ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG PADA …
Transcript of ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG PADA …
ANALISIS DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG
PADA BORE HOLE 3 SECARA ANALITIS DAN NUMERIS
(PROYEK PEMBANGUNAN BENDUNG D.I SERDANG)
TUGAS AKHIR diajukan untuk memenuhi persyaratan mencapai gelas Sarjana S1 pada Departemen Teknik Sipil,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
CHIKITA RIZKA RANI
16 0404 047
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2020
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya sehingga saya dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik
Sipil bidang studi Geoteknik Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, dengan judul “Analisis Daya Dukung Pondasi
Tiang Pancang pada Bore Hole III secara Analitis dan Numeris (Proyek
Pembangunan Bendung D.I Serdang)”.
Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak
terlepas dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan
terima kasih kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu:
1. Terutama kepada kedua orang tua saya Ayahanda Eka Syahputra., dan
Ibunda Handayani Meiliza A., dan seluruh keluarga saya yang telah
memberikan dukungan penuh serta mendoakan saya dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, M.T. sebagai dosen pembimbing dan dosen
penguji yang telah memberikan bimbingan dengan sabar, dan memberikan
dukungan dalam segala bentuk untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE. selaku Koordinator Sub Jurusan
Geoteknik Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara sekaligus dosen
pembanding dan penguji saya.
4. Ibu Ika Puji Hastuty, S.T., M.T. selaku dosen pembanding dan dosen
penguji saya.
5. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, S.T., M.T., Ph.D sebagai Kepala Jurusan
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Ridwan Anas, S.T., M.T., Ph.D. selaku Sekretaris Departemen
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Bapak dan Ibu Staf pengajar dan seluruh pegawai di Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
ii
8. Bapak Riszky Fachriza Rahman, ST dan Bapak Eliut V. Sumbayak, ST
yang bersedia memberikan data-data yang saya butuhkan dalam
mengerjakan Tugas Akhir ini, serta mendukung dan membimbing saya
dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
9. Partner skripsi saya Guntur Winaldi Tumanggor yang menjadi teman
seperjuangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Teman-teman angkatan 2016, Nurul Utami, Rosmaito Harahap, Nova
Sonia, Ira Febrina S. Lingga, Devi Fahreza, Hilda Maulidza, Ihda Mariani
Simamora, Hertia Utami, Maulaya Annisa serta teman-teman 2016
lainnya.
11. Teman-teman seperjuangan saya Daniel Simbolon, Theresia Artha Ulina,
Christy Brenda Bondar, Marvel Partogi Simanjuntak, Juwita Haloho, Ponji
G. Malau serta teman-teman sub jurusan Geoteknik angkatan 2016
lainnya.
12. Kepada Kak Syarkiah Anna Batubara, ST dan Amirah Hanun Lubis, ST
yang senantiasa memberikan arahan dan dukungan dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
13. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas
dukungannya yang sangat baik.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang bersifat
membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Juni 2020
Penulis
(Chikita Rizka Rani)
16 0404 047
Universitas Sumatera Utara
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................................................................... i
DAFTAR ISI .................................................................................................. iii
DAFTAR TABEL ......................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI ........................................................................................ x
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xiii
ABSTRAK ..................................................................................................... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ........................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................ 3
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 5
2.1 Tanah ............................................................................................. 5
2.1.1 Definisi Tanah ............................................................. 5
2.1.2 Karakteristik Tanah .................................................... 6
2.2 Penyelidikan Tanah ....................................................................... 7
2.2.1 Standart Penetration Test (SPT) ................................. 8
2.2.2 Pile Driving Analyzer (PDA) Test .............................. 10
2.2.3 Kalendering ................................................................. 11
2.3 Pondasi .......................................................................................... 13
2.3.1 Pondasi Tiang Pancang ............................................... 14
2.3.2 Jenis-jenis Pondasi Tiang ............................................ 15
Universitas Sumatera Utara
iv
2.3.3 Jenis-jenis Alat Pancang ............................................. 18
2.4 Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang ........................ 19
2.4.1 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang ......... 19
2.4.2 Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang......... 26
2.5 Efisiensi dan Kapasitas Kelompok Tiang ..................................... 39
2.6 Penurunan Tiang Pancang ............................................................. 42
2.6.1 Penurunan Tiang Pancang Tunggal ............................ 43
2.6.2 Penurunan Tiang Pancang Kelompok ......................... 48
2.7 Faktor Keamanan .......................................................................... 49
2.8 Metode Elemen Hingga ................................................................ 50
2.8.1 Plaxis V.8.6 Bidang Geoteknik ................................... 51
2.9 Studi Literatur ............................................................................... 60
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ...................................................... 62
3.1 Data Umum Proyek ....................................................................... 62
3.2 Data Teknis Tiang Pancang .......................................................... 63
3.3 Karakteristik Tanah ....................................................................... 63
3.4 Tahap Penelitian ............................................................................ 64
3.5 Tahap Pemodelan di program Plaxis ............................................ 65
3.6 Flowchart ...................................................................................... 72
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 66
4.1 Pendahuluan .................................................................................. 73
4.2 Perhitungan Daya Dukung Aksial Tiang Pancang ........................ 73
4.2.1 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate
Aksial Tiang Pancang Berdasarkan Data SPT ............ 73
4.2.2 Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang
Pancang Berdasarkan Data Kalendering ..................... 77
4.3 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Lateral Pondasi
Tiang Pancang .............................................................................. 78
4.4 Menghitung Efisiensi Tiang Pancang Kelompok ........................ 81
4.5 Menghitung Penurunan Tiang Pancang Tunggal dan
Universitas Sumatera Utara
v
Kelompok ...................................................................................... 82
4.5.1 Penurunan pada Tiang Pancang Tunggal .................... 82
4.5.2 Penurunan pada Tiang Pancang Kelompok ................ 84
4.6 Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang
Berdasarkan Metode Elemen Hingga .......................................... 85
4.6.1 Pemodelan pada Program MEH .................................. 88
4.7 Diskusi .......................................................................................... 89
4.7.1 Perbandingan Daya Dukung Ultimit Sebelum dan
Setelah Konsolidasi dari Program Metode Elemen
Hingga ........................................................................ 89
4.7.2 Perbandingan Tekanan Air Pori Berlebih Sebelum
dan Setelah Konsolidasi dari Program Metode Elemen
Hingga ........................................................................ 90
4.7.3 Perbandingan Penurunan Sebelum dan Setelah
Konsolidasi dari Program Metode Elemen
Hingga ......................................................................... 91
4.7.4 Hasil Perhitungan Daya Dukung Ultimit Tiang
Pancang Tunggal ......................................................... 92
4.7.5 Hasil Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Lateral
Tiang Pancang ............................................................. 92
4.7.6 Hasil Penurunan Tiang Pancang ................................. 93
4.7.7 Nilai Efisiensi Kelompok Tiang (η) ............................ 93
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 94
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 94
5.2 Saran ............................................................................................. 95
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 96
LAMPIRAN ................................................................................................... 98
Universitas Sumatera Utara
vi
DAFTAR TABEL
No Judul Hal
2.1 Hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk penentuan harga N 20
dari data SPT (Sosrodarsono, 2000)
2.2 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser 21
Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir (Das, 1985)
2.3 Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan 21
Kepadatan Relatif (Sosrodarsono & Nakazawa, 2000)
2.4 Hubungan antara Harga N-SPT dan Berat Isi Tanah (Das, 1985) 22
2.5 Koefisien Restitusi (Sosrodarsono, 2000) 24
2.6 Efisiensi Jenis Alat Pancang (Sosrodarsono, 2000) 25
2.7 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer (Kobe Diesel 25
Hammer, 2018)
2.8 Kriteria Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku (Hardiyatmo, 2002) 27
2.9 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser Undrained 28
untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebih (Overconsolidated)
(Hardiyatmo, 2002)
2.10 Nilai-nilai nh untuk Tanah Granuler (c = 0) (Hardiyatmo, 2002) 29
2.11 Nilai-nilai nh untuk Tanah Kohesif (Hardiyatmo, 2002) 29
2.12 Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga
(PT. WIKA Beton 2015) 38
2.13 Nilai Koefisien Empiris (Cp) (Das, 1985) 48
2.14 Faktor Aman yang Disarankan oleh Reese dan O’Neill 49
2.15 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah (Bowles, 1991) 56
2.16 Korelasi NSPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Lempung 57
2.17 Korelasi NSPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir 57
Universitas Sumatera Utara
vii
2.18 Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (μ) 58
(Hardiyatmo, 2002)
2.19 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah (Das, 1985) 59
3.1 Deskripsi Tanah Bore Hole 3 dari hasil SPT 63
4.1 Bore Hole 3 Tiang Pancang Diameter 30 cm 75
4.2 Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang 76
4.3 Hasil Perhitungan Daya Dukung Lateral Tiang Pancang 80
4.4 Hasil Perhitungan Penurunan Elastis Tiang Pancang Tunggal 83
Diameter 30 cm
4.5 Data Data Pemodelan Tiang Pancang 85
4.6 Input Parameter Tanah untuk Program Metode Elemen Hingga 86
pada Bore Hole III
4.7 Daya Dukung Tiang Pancang dari Program Metode Elemen 90
Hingga
4.8 Perbandingan Nilai Tekanan Air Pori Berlebih 91
4.9 Penurunan Tiang Pancang dari Program Metode Elemen Hingga 92
4.10 Nilai Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang 92
4.11 Kapasitas Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang Pancang 92
4.12 Hasil Penurunan Tiang Pancang 93
4.13 Efisiensi Kelompok Tiang 93
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR GAMBAR
No Judul Hal
2.1 Diagram Fase Tanah (Das, Braja M.1985) 6
2.2 Proses Uji Penetrasi Standar (Sumber : SNI 4153-2008) 9
2.3 Grafik PDA Hasil Analisis CAPWAP (Sumber : Proyek 11
Bendung D.I. Serdang)
2.4 Pembacaan Kalendering (Sumber : Proyek Bendung D.I. 12
Serdang)
2.5 Tiang Dukung Ujung (Bowles, 1991) 16
2.6 Tumpuan Geser (Bowles,1991) 16
2.7 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor 23
Adhesi (α) (Sumber : API, 1987)
2.8 Mekanisme Keruntuhan Pondasi pada Tiang Ujung Bebas 31
Dalam Tanah Kohesif (Broms, 1964)
2.9 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif (Broms, 1964) 32
2.10 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 33
Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada Tanah
Kohesif (Broms, 1964)
2.11 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 35
Kondisi Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada Tanah
Granular (Broms, 1964)
2.12 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan 36
Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada
Tanah Granular (Broms, 1964)
2.13 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler (Broms, 1964) 37
2.14 Pola susunan tiang pancang kelompok (Bowles, 1991) 39
2.15 Tiang Pancang Kelompok (Tomlinson, 1977) 39
2.16 Faktor Koreksi Penurunan Io (Poulos dan Davis, 1980) 44
2.17 Faktor Koreksi Penurunan Rk (Poulos dan Davis, 1980) 44
2.18 Faktor Koreksi Penurunan Rh (Poulos dan Davis, 1980)
Universitas Sumatera Utara
ix
2.19 Faktor Koreksi Penurunan Rµ (Poulos dan Davis, 1980) 45
2.20 Faktor Koreksi Penurunan Rb (Poulos dan Davis, 1980) 46
2.21 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami 48
Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke Dalam Tanah
(Bowles, 1991)
2.22 Jenis – jenis elemen (Sumber : Plaxis 2D Reference Manual, 50
2019)
2.23 Titik nodal dan integrasi (Sumber : Plaxis 2D Reference Manual, 53
2019)
3.1 Denah Bore Hole 62
3.2 Lembar tab proyek dari jendela pengaturan global 65
3.3 Lembar tab dimensi dari jendela pengaturan global 66
3.4 Pemodelan Tanah 67
3.5 Input Data Material Set 68
3.6 Hitungan pada Program Plaxis 70
3.7 Penentuan titik nodal A dan B 70
3.8 Tahap Kalkulasi 71
3.9 Diagram Alir Penelitian 72
4.1 Penentuan nilai ultimate lateral berdasarkan plot garis 80
4.2 Susunan Kelompok Tiang Pancang 81
4.3 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf Sebelum Konsolidasi 88
4.4 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf Setelah Konsolidasi 89
4.5 Nilai Tekanan Air Pori Berlebih 90
4.6 Nilai Penurunan Tiang Pancang Tunggal 91
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR NOTASI
Ap = Luas penampang tiang (m2)
B = Lebar atau diameter tiang (m)
Cp = Koefisien empiris
Cs = Konstanta Empiris
c = Kohesi tanah (kg/cm²)
cu = Kohesi undrained (kN/m2)
d = Diameter tiang (m)
Dr = Kerapatan relatif (%)
Eb = Modulus elastisitas tanah di dasar tiang (kN/m2)
Eg = Efisiensi kelompok tiang
Ep = Modulus elastis tiang (kN/m2)
Es = Modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (kN/m2)
E = Angka pori
ef = Efisiensi hammer (%)
f = Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m)
Gs = Specific gravity
g = Jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m)
H = Tebal lapisan (m)
Hu = Beban lateral (kN)
I = Momen inersia tiang (cm4)
I0 = Faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat
JP = Jumlah perlawanan (perlawanan ujung konus + selimut)
JHL = Jumlah hambatan lekat (kg/cm)
K = Faktor kekakuan tiang
Kp = Koefisien tanah pasif
Universitas Sumatera Utara
xi
K = Koefisien permeabilitas
ki = Modulus reaksi subgrade dari Terzaghi
kh = Koefisien permeabilitas arah horizontal
kv = Koefisien permeabilitas arah vertikal
L = Panjang tiang pancang (m)
Lb = Panjang lapisan tanah (m)
Li = Tebal lapisan tanah, pengujian SPT dilakukan setiap interval kedalaman
pemboran (m)
m = Jumlah baris tiang
My = Momen ultimit (kN-m)
NSPT = nilai SPT
N1 = Nilai SPT pada kedalaman 10D pada ujung tiang ke atas
N2 = Nilai SPT pada kedalaman 4D pada ujung tiang ke bawah
n = Jumlah tiang dalam satu baris
nh = Koefisien fariasi modulus
P = Keliling tiang (m)
pu = Tahanan tanah ultimit
𝑃𝑡𝑖𝑎𝑛𝑔 = Kekuatan yang diijinkan pada tiang (kg)
Q = Besar beban yang bekerja (kN)
Qg = Beban maksimum kelompok tiang yang mengakibatkan keruntuhan
(Ton)
Qa = Beban maksimum tiang tunggal (Ton)
Qb = Tahanan ujung ultimit tiang (kg)
Qult = Kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang tunggal (kg)
Qijin = Kapasitas daya dukung ijin tiang (kg)
Qp = Tahanan Ujung Ultimate (kN)
Universitas Sumatera Utara
xii
Qs = Tahanan gesek ultimit dinding tiang (kg/cm2)
Qc = Tahanan ujung sondir (kg/cm2)
Rb = Faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung
Rh = Faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah keras
Rk = Faktor koreksi kemudah mampatan tiang
Rμ = Faktor koreksi angka poisson
S = Penurunan untuk tiang tunggal
Sg = Penurunan Kelompok tiang
Se(1) = Penurunan elastis dari tiang
Se(2) = Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di ujung tiang
Se(3) = Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di sepanjang batang tiang
s = Jarak pusat ke pusat tiang (cm)
Tult = Daya dukung terhadap kekuatan tanah untuk tiang tarik (kg)
α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang
𝜂 = Efisiensi grup tiang
Ø = Sudut geser dalam (˚)
𝛾 = Berat isi tanah (kN/m3)
γdry = Berat jenis tanah kering (kN/m3)
γsat = Berat jenis tanah jenuh (kN/m3)
γw = Berat isi air (kN/m3)
ξ = Koefisien dari skin friction
ʋ = Poisson’s ratio
ψ = Sudut dilantansi (o)
𝜎𝑏𝑒𝑡𝑜𝑛 = Tegangan tekan ijin bahan tiang (kg/cm2)
𝜋 = Phi lingkaran
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Lampiran 1: Data-data Hasil Pengujian SPT
2. Lampiran 2: Data-data Hasil Pengujian PDA Analysis CAPWAP
3. Lampiran 3: Data-data Hasil Pengujia Kalendering
4. Lampiran 4: Gambar Lokasi Bore Hole
Universitas Sumatera Utara
xiv
ANALISA DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG
PADA BORE HOLE 3 SECARA ANALITIS DAN NUMERIS
(PROYEK PEMBANGUNAN BENDUNG D.I SERDANG)
ABSTRAK
Pondasi merupakan suatu konstruksi pada bagian dasar bangunan yang
berfungsi meneruskan beban dari bagian atas struktur bangunan ke lapisan tanah
yang berada di bagian bawahnya tanpa mengakibatkan keruntuhan geser tanah
dan penurunan yang berlebihan. Perencanaan pondasi harus diperhitungkan agar
dapat menjamin kestabilan bangunan terhadap berat sendiri, beban-beban
bangunan, dan gaya-gaya luar lainnya. Oleh karena itu diperlukan analisa yang
baik dalam merencanakan pondasi.
Penelitian pada Proyek Pembangunan Bendung D.I Serdang dilakukan
untuk mencari nilai daya dukung aksial pondasi tiang pancang berdasarkan data
SPT, data PDA, data Kalendering dan juga dengan menggunakan program Plaxis
versi 8.6. Untuk perhitungan daya dukung lateral dicari menggunakan metode
Broms. Selain itu, besar nilai penurunan dan efisiensi tian pancang juga dihitung.
Ada perbedaan nilai dari hasil perhitungan daya dukung dan penurunan
pondasi, baik ditinjau dari metode perhitungan dan lokasinya. Berdasarkan hasil
perhitungan daya dukung aksial tiang tunggal dengan data SPT = 174, 29 ton,
metode Hiley = 163,03 ton, metode Danish = 169,05 Ton, ENR = 194,82 ton, data
PDA = 120,2 ton, dengan Metode Elemen Hingga sebesar 233,1 ton. Sedangkan
perhitungan daya dukung lateral tiang tunggal dengan menggunakan metode
Broms diperoleh hasil secara analitis = 8,81 ton, secara grafis = 8,41 ton.
Penurunan Poulos dan Davis = 10,9 mm, penurunan elastis tiang tunggal = 13,76
mm, dan penurunan dengan Metode Elemen Hingga = 19,18 mm. Nilai efisiensi
kelompok tiang dengan metode Seiler-Keeney = 0,797, metode Converse Labarre
= 0,843, metode Los Angeles = 0,871.
Perbedaan daya dukung dan penurunan yang terjadi pada pondasi tiang
pancang tersebut disebabkan oleh perbedaan jenis tanah, kedalaman yang ditinjau,
cara pelaksanaan pengujian yang bergantung pada ketelitian manusia, dan
perbedaan parameter yang digunakan dalam perhitungan.
Kata Kunci: Tiang Pancang, Daya Dukung, Penurunan, Metode Elemen Hingga
Universitas Sumatera Utara
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Seiring berkembangnya jaman, pertumbuhan pembangunan infrastruktur
di Indonesia mengalami peningkatan. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya
fasilitas-fasilitas umum yang dibangun, salah satunya adalah pembangunan
proyek bendung. Dalam pembangunan tersebut diperlukan pondasi yang kokoh,
aman, dan sesuai dengan standar.
Pondasi mempunyai peranan yang sangat penting dalam menyalurkan
gaya dari elemen struktur bagian atas ke tanah dasar. Pondasi harus dapat
menahan beban dan mengalami penurunan sampai batas keamaan yang telah
ditetapkan. Oleh karena itu, diperlukan pondasi yang sesuai agar lapisan tanah di
bawah pondasi mampu menahan seluruh beban dan pengaruh yang akan terjadi.
Dalam proyek pembangunan bendung daerah irigasi Serdang Kab. Deli
Serdang digunakan pondasi tiang pancang. Pemakaian tiang pancang sebagai
pondasi suatu bangunan dilakukan apabila tanah dasar dibawah bangunan tidak
memiliki daya dukung yang cukup untuk memikul beban bangunan atau apabila
lapisan tanah kerasnya cukup dalam. Oleh karena itu, penting melakukan
penyelidikan tanah untuk mengetahui letak lapisan tanah keras, mengetahui daya
dukung pondasi, penurunan pondasi, dan sebagainya.
