BAB VII. Pile Driving Analyzer Test (PDA)

BAB VII Pile Driving Analyzer Test (PDA) 7.1 Uraian Umum Pondasi tiang adalah salah satu bagian dari struktur yang digunakan untuk menerima dan menyalurkan beban dari struktur atas ke tanah pada kedalaman tertentu, biasanya karena lapisan tanah kuat terletak sangat dalam. Pondasi tiang juga digunakan untuk mendukung bangunan yang menahan gaya angkat ke atas dan bangunan dermaga yang cenderung menerima beban lateral yang besar. Pada tanah, pondasi tiang dimaksudkan untuk memadatkan tanah sehingga kapasitas tanah tersebut dapat bertambah dan mampu mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah tergerus oleh air. Dengan adanya kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terus berkembang membuat perkembangan dan pembangunan gedung bertingkat tinggi selalu bertambah setiap tahunnya khususnya pada daerah perkotaan yang ingin memajukan daerahnya. Hal ini yang menyebabkan mengapa pondasi tiang sangat dibutuhkan dan terus meningkat kebutuhannya, karena pada gedung bertingkat tinggi penggunaan pondasi konvensional (sederhana) sudah tidak lagi memungkinkan. Hal ini dikarenakan pada gedung bertingkat tinggi memiliki beban vertikal dan beban lateral yang besar yang harus ditahan oleh pondasi dari struktur atas. Selain itu kondisi geografis indonesia yang rawan terhadap gempa memungkinkan pentingnya suatu analisis percobaan mengenai daya dukung pondasi tiang. VII-1

Pada umumnya untuk menentukan daya dukung pondasi biasanya menggunakan metode Conus Penetration Test (CPT) dan Standard Penetration Test (SPT). Tetapi setelah tahap akhir pelaksanaan tiang pancang/bor biasanya jarang kontraktor mengevaluasi untuk tahap selanjutnya apakah daya dukung pondasi tiang sesuai dengan perkiraan semula dan bagaimana kualitas pengerjaannya. Sedangkan banyak kegagalan bangunan akibat kegagalan pondasi yang tidak dapat diperbaiki sehingga seluruh bangunan tidak dapat berfungsi lagi atau untuk perbaikannya memerlukan biaya tinggi. Salah satu cara untuk mengevaluasi daya dukung pondasi tiang dengan menggunakan metode uji beban statik (Hardjsaputra,H, 2006) yaitu pembebanan langsung tiang pondasi dengan besar beban 200% atau 300% daya dukung ijin tiang.. Uji beban skala penuh (Static Load Test) ini merupaka metode yang paling dapat dipercaya tapi memiliki beberapa kekurangan yaitu : 1. Membutuhkan biaya yang besar 2. Waktu yang relatif lama 3. Bahaya bagi pekerja karena tumpukan blok-blok beton yang digunakan untuk pengujian (Setio dkk, 2000). Untuk mengatasi hal tersebut kini berkembang uji beban dinamis High Strain Dynamics Pile Tests (HSDPT) atau sering disebut Pile Driving Analyzer (PDA) Test. Uji beban dinamis memiliki beberapa keuntungan antara lain (Mhaiskar, SY dkk, 2010 dan Vaidya, Ravikiran dkk, 2006) : 1. Dalam satu hari dapat dilakukan test beberapa tiang sehingga menghemat waktu. 2. PDA Test (Pile Driving Analyzer Tests) membutuhkan ruang relatif kecil. VII-2

3. Mengevaluasi daya dukung dan integritas struktural tiang. 4. Mengevaluasi penurunan (settlement) tiang. 7.2 Pile Driving Analyzer Test Salah satu sistem pengujian pondasi tiang adalah dengan menggunakan Pile Driving Analyzer (PDA). Pile Driving Analyzer (PDA) adalah suatu sistem pengujian dengan menggunakan data digital komputer yang diperoleh dari strain transducer dan accelerometer untuk memeperoleh kurva gaya dan kecepatan ketika tiang dipukul menggunakan palu dengan berat tertentu. Hasil dari pengujian PDA terdiri dari kapasitas tiang, penurunan, energi palu, dan lain lain. Pada umumnya, pengujian dengan metode PDA dilaksanakan setelah tiang mempunyai kekuatan yang cukup untuk menahan tumbukan palu. Metode lain yang dapat digunakan untuk menahan tumbukan adalah dengan menggunakan cushion, merendahkan tinggi jatuh palu dan menggunakan palu yang lebih berat. Melihat permasalahan di atas, maka dibutuhkan PDA test, sehingga dapat memberikan informasi awal mengenai kondisi tanah dan daya dukung tanah. Dengan adanya data hasil PDA test tersebut dapat membantu dalam proses pembangunan bangunan yang aman dan nyaman. PDA test digunakan untuk mengevaluasi daya dukung tiang, integritas/keutuhan tiang dan penurunan tiang. Dengan kemampuannya tersebut PDA test digunakan pada proyek Purna Wira Polri sebagai tes tambahan karena korelasi antara Conus Penetration Test (CPT) dan Standard Penetration Test (SPT) hampir menyerupai. VII-3

