Karya Ilmiah PERHITUNGAN STABILITAS DAN STRUKTUR PONDASI RIG BASE LOKASI PM-3 & PM-4 UNTUK KAPASITAS 400 TON. Oleh : Ir. Geni Firuliadhim, MT

                                                             

Karya Ilmiah

PERHITUNGAN STABILITAS DAN STRUKTUR PONDASI RIG BASE LOKASI PM-3 & PM-4 UNTUK KAPASITAS 400 TON

Oleh : Ir. Geni Firuliadhim, MT.

POLBAN POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JURUSAN TEKNIK SIPIL 2011

  DAFTAR ISI           DAFTAR ISI   KATA PENGANTAR   ABSTRAK    A KETERANGAN UMUM DARI PROYEK  B SPESIFIKASI BAHAN  C KONDISI TANAH  D DAYA DUKUNG PONDASI TIANG TUNGGAL   D1 Kapasitas Aksial   D2 Kapasitas Lateral D3 Kapasitas Tarik Tiang   D4 Kapasitas Momen Tiang   D5 Rekapitulasi Daya Dukung (Kapasitas) Tiang Pipa Baja Diameter 12”   D6 Batasan Ijin Deformasi Struktur Rig   E KONSEP PERENCANAAN RIG   E1 Perhitungan Awal Kebutuhan Pondasi Tiang   E2 Final Set Tiang Pemancangan Tiang   F KONTROL DEFORMASI DAN KEKUATAN BAHAN PONDASI RIG   G SPESIFIKASI TEKNIK DAN METODA PELAKSANAAN     LAMPIRAN   DAFTAR PUSTAKA          

1 2 iii 1 2 2 3 3 5 6 7 7 8 8 9 11 14 21 iv v

POLBAN

i

          KATA PENGANTAR           Dengan memanjatkan puji syukur kepada Alloh SWT akhirnya saya dapat mempersembahkan karya   ilmiah ini untuk teman-teman staf pengajar dan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri     Bandung.   Karya ini berisi contoh perhitungan stabilitas dan struktur pondasi rig base pemboran eksplorasi gas   di   lokasi PM-3 & PM-4 Kota Kisaran Sumatera Utara untuk kapasitas angkat 400 ton.   Barangkali cara perhitungan stabilitas anjungan dalam laporan karya ilmiah ini adalah tipikal untuk   kasus-kasus yang sama dimana rig base ini dibangun diatas tanah lunak yang cukup tebal.     Atas segala kekurangan dalam laporan karya ilmiah ini, kritik dan saran kami nantikan untuk   kesempurnaan.       Wassalamualaikum Warohmatullahi Wabarakatuh.       Penulis.        

POLBAN

ii

          PERHITUNGAN STABILITAS DAN   STRUKTUR PONDASI RIG BASE     LOKASI PM-3 & PM-4 UNTUK KAPASITAS 400 TON     (CALCULATION STABILITY AND STRUCTURE OF RIG BASE   FOUNDATION AT PM-3 & PM-4 LOCATION FOR 400 TON   PULL OUT CAPACITY)         Oleh :     Ir. Geni Firuliadhim, MT.   (Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Bandung)           ABSTRAK     Perhitungan stabilitas dan struktur pondasi rig base pemboran eksplorasi gas di lokasi sumur PM-3 &   PM-4 Kota Kisaran Sumatera Utara untuk kapasitas angkat 400 ton menuntut pondasi yang tidak     mudah berdeformasi, murah dan mudah dilaksanakan. Kendala yang dihadapi secara geoteknik di   lokasi ini adalah kondisi tanah permukaan yang sangat lunak yang cukup tebal.  

Kata kunci : pondasi rig, tanah lunak.

POLBAN ABSTRACT

Stability calculation and foundation structure rig base of drilling exploration gas at location PM-3 and PM-4 Kisaran Sumatra Utara region for raise capacity 400 ton demand the foundation not easy to deformation, cheap and simple to construction. The gotechnical problem in this location is very soft soil surface condition is thick enough.

Key word : rig base foundation, soft soil.

iii

2.37

    A. KETERANGAN UMUM DARI PROYEK     01. Nama Proyek : Pondasi Rig Base     02. Lokasi : Block Kisaran Sumur PM-3 dan PM-4 Propinsi Sumatera Utara     03. Sistem Pondasi     Pondasi bangunan Rig Base memikul beban-beban sebagai berikut :     Beban Vertikal Rig = 400 ton dipikul oleh 2 skid berukuran 2.37 x 11.20 m = , jadi tiap   skid memikul 200 ton, Jarak tepi ke tepi dalam skid 6.63 m, lihat Gambar 1 berikut ini.     Beban Slab = 0.5 x 13.2 x 13.37 x 2.4 ton/m3 = 217 ton     Total Beban Vertikal = 400 + 217 = 617 ton     Gaya kejut horizontal saat terjadi kemacetan operasi pemboran, diperhitungkan sebesar   10% dari total beban vertical :     Gaya horisontal arah sumbu x = 61.7 ton     Gaya horisontal arah sumbu y = 0 ton     Momen berrotasi sumbu x : Mx = 0   Momen berrotasi sumbu y : My = 0       200 TonF  

6.63

POLBAN 200 TonF

2.37

CENTER WELL

11.20

Gambar 1. Distribusi Beban Rig

Sehubungan dengan tidak ada dampak lingkungan sekitar lokasi pekerjaan dan adanya stock bahan maka direncanakan menggunakan sistem pondasi tiang pancang baja (steel pipe pile) berdiameter  12”, kedalaman tiang 20-26 m. Steel pipe dari standard SCH 40 STD API dengan mutu yield strength setara 2460 kg/cm2. 04. Pendahuluan 1

