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

(1)

Karya Ilmiah

PERHITUNGAN STABILITAS DAN

STRUKTUR PONDASI RIG BASE

LOKASI PM-3 & PM-4 UNTUK KAPASITAS 400 TON

Oleh :

Ir. Geni Firuliadhim, MT.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JURUSAN TEKNIK SIPIL

2011

POLBAN

(2)

i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI 1

KATA PENGANTAR 2

ABSTRAK iii

A KETERANGAN UMUM DARI PROYEK 1

B SPESIFIKASI BAHAN 2

C KONDISI TANAH 2

D DAYA DUKUNG PONDASI TIANG TUNGGAL 3

D1 Kapasitas Aksial 3

D2 Kapasitas Lateral 5

D3 Kapasitas Tarik Tiang 6

D4 Kapasitas Momen Tiang 7

D5 Rekapitulasi Daya Dukung (Kapasitas) Tiang Pipa Baja Diameter 12” 7

D6 Batasan Ijin Deformasi Struktur Rig 8

E KONSEP PERENCANAAN RIG 8

E1 Perhitungan Awal Kebutuhan Pondasi Tiang 9

E2 Final Set Tiang Pemancangan Tiang 11

F KONTROL DEFORMASI DAN KEKUATAN BAHAN PONDASI RIG 14

G SPESIFIKASI TEKNIK DAN METODA PELAKSANAAN 21

LAMPIRAN iv DAFTAR PUSTAKA v

POLBAN

(3)

ii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kepada Alloh SWT akhirnya saya dapat mempersembahkan karya ilmiah ini untuk teman-teman staf pengajar dan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Bandung.

Karya ini berisi contoh perhitungan stabilitas dan struktur pondasi rig base pemboran eksplorasi gas di lokasi PM-3 & PM-4 Kota Kisaran Sumatera Utara untuk kapasitas angkat 400 ton.

Barangkali cara perhitungan stabilitas anjungan dalam laporan karya ilmiah ini adalah tipikal untuk kasus-kasus yang sama dimana rig base ini dibangun diatas tanah lunak yang cukup tebal.

Atas segala kekurangan dalam laporan karya ilmiah ini, kritik dan saran kami nantikan untuk kesempurnaan.

Wassalamualaikum Warohmatullahi Wabarakatuh.

Penulis.

POLBAN

(4)

iii

PERHITUNGAN STABILITAS DAN

STRUKTUR PONDASI RIG BASE

LOKASI PM-3 & PM-4 UNTUK KAPASITAS 400 TON

(CALCULATION STABILITY AND STRUCTURE OF RIG BASE

FOUNDATION AT PM-3 & PM-4 LOCATION FOR 400 TON

PULL OUT CAPACITY)

Oleh :

Ir. Geni Firuliadhim, MT.

(Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Bandung)

ABSTRAK

Perhitungan stabilitas dan struktur pondasi rig base pemboran eksplorasi gas di lokasi sumur PM-3 & PM-4 Kota Kisaran Sumatera Utara untuk kapasitas angkat 400 ton menuntut pondasi yang tidak mudah berdeformasi, murah dan mudah dilaksanakan. Kendala yang dihadapi secara geoteknik di lokasi ini adalah kondisi tanah permukaan yang sangat lunak yang cukup tebal.

Kata kunci : pondasi rig, tanah lunak.

ABSTRACT

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

Key word : rig base foundation, soft soil.

POLBAN

(5)

1

A. KETERANGAN UMUM DARI PROYEK 01. Nama Proyek : Pondasi Rig Base

02. Lokasi : Block Kisaran Sumur PM-3 dan PM-4 Propinsi Sumatera Utara 03. Sistem Pondasi

Pondasi bangunan Rig Base memikul beban-beban sebagai berikut :

Beban Vertikal Rig = 400 ton dipikul oleh 2 skid berukuran 2.37 x 11.20 m = , jadi tiap skid memikul 200 ton, Jarak tepi ke tepi dalam skid 6.63 m, lihat Gambar 1 berikut ini. Beban Slab = 0.5 x 13.2 x 13.37 x 2.4 ton/m3_{= 217 ton}

Total Beban Vertikal = 400 + 217 = 617 ton

Gaya kejut horizontal saat terjadi kemacetan operasi pemboran, diperhitungkan sebesar 10% dari total beban vertical :

Gaya horisontal arah sumbu x = 61.7 ton Gaya horisontal arah sumbu y = 0 ton Momen berrotasi sumbu x : Mx = 0 Momen berrotasi sumbu y : My = 0

2 .3 7 6 .6 3 2 .3 7 11.20 200 TonF 200 TonF CENTER WELL

Gambar 1. Distribusi Beban Rig

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

04. Pendahuluan

POLBAN

(6)

2

Laporan ini berisikan analisis statik dari sistem pondasi bangunan rig base lokasi rencana sumur PM-3 (juga mewakili PM-4) karena rencana bebannya sama, untuk menjadi laporan perhitungan dan pemeriksaan stabilitas pondasi. Diambil data tanah PM-3 karena kondisinya lebih jelek daripada PM-4.

