DAYA DUKUNG ( BEARING BEARING CAPACITY CAPACITY ) DAN PENURUNAN (SETTLEMENT ) TIANG PANCANG DENGAN PENGUJIAN SONDIR/CONE PENETRATION TEST (CPT) (CPT) PADA TANAH LUNAK PONTIANAK Vivi Bachtiar ST, MT. Ir. Herman Sapar Staf Pengajar Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Tanjungpura Pontianak Pontianak
ABSTRAKSI Dalam prakteknya geotechnical engineering telah berkembang beberapa metode secara pendekatan untuk mengestimasi daya dukung ( bearing capacity) pondasi tiang pancang (driven pile) dan penurunan ( settlement ). ). Dimana untuk daya dukung pondasi tiang terdiri dari daya dukung ujung tiang dan daya dukung selimut tiang. Pada tanah kohesif daya dukung selimut tiang yang lebih dominan dan sebaliknya pada tanah non kohesif daya dukung dukung ujung tiang yang lebih dominan. Tujuan penelitian ini adalah untuk memberikan gambaran dalam mendisain pondasi tiang pancang beton persegi pada struktur bangunan bertingkat di lapisan tanah lunak Pontianak. Metode dasar analisis menggunakan data sondir/Cone Penetrometer Test (CPT) untuk mendisain pondasi tiang pancang beton persegi yang kemudian di uji lagi dengan Pile Driving Analyzer (PDA) sebagai back analysis . Hasil analisa daya dukung tiang pancang, penurunan dan penurunan diferensial masih dalam batas toleransi (lebih kecil dari dari yang diizinkan). diizinkan). Dan juga penurunan yang telah dianalisa cukup akurat setelah bangunan gedung bertingkat tersebut selesai konstruksinya. Kata kunci: CPT, PDA, driven pile, bearing capacity, settlement .
1. PENDAHULUAN Fungsi pondasi adalah meneruskan atau mentransfer beban dari struktur diatasnya. Beban struktur atas tersebut harus ditransfer ke lapisan tanah yang cukup keras agar pondasi mampu memikul beban tersebut contoh kasusnya pondasi tiang. Dalam menentukan spesifikasi sistem pondasi atau bahkan menentukan sistem struktur yang akan diadopsi maka ada baiknya si engineer memahami kondisi lingkungan dimana struktur tersebut akan dibangun. Pemahaman akan kondisi alam sejak awal akan sangat membantu memilih sistem struktur juga pondasi yang dapat dipilih. Di Kalimantan Barat umumnya dan lokasi Kota Pontianak khususnya yang ternyata adalah lebih dominan tanah lempung lunak bahkan gambut, jika disitu akan dibangun gedung bertingkat misalnya, maka faktor berat struktur dan pondasi dalam tentunya sudah mewarnai strategi perencanaan yang harus dikerjakan. Sebaiknya dipilih struktur yang relatif ringan dan tidak peka terhadap differential settlement karena beresiko tinggi terhadap penurunan tanah jangka panjang.
Perkembangan geotechnical engineering dalam menganalisa daya dukung pondasi tiang telah banyak berkembang. Salah satu metodenya adalah dengan mengasumsi atau pendekatan empiris dengan memandang stratigrafi tanah dan penyebaran beban berdasarkan pada pendekatan in situ testing menggunakan sondir/ Cone Penetrometer Test (CPT). Uji lapangan dengan Cone Penetrometer Test dan pondasi tiang mempunyai kesamaan dimana penetrometer dapat dipandang sebagai suatu model pile. Tujuan penelitian ini adalah untuk memberikan gambaran dalam mendisain pondasi tiang pancang beton persegi ( precast concrete square driven pile ) pada struktur bangunan bertingkat di lapisan tanah lunak Pontianak. Ada hubungan erat antara semakin dalamnya tiang terhadap daya dukung ( bearing capacity) dan penurunan (settlement ) yang akan timbul. Metode dasar analisis menggunakan data sondir/CPT untuk mendisain pondasi tiang pancang beton persegi yang kemudian di uji lagi dengan Pile Driving Analyzer (PDA) sebagai back analysis. Dalam prakteknya geotechnical engineering telah berkembang beberapa metode secara pendekatan untuk mengestimasi daya dukung pondasi tiang pancang dan penurunan. Dimana untuk daya dukung pondasi tiang terdiri dari daya dukung ujung tiang dan daya dukung selimut tiang. Pada penelitian ini akan menyelesaikan masalah daya dukung pondasi tiang pancang beton persegi dan penurunan pada struktur bangunan bertingkat berdasarkan hasil uji sondir/CPT dan PDA di lapisan tanah lunak Pontianak. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1.
