KAJIAN KEDALAMAN MINIMUM TIANG PANCANG PADA STRUKTUR DERMAGA DECK ON PILE

KAJIAN KEDALAMAN MINIMUM TIANG PANCANG PADA STRUKTUR DERMAGA DECK ON PILE

Arya Anandika

¹

dan Andojo Wurjanto

²

Program Studi Teknik Kelautan

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha 10 Bandung 40132

1

arya.anandika@yahoo.com dan

²

wurjanto@bdg.centrin.net.id

Abstrak: Pada struktur dermaga, beban dominan tidak hanya berasal dari arah vertikal saja. aktifitas kapal pada saat melakukan sandar dan tambat memberikan kontribusi beban arah horizontal yang cukup besar pada struktur dermaga. Dengan adanya beban-beban ini maka panjang pondasi tiang pancang tidak hanya ditentukan oleh daya dukung saja tetapi juga perlu memperhatikan kapasitas lateral yang dapat diterima oleh tiang pancang.

Tesis ini mengkaji kebutuhan kedalaman minimum panjang tiang pancang akibat beban vertikal dan horizontal yang bekerja pada struktur dermaga. Suatu prosedur untuk menentukan kedalaman tiang pancang disusun berdasarkan temuan-temuan dalam kajian ini.

Studi kasus dilakukan dengan melakukan analisis struktur dermaga deck on pile dengan software elemen hingga SAP 2000. Seluruh beban yang bekerja diperhitungkan dan dijadikan masukan beban pada struktur. Data tanah dengan tipe tanah tidak berkohesi dari tiga lokasi berbeda digunakan sebagai masukan perhitungan panjang titik jepit tiang pancang pada model dermaga. Reaksi yang dihasilkan oleh tiang pancang kemudian digunakan sebagai data masukan untuk perhitungan kedalaman tiang pancang dengan metode-metode yang tersedia.

Hasil kajian menunjukkan bahwa simulasi elemen hingga dengan menerapkan panjang titik jepit hasil perhitungan kapasitas lateral pada model struktur, menghasilkan beban lateral yang memberikan panjang titik jepit hampir sama dengan model.

Kata kunci: beban lateral, kedalaman minimum, tanah tidak berkohesi, tiang pancang, titik jepit

PENDAHULUAN

Struktur dermaga deck on pile merupakan jenis dermaga terbuka dengan lantai dan balok dermaga menumpu pada poer/pilecap yang didukung oleh tiang pancang sebagai pondasi struktur dimana stabilitasnya bergantung pada kapasitas daya dukung dan kapasitas lateral tiang pancang.

Pondasi tiang pancang dalam struktur dermaga didesain untuk menerima beban dari berat struktur dermaga, peralatan penanganan kargo, dan beban-beban lateral yang disebabkan oleh kondisi lingkungan (arus, gelombang, gempa) dan operasi kapal (berthing, mooring).

Kajian yang dilakukan bertujuan untuk menyusun suatu prosedur dalam menentukan kedalaman tiang pancang tertanam di dalam tanah pada pondasi struktur dermaga tipe deck on pile akibat reaksi yang dihasilkan oleh kombinasi beban operasional dan lingkungan yang bekerja pada arah horizontal dan vertikal di struktur dermaga.

Kajian kedalaman minimum pancang ini merupakan bagian dari studi kasus pekerjaan

perencanaan struktur dermaga deck on pile untuk kapal kargo curah kering (bulk carrier)

berkapasitas 200,000 DWT di Pelabuhan Cigading, Cilegon – Banten. Dermaga ini direncanakan

berada pada kedalaman -22.00 mLWS (Lowest Water Spring) dengan elevasi atas struktur pada +4.00 mLWS.

Ilustrasi dari struktur dermaga tipe deck on pile yang digunakan dalam studi kasus dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Contoh dermaga deck on pile dengan kombinasi tiang vertikal dan miring.

Kondisi tanah yang digunakan dalam analisis diambil dari tiga lokasi berbeda dengan tiga jenis tanah yang berbeda pula. Jenis tanah pertama terdiri dari lapisan tanah pasir dengan kedalaman tanah dari hasil tes pengeboran inti sedalam 25 meter memberikan nilai bacaan N- SPT bervariasi antara 18 s.d. 58. Jenis tanah kedua merupakan lapisan tanah jenis pasir dan karang. Data pengeboran inti diambil sampai dengan kedalaman 8.5 meter dengan nilai N-SPT mulai dari 13 s.d. >50. Jenis tanah ketiga merupakan jenis tanah lunak dengan jenis tanah lanau dan lempung sedalam 42 meter. Nilai N-SPT berdasarkan tes pengeboran inti bervariasi antara 2 s.d. 28.