          Laporan ini berisikan analisis statik dari sistem pondasi bangunan rig base lokasi   rencana sumur PM-3 (juga mewakili PM-4) karena rencana bebannya sama, untuk   menjadi laporan perhitungan dan pemeriksaan stabilitas pondasi. Diambil data tanah   PM-3 karena kondisinya lebih jelek daripada PM-4.     B.   SPESIFIKASI BAHAN   1. Mutu Konstruksi Rig Base :   - Steel Pipe Pile : yield strength 2460 kg/cm2.      Slab beton/Pile Caps : K-300   2. Mutu Baja Tulangan    Baja tulangan polos U-24 (fy = 240 Mpa) untuk diameter : 8, 10,  12.    Baja tulangan deform U-40 (fy = 400 Mpa) untuk diameter : D10, D13, D16,   D20, D22.     C.   KONDISI TANAH   Data penyelidikan berupa 2 titik bor (BH-1 dan BH-2) yang diambil mewakili areal   proyek lokasi rencana Sumur PM-3 dan PM-4 pada Bulan Agustus 2012. Secara     ringkas kondisi tanah di PM-3 adalah sebagai berikut :   Berdasarkan data log bor di BH-1 dan BH-2 di lokasi Sumur PM-3 hingga kedalaman   35 m terdapat 3 lapisan tanah dengan susunan sebagai berikut :   a) Lapisan permukaan berupa tanah gambut berwarna coklat hingga kehitaman,   lunak, ketebalan 1.5 – 2 m.  

b) Lapisan kedua terdiri dari lanau s/d lempung berpasir halus berwarna abu-abu muda s/d coklat muda, lunak, tebal 1 – 4.5 m, memiliki nilai N-SPT = 6 – 8. c) Lapisan ketiga terdiri dari Pasir kwarsa, berwarna abu-abu, non plastic, lepas s/d sangat padat, tebal > 28 m, dengan nilai N-SPT = 9 s/d >60. Di titik BH-2 terdapat sisipan (lensa) batu lempung yang keras dengan ketebalan 2 m. Tanah keras berada pada lapisan Pasir kwarsa ini. d) Tanah keras dengan nilai N-SPT > 60 dijumpai pada kedalaman 26 m di BH-1 dan 20 m di BH-2. e) Berdasarkan pengamatan dalam lubang bor di kedua titik bor, muka air tanah dijumpai pada kedalaman 2.3 m di BH-1 dan 5.2 m di BH-2, masing-masing diukur dari permukaan tanah setempat.

POLBAN

Untuk memikul beban total 617 ton tidak bisa digunakan system pondasi telapak karena tanahnya lunak. Dalam disain pondasi akan digunakan sistem pondasi tiang pancang yang daya dukungnya dihitung berdasarkan data N-SPT.

2

5m

          D. DAYA DUKUNG PONDASI TIANG TUNGGAL     Gambar 1 berikut ini adalah sketsa tiang berdiameter D yang tertancap kedalam tanah pada   kedalaman L. Kapasitas di kepala tiang untuk tekan (Compression) Qall, tarik (tension or   uplift) Pull out dan tahanan lateral (Lateral Loaded) Hall akan dihitung menggunakan data     standard penetration test. Kapasitas tiang yang akan dihitung ini berupa tiang baja standar  SCH 40 STD API mutu fy’ = 2460 kg/cm2.     Pull out     Qall   Hall   GL 0.00 e               L   Pile           Pile Tip Elevation

POLBAN Gambar 2 Sketsa Deskripsi Kapasitas Tiang

D1. Kapasitas Aksial Berdasarkan hasil penyelidikan tanah yang sudah dilakukan, beban-beban yang bekerja dan ketersediaan bahan di lokasi, digunakan pondasi tiang pancang baja (driven steel pipe) dengan kedalaman 20-26 m dari permukaan tanah setempat (final set / mencapai tanah keras). Perhitungan daya dukung desain untuk pondasi tersebut pada berbagai ukuran penampang tiang sesuai dengan uraian di bawah. 3

          Daya dukung tiang berdasarkan data N-SPT, dapat dihitung menggunakan persamaan dari   Meyerhoff berikut :     Qs = As x 0.04 N (kips/ft2)     = As x 0.04 N x 5 = As x 0.20 N (ton)   Qb = Ab x pb (ton)     Qult = Qb + Qs       Qall = Qb/Fkb + Qs/Fks     Dimana :   Qs = Daya dukung akibat adhesi tanah dengan tiang (skin resistance) (ton)     Qb = Daya dukung oleh dasar tiang (base) (ton)   As = Luas bidang kontak antara tanah dan tiang (m2)     Ab = Luas dasar pondasi (m2)   Fkb = factor keamanan terhadap daya dukung dasar tiang.     Fks = factor keamanan terhadap daya dukung kulit tiang.     Nilai pb tergantung dari jenis tanah, nilainya dapat diperkirakan berdasarkan Tabel 1. berikut   ini.  

Tabel 1. Nilai pb

POLBAN

Jenis Tanah Pasir Lanau Lempung

N<15

2

ton/ft 4N 2.5 N 2N

Ton/m 40 N 25 N 20 N

2

N>15 2 2 ton/ft ton/m 60 + 2(N-15) 600 + 20(N-15) 37.5 + 1.25(N-15) 375 + 12.5(N-15) 30 + (N-15) 300 + 10(N-15)

Perkiraan kapasitas dukung pondasi tiang di lokasi pemboran BH-1 PM-3 berdasarkan data N-SPT diperlihatkan dalam Tabel 2 dan Gambar 2.

