PERBANDINGAN PERHITUNGAN DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG SECARA ANALITIS DENGAN METODE ELEMEN HINGGA PADA PROYEK PEMBANGUNAN JEMBATAN PALUH SEBRAS DI ABUTMEN 1 Uke G. Parhusip 1 dan Rudi Iskandar 2 1 Mahasiswa Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU), Medan 20155 2 Staff Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU), Medan 20155 ABSTRAK Pondasi adalah bagian pada bangunan bawah tanah (substructure) dari suatu konstruksi yang berguna untuk meneruskan beban konstruksi dari bangunan atas (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut.pondasi tiang atau dikenal dengan pondasi dalam, berfungsi untuk memikul dan menahan beban yang bekerja baik berupa beban konstruksi di atasnya, beban angin maupun beban gempa dan meneruskannya ke lapisan tanah yang keras. Setiap pondasi harus mampu mendukung beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimum yang mungkin terjadi sehingga dalam perencanaan pondasi tiang harus dilakukan dengan baik dan teliti. Pada Proyek Pembangunan Jembatan Paluh Sebras Sta.40+930 di Jalan Bebas Hambatan Medan Kualanamu, akan dilakukan pencarian nilai daya dukung aksial perencanaan pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT memakai metode Mayerhoff, data Kalendering memakai metode ENR dan Danish dan dengan Metode Elemen Hingga dengan menggunakan program. Daya dukung lateral menggunakan metode Broms. Selain itu dilakukan juga perhitungan terhadap penurunan elastis tiang pancang yang terjadi. Metode pengumpulan data adalah dengan melakukan observasi lapangan serta pengambilan data dari perusahaan jasa pemancangan. Perhitungan daya dukung aksial tiang pancang berdasarkan data SPT dengan Metode Mayerhoff pada titik Bore Hole 1 adalah 180,06 Ton dengan daya dukung ijin sebesar 72,02 Ton. Nilai ini sedikit berbeda dari hasil perhitungan menggunakan data kalendering dengan metode ENR yaitu sebesar 210,04 Ton dengan daya dukung ijin sebesar 84,019 Ton. Sedangkan hasil dari metode Danish didapat sebesar 304,07 Ton dengan daya dukung ijin sebesar 121,63 Ton. Daya dukung lateral berdasarkan Metode Broms pada Bore Hole 1 secara analitis adalah 10,58 Ton dan secara grafis adalah 10,695 Ton. Besar penurunan elastis pada tiang yang terjadi berdasarkan metode Poulus-davis adalah 2,38 cm dan berdasarkan Metode Elemen Hingga dari program Metode Elemen Hingga sebesar 2,42 cm. Perbedaan daya dukung dan penurunan tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan jenis tanah, cara pelaksanaan pengujian yang bergantung pada ketelitian operator dan perbedaan parameter yang digunakan dalam perhitungan. Kata Kunci :Kapasitas Daya Dukung, SPT, Kalendering,Metode Elemen Hingga ABSTRACT The foundation is underground buildings (substructure) of a construction to transmit the construction burden of the superstructure (upper structure) and other loads such as earthquakes, wind and others to the subsoil under the foundations. The pile foundatian known as deep foundations, can carry and hold the load from upper structure, the wind load and earthquake load and transmit it to a layer of hard soil. Every foundation must be capable of supporting the load to safety limit, including the maximum load that may occur so that the pile foundation design should be well and carefully done. At the Paluh Sebras Bridge Construction Project in Sta.40 + 930 in Medan - Kuala NamuHighway, writer examines the value of axial bearing capacity of pile foundation based on SPT data using The Mayerhoff method, the Kalendering data using ENR and Danish method and the Finite