B. SPESIFIKASI BAHAN

1. Mutu Konstruksi Rig Base :

- Steel Pipe Pile : yield strength 2460 kg/cm2.

 Slab beton/Pile Caps : K-300 2. Mutu Baja Tulangan

 Baja tulangan polos U-24 (fy = 240 Mpa) untuk diameter : 8, 10,  12.

 Baja tulangan deform U-40 (fy = 400 Mpa) untuk diameter : D10, D13, D16, D20, D22.

C. KONDISI TANAH

Data penyelidikan berupa 2 titik bor (BH-1 dan BH-2) yang diambil mewakili areal proyek lokasi rencana Sumur PM-3 dan PM-4 pada Bulan Agustus 2012. Secara ringkas kondisi tanah di PM-3 adalah sebagai berikut :

Berdasarkan data log bor di BH-1 dan BH-2 di lokasi Sumur PM-3 hingga kedalaman 35 m terdapat 3 lapisan tanah dengan susunan sebagai berikut :

a) Lapisan permukaan berupa tanah gambut berwarna coklat hingga kehitaman, lunak, ketebalan 1.5 – 2 m.

b) Lapisan kedua terdiri dari lanau s/d lempung berpasir halus berwarna abu-abu muda s/d coklat muda, lunak, tebal 1 – 4.5 m, memiliki nilai N-SPT = 6 – 8. c) Lapisan ketiga terdiri dari Pasir kwarsa, berwarna abu-abu, non plastic, lepas s/d

sangat padat, tebal > 28 m, dengan nilai N-SPT = 9 s/d >60. Di titik BH-2 terdapat sisipan (lensa) batu lempung yang keras dengan ketebalan 2 m. Tanah keras berada pada lapisan Pasir kwarsa ini.

d) Tanah keras dengan nilai N-SPT > 60 dijumpai pada kedalaman 26 m di BH-1 dan 20 m di BH-2.

e) Berdasarkan pengamatan dalam lubang bor di kedua titik bor, muka air tanah dijumpai pada kedalaman 2.3 m di BH-1 dan 5.2 m di BH-2, masing-masing diukur dari permukaan tanah setempat.

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

POLBAN

(7)

3

D. DAYA DUKUNG PONDASI TIANG TUNGGAL

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

Pull out Qall Hall GL 0.00 L Pile Pile Tip Elevation 5 m e Gambar 2

Sketsa Deskripsi Kapasitas Tiang D1. Kapasitas Aksial

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

POLBAN

(8)

4

Daya dukung tiang berdasarkan data N-SPT, dapat dihitung menggunakan persamaan dari Meyerhoff berikut : Qs = As x 0.04 N = As x 0.04 N x 5 = As x 0.20 N Qb = Ab x pb Qult = Qb + Qs Qall = Qb/Fkb + Qs/Fks (kips/ft2₎ (ton) (ton) Dimana :

Qs = Daya dukung akibat adhesi tanah dengan tiang (skin resistance) (ton) Qb = Daya dukung oleh dasar tiang (base) (ton)

As = Luas bidang kontak antara tanah dan tiang (m2₎

Ab = Luas dasar pondasi (m2₎

Fkb = factor keamanan terhadap daya dukung dasar tiang. Fks = factor keamanan terhadap daya dukung kulit tiang.

Nilai pb tergantung dari jenis tanah, nilainya dapat diperkirakan berdasarkan Tabel 1. berikut ini.

Tabel 1. Nilai pb

Jenis Tanah N<15 N>15

ton/ft2 Ton/m2 ton/ft2 ton/m2

Pasir Lanau Lempung 4 N 2.5 N 2 N 40 N 25 N 20 N 60 + 2(N-15) 37.5 + 1.25(N-15) 30 + (N-15) 600 + 20(N-15) 375 + 12.5(N-15) 300 + 10(N-15)

Perkiraan kapasitas dukung pondasi tiang di lokasi pemboran BH-1 PM-3 berdasarkan data

N-SPT diperlihatkan dalam Tabel 2 dan Gambar 2.

