Penelitian Dana Mandiri
Program Studi: Teknik Sipil
PERANCANGAN PROTEKSI GALIAN DALAM DENGAN
SOLDIER PILE
Disusun Oleh:
Ir. Siska Rustiani, M.T.
Ryan Alexander Lyman
Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat
Univesitas Katolik Parahyangan
Desember 2017
1) Lecturer, Civil Engineering Department, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung
[email protected]. 2) Graduate Student, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung,
[email protected]. 3) Graduate Student, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung,
PERANCANGAN PROTEKSI GALIAN DALAM DENGAN
SOLDIER PILE
Siska Rustiani1), Ryan Alexander Lyman2)
Pekerjaan galian tanah merupakan pekerjaan dalam ilmu geoteknik yang memerlukan perhatian dan penanganan
yang cukup matang dalam perencanaan maupun pelaksanaanya. Pekerjaan galian tanah dapat dibagi menjadi
galian dalam dan galian dangkal. Pekerjaan galian sering kali mengalami kegagalan dalam bentuk keruntuhan.
Pada penelitian ini, peneliti ingin mengetahui kondisi kritis dari suatu sistem galian dalam sebelum terjadi
keruntuhan. Galian dalam pada penelitian ini diperkuat dengan struktur penahan tanah berupa soldier pile.
Analisis dilakukan dengan metode konvensional dan metode elemen hingga yaitu program komputer PLAXIS
2D. Gaya dalam, deformasi, faktor keamanan galian, faktor keamanan akibat basal heave dan push-in merupakan
komponen yang dianalisis dengan kedua metode tersebut. Dari hasil analisis, dengan menggunakan metode
konvensional dapat diketahui bahwa kedalaman pemancangan soldier pile mencapai 10 m dan gaya dalam berupa
momen lentur maksimum sebesar 70,39 ton m. Penggunaan diameter 80 cm pada metode konvensional tidak
memenuhi syarat lendutan tetapi memenuhi syarat kapasitas momen maksimum beton bertulang. Sedangkan
dengan metode elemen hingga pada kedalaman pemancangan 7,5 m untuk kondisi short term stability dan long
term stability memberikan momen lentur maksimum masing-masing 20,49 ton m dan 31,26 ton m. Penggunaan
tiang dengan diameter 80 cm dianggap sudah cukup memenuhi syarat faktor keamanan untuk menahan tekanan
tanah lateral.
Kata Kunci: soldier pile, metode elemen hingga, metode konvensional, underpass, galian dalam
1-1
1. BAB 1 - PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ketersediaan lahan parkir yang cukup pada gedung bertingkat tinggi (high rise building)
menjadi hal yang harus diperhatikan dengan baik oleh pihak pengembang. Semakin kompleks
struktur bangunan yang akan di konstruksi, maka semakin besar juga lahan parkir yang
diperlukan untuk menampung kendaraan yang ada. Secara umum, lahan parkir dapat berada
diatas permukaan tanah dan dibawah permukaan tanah (basement).
Pekerjaan galian menjadi hal yang sangat penting dalam ilmu geoteknik dan tidak
terlepas dari setiap pekerjaan konstruksi dalam dunia teknik sipil. Sebagai contoh, pekerjaan
galian konstruksi underpass, pekerjaan penggalian terowongan bawah tanah, pekerjaan
penggalian pada konstruksi pondasi dan lahan parkir bangunan bertingkat tinggi, pekerjaan
galian tangki minyak bawah tanah, pekerjaan penggalian konstruksi stasiun kereta bawah tanah
dan lain sebagainya.
Pada penelitian ini, pekerjaan galian yang akan dibahas yaitu galian konstruksi
underpass pada akses menuju lahan parkir di salah satu pusat perbelanjaan di Jakarta Selatan.
Konstruksi underpass tersebut dimaksudkan untuk mempermudah akses menuju fasilitas lahan
parkir pada basement serta memperlancar arus lalu lintas di sekitar pusat perbelanjaan di
Jakarta Selatan.
Sistem perkuatan dan proteksi galian tanah sedalam kurang lebih 15 m menggunakan
struktur penahan tanah yang dalam perancangannya turut memperhatikan jenis tanah, sifat
tanah, lokasi sekitar proyek, kedalaman penggalian tanah yang cukup, metode pelaksanaan
penggalian, metode analisis serta pemodelan yang sesuai dan menyerupai kondisi pada
lapangan. Struktur penahan tanah dapat berupa dinding penahan tanah yang fungsinya
menahan beban berupa gaya tekan tanah pada arah horizontal yang dapat memungkinkan
terjadinya kelongsoran pada saat maupun sesudah proses penggalian. Penentuan jenis dinding
penahan tanah yang digunakan pada penelitian ini adalah menggunakan soldier pile sebagai
sistem proteksi galian pada pembangunan konstruksi underpass.
Konstruksi struktur penahan tanah dengan soldier pile menggunakan tiang beton
bertulang yang dilakukan pengecoran secara berbaris. Dengan kondisi lapisan tanah yang
bervariasi dan sifatnya sangat padat (very dense), pemilihan jenis soldier pile dengan sistem
pengeboran menjadi pilihan yang baik sebagai sistem proteksi galian.
Inti Permasalahan
Penulis ingin melakukan perbandingan hasil analisis gaya dalam, defleksi soldier pile
menggunakan metode konvensional dan metode elemen hingga serta pergerakan tanah yang
terjadi pada proteksi galian dalam tersebut.
1-2
Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu:
1. Memperoleh besaran gaya – gaya dalam pada soldier pile yang muncul akibat beban kerja
arah lateral;
2. Memperoleh dan mengontrol defleksi pada soldier pile akibat beban kerja arah lateral,
derformasi muka tanah dan soldier pile akibat penggalian, nilai stabilitas terhadap pengaruh
basal heave, push-in dan pekerjaan galian dalam;
3. Menentukan dan memodelkan dimensi desain optimum pada soldier pile berdasarkan gaya
- gaya dalam yang terjadi akibat beban kerja arah lateral.
