JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5
1
STUDI DAYA DUKUNG TIANG PANCANG TUNGGAL DENGAN BEBERAPA METODE ANALISA Dwi Dedy Ariyanto, DR.Ir. Djoko Untung Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrak—Dalam setiap pembangunan diperlukan pondasi sebagian dasar bangunan yang kuat dan kokoh.Hal ini disebabkan pondasi sebagai dasar bangunan dan beban lainnya untuk diteruskan sampai kelapisan tanah.Tugas akhir ini menguraikan tentang pondasi dalam, yaitu berupa pondasi tiang pancang. Dalam tugas akhir ini akan dibahas tentang daya dukung statik tiang terhadap beban desain. Daya dukung statik yang didiskusikan adalah daya dukung aksial untuk kondisi tiang tunggal. Dalam studi ini akan dicari kapasitas daya dukung aksial pondasi tiang pancang tunggal dengan analisis secara teoritis (menggunakan metoda Sondir dan N-SPT), analisa menggunakan rumus dinamis, seperti : rumus HILEY, ENR, DANISH, WIKA dan hasil test PDA dengan menggunakan program CAP WAP dan berdasarkan data uji pembebanan statik (static loading test). Jika diperoleh perbandingan daya dukung ijin (Qall) antara hasil analisa statis dan analisa maka didapatkan resistensi daya dukung ijin (Qall) yang mendekati nilai dari daya dukung ijin (Qall) loading test. Sehingga daya dukung pondasi dapat didekati dengan Pall rata – rata dari berbagai macam hasil rumus metode teoritis dikalikan dengan nilai kp. Dari hasil analisis kemudian dilakukan perbandingan hasil kapasitas daya dukung yang didapat dari metoda-metoda yang digunakan.Studi perbandingan daya dukung dilakukan pada empat lokasi proyek yang berbeda. Dengan perbandingan tersebut disimpulkan bahwa rumus dari beberapa hasil perhitungan kapasitas tiang dengan menggunakan rumus – rumus dinamis, rumus Hiley adalah yang paling dapat dipercaya karena rumus ini memperhitungkan luasan (As), panjang tiang (L) dan kompresi elastisitas tiang. Hal ini juga dipengaruhi dari nilai final set pemancangan tiang di lapangan. Secara keseluruhan dari perbandingan dari semua metoda yang digunakan, didapat hasil daya dukung yang berbeda, tetapi masih dalam toleransi yang wajar. Kata Kunci—daya dukung tiang pancang tunggal, static loading test, dynamic formula, PDA test.
I. PENDAHULUAN
P
ondasi merupakan pendukung utama dari sebuah konstruksi sipil. Dalam pelaksanaannya, pondasi sebagai bagian dari konstruksi yang paling berpengaruh terhadap kestabilan suatu konstruksi, harus dapat memenuhi kapasitas daya dukung yang direncanakan sebagai penunjang konstruksi yang stabil.Bangunan teknik sipil secara umum meliputi dua bagian umum yaitu struktur bawah (sub structure) dan struktur atas (upper structure), dalam hal ini struktur bawah sebagai pondasi yang berinteraksi dengan tanah untuk menghasilkan daya dukung yang mampu memikul dan memberikan keamanan pada struktur bagian atas. Salah satunya adalah pondasi tiang pancang, dimana
kekuatan daya dukungnya ditentukan berdasarkan tahanan ujung (end bearing) dan pelekatan tiang dengan tanah (friction), dengan demikian pondasi jenis ini sangat sesuai digunakan pada tanah lunak dimana tanah keras letaknya jauh berada dari permukaan tanah.Untuk mengetahui daya dukung dari pondasi tiang, biasanya dilakukan pengujian beban tiang statis aksial (Loading Test). Dengan pengujian ini akan dapat diperkirakan besarnya beban maksimum (Pultimate) dan penurunan (settlement) dari masing – masing tiang tunggal sehingga dapat direncanakan daya dukung pondasi tersebut mendekati kenyataan yang sebenarnya. Dalam setiap pelaksanaan penyelidikan tanah (soil investigasi) diperlukan beberapa data teknis, antara lain dengan melakukan investigasi