POLBAN

(9)

5

Tabel 2. Daya Dukung Tiang Tunggal Pipa Baja Berdasarkan Data SPT

26

Cross Section Area Perimater of pile Qb Qs Qult Qall

(cm2) (cm) (ton) (ton) (ton) (ton)

12 113.10 37.70 14.3 118.0 132.4 28.38 14 153.94 43.98 18.1 139.9 158.0 34.01 16 201.06 50.27 23.6 159.9 183.5 39.84 18 254.47 56.55 29.8 179.9 209.7 45.91 20 314.16 62.83 35.1 199.9 234.9 51.66 BH-1

Bearing Capacity of Single Driven Steel Pipe Pile Pursuant To SPT Data

Project Location Bore Hole

Rig Base Structure Sumur PM-3

Diameter of Pile (inchi) Deepness of Pile : L =

Safety factor to tip resistance : Fkb = Safety factor to skin resistance : Fks =

3 5 m Proyek 26 m Lokasi Bulat Data Bor 30 cm Dihitung oleh 0.94 m Tanggal 95.385 m2 1 60 1 = Sand 1500.00 ton/m2 2 = Lanau 14.31 ton 3 = Lempung Kedalaman NSPT H dH Asi = U x dH (m) (m) (m) (m2 ) 0 7 0 0 0.00 2 7 2 2 1.89 4 6 4 2 1.89 6 8 6 2 1.89 8 10 8 2 1.89 10 10 10 2 1.89 12 28 12 2 1.89 14 32 14 2 1.89 16 28 16 2 1.89 18 23 18 2 1.89 20 23 20 2 1.89 22 32 22 2 1.89 24 45 24 2 1.89 26 61 26 2 1.89 Rekapitulasi : 14.31 ton 118.05 ton 132.35 ton 3 5 4.77 ton 23.61 ton 28.38 ton Sumur PM-3 BH-1 5/9/2012

Tahanan Gesek Kulit Tiang : Qs = Jenis Tanah Pada Dasar Tiang =

Harga rata2 NSPT ujung tiang =

Tekanan ujung tiang : Pb = Daya dukung ujung tiang : Qb = AbxPb =

Pilihan jenis tanah pada dasar tiang : Ir. Geni Firuliadhim, MT.

118.05 Qsi = Asi x 0.2 x N (ton) 0.00 2.64 2.26 3.02 3.77 3.77 8.67 8.67 12.07 Kedalaman tiang : L = Penampang tiang 10.56 12.07 Diameter pen. tiang : d =12"= Luas pen. tiang : Ab = Keliling pen. tiang : U = (Metoda Meyerhoff)

Berdasarkan Data Standard Penetration Test

PERHITUNGAN DAYA DUKUNG PONDASI TIANG PANCANG

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

Daya dukung ijin ujung tiang : Qball = Qb/Fkb =

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

Daya dukung ultimate kulit tiang : Qs= Rig Base Structure

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

Daya dukung ultimate ujung tiang : Qb=

16.97 23.01 10.56

Gambar 3. Contoh Perhitungan Daya Dukung Berdasarkan Data SPT.

D2. Kapasitas Lateral

Perhitungan Tahanan Lateral di Kepala Tiang diuraikan sebagai berikut. Tahanan Lateral di kepala tiang :

 _a all kD H 

POLBAN

(10)

6

Dimana :

Hall = tahanan lateral tiang yang diijinkan (kg)

k = koefisien reaksi lapisan tanah di sekitar kepala tiang (kg/cm3) D = diameter tiang (cm)

a = besarnya pergeseran normal (cm) EI kD 4  

E = Modulus elastisitas bahan tiang (kg/cm2) I = Momen inersia penampang tiang (cm4) Hasil Perhitungan : Titik = BH-1 PM-3 Yield Strength= 2460 kg/cm2 E = 2.10E+07 t/m2 N = 6.5

Diameter Tiang Ketebalan Tiang Momen Inersia Eo Ko K  (m) (m) (m4) (kg/cm2) (kg/cm3) (ton/m3) (m-1) 12 0.3048 0.01031 1.03529E-04 6.5 182.00 2.806 2806.02 0.560 14 0.3556 0.01113 1.78839E-04 6.5 182.00 2.500 2499.65 0.493 16 0.4064 0.01270 3.04657E-04 6.5 182.00 2.261 2261.45 0.435 18 0.4572 0.01427 4.87461E-04 6.5 182.00 2.070 2070.24 0.390 20 0.508 0.01509 7.10328E-04 6.5 182.00 1.913 1912.95 0.357 18.02 21.11 24.27 27.20 15.27 N

Konstanta Elastis Tiang Pipa Baja :

Tahanan Lateral Ha (ton) Diameter Tiang (Inchi) Titik = BH-1 PM-4 Yield Strength= 2460 kg/cm2 E = 2.10E+07 t/m2 N = 1.0

Diameter Tiang Ketebalan Tiang Momen Inersia Eo Ko K  (m) (m) (m4) (kg/cm2) (kg/cm3) (ton/m3) (m-1) 12 0.3048 0.01031 1.03529E-04 1.0 28.00 0.432 431.69 0.351 14 0.3556 0.01113 1.78839E-04 1.0 28.00 0.385 384.56 0.309 16 0.4064 0.01270 3.04657E-04 1.0 28.00 0.348 347.91 0.273 18 0.4572 0.01427 4.87461E-04 1.0 28.00 0.318 318.50 0.244 20 0.508 0.01509 7.10328E-04 1.0 28.00 0.294 294.30 0.224 5.96 6.68 3.75 4.43 5.19 Konstanta Elastis Tiang Pipa Baja :

