1
PERENCANAAN PONDASI UNTUK TANK STORAGE DAN PERBAIKAN TANAH DENGAN METODE PRELOADING SISTEM SURCHARGE DAN WATER TANK DI KILANG RU-VI, BALONGAN Nyssa Andriani Chandra, Trihanyndio Rendy Satrya, Noor Endah Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak- Pembangunan kilang minyak RU-VI, Balongan ini didasari pemikiran untuk meningkatkan nilai tambah dari minyak bumi yang Indonesia miliki dan sebagai jaminan atas meningkatnya kebutuhan BBM di dalam negeri..Karena elevasi eksisiting tank storage ini masih berada di bawah elevasi yang direncanakan (lebih tinggi dari muka air banjir), maka diperlukan timbunan untuk menaikkan elevasi dasar tangki. Dari hasil penyelidikan tanah (geotechnical survey) yang telah dilakukan oleh Pertamina pada tahun 1990, ternyata jenis tanah dasar di lokasi tersebut didominasi oleh tanah lempung yang cenderung lunak. Untuk mempercepat pemampatan, dilakukan perbaikan dengan metode preloading sistem surcharge dan watertank. Pada perencanaan tank storage, elevasi timbunan di area tangki adalah +2.5 m dan +3.0 m di area utilitas. Penimbunan dilakukan secara bertahap dengan kecepatan 50 cm/ minggu. Untuk perkuatan tanah timbunan menggunakan geotekstil sebanyak 2 lapis. PVD dipancang sedalam 20 m dengan pola pemasangan segitiga dan jarak antar PVD 1.0 m dan butuh waktu 8 minggu untuk mencapai derajat konsolidasi (U) 90% Perhitungan alternatif pondasi menggunakan pondasi dangkal dengan ukuran 70 x 70 x 1.5 m ternyata menghasilkan settlement yang cukup besar. Perhitungan alternatif lainnya menggunakan stone column diameter 80 cm dengan jarak pemasangan 1.5 m untuk menambah daya dukung tanah dasar dan mengurangi pemampatan yang terjadi. Perhitungan pondasi dalam menghasilkan jumlah tiang pancang yang harus dipancang sedalam 38 m, untuk tangki sebanyak 576 buah dan untuk utilitas sebanyak 528 buah. Dari hasil perhitungan, pondasi yang paling sesuai dalam hal stabilitas dan penurunan tanah adalah pondasi dalam
I. PENDAHULUAN ilang Refinery Unit-VI Balongan, Indramayu, Jawa Barat merupakan kilang milik Pertamina yang dibangun di atas area seluas sekitar 350 hektar dengan kapasitas rencana tangki 44000 m3 di Balongan, Indramayu, Jawa Barat. Elevasi eksisting sebelum konstruksi masih di bawah elevasi rencana, sehingga dibutuhkan urugan tanah. Sebelum diurug melakukan penyelidikan tanah yang akan digunakan untuk perencanaan lainnya. Tugas Akhir ini membahas perencanaan perbaikan tanah di areal timbunan dengan metode preloading sistem surcharge dan water tank, perbaikan tanah dengan mempercepat waktu konsolidasi dengan PVD, perencanaan perkuatan timbunan dengan geotekstil, perencanaan peningkatan daya dukung tanah dengan stone column, dan perencanaan alternatif pondasi tangki dengan pondasi dangkal dan pondasi dalam.
K
II. METODOLOGI Perencanaan ini terbagi menjadi 2 area kerja yaitu area utilitas (area A) dan area tangki (area B) yang dapat dilihat pada Gambar 1. Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 2. AREA B
Kata Kunci – Balongan, Tank Storage, Preloading Sistem Surcharge, Preloading Sistem Water Tank, Prefabricated Vertical Drain, Geotextile, Stone Column, Pondasi Dangkal, Pondasi Dalam.