Sebelum kajian dilakukan, terlebih dulu dibuat suatu sketsa definisi untuk menggambarkan permasalahan yang akan ditinjau. Sketsa definisi ini dapat dapat dilihat pada Gambar 2.

±0.000

+4000

Akhir Pemancangan

9500

20000

10500

B C

10500 2000

3000

Tiang Pancang Baja 300

D.1016, t= 22 mm

2000 9500

1000 1000

25000 STOPPER

Pile Cap Precast

1300 700

Pilecap Precast 5000x2500x1300

A

Pilecap Precast 4000x2300x700

7001200

Rel Crane Rel Crane

500

FENDER SUC2000 H

2500 B2B2

5213 5213

5213 5213

5213 Ø2316mm

Baris-1 Baris-2 Baris-3 Baris-4 Baris-5

e Hu

x

L d

h

O (titik jepit)

Hw

Gambar 2 Sketsa definisi kedalaman minimum tiang pancang dimana:

Hu : gaya lateral pada dermaga yang diteruskan ke tiang;

Hw : gaya normal pada dermaga yang diteruskan ke tiang;

d : jarak dari pusat beban lateral bekerja ke muka air;

h : kedalaman perairan;

e : jarak dari pusat beban lateral bekerja ke dasar perairan;

O : titik jepit tiang pancang;

x : jarak dari muka tanah ke titik jepit tiang pancang;

L : panjang tiang tertanam.

Dari sketsa definisi tersebut, kedalaman tiang pancang yang dimaksud adalah nilai L dan x. L adalah kedalaman tiang pancang di dalam tanah yang mampu menerima beban-beban yang bekerja pada arah lateral, Hu, dan arah aksial, Hw. x adalah panjang tiang pancang di dalam tanah sampai ke titik jepitnya atau fixity point.

METODOLOGI

Secara umum, kajian kedalaman minimum tiang pancang dilakukan dengan tiga metode, yaitu analisis struktur dengan simulasi elemen hingga, analisis kapasitas lateral tiang pancang, dan analisis daya dukung tanah terhadap tiang pancang.

Analisis struktur dermaga deck on pile dilakukan dengan software elemen hingga SAP 2000. Struktur dermaga pada Gambar 1 dibuat seperti bentuk aslinya dengan memodelkan elemen-elemen dermaga seperti balok, pelat, dan tiang pancang sebagai elemen garis dan shell.

Pondasi tiang pancang dimodelkan dengan perletakan jepit pada kedalaman dimana diasumsikan tiang pancang berada pada kondisi terjepit penuh. Diasumsikan tidak ada lapisan tanah yang berada di atas titik jepit. Perhitungan awal panjang titik jepit dilakukan dengan metode OCDI (2002). Kedalaman titik jepit virtual ini dapat dipertimbangkan berada pada kedalaman 1/x di bawah muka tanah. Nilai x sendiri dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

4

4 1

EI B k x

h

= (1)

dimana:

k

_h

= sub grade reaction number = 0.15∙NSPT (kg/cm

³

) B = diameter tiang (cm)

E = modulus elastik tiang = 2.141∙106 (kg/cm

²

) untuk tiang pancang baja

= 3.104∙105 (kg/cm

²

) untuk tiang pancang beton I = momen inersia tiang (cm

⁴

)

Pengolahan data masukan beban berasal dari faktor-faktor lingkungan yang akan bekerja pada struktur, beban operasional dermaga, beban sandar dan tambat kapal, dan peralatan penanganan kargo. Olah data dilakukan dengan mengikuti metode perhitungan yang telah ada dalam standar lokal dan internasional.

Kedalaman minimum tiang pancang ditentukan berdasarkan panjang minimum tiang pancang yang tertanam di dalam tanah berdasarkan hasil analisis lateral dan analisis daya dukung tanah.

Analisis lateral tiang pancang dilakukan dengan pendekatan teori tekanan tanah. Metode yang digunakan untuk pendekatan ini adalah metode Prasad dan Chari (1999), dan metode Zhang dkk. (2005) dan metode konvensional (Tsinker, 1986). Sementara untuk daya dukung aksial, analisis dilakukan dengan perhitungan kapasitas daya dukung tanah menggunakan piranti lunak Allpile V7.3B.

Setelah seluruh analisis dilakukan, disusun suatu prosedur yang memuat langkah kerja

dalam menentukan kedalaman tiang pancang.

