Perencanaan Pondasi Tiang Pada Tanah Lempung

Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra, Arsitektur & Teknik Sipil) Bandung, 8-9 Oktober 2013 Vol. 5 Oktober 2013 ISSN: 1858-2559 PERENCANAAN PONDASI TIANG PADA TANAH LEMPUNG Nuryanto1 Sri Wulandari2 1,2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma 1 nuryanto_n@student.gunadarma.ac.id 2 sri_wulandari.staff.gunadarma.ac.id Abstrak Dalam setiap pembangunan suatu proyek konstruksi dibutuhkan perencanaan struktur yang kuat, aman, dan nyaman. Salah satu bagian bangunan untuk mendukung hal tersebut adalah pondasi. Perencanaan pondasi tiang harus dilakukan dengan teliti dan secermat mungkin. Setiap pondasi harus mampu mendukung beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimum yang mungkin terjadi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merencanakan pondasi tiang dari tipe pondasinya, kedalaman dan dimensi, kapasitas dukung sampai perancangan struktur pondasi dari karakteristik tanah dan beban kolom. Karakteristik jenis tanah pada proyek pembangunan apartemen Margonda Residences III ini adalah tanah butir halus, dengan kedalaman tanah keras lebih dari 12 m. Perhitungan daya dukung ujung tiang dan daya dukung selimut tiang menggunakan metode Tomlinson. Perhitungan penurunan tiang tunggal menggunakan metode semi empiris dan penurunan kelompok tiang menggunakan metode empiris yang dikeluarkan oleh Meyerhof. Penurunan pondasi tiang tersebut kemudian dibandingkan dengan hasil penurunan yang diperoleh dengan menggunakan program Plaxis. Penulangan pondasi mengacu pada SNI 032847-2002 tentang Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh dimensi pondasi tiang bor dengan diameter 1 serta panjang tiang 22 m. Daya dukung terbesar adalah sebesar 265,974 ton. Penurunan terbesar yang terjadi adalah sebesar 0,06 m. Sedangkan penurunan menggunakan menggunakan program Plaxis adalah sebesar 0,1 m. Terdapat perbedaan perhitungan sebesar 0,04 m antara manual dan Plaxis, dikarenakan keakuratan dalam pengolahan data. Pondasi menggunakan tulangan 25D20 untuk tulangan longitudinal dan D13 – 50 untuk tulangan geser. Tebal pile cap yang digunakan berukuran 1 m serta menggunakan tulangan antara D32 – 60 sampai D32 – 230. Kata kunci: pondasi tiang, daya dukung, penurunan pondasi. PENDAHULUAN Di daerah perkotaan, terutama di kota-kota besar di Indonesia, pertambahan penduduk sangat sulit untuk dibendung yang mengakibatkan kebutuhan akan lahan semakin meningkat. Seiring dengan pertambahan jumlah penduduk, kemajuan jaman maupun perkembangan pembangunan yang selanjutnya mengakibatkan semakin sempitnya T-10 lahan yang tersedia. Hal ini terjadi karena ketersediaan lahan yang ada tetap, sementara pertambahan penduduk maupun kebutuhan lahan untuk tempat tinggal maupun lokasi pembangunan yang tersedia semakin sempit yang mengakibatkan harga jual tanah menjadi mahal, sehingga dengan alasan efisiensi, maka kebanyakan struktur berupa gedung-gedung dibangun secara bertingkat. Perkem- Nuryanto & Wulandari, Perencanaan Pondasi Tiang… Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra, Arsitektur & Teknik Sipil) Bandung, 8-9 Oktober 2013 bangan struktur bangunan gedung di kota umumnya dikembangkan ke arah vertikal. Secara umum pondasi tiang merupakan elemen struktur yang berfungsi meneruskan beban pada tanah, baik beban dalam arah vertikal maupun arah horizontal. Pemakaian pondasi tiang pada suatu bangunan, apabila tanah dasar dibawah bangunan tersebut tidak mempunyai daya dukung yang cukup untuk memikul berat bangunan dan bebannya, atau apabila tanah keras yang mempunyai daya