Element Method using the application. Lateral bearing capacity using the Broms methods. Furthermore, examine the calculation from the elastic settlement pile happened in this case. Methods of data collecting is to make anobservation and get data from pile driving company. The calculation from the axial bearing capacity of the piles based on SPT data using Mayerhoff method at the point of Bore Hole 1 is 180.06 tons and the allowable bearing capacity is 72.02 Ton. This value is slightly different from the calculation using kalendering data with ENR method is equal to 210.04 tons and allowable bearing capacity is 84.019 Tons. While the results of the Danish method is 304.07 Tons and allowable bearing capacity is 121.63 Tons. Lateral bearing capacity by analytical calculation from the Bore Hole 1 based from Broms Method is 10.58 Tonsand graphical calculation is 10.695 Tons. Elastic settlementat the pile is
calculated using Poulus-Davis method is 2.38 cm and based on the Finite Element Method program is 2.42 cm. The differences from the bearing capacity and the settlement may be caused by differences in soil type, method of implementation depends on the operator and the difference parameters used in the calculation. Keywords: Bearing Capacity, SPT, Calendering, Finite Element Method 1. Pendahuluan Pembangunan jembatan terus menyebar di berbagai kota-kota besar dan beberapa kota yang sedang berkembang di Indonesia. Jembatan tersebut harus memiliki perencanaan struktur yang baik pada bagian pembetonan, penulangan, dan bagian pondasi. Dengan perencanaan yang baik maka didapatkan struktur jembatan yang kuat dan aman.pondasi adalah bagian pada bangunan bawah tanah (substructure) dari suatu konstruksi yang berguna untuk meneruskan beban konstruksi dari bangunan atas (upper structure) dan beban lainnya seperti gempa, angin, dan lainnya ke lapisan tanah di bawah pondasi tersebut.jenis pondasi yang digunakan pada proyek jembatan Paluh Sebras ini adalah pondasi tiang pancang. Untuk mendapatkan pondasi yang kuat dan mampu menahan struktur atas dari suatu jembatan, maka harus dilakukan pengujian kapasitas daya dukung pondasi tersebut Pengujian kapasitas daya dukung pondasi dapat dilakukan di lapangan maupun dengan analisa numerik menggunakan program. Pengujian di lapangan dapat berupa Pile Driving Analyzer (PDA) dan Loading Test. Sedangkan dengan analisa numerik dapat menggunakan metode elemen hingga. Nilai kapasitas daya dukung pondasi yang didapatkan dari analisa empiris dan analisa numerik dengan program umumnya menghasilkan nilai yang berbeda. Dalam tugas akhir ini penulis menganalisa daya dukung pondasi tiang pancang pada Proyek Pembangunan Jembatan Paluh Sebras pada Jalan Toll Kuala Namu - Tebing Tinggi secara numerik dengan metode elemen hingga dan membandingkan hasil yang didapat dengan analisa empiris. 2. Tujuan Penelitian Menghitung besar daya dukung pondasi tiang pancang dengan mengunakan metode analitis, mengetahui besar gaya horizontal/lateral pada pondasi tiang pancang tunggal dengan metode analitis, menghitung besarnya penurunan elastis tiang tunggal secara analitis dengan rumus empiris, menghitung efisiensi tiang pancang dengan menggunakan 3 metode yang berbeda, menghitung besar daya dukung pondasi tiang pancang dengan mengunakan metode elemen hingga, membandingkan besarnya penurunan elastis tiang tunggal yang terjadi secara analitis dan numerik, membandingkan daya dukung aksial berdasarkan Metode Elemen Hingga, SPT, dan Kalendering, dan pengujian Kalendering dengan metode Danish dan ENR pada lima titik pondasi.
