SIMULASI TENSION DAN COMPRESSION PILE TEST MENGGUNAKAN ROCSCIENCE RS 3 (3D FINITE ELEMENT)

Transkripsi

1 SIMULASI TENSION DAN COMPRESSION PILE TEST MENGGUNAKAN ROCSCIENCE RS 3 (3D FINITE ELEMENT) SitiRachmaLailiyah JurusanTeknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Bina Nusantara, Jl. K.H. Syahdan No. 9 Kemanggisan, Jakarta Barat 11480, Fax , lailiyah.rachma@yahoo.com SitiRachmaLailiyah, Ir. GouwTjieLiong, M.Eng.,ChFC ABSTRAK Bangunan dapat berdiri dengan baik apabila memiliki struktur yang kuat pada bagian bawah permukaan tanahnya. Struktur tersebut adalah pondasi, yang merupakan konstruksi paling penting pada suatu bangunan. Untuk mendapatkan desain pondasi yang lebih akurat, diperlukan simulasi desain dengan menggunakan program finite element 3 dimensi dan melakukan perhitungan manual dari hasil uji beban yang telah ada. Tujuan yang akan dicapai adalah untuk mengetahui kekuatan daya dukung dan penurunan ataupun Heave dari pondasi terhadap beban tekan dan beban tarik melalui simulasi perhitungan finite element dan perhitungan manual. Penyesuain parameter kekakuan tanah disesuaikan dengan perhitungan yang dilakukan sehingga menghasilkan hasil yang sesuai. Perhitungan program RS3 menggunakan metode Mohr-Coloumb sedangkan perhitungan program manual menggunakan metode Vesic. Hasil perhitungan program finite element method 3D RS3, didapatkan hasil kurva loading test yang memiliki titik puncak tidak terlalu jauh dengan kurva loading test hasil perhitungan di lapangan. Didapatkan bahwa perhitungan metode Mohr-Coloumb dan perhitungan metode Vesic dapat digunakan pada analisa loading test namun karena formulasi yang sederhana, hasil perhitungan yang didapatkan kurang mendetail. Kata kunci:tekan, tarik, penurunan, heave, Rocscience RS3, Vesic PENDAHULUAN Bangunan dapat berdiri dengan baik apabila memiliki struktur yang kuat pada bagian bawah permukaan tanahnya. Struktur tersebut adalah pondasi, yang merupakan konstruksi paling penting pada suatu bangunan. Pondasi memiliki fungsi sebagai penahan beban dan gaya luar lainnya yang berada diatasnya (struktur atas tanah). Beban dan gaya yang berada diatas pondasi di teruskan menuju lapisan tanah pendukung dibawah pondasi. Setiap bangunan memiliki kebutuhan pondasi yang berbeda-beda dengan fungsi yang harus disesuaikan. Pondasi yang baik seharusnya dapat menahan beban secara merata serta meneruskan beban tersebut ke tanah dibawahnya. Beban-beban tersebut juga diikuti dengan gayagaya luar yang bekerja seperti tekanan angin, gempa bumi, dan lainnya. Jenis tanah juga sangat mempengaruhi besar kecilnya daya dukung yang akan terjadi. Setiap lokasi sangat beragam, sehingga daya dukung yang terjadi pada berbagai lokasi memiliki besar yang berbeda karena menyesuaikan jenis tanah yang ada. Beban yang sangat besar akan memberikan gaya tekan sehingga terjadi penurunan pada pondasi