Metode Penelitian
Studi Pustaka
Studi pustaka dapat diperoleh dari berbagai sumber referensi antara lain berasal dari text
book, e-book, jurnal penelitian, tulisan/makalah ilmiah.
Pengumpulan Data
Pengumpulan data sekunder yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari proyek
pembangunan konstruksi underpass pada pusat perbelanjaan di Jakarta Selatan oleh penulis
berupa:
1. Data Uji Lapangan (hasil uji NSPT) dan data hasil uji laboratorium;
2. Site plan lokasi proyek, potongan melintang, denah dan konfigurasi soldier pile;
Analisa Data
Pada penelitian ini, akan dilakukan analisis dan interpretasi sistem proteksi galian dalam
menggunakan soldier pile berdasarkan data sekunder yang telah diperoleh menggunakan
metode konvensional untuk memperoleh hasil kinerja dari soldier pile dalam menahan
beban horizontal. Hasil analisis dengan metode konvensional tersebut kemudian akan
dibandingkan dengan hasil analisis dengan metode elemen hingga menggunakan bantuan
program komputer PLAXIS untuk memperoleh desain dari dimensi soldier pile yang lebih
optimal dan ekonomi
2-1
2. BAB 2 – TINJAUAN PUSTAKA
Konstruksi Underpass
Merupakan jalan melintang yang terletak di bawah jalan lain atau persilangan yang tidak
sebidang dengan membangun terowongan di bawah permukaan tanah dan struktur atas
digunakan sebagai jalan atau prasarana transportasi (anonim, 2013). Secara umum, konstruksi
underpass terdiri atas 2 bagian utama yaitu konstruksi underpass terbuka dan konstruksi
underpass tertutup.
Penggalian Tanah
Pekerjaan galian tanah merupakan hal yang harus menjadi perhatian lebih pada saat
perencanaan sebuah konstruksi bangunan sipil. Hampir seluruh konstruksi bangunan sipil akan
melibatkan pekerjaan galian. Galian tanah dapat menyebabkan perubahan tegangan dan
regangan pada tanah yang kemudian dapat berdampak deformasi pada tanah. Beberapa metode
penggalian dalam yang biasa dipergunakan diantaranya adalah: full open cut methods, braced
excavation methods, anchored excavation methods, island excavation methods, top-down
construction methods, dan zoned excavation methods (Ou 2006).
Pondasi Tiang
Pondasi tiang merupakan bagian dari struktur bawah yang dibuat menjadi satu kesatuan
monolit dengan menyatukan pangkal tiang yang terdapat di bawah konstruksi dengan tumpuan
pondasi (Sosrodarsono, Suyono dan Nakazawa, Kazuto 2000). Kegunaan pondasi tiang selain
memikul beban aksial, juga dapat memikul beban lateral yaitu sebagai sistem proteksi
longsoran tanah. Pondasi tiang terdiri atas pondasi tiang pancang dan pondasi tiang bor yang
dimana pemilihan jenis pondasi yang digunakan bergantung pada jenis tanah pada lokasi
konstruksi.
Dinding Penahan Tanah
Merupakan sebuah struktur yang didesain untuk menjaga dan mempertahankan dua muka
elevasi tanah yang berbeda (Coduto 2001). Kestabilan timbunan tanah di belakang dinding
penahan cenderung menyebabkan pergerakan tanah atau longsoran sehingga menghasilkan
gaya geser dan momen guling pada struktur dinding penahan tanah. Bangunan dinding penahan
tanah digunakan untuk menahan gaya tekanan tanah lateral yang ditimbulkan oleh tanah urug
atau tanah asli yang tidak stabil. Jenis dinding penahan tanah sederhana yang biasa digunakan
diantaranya: gravity retaining wall, cantilever wall, reinforced retaining wall. Namun, apabila
kondisi lapangan yang terlalu sulit pada umumnya menggunakan sistem struktur penahan tanah
seperti: soldier pile, turap, dan dinding diafragm
3-1
3. BAB 3 – METODE PENELITIAN
Teori Tekanan Tanah Lateral
Dalam desain sebuah sistem penahan, harus memperhatikan beberapa faktor yaitu: tipe dan
besaran dari pergerakan sistem penahan, kuat geser dari parameter tanah, berat isi dari tanah
dan kondisi drainase pada timbunan. Secara umum, tekanan tanah lateral pada timbunan terbagi
atas beberapa kondisi, yaitu:
• Kondisi dinding tidak dapat bergerak di dalam tanah, dimana kondisi ini disebut
kondisi tekanan pada keadaan diam (at-rest earth pressure);
• Kondisi dinding yang bergerak menjauhi tanah karena dorongan tanah akibat
longsoran tanah timbunan, dimana kondisi ini disebut sebagai kondisi tekanan tanah
pada keadaan aktif (active earth pressure);
• Kondisi dinding yang bergerak mendekati tanah karena menahan tanah akibat
longsoran tanah timbunan, dimana kondisi ini disebut sebagai kondisi tekanan tanah
pada keadaan pasif (passive earth pressure).