dukung yang cukup untuk memikul berat bangunan dan bebannya tetapi letaknya sangat dalam. (Sardjono HS). Tujuan penulisan ini adalah untuk merencanakan pondasi dalam/pondasi tiang dengan menggunakan metodemetode yang disesuaikan dengan kondisi tanah. Untuk merencanakan desain pondasi tiang ini selain dengan menggunakan model tanah Mohr Coulomb (Plaxis), juga dengan pendekatan secara statis atau perhitungan manual dengan menggunakan metode dari Tomlinson. METODE PENELITIAN Perencanaan pondasi tiang merupakan suatu hal yang kompeks dan membutuhkan waktu yang lama. Maka dari itu metode perencanaan harus membuat perencanaan pondasi tiang menjadi lebih mudah, cepat dan efisien. . Nuryanto & Wulandari, Perencanaan Pondasi Tiang… Vol. 5 Oktober 2013 ISSN: 1858-2559 Pada diagram alir dibawah ini akan dijelaskan metode perencanaan pondasi tiang dengan menggunakan metode model tanah Mohr Coulomb (Plaxis) dan metode statik. Metode tomlinson Metode Tomlinson adalah metode yang digunakan untuk perencanaan pondasi pada tanah kohesif berdasarkan nilai undrained shear strength (Cu) dari tanah lempung. Harga Cu ini dapat diperoleh dari uji laboratorium triaxial dan korelasi dari uji lapangan seperti NSPT maupun qc sondir. Model tanah Mohr Coulomb Model Mohr Coulomb mengasumsikan perilaku tanah bersifat plastis sempurna, dengan menetapkan suatu nilai tegangan batas dimana pada titik tersebut tegangan tidak lagi dipengaruhi oleh regangan. Input parameter meliputi 5 buah parameter yaitu modulus Young (E), rasio Poisson (υ), kohesi (c) , sudut geser (ø), dan sudut dilatansi (Ψ). Pada pemodelan Mohr-Coulomb umumnya dianggap bahwa nilai E konstan untuk suatu kedalaman pada suatu jenis tanah, namun jika diinginkan adanya peningkatan nilai E per kedalaman tertentu disediakan input tambahan dalam program Plaxis (Brinkgreve, R.B.J. 2007. PLAXIS 2D – Versi 8). T-11 Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra, Arsitektur & Teknik Sipil) Bandung, 8-9 Oktober 2013 Vol. 5 Oktober 2013 ISSN: 1858-2559 Mulai Mulai Pengumpulan Data : 1. Data Tanah 2. Data Struktur Data Geometrik Tanah & Pondasi Data Karakteristik Tanah & Pondasi Perencanaan Dimensi Pondasi dengan Persamaan Matematis Menentukan Jaringan Elemen Hingga Kondisi Awal (Initial Condition) Daya Dukung Run Program Daya Dukung Selimut Tiang Tiang Daya Dukung Ujung Tiang Output 1. Defleksi/Penuruna pondasi 2. Tegangan yang terjadi 3. Gaya yang timbul pada pondasi Daya Dukung Ultimit Daya Dukung Izin Selesai Penentuan Jumlah Tiang . (b) Efisiensi Kelompok Tiang Penurunan Pondasi Tiang 1. Tunggal 2. Kelompok Daya Dukung Lateral Penulangan Pondasi Perencanaan Pile Cap Penulangan Pile Cap Selesai (a) Gambar 1 a) Diagram Alir Desain Pondasi Tiang dengan Cara Manual b) Diagram Alir Desain Pondasi Tiang dengan Plaxis HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Pondasi Tiang 1. Daya Dukung Pondasi Tiang Pada perhitungan daya dukung pondasi tiang ini menggunakan metode berdasarkan hasil uji laboratorium. Menggunakan nilai undrain shear strength tanah di ujung tiang (Cu) yang disarankan oleh Tomlinson (1975). T-12 Berikut ini contoh perhitungan daya dukung pondasi tiang berdasarkan data bore hole 1 titik C’7’. Perhitungan daya dukung ujung tiang. Qp = Ap . Nc’ . c = ¼ π D2 . 9. 11,7 = ¼ 3,14 D2 . 105,3 = 82,661 D2 ton Nuryanto & Wulandari, Perencanaan Pondasi Tiang… Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra, Arsitektur & Teknik Sipil) Bandung, 8-9 Oktober 2013 Perhitungan daya dukung selimut tiang untuk lapisan pertama dengan kedalman 2,5 m. Qs1 = f . As = Cu . α . π.D . L = 2,1 . 1,25 . 