Pengujian Daya Dukung Tiang Pancang Dengan Sondir/CPT ( Cone Penetration Test )
Sondir/Cone Penetration Test telah banyak digunakan di berbagai negara termasuk di Indonesia, karena besarnya manfaat dan keandalannya. Khususnya di Pontianak, dengan uji lapangan ini sangat memudahkan untuk menaksir stratigrafi lapisan di bawah permukaan yang berhubungan dengan material lunak, lensa yang tidak menerus ataupun material organik ( peat ). 2.2.
Sondir Mekanis 3
Sondir standar memiliki luas penampang ujung konus sebesar 10 cm dan potongan melintang konus dengan sudut puncak 60 derajat serta dengan menambahkan selimut dibelakang konus untuk mengukur gesekan selimut sebesar 2 150 cm . Standarisasi alat sondir di Indonesia belum dilakukan dan hingga kini masih dalam tahap pembahasan. Standar alat yang pada saat ini secara luas diterima tercantum pada ASTM D3411-75T : Tentative Method of Deep Quassi-Static , Cone and Friction Cone Penetration Test in Soils , 1975. Yang dapat dihasilkan dari sondir mekanis ini yaitu berupa: 2 - Nilai perlawanan konus (q c) dalam satuan kg/cm setiap 20 cm, dengan simpangan baku (standard deviation) 10%. 2 - Nilai perlawanan geser atau hambatan setempat (Lf ) dalam satuan kg/cm dan setiap 20Lf (kg/cm) dengan simpangan 20%. - Nilai jumlah hambatan (total friction) (Tf ) dalam satuan kg/cm. - Grafik sondir.
2.2.1.
Tahanan Ujung (q c) dan Gesekan Selimut (f s)
Pada tanah lempung mempunyai besaran tahanan ujung (q c) yang kecil akibat rendahnya kuat geser dan pengaruh tekanan air pori saat penetrasi. Overlap dapat saja terjadi antara pasir lepas dengan lempung yang overkonsolidasi. Pengukuran gesekan memberikan keuntungan yang besar bagi interpretasi hasil uji sondir, khususnya untuk klasifikasi tanah. Disamping memberikan daya yang dapat dipergunakan untuk desain pondasi tiang, rasio gesekan yang tidak berdimensi dari f s dan tahanan ujung q c yang disebut dengan rasio gesekan ( friction ratio, R f) . Berdasarkan penelitian para pakar sondir, tanah butir kasar ternyata mempunyai nilai rasio gesekan R f yang kecil (umumnya lebih kecil dari 2%), sedangkan pada tanah butir halus (lanau dan lempung) nilai rasio gesekan tersebut lebih tinggi. 2.2.2.
Pelaksanaan Pengujian
Cara operasi uji sondir dengan penetrasi ujung konus dilakukan mendahului selimutnya, gaya pada konus diukur, kemudian baru penetrasi ujung dan selimut dilakukan bersama sama sehingga tercatat perlawanan total. Selisih antara pengukuran perlawanan kedua dan pertama adalah gaya bekerja pada selimut sondir. Semua pengujian sondir ini dilaksanakan sesuai dengan ketentuan ASTM D 3441-94 dan SNI 03-2827-1992. Pengisian format data setiap kedalaman 20 cm untuk nilai perlawanan konus (q c) dan nilai perlawanan konus ditambah hambatan setempat ( local friction). Pada umumnya pengujian sondir dihentikan pada kedalaman 30 m (darat) jika 2 sampai kedalaman tersebut diperoleh nilai q c > 250 kg/cm untuk sondir berkapasitas 2 2.50 ton dan q c > 500 kg/cm atau 50 MPa untuk sondir berkapasitas 10 ton. Hasil pengujian sondir ini dapat dianalisa untuk mendapatkan daya dukung ujung tiang dan daya dukung selimut tiang serta penurunan. 2.3.
Pengujian Daya Dukung Tiang Pancang Dengan PDA
Pengujian dinamis, Pile Driving Analyzer (PDA) dilakukan untuk mengetahui besarnya daya dukung ultimit tiang. Dan dianalisa dengan case method (CAPWAP) berdasarkan teori gelombang satu dimensi. 2.3.1.
