ANALISIS DAYA DUKUNG LOADING TEST TIANG PANCANG TUNGGAL DIAMETER 600 MILI METER PADA PROYEK
PLTU PANGKALAN SUSU DAN PEMODELANNYA
TESIS
OLEH
SIMON PETRUS SIMORANGKIR 127016003/ TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2014
ANALISIS DAYA DUKUNG LOADING TEST TIANG PANCANG TUNGGAL DIAMETER 600 MILI METER PADA PROYEK
PLTU PANGKALAN SUSU DAN PEMODELANNYA
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Magister dalam Program Studi Magister Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
SIMON PETRUS SIMORANGKIR 127016003/ TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2014
Judul Tesis : ANALISIS DAYA DUKUNG LOADING TEST TIANG PANCANG TUNGGAL DIAMETER 600
MILI METER PADA PROYEK PLTU
PANGKALAN SUSU DAN PEMODELANNYA Nama Mahasiswa : Simon Petrus Simorangkir
Nomor Pokok : 127016003 Program Studi : Teknik Sipil
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Ir. Rudi Iskandar, MT
Ketua Anggota
)
Ketua Program Studi Dekan
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME )
Tanggal Lulus : 12 Agustus 2014
Telah Diuji Pada
Tanggal : 12 Agustus 2014
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Anggota : 1. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
2. Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc
3. Ir. Rudi Iskandar, MT
ABSTRAK
Daya dukung dan penurunan pondasi merupakan kriteria utama didalam perencanaan dan pembangunan pondasi karena memiliki peranan penting dalam memikul penyaluran beban struktur dan beban lainnya ke lapisan tanah keras yang terletak di dalam tanah. Pengujian loading test adalah salah satu sarana didalam penentuan daya dukung dan penurunan pondasi tiang.
Tesis ini bertujuan untuk memperoleh nilai besaran daya dukung aksial pondasi tiang pancang tunggal, menggunakan hasil data Sondir, Standard Penetration Test (SPT), Kalendering dan Loading Test di lapangan. Membandingkannya menggunakan metode elemen hingga (Finite Element Method) dengan model tanah Mohr Coulomb menggunakan program Plaxis. Hasil keseluruhan analisis ini dibandingkan dengan hasil uji pembebanan (Loading Test) yang telah dilakukan di lapangan.
Hasil perhitungan kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang (Q
u) berdasarkan dengan metode Davisson, metode Chin Kondner dan metode Mazurkiewicz secara berurutan yaitu 345 ton, 556 ton, dan 400 ton. Untuk perhitungan nilai penurunan (settlement) dari hasil pemodelan elemen hingga menggunakan media program Plaxis diperoleh nilai penurunan (settlement) pondasi tiang pancang sebesar 16,97 mm, sedangkan hasil pengujian Loading Test yang dilakukan di lapangan diperoleh nilai penurunan (settlement) sebesar 16,15 mm. Dalam ASTM D1143/81 untuk penurunan yang diijinkan adalah sebesar 1 inchi = 25,4 mm, hal ini mempertegaskan bahwa uji pembebanan vertikal yang dilakukan memenuhi persyaratan ASTM D1143/81.
Dari hasil analisis daya dukung pondasi dengan menggunakan beberapa metode, diperoleh hasil daya dukung yang bervariasi. Perhitungan nilai kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang berdasarkan metode Davisson yang diambil, karena memberikan nilai besaran yang lebih kecil dari perhitungan nilai kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang dengan metode lainnya. Selisih nilai penurunan (settlement) pondasi tiang pancang antara hasil pemodelan Plaxis dan hasil pengujian Loading Test tidak terdapat perbedaan yang jauh.
Kata Kunci : Pondasi Tiang, Daya Dukung, Pemodelan Plaxis, Loading Test
ABSTRACT
Supporting capacity and foundation settlement are the main criteria in planning and constructing foundation because they have an important role in carrying the distribution of structural load and other loads to hard soil layer under the ground. Loading test is one of the means in determining supporting capacity and pile foundation settlement.
The objective of the research was to obtain the quantity value of axial supporting capacity of single pile foundation, using the result of Sondir data, Standard Penetration Test (SPT), Kalendering and Loading test in the field. Finite Element Method with Mohr Coulomb soil model, using Plaxis program, were used in order to compare them. The whole result of the analysis was then compared with loading test which had been conducted in the field.
The result of the calculation of ultimate supporting capacity of the piles (Q
u) was based on Davisson method, Chin Kondner method, and Mazurkiewicz method of 345 tons, 556 tons, and 400 tons consecutively. The result of calculation of the settlement of the element modeling, followed by the use of Plaxis program media showed that the settlement of pile foundation was 16.97 mm, while the result of loading test conducted in the field showed the settlement was 16.15 mm. In ASTM D1143/81, it was found that the permitted settlement was 1 inch = 25.4 mm which indicated that vertical load test met the requirements of ASTM D1143/81.
The result of the analysis on foundation supporting capacity, using some methods, showed that there were varied supporting capacities. The calculation of ultimate supporting capacity of the piles was based on Davisson method because it could give the quality value which was smaller than the calculation of ultimate supporting capacity of the piles, using other methods. There was significant difference of the settlement of bored pile foundation between Plaxis modeling and the result of loading test.
Keywords: Pile foundation, Supporting Capacity, Plaxis Modeling, Loading Test
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat meyelesaikan tesis ini dengan baik.
Tesis ini ditulis adalah sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan perkuliahan pada Program Studi Magister Teknik Sipil Pascasarjana Universitas Sumatera Utara (USU) untuk memperoleh gelar Magister Teknik (MT) dalam pengutamaan (kekhususan) bidang Struktur Geoteknik.
Judul tesis ini adalah : “Analisis Daya Dukung Loading Test Tiang Pancang Tunggal Diameter 600 Mili Meter Pada Proyek PLTU Pangkalan Susu Dan Pemodelannya” merupakan sebuah studi literatur yang menggunakan data-data penyelidikan tanah (soil investigation), uji pembebanan statis (loading test), analisis kapasitas daya dukung, dan penurunan pondasi tiang pancang yang dibandingkan dengan analisis cara metode elemen hingga.
Penulis menyadari, penyusunan tesis ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan hormat dan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Prof.
Dr. dr. Syahril Pasaribu. DTM & H. M.Sc. (CTM), Sp.A(K) selaku Rektor
Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE
selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil, Dosen Pengajar dan Ketua Komisi Pembimbing Tesis. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil, Dosen Pengajar dan Anggota Komisi Pembimbing Tesis.
Penulis juga menyampaikan hormat dan terimakasih kepada Bapak Prof. Dr.
Ing. Johannes Tarigan, dan Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc sebagai pembanding maupun penguji dalam memperbaiki tesis ini dengan saran-saran yang sangat bermanfaat. Bapak Dosen (Staf Pengajar) pada Program Studi Magister Teknik Sipil Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani masa perkuliahan dan Bapak Yunardi yang telah banyak membantu kelancaran administrasi selama penulis menempuh perkuliahan di Program Studi Magister Teknik Sipil Pascasarjana Universitas Sumatera Utara hingga selesai.
Kedua orang tua tercinta Bapak Ir. Manahan Simorangkir, Ibu Corry Lena br.