AREA A
.Gambar 1. Pembagian Area Kerja
2 perhitungan dan pengolahan data pada [1] dapat dilihat pada Tabel 1. Data Timbunan Material timbunan direncanakan memiliki spesifikasi teknis sebagai berikut: - Sifat fisik tanah timbunan: γ sat = 1.9 t/m3 C =0 γt = 1.9 t/m3 ϕ = 30° - Geometri timbunan Tinggi timbunan reklamasi (Hfinal) direncanakan hingga elevasi +2.5 m untuk tangki dan +3.0 m untuk utilitas. Data Spesifikasi Bahan 1. PVD (Prefabricated Vertical Drain) Jenis PVD yang digunakan pada perencanaan ini adalah CeTeau Drain CT-D812 produksi PT. Teknindo Geosistem Unggul dengan spesifikasi: - Weight = 80 g/m - Thickness (a) = 150 mm - Width (b) = 5 mm 2. Geotekstil Jenis geotekstil yang digunakan pada perencanaan ini adalah Woven High-Strength Polyester PET produksi Tencate Mirafi dengan Tensile Strength 50 kN/m. 3. Tiang Pancang Jenis tiang pancang yang digunakan adalah tiang pancang beton produksi PT. WIKA Beton dengan spesifikasi sebagai berikut: - Tipe = Tiang Pancang Beton (PC Spun Piles) - Mutu Beton = K-600 Mpa - Diameter = 80 cm Spesifikasi selengkapnya dapat dilihat pada [1].
Gambar 2. Metodologi Tugas Akhir Penjelasan Metodologi lebih lengkap dapat dilihat pada buku Tugas Akhir Penulis [1]. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Data dan Analisis Parameter Tanah Data Tanah Data tanah yang digunakan adalah data SPT dan data laboratorium hasil penyelidikan tanah yang dilakukan oleh Pertamina dan kontraktor asal Jepang berjumlah tujuh belas titik data boring log. Hasil
B. Perencanaan Geoteknik Perhitungan Besar Pemampatan Besarnya pemampatan pada lapisan tanah yang compressible (20 m) dihitung menggunakan beberapa nilai variabel q yang telah ditentukan yaitu sebagai berikut: q = 3 t/m2 q = 11 t/m2 2 q = 5 t/m q = 13 t/m2 2 q = 7 t/m q = 15 t/m2 2 q = 9 t/m Perhitungan pemampatan konsolidasi (Sc) pada perencanaan ini dihitung berdasarkan pemampatan konsolidasi primer pada kondisi overconsolidated, merujuk pada [2]. Hasil perhitungan pemampatan tanah lebih lanjut dapat dilihat pada [1]. Setelah dilakukan perhitungan pemampatan, perhitungan tinggi timbunan awal dapat menggunakan persamaan berikut:
H inisial
q ( S cq H w ) w
timb
Dengan Hinisial adalah tinggi timbunan awal, q adalah beban rencana, Sc adalah besar pemampatan akibat q,
3
Tabel 1. Data Hasil Perhitungan Analisis Parameter Tanah Parameter Fisik Kedalaman (m) 0-2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20
Jenis Tanah Silty Clay,Very Soft Silty Clay,Very Soft Silty Clay,Very Soft Silty Clay,Very Soft Silty Clay,Very Soft Silty Clay,Very Soft Silty Clay,Very Soft Silty Clay,Very Soft Silty Clay, Medium Silty Clay,Medium
γt
Gs
γd 3
2.684 2.654 2.557 2.907 2.585 2.554 2.604 2.716 2.660 2.695
3
(t/m ) (t/m ) 1.7 1.118 1.61 0.976 1.58 0.913 1.75 0.989 1.56 0.891 1.55 0.866 1.56 0.874 1.68 1.006 1.75 1.182 1.85 1.341
Wc (%)
LL (%)
52 94.5 65 102 73 104.5 77 108 75 107 79 110 78.5 109 67 104 48 87 38 87