Gelombang Akibat Tumbukan ( Impact Wave)
Pengujian dinamis dengan PDA dilaksanakan dengan menginterprestasikan gelombang satu dimensi (one dimensional wave) yang merambat pada media yang diuji. Gelombang ini didapat dengan memberikan tumbukan ( impact ) pada tiang uji sehingga menghasilkan gelombang yang sesuai dengan kebutuhan pengujian. Untuk pengujian dinamis PDA pada tiang pancang ditumbuk dengan drop hammer 1.50 ton. 2.3.2.
Pelaksanaan Pengujian
Tiang pancang yang akan diuji PDA diberi beberapa kali tumbukan, dimana penumbukan dihentikan jika telah diperoleh mutu rekaman pada komputer yang cukup baik dan energi tumbukan yang relatif cukup tinggi. Untuk didapatkan kualitas rekaman yang baik tergantung dari beberapa faktor antara lain pemasangan instrumen terpasang cukup kuat pada tiang beton, sistem elektronik komputer dan efisiensi hammer yang dipergunakan. Pada saat pengujian secara berkala dilakukan pengecekan/pengencangan baut-baut instrumen. Dilakukan beberapa tumbukan sesuai kebutuhan, jika telah didapatkan nilai energi tumbukan yang relatif tinggi maka tumbukan dihentikan, dimana nilai energi tumbukan tergantung dari nilai efisiensi
hammer yang dipakai. Semua pengujian dinamis dilaksanakan sesuai dengan ketentuan ASTM D 4945-96. Hasil pengujian dinamis dengan PDA dianalisa lebih lanjut dengan CAPWAP untuk mendapatkan perbandingan kekuatan daya dukung termasuk distribusi kekuatan friksi tanah ( friction) di setiap lapisan, tahanan ujung, tegangan tiang, dan lain-lain.
2.4. Daya Dukung ( bearing capacity) Pondasi Tiang Pancang Pada Tanah Kohesif Untuk menghitung daya dukung pondasi aktual dan daya dukung pondasi yang diperlukan, digunakan beberapa metoda, diantaranya dengan menggunakan perhitungan pondasi tiang pancang beton berdasarkan data hasil uji sondir/CPT. 2.4.1.
Penentuan daya dukung pondasi tiang pancang berdasarkan hasil uji sondir/CPT
Daya dukung ujung tiang (Q p) Metoda yang digunakan adalah metoda yang diusulkan oleh Schmertmann-
Nottingham (1975), yaitu:
Q p
=
qc1 + qc 2 2
. A p
Dimana: Q p = daya dukung ujung ultimit tiang q c1 = nilai q c rata-rata pada 0.70B – 4B dibawah ujung tiang q c2 = nilai q c rata-rata dari ujung tiang hingga 8B diatas ujung tiang A p = luas proyeksi penampang tiang Bila zona tanah lunak di bawah tiang masih ditemui pada kedalaman 4.B – 10.B, maka perlu dilakukan reduksi terhadap nilai rata-rata tersebut.
Tiang beton
Gambar 1. Perhitungan daya dukung ujung (sumber: Heijen, 1974)
Gambar 2. Faktor koreksi gesekan selimut tiang pada sondir mekanis (sumber: Nottingham, 1975)
Daya dukung selimut tiang (Qs)
Dimana: Qs = daya dukung selimut ultimit tiang (kg) K = faktor koreksi gesekan selimut tiang pada sondir
f s = nilai gesekan selimut (kg/cm²) As= luas selimut tiang (cm²) K s dan K c adalah faktor reduksi yang tergantung pada jenis al at sondir, kedalaman dan nilai selimut, f s dan digunakan sesuai dengan jenis tanah yang sesuai. K s digunakan untuk tanah pasiran dan K c digunakan untuk tanah lempungan.
2.4.2.
Penentuan daya dukung izin tiang (Qa atau Qall)
Menurut buku “ manual pondasi tiang” (GEC), di Indonesia umumnya digunakan nilai faktor keamanan sebesar 2.50 baik untuk daya dukung gesekan selimut tiang maupun untuk daya dukung ujung tiang. Maka daya dukung izin tiang adalah : Qa =
Qu 2.5
Dimana:
2.4.3.