3. Metode Penelitian Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis melakukan beberapa tahapan pelaksanaan sehingga tercapai maksud dan tujuan dari penelitian, secara garis besar sebagai berikut : Tahapan pertama adalah mengumpulkan berbagai jenis literatur dalam bentuk buku maupun tulisan ilmiah yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini. Tahapan kedua adalah meninjau lokasi proyek dan menentukan lokasi pengambilan data Tahapan ketiga adalah pelaksanaan pengumpulan data-data. Data yang diproleh adalah : 1. Data hasil SPT 2. Data hasil uji Kalendering 3. Data hasil uji Laboratorium Tahap keempat adalah mengadakan analisis data Tahapan kelima adalah mengadakan analisis terhadap hasil perhitungan yang dilakukan dan membuat kesimpulan. 4. Studi Pustaka 4.1 Metode Analitis a. Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT. 1. Daya dukung pondasi tiang pada tanah non kohesif (1) N SPT = 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) Li = Panjang lapisan tanah (m), P = Keliling Tiang (m) 3 Daya dukung pondasi tiang pada tanah kohesif (3) A p = Luas penampang tiang (m 2 ), c u = Kohesi undrained (kn/m 2 )
4 Tahanan geser selimut tiang pada tanah kohesif (4) α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang, c u = Kohesi undrained (kn/m 2 ), p = Keliling tiang (m), Li = Panjang lapisan tanah (m) b. Kapasitas Daya Dukung Tiang Berdasarkan Data Kalendering 1. Menghitung kapasitas daya dukung tiang pancang dengan metode Danish Formula * + (5) η= effisiensi alat pancang, E = energi alat pancang (kg-cm),l = panjang tiang (m), Ep= modulus elastisitas tiang (Kg/cm 2 ). 2. Menghitung kapasitas daya dukung tiang pancang dengan Metode Modified New Enginering News Record (ENR) R du (6) 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). c. 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 faktor kekakuan tiang ( ) (7) Gambar 1. Sketsa gaya lateral pada pondasi tiang 2. Keruntuhan tiang akibat momen lentur maksimum tiang
Maka : (8) (9) d. Penurunan Elastis Tiang Tunggal Penurunan tiang tunggal dihitung menggunakan rumus Poulus Davis. Perkiraan penurunan tiang tunggal dapat dihitung berdasarkan : 1. Untuk tiang apung atau friksi (10) (11) 2. Untuk tiang dukung ujung (12) (13) Keterangan : S = besar penurunan yang terjadi untuk tiang tunggal (cm) Q = besar beban yang bekerja (kn) D = diameter tiang (cm) E s = modulus elastisitas tanah (Mpa) I 0 = faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat (Incompressible) dalam massa semi tak terhingga R = faktor koreksi angka poisson untuk = 0,3 R k = faktor koreksi kemudahmampatan tiang R h = faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada
tanah keras R b = 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) a p (15) Dengan : K = faktor kekakuan tiang E p = modulus elastisitas dari bahan tiang (kn/ m 2 ) E p = 4700. (16) E s = modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kn/ m 2 ) E sc = 3.q c (17) E b = 10. E s (18) 3. Penurunan tiang elastis ( p s) p Ep (19) e. Efisiensi Tiang Pancang 1. Metode Converse Labore Formula (AASTHO) ( ) ( ) (20) 2. Metode Los Angeles Group
