PERENCANAAN PONDASI TIANG PANCANG PIPA BAJA PADA PEMBANGUNAN DERMAGA MELAK
ABSTRAK
Pembangunan dermaga ini mempunyai struktur atas berupa beton bertulang, dan bagian bawah pondasi tiang pancang pipa baja. Kekokohan dan kestabilan sebuah struktur tidak hanya ditentukan oleh kemampuan struktur atas (upper structure) dan menahan gaya-gaya yang bekerja.
Selain kemampuan struktur atas, kekuatan struktur bawah (sub structure) juga harus diperhitungkan agar mampu mendukung seluruh beban yang ada baik karena gaya luar maupun karena berat struktur itu sendiri.
Sebuah konstruksi akan mengalami kehancuran atau kegagalan apabila beban yang ada tidak mampu diterima oleh struktur penahannnya, dalam hal ini sangat diperlukan perhitungan pondasi yang benar dan pemilihan pondasi yang tepat untuk menahan konstruksi tersebut.
Pondasi adalah komponen struktur yang berfungsi sebagai penopang bangunan dan meneruskan beban bangunan atas (upper structure) ke lapisan tanah yang cukup kuat daya dukungnya. Pada kondisi tertentu pondasi tidak hanya menerima gaya vertikal dan gaya horizontal, tetapi juga gaya tarik. Dalam hal ini pondasi merupakan suatu bangunan yang memegang peranan penting. Tanpa pondasi yang kuat akan membahayakan bangunan di atasnya, karena akan mengalami keruntuhan atau bahaya-bahaya yang lainnya, sehingga pondasi perlu direncanakan dengan teliti, dengan pemilihan jenis pondasi yang tepat.
Kata Kunci : Pondasi
PENDAHULUAN
Seiring lajunya perkembangan jaman sekarang yang modern, pertumbuhan penduduk yang meningkat sehingga pemerintah banyak melakukan pembangunan yang merata.
Transportasi merupakan sarana dan prasarana yang sangat berperan penting dikehidupan sekarang, baik transportasi darat, sungai, udara dan laut. Oleh karena itu pula pemerintah sering melakukan perbaikan-perbaikan berbagai infrastruktur yang sudah lama dan rusak yang bisa membahayakan dan selain itu juga bisa memberi kenyamanan kepada masyarakat.
Kota Samarinda sebagai ibukota Provinsi Kalimantan Timur mempunyai peranan penting dalam pembangunan wilayah, terutama sekali untuk pengembangan Provinsi Kalimantan Timur itu sendiri. Dalam hal ini pemerintah kota Samarinda khususnya Dinas Perhubungan melakukan Pembangunan Dermaga Sungai yang berada di Kecamatan Melak, Kabupaten Kutai Barat merupakan salah satu pembangunan sarana transportasi angkutan sungai yang bertujuan sebagai tempat pangkalan angkutan barang dan penumpang di daerah tersebut sehingga bisa berperan penting untuk pelayanan masyarakat.
Pembangunan dermaga ini mempunyai struktur atas berupa beton bertulang, dan bagian bawah pondasi tiang pancang pipa baja. Kekokohan dan kestabilan sebuah struktur tidak hanya ditentukan oleh kemampuan struktur atas (upper structure) dan menahan gaya-gaya yang bekerja.
Selain kemampuan struktur atas, kekuatan struktur bawah (sub structure) juga harus diperhitungkan agar mampu mendukung seluruh beban yang ada baik karena gaya luar maupun karena berat struktur itu sendiri.
Sehingga dalam penulisan tugas ini penulis berupaya dapat melakukan perancangan pondasi tiang pancang pipa baja dengan baik pada Pembangunan Dermaga di Kecamatan Melak, Kabupaten Kutai Barat, Provinsi Kalimantan Timur tersebut.