Tegangan dan Tekanan Tanah Kondisi Aktif dan Pasif
Apabila kondisi struktur dinding penahan tanah diperbolehkan untuk bergerak secara perlahan-
lahan menjauhi massa tanah, maka tegangan utama arah horizontal akan mengalami
pengurangan terus menerus hingga mencapai tegangan horizontal baru sebesar 𝜎𝑎, dimana:
𝜎𝑎 = 𝛾𝑧 𝑡𝑎𝑛2 (45 −𝜙
2) (3.01)
Besarnya tekanan tanah lateral aktif (Pa) ditentukan dengan menghitung luas diagram
tekan sepanjang struktur dinding penahan tanah. Sedangkan titik tangkap tekanan dapat
ditentukan berdasarkan lokasi titik berat luasan diagram tekan tersebut menurut persamaan
matematis berikut:
𝑃𝑎 = 1
2 𝛾𝐻2𝐾𝑎 (3.02)
�̅�𝑃𝑎=
1
3𝐻 (3.03)
Apabila struktur penahan tanah didorong secara perlahan-lahan menuju arah masuk ke
dalam massa tanah, maka tegangan utama 𝜎ℎ akan mengalami pertambaha nilai yang semakin
membesar secara terus menerus hingga mencapai tegangan utama baru sebesar 𝜎𝑝, dimana:
𝜎𝑝 = 𝛾𝑧 𝑡𝑎𝑛2 (45 +𝜙
2) (3.04)
Besarnya tekanan tanah lateral pasif (Pp) ditentukan dengan menghitung luas diagram
tekan sepanjang struktur dinding penahan tanah. Sedangkan titik tangkap tekanan dapat
ditentukan berdasarkan lokasi titik berat luasan diagram tekan menurut persamaan matematis
berikut:
𝑃𝑝 = 1
2 𝛾𝐻2𝐾𝑝 (3.05)
�̅�𝑃𝑝=
1
3𝐻 (3.06)
3-2
Tegangan dan Tekanan Tanah Kondisi Aktif dan Pasif Akibat Pengaruh Kohesi
Pengaruh kohesi terhadap tegangan utama tidak bergantung pada kedalaman z, melainkan
merupakan fungsi terhadap nilai koefisien tekanan aktif dan pasif (Ka dan Kp) yang dinyatakan
pada persamaan matematis berikut:
𝜎𝑘𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖 𝑎𝑘𝑡𝑖𝑓 = 2𝑐 √𝐾𝑎 (3.07)
𝜎𝑘𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖 𝑝𝑎𝑠𝑖𝑓 = 2𝑐 √𝐾𝑝 (3.08)
Kondisi Tanah Aktif
Pengaruh kohesi terhadap tekanan tanah aktif akan cenderung mengurangi tekanan tanah
pada sisi atas struktur dinding penahan dinyatakan dengan persamaan matematis berikut:
𝜎𝑎 = 𝐾𝑎𝛾𝑧 − 2𝑐√𝐾𝑎 (3.09)
Sehingga besarnya tekanan tanah dan lokasi titik tangkap tekanan kondisi aktif ditentukan
menurut persamaan matematis berikut:
𝑃𝑎 = 1
2 𝐾𝑎𝛾𝐻2 − 2𝑐𝐻√𝐾𝑎 + 2
𝑐2
𝛾 (3.10)
�̅�𝑃𝑎=
1
3 (𝐻 −
2𝑐
𝛾√𝐾𝑎) (3.11)
Kondisi Tanah Pasif
Pengaruh kohesi terhadap tekanan tanah pasif akan cenderung menambah tekanan tanah
sepanjang struktur dinding penahan dinyatakan dengan persamaan matematis berikut:
𝜎𝑝 = 𝐾𝑝𝛾𝑧 + 2𝑐√𝐾𝑝 (3.12)
Sehingga besarnya tekanan tanah dan lokasi titik tangkap tekanan kondisi pasif ditentukan
menurut persamaan matematis berikut:
𝑃𝑝 =
1
2 𝐾𝑝𝛾𝐻2 + 2𝑐𝐻 √𝐾𝑝 (3.13)
�̅�𝑃𝑝 = (
12
𝐾𝑝𝛾𝐻2)(
1
3𝐻)+ (2𝑐𝐻 √𝐾𝑝) (
1
2𝐻)
12
𝐾𝑝𝛾𝐻2+2𝑐𝐻 √𝐾𝑝
(3.14)
Tekanan Tanah Akibat Pengaruh Beban Terbagi Rata Penuh
Akibat beban terbagi rata q bekerja pada permukaan tanah sedangkan beban terbagi rata p
bekerja pada permukaan tanah galian menghasilkan suatu tekanan tanah aktif dan pasif
menurut pesamaan matematis berikut:
𝜎𝑎 = 𝑞𝐾𝑎 (3.15)
𝜎𝑝 = 𝑝𝐾𝑝 (3.16)
Besarnya nilai tekanan tanah merupakan luasan diagram tekan yang berbentuk persegi
panjang. Sedangkan lokasi titik tangkap tekanan merupakan titik berat dari luasan diagram
tekan terhadap sisi bawah struktur dinding penahan tanah yang dinyatakan melalui persamaan
matematis berikut:
𝑃𝑎 = 𝑞𝐾𝑎𝐻 , �̅�𝑃𝑎=
1
2𝐻 (3.17)
𝑃𝑝 = 𝑝𝐾𝑝𝐷, �̅�𝑃𝑝=
1
2𝐷 (3.18)
3-3
Faktor Keamanan Sistem Proteksi Galian Dalam
Faktor keamanan akibat pengaruh stabilitas pergerakan tanah
Besarnya faktor keamanan dinyatakan dalam persamaan matematis berikut:
𝐹𝐾 =𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖
𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛 𝐷𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔 (3.19)
Faktor keamanan terhadap pergerakan tanah menjadi tolak ukur kestabilan pada sistem
proteksi galian dalam yang faktor keamanan tersebut harus memiliki nilai lebih besar sama
dengan 1,5.
Faktor keamanan akibat pengaruh push-in
Stabilitas soldier pile terhadap pengaruh push-in dinyatakan dalam persamaan matematis
sebagai berikut:
𝐹𝑝 =𝑀𝑟
𝑀𝑑=
𝑃𝑃𝐿𝑃+𝑀𝑠
𝑃𝑎𝐿𝑎 (3.20)
𝐻𝑝 = 1,2 𝑑𝑜 (3.21)
Stabilitas terhadap pengaruh push-in dapat dikatakan aman apabila nilai faktor keamanan
𝐹𝑝, memenuhi persyaratan yaitu memiliki nilai yang lebih besar sama dengan 1,2 hingga
1,5.