[ ( ) ( ) ( )( )] (21) 4.2Metode 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 dan Pembahasan 5.1. Perhitungan Daya Dukung Tiang Dengan Metode Analitis a. Daya dukung tiang berdasarkan SPT Tabel 1. Perhitungan Daya Dukung Tiang Berdasarkan data SPT Kedalaman (h) m No Lapisan Tanah Nilai SPT N N 1 N 2 N cor 0 1 pasir sedikit lempung 0 0 1,28 0,64 2,45 pasir sedikit lempung 3 1,5 2,19 1,85 4,45 pasir berlanau sedikit lempung 4 2,33 3,44 2,89 2 6,45 pasir berlanau sedikit lempung 4 2,75 5,17 3,96 8,45 3 pasir berlanau bercampur batu apung 10 5,25 7,25 6,25 10,45 pasir berlanau bercampur batu apung 12 7,5 9,83 8,67 12,45 pasir berlanau bercampur batu apung 10 9 13,33 11,17 14,45 pasir berlanau 20 13 18,00 15,50 16,45 4 pasir berlanau 30 18 24,42 21,21 18,45 pasir berlanau 32 23 31,83 27,42 20,45 pasir berlanau bercampur batu apung 47 32,25 39,83 36,04 22,45 pasir berlanau bercampur batu apung 52 40,25 46,33 43,29 24,45 5 pasir berlanau bercampur batu apung 57 47 51,25 49,13 26,45 pasir berlanau bercampur batu apung 51 51,75 53,92 52,83 28,45 pasir berlanau bercampur batu apung 60 55 55,00 55,00 30,45 pasir berlanau bercampur batu apung 52 55 55,00 55,00
C u α Skin Friction (kn) Local C umm End Bearing (kn) Q u (kn) Q u (Ton) - - 4,81 4,81 7,23 12,04 1,20 0,48 - - 13,92 18,74 20,90 39,64 3,96 1,59 - - 21,77 40,51 32,69 73,19 7,32 2,93 - - 29,83 70,34 44,79 115,12 11,51 4,60 - - 47,10 117,44 70,72 188,15 18,82 7,53 Q all (Ton) - - 65,31 182,75 98,06 280,81 28,08 11,23 - - 84,15 266,90 126,34 393,24 39,32 15,73 - - 116,81 383,71 175,37 559,08 55,91 22,36 - - 159,83 543,53 239,96 783,49 78,35 31,34 - - 206,61 750,15 310,20 1.060,35 106,03 42,41 - - 271,61 1021,76 407,79 1.429,55 142,95 57,18 - - 326,25 1348,00 489,82 1.800,58 180,06 72,02 - - 370,21 1718,21 555,82 2.170,78 217,08 86,83 - - 398,15 2116,36 597,78 2.568,94 256,89 102,76 - - 414,48 2530,84 622,29 2.983,42 298,34 119,34 - - 414,48 2945,32 622,29 3.397,90 339,79 135,92 b. Daya dukung tiang berdasarkan data kalendering 1. Danish Melalui Persamaan (5) maka diperoleh daya dukung sebesar: 2. ENR Melalui Persamaan (6) maka diperoleh daya dukung sebesar : R du c. Perhitungan daya dukung lateral tiang Dari hasil perhitungan Persamaan (7) diperoleh maka tiang pancang dikategorikan sebagai tiang panjang / elastic pile. Selanjutnya melalui Persamaan (8) diperoleh beban lateral sebesar 10,583 Ton (analitis) dan melalui Persamaan (9) diperoleh 10,695 Ton (grafis). d. Penurunan Elastis Tiang Tunggal Tabel 2. Penurunan Tiang Lokasi titik Penurunan untuk tiang friksi (Persamaan 10) Penurunan untuk tiang dukung ujung (Persamaan 12) Penurunan elastis tiang tunggal (Persamaan 19) BH-1 0,288 cm 0,324 cm 2,389 cm
e. efisiensi Tiang Pancang Tabel 3. Perhitungan Efisiensi Tiang Pancang Metode Efisiensi Jumlah Tiang Daya Dukung Ijin Tiang Tunggal (Ton) Daya Dukung Ijin Tiang Kelompok (Ton) Converse Labarre 0,7529 12 72,02 650,686 Los Angeles Group Action Formula 0,8873 12 72,02 766,84 Seiler Keeney 0,7192 12 72,02 621,561 5.2 Metode Elemen Hingga Perhitungan daya dukung dimodelkan dengan 4 fase.pada pemodelan beban yang bekerja pada pondasi digunakan nilai sebesar 500 kn. Diperoleh daya dukung pondasi sebesar : Q u = Σ Msf x 500kN= 4,0410 x 500kN = 2020,5 kn= 202,05 Ton Gambar 2. Besar Nilai Penurunan yang Terjadi Setelah Hasil Perhitungan Metode Elemen Hingga Berdasarkan perhitungan program Metode Elemen Hingga dihasilkan penurunan sebesar 24,20 mm lebih kecil dari batas penurunan maksimum yaitu 25,4 mm maka pondasi dinyatakan aman terhadap penurunan.
6. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan pada Proyek Pembangunan Jembatan Paluh Sebras pada Jalan Toll Kuala Namu - Tebing Tinggimaka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Perbandingan hasil perhitungan kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang adalah sebagai berikut : Bore Hole Kedalaman (m) SPT (Ton) Kalendering ( Ton ) Danish ENR MEH ( Ton ) 1 21 180,06 202,05 2. Hasil perhitungan kapasitas daya dukung lateral u l t i m i t tiang pancang tunggal dengan metode Broms secara analitis bernilai 10,58 Ton dan secara grafis bernilai 10,695 Ton. 3. Perhitungan penurunan elastis tiang tunggal untuk tiang apung didapat penurunan sebesar 0,288 cm, pada tiang dukung ujung didapat sebesar 0,29 cm, tiang elastis sebesar 0,324 dan dari metode elemen hingga didapat penurunan tiang sebesar 2,389 cm. 4. Diperoleh efisiensi kelompok tiang (E g ) melalui persamaan Converse Labarre sebesar 75,29%, Los Angeles Group Action Formula sebesar 88,73%, dan Seiler Keeney sebesar 71,92%. 7. Daftar Pustaka Bangun, Tomat, 2012, Tahap Pelaksanaan Kalendering, http://tomatbangun.blogspot.com/2012/07/tahap-pelaksanaan- kalendering. html&h=239&w=32-&tbnid=uhc-fpqt_-j-m:&zoom=1*docid=08xpgfcla YnM4M&ei=WMGNVYP6Fci8uAT0koPgBQ&tbm=isch&client=ms-androidsonymobile&ved=0CCYQMygKMAo Bowles, J. E., 1991,Analisis dan Desain Pondasi, Edisi Keempat jilid 1,Jakarta : Erlangga Das, B. M., 1995, Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid 1, Jakarta : Erlangga Das, B. M., 2008, Principles of Foundation Engineering Seventh Edition, PWS Publising, Pasific Grove Gouw Tjie-Liong, Ir., M.Eng, ChFC,2012, Dasar Teori Metoda Elemen Hingga Dalam Geoteknik, Jakarta Hardiyatmo, H. C., 1996, Teknik Fondasi 1, PT. Gramedia Pustaka Umum : Jakarta
Hardiyatmo, H. C, 2002, Teknik Fondasi 2, Edisi Kedua, Yogyakarta : Beta Offset Irsyam, Mansyhur, Rekayasa Pondasi, Bandung : ITB Kasturi, Silvia dan Iskandar, Rudi, 2013, Analisis Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Dengan Metode Analitis dan Metode Elemen Hingga, Jurnal Teknik Sipil USU, 0.0. 07.5 Laporan Akhir Penyelidikan Tanah Toll Road Development of Medan-Kualanamu, 2014, Laporan Akhir Penyelidikan Tanah Toll Road Development of Medan-Kualanamu Napitupulu, Evi D.S, 2012, Analisis Kapasitas Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang dengan Menggunakan Metode Analitis Dan Elemen Hingga, jurnal Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara : medan Peck Terzaghi, K., dan Peck, Ralph B., 1987, Mekanika Tanah dalam Praktik Rakayasa, Edisi Keempat jilid 1, Jakarta : Erlangga Plaxis Version 8 Material Models Manual Poulus, H.G., dan Davis, E.H., 1980, Pile Foundations Analysis and Design, America : john Wiley and Sons Publishers, Inc Sardjono, H. S., 1988, Pondasi Tiang Pancang Jilid 1, Surabaya : Sinar Wijaya Sardjono, H. S., 1991, Pondasi Tiang Pancang Jilid 2, Surabaya : Sinar Wijaya Siregar, Christina R dan Iskandar, Rudi, 2010, Analisis Daya Dukung Tiang Pancang Secara Analitis Pada Proyek GBI Bethel Medan. Jurnal Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara : Medan Soedarmo, G. D., dan Purnomo, S. J. Edy, 1997, Mekanika Tanah 1, Malang : Kanisius Sosrodarsono, S.,dan Nakazawa, 2005, Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi, Jakarta : PT Pradnya Paramita Sutarman, E.,2013, Konsep & Aplikasi Mekanika Tanah, Penerbit Andi : Yogyakarta Wijaya Karya Beton, 2008, Presentasi Tiang Pancang, Jakarta : Wika Learning Center