2 dengan besar penurunan dan dalam waktu tertentu. Lapisan tanah yang memiliki muka air cukup tinggi, maka akan memberikan gaya tarik yang dapat mempengaruhi pondasi naik ke permukaan tanah. Dengan kebutuhan permintaan dari konstruksi bangunan sekarang ini, kebutuhan pondasi disesuaikan dengan konstruksi yang ada, baik dari bentuk pondasi, jenis pondasi, bahan pembuat pondasi hingga jumlah pondasi yang dibutuhkan. Adanya perhitungan yang tepat dan pelaksanaan yang baik, maka kemungkinan terjadinya kerusakan, keruntuhan atau penurunan konstruksi akan sangat kecil. Selain itu, pondasi yang telah didesain sebaiknya di analisa kembali untuk disimulasikan dan menyesuaikan dari hasil yang telah dikeluarkan sebelumnya. Oleh sebab itu, tes simulasi yang dilakukan pada pondasi yang telah diperhitungkan harus diperhatikan agar hasil dapat sesuai dan terhindar dari kerusakan yang besar. Pondasi pada suatu konstruksi bangunan adalah struktur yang berada pada bagian dalam tanah (bawah stuktur bangunan) yang berfungsi sebagai penahan seluruh beban (hidup dan mati) yang berada diatas pondasi. Pondasi dikelompokkan ke dalam dua bagianyaitupondasi dangkal (shallow foundation)danpondasi dalam (deep foundation). Salah satu contoh pondasi dalam adalah pondasi tiang.pondasi tiang adalah konstruksi pondasi yang terbuat dari kayu, beton, atau baja, yang dapat menahan gaya bidang tegak lurus ke sumbu tiang dengan cara meneruskan beban tersebut ke permukaan tanah dibawahnya. Pondasi tiang dibuat menjadi satu kesatuan dengan menyatukan pangkal tiang yang terdapat dibawah konstruksi, dengan tumpuan pondasi (K. Nakazawa, 1983). Pengujianpondasidapatdilakukandenganmemberikantespembebananpondasitiang(pile loading test).tes pembebanan tiang merupakan suatu metode yang dilakukan dalam memeriksa kemampuan struktur untuk mendukung sejumlah beban, struktur tersebut adalah pondasi. Tes ini dilakukan saat pertama kali, dan tidak pernah dilakukan tes yang sebelumnya. Desain awal ini pertama kali dikeluarkan berdasarkan investigasi tanah, pengujian tanah di laboratorium, dan studi kantor. Tes ini dilakukan untuk menyelesaikan desain awal. Dalam hal ini, tes umumnya dilakukan untuk melihat suatu keruntuhan struktur menahan sejumlah beban (Prakash dan Sharma, 1990). Padadasarnyatesdilakukandenganpemberianbebanvertikal (aksial) yang diletakkan di ataspenampangpondasitiang.testersebutadalahcompression pile load testdantension load test. Compression pile load test adalah metode pengujian pondasi tiang dengan memberikan beban pada bagian penampang atas pondasi sehingga pembebanan dilakukan secara aksial (vertikal). Prosedur serta pengaturan pembebanan dilakukan berdasarkan American Standard Testing Materials Standard Method of Testing Piles Under Axial Compressive Load ASTM D (1989). Sedangkantension atau disebut juga dengan pullout/heave pile load test adalah metode yang digunakan pengujian vertikal untuk mengukur den mengetahui besarnya gaya maksimum yang dibutuhkan untuk menarik pondasi tiang keluar dari tanah. Keadaan ini jarang terjadi di lapangan, namun hasil dari simulai yang didapatkan untuk menentukan respon dari pondasi tiang baik tunggal atau kelompok terhadap beban tarik statis yang diletakkan secara aksial ke pondasi tersebut (ASTM D R95). Dalam pengambilan sampel tanah dan pengujian pondasi di lapangan, seringkali terjadi beberapa kesalahan pada pengambilan sampel tanah seperti terjadinya kesalahan saat proses pengambilan sampel tanah atau pembacaan dalam pengujian tanah yang kurang tepat, sehingga membuat hasil yang diperoleh dari lapangan dan laboratorium menjadi kurang akurat.