Faktor keamanan akibat pengaruh basal heave
Faktor keamanan stabilitas soldier pile terhadap pengaruh basal heave dapat ditentukan
dengan persamaan matematis berikut:
Kondisi (𝑫 ≥𝑩
√𝟐), maka
𝐹𝑏 = 𝑄𝑢
𝑊− 𝑆𝑢1𝐻𝑒
=5,7 𝑆𝑢2 𝑎𝑣𝑔
𝐵
√2
(𝛾𝑎𝑣𝑔𝐻𝑒+𝑞𝑠)𝐵
√2−𝑆𝑢1 𝑎𝑣𝑔𝐻𝑒
(3.22)
Kondisi (𝑫 <𝑩
√𝟐), maka
Fb =𝑄𝑢
𝑊−𝑆𝑢1𝐻𝑒=
5,7 𝑆𝑢2𝐷
(𝛾𝐻𝑒+𝑞𝑠)𝐷−𝑆𝑢1𝐻𝑒 (3.23)
Stabilitas terhadap pengaruh basal heave dapat dikatakan aman apabila nilai faktor
keamanan 𝐹𝑏, memenuhi persyaratan yaitu memiliki nilai yang lebih besar sama dengan 1,2.
Persamaan Deformasi Soldier Pile
Dalam penelitian ini, proteksi galian dalam menggunakan struktur penahan tanah dengan
sistem soldier pile yang di asumsikan sebagai sebuah batang terjepit sempurna di salah satu
ujungnya dan sisi bebas di ujung lainnya. Kondisi deformasi maksimum (𝛿𝑚𝑎𝑥), dinyatakan
dalam persamaan matematis sebagai berikut:
𝛿𝑚𝑎𝑥 = 𝐿4
120 𝐸𝐼[15 𝑤1 + 4𝑤2] (3.24)
Berdasarkan konsistensi tanah dan nilai NSPT, asumsi perletakan dapat ditentukan sesuai
dengan yang disajikan pada tabel berikut.
3-4
Tabel 1 – Asumsi Lokasi Jepit Pada Jenis Tanah Pasir dan Lempung
Stiffness of
Soils Sandy soils Clayey soils
The locations of the
assumed supports
Dense N > 50 N > 15 ℓ = 0 − 0,5 m
Medium Dense 10 ≤ N ≤ 50 4 ≤ N ≤ 15 ℓ = 1,0 − 2,0 m
Soft N < 10 N < 4 ℓ = 2,0 − 3,0 m
Pemodelan Material Tanah Pada Program PLAXIS 2D
Sebelum melakukan analisis menggunakan program komputer PLAXIS akan dilakukan
penentuan jangka waktu analisis dan kondisi parameter tanah terlebih dahulu.
Jangka waktu analisis secara umum terbagi atas dua, yaitu stabilitas jangka pendek (short
term stability) dan stabilitas jangka panjang (long term stability). Pada total stress analysis
(TSA), efek dari tekanan air pori atau muka air tanah dapat diabaikan dalam analisis. Hal
tersebut disebabkan oleh efek dari air telah tercakup kedalam parameter total stress dimana
parameter air dan tanah ditinjau sebagai suatu material tunggal. Sedangkan pada effective stress
analysis (ESA), analisis dilakukan dengan memperhitungkan efek dari tekanan air pori atau
muka air tanah. Hal tersebut disebabkan oleh efek dari air belum tercakup kedalam parameter
effective stress dimana parameter air dan tanah ditinjau sebagai dua buah material yang
berbeda.
Secara umum, terdapat beberapa kondisi parameter tanah yang dapat digunakan dalam
analisis yaitu: UnDrained A, UnDrained B, UnDrained C dan Drained. Masing-masing
kondisi parameter tanah akan dijelaskan pada tabel berikut:
Tabel 2 – Parameter Input Pada Progam Komputr PLAXIS
Parameter Tanah
Tipe Material
Undrained
A
Undrained
B
Undrained
C Drained
Kondisi Analisis ESUA ESUA TSUA ESDA
Jangka Waktu Short Term Short Term Short Term Long Term
Jenis Tanah Lempung Lempung Lempung Lempung
dan Pasir
Berat Isi Tanah, (𝛾)
𝛾𝑠𝑎𝑡 𝛾𝑆𝑎𝑡
𝛾𝑆𝑎𝑡
𝛾𝑠𝑎𝑡
𝛾𝑢𝑛𝑆𝑎𝑡 𝛾𝑢𝑛𝑆𝑎𝑡 𝛾𝑢𝑛𝑆𝑎𝑡
Modulus Elastisitas Tanah, (𝐸) 𝐸′ 𝐸′ 𝐸𝑢 𝐸′
Angka Poisson's, (𝜐) < 0,35 < 0,35 < 0,495 < 0,35
Kuat Geser Tanah, (𝑐) 𝑐′ 𝑐𝑢 𝑐𝑢 𝑐′
Sudut Geser Dalam Tanah, (𝜙) 𝜙′ - - 𝜙′
4-1
4. BAB 4 – DATA DAN HASIL ANALISIS
Analisis Galian Dalam
Dengan menggunakan hasil korelasi beberapa nilai parameter tanah dan data geometris galian
yang telah ada, maka akan dilakukan pemodelan galian dalam menggunakan perkuatan soldier
pile dengan metode konvensional dan metode elemen hingga. Model galian dalam yang
dimaksud dapat diperhatikan lebih jelas pada gambar berikut ini.
Gambar 4.1 – Model Galian Dalam dan Parameter Tanah Design
Analisa Proteksi Galian Dalam Menggunakan Metode Konvensional
Analisis galian dengan metode konvensional menggunakan pendekatan teori tekanan tanah
lateral Rankine yang menganggap bahwa tidak ada gesekan di antara sepanjang tiang beton
dengan tanah. Analisa dengan metode konvensional turut memperhitungkan besarnya tegangan
tanah lateral, tekanan tanah lateral dan titik tangkap tekanan tanah lateral.