Perhitungan daya dukung tiang pancang bisa dilakukan dengan
menggunakan metode yang disarankan para ahli berdasarkan data-data
penyelidikan tanah yang diperoleh, seperti data SPT, data PDA, Kalendering dan
data laboratorium. Dari hasil perhitungan dapat diperoleh informasi mengenai
perencanaan pondasi yang aman.
Selain itu, kapasitas daya dukung juga dapat dianalisa dengan metode
numerik dari program Plaxis. Plaxis adalah suatu program komputer berasaskan
metode elemen hingga yang dapat menganalisa deformasi dan stabilitas daya
dukung dari tanah.
Universitas Sumatera Utara
2
1.2. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana menghitung dan membandingkan hasil daya dukung
ultimate tiang pancang berdasarkan data SPT dengan metode analitis,
dengan menggunakan data Pile Driving Analyzer (PDA), data
Kalendering, dan program Plaxis.
2. Bagaimana menghitung kapasitas daya dukung lateral pondasi tiang
pancang dengan menggunakan metode analitis dan grafis Broms.
3. Bagaimana menghitung besar daya dukung kelompok pondasi tiang
pancang.
4. Bagaimana menghitung besar penurunan elastis (elastic settlement)
tiang pancang tunggal secara analitis dengan Metode Elemen Hingga?
5. Bagaimana menghitung faktor keamanan pada tiang pancang.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menghitung dan membandingkan hasil daya dukung ultimate tiang
pancang berdasarkan data SPT dengan metode analitis, dengan
menggunakan data Pile Driving Analyzer (PDA), data Kalendering, dan
program Plaxis.
2. Menghitung kapasitas daya dukung lateral pondasi tiang pancang
dengan menggunakan metode analitis dan grafis Broms.
3. Menghitung besar daya dukung kelompok pondasi tiang pancang.
4. Menghitung besar penurunan elastis (elastic settlement) tiang pancang
tunggal secara analitis dengan Metode Elemen Hingga
5. Menghitung faktor keamanan pada tiang pancang.
Universitas Sumatera Utara
3
1.4. Batasan Masalah
Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, maka penulis mengambil batasan-
batasan masalah yaitu:
1. Dalam menganalisa daya dukung pondasi tiang pancang, penulis
mengambil data-data terkait pada Proyek Pembangunan Bendung D.I
Serdang Kab. Deli Serdang.
2. Tiang yang di tinjau adalah pondasi tiang pancang no. 137 dengan
diameter 0,3 m.
3. Analisis biaya tidak dilakukan.
4. Metode yang digunakan untuk menganalisa tiang pancang adalah
metode elemen hingga Plaxis.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Memberikan wawasan kepada para pembaca tentang penerapan mata
kuliah geoteknik, khususnya materi tentang pondasi dalam dan ilmu
teknik sipil pada umumnya.
2. Sebagai referensi untuk mahasiswa dan pihak-pihak yang
membutuhkan informasi mengenai topik yang dibahas dalam Tugas
Akhir ini.
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam Tugas Akhir ini akan dibuat dalam 5 (lima)
bab uraian sebagai berikut:
Bab 1 : Pendahuluan
Pada bab ini dijelaskan tentang latar belakang penelitian, rumusan
masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan
sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
4
Bab 2 : Tinjauan Pustaka
Pada bab ini berisi dasar teori, rumus dan segala sesuatu yang digunakan
penulis untuk menghitung daya dukung tiang pancang secara analitis dan dengan
menggunakan program Plaxis
Bab 3 : Metodologi Penelitian
Pada bab ini berisi segala metodologi yang dilakukan dalam menganalisa
daya dukung pondasi tiang pancang secara analitis dan numeris. Adapun tahapan-
tahapan pelaksanaan metodologi penelitian adalah sebagai berikut:
1. Mengumpulkan data-data yang berhubungan dengan Proyek Pembangunan
Bendung D.I Serdang Kab. Deli Serdang.
2. Melakukan studi literatur yang akan digunakan sebagai dasar teori dan
referensi.
3. Melakukan studi ke perpustakaan.
Bab 4 : Analisa dan Perhitungan
Pada bab ini berisi pembahasan mengenai perhitungan analisa daya
dukung dan penurunan pada pondasi tiang pancang baik secara analitis maupun
dengan menggunakan Metode Elemen Hingga. Hasil perhitungan dari masing-
masing metode selanjutnya akan dibandingkan.
Bab 5 : Kesimpulan dan Saran
Pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil perhitungan dan saran-saran yang
diberikan atas hasil yang diperoleh.
Universitas Sumatera Utara
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tanah
Di dalam ilmu teknik sipil, semua konsruksi direkayasa untuk bertumpu
pada tanah. Peranan tanah dalam perencanaan atau pelaksanaan bangunan sangat
penting karena tanah tersebut berfungsi untuk memikul beban yang ada di
atasnya. Disamping fungsinya sebagai pendukung pondasi dan bangunan, tanah
juga berguna sebagai bahan bangunan pada berbagai macam pekerjaan teknik sipil
seperti tanggul atau bendungan. Jadi dapat dikatakan bahwa tanah selalu berperan
dalam setiap pekerjaan teknik sipil.
Oleh karena itu, tanah yang akan dipergunakan untuk mendukung
konstruksi harus dipersiapkan terlebih dahulu sebelum dipergunakan sebagai
tanah dasar.
2.1.1. Definisi tanah
Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran)
mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama
lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat)
disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara
partikel-partikel padat tersebut (Das, 1985).
Komponen tanah terdiri dari 3, yaitu udara, air, dan butiran padat (solid).
Udara dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat
mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Dimana ruang di antara butiran-butiran,
sebagian atau seluruhnya dapat terisi oleh air atau udara. Apabila ruang pori tanah
terisi air seluruhnya maka dikatakan tanah dalam kondisi jenuh air (saturated).
Bila ruang pori tanah terisi oleh air dan udara dikatakan tanah dalam kondisi jenuh
sebagian (partially saturated). Sedangkan tanah yang tidak mengandung air sama
sekali atau tidak memiliki kadar air maka kondisi tersebut dikatakan tanah kering
(unsaturated).
Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase,
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut :
Universitas Sumatera Utara
6
Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah
(Sumber : Das, 1985)
2.1.2. Karakteristik tanah
Das (1985) menjelaskan bahwa tanah umumnya dapat disebut sebagai
kerikil (gravel), pasir (sand), lanau (silt), atau lempung (clay), tergantung pada
ukuran partikel yang paling dominan pada tanah tersebut. Untuk menerangkan
tentang tanah berdasarkan ukuran-ukuran partikelnya, beberapa organisasi telah
mengembangkan batasan-batasan ukuran golongan jenis tanah (soil separate size
limits).
1. Kerikil adalah kepingan-kepingan dari batuan yang kadang-kadang juga
mengandung partikel-partikel mineral quartz, feldspar, dan mineral-
mineral lain.
2. Pasir sebagian besar terdiri dari mineral quartz dan feldspar. Butiran dari
mineral yang lain mungkin juga masih ada pada golongan ini.
3. Lanau sebagian besar merupakan fraksi mikroskopis (berukuran sangat
kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran-butiran quartz yang sangat halus,
dan sejumlah partikel berbentuk lempengan-lempengan pipih yang
merupakan pecahan dari mineral-mineral mika.
4. Lempung sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis dan
submikroskopis (tidak dapat dilihat dengan jelas bila hanya dengan
mikroskopis biasa) yang berbentuk lempengan-lempengan pipih dan
merupakan partikel-partikel dari mika, mineral-mineral lempung (clay
minerals), dan mineral-mineral yang sangat halus lain.
Istilah pasir, lempung, lanau, dan sebagainya, selain digunakan untuk
menggambarkan ukuran partikel pada batas yang telah ditentukan, dapat juga
Universitas Sumatera Utara
7
digunakan untuk menggambarkan sifat tanah yang khusus, seperti istilah
“lempung” untuk jenis tanah yang bersifat kohesif dan plastis, dan ”pasir” untuk
jenis tanah yang tidak kohesif dan tidak plastis.
2.2. Penyelidikan Tanah
Penyelidikan tanah dalam perencanaan pondasi konstruksi bangunan
merupakan hal yang penting untuk dilakukan. Penyelidikan tanah adalah proses
pengambilan contoh (sample) tanah yang bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat
dan kondisi tanah yang sebenarnya di lapangan. Oleh sebab itu penyelidikan
tanah merupakan pekerjaan awal yang harus dilakukan agar dapat diketahui
parameter-parameter tanah yang akan digunakan dalam perhitungan daya dukung
tanah pondasi sehingga dapat ditentukan jenis dan kedalaman pondasi yang akan
digunakan.
Penyelidikan tanah (soil investigation) bertujuan untuk:
1. Mendapatkan sampel tanah asli (undisturbed) dan tidak asli (disturbed)
untuk mengidentifikasi tanah tersebut secara visual dan untuk keperluan
pengujian dilaboratorium.
2. Menentukan kondisi alamiah tanah yang terkait dengan perencanaan
struktur yang akan dibangun diatasnya.
3. Menentukan kedalaman tanah keras.
4. Menentukan kapasitas daya dukung tanah menurut tipe pondasi yang
dipilih.
5. Menentukan tipe dan kedalaman pondasi.
6. Untuk mengetahui posisi muka air tanah.
7. Untuk memprediksi besarnya penurunan.
8. Menentukan besarnya tekanan tanah.
Penyelidikan tanah terdiri dari dua jenis yaitu :
1. Penyelidikan di lapangan (in situ test)
Jenis penyelidikan di lapangan berguna untuk mengetahui karakteristik
tanah dalam mendukung pondasi. Jenis penyelidikan tanah dilapangan
seperti pengeboran (hand boring ataupun machine boring), Cone
Universitas Sumatera Utara
8
Penetrometer Test (Sondir), SPT, Sand Cone Test dan Dynamic Cone
Penetrometer.
2. Penyelidikan di laboratorium (laboratory test)
Sifat-sifat fisik tanah dapat dipelajari dari hasil uji laboratorium pada
sampel tanah yang diambil dari pengeboran.Hasil yang diperoleh dapat
digunakan untuk menghitung kapasitas daya dukung ultimit dan
penurunan. Jenis penyelidikan di laboratorium terdiri dari uji index
properties tanah (Atterberg Limit, Water Content, Spesific Gravity, Sieve
Analysis) dan engineering properties tanah (Direct Shear Test, Triaxial
Test, Consolidation Test, Permeability Test, Compaction Test, dan CBR).
Dari hasil penyelidikan tanah di lapangan diperoleh contoh tanah (soil
sampling) yang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:
1. Contoh tanah tidak terganggu (undisturbed soil)
Suatu contoh tanah dikatakan tidak terganggu apabila contoh tanah itu
dianggap masih menunjukkan sifat-sifat asli tanah tersebut. Sifat asli yang
dimaksud adalah contoh tanah tersebut tidak mengalami perubahan pada
strukturnya, kadar air, atau susunan kimianya. Undisturbed soil digunakan
untuk percobaan engineering properties.
2. Contoh tanah terganggu (disturbed soil)
Contoh tanah terganggu adalah contoh tanah yang diambil tanpa adanya
usaha-usaha tertentu yang dilakukan untuk melindungi struktur asli tanah
tersebut. Disturbed soil digunakan untuk percobaan uji index properties
tanah.
2.2.1. Standart penetration test (SPT)
Standart penetration test (SPT) adalah uji penetrasi standar yang bertujuan
untuk menentukan kepadatan relatif dan sudut geser lapisan tanah tersebut dari
pengambilan contoh tanah dengan tabung, sehingga dapat diketahui jenis tanah
dan ketebalan dari tiap-tiap lapisan tanah tersebut , dan juga untuk memperoleh
data yang kumulatif pada perlawanan penetrasi tanah serta menetapkan kepadatan
dari tanah yang tidak berkohesi. SPT sering digunakan untuk mendapatkan daya
dukung tanah secara langsung dilokasi. Pengujian ini dilakukan setiap interval
Universitas Sumatera Utara
9
kedalaman pemboran 1-2 meter atau sesuai keperluan, langsung dilobang bor.
Adapun proses uji SPT terlihat pada Gambar 2.2.
Prosedur pengujian SPT bisa dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Lakukan pengujian pada setiap perubahan lapisan tanah atau pada interval
sekitar 1,50 m sampai dengan 2,00 m atau sesuai keperluan
2. Tarik hammer dengan tinggi jatuh bebas hammer adalah 30 inci (75 cm).
Hammer yang dipakai mempunyai berat 140 lbs (63,5 kg)
3. Lepaskan tali sehingga palu jatuh bebas menimpa penahan
4. Ulangi langkah 2 dan 3 berkali-kali sampai mencapai penetrasi 15 cm
5. Hitung jumlah pukulan atau tumbukan N pada penetrasi 15 cm yang
pertama
6. Ulangi langkah 2, 3, 4, dan 5 sampai pada penetrasi 15 cm yang kedua dan
ke-tiga
7. Catat jumlah pukulan N pada setiap interval penetrasi 15 cm. Jumlah
pukulan tersebut merupakan angka N dari pelaksanaan SPT dimana nilai N
yang dihitung adalah jumlah pukulan 15 cm kedua dan 15 cm ke tiga (N2 +
N3). Nilai pukulan pertama N1 tidak diperhitungkan karena masih kotor
bekas pengeboran.
8. Bila nilai N lebih besar dari pada 50 pukulan, hentikan pengujian dan
tambah pengujian sampai minimum 6 meter.
Gambar 2.2 Proses Uji Penetrasi Standar
(Sumber :SNI 4153-2008)
Keuntungan dan kerugian Standard Penetration Test (SPT) adalah :
1. Keuntungan
Dapat diperoleh nilai N dan contoh tanah terganggu.
Universitas Sumatera Utara
10
Prosedur pengujian sederhana karena dapat dilakukan secara
manual.
Dapat digunakan pada sembarang jenis tanah dan batuan lunak.
Pengujian Penetrasi Standar pada pasir, hasilnya dapat digunakan
secara langsung untuk memprediksi kerapatan relatif dan kapasitas
daya dukung ultimit tanah.
Biaya yang digunakan relatif murah.
2. Kerugian
Sampel dalam tabung SPT diperoleh dalam kondisi terganggu.
Nilai N yang diperoleh merupakan data yang sangat kasar, bila
digunakan untuk tanah lempung.
Derajat ketidakpastian hasil uji SPT yang diperoleh bergantung
pada kondisi alat operator.
Profil kekuatan tanah tidak menerus.
Dalam tanah yang mengandung banyak kerikil, hasil tidak dapat
dipercaya.
2.2.2. Pile driving analyzer (PDA) Test
Uji PDA adalah suatu alat pengujian untuk mengukur daya dukung
pondasi dalam dengan beban dinamis (hammer dengan berat tertentu yang
dijatuhkan di atas kepala tiang uji).
Secara umum, uji PDA dilakukan pada saat tiang uji memiliki kekuatan
yang cukup untuk menerima dan menahan beban dinamis pengujian. Untuk
meminimalisir tegangan berlebih pada kepala tiang dapat dipakai cushion di sisi
atas kepala tiang.
Tujuan dari pengujian PDA adalah untuk memperoleh kapasitas daya
dukung, penurunan, dan keutuhan tiang pondasi tiang tunggal yang diuji.
Uji PDA mengacu pada ASTM D4945 - 17 (Standard Test Method for
High-Strain Dynamic Testing of Deep Foundations). Analisa data PDA dilakukan
dengan prosedur Case Method, yang meliputi pengukuran data kecepatan
(velocity) dan gaya (force) selama pelaksanaan pengujian (re-strike) dan
perhitungan variabel dinamik secara real time untuk mendapatkan gambaran
tentang daya dukung pondasi tiang tunggal.
Universitas Sumatera Utara
11
CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) adalah program aplikasi
analisa numerik yang menggunakan masukan data gaya (force) dan kecepatan
(velocity) yang diukur oleh PDA. Kegunaan program ini adalah untuk
memperkirakan distribusi dan besarnya gaya perlawanan tanah total sepanjang
tiang berdasarkan modelisasi sistem tiang-tanah yang dibuat dan memisahkannya
menjadi bagian perlawanan dinamis dan statis. Analisis menggunakan CAPWAP
akan menghasilkan : Daya dukung (Ru); Gaya ujung (Rb); Gaya gesek (Rs);
Displacement (DMX).
Gambar 2.3 Grafik PDA Hasil Analisis CAPWAP
(Sumber : Proyek Bendung D.I. Serdang)
2.2.3. Kalendering
Kalendering adalah grafik catat yang berada pada alat pancang yang
berfungsi untuk mengetahui sejauh mana pemancangan yang telah dilakukan
sudah memenuhi spesifikasi daya dukung yang diinginkan yang digunakan pada
pekerjaan pemancangan tiang. Kalendering dilaksanakan saat hampir mendekati
top pile yang disyaratkan, final set 3 cm untuk 10 pukulan terakhir, atau bisa
dilihat dari data bore log.
Secara umum kalendering digunakan pada pekerjaan pemancangan tiang
pancang (beton maupun pipa baja) untuk mengetahui nilai daya dukung tanah
secara empiris melalui perhitungan yang dihasilkan oleh proses pemukulan alat
pancang. Perhitungan kalendering menghasilkan output yang berupa daya dukung
tanah dalam satuan ton.
Universitas Sumatera Utara
12
Pembacaan kalendering dilakukan pada alat pancang sewaktu memancang.
Jika dari bacaan tinggi bacaan yang diperoleh sudah bernilai ≤1 cm , maka
pemancangan sudah bisa dihentikan. Itu artinya tiang sudah mencapai titik tanah
keras, tanah keras itulah yang menyebabkan bacaan kalenderingnya kecil yaitu 1
cm atau kurang. Jika diteruskan dikhawatirkan akan terjadi kerusakan pada topi
tiang pancang atau badan tiang pancang itu sendiri.
Gambar 2.4 Pembacaan Kalendering
(Sumber : Proyek Bendung D.I. Serdang)
Tahapan pelaksanaan kalendering yaitu :
1. Saat kalendering telah ditentukan dihentikan pemukulannya oleh hammer.
2. Memasang kertas millimeter blok pada tiang pancang dengan lem.
3. Menyiapkan spidol yang ditumpu pada papan penopang dan waterpass
tukang, kemudian menempelkan ujung spidol pada kertas millimeter.
4. Menjalankan pemukulan.
5. Satu orang melakukan kalendering dan satu orang mengawasi serta
menghitung jumlah pukulan.
6. Setelah 10 pukulan kertas millimeter diambil.
7. Tahap ini bisa dilakukan 2-3 kali agar memperoleh grafik yang bagus.
Universitas Sumatera Utara
13
8. Usahakan kertas bersih, karena kalau menggunakan diesel hammer
biasanya kena oli dan grafiknya jadi kurang valid karena tertutup oli.
9. Setelah tahapan selesai hasil kalendering ditanda tangani kontraktor,
pengawas, dan direksi lapangan untuk selanjutnya dihitung daya
dukungnya.
2.3. Pondasi
Pondasi merupakan bagian dari suatu sistem rekayasa yang meneruskan
beban yang ditopang oleh pondasi dan beratnya sendiri kepada dan ke dalam
tanah dan batuan yang terletak di bawahnya (Bowles, 1991).
Bowles (1991) menjelaskan bahwa sebuah pondasi harus mampu
memenuhi beberapa persyaratan stabilitas dan deformasi, seperti :
1. Kedalaman harus berada di bawah daerah perubahan volume musiman
yang disebabkan oleh pembekuan, pencairan, dan pertumbuhan tanaman.
2. Kedalaman harus memadai untuk menghindarkan pergerakan tanah lateral
dari bawah pondasi, khusus untuk pondasi tapak dan rakit.
3. Sistem harus aman terhadap penggulingan, rotasi, penggelinciran atau
pergeseran tanah.