TINJAUN PUSTAKA
Tiang Pancang Baja (Steel pile)
Jenis tiang pancang baja yang digunakan dapat berupa pipa baja dengan ujung terbuka atau tertutup, pipa baja terisi beton, profil H, profil WF, profil I. Pada umumnya penggunaan tiang baja dengan ujung terbuka, akan menghasilkan perpindahan yang besar pada tanah sekitar
tiang yang diakibatkan oleh desakkan tiang pada waktu pemancangan (small displacement pile) dibandingkan dengan penggunaan tiang beton yang menghasilkan perpindahan yang kecil pada tanah sekitar tiang yang diakibatkan oleh desakkan tiang pada waktu pemancangan (large displacement pile). Sistem sambungan yang digunakan dalam proses penyambungan dapat berupa sambungan las, paku keling dan sambungan baut, hanya saja dalam proses pemancangan pada kondisi tanah dengan lapisan bantuan memerlukan perkuatan pada ujung tiang. Selain itu, hal yang sangat penting adalah pencegahan terhadap korosi, dimana baja sangat rentan terhadap korosi sehingga sangat perlu diperhatikan perlindungan terhadap baja dari serangan korosi apabila lokasi pemancangan pada tanah asli korosi yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan dengan lokasi pemancangan pada tanah urugan sehingga perlu melapisi tiang dengan cat, dibungkus beton, dilapisi dengan zat-zat kimia pencegah korosi atau menggunakan baja yang terbuat dari campuran khusus anti korosi.
Kapasitas tiang baja dapat dihitung berdasarkan :
(2.0) Dimana :
Qa = kapasitas tiang baja.
Ap = luas total tiang.
fs = tegangan ijin baja.
Karena terbuat dari baja maka kekuatan dari tiang ini sendiri adalah sangat besar sehingga dalam transport dan pemancangan tidak menibulkan bahaya patah seperti halnya pada tiang pancang beton precast. Jadi pemakaian tiang pancang baja ini akan sangat berfaedah apabila kita memerlukan tiang pancang yang panjang dengan tahanan ujung yang besar.
Kelemahan tiang pancang baja ini adalah terhadap karat (korosi). Tingkat karat pada tiang pancang baja ini sangat berbeda-beda terhadap texture (susunan butir) dari komposisi tanah, panjang tiang yang berada dalam tanah dan keadaan kelembaban tanah (moisture content). Pada tanah yang mempunyai texture yang kasar/kesap, maka karat yang terjadi karena adanya
Qa = Ap . fs
sirkulasi air dalam tanah tersebut hamper mendekati keadaan karat yang terjadi pada udara terbuka (atmosphere). Pada tanah liat (clay) yang mana kurang mengandung oxygen maka akan menghasilkan tingkat karat yang mendekati keadaan seperti karat yang terjadi karena terendam air.
Tanah-tanah yang mengandung korosive
Menurut penyelidikan para ahli tanah-tanah yang dapat menyebabkan karat antara lain ialah :
- Tanah-tanah rawa.
- Tanah-tanah paya dan tanah-tanah yang mengandung alkali.
- Bahan-bahan yang terdapat di dalam tanah yang dapat menyebabkan karat antara lain ialah :
- Timbunan arang - Asam
- Bekas-bekas terak, abu api.
- Alkali yang terdapat pada tanah.
- Bahan-bahan buangan dari industri-industri dan tambang-tambang.
Macam-Macam Tiang Pancang Baja
a. Menurut cara pemindahan beban tiang pancang dibagi 2 yaitu : - Point bearing pile (End bearing pile)
Tiang pancang dengan tahanan ujung. Tiang ini meneruskan beban melalui tahanan ujung ke lapisan tanah keras.
- Friction pile
Tiang pancang dengan tahan kulit. Tiang pancang ini meneruskan beban ke tanah melalui geseran kulit.
b. Menurut bahan dibagi menjadi antara lain yaitu : - Tiang pancang baja profil H
- Tiang pancang baja profil lingkaran.
(Sumber : Pondasi Tiang Pancang, Ir. Sardjono HS, 1996)
Gambar 2.1 penampang pipa dan profil H 2.3.1 Spesifikasi pondasi tiang pancang.