Kedalaman Pemancangan (𝑫𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒕𝒊𝒔) Soldier Pile
Berdasarkan hasil perhitungan tekanan dan titik tangkap tekanan tanah lateral, besarnya nilai
kedalaman pemancangan dapat diperoleh dengan menghitung besarnya momen menuju titik
G, Σ𝑀𝐺 = 0. Dari hasil analisis, dengan menggunakan cara trial and error diperoleh
kedalaman pemancangan yaitu sedalam 10 m.
Gaya Dalam Soldier Pile
Gaya dalam yang ditinjau pada penelitian ini terdiri atas momen lentur (My) dan gaya lintang
(Qy). Penentuan nilai besaran momen lentur dan gaya lintang dilakukan dengan menyusun
persamaan matematis dan membagi lapisan tanah menjadi segmen-segmen dengan interval
tertentu sepanjang soldier pile. Dari hasil analisis yang dilakukan diperoleh bahwa
besarnya momen lentur maksimum soldier pile adalah 70,39 ton m dan besarnya gaya geser
maksimum soldier pile adalah sebesar 44,93 ton.
4-2
Dimensi Soldier Pile
Pada struktur beton bertulang, penentuan dimensi soldier pile akan didasarkan pada analisis
penampang berdasarkan besaran momen lentur ultimate maksimum (Mu). Momen nominal
yang telah dikalikan dengan faktor ketahanan (𝜙𝑀𝑛) harus lebih besar dari momen lentur
ultimate maksimum yang ada. Dari hasil analisis penampang bahwa penggunaan dimensi
dengan ukuran 0,8 m sudah memenuhi syarat analisis kapasitas penampang beton
bertulang.
Penulangan Maksimum Soldier Pile
SNI 2847:2013 mengenai “Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung”,
menyebutkan luas tulangan maksimum ditentukan menyangkut masalah segi ekonomis dan
kepraktisan pelaksanaan proses pengecoran di lapangan. Rasio tulangan maksimum yang
diperbolehkan harus lebih besar dari rasio tulangan pakai. Dari hasil analisis penulangan
maksimum soldier pile, rasio tulangan maksimum memiliki nilai yang lebih besar dari rasio
tulangan pakai.
Deformasi Soldier Pile
Soldier pile dianalisis sebagai sebuah batang yang terjepit sempurna pada salah satu
ujungnya dan bebas pada ujung lainnya. Beban akibat beban tanah, beban kohesi dan beban
terbagi rata pada permukaan tanah yang membentuk beban trapesium bekerja sepanjang
tiang dengan bentang (𝑙) yaitu sebesar 7,5 meter. Dari hasil analisis deformasi soldier pile,
dinyatakan tidak aman sebab deformasi maksimum yang diperoleh melebihi nilai deformasi
ijin dari batang kantilever.
Faktor Keamanan Sistem Proteksi Galian Dalam
Stabilitas Galian Akibat Tekanan Tanah Lateral
𝐹𝐾 =Σ 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖
Σ 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛 𝐷𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔=
1891,30
1022,32= 1,85 ≈ 1,9
Stabilitas galian akibat tekanan tanah lateral dinyatakan aman sebab FK > 1,5
Stabilitas Galian Akibat Pengaruh Push-In
𝐹𝑝 =𝑀𝑟
𝑀𝑑=
𝑃𝑝. 𝐿𝑝
𝑃𝑎 . 𝐿𝑎=
341,03 (3,40)
90,58 (8,11)= 1,57 ≈ 1,6
Stabilitas galian akibat pengaruh push-in dinyatakan aman sebab FK > 1,5
Stabilitas Galian Akibat Pengaruh Basal Heave
𝐹𝑏 = 𝑄𝑢
𝑊 − 𝑆𝑢1𝐻𝑒
= 16,44
38,18 − 0,5(7,5)= 0,48 ≈ 0,5
Stabilitas galian akibat pengaruh basal heave dinyatakan tidak aman sebab FK < 1,2
Analisa Proteksi Galian Dalam Menggunakan Metode Elemen Hingga
Memodelkan sistem proteksi galian dalam program komputer menggunakan program
komputer PLAXIS 2D V.8.2. Model analisis yang digunakan adalah dengan model plane strain
yang mengasumsi bahwa model akan dianalisis per satuan meter. Titik nodal yang digunakan
sebanyak 15 titik nodal, besarnya konstanta gravitasi sebesar 9,8 m/s2 dan besarnya Rinterface
adalah sebesar 0,75.
4-3
Model sistem proteksi galian dalam ini menggunakan soldier pile dengan diameter
sebesar 80 cm yang berasal dari material beton bertulang. Besarnya kedalaman pemancangan
soldier pile mulai dari dasar galian akan divariasikan menjadi beberapa kedalaman yakni
sebesar 0,75 He; He; 1,25 He dan 1,5 He. Dimana He merupakan kedalaman penggalian, yaitu
7,5 meter.
Hasil analisis dengan program komputer PLAXIS berdasarkan pemodelan proteksi
galian dalam dengan soldier pile yaitu gaya dalam sepanjang tiang berupa momen lentur, gaya
geser dan gaya normal. Selain gaya dalam, terdapat pula hasil analisis berupa deformasi
maksimum pada kepala soldier pile, deformed mesh dari tanah dan faktor keamanan sistem
proteksi terhadap galian dalam dengan soldier pile.