Hw adalah tinggi muka air laut, γw adalah berat volume air, γtimb adalah berat volume timbunan. Dan tinggi timbunan akhir menggunkan rumus: Hfinal = Hinisial - Scq Hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat di Tabel 2 dan [1]. Tabel 2. Hasil Perhitungan Settlement dan Hinisial Akibat Variasi Beban Timbunan No. 1 2 3 4 5 6 7
Beban q (t/m2) 3 5 7 9 11 13 15
Sc (m)
Hinisial (m)
Hfinal (m)
0.64 1.21 1.66 2.04 2.36 2.65 2.91
1.92 3.27 4.56 5.81 7.03 8.24 9.43
1.28 2.06 2.90 3.77 4.67 5.59 6.52
Gambar 2. Grafik Hubungan Settlement Vs q Akibat Beban Timbunan
Gambar 3. Grafik Hubungan Hinisial Vs Hfinal Dengan menggunakan persamaan yang dihasilkan pada Gambar 3 maka tinggi timbunan awal dan settlement dapat dihitung, sebagai berikut:
Parameter Mekanis PL (%)
PI (%)
24 23 22 24 21.5 24 23 25 16 19.5
70.5 79 82.5 84 85.5 86 86 79 71 67.5
e 1.4 1.72 1.8 1.94 1.9 1.95 1.98 1.7 1.25 1.01
cu 2
(kN/m ) 7.910 8.534 9.052 10.289 10.051 10.540 11.185 12.5 30 45
Ø (°) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
C' 2
(kN/m ) 5.274 5.689 6.035 6.859 6.701 7.027 7.456 8.333 20 30
Cc 0.6 0.7 0.85 0.83 0.86 1.1 0.98 0.75 0.6 0.7
Cs 0.1782 0.213168 0.2238 0.241272 0.2362 0.24605 0.246408 0.2158 0.15525 0.144402
Cv 2
(cm /det) 0.00055 0.00055 0.00068 0.0004 0.0004 0.00085 0.00055 0.00055 0.0003 0.00045
Hinisial, y(2.5)
= 1.422x + 0.3086 = 1.422 (2.5) + 0.3086 = 3.8636 m = 3.9 m Hinisial, y(3.0) = 1.422x + 0.3086 = 1.422 (3.0) + 0.3086 = 4.57 m = 4.6 m Jadi untuk memperoleh Hfinal = 2.5 m diperlukan tinggi timbunan awal (Hinisial) 3.9 m dan untuk memperoleh Hfinal = 3.0 m diperlukan tinggi timbunan awal (Hinisial) 4.6 m. Perhitungan Waktu Pemampatan Setelah didapatkan besarnya pemampatan yang terjadi, selanjutnya dilakukan perhitungan waktu konsolidasi yang dibutuhkan untuk menyelesaikan pemampatan tersebut dengan persamaan: T ( H dr ) 2 t v Cv Dengan t adalah waktu konsolidasi, Tv adalah faktor waktu, Hdr adalah panjang aliran air/ drainage, dan Cv adalah koefisien konsolidasi vertikal. Dari hasil perhitungan pada [1], diperoleh waktu konsolidasi untuk derajat konsolidasi (U) 90% yaitu 177.7 tahun. Maka dalam perencanaan ini perlu dilakukan perbaikan tanah untuk mempercepat proses konsolidasi tersebut dengan memasang Prefabricated Vertical Drain (PVD). Perencanaan PVD untuk Mempercepat Pemampatan PVD dipasang sepanjang lapisan tanah yang terkonsolidasi yakni sepanjang 20 m. Pola pemasangan PVD yang akan digunakan adalah pola segitiga dengan variasi jarak sebesar 0.5 m, 0.8 m , 1.0 m, 1.2 m, 1.5 m, 2 m, dan 2.5 m. Hal ini dilakukan agar mendapatkan hasil yang efisien untuk mencapai derajat konsolidasi yang diinginkan. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada [1]. Dari perhitungan tersebut dihasilkan grafik hubungan antara Urata-rata dan waktu untuk mencapai derajat konsolidasi (Ū) (Gambar 4.). Dari hasil grafik tersebut dipilih pemasangan PVD pola segitiga dengan jarak 1.0 m dengan waktu yang diperlukan untuk mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 8 minggu.