Qu= Qult = Q p + Qs Qu = Qult = daya dukung batas ( ultimate) Q p = daya dukung ujung tiang Qs = daya dukung selimut tiang
Penentuan daya dukung kelompok tiang (Qg)
Meskipun pada tiang yang berdimensi besar atau untuk beban yang ringan sering digunakan pondasi tiang tunggal untuk memikul beban kolom atau beban struktur, namun pada umumnya beban kolom struktur atas dapat pula dipikul oleh beban kelompok tiang. Dalam sistem kelompok tiang, baik pada ujung tiang maupun pada selimut tiang akan terjadi overlapping pada daerah yang mengalami tegangan-tegangan akibat beban kerja struktur. Pondasi tiang pada tanah lempung, overlapping tegangan akan terjadi di sekitar tiang yang akan mempengaruhi daya dukungnya. Karena jarak antar tiang tidak dapat dibuat terlalu besar maka pengaruh kelompok tiang ini tidak dapat dihindarkan sehingga daya dukung kelompok tiang dapat lebih kecil dari jumlah total daya dukung masing-masing tiang. Daya dukung kelompok tiang dapat ditentukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : a) Menentukan jumlah tiang total dari daya dukung seluruh tiang. b) Menentukan daya dukung dari blok kelompok tiang yang berukuran L g x Bg x H. c) Membandingkan kedua besaran tersebut di atas dan nilai yang terkecil yang dipakai sebagai daya dukung kelompok tiang. Untuk menganalisa efisiensi kelompok tiang pada tanah kohesif, menggunakan petunjuk praktis menurut buku manual pondasi tiang, dimana daya dukung sementara kelompok tiang pancang pada tanah kohesif berkurang sebagai akibat tekanan air pori ekses yang timbul saat pemancangan. Efisiensi kelompok tiang sementara dapat turun hingga 0.40 – 0.80 tetapi akan meningkat terhadap waktu. Formula yang digunakan untuk menganalisa efisiensi kelompok tiang adalah formula Converse-Labarre, yaitu: e q
= 1- θ
(n - 1)* m + (m - 1) * n 90 * m * n
D … dalam derajat q = arctan . S
2.5. Penurunan (settlement ) Pondasi Tiang Pancang Pada Tanah Kohesif Penurunan dalam konstruksi geoteknik disebabkan oleh peningkatan tegangan (seperti adanya timbunan, penurunan muka air tanah, beban struktur atas terhadap pondasi, dan lain-lain). Penurunan pondasi tiang pada tanah kohesif terdiri atas : a) Penurunan seketika (immediate settlement ) yang terjadi segera setelah beban bekerja. b) Penurunan konsolidasi atau penurunan jangka panjang ( consolidation settlement ), yang terjadi secara berangsur-angsur bersamaan dengan disipasi tekanan air pori ekses.
Gambar 3. Transfer beban ke tanah pada kelompok tiang (Sumber: Tomlinson, 2001)
Gambar 4. Distribusi tekanan dan tegangan vertikal pada lapisan lempung dalam (Sumber: Tomlinson, 2001)
Gambar 5. Distribusi tegangan untuk perkiraan penurunan kelompok tiang pada tanah lempung (Sumber: Tomlinson, 2001)
Prosedur perhitungan untuk memperkirakan penurunan kelompok tiang adalah sebagai berikut: a). Menentukan tegangan kerja q =
Q Bg L . g
dimana tegangan kerja ini harus lebih kecil daripada tegangan izin tanah. b). Beban kerja diatas kelompok tiang dialihkan pada kedalaman 2/3 dari panjang tiang dibawah pile cap. Penurunan tanah diatas kedalaman tersebut amat kecil dan dapat diabaikan. c). Beban kerja yang telah dipindahkan tersebut kemudian disebarkan kebawah pondasi tiang dengan mengambil asumsi pola penyebaran vertikal : horisontal = 2 : 1. d). Lapisan tanah yang berkonsolidasi dibagi menjadi beberapa lapis yang lebih tipis. e). Memperhitungkan besarnya penurunan seketika ( immediate settlement ) dari tiap lapis, maka akan dapat diperoleh nilai penurunan seketika totalnya dengan cara
menjumlahkan dari seluruh lapisan. Perhitungan dapat menggunakan teori yang diusulkan oleh Janbu, Bjerrum, dan Kjaernsli (1956) dengan formula: S i
= m 1m 0
qB E s