4

                                                             

Tabel 2. Daya Dukung Tiang Tunggal Pipa Baja Berdasarkan Data SPT Bearing Capacity of Single Driven Steel Pipe Pile Pursuant To SPT Data Project Rig Base Structure Location Sumur PM-3 Bore Hole BH-1 Deepness of Pile : L = 26 m Safety factor to tip resistance : Fkb = 3 Safety factor to skin resistance : Fks = 5 Diameter of Pile (inchi) 12 14 16 18 20

Cross Section Area

Perimater of pile

(cm2)

(cm)

113.10 153.94 201.06 254.47 314.16

37.70 43.98 50.27 56.55 62.83

Proyek Lokasi Data Bor Dihitung oleh Tanggal

Qb (ton) 14.3 18.1 23.6 29.8 35.1

Qs (ton) 118.0 139.9 159.9 179.9 199.9

Qult (ton) 132.4 158.0 183.5 209.7 234.9

PERHITUNGAN DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG Berdasarkan Data Standard Penetration Test (Metoda Meyerhoff) Rig Base Structure Kedalaman tiang : L = Sumur PM-3 Penampang tiang BH-1 Diameter pen. tiang : d =12"= Ir. Geni Firuliadhim, MT. Keliling pen. tiang : U = 5/9/2012 Luas pen. tiang : Ab =

Jenis Tanah Pada Dasar Tiang = Harga rata2 NSPT ujung tiang = Tekanan ujung tiang : Pb = Daya dukung ujung tiang : Qb = AbxPb =

1 60 1500.00 14.31

26 m Bulat 30 cm 0.94 m 95.385 m2

Pilihan jenis tanah pada dasar tiang : 1 = Sand ton/m ton

2

2 = Lanau 3 = Lempung

Kedalaman (m)

NSPT

H (m)

dH (m)

Asi = U x dH (m2)

Qsi = Asi x 0.2 x N (ton)

0

7

0

0

0.00

0.00

2

2

1.89

2.64

4

2

1.89

2.26

6

2

1.89

3.02

8

2

1.89

3.77

10

2

1.89

3.77

12

2

1.89

10.56

14

2

1.89

12.07

16

2

1.89

10.56

18

2

1.89

8.67

20

2

1.89

8.67

22

2

1.89

12.07

24

2

1.89

16.97

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

7 6 8 10 10 28 32 28 23 23 32 45 61

Qall (ton) 28.38 34.01 39.84 45.91 51.66

POLBAN 26

26

2

1.89

Tahanan Gesek Kulit Tiang : Qs =

Rekapitulasi : Daya dukung ultimate ujung tiang : Qb =

14.31

ton

Daya dukung ultimate kulit tiang : Qs =

118.05

ton

Daya dukung ultimate tiang : Qult = Qb + Qs = Faktor keamanan terhadap tahanan ujung : Fkb = Faktor keamanan terhadap tahanan kulit : Fks = Daya dukung ijin ujung tiang : Qball = Qb/Fkb =

132.35 3 5 4.77

ton

Daya dukung ijin kulit tiang : Qsall = Qs/Fks =

23.61

ton

Daya dukung ijin tiang : Qall = Qb/Fkb + Qs/Fks =

28.38

ton

23.01

118.05

ton

Gambar 3. Contoh Perhitungan Daya Dukung Berdasarkan Data SPT.

D2. Kapasitas Lateral Perhitungan Tahanan Lateral di Kepala Tiang diuraikan sebagai berikut. Tahanan Lateral di kepala tiang : kD a H all 



5

            Dimana :   Hall = tahanan lateral tiang yang diijinkan (kg)   k = koefisien reaksi lapisan tanah di sekitar kepala tiang (kg/cm3)   D = diameter tiang (cm)     a = besarnya pergeseran normal (cm)   kD    4 EI     E = Modulus elastisitas bahan tiang (kg/cm2)   I = Momen inersia penampang tiang (cm4)     Hasil Perhitungan :     Titik = BH-1 PM-3   Konstanta Elastis Tiang Pipa Baja :   Yield Strength= kg/cm2 2460   t/m2 E= 2.10E+07 N= 6.5   Eo Ko K Tiang Diameter Tiang Ketebalan Tiang Momen Inersia   Diameter N (kg/cm2) (kg/cm3) (ton/m3) (Inchi) (m) (m) (m4)   0.01031 1.03529E-04 12 0.3048 6.5 182.00 2.806 2806.02   0.01113 1.78839E-04 14 0.3556 6.5 182.00 2.500 2499.65 0.01270 3.04657E-04 16 0.4064 6.5 182.00 2.261 2261.45   0.01427 4.87461E-04 18 0.4572 6.5 182.00 2.070 2070.24   0.01509 7.10328E-04 20 0.508 6.5 182.00 1.913 1912.95   Titik = BH-1 PM-4  Konstanta Elastis Tiang Pipa Baja : Yield Strength= E= N= Diameter Tiang (Inchi) 12 14 16 18 20

kg/cm2 2460 t/m2 2.10E+07 1.0 Diameter Tiang Ketebalan Tiang (m) (m)

0.3048 0.3556 0.4064 0.4572 0.508

POLBAN

 (m-1)

Tahanan Lateral Ha (ton)

0.560

0.357

15.27 18.02 21.11 24.27 27.20

0.493 0.435 0.390

Momen Inersia (m4)

N

Eo (kg/cm2)

Ko (kg/cm3)

K (ton/m3)

 (m-1)

Tahanan Lateral Ha (ton)

0.01031

1.03529E-04

1.0

28.00

0.432

431.69

0.351

0.01113

1.78839E-04

1.0

28.00

0.385

384.56

0.309

0.01270

3.04657E-04

1.0

28.00

0.348

347.91

0.273

0.01427

4.87461E-04

1.0

28.00

0.318

318.50

0.244

0.01509

7.10328E-04

1.0

28.00

0.294

294.30

0.224

3.75 4.43 5.19 5.96 6.68

D3. Kapasitas Tarik Tiang Kapasitas tarik tiang (Pull out) diambil nilai kapasitas friksi tiang.