Diameter Tiang

(Inchi) N

Tahanan Lateral Ha (ton)

D3. Kapasitas Tarik Tiang

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

POLBAN

(11)

7

Qs Pull Outall

(ton) (ton) 12 118.0 23.61 14 139.9 27.98 16 159.9 31.98 18 179.9 35.98 20 199.9 39.98 Diameter of Pile (inchi)

D4. Kapasitas Momen Tiang

Kapasitas momen tiang pipa baja dihitung berdasarkan rumus kekuatan bahan :

I y M y .   Atau y I M y. Dimana : M = kapasitas momen

y = tegangan ijin pipa baja

I = momen inersia

y = (1/2) x diameter luar pipa

Berdasarkan sifat-sifat baja yang digunakan :

y = tegangan ijin pipa baja = (2/3)*tegangan leleh pipa baja

= (2/3)*2460 = 1640 kg/cm2_{= 16400 ton/m}2

I = momen inersia pipa baja diameter 12” = 1.03529E-04 m4 y = (1/2)*12*2.54 = 15.24 cm = 0.1524 m

Kapasitas momen pipa baja 12 inchi :

M = 16400 * 1.03529E-04 / 0.1524 = 11.141 ton.m = 111.41 kN.m

D5. Rekapitulasi Daya Dukung (Kapasitas) Tiang Pipa Baja Diameter 12”

Dari hasil perhitungan diperoleh daya dukung tiang pancang baja  12” cm SCH 40 STD API dengan mutu yield strength setara 2460 kg/cm2_{pada kondisi permanen yang dipancang}

hingga kedalaman 26 m sebagai berikut:

1) Daya dukung axial tekan izin, P = 28.38 ton. 2) Daya dukung axial tarik izin, Pup = 23.61 ton.

3) Daya dukung Horizontal izin, Ha = 15.27 ton untuk PM-3. 4) Daya dukung Horizontal izin, Ha = 3.75 ton untuk PM-4.

POLBAN

(12)

8

5) Kapasitas momen pipa baja 12 inchi, M = 11.141 ton.m

D6. Batasan Ijin Deformasi Struktur Rig

Struktur rig dinyatakan kaku bila bagian-bagian struktur saat dibebani deformasinya tidak melampaui batasan deformasi yang diijinkan. Bagian-bagian struktur yang perlu dikontrol deformasi antara lain : slab beton, cellar box, dan kepala tiang pipa baja.

Besaran yang diijinkan secara umum adalah L/200 dimana L adalah bentangan struktur, besaran angkanya adalah sebagai berikut :

- Slab beton = L/200 = 13.37 m / 200 = 0.06685 m - Dinding cellar box = L/200 = 3.25 m / 200 = 0.01625 m - Base cellar box = L/200 = 1.244 m / 200 = 0.00622 m - Kepala tiang pipa baja = L / 200 = 20 m / 200 = 0.1 m E. KONSEP PERENCANAAN RIG

Secara umum perencanaan pondasi mengikuti criteria : stabil, kuat, kaku, murah dan mudah dilaksanakan. Perencanaan Rig sesuai dengan kondisi pembebanan dan tanah setempat sebagai landasan kerja mesin pemboran dalam, mengikuti criteria disebutkan diatas dan urutan konsep dasar pertimbangan sebagai berikut :

a. Perhitungan awal kebutuhan pondasi tiang pipa baja dengan diameter 12 inchi (stock yang sudah ada di lapangan).

b. Agar terjamin daya dukungnya nanti perlu menghitung Final Set pemancangan tiang. c. Karena tanah permukaan di lokasi adalah tanah lunak dan jenuh air maka tanah

setebal 3 m ini diganti dengan material pasir kasar (sirtu) yang dipadatkan hingga memiliki CBR minimal 50%. Hal ini dilakukan untuk menghindari pembuburan tanah pondasi saat mesin pemboran dioperasikan.

d. Supaya terhindar dari deformasi yang besar dan resonansi slab+tanah akibat operasi mesin pemboran maka landasan rig digunakan slab beton tebal 50 cm dengan mutu beton K-300 dan besi tulangan mutu U-24.

POLBAN

(13)

9

e. Bagian kepala tiang pipa baja sedalam 5 B (= 1.5 m) diperkaku dengan beton bertulang.

f. Cellar box berupa beton bertulang dibuat bersatu (fixed) dengan slab beton. Tebal cellar box diambil 25 cm.

E1. Perhitungan Awal Kebutuhan Pondasi

Untuk beban vertical 617 ton jumlah tiang awal yang diperlukan :

buah n 21.7 38 . 28 617 _

 _{diambil genap ke atas menjadi n = 22 buah.}

Untuk beban horisontall 61.7 ton jumlah tiang awal yang diperlukan :

buah n 16.5 75 . 3 7 . 61 _

 diambil genap ke atas menjadi n = 18 buah.