4
Gambar 5. Sketsa Perkuatan Tanah dengan Geotekstil pada Tangki
Gambar 4. Grafik Hubungan Antara Derajat Konsolidasi (U) dan Waktu Penimbunan Bertahap (Preloading) Pelaksanaan penimbunan dilakukan secara bertahap dengan asumsi kecepatan penimbunan 50 cm/ minggu. Jumlah tahapan penimbunan untuk area tangki adalah sebagai berikut: Hinisial = 3.9 meter Jumlah tahapan = 3.9/0.50 = 8 tahap Selanjutnya mencari tinggi timbunan kritis (Hcr) yang mampu dipikul oleh tanah dasar agar timbunan tidak mengalami kelongsoran. Dengan program bantu analisa kelongsoran diperoleh tinggi timbunan kritis sebesar 2.2 m dengan SF = 1.238, lebih kecil dari SF rencana = 1.25. Tinggi timbunan kritis ini dicapai pada tahapan ke-4 dengan umur timbunan 4 minggu. Perhitungan Peningkatan Cu Perhitungan peningkatan Cu perlu dilakukan untuk menentukan apakah tanah dasar cukup mampu memikul beban timbunan tahapan selanjutnya sebesar 0.5 m dengan nilai Cu yang baru didapat dari penimbunan sebelumnya. Dari perhitungan tersebut dapat diketahui apakah pekerjaan timbunan dapat dilaksanakan secara terus menerus atau perlu penundaan waktu penimbunan.Setelah perhitungan penundaan waktu timbunan, ternyata nilai SF yang didapatkan masih lebih kecil daripada SF rencana, sehingga dibutuhkan perkuatan tanah timbunan menggunakan geotekstil. Perencanaan Geotekstil sebagai Perkuatan Timbunan Geotekstil digunakan sebagai perkuatan tanah untuk meningkatkan daya dukung tanah dasar di bawah timbunan. Dalam perencanaan ini geotekstil nantinya akan dipasang pada tepi timbunan. Berdasarkan perhitungan pada [1] diketahui bahwa jumlah geotekstil yang dibutuhkan adalah 2 lapis dengan jarak antar layer geotekstil 0.25 m.
Gambar 6. Sketsa Perkuatan Tanah dengan Geotekstil pada Utilitas Perencanaan Perbaikan Tanah dengan Metode Water Tank Preloading Karena beban tangki cukup besar, maka diperlukan perbaikan tanah tepat di bawah tangki menggunakan metode water tank preloading, yaitu dengan menggantikan beban minyak dengan air untuk memampatkan tanah dasar. Diketahui kapasitas tangki oleh Pertamina: Perection = 694 ton Pfull water = 52412 ton D tangki = 68 m Sehingga didapatkan beban terbagi rata (q) : qtangki =
= 14.63 t/m2
Perencanaan Pondasi Dangkal Pondasi dangkal digunakan sebagai kombinasi perkuatan tangki dengan water tank preloading dengan memakai cara Terzaghi, yaitu:
qu = 1.3 c’ Nc + q Nq + 0.3 B N Dimana untuk Ø= 30°, Nc= 37.16, Nq= 22.46, N= 19.13. Sehingga didapatkan qu = 814.50 ton/m2 dan quijin pondasi dangkal adalah 271.5 ton/m2 dan mampu menahan beban yang ada. Settlement yang terjadi akibat beban tangki dan pondasi dangkal sebesar 2.81 m, maka direncanakan alternatif perkuatan lainnya. Perencanaan Stone Column Stone column digunakan untuk meningkatkan daya dukung tanah dasar dan mengecilkan pemampatan yang terjadi. Direncanakan stone column sedalam 11.5 m dengan D= 0.8 m dan jarak pemasangan (S)= 1.5 m. Pola pemasangan stone column adalah pola segitiga. Data stone column yang digunakan : s = 22 kN/m3 Øs = 40° Perhitungan tegangan tanah tiap lapisan yang dipasang stone column dapat dilihat pada Tabel 3.