6

          Pull Outall Diameter of Pile Qs   (inchi) (ton) (ton)   12 118.0 23.61   14 139.9 27.98   16 159.9 31.98   18 179.9 35.98   20 199.9 39.98  D4. Kapasitas Momen Tiang     Kapasitas momen tiang pipa baja dihitung berdasarkan rumus kekuatan bahan :      M . y   y I  Atau    .I  M  y y     Dimana :  M = kapasitas momen      y = tegangan ijin pipa baja I  = momen inersia   y  = (1/2) x diameter luar pipa   Berdasarkan sifat-sifat baja yang digunakan :   = tegangan ijin pipa baja = (2/3)*tegangan leleh pipa baja    y 2 2

= (2/3)*2460 = 1640 kg/cm = 16400 ton/m

I = momen inersia pipa baja diameter 12” = 1.03529E-04 m4

POLBAN

y = (1/2)*12*2.54 = 15.24 cm = 0.1524 m

Kapasitas momen pipa baja 12 inchi : M = 16400 * 1.03529E-04 / 0.1524 = 11.141 ton.m = 111.41 kN.m

D5. Rekapitulasi Daya Dukung (Kapasitas) Tiang Pipa Baja Diameter 12” Dari hasil perhitungan diperoleh daya dukung tiang pancang baja  12” cm SCH 40 STD API dengan mutu yield strength setara 2460 kg/cm2 pada kondisi permanen yang dipancang hingga kedalaman 26 m sebagai berikut: 1) 2) 3) 4)

Daya dukung axial tekan izin, P = 28.38 ton. Daya dukung axial tarik izin, Pup = 23.61 ton. Daya dukung Horizontal izin, Ha = 15.27 ton untuk PM-3. Daya dukung Horizontal izin, Ha = 3.75 ton untuk PM-4. 7

          5) Kapasitas momen pipa baja 12 inchi, M = 11.141 ton.m             D6. Batasan Ijin Deformasi Struktur Rig   Struktur rig dinyatakan kaku bila bagian-bagian struktur saat dibebani deformasinya tidak     melampaui batasan deformasi yang diijinkan. Bagian-bagian struktur yang perlu dikontrol   deformasi antara lain : slab beton, cellar box, dan kepala tiang pipa baja.     Besaran yang diijinkan secara umum adalah L/200 dimana L adalah bentangan struktur,   besaran angkanya adalah sebagai berikut :     - Slab beton = L/200 = 13.37 m / 200 = 0.06685 m   - Dinding cellar box = L/200 = 3.25 m / 200 = 0.01625 m     - Base cellar box = L/200 = 1.244 m / 200 = 0.00622 m     - Kepala tiang pipa baja = L / 200 = 20 m / 200 = 0.1 m       E. KONSEP PERENCANAAN RIG     Secara umum perencanaan pondasi mengikuti criteria : stabil, kuat, kaku, murah dan mudah  

dilaksanakan. Perencanaan Rig sesuai dengan kondisi pembebanan dan tanah setempat sebagai landasan kerja mesin pemboran dalam, mengikuti criteria disebutkan diatas dan urutan konsep dasar pertimbangan sebagai berikut :

POLBAN

a. Perhitungan awal kebutuhan pondasi tiang pipa baja dengan diameter 12 inchi (stock yang sudah ada di lapangan). b. Agar terjamin daya dukungnya nanti perlu menghitung Final Set pemancangan tiang. c. Karena tanah permukaan di lokasi adalah tanah lunak dan jenuh air maka tanah setebal 3 m ini diganti dengan material pasir kasar (sirtu) yang dipadatkan hingga memiliki CBR minimal 50%. Hal ini dilakukan untuk menghindari pembuburan tanah pondasi saat mesin pemboran dioperasikan. d. Supaya terhindar dari deformasi yang besar dan resonansi slab+tanah akibat operasi mesin pemboran maka landasan rig digunakan slab beton tebal 50 cm dengan mutu beton K-300 dan besi tulangan mutu U-24.

8

          e. Bagian kepala tiang pipa baja sedalam 5 B (= 1.5 m) diperkaku dengan beton   bertulang.     f. Cellar box berupa beton bertulang dibuat bersatu (fixed) dengan slab beton. Tebal   cellar box diambil 25 cm.     E1. Perhitungan Awal Kebutuhan Pondasi     Untuk beban vertical 617 ton jumlah tiang awal yang diperlukan :    n  617  21.7buah diambil genap ke atas menjadi n = 22 buah. 28.38     Untuk beban horisontall 61.7 ton jumlah tiang awal yang diperlukan :   61.7  16.5buah diambil genap ke atas menjadi n = 18 buah.  n  3.75   Yang menentukan adalah 22 buah (yang terbesar)       Sehubungan dengan pembagian yang genap maka disusun konfigurasi steel pipe menjadi 6 x  4 = 24 buah, sehingga tiap skid rig dipikul oleh 6 x 2 = 12 buah tiang baja diameter 12”.   tiang diperlihatkan dalam Gambar 3, dimana jarak pusat ke pusat tiang disusun Susunan   berdasarkan penyebaran beban rig yang tidak merata (beban besar akan mendapatkan   konfigurasi tiang lebih rapat). Kedalaman tiang dipancang hingga mencapai tanah keras,   variable berkisar 20-26 m dari muka tanah.      