LumbanToruan dan isteri saya tercinta Novita Asirohana Siregar, ST yang telah memberikan dukungan lewat doa dan motivasi kepada penulis hingga dapat menyelesaikan pendidikan di Program Studi Magister Teknik Sipil Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Bapak Ir. Surung Panjaitan sebagai Pimpinan Perusahaan PT. SIGE Sinar
Gemilang yang telah memberikan dorongan dan semangat untuk melanjutkan jenjang
pendidikan kepada penulis pada Program Studi Magister Teknik Sipil Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Rekan sejawat Rajinda Sajali Bintang, ST yang membantu dalam memperoleh data-data input dan output untuk pemograman Plaxisnya. Bapak Ir. Muhammad Husin Gultom, MT., yang banyak membantu memberikan pendapat dan pemikirannya kepada penulis dalam penyempurnaan tesis ini.
Abangda Berlin Anggiat Tampubolon, ST dan Saudari Rini, ST sebagai teman dalam pengutamaan (kekhususan) bidang Struktur Geoteknik, serta Rekan-rekan Mahasiswa Jurusan Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara khususnya angkatan 2012 yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dalam penyusunan penelitian tesis ini baik secara langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kriktik membangun demi perbaikan dan penyempurnaan dari tesis ini di masa yang akan datang.
Akhir kata, Semoga segala kebaikan yang selama ini telah penulis terima dari berbagai pihak mendapat balasan yang mulia dari Tuhan Yang Maha Esa. Dan nantinya tesis ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Medan, 12 Agustus 2014
SIMON PETRUS SIMORANGKIR
127016003 / TS
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi. Sepanjang pengetahuan saya juga, tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali yang secara tertulis diakui dalam naskah ini disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, 12 Agustus 2014
SIMON PETRUS SIMORANGKIR
127016003 / TS
RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
Nama : Simon Petrus Hamonangan Simorangkir Tempat / Tanggal Lahir : Pematang Siantar / 24 September 1982 Alamat : Jl. Nusa Indah Raya Lk. IX No. 46/02
Kel. Helvetia Tengah – Kec. Medan Helvetia
Medan – Sumatera Utara
Agama : Kristen Protestan
B. RIWAYAT PENDIDIKAN
SD Swasta ST. Thomas 2 Medan 1988 - 1994
SMP Swasta ST. Thomas 1 Medan 1994 - 1997
SMA Negeri 12 Medan 1997 - 2000
Politeknik Negeri Medan (Jurusan Teknik Sipil) 2000 - 2003 Program Ekstension Departemen Teknik Sipil USU 2006 - 2008 Magister Teknik Sipil USU (Struktur Geoteknik) 2012 - 2014
C. RIWAYAT PEKERJAAN
PT. Virama Karya (Persero) 2004 - 2006
PT. INAKKO Internasional Konsulindo 2006 - 2008
PT. SIGE Sinar Gemilang 2008 - sekarang
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ………. . ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR LAMPIRAN ... xi
DAFTAR NOTASI ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penulisan ... 4
1.3 Manfaat Penulisan ... 5
1.4 Pembatasan Masalah ... 5
1.5 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN 2.1 Umum ... 9
2.2 Boiler ... 11
2.3 Pondasi Tiang Pancang ... 11
2.3.1 Mekanisme Pemikulan Beban Pada Pondasi Tiang Pancang ... 13
2.3.2 Metode Pelaksanaan Pemancangan Tiang Pancang 16
2.3.3 Tahapan Pekerjaan Pondasi Tiang Pancang ... 18
2.4 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil Sondir ... 29
2.4.1 Faktor Aman ... 31
2.5 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil SPT ….. 33
2.6 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari
Hasil Kalendering ………. 38
2.7 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Akibat Beban Lateral 45 2.7.1 Daya Dukung Tiang Pendek Kepala Tiang Bebas (Free Head) ... 47
2.7.2 Daya Dukung Tiang Pendek Kepala Tiang Terjepit (Fixed Head) ... 49
2.7.3 Daya Dukung Tiang Panjang Kepala Tiang Bebas ( Free Head)………. ... 50
2.7.4 Daya Dukung Tiang Panjang Kepala Tiang Terjepit (Fixed Head) ... 53
2.8 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Data Loading Test ……… 54
2.8.1 Jenis Loading Test ... 57
2.8.2 Metode Pembebanan ... 57
2.8.3 Hasil Uji Pembebanan Statik ………. 60
2.9 Metode Elemen Hingga ……… 64
2.9.1 Elemen Untuk Analisa Dua Dimensi ... 65
2.9.2 Interpolasi Displacement ... 65
2.9.3 Regangan ……… 66
2.9.4 Hukum Konstitutif (Constitutive Law) ………….. 67
2.9.5 Matrix Kekakuan Elemen ……….. 68
2.9.6 Matriks Kekakuan Global ……….. 69
2.9.7 Analisa Elastis Dua Dimensi ……….. 69
2.10 Elemen Hingga Program Plaxis ………. 70
2.10.1 Pendahuluan ... 70
2.10.2 Model Mohr Coulomb ... 70
2.10.3 Parameter Permeabilitas K
xdan K
y... 73
2.10.4 Studi Parameter ... 74
2.10.5 Analisis Pondasi Tiang Pancang Menggunakan Metode Elemen Hingga ... 76
2.10.6 Tahap Input Data Menggunakan Metode Elemen Hingga ... 83
2.10.7 Tahap Perhitungan Data Menggunakan Metode Elemen Hingga ... 84
2.10.8 Tahapan Hasil Perhitungan Menggunakan Metode Elemen Hingga ... 84
BAB III METODOLOGI 3.1 Deskripsi Proyek ... 85
3.2 Data Teknis Tiang Pancang ... 86
3.3 Metode Penelitian ... 87
3.4 Bagan Alir Peneltian ... 89
3.5 Lokasi Penelitian ... 90
3.6 Lokasi Titik Sondir, Bored (SPT), Kalendering dan Loading Test ... 90
3.7 Metode Analisis ... 93
BAB IV PERHITUNGAN EMPIRIS 4.1 Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang Dari Hasil Data Sondir ... 96
4.2 Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang Dari Hasil Data SPT ... 104
4.3 Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang Dari Hasil Data Kalendering ... 107
4.4 Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang Dari Hasil Data
Loading Test ……….... 116
4.5 Perhitungan Daya Dukung Lateral Tiang Pancang ... 125
BAB V PEMODELAN ELEMEN HINGGA 5.1 Analisis Parameter Tanah ... 126
5.1.1 Material Model Mohr-Coulomb ... 126
5.1.2 Deskripsi dan Parameter Tanah ... 128
5.2 Elemen Hingga Dengan Program Plaxis ... 135
5.2.1 Data-data Masukan... 135
5.2.2 Siklus Pembebanan ... 135
5.2.3 Data Tiang Pancang Beton Untuk Plaxis ... 137
5.3 Evaluasi Uji Pembebanan ... 138
5.4 Prosedur Pengujian ... 139
5.5 Input Data Tiang Pancang Beton Untuk Program Plaxis ... 142
5.6 Output Perhitungan Program Plaxis ... 142
5.7 Grafik Gabungan Hubungan Antara Beban dengan Penurunan Hasil Loading Test di Lapangan Vs Plaxis ... 144
5.7.1 Grafik Gabungan Hubungan Antara Beban dengan Penurunan Hasil Loading Test di Lapangan Vs Plaxis Cycle 1 dengan Beban 50% ... 144
5.7.2 Grafik Gabungan Hubungan Antara Beban dengan Penurunan Hasil Loading Test di Lapangan Vs Plaxis Cycle 1 dengan Beban 100% ... 145
