Analisis Penggunaan Combined Pile Raft Foundations (CPRF)
Tipe Mini Pile Dan Tipe Caisson
(Studi Kasus: Proyek Pembangunan Gedung XYZ di Makassar)
Richard Frans, Hendry Tanoto Kalangi, Agnes
Program Studi Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Makassar Corresponding email: richardfrans.rf@gmail.com
ABSTRAK
Combined Pile Raft Foundation (CPRF) adalah pondasi gabungan antara pondasi rakit dan
pondasi tiang dengan tujuan untuk meningkatkan kapasitas dukung dari pondasi serta mengurangi penurunan dari pondasi dikarenakan CPRF ini menggabungkan kemampuan pondasi dangkal dan pondasi dalam. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan perencanaan CPRF tipe mini pile dan tipe caisson dengan mempertimbangkan beberapa variabel, antara lain: tekanan tanah, punching shear, serta penurunan pondasi. Diameter yang akan digunakan untuk CPRF tipe mini pile adalah 50cm, sedangkan untuk CPRF tipe caisson menggunakan diameter 90cm. Kedalaman kedua tipe pondasi tersebut diambil 4m. Analisis menggunakan bantuan aplikasi SAFE 2016 dimana beban rencana yang digunakan didapatkan dari hasil analisis struktur yang telah dilakukan sebelumnya oleh PT. ZYX. Dari hasil yang didapatkan, perbandingan nilai
kapasitas dukung untuk CPRF Tipe mini pile dan tipe caisson adalah 0,7 kN/m2 dan 1,65
kN/m2, untuk nilai perpindahan yang didapatkan adalah sebesar 0,009 mm untuk CPRF
tipe mini pile dan 2 mm untuk CPRF tipe caisson sedangkan untuk punching shear, kedua tipe tersebut memiliki rasio punching shear < 1 yang berarti aman terhadap punching
shear.
Kata kunci: Combined Pile Raft Foundations, mini pile, caisson A. Pendahuluan
Gedung XYZ adalah merupakan salah satu gedung tertua di Kota Makassar khususnya di wilayah Sulawesi Selatan dan Tenggara dan masuk dalam kategori bangunan Cagar Budaya. Menurut Undang-Undang No. 11 Tahun 2010 Tentang Cagar Budaya disebutkan bahwa cagar budaya berupa benda, bangunan, struktur, situs, dan kawasan perlu dikelola oleh pemerintah dan pemerintah daerah dengan meningkatkan peran serta masyarakat untuk melindungi, mengembangkan, dan memanfaatkan cagar budaya. Pembangunan dan renovasi yang dilaksanakan di bangunan cagar budaya memiliki persyaratan tertentu yang akan ditetapkan oleh Tim Zonasi Cagar Budaya.
Pembangunan Gedung XYZ dimulai pada September 2019. Dalam suatu perencanaan struktur bangunan, tentunya pondasi memiliki peran yang sangat besar dalam meneruskan beban yang bekerja pada struktur atas dan berat sendiri ke lapisan tanah. Pada awalnya, gedung XYZ direncanakan akan menggunakan pondasi rakit, akan tetapi karena muka air tanah yang cukup tinggi dan memiliki kapasitas dukung tanah yang terbilang cukup rendah pada lapisan yang direncanakan, maka perencanaan pondasi yang awalnya ingin menggunakan pondasi rakit menjadi pondasi tipe gabungan yaitu CPRF. Oleh karena itu menjadi menarik untuk meneliti perbandingan antara CPRF tipe mini pile dan tipe caisson. Kedua tipe ini diambil untuk membandingkan tipe mana yang lebih baik dalam hal performanya. Ada tiga variabel yang ditinjau dalam menilai performa dari masing-masing
tipe pondasi tersebut, yaitu tekanan tanah, penurunan yang dihasilkan, serta punching
shear.