POLBAN

9

                                                             

CL 2

Compacted Sand Subtitute organic/peat soil

1.00

1.28

2.32

2.59

2.32

2.69

1.00

4.94

2.37

1.00

2.1524

CoNFIGURATION WOODEN PILE

3.32

Concrete Slab T=50 cm 1 17.67

3.00

13.37

1 0.25

3.32

PM-2 CENTER WELL 4.25

1.00

2.37

3.00

2 13.20

17.50

RIG FOUNDATION PLAN AND PILING POINT LAYOUT 13.20

Concrete Slab T=50 cm

CL 1.00

1.28

2.32

2.59

2.32

2.69

1.00

Compacted Sand Subtitute organic/peat soil Concrete Bo GL

0.50

Concrete Bo

GL

organic/peat soil 3.00

3.00

1 Wood Pile dia. 0.1m ctc 0.4 m

1

1 3.00

1

0.77 3.50

0.40

0.40 0.4076

Variabel 20-26 m

0.1976

organic/peat soil Wood Pile dia. 0.1m ctc 0.4 m

Steel Pipe D12" T=12 mm Spiral Type

POLBAN Bedrock/Hard Soil

Gambar 4. Denah dan Penampang Rencana Pondasi Rig Base Kapasitas 400 Tonf (Slab Beton & Rig dipikul oleh 24 pipa baja diameter 12”) Distribusi beban di tiap kepala tiang dihitungan dengan rumus :

Qm 

M xY Q MyX   2 n  (x )  ( y 2 )

Dimana : Q = beban vertikal 10

          n = jumlah tiang   My = beban momen terhadap sumbu y.   X = jarak tiang pada arah sumbu x dari pusat kelompok tiang.   Mx = beban momen terhadap sumbu x.   Y = jarak tiang pada arah sumbu y dari pusat kelompok tiang.       Perhitungan :   617    25.71ton < 28.38 ton (OK!) Gaya maksimum di kepala tiang : Qm  24     Gaya horizontal maksimum : H max = 61.7/24 = 2.57 Ton < 3.75 ton (OK!)         E2. Final Set Tiang Pemancangan Tiang     Pemancangan tiang dihentikan bila telah mencapai finalset atau kedalaman rencana. Dalam   beberapa kasus kedalaman final set lebih kecil dari kedalaman rencana pemancangan dan   tidak jarang pula pada kedalaman pemancangan rencana belum mencapai final set. Bila     pemancangan diteruskan setelah mencapai final set maka kepela tiang bisa pecah.     Perhitungan Final Set didasarkan pada kekuatan hancur tiang, rencana kedalaman   pemancangan, dimensi dan meota pemancangan. Dalam perhitungan yang sederhana   menggunakan metoda Drop Hammer, jadi berat dan tinggi jatuh hammer harus ditentukan di  

awal. Tabel 3 menunjukkan hasil perhitungan final set dengan spesifikasi sebagai berikut : Piling Methods : Drop hammer with roof Calculation : Engineering News Record Formula (ENR-Formula)

POLBAN

Hasil perhitungan final set tiang pipa baja berdiameter 12” standard SCH 40 STD API dengan mutu yield strength 2460 kg/cm2, berat hammer 850 kg, tinggi jatuh 0.75 m adalah 31.75 mm per 10 blows. Pada kondisi itu tegangan yang terjadi pada kepala tiang sebesar 1648.11 kg/cm2 (< tegangan ijin 1648.20 kg/cm2, kepala tiang pipa baja tidak mleot). Perhitungan rinci final set dapat dilihat sebagai berikut di bawah ini.

11

         Table, Final set of Driven Pile Steel Standard SCH 40 STD API  For Rig Kisaran Sumut Axial Hammer Final Set   Driving Depth Fy all Drop Stress Pile Dimension Fy (kg/cm2) Weight (mm/10 (m) (kg/cm2) Heigh (m)   (kg) blows) (kg/cm2)   1648.11 31.75 20 2460 1648.2 850 0.75 1647.97 31.75 21 2460 1648.2 850 0.75   1647.83 31.75 22 2460 1648.2 850 0.75 Outer Diameter 30.48 cm   1647.69 31.75 23 2460 1648.2 850 0.75   Inner Diametre 28.08 cm 1647.55 31.75 24 2460 1648.2 850 0.75 1647.41 31.75 25 2460 1648.2 850 0.75   1647.27 31.75 26 2460 1648.2 850 0.75   Tabel 3. Example Calculation Final Set Pilling Analysis For L=20 m, Hammer 850 kg, high   fall   0.75 cm.                              

POLBAN

12

                                                             

POLBAN Resume Pondasi Awal : Jadi rencana pondasi awal digunakan tiang pancang pipa baja berdiameter 12” standard SCH 40 STD API dengan mutu yield strength 2460 kg/cm2 dengan jarak pusat ke pusat sesuai Gambar 3 yang dipancang hingga kedalaman tanah keras (sekitar 20-26 m) sebanyak 24 buah. Kedalaman tanah keras berdasarkan data pemboran dan final set 31.75 mm/10 blows : 