Gambar 7.1 PDA Test 7.3 Lingkup Pengujian Pengujian dilakukan terhadap lima (5) tiang persegi dengan dimensi 250x250 mm dan panjang total saat pengujian sebesar 15 m. Karakteristik tiang yang diuji disampaikan dalam Tabel 1 dibawah ini : Tabel 7.2 Karakteristik tiang yang diuji VII-4

7.4 Denah Titik Pengujian PDA Test Gambar 7.3 Denah titik pengujian PDA Test 7.5 Peralatan PDA Test Berikut ini peralatan yang digunakan pada saat pengujian tiang dengan PDA Test : 1. Pile Driving Analyzer Gambar 7.4 Pile Driving Analyzer VII-5

2. Sensor Strain Transducer dan Sensor Accelerometer Gambar 7.5 Strain Transducer dan Accelerometer 3. Kabel Penguhubung Pile Driving Analyzer dengan Sensor Strain Transducer dan Accelerometer 7.6 Pengujian Tiang dengan PDA (Pile Driving Analyzer) 7.6.1 Pengujian Tiang dengan Cara Dinamis Pada dasarnya pengujian tiang dengan cara dinamis didasarkan pada analisis data data hasil rekaman getaran gelombang yang terjadi pada waktu tiang dipukul dengan sumber impact. Dua buah transducer dan dua buah accelerometer yang dipasang pada bagian atas tiang berfungsi sebagai alat ukur regangan dan percepatan gelombang akibat tumbukan sumber impact. Tujuan pemasangan dua buah instrumen utuk masing-masing pengukuran adalah untuk mendapatkan data yang baik (rata-rata) disamping sebagai alat faktor keamanan apabila salah satu instrumen tidak bekerja dengan baik. Hasil pengukuran yang diperoleh tersebut direkam dengan alat Pile Driving Analyzer (PDA).PDA sendiri menganalisis hasil pengukuran dengan metode yang VII-6

dikenal dengan nama Case Method dimana metode tersebut didasarkan pada teori gelombang satu dimensi. 7.6.2 Pemasangan Instrumen Pengujian degan cara dinamis dilakukan untuk memperkirakan daya dukung aksial pondasi tiang.oleh karena itu,pemasangan instrumen harus dilakukan sedemikian rupa sehingga pengaruh lentur yang mungkin terjadi selama penumbukan dapat dihindari. Untuk tiang segi empat, transducer dan accelerometer dipasang simetris pada garis netral tiang. 7.6.3 Tahap Persiapan Pada tahap persiapan ada beberapa hal yang harus dilakukan yaitu: 1. Pengumpulan data informasi meliputi : Tanggal Pemancangan Panjang tiang dan ukuran penampang Panjang tiang yang masuk kedalam tanah 2. Pengeboran lubang untuk memasang strain transducer dan accelerometer pada tiang 7.6.1 Tahap Pelaksanaan : Prosedur pengujian dengan menggunakan PDA dilakukan sesuai dengan peraturan ASTM D4945.Oleh karena itu,tiang tekan yang diuji sudah dalam keadaan tertanam,maka untuk pengujian tiang ditumbuk beberapa kali. Untuk tiang tekan yang diuji,tumbukan dilakukan kira-kia sebanyak 2-4 kali.tumbukan dihenikanb setelah diperoleh kualitas rekaman yang cukup baik dan energi tumbukan yang tinggi.dengan demikian jumlah tumbukkan yang diperlukan ditentukan oleh fluktuasi besarnya energi yang sesungguhnya diterima oleh tiang. VII-7