Yang menentukan adalah 22 buah (yang terbesar)

Sehubungan dengan pembagian yang genap maka disusun konfigurasi steel pipe menjadi 6 x 4 = 24 buah, sehingga tiap skid rig dipikul oleh 6 x 2 = 12 buah tiang baja diameter 12”. Susunan tiang diperlihatkan dalam Gambar 3, dimana jarak pusat ke pusat tiang disusun berdasarkan penyebaran beban rig yang tidak merata (beban besar akan mendapatkan konfigurasi tiang lebih rapat). Kedalaman tiang dipancang hingga mencapai tanah keras, variable berkisar 20-26 m dari muka tanah.

POLBAN

(14)

10

CL

Bedrock/Hard Soil Compacted Sand

Subtitute organic/peat soil organic/peat soil

Steel Pipe D12" T=12 mm Spiral Type Concrete Slab T=50 cm 3. 00 V ar iab el 2 0 -2 6 m 0.50 3.00 3.50 3. 00 0.77 1.28 2.32 2.59 2.32 2.69 1.00 1.00 13.20 1 1 1 1 GL GL Concrete Bo Concrete Bo organic/peat soil 0.40

Wood Pile dia. 0.1m ctc 0.4 m

0.40

Wood Pile dia. 0.1m ctc 0.4 m 0.1976 0.4076 3. 3 2 3. 3 2 2. 3 7 2. 3 7 1. 0 0 1. 0 0 1 2 2

RIG FOUNDATION PLAN AND PILING POINT LAYOUT

CL 1 Concrete Slab T=50 cm 3.00 3. 00 0.25 13.20 Compacted Sand Subtitute organic/peat soil

17.50 13 .3 7 17 .6 7 CoNFIGURATION WOODEN PILE 1.28 2.32 2.59 2.32 2.69 1.00 1.00 PM-2 CENTER WELL 2. 15 2 4 4.25 4. 9 4

Gambar 4. Denah dan Penampang Rencana Pondasi Rig Base Kapasitas 400 Tonf (Slab Beton & Rig dipikul oleh 24 pipa baja diameter 12”)

Distribusi beban di tiap kepala tiang dihitungan dengan rumus :



   ) ( ) ( 2 _y2 Y M x X M n Q Q_m y x Dimana : Q = beban vertikal

POLBAN

(15)

11

n = jumlah tiang

My = beban momen terhadap sumbu y.

X = jarak tiang pada arah sumbu x dari pusat kelompok tiang. Mx = beban momen terhadap sumbu x.

Y = jarak tiang pada arah sumbu y dari pusat kelompok tiang. Perhitungan :

Gaya maksimum di kepala tiang : Q_m 25.71ton

24 617 _

 < 28.38 ton (OK!)

Gaya horizontal maksimum : H max = 61.7/24 = 2.57 Ton < 3.75 ton (OK!) E2. Final Set Tiang Pemancangan Tiang

Pemancangan tiang dihentikan bila telah mencapai finalset atau kedalaman rencana. Dalam beberapa kasus kedalaman final set lebih kecil dari kedalaman rencana pemancangan dan tidak jarang pula pada kedalaman pemancangan rencana belum mencapai final set. Bila pemancangan diteruskan setelah mencapai final set maka kepela tiang bisa pecah.

Perhitungan Final Set didasarkan pada kekuatan hancur tiang, rencana kedalaman pemancangan, dimensi dan meota pemancangan. Dalam perhitungan yang sederhana menggunakan metoda Drop Hammer, jadi berat dan tinggi jatuh hammer harus ditentukan di awal. Tabel 3 menunjukkan hasil perhitungan final set dengan spesifikasi sebagai berikut :

Piling Methods : Drop hammer with roof

Calculation : Engineering News Record Formula (ENR-Formula)

Hasil perhitungan final set tiang pipa baja berdiameter 12” standard SCH 40 STD API dengan mutu yield strength 2460 kg/cm2_{, berat hammer 850 kg, tinggi jatuh 0.75 m adalah}

31.75 mm per 10 blows. Pada kondisi itu tegangan yang terjadi pada kepala tiang sebesar 1648.11 kg/cm2 (< tegangan ijin 1648.20 kg/cm2, kepala tiang pipa baja tidak mleot). Perhitungan rinci final set dapat dilihat sebagai berikut di bawah ini.