B. LANDASAN TEORI
Dalam ilmu teknik sipil, keamanan sebuah bangunan ditentukan oleh kekuatan strukturnya. Struktur bangunan terbagi menjadi dua yaitu struktur atas dan struktur bawah. Contoh struktur atas seperti dinding dan kolom, sedangkan struktur bawah seperti pondasi dan dinding penahan tanah. Pondasi berdasarkan kedalamannya terbagi menjadi dua macam yaitu pondasi dalam dan pondasi dangkal. Pondasi gabungan adalah salah satu jenis pondasi yang menggabungkan dua pondasi yang berbeda menjadi satu. Contohnya gabungan pondasi telapak dan sumuran, combined pile raft foundation (CPRF), dan lain-lain. Pondasi gabungan dirancang agar sesuai dengan karakteristik tanah daerah tersebut serta untuk memenuhi kekuatan struktur pondasi yang akan memikul beban dari struktur atas.
Menurut Katzenbach et al (2011), CPRF adalah sebuah konstruksi geoteknik komposit yang efek tumpuannya terdapat di antara elemen pondasi rakit dan pondasi tiang dengan mempertimbangkan interaksi antara unsur-unsur pondasi dan bagian bawah tanah.
Gambar 1. Interaksi CPRF dengan tanah (Katzenbach et al, 2013)
Daya dukung tanah (bearing capacity) adalah kemampuan tanah untuk menahan suatu beban yang bekerja diatasnya (struktur atas). Daya dukung tanah biasanya dihubungkan dengan pondasi, karena pondasi merupakan struktur bawah yang pekerjaan konstruksinya perlu mengetahui kekuatan daya dukung tanah terutama dalam menentukan kedalaman pondasi. Daya dukung tanah dapat diperoleh melalui beberapa tes, seperti SPT, CPT, dan lain-lain. Pada proyek ini, daya dukung tanah didapatkan dari metode CPT dan kemudian dikonversi menjadi SPT dengan menggunakan beberapa persamaan empiris, dikarenakan nilai SPT dibutuhkan menjadi variabel input untuk analisis CPRF yang dilakukan. Adapun persamaan yang digunakan untuk mengonversi nilai CPT menjadi SPT, antara lain:
(1) b. Robertson (1986)
(2) c. Jeffries and Davies (1993)
(3) dengan:
qc = Hambatan konus
Pa = Tekanan atmosfir (MPa)
𝐼𝑐 = Indeks tanah
N60 = Nilai koreksi SPT
Untuk perhitungan efisiensi kelompok tiang, baik untuk CPRF tipe mini pile maupun CPRD tipe caisson, menggunakan beberapa persamaan, dimana pada akhirnya nilai rata-rata dari persamaan-persamaan tersebut digunakan sebagai nilai efisiensi kelompok tiang yang digunakan dalam perhitungan (Das, 2011).
a. Metode Converse-Labarre
(4) b. Metode Los Angeles
(5) c. Metode Seiler-Keeney (6) dimana: 𝜃 = 𝑡𝑎𝑛−1 (𝑑𝑠 𝑆)
𝐸 = Efisiensi kelompok tiang
𝑛1 = Jumlah tiang dalam baris
𝑛2 = Jumlah tiang dalam kolom
𝑑𝑠 = Diameter tiang (m)
S = Jarak antar tiang (m)
C. METODOLOGI PENELITIAN
Perencanaan dimulai dengan mengumpulkan data yang dibutuhkan, yaitu data primer dan data sekunder. Data primer pada penelitian ini mencakup hasil perencanaan struktur atas dimana nilai dari reaksi perletakan pada struktur atas diambil menjadi beban pada struktur bawah (pondasi), hasil uji tanah dengan menggunakan metode CPT, hasil ini dibutuhkan untuk menghitung kapasitas dukung dari CPRF serta hasil denah dan desain sebagai perbandingan dengan hasil analisis yang akan dilakukan. Untuk data sekunder sendiri adalah luas tanah serta posisi penempatan CPRF. Data ini diambil untuk memvalidasi data primer yang didapatkan. Setelah semua data telah dikumpulkan, dilakukan analisis
q
c= 0,4. N
60(q
c/P
a)/N
60 =5
q
cP
a. N
60= 8,5 (1 −
Ic
4,6
)
𝐸
𝐶𝐿= 1 − 𝜃 [
(𝑛
1− 1)𝑛
2+ (𝑛
2− 1)𝑛
190. 𝑛
1. 𝑛
2]
𝐸𝐿𝐴 = 1 − 𝑑𝑠 𝜋. 𝑆. 𝑛1. 𝑛2 [𝑛1(𝑛2− 1) + 𝑛2(𝑛1− 1) + √2(𝑛1− 1)(𝑛2− 1)]𝐸
𝑆𝐾= {1 − [
11𝑆
7(𝑆
2− 1)
] [
𝑛
1+ 𝑛
2− 2
𝑛
1+ 𝑛
2− 1
]} +
0.3
𝑛
1+ 𝑛
2perbandingan dengan menggunakan bantuan aplikasi SAFE 2016 (Computer and Structures, Inc., 2006) untuk meninjau CPRF tipe mini pile dan tipe caisson, kemudian dilakukan interpretasi hasil dengan memperhatikan beberapa variabel penting. Secara skematik, metode penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema kerangka kerja peneltiian
Adapun gambar denah yang ditinjau dapat dilihat pada Gambar 3. Titik biru merupakan titik-titik penempatan kolom serta merupakan letak CPRF yang digunakan.