3 Mendapatkan desain yang lebih akurat, diperlukannya sebuah simulasi desain menggunakan program dan melakukan perhitungan manual dari hasil pengujian yang telah ada. Hasil dari simulasi dan perhitungan manual tersebut dibandingkan dengan hasil pengujian beban dan desain pada lapangan tersebut. Analisa dilakukan dengan mengevaluasi perbandingan data lapangan terhadap hasil simulasi dan kurva beban statis (static loading test) dengan penurunan dari pengujian beban secara tension (heave/pullout)dan compression terhadap hasil perhitungan yang menggunakan program 3 dimensi finite element dan metode perhitungan manual. Padaanalisaini, kitamelakukanpengujiandenganmenggunakan program 3D finite elementyaiturocscience RS3, yang menggunakan model Mohr-Coloumb. Program Rocscience RS3 adalahsuatu program analisa elemen hingga yang disajikan secara 3 (tiga) dimensi (3D).Dengan program RS3 ini, kitadapatmensimulasikanpengujianloading testdenganmemberikanbebanbaiksecaratekanatautarik, secarabertahapsesuaidengan data bebansaatpengujian di lapangan.selainitupengujiandilakukanjugadenganmenggunakanperhitungankonvensi onalatau manual denganmetodepenurunanvesic. Tujuandarianalisainiyaitu untuk mengetahui kekuatan daya dukung pondasi serta penurunan danheave maksimum pondasi terhadap beban tekan dan beban tarik melalui simulasi perhitungan finite element dan perhitungan manual yang kemudian dibandingkan dengan nilai yang telah ada dari pengujian lapangan. METODE PENELITIAN

4 Mulai Identifikasi Masalah Studi Literatur Pengumpulan Data Tanah dan Data Pengujian Pondasi Batasan-batasan Masalah Proses Perhitungan Data Hasil Perhitungan dari Lapangan Perhitungan dengan Program 3D Finite Element Perhitungan Secara Konvensional / Manual Hasil Simulasi Program dan PerhitunganManual Dibandingkan dengan Data Lapangan Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 1 Diagram Analisa Teknik pengumpulan data yang dilakukan dalam analisa simulasi ini adalah dengan menggunakan data tanah serta data pengujian pondasi loading testyang diperoleh

5 lokasi proyek yang ada di Jakarta. Pengambilan data tersebut dilakukan di beberapa lokasi berbeda sehingga terdapat perbedaan lapisan tanah yang digunakan pada setiap analisa pengujian loading test Data yang dikumpulkan berupa data loading test dan data investigasi tanah pada proyek tersebut. Kemudian data tersebut digunakan sebagai data yang diinput ke dalam program Rocscience RS3 dan dalam perhitungan konvensional/manual. Dalam program dan perhitungan ini akan dilakukan simulasi dan analisa model dari pondasi tiang tunggal dengan menggunakan metode elemen hingga.pengujianhanyadilakukanpadapondasitiangbored pile. Data loading test yangdidapatkandarilapanganatauproyekdijadikansebagai data verifikasi. Metode perhitungan dilakukan untuk melakukan interpretasi pada data dari hasil yang dikeluarkan oleh pengujian compressiondantension. Dengan metode perhitungan, maka akan menghasilkan besar nilai kekuatan dari pondasi tiang agar dapat menyalurkan beban dengan baik dan menghindari dari keruntuhan. Beban dari keruntuhan tersebut dapat dikatakan sebagai beban dimana saat pondasi tiang mengalami penurunan dengan cepat saat melakukan pembebanan selanjutnya. Dengan kata lain, penurunan tersebut telah membuat terjadinya pergerakan yang besar yang telah melewati batas maksimum yang dimiliki oleh pondasi tiang. Penurunanpadapondasimemilikiaturanbatasanpenurunanijin maksimum. Berdasarkan ASTM D , penurunan ijin maksimum yang diperbolehkan sebesar 1 inch atau sekitar 2,5 cm.pengujian pondasi harus mengikuti salah satu aturan penurunan ijin maksimum yang telah ditentukan. Hal tersebut dilakukan dengan maksud menghindarkan kerusakan pada bangunan dan pondasi yang akan dibangun. Analisainidimulaidenganperhitungandayadukungujungpondasitianguntukmengetahui kapasitasmaksimum yang dapatditahanolehpondasitiangtersebut.selanjutnyamelakukanperhitungandayadukung selimutuntukmelihatkemampuanbekerjanyaselimutataufriksipadasetiappondasitiangd alammenahangesekanpondasiterhadaplapisantanah.perhitungandayadukungujungdan dayadukungselimutpondasitiangmenggunakanmetode Mayerhof.Dimanaperhitungandayadukungtersebutmempengaruhidalampemb erianinput data ke program RS3 yang akandigunakan. Sedangkananalisadenganperhitungankonvensional, dilakukandenganmenggunakanmetodepenurunanvesic.metodeinibergunauntukmelih atpenurunanmaksimumpadasetiappondasisaatdiberikanbeban. S = S e +S pp S ps Keterangan : S = Penrunanmaksimum S e = Penurunan terjadi akibat dari deformasi secara aksial pondasi tiang. S pp = Penurunan pada pondasi tiang diakibatkan dari beban distribusi padatitik pondasi tiang. S ps = Penurunan pada pondasi tiang diakibatkan dari beban distribusisepanjang poros pondasi tiang. Padapenggunaanmetode Mohr-Coloumbuntuk program RS3 danmetodevesicuntukperhitungan manual, nilaikekakuantanah yang diperhitungkanadalahnilaikekakuan rata-rata yang konstan.sehingganilaikekakuantanahsaatunloading (E ur ) dapatberkisar (2~5)E L. HASIL DAN BAHASAN KurvaHasilPerhitunganSetiapPondasi

