisasikan akan didapatkan: Q ult = Q p + ∑ Q f [Pers.1] atau Qult
30
= q Ap + f As [Pers.2]
POLITEKNOLOGI VOL. 16 No. 1 JANUARI 2017
dimana f = unit tahanan selimut tiang, lb/ft2 (kPa) q = unit tahanan ujung tiang, lb/ft2 (kPa) Ap = luas ujung tiang, ft2 (m2) As = luas selimut tiang, ft2 (m2) Qp = daya dukung ujung (end bearing) yang didapat dari tanah dibawah ujung pondasi tiang, lb (kN) Qf = daya dukung gesek (skin friction) yang didapat dari gaya geser atau gaya adhesi antara tiang dengan tanah, lb (kN) Qult = daya dukung maksimum (ultimate), lb (kN) Data kapasitas dukung pondasi tiang tunggal berdasarkan hasil analisis manual diambil dari hasil penelitian Rien Novia Adriani (2013)[1]. Penelitian tersebut menggunakan Metode Mayerhof (1956), Metode Smith & Pole (1980), Metode Briaud et al (1985), Metode Shioi & Fukui (1982) dan Metode Luciano Decourt (1982). Penurunan Tiang Penurunan pondasi harus diperkirakan dengan sangat hati-hati untuk berbagai bangunan, jembatan, menara dan strukturstruktur biaya mahal yang sejenisnya. Selama penurunan, tanah yang beralih dari badan yang ada (atau bobot sendiri) dalam keadaan tegang ke dalam keadaan baru yang menahan beban yang diterapkan. Perubahan tegangan Δq dari beban tambahan ini menghasilkan kumpulan/akumulasi distorsi partikel yang menggulir, menggelincir, meremuk dan elastis yang tergantung kepada waktu pada daerah pengaruh terbatas di bawah luas yang dibebani. Penurunan tersebut merupakan kumpulan gerakan dalam arah yang diminati. Pada arah vertikal penurunan itu akan ditetapkan sebagai ΔH. Penurunan biasanya digolongkan sebagai: 1. Penurunan seketika, atau penurunan yang terjadi pada waktu beban
31
diterapkan atau dalam suatu jangka waktu sekitar 7 hari. 2. Penurunan konsolidasi, atau penurunan yang tergantung waktu dan berlangsung dalam beberapa bulan sampai tahunan. Uji Pembebanan Statik Uji pembebanan (loading test) adalah suatu metode yang digunakan dalam pemeriksaan terhadap sejumlah beban yang dapat didukung oleh suatu struktur dalam hal ini adalah pondasi. Uji pembebanan dilakukan untuk mengetahui secara nyata bagaimana kondisi tanah di lapangan bila diberikan beban sesuai dengan yang direncanakan. Pada prinsipnya, prosedur pembebanan tiang ini dilakukan dengan cara memberikan beban vertikal melalui hydraulic jack yang diletakkan diatas kepala tiang kemudian besarnya beban yang diberikan pada tiang uji diukur menggunakan pressure gauge. Selanjutnya besarnya deformasi vertikal yang terjadi dibaca sesuai waktu yang telah ditentukan menggunakan dial gauge dan reference beam sebagai datum pembacaan dial gauge. Deformasi yang terjadi terdiri dari deformasi elastis dan plastis. Deformasi elastis adalah deformasi yang diakibatkan oleh pemendekan elastis dari tiang dan tanah, sedangkan deformasi plastis adalah deformasi diakibatkan runtuhnya tanah pendukung pada ujung atau sekitar tiang. Setelah hasil uji pembebanan diperoleh maka tahap selanjutnya adalah menginterpretasikan data hasil uji pembebanan. Data kapasitas dukung dan penurunan tiang berdasarkan hasil uji pembebanan statik (compressive loading test) diambil dari hasil penelitian Rien Novia Adriani (2013)[1]. Penelitian tersebut menggunakan prosedur uji pembebanan Slow Maintanance Load Test Method (SM Test)[2] yang berdasarkan pada ASTM D11143-81. Metode Interpretasi data loading test menggunakan Metode
Dwi Novi Wulandari, Simulasi Compression Pile...
Davisson, Metode Mazurkiewich dan Metode Chin (1970)[3]. Uji Pembebanan Dinamis Data kapasitas dukung dan penurunan tiang berdasarkan hasil uji pembebanan dinamis (PDA test) diambil dari Laporan Akhir untuk test PDA dan analisis CAPWAP Pada Area PLTU 2 Kalbar 2x27.5 MW Desa Tanjung Gundul, Kec. Sei Raya Kepulauan, Kab. Bengkayang Kalimantan Barat, Universitas [4] Tanjungpura (2011) . Dari hasil pengujian dinamis pada kondisi restrike, analisis daya dukung tiang pancang diperoleh dengan menggunakan program CAPWAP pada tiang uji.
HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Daya Dukung Tiang Tunggal Dengan Program PLAXIS 2D Versi 8 Perhitungan daya dukung pondasi menggunakan metode elemen hingga dengan program Plaxis 2D versi 8[5] untuk mendapatkan kapasitas ultimit (Qult) dan penurunan tiang tungga sebagai pembanding lain berdasarkan analisis manual dan compressive loading test. Dalam penelitian Andi Yusti (2014)[6], formula untuk menghitung nilai daya dukung ultimit tiang pancang (Qult) dengan program Plaxis 2D versi 8 adalah sebagai berikut. 𝑄𝑄𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑄𝑄𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = ∑ −𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 [Pers.3] dengan, Qall = Pall = daya dukung ijin tiang (ton) Qult = daya dukung ultimit (ton) Σ-Msf = hasil bagi dari parameter kekuatan sebenarnya terhadap parameter kekuatan yang telah direduksi. Hasil analisis program Plaxis 2D versi 8 yang diperoleh dari pemasukan data input (Tabel 1 dan 2) sebagai berikut.