Gambar 3. Denah dan letak titik kolom serta letak CPRF
K2 K1 K2 K2 K2 J K1 K2 K3 K2 K2 K3 K2 K2 K2 K1 K2 K2 K3 K1 K3 K2 K2 K2 K1 K2 K2 K3 K1 K2 K2 K1 K2 K2 K1 K2 K2 K2 K2 K2 K2 K3 K3 K3 K2 K2 K1 K1 K1 K2 K1 K1 K2 K2 K1 K1 K1 2 3 4 5 D 6 B 7 L A C E F G H I K 1
D. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Konversi nilai CPT ke SPT
Pada proyek gedung XYZ, penyelidikan tanah yang dilakukan hanya menggunakan metode CPT untuk mengukur kapasitas dukung dari tanah sedangkan metode SPT tidak digunakan. Oleh karena itu, perlu dilakukan konversi nilai CPT ke SPT. Tabel 1 sampai Tabel 3 menunjukkan hasil konversi nilai CPT ke SPT yang diusulkan oleh peneliti terdahulu. Tabel 4 menunjukkan perbandingan nilai SPT yang didapatkan dari masing-masing persamaan empiris yang diusulkan
Tabel 1. Konversi nilai CPT ke SPT (Meyerhof, 1965)
Metode qc Df N60
qnet1 qnet1 qnet min Ks
(MPa) (m) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m3) Meyerhof (1965) 2,4517 0,40 6,1292 54,7223 101,9278 54,7223 1080,1878 2,7459 0,55 6,8647 61,5205 114,1591 61,5205 1214,3796 2,9420 0,60 7,3550 65,9974 122,3132 65,9974 1302,7516
Tabel 2. Konversi nilai CPT ke SPT (Robertson, 1986)
Metode qc Df N60
qnet1 qnet1 qnet min Ks
(MPa) (m) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m3) Robertson (1986) 2,4517 0,40 4,8392 43,2054 80,4759 43,2054 852,8500 2,7459 0,55 5,4199 48,5728 90,1330 48,5728 958,7996 2,9420 0,60 5,8070 52,1075 96,5710 52,1075 1028,5727
Tabel 3. Konversi nilai CPT ke SPT (Jefferies and Davies, 1993)
Metode qc Df N60
qnet1 qnet1 qnet min Ks
(MPa) (m) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m3) Jefferies and Davies (1993) 2,4517 0,40 3,9800 43,2054 80,4759 43,2054 852,8500 2,7459 0,55 4,4576 48,5728 90,1330 48,5728 958,7996 2,9420 0,60 4,7760 52,1075 96,5710 52,1075 1028,5727
Tabel 4. Hasil perbandingan metode Meyerhof (1965), Robertson (1986) dan Jefferies and Davies (1993)
Df (m)
Metode Nilai Ks
Meyerhof Robertson Jefferies and Davies Terkecil
0,4 1080,1878 852,8500 701,4321 701,4321
0,55 1214,3796 958,7996 788,5711 788,5711
0,6 1302,7516 1028,5727 845,9564 845,9564
Berdasarkan Tabel 4, diambil nilai Ks yang terkecil sebagai estimasi pesimis, dimana nilai
Ks yang lebih kecil akan menghasilkan nilai perpindahan yang lebih besar pada tanah. Ks
adalah soil subgrade modulus. Nilai Ks yang digunakan yaitu nilai Ks berdasarkan metode
empiris Jefferies and Davies (1993) yaitu sebesar 701,4321 kN/m3. Nilai ini selanjutnya
digunakan sebagai salah satu variabel input untuk menganalisis CPRF dalam aplikasi SAFE 2016.