BH-1 PM-3 = 26 m 13

           BH-2 PM-3 = 20 m      BH-1 PM-4 = 26 m      BH-2 PM-4 = 26 m     KONTROL DEFORMASI DAN KEKUATAN BAHAN PONDASI RIG F.     Perhitungan deformasi dan kekuatan bahan pondasi rig (system steel pipe pile & concrete  slab) dilakukan dengan program computer analisa tegangan & regangan 2 dimensi.     Data input bahan seperti diperlihatkan dalam Tabel 4 berikut ini. Sedangkan data input   properties bahan beton dan steel pipe pile berturut-turut diperlihatkan dalam Tabel 5 dan   Tabel 6.     Tabel 4. Data Input Propertis Tanah Pondasi    Zona Compacted Sand Top Soil/Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Sand *) Organic/Peat Soil *) Silt Sand Tanah Keras *)  Jenis Tanah (m) 3 3 3.5 20.5   Ketebalan Specific Grafity, Gs 2.534 2.536   Water Content, w (%) 54.63 36.55 20.00 13.00 15.175 16.305 21.00   Volume Unit Weight, gunsat (kN/m3) 9.814 11.940   Dry Density (kN/m3) Void Ratio, e 1.58 1.12   Porosity,n 0.61 0.53   Saturated Density, gsat (kN/m3) 21.00 14.00 15.94 17.23 22.00 10 5 5 4 400  Kohesi tanah, c (kN/m2) Sudut geser dalam tanah,  (deg) 35.0 5 9.4 23.7 40.0   2 Modulus elastisitas, E (kN/m ) 11300 Poisson's ratio, u 0.25 Standard Penetration Test, NSPT 25 Material Model Mohr-Coulomb Remark : *) Angka-angka parameter tanah adalah perkiraan

5120 0.35 1 Mohr-Coulomb

3600 20600 0.35 0.40 6.0 25.0 Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb

POLBAN

50000 0.15 60.0 Mohr-Coulomb

Tabel 5. Data Input Propertis Bahan Beton Elemen Tipe Mutu Beton E-beton (kN/m2) Density (kN/m3) b (m) d (m) A(m2) EA (kN/m) I (m4) EI (kN.m2/m) w (kN/m/m) 

2 Concrete Concrete Modulus Cellar Box Elastisitas Dengan Rumus : ( 1 kPa = 1 kN/m ) Slab(N + 15) Base Cellar Pasir NC : E = 500 atau E = 2 - 4 qc Elastic Elastic Pasir jenuh : E Elastic = 250 (N + 15) atau E = Pasir OC : E = 18000 + 750 N atau E = 6 - 30 qc 300 300 300 Pasir berkrikil atau krikil : E = 600 (N + 6)  N  15 11085125 Pasir berkrikil11085125 atau krikil 11085125 : E = 600 (N + 6) + 2000  N > 15 Pasir berlempung : E = 320 (N + 15) atau E = 3 - 6 qc 24 24 24 Pasir berlanau : E = 300 (N + 6) atau E = 1 - 2 qc 1 1 Lempung lunak : E = 3 - 8 qc 1 0.25 : IP > 30 0.25 : E = 100 - 500 S 0.5atau organik Lempung u 0.25 0.5 0.25 Lempung : IP < 30 atau kaku : E = 500 - 1500 Su

2771281 0.00130

5542563 0.01042

2771281 0.00130

0.15

0.15

0.15

Sudut Geser Dalam : atau 14434 nilai sondir 115470Vs N-SPT 14434 Korelasi : Tanah kohesif : qc = 3 N atau N = qc/3 6 12 Tanah non kohesif : qc = 4 N 6atau N = qc/4 Poisson's Ratio :  Jenis Tanah

14

          Tabel 6. Data Input Propertis Bahan Steel Pipe Pile     Elemen Steel Pipe     Mutu Baja 2460   (kg/cm2)   E-baja 210000000 (kN/m2)   Density 76   (kN/m3) B (m) 0.3   0.012   T (m) A (m2) 0.005539   EA (kN/m) 1.16E+06 5.99E-05   I (m4)   EI2 1.26E+04   (kN.m /m)  w (kN/m/m) 0.420961    0.1   Analisa deformasi dan tegangan regangan pondasi rig dilakukan dalam 2 potongan, antara    lain :     Rig potongan tegak lurus beban, memotong cellar box, disebut Cross A, lihat Gambar 6. 1.   2.   Rig potongan tegak lurus beban, tidak memotong cellar box, disebut Cross B, linah   Gambar 8.   ke-2 potongan diatas dapat dilihat dalam Gambar 4 berikut ini. Sedangkan kondisi Tinjauan  

perspektif pondasi rig dapat dilihat dalam Gambar 5.

POLBAN Gambar 5 Tinjauan Potongan Untuk Perhitungan

15

                                                             

Gambar 6. Kondisi perspektif pondasi rig Kisaran

POLBAN

Gambar 7. Kondisi Rig Cross A 16

                                                             

Gambar 8. Kondisi Rig Cross A Terdeformasi

POLBAN

Gambar 9. Kondisi Rig Cross B 17

                                                             