2.3.1.1 Kedalaman tiang (meter)
Kedalaman tiang didasarkan atas hasil analisis terhadap data tanah. Berdasarkan hasil penyelidikan tanah dapat ditentukan pada lapisan mana ujung tiang pancang sebaiknya diletakkan. Umumnya ujung tiang pancang dimasukkan sedalam 2–3 kali diameter tiang kedalam lapisan penahan ujung. Program/software ini mengasumsikan bahwa pada lapisan dimana ujung tiang pancang diletakkan, lapisan tersebut hanya akan memberikan tahanan ujung ( kontribusi dari gesekan diabaikan)
2.3.1.2 Tipe pondasi tiang
Secara umum dibagi menjadi 2 macam yaitu Tiang Pancang untuk pondasi tiang yang tidak membutuhkan pengeboran terlebih dahulu dan Tiang Bor untuk pondasi tiang dimana tanah dibor terlebih dahulu.
2.3.1.3 Diamater tiang (m)
Diameter tiang didasarkan atas rencana diameter pondasi yang akan digunakan. Untuk kasus tiang dengan bentuk tidak bundar, dapat digunakan luasan ekivalen untuk menentukan diameter tiang
2.3.1.4 Luas dasar efektif tiang (m)
Luas dasar tiang akan berguna untuka menentukan tahanan ujung dari tiang. Untuk tipe pondasi tertentu, ujung tiang dibuat lebih besar untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Tabel 5.3 dapat digunakan sebagai referensi untuk menentukan Luas Efektif Tiang
Perhitungan Tiang Pancang 2.8.1 End Bearing Pile
Tiang pancang yang tertahan pada ujungnya. Tiang pancang yang dihitung berdasarkan pada tahanan ujung (end bearing pile) ini dipancang sampai pada lapisan tanah keras, yang mampu memikul beban yang diterima oleh tiang pancang tersebut.
Lapisan tanah keras ini dapat merupakan lempung keras sampai pada batu-batuan tetap yang sangat keras.
a. Bila lapisan tanah keras tersbut terdiri dari batuan keras maka penentuan daya dukung tidak menjadi soal. Dalam hal ini daya dukung tiang akan tergantung pada kekuatan bahan tiang itu sendiri.
b. Bila lapisan tanah keras tersebut akan terdiri dari lapisan pasir maka daya dukung tiang tersebut akan sangat tergantung pada sifat-sifat lapisan pasir tersebut terutama mengenai kepadatan lapisan pasir ini.
- Kemampuan tiang terhadap kekuatan bahan
(2.3) Dimana :
Ptiang = kekuatan yang dizinkan pada tiang pancang (kg)
σbahan = tegangan tekan izin bahan tiang (kg/cm2)
Atiang = luas penampang tiang pancang (cm2)
- Terhadap kekuatan tanah berdasarkan konus
(2.4) Dimana :
Qtiang = daya dukung tiang (kg)
Atiang x p Qtiang = ---
3 Ptiang = σbahan x
Atiang
P = nilai konus dari hasil sondir (kg/cm2) 3 = faktor keamanan
Dengan perumusan Terzhagi
(2.5) Dimana :
Qtiang = daya dukung tiang (kg)
q = daya dukung tanah (kg/cm2) 3 = faktor keamanan
2.8.2 Friction Pile
Bila lapisan tanah keras letaknya sangat dalam sehingga pembuatan dan pemancangan tiang sampai lapisan tanah keras sangat sukar dilaksanakan, maka dalam hal ini kita pergunakan tiang pancang yang daya dukungnya berdasarkan pelekatan antara tiang dengan tanah (cleef).
Hal ini sering terjadi bila kita memancangkan tiang dalam lapisan lempung, maka perlawanan pada ujung tiang akan jauh kecil daripada perlawanan akibat pelekatan antara tiang dan tanah (cleef), karena itu untuk menghitung daya dukung tiang yang kita pancangkan dalam lempung kita harus dapat menentukan besarnya gaya pelekatan antara tiang dengan tanah.
