Analisis Pondasi Tiang Pancang Berdasarkan Hasil Perhitungan dan Loadding Test
*Nusa Setiani Triastuti 1, Indriasari 2
1,2 Teknik Sipil Universitas Krisnadwipayana, Jalan Kampus Unkris Jatiwaringin
*)Penulis korespondensi: [email protected], [email protected]
Abstract
Pile foundation is one of the solutions of high-rise buildings not in the area of restrict area. When the pile foundation reached until the hard ground reaches, a small settlement is expected and different setlement are not occur. The objective: analyze the results of loading tests compared carryng capacity calculations, pile cap thick required secure.
The research method used in this research is the case study of pile foundation twelve floors building in Batam island. The reaction on the pile is analyzed using software program of non-linear structure version 9.5 which is supported by primary data, namely loading test and secondary data of soil investigation and the largest column force taken on the pole 1.618,854 ton, Mx -7,936 ton meter, My -75,531 ton meter.
Carrying capacity analysis is based on friction and end bearing and calculated pole efficiency. The axial load of the plan is supported by 16 (sixteen) piles, based on the loading test (P) the ultimate pile foundation reaches 200% (two hundred percent) in the amount of 411.52 tons. Single pile carrying capacity is 205.76 tons .Settlement in the loading test results 10mm is smaller than from the setlement in calculation results. The stress acting on the pile cap of 12.453 kg/cm2 is smaller than the permit strees of 13 kg/cm2.
Keywords: Pile Foundation, Pile Group, Efficiency Pile, Settlement Abstrak
Pondasi tiang pancang merupakan salah satu solusi bangunan bertingkat tinggi bukan di daerah restrict area. Bila dipancang sampai mencapai tanah keras, penurunan (settlement) kecil diharapkan tidak terjadi perbedaan penurunan. Tujuan menganalisis hasil loading test dan perhitungan daya dukung, tebal pile cap memenuhi keamanan. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi kasus tiang pancang di pulau Batam. Reaksi pada tiang pancang dianalisis menggunakan software program struktur non linier versi 9.5 yang didukung data primer yaitu loading test dan data sekunder penyelidikan tanah dan diambil gaya kolom terbesar yang bekerja pada tiang 1.618,854 ton , Mx -7,936 ton meter, My -75,531 ton meter.
Analisis daya dukung berdasarkan friction dan end bearing serta diperhitungkan efisiensi tiang. Beban aksial rencana terbesar ditopang tiang pancang sebanyak 16 (enam belas) buah, berdasarkan loading test beban (P) tiang ultimit mencapai 200% (dua ratus persen) yaitu sebesar 411,52 ton. Daya dukung satu tiang pancang 205,76 ton. Penurunan hasil loading test 10 mm lebih kecil dari dari penurunan hasil perhitungan . Tegangan yang bekerja pada poer sebesar 12,453 kg/cm2 lebih kecil dari tegangan izin sebesar 13 kg/cm2 Kata Kunci: Tiang Pancang, Tiang Pancang Grup,, Efisiensi Tiang, Penurunan
Pendahuluan
Gedung di Batam dipilih pondasi tiang pancang ditentukan oleh struktur tanah dan lingkungan.
Pondasi tiang pancang merupakan bagian dari bangunan yang berfungsi meneruskan semua beban yang terdapat di atasnya sampai mencapai kedalaman tertentu sehingga terdapat keseimbangan antara beban luar dan beban dalam (Murdopo, 1998).
1. Tinjauan Penyaluran Beban Pondasi Tiang Pancang
Menurut tinjauan penyaluran beban pondasi tiang pancang dibagi menjadi beberapa macam yaitu (Sardjono, 1990):
a. Point Bearing Pile/End Bearing
Tiang pancang dengan tahanan ujung (end bearing). Tiang ini meneruskan beban melalui tahanan ujung ke lapisan tanah keras. Tiang semacam ini dimasukan sampai ke lapisan tanah keras sehingga Vol.
Doi :
beban dipikul oleh lapisan tersebut. Bila bagian tanah merupakah tanah keras maka penentuan daya dukung tidak menjadi masalah.
b. Kombinasi (end Bearing dan friction) Pemancangan tiang dalam beberapa kasus mencapai tanah keras harus melalui lapisan tanah lempung terlebih dahulu sehingga dalam menghitung daya dukung, tiang pancang mengalami proses friction sebelum mencapai tanah keras, maka dalam menghitung daya dukung ultimit digunakan analisis berdasarkan tahanan ujung (end bearing) maupun perlekatan tanah (friction).