3,14 . D . 2,5 = 20,606 D ton Tabel 1. Daya Dukung Selimut Per Lapisan Lapisan Kedalaman (m) 1 0-2,5 2 2,5-7 3 7-10,5 4 10,5-14 5 14-18 6 18-22 Sumber : Hasil Perhitungan Daya Dkung Selimut (ton) 20,606 D 53,969 D 37,091 D 64,566 D 114,610 D 183,690 D Vol. 5 Oktober 2013 ISSN: 1858-2559 Daya dukung ultimit pondasi tiang Qu = Qp + ∑Qs – Wp Qu = 82,661 D2 + 474,533 D 2 – ¼ . 3,14 . D . 22 . 2,4 = 82,661 12 + 474,533 1 – 41,448 12 Qu = 515,745 ton Daya dukung Ijin pondasi tiang Q Qa = u SF 515,745 = = 206,298 ton 2,5 Jumlah pondasi tiang 495,490 P n= =n= ≈3 Qa 206,298 Jadi daya dukung selimut tiang total adalah, ∑Qs = Qs1+ Qs2+ Qs3+ Qs4+ Qs5+ Qs6 = 20,606 D + 53,969 D + 37,091 + 64,566 D + 114,610 D + 183,690 D = 474,533 D ton 2. Perhitungan Penurunan Pondasi (Settlement) a. Penurunan sepanjang tiang (s1) (Q + ξ . Qs ). L s1 = p Ap . E p ( 82,661 + 0,5 . 474,533). 22 = 0,785 . 2396295 = 0,00374 m Perhitungan dimensi pondasi terhadap gaya kolom K1 = 1000 mm x 400 mm sebesar = 966,967 ton, dan karakteristik tanah pada bore hole 1 b. Penurunan tiang akibat beban pada ujung tiang (s2) q .D 1 − μ s2 I wp s2 = b Es 105,3.1 (1 − 0,32 ) . 0,88 = 2109,21 = 0,0399 m P = Qp + Qs - Wp = 82,661 D2 + 474,533 D – ¼ . 3,14 . D2 . 22 . 2,4 = 82,661 D2 + 474,533 D – 41,448 D2 P = 41,213 D2 + 474,533 D 966,967 = 41,213 D2 + 474,533 D D = 0,964 m = 1,766 meter Jadi, dalam perencanaan pondasi ini digunakan pondasi tiang bor dengan diameter 1 meter dari beban maksimum pada bore hole 1. Nuryanto & Wulandari, Perencanaan Pondasi Tiang… ( ) c. Penurunan tiang akibat beban yang diteruskan sepanjang tiang (s3) ⎛Q ⎞ D s3 = ⎜⎜ s ⎟⎟ (1 − μ s2 ) . I ws ⎝ pL ⎠ Es ⎛ 474,53 ⎞ 1 ⎟⎟ ( = ⎜⎜ 1 − 0,32 ) . 3,64 ⎝ 3,14 . 22 ⎠ 2109,21 = 0,01 m T-13 Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra, Arsitektur & Teknik Sipil) Bandung, 8-9 Oktober 2013 d. Penurunan kelompok tiang δ= 0,17 . Br . qe ' . I Bg / Br σ r . N 60 ' 0,17 . 0,3 . 30,968 . 0,5 3,5 / 0,3 = 9,76 . 60 = 0,006 m 3. Perhitungan Daya Dukung Tiang Terhadap Beban Lateral Perhitungan beban lateral yang digunakan dalam penulisan ini adalah dengan metode Evans and Duncan’s (1982). a. Daya dukung lateral tiang tunggal Diketahui: λ = 1, untuk tanah lempung dan pasir B = 39,370 in E = 3,37E+06 R1 =1 Vol. 5 Oktober 2013 ISSN: 1858-2559 Setelah nilai Vc dan Mc diketahui, maka nilai V dan M pada pondasi dapat diperoleh dengan melihat grafik-grafik pada Gambar 2 dan Gambar 3. Gambar 2. Shear Load vs Lateral Deflection Curves for Free-head Condition in Cohesive Soil Sumber : Evans and Duncan (1982) ε 50 = 0,001, untuk tanah lempung cu = 2,365 lb/in2 Untuk tanah berbutir halus maka, σ p = 4,2 . cu = 4,2 . 2,365 = 9,934 lb/in 2 ⎛ σp ⎞ ⎟⎟ Vc = λ . B . E . R1 ⎜⎜ E R . 1 ⎠ ⎝ 2 m (ε 50 )n ⎛ 9,934 ⎞ ⎟⎟ = 1 . 39,370 2 .3,37 .10 6 .1⎜⎜ 6 ⎝ 3,37 .10 .1 ⎠ = 3,987.10 6 lb Gambar 3. Shear Load vs Maximum Moment Curves for Free-head Condition in Cohesive Soil 0 , 683 (0,001Sumber )−0, 22 : Evans and Duncan (1982) Dengan memasukkan nilai defleksi tiang ⎛ σp ⎞ sebesar 0,25 in, maka diperoleh nilai yt/B ⎟⎟ (ε 50 )n M c = λ . B 2 . E . R1 ⎜⎜ =0,00635. Nilai tersebut kemudian di plot ⎝ E . R1 ⎠ ke Gambar 1 dan Gambar 2 sehingga 0 , 46 ⎛ ⎞ 9 , 934 dan nilai −0 ,15nilai V/Vc = 0,005 ⎟⎟ diperoleh ( = 1.39,370 2 . 