6 Penurunan (mm) Beban (kn) Lapangan RS3 (Eur = 5Es) Manual Vesic 100% Qs Gambar2Kurva Penurunan Pada Pondasi Case-1 Penurunan (mm) Beban (kn) Lapangan RS3 (Eur = 2Es) Manual Vesic 100% Qs Gambar3Kurva Penurunan Pada Pondasi Case-2 Penurunan (mm) Beban (kn) Lapangan RS3 (Eur = 2Es) Manual Vesic 100% Qs Gambar4Kurva Penurunan Pada Pondasi Case Simulasi Tension -4 dan Compression Pile Test MenggunakanRocscience RS3 (3D Penurunan (mm)

7 Gambar5Kurva Penurunan Pada Pondasi Case-4 Penurunan (mm) Beban (kn) Lapangan RS3 (Eur - 2Es) Manual Vesic 100% Qs Gambar6Kurva Penurunan Pada Pondasi Case-5 Heave (mm) Beban (kn) Lapangan RS3 (Eur = 2Es) Manual Vesic 100% Qs Gambar7Kurva Heave Pada Pondasi Case-6 Heave (mm)

8 Gambar8 Kurva Heave Pada Pondasi Case-7 Pemberian asumsi Qpdan Qs padaperhitunganvesic dilakukan sebanyak enam perhitungan yang berkisar antara Qp 0% hingga 20%, yaitu 0%, 1%, 5%, 10%, 15% dan 20%.Setelahdilakukanperhitungantersebut, makadiambilbesarasumsidenganhasilpenurunanatauheave yang lebihbaiksesuaidengan data verifikasiyaitu data lapangan. Pemberian besar nilai beban kerja tersebut berdasarkan teori (Gouw Tjie Liong, 1994) dimana perlawanan daya dukung selimut yang bekerja lebih besar pada penurunan yang kecil, yaitu kurang lebih 0,5% dari diameter badan pondasi tiang, atau berkisar 5 mm hingga 10 mm. Sebaliknya dibutuhkan penurunan yang lebih besar agar kapasitas ujung pondasi tiang dapat bekerja penuh, yaitu berkisar 10% hingga 20% dari diameter ujung pondasi tiang. Sehingga mungkin saja pada kapasitas daya dukung tersebut, daya dukung selimut (friksi) pondasi tiang sebesar 100% dibandingkan dengan daya dukung ujung pondasi tiang. Input untuk parameter Base Normal Stiffness pada Pile Properties di program RS3, adalah hasil perhitungan manual dari daya dukung ujungtiang pondasi dengan sudut friksi yang telah direduksi terlebih dahulu sebesar 0,25ф. Hal ini didasarkan dimana dalam pelaksanaa bored pile dilakukan tidak dengan hati-hati sehingga mengakibatkan turunnya nilai ф pada tanah, yang biasanya sebesar 0,25ф (Gouw Tjie Liong, 1994). Tabel1 Besar Nilai Kekakuan Tanah Pada Setiap Pondasi