2. Efisiensi kelompok tiang
Perhitungan dimulai dengan melakukan peninjauan terhadap kapasitas dukung tiang mini
pile dan tipe caisson terlebih dahulu tanpa memasukkan pondasi rakit, dengan kata lain,
perhitungan mula-mula dilakukan untuk pondasi tiang saja bukan untuk tipe CPRF. Untuk tipe mini pile dan tipe caisson, terdapat masing-masing tiga jenis kelompok tiang yang
digunakan, untuk tipe mini pile adalah P1, P2, dan P3. Kelompok tiang P1 terdiri dari 6 tiang,
kelompok tiang P2 terdiri dari 4 tiang, dan kelompok tiang P3 terdiri dari 2 tiang. Asumsi
jumlah tiang dalam suatu kelompok tiang yang digunakan sesuai dengan beban yang
dipikul tiap kelompok tiang sedangkan untuk tipe caisson adalah C1, C2, dan C3. Kelompok
tiang C1 terdiri dari 2 tiang, dan kelompok tiang C2 terdiri dari 2 tiang. Jumlah tiang pada
kelompok tiang untuk tipe caisson lebih sedikit jika dibandingkan dengan tipe mini pile. Hal ini dikarenakan ukuran diameter tiang tipe caisson yang digunakan lebih besar dibandingkan dengan tipe mini pile. Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukan konfigurasi dari tipe mini pile dan tipe caisson.
Gambar 4. Konfigurasi CPRF tipe minipile (a) P1, (b) P2, (c) P3
Gambar 5. Konfigurasi CPRF tipe minipile (a) C1, (b) C2
(a) (b)
(c)
(a)
Hasil perhitungan efisensi kelompok tiang untuk tipe mini pile dan tipe caisson dapat dilihat pada Tabel 5 dan Tabel 6.
Tabel 5. Efisiensi kelompok tiang metode Converse-Labarre, Los Angeles, dan Seiler-Keeney untuk dengan tipe mini pile
Kelompok Metode
Rata-Rata
Tiang Converse-Labarre Los Angeles Seiler-Keeney
P1 0,9846 0,7914 0,7544 0,8435
P2 0,9868 0,8277 0,8034 0,8726
P3 0,9934 0,9363 0,8963 0,9420
Tabel 6. Efisiensi kelompok tiang metode Converse-Labarre, Los Angeles, dan Seiler-Keeney untuk dengan tipe caisson
Kelompok Metode
Rata-Rata
Tiang Converse-Labarre Los Angeles Seiler-Keeney
C1 0,9868 0,8277 0,9304 0,9150
C2 0,9934 0,9363 0,9916 0,9738
Selanjutnya diadakan pengontrolan kembali kapasitas dukung pondasi atas asumsi jumlah tiang yang digunakan dengan mempertimbangkan faktor efisiensi kelompok tiang. Tabel 7 dan Tabel 8 menunjukkan hasil safety factor dari masing-masing kelompok tiang untuk tipe
mini pile dan tipe caisson.
Tabel 7. Kapasitas dukung tiang dengan mempertimbangkan efisiensi kelompok tiang untuk tipe mini pile
Pengontrolan Kembali Qg Pu SF
P1 4874,4170 1916,6931 2,5431
P2 3361,8259 1277,7654 2,6310
P3 1814,5930 638,8277 2,8405
Tabel 8. Kapasitas dukung tiang dengan mempertimbangkan efisiensi kelompok tiang untuk tipe caisson
Pengontrolan Kembali Qg Pu SF
C1 8565,6533 1985,5089 4,3141
C2 6077,4895 1323,6426 4,5915
Setelah kapasitas dukung pondasi kelompok tiang telah didapatkan, selanjutnya dilakukan analisis tekanan tanah CPRF tipe mini pile dan tipe caisson dengan memasukkan pondasi rakit ke dalam analisis.