POLBAN

(16)

12

Table, Final set of Driven Pile Steel Standard SCH 40 STD API For Rig Kisaran Sumut

Pile Dimension Driving Depth

(m) Fy (kg/cm2) Fy all (kg/cm2) Hammer Weight (kg) Drop Heigh (m) Axial Stress (kg/cm2) Final Set (mm/10 blows) 20 2460 1648.2 850 0.75 1648.11 31.75 21 2460 1648.2 850 0.75 1647.97 31.75 22 2460 1648.2 850 0.75 1647.83 31.75 23 2460 1648.2 850 0.75 1647.69 31.75 24 2460 1648.2 850 0.75 1647.55 31.75 25 2460 1648.2 850 0.75 1647.41 31.75 26 2460 1648.2 850 0.75 1647.27 31.75 Outer Diameter 30.48 cm - Inner Diametre 28.08 cm

Tabel 3. Example Calculation Final Set Pilling Analysis For L=20 m, Hammer 850 kg, high fall 0.75 cm.

POLBAN

(17)

13

Resume Pondasi Awal :

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

 BH-1 PM-3 = 26 m

POLBAN

(18)

14

 BH-2 PM-3 = 20 m

 BH-1 PM-4 = 26 m

 BH-2 PM-4 = 26 m

F. KONTROL DEFORMASI DAN KEKUATAN BAHAN PONDASI RIG

Perhitungan deformasi dan kekuatan bahan pondasi rig (system steel pipe pile & concrete slab) dilakukan dengan program computer analisa tegangan & regangan 2 dimensi.

Data input bahan seperti diperlihatkan dalam Tabel 4 berikut ini. Sedangkan data input properties bahan beton dan steel pipe pile berturut-turut diperlihatkan dalam Tabel 5 dan Tabel 6.

Tabel 4. Data Input Propertis Tanah Pondasi

Zona Compacted Sand Top Soil/Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4

Jenis Tanah Sand *) Organic/Peat Soil *) Silt Sand Tanah Keras *)

Ketebalan (m) 3 3 3.5 20.5

Specific Grafity, Gs 2.534 2.536

Water Content, w (%) 54.63 36.55

Volume Unit Weight, gunsat (kN/m3) 20.00 13.00 15.175 16.305 21.00

Dry Density (kN/m3) 9.814 11.940

Void Ratio, e 1.58 1.12

Porosity,n 0.61 0.53

Saturated Density, gsat (kN/m

3

) 21.00 14.00 15.94 17.23 22.00

Kohesi tanah, c (kN/m2) 10 5 5 4 400

Sudut geser dalam tanah,  (deg) 35.0 5 9.4 23.7 40.0

Modulus elastisitas, E (kN/m2) 11300 5120 3600 20600 50000

Poisson's ratio, u 0.25 0.35 0.35 0.40 0.15

Standard Penetration Test, NSPT 25 1 6.0 25.0 60.0

Material Model Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Remark : *) Angka-angka parameter tanah adalah perkiraan

Modulus Elastisitas Dengan Rumus : ( 1 kPa = 1 kN/m2₎

Pasir NC : E = 500 (N + 15) atau E = 2 - 4 qc

Pasir jenuh : E = 250 (N + 15) atau E = Pasir OC : E = 18000 + 750 N atau E = 6 - 30 qc

Pasir berkrikil atau krikil : E = 600 (N + 6)  N 15 Pasir berkrikil atau krikil : E = 600 (N + 6) + 2000  N > 15 Pasir berlempung : E = 320 (N + 15) atau E = 3 - 6 qc

Pasir berlanau : E = 300 (N + 6) atau E = 1 - 2 qc

Lempung lunak : E = 3 - 8 qc

Lempung : IP > 30 atau organik : E = 100 - 500 Su

Lempung : IP < 30 atau kaku : E = 500 - 1500 Su

Sudut Geser Dalam : atau Korelasi nilai sondir Vs N-SPT : Tanah kohesif : qc= 3 N atau N = qc/3

Tanah non kohesif : qc= 4 N atau N = qc/4

Poisson's Ratio : 

Jenis Tanah

Tabel 5. Data Input Propertis Bahan Beton

Tipe Elastic Elastic Elastic Mutu Beton 300 300 300 E-beton (kN/m2) 11085125 11085125 11085125 Density (kN/m3) 24 24 24 b (m) 1 1 1 d (m) 0.25 0.5 0.25 A(m2) 0.25 0.5 0.25 EA (kN/m) 2771281 5542563 2771281 I (m4) 0.00130 0.01042 0.00130 EI (kN.m2_/m) 14434 115470 14434 w (kN/m/m) 6 12 6  0.15 0.15 0.15

Elemen Cellar Box Concrete

Slab Base CellarConcrete

POLBAN

(19)

15 Tabel 6. Data Input Propertis Bahan Steel Pipe Pile

Mutu Baja (kg/cm2) 2460 E-baja (kN/m2) 210000000 Density (kN/m3) 76 B (m) 0.3 T (m) 0.012 A (m2) 0.005539 EA (kN/m) 1.16E+06 I (m4) 5.99E-05 EI (kN.m2_/m) 1.26E+04 w (kN/m/m) 0.420961  0.1

Elemen Steel Pipe

Analisa deformasi dan tegangan regangan pondasi rig dilakukan dalam 2 potongan, antara lain :

1. Rig potongan tegak lurus beban, memotong cellar box, disebut Cross A, lihat Gambar 6. 2. Rig potongan tegak lurus beban, tidak memotong cellar box, disebut Cross B, linah

Gambar 8.