9 Pondasi Case-1 Case-2 Case-3 Case-4 Case-5 Case-6 Case-7 Nilai Kekakuan Tanah E ur = 5E s E ur = 2E s E ur = 2E s E ur = 5E s E ur = 2E s E ur = 5E s E ur = 2E s Perhitungan program dilakukan sebanyak dua, yaitu : padaperhitunganpertama E soil unloading = 5 E soil loading; sedangkanpada perhitungan kedua E soil unloading = 2 E soil loading. Terlihat pada hasil grafik yang dihasilkan, terdapat perbedaan jarak atau space yang cukup jauh dibandingkan nilai aktual, hal ini memungkinkan terjadi dikarenakan model Mohr-Coloumb tidak memperhitungkan kekuatan tanah dalam menghitung deformasi. Dimana nilai deformasi dalam Mohr-Coloumb murni tergantung nilai E. Pada setiap lapisan tanah, dimodelkan dengan nilai kekakuan rata-rata yang konstan. Sedangkan model Vesic merupakan model untuk perhitungan konvesional yang memperhitungkan penurunan maksimum. Hal ini berbeda dengan model Hardening Soil dimana kuat geser tanah menentukan besaran turunnya pondasi tiang. Selain itu menurut Dian Paramita (2012) model Hardening Soiljuga memperhitungkan kekakuan tanah akibat pengurangan beban tanah. KESIMPULAN Pada perhitungan manual, perhitungan dengan dayadukungselimutqs sebesar 100% memberikan hasil nilai penurunan yang lebih baik. Namun hal ini menjelaskan bahwa pondasi tiang tertahan 100% hanya pada daya dukung gesek (friksi) saja, dan ujung pondasi tiang tersebut belum dapat bekerja sepenuhnya. Hasil perbandingan penurunan manual Vesicterdahap data lapanganpada case-1, case-2 dan case-5 serta nilai perbandingan heave pada case-6 menghasilkan nilai perbandingan lebih dari 1 mm. Hal ini dikarenakan karena perbedaan parameter tanah yang cukup jauh sehingga mempengaruhi perhitungan manual Vesic. Nilai rata-rata perbandinganpenurunan perhitungan manual Vesic terhadap penurunan data lapangan adalah sebesar 1,30 mm dan rata-rata heave sebesar 1,04 mm. Nilai perbandingan penurunan dan perbandingan heave perhitungan program RS3 terhadap data lapanganmenghasilkan nilai 1 mm. Model Mohr-Coloumb memperhitungkan nilai kekuatan tanah pada setiap lapisan tanah, dengan nilai kekakuan tersebut memiliki rata-rata yang konstan. Nilai rata-rata perbandinganpenurunanperhitungan RS3 terhadap penurunan data lapangan adalah sebesar 0,39 mm dan rata-rata heave sebesar 0,43 mm.berdasarkan nilai rata-rata perbandingan penurunan atau heavebored pile, didapatkan nilai rata-rata perbandingan antara perhitungan program RS3 terhadap data lapangan, lebih kecil dibandingan perhitungan manual Vesic.