Penentuan Parameter Tanah Kondisi Total Stress Dan Effective Stress
Tabel 3 - Parameter Tanah Kondisi Total Stress Dan Effective Stress
Parameter Tanah Jenis Tanah dan Kondisi Analisis
Lempung 1 Lempung 2 Lempung 3 Pasir
NSPT 8 4 13 44
Set Type Soil and Interface
Kondisi
analisis
Short Term ESUA ESUA ESUA ESDA
Long Term ESDA ESDA ESDA ESDA
Material mode Short Term
Mohr-Coulomb Long Term
Material
type
Short Term Undrained A Undrained A Undrained A Drained
Long Term Drained Drained Drained Drained
𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 [kN/m³] 16,7 16,5 17 18,9
𝛾𝑠𝑎𝑡 [kN/m³] 17 17,5 20,5 22,5
C [kN/m²] total, C 5 5 5 5
efektif, C' 3,3 3,3 3,3 6
𝐸𝑠 [kN/m²] total, E 10350 5180 12000 35000
efektif, E' 7245 3626 8400 2,45E+04
𝜙 [°] total, 𝜙 15 8 10 42
efektif, 𝜙′ 31,099 27,849 34,149 46,031
Angka Poisson's, (𝜐) 0,3 0,3 0,3 0,3
Manual Rinterface 0,75 0,75 0,75 0,75
Permeabilitas, [m/day] 8,64E-05 8,64E-04 8,64E-05 0,0864
4-4
Secara singkat, desain short term stability dan long term stability pada pelapisan tanah lempung
dan pasiran dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 4.2 – Analisis Short Term Stability dan Long Term Stability
Penentuan Parameter Soldier Pile
Soldier pile yang digunakan pada analisis dengan program komputer PLAXIS dibedakan
menjadi 4 jenis, yaitu berdasarkan kedalaman pemancangan yang masing – masing parameter
ditentukan sebagai berikut:
Tabel 4 – Parameter Input Soldier Pile Pada Program Komputer PLAXIS
Parameter Desain Soldier
Pile
Variasi Dpemancangan
0,75 He He 1,25 He 1,5 He
Set Type Plates
Material Type Elastic
EA, [× 107 kN/m] 1,1789
EI, [×105 kN/m] 4,7155
Angka Poison's, 𝜐 0,15
𝑊 = 𝐴 [𝛾𝑐 − 𝛾𝑠], [(kN/m)/m] 3,3869 3,2840 3,2040 3,1399
Hasil Analisis Gaya Dalam Soldier Pile Dengan Menggunakan Program Komputer
PLAXIS 2D
Dengan menggunakan program komputer PLAXIS, akan diperoleh besaran gaya dalam yang
terdiri atas momen lentur, gaya lintang dan gaya normal. Ketiga jenis gaya dalam akan ditinjau
pada kondisi maksimum baik untuk analisis short term stability dan long term stability.
Soldier pile yang ditinjau akan dikelompokkan menjadi 2 yaitu soldier pile pada sisi
kanan galian dan soldier pile pada sisi kiri galian. Dari hasil yang diperoleh, besaran gaya
dalam maksimum dari kedua sisi soldier pile yang kemudian akan digunakan.
4-5
Tabel 5 – Gaya Dalam Soldier Pile Kondisi Short Term Stability
Panjang
Soldier
Pile [m]
Gaya Dalam Soldier Pile Besar Gaya Dalam
yang Digunakan Sisi Kiri Sisi Kanan
Momen
[ton m]
Shear
[ton]
Axial
[ton]
Momen
[ton m]
Shear
[ton]
Axial
[ton]
Momen
[ton m]
Shear
[ton]
Axial
[ton]
13,125 14,52 9,25 10,29 14,51 9,25 10,28 14,52 9,25 10,29
15 20,44 10,09 10,38 20,49 10,10 10,36 20,49 10,10 10,78
16,875 23,95 10,38 10,48 23,98 10,39 10,47 23,98 10,39 10,48
18,75 26,65 11,33 11,33 26,70 11,34 11,31 26,70 11,34 11,33
Tabel 6 – Gaya Dalam Soldier Pile Kondisi Long Term Stability
Panjang
Soldier
Pile [m]
Gaya Dalam Soldier Pile [ton m; ton] Besar Gaya Dalam
yang Digunakan Sisi Kiri Sisi Kanan
Momen
[ton m]
Shear
[ton]
Axial
[ton]
Momen
[ton m]
Shear
[ton]
Axial
[ton]
Momen
[ton m]
Shear
[ton]
Axial
[ton]
13,125 23,78 11,10 7,19 23,76 11,09 7,17 23,78 11,10 7,19
15 31,21 12,15 7,56 31,26 12,16 7,53 31,26 12,16 7,56
16,875 33,90 12,46 7,67 33,94 12,47 7,65 33,94 12,47 7,67
18,75 38,73 13,43 8,42 38,94 13,43 8,37 38,94 13,43 8,42
Berdasarkan hasil analisis dengan program komputer PLAXIS 2D, besar nilai momen
lentur pada kondisi long term stability dan short term stability akan dibandingkan dengan
momen nominal (𝜙𝑀𝑛). Besarnya momen nominal penampang soldier pile dengan diameter
0,8 m adalah sebesar 8,63 ton m. Oleh sebab itu, untuk kondisi long term stability dan short
term stability memenuhi syarat analisis kapasitas penampang beton dari soldier pile
Hasil Analisis Deformasi Soldier Pile Dengan Menggunakan Program Komputer
PLAXIS 2D
Dengan menggunakan program komputer PLAXIS 2D, akan diperoleh besaran deformasi
soldier pile yang terdiri atas horizontal displacement, vertical displacement dan total
displacement. Ketiga jenis deformasi tersebut akan ditinjau pada kondisi maksimum untuk
analisis short term stability dan long term stability.
Soldier pile yang ditinjau akan dikelompokkan menjadi 2 yaitu soldier pile pada sisi
kanan galian dan soldier pile pada sisi kiri galian. Dari hasil yang diperoleh, besaran deformasi
maksimum dari kedua sisi soldier pile yang kemudian akan digunakan.