2. Faktor - faktor yang Mempengaruhi Desain Pondasi
Merencanakan atau mendesain suatu struktur pondasi ada beberapa faktor yang harus diketahui karena berpengaruh terhadap desain suatu pondasi yaitu (Hardiyatmo, 2002):
1. Tanah
Tanah adalah hasil proses pelapukan batuan yang berproses secara fisik maupun kimia.
Jenis struktur tanah sangat menentukan kemampuan pondasi mendukung beban.
2. Kapasitas Daya Dukung Tanah
Kapasitas daya dukung tanah adalah kemampuan tanah dalam mendukung beban pondasi mulai dari struktur di atas pondasi maupun beban pondasi itu sendiri.
Kapasitas daya dukung tanah harus diperhitungkan berdasarkan daya dukung tanah dan kemampuan tiang beton.
Menurut Coduto (1994) membagi 3 (tiga) untuk mendukung daya dukung pondasi tiang diantaranya yaitu metode static (menggunakan prinsip –prinsip mekanika tanah klasik), dinamic dan loading test (uji beban skala penuh). Cara tiang pancang untuk mendukung beban ditentukan oleh sifat fisik dan mekanis tanah baik itu karakteristik maupun nilai c (cohesi), ∅ (sudut geser dalam), γ (berat isi tanah) (Eko Seftian, 2015).
Akibat pemancangan dapat mempengaruhi nilai daya dukung tiang. Daya dukung tertinggi terdapat pada uji calendring dengan metode hiley. Besar penurunan tertinggi terdapat pada metode hiley.
Analisis daya dukung pondasi tiang pancang diverifikasi dengan hasil uji pile driving analyzer test dan capwap (Andi Yusti, 2014).
Metode Analisis
1.1. Metode studi kasus gedung 12 (dua belas) lantai di Batam, berdasarkan data sekunder dengan:
1. Data Tanah (Soil Investigastion)
Data tanah Gedung di Batam, borelog (BH.1) dengan kedalaman mencapai 11,75 meter di bawah permukaan tanah, sondir ringan (S1) dengan dayang dukung penetrasi konus mencapai 200 kg/cm2 dengan kedalaman mencapai 9,80 meter di bawah permukaan tanah menunjukan BH1 dan S1. Gambar borelog BH1 dapat dilihat pada Gambar 1 dibawah ini:
Gambar 1. Data Borelog (BH.1) Data sondir ringan (S1) dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini:
Tabel 1. Data sondir ringan (S1)
2. Beban yang bekerja
Dalam perencanaan pondasi Gedung di Batam beban diperhitungkan berdasarkan beberapa gaya yang bekerja pada upper structure berdasarkan Peraturan Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung SNI 1727-2013
a. Beban Mati (Dead Load)
- Berat spasi lantai 3 cm (mortar) = 21 kg/m2
- Berat pelat lantai tebal 12 cm = 288 kg/m2
- Berat penutup lantai = 24 kg/m2 - Berat plafon + rangka standar
(gypsum) = 18 kg/m2
- Berat AC dan MEP = 80 kg/m2 - Berat ½ bata (asumsi dinding) = 250
kg/m2
b. Beban Hidup (Live Load)
- Beban hidup tiap lantai 50 psf = 2,40 kN/m2
- Beban hidup lantai atap 20 psf = 0,96 kg/m2
c. Beban Angin (Wind Load)
Batam dan Kepulauan Riau yang notabene adalah daerah kepulauan dengan kecepatan angin bervariasi, adapun kecepatan angin diambil berdasarkan Peraturan Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung tahun 2012 sebesar 75 kg/m2.
d. Beban Gempa (Quake Load)
Mengacu Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-1726-2012 beban gempa didapatkan berdasarkan percepatan spektrum sehingga parameter pendekatan perencanaan gempa sesuai perhitungan, adapun nilai koefisien respon seismik (Cs) yang didapat berdasarkan SNI 03- 1726-2012 dan data dari peta wilayah gempa adalah 0,0204.
1.2. Desain Model Bangunan
Desain model struktur Gedung di Batam menggunakan sistem yang terdiri dari kolom, balok dan pelat lantai (sistem rangka pemikul momen).
Analisis menggunakan aplikasi program struktur nonlinier versi 9.5 dimana program tersebut dapat dengan mudah menguraikan gaya-gaya yang bekerja dalan permodelan struktur.
