PEMILIHAN JENIS DAN SPESIFIKASI PONDASI (STUDI KASUS: FLYOVER PETERONGAN, JOMBANG, JAWA TIMUR) Abstrak

Transkripsi

1 PEMILIHAN JENIS DAN SPESIFIKASI PONDASI (STUDI KASUS: FLYOVER PETERONGAN, JOMBANG, JAWA TIMUR) Hendriawan Kurniadi, Tommy Ilyas Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Univeritas Indonesia Abstrak Tulisan ini membahas tentang proses pemilihan jenis dan spesifikasi pondasi pada Proyek Flyover Peterongan. Tiap jenis pondasi memiliki karakteristik masing masing yang cocok digunakan pada situasi dan kondisi tertentu. Pemilihan jenis dan spesifikasi pondasi didasarkan oleh berbagai hal, seperti beban yang bekerja, kondisi tanah, kondisi lingkungan proyek, dan sebagainya. Pada kasus ini digunakan metode properti tanah dan metode N-SPT untuk mendapatkan daya dukung aksial tiang, dan metode Reese and Matlock untuk mendapatkan daya dukung lateral tiang. Berdasarkan berbagai pertimbangan, pondasi yang cocok untuk Proyek Flyover Peterongan ini adalah tiang bor dengan diameter 1,5 m, untuk konfigurasi kelompok tiang yang optimal adalah (2 x 2) + 1. kata kunci: pondasi, tiang pancang, tiang bor, flyover peterongan Abstract This paper deal with selection of type and specification of foundation at Peterongan Flyover Construction Project. Each of foundation type have it s own characteristic that suitable in particular situation and condition. Selection of type and specification of foundation is based on many factors, such as loading, soil condition, environmental condition, and many other factors. In this case, soil property method and N-SPT method are used to determine the axial pile capacity, and Reese & Matlock is used to determine the lateral pile capacity. Based on many considerations, the suitable foundation type for Peterongan Flyover Construction Project is bored pile with 1,5 m diameter. The suitable pile group configuration is (2 x 2) + 1. key word: foundation, driven pile, bored pile, Peterongan Flyover 1. Pendahuluan Berdasarkan metode konstruksinya, pondasi tiang dapat dibedakan menjadi driven pile dan bored pile. Masing masing dari jenis pondasi tiang ini memiliki karakteristik, kelebihan dan juga kekurangan sendiri-sendiri. Dalam pemilihan jenis dan spesifikasi pondasi yang cocok digunakan di suatu sistem struktur, diperlukan pertimbangan yang tepat terkait dengan kondisi

2 proyek, beban yang bekerja, kondisi tanah, dan sebagainya agar mendapatkan spesifikasi pondasi yang optimal. Proyek konstruksi adalah sesuatu yang unik, tidak ada dua proyek yang benar-benar sama persis, setiap proyek memiliki kondisi yang berbeda-beda. Kondisi yang berbeda-beda tersebut bisa dalam artian kondisi tanah, beban yang bekerja, dan sebagainya. Dengan kondisi yang unik tersebut, maka untuk mengakomodasi kebutuhan proyek diperlukan juga desain yang unik untuk masing-masing proyek, termasuk desain pondasi. Pada tulisan ini akan dibahas mengenai pemilihan jenis dan spesifikasi dari pondasi yang optimal pada Proyek Flyover Peterongan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan design pondasi yang optimal untuk Proyek Flyover Peterongan. Dengan desain yang optimal, maka akan tercapai keseimbangan antara daya dukung dengan biaya. 2. Tinjauan Pustaka Berikut akan disajikan teori yang digunakan dalam design pondasi tiang tunggal!! =!! +!! (1) Daya dukung ultimate dari tiang tunggal adalah penjumlahan dari daya dukung bearing (Q b ) dan daya dukung skin friction (Q s ).!! =!!!" (2) Daya dukung ijin (Q a ) adalah daya dukung ultimate dibagi dengan faktor keamanan (F s ). Untuk metode properti tanah pada tanah kohesif digunakan rumus sebagai berikut:!! =!!!!!! (3)

3 !! =!!!! (4)!! =!!! (5) Daya dukung bearing (Q b ) adalah hasil perkalian antara undrained shear strength (c u ), bearing capacity factor (N c ), dan luas bagian bawah tiang (A b ). Nilai Nc yang digunakan adalah 9 (Skempton, 1951). Daya dukung skin friction adalah hasil perkalian antara lekatan antara tiang - tanah dengan luas selimut tiang. Lekatan antara tiang dengan tanah adalah hasil perkalian antara adhesion factor (α) dengan undrained shear strength (cu). Pada tiang pancang, nilai α didapatkan dari gambar 1 di bawah, sedangkan pada tiang bor, nilai α diambil 0,45 (Skempton, 1966). Gambar 1 Grafik α vs Su (Tomlinson, 1969)