MULAI

Tinjauan Masalah

menentukan kedalaman minimum tiang pancang (L)

Pemodelan Struktur Dermaga

Pembuatan model elemen hingga struktur dermaga

Pengolahan data lingkungan menjadi masukan beban

Simulasi Model Elemen Hingga

- kombinasi beban-beban bekerja - cek syarat kekuatan struktur dermaga

Analisis hasil yang diperoleh

SELESAI

Tujuan dan Lingkup Kajian

Pondasi tiang pancang struktur dermaga deck on pile

Studi Literatur

Prasad et al (1999)

Liang et al (2004)

Tsinker (1996)

𝑥𝑥 = [−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5]/2.1996 𝐻𝐻𝑢𝑢= 0.24�10(1.3 tan ∅+0.3)�𝛾𝛾𝑥𝑥𝛾𝛾{2.7𝑥𝑥 − 1.7𝐿𝐿}

𝐻𝐻𝑢𝑢= 0.3�𝜂𝜂𝐾𝐾𝑃𝑃2+ 𝜉𝜉𝐾𝐾 tan 𝛿𝛿�𝛾𝛾𝑥𝑥𝛾𝛾(2.7𝑥𝑥 − 1.7𝐿𝐿) 𝐻𝐻𝑢𝑢(𝑒𝑒 + 𝐿𝐿₀) −1

6 𝛾𝛾(𝐾𝐾_𝑃𝑃− 𝐾𝐾𝐴𝐴)𝐾𝐾𝐿𝐿₀³= 0 𝐿𝐿₀³− 6 𝐻𝐻𝑢𝑢

𝛾𝛾(𝐾𝐾_𝑃𝑃− 𝐾𝐾_𝐴𝐴)𝐾𝐾 𝐿𝐿⁰− 6 𝐻𝐻𝑢𝑢𝑒𝑒 𝛾𝛾(𝐾𝐾_𝑃𝑃− 𝐾𝐾_𝐴𝐴)𝐾𝐾 = 0 𝑥𝑥 = [−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5]/2.1996

Pengumpulan Data

parameter desain lingkungan operasional kapal dan dermaga

data tanah 3 lokasi berbeda

Analisis Daya Dukung dan Beban Lateral Tiang Pancang

Perhitungan kedalaman minimum tiang pancang

Penyusunan Prosedur Perhitungan Kedalaman Tiang Pancang

Gambar 3 Bagan alir kajian kedalaman tiang pancang.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil analisis awal menunjukkan panjang titik jepit yang dihitung dengan metode OCDI

(2002) dan hasil perhitungan panjang titik jepit berdasarkan beban lateral yang bekerja pada

tiang dengan metode Prasad dan Chari (1999), metode Zhang dkk. (2005), dan metode Tsinker

(1986), memperlihatkan bahwa metode OCDI (2002) memberikan panjang titik jepit yang lebih

pendek dibandingkan dengan ketiga metode lainnya (Tabel 1).

Tabel 1 Perbandingan panjang titik jepit model dengan metode OCDI dan panjang titik jepit hasil perhitungan beban lateral

No Data φ

Tanah OCDI Prasad dan Chari Zhang dkk. Tsinker

I DT.1 max 4.22 9.89 10.71 13.22

rata-rata 4.22 7.88 8.34 11.43

min 4.22 6.23 6.60 10.07

II DT.2 max 3.77 10.19 11.06 13.55

rata-rata 3.77 8.88 9.47 12.35

min 3.77 7.27 7.68 10.98

III DT.3 max 7.25 14.84 16.92 18.96

rata-rata 7.25 13.20 14.66 17.05

min 7.25 11.55 12.52 15.39

Panjang Titik Jepit (m)

Simulasi ulang elemen hingga struktur dermaga kemudian dilakukan dengan mengubah panjang tiang yang dimodelkan dengan menggunakan titik jepit hasil perhitungan beban lateral.

Syarat kekuatan struktur diperiksa apakah masih memenuhi syarat deformasinya (SNI 03-1729- 2000) dan rasio tegangan tiang (unity check). Bila tidak terpenuhi maka model struktur perlu dimodifikasi dengan mengubah dimensi tiang yang digunakan dan atau mengubah konfigurasi struktur.

Dalam simulasi ulang yang dilakukan, diperoleh bahwa deformasi tiang pancang dan rasio tegangan yang dihasilkan melebihi syarat yang ditentukan. Hal ini diakibatkan oleh bertambahnya panjang tiang pada model yang membuat kekakuan struktur berkurang.

Berdasarkan simulasi tersebut, seharusnya dilakukan modifikasi struktur. Namun kajian ini bermaksud untuk melihat panjang titik jepit yang dihasilkan oleh beban lateral yang bekerja pada struktur setelah dilakukan simulasi ulang sehingga hal tersebut tidak dilakukan.

Panjang titik jepit hasil perhitungan dengan masukan beban lateral hasil simulasi ulang ternyata memberikan hasil yang hampir sama dengan panjang titik jepit hasil perhitungan dengan masukan beban lateral dari simulasi awal. Perbandingan panjang titik jepit ini dapat dilihat pada Tabel 2.

Berdasarkan hasil tersebut, disusunlah suatu prosedur baru yang mengakomodasi temuan-

temuan dalam kajian ini (Gambar 4).