Kombinasi beban yang digunakan dalam perencanaan ini sudah sesuai dengan SNI gempa 03-1726-2012.
1.3. Mutu Beton Struktur
Mutu dalam perencanaan ini ditentukan berdasarkan kemudahan menemukan material dan material water tight fc beton = 35 MPa yang telah direncanakan.
1.4. Perhitungan Daya Dukung Tiang Ultimit Pada perhitungan ini daya dukung tiang yang menggunakan kombinasi dari end bearing dan friction pile sehingga didapat nilai sebagai berikut:
1. Kemampuan tiang terhadap material tiang menggunakan ukuran tiang 45x 45 cm = Luas = 2.025 cm2
Fc beton = 35 mpa
P tiang = 1/3 x 400 kg/cm2 x 2.025 cm2
= 270.000 kg = 270 ton
2. Kemampuan tiang terhadap kekuatan tanah
Nilai - nilai diketahui berdasarkan tabel grafik S1 dan BH.1 dari data soil kedalaman rencana adalah 9,20 meter di bawah muka tanah dan asumsi menggunakan tiang pancang ukuran 45 x 45 cm. Friction 0,4 kg/cm sampai dengan kedalaman 7m; 0,6 kg/cm sampai dengan kedalaman 9,8m lokal friction berdasarkan sondir S1. Nilai lekatan tanah (c) rata-rata = 4 kg/cm2 = 40 t/m2 Keliling tiang pancang (k) = 180 cm Kedalaman rencana (h) = 920 cm Luas selimut = 16,56 m2
Didapat nilai kemampuan tiang terhadap daya dukung tanah sebesar:
Q tiang = (Luas tiang x nilai konus/3) + (Nilai lekatan x luas selimut)/5 = 118,125 + 143,08 = 261203 kg
Standar Penetrasi Test (SPT)
Berdasarkan data hasil bor (BH.1) didapat nilai N = > 50 yaitu 55 dimana kandungan tanah didalamnya adalah lempung membatu, coklat keabu-abuan, sangat keras dan plastisitas rendah, menurut Mayerhof tanah berpasir c = 0 Qp = Ap x q x Nq
Lempung φ = 0
Qp = Ap x q x Nq = Ap x cu x Nc BH1 φ =14 Nq = 5,5 :Nc = 18 BH1 φ = 25 Nq =22 :Nc = 20
Harga untuk daya dukung (Q) suatu tiang adalah:
Q Tiang dalam ton = (40 x Nb x luas end bearing) + qs x Afs = 40 x 55 x 0.2025 + 9,20 x (30+50)/2 NSPrata2)/3= 271.17 ton
Daya dukung tiang pancang hasil loading test beban (P) tiang ultimit mencapai 200% (dua ratus persen) yaitu sebesar 411,52 ton terhadap beban
rencana sehingga struktur masuk kategori kriteria aman.
1.5. Perhitungan Kebutuhan Tiang Pancang Data aktual beban aksial dari software program struktur nonlinier versi 9.5 didapat:
Diambil nilai base 34 sebab memiliki nilai terbesar, adapun kebutuhan tiang pancang yang akan direncanakan adalah:
Q bahan = 270 ton Q tanah = 271,17 ton Q Loading test = 205,76 ton
Berdasarkan ketiga daya dukung di atas diambil daya dukung terendah untuk mencari kebutuhan tiang pancang, maka diambil daya dukung (Q) berdasarkan loading test yaitu 205,76 ton.
Kebutuhan tiang:
Efisiensi terhadap tipe 9 (sembilan) tiang : Efisiensi Tiang =
dimana:
Eff = efisiensi kelompok tiang θ = arc tg d/s, dalam derajat m = jumlah baris tiang
n = jumlah tiang dalam satu baris d = diameter tiang
s = jarak pusat ke pusat tiang N tiang = P ultimate/(Q*ef.Tiang)
= 14,85 ≈ 16, maka digunakan 16 tiang Untuk tanah non-kohesif, nilai unit daya dukung selimut dan ujung tiang didapat dari kurva hubungan panjang pembenaman, diameter tiang, serta sudut geser tanah seperti yang diusulkan Coyle and Costello.