4 Untuk metode properti tanah pada tanah granular digunakan rumus sebagai berikut:!! =!!!!!! (6)!! =!!! tan!!! (7) Daya dukung bearing (Qb) adalah hasil perkalian antara tegangan efektif vertikal pada level ujung tiang (σ v), bearing capacity factor (Nq), dan luas bagian bawah tiang (Ab). Nilai dari Nq didapatkan dari gambar 2 di bawah. Daya dukung skin friction (Qs) adalah hasil perkalian antara tegangan vertikal efetif di tengah tiang (σ v), konstantan tekanan lateral (K), tangen dari sudut geser tiang-tanah (tan δ), dan luas selimut tiang (As). Nilai K untuk tiang bor adalah 0,7 (Fleming, 2009), dan untuk tiang pancang adalah 1,2 (Fleming, 2009), Nilai δ berkisar antara 0,75 φ hingga φ (Fleming, 2009), tergantung asumsi sebesar apa sudut geser tiang-tanah. Terdapat batasan pada daya dukung bearing, di mana penetrasi yang lebih dalam di luat batasan ini tidak akan menghasilkan kenaikan daya dukung bearing. Batasan ini berkisar antara 11 hingga 12 MPa (Tomlinson, 1997; American Petroleum Institute, 1997), namun sumber lain ada yang mengatakan 15 MPa (Coyle and Castello, 1981). Gambar 2 Grafik Nq vs φ (Berezantzev et al., 1961)

5 Untuk metode N-SPT digunakan rumus sebagai berikut:!! =!!!! (!"#) (8)!! = α 2,8!! + 10 (!"#) (9) Tegangan bearing adalah hasil kali antara sebuah faktor Kb dengan nilai N-SPT rata-rata di sekitar ujung tiang. Nilai Kb dapat dilihat pada tabel 1 di bawah. Tegangan friksi dirumuskan seperti rumus 9 di atas, dengan α bernilai 1 untuk displacement pile, dan non-displacement pile pada tanah kohesif, atau 0,5-0,6 untuk non-displacement pile pada tanah granular, dan Ns adalah nilai N-SPT rata-rata sepanjang ujung tiang. Tabel 1 Faktor Kb (Hemsley,2000) Pada kelompok tiang, tiang akan bekerja bersama-sama karena diikat oleh pile cap. Jarak antar tiang minimum (center to center) adalah 2,5 B (FHWA, dimana B adalah diameter tiang. Pada kasus pile group ini, terjadi stress concentration pada bagian tanah yang berada di antara tiang, sehingga daya dukung group tiang akan lebih kecil dari daya dukung tiang tunggal dikali jumlah tiang dalam group.!! =!!!! (10) Pada kasus ini, daya dukung ultimate kelompok tiang (Qg) adalah hasil kali antara daya dukung tiang tunggal (Qu), jumlah tiang (n), dan efisiensi group (ϵ). Efisiensi group adalah suatu faktor yang bernilai kurang dari sama dengan satu. Nilai ϵ berkisar antara 0,7 untuk S = 2B, hingga 1 untuk S > 8B.

6 Untuk daya dukung lateral, digunakan metode Reese and Matlock (1956)!! =!"!! (11) T adalah stiffness factor yang tergantung dari kekakuan tiang (EI) dan juga dari coefficient of modulus variation (nh). Nilai dari nh pada tanah granular, dapat didapatkan dari gambar 3 di bawah ini. Gambar 3 Grafik n h vs D r (Garassino et al (1976))

7 Tabel 2 Tabel Hubungan antara D r dengan n Muni Budhu (2011) Dalam pengujian laboratorium, tidak dilakukan pengujian relative density, sedangkan nilai relative density dibutuhkan untuk mendapatkan n h. Solusinya adalah menghubungkan nilai porosity dengan nilai relative density menggunakan tabel di atas. Untuk nilai n h pada tanah kohesif berkisar antara kn/m 3 untuk soft normally consolidated clay, dan 150 kn/m 3 untuk soft organic silt.! =!!!!!!" +!!!!!!!" (12)! =!!!!!!" +!!!!!!" (13)! =!!!" +!!!! (14)! =!!! +!!!!! (15)! =!!!! +!!!!!! (16) Untuk free headed pile, deflection (Y), slope (S), bending moment (M), shearing force (V), dan soil reaction (P) dapat dicari dengan menggunakan rumus di atas. Dengan A y,

8 B y, A s, B s, A m, B m, A v, B v, A p, B p adalah koefisien, H adalah gaya lateral pada kepala tiang, M t adalah moment pada kepala tiang, T adalah stiffness factor, EI adalah kekakuan tiang. Koefisien A y, B y, A s, B s, A m, B m, A v, B v, A p, B p tergantung dari depth coefficient Z dan dapat dilihat pada gambar 4 dan 4 di bawah.! =!! (17) Dimana x adalah kedalaman yang ditinjau, dan T adalah stiffness coefficient.! =!!!!!!" (18)! =!!!" (19)! =!!!! (20) Untuk fixed headed pile, juga mirip dengan free headed pile. Untuk menghitung deflection, bending moment, dan soil reaction dapat menggunakan rumus di atas. Dengan F y, F m, F p adalah koefisien yang dapat dilihat pada gambar 6 di bawah., H adalah gaya lateral di kepala tiang, T adalah stiffness coefficient, dan EI adalah kekakuan tiang.