- Kemampuan tiang berdasarkan hasil sondir
(2.6) Dimana :
Qtiang = daya dukung tiang (kg)
L = panjang tiang yang masuk dalam tanah (cm) Atiang x q
Qtiang = --- 3
O x L x c Qtiang = ---
5
O = keliling tiang pancang (cm) C = harga cleef rata-rata (kg/cm2) 5 = angka keamanan
2.8.3 End Bearing pile And Friction Pile
Jika kita dapat memancang tiang sampai ke tanah keras melalui lapisan tanah lempung, maka untuk menghitung daya dukung tiang disini kita perhitungkan baik berdasarkan pada tahanan ujung (end bearing) maupun tahanan pelekatan kulit tiang dengan tanah ( friction pile).
- Kemampuan tiang terhadap kekuatan tanah :
(2.7) Dimana :
Qtiang = daya dukung tiang (kg)
L = panjang tiang yang masuk dalam tanah (cm) O = keliling tiang pancang (cm)
C = harga cleef rata-rata (kg/cm2) 5 = angka keamanan
3 = angka keamanan
2.8.4 Tiang pancang dalam kelompok (pile goup) 2.8.4.1 Jarak antara tiang dalam kelompok.
Berdasarkan pada perhitungan. Daya dukung tanah oleh Dirjen Bina Marga Departemen P.U.T.L disyaratkan :
Atiang x p O x L x c Qtiang = --- + ---
3 5
S ≥ 2,5 D
S ≥ 3 D
Dimana :
S = jarak masing-masing tiang dalam kelompok.
D = diameter tiang
Biasanya disini disyaratkan pula jarak antara 2 tiang dalam kelompok tiang (Ir. Sardjono HS) :
- Minimum 0,6 m - Maksimum 2 m
Daya dukung kelompok tiang (pile group)
Dalam menentukan daya dukung kelompok tiang tidak cukup hanya dengan meninjau daya dukung satu tiang yang berdiri sendiri (single pile) dikalikan dengan banyaknya tiang dalam kelompok tiang tersebut, sebab daya dukung kelompok tiang ( pile group) belum tentu sama daya dukung satu tiang ( single pile) dikalikan dengan jumlah tiang.
Kelompok tiang yang terdiri dari “ point bearing pile ”
Tiang-tiang pancang dalam kelompok ini dipancang sampai mencapai tanah keras sehingga perhitungan daya dukung tiang ini berdasarkan pada tahanan ujung (end bearing).
Dalam hal seperti ini maka, kemampuan tiang dalam kelompok tiang adalah sama dengan kemampuan tiang yang berdiri sendiri dikalikan dengan banyaknya tiang.
(2.8) Dimana ;
Qpg = daya dukung kelompok tiang (pile group).
Qpg = n x Qs
Qs = daya dukung tiang yang berdiri sendiri (single group).
n = banyaknya tiang pancang.
Kelompok tiang yang terdiri dari “ friction pile “
Tiang-tiang pancang dalam kelompok ini tidak dipancang sampai mencapai tanah keras oleh karena lapisan tanah keras letaknya terlalu dalam sehingga pemancangan tiang sampai lapisan tanah keras tersebut tidak mungkin atau sangat sukar pelaksanaannya. Daya dukung kelompok tiang dapat dihitung berdasarkan beban yang diizinkan di atas satu tiang :
(2.9) Dimana :
Qpg = daya dukung yang diizinkan pada kelompok tiang pancang.
n = banyaknya tiang pancang.
Qa = beban yang diizinkan di atas satu tiang pancang tersendiri.