tanah dengan boring, pengujian dilaboratorium, uji SPT (Standart Penetration Test), sondir (Sondering, Cone Penetration Test, CPT). Pada kenyataan dilapangan, walaupun sebelum pelaksanaan pekerjaan konstruksi telah dilakukan berbagai pengujian untuk perencanaan serta persiapan pelaksanaan seperti uji SPT dan sondir, masih juga dilakukan pengujian dinamis (Pile Dynamic Analysis, PDA) pada titik dimana dilakukan pelaksanaan pekerjaan perencanaan untuk memberikan keyakinan yang lebih bagi perencana konstruksi dan bagi pelaksana konstruksi, dan juga memberikan analisis perbandingan perhitungan dari hasil masing – masing metode yang dipakai guna mendapatkan informasi yang akurat tentang penurunan dan hubunganya dengan kondisi geologi tanah. II. TINJAUAN PUSTAKA Kegiatan bidang geoteknik untuk memperoleh sifat dan karakteristik tanah, untuk kepentingan rekayasa. Ada dua jenis penyelidikan tanah: penyelidikan lapangan (in site test) dan penyelidikan laboratorium (laboratory test). Dapat memberikan gambaran tentang kondisi lapisan dan sifat – sifat fisik tanah dalam arah vertikal, dimana perencana dituntut mampu menggambarkan profil lapisan tanah yang ditinjau. Ketelitian penyelidikan tanah tergantung dari besarnya beban bangunan, tingkat keamanan direncanakan, kondisi lapisan tanah dan biaya untuk penyelidikan.Karena itu untuk bangunan sederhana atau beban ringan, kadang tidak dibutuhkan penyelidikan tanah, karena kondisi tanahnya dapat diketahui berdasarkan pengalaman setempat (Hardiyatmo, 1996). Hasil penyelidikan tanah (Soil Investigation) dapat menentukan : 1. Jenis pondasi yang akan digunakan dan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5
2.
3. 4.
kedalamanya dan memperoleh daya dukung pondasi dangkal dan pondasi dalam, berdasarkan parameter kuat geser tanah dari in site test. Evaluasi besar penurunan akibat beban kerja; penurunan segera (immediately settlement), penurunan konsolidasi (consolidation settlement) maupun penurunan setempat (differential settlement). Posisi muka air tanah. Parameter kuat geser tanah dilapangan berdasarkan kolerasi empirik terhadap CPT (Cone Penetration Test).
DayaDukungTiangBerdasarkanRumus Statis, Dinamik dan Pembebanan Langsung. Dalam menghitung daya dukungtiang menggunakandataCPTadasejumlahmetodeyang dapatdigunakan antara lain metode Aoki dan De Alencar, metode Luciano Decourt. Rumus Dinamik menggunakan rumus antara lain : Danish, Hiley, ENR, dan WIKA formula. Secara umum rumus daya dukung yaitu : Qu = Qb + Qs ............................................................[1] Qu = (qb x Ab) +( f x As) ........................................ [2] dengan : Qu = daya dukung ultimate, ton, Qb = tahanan ujung, ton, Qs = tahanan kulit, ton, qb = tahanan unit ujung tiang, kg/cm², Ab = luas ujung tiang, cm², f = hambatan lekat, kg/cm², As = luas selimut tiang, cm². Perbedaan antara Beban Statis dan Dinamis Keseimbangan gaya-gaya didasarkan atas kondisi statis, dimana gaya- gaya tersebut tetap intensitasnya, tetap tempatnya dan tetap arah atau gaya kerjanya. Gaya – gaya tersebut disebut beban statis. Kondisi seperti ini berbeda dengan beban dinamis, dengan pokok – pokok perbedaan sebagai berikut : a. Beban dinamis adalah beban yang berubah – ubah menurut waktu. b. Beban dinamis hanya bekerja pada rentang waktu tertentu. c. Beban dinamis dapat menyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat massa yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan. d. Beban dinamis lebih kompleks bila dibandingkan dengan statis, baik dari bentuk fungsi bebanya maupun akibat yang ditimbulkan. e. Karena beban dinamis berubah – ubah intensitasnya menurut waktu, maka pengaruhnya terhadap struktur berubah – ubah menurut waktu. f. Karena beban dinamis menimbulkan respon yang berubah-ubah menurut waktu, maka struktur yang bersangkutan akan ikut bergerak. Dalam hal ini beban akan melakukan resistensi terhadap gerakan dan umumnya dikatakan bahan yang bersangkutan mempunyai