5.7.3 Grafik Gabungan Hubungan Antara Beban dengan Penurunan Hasil Loading Test di Lapangan Vs Plaxis Cycle 1 dengan Beban 150% ... 146
5.7.4 Grafik Gabungan Hubungan Antara Beban
dengan Penurunan Hasil Loading Test di Lapangan
Vs Plaxis Cycle 1 dengan Beban 175% ... 147
5.7.5 Grafik Gabungan Hubungan Antara Beban
dengan Penurunan Hasil Loading Test di Lapangan Vs Plaxis Cycle 1 dengan Beban 200% ... 148 5.8 Pembahasan/Diskusi ... 150
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan ... 152 6.2 Saran ... 155
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Hubungan Dr, Φ dan N dari Pasir ……… ... 33
2.2 SPT hammer efficiences ……… 35
2.3 Borehole, sampler and rod correction factor ... 36
2.4 Effisiensi jenis alat pancang ……… ... . 39
2.5 Karakteristik alat pancang diesel hammer ... ... 40
2.6 Nilai-nilai k
1... 40
2.7 Nilai efisiensi e
h... ... 41
2.8 Koefisien restitusi n ... ... 41
2.9 Hubungan jenis, konsistensi tanah dengan Poison’s Ratio ... 75
2.10 Korelasi jenis tanah dan koefisien rembesan (K) ... 76
4.1 Perhitungan daya dukung ultimate dan daya dukung ijin tiang berdasarkan hasil data sondir dari lapangan tinjauan pada titik (J-25) ... 98
4.2 Perhitungan daya dukung ultimate dan daya dukung ijin tiang berdasarkanhasil data sondir dari lapangan tinjauan pada titik (J-29) ... 101
4.3 Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan hasil data SPT dari lapangan tinjauan pada titik (S-15) . ... . 104
4.4 Perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan hasil data SPT dari lapangan tinjauan pada titik (S-22) . ... . 106 4.5 Nilai beban dan penurunan untuk perhitungan daya dukung tiang
pancang berdasarkan data loading test menggunakan metode
Davisson ……… ………... 117 4.6 Perhitungan garis dengan analisa regresi ... 120 4.7 Nilai beban dan penurunan untuk perhitungan daya dukung
tiang pancang berdasarkan data loading test menggunakan
metode Chin Kondner ... 121 5.1 Hubungan N
rata-rataSPT, berat isi kering, berat isi basah dan
sudut geser dalam yang diperoleh dari program All Pile dan
korelasi parameter tanah ……….. 130 5.2 Hubungan N
rata-rataSPT, jenis tanah dan permeabilitas tanah
pada lokasi BH-02 ... 130 5.3 Hubungan N
rata-rataSPT dengan modulus elastisitas ... 132 5.4 Hubungan N
rata-rataSPT dengan Poisson’s Ratio ... 133 5.5 Input parameter tanah untuk lokasi PLTU 2 Sumatera Utara
2 x 200 MW, Pangkalan Susu TP-01 (No. 4) ... 134 5.6 Data tiang spun pile type IV ... 137 5.7 Besar penurunan pada cycle 1 yang diperoleh dengan beban 50% . 145 5.7 Besar penurunan pada cycle 2 yang diperoleh dengan beban 100% 146 5.7 Besar penurunan pada cycle 3 yang diperoleh dengan beban 150% 147 5.7 Besar penurunan pada cycle 4 yang diperoleh dengan beban 175% 148 5.7 Besar penurunan pada cycle 5 yang diperoleh dengan beban 200% 149 6.1 Kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang menggunakan
data Sondir di lapangan ……….. 148 6.2 Kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang menggunakan
data SPT di lapangan ……….. 149 6.3 Kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang menggunakan
data Kalendering di lapangan ………. 149 6.4 Kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang menggunakan
data Loading Test di lapangan ……… 150
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1 Mekanisme pengalihan beban pada tanah melalui pondasi
tiang ... 14
2.2 Kurva beban - penurunan ... 15
2.3 Diagram alir pelaksanaan pemancangan tiang pancang ... 17
2.4 Dokumentasi penentuan titik pemancangan ... 19
2.5 Dokumentasi pengangkatan dan pemindahan tiang pancang ... 20
2.6 Dokumentasi penyiapan driven rig tiang pancang ... 22
2.7 Skema pengangkatan & pemasangan kepala tiang pancang pada helmet pancang ... 23
2.8 Dokumentasi pemasangan kepala tiang pancang pada helmet pancang ... 23
2.9 Skema verticallity tiang pancang ... 24
2.10 Dokumentasi penyambungan tiang pancang dengan las ... .. 25
2.11 Dokumentasi pengujian pembebanan (loading test) ... 27
2.12 Dokumentasi pengujian pile driving analyzer (PDA) ... .. 27
2.13 Dokumentasi pemotongan tiang pancang ... 28
2.14 Alur urutan pemancangan ... 29
2.15 a. Pola keruntuhan tiang pendek kepala tiang bebas……… ... 47
b. Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek kepala tiang bebas pada tanah pasir ………. .. 47
c. Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek kepala
tiang bebas pada tanah lempung……… ... 47
2.16 a. Kapasitas lateral ultimit untuk tiang pendek pada tanah
pasir ... 48
b. Kapasitas lateral ultimit untuk tiang pendek pada tanah lempung ... 48
2.17 a. Pola keruntuhan tiang pendek – kepala tiang terjepit……… ... 49
b. Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek – kepala tiang terjepit pada tanah pasir………... . 49
c. Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek – kepala tiang terjepit pada tanah lempung……… ... 50
2.18 Perlawanan tanah dan momen lentur tiang panjang – kepala tiang bebas (a) Pada tanah pasir (b) Pada tanah lempung ... 51
2.19 a. Kapasitas lateral ultimit untuk tiang panjang pada tanah pasir ………. ... 52
b. Kapasitas lateral ultimit untuk tiang panjang pada tanah lempung ………. ... 52
2.20 Perlawanan tanah dan momen lentur tiang panjang – kepala tiang terjepit (a) Pada tanah pasir (b) Pada tanah lempung ... 53
2.21 Pengujian dengan sistem kentledge ... 56
2.22 Pengujian dengan menggunakan tiang jangkar ... 57
2.23 Hasil uji pembebanan statik aksial tekan ... 59
2.24 Hasil daya dukung ultimate dengan metode Davisson M.T ... 62
2.25 Grafik daya dukung ultimit metode Mazurkiewicz ... 64
2.26 Elemen-elemen triangular dan lagrange ... 65
2.27 Elemen dan six- noded triangular ... 66
2.28 Analisa tegangan bidang ... 69
2.29 Nilai modulus elastisitas (Es) (Definisi E
0dan E
50) ... 71
2.30 Lingkaran tegangan Mohr pada saat leleh (Yield) ... 73
3.1 Bagan alir pembuatan tesis ... 89
3.2 Lokasi pembangunan PLTU 2 Pangkalan Susu ... 90 3.3 Site plan PLTU 2 Pangkalan Susu – Sumatera Utara ... 91 3.4 Denah pondasi pada lokasi boiler (J-3) ... 92 3.5 Lokasi titik sondir, titik bored, titik kalendering serta titik
loading test ... 93 3.6 Pondasi tiang pancang pada axis B3 – H ... 95 3.7 Denah lokasi pemancangan tiang pancang pada lokasi boiler
(J-3) ... 95 4.1 Nilai beban ultimit (Q
ult) yang diperoleh dari grafik
Hubungan antara beban dan penurunan dengan menggunakan
metode Davisson ……… 118 4.2 Nilai beban ultimit (Q
ult) yang diperoleh dari grafik
Hubungan antara beban dan penurunan dengan menggunakan
metode Chin Kondner ……… 122 4.3 Nilai beban ultimit (Q
ult) yang diperoleh dari grafik