Tinjauan ke-2 potongan diatas dapat dilihat dalam Gambar 4 berikut ini. Sedangkan kondisi perspektif pondasi rig dapat dilihat dalam Gambar 5.

Gambar 5 Tinjauan Potongan Untuk Perhitungan

POLBAN

(20)

16

Gambar 6. Kondisi perspektif pondasi rig Kisaran

Gambar 7. Kondisi Rig Cross A

POLBAN

(21)

17

Gambar 8. Kondisi Rig Cross A Terdeformasi

Gambar 9. Kondisi Rig Cross B

POLBAN

(22)

18

Gambar 10. Kondisi Rig Cross B Terdeformasi

POLBAN

(23)

19 Tabel 7. Evaluasi Stabilitas dan Struktur Rig

Yang Terjadi

Batasan yang

diijinkan Keterangan

0.05532 0.0635 Ok. Struktur Tanah Kaku

0.05508 0.06685 Ok. Struktur Kaku

Yang Terjadi Batasan yang diijinkan Keterangan 47.98 d25-20 14.24 d19-20 4.886 d19-20

6.05 111.41 Ok. Struktur Aman

Batasan yang

Pile dekat cellar box = Pile =

Slab beton = Slab beton = Cellar box = Base cellar box = Pile dekat cellar box = Horisontal pile dekat cellar box = Horisontal pile =

Bending Momen (kN.m)

Shear Force (kN)

Axial Force (kN)

Pile =

Deformasi (m) Deformasi (m)

RIG CROSS-A

Vertikal permukaan tanah = Vertikal slab beton = Horisontal cellar box = Vertikal base cellar box =

Batasan yang

0.05233 0.0635 Ok. Struktur Tanah Kaku

Batasan yang

41.26 d25-20

Batasan yang

Pile =

Shear Force (kN)

Axial Force (kN)

Pile dekat cellar box = Slab beton = Pile dekat cellar box = Pile =

Horisontal pile dekat cellar box = Horisontal pile =

Bending Momen (kN.m)

RIG CROSS-B

Deformasi (m)

Vertikal permukaan tanah = Vertikal slab beton =

POLBAN

(24)

20

Perhitungan besi tulangan :

Perhitungan Penulangan Slab Beton :

Beban mati = Md = 47.980 kN.m = 479800 kg.cm Beban hidup = Ml = 0 kN.m = 0 kg.cm Beban ultimate = Mu = 67.172 kN.m = 671720 kg.cm Faktor reduksi =  = 0.9 Momen nominal = Mn = 74.636 kN.m = 746355.6 kg.cm Mutu Tulangan = fy = 2400 kg/cm2 = 240 Mpa Mutu Beton = fc' = 249 kg/cm2 = 24.9 Mpa Tebal pelat = h = 50.00 cm Selimut beton = d' = 0.1 * h = 5.00 cm Tebal pelat bersih = d = 45.00 cm Lebar pelat = b = 100 cm m = fy/(0.85*fc') = 11.34 Koefisien lawan = Rn = Mn/(b*d2

) = 3.69 kg/cm2

Rasio baja-beton =r = (1/m)*(1-sqrt(1-(2*m*Rn)/fy)) = 0.00155 Rasio baja-beton minimum =rmin = 1.4/fy = 0.00583

Rasio baja-beton yang dipakai =r = 0.00583 Luas tulangan yang diperlukan = As = r . b . d = 26.25 cm2

per 100 cm'

Diameter besi tulangan : dt = 25.00 mm Luas penampang tulangan , as = 0.25 * 3.14 * dt2

= 4.91 cm2

Jumlah tulangan per 100 cm' : n = As/as = 5.35 batang Jarak pusat ke pusat tulangan : s = 23.00 cm

Jadi konfiguasi tulangan utama balok yang dipakai : 25.00 mm - 20.00 cm

POLBAN

(25)

21

Perhitungan Penulangan Cellar Box :

) = 4.38 kg/cm2

per 100 cm'

= 2.84 cm2

Perhitungan Penulangan Base Cellar :

) = 1.50 kg/cm2

per 100 cm'

= 2.84 cm2

POLBAN

(26)

22 Berdasarkan hasil analisa dalam Tabel 4 diatas bahwa rencana pondasi rig kapasitas 400 tonf menggunakan tiang pancang pipa baja diameter 12 inchi sebanyak 24 buah (dipancang hingga mencapai tanah keras/kedalaman 20-26 m) dan slab beton tebal 50 cm (beton K-300 & besi tulangan U-24) dapat dinyatakan Aman dan Cukup Kaku.