9 Gambar 4 Grafik Koefisien untuk Free Headed Pile (beban lateral) (Reese and Matlock (1956))

10 Gambar 5 Grafik Koefisien untuk Free Headed Pile (beban momen) (Reese and Matlock (1956))

11 Gambar 6 Grafik Koefisien untuk Fix Headed Pile (Reese and Matlock (1956))

12 Digunakan Metode statis ekuivalen untuk mendapatkan beban lateral gempa.!!" =!!!!! (21) Beban lateral gempa (T EQ ) merupakan hasil perkalian antara koefisien gempa horizontal (K h ), faktor kepentingan (I), dan berat bangunan yang mempengaruhi percepatan gempa (W t ). Untuk faktor kepentingan, dapat dilihat pada tabel 2.3. Tabel 3 Tabel Faktor Kepentingan RSNI T Pembebanan Untuk Jembatan (2005)!! =!! (22) Koefisien gempa horizontal merupakan hasil perkalian antara koefisien geser dasar (C), dengan faktor tipe bangunan (S). Koefisien geser dasar dapat dilihat pada gambar 2.9, dan faktor tipe bangunan dapat dilihat pada tabel 2.4.

13 Gambar 6 Grafik Koefisien Geser Dasar RSNI T Pembebanan Untuk Jembatan (2005)

14 Tabel 4 Tabel Faktor Tipe Bangunan RSNI T Pembebanan Untuk Jembatan (2005)! = 2!!!!!! (23) Waktu getar alami adalah fungsi dari berat bangunan yang mempengaruhi percepatan gempa (W t ), percepatan gravitasi (g), dan kekakuan gabungan sebagai gaya horisontal yang diperlukan untuk menimbulkan satu satuan lendutan pada bagian atas pilar (K p ).!! = 3!!!!!!! (24)

15 Kekakuan gabungan sebagai gaya horisontal yang diperlukan untuk menimbulkan satu satuan lendutan pada bagian atas pilar (K p ) merupakan hasil kali antara 3, elastisitas pier (E c), inersia penampang pier (I c ), dan dibagi dengan tinggi pier (L c ) dipangkat tiga. 3. Analisis Pada umumnya, dalam mempertimbangkan jenis pondasi yang dipilih, akan dipertimbangkan dahulu pemakaian tiang pancang, dengan alasan tiang pancang lebih mudah proses instalasinya, kontrol kualitas lebih mudah, dan harga yang cenderung lebih murah. Jika ternyata memungkinkan digunakan tiang pacang, selanjutnya akan dipertimbangkan material apa yang akan digunakan, pada umumnya digunakan material beton, walaupun dalam kondisi-kondisi khusus seperti proyek di daerah perairan, dapat digunakan tiang plastik atau tiang komposit. Tiang pancang memiliki keterbatasan pada ukuran penampang tiang (yang berarti keterbatasan daya dukung tiang), hal ini terkait dengan kapasitas hammer yang tersedia. Semakin luas penampang tiang pacang, maka semakin tinggi pula kapasitas hammer yang diperlukan untuk pemancangan tiang. Tabel 5 Perkiraan Beban Kerja dan Panjang Maksimum dari Tiang Beton Precast dengan Penampang Persegi (Tomlinson, 2008)