hubungan antara beban dan penurunan dengan menggunakan
metode Mazurkiewicz……… ... 123 4.4 Nilai beban ultimit (Q
ult) dan nilai penurunan settlement yang
diperoleh dari grafik hubungan antara beban dan penurunan dengan menggunakan data final report compressive loading
test dari PT. Perintis Pondasi Teknotama ... . 124 5.1 Hubungan modulus elastisitas dengan N-SPT………... ... 131 5.2 Hubungan modulus elastisitas dengan N-SPT………... ... 132 5.3 Hubungan range nilai Poisson’s Ratio untuk tanah lempung… .. 133 5.4 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan hasil
pemodelan dengan program Plaxis ... 143 5.5 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan
loading test Vs Plaxis untuk cycle 1 ... 144
5.6 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan hasil
loading test Vs Plaxis untuk cycle 2 ... 145 5.7 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan hasil
loading test Vs Plaxis untuk cycle 3 ... 146 5.8 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan hasil
loading test Vs Plaxis untuk cycle 4 ... 147 5.9 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan hasil
loading test Vs Plaxis untuk cycle 5 ... 148 5.10 Grafik gabungan hubungan antara beban dengan penurunan
loading test Vs Plaxis……… ... 149
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Data DCPT LOG Lampiran B Data Boring Log Lampiran C Data Kalendering Lampiran D Data Loading Test
Lampiran E Lay Out PLTU 2 2 x 200 MW Sumatera Utara
Lampiran F Dokumentasi
DAFTAR NOTASI A = Luas penampang tiang pancang (cm
2) A
b= Luas ujung tiang (kg/cm
2)
A
p= Luas penampang tiang (cm
2) A
s= Luas selimut tiang (cm
2) a = Konstanta
B = Matrik penghubung nodal displacement dengan regangan b = Konstanta
C = 0.254 cm untuk unit S dan h dalam cm C
B= Koreksi diameter bor
C
R= Koreksi panjang tali C
s= Koreksi sampler C
u= Kohesi undrained
D = Matrik kekakuan material Dr = Kepadatan relative dv = Elemen dari volume
E = Energi alat pancang yang digunakan E = Modulus young
E = Efisiensi hammer Eb = Energi alat pancang
E
h= Efisiensi palu (hammer efficiency) E
m= Hammer efficiency
Ep = Modulus elastis tiang E
s= Modulus elastisitas eh = Efisiensi baru
f
s= Tahanan satuan skin friction (kN/m
2) h = Tinggi jatuh ram (m)
JHL = Jumlah hambatan lekat
k
1= Kompresi impuls menyebabkan kompresi/perubahan momentum k
2= Kompresi elastik tiang
k
3= Kompresi elastik tanah K
11= Keliling tiang
L = Panjang tanah/tiang (m) Li = Panjang lapisan tanah (m) H = Tinggi jatuh (m)
n = Koefisien restitusi antara ram dan pile cap N = Jumlah pukulan
N = Harga SPT lapangan
N
c= Faktor daya dukung (nilainya = 9) N
k= Cone faktor (nilainya = 15-20)
N
60= Nilai koreksi SPT terhadap cara pengujian
N’
60= Nilai SPT terkoreksi cara pengujian dan tegangan overburden p = Keliling tiang (m)
P
ijin= Daya dukung ijin tiang pancang (KN)
P
u= Kapasitas daya dukung ultimate tiang (kg/cm
2) P
us= Kapasitas daya dukung gesekan (skin friction) (KN) q
c= Tahanan ujung sondir
q
c(tip) = Nilai tahanan kerucut rata-rata yang hitungannnya sama dengan metode Schmertman
Q = Beban uji yang diberikan (ton)
Q
ijin= Kapasitas daya dukung ijin pondasi (ton)
Q
p= Daya dukung (tahanan) ujung tiang tunggal (ton) Q
s= Daya dukung selimut (ton)
Q
u= Daya dukung ultimit tiang (ton)
Q
ult= Kapasitas daya dukung tiang pancang tunggal (ton) Q
ult= Tahanan ujung (ton)
s = Banyaknya penetrasi pukulan diambil dari kalendering di lapangan
S
e= Penurunan elastic
SF = Faktor keamanan (3-6) untuk metode ini
T
ult= Daya dukung tiang pancang terhadap kekuatan tanah (ton) v = Poisson’s ratio
W
R= Berat Hammer (ton)
W
p= Berat tiang, termasuk pilecap, driving shoe, dan capblok (ton) W
r= Berat ram, termasuk berat casing untuk pemukul aksi dobel α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang
β = Adhesion factor
β = 1 (normally konsolidasi)
β = 0,5 (over konsolidasi)
φ = Sudut geser tanah (
0)
σ
r= Reference stress = 100 kPa
σ’
v= Tegangan overburden efektif
μ = Efisiensi alat pancang
ABSTRAK
Daya dukung dan penurunan pondasi merupakan kriteria utama didalam perencanaan dan pembangunan pondasi karena memiliki peranan penting dalam memikul penyaluran beban struktur dan beban lainnya ke lapisan tanah keras yang terletak di dalam tanah. Pengujian loading test adalah salah satu sarana didalam penentuan daya dukung dan penurunan pondasi tiang.
Tesis ini bertujuan untuk memperoleh nilai besaran daya dukung aksial pondasi tiang pancang tunggal, menggunakan hasil data Sondir, Standard Penetration Test (SPT), Kalendering dan Loading Test di lapangan. Membandingkannya menggunakan metode elemen hingga (Finite Element Method) dengan model tanah Mohr Coulomb menggunakan program Plaxis. Hasil keseluruhan analisis ini dibandingkan dengan hasil uji pembebanan (Loading Test) yang telah dilakukan di lapangan.
Hasil perhitungan kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang (Q
u) berdasarkan dengan metode Davisson, metode Chin Kondner dan metode Mazurkiewicz secara berurutan yaitu 345 ton, 556 ton, dan 400 ton. Untuk perhitungan nilai penurunan (settlement) dari hasil pemodelan elemen hingga menggunakan media program Plaxis diperoleh nilai penurunan (settlement) pondasi tiang pancang sebesar 16,97 mm, sedangkan hasil pengujian Loading Test yang dilakukan di lapangan diperoleh nilai penurunan (settlement) sebesar 16,15 mm. Dalam ASTM D1143/81 untuk penurunan yang diijinkan adalah sebesar 1 inchi = 25,4 mm, hal ini mempertegaskan bahwa uji pembebanan vertikal yang dilakukan memenuhi persyaratan ASTM D1143/81.
Dari hasil analisis daya dukung pondasi dengan menggunakan beberapa metode, diperoleh hasil daya dukung yang bervariasi. Perhitungan nilai kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang berdasarkan metode Davisson yang diambil, karena memberikan nilai besaran yang lebih kecil dari perhitungan nilai kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang dengan metode lainnya. Selisih nilai penurunan (settlement) pondasi tiang pancang antara hasil pemodelan Plaxis dan hasil pengujian Loading Test tidak terdapat perbedaan yang jauh.
Kata Kunci : Pondasi Tiang, Daya Dukung, Pemodelan Plaxis, Loading Test
ABSTRACT
Supporting capacity and foundation settlement are the main criteria in planning and constructing foundation because they have an important role in carrying the distribution of structural load and other loads to hard soil layer under the ground. Loading test is one of the means in determining supporting capacity and pile foundation settlement.