Untuk tanah kohesif, nilai unit daya dukung ujung tiang didapat sebagai berikut:
Qp = (D/Bx9Cu)/4 untuk D/B < 4 Qp = 9Cu untuk untuk D/B >4
(Braja M. Das, 2016) dimana:
cu = kuat geser tanah undrained
D = diameter tiang B = panjang tiang
1.6. Perhitungan Beban Maksimum yang diterima oleh Tiang.
Data base 34 menunjukan beberapa angka yang digunakan untuk menghitung beban maksimum yang diterima tiang pancang, adapun data tersebut adalah:
∑Pv = 1.618,854 ton Mx = -7,936 ton.m My = -75,531 ton.m n = 16
X maks = 67,5 cm = 0,675 m Y maks = 67,5 cm = 0,675 m SX2 = (0,675)2 + (0,675)2 = 0,91125 m SY2 = (0,675)2 + (0,675)2 = 0,91125 m
nx = 4
ny = 4
Maka didapat :
P maks < P Tiang (ok) 113,67 ton < 205,76 ton (ok)
1.7. Perhitungan Tebal Poer Tiang Pancang.
Data yang digunakan menghitung tebal poer adalah data base 34 dengan ketentuan sebagai berikut:
Syarat : σ < σ izin
σ izin = 0,65√400 = 13 kg/cm2
Pada titik base 34 kolom tidak menumpu pada tiang pancang, maka perhitungan kontrol terhadap pons dan tebal poer menggunakan beban tiang yang berada di base 34.
1. Kontrol terhadap pons
P = 1618,854 ton
B = 5D = 2.25 m
h asumsi = 1 m
Tebal poer tiang pancang 1 meter dan cukup menahan geser pons sehingga tidak memerlukan tulangan geser pons.
2. Penulangan Poer Tiang Pancang
Perhitungan penulangan poer atau pile cap didasarkan prosentase luasan penampang terhadap luas aktual besi.
a. Tulangan arah x
As. Tulangan=D19 (asumsi) b = 1 meter (modul pelat) d = 1000 – 50 – (0,5 x 19)
= 940,5 mm
p = 50 mm
(bersinggungan dengan tanah)
β = 0,85
fy = 400 kN/m2 f’c = 35 kN/m2
1.8. Penurunan (settlement) pada Tiang Pancang.
Berdasarkan data sondir (S1) dan uji bor tanah (BH.1), penurunan (settlement) pada tiang pancang dihitung berdasarkan titik tanah dasar sehingga menggunakan perhitungan penurunan menurut tahanan ujung. Parameter dalam menghitung penurunan dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Penurunan tiang pancang menggunakan sampel dari titik base 5, adapun data digunakan untuk perhitungan settlement adalah:
h1 = 9,2 meter h2 = 2 meter h = 1 meter W = 944,94 ton L = 3,6 meter B = 2,25 meter γ1 = 2,04 kg/cm2 γ2 = 1,61 kg/cm2 h lapisan 1 = 2 meter h. lapisan 2 = 2 meter h. lapisan 3 = 2 meter
Nilai γ1 dan γ2 di dapat berdasarkan lampiran soil test summary soil laboratory result.
a. Menghitung beban total (V)
Berat poer = 3,6 x 2,25 x 1 x 2,4 = 19,44 ton
Berat total tiang = 6 x 0,45 x 0,45 x 9,2 x 2,4 = 26,83 ton
Berat beban total (V) = 944,94 + 19,44 + 26,83 = 991,21 ton
b. Menghitung tegangan poer (q)
Luasan Poer (A) = 3,6 x 2,25 = 8,1 m2
Tegangan poer (q) = 991,21/8,1=
122,37 t/m2 = 12,24 kg/cm2
c. Luas lapisan I pada Tanah
L1 = 3,6 + 2 x (sin 30o x 2) tg 30o
= 3,6 + 1,155 = 4,76 meter B1 = 2,25 + 2 x 1 tg 30o
= 2,25 + 1, 16 = 3,41 meter Luas tanah pada lapisan 1 (A1) = 4,76 x 3,41= 16,22 m2
d. Menghitung Tegangan pada Tanah Lapian 1 (P1)
e. Menghitung Tekanan Vertikal Efektif sebelum ada Gedung (Po).