3. CPRF tipe minipile
Pada penelitian ini terdapat 3 parameter yang ditinjau untuk melihat performa dari CPRF baik untuk tipe minipile maupun tipe caisson, yaitu tekanan tanah dari CPRF, penurunan pondasi dari CPRF, serta punching shear yang dihasilkan dari CPRF. Gambar 6 menunjukkan tekanan tanah CPRF tipe mini pile, berdasarkan kontur yang dapat dilihat,
nilai tekanan tanah maksimum adalah sebesar 0,7 kN/m2 (batas ijin kapasitas dukung
maksimum didapatkan adalah sebesar 0,9 mm (Gambar 7) dimana nilai penurunan ijin yang diambil adalah sebesar 50,66mm. Untuk punching shear, semua tiang memiliki nilai
punching shear < 1 (Gambar 8) sehingga dapat dikategorikan bahwa CPRF tipe mini pile
ini aman terhadap ketiga parameter tersebut.
Gambar 6. Kontur tekanan tanah CPRF tipe mini pile
Gambar 8. Nilai punching shear untuk CPRF tipe mini pile
4. CPRF tipe caisson
Untuk CPRF tipe caisson, berdasarkan Gambar 9 sampai Gambar 11, nilai kapasitas
dukung yang didapatkan berdasarkan Gambar 9 adalah sebesar 1,65 kN/m2. Nilai ini jauh
lebih kecil jika dibandingkan dengan kapasitas dukung ijin yang diambil, yaitu sebesar
57,72 kN/m2 sedangkan untuk perpindahan maksimum yang didapatkan adalah sebesar 2
mm, dimana perpindahan ijin yang diambil adalah sebesar 50,66 mm. Untuk nilai punching
shear, semua tiang memiliki rasio nilai < 1 yang berarti aman terhadap punching shear.
Gambar 10. Kontur penurunan pondasi CPRF tipe caisson
Gambar 11. Nilai punching shear untuk CPRF tipe caisson
E. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil yang didapatkan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Tekanan tanah untuk CPRF tipe mini pile lebih kecil jika dibandingkan dengan
1,65 kN/m2 (caisson). Hal ini disebabkan jumlah tiang pada CPRF tipe mini pile
lebih banyak jika dibandingkan dengan jumlah tiang pada CPRF tipe caisson, sehingga nilai kekakuan dari CPRF tipe mini pile lebih besar jika dibandingkan dengan CPRF tipe caisson, akan tetapi tekanan tanah maksimum pada kedua tipe tersebut tetap jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan kapasitas dukung yang diijinkan
2. Nilai perpindahan maksimum yang didapatkan CPRF tipe mini pile adalah sebesar 0,9 mm, dimana nilai ini lebih kecil jika dibandingkan dengan CPRF tipe caisson, yaitu sebesar 2 mm. Sekali lagi, hal ini sangat erat kaitan dengan kekakuan yang dimiliki oleh CPRF tipe mini pile, akan tetapi perpindahan maksimum pada kedua tipe tersebut tetap jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan perpindahan yang diijinkan
3. Nilai punching shear untuk kedua tipe, baik CPRF tipe mini pile maupun CPRF tipe
caisson < 1, yang berarti bahwa kedua tipe tersebut aman terhadap punching shear yang terjadi
F. DAFTAR PUSTAKA
Computer and Structures, Inc. 2016. Tutorial SAFE 2016 (Design of Slabs, Beams and Foundations Reinforced and Post-Tensioned Concrete).
Das, B.M. 2011. Principles of Foundation Engineering. Cengage Learning. USA.
Jefferies, M.G. and Davies, M.P. 1993. Use of the CPTu to Estimate Equivalent SPT N60. Geotechnical Testing Journal, Vol. 16, No. 4, pp. 458 – 468.
Katzenbach, R., Leppla, S., dan Wagner, I. 2011. Deep Foundations and Retaining
Structures. Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and
Geotechnical Engineering. IOS Press.
Meyerhof, G.G. 1965. Shallow foundations. Journal of Soil Mechanics & Foundations Div. Volume 91, Issue; SM2. American Society of Civil Engineers.
Pemerintah Indonesia. 2010. Undang-Undang No. 11 Tahun 2010 Tentang Cagar Budaya. Sekretariat Negara. Jakarta.
Robertson, P. K., Campanella, R. G., Gillespie, D. and Greig, J. 1986. Use of Piezometer Cone Data. Proceedings of the ASCE Specialty Conference on In Situ, pp. 1263-1280.