Disamping itu, kualitas rekaman juga tergantung dari ketepatan pemasangan instrumen serta kinerja komputer dan sistem elektronik.apabila instrumen tidk terpasang dengan baik atau sistem komputer tidak bekerja seperti yang dihaapkan,hal ini akan segera diketahui dari beberpa rekaman blow awal. Selama diproyek pura wira polri semua sistem elektronik berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Berat hammer untuk PDA test, Robinson dkk (2002) menyarankan untuk menggunakan berat hammer (W) yang tergantung kapasitas ultimate tiang (Qu) yaitu : 1. W/Q = 1% untuk jenis tanah kohesif kaku atau bebatuan 2. W/Q = 1,5% untuk jenis tiang friksi pada umumnya 3. W/Q = 2% untuk pondasi tiang bor dengan jenis tanah daya dukung ujung pondasi tanah berbutir kasar (grained coarse soils) dengan ketinggian jatuhnya antara 0,25 m s/d 1,5 m. Sedangkan jumlah pile yang akan diuji antara 0,5 2 % dari seluruh jumlah tiang pancang/bor (Mhaiskar, SY dkk, 2010). Adapun tahapan pelaksanaan pengujiannya adalah, sebagai berikut : 1. Pengujian tiang dilakukan dengan menempatkan 2 pasang sensor secara berlawanan. Satu pasang sensor terdiri dari pengukur regangan (strain transducer) dan pengukur percepatan (accelerometer) yang dipasang dibawah kepala tiang (minimum jarak dari kepala tiang ke transducer 1,5D 2D, dimana D adalah diameter tiang) sehingga ada jarak bebas pada saat tumbukan. VII-8

Gambar 7.6 Pemasangan Strain Transducer dan Accelerometer 2. Akibat tumbukan hammer pada kepala tiang, sensor akan menangkap gerakan yang timbul dan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang kemudian di rekam dan diproses dengan Pile Driving Analyzer (PDA) model PAX. Hasil rekaman PDA dianalisa lebih lanjut dengan software CAPWAP. Gambar 7.7 Proses Tumbukan 3. CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) adalah program aplikasi analisa numerik yang menggunakan masukan data gaya (force) dan kecepatan (velocity) yang diukur oleh PDA. Kegunaan program ini adalah untuk memperkirakan distribusi dan besarnya gaya perlawanan tanah total sepanjang tiang berdasarkan modelisasi sistem tiang-tanah yang dibuat dan memisahkannya menjadi bagian perlawanan dinamis dan statis. VII-9

Gambar 7.8 Skema Pengujian PDA Test 7.7 Hasil Pengujian 7.7.1 Keutuhan Tiang (Pile Integrity) Analisis mangenai keutuhan tiang berdasarkan hasil rekaman PDA dilakukan sebagai berikut: a. Karasteristik kurva F (gaya) dan V (kecepatan) Apabila terjadi retak pada tiang,maka kurva F akan turun dan kurva V akan naik pada saat yang sama. Gambar 7.9 Kurva F dan V VII-10

b. Apabila karasteristik kurva F dan V di temukan seperti dalam butir a, maka tingkat kerusakan dapat diperkirakan dari nilai BTA. Nilai BTA ini menunjukkan besarnya penampang yang masih efektif dan dinyatakan dalam persentase. Berikut peentuan kerusakan dari nilai BTA. BTA (%) Tabel 7.2 Nilai BTA Penilaian 100% Tidak ada kerusakan 80-99% Kerusakan ringan 60-79% Kerusakan serius < 60% Patah sumber : Proyek Dari hsil analisis kurva F dan V ternyata kondisi seperti diuraikan dalam butir a terjadi pada 1. Tiang L-12,13,M-15 dan P-13. Pantulan terjadi dilokasi sekitar 6 m (sekitar lokasi sambunngan pertama dari kepala tiang. Diperkirakan sambungan tiang yang kurang sempurna. 2. Tiang O-13 dan O-14 pantulan terjadi dilokasi sekitar 3 m (sekitar lokasi sambungan pertama) dari kepala tiang. Diperkirakan sambungan tiang kurang sempurna. VII-11