4. Sistem harus aman terhadap korosi atau kerusakan yang disebabkan oleh
bahan berbahaya yang terdapat di dalam tanah.
5. Sistem harus cukup mampu beradaptasi terhadap beberapa perubahan
geometri konstruksi atau lapangan selama proses pelaksanaan dan mudah
dimodifikasi jika perubahan diperlukan.
6. Metode pemasangan pondasi harus seekonomis mungkin.
7. Pergerakan tanah keseluruhan (umumnya penurunan) dan pergerakan
diferensial harus dapat ditolerir oleh elemen pondasi dan elemen bangunan
atas.
8. Pondasi dan konstruksinya harus memenuhi syarat standar untuk
perlindungan lingkungan.
Universitas Sumatera Utara
14
Pada umumnya jenis pondasi dapat digolongkan menjadi 2 tipe, yaitu
pondasi dangkal dan pondasi dalam.
1. Pondasi Dangkal (Shallow Foundation)
Pondasi dangkal adalah pondasi yang tidak memerlukan galian tanah yang
terlalu dalam karena letak tanah kerasnya tidak terlalu jauh dari permukaan tanah
dasar. Beberapa contoh dari pondasi dangkal adalah pondasi tapak, pondasi
memanjang, pondasi tikar,dll.
2. Pondasi Dalam (Deep Foundation)
Pondasi dalam adalah pondasi yang memerlukan pemancangan atau
pengeboran dalam karena letak tanah kerasnya yang jauh dari permukaan tanah
dasar. Beberapa contoh dari pondasi dalam adalah pondasi tiang pancang, bore
pile, dan pondasi sumuran. Dalam penelitian ini jenis pondasi yang digunakan
adalah pondasi tiang pancang.
2.3.1. Pondasi Tiang Pancang
Penggunaan pondasi tiang pancang sebagai pondasi bangunan apabila
tanah yang berada dibawah dasar bangunan tidak mempunyai daya dukung
(bearing capacity) yang cukup untuk memikul berat bangunan dan bebannya, atau
apabila tanah keras yang yang mempunyai daya dukung yang cukup untuk
memikul berat bangun dan bebannya letaknya sangat dalam (Sardjono, 1998).
Umunya pondasi tiang pancang digunakan untuk :
1. Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau tanah
lunak ke lapisan tanah pendukung yang kuat.
2. Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya desakan ke atas
akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan.
3. Memampatkan endapan tak berkohesi yang bebas lepas di dalam tanah
dengan melalui kombinasi perpindahan isi tiang pancang dan getaran
dorongan saat pemancangan sehingga kapasitas dukungnya bertambah.
4. Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah
tergerus air. Dengan adanya pondasi tiang pancang, kegagalan gelincir
yang dapat disebabkan oleh erosi dan beban horisontal akan dapat diatasi.
Universitas Sumatera Utara
15
5. Untuk menahan gaya-gaya horizontal dan gaya yang arahnya miring.
Dalam mendesain pondasi tiang pancang diperlukan informasi mengenai :
Data tanah dimana bangunan akan didirikan.
Daya dukung tiang pancang sendiri (baik single pile atau group pile).
Analisa negative skin friction (karena mengakibatkan beban tambahan).
2.3.2. Jenis-jenis Pondasi Tiang
Pondasi tiang dapat digolongkan berdasarkan perpindahannya, penyaluran
beban, pemakainan bahan dan menurut cara pemasangannya, berikut ini adalah
penjelasannya:
2.3.2.1. Pondasi Tiang Berdasarkan Perpindahannya
1. Tiang Perpindahan Besar (Large Displacement Pile)
Yaitu tiang pejal atau berlubang dengan ujung tertutup dipancang ke
dalam tanah sehingga terjadi perpindahan volume tanah yang relatif besar.
Termasuk dalam tiang perpindahan besar antara lain, tiang kayu, tiang beton pejal,
tiang baja bulat (tertutup pada ujungnya), tiang beton prategang (pejal atau
berlubang).
2. Tiang Perpindahan Kecil (Small Displacement Pile)
Yaitu sama seperti tiang kategori pertama hanya volume tanah yang
dipindahkan saat pemancangan relatif kecil, contohnya tiang beton berlubang
dengan ujung terbuka, tiang baja bulat ujung terbuka, tiang beton prategang
berlubang dengan ujung terbuka, tiang baja H, dan tiang ulir.
3. Tiang Tanpa Perpindahan (Non Displacement Pile)
Terdiri dari tiang yang dipasang di dalam tanah dengan cara menggali atau
mengebor tanah seperti bored pile, yaitu tiang beton yang pengecorannya
langsung di dalam lubang hasil pengeboran tanah dengan kata lain pipa baja
diletakkan di dalam lubang dan dicor beton (Hardiyatmo, 2002).
2.3.2.2. Pondasi Berdasarkan Penyaluran Beban
1. Tiang Dukung Ujung (End Bearing Pile)
Tiang dukung ujung merupakan tiang yang kapasitas dukungnya
ditentukan oleh tahanan ujung tiang. Umumnya tiang dukung ujung berada dalam
Universitas Sumatera Utara
16
zone tanah yang lunak yang berada di atas tanah keras. Tiang-tiang dipancang
sampai mencapai batuan dasar atau lapisan keras lain yang dapat mendukung
beban yang diperkirakan tidak mengakibatkan penurunan berlebihan. Kapasitas
tiang sepenuhnya ditentukan dari tahanan dukung lapisan keras yang berada di
bawah ujung tiang seperti pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Tiang Dukung Ujung
(Sumber : Bowles, 1991)
2. Tumpuan Geser/Sisi (Friction Pile)
Tiang gesek merupakan tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan
oleh perlawanan gesek antara dinding tiang dan tanah disekitarnya seperti pada
Gambar 2.6. Tahanan gesek dan pengaruh konsolidasi lapisan tanah di bawahnya
diperhitungkan pada hitungan kapasitas tiang.
Gambar 2.6 Tumpuan Geser
(Sumber : Bowles, 1991)
3. Tiang pancang dengan tahanan lekat (adhesive pile)
Bila tiang dipancangkan di dasar tanah pondasi yang memiliki nilai kohesi
yang tinggi, maka beban yang diterima oleh tiang akan ditahan oleh lekatan antara
tanah di sekitar dan permukaan tiang (Hardiyatmo, 2002).
Universitas Sumatera Utara
17
2.3.2.3. Pondasi Tiang Pancang Menurut Pemakaian Bahan
Menurut pemakaian bahannya, tiang pancang dapat dibagi ke dalam
beberapa kategori, antara lain :
1. Tiang Pancang Kayu
Pemakaian tiang pancang kayu ini merupakan cara tertua dalam
penggunaan tiang pancang sebagai pondasi. Tiang pancamg kayu umumnya
murah dan mudah dalam penanganannya. Permukaan tiang pancang dapat
dilindungi ataupun tidak dilindungi tergantung dari kondisi tanahnya. Tiang
pancang kayu ini dapat mengalami pembusukan atau rusak akibat dimakan
serangga. Biasanya tiang ini diberi pelindung dari besi yang disebut sepatu tiang
untuk menghindari kerusakan ujung tiang saat pemancangan (Hardiyatmo, 2002).
2. Tiang Pancang Beton
Tiang pancang beton terdiri dari 3 macam, yaitu :
a. Precast Reinforced Concrete Pile
b. Precast Prestressed Concrete Pile .
c. Cast in Place Pile
2.3.2.4. Pondasi Tiang Pancang Menurut Pemasangannya
1. Tiang Pancang Pracetak
Tiang pancang pracetak adalah tiang pancang yag dicetak dan di cor
didalam acuan beton, kemudian setelah cukup kuat lalu diangkat lalu
dipancangkan. Menurut cara pemasangannya tiang pancang pracetak terbagi atas
3, yaitu:
a. Cara penumbukan
Tiang pancang tersebut dipancangkan ke dalam tanah dengan cara
penumbukan dengan alat hammer.
b. Cara penanaman
Permukaan tanah dilubangi terlebih dahulu sampai kedalaman tertentu,
lalu tiang pancang dimasukkan, kemudian lubang tadi ditimbun lagi
dengan tanah.
Universitas Sumatera Utara
18
c. Cara penggetaran
Tiang pancang tersebut dipancangkan ke dalam tanah dengan cara
penggetaran oleh alat vibrator.
2. Tiang yang dicor di tempat (Cast in place piles)
Tiang yang dicor di tempat menurut teknik penggaliannya terdiri
beberapa macam cara, antara lain adalah cara penetrasi alas dan cara penggalian.
2.3.3. Jenis-jenis Alat Pancang
1. Pemukul Jatuh (Drop Hammer)
Drop hammer adalah sebuah palu berat yang diletakkan pada ketinggian
tertentu di atas tiang dengan menggunakan kabel dan karekan. Palu tersebut
kemudian dilepaskan dan jatuh bebas mengenai tiang. Pada kepala tiang dopasang
topi/cap untuk menghindari tiang rusak akibat tumbukan hammer.
2. Pemukul Aksi Tunggal (Single-Acting Hammer)
Pemukul aksi tunggal berbentuk memanjang dengan ram yang bergerak
naik oleh udara atau uap yang terkompresi, lalu pemukul tersebut dijatuhkan
menumbuk kepala tiang pancang. Gerakan turun ram disebabkan oleh beratnya
sendiri. Energi pemukul aksi tunggal adalah sama dengan berat ram dikalikan
tinggi jatuh.
3. Pemukul Aksi Dobel (Double-Acting Hammer)
Pemukul aksi dobel menggunakan uap atau udara untuk mengangkat
penumbuk mencapai tinggi jatuh tertentu, kemudian penumbuk tersebut ditekan
ke bawah dengan tenaga uap pula. Jadi disini penumbuk jatuh dengan kecepatan
yang lebih besar daripada single – acting hammer maupun drop hammer.
4. Hydraulic Hammer
Cara kerjanya berdasarkan perbadaan tekanan pada cairan hidrolis.
Hammer tipe ini dapat dimanfaatkan untuk memancangkan pondasi tiang baja H
dan pondasi lempengan baja dengan cara dicengkram, didorong, dan ditarik.
Universitas Sumatera Utara
19
5. Pemukul Diesel (Diesel Hammer)
Pemukul diesel terdiri dari silinder, ram, blok anvil dan system injeksi bahan
bakar. Pemukul tipe ini umumnya kecil, ringan dan digerakkan dengan
menggunakan bahan bakar minyak.
2.4. Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang
Kapasitas daya dukung ultimate menyatakan tahanan geser tanah untuk
melawan penurunan akibat pembebanan yaitu tahanan geser yang dapat
dikerahkan oleh tanah disepanjang bidang-bidang gesernya
Perancangan pondasi harus mempertimbangkan adanya keruntuhan geser
dan penurunan yang berlebih. Untuk itu, perlu dipenuhi 2 (dua) kriteria, yaitu:
kriteria stabilitas dan kriteria keruntuhan. Untuk memenuhi stabilitas jangka
panjang, pondasi harus diletakkan pada kedalaman yang cukup untuk
menanggulangi resiko erosi permukaan, gerusan, kembang susut tanah dan
gangguan yang disekitar pondasi lainnya.
Hitungan kapasitas dukung tiang dapat dilakukan dengan pendekatan statis
dan dinamis. Hitungan kapasitas dukung tiang secara statis dilakukan menurut
teori mekanika tanah, yaitu dengan cara mempelajari sifat-sifat teknis tanah,
sedangkan hitungan dengan cara dinamis dilakukan dengan menganalisis
kapasitas ultimate dengan data yang diperoleh dari data pemancangan tiang.
Jika satuan yang digunakan dalam kapasitas dukung pondasi dangkal
adalah satuan tekanan (kPa), maka dalam kapasitas dukung tiang satuannya adalah
satuan gaya (kN). Dalam beberapa literatur digunakan istilah pile capacity atau
pile carrying capacity.
2.4.1. Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang
1. Kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data SPT
SPT merupakan uji penetrasi dinamis yang banyak sekali digunakan untuk
mendapatkan daya dukung tanah secara langsung. Harga N yang diperoleh dari
SPT tersebut diperlukan untuk memperhitungkan daya dukung tanah yang
tergantung pada kuat geser tanah. Hipotesis pertama mengenai kuat geser tanah
diuraikan oleh Coulomb yang dinyatakan dengan :
(2.1)
Universitas Sumatera Utara
20
Dimana :
τ = kekuatan geser tanah (kg/cm²)
c = kohesi tanah (kg/cm²)
σ = tegangan normal yang terjadi pada tanah (kg/cm²)
ø = sudut geser tanah (º)
Tabel 2.1 Hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk penentuan harga N
dari data SPT
Klasifikasi
Hal-hal yang Perlu Diperhatikan dan
Dipertimbangkan
Hal yang perlu
dipertimbangkan secara
menyeluruh dari hasil-
hasil survei sebelumnya
Unsur tanah, variasi daya dukung vertikal
(kedalaman permukaan dan susunannya), adanya
lapisan lunak (ketebalan konsolidasi atau
penurunan), kondisi drainase dan lain-lain
Hal-hal yang perlu
diperhatikan langsung
Tanah pasir (tidak
kohesif)
Berat isi, sudut geser
dalam, ketahanan
terhadap penurunan
dan daya dukung tanah
Tanah lempung (kohesif)
Keteguhan, kohesi, daya dukung dan ketahanan
terhadap hancur
Sumber: Sosrodarsono & Nakazawa, 2000
Untuk mendapatkan sudut geser tanah dari tanah tidak kohesif (pasir)
biasanya dapat dipergunakan rumus sebagai berikut :
1. Tanah berpasir berbentuk bulat dengan gradasi seragam, atau butiran pasir
bersegi segi dengan gradasi tidak seragam, mempunyai sudut geser
sebesar:
√ (2.2)
2. Butiran pasir bersegi dengan gradasi seragam, maka sudut gesernya :
(2.3)
Angka penetrasi sangat berguna sebagai pedoman dalam eksplorasi tanah
dan untuk memperkirakan kondisi lapisan tanah. Hubungan antara angka
penetrasi standart dengan sudut geser tanah dan kepadatan relatif untuk tanah
berpasir, secara perkiraan dapat dilihat pada Tabel 2.2
Universitas Sumatera Utara
21
Tabel 2.2 Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser
Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir
Angka penetrasi standar, N Kepadatan Relatif, Dr (%) Sudut geser dalam ø
(°)
0 – 5 0 – 5 26 – 30
5 – 10 5 – 30 28 – 35
10 – 30 30 – 60 35 – 42
30 – 50 60 – 65 38 – 46
Sumber: Das, 1995
Menurut Sosrodarsono, 2000 dari nilai N yang diperoleh pada uji SPT,
dapat diketahui hubungan empiris tanah non kohesif seperti sudut geser dalam (ø),
indeks densitas, dan berat isi tanah basah (γwet). Hubungan empirisnya dapat
dilihat pada Tabel 2.3 dan Tabel 2.4.
Tabel 2.3 Hubungan antara Harga N-SPT, Sudut Geser Dalam, dan
Kepadatan Relatif
Nilai N
Kepadatan relatif
Sudut geser dalam (ø)
Menurut
Peck
Menurut
Meyerhof
0 – 4 Sangat lepas (0,0 – 0,2) < 28,5 < 30
4 – 10 Lepas (0,2 – 0,4) 28,5 – 30 30 – 35
10 – 30 Sedang (0,4 – 0,6) 30 – 36 35 – 40
30 – 50 Padat (0,6 – 0,8) 36 – 41 40 – 45
>50 Sangat padat (0,8 – 1,0) > 41 >45
Sumber: Sosrodarsono & Nakazawa, 2000
Universitas Sumatera Utara
22
Tabel 2.4 Hubungan antara Harga N-SPT dan Berat Isi Tanah
Tanah tidak
kohesif
Harga N < 10 10– 30 30 – 50 >50
Berat isi, 𝛾
(kN/m3)
12-16
14-18
16-20
18-23
Tanah
kohesif
Harga N < 4 4 – 15 16 – 25 > 25
Berat isi, 𝛾
(kN/m3)
14 – 18
16 – 18
16 – 18
>20
Sumber: Das, 1985
Tanah dikatakan mempunyai daya dukung yang baik dari hasil uji SPT
dapat dinilai dari ketentuan berikut, yaitu :
1. Lapisan kohesif mempunyai nilai SPT, N > 35.
2. Lapisan kohesif mempunyai nilai kuat tekan bebas (Unconfined
compression strength) (qu) 3-4 kg/cm2, atau harga N > 15.
Hasil percobaan pada SPT merupakan perkiraan kasar dan bukan
merupakan nilai yang teliti. Dalam pelaksanaan, hasil sondir lebih dapat dipercaya
daripada percobaan SPT. Hal yang juga perlu diperhatikan yaitu bahwa jumlah
pukulan untuk 15 cm pertama yang disebut dengan N1 tidak dihitung karena
permukaan tanah dianggap sudah terganggu.
Untuk menghitung daya dukung pondasi tiang pancang berdasarkan data
SPT dapat digunakan metode Meyerhof. Berikut ini adalah rumus-rumus yang
dapat digunakan :
a. Kapasitas daya dukung pondasi tiang pada tanah non kohesif (pasir dan
kerikil)
1) Daya dukung ujung pondasi tiang
(2.4)
Nilai SPT pada kedalaman 10D pada ujung tiang ke atas
Nilai SPT pada kedalaman 4D pada ujung tiang ke bawah
Luas penampang tiang (m2)
Diameter tiang pancang (m)
Universitas Sumatera Utara
23
2) Tahanan geser selimut tiang
(2.5)
Tebal lapisan tanah (m)
Keliling penampang tiang (m)
b. Kapasitas daya dukung pondasi tiang pada tanah kohesif
1) Daya dukung ujung pondasi tiang
(2.6)
2) Tahanan geser selimut tiang
(2.7)
Koefisien adhesi antara tanah dan tiang
(2.8)
Luas penampang tiang (m2)
Keliling penampang tiang (m)
Tebal lapisan tanah (m)
Gambar 2.7 Grafik Hubungan antara Kuat Geser (Cu) dengan Faktor Adhesi (α)
(Sumber: API, 1987)
2. Kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data Kalendering
Perhitungan kapasitas daya dukung tiang pancang dari data kalendering
dilakukan dengan menggunakan 3 metode, yaitu :
Universitas Sumatera Utara
24
a. Metode Hiley Formula
(2.9)
Dimana :
Kapasitas daya dukung (ton)
Berat pile (ton)
= Berat hammer (ton)
Tinggi jatuh hammer (cm)
Rata-rata penetrasi 10 pukulan terakhir (cm)
Koefisien restitusi
Rata-rata rebound untuk 10 pukulan terakhir
K = 0,5(k1+k2+k3)
k1, k2, k3 = Faktor capping, tiang, dan tanah
Koefisien restitusi adalah rasio besarnya kecepatan relatif sesudah dan
sebelum tumbukan antara drop hammer dengan kepala tiang.
Tabel 2.5 Koefisien Restitusi
Pile Material Coefficient of Restitution
Cast iron hammer and concrete pile
(without cap)
0,4 – 0,5
Wood cushion and concrete pile
(without cap)
0,3 – 0,4
Wooden pile 0,25 – 0,3
Sumber: Sosrodarsono, 2000
b. Metode Danish Formula
[
] (2.10)
Dimana :
Energi alat pancang (kg.cm)
Modulus elastisitas tiang (kg/cm2)
Panjang tiang pancang (cm)
Efisiensi alat pancang
Universitas Sumatera Utara
25
Tabel 2.6 Efisiensi Jenis Alat Pancang
Jenis Alat Pancang Efisiensi
Pemukul jatuh (drop hammer) 0,75 – 1,00
Pemukul aksi tunggal (single acting hammer) 0,75 – 0,85
Pemukul aksi ganda (double acting hammer) 0,85
Pemukul diesel 0,85 – 1,00
Sumber: Sosrodarsono, 2000
Tabel 2.7 Karakteristik Alat Pancang Diesel Hammer
Tipe
Tenaga Hammer Jumlah
Pukulan
Per
Menit
Berat Balok Besi Panjang
kN-m
Kips-fit
Kg-cm
kN
Kips
Kg
K 42 379,9 280 1100000 45 - 60 147,20 33,11 4200
K 32 143,2 105,60 780000 45 - 60 58,70 13,20 3200
K 22 123,5 91,10 615000 45 – 60 44 9,90 2200
K 13 96 70,80 338000 45 – 60 34,3 7,70 1300
Sumber: Kobe Diesel Hammer, 2018
c. Metode Modified New Enginering News Record (ENR)
(2.11)
Dimana :
Efisiensi hammer (%)
Berat pile (ton)
Berat hammer (ton)
Tinggi jatuh hammer (cm)
Rata-rata penetrasi 10 pukulan terakhir (cm)
0,25
Koefisien restitusi
Universitas Sumatera Utara
26
3. Kapasitas daya dukung aksial tiang pancang dari data PDA
Hasil uji dinamis tiang pancang dengan menggunakan PDA telah
dianalisis lanjut dengan menggunakan program Case Pile Wave Analysis Program
(CAPWAP).
2.4.2. Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang
Selain beban aksial, pondasi tiang pancang juga harus dirancang dengan
memperhitungkan beban lateral. Beban lateral merupakan beban yang memiliki
arah horizontal. Pada beban horizontal terdapat gaya lateral dan momen yang
bekerja pada pondasi tiang diakibatkan oleh gaya gempa, gaya angin pada struktur
atas, dan beban statis.
Gaya lateral yang terjadi pada tiang pancang bergantung pada kekakuan
atau tipe tiang, jenis tanah, penanaman ujung tiang ke dalam pelat penutup kepala
tiang, sifat gaya-gaya dan besar defleksi. Jika gaya lateral yang harus didukung
oleh tiang sangat besar, maka penggunaan tiang miring dapat dijadikan
pertimbangan.
Secara umum tiang yang menerima beban lateral dapat di bagi dalam dua
bagian besar, yaitu tiang pendek dan tiang panjang (elastic pile). Dalam analisis
gaya lateral juga terdapat model ikatan tiang dengan pelat penutup tiang pile cap.
Model ikatan tersebut sangat mempengaruhi perilaku tiang dalam mendukung
beban lateral. Model dari ikatan tiang terdiri dari 2 tipe, yaitu tiang ujung jepit
(fixed-end pile) dan tiang ujung bebas (free-end pile). Jika kepala tiang dapat
berinteraksi dan berotasi akibat beban geser dan/atau momen, tiang tersebut
dikatakan berkepala bebas (free head). Jika kepala tiang hanya bertranslasi maka
disebut dengan kepala jepit (fixed head).
Menurut McNulty (1956), tiang yang disebut berkepala jepit (fixed head)
adalah tiang yang yang ujung atasnya terjepit dalam pile cap paling sedikit
sedalam 60 cm, sedangkan tiang berkepala bebas (free head) adalah tiang yang
tidak terjepit ke dalam pile cap atau terjepit ke dalam pile cap kurang dari 60 cm.
Perkiraan nilai kapasitas dukung lateral pondasi tiang, dapat dihitung dari
data fisik pondasi dan parameter tanah, dengan menerapkan prinsip-prinsip
Universitas Sumatera Utara
27
mekanika. Dalam penelitian ini metode yang digunakan untuk menentukan
tahanan lateral pada pondasi tiang adalah metode Broms.
1. Menghitung Tahanan Beban Lateral Ultimit
Langkah awal yang perlu dilakukan untuk menentukan kapasitas lateral
tiang adalah menentukan apakah tiang tersebut berperilaku sebagai tiang panjang
atau tiang pendek. Hal tersebut dilakukan dengan menentukan faktor kekakuan
tiang R dan T. Faktor kekakuan tersebut dipengaruhi oleh kekauan tiang EI dan
kompresibilitas tanah yang dinyatakan dalam modulus tanah (K) yang tidak
konstan untuk sembarang tanah tetapi bergantung pada lebar dan kedalaman tanah
yang dibebani.
Dari nilai-nilai faktor kekakuan R dan T yang telah dihitung, Tomlinson
(1977) mengusulkan kriteria tiang kaku (tiang pendek) dan tiang elastis (tiang
panjang) yang dikaitkan dengan panjang tiang yang tertanam dalam tanah (L).
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.8 Batasan ini terutama digunakan untuk
menghitung defleksi tiang akibat gaya horizontal.
Tabel 2.8 Kriteria Tiang Kaku dan Tiang Tidak Kaku
Tipe Tiang Modulus tanah (K) bertambah
dengan kedalaman
Modulus tanah (K)
konstan
Kaku L ≤ 2T L ≤ 2R
Tidak Kaku L ≥ 4T L ≥ 3,5R
Sumber: Tomlinson, 1977
Untuk tanah berupa lempung kaku terkonsolidasi berlebihan (stiff over
consolidated clay), modulus tanah umumnya dianggap konstan di seluruh
kedalamannya. Faktor kekakuan R dinyatakan dengan persamaan :
√
(2.12)
Dimana :
K = khd = k1/1,5 = Modulus tanah
ki = Modulus reaksi subgrade dari Terzaghi (1995) (Tabel 2.9)
E = Modulus elastis tiang = 4700 √ (𝑘𝑔/ 𝑚2 (2.13)
Universitas Sumatera Utara
28
I = Momen inersia tiang =
(2.14)
D = Diameter tiang (cm)
Tabel 2.9 Hubungan Modulus Subgrade (k1) dengan Kuat Geser
Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebih
(Overconsolidated)
Konsistensi Kaku Sangat Kaku Keras
Kohesi Undrained Cu
kN/m2
100-200 200-400 ˃400
kg/cm2 1-2 2-4 ˃4
k1
MN/m3 18-36 36-72 ˃72
kg/cm3 1,8-3,6 3,6-7,2 ˃7,2
k1 direkomendasikan
MN/m3 27 54 ˃108
kg/cm3 2,7 5,4 ˃10,8
Sumber: Terzaghi, 1995
Untuk tanah lempung terkonsolidasi normal (normally consolidated) dan
tanah granular, modulus tanah dapat dianggap bertambah secara linier dengan
kedalamannya (semakin ke bawah semakin besar). Faktor kekakuan untuk
modulus tanah yang tidak konstan (T) dinyatakan oleh persamaan :
√
(2.15)
Dengan modulus tanah:
K = nh. z (2.16)
Kh = nh z/d (2.17)
Dimana:
K = Modulus tanah
E = Modulus elastis tiang
I = Momen inersia tiang
ℎ = Koefisien variasi modulus tanah (Tabel 2.10 dan 2.11)
D = Diameter tiang
Universitas Sumatera Utara
29
Tabel 2.10 Nilai-nilai nh untuk Tanah Granuler (c = 0)
Kerapatan Relatif (Dr) Tidak Padat Sedang Padat
Interval nilai A 100-300 300-1000 1000-2000
Nilai A dipakai 200 600 1500
nh, pasir kering atau lembab
(Terzaghi) (kN/m3)
2425
7275
19400
nh, pasir terendam air (kN/m3)
Terzaghi
Reese, dkk.
1386
5300
4850
16300
11779
34000
Sumber: Hardiyatmo, 2002
Tabel 2.11 Nilai-nilai nh untuk Tanah Kohesif
Tanah nh (kN/m3) Referensi
Lempung terkonsolidasi
normal lunak
166 – 3518 Reese dan Matlock (1956)
277 – 554 Davisson - Prakash (1963)
Lempung terkonsolidasi
normal organik
111 – 277 Peck dan Davidsson (1962)
111 – 831 Davidsson (1970)
Gambut
55 Davidsson (1970)
27,7 – 111 Wilson dan Hilts (1967)
Loses 8033 – 11080 Bowles (1968)
Sumber: Hardiyatmo, 2002
2. Kapasitas Ultimit Tiang Pancang dengan Metode Broms
Metode perhitungan Broms menggunakan diagram tekanan tanah yang
disederhanakan dengan menganggap bahwa sepanjang kedalaman tiang reaksi
atau tahanan tanah mencapai nilai ultimit. Berikut ini adalah beberapa keuntungan
menggunakan metode Broms:
a. Dapat digunakan pada tiang panjang maupun tiang pendek.
b. Dapat digunakan pada kondisi kepala tiang terjepit maupun bebas.
Selain itu, ada pula beberapa kekurangan dalam penggunaan metode Broms,
diantaranya yaitu:
Universitas Sumatera Utara
30
a. Hanya berlaku untuk lapisan tanah yang homogen, yaitu tanah kohesif saja
atau tanah non-kohesif saja.
b. Tidak dapat digunakan pada tanah berlapis.
Broms (1964) mengemukakan beberapa anggapan dalam metode ini
bahwa tanah adalah salah satu dari non-kohesif saja (c = 0) atau kohesif saja (f =
0), oleh sebab itu, tiang pada setiap tipe tanah dianalisis secara terpisah. Broms
juga menyatakan bahwa tiang pendek kaku (short rigid pile) dan tiang panjang
lentur (long flexible pile) dianggap terpisah. Jika L/T ≤ 2 atau L/R ≤ 2 maka tiang
dianggap tiang pendek kaku dan jika L/T ≥ 4 atau L/R ≥ 3,5 maka tiang dianggap
tiang panjang lentur.
a. Tiang dalam tanah kohesif
Broms (1964) mengusulkan cara pendekatan sederhana untuk
mengestimasi distribusi tekanan tanah yang menahan tiang dalam lempung. Yaitu,
tegangan tanah yang terjadi di permukaan tanah sampai kedalaman 1,5 kali
diameter (1,5D) dianggap sama dengan nol dan untuk kedalaman yang lebih besar
dari 1,5D tegangan tanah konstan sebesar 9cu . Hal ini dianggap sebagai efek
penyusutan tanah.
1) Tiang ujung bebas
Beban lateral yang bekerja pada tiang pendek dan tiang panjang akan
menghasilkan pergerakan yang berbeda dari segi defleksi dan mekanisme
keruntuhan tiang. Bentuk keruntuhan dan distribusi reaksi tanah ultimit serta
momen pada tiang ujung bebas untuk tiang pendek (kaku), ditunjukkan pada
Gambar 2.8 (a) Pada tiang pendek, tahanan tiang terhadap gaya lateral akan
ditentukan oleh tahanan tanah disekitar tiang. Sedangkan bentuk keruntuhan dan
distribusi reaksi tanah ultimit serta momen pada tiang ujung bebas untuk tiang
panjang (elastis), ditunjukkan pada Gambar 2.8 (b) Pada tiang panjang, tahanan
tiang terhadap gaya lateral akan ditentukan oleh momen maksimum yang dapat
ditahan tiangnya sendiri (My).
Universitas Sumatera Utara
31
(a) (b)
Gambar 2.8 Mekanisme Keruntuhan Pondasi (a) Tiang Pendek dan (b)
Tiang Panjang pada Tiang Ujung Bebas Dalam Tanah Kohesif
(Sumber:Broms, 1964)
Pada Gambar 2.8 , f mendefinisikan letak momen maksimum, sehingga
dapat diperoleh :
f =
(2.18)
Dengan mengambil momen terhadap titik dimana momen pada tiang
maksimum, diperoleh :
Mmaks = (
)
= (
)
= (
)
Mmaks = (2.19)
Momen maksimum dapat pula dinyatakan oleh persamaan :
Mmaks = (
) 𝑔 (2.20)
L =
𝑔. (2.21)
Dimana :
L = Panjang tiang (m)
D = Diameter tiang (iangm)
Hu = 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)
e = Jarak beban lateral dari permukaan tanah (m)
Universitas Sumatera Utara
32
Karena L =
𝑔, maka Hu dapat dihitung dari persamaan di atas,
diperoleh :
𝑔 (2.22)
Nilai beban lateral Hu dapat ditentukan secara langsung melalui grafik
pada Gambar 2.9 dimana nilai-nilai Hu yang diplot dalam grafik hubungan L/D
dan Hu/cud2 ditunjukkan pada Gambar 2.9 (a) yang berlaku untuk tiang pendek.
Hitungan Broms untuk tiang pendek di atas didasarkan pada penyelesaian statika,
yaitu dengan menganggap bahwa panjang tiang ekivalen dengan (L-3d/2), dengan
eksentrisitas beban ekivalen (e + 3d/2).
Sedangkan untuk tiang panjang Gambar 2.9 (b) tahanan terhadap gaya
lateral akan ditentukan oleh momen maksimum yang dapat ditahan tiangnya
sendiri (My) dengan menganggap Mmaks = My (Momen leleh), penyelesaian
persamaan diplot ke dalam grafik hubungan antara My/cud3 dan Hu/cud
2.
(a) (b)
Gambar 2.9 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Kohesif; (a) untuk Pondasi
Tiang Pendek, (b) untuk Pondasi Tiang Panjang
(Sumber:Broms, 1964)
2) Tiang ujung jepit
Pada tiang ujung jepit, Broms menganggap bahwa momen yang terjadi
pada tubuh tiang yang tertanam di dalam tanah sama dengan momen yang terjadi
di ujung atas tiang yang terjepit oleh pile cap.
Mekanisme keruntuhan akibat beban lateral yang terjadi pada pondasi
tiang dengan kondisi kepala tiang terjepit bisa dilihat pada Gambar 2.10
Universitas Sumatera Utara
33
(a) (b)
Gambar 2.10 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan Kondisi
Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada Tanah Kohesif; (a) Pondasi
Tiang Pendek, (b) Pondasi Tiang Panjang
(Sumber:Broms, 1964)
Untuk tiang pendek, dapat dihitung tahanan ultimit tiang terhadap beban
lateral dengan persamaan :
𝑔 (2.23)
(2.24)
Dimana:
Hu = Beban lateral (kN)
D = Diameter tiang (m)
cu = Kohesi tanah (kN/m2)
L = Panjang tiang (m)
g = jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang (m)
Nilai-nilai Hu dapat diplot dalam grafik hubungan L/D dan Hu/cud2
ditunjukkan pada Gambar 2.9
Sedangkan untuk tiang panjang, Hu dapat dicari dengan persamaan :
(2.25)
Dimana :
My = Momen leleh (kN-m)
f = Jarak momen maksimum dari permukaan tanah (m)
Nilai-nilai Hu yang diplot dalam grafik hubungan My/cud3 dan Hu/cud
2
ditunjukkan pada Gambar 2.9
Universitas Sumatera Utara
34
b. Tiang dalam tanah granular (non-kohesif)
Untuk tiang dalam tanah granuler (c = 0), seperti pasir, kerikil, batuan,
Broms menganggap sebagai berikut :
1. Tekanan tanah aktif yang bekerja di belakang tiang, diabaikan.
2. Bentuk penampang tiang tidak berpengaruh terhadap tekanan tanah ultimit
atau tahanan lateral ultimit.
3. Tahanan tanah lateral sepenuhnya termobilisasi pada gerakan tiang yang
diperhitungkan.
4. Distribusi tekanan tanah pasif disepanjang tiang bagian depan sama
dengan tiga kali tekanan tanah pasif Rankine.
Distribusi tekanan tanah dinyatakan oleh persamaan :
pu = 3 po Kp (2.26)
Dimana:
pu = Tahanan tanah ultimit
po = Tekanan overburden efektif
Kp = Tan2(45˚+ Ø/2) (2.27)
ø = Sudut geser dalam efektif
1) Tiang ujung bebas
Untuk tiang pendek, tiang dianggap berotasi di dekat ujung bawah tiang.
Tekanan yang terjadi di tempat ini dianggap dapat digantikan oleh gaya terpusat
yang bekerja pada ujung bawah tiang. Dengan mengambil momen terhadap ujung
bawah, maka :
(2.28)
Momen maksimum terjadi pada jarak f di bawah permukaan tanah, maka :
𝛾 (2.29)
Lokasi momen maksimum:
√
(2.30)
Universitas Sumatera Utara
35
Sehingga momen maksimum dapat dinyatakan oleh persamaan :
Mmaks = Hu (e + 1,5f) (2.31)
Gambar 2.11 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan Kondisi
Kepala Tiang Bebas Akibat Beban Lateral pada Tanah Granular; (a) Pondasi
Tiang Pendek, (b) Pondasi Tiang Panjang
(Sumber: Broms, 1964)
2) Tiang ujung jepit
Untuk tiang ujung jepit yang kaku (tiang pendek), maka keruntuhan tiang
akan berupa translasi, beban lateral ultimit dinyatakan oleh :
𝛾 (2.32)
Lokasi momen maksimum:
√
(2.33)
Momen maksimum:
(2.34)
Momen leleh :
( 𝛾 ) (2.35)
Dimana:
Hu = Beban lateral (kN)
Kp = Koefisien tekanan tanah pasif
Universitas Sumatera Utara
36
Mmaks = 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)
𝛾 = Berat isi tanah (kN/m3)
e = Jarak beban lateral dari permukaan tanah (m)
(a) (b)
Gambar 2.12 Defleksi dan Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang dengan
Kondisi Kepala Tiang Terjepit Akibat Beban Lateral pada Tanah Granular; (a)
Pondasi Tiang Pendek, (b) Pondasi Tiang Panjang
(Sumber:Broms, 1964)
Sedangkan untuk tiang ujung jepit yang tidak kaku (tiang panjang),
dimana momen maksimum mencapai My di dua lokasi (Mu+ = Mu-) maka Hu
dapat diperoleh dari persamaan:
(2.36)
√
(2.37)
Persamaan (2.37) disubstitusi ke Persamaan (2.36), sehingga nilai Hu
menjadi :
√
(2.38)
Universitas Sumatera Utara
37
Nilai beban lateral (Hu) untuk pondasi tiang pendek dan tiang panjang
dapat diperoleh berdasarkan grafik gambar berikut :
(a) (b)
Gambar 2.13 Kapasitas Beban Lateral pada Tanah Granuler; (a) Tiang Pendek,
(b) Tiang Panjang
(Sumber:Broms, 1964)
Universitas Sumatera Utara
38
Tabel 2.12 Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga
Outside
Diameter
(mm)
Unit
weight
(Kg/m)
Class Panjang
Tiang
(m) dan
Diesel
Hammer
Concrete
Cross
Section
(cm2)
Section
Modulus
(m3)
Momen Lentur
(ton m)
Allowable
Axial
Load
(ton) Retak Batas
300
115
A2
6-15
K-13
452
2368,70 2,50 3,75 72,60
A3 2389,60 3,00 4,50 70,75
B 2431,40 3,50 6,30 67,50
C 2478,70 4,00 8,00 65,40
350
145
A1
6-15
K-13/
K-25
582
3646,00 3,50 5,25 93,10
A3 3693,90 4,20 6,30 89,50
B 3741,70 5,00 9,00 86,40
C 3787,60 6,00 12,00 85,00
400
195
A2
6-16
K-13/
K-35
765
5481,60 5,50 8,25 121,10
A3 5537,40 6,50 9,75 117,60
B 5591,30 7,50 13,50 114,40
C 5678,20 9,00 18,00 111,50
450
235
A1
6-16
K-35
929
7591,60 7,50 11,25 149,50
A2 7655,60 8,50 12,75 145,80
A3 7717,10 10,00 15,00 143,90
B 7783,80 11,00 19,80 139,10
C 7929,00 12,50 25,00 134,90
500
290
A1
6-16
K-35/
K-45
1159
10506,00 10,50 15,75 185,30
A2 10579,30 12,50 18,75 181,70
A3 10653,50 14,00 21,00 178,20
B 10727,80 15,00 27,00 174,90
C 10944,60 17,00 34,00 169,00
600
395
A1
6-16
K-45
1570
17482,80 17,00 25,50 252,70
A2 17577,70 19,00 28,50 249,00
A3 17792,70 22,00 33,00 243,20
B 17949,60 25,00 45,00 238,30
C 18263,40 29,00 58,00 229,50
Sumber: PT. WIKA Beton, 2015
Universitas Sumatera Utara
39
2.5. Efisiensi dan Kapasitas Kelompok Tiang
Kelompok tiang merupakan sekumpulan tiang yang dipasang secara relatif
berdekatan dan biasanya diikat menjadi satu di bagian atasnya dengan
menggunakan pile cap. Pada keadaan sebenarnya jarang sekali didapatkan
pondasi tiang yang berdiri sendiri (single pile), akan tetapi pondasi tiang sering
didapatkan dalam bentuk kelompok tiang (group pile).
Gambar 2.14 Pola susunan tiang pancang kelompok
(Sumber : Bowles, 1991)
Ada beberapa hal yang harus diperhatikan terlebih dahulu sebelum
menghitung nilai kapasitas dukung kelompok tiang, yaitu jumlah tiang dalam satu
kelompok, jarak tiang, dan susunan tiang.
Dalam perhitungan, poer dianggap/dibuat kaku sempurna sehingga :
Bila beban-beban yang bekerja pada kelompok tiang tersebut
menimbulkan penurunan maka setelah penurunan bidang poer tetap akan
merupakan bidang datar.
Gaya-gaya yang bekerja pada tiang berbanding lurus dengan penurunan
tiang-tiang tersebut.
Gambar 2.15 Tiang Pancang Kelompok
(Sumber : Tomlinson, 1977)
Universitas Sumatera Utara
40
Menurut Coduto (1983), efisiensi tiang bergantung pada beberapa faktor yaitu :
1. Jumlah, panjang, diameter, susunan dan jarak tiang.
2. Model transfer beban (tahanan gesek terhadap tahanan dukung ujung).
3. Prosedur pelaksanaan pemasangan tiang.
4. Urutan pemasangan tiang.
5. Jenis tanah.
6. Waktu setelah pemasangan.
7. Interaksi antara pelat penutup pile cap dengan tanah.
a. Jarak Tiang (s)
Pada prinsipnya jika jarak tiang (s) makin rapat, maka ukuran pile cap
makin kecil dan secara tidak langsung membuat biaya menjadi lebih murah.
Tetapi bila memikul beban momen maka jarak tiang perlu diperbesar yang berarti
menambah atau memperbesar tahanan momen. Umumnya, jarak antara 2 (dua)
tiang dalam kelompok diisyaratkan minimum 0,60 m dan maksimum 2,00 m.
Ketentuan ini berdasarkan pada pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
Bila jarak antar tiang s < 2,5d kemungkinan tanah di sekitar kelompok
tiang akan naik terlalu berlebihan karena terdesak oleh tiang-tiang yang
dipancang terlalu berdekatan. Selain itu dapat menyebabkan terangkatnya
tiang-tiang di sekitarnya yang telah dipancang lebih dahulu.
Bila jarak antar tiang s > 3d akan menyebabkan perencanaan menjadi tidak
ekonomis sebab akan memperbesar ukuran/dimensi dari poer, jadi
memperbesar biaya.
b. Jumlah Tiang (n)
Untuk menentukan jumlah tiang yang akan dipasang didasarkan beban
yang bekerja pada pondasi dan kapasitas dukung ijin tiang, maka rumus yang
dipakai ditunjukkan pada Persamaan berikut :
(2.39)
Dimana :
P = Beban yang berkerja (ton)
Qa = Kapasitas dukung ijin tiang tunggal (ton)
Universitas Sumatera Utara
41
c. Susunan Tiang
Susunan tiang sangat berpengaruh terhadap luas denah pile cap, yang
secara tidak langsung tergantung dari jarak tiang. Bila jarak tiang kurang teratur
atau terlalu lebar, maka luas denah pile cap akan bertambah besar dan berakibat
volume beton menjadi bertambah besar sehingga biaya konstruksi membengkak.
Metode perhitungan didasarkan pada susunan tiang, dengan mengabaikan
panjang tiang, variasi bentuk tiang yang meruncing, variasi sifat tanah dengan
kedalaman dan pengaruh muka air tanah.
Metode-metode yang dapat digunakan dalam menghitung efisiensi tiang
antara lain :
1. Metode Converse-Labarre
Efisiensi kelompok tiang (η) diperoleh dari Persamaan :
(2.40)
Dimana :
θ = Arc tan d/s dalam derajat
n = Jumlah tiang dalam satu baris
m = Jumlah baris tiang
2. Metode Los Angeles
Efisiensi kelompok tiang (µ) diperoleh dari Persamaan berikut :
𝑚 𝑚 √ 𝑚 (2.41)
Dimana :
η = Efisiensi grup tiang
n = Jumlah tiang dalam satu baris
m = Jumlah baris tiang
d = Diameter tiang (m)
s = Jarak antar tiang (m) (as ke as)
= Phi lingkaran =
Universitas Sumatera Utara
42
3. Metode Seiler – Keeney
, *
+ *
+-
(2.42)
Dimana :
η = Efisiensi grup tiang
n = Jumlah tiang dalam satu baris
m = Jumlah baris tiang
s = Jarak antar tiang (m) (as ke as)
Kapasitas ultimit kelompok tiang dengan memperlihatkan faktor efisiensi
tiang dinyatakan dengan Persamaan berikut :
Qg = η. n . Qa (2.43)
Dimana :
Qg = Beban maksimum kelompok tiang yang mengakibatkan
keruntuhan (ton)
n = Jumlah tiang dalam kelompok
Qa = Beban maksimum tiang tunggal (ton)
2.6. Penurunan Tiang Pancang
Besarnya penurunan dan kecepatan penurunan yang terjadi adalah dua hal
yang perlu diketahui dalam penurunan. Penurunan digunakan untuk menunjukkan
gerakan titik tertentu pada bangunan terhadap titik referensi yang tetap.
Istilah penurunan (settlement) digunakan untuk menunjukkan gerakan titik
tertentu pada bangunan terhadap titik referensi yang tetap. Umumnya, penurunan
yang tidak seragam lebih membahayakan bangunan dari pada penurunan totalnya.
Selain dari kegagalan daya dukung (bearing capacity failure) tanah, setiap
proses penggalian selalu dihubungkan dengan perubahan keadaan tegangan di
dalam tanah. Perubahan tegangan pasti akan disertai dengan perubahan bentuk,
umumnya ini yang menyebabkan penurunan pada pondasi.
Universitas Sumatera Utara
43
2.6.1. Penurunan Tiang Pancang Tunggal
1. Penurunan Tiang Pancang Tunggal Menurut Poulos dan Davis
Penurunan yang dihasilkan oleh distorsi massa tanah yang tertekan dan
terjadi pada volume konstan. Termasuk penurunan pada tanah-tanah berbutir
kasar dan tanah-tanah berbutir halus yang tidak jenuh, karena penurunan terjadi
setelah terjadi penerapan beban.
Menurut Poulos dan Davis (1980), penurunan jangka panjang untuk
pondasi tiang tunggal tidak perlu ditinjau karena penurunan tiang akibat
konsolidasi dari tanah relatif kecil. Ini disebabkan karena pondasi tiang
direncanakan terhadap kuat dukung ujung dan kuat dukung friksinya atau
penjumlahan dari keduanya.
Perkiraan penurunan tiang tunggal dapat dihitung berdasarkan :
a. Untuk tiang apung atau tiang friksi
(2.44)
I = IoRkRhRμ (2.45)
b. ujung tiang dukung ujung (End Bearing)
(2.46)
I = IoRkRbRμ (2.47)
Dimana :
S = Penurunan untuk tiang tunggal (mm)
Q = Beban yang bekerja (kg)
Io = Faktor pengaruh penurunan tiang yang tidak mudah mampat
Rk = Faktor koreksi kemudah mampatan tiang
Rh = Faktor koreksi untuk ketebalan lapisan yang terletak pada tanah
Rb = Faktor koreksi untuk kekakuan lapisan pendukung
Rμ = Faktor koreksi angka poison µ = 0.3
H = Kedalaman total lapisan tanah
Pada Gambar (2.16), (2.17), (2.18), (2.19), dan (2.20) menunjukkan grafik
faktor koreksi. K adalah suatu ukuran kompressibilitas relatif dari tiang dan tanah
yang dinyatakan oleh persamaan berikut :
(2.48)
Universitas Sumatera Utara
44
(2.49)
Dengan:
K = Faktor kekakuan tiang
Ep = Modulus elastisitas dari bahan tiang
Es = Modulus elastisitas tanah di sekitar tiang
Eb = Modulus elastisitas tanah di dasar tiang
Gambar 2.16 Faktor Koreksi Penurunan Io
(Sumber : Poulos dan Davis, 1980)
Gambar 2.17 Faktor Koreksi Penurunan Rk
(Sumber : Poulos dan Davis, 1980)
Universitas Sumatera Utara
45
Gambar 2.18 Faktor Koreksi Penurunan Rh
(Sumber : Poulos dan Davis, 1980)
Gambar 2.19 Faktor Koreksi Penurunan Rµ
(Sumber : Poulos dan Davis, 1980)
Universitas Sumatera Utara
46
Gambar 2.20 Faktor Koreksi Penurunan Rb
(Sumber : Poulos dan Davis, 1980)
Universitas Sumatera Utara
47
2. Penurunan Tiang Elastis
Penurunan segera atau penurunan elastis ialah penurunan pondasi yang
terletak pada tanah berbutir halus yang jenuh dan dapat dibagi menjadi tiga
komponen. Penurunan total adalah jumlah dari ketiga komponen tersebut, yang
ditunjukkan pada Persamaan di bawah ini :
S = Se(1) + Se(2) + Se(3) (2.50)
Dengan :
S = Penurunan total
Se(1) = Penurunan elastis dari tiang
Se(2) = Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di ujung tiang
Se(3) = Penurunan tiang yang disebabkan oleh beban di sepanjang
batang tiang
( )
(2.51)
(2.52)
(2.53)
Dimana :
Se = Penurunan elastis dari tiang (mm)
Qwp = Daya dukung ujung (kN)
Qws = Daya dukung friction (kN)
Ap = Luas penampang tiang pancang (m2)
L = Panjang tiang pancang (m)
Ep = Modulus elastisitas dari bahan tiang (kN/ m2)
ξ = Koefisien dari skin friction, ambil 0,67
D = Diameter tiang (m)
qp = Daya dukung ultimit (kN)
Cp = Koefisien empiris
Cs = Konstanta empiris
Cs = (0,93 + 0,16 √ ) . Cp (2.54)
Universitas Sumatera Utara
48
Nilai ξ tergantung dari unit tahanan friksi alami (the nature of unit friction
resistance) di sepanjang tiang terpancang di dalam tanah. Nilai ξ= 0,5 untuk
bentuk unit tahanan friksi alaminya berbentuk seragam atau simetris, seperti
persegi panjang atau parabolik seragam, umumnya pada tanah lempung atau
lanau. Sedangkan untuk tanah pasir nilai ξ= 0,67 untuk bentuk unit tahanan friksi
alaminya berbentuk segitiga.
Pada Gambar 2.21 akan ditunjukkan bentuk unit tahanan friksi.
Gambar 2.21 Variasi Jenis Bentuk Unit Tahanan Friksi (Kulit) Alami
Terdistribusi Sepanjang Tiang Tertanam ke Dalam Tanah
(Sumber : Bowles, 1991)
Tabel 2.13 Nilai Koefisien Empiris (Cp)
Tipe Tanah Tiang Pancang Tiang Bor
Sand (dense to loose) 0,02-0,04 0,09-0,18
Clay (stiff to soft) 0,02-0,03 0,03-0,06
Silt (dense to loose) 0,03-0,05 0,09-0,12
(Sumber: Das, 1985)
2.6.2. Penurunan Tiang Pancang Kelompok
Penurunan tiang pancang kelompok didefinisikan sebagai perpindahan
titik tiang pancang yang diakibatkan oleh peningkatan tegangan pada lapisan
dasar sedalam pemancangan tiang pancang dengan sifat elastisitas tanah ditambah
pemendekan elastis tiang akibat pembebanan. Penurunan tiang pancang kelompok
merupakan jumlah dari penurunan elastis dan penurunan konsolidasi. Penurunan
elastis tiang ialah penurunan yang terjadi dalam waktu dekat atau dengan segera
setelah penerapan beban (elastic settlement atau immediate settlement).
Universitas Sumatera Utara
49
Menurut Vesic (1969), penurunan tiang kelompok dapat dihitung dengan
persamaan berikut :
√
(2.55)
Dengan :
Sg = Penurunan Kelompok tiang (mm)
Bg = Lebar kelompok tiang (mm)
D = Diameter pondasi tiang (mm)
Se = Penurunan elastis dari tiang (mm)
Penurunan yang diizinkan dari suatu bangunan tergantung pada beberapa
faktor seperti jenis, tinggi, kekakuan, dan fungsi bangunan, besar dan kecepatan
penurunan serta distribusinya.
2.7. Faktor Keamanan
Untuk memperoleh kapasitas ijin tiang, maka kapasitas ultimit tiang dibagi
dengan faktor aman tertentu. Tabel 2.14 menunjukkan faktor keamanan yang
disarankan oleh Reese dan O’Neill.
Tabel 2.14 Faktor Keamanan yang Disarankan oleh Reese dan O’Neill
Klasifikasi
Struktur
Faktor Aman
Kontrol
Baik
Kontrol
Normal
Kontrol
Jelek
Kontrol
Sangat Jelek
Monumental 2 3 3,5 4
Permanen 3 2,5 2,8 3,4
Sementara 1,4 2,0 2,3 2,8
(Sumber: Reese dan O’Neill, 1989)
Universitas Sumatera Utara
50
2.8. Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga dalam rekayasa geoteknik adalah metode yang
membagi-bagi daerah yang akan dianalisis kedalam bagian-bagian kecil. Bagian-
bagian kecil inilah yang disebut dengan elemen. Semakin banyak pembagian
elemen maka hasil perhitungan numeriknya akan semakin mendekati kondisi asli.
Metode elemen hingga pada rekayasa geoteknik memiliki sedikit
perbedaan dengan metode elemen hingga pada rekayasa struktur, karena pada
rekayasa geoteknik terjadi interaksi elemen yang memiliki kekakuan yang
berbeda-beda antara dua elemen, yaitu elemen tanah dan elemen struktur atau
pondasi itu sendiri.
Secara garis besar, terdapat tiga pembagian elemen dalam metode elemen
hingga, yaitu :
1. 1D (line elements) ; sering dipakai dalam pemodelan beam element. Beam
element menerima momen tahanan (bending moment), tegangan normal
dan juga tegangan geser.
2. 2D (plane elements) : bentuk elemen 2D yang umum dipakai adalah
triangular element (segitiga) dan quadrilateral element (segiempat).
3. 3D : secara umum elemen – elemen 3D bisa dibedakan menjadi solid
elements, shell elements, dan solid – shell elements. Bentuk elemen 3D
yang umum dipakai adalah tetrahedral element (limas segitiga) dan
hexahedral element (balok).
Gambar 2.22 Jenis – jenis elemen
(Sumber: Plaxis 2D Reference Manual, 2019)
Universitas Sumatera Utara
51
Analisis menggunakan metode elemen hingga pada sebuah program
memerlukan adanya pemodelan terlebih dahulu. Secara umum pemodelan
geometri pada metode elemen hingga dibagi menjadi 3 yaitu :
1. Axysimteris
Digunakan untuk konstruksi yang simetris terhadap sumbu vertikal
seperti tiang pancang berbentuk bulat, pondasi telapak yang berbentuk lingkaran,
loading test, vertikal drain dsb.
2. Plane strain
Digunakan di geoteknik untuk memodelkan pekerjan penimbunan,
stabilitas lereng, saluran, tembok penahan tanah dsb.
3. Plane stress
Plane stress umumnya digunakan untuk memodelkan struktur seperti
tembok penahan tanah yang setempat, timbunan tanggul yang setempat, tiang
pancang yang single dan group.
Metode elemen hingga dalam geoteknik dapat dilakukan dengan
menggunakan program. Salah satu program metode elemen hingga yang dipakai
dalam penelitian ini adalah program Plaxis V.8.6.
2.8.1. Plaxis V.8.6 Bidang Geoteknik
Plaxis adalah sebuah paket program yang disusun berdasarkan metode
elemen hingga yang telah dikembangkan secara khusus untuk melakukan analisis
deformasi dan stabilitas dalam bidang rekayasa geoteknik (Plaxis, 2019). Kondisi
sesungguhnya dapat dimodelkan dalam regangan bidang maupun secara
axisymetris.
Program ini menerapkan metode antarmuka grafis yang mudah digunakan
sehingga memungkinkan pengguna dapat dengan cepat membuat model geometri
dan jaring elemen berdasarkan penampang melintang dari kondisi yang ingin
dianalisis. Program ini terdiri dari empat buah sub-program yaitu masukan,
perhitungan, keluaran, dan kurva.
Universitas Sumatera Utara
52
Pada program Plaxis V.8.6, pemodelan geometri menggunakan tiga buah
komponen utama yaitu titik, garis dan klaster. Jika model geometri telah
terbentuk, maka suatu model elemen hingga dapat secara otomatis dibentuk
dengan komposisi dari klaster-klaster dan garis-garis yang membentuk model
geometri tersebut. Komponen penyusun sebuah jaring elemen hingga dapat
dibedakan menjadi 3 (tiga), yaitu :
1. Elemen
Sebuah pilihan dapat diambil antara elemen dengan 15 buah titik nodal
dan elemen dengan 6 buah titik nodal. Elemen 15 titik nodal sangat berguna untuk
menghasilkan perhitungan tegangan dan beban runtuh yang akurat. Sedangkan
elemen dengan 6 titik nodal dapat dipilih untuk melakukan proses perhitungan
yang singkat.
2. Titik Nodal
Titik nodal adalah titik yang menghubungkan elemen satu dengan elemen
lainnya. Pada titik nodal terjadi perpindahan. Sebuah elemen dengan 15 titik nodal
akan terdiri dari 15 titik nodal dan sebuah elemen segitiga dengan 6 titik nodal di
definisikan dengan 6 titik nodal. Penyebaran titik-titik nodal dalam suatu elemen
baik pada elemen 15 titik nodal maupun pada elemen 6 titik nodal ditunjukkan
pada Gambar 2.23
3. Titik Tegangan
Titik integrasi adalah adalah titik yang berada di dalam elemen. Dari titik
integrasi dapat diperoleh tegangan dan juga regangan di elemen. Sebuah elemen
15 titik nodal memiliki 12 buah titik tegangan seperti ditunjukkan pada Gambar
2.23 (a) sedangkan elemen 6 titik nodal memiliki 3 buah titik tegangan seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.23 (b)
Universitas Sumatera Utara
53
Gambar 2.23 Titik nodal dan integrasi
(Sumber: Plaxis 2D Reference Manual, 2019)
Di dalam program Plaxis terdapat beberapa jenis pemodelan tanah
beberapa diantaranya adalah model Mohr-Coulomb dan Soft Soil.
1. Model Tanah Mohr-Coulomb
Model Mohr – Coulomb ini merupakan urutan pertama dalam pendekatan
perilaku tanah dan disarankan untuk menggunakan model ini dalam analisis
pertama dari masalah yang dipertimbangkan. Pemodelan Mohr-Coulomb
mengasumsikan bahwa perilaku tanah bersifat plastis sempurna (Linear Elastic
Perfect Plastic Model), dengan menetapkan suatu nilai tegangan batas dimana
pada titik tersebut tegangan tidak lagi dipengaruhi oleh regangan. Input parameter
meliputi 5 (lima) buah parameter yaitu :
a. Modulus young (E), rasio poisson (υ) yang memodelkan keelastisitasan
tanah
b. Kohesi (c), sudut geser (ø) memodelkan perilaku plastis dari tanah
c. Sudut dilantasi (ψ) memodelkan perilaku dilantansi tanah.
Pada pemodelan Mohr-Coulumb umumnya dianggap bahwa nilai E
konstan untuk suatu kedalaman pada suatu jenis tanah, namun jika diinginkan
adanya peningkatan nilai E perkedalaman tertentu disediakan input tambahan
dalam program Plaxis. Untuk setiap lapisan yang memperkirakan rata-rata
kekakuan yang konstan sehingga perhitungan relatif lebih cepat dan dapat
diperoleh deformasinya.
(a)
(b)
Universitas Sumatera Utara
54
Kelebihan dari model Mohr – Coulomb adalah pada kondisi tanah Drained
perilaku keruntuhan tanah dapat didekati dengan cukup baik, serta efek dari
dilatansi dapat disertakan dalam model ini. Model Mohr – Coulomb juga memiliki
beberapa kelemahan diantaranya adalah melinearkan kekakuan tanah (tidak
memperhitungkan perubahan nilai E terhadap perubahan tegangan). Akibat dari
asumsi nilai E yang konstan maka prediksi deformasi dalam Mohr – Coulomb
tidak akan tepat. Selain itu pada model Mohr – Coulomb perilaku tanah
diasumsikan isotropik homogen, sampai keruntuhan terjadi tanah masih
diasumikan linear elastik, kekakuan tanah dianggap konstan dan tidak tergantung
pada tegangan yang bekerja, dan tidak ada perilaku yang bergantung kepada
fungsi waktu (no time dependent behaviour). Selain 5 (lima) parameter di atas,
kondisi tanah awal memiliki peran penting dalam masalah deformasi tanah.
Nilai rasio Poisson (υ) dalam pemodelan Mohr-Coulomb didapat dari
hubungannya dengan koefisien tekanan.
(2.56)
Dimana :
(2.57)
Secara umum nilai υ bervariasi dari 0,3 sampai 0,4 namun untuk kasus-
kasus penggalian (unloading) nilai υ yang lebih kecil masih realistis. Nilai kohesi
c dan sudut geser ø diperoleh dari uji geser Triaxial, atau diperoleh dari hubungan
empiris berdasarkan data uji lapangan. Sementara sudut dilantasi (ψ) digunakan
untuk memodelkan regangan volumetrik plastik yang bernilai positif.
Pada tanah lempung (NC), umumnya tidak terjadi dilantasi (ψ = 0),
sementara pada tanah pasir dilantasi tergantung dari kerapatan dan sudut geser (ø)
dimana ψ = ø -30°. Jika ø < 30° maka ψ = 0. Sudut dilantasi (ψ) bernilai negatif
hanya bersifat realistis jika diaplikasikan pada pasir lepas.
2. Model Tanah Lunak (Soft Soil)
Seperti pada pemodelan Mohr-Coulomb, batas kekuatan tanah dimodelkan
dengan parameter kohesi (c), sudut geser dalam tanah (ø), dan sudut dilantasi (ψ).
Sedangkan untuk kekakuan tanah dimodelkan menggunakan parameter λ* dan k*,
yang merupakan parameter kekakuan yang didapatkan dari uji Triaksial maupun
Oedometer.
Universitas Sumatera Utara
55
(2.58)
𝑘
(2.59)
Model Soft Soil ini dapat memodelkan hal-hal sebagai berikut :
a. Kekakuan yang berubah bersama dengan tegangan (stress dependent
stiffness)
b. Membedakan pembebanan primer (primary loading) terhadap unloading-
reloading
c. Mengingat tegangan pra-konsolidasi
Parameter-parameter yang digunakan pada Program Plaxis :
1. Tanah
Model tanah yang dipilih yaitu model Mohr-Coulomb, dimana perilaku tanah
dianggap elastis dengan parameter yang dibutuhkan yaitu :
a. Modulus elastisitas, E (stiffness modulus)
b. Poisson’s ratio (υ) diambil 0,2 – 0,4
c. Sudut geser dalam (ø) didapat dari hasil pengujian laboratorium
d. Kohesi (c) di dapat dari hasil pengujian laboratorium
e. Sudut dilantansi (ψ) diasumsikan sama dengan nol
f. Berat isi tanah γ (kN/m3) didapat dari hasil pengujian laboratorium.
a. Modulus Young (E)
Karena sulitnya pengambilan contoh asli di lapangan untuk tanah granular
maka beberapa pengujian lapangan (in-situ-test) telah dikerjakan untuk
mengestimasi nilai modulus elastisitas tanah. Terdapat beberapa usulan nilai E
yang diberikan oleh peneliti, diantaranya pengujian Sondir yang dilakukan oleh
DeBeer (1965) memberikan korelasi antara tahanan kerucut qc dan E sebagai
berikut :
E = 2 qc (dalam satuan kg/cm) (2.60)
Bowles memberikan persamaan yang dihasilkan dari pengumpulan data
pengumpulan data Sondir, sebagai berikut :
E = 3 qc (untuk pasir) (2.61)
E = 2 sampai dengan 8 qc (untuk lempung) (kg/cm2) (2.62)
Universitas Sumatera Utara
56
Nilai perkiraan modulus elastisitas dapat diperoleh dari pengujian SPT.
Nilai modulus elastis yang dihubungkan dengan nilai SPT, sebagai berikut:
E = 6 ( N + 5 ) k/ft2 (untuk pasir berlempung) (2.63)
E = 10 ( N + 15 ) k/ft2 (untuk pasir) (2.64)
Hasil hubungan yang diperoleh adalah modulus elastisitas undrained (Es)
sedangkan input yang dibutuhkan adalah modulus elastisitas efektif (Es’).
(
) (2.65)
Sedangkan untuk keperluan praktis dapat dipakai Persamaan di bawah ini:
Es’=0,8 Es (2.66)
Menurut Bowles (1991), nilai modulus elastisitas tanah juga dapat
ditentukan berdasarkan jenis tanah perlapisan pada Tabel 2.15
Tabel 2.15 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah
Macam Tanah Es
(Kg/cm2)
LEMPUNG
1. sangat lunak 3,0 – 30
2. lunak 20 – 40
3. sedang 45 – 90
4. berpasir 300 – 425
PASIR
1. berlanau 50 – 200
2. tidak padat 100 – 250
3. padat 500 – 1000
PASIR DAN KERIKIL
1. padat 800 – 2000
2. tidak padat 500 – 1400
LANAU 20 – 200
LOSES 150 – 600
CADAS 1400 – 14000
Sumber: Bowles, 1991
Universitas Sumatera Utara
57
Selain itu modulus elastisitas tanah dapat juga dicari dengan pendekatan
terhadap jenis dan konsistensi tanah dengan N-SPT , seperti pada Tabel 2.16 dan
2.17
Tabel 2.16 Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah
Lempung
Subsurface
condition
Penetration
resistance
range N
(bpf)
Ɛ50
(%)
Poisson’s
Ratio (υ)
Shear
strengh
Su (psf)
Young’s
Modulus
Range Es
(psi)
Shear
Modulus
Range G
(psi)
Very soft 2 0,020 0,5 250 170-340 60-110
Soft 2-4 0,020 0,5 375 260-520 80-170
Medium 4-8 0,020 0,5 750 520-1040 170-340
Stiff 8-15 0,010 0,45 1500 1040-2080 340-690
Very stiff 15-30 0,005 0,40 3000 2080-4160 690-1390
Hard 30 0,004 0,35 4000 2890-5780 960-1930
40 0,004 0,35 5000 3470-6940 1150-2310
60 0,0035 0,30 7000 4860-9720 1620-3420
80 0,0035 0,30 9000 6250-12500 2080-4160
100 0,003 0,25 11000 7640-15270 2540-5090
120 0,003 0,25 13000 9020-18050 3010-6020
Sumber: Randolph, 1978
Tabel 2.17 Korelasi N-SPT dengan Modulus Elastisitas pada Tanah Pasir
Subsurface
condition
Penetration
Resistance
range (N)
Friction
Angle
ø (deg)
Poisson
Ratio
(υ)
Cone
penetration
qc = 4N
Relative
Density
Dr (%)
Young’s
Modulus
Range Es
(psi)
Shear
Modulus
Range G
(psi)
Very loose 0-4 28 0,45 0-16 0-15 0-440 0-160
Losse 4-10 28-30 0,4 16-40 15-35 440-1100 160-390
Medium 10-30 30-36 0,35 40-120 35-65 1100-3300 390-1200
Dense 30-50 36-41 0,3 120-200 65-85 3300-5500 1200-1990
Very Dense 50-100 41-45 0,2 200-400 85-100 5500-11000 1990-3900
Sumber: Schmertman, 1970
Universitas Sumatera Utara
58
b. Poisson’s Ratio (μ)
Poisson’s ratio sering dianggap sebesar 0,2-0,4 dalam pekerjaan-pekerjaan
mekanika tanah. Nilai sebesar 0,5 biasanya dipakai untuk tanah jenuh dan nilai 0
(nol) sering dipakai untuk tanah kering dan tanah lainnya untuk kemudahan dalam
perhitungan. Namun pada program Plaxis khususnya model tanah undrained
μ'<0,5. Untuk nilai poisson ratio efektif (μ’) diperoleh dari hubungan jenis tanah,
konsistensi tanah dengan poisson ratio seperti terlihat pada Tabel 2.18
Tabel 2.18 Hubungan Jenis Tanah, Konsistensi dan Poisson’s Ratio (μ)
Soil Type Description (μ')
Clay
Soft 0,35-0,40
Medium 0,30-0,35
Stiff 0,20-0,30
Sand
Loose 0,15-0,25
Medium 0,25-0,30
Dense 0,25-0,35
Sumber: Hardiyatmo, 2002
c. Sudut Geser Dalam (ø)
Sudut geser dalam bersama dengan kohesi merupakan faktor dari kuat
geser tanah yang menentukan ketahanan tanah terhadap deformasi akibat tegangan
yang bekerja pada tanah. Deformasi dapat terjadi akibat adanya kombinasi
keadaan kritis dari tegangan normal dan tegangan geser. Nilai dari sudut geser
dalam didapat dari engineering properties tanah, yaitu dengan Triaxial Test dan
Direct Shear Test.
Hubungan antara sudut geser dalam (ø) dengan nilai SPT setelah dikoreksi
menurut Peck (1948) adalah :
ø (derajat) = 27,1 + 0,3 Ncor – 0,00054 N2
cor (2.67)
Dimana :
Ncor = Nilai N-SPT setelah dikoreksi
Universitas Sumatera Utara
59
d. Kohesi (c)
Yaitu gaya tarik menarik antar partikel tanah. Bersama dengan sudut geser
tanah, kohesi merupakan parameter kuat geser tanah yang menentukan ketahanan
tanah terhadap deformasi akibat tegangan yang bekerja pada tanah. Deformasi
dapat terjadi akibat adanya kombinasi keadaan kritis dari tegangan normal dan
geser. Nilai dari kohesi didapat dari engineering properties, yaitu dengan Triaxial
Test dan Direct Shear Test.
e. Permeabilitas (k)
Koefisien rembesan (Permeability) pada tanah adalah kemampuan tanah
untuk dapat mengalirkan atau merembeskan air (atau jenis fluida lainnya) melalui
pori-pori tanah.
Nilai koefisien permeabilitas tanah dapat ditentukan berdasarkan jenis
tanah seperti pada Tabel 2.19
Tabel 2.19 Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah
Jenis Tanah
K
cm/dtk ft/mnt
Kerikil bersih 1,0-100 2,0-200
Pasir kasar 1,0-0,01 2,0-0,02
Pasir halus 0,01-0,001 0,02-0,002
Lanau 0,001-0,00001 0,002-0,00002
Lempung < 0,000001 < 0.000002
Sumber: Das, 1985
f. Berat Isi Tanah
1) Berat Jenis Tanah Kering (γdry)
Berat jenis tanah kering adalah perbandingan antara berat tanah kering
dengan satuan volume tanah. Berat jenis tanah kering dapat diperoleh dari
data Soil Test dan Direct Shear.
2) Berat Jenis Tanah Jenuh (γsat)
Berat jenis tanah jenuh adalah perbandingan antara berat tanah jenuh air
dengan satuan volume tanah jenuh.
Universitas Sumatera Utara
60
2.9. Studi Literatur
Beberapa peneliti telah melakukan berbagai penelitian tentang analisis
daya dukung tiang pancang, penurunan tiang pancang, dan juga efisiensi dari
kelompok tiang pancang. Penelitian tersebut dapat dijadikan sebagai referensi
untuk perhitungan analitis dan metode elemen hingga. Beberapa hasil
penelitiannya adalah sebagai berikut:
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Muhamad Yuda Afdhau
(2019)untuk mengetahui besar daya dukung ultimate dari tiang pancang dapat
diperoleh dengan menggunakan perhitungan secara analitis berdasarkan data SPT
dan secara aktual berdasarkan data yang diperoleh dari hasil pengujian
kalendering. Berdasarkan hasil penelitiannya, diperoleh perbedaan besar daya
dukung antara perhitungan berdasarkan data SPT dan data kalendering, dimana
daya dukung berdasarkan data kalendering lebih besar dibandingkan daya dukung
berdasarkan data SPT.
Menurut penelitian oleh Nur Latifah Khomsiati, I Wayan Jirna, dan Eko
Setyawan (2019) menyatakan bahwa hasil hitungan daya dukung pondasi tiang
yang didasarkan pada teori mekanika tanah, sebaiknya perlu dicek dengan
mengadakan pengujian tiang untuk meyakinkan hasilnya. Salah satu pengujian
tiang yang dilakukan adalah Pile Driving Analyzer (PDA) Test. Penelitian ini
membandingkan nilai daya dukung SPT menggunakan 3 metode yaitu Metode
Meyerhof, Poulos Davis, dan Luciano Decourt dengan hasil daya dukung PDA
Test serta mengetahui rumus perhitungan daya dukung SPT yang paling
mendekati hasil PDA Test. Nilai daya dukung ultimit (Qu) pondasi tiang bor
tunggal yang dihitung dengan Metode Meyerhof dan Luciano Decourt
menggunakan data SPT sudah mendekati nilai daya dukung PDA Test. Sehingga
daya dukung SPT dikatakan mampu memprediksi daya dukung pondasi dengan
baik. Sedangkan metode Poulos Davis hasilnya jauh dari metode lainnya karena
tidak memperhitungkan koreksi nilai N-SPT.
Husnah, (2018) meneliti tentang perhitungan daya dukung tiang pancang
yang dilakukan dengan menggunakan beberapa metode. Untuk analisis daya
dukung dari data sondir digunakan metode Aoki De Alencar dan metode
Universitas Sumatera Utara
61
langsung, dan untuk analisis daya dukung dari data SPT digunakan metode
Meyerhof.
Penelitian yang dilakukan oleh Fajar Mohamad Elfaaz dan Indra Noer
Hamdhan (2016) menyatakan bahwa hasil analisis menggunakan metode elemen
hingga menunjukkan bahwa untuk meningkatkan daya dukung lateral, yaitu
dengan meningkatkan tahanan friksi dengan memperbesar luas selimut dengan
cara memperbesar ukuran penampang. Alternatif lain yaitu dengan
memperpanjang tiang, namun perlu diperhatikan kelangsingan tiang. Peningkatan
daya dukung lateral cukup signifikan dengan menerapkan sistem jepit pada kepala
tiang karena pada fondasi tiang panjang defleksi lateral maksimum terjadi pada
lapis tanah permukaan. Pada tiang yang memikul beban lateral menunjukkan
bahwa lapisan tanah dipermukaan paling dominan memikul beban lateral sehingga
kondisi tanah permukaan harus baik, hal tersebut menjadi latarbelakang dilakukan
analisis perbaikan tanah permukaan dengan dense sand.
Menurut penelitian mengenai daya dukung pondasi dengan uji PDAyang
dilakukan oleh Mohamad Isram M. Ain dan Emil Azmanajaya (2019) menyatakan
bahwa dari hasil penelitian perbandingan kapasitas dukung tiang tunggal dari hasil
perhitungan manual dengan hasil uji dinamik tes PDA dilapangan, dapat
disimpulkan bahwa nilai dari hasil metode Tomlinson memiliki nilai yang paling
mendekati dibandingkan dengan kedua metode lainnya yaitu metode Alpha dan
metode U.S. Army Corps yang diverifikasi dengan pengujian PDA
Sabrina Kawengian, Scjahrul Balamba, dan Alva N. Sarajar (2018)
melakukan penelitian tentang analisis daya dukung lateral tiang pancang
kelompok dengan menggunakan metode Broms, Meyerhof, Evans dan Duncan
dan software dibidang geoteknik yaitu GEO5. Dari beberapa metode tersebut,
metode Meyerhof yang memiliki nilai daya dukung lateral kelompok dan defleksi
tiang paling besar.
Universitas Sumatera Utara
62
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Data Umum Proyek
Adapun data umum Proyek Pembangunan Bendung D.I Serdang
Kabupaten Deli Serdang adalah sebagai berikut :
1. Nama Proyek : Proyek Pembangunan Bendung D.I
Serdang Kabupaten Deli Serdang
2. Fungsi Bangunan : Bendung
3. Lokasi Proyek : Desa Araskabu, Kecamatan Beringin,
Kabupaten Deli Serdang, Sumatera Utara
4. Pemilik Proyek : Kementerian Pekerjaan Umum dan
Perumahan Rakyat Direktorat Jenderal
Sumber Daya Air
5. Konsultan Perencana : PT. Mettana
PT. EsConsoil Ensan
6. Kontraktor Pelaksana : Adhi-Minarta, KSO
7. Status : Proyek Pemerintah
8. Pile Suplier : PT. Wijaya Karya (WIKA)
9. Tipe Hammer : Diesel Hammer
Gambar 3.1 Denah Bore Hole
(Sumber : Proyek Bendung D.I. Serdang)
Universitas Sumatera Utara
63
3.2. Data Teknis Tiang Pancang
Dalam proyek ini digunakan pondasi tiang pancang dengan spesifikasi
sebagai berikut :
1. Jenis pondasi : Tiang pancang
2. Diameter tiang pancang : Ø 30 cm
3. Panjang tiang pancang : 36 m
4. Mutu beton :K-450
5. Jumlah tiang pancang : 261 buah
3.3. Karakteristik Tanah
Pada penelitian ini, titik yang ditinjau adalah titik bore hole tiga. Dari hasil
pengujian SPT dapat diketahui karakteristik tanah seperti yang tertera pada Tabel
berikut :
Tabel 3.1 Deskripsi Tanah Bore Hole 3 dari hasil SPT
Lapisan Kedalaman Deskripsi Tanah
Lapisan 1 0.00-3.35 Top-soil Lempung lanau
berpasir, kuning cokelat keabu-
abuan, kadar air rendah,
plastisitas sedang.
Lapisan 2 3.35-4.80 Lempung lanau berpasir, abu-
abu kebiruan, kadar air sedang,
plastisitas sedang.
Lapisan 3 4.80-6.10 Lempung berwarna cokelat,
kadar air tinggi, plastisitas
rendah.
Lapisan 4 6.10-8.70 Pasir berlanau, abu-abu,
kepadatan rendah.
Lapisan 5 8.70-11.30 Pasir berlanau, abu-abu, kadar
air sedang, kepadatan rendah.
Lapisan 6 11.30-17.35 Pasir berlanau, abu-abu, kadar
air rendah ke sedang,
kepadatan sedang.
Lapisan 7 17.35-26.70 Pasir, abu-abu, kepadatan
sedang ke tinggi, kadar air
rendah ke sedang.
Universitas Sumatera Utara
64
Lapisan Kedalaman Deskripsi Tanah
Lapisan 8 26.70-31.45 Pasir berlanau, abu-abu,
kepadatan rendah, kadar air
sedang.
Lapisan 9 31.45-33.20 Lempung lanau, abu-abu
biruan kecokelatan, kadar air
sedang, plastisitas sedang ke
tinggi.
Lapisan 10 33.20-35.60 Lempung lanau, abu-abu
kebiruan, kadar air sedang,
plastisitas sedang ke tinggi.
Lapisan 11 35.60-37.35 Lempung berpasir, abu-abu
kebiruan, kadar air sedang,
plastisitas sedang ke tinggi.
Lapisan 12 37.35-41.75 Lempung organic busukan
kayu, abu-abu, plastisitas
sedang.
Lapisan 13 41.75-46.45 Pasir padat berlanau, abu-abu,
kadar air rendah. (Proyek Bendung D.I. Serdang, 2020)
Muka air tanah pada Bore Hole 3 dijumpai pada kedalaman -3,50 m
3.4. Tahap Penelitian
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, ada beberapa tahapan pelaksanaan sehingga
tercapai tujuan dari penelitian ini. Untuk mempermudah tercapainya tujuan
penulisan Tugas Akhir ini maka penulis melakukan beberapa tahapan sebagai
berikut :
1. Tahap pertama
Mengumpulkan berbagai jenis literatur baik dalam bentuk textbook dan
jurnal-jurnal yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini.
2. Tahap kedua
Melakukan pengumpulan data-data penyelidikan tanah dari proyek
tersebut yang terkait dengan penelitian yang sedang dikerjakan. Data-data tersebut
antara lain : data SPT, data PDA dan data Kalendering.
Universitas Sumatera Utara
65
3. Tahap ketiga
Melakukan analisa antara data yang didapat dari lapangan dengan
menggunakan buku dan jenis literatur lainnya yang berhubungan dengan
penulisan Tugas Akhir ini.
4. Tahap keempat
Menghitung dan membandingkan daya dukung ultimate dan penurunan
elastis tiang pancang tunggal dan kelompok secara analitis pada Bore Hole 3 dari
data hasil SPT, PDA dan Kalendering.
3.5. Tahap Pemodelan di program Plaxis
Langkah-langkah pemasukan data ke program Plaxis adalah sebagai
berikut
1. Atur parameter dasar dari model elemen hingga di jendela pengaturan
global, atur pada bagian proyek dan dimensi, terlihat pada Gambar 3.2 dan
Gambar 3.3 seperti dibawah:
Gambar 3.2 Lembar tab proyek dari jendela pengaturan global
Universitas Sumatera Utara
66
Gambar 3.3 Lembar tab dimensi dari jendela pengaturan global
2. Pemodelan tanah digambar menggunakan garis geometri , lalu buatlah
layer sesuai dengan data Bore Hole III, aturlah tiap layer dengan teliti
sesuai dengan ketebalannya.
3. Setelah itu gambarkan dinding diafragma sebagai tiang menggunakan
tombol pelat , lalu pisahkan kekakuan antara tanah dan tiang pancang
menggunakan tombol antar muka (interface) yang di indikasikan
sebagai garis putus-putus sepanjang garis geometri.
4. Setelah itu gambarkan beban permukaan, yaitu sistem beban A-beban
terpusat dengan menggunakan , kemudian masukan nilai bebannya
dengan mengklik ujung beban.
5. Untuk membentuk kondisi batas, klik tombol jepit (standard fixities)
maka akan terbentuk jepit penuh pada bagian dasar dan jepit rol pada sisi
sisi vertikal, seperti terlihat pada Gambar 3.4 berikut :
Universitas Sumatera Utara
67
Gambar 3.4 Pemodelan Tanah
6. Kemudian masukkan data material dengan menggunakan tombol
material set . Untuk data tanah, pilih tanah dan antar muka (soil &
interface) pada jenis kumpulan data, sedangkan data tiang pilih plates pada
set type. Setelah itu seret data-data yang telah diinput ke dalam pemodelan
geometri awal, seperti pada Gambar 3.5
(a)
Universitas Sumatera Utara
68
(b)
(c)
Gambar 3.5 Input Data Material Set; (a) Data Lapisan Tanah(b) Data
Tiang Pancang (c) Data material dimasukkan ke Pemodelan
7. Kemudian klik generate mesh untuk membagi-bagi elemen menjadi
beberapa bagian yang beraturan sehingga mempermudah dalam
perhitungan lalu klik perbaharui (update)
Universitas Sumatera Utara
69
8. Kemudian klik tombol kondisi awal (initial conditions) untuk memodelkan
muka air tanah. Lalu klik pada tombol phreatic level untuk menentukan
letak muka air tanah.
9. Kemudian klik tombol generate water pressure untuk mendefenisikan
tekanan air tanah. Lalu setelah muncul diagram active pore pressures, klik
update, maka akan kembali ke tampilan initial water pressure, lalu klik
initial pore pressure, dan generate pore pressure maka akan muncul
diagram untuk effective stresses, klik update lalu calculate.
10. Dalam jendela perhitungan terdapat beberapa fase yang akan dikerjakan
otomatis oleh Plaxis dari awal hingga akhir pemodelan. Adapun
tahapannya adalah sebagai berikut :
a. Tahap 1: pendefenisian terhadap material pelat dilakukan pada fase1,
dimana parameter dari fase 1 ini adalah staged construction, yang
memodelkan sebuah konstruksi.
b. Tahap 2: Pendefinisian beban yang bekerja pada tiang dilakukan pada
fase 2, dimana parameter dari fase 2 ini adalah staged construction.
c. Tahap 3: merupakan phi/c reduction, yang mensimulasikan kondisi
dimana berkurangnya nilai Phi sebelum konsolidasi sehingga
didapatkan faktor keamanan (FS).
d. Tahap 4: konsolidasi, yaitu proses konsolidasi dengan parameter
minimum pore pressure.
e. Tahap 5: phi/c reduction setelah proses konsolidasi. Kelima fase
tersebut dapat dilihat pada Gambar berikut.
Universitas Sumatera Utara
70
Gambar 3.6 Hitungan pada Program Plaxis
11. Sebelum melakukan perhitungan, terlebih dahulu lakukan pemilihan titik
nodal sebagai titik yang ditijau, titik nodal A terletak di ujung atas tiang
dan B di ujung bawah tiang kemudian diperbaharui.
Gambar 3.7 Penentuan titik nodal A dan B
12. Kemudian klik Hitung untuk melakukan perhitungan dengan otomatis
pada program. Perhitungan yang telah selesai ditandai dengan tanda
centang berwarna hijau pada setiap fase di Window Calculations.
Universitas Sumatera Utara
71
Gambar 3.8 Tahap Kalkulasi
Universitas Sumatera Utara
72
3.6. Flowchart
Mulai
Rumusan Masalah
Studi Literatur
Pengumpulan Data Sekunder
Analisa Perhitungan Data
Sekunder
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Data Penyelidikan Lapangan :
- SPT
- Kalendering
- PDA
Analisa Daya Dukung Vertikal
pondasi tiang pancang :
- Analitis
a. SPT : Metode Meyerhof
b. Kalendering : Metode
Hiley Formula, Metode
Danish Formula, Metode
ENR
c. PDA : CAPWAP
- Metode Elemen Hingga :
Pemodelan Mohr-Coulomb
Analisa Daya Dukung Lateral
pondasi tiang pancang :
- Metode Broms
Analisa Efisiensi pondasi tiang
pancang :
- Metode Converse Labarre,
Los Angeles, Seiler-Keeney
Analisa Penurunan pondasi tiang
pancang :
- Metode Poulos and Davis
- Penurunan Elastis
Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian
Universitas Sumatera Utara
73
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pendahuluan
Pada Bab ini penulis akan membahas perhitungan daya dukung ultimate
dan penurunan pondasi tiang pancang, yaitu dengan metode Analitis seperti yang
telah dijelaskan dalam Bab 2 dan metode Numerik dengan menggunakan bantuan
program Plaxis. Daya dukung ultimate tiang akan dihitung dengan menggunakan
data dari hasil pengujian SPT (Standart Penetration Test), kalendering dan PDA
(Pile Driving Analyzer).
4.2. Perhitungan Daya Dukung Aksial Tiang Pancang
Perhitungan daya dukung ultimate tiang pancang secara analitis dilakukan
berdasarkan data hasil SPT, kalendering dan PDA.
4.2.1. Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate Aksial Tiang Pancang
Berdasarkan Data SPT
Untuk menghitung kapasitas daya dukung ultimate tiang pancang
menggunakan data SPT yang dilakukan perlapisan tanah menggunakan metode
Meyerhof. Terdapat dua rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan ini,
yaitu :
1. Untuk jenis tanah non-kohesif (pasir).
2. Untuk jenis tanah kohesif (lempung).
A. Daya Dukung Ultimit Pondasi Tiang pada Tanah Non-Kohesif (Pasir).
Contoh perhitungan diambil dari kedalaman 26,5 m BH-3, diameter 30 cm:
Jenis Tanah = Pasir
N-SPT = 34
N1 (10D ke atas) = 35,5
N2 (4D ke bawah) = 25
Nb =
Li = 2 m
Ap =
( )( )
P = ( ) = 0,942 m
Universitas Sumatera Utara
74
Daya dukung ujung tiang pancang dari Persamaan (2.4) adalah :
Qp = 400 x 30,25 x 0,07
= 847 kN
= 87,17 Ton
Daya dukung selimut tiang pancang dari Persamaan (2.5) adalah :
Qs = 2 x 30,25 x 0,942 x 2
= 113,98 kN (0,101972)
= 11,62 Ton
B. Daya Dukung Ultimate Pondasi Tiang Pancang pada Tanah Kohesif
(Lempung)
Contoh perhitungan diambil dari kedalaman 36,5 m, BH-3 diameter 30 cm:
Jenis tanah = Lempung berpasir
N-SPT = 8
Daya dukung ujung tiang pancang dari Persamaan (2.8) adalah :
=
= 53,33 kN/m2
Qp = 9 x 53,33 x 0,07
= 33,6 kN
= 3,46 Ton
Daya dukung selimut tiang pancang dari Persamaan (2.7) adalah :
α = 0,61 (APIMethod)
Li = 2 m
Qs = 0,61 x 53.33x 0,942 x 2
= 68.85 kN
= 7,02 Ton
Universitas Sumatera Utara
75
Tabel 4.1 Bore Hole 3 Tiang Pancang diameter 30 cm
(Proyek Bendung D.I. Serdang, 2020)
Universitas Sumatera Utara
76
4.2 Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang
Soil End Bearing Q ultimate
Layer Local (ton) Cumm (ton) (ton) (ton)
0 Lempung lanau berpasir 1 0.00 0.00 6.50 3.25 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
2.5 Lempung lanau berpasir 1 13.00 6.50 10.50 8.50 0.50 86.67 10.41 10.41 5.62 16.03
4.5 Lempung lanau berpasir 2 8.00 10.50 6.50 8.50 0.69 53.33 7.02 17.43 3.46 20.89
6.5 Pasir berlanau 3 5.00 6.50 8.00 7.25 0.00 0.00 0.00 17.43 0.00 17.43
8.5 Pasir berlanau 4 11.00 8.00 8.00 8.00 0.00 0.00 3.07 20.50 18.44 38.94
10.5 Pasir berlanau 5 5.00 8.00 13.50 10.75 0.00 0.00 4.13 24.63 18.59 43.22
12.5 Pasir berlanau 6 22.00 13.50 31.50 22.50 0.00 0.00 8.65 33.28 25.94 59.21
14.5 Pasir berlanau 6 41.00 31.50 31.50 31.50 0.00 0.00 12.10 45.38 90.77 136.15
16.5 Pasir berlanau 6 22.00 31.50 39.00 35.25 0.00 0.00 13.54 58.92 101.58 160.50
18.5 Pasir 7 56.00 39.00 39.00 39.00 0.00 0.00 14.98 73.91 43.08 116.99
20.5 Pasir 7 22.00 39.00 36.50 37.75 0.00 0.00 14.50 88.41 108.79 197.20
22.5 Pasir 7 51.00 36.50 44.00 40.25 0.00 0.00 15.47 103.88 115.99 219.87
24.5 Pasir 7 37.00 44.00 35.50 39.75 0.00 0.00 15.27 119.15 114.55 233.70
26.5 Pasir 8 34.00 35.50 25.00 30.25 0.00 0.00 11.62 130.78 87.17 217.95
28.5 Pasir berlanau 8 16.00 25.00 26.00 25.50 0.00 0.00 9.80 140.57 44.09 184.66
30.5 Pasir berlanau 8 36.00 26.00 22.50 24.25 0.00 0.00 9.32 149.89 69.88 219.77
32.5 Lempung lanau 9 9.00 22.50 9.50 16.00 0.61 60.00 7.04 156.93 3.89 160.83
34.5 Lempung lanau 10 10.00 9.50 9.00 9.25 0.54 66.67 6.88 163.81 4.32 168.13
36.5 Lempung berpasir 11 8.00 9.00 8.50 8.75 0.69 53.33 7.02 170.83 3.46 174.29
38.5 Lempung organik busukan kayu 12 9.00 8.50 11.50 10.00 0.61 60.00 7.04 177.87 3.89 181.77
40.5 Lempung organik busukan kayu 12 14.00 11.50 40.50 26.00 0.50 93.33 8.97 186.84 6.05 192.89
42.5 Pasir padat berlanau 13 67.00 40.50 65.50 53.00 0.00 0.00 20.36 207.20 38.18 245.39
44.5 Pasir padat berlanau 13 64.00 65.50 64.50 65.00 0.00 0.00 24.97 232.18 171.70 403.88
46.5 Pasir padat berlanau 13 65.00 64.50 65.00 64.75 0.00 0.00 24.88 257.06 186.59 443.65
Skin Friction (ton)
Drilling Log BH-3
Depth (m) Soil Description N-SPT N1 N2 Nb α(kn/m2)
Universitas Sumatera Utara
77
4.2.2. Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Berdasarkan
Data Kalendering
Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan data Kalendering
dengan data sebagai berikut :
Diameter tiang pancang (D) = 30 cm
Panjang tiang = 36 m = 3600 cm
Luas tiang pancang (Ap) = 0,07 m2
= 700 cm2
Berat Tiang per meter = 0.12 T/m
Berat tiang keseluruhan (Wp) = 0,12 x 36 = 4,32 Ton
Tinggi jatuh (h) = 2,3 m = 230 cm
Rata-rata penetrasi 10 pukulan terakhir (S) =
Besarnya Rebound (K) = 2,3 cm
Berat Hammer (Wr) = 1,80 T
Koefisien restitusi (e) = 0,5
Efisiensi alat pancang (μ) = 0,85
Efisiensi hammer (Ef) = 33,82 % = 0.34
Energi alat pancang (E) = 330.000 kg.cm
Modulus elastis tiang (Ep) = 28.723,88 Mpa = 292.902,07 kg/cm2
Berdasarkan Persamaan (2.9), (2.10), dan (2.11) maka daya dukung ultimate tiang
pancang adalah :
a. Metode Hiley
( )( )
( ) ( )
163,03 Ton
b. Metode Danish Formula
[
]
c. Metode Modified New Enginering News Record (ENR)
( ) ( ) ( )
( ) ( )
= 194,824 Ton
Universitas Sumatera Utara
78
4.2.3. Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Berdasarkan
Data PDA
No
Tiang
CAPWAP
Daya Dukung
Total
(Ton)
Daya dukung
Friksi
(Ton)
Daya Dukung
Ujung
(Ton)
P. 137 120,2 74,4 45,7
(Proyek Bendung D.I. Serdang, 2020)
4.3. Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Lateral Pondasi Tiang
Pancang
Kapasitas daya dukung lateral (horizontal) berfungsi untuk mengetahui
kestabilitasan apakah tanah tersebut akan runtuh atau tidak. Untuk menghitung
daya dukung horizontal, terlebih dahulu kita harus menghitung faktor kekakuan
tiang untuk jenis tanah non-kohesifnya. Metode yang digunakan untuk
perhitungan kapasitas daya dukung lateral tiang pancang adalah metode Broms.
Metode Broms hanya dapat digunakan pada satu jenis tanah saja, misalnya
untuk lapisan lempung saja atau lapisan pasir saja. Maka, apabila tanah tersebut
mempunyai lapisan yang bervariasi, maka akan diambil lapisan yang dominan
untuk mewakili semua lapisan.
Dari data SPT, contoh tanah yang dominan untuk mewakili jenis tanah
yaitu tanah pasir pada kedalaman 26,5 m.
a. Data Tanah BH-III
Jenis tanah = Granular (pasir)
Berat isi tanah (γ) = 17 kN/m3 (Dari interpolasi Tabel 2.4
menggunakan nilai N-SPT yaitu 34)
Sudut geser tanah (ø) = 41o (Dari interpolasi Tabel 2.3 dengan
menggunakan nilai N-SPT yaitu 34)
Koefisien variasi tanah (nh) = 34000 kN/m3 ( Reese, dkk.)
b. Data tiang pancang
Diameter tiang pancang (D) = 30 cm
Panjang tiang pancang (L) = 36 m
Mutu beton (f’c) = 37,35 Mpa
Momen ultimit (My) = 4,5 Ton meter
= 45 kNm (Tabel 2.12)
Universitas Sumatera Utara
79
1. Daya dukung lateral BH-III untuk tiang pancang berdiameter 30 cm
a. Cek kekakuan tiang akibat beban lateral (Persamaan 2.13 dan 2.14)
K 450 fc’ = 37,35 Mpa
E = 4700 √37,35
= 28.723,88 Mpa
= 28.723.880 kN/m2
I =
π(0,3)
4
= 0.00039 m4
Dari Persamaan (2.15) maka faktor kekakuan untuk modulus tanah
granular:
√( )( )
= 0,80
L ≥ 4T
36 m ≥ 3,2
Jenis tiang pancang dikategorikan tiang panjang/elastic pile. Tahanan
tiang terhadap gaya lateral akan ditentukan oleh momen maksimum yang
dapat ditahan tiangnya sendiri (My).
b. Cek keruntuhan tanah akibat beban lateral
Kp = Tan2
(45˚+ 41˚ /2)
= 4,82
Maka dari Persamaan (2.38) nilai Hu adalah:
( )
√
( )( )( )
Hu = 88,059 kN = 8,81 Ton
Beban ijin lateral
H =
= 4,4Ton
c. Cek terhadap grafik
Tahanan momen ultimit =
( ) ( )( )
Universitas Sumatera Utara
80
Gambar 4.1 Penentuan nilai ultimate lateral berdasarkan plot garis
Nilai tahanan ultimit sebesar 67,8 diplot ke grafik pada Gambar 2.13
sehingga diperoleh tahanan lateral ultimit sebesar 38.
38 =
Hu = 84,07 kN = 8,41 Ton
Beban ijin lateral
H =
= 4,2 Ton
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Daya Dukung Lateral Tiang Pancang
Metode Perhitungan Bore Hole 3
H.ultimate (ton)
Analitis 8,81
Grafis 8,41
Hasil yang diperoleh secara analitis tidak jauh berbeda dengan cara
grafis.
38
67,8
Universitas Sumatera Utara
81
4.4. Menghitung Efisiensi Tiang Pancang Kelompok
Gambar 4.2 Susunan Kelompok Tiang Pancang
1. Metode Converse-Labarre
Dari Persamaan (2.40), Efisiensi kelompok tiang (η) :
n = 29 : m = 9
( )( ) ( )
( )( )
2. Metode Los Angeles
Dari Persamaan (2.41) maka efisiensi grup tiang adalah :
( )( )( )
( ) ( ) √ ( )( )
= 0,871
3. Metode Seiler – Keeney
Berdasarkan Persamaan (2.42), maka :
s = 225 cm = 7,382 ft
{ [ ( )
( )] [
]}
Berdasarkan ketiga metode efisiensi kelompok tersebut, diambil nilai
terkecil, yaitu metode Seiler – Keeney dengan η = .
Dari data PDA didapat nilai Qa= 120,2 Ton. Maka berdasarkan Persamaan
(2.43) nilai Qg adalah :
Qg = (261)(120,2)
= 25.003,643 Ton
Universitas Sumatera Utara
82
4.5. Menghitung Penurunan Tiang Pancang Tunggal dan Kelompok
4.5.1 Penurunan pada Tiang Pancang Tunggal
Beban rencana : 100 ton
Nilai qc= 4N = 4(8) = 32 kg/cm2
Dimana:
qc(side) = perlawanan konus rata-rata pada masing-masing lapisan
sepanjang tiang
Dari Persamaan (2.63), besar modulus elastisitas tanah di sekitar tiang (Es)
adalah :
𝐸𝑠= 8 x 32 = 256 kg/cm2 = 25,6 MPa
Dari Persamaan (2.66), besar modulus elastisitas tanah di dasar tiang:
𝐸𝑏 = 6 x (8 + 5) MPa
= 6 x 13 MPa
= 78 MPa
Ep = 4700. √
Ep = 28.723,88 MPa
Menentukan faktor kekakuan tiang dari Persamaan (2.48) dan (2.49) :
(
)
( )
Untuk
Untuk
1. Metode Poulos dan Davis (1980) :
Dengan menggunakan grafik pada Gambar (2.16), (2.17), (2.18), (2.19),
dan (2.20) diperoleh :
Io = 0,0225 (untuk
dan
)
Rk = 2,4 (untuk
dan K = 1122,03)
Rh = 0,83 (untuk
dan
)
Universitas Sumatera Utara
83
Rμ = 0,93 (untuk dan K = 1122,03)
Rb = 0,86 (untuk
)
Berdasarkan Persamaan (2.44) dan (2.45), maka tiang apung atau tiang
friksi :
I = (0,0225)(2,4)(0,83)(0,93)
= 0,041
( )
( )
Berdasarkan Persamaan (2.46) dan (2.47), untuk tiang dukung ujung :
I = (0,0225)(2,4)(0,86)(0,93)
= 0,043
( )
( )
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Penurunan Elastis Tiang Pancang Tunggal
Diameter 30 cm
No Bentuk Penurunan Penurunan Tiang (mm)
1 Untuk tiang apung 5,3
2 Untuk tiang dukung ujung 5,6
Total Penurunan 10,9
Besar penurunan yang diijinkan (Sijin) : 10,9 mm < 25 mm (Aman).