Effisiensi kelompok tiang pancang (pile group)
Perumusan dari “ Uniform Building Code “ dari AASTHO Disini disyaratkan :
(3.0) Dimana :
S = jarak antara tiang (as-as) d = diamter tiang pancang m = banyaknya baris
n = banyaknya tiang pancang per-baris 1,57 x d x m x n
S < --- (M + n) - 2
Qpg = n x Qa
- Effisiensi satu tiang dalam kelompok :
(3.1) Dimana :
m = jumlah baris
n = jumlah tiang dalam satu baris Ө = Arc tan d/s (derajat)
d = jarak antar tiang (as ke as) PEMBAHASAN
4.1 Perancangan Tiang Diketahui :
Beban Total P :
Beban pos = 115325 kg
Beban dak + balok = 74311 kg P = 189636 kg qc = 166,87 kg/cm2
d = 45 cm
L = 21 m
4.1.1 Peracangan Pondasi Tiang Pancang Pipa Baja Diketahui :
Ө ( n – 1) m +( m – 1 ) n Eff . η = --- ---
90 m . n
Luas penampang tiang (A) = ¼ x π x d2
= ¼ x 3.14 x (45) 2
= 1589,525 cm2 Tegangan ijin baja (δ) = 240 Mpa - Berdasarkan kekuatan bahan
Qb = δbahanx A
= 240 x 1589,625
= 374310 kg
- Berdasarkan tahan ujung (end bearing)
Qu
A = Luas penampang qc = Nilai konus 3 = Angka keamanan
Qu
= 88240, 24 kg
- Berdasarkan tahanan kulit (friction) Keliling tiang = 3,14 x 45 = 141,3 cm
Nilai friction di dapat pada tabel data sondir sampai pada kedalaman 21 m.
Nilai lekatan tanah (clef) rata-rata dibagi 4 bagian yaitu :
1. 0 - 5 m
= 0,120 2. 5 - 10 m
= 0,559 3. 10 - 15 m
= 0,609 4. 15 - 20 m
= 0,805
Jumlah cleef (c) = 2,135 kg/cm2
Qf
o = keliling tiang
L = Panjang tiang masuk dalam tanah 5 = Angka keamanan
Qf
= 1267,037 kg Jadi,
Qu = Qt + Qf
= 88.240, 24 kg + 1267,037 kg
= 89507,277 kg 4.1.2 Jumlah Tiang
P dengan diameter 45 cm =
= 2,118 → 4 Di coba dengan menggunakan 4 Tiang
Dicoba dengan menggunakan pile cap ukuran : B = 2700 mm → 2,7 m
L = 2700 mm → 2,7 m H = 1200 mm → 1,2 m
2.70
2.70
Gambar 4.1 Rencana Pile Cap dan Jumlah Tiang Volume pile cap = 2,7 x 2,7 x 1,2
= 8,748 m3
Beban pile cap = 8,748 x 2,4 t/m
= 20,995 Ton
Kembali dicoba dengan beban P setelah ditambah dengan berat pile cap : Beban total P :
Beban pos = 115325 kg
Beban dak + balok = 74311 kg
Beban pile cap = 20995 kg P = 210631 kg
P dengan diameter 45 cm =
= 2,335 → 4 Dicoba dengan mengguanakan 4 Tiang Kontrol dimensi pile cap → Ok
4.1.3 Jarak Tiang
S > 2,5 D → D > (2,5 x 45) = 112,5 diambil → 120 cm S < 2 m → S < 200 cm → Ok
2.70
1.20
1.20
2.70
0.75
Gambar 4.2 Jarak Tiang 4.1.4 Perhitungan Efisiensi Tiang atau Kelompok Tiang
Menurut rumusan Converse – Labare E = 1 – ϕ
Dimana ;
m = jumlah baris
n = jumlah tiang dalam baris d = diameter tiang
ɸ = arc tan d/s
= 45/200
= 0,4 → arc tan 0,4 = 21,8 E = 1 – 21,8
E = 1 – (21,8 x 0,0111) E = 0,758
Jadi,
Qtotal = E x Jumlah Tiang x Qu
= 0,758 x 4 x 89507,277
= 271386,064 kg Kontrol
Qtotal > Ptotal
271386,064 kg > 210631 kg → Aman 4.1.5 Perhitungan Penulangan Isian Tiang
Diketahui ; fc = 22,5 fy = 400
A = 1589,625 → 158962,5 mm Pu = Qu = 89507,277
h = 300 cm → 3000 mm
Nilai reduksi ɸ = 0,65 (untuk menerima beban aksial), transpormasi tiang menjadi persegi delapan ekivalen sehingga h menjadi 0,8 x 3000 = 2400 mm.