The objective of the research was to obtain the quantity value of axial supporting capacity of single pile foundation, using the result of Sondir data, Standard Penetration Test (SPT), Kalendering and Loading test in the field. Finite Element Method with Mohr Coulomb soil model, using Plaxis program, were used in order to compare them. The whole result of the analysis was then compared with loading test which had been conducted in the field.
The result of the calculation of ultimate supporting capacity of the piles (Q
u) was based on Davisson method, Chin Kondner method, and Mazurkiewicz method of 345 tons, 556 tons, and 400 tons consecutively. The result of calculation of the settlement of the element modeling, followed by the use of Plaxis program media showed that the settlement of pile foundation was 16.97 mm, while the result of loading test conducted in the field showed the settlement was 16.15 mm. In ASTM D1143/81, it was found that the permitted settlement was 1 inch = 25.4 mm which indicated that vertical load test met the requirements of ASTM D1143/81.
The result of the analysis on foundation supporting capacity, using some methods, showed that there were varied supporting capacities. The calculation of ultimate supporting capacity of the piles was based on Davisson method because it could give the quality value which was smaller than the calculation of ultimate supporting capacity of the piles, using other methods. There was significant difference of the settlement of bored pile foundation between Plaxis modeling and the result of loading test.
Keywords: Pile foundation, Supporting Capacity, Plaxis Modeling, Loading Test
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu masalah yang sedang dihadapi masyarakat di Provinsi Sumatera Utara sekarang ini adalah, seringnya pemadaman listrik yang terjadi setiap saat. Hal ini disebabkan karena defisitnya pasokan listrik ke masyarakat melalui pembangkit listrik yang dimiliki pemerintah dan swasta. Langkah konkrit yang dilakukan pemerintah untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat yang sangat mendesak ini adalah dengan diterbitkannya Peraturan Presiden No. 71 Tahun 2006 dan Peraturan Presiden No. 59 Tahun 2009 tentang “Percepatan Pembangunan Pembangkit Tenaga Listrik”. Tindak lanjut pemerintah dalam menyikapinya adalah dengan pelaksanaan pembangunan pembangkit listrik tenaga uap atau disebut dengan PLTU.
Pembangunan PLTU ini berkapasitas 2 x 200 MW, yang berlokasi di Desa Tanjung Pasir, Kecamatan Pangkalan Susu, Kabupaten Langkat, Provinsi Sumatera Utara.
Dengan harapan kekurangan pasokan listrik di Provinsi Sumatera Utara dapat segera terpenuhi.
Struktur dan bentuk tanah merupakan elemen yang memegang peranan
penting dalam pembangunan PLTU 2 x 200 MW ini, terutama dalam hal tahapan
pengerjaan konstruksinya. Perihal penting yang harus dicermati adalah dikarenakan
ketidaktentuan struktur dan bentuk dari tanah yang berbeda-beda pada setiap lokasi pembangunan.
Tahapan awal untuk proses pembangunan konstruksi yang dikerjakan di lapangan adalah pekerjaan pondasi. Pondasi merupakan bagian dari struktur bawah (sub structure), yang memiliki peranan penting untuk memikul dan menahan beban yang bekerja di atasnya, sebagai akibat dari adanya gaya atau beban yang terjadi pada struktur atas (upper structure). Adapun gaya atau beban yang terjadi itu meliputi : berat struktur itu sendiri, beban angin, beban gempa dsbnya.
Salah satu beban utama dalam perencanaan pondasi adalah beban aksial pondasi dan penurunan pondasi tersebut. Beban aksial yang terjadi pada suatu pondasi adalah akibat dari beban bangunan di atasnya, serta beban sendiri dari pondasi tersebut. Oleh karena itu, kapasitas aksial dan penurunan pondasi yang terjadi perlu diperhitungkan agar dapat mendukung struktur dengan baik.
Untuk mengetahui kekuatan pondasi yang sudah terpasang dan tertanam, harus dilakukan beberapa pengujian di lapangan. Hal ini disesuaikan dengan kebutuhan di dalam mengambil data yang diperlukan serta mengetahui ketepatan dan keakuratan perhitungan dari tahapan perencanaan sampai kepada tahapan pelaksanaan di lapangan. Adapun beberapa metode pengujian yang dilakukan di lapangan adalah Static Loading Test, Dynamic Loading Test, Pile Driving Analysis.
Dalam penelitian tesis ini sumbernya berasal dari data Proyek PLTU 2
Sumatera Utara 2 x 200 MW Medan Baru, Pangkalan Susu – Sumatera Utara. Tipe
pondasi yang digunakan dan yang di teliti menggunakan pondasi tiang pancang, dimana batang yang relatif panjang dan langsing digunakan untuk menyalurkan beban melewati lapisan tanah dengan daya dukung rendah ke lapisan tanah keras, dan memiliki kapasitas daya dukung yang relatif cukup tinggi. Daya dukung tiang pancang diperoleh dari daya dukung ujung (end bearing capacity), hasil dari tekanan ujung tiang dan daya dukung geser atau selimut (friction bearing capacity).
Membangun pondasi yang tepat dan baik merupakan salah satu bahasan yang sangat penting pada saat ini. Terutama untuk struktur bangunan yang di rencanakan memikul beban-beban yang besar di atasnya, pembangunan pondasi yang baik merupakan salah satu alternatif yang perlu dikembangkan dalam meningkatkan kualitas bangunan. Atas dasar inilah pengamatan tentang pondasi tiang pancang sangat perlu dilakukan.
Ditinjau dari segi pelaksanaan, ada beberapa keadaan dimana kondisi lingkungan tidak memungkinkan adanya pekerjaan yang baik, sesuai dengan kondisi yang di asumsikan dalam perencanaan, jenis pondasi yang sesuai telah dipilih dengan perencanaan yang memadai, dan struktur pondasi yang telah dipilih itu dilengkapi dengan pertimbangan mengenai kondisi tanah serta batasan komponen struktur konstruksinya.
Di dalam perencanaan konstruksi pondasi tiang pancang, penentuan daya
dukung tiang pancang adalah merupakan suatu permasalahan pokok. Penentuan daya
dukung tiang pancang tersebut pada waktu perencanaan konstruksi pondasi, biasanya
belum dianggap sempurna sehingga masih perlu diadakan pengujian pembebanan (Loading Test) untuk menentukan daya dukung yang langsung dilaksanakan di tempat.
Daya dukung tiang pancang tunggal dapat ditentukan dari data-data pengujian tanah di lapangan yaitu dari data Sondir, Standart Penetration Test (SPT), Kalendering, Laboratorium Uji Tanah, Uji Pembebanan (Loading Test) dan metode analisis yang dapat digunakan untuk menentukan daya dukung tiang pancang, yang selama ini cukup banyak di analisis oleh para ahli Geoteknik.
Setiap pondasi harus mampu mendukung beban sampai batas keamanan yang telah ditentukan, termasuk mendukung beban maksimum yang mungkin terjadi.
Penerapannya di lapangan, pondasi yang terdiri dari tiang pancang tunggal jarang ditemukan, umumnya digunakan Tiang Pancang Kelompok (Pile Group).
Dalam penelitian tesis ini penulis akan mengupas mengenai metode
pelaksanaan pekerjaan pemancangan, perhitungan daya dukung aksial tiang pancang
tunggal yang diperoleh dari data sondir, Standart Penetration Test (SPT),
Kalendering dan uji pembebanan (Loading Test) untuk 1 (satu) lokasi dari beberapa
titik peninjauan.