2 kemampuan untuk meredam getaran. Dengan demikian pada pembebanan dinamis, akan terdapat peristiwa redaman yang dalam hal ini tidak ada pembebanan statis (Widodo, 2000). Pile Driving Analyzer PDA adalah suatu sistem yang terdiri dari suatu perangkat elektronik komputer dan dilengkapi dengan sensor accelerometer dan strain transducer (Gambar 2). PDA didasarkan pada analisis data hasil rekaman getaran gelombang yang terjadi pada waktu tiang dipukul denganpalu pancang. Regangan dan percepatan gelombang akibat impact alat pancang diukur dengan menggunakan strain transducer dan accelerometer. Hasil pengukuran regangandan percepatan diperlukan untuk mempekirakan daya dukung tiangdengan menggunakan teori gelombang satudimensi. Prosedur pengujian dilakukan sesuai ASTM D 4945-96. Tiang yang diuji sudah keadaan terpancang, pengujian dilakukan dengan restrike atau redrive. Restrike dihentikan setelah diperoleh kualitas rekaman yang cukup baik dan energi pukulan relatif yang cukup tinggi. Analisis lanjutan dengan menggunakan CAPWAP.
Gambar.1 Pile Driving Analyzer
Gambar.2Output PDA
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5
3 Uji beban sering dilakukan dengan beban desak, walau uji beban tarik dan beban lateral juga kadang dilaksanakan. Terdapat 4 metode pengujian, yaitu: 1. Slow Maintained Test Load Method ( SM Test ) Direkomendasikan oleh ASTM D1143-81 (1989), metode uji standart ASTM; umum digunakan pada penelitian di lapangan sebelum dilakukan pekerjaan selanjutnya, terdiri atas : a.
b.
c. d. Gambar 3. Hasil CAPWAP Keluaran hasil dari pengujian tiang (output) PDA adalah Jumlah pukulan (BN); Daya dukung tiang (RSU); Gaya tekan maksimum (FMX); Energi maksimum yangditransfer EMX); Nilai keruntuhan (BTA); Jumlah pukulan permenit (BPM); Panjang tiang tertanam (LP); Panjang tiang di bawah instrument (LE).Contoh hasil PDA dapat dilihat pada gambar 2. Analisis menggunakan CAPWAP akan menghasilkan :Daya dukung (Ru); Gaya ujung (Rb); Gaya gesek (Rs); Displacement (DMX) seperti terlihat pada Gambar 3.
e.
f.
2.
Pengujian Pembebanan Tiang (Loading Test) Umumnya dilaksanakan dengan maksud: 1. Menentukan grafik hubungan beban dan penurunan, terutama pada pembebanan di sekitar beban yang diharapkan. 2. Sebagai percobaan guna meyakinkan bahwa keruntuhan pondasi tidak akan terjadi sebelum beban ditentukan tercapai. Nilainya beberapa kali beban rencana. Nilai pengali tersebut dipakai sebagai faktor aman. 3. Menentukan kapasitas ultimit riil, mengecek hasil hitungan kapasitas tiang yang diperoleh dari rumus statis dan dinamis (Hardiyatmo, 2002)
3.
Gambar 4. Static Loading Test
Beban tiang dalam delapan tahapan yang sama ( yaitu 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175% dan 200%) hingga 200% beban rencana. Setiap penambahan beban harus mempertahankan laju penurunan harus lebih kecil 0,01 in/jam (0,25 mm/jam). Mempertahankan 200% beban selama 24 jam. Setelah waktu dibutuhkan diperoleh, lepaskan beban dengan pengurangan sebesar 25% dengan jarak waktu 1 jam diantara pengurangan. Setelah beban diberikan dan dilepas ke atas, bebani tiang kembali untuk pengujian beban dengan penambahan 50% dari beban desain, menyediakan waktu 20 menit untuk penambahan beban. Kemudian tambahkan beban dengan penambahan 10% beban desain.