Gambar 1. Hasil kalkulasi dari fase-fase titik DB8, Nilai Σ-Msf Besarnya nilai Σ-Msf = 1,2255 dengan data korelasi titik DB8, maka nilai daya dukung ultimit tiang pancang (Qult) dengan program Plaxis 2D versi 8 adalah Qult = 124 Ton x 1,2255 = 151,962 Ton. Sedangkan penurunan tiang didapat dari Output program Plaxis 2D versi 8 sebesar 9,60 mm.
Gambar 2. Output kalkulasi dari fase-fase titik DB8 Perbandingan Hasil Analisis Manual, Compressive Loading Test dan Plaxis 2D Perbandingan kapasitas daya dukung tiang tunggal (Qult) antara analisis manual, compressive loading test dan Plaxis 2D dapat dilihat pada Tabel 2. Dari hasil perbandingan Qult dapat disimpulkan bahwa hasil analisis Plaxis 2D memiliki nilai rentang paling kecil dengan hasil interpretasi data loading test Metode Chin. Untuk perbandingan Qult hasil analisis Plaxis 2D dengan analisis manual, diketahui bahwa hasil analisis Plaxis 2D
32
POLITEKNOLOGI VOL. 16 No. 1 JANUARI 2017
memiliki nilai rentang paling kecil dengan hasil analisis manual metode Briaud et al. Sedangkan perbandingan Qult hasil analisis Plaxis 2D dengan PDA test, diketahui bahwa hasil analisis Plaxis 2D berada diatas nilai hasil PDA test. Tabel.2 Perbandingan Nilai Kapasitas Dukung Tiang Tunggal (Qult) Titik DB8 Metode
Interpretasi Data Compressive Loading Test
Tabel.3 Perbandingan Nilai Penurunan Tiang Titik DB8
Qult (ton)
Penurunan (mm)
Meyerhof
177,54
Loading Test
Plaxis
Smith & Pole
36,15
3,10
2,46
Briaud et al
137,04
6,16
4,72
Shioi & Fukui
67,82
11,05
7,11
Luciano Decourt
251,16
16,96
9,60
Davisson
109
Chin
154
20
Marzurkiewich
138
15
PDA
124
Plaxis 2D V.8
151,9
Beban (Ton)
Analisis Manual
2. Interpretasi Loading Test • Metode Davisson = 109 Ton • Metode Chin = 154 Ton • Metode Marzurkiewich = 138 Ton Maka Qult rata-rata dengan interpretasi loading test sebesar 133,94 Ton.
PDA Test
1,6
10 5 0 0
50
100 Penurunan (mm) Loading Test Plaxis
150
Gambar.4 Perbandingan Nilai Penurunan Tiang Titik DB8
KESIMPULAN Metode Manual
Loading Test
Gambar 3. Perbandingan Nilai Kapasitas Dukung Tiang Tunggal (Qult) Titik DB8 Berdasarkan hasil komparasi grafik pada Gambar 3 diatas maka didapatkan Qult rata-rata sebagai berikut : 1. Analisis Manual • Metode Meyerho = 177,54 Ton • Metode Smith & Pole = 36,15 Ton • Metode Briaud et al = 137,04 Ton • Metode Shioi & Fukui = 67,82 Ton • Metode Luciano Decourt = 251,16 Ton Maka Qult rata-rata dengan analisis manual sebesar 133,94 Ton.
33
Dengan melihat hasil yang diperoleh pada penelitian ini, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Jenis tanah dari penelitian ini berupa tanah lanau dengan pasiran. 2. Berdasarkan hasil perbandingan kapasitas dukung ultimit (Qult) antara hasil analisis Plaxis, analisis manual, interpretasi loading test dan PDA test dapat disimpulkan bahwa tiang untuk lokasi Chimney memiliki kinerja yang baik dalam memikul beban rencana. 3. Penurunan yang didapat dari hasil analisis Plaxis 2D berada dibawah nilai penurunan yang terjadi dilapangan (hasil loading test dan PDA test).
Dwi Novi Wulandari, Simulasi Compression Pile...
DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
[4]
[5] [6]
Adriani, Rien N. 2013. “Analisa Daya Dukung Tiang Spunpile Dengan Metode Uji Pembebanan Statik (Loading Test)” Jurnal Mahasiswa Teknik Sipil Universitas Tanjungpura Vol. 2 No. 2, 1-19. ASTM D 1143-81. 1994. “Piles Under Static Axial Compressive Load”. Prakash, S dan Sharma, H D. 1990. “Pile Foundation in Engineering Practice”. Canada: John Wiley & Sons, Inc. Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik. 2011. “Laporan Akhir Test PDA Dan Analisis CAPWAP Pada Area PLTU 2 Kalbar 2x27.5 MW Desa Tanjung Gundul, Kec. Sei Raya Kepulauan, Kab. Bengkayang Kalimantan Barat”. Universitas Tanjungpura. Plaxis Version 8 Material Model Manual. Yusti, Andi dan Fahriani, Ferra. 2014. “Analisis Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang Diverifikasi Dengan Hasil Uji Pile Driving Analyzer Test Dan CAPWAP”. Jurnal Fropil Vol. 2 No. 1, 1-13.
34