7.7.2 Efisiensi Energi Tumbukan (Transferred Energy Efficiency) Ringkasan efisiensi energi tiang selama pengujian PDA (menggunakan drop hammer 1 ton dengan tinggi jatuh sekitar 80 cm- 120 cm), diberikan pada gambar dibawah ini. Gambar 7.10 Efisiensi Energi Hammer 7.7.3 Daya Dukung Tiang Daya dukung aksial pondasi tiang diperkirakan dengan menganalisis rekaman yang terbaik, yaitu rekaman gelombang yang dihasilkan oleh gelombang yang memberikan energi tertinggi. Selain itu, diusahakan untuk memilih tumbukan yang mula-mula, yaitu pada saat dimana gaya lengketan tanah yang bekerja pada dinding pondasi tiang masih maksimum sehingga lebih menggambarkan daya dukung yang mendekati kedaan waktu tiang akan menahan beban pada bangunan. Perhitugan daya dukung tiang bisa di hitung manual dengan menggunakan data tanah seperti data sondir,data Standart Penetration Test (SPT). Adapaun rumus untuk perhitungan daya dukung tiang dengan manual adalah sebagaiberikut: 1. Rumus perhitungan kapasitas daya dukung tiang menggunakan data sondir Kapasitas daya dukung ultimit di tetukan dengan persamaan sebagai berikut: Qu = Qb + Qs = qb. Ab + f. As VII-12

Dimana : Qu=Kapasitas daya dukung aksial ultimit tiang pancang Qb=Kapasitas tahanan di ujung tiang Qs=Kapasitas tahanan kulit qb=kapasitas day dukung ujung tiang persatuan luas Ab=Luas diujung tiang f=satuan tahanan kulit Dalam daya dukung aksial ultimet (Qu)dipakai Metode Aoki dan De Alencar: qb = qca(base) Fb Dimana: qca(base)=perlawanan konus rata-rata 1,5D batas ujung tiang dan Fb adalah faktor empirik tergantung tipe tanah. Tahanan kulit persatuan luas (f) diprediksi sebagai berikut: F = qc(side) αs Fs Dimana : qc (side)=perlawanan konus rata-rata pada lapisan sepanjang tiang Fs=Faktor empirik tergantung pada tipe tanah Fb=Faktor empirik yang tergantung pada tipe tanah Untuk menghitung daya dukung tiang pancang berdasarkan data hasil pengujian sondir dapat dilakukan dengan menggunakan metode Mayerhof. Daya dukung ultimate pondasi tiang dinyatakan dengan rumus : Qult = (qc x Ap) + (JHL + K11) VII-13

Dimana: Qult=Kapasitas daya dukung tiang pancang tunggal qc=tahanan ujung sondir Ap=Luas penampang tiang JHL=Jumalah hambatan lekat K11=Keliling tiang Daya dukung ijin pondas dinyatakan dengan rumus: Qijin = qc x Ap 3 + JHL x K11 5 2. Rumus perhitungan daya dukung tiang dari data SPT Daya dukung tahanan ujung adalah sebagai berikut: Qp = 40. N SPT. L D. Ap < 400. N SPT Tahanan geser selimut tiang adalah : Qs = 2. N SPT. p. L Dimana: D=Diameter Tiang L=Panjang lapisan tiang Ap=Luas penampang tiang P=Keliling tiag Perkiraan daya dukung aksial pondasi tiang ini dilakukan dengan Case Method berdasarkan kurva F dn kurva V yang diperoleh diperkirakan daya dukung aksial pondasi tiang yang diuji terdiri dari Tahanan Ujung ( end bearing) dan lengketan (shaft friction). VII-14

Hasil PDA yang dianalisis lebih lanjut dengan CAPWAP juga menghasilkan distribusi daya dukung tanah sepanjang tiang dan simulasi pembebnan statik. Ringkasan perkiraan daya dukung tiang diuji berdasarkan PDA dan CAPWAP disajikan dalam gambar berikut ini. Gambar 7.11 Daya Dukung Tiang 7.7.4 Penurunan Performa analisa CAPWAP didasarkan atas parameter resistensi final tanah dan analisa statik dengan parameter ini menghasilkan simulasi beban statik tiang vs penurunan tiang. Kriteria penerimaan dari penurunan tiang pada output PDA test, sampai saat ini belum ada kriteria yang jelas. Tetapi banyak studi yang dilakukan untuk menguji korelasi antara settlement dari static load test dengan settlement dari PDA test. Seperti studi yang dilakukan H. Hussein, & T. Slash, Kais (2009), dari hasil studinya terdapat korelasi yang baik antara settlement dari static load test dengan settlement dari PDA test. VII-15

Dengan korelasi yang positif tersebut, dapat diasumsikan kriteria penerimaