Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4)

Sanur-Bali, 2-3 Juni 2010

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 79

EFEKTIFITAS PONDASI RAFT & PILE DALAM MEREDUKSI PENURUNAN

TANAH DENGAN METODE NUMERIK

Tri Harianto

1, Lawalenna Samang

1, Achmad Zubair

1 and Aditya Theodorus

2

1Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan km.10,Makassar

Email: triharianto@unhas.ac.id, l.samang@unhas.ac.id, azubair@unhas.ac.id 2 Mahasiswa S1,Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan km.10,Makassar

Email: aditya@yahoo.com

ABSTRAK

Inovatif desain pondasi Raft & Pile diperkenalkan dalam studi ini dalam mereduksi penurunan tanah.

Metode Elemen Hingga (MEH) digunakan untuk menginvestigasi efektifitas dari pondasi Raft &

Pile mereduksi penurunan tanah khusunya pada jalan raya yang dibangun di daerah rawa.

Selanjutnya, model numerik digunakan di dalam mempelajari pengaruh dari tipe dan kedalaman

pondasi yang dipasang di lapangan. Penurunan dan deformasi tanah dianalisa di dalam studi ini

untuk menentukan efektifitas dan kemungkinan aplikasi dari model pondasi ini di lapangan. Hasil

dari MEH yang digunakan menunjukkan bahwa tipe pondasi Raft & Pile secara siknifikan

menurunkan besarnya penurunan dari badan jalan akibat beban permukaan. Demikian pula dengan

pergerakan lateralnya (lateral movement) juga mengalami penurunan dengan bertambahnya panjang

dari pile yang digunakan. Berdasarkan dari hasil studi ini menunjukkan bahwa pondasi raft & Pile

cukup memberikan pengaruh yang besar dalam mereduksi besarnya penurunan dan deformasi lateral

dari jalan raya.

Kata kunci: Pondasi Raft & Pile, penurunan, deformasi, analisa numerik

1. PENDAHULUAN

Pembangunan embankment jalan di atas tanah lunak mengakibatkan terjadinya penurunan yang besar dan

pergerakan lateral. Berbagai metode telah dikembangkan untuk mengatasai masalah-masalah yang terjadi akibat

pembangunan jalan di atas tanah lunak. Berbagai penelitian telah dilakukan sebelumnya antara lain dengan

menggunakan PVD untuk mempercepat proses konsolidai (Chai et al., 2008). Penelitian oleh Poungchompu (2009)

melaporkan pengaruh penggunaan kayu lokal yang diapplikasikan sebagai material tiang pondasi pada konstruksi

jalan raya di atas tanah lunak. Disamping itu, Padmavathi et al. (2008) juga melaporkan bahwa pengaruh kedalaman

berpengaruh terhadap perilaku tiang pancang. Pergerakan lateral dapar direduksi dengan meningkatkan kekakuan

dati tiang. Selanjutnya, kombinasi antara PVD dan tanah yang telah diberi perkuatan dapat menurunkan penurunan

dari embankment (Hayashi dan Nishimoto, 2008). Metode yang digunakan dalam studi ini adaalh kombinasi antara

pondasi rakit (raft) dan tiang (pile) yang diperkenalkan dengan nama pondasi Raft & Pile. Jenis pondasi ini

diharapkan dapat mereduksi baik penurunan maupun pergerakan lateral tanah akibat pembebanan embankment jalan.

Dalam upaya menguji efektifitas dari pondasi Raft & Pile digunakan analisa numerik berupa metode elemen hingga.

Model tes yang digunakan disimulasikan dengan menggunakan program komputer Plaxis v8. Sehingga apabila hasil

verifikasi melalui metode numerik ini tervalidasi dengan baik dalam mereduksi penurunan dan pergerakan lateral,

maka selanjutnya metode ini dapat diapplikasikan langsung di lapangan.

2. MATERIAL DAN METODOLOGI

Penelitian ini dimulai dengan pengumpulan data karakteristik tanah dan kayu sebagai material perkuatan hingga

penggunaan dan pembahasan besarnya deformasi yang terjadi dengan menggunakan program Plaxis v8. Lokasi

pengambilan data tanah dilakukan di Saga Airport (Jepang) yang dapat dilihat pada Gambar 1. Selain data-data

tanah, data asumsi model struktur berupa lebar jalan dan elastisitas lapisan pondasi badan jalan sangat diperlukan.

Data-data ini kemudian dimasukkan sebagai data dasar untuk dianalisa dengan program Plaxis v8. Akurasi data

yang tepat serta permodelan struktur yang benar akan menghasilkan prediksi deformasi yang mendekati hasil uji

lapangan sehingga lebih dapat menghemat waktu dan juga lebih ekonomis.

Hasil uji Penyelidikan tanah dilakukan di Airport Saga (Jepang) dengan menggunakan alat sondir. Data karakteristik

tanah yang terdiri dari 8 lapisan setebal 21,4 meter berupa tanah silty clay,sandy soil,dan silty yang dirangkum di

dalam Tabel 1 di bawah ini. Uji penyelidikan juga dilakukan hingga waktu konsolidasi 1335 hari.

Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 80

Gambar 1. Peta lokasi penelitian

Tabel 1. Karakteristik Tanah di Saga Airport, Jepang (Field investigation of settlement

of a highway on soft cohesive soils by Lawalenna Samang et.al.)

Efektifitas Pondasi Raft & Pile Dalam Mereduksi Penurunan Tanah Dengan Metode Numerik

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 81

Pemodelan Geoteknis

Dimensi atau ukuran tiang yang dipakai adalah diameter 23,8 cm dengan tinggi bervariasi dari 1,3,dan 5 meter

sedangkan Dimensi Raft yang dipakai setebal 32 cm. Raft dan Pile terbuat dari bahan dari kayu cypress dengan

elastisitas 9,92 x 106

KN/m2. Besarnya tekanan kendaraan sebesar 2 x 50 KN yang dianalisa dengan metode plane

strain. Pada Tabel 2 diberikan dimensi Raft dan Pile yang digunakan dalam studi ini. Tipikal desain geometris dari

pondasi Raft & Pile diperlihatkan pada Gambar 2 dibawah ini.

Tabel 2. Dimensi Raft dan Pile

Gambar 2. Desain contoh penampang 3D pondasi pile raft (Development of a timber raft & pile foundation

for embankment on soft ground by Pounchompu et al, 2008)

Metode Analisa

Dalam menganalisa deformasi badan jalan dengan dan tanpa perkuatan digunakan finite element method (FEM)

dengan menggunakan program Plaxis. Dengan metode analisa ini diharapkan perbedaan deformasi yang divalidasi

dari hasil analisa dengan deformasi yang terjadi di lapangan tidak jauh berbeda sehingga dapat direncanakan tipe

perkuatan yang efisien dan efektif. Analisa dilakukan dengan memberikan perilaku tanah berbeda-beda pada

masing-masing lapisan tanah yang terdiri dari tanah lempung (silty soil), lempung kelanauan (silty clay), dan pasir

(sandy soil). Perilaku tanah yang diberikan antara lain tipe Mohr-Coulomb, Linear-Elastic,dan Soft Soil.

Input Data Plaxis

Data-data karakteristik tanah diambil dari data tanah hasil penelitian yang telah dilakukan di Saga Airport (Field

investigation of settlemen of a highway on soft cohesive soil by Lawalenna Samang et.al.) dapat dilihat pada Tabel

3 dan data tanah yang telah disediakan didalam program plaxis seperti terlihat pada Tabel 4. Untuk data karakteristik

perkuatan yang terbuat dari bahan kayu cypress diambil dari buku Wood Handbook;Wood as an Engineering

Material. Proses pembuatan interpretasi analisa numerik dengan menggunakan program plaxis berada pada plaxis

curves dimana pada hasil akhirnya berupa kurva deformasi vertikal dan deformasi lateral (horizontal). Kurva yang

terbentuk adalah deformasi yang terjadi pada titik acuan yang telah ditentukan pada tahap calculation

Model Perkuatan Raft (1R1P) (1R3P) (1R5P)

Tebal Raft 0.36 m 0.36m 0.36 m 0.36 m

Panjang Pile - 1 Meter 3 Meter 5 Meter

Dimensi Pile 0.23 m 0.23 m 0.23 m 0.23 m

Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 82

Tabel 3. Karakteristik Jenis Tanah

Tabel 4. Karakteristik Material pada Raft, Pile,dan Pavement

No. Identification EA EI w νννν [kN/m] [kNm²/m] [kN/m/m] [-]

1 Raft 8.9E8 9.92E6 1.78 0.33

2 Pile 2.1E9 9.92E6 0.94 0.33

3 Pavement 1E9 1E7 25.00 0.00

Analisa Numerik efektifitas pondasi pile raft untuk berbagai model struktur dapat dianalisis dengan metode Finite

Element Method (FEM). Metode FEM digunakan untuk mensimulasikan konstruksi timbunan badan jalan yang

berada diatas tanah rawa dengan menggunakan program komputer Plaxis v8. Timbunan setinggi 1 meter diatas

tanah lunak akan dianalisis untuk memprediksi besarnya penurunan yang terjadi. Penggunaan pondasi raft pile

diharapkan dapat menambah daya dukung tanah rawa dan mengurangi besarnya penurunan tanah timbunan sebagai

badan jalan diatasnya. Material pondasi pile raft yang digunakan dalam analisa numerik adalah kayu cypress

mengingat efek yang ditimbulkan oleh kayu pada tanah lebih baik dibanding beton.

Kondisi batas standar (boundary condition) digunakan pada bidang vertikal kiri dan kanan serta pada bagian bawah

horisontal. Model tanah dengan tipe tak terdrainase (Undrained) digunakan untuk semua lapisan tanah. Pilihan

model tak terdrainse digunakan untuk pembentukan tekanan air pori secara penuh. Letak ketinggian muka air (garis

freatik) berada pada kedalaman 2 meter dibawah pavement seperti diperlihatkan pada Gambar 3.

Pondasi pile raft diasumsikan sebagai tipe elastic dengan elastisitas dan berat sendiri. Tipe tanah di asumsikan

sebagai tipe mohr-Coulomb untuk tanah timbunan, tipe linear elastic untuk pasir, dan tipe soft soil/ Cam clay untuk

tanah lempung endapan.. Detail analisa numerik untuk menghitung besarnya deformasi dikelompokkan dalam 5

kasus diantaranya tanpa perkuatan, perkuatan dengan raft, perkuatan dengan raft dan pile setinggi 1 meter, perkuatan

dengan raft dan pile setinggi 3 meter, perkuatan dengan raft dan pile setinggi 5 meter. Hasil analisa berupa

deformasi vertikal dan horizontal pada masing masing kasus akan menjadi perhatian khusus.

χunsat χsat kx ky λ* � * υ K0nc M cref ∏ R Eref

Jenis Tanah Type [kN/

m3]

[kN

/m3]

[m/da

y]

[m/day

]

[ -

]

[ -

]

[ -

] [ - ]

[ -

]

[kN

/

m2]

[ °

]

[

-

]

[kN/

m2]

silty clay 1

(lempung

kelanauan)

Undrained 15 16 2.03E-

05

2.03E-

05

0.

19

0.0

3

0.

3

0.455

3

1.8

5 5 33 1 -

silty lay 2

(lempung

kelanauan)

Undrained 15 15.4 0.0000

4 0.00004

0.

3

0.0

4

0.

3

0.455

3

1.8

5 5 33 1 -

silty soil 1

(lempung) Undrained 14 14.3

0.0001

2 0.00012

0.

4

0.0

7

0.

3

0.455

3

1.8

5 5 33 1 -

silty soil 2

(lempung) Undrained 13.5 13.9

0.0001

7

0.00017

1

0.

5

0.0

7

0.

3

0.455

3

1.8

5 5 33 1 -

silty soil 3

(lempung) Undrained 13.5 13.7

0.0002

1

0.00021

2

0.

5

0.0

8

0.

3

0.455

3

1.8

5 5 33 1 -

silty soil 4

(lempung) Undrained 13.5 13.6

0.0002

3

0.00023

2

0.

5

0.0

8

0.

3

0.455

3

1.8

5 5 33 1 -

Fill

(Embankm

ent

Undrained 16 20 1 1 - - 0.

3 - - 1 30

0.

6 8000

sandy soil

(pasir) Undrained 14 14.7

0.0004

5

0.00045

7 - -

0.

3 - - - - 1

1500

0

Efektifitas Pondasi Raft & Pile Dalam Mereduksi Penurunan Tanah Dengan Metode Numerik

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 83

x

y

0

1 2

3

45 6

7 8

9 10

11 12

13 14

15 16

17 18

19 20

2122 23

A

24

A

Gambar 3. Komposisi lapisan tanah dan pembebanan pada badan jalan

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Aspek penting dalam mendesain pondasi tipe pile raft pada badan jalan adalah seberapa besar deformasi yang dapat

terjadi pada embankment ketika jalan tersebut dioperasikan. Untuk embankment dengan ketinggian 1 meter akan

sangat efektif jika digunakan pondasi pile raft tipe 1R5P seperti yang dinyatakan dalam Tabel 5. Besarnya

penurunan yang terjadi hanya sebesar 0.22 meter sepanjang waktu konsolidasi 1800 hari. Hal ini menggambarkan

sangat efektifnya pondasi dengan tipe pile raft. Pada saat pembebanan dimulai pada badan jalan maka tegangan

secara vertikal akan bertambah pada bagian tanah dibawah timbunan. Penurunan vertikan terbesar berada pada

daerah sekitar pembebanan. Besarnya penurunan juga sangat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi serta besarnya

kecepatan rembesan air dalam tanah. Gambar 4 memperlihatkan efektifitas pondasi pile raft untuk beberapa model

dalam mereduksi penurunan secara vertikal saat mulainya pembebanan hingga waktu konsolidasi 1800 hari

kemudian. Diharapkan setelah 1800 hari,besarnya penurunan yang terjadi sudah mencapai faktor keamanan yang

memadai.

Tabel 5. Variasi Penurunan pada Beberapa Tipe Perkuatan

Tipe Model Geometri Deformasi maximum badan jalan

Tanpa Perkuatan 0.553 m

Penelitian Lapangan 0.54 m

Perkuatan dengan Raft 0.537 m

Perkuatan dengan pile raft

sepanjang 1 meter 0.271 m

Perkuatan dengan pile raft

sepanjang 3 meter 0.246 m

Perkuatan dengan pile raft

sepanjang 5 meter 0.225 m

0.4

1 m

1 m

4.5

6 m

3 m

3 m

2.1

0.8

Silty Clay 1

Silty Clay 2

Sandy Soil

Silty Soil 1

Silty Soil 3

EMBANKMENT

Silty Soil 4

Silty Soil 2

2 (50 kN/m)

5 m

3 m

1 m

Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 84

Gambar 4 Kurva penurunan pada permukaan tanah dibawah timbunan

Pada Gambar 5(a) dibawah memperlihatkan deformasi secara vertikal pada lapisan atas tanah lunak. Embankment

setinggi 1 meter pada grafik tanpa perkuatan dengan analisa numerik dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang

1800 hari. Pada 300 Hari pertama deformasi vertikal pada lapisan atas tanah lunak diidentifikasi hingga 0.29 meter

dan hingga hari ke 1800 deformasi mencapai 0.51 meter. Pada Gambar 5(b) memperlihatkan deformasi secara

lateral pada ujung timbunan hingga kedalaman 21.4 meter. Deformasi lateral dianalisa dalam rentang waktu

konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 300 Hari pertama deformasi lateral sebesar 0.087 meter pada kedalaman 4.5

meter dan hingga hari ke 1800 deformasi lateral mencapai 0.093 meter pada kedalaman 4.5 meter.