16 Tabel 6 Perkiraan Berat Hammer Minimum yang Diperlukan berdasarkan Design Load dari tiang (Fleming et al, 2009) Dari tabel 5, dapat terlihat bahwa untuk tiang pancang beton 45 cm x 45 cm kapasitasnya antara 50 ton hingga 90 ton, sedangkan untuk beban struktur 2432 ton untuk bentang 31 m, dan 2701 ton untuk bentang 36,6 m. Dapat terlihat perbedaan yang sangat jauh antara kapasitas tiang pancang tunggal dengan beban struktur. Dari tabel 6 juga dapat terlihat bahwa untuk tiang pancang beton design loadnya terbatas 80 ton, dan untuk tiang pancang baja, terbatas 300 ton, masih sangat jauh dari beban struktur. Dengan pertimbangan di atas, diambil keputusan bahwa tiang pancang kurang layak digunakan pada Proyek Flyover Peterongan ini, dan diambil keputusan untuk menggunakan tiang bor. Ukuran tiang bor dapat dibuat jauh lebih besar dibandingkan dengan tiang pancang, sehingga dapat dicapai daya dukung yang diperlukan. Dapat terlihat dari hasil tes tanah, tanah pada proyek ini mengandung banyak pasir, sehingga ada potensi kelongsoran pada lubang hasil galian. Potensi kelongsoran akan lebih besar pada titik bor yang dekat dengan rel kereta, karena kereta yang lewat akan menimbulkan getaran. Dengan pertimbangan tersebut, diambil keputusan untuk menggunakan casing untuk menanggulangi kelongsoran. Pada kasus ini akan di desain pondasi dengan dasar hasil titik bor P1 (mewakili bentang pendek) dan P5 (mewakili bentang panjang). Akan dihitung daya dukung tiang bor dengan dimensi 1 m, 1,5 m, dan 2 m pada masing-masing titik P1 dan P5. Panjang tiang pada titik P1

17 adalah 35 m, dan pada titik P5 adalah 50 m. Daya dukung izin tiang tunggal dapat dilihat pada tabel 7 di bawah. Type Pile Tabel 7 Summary Daya Dukung Allowable Tiang Tunggal Titik P1 (BP 35) P5 (BP 50) I ( =2 m) II ( =1,5 m) III ( =1 m) NB: dalam ton Dari masing-masing type pile pada titik tertentu tersebut, dihitung daya dukung kelompok tiangnya. Konfigurasi kelompok tiang yang dipertimbangkan adalah 2 x 2, (2 x 2) +1, 2 x 3, 3 x 3. Daya dukung kelompok tiang dapat dilihat pada tabel 8 di bawah. Tabel 8 Summary Daya Dukung Allowable Kelompok Tiang Type Pile Kapasitas (ton) 2 x 2 (2 x 2) x 3 3 x 3 P1 P5 P1 P5 P1 P5 P1 P5 I ( = 2 m) 4040,4 3987,2 5050, ,6 5980,8 9090,9 8971,2 II ( = 1,5 m) 2595,6 2539,6 3244,5 3174,5 3893,4 3809,4 5840,1 5714,1 III ( = 1 m) 1439,2 1391, ,5 2158,8 2087,4 3238,2 3131,1 Pile group akan menahan beban dari pier di atasnya, beban dari pier adalah sebagai berikut: Bentang 31 m: Aksial = 2432 ton Lateral = 13 ton Lateral gempa = 683,9 ton Momen x = 3020 ton m Momen y = 324 ton m Bentang 36, 6 m: Aksial Lateral = 2701 ton = 16 ton

18 Lateral gempa = 822,5 ton Momen x = 5028 ton m Momen y = 330 ton m Digunakan pile type II dengan konfigurasi (2 x 2) + 1 untuk semua bentang. Pemilihan konfigurasi pile group ini didasarkan atas beban struktur yang harus ditanggung oleh pondasi, daya dukung pondasi tidak boleh lebih kecil dari beban yang ditanggungnya. Beban aksial yang ditanggung oleh pile adalah beban aksial struktur (beban dari pier), ditambah berat pile cap, sehingga daya dukung pondasi harus agak lebih besar dari beban pier. Untuk layout dari pile group, digunakan spasi 2,5 D center to center, dan jarak center tiang tepi ke tepi pile cap sebesar D. Gambar 7 Desain Kelompok Tiang Untuk tahanan lateral tiang sebesar 690 ton per tiang. Dalam satu pile cap terdapat 5 tiang, sehingga tahanan lateral total per pile group adalah 5 x 690 = 3450 ton. Untuk beban lateral statis hanya 13 ton untuk bentang 31 m, dan 16 ton untuk bentang 36,6 m, sedangkan beban lateral dinamis 683,9 ton untuk bentang 31 m, dan 822,5 ton untuk bentang 36,6 m, sehingga dapat disimpulkan bahwa kapasitas lateral tiang sangatlah mencukupi untuk menahan beban lateral.

19 4. Kesimpulan Jenis pondasi yang cocok digunakan pada Proyek Flyover Peterongan ini adalah tiang bor dengan material beton. Digunakan casing untuk mencegah kelongsoran pada lobang galian tiang bor, terutama pada titik bor yang dekat dengan rel kereta. Kepustakaan Badan Standardisasi Nasional. RSNI T Pembebanan Untuk Jembatan, Fleming, Ken, et al. Piling Engineering. New York: Taylor & Francis, Hemsley, J. A. Design Applications of Raft Foundations. London: Thomas Telford, Tomlinson, Michael, dan John Woodward. Pile Design and Construction Practice. New York: Taylor & Francis, 2008.