1.2 Tujuan
Tujuan dari penulisan tesis ini adalah untuk :
a. Memperoleh nilai besaran daya dukung aksial pondasi tiang pancang tunggal, menggunakan hasil data Sondir, Standard Penetration Test (SPT), Kalendering dan Loading Test di lapangan. Membandingkannya menggunakan metode elemen hingga (Finite Element Method) dengan model tanah Mohr Coulomb menggunakan program Plaxis. Hasil keseluruhan analisis ini di bandingkan dengan hasil uji pembebanan (Loading Test) yang telah dilakukan di lapangan.
b. Menghitung daya dukung tiang pancang akibat beban lateral.
c. Menganalisis besarnya penurunan (settlement) tiang pancang tunggal yang terjadi dengan metode Elemen Hingga (Finite Element) menggunakan Program Plaxis versi 8.0, dengan menggunakan pemodelan tanah Mohr Coulomb.
1.3 Manfaat Penulisan
Penelitian dan penulisan tesis ini diharapkan bermanfaat untuk menambah
pengetahuan dan pengalaman dalam menghitung daya dukung dan penurunan
pondasi tiang pancang terhadap tanah.
1.4 Pembatasan Masalah
Data-data yang diperoleh adalah data penyelidikan tanah di lapangan (data Sondir, Standart Penetration Test (SPT), Kalendering untuk 1 (satu) lokasi dari beberapa titik peninjauan), dan pengujian pembebanan di lapangan (Loading Test) dengan mengkaji dan berfokus pada :
a. Penyelidikan dan peninjauan untuk tiang pancang tunggal akibat pembebanan vertikal (Compressive Loading Test).
b. Metode analisis dengan perhitungan semi empiris yang bertujuan untuk mendapatkan perkiraan daya dukung dan penurunan (settlement) berdasarkan pada teori daya dukung dan penurunan (settlement).
c. Metode analisa numerik yang bertujuan untuk memodelkan kejadian yang terjadi di lapangan menggunakan media program komputer Plaxis 2D Ver. 8.0 dan dalam hal menganalisanya memakai pemodelan tanah Mohr Coulomb.
d. Tidak memperhitungkan efek beban dinamik akibat pengoperasian Boiler yang akan di tempatkan di atas pondasi tiang pancang ini.
e. Tidak membahas efek penurunan tanah akibat terjadinya proses konsolidasi, serta perhitungan efisiensi tiang pancang. Karena keterbatasan data yang diperoleh dari lapangan.
f. Pekerjaan yang dilakukan di lapangan diasumsikan benar karena proses
konstruksi sudah selesai dan bangunan sudah mulai di fungsikan.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tesis yang berjudul “Analisis Daya Dukung Loading Test Tiang Pancang Tunggal Diameter 600 Mili Meter Pada Proyek PLTU Pangkalan Susu Dan Pemodelannya” dibagi dalam enam bab, dimana pada masing-masing bab membahas hal-hal sebagai berikut :
Bab I – PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan latar belakang, tujuan penulisan, manfaat penulisan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan.
Bab II – TINJAUAN KEPUSTAKAAN
Bab ini berisi tentang teori-teori dasar yang mendukung studi yang digunakan dalam penyusunan tesis ini.
Bab III – METODOLOGI
Bab ini membahas tentang deskripsi proyek, data teknis, deskripsi tentang
pondasi tiang pancang, tahapan penelitian, denah lokasi penelitian dan metode
penelitian.
Bab IV – PERHITUNGAN SEMI EMPIRIS
Bab ini menguraikan perhitungan semi empiris yang mencakup perhitungan daya dukung tiang pancang berdasarkan dari hasil data penyelidikan tanah (data Sondir, Standart Penetration Test (SPT), Kalendering untuk 1 (satu) lokasi dari beberapa titik peninjauan), perhitungan daya dukung horizontal tiang pancang dan uji pembebanan (Loading Test) yang dilakukan di lapangan.
Bab V – PEMODELAN ELEMEN HINGGA
Bab ini menguraikan tentang pemodelan elemen hingga menggunakan program software Plaxis 2D Ver. 8.0, baik model tanah yang digunakan, model pondasi tiang pancang yang digunakan, uraian pembebanan, dan grafik/kurva hubungan antara beban dengan penurunan yang terjadi, serta dibandingkan antara hasil uji Loading Test di lapangan dengan program Plaxis 2D Ver. 8.0.
Bab VI – KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari hasil perhitungan
dan pemodelan yang dilakukan, serta saran yang disajikan untuk tinjauan dari
hasil Loading Test dan pemodelan elemen hingga yang menggunakan program
komputer Plaxis 2D Ver. 8.0.
BAB II
TINJAUAN KEPUSTAKAAN
2.1 Umum
Pondasi merupakan bagian dari struktur bangunan yang paling dasar yang berfungsi untuk memikul beban dan meneruskannya ke tanah. Dalam pembagian secara umum, pondasi terbagi menjadi 2 (dua) jenis menurut kedalamannya yaitu pondasi dangkal dan pondasi dalam.
Pondasi dalam adalah pondasi yang memikul beban dan meneruskannya ke tanah, tanah keras, atau batuan yang letaknya relatif cukup dalam jika di ukur dari permukaan tanah. Contoh dari pondasi ini adalah pondasi tiang yang terbagi menjadi tiang pancang dan tiang bor. Nilai perbandingan antara kedalaman dengan lebar pondasi pada pondasi dalam umumnya adalah lebih besar dari 4 (L/B ≥ 4).
Salah satu jenis pondasi dalam yaitu pondasi tiang pancang. Dalam penggunaannya, pondasi tiang pancang umumnya terdiri atas tiang tunggal (single pile) dan kelompok tiang (group piles).
Pemilihan penggunaan tiang tunggal dan kelompok tiang serta perencanaannya
relatif terhadap besar beban yang akan di terima, luas area pembebanan dan
parameter tanah yang di bebani. Kapasitas pembebanan kelompok tiang tidak selalu sama dengan jumlah kapasitas pembebanan dari masing-masing tiang tunggal yang ada dalam kelompok tiang tersebut.
Kapasitas pembebanan suatu kelompok tiang dipengaruhi oleh faktor efisiensi.
Biasanya pada jenis tanah lempung, kapasitas total dari kelompok tiang lebih kecil daripada hasil kali kapasitas tiang tunggal dikalikan jumlah tiang dalam kelompoknya. Hal-hal yang mempengaruhi efisiensi tiang yaitu jumlah tiang dalam suatu kelompok tiang, panjang atau kedalaman tiang, diameter tiang, susunan tiang, jarak antar tiang, besarnya beban dan arah dari beban yang bekerja. Tiang pancang adalah bagian konstruksi yang dibuat dari kayu, beton atau baja, yang digunakan untuk meneruskan beban-beban permukaan ke tingkat permukaan yang lebih rendah di dalam massa tanah (Bowles, 1991).
Penggunaan pondasi tiang pancang sebagai pondasi bangunan apabila tanah
yang berada di bawah dasar bangunan tidak mempunyai daya dukung (bearing
capacity) yang cukup untuk memikul berat bangunan dan beban yang bekerja
padanya (Sardjono, 1988). Atau tanah yang mempunyai daya dukung yang cukup
untuk memikul berat bangunan dan seluruh beban yang bekerja berada pada lapisan
yang sangat dalam dari permukaan tanah kedalaman > 8 m (Bowles, 1991). Fungsi
dan kegunaan dari pondasi tiang pancang adalah untuk memindahkan, mentransfer
beban-beban dari konstruksi di atasnya (upper struktur) ke lapisan tanah keras yang
letaknya sangat dalam.