Tabel 7 – Deformasi Soldier Pile Kondisi Short Term Stability
Panjang
Soldier
Pile [m]
Deformasi Soldier Pile Maksimum [cm] Besar Deformasi
yang Digunakan Sisi Kiri Sisi Kanan
Hori-
zontal
Verti-
Kal Total
Hori-
zontal
Verti-
Kal Total
Hori-
zontal
Verti-
kal Total
13,125 3,47 0,70 3,53 3,47 0,70 3,54 3,47 0,70 3,54
15 3,33 0,60 3,39 3,34 0,60 3,39 3,34 0,60 3,39
16,875 3,32 0,51 3,36 3,33 0,52 3,37 3,33 0,52 3,37
18,75 2,57 0,48 2,61 2,58 0,48 2,61 2,58 0,48 2,61
4-6
Tabel 8 – Deformasi Soldier Pile Kondisi Long Term Stability
Panjang
Soldier
Pile [m]
Deformasi Soldier Pile Maksimum [cm] Besar Deformasi
yang Digunakan Sisi Kiri Sisi Kanan
Hori-
zontal
Verti-
kal Total
Hori-
zontal
Verti-
kal Total
Hori-
zontal
Verti-
kal Total
13,125 5,60 0,82 5,65 5,62 0,82 5,67 5,62 0,82 5,67
15 5,11 0,71 5,15 5,13 0,71 5,12 5,13 0,71 5,15
16,875 5,03 0,60 5,06 5,04 0,61 5,08 5,04 0,61 5,08
18,75 4,69 0,55 4,72 4,74 0,55 4,76 4,74 0,55 4,76
Penentuan syarat aman deformasi soldier pile terhadap beban yang bekerja sepanjang
tiang dilakukan dengan melakukan analisis deformasi ijin dari struktur soldier pile yang
dimodelkan sebagai sebuah balok kantilever sederhana yang dimana besaran deformasi yang
dijinkan sebesar 3,75 cm. Oleh sebab itu, untuk kondisi long term stability tidak memenuhi
syarat deformasi dan short term stability memenuhi syarat deformasi.
Hasil Analisis Deformasi Galian Dalam Menggunakan Program Komputer PLAXIS 2D
Dengan menggunakan program komputer PLAXIS 2D, akan diperoleh besaran deformasi
galian yang terdiri atas horizontal displacement, vertical displacement dan total displacement.
Ketiga jenis deformasi tersebut akan ditinjau pada kondisi maksimum untuk analisis short term
stability dan long term stability.
Tabel 9 – Deformasi Akibat Penggalian Kondisi Short Term Stability
Tabel 10 – Deformasi Akibat Penggalian Kondisi Long Term Stability
Panjang
Soldier Pile
[m]
Deformasi Maksimum
Akibat Galian [cm]
Horizontal Vertikal Total
13,125 3,47 3,21 3,54
15 3,34 3,13 3,39
16,875 3,33 3,03 3,37
18,75 2,58 2,90 2,61
Panjang
Soldier Pile
[m]
Deformasi Maksimum
Akibat Galian [cm]
Horizontal Vertikal Total
13,125 5,62 4,44 5,67
15 5,13 4,38 5,12
16,875 5,04 4,29 5,08
18,75 4,74 4,15 4,76
4-7
Hasil Analisis Faktor Keamanan Galian Terhadap Sistem Proteksi Galian Dengan
Menggunakan Program Komputer PLAXIS 2D
Dengan menggunakan program komputer PLAXIS 2D, akan diperoleh faktor keamanan galian.
Program secara otomatis akan melakukan perhitungan faktor keamanan dengan mereduksi
besarnya parameter tanah ϕ dan c untuk memperoleh suatu titik pada kondisi kritis dari model
yang ada (phi/c reduction calculation).
Tabel 11 – Faktor Keamanan Akibat Penggalian
Panjang
Soldier Pile
[meter]
Faktor Keamanan
Short Term
Stability
Long Term
Stability
13,125 2,42 2,13
15 2,82 2,57
16,875 3,25 3,00
18,75 3,37 3,14
Penentuan syarat aman faktor keamanan galian pada sistem proteksi galian dalam dengan
soldier pile yaitu sebesar 1,5. Oleh sebab itu, untuk kondisi long term stability dan short term
stability memenuhi syarat aman dari faktor keamanan galian pada sistem proteksi galian
dalam.
5-1
5. BAB 5 – KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Analisis tegangan tanah pada metode konvensional menggunakan cara simplified.
Kedalaman pemancangan yang diperoleh adalah sedalam 10 meter dengan besarnya
gaya dalam maksimum momen sebesar 70,39 ton m dan gaya lintang sebesar 44,93 ton.
Soldier Pile menggunakan diameter 0,8 m dan mengalami deformasi maksimum pada
ujung tiang sebesar 7,65 cm.
2. Analisis galian dengan metode elemen hingga menggunakan program komputer
PLAXIS 2D dengan menggunakan model Mohr-Coulumb pada 2 kondisi yaitu short
term stability dan long term stability untuk kedalaman pemancangan yang bervariasi
yaitu 13,125 m; 15 m; 16,875 m dan 18,75 m.
3. Hasil analisis deformasi soldier pile menggunakan metode elemen hingga untuk
kondisi analisis short term stability sudah aman sebab nilai yang diperoleh lebih kecil
dari deformasi ijin yaitu 3,75 cm. Sedangkan untuk kondisi analisis long term stability
memiliki nilai yang lebih besar dari deformasi ijin yang ada sehingga soldier pile
dikatakan tidak aman terhadap deformasi. Sehingga secara keseluruhan, soldier pile
tidak aman terhadap syarat deformasi.