Po = 2,04 x 9,2 + 1,61 x (2 – 1) = 18,77 + 1,61 = 20,38 kg/cm2
f. Menghitung indeks kompresi (C)
g. Menghitung Penurunan Tanah Lapisan 1 (S1)
h. Menghitung Penurunan Tanah Lapisan 2 dan 3 (S2 dan S3)
Berdasarkan penjelasan di atas maka dengan menggunakan pendekatan rumus yang sama didapatkan nilai penurunan S2 dan S3 adalah sebagai berikut :
A2 = 27,03 m2
Po2 = 2,04 x 11,2 + 1,61 x (2 – 1) = 22,85 + 1,61 = 24,46 kg/cm2
C = (1,5 x 200)/24,46 = 12,27 S2 = 0,049 m
Penurunan lapisan 3 adalah sebagai berikut:
A2 = 27,03 m2
Po2 = 2,04 x 13,2 + 1,61 x (2 – 1) = 26,93+ 1,61 = 28,54 kg/cm2
C = (1,5 x 200)/28,54 = 10,51 S2 = 0,068 m
i. Menghitung Penurunan Total (Stotal) Stotal = S1 + S2 + S3 = 0,034 + 0,049 + 0,068 = 0,151 m = 15,1 cm Hasil Loading test terjadi penurunan sebesar 10 cm dapat dilihat pada Gambar 2 di bawah ini:
Gambar 2. Penurunan hasil loading test
Hasil dan Pembahasan
Beban hidup, maupun beban mati pada struktur atas diperhitungkan tributary area yang diterima
kolom tersebut, dengan diperhitungkan kontribusi dari gaya horizontal sebesar 5%.
Data tanah, perhitungan, loading test dibandingkan dan dianalisis, selain itu dibandingkan hasil settlement antara perhitungan dan loading test
Daya dukung dari bahan, tanah (lab):
1. Q bahan = 270 ton 2. Q tanah = 271,17 ton 3. Q Loading test= 205,76 ton Q izin 205,76 ton
Penurunan (settlement) perhitungan 15,1 mm, sedangkan hasil loading test 10 mm
Kesimpulan
Pondasi tiang pancang dengan dimensi tiang 45 x 45 cm dan panjang rencana 9,20 meter, mutu beton fc’ = 35 MPa, berdasarkan hasil loading test sebesar 205,76 ton, berdasarkan kondisi tiang pancang sebesar 270 ton.
Tebal poer atau pile cap 1,00 meter memenuhi kriteria keamanan dimana pada base 34 beban aksial sebesar 1.618,854 ton ditopang tiang pancang sebanyak 16 (enam belas) titik, tegangan yang bekerja pada poer sebesar 12,453 kg/cm2 lebih kecil dari σ izin sebesar 13 kg/cm2 dan berdasarkan data loading test beban (P) tiang ultimit mencapai 200% (dua ratus persen) yaitu sebesar 411,52 ton terhadap beban rencana (Pn) yaitu sebesar 1.618,854 ton dengan 16 tiang, sehingga struktur masuk kategori kriteria aman.
Penurunan (settlement) hasil loading test lebih kecil 10/15,1= 0,66 dari perhitungan, diharapkan penurunan nyata lebih kecil.
Daftar Pustaka
Andi Yusti, (2014). Analisis Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang Diverifikasi dengan Hasil Uji Pile Driving Analyzer Test dan Capwap (Studi Kasus Proyek Pembangunan Gedung Kantor Bank Sumsel Babel di Pangkalpinang), Jurnal Fropil, Vol 2 Nomor 1. Januari – Juni. Jurusan Teknik Sipil Universitas Bangka Belitung.
Das, Braja M. (2016), Principles of Foundation Engineering, Eighth Edition, S1, Global Engineering Publisher, United States of America
Departemen Pekerjaan Umum, (1983), Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung, cetakan kedua, Bandung.
Departemen Pekerjaan Umum, (1987), Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (SKBI-1.3.53.1987), Bandung.
Eko Seftian Randyanto, Josef. E. R. Sumampouw, Sjachrul Balamba, (2015), Analisis Daya Dukung Tiang Pancang dengan Menggunakan Metode Statik dan Calendring Studi Kasus : Proyek Pembangunan Manado Town Square 3, Jurnal Sipil Statik Vol.3 No.9 September 2015 (631-643), Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Sam Ratulangi Manado
Hary Christadi Hardiyatmo, (2002), Mekanika Tanah 1, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Murdopo, (1998), Diktat Kuliah Teknik Pondasi, Universitas Negeri Jakarta, Jakarta.
Sardjono, HS. (1990), Pondasi Tiang Pancang, jilid I, Penerbit PT Sinar Wijaya, Surabaya.
SNI 1727 – 2013, (2013) Beban Minimum untuk Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur lain, Badan Standardisasi Nasional Bandung.
SNI 2847 – 2013, (2013), Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung Badan Standardisasi Nasional Bandung.
SNI SNI 03-1726-2012, (2012). Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Badan Standardisasi Nasional Bandung.