Dalam pelaksanaan pemancangan, umumnya dipancangkan tegak lurus dalam tanah, ada juga dipancangkan miring (battle pile) untuk dapat menahan gaya-gaya horizontal yang bekerja. Sudut kemiringan yang dapat dicapai oleh tiang tergantung dari alat yang dipergunakan dan di sesuaikan dengan perencanaannya.
2.2 Boiler
Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada di dalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu di dalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.
Pembangkit Listrik Tenaga Uap memiliki alat pembakaran yang disebut dengan Boiler sehingga dihasilkan uap panas kering (steam) yang akan digunakan untuk memutar sudut-sudut turbin. Sudut-sudut turbin yang berputar akan memutar poros turbin yang terhubung langsung dengan poros generator, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Seperti yang kita ketahui bahwa generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik (poros turbin yang berputar) menjadi energi listrik yang nantinya akan disalurkan ke gardu induk melalui transformator.
2.3 Pondasi Tiang Pancang
Pondasi tiang pancang digunakan untuk mentransfer beban pondasi ke lapisan
tanah yang dalam dimana dapat diketahui daya dukung yang lebih baik dan dapat
digunakan pula untuk menahan gaya angkat akibat tingginya muka air tanah dan gaya gempa. Pada tanah lunak penggunaan tiang umumnya untuk menghindari penurunan yang berlebihan.
Tahanan yang di mobilisasi oleh tanah sebagai akibat penetrasi pemancangan dapat merupakan indikasi daya dukungnya. Secara intuisi, semakin besar tahanan yang dimobilisasikan untuk memancang suatu tiang pancang, semakin besar kapasitas daya dukungnya, atau semakin besar kapasitas tiang pancang menahan beban. Pada umumnya gaya-gaya luar yang bekerja pada tiang pancang adalah :
a. Pada kepala tiang yang meliputi berat sendiri bangunan di atasnya, beban hidup, tekanan tanah, dan tekanan air.
b. Pada tubuh tiang yang meliputi berat sendiri tiang, gaya geser negatif pada selimut tiang dan gaya mendatar akibat getaran ketika tiang tersebut melentur.
Pondasi tiang pancang umumnya digunakan untuk :
1. Menentang gaya desakan ke atas, gaya guling, seperti untuk telapak ruangan bawah tanah di bawah bidang batas air jenuh atau untuk menopang kaki-kaki menara terhadap guling.
2. Mengangkat beban-beban konstruksi di atas tanah ke dalam atau melalui sebuah stratum/lapisan tanah. Dalam hal ini beban vertikal dan beban lateral boleh jadi ikut terlibat.
3. Memampatkan endapan-endapan yang tidak berkohesi yang bebas lepas
melalui kombinasi perpindahan isi tiang pancang dan getaran dorongan, kemudian tiang pancang ini dapat ditarik keluar.
4. Mengontrol lendutan/penurunan bila kaki-kaki yang tersebar atau telapak berada pada tanah tepi atau di dasari oleh sebuah lapisan yang kemampatannya tinggi.
5. Membuat tanah di bawah pondasi mesin menjadi kaku untuk mengontrol amplitudo getaran dan frekuensi alamiah dari sistem tersebut.
6. Faktor keamanan tambahan di bawah tumpuan jembatan dan atau pir, khususnya jika erosi merupakan persoalan yang potensial.
7. Konstruksi lepas pantai untuk meneruskan beban-beban di atas permukaan air melalui air dan ke dalam tanah yang mendasari air tersebut. Hal seperti ini adalah mengenai tiang pancang yang ditanamkan sebagian dan yang terpengaruh oleh baik beban vertical, tekuk, maupun beban lateral (Bowles, 1991).
2.3.1 Mekanisme Pemikulan Beban Pada Pondasi Tiang Pancang
Pondasi tiang pancang mengalihkan beban kepada tanah melalui dua mekanisme,
yaitu gesekan selimut dan tahanan ujung. Gesekan selimut diperoleh sebagai akibat
adhesi atau perlawanan geseran antara selimut tiang dengan tanah disekitarnya,
sedangkan tahanan ujung timbul karena desakan ujung pondasi terhadap tanah.
Jika pondasi tiang dibebani, akan menghasilkan kurva beban-penurunan seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Mekanisme pengalihan beban pada tanah melalui pondasi tiang (Couduto, 2001)
Pada awalnya sistem tiang tanah berperilaku secara elastis. Terbentuk garis lurus sampai titik A dan jika beban dilepaskan, kepala tiang akan kembali ke posisi semula. Pada kondisi pembebanan ini seluruh beban masih dipikul oleh tahanan selimut tiang. Bilamana beban dinaikkan hingga titik B maka sebagian dari gesekan selimut dibagian atas tiang mencapai ultimit dan terjadi gelincir antara tiang dan tanah pada saat dimana ujung tiang bergerak dan tahanan ujung mulai di mobilisasi.
Jika beban dilepaskan lagi maka kepala tiang tidak akan kembali ke posisi semula melainkan ke titik C, meninggalkan suatu penurunan tetap (permanent set) sebesar OC.
L Q
D Qs
Wp
Pergerakan yang dibutuhkan untuk mobilisasi gesekan ultimit pada selimut tiang umumnya sangat kecil (0,3 – 1,0 % dari diameter tiang atau berkisar 2,0 – 5,0 mm) sedangkan untuk memobilisasi tahanan ujung tiang dibutuhkan gerakan yang lebih besar. Oleh karena itu gesekan selimut ultimit tercapai lebih dahulu.
Bilamana beban ditambah terus, maka tahanan selimut tiang tidak dapat lebih tinggi dan beban-beban berikutnya dialihkan kepada tahanan ujung tiang.
Gambar 2.2. Kurva beban-penurunan
Ketika mobilisasi tahanan ujung tercapai penuh (titik D), tiang bergerak terus kebawah tanpa disertai peningkatan beban yang berarti. Kondisi inilah yang disebut daya dukung ultimit pondasi tiang.
Konsep yang memisahkan gesekan selimut dan tahanan ujung pondasi tiang merupakan dasar perhitungan daya dukung tiang cara statik. Persamaan dasarnya mengambil bentuk sebagai berikut :
Pelepasan Beban Beban
Pembebanan Lanjutan
Pelepasan Beban
E
D C
O
B A
Q
u= Q
p+ Q
s- W
p... (2.1) Dimana :
Q
u= daya dukung ultimit tiang;
Q
p= daya dukung ujung;
Q
s= daya dukung selimut;
W
p= berat tiang.
Berat tiang (W
p) pada umumnya sangat kecil dan dapat diabaikan.
2.3.2 Metode Pelaksanaan Pemancangan Tiang Pancang
Aspek teknologi dan disiplin ilmu Teknik Sipil sangat berperan dalam suatu
proyek konstruksi. Umumnya, aplikasi teknologi ini banyak diterapkan dalam metode
pelaksanaan pekerjaan konstruksi. Penggunaan metode yang tepat, praktis, cepat dan
aman, sangat membantu dalam proses penyelesaian pekerjaan di suatu proyek
konstruksi. Sehingga target waktu, pengendalian biaya dan kualitas mutu
sebagaimana yang telah ditetapkan dapat dicapai. Berikut diagram alir proses
pelaksanaan pemancangan tiang pancang (Gambar 2.3).