Tabel 2 Perbandingan panjang titik jepit hasil simulasi akhir dan perhitungan

No Data OCDI

Tanah

x (m) x (m) x (m)

(2) - (3)

x (m) x (m)

(4) - (5)

x (m) x (m)

(6) - (7)

awal lama baru lama baru lama baru

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

I DT.1 4.22 9.89 9.88 0.01 10.71 10.69 0.02 13.22 13.18 0.04 4.22 7.88 7.87 0.01 8.34 8.33 0.01 11.43 11.40 0.03 4.22 6.23 6.22 0.01 6.60 6.59 0.01 10.07 10.04 0.03

II DT.2 3.77 10.19 10.16 0.03 11.06 11.03 0.03 13.55 13.49 0.06 3.77 8.88 8.86 0.02 9.47 9.44 0.03 12.35 12.29 0.06 3.77 7.27 7.26 0.01 7.68 7.65 0.03 10.98 10.94 0.04

III DT.3 7.25 14.84 14.82 0.02 16.92 16.90 0.02 18.96 18.90 0.06 7.25 13.20 13.18 0.02 14.66 14.64 0.02 17.05 17.00 0.05 7.25 11.55 11.53 0.02 12.52 12.51 0.01 15.39 15.35 0.04

Prasad dkk. Zhang dkk. Tsinker

DAFTAR PUSTAKA

CivilTech Software, AllPile Version 7 User’s Manual Volume 1 and 2, CivilTech Software, USA, 2011.

The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan, Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan, Daikousha Printing Co., Ltd., Japan, 2002.

Prasad, Y. V. S. N., dan Chari, T. R., (1999), Lateral capacity of model rigid piles in cohesionless soils, Soils Found., 39(2), 21–29.

Tsinker, George P., Handbook of Port and Harbor Engineering: Geotechnical and Structural Aspect, Chapman & Hall, New York, 1997.

Zhang, L., Silva, F., dan Grismala, R., (2005), Ultimate Lateral Resistance to Piles in

Cohesionless Soils, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE,

131(1): 78-83.

MULAI

Penentuan Titik Jepit Awal

Metode OCDI, 2002

Hitung Panjang Titik Jepit Tiang Pancang Akibat Beban Lateral

Prasad et al (1999)

Liang et al (2004)

Tsinker (1996)

𝑥𝑥 = [−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5]/2.1996

𝐻𝐻𝑢𝑢(𝑒𝑒 + 𝐿𝐿0) −1

6 𝛾𝛾(𝐾𝐾𝑃𝑃− 𝐾𝐾𝐴𝐴)𝐾𝐾𝐿𝐿03= 0 𝐿𝐿03− 6 𝐻𝐻𝑢𝑢

𝛾𝛾(𝐾𝐾𝑃𝑃− 𝐾𝐾𝐴𝐴)𝐾𝐾 𝐿𝐿⁰− 6 𝐻𝐻𝑢𝑢𝑒𝑒 𝛾𝛾(𝐾𝐾𝑃𝑃− 𝐾𝐾𝐴𝐴)𝐾𝐾 = 0 𝑥𝑥 = [−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5]/2.1996

Pemodelan Struktur Dermaga

Pembuatan model elemen hingga struktur dermaga

Pengolahan data lingkungan menjadi masukan beban

Penyusunan kombinasi pembebanan Simulasi model elemen hingga

Cek Syarat Kekuatan Struktur

- deformasi < L/200 - Unity Check < 1

𝐻𝐻𝑢𝑢 0.24[10(1.3 tan ∅+0.3)]𝛾𝛾𝛾𝛾

= 2.7 �−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5

2.1996 �

2

− 1.7 �−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5

2.1996 � 𝐿𝐿

𝐻𝐻𝑢𝑢 0.3�𝜂𝜂𝐾𝐾𝑃𝑃2+ 𝜉𝜉𝐾𝐾 tan 𝛿𝛿�𝛾𝛾𝛾𝛾

= 2.7 �−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5

2.1996 �

2

− 1.7 �−(0.567𝐿𝐿 + 2.7𝑒𝑒) + (5.307𝐿𝐿²+ 7.29𝑒𝑒²+ 10.541𝑒𝑒𝐿𝐿)^0.5

2.1996 � 𝐿𝐿

Memenuhi syarat kekuatan struktur?

YA

TIDAK

Ganti konfigurasi tiang pancang

TIDAK

Simulasi Ulang Struktur Dengan Titik Jepit Baru

YA

Analisis Daya Dukung Aksial Tiang

Kedalaman tiang berdasarkan daya dukung

Penentuan Panjang Tiang Pancang

L = max (Llateral, Laksial)

SELESAI

% lama 1

jepit titik

lama jepit titik baru jepit

titik − ≤