10 Rata-rata perbandingan penurunan perhitungan RS3 terhadap penurunan perhitungan manual adalah sebesar 1,51 mm dan rata-rata heave sebesar 1,34 mm. REFERENSI Adriani, Rien Novia. (2013). Analisa Data Dukung Tiang Spunpile dengan Metode Uji Pembebanan Statik (Loading Test). Jurusan Teknik Sipil. Universitas Tanjungpura. Al-Mhaidib, Abdullah I. (2007). Loading Rate Effect on Piles in Clay from Laboratory Model Test. Department of Civil Engineering. King Saud University, Saudi Arabia. American Society for Testing and Materials. (1994). Standard Test Method for Piles Under Static Axial Compressive Load. Annual Book if ASTM Standars, D Philadelphia : American Society for Testing and Materials. American Society for Testing and Materials. (1995). Standard Test Method for Individual Piles Under Static Axial Tensile Load. Annual Book if ASTM Standars, D R95. Pennsylvania : American Society for Testing and Materials. Arifin, Zainul. (2007). Komparasi Daya Dukung Aksial Tiang Tunggal Dihitung Dengan Beberapa Metode Analisis. Tesis Magister Teknik Sipil. Universitas Diponegoro, Semarang. Ariyanto, D.D., Djoko Untung. (2013). Studi Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Dengan Beberapa Metode Analisa. Jurnal Teknik Pomits, 1(1), 1-5. Bowles, Joseph E. (1997). Foundation Analysis and Design. (5 th Edition). Singapore : McGraw-Hill Book. Hardi. (2010). Pondasi Bangunan. 8 Agustus Hardiyatmo, H.C., Hadi Pangeran. (2006). Uji Kapasitas Tarik Pada Model Fondasi Tiang Apung. Forum Teknik Sipil, 1(16), Hardiyatmo, Hary Christady. (2011). Analisis dan Perancangan Fondasi II. (Edisi Kedua). Yogyakarta : Gadjah Mada University Press. Ismael, Nabil F. (2001). Axial Load Test on Bored Piles and Pile Groups in Cemented Sands. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Liu, Cheng. and Jack B. Evett. (1981). Soils and Foundations. New Jersey : Prentice- Hall, Inc. M. Das, Braja. (2007). Principles of Foundation Engineering. (6 th Edition). Canada : Thomson. M. Das, Braja. (2011). Principles of Foundation Engineering. (7 th Edition). USA : Cengage Learning. Nazir, Ashraf. and Ahmed Nasr. (2013). Pullout Capacity of Batter Pile in Sand. Journal of Advanced Research, 4, Onasch, Charles. (2010). Some Useful Numbers on the Engineering Properties of Materials (Geologic and Otherwise). 8 September Paramita Indria Sari, Dian. (2012). Studi Perbandingan Model Tanah Mohr Coulomb Dan Hardening Soil Pada Kasus Unloading Dengan Metode Elemen Hingga. Teknik Sipil. Institut Teknologi Bandung, Bandung. Parinduri, I.P., Rudi Iskandar. (2007). Analisa Daya Dukung Pondasi dan Penurunan Tiang Pancang Pada Proyek Pengembangan Gedung Pendidikan

11 dan Prasarana Serta Sarana Pendukung Politeknik Negeri Medan. Departemen Teknik Sipil. Universitas Sumatera Utara, Medan. Prakash, S., Hari D. Sharma. (1990). Pile Foundations In Engineering Practice. (1 st Edition). Canada : John Wiley & Sons, Inc. Rocscience. (2013). Piled Raft Foundation Model. Canada : Rocscience. Tambunan, Jhonson. (2012).Studi Analisis Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang. Jurnal Rancang Sipil, 1(1). Tjie-Liong, Gouw. (1994). Pondasi Tiang : Aspek Perencanaan dan Pelaksanaannya. Jakarta. Tjie-Liong, Gouw. (2012). Pondasi Dalam. Jakarta. Tjie-Liong, Gouw. (2014). Sample of Derivation of Soil Parameters from a Soil Investigation Report. Jakarta. Tomlinson, M.J. (1994). Pile Design and Construction Practice. (4 th Edition). London : E & FN Spon. RIWAYAT HIDUP SitiRachmaLailiyahlahir di kotasurabaya pada tanggal 19 Oktober Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara dalam bidang Teknik Sipil pada tahun 2014.