G. SPESIFIKASI TEKNIK DAN METODA PELAKSANAAN

Spesifikasi teknik dan metoda pelaksanaan perlu dibuat, terutama urutan tahapan pelaksanaan pembuatan rig agar perilaku pembebanan pada tanah dan struktur rig sama dengan yang dilakukan dalam perhitungan. Adapun tahapan pelaksanaan (stage construction) spesifikasi teknik bahan & pekerjaan adalah sebagai berikut :

1. Pembuatan bouwplank (Staking out) dengan ukuran areal 21.2 m x 21.37 m.

2. Pemancangan tiang pipa baja diameter 12 inci sedalam 20 s/d 26 m dan atau mencapai final set (31.75 mm/10 blows). Tiang pipa baja sudah diantikarat. Total jumlah tiang 24 batang. Konfigurasi dan jarak pusat ke pusat tiang satu sama lain lihat gambar rencana, terlampir. Tiap batang terdapat beberapa sambungan. Tiap sambungan harus memiliki kekuatan sama dengan tiang pipa serupa tanpa sambungan. Penyimpangan posisi tiang setinggi-tingginya 0.5 kali diameter tiang (= 0.5 x 30 cm = 15 cm).

3. Penggalian top soil setebal 3 m seluas 19.20 m x 19.37 m. Penggalian ini bertujuan menyediakan ruang atau mengganti tanah gambut/organic setempat (untuk) dengan pasir padat.

4. Pembuatan concrete cellar box berukuran luar 3.5 x 3.5 m, tinggi 3.25 m, tebal 25 cm. Mutu beton K-300 dan besi tulangan U-24. Diameter dan susunan besi tulangan lihat gambar lampiran.

5. Pemadatan pasir kasar dalam lubang galian dengan interval pemadatan 25 cm dan hingga memiliki daya dukung CBR minimal 50%.

6. Memperkaku kepala-kepala tiang baja dengan beton bertulang setinggi 1.5 m dari kepala tiang. Mutu beton K-300 dan besi tulangan U-24. Diameter dan susunan besi tulangan lihat gambar lampiran.

7. Pembuatan concrete slab setebal 50 cm dengan ukuran 13.20 m x 13.37 m. Mutu beton K-300 dan besi tulangan U-24. Diameter dan susunan besi tulangan lihat gambar lampiran. Concrete slab ini dibuat menyatu dengan kepala-kepala tiang pipa baja dan cellar box.

8. Pemancangan tiang-tiang kayu dolken atau bamboo (cerucuk) diameter minimal 10 cm, jarak pusat ke pusat tiang 40 cm dan kedalaman 3 m, konfigurasi segiempat. Cerucuk kayu dolken/bamboo berada di 2 area jalan masuk rig, masing-masing berukuran 2.85 m x 13.31 m.

POLBAN

(27)

iv

LAMPIRAN :

a. Gambaran Input dan Output Analisa Tegangan Regangan

b. Gambar Rencana Pondasi Rig Kapasitas 400 Tonf

c. Gambar Rencana Metoda Pelaksanaan

POLBAN

(28)

a. Gambaran Input dan Output

Analisa Tegangan Regangan

POLBAN

(29)

RIG CROSS-A

POLBAN

(30)

POLBAN

(31)

POLBAN

(32)

POLBAN

(33)

POLBAN

(34)

POLBAN

(35)

POLBAN

(36)

POLBAN

(37)

RIG CROSS-B

POLBAN

(38)

POLBAN

(39)

POLBAN

(40)

POLBAN

(41)

POLBAN

(42)

POLBAN

(43)

POLBAN

(44)

POLBAN

(45)

b. Gambar Rencana Pondasi Rig

Kapasitas 400 Tonf

POLBAN

(46)

POLBAN

(47)

POLBAN

(48)

POLBAN

(49)

c. Gambar Rencana

Metoda Pelaksanaan

POLBAN

(50)

POLBAN

(51)

POLBAN

(52)

POLBAN

(53)

POLBAN

(54)

POLBAN

(55)

POLBAN

(56)

POLBAN

(57)

v DAFTAR PUSTAKA

1. Bowles, J. E. (1988), “Principles of Geotechnical Engineering”, McGraw-Hill, Singapore.

2. Brinkgreve & Vermeer (1998), “PLAXIS: Finite Element Code for Soil and Rock Analyses”, A. A. Balkema, Rotterdam, Netherlands.

3. Carter & Bentley, “Correlations of Soil Properties”, Pentech Press, London.

4. Koerner, M.K., (1985), “Construction and Geotechnical Methods in Foundation Engineering”, McGraw-Hill.

5. Robertson & Companella (1983), “Interpretation of Cone Penetration Tests”, Canadian Geotechnical Journal.