2. Penurunan Elastis
Qwp = Daya dukung ultimate – daya dukung selimut kumulatif
= 174,29-170,83 (dari Tabel 4.2)
= 3,46 ton = 33,91/2 kN = 16,96 kN
Qws = 170.85 ton = 1675.26/2 kN = 837,63 kN (dari Tabel 4.2)
Ap = 0,07 m2
Ep = 28.723,88 MPa = 28.723.880 kN/m2
L = 36 m
Universitas Sumatera Utara
84
Dari Gambar 2.21 maka ζ= 0,67
D = 0,30 m
Cp = 0.02 (Cp dari Tabel 2.13)
Cs = (0,93 + 0,16√36/0,3) 0,02 = 0.05
Qp = 174,29 ton (dari Tabel 4.2) = 1709,2/2 kN = 854,6 kN
Berdasarkan Persamaan (2.51), (2.52), dan (2.53) maka :
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
Maka, dari Persamaan (2.50) didapat penurunan tiang total adalah :
Se = 10,35 + 1,32+ 1,36= 13,76 mm
4.5.2 Penurunan pada Tiang Pancang Kelompok
Berdasarkan Persamaan (2.55), maka penurunan kelompok tiang adalah :
Diperoleh beban rencana pondasi dari data proyek sebesar 100 ton.
√
( )
Universitas Sumatera Utara
85
4.6. Menghitung Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang
Berdasarkan Metode Elemen Hingga
Perhitungan kapasitas daya dukung tiang pancang pada bagian ini dihitung
dengan menggunakan bantuan Software Plaxis. Daya dukung ultimate yang akan
dihitung adalah daya dukung aksial pondasi tiang pancang. Pemodelan tanah yang
diterapkan yaitu pemodelan Axisimetry.
Pemodelan geometri Axisimetry, dimana kondisi awal digambarkan
seperempat yang sudah mewakili sisi yang lain karena dianggap simetris dan juga
secara pemodelan tanah Mohr Coulomb. Pada model ini perilaku tanah dianggap
bersifat plastis sempurna. Adapun data-data yang perlu diketahui sebelum
memulai pemodelan pondasi tiang pancang dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Data Data Pemodelan Tiang Pancang
No Keterangan Nilai
1 Lokasi Bore Hole III
2 Jenis Pondasi Tiang Pondasi tiang pancang
3 Diameter Tiang (m) 0,3 m
4 Panjang Tiang (m) 36 m
5 Luas Penampang (m2) 0,07
6 Modulus Elastisitas (Ep) (MPa) 28.723,88
7 Momen Inersia (I) (m4) 0,00039
8 Berat Tiang (kN/m) 1,15
9 EA (kN/m) 2.010.671,6
10 EI (kNm2/m) 11.202,31
11 Angka Poisson (μ) 0,4
Universitas Sumatera Utara
86
Tabel 4.6 Input Parameter Tanah untuk Program Metode Elemen Hingga pada Bore Hole III
Lapisan
Ke-
Depth N-
SPT
Jenis dan
Konsistensi
Tanah
Tebal
Lapisan
MAT ϒdry ϒwet Kx Ky Es’ µ' C Ø Ψ
(m) (m) (m) (kN/m3) (kN/m
3) (m/day) (m/day) (kN/m
2) (kN/m
2)
1 0.00-
3.35
13 Lempung
berpasir
3.35 3.5 10,8 20,6 8,64 x 10-4
8,64 x 10-4
6645
0,3 77,8 0 0
Medium
2 3.35-
4.8
8 Lempung
berpasir
1.45 10,2 20 8,64 x 10-4
8,64 x 10-4
5319
0,3 48,5 0 0
Medium
3 4.8-
6.1
6 Lempung 1.3 9,4 19,2 8,64 x 10-4
8,64 x 10-4
4644
0,35 33,5 0 0
Soft
4 6.1-
8.7
8 Pasir
berlanau
2.6 7,9 17,7 0,86 0,86 19450
0,15 1 31.9 1,9
Loose
5 8.7-
11.3
5 Pasir
berlanau
2.6 7,1 16,9 0,86 0,86 17540
0,15 1 31 1
Loose
6 11.3-
17.35
28 Pasir
berlanau
6.05 9,5 19,3 0,86 0,86 29550
0,25 1 37.7 7,7
Medium
7 17.35-
26.7
40 Pasir 9.35 9,9 19,7 0,86 0,86 32290
0,25 1 39 9
Medium
Universitas Sumatera Utara
87
Lapisan
Ke-
Depth N-
SPT
Jenis dan
Konsistensi
Tanah
Tebal
Lapisan
MAT ϒdry ϒwet Kx Ky Es’ µ' C Ø Ψ
(m) (m) (m) (kN/m3) (kN/m
3) (m/day) (m/day) (kN/m
2) (kN/m
2)
8 26.7-
31.45
26 Pasir
berlanau
4.75 9,5 19,3 0,86 0,86 28590 0,15 1 37,5 7,5
Loose
9 31.45-
33.2
9 Lempung
lanau
1.75 10,4 20,2 8,64 x 10-4
8,64 x 10-4
5693
0,30 56,3 0 0
Medium
10 33.2-
35.6
10 Lempung
lanau
2.4 10,5 20,3 8,64 x 10-4
8,64 x 10-4
6281
0,30 59,9 0 0
Medium
11 35.6-
37.35
8 Lempung
berpasir
1.75 10,2 20 8,64 x 10-4
8,64 x 10-4
5683
0,30 47,9 0 0
Medium
12 37.35-
41.75
11 Lempung 4.4 10,6 20,4 8,64 x 10-4
8,64 x 10-4
6558
0,30 65,8 0 0
Medium
13 41.75-
46.45
65 Pasir lanau 4.7 11,7 21,5 0,86 0,86 40260
0,15 1 42,1 12,1
Loose
Universitas Sumatera Utara
88
4.6.1. Perhitungan pada Program Plaxis
Setelah perhitungan telah selesai, akan diperoleh nilai ΣMsf dari kotak
dialog Phi/c reduction seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 dan 4.4.
Gambar 4.3 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf Sebelum Konsolidasi
Nilai Σ Msf pada fase 3 (sebelum konsolidasi) sebesar maka Qu titik
Bore Hole III adalah :
Qu = Σ Msf x (10 x 100) kN
= 1,982 x 1000 kN
= 1982 kN
= 198,2 Ton
Universitas Sumatera Utara
89
Gambar 4.4 Hasil Kalkulasi dan Besar ΣMsf Setelah Konsolidasi
Nilai Σ Msf pada fase 5 (setelah konsolidasi) sebesar maka Qu titik Bore
Hole III adalah :
Qu = Σ Msf x (10 x 100) kN
= 2,331 x 1000 kN
= 2331 kN
= 233,1 Ton
Dari Gambar 4.10 dan Gambar 4.11 dapat dilihat nilai ∑Msf
sebelum konsolidasi dan setelah konsolidasi. Nilai ∑Msf setelah
konsolidasi lebih besar dibandingkan dengan sebelum konsolidasi.
4.7. Diskusi
4.7.1. Perbandingan Daya Dukung Ultimit Sebelum dan Setelah Konsolidasi dari
Program Metode Elemen Hingga
Berdasarkan perhitungan dengan Program Metode Elemen Hingga
didapatkan besar nilai daya dukung ultimit yang berbeda antara keadaan sebelum
konsolidasi dan setelah konsolidasi. Besar nilai dukung ultimit tersebut dapat
dilihat pada Tabel 4.7.
Universitas Sumatera Utara
90
Tabel 4.7 Daya Dukung Tiang Pancang dari Program Metode Elemen
Hingga
Qult Sebelum Konsolidasi
(Ton)
Qult Setelah Konsolidasi
(Ton)
198,2 233,1
Daya dukung setelah konsolidasi akan lebih besar daripada sebelum
konsolidasi, hal ini disebabkan karena termampatnya tanah akibat dari proses
konsolidasi. Tanah yang mampat memiliki susunan partikel yang lebih rapat dan
kokoh dalam memikul beban.
4.7.2. Perbandingan Tekanan Air Pori Berlebih Sebelum dan Setelah Konsolidasi
dari Program Metode Elemen Hingga
Nilai tekanan air pori berlebih ditentukan oleh jenis tanah. Gambar 4.5
menunjukkan besarnya tekanan air pori berlebih yang terjadi sebelum terjadi
konsolidasi (fase 2) dan setelah terjadinya proses konsolidasi (fase 4).
(a) Sebelum Konsolidasi (b) Setelah Konsolidasi
Gambar 4.5 Nilai Tekanan Air Pori Berlebih
Universitas Sumatera Utara
91
Tabel 4.8 Perbandingan Nilai Tekanan Air Pori Berlebih
Jenis tekanan air pori Proses
Sebelum Konsolidasi Setelah Konsolidasi
Tekanan air pori berlebih 11,91 kN/m2 876,67x10
-3 kN/m
2
Pada Gambar 4.5 kita dapat melihat bahwa tekanan air pori berlebih tanah
pada saat sebelum konsolidasi dan setelah proses konsolidasi adalah mengecil.
Hal ini disebabkan karena setelah konsolidasi pori-pori air mengecil sehingga
tekanan air pori berlebih setelah konsolidasi kecil.
4.7.3. Perbandingan Penurunan Sebelum dan Setelah Konsolidasi dari Program
Metode Elemen Hingga
Penurunan pondasi dapat ditinjau dalam dua keadaan yaitu sebelum (fase 2)
dan sesudah konsolidasi (fase 4). Dari hasil perhitungan dengan program Metode
Elemen Hingga didapat hasil penurunan seperti pada Gambar 4.6 berikut :
(a) Sebelum Konsolidasi (b) Setelah Konsolidasi
Gambar 4.6 Nilai Penurunan Tiang Pancang Tunggal
Dari hasil pemodelan, maka pondasi dinyatakan aman terhadap penurunan
karena memenuhi syarat penurunan maksimum yaitu ≤ 25 mm.
Universitas Sumatera Utara
92
Tabel 4.9 Penurunan Tiang Pancang dari Program Metode Elemen Hingga
Penurunan Tanah sebelum konsolidasi
(mm)
Penurunan Tanah setelah konsolidasi
(mm)
16,23 19,18
Pada saat tiang baru selesai di pancang maka akan terjadi penurunan yang
besar sehingga bangunan yang direncanakan di atas tiang tidak boleh langsung di
bangun. Setelah proses konsolidasi selesai, partikel tanah telah rapat, air dan
udara telah keluar sehingga penurunan yang terjadi akan lebih kecil dan daya
dukung telah konstan.
4.7.4. Hasil Perhitungan Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang Tunggal
Tabel 4.10 Nilai Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang
Data dan Metode
Perhitungan
Kedalaman
(m)
Diameter
(cm)
𝑢
(ton)
SPT
- Metode Meyerhof
36,5 30
174,29
Kalendering
- Metode Hiley
- Metode Danish
- Metode ENR
36
30
163,03
169,05
194,82
PDA 36 30 120,2
Metode Elemen Hingga 36 30 233,1
4.7.5. Hasil Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang
Tabel 4.11 Kapasitas Daya Dukung Ultimit Lateral Tiang Pancang
Metode Perhitungan Bore Hole III
𝑢𝑙 𝑖 𝑖 (ton) 𝑖𝑗𝑖 (ton)
Secara Analitis (ton) 8,81 4,4
Secara Grafis (ton) 8,41 4,2
Universitas Sumatera Utara
93
4.7.6. Hasil Penurunan Tiang Pancang
Tabel 4.12 Hasil Penurunan Tiang Pancang
Metode Penurunan Hasil Penurunan
Tiang
(mm)
Kontrol Penurunan
Tiang
(mm)
Penurunan Poulos dan Davis 10,9 < 25
Penurunan Elastis 2,09 < 25
Program MEH 19,18 < 25
4.7.7. Nilai Efisiensi Kelompok Tiang (η)
Tabel 4.13 Efisiensi Kelompok Tiang
Metode Perhitungan Efisiensi Kelompok Tiang
Metode Converse – Labarre 0.843
Metode Los Angeles 0,871
Metode Seiler – Keeney 0,797
Maka efisiensi kelompok tiang (η) diambil sebesar 0,797 (Metode Seiler –
Keeney). Maka hasil perhitungan nilai daya dukung kelompok sebesar 25.003,643
Ton.
Universitas Sumatera Utara
94
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil perhitungan pada Proyek Pembangunan Bendung D.I
Serdang dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Daya dukung ultimit pondasi tiang pancang diameter 0,3 m panjang 36 m
pada bore hole III dengan data SPT didapat Qu = 174,29 ton, dengan data
PDA didapat Qu = 120,2 ton, menggunakan data kalendering, dengan tiga
metode, yaitu :
a. Hiley = 163,03 Ton
b. Danish = 169,05 Ton
c. ENR = 194,82 Ton
sedangkan dengan program Plaxis didapat Qu sebelum konsolidasi = 198,2
ton, dan Qu setelah konsolidasi = 233,1 ton.
2. Hasil perhitungan kapasitas daya dukung lateral tiang pancang tunggal
pada kedalaman 26,5 dengan metode Broms secara analitis bernilai 8,81
Ton, dan secara grafis bernilai 8,41 Ton.
3. Hasil perhitungan penurunan Poulos and Davis bernilai 10,9 mm, untuk
penurunan elastis tiang tunggal bernilai 13,76 mm, dan menggunakan
Metode Elemen Hingga bernilai 19,18 mm dengan penurunan ijin tiang
sebesar 25 mm.
4. Hasil perhitungan efisiensi kelompok tiang dengan metode Converse
Laberre bernilai 0,843, untuk efisiensi metode Los Angeles bernilai 0,871,
dan efisiensi metode Seiler – Keeney bernilai 0,797, berdasarkan ketiga
metode tersebut, diambil nilai terkecil yaitu metode, Seiler – Keeney.
Maka daya dukung kelompok sebesar 25.003,643 Ton.
5. Faktor keamanan tiang pancang yang didapat sebelum konsolidasi bernilai
1,98 dan sesudah konolidasi bernilai 2,33.
Universitas Sumatera Utara
95
5.2. Saran
1. Dalam melakukan analisa perhitungan pada suatu pondasi, sebaiknya kita
memiliki data parameter tanah yang lengkap karena kelengkapan data
akan sangat membantu untuk mendapatkan perhitungan yang lebih akurat,
baik secara analitis maupun Metode Elemen Hingga
2. Dalam penggunaan program Elemen Hingga, dibutuhkan banyak referensi
dalam mencari nilai parameter tanah sehingga dapat menghasilkan analisa
yang lebih akurat.
3. Pelaksanaan setiap pengujian di lapangan hendaknya dilakukan secara
menyeluruh dan lengkap.
Universitas Sumatera Utara
96
DAFTAR PUSTAKA
Afdhau, M. Y. (2019) ‘Perbandingan Daya Dukung Ultimit Tiang Pancang secara
Teoritis pada Abutmen Hasil Calendering’, Jurnal Poros Teknik, 11.
Ain, M. I. M. and Azmanajaya, E. (2019) ‘Studi Perbandingan Daya Dukung
Tiang Pancang Diverifikasi dengan Hasil Uji Pile Driving Analyzer’,
Jurnal Teknik Sipil Politeknik Negeri Balikpapan.
API (1987) Recommended Practice for Planning, Design and Constructing Fixed
Offshore Platform, American Petroleum Institute. Washington DC.
ASTM D4945 - 17 Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of
Deep Foundations (2017).
De Beer, M. (1965) ‘A normalization for the Thiele modulus’, Dassault Systemes
Simulia Corp.
Bowles, J. E. (1991) Analisa dan Desain Pondasi. 4th edn. Jakarta: Erlangga.
Broms, B. B. (1964a) ‘Lateral Resistance of Piles in Cohesive Soil’, Journal of
the Soil Mechanics and Foundation Division.
Broms, B. B. (1964b) ‘Lateral Resistance of Piles in Cohesiveless Soil’, Journal
of the Soil Mechanics and Foundation Division.
Coduto, D. P. (1983) Geotechnical Engineering : Principles and Practices.
Pearson.
Das, B. M. (1985) MEKANIKA TANAH 1. 1st edn. Edited by Sianipar.
Elfaaz, F. (2016) ‘Analisis Daya Dukung Lateral Fondasi Tiang Tunggal
Menggunakan Metode Elemen Hingga’, Jurnal Online Institut Teknologi
Nasional, 2.
Hardiyatmo, H. C. (2002) Teknik Fondasi 2. Ke-2. Yogyakarta: Beta Offset.
Husnah (2018) ‘Analisa Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang pada Proyek
Pembangunan Pondasi Tissue Block 5 & 6’, Jurnal Teknik Sipil
Universitas Abdurrab.
Kawengian, S., dkk (2018) ‘Analisis Daya Dukung Lateral pada Tiang Pancang
Kelompok di Dermaga Belang’, Jurnal Sipil Statik, 6.
Khomsiati, Nur Latifah, dkk (2019) ‘Perbandingan Daya Dukung Aksial Pondasi
Tiang Bor Tunggal Menggunakan Data Standard Penetration Test (SPT)
DAN Pile Driving Analizer (PDA) Test pada Proyek Pembangunan Jalan
Tol Pandaan Malang’, Jurnal Bangunan, 24.
Universitas Sumatera Utara
97
McNulty, J. F. (1956) ‘Thrust Loading on Piles’, Journal Soil Mech and
Foundation Div LXXII.
Peck, R. B. (1948) Soil Mechanics in Engeineering Practices. New York: John
Wiley and Sons, Inc.
Plaxis (2019) Manual Plaxis Versi 8.
Poulos, H. G. and Davis, E. H. (1980) Pile Foundations Analysis and Design. The
University of Sydney.
Randolph, M. F. (1978) ‘Analysis of Deformation of Vertically Loaded Piles’,
Geot Eng.
Reese, L. C. and O’Neill, M. W. (1989) ‘New Design Method for Drilled Shafts
from Common Soil and Rock Test’, American Society of Civil Engineers.
Sardjono (1998) Pondasi Tiang Pancang Jilid 1. Surabaya: Sinar Wijaya.
Schmertmann, J. H. (1970) ‘Static Cone to Compute static settlement over sand’,
PASCE 96.
SNI 4153-2008 Cara Uji Penetrasi Lapangan Dengan SPT (2008).
Sosrodarsono, S. and Nakazawa (2000) Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi. PT.
Pradny. Jakarta.
Terzaghi, K. (1995) ‘Evaluation of Coefficient of Subgrade Reaction’,
Geotechnique, 4.
Tomlinson, M. J. (1977) Pile Design and Construction Practice. Cement and
Concrete Assosiation.
Universitas Sumatera Utara
98
Lampiran 1
Universitas Sumatera Utara
99
Lampiran 2
Universitas Sumatera Utara
100
Universitas Sumatera Utara
101
Universitas Sumatera Utara
102
Universitas Sumatera Utara
103
Universitas Sumatera Utara
104
Lampiran 3
Universitas Sumatera Utara
105
Universitas Sumatera Utara
106
Lampiran 4
Universitas Sumatera Utara