4. Faktor keamanan pada proteksi galian dalam dianalisis terhadap akibat pengaruh basal
heave, push-in dan keamanan galian. Faktor keamanan akibat pengaruh push in sebesar
1,6 yang dimana dinyatakan aman sebab telah melampaui nilai faktor keamanan
minimum yaitu sebesar 1,2. Namun akibat pengaruh basal heave, faktor keamanan
yang dihasilkan sebesar 0,5 yang dimana dinyatakan tidak aman dan perlu
dipertimbangkan dalam desain. Sedangkan akibat galian baik menggunakan metode
konvensional dan metode elemen hingga dinyatakan pula aman sebab telah melampaui
nilai faktor keamanan minimum yang dinyatakan sebesar 1,5.
5. Penggunaan diameter 0,8 m dan kedalaman pemancangan 15 m sebagai ukuran
diameter terlaksana di lapangan menjadi pembanding hasil penentuan ukuran
berdasarkan metode elemen hingga dan metode konvensional. Adapaun hasil analisis
dimensi menggunakan kedua metode adalah sebagai berikut:
• Berdasarkan analisis dengan metode elemen hingga, penggunaan soldier pile
dengan diameter 0,8 m dinilai terlalu kuat untuk menahan beban lateral yang
ditunjukkan melalui nilai faktor keamanan galian kondisi long term stability dan
short term stability yang rata-rata mencapai nilai 2 hingga 3. Sehingga ukuran
diameter soldier pile masih dapat diperkecil. Nilai faktor keamanan desain yang
digunakan untuk kondisi short term stability dan long term stability berturut-
turut adalah sebesar 2,82 dan 2,57.
• Berdasarkan analisis dengan metode konvensional, penggunaan soldier pile
dengan diameter 0,8 m cukup kuat untuk menahan beban lateral yang
ditunjukkan dengan besarnya nilai faktor keamanan galian yang mencapai nilai
1,9.
5-2
Saran
Pada penelitian serupa yang dilakukan di masa yang akan datang, diharapakan peneliti
memperhatikan hal-hal berikut:
1. Penentuan beban luar yang bekerja untuk dianalisis menggunakan metode
konvensional dan elemen hingga sebaiknya terlebih dahulu dilakukan perhitungan
berdasarkan peraturan pembebanan yang ada
2. Analisis galian dalam secara keseluruhan disarankan menggunakan metode elemen
hingga sebab analisis yang dilakukan dengan memperhitungkan faktor koreksi yang
lebih detail dan rinci sehingga mendekati kondisi di lapangan sebenarnya.
3. Dalam melakukan analisis, baik dengan metode konvensional dan metode elemen
hingga mempunyai data hasil pengujian baik lapangan seperti lateral loading test dan
hasil pengujian laboratorium yang lengkap sebagai data pembanding.
4. Perlu dilakukan pertimbangan yang lebih jauh mengenai hasil analisis deformasi
soldier pile pada kondisi long term stability.
5. Pemilihan korelasi parameter tanah yang baik dan tepat perlu dilakukan dengan cermat
sebagai parameter desain tanah yang nantinya akan digunakan dalam proses analisis.
iii
DAFTAR PUSTAKA
Coduto, D.P., (2001). Foundation Design Principle and Practices. 2nd edition. Upper Saddle
River, New Jersey 07458: Prentice Hall.
Cook, R.D., (1981). Concepts and Aplications Of Finite Element Analysis. 2nd ed. John Wiley
and Sons, New York, N.Y.
Das, Braja M., (1999). Principles of Foundation Engineering. 4th ed. PWS Publishing, United
States of America, U.S.A.
Geothechinal Engineering Center, (2013). Manual Pondasi Tiang. 4th ed. Deep Foundation
Research Institute, Parahyangan Catholic University, Bandung, Indonesia.
Hadipratomo, W., (2005). Dasar-dasar Metode Elemen Hingga. PT Danamartha Sejahtera
Umum Anggota IKAPI, Bandung, Indonesia.
Hardiyatmo, Hary Christady, (2015). Analisis dan Perancangan Fondasi I. 3rd ed. Gadjah
Mada University Press Anggota IKAPI, Yogyakarta, Indonesia.
Hardiyatmo, Hary Christady, (2015). Analisis dan Perancangan Fondasi II. 3rd ed. Gadjah
Mada University Press Anggota IKAPI, Yogyakarta, Indonesia.
Lestari, A.S., (2015). Kelas Sarjana, Peracncangan Struktur Penahan Tanah. Bandung: s.n.
Ou, Chang Yu, (2006). Deep Excvation: Theory and Practice. Taylor & Francis Group,
London, U.K.
PLAXIS 2D Material Models Manual. (2017). Version 2010, Delft University of Technology,
Netherlands.
PLAXIS 2D Tutorial Manual. (2002). Version 8.2, Delft University of Technology,
Netherlands.
Rahardjo, Paulus P. (2016). In Situ Testing and Soil Properties Correlation 2nd Edition.
Universitas Katolik Parahyangan, Bandung, Indonesia.
Rustiani, S., (2015). Kelas Sarjana, Mekanika Tanah. Bandung: s.n.
Rustiani, S., (2015). Kelas Sarjana, Perancangan Struktur Penahan Tanah. Bandung: s.n.
Sosrodarsono, Suyono dan Nakazawa, Kazuto. (2000). Mekanika Tanah dan Pondasi. PT
Paramita, Jakarta.
Sunggono, K.H., (1984). Buku Teknik Sipil. Nova, Bandung, Indonesia.
Supriyadi, Bambang, (1997). Analisis Struktur Jembatan. Beta Offset, Yogyakarta.
Supriyadi, Bambang, (2000). Jembatan. Beta Offset, Yogyakarta.
Tjie-Liong, Gouw. (2011). Deep Excavation Failures, Can They Be Prevented, International
Symposium on Sustainable Geosynthetics and Green Technology for Climate Change
2011 (SGCC 2011), 7-8 December, 2011, Bangkok.
Widarda, D.R., (2017). Kelas Sarjana, Metode Elemen Hingga. Bandung: s.n.