Dimana: m1 = faktor koreksi untuk lapisan tanah tebal terbatas H (gambar 6) m0 = faktor koreksi untuk kedalaman pondasi D, (gambar 6) B = lebar beban berbagi rata untuk luasan empat persegi panjang atau diameter lingkaran pada beban terbagi rata berbentuk lingkaran q = tegangan kerja Es = modulus elastisitas tanah
D/B
Gambar 6. Grafik untuk perhitungan penurunan seketika dari Janbu, Bjerrum, dan Kjaernsli (1956). (Sumber : Tomlinson, 2001)
Tabel 1. Persamaan-persamaan untuk modulus tegangan-regangan Es (Sumber : Bowles, 1996)
Tanah Pasir berlempung
CPT Es = 3 – 6q c
SPT Es = 320(N + 15)
Lanau, lanau berpasir atau Es = 1 – 2q c Es = 300(N + 15) lanau berlempung q c < 2500 kPa à Es’ = 2.50q c ---------------2500 < q c < 5000 kPaà Es’ = 4q c + 5000 Dimana: Es’ = 1 / mv Lempung lunak atau lanau berlempung
Es = 3 – 8q c
-----------------
f). Memperhitungkan penurunan konsolidasi ( consolidation settlement ) dari tiap lapis. Penjumlahan penurunan konsolidasi dari seluruh lapis merupakan penurunan konsolidasi dari terkonsolidasi dari kelompok tiang. Perhitungan dapat menggunakan teori yang diusulkan oleh Skempton – Bjerrum (1957) dengan formula: Sc oed = mv i * Ds z i * D H Sc = Sc oed * md * mg
Dimana: Sc oed = penurunan yang dihitung dari hasil oedometer Sc = penurunan konsolidasi mv i = koefisien kompresibilitas volume pada lapisan ke-i Ds z i = tambahan tegangan di tengah-tengah tiap lapisan D H = tebal tiap lapisan md = nilai faktor kedalaman (gambar 8) mg = nilai faktor geologi (tabel 4) Sanglerat (1972) membuat studi perbandingan antara tekanan konus (q c) dengan coefficient of volume compressible (mv) dan compressibility index (Cc): mv
=
1
a .qc
;
C c
=
- 4.2 6 qc - 40 qc
dan
C c
=
0.05qc qc
-2
Tabel 2. Hubungan antara nilai a dan q c (sumber : Sanglerat, 1972) Jenis Tanah qc (kg/m²) Clay of low plasticity (CL)
q c < 7 7 < q c < 20 q c > 20
Silt of low plasticity (ML)
q c < 20 q c > 20 q c < 20 q c > 20 q c < 12 q c < 7 50 < w < 100 100 < w < 200 w > 200
Highly plastic silt and clay (MH, CH) Organic silt Peat and organic clay (Pt, OH)
w = kadar air (%)
3
Tabel 3. Hubungan antara nilai Cc, q c dan w Tekanan Konus q c > 12 q c < 12
q c < 7
Kadar Air,w (%) w < 30 w < 25 25 < w < 40 40 < w < 100 100 < w < 130 w > 130
Compressibility Index, Cc Cc < 0.20 Cc < 0.20 0.20 < Cc < 0.30 0.30 < Cc < 0.70 0.70 < Cc < 1.00 Cc > 1.00
Tabel 4. Nilai Faktor Geologi (mg) (Sumber : Tomlinson, 2001) Tipe Tanah Lempung sangat sensitive Lempung terkonsolidasi normal (normally consolidated ) Lempung terkonsolidasi berlebih (over-consolidated ) Lempung sangat over-consolidated (heavily over-consolidated )
g
1 – 1.20 0.70 – 1.00 0.50 – 0.70 0.20 – 0.50
Gambar 7. Distribusi Tegangan dibawah pondasi (Sumber : Tomlinson, 2001)
Gambar 8. Grafik untuk perhitungan nilai faktor kedalaman ( md ) (Sumber : Tomlinson, 2001)
g). Penurunan (settlement ) dan penurunan diferensial ( differential settlement ) yang diizinkan tanah kohesif, menurut hasil penelitian Skempton dan MacDonald ( The allowable settlement of buildings, Proceeding of the Institution of Civil Engineers, Part 3, 5, 727 – 784, 1956 ) bahwa penurunan diferensial yang diizinkan adalah sebesar 40 mm sedangkan total penurunan yang diizinkan pada pondasi setempat (isolated foundation) sebesar 65 mm dan pada pondasi rakit ( raft foundation) sebesar 65 mm – 100 mm. 3. DATA DAN PEMBAHASAN PENELITIAN Lokasi uji sondir / CPT yang dilakukan merupakan pembangunan gedung 5 (lima) lantai di Kota Pontianak. Muka air tanah terletak – 10 cm dari permukaan. Kondisi permukaan air tanah ini dapat merupakan suatu pertimbangan bagi perencana dalam menentukan tipe pondasi dan kedalaman pondasi yang representatif. 3.1. Data Stratigrafi Lapisan Tanah Kapasitas sondir yang digunakan maksimum 25 MPa. Jumlah titik sondir yang diambil sebanyak 3 titik, yaitu S 1, S2 dan S3. Titik uji sondir dilakukan secara random .