b =
b =
= 662,344 mm d = 0,5 (h + (2d)/3)
= 0,5 (2400 + (2x3000)/3)
= 0,5 x 4400
= 2200 mm
Tulangan tiang direncankan simetris saling berhadapan sehingga : Ast = 0,01 x b x d
Ast = 0,01 x 662,344 x 2200
= 14571,563 mm
Pn = 0,85 x fc x (A-Ast) + (fy x Ast)
= 0,85 x 22,5 x (158962,5-14571,563) + (400 x 14571,563)
= 2761476,67 + 5828625,2
= 8590101,87 Pn = 859010,187 N Kontrol :
ɸ x Pn > Pu
0,65 x 859010,187 > 89507,277
558365,6216 kg > 89507,277 kg → Ok
Dicoba dengan memasang masing-masing 8 D 19 berhadapan pada dua sisi, sehingga untuk masing-masing luas penampang batang adalah :
8 D 19 = 0,25 x 3,14 x d2 x jumlah batang
= 0,25 x 3,14 x (190 mm)2 x 8
= 226708 mm > 14571,563 mm → Ok
Gambar 4.3 Penulangan Isian Tiang (Spiral) 4.1.6 Perhitungan Tiang Miring
0.50 1.20
2.70
Gambar 4.4 Pile Cap dan Pormasi Tiang
Gaya vertikal yang didukung oleh tiang miring, dengan kemiringan terhadap garis horizontal pile cap (ctg Ө = m) adalah :
Ctg 95 = 0,978
Qn = Qv x
Qn = 210631 x
Qn = 210631 x 1,4144
Qn = 297916,4864 kg < 558365,6216 kg → Ok
Gaya horizontal (transversal) yang bekerja pada tiang dengan kemiringan m, adalah :
Qh = Qn x
Qh = 297916,4864 x
Qh = 297916,4864 x 1,4144
Qn = 421373,0784 kg < 558365,6216 kg → Ok
PENUTUP Kesimpulan
Dari perhitungan yang telah dilakukan bahwa perancangan tiang dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Kekuatan tanah terhadap tahanan ujung (end bearing) = 88240, 24 kg 2. Kekuatan tanah terhadap tahanan kulit (friction) = 1267,037 kg 3. Qultimit = 88240, 24 kg + 1267,037 kg = 89507,277 kg
4. Jumlah tiang direncanakan dalam kelompok digunakan 4 tiang
5. Jarak antar tiang dalam kelompok dipakai 120 cm 6. Efisiensi tiang atau kelompok Tiang = 271386,064 kg
7. Tulangan isian tiang atau spiral digunakan besi diameter 19 dengan jumlah 8 bh (8 D 19) dalam satu tiang.
8. Tiang miring
- Gaya vertikal sebesar = 297916,4864 kg - Gaya horizontal sebesar = 421373,0784 kg
Saran
1. Dari hasil perhitungan di atas sebaiknya diperlukan data tanah yang memadai agar tidak terjadi kesalahan dalam pembangunan struktur.
2. Dalam mendesain pondasi sebaiknya diperhatikan kekuatan pondasi tersebut agar pondasi bangunan kuat dan kokoh.
DAFTAR PUSTAKA
1. Hary Christady Hardiyatmo, Mekanika Tanah 2. Penerbit GAdjah Mada University Press, Yogyakarta,2007.
2. Hary Christady Hardiyatmo, Teknik Fondasi I. Beta Offset, Yogyakarta, 2006.
3. Ir.Sardjono HS, Pondasi Tiang Pancang. Penerbit Sinar Wijaya, Surabaya, 1996.
4. Josephe E. Bowles, Foundation Analysis and Design. Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988.