3,37 .10 6 .1⎜⎜ 0,001) 6 ⎝ 3,37 .10 .1 ⎠ M/Mc = 0,0025. m = 1,656.10 9 lb.in T-14 Nuryanto & Wulandari, Perencanaan Pondasi Tiang… Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra, Arsitektur & Teknik Sipil) Bandung, 8-9 Oktober 2013 Vol. 5 Oktober 2013 ISSN: 1858-2559 Maka, V = 0,005 Vc V = 0,005.3,987 .106 dan = 1,994 .104 lb = 9,968ton M = 0,0025 Mc Gambar 4. Output Deformation M = 0,010 .1,656 .109 Sumber : Hasil keluaran plaxis = 4,141.106 lb = 47,33 ton Daya dukung lateral kelompok tiang dapat diperoleh melalui persamaan, Vg = n ⋅ V Pada Gambar 4, terlihat bahwa penurunan yang terjadi akibat beban vertikal sebesar 2302,41 kN adalah sebesar 0,05841 m = 5,841 cm. Penurunan yang terjadi akibat pembebanan juga dapat dilihat pada jendela Plaxis Curves berikut ini. Jumlah tiang pada kelompok tiang n = 3 buah Daya dukung lateral tiang tunggal V = 9,968 ton Vg = n .V = 3. 9,968 = 29,905 ton Untuk pengaruh momen dalam kelompok tiang, dapat diperoleh melalui persamaan, M g = ∑ Pi . ri = (P1 . r1 ) + (P2 . r2 ) + (P3 . r3 ) Gambar 5. Grafik Penurunan vs Beban = (206,298.1,44 ) + (206,298.1,44 ) + (206,298 .1,44 ) = 893,373 ton.m 4. Analisis Pondasi Tiang Dengan Plaxis Menggunakan Pemodelan Tanah Mohr-Coulomb. Analisis dengan program Plaxis digunakan untuk mendapatkan nilai deformasi (penurunan) pondasi tiangrakit yang terjadi akibat beban yang bekerja pada pondasi tersebut. Selain itu, dapat pula diperoleh tegangan-tegangan yang terjadi akibat beban tersebut dan gaya-gaya yang timbul pada pondasi. Nuryanto & Wulandari, Perencanaan Pondasi Tiang… Sumber : Hasil keluaran plaxis Gambar 5 menunjukkan hubungan antara penurunan dan pembebanan, semakin bertambah beban yang bekerja pada pondasi, maka penurunannya akan semakin besar. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan hasil perancangan dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan, 1. Dari hasil perhitungan, diperoleh desain dimensi pondasi tiang dengan diameter 1 meter dan panjang tiang T-15 Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra, Arsitektur & Teknik Sipil) Bandung, 8-9 Oktober 2013 2. 3. T-16 22 meter, dengan daya dukung pondasi tiang bor sebesar 2062,98 ton sampai 2659,74 ton. Penurunan pondasi tiang bor tunggal sebesar 0,058 meter sampai 0,117 meter. Sedangkan untuk penurunan kelompok tiang diperoleh penurunan terbesar sebesar 0,0117 meter. Hasil perhitungan dengan menggunakan program Plaxis, diperoleh penurunan pondasi tiang bor sebesar 0,0584 meter sampai 0,1165 meter. Terdapat perbedaan hasil perhitungan penurunan pondasi dengan cara manual dan hasil hitungan Plaxis sebesar 2% sampai 33 %. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh daya dukung lateral tiang bor sebesar 9,968 ton sampai 19,47 ton. Defleksi yang terjadi akibat beban lateral adalah sebesar ¼ inch atau 0,00635 meter. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh dimensi pile cap yang bervariasi pada setiap titik pondasi yaitu dengan panjang dan lebar antara 2 meter sampai 5,25 meter dengan tebal pile cap 1 meter. Vol. 5 Oktober 2013 ISSN: 1858-2559 Saran Program yang digunakan sebaiknya di pahami terlebih dahulu agar lebih mudah menganalisa. Dalam pengujian laboratorium sebaiknya dilakukan sampai kedalaman pondasi yang direncanakan, agar data karakteristik tanah yang didapat lebih akurat. DAFTAR PUSTAKA Brinkgreve, R.B.J. 2007. PLAXIS 2D – Versi 8. Belanda: Penerbit PLAXIS b.v. Duncan, J.M. and Evans. L.T. 1982. Simplified analysis of laterally loaded piles. University of California: Department of Civil Engineering. Meyerhof, G.G. 1976. Bearing capacity and settlement of pile foundation, Jurnal of Geotechnical Engineering Division, Proceedings, ASCE, v. 102, no. GT3, pp. 197-228. Sardjono, H.S. 1991. Pondasi tiang pancang II, Surabaya: Sinar Wijaya. Tomlinson, M.J. 1975. Pile design and construction practice. London: A Viewpoint Publication. Nuryanto & Wulandari, Perencanaan Pondasi Tiang…