Kondisi tanah di lokasi pembangunan gedung bertingkat ini umumnya didominasi oleh lapisan sangat lunak hingga lunak ( very soft to soft ) mulai dari kedalaman 0.00 m – 18.00 m dan nilai q c sondir antara 0.50 – 10.00 kg/cm². Sedangkan tanah sedang sampai kaku (medium stiff to stiff ) dijumpai pada kedalaman lebih dari 18.00 m hingga akhir penyondiran dan nilai q c sondir antara 10.00 – 55.00 kg/cm². 2
2
qc (kg/cm ) 0
5
10
15
20
25
30
qc (kg/cm )
35
40
45
50
55
60
65
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
1500
16 50
1 800
0
1
1
2
2
3
3 4
4
qc
5
qc
5
TF 6
TF
6
7
7
8
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
) 14 m 15 (
14 ) m15 ( h t 16 p e 17 D 18
h t 16 p e D 17 18
19 19
20
20
21
21
22
22
23
23
24
24
25
25
26
26
27
27
28
28
29
29
30
30
31 32
31
0
15 0
3 00
450
6 00
750
900
1050
1 200
1350
32 0
1 30
2 60
39 0
5 20
6 50
7 80
9 10
1 04 0
11 70
1 30 0
14 30
1 56 0
TF (kg/cm)
169 0
TF (kg/cm)
Titik Sondir S2
Titik Sondir S1 2
qc (kg/cm ) 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 1 2 3
qc
4
TF
Precast concrete driven pile
5
Ground level ± 0.00
6 7 8 9 10 11 12 13
) 14 m 15 ( h t 16 p e D 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 0
155
310
465
620
775
930
1085
1240
1395
1550
1705
TF (kg/cm)
Titik Sondir S3 3.2. Tipe dan Dimensi Tiang Pancang Menggunakan tipe tiang pancang beton persegi ( precast concrete square driven pile) berdimensi 20 cm x 20 cm dengan panjang 27 m. Daya dukung ( bearing capacity) dan penurunan ( settlement ) yang diperhitungkan yaitu berdasarkan hasil pengujian Cone Penetration Test (CPT) dan Pile Driving Analysis (PDA) sebagai back analysis.
3.3. Disain Daya Dukung Tiang Pancang Kedalaman tiang pancang beton yang tertanam adalah 26.30 m karena sisanya digunakan untuk panjang penyaluran pada struktur atasnya. Perhitungan menggunakan data sondir titik S 3 karena merupakan hasil uji sondir yang pesimis. Aplikasi disain tiang pancang beton persegi 20 cm x 20 cm 2
Diketahui : B = 20 cm; A p = 400 cm²; As = 1600 cm ; kedalaman tiang pancang tertanam, L = 26.30 m Daya dukung ujung tiang (Q p): 2 q c1 = 18.00 kg/cm = diambil dari q c rata-rata perlawanan ujung konus setebal 4B tiang dari ujung tiang di sebelah bawahnya. 2 q c2 = 19.33 kg/cm = diambil dari q c rat-rata perlawanan ujung konus setebal 8B tiang dari ujung tiang di sebelah atasnya. Daya dukung ujung tiang didapat Q p = (q c1 + q c2) / 2 * A p = 7.47 ton. Daya dukung selimut tiang (Qs) : Qs
L é 8 B z ù = K êå . f s . As + å f s . As ú z =8 B ë z =0 8 B û
Nilai gesekan selimut tiang (f s) bervariasi setiap kedalaman 20 cm sesuai dengan hasil dari data sondir. Untuk nilai gesekan selimut tiang (f s) pada kedalaman tiang pancang tertanam di 2 ujung bawah adalah 0.46 kg/cm , maka didapat nilai faktor koreksi gesekan selimut tiang pada sondir mekanis di tanah lempung (K c) sebesar 0.75. Daya dukung selimut tiang didapat Q s = 27.17 ton. Daya dukung ultimit (Q ult) = daya dukung ujung tiang (Q p) + daya dukung selimut tiang (Qs) = 34.63 ton. Daya dukung izin tiang (Q all) = Qult / faktor keamanan = 13.85 ton. Tabel 5. Hasil Uji Sondir/CPT (Desember 2006) Dimensi Tiang Pancang Daya Dukung Titik Persegi Yang Tertanam Selimut Tiang Sondir Penampang Panjang (ton) S1 S2 S3