(a) (b)

Gambar 5. Tipikal deformasi tanpa pondasi: (a) vertikal dan (b) lateral

Gambar 6(a) dibawah memperlihatkan deformasi secara vertikal pada lapisan atas tanah lunak. Embankment

setinggi 1 meter pada grafik tanpa perkuatan dengan analisa numerik dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang

1800 hari. Pada 300 Hari pertama deformasi vertikal pada lapisan atas tanah lunak diidentifikasi hingga 0.132 meter

dan hingga hari ke 1800 deformasi mencapai 0.268 meter. Pada Gambar 6(b) dibawah memperlihatkan deformasi

secara lateral pada ujung timbunan hingga kedalaman 21.4 meter.Deformasi lateral dianalisa dalam rentang waktu

konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 300 Hari pertama deformasi lateral sebesar 0.064 meter pada kedalaman 4.5

meter dan hingga hari ke 1800 deformasi lateral turun hingga hanya 0.061 meter pada kedalaman 4.5 meter.

Efektifitas Pondasi Raft & Pile Dalam Mereduksi Penurunan Tanah Dengan Metode Numerik

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 85

(a) (b)

Gambar 6. Tipikal deformasi pondasi Raft and Pile (5m): (a) vertikal dan (b) lateral

Pada Gambar 7(a) dibawah memperlihatkan deformasi secara vertikal pada lapisan atas tanah lunak. Embankment

setinggi 1 meter dianalisa secara numerik dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 300 Hari

pertama deformasi vertikal pada lapisan atas tanah lunak diidentifikasi hingga 0.10 meter dan hingga hari ke 1800

deformasi mencapai 0.22 meter. Selanjutnya, deformasi secara lateral pada ujung timbunan hingga kedalaman 21.4

meter seperti terlihat pada Gambar 7(b). Deformasi lateral dianalisa dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang

1800 hari. Pada 300 Hari pertama deformasi lateral sebesar 0.036 meter pada kedalaman 16.41 meter dan hingga

hari ke 1800 deformasi lateral naik hingga 0.041 meter pada kedalaman 16.41 meter.

(a) (b)

Gambar 7. Tipikal deformasi pondasi Raft and Pile (5m): (a) vertikal dan (b) lateral

4. KESIMPULAN

Dari hasil analisa studi ini dengan menggunakan metode numerik maka disimpulkan :

1. Pondasi raft & pile efektif dalam mengurangi deformasi baik vertikal maupun lateral.

2. Pondasi raft sendiri hanya sedikit mengurangi besarnya penurunan secara vertikal bahkan cenderung tidak

berfungsi tetapi dapat menambah stabilitas daya dukung tanah.

3. Pengaruh panjang pile cukup signifikan dalam mereduksi deformasi vertikal dan lateral.

Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 86

4. Semakin bertambah panjang pondasi (5 m) dapat mengurangi deformasi secara vertikal sebesar 43% dan

deformasi lateral sebesar 98% jika dibandingkan embankment tanpa pondasi raft & pile.

DAFTAR PUSTAKA

Chai, J. C., Miura, N, Kirekawa., T and Hino, T. (2008). “Design methods of PVD instalation depth for two-way

drainage deposit”. Proceedings of the International Symposium on Lowland Technology, 13-20.

Brinkgreve, R.B.J. (2007). Dasar Teori Plaxis. Delft University of Technology & PLAXIS b.v. Belanda.

Forest Products laboratory (1999). Wood Handbook;Wood as an Engineering Material. United States Departement

Of Agriculture. USA.

Hayashi, H. And Nishimoto, S. (2008). “Improvement effect of combined method PVD and reinforced fill on peaty

ground”. Proceedings of the International Symposium on Lowland Technology, 209-214.

Padmavathi, V., Madhav, M. R., Rao, P. N. and Reddy, E. S. (2008). “Lateral displacement response of a rigid pile

in soft soil overlain by sand”. Proceedings of the International Symposium on Lowland Technology, 169-174

Pongsagorn, P. (2009). Development Of A Timber Raft and Pile Foundation For Embankment On Soft Ground.

Disertation of Phillosophy in Civil Engineering Saga University. Japan.

Samang, L. (1997). Settlement of Soft Cohesive Deposit Induced by Cyclic Loading. Doctor of Engineering

Dissertation, Saga University. Japan.