Gambar 10. Kondisi Rig Cross B Terdeformasi

POLBAN

18

          Tabel 7. Evaluasi Stabilitas dan Struktur Rig    RIG CROSS-A Yang Batasan yang   Deformasi (m) Keterangan Terjadi diijinkan   Vertikal permukaan tanah = 0.05532 0.0635 Ok. Struktur Tanah Kaku  Vertikal slab beton = 0.05508 0.06685 Ok. Struktur Kaku Horisontal cellar box = 0.001216 0.01625 Ok. Struktur Kaku  Vertikal base cellar box = 0.001627 0.00622 Ok. Struktur Kaku pile dekat cellar box = 0.00234 0.1 Ok. Struktur Kaku  Horisontal Horisontal pile = 0.003 0.1 Ok. Struktur Kaku   Yang Batasan yang Keterangan   Bending Momen (kN.m) Terjadi diijinkan Slab beton = 47.98 d25-20  Cellar box = 14.24 d19-20 4.886 d19-20  Base cellar box = Pile dekat cellar box = 6.05 111.41 Ok. Struktur Aman  Pile = 8.15 111.41 Ok. Struktur Aman   Yang Batasan yang Shear Force (kN) Keterangan Terjadi diijinkan   Pile dekat cellar box = 5.83 37.5 Ok. Struktur Aman  Pile = 7.73 37.5 Ok. Struktur Aman   Yang Batasan yang Axial Force (kN) Keterangan Terjadi diijinkan  Pile dekat cellar box = 119.94 283.8 Ok. Struktur Aman 31.72 283.8 Ok. Struktur Aman  Pile =    RIG CROSS-B Yang Batasan yang Deformasi (m) Keterangan Terjadi diijinkan  Vertikal permukaan tanah = 0.05233 0.0635 Ok. Struktur Tanah Kaku 0.05194 0.06685 Ok. Struktur Kaku  Vertikal slab beton = Horisontal pile dekat cellar box = 0.0018 0.1 Ok. Struktur Kaku  Horisontal pile = 0.00256 0.1 Ok. Struktur Kaku   Yang Batasan yang Bending Momen (kN.m) Keterangan Terjadi diijinkan   Slab beton = 41.26 d25-20  Pile dekat cellar box = 3.42 111.41 Ok. Struktur Aman Pile =

5.75 Shear Force (kN)

Pile dekat cellar box = Pile = Axial Force (kN) Pile dekat cellar box = Pile =

111.41

Ok. Struktur Aman

Yang Batasan yang Keterangan Terjadi diijinkan 3.67 37.5 Ok. Struktur Aman 6.59 37.5 Ok. Struktur Aman

POLBAN Yang Batasan yang Keterangan Terjadi diijinkan 86.54 283.8 Ok. Struktur Aman 42.96 283.8 Ok. Struktur Aman

19

          Perhitungan besi tulangan :    Perhitungan Penulangan Slab Beton :   Beban mati = Md = 47.980 kN.m = 479800   Beban hidup = Ml = 0 kN.m = 0   Beban ultimate = Mu = 67.172 kN.m = 671720   Faktor reduksi =  = 0.9   Momen nominal = Mn = 74.636 kN.m = 746355.6   Mutu Tulangan = fy = 2400 kg/cm2 = 240   kg/cm2 = Mutu Beton = fc' = 249 24.9   Tebal pelat = h = 50.00 cm   Selimut beton = d' = 0.1 * h = 5.00 cm   Tebal pelat bersih = d = 45.00 cm   Lebar pelat = b = 100 cm   m = fy/(0.85*fc') = 11.34   Koefisien lawan = Rn = Mn/(b*d2) = kg/cm2 3.69   Rasio baja-beton =r = (1/m)*(1-sqrt(1-(2*m*Rn)/fy)) = 0.00155   Rasio baja-beton minimum =rmin = 1.4/fy = 0.00583   Rasio baja-beton yang dipakai =r = 0.00583   Luas tulangan yang diperlukan = As = r . b . d = 26.25 cm2 per 100 cm'   Diameter besi tulangan : dt = 25.00 mm 2   Luas penampang tulangan , as = 0.25 * 3.14 * dt = cm2 4.91   Jumlah tulangan per 100 cm' : n = As/as = 5.35 batang   Jarak pusat ke pusat tulangan : s = 23.00 cm   Jadi konfiguasi tulangan utama balok yang dipakai : 25.00 mm 20.00    

kg.cm kg.cm kg.cm kg.cm Mpa Mpa

cm

POLBAN

20

         Perhitungan Penulangan Cellar Box :   Beban mati = Md =   Beban hidup = Ml =   Beban ultimate = Mu =   Faktor reduksi =  =   Momen nominal = Mn =   Mutu Tulangan = fy = Mutu Beton = fc' =   Tebal pelat = h =   Selimut beton = d' = 0.1 * h =   Tebal pelat bersih = d =   Lebar pelat = b =   m = fy/(0.85*fc') =   Koefisien lawan = Rn = Mn/(b*d2) =   Rasio baja-beton =r = (1/m)*(1-sqrt(1-(2*m*Rn)/fy)) =   Rasio baja-beton minimum =rmin = 1.4/fy =   Rasio baja-beton yang dipakai =r =   Luas tulangan yang diperlukan = As = r . b . d =   Diameter besi tulangan : dt =   Luas penampang tulangan , as = 0.25 * 3.14 * dt2 =   Jumlah tulangan per 100 cm' : n = As/as =   Jarak pusat ke pusat tulangan : s =   Jadi konfiguasi tulangan utama balok yang dipakai :     Perhitungan Penulangan Base Cellar :   Beban mati = Md =   Beban hidup = Ml =   Beban ultimate = Mu = Faktor reduksi =  = Momen nominal = Mn = Mutu Tulangan = fy = Mutu Beton = fc' = Tebal pelat = h = Selimut beton = d' = 0.1 * h = Tebal pelat bersih = d = Lebar pelat = b = m = fy/(0.85*fc') = Koefisien lawan = Rn = Mn/(b*d2) = Rasio baja-beton =r = (1/m)*(1-sqrt(1-(2*m*Rn)/fy)) = Rasio baja-beton minimum =rmin = 1.4/fy = Rasio baja-beton yang dipakai =r = Luas tulangan yang diperlukan = As = r . b . d = Diameter besi tulangan : dt = Luas penampang tulangan , as = 0.25 * 3.14 * dt2 = Jumlah tulangan per 100 cm' : n = As/as = Jarak pusat ke pusat tulangan : s = Jadi konfiguasi tulangan utama balok yang dipakai :