20 cm x 20 cm
26,30 m
27.88 32.59 27.17
Daya Dukung Ujung Tiang (ton) 7.71 8.04 7.47
Daya Dukung Ultimit Tiang (ton) 35.59 40.63 34.63
3.4. Hasil Daya Dukung dari uji Pile Driving Analysis (PDA) Hasil pengujian dari PDA ini dianalisa dengan CAPWAP untuk mendapatkan perbandingan kekuatan daya dukung termasuk distribusi kekuatan friksi tanah di setiap lapisan dan tahanan ujung. Dari beberapa tumbukan pada tiang pancang yang diuji, efisiensi transfer energi hammer mencapai sekitar 41 % dari energi potensial yang tersedia. Tabel 6. Hasil uji PDA dan CAPWAP (Agustus 2007) No. Jenis Uji Dimensi Tiang Pancang Daya Dukung Ultimit (ton) Tiang PDA Persegi Yang Tertanam PDA CAPWAP Penampang Panjang Total Friksi Ujung Total TP1 Restrike 20 cm x 20 cm 26,30 m 60,00 50,70 9,30 60,00
3.5. Disain Penurunan Tiang Pancang Pada pondasi tiang pancang beton persegi ini penurunan yang diperhitungkan terdiri dari penurunan segera dan penurunan konsolidasi. Aplikasi disain penurunan dengan 9 buah tiang pancang beton persegi 20 cm x 20 cm pada tiap-tiap pondasinya
Diketahui : B = 20 cm; L = 26.30 m; hasil perhitungan daya dukung pondasi tiang didapat Q p = 27.17 ton, Q s = 34.63 ton, Q all = 13.85 ton. Efisiensi kelompok tiang menggunakan formula Converse-Labare : (n - 1) * m + (m - 1) * n e q = 1 q 90 * m * n D q = arctan . S Dengan susunan tiang, m = jumlah tiang pada deretan baris = 3 dan n = jumlah tiang pada deretan kolom = 3 dan s = jarak antar tiang = 3B = 60 cm maka didapat efisiensi kelompok tiang (eg) = 0.73. Sehingga pembebanan tiang yang diizinkan untuk tiang tunggal didalam kelompok tiang sebesar 10.11 ton. Sedangkan beban pondasi dari hasil analisa struktur adalah sebesar 10 ton. Maka daya dukung tiang dan beban pondasi dari analisa struktur memenuhi kriteria pembebanan. Penurunan segera pada lapisan tanah pondasi dilakukan menggunakan teori Janbu, Bjerrum, dan Kjaernsli (1956) dengan formula:
S i
= m 1m 0
qB E s
Lapisan tanah dibagi menjadi 4 lapisan, sehingga penurunan segera pada l apisan tanah pondasi (Si) = 2.38 mm. Perhitungan Penurunan konsolidasi menggunakan teori Skempton – Bjerrum (1957) dengan formula: Sc oed = mv i * Ds z i * D H Sc = Si oed * md * mg
Total penurunan konsolidasi (S c) didapat sebesar 1.20 mm. Sehingga total penurunan yang terjadi adalah sebesar 3.58 mm. Aplikasi disain penurunan dengan 16 buah tiang pancang beton persegi 20 cm x 20 cm pada tiap-tiap pondasinya
Penurunan segera pada lapisan tanah pondasi (Si) = 4.23 mm. Total penurunan konsolidasi (S c) didapat sebesar 2.27 mm. Sehingga total penurunan yang terjadi adalah sebesar 6.50 mm. Total penurunan yang dianalisa dan total penurunan yang diizinkan pada pondasi setempat (isolated foundation) yaitu sebesar 65 mm masih terpenuhi (aman). Penurunan diferensial yang terjadi antara pondasi dengan tiang pancang 9 buah (P9) dan 16 buah (P16) adalah sebesar 2.92 mm = 0.29 cm. Penurunan diferensial yang dianalisa dan penurunan diferensial yang diizinkan yaitu sebesar 40 mm (Skempton dan MacDonald) masih terpenuhi (aman).