Pekerjaan Persiapan
Penimbunan Area Proyek
Pemancangan Penentuan Titik Koordinat
Tiang Pancang di Lapangan
Uji Kalendering
Penumpukan Tiang Pancang
Perencanaan Pemancangan
Loading Test
OK
NO
Pembuatan Akses Jalan
ke Proyek
Mobilisasi Peralatan
Test Pile
Use pile Mulai
OK
NO
Gambar 2.3. Diagram alir pelaksanaan pemancangan tiang pancang 2.3.3 Tahapan Pekerjaan Pondasi Tiang Pancang
Berikut tahapan pelaksanaan pekerjaan pondasi tiang pancang di lapangan :
1. Pekerjaan Persiapan a. Persiapan gambar kerja
b. Membubuhi tanda, tiap tiang pancang harus dibubuhi tanda yang memuat nomor tiang saat tiang tersebut akan digunakan. Nomor tiang yang tercantum pada tiap tiang harus jelas, untuk mempermudah urutan penggunaan tiang saat pemancangan.
c. Persiapan tempat penyimpanan tiang, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah:
- Tiang harus diletakkan pada daerah yang datar.
Chek Hasil Pemancangan (maksimum 2 cm penyimpangan dari koordinat)
Bongkar
Selesai
Uji Kalendering PDA Test
- Penumpukan tiang tidak boleh lebih dari 3 (tiga) tiang.
- Tiap-tiap lapis tiang harus diberi bantalan kayu untuk mempermudah pengangkatan tiang menggunakan crane tower.
d. Penentuan titik tiang menggunakan theodolithe/total station. Menentukan
titik pancang dengan theodolithe dan memberikan tanda dengan patok
kayu yang pada permukaan patok dipasang tali berwarna mencolok
sebagai tanda dari posisi patok kayu yang ditancapkan ke dalam tanah dan
hanya tali berwarna yang tampak di permukaan tanah. Hal tersebut
dilakukan untuk kemudahan dan keamanan posisi titik yang diwakili
dengan patok-patok kayu yang kemungkinan dapat hilang, tergeser atau
tercabut bila patok kayu dimunculkan dipermukaan tanah akibat padatnya
lalu lintas di lokasi proyek. Untuk patok kayu dibuat dengan ukuran 2 x
3 x 10 (cm).
Gambar 2.4. Dokumentasi penentuan titik pemancangan (Dokumentasi proyek PLTU 2 Sumut 2 x 200 MW, Pangkalan Susu)
e. Pengangkatan atau pemindahan, tiang pancang harus dipindahkan atau diangkat dengan hati-hati, guna menghindari retak dan benturan antar tiang yang dapat menyebabkan tiang patah. Pada proses pengangkatan tiang pancang dengan crane, juga harus diperhatikan jarak angkat dan posisi pembagian beban dari tiang pancang. Karena apabila pembagian beban tiang saat pengangkatan tidak tepat maka tiang dikhawatirkan patah atau terjadi retak pada bagian beban maksimum tiang.
Pengangkutan tiang menuju titik yang akan dipancang, hal-hal yang perlu diperhatikan:
- Menyiapkan crane dekat dengan titik pemancangan.
- Pengangkatan tiang harus sesuai prosedur yaitu 1/3 panjang tiang,
pengangkatan dengan ikatan di kedua ujung-ujung tiang pancangnya.
Gambar 2.5. Dokumentasi pengangkatan dan pemindahan tiang pancang (Dokumentasi proyek PLTU 2 Sumut 2 x 200 MW, Pangkalan Susu)
f. Rencanakan final set tiang, untuk menentukan pada kedalaman mana pemancangan tiang dapat dihentikan dan berapa tiang yang harus digunakan untuk memenuhi tanah keras pertitik tiang, hal ini perlu dilakukan karena untuk memudahkan operator lapangan dan alat pancang dalam menaksir jumlah tiang yang sudah mewakili kedalaman rencana dari tanah keras dan menghindari penggunaan tiang yang berlebih sehingga pada saat cutting banyak sisa tiang yang terbuang.
Perencanaan kedalaman tiang yang digunakan di lapangan harus berpatokan pada data soil test dan data kalendering untuk mengakhiri tiap proses pemancangan.
g. Rencanakan urutan lokasi pemancangan, dengan pertimbangan
kemudahan manuver alat pancang dalam melaksanakan pemancangan
tiang dan jarak lokasi alat pancang dengan lokasi stock pile. Dalam hal ini harus diperhatikan urutan pemancangan yaitu dimulai dari titik pusat lokasi pemancangan menuju keluar dengan berotasi terhadap titik pusat.
Karena pemancangan tiang, tanah pondasi dapat bergerak, karena sebagian tanah yang digantikan oleh tiang akan bergeser, dan sebagian hasilnya kadang-kadang terjadi bahwa bangunan-bangunan yang berada di dekatnya akan bergerak dalam arah mendatar, maupun dalam arah vertikal, tergantung pada kesempatan yang dimilikinya. Dengan adanya pergerakan mendatar dan vertikal dikhawatirkan akan terjadi momen lentur yang cukup besar dan mengakibatkan tiang-tiang pancang akan terjadi retak.
2. Proses Pemancangan
a. Menyiapkan driven rig termasuk hammer diesel, cap dan wooden
cushion sebagai pelindung pile saat pemancangan.
Gambar 2.6. Dokumentasi penyiapan driven rig tiang pancang (Dokumentasi proyek PLTU 2 Sumut 2 x 200 MW, Pangkalan Susu)
b. Apabila terdapat pekerjaan preboring maka perlu dipersiapkan peralatan preboring, kemudian preboring dilaksanakan sampai dengan kedalaman yang direncanakan. Pada saat preboring ini, diperlukan kontrol ketegakan preboring dengan menggunakan theodolith secara terus menerus.
c. Ujung bawah tiang di dudukkan secara cermat di atas patok pancang
yang telah ditentukan. Penyetelan vertikal tiang diperiksa dengan
theodolith, yaitu dengan melihat posisi vertikal tiang harus sejajar
dengan garis vertikal theodolith. Garis vertikal theodolith tepat pada
permukaan terluar dari tiang. Pada saat verticallity sudut rotasi
horizontal theodolith harus dalam keadaan terkunci, sehingga diperoleh
posisi yang betul-betul vertikal. Sebelum pemancangan dimulai, bagian bawah tiang di klem dengan center gate pada dasar driving lead agar posisi tiang tidak bergeser selama pemancangan, terutama untuk tiang batang pertama.
Gambar 2.7. Skema pengangkatan & pemasangan kepala tiang pancang pada helmet pancang
d. Posisi driven rig harus dekat dengan titik pancang, kemudian memasang pile pada cap dari driven rig.
1 3 L
2 3 L
Gambar 2.8. Dokumentasi pemasangan kepala tiang pancang pada helmet pancang
(Dokumentasi proyek PLTU 2 Sumut 2 x 200 MW, Pangkalan Susu)
e. Menyiapkan posisi pile tepat di titik yang akan di pancang dengan cara mengontrol ketegakan pile, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah : - Kontrol ketegakan bisa menggunakan theodolith, water pass dan
pendulum
- Posisi theodolith dan pendulum harus dari dua arah perpendicular - Ketegakan pile harus dipantau terus-menerus karena ini merupakan
faktor penting dari pemancangan.
Bagian terluar dari tiang pancang