Quick Maintained Load Test Method ( QM Test ) Direkomendasikan oleh Dinas Perhubungan Amerika Serikat, Pengelola Jalan raya dan ASTM 1143-81 (opsional), terdiri atas: a. Bebani tiang dalam penambahan 20 kali hingga 300% dari beban desain ( masing-masing tambahan adalah 15% dari beban desain ). b. Pertahankan tiap beban selama 5 menit, bacaan diambil tiap 2,5 menit. c. Tambahkan peningkatan beban hingga jacking continuedibutuhkan untuk mepertahankan beban uji atau uji telah dicapai. d. Setelah interval 5 menit, lepaskan atau hilangkan beban penuh dari tiang dalam empat pengurangan dengan jarak diantara pengurangan 5 menit. Metode ini lebih cepat dan ekonomis, lebih mendekati suatu kondisi.Waktu ujinya 3-5 jam.Metode ini tidak dapat digunakan untuk estimasi penurunan karena metode cepat. Constant rate of Penetration Method ( CRP Test ) Metode ini disarankan oleh Komisi Pile Swedia, departemen Perhubungan dan ASTND1143-81 (opsional). Terdiri atas: a. Kepala tiang didorong untuk settle pada0,05 in/menit ( 1,25 mm/menit ) b. Gaya yang dibutuhkan untuk mencapai penetrasi akan dicatat. c. Uji dilakukan dengan total penetrasi 2-3 in ( 5070 mm)
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5
4.
Keuntungan utama dari metode ini adalah lebih cepat (2-3) jam dan ekonomis. Swedish Cylic Test Method ( SC Test ) a. Bebani tiang hingga sepertiga beban desain b. Lepaskan beban hingga seperenam beban desain. Ulangi pembebanan dan pelepasan beban dalam siklus 20 kali. c. Peningkatan beban dengan sebesar 50% dengan langkah (a) dan pengulangan seperti langkah (b). d. Lanjutkan hingga kegagalan tercapai.
Metode ini membutuhkan waktu dan siklus perubahan perilaku tiang sehingga tiang berbeda dengan aslinya.Hanya direkomendasikan atas proyek khusus dimana beban siklus dianggap sangat penting. Tiang yang sebaiknya terletak pada lokasi di dekat titik bor saat penyelidikan tanah dilakukan, dimana karakteristiknya telah diketahui dan pada lokasi yang mewakili kondisi tanah paling jelek di lokasi rencana bangunan, ( Hardiyatmo, 2002 ). III. METODOLOGI
4 IV. ANALISA DATA Dari hasil perhitungan kapasitas tiang dengan rumus dinamis berdasarkan data – data alat pemancangan dan data – data tiang diperoleh hasil yang begitu kompleks dimana hasil perhitungan antar rumus menunjukkan hasil yang sangat jauh berbeda. Untuk bahan perbandingan dipakai beberapa metode didalam empat lokasi area dan karakteristik tanah yang berbeda, metode – metode tersebut antara lain : Metode perhitungan statis, dinamis dan metode pembebanan langsung pada tiang pancang. Maka perbandingan itu begitu jelas terlihat dan sebagian rumus juga memiliki kesamaan dalam menurunkan rumus, misalnya: rumus ENR dan mayerhoof, dimana rumus tersebut hanya mempertimbangkan berat tiang dan tidak mempertimbangkan faktor – faktor kompresi elastik dari tiang seperti luasan tiang (As), panjang tiang (L) dan elastisitas tiang. Berdasarkan hasil perhitungan perencanaan pondasi tiang pancang dari beberapa metode perhitungan dan diameter, maka didapatkan nilai – nilai daya dukung sebagai berikut :
Gambar 5 Gambar grafik hubungan daya dukung ijin metode statis, PDA test dan Loading Testpada keseluruhan lokasi proyek no
1
2
3
4
5
6
7
8
Nama Proyek Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort Univ. Widya Mandala Bandara Juanda Lama Maspion Industrial Sawangan Resort
Metode Perhitungan Metode Aoki dan De Alencer dari data CPT