Tabel 7. Hasil Analisa Penurunan berdasarkan Uji Sondir/CPT Tipe Pondasi P9 P11 Penurunan segera (Si) (mm) 2.38 2.78 Penurunan konsolidasi (Sc) (mm) 1.20 1.58 Total Penurunan (mm) 3.58 4.36 Penurunan diferensial maksimum terjadi pada P9 dan P22 = 4.84 mm Penurunan yang diizinkan untuk Pondasi Setempat = 65.00 mm Penurunan diferensial yang diizinkan = 40.00 mm
P16 4.23 2.27 6.50
P18 4.37 2.56 6.93
P22 5.33 3.09 8.42
Oleh karena itu hasil perhitungan penurunan dan penurunan diferensial yang telah dianalisa masih dalam batas toleransi (lebih kecil dari yang diizinkan). Dan juga penurunan yang telah dianalisa cukup akurat setelah bangunan gedung bertingkat tersebut selesai konstruksinya. 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1.
Kesimpulan
Dari aplikasi disain ada beberapa kesimpulan yaitu: a) Langkah disain daya dukung tiang pancang ( driven pile) dengan metode Schmertmann-Nottingham berdasarkan data sondir/CPT adalah relatif mudah, cepat dan ekonomis. b) Dengan metoda Schmertmann-Nottingham, daya dukung ( bearing capacity) tiang pancang dapat dicari di setiap elevasi kedalaman dengan nilai static cone resistance, q c. c) Dan dengan teori Skempton – Bjerrum, penurunan ( settlement ) pondasi tiang pancang dapat dicari di setiap elevasi kedalaman dengan nilai static cone resistance, q c. d) Setelah di back analysis dengan hasil uji PDA, maka hasil analisa PDA telah mengkonfirmasi perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan hasil dari uji sondir/CPT. e) Penurunan diferensial ( Differensial settlement ) yang dianalisa yaitu sebesar 3.54 mm dan penurunan diferensial yang diizinkan yaitu sebesar 40 mm (Skempton dan MacDonald) masih terpenuhi (aman). 4.2.
Saran
Diharapkan kedepannya dalam perancangan pondasi tiang pancang berdasarkan dari uji sondir/CPT, metoda ini dapat digunakan baik dalam menganalisa daya dukung pondasi tiang pancang maupun penurunannya. Untuk mengetahui penyimpangan maupun keakurasian dari hasil disain suatu metode pendekatan perlu diuji kemampuan struktur suatu tiang pancang dengan uji in situ loading test ataupun PDA yang dilakukan pada masa konstruksi dilaksanakan. Elevasi titik nol diawal pelaksanaan sebaiknya ditentukan terlebih dahulu sehingga selama pelaksanaan dan setelah selesai masa konstruksi dari bangunan tersebut diharapkan adanya pencatatan penurunan dari bangunan tersebut sebagai evaluasi terhadap perancangan yang telah dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA
Bowles. J.E. 1996. Foundation Design & Analysis. Fifth Edition. McGraw Hill Book Company. New York. Das. B. M. 1983. Principles of Foundation Engineering. Civil Engineering Department. The University of Texas at El Paso. PWS Engineering. Boston. Day. Robert W. 1998. Forensic Geotechnical and Foundation Engineering. Mc Graw-Hill. United States. Hardiyatmo. H.C. 2002. Teknik Fondasi 1 dan 2 . Edisi Kedua. Beta Offset. Yogyakarta. Hendarsin. Shirley L. 2003. Investigasi Rekayasa Geoteknik . Edisi Pertama. Politeknik Negeri Bandung – Jurusan Teknik Sipil. Rahardjo. Paulus P. 2005. Manual Pondasi Tiang. Edisi 3. Geotecnical Engineering Center. Bandung. Rahardjo. Paulus P. 2008. Penyelidikan Geoteknik dengan Uji In-situ. Geotecnical Engineering Center. Bandung. Sanglerat. G. 1972. The Penetrometer and Soil Exploration. Elsevier Publishing Company. New York Tomlinson. M.J. 2001. Foundation Design and Construction . Seventh Edition. Prentice Hall.