14.240 0 19.936 0.9 22.151 2400 249 25.00 2.50 22.50 100 11.34 4.38 0.00184 0.00583 0.00583 13.13 19.00 2.84 4.63 27.55 19.00

4.886 0 6.8404 0.9 7.600 2400 249 25.00 2.50 22.50 100 11.34 1.50 0.00063 0.00583 0.00583 13.13 19.00 2.84 4.63 27.55 19.00

kN.m = kN.m = kN.m =

142400 kg.cm 0 kg.cm 199360 kg.cm

kN.m = kg/cm2 = kg/cm2 = cm cm cm cm

221511.1 kg.cm 240 Mpa 24.9 Mpa

kg/cm2

cm2 per 100 cm' mm cm2 batang cm mm 20.00

kN.m = kN.m = kN.m =

POLBAN kN.m = kg/cm2 = kg/cm2 = cm cm cm cm

48860 0 68404

cm

kg.cm kg.cm kg.cm

76004.44 kg.cm 240 Mpa 24.9 Mpa

kg/cm2

cm2 per 100 cm' mm cm2 batang cm mm 20.00

cm

21

          Berdasarkan hasil analisa dalam Tabel 4 diatas bahwa rencana pondasi rig kapasitas 400 tonf  menggunakan tiang pancang pipa baja diameter 12 inchi sebanyak 24 buah (dipancang hingga   mencapai tanah keras/kedalaman 20-26 m) dan slab beton tebal 50 cm (beton K-300 & besi tulangan   U-24) dapat dinyatakan Aman dan Cukup Kaku.     G. SPESIFIKASI TEKNIK DAN METODA PELAKSANAAN     Spesifikasi teknik dan metoda pelaksanaan perlu dibuat, terutama urutan tahapan pelaksanaan   pembuatan rig agar perilaku pembebanan pada tanah dan struktur rig sama dengan yang   dilakukan dalam perhitungan. Adapun tahapan pelaksanaan (stage construction) spesifikasi    teknik bahan & pekerjaan adalah sebagai berikut :     1. Pembuatan bouwplank (Staking out) dengan ukuran areal 21.2 m x 21.37 m.   2. Pemancangan tiang pipa baja diameter 12 inci sedalam 20 s/d 26 m dan atau mencapai   final set (31.75 mm/10 blows). Tiang pipa baja sudah diantikarat. Total jumlah tiang   24 batang. Konfigurasi dan jarak pusat ke pusat tiang satu sama lain lihat gambar   rencana, terlampir. Tiap batang terdapat beberapa sambungan. Tiap sambungan harus   memiliki kekuatan sama dengan tiang pipa serupa tanpa sambungan. Penyimpangan     posisi tiang setinggi-tingginya 0.5 kali diameter tiang (= 0.5 x 30 cm = 15 cm).   3. Penggalian top soil setebal 3 m seluas 19.20 m x 19.37 m. Penggalian ini bertujuan   menyediakan ruang atau mengganti tanah gambut/organic setempat (untuk) dengan   pasir padat.     4. Pembuatan concrete cellar box berukuran luar 3.5 x 3.5 m, tinggi 3.25 m, tebal 25 cm. Mutu beton K-300 dan besi tulangan U-24. Diameter dan susunan besi tulangan lihat  

5. 6.

7.

8.

gambar lampiran. Pemadatan pasir kasar dalam lubang galian dengan interval pemadatan 25 cm dan hingga memiliki daya dukung CBR minimal 50%. Memperkaku kepala-kepala tiang baja dengan beton bertulang setinggi 1.5 m dari kepala tiang. Mutu beton K-300 dan besi tulangan U-24. Diameter dan susunan besi tulangan lihat gambar lampiran. Pembuatan concrete slab setebal 50 cm dengan ukuran 13.20 m x 13.37 m. Mutu beton K-300 dan besi tulangan U-24. Diameter dan susunan besi tulangan lihat gambar lampiran. Concrete slab ini dibuat menyatu dengan kepala-kepala tiang pipa baja dan cellar box. Pemancangan tiang-tiang kayu dolken atau bamboo (cerucuk) diameter minimal 10 cm, jarak pusat ke pusat tiang 40 cm dan kedalaman 3 m, konfigurasi segiempat. Cerucuk kayu dolken/bamboo berada di 2 area jalan masuk rig, masing-masing berukuran 2.85 m x 13.31 m.

POLBAN

22

          LAMPIRAN :       a. Gambaran Input dan Output Analisa Tegangan Regangan     b. Gambar Rencana Pondasi Rig Kapasitas 400 Tonf     c. Gambar Rencana Metoda Pelaksanaan                                      

POLBAN

iv

                                                             

a.

Gambaran Input dan Output Analisa Tegangan Regangan

POLBAN

          RIG CROSS-A                                                    

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

          RIG CROSS-B                                                    

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

b.

Gambar Rencana Pondasi Rig Kapasitas 400 Tonf

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

c.

Gambar Rencana Metoda Pelaksanaan

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

                                                             

POLBAN

        DAFTAR PUSTAKA     Bowles, J. E. (1988), “Principles of Geotechnical Engineering”, McGraw-Hill, Singapore. 1.   2.   Brinkgreve & Vermeer (1998), “PLAXIS: Finite Element Code for Soil and Rock Analyses”, A. A.   Balkema, Rotterdam, Netherlands.   3.   Carter & Bentley, “Correlations of Soil Properties”, Pentech Press, London.   4.   Koerner, M.K., (1985), “Construction and Geotechnical Methods in Foundation Engineering”, McGraw-Hill.     5. Robertson & Companella (1983), “Interpretation of Cone Penetration Tests”, Canadian   Geotechnical Journal.                              

POLBAN

v