Metode Luciano Decourt dari data SPT Metode Analisa dinamis menggunakan Danish Formula Metode Analisa dinamis menggunakan Hiley Formula Metode Analisa dinamis menggunakan ENR Formula Metode Analisa dinamis menggunakan WIKA Formula Metode Analisa dinamis menggunakan Test PDA Metode Analisa dinamis menggunakan Loading Test
Dimensi (m) Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6
Panjang Tiang (m) 28 20 27 20 28 20 27 20 28 20 27 20 28 20 27 20 28 20 27 20 28 20 27 20 28 20 27 20 28 20 27 20
Daya Dukung Ultimate (ton) 249.670 240.71 203.380 242.718 318.134 641.300 318.300 713.600 146.96 328 205.3 222.38 251.69 460.62 494.84 233.97 110.486 367.89 323.55 140.38 357 438.60 486.78 279.62 267.69 308.2 320.7 283.5 267.5 300 400 260
Daya Dukung Ijin (ton) 90.320 75.40 17.410 72.970 106.044 213.790 106.100 237.860 48.96 109 68.46 74.3 83.89 153.54 164.9 77.89 36.830 129.29 107.85 46.79 119 142.60 162.25 99.42 267.69 308.2 320.7 283.5 267.5 300 400 260
Tabel.1 Hasil Daya dukung Ultimate dan Daya Dukung Ijin
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5 IV. KESIMPULAN Menggunakan program computer aplikasi yang telah dilakukan, maka kesimpulan yang dapat diambil adalah :
1. Pada pengujian loading test pada umumnya dipilih pada kekuatan tanah yang paling rendah, yang dapat dianggap sebagai acuan untuk meneptapkan besaran daya dukung ultimate yang sebenarnya. 2. Dari hasil analisa daya dukung ijin (Qb) menunjukan bahwa, metode perhitungan statis (Luciano de court) memberikan nilai paling besar sebesar 2.74 % lebih tinggi dari metode PDA test dan loading test. daya dukung PDA test dan SLT sudah dibagi dengan Sf sebesar 3. 3. Perbedaan nilai daya dukung Ultimate dari metode Dinamis, Test PDA dan Static Loading Test dapat disebabkan oleh tinjauan parameter yang tidak lengkap disamping itu keseragaman lapisan – lapisan tanah dalam satu lokasi di tiap – tiap titik pancang tidak sama. 4. Dari beberapa metode untuk menentukan besarnya daya dukung ultimate, metode ENR yang paling mendekati nilai loading test, metode Hiley yang mempunyai nilai lebih besar dari nilai loading test. 5. Perbedaan asumsi atau teori yang digunakan akan mempengaruhi hasil perhitungan, karena teori pada analisa fondasi tiang cukup banyak sehingga memungkinkan perbedaan hasil perhitungan. 6. Program aplikasi komputer dapat memudahkan dan mempercepat penghitungan kapasitas daya dukung fondasi tiang. DAFTAR PUSTAKA [1]
Bowles, Joseph E. (1984). “Analisa dan Disain Pondasi Jilid 2 Edisi 3”, Erlangga, Jakarta. [2] Bowles, Joseph E. (1997). “Analisa dan Disain Pondasi Jilid 1”, Erlangga, Jakarta. [3] Bowles, Joseph E. (1997). “Analisa dan Disain Pondasi Jilid 2”, Erlangga, Jakarta. [4] Departement of Transportation.(1999),“Static Pile Load test Manual”, Geothecnical Engineering Bureau, New York [5] Das, M. B.(1941). “Principles of Foundation Engineering Fourth Edition, Library of Congress Cataloging in Public Data”. [6] Fellenius, Bengt H. (2001). “What Capacity Value to Choose From The Results a Static Loading Test”, Deep Foundation Institute, Fulcrum. [7] Fellenius, Bengt H. (2002). “Murphy’s Law and The Pile Prediction Event at The 2002”, ASCE Geoinstitute’s Deep Foundations Conference, Orlando. [8] Prakash, S., and Sharma, H.D. (1990). “Pile Foundations in Engineering Practice”, John Wiley and Sons inc, New York. [9] Rudi Iskandar. (2002). “Beberapa Kendala Teori Perhitungan Daya Dukung Aksial Pondasi Dalam”, USU, Sumatra Utara. [10] Sardjono, H.S. (1991). “Pondasi Tiang Pancang II”, Sinar Wijaya, Surabaya.
5
