Studi Eksperimental Pergerakan Butiran Tanah Pasir Selama Pemancangan Tiang Dengan Variasi Kepadatan Menggunakan Metode Particle Image Velocimetry (PIV)

Kechy Anindya, Dr. Ir. Devi Oktaviana Latif, S.T., M.Eng., IPM

2025 | Tugas Akhir | D4 TEKNOLOGI REKAYASA PELAKSANAAN BANGUNAN SIPIL

Fondasi tiang pancang merupakan salah satu jenis fondasi dalam yang umum digunakan terutama pada tanah pasir. Proses pemancangan tiang pada tanah non-kohesif seperti pasir menyebabkan perpindahan butiran yang sebanding dengan volume tiang yang masuk, sehingga dapat menyebabkan perubahan densitas, pergerakan partikel tanah secara vertikal dan lateral, serta deformasi lokal di sekitar tiang. Meskipun demikian, kajian tentang perpindahan butiran tanah dan sebaran jangkauan kerusakan tanah, yang berhubungan dengan variasi kepadatan tanah masih terbatas. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengamati dan menganalisis pengaruh kepadatan relatif tanah terhadap pola perpindahan butiran dan jangkauan tanah yang terpengaruh akibat proses pemancangan.

Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium dengan variasi kepadatan relatif tanah (Dr) sebesar 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, dan 95% menggunakan tiang pancang aluminium dengan bentuk half pile berdiameter 1 cm dan panjang 4 cm, (L/d = 4). Proses pemancangan dilakukan dengan metode drop hammer dengan beban dan tinggi jatuh disesuaikan secara proporsional terhadap kondisi lapangan. Analisis perpindahan butiran tanah dilakukan menggunakan metode Particle Image Velocimetry (PIV), yang mampu memvisualisasikan pergerakan partikel secara vektorial dan menghasilkan kontur perpindahan berdasarkan pencitraan sebelum dan sesudah pemancangan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemancangan tiang menyebabkan peningkatan jangkauan kerusakan tanah seiring bertambahnya nilai kepadatan relatif tanah (Dr). Jangkauan kerusakan maksimum terjadi pada Dr 90%, yaitu 2,3D secara vertikal dan 5,7D secara lateral. Namun, pada Dr 95%, jangkauan kerusakan justru menurun menjadi 1,9D secara vertikal dan 4,9D secara lateral akibat kekakuan tanah yang tinggi, sehingga membatasi deformasi dan perpindahan butiran. Temuan ini mengindikasikan bahwa kepadatan tanah berperan signifikan dalam memengaruhi distribusi energi pemancangan dan pergerakan butiran tanah, serta memberikan kontribusi terhadap optimasi desain fondasi tiang di lapangan.

Pile foundations are a common type of deep foundation, especially used in sandy soils. The pile driving process in non-cohesive soils such as sand causes particle displacement proportional to the volume of the pile penetrating the ground, potentially leading to changes in soil density, vertical dan lateral particle movement, and localized deformation around the pile. However, studies focusing on particle displacement and the extent of soil disturbance associated with varying soil relative densities remain limited. Therefore, this study aims to observe and analyze the influence of soil relative density on the pattern of particle movement and the affected soil zone due to pile driving.

The study was conducted in at laboratory scale with variations in relative density (Dr) of 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, dan 95%, using an aluminum half-pile with a diameter of 1 cm and length of 4 cm (L/d = 4). The pile driving was performed using the drop hammer method, with the load and drop height proportionally adjusted to field conditions. Particle displacement analysis was carried out using the Particle Image Velocimetry (PIV) method, which enables vectorial visualization of soil particle movement and displacement contours mapping based on image correlation before and after pile installation.

The results indicate that pile driving increases the extent of soil disturbance with rising Dr values. The maximum affected zone occurred at Dr 90%, with vertical and lateral ranges of 2,3D and 5,7D, respectively. However, at Dr 95%, the affected zone decreased to 1,9D vertically and 4,9D laterally due to higher soil stiffness, which limits deformation and particle movement. These findings suggest that soil density plays a significant role in influencing the distribution of driving energy and soil particle behavior, providing valuable insights for optimizing pile foundation design in the field. 

Kata Kunci : Fondasi Tiang, Perpindahan Tanah, Kepadatan Tanah,, PIV