5 Tabel 3. Perhitungan Tegangan Tanah v
ro= v x Kpc
perlapis
(kN/m2)
6.75
6.75
6.75
18
7
25
25
38.1
38.1
50
50
63.3
63.3
76.4
76.4
Tegangan Vertikal (sv') - kN/m2 Z (m)
Kpc
0-1.5
3
1.5-3.5
1
Lap 1
Lap 2
Lap 3
Lap 4
Lap 5
3.5-5.5
1
18
14
6.1
5.5-7.5
1
18
14
12.2
5.8
7.5-9.5
1
18
14
12.2
11.6
7.5
9.5-11.5
1
18
14
12.2
11.6
15
Lap 6
5.6
Perhitungan stone column dilakukan secara grup dengan lebar poer 70 m. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada [1] dan perhitungan daya dukung stone column dalam grup pada Tabel 4. Tabel 4. Perhitungan Daya Dukung Stone Column Group Kedalaman Hlapisan (m) 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
(m) 1.5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Z
γsat
(m) kN/m3 0.75 19 2.75 17 4.75 16.1 6.75 15.8 8.75 17.5 10.75 15.6 12.75 1.55 14.75 1.56 16.75 1.68 18.75 1.75 20.75 1.85
eo
Cc
Cs
I
0 1.4 1.72 1.8 1.94 1.9 1.95 1.98 1.7 1.25 1.01
0 0.6 0.7 0.85 0.83 0.86 1.1 0.98 0.75 0.6 0.7
0 0.18 0.21 0.22 0.24 0.24 0.25 0.25 0.22 0.16 0.14
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Total pemampatan
Po
Δp
Sc
kN/m2 14.3 46.8 76.5 107 153 168 19.8 23 28.1 32.8 38.4
kN/m2 182.30 182.30 182.30 182.30 182.30 182.30 182.30 182.30 182.30 182.30 182.30
(m) 0 0.3451 0.2725 0.2628 0.1923 0.1895 0.1676 0.137 0.097 0.0814 0.0907 1.8359
Dari hasil perhitungan, didapatkan qult rata-rata = 1390.69 kN/m2. Sehingga nilai safety factor yang didapat sebesar 3.10. Total settlement yang terjadi akibat pemasangan stone column sebesar 1.8359m. Perencanaan Pondasi Dalam Perhitungan daya dukung tiang menggunakan metode Luciano Decourt (1996) dengan N-SPT koreksi. Tiang pancang yang digunakan berdiameter 80 cm dan dipancang hingga N-SPT 30, yaitu pada kedalaman 38 m. Didapatkan QLijin yaitu sebesar 252.41 ton. Perhitungan daya dukung tiang pancang dalam kelompok [1] memperhitungkan kombinasi pembebanan untuk mencapatkan P max yang bekerja pada tiang pancang. Dengan menggunakan rumus Converse Labarre, didapatkan efisiensi tiang dalam kelompok sebesar 0.66 untuk tangki dan 0.6 untuk utilitas. Dengan menggunakan program bantu struktur untuk memodelkan beban-beban yang bekerja, didapatkan beban terbesar satu tiang pancang. Tiang pancang pada tangki dipancang sejumlah 576 buah dengan jarak 3.5D, sedangkan pada utilitas dipancang sejumlah 528 buah dengan jarak 3D. Dimensi poer untuk tangki adalah 70 x 70 x 1.5 m, sedangkan untuk utilitas adalah 80 x 40 x 1.5 m. Pondasi dalam mampu menahan beban maksimal akibat kombinasi pembebanan. IV. KESIMPULAN Dalam perencanaan Tugas Akhir ini didapatkan beberapa kesimpulan yaitu:
1. Elevasi akhir timbunan yang direncanakan adalah +2.5 m untuk tangki dan +3.0 m untuk utilitas. Tinggi timbunan awal yang dibutuhkan adalah sebesar 3.9 m untuk tangki dan 4.6 m untuk utilitas. 2. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai derajat konsolidasi 90% (U = 90%) selama 177.7 tahun. Waktu tersebut sangat lama, sehingga dibutuhkan perencanaan Prefabricated Vertical Drain (PVD) untuk percepatan waktu konsolidasi. 3. PVD yang digunakan yaitu tipe CeTeau-Drain CTD812 dengan ukuran 150 x 5 mm. Pemasangan dengan pola segitiga dan jarak pemasangan (S) 1.0 m untuk mencapai derajat konsolidasi 90% (U = 90%) dalam waktu 8 minggu. 4. Penimbunan bertahap dengan kecepatan penimbunan 50 cm/ minggu. Tahapan penimbunan menghasilkan peningkatan nilai kohesi undrained (Cu) tanah asli. Tinggi timbunan kritis (Hcr) adalah 2.2 m dengan SF < SFrencana sebesar 1.25. Sehingga perlu adanya perkuatan timbunan menggunakan geotekstil. 5. Setelah dihitung sesuai dengan hasil program bantu stabilitas tanah, dibutuhkan geotekstil sebanyak 2 lapis dengan jarak layer pemasangan 0.25 m. 6. Perkuatan di bawah tangki dengan pondasi dangkal direncanakan dengan diameter 70 m dan tebal 1.5 m. Akibat beban tangki dan pondasi, terjadi settlement sebesar 2.81 m, sehingga perlu dilakukan perencanaan perkuatan tanah dengan alternatif lainnya. 7. Alternatif perkuatan tanah menggunakan stone column. Dengan diameter 0.8 m dan jarak pemasangan 1.5 m, stone column dipasang secara grup sedalam 11.5 m dari elevasi +1.5 m di atas tanah dasar. Faktor keamanan (SF) yang didapatkan sebesar 3.10. Settlement total yang terjadi di compressible soil sebesar 1.8359 m. 8. Karena settlement yang terjadi sangat besar untuk konfigurasi pondasi dangkal dengan PVD dan stone column, maka dilakukan perencanaan perkuatan dengan memakai pondasi dalam, yaitu tiang pancang PC Spun Pile dengan diameter 80 cm dan dipancang sedalam 38 m. - Untuk tangki dibutuhkan tiang pancang dengan jumlah 576 buah dan jarak pemasangan 3.5D. Dimensi poer 70 x 70 m, tebal 1.5 m. - Untuk utilitas dibutuhkan tiang pancang dengan jumlah 528 buah dan jarak pemasangan 3D. Dimensi poer 80 x 40 m, tebal 1.5 m. - Tulangan yang dipakai untuk poer adalah D 2580 mm untuk tangki dan D 25-200 mm untuk utilitas. 10. Perkuatan yang dipilih menggunakan pondasi dalam. DAFTAR PUSTAKA [1] N. A. Chandra, Perencanaan Pondasi untuk Tank Storage dan Perbaikan Tanah dengan Metode Preloading Sistem Surcharge dan Water Tank di Kilang RU-VI Balongan. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2013. (Belum dipublikasikan) [2] I. B. Mochtar, Teknologi Perbaikan Tanah dan Alternatif Perencanaan pada Tanah Bermasalah (Problematic Soils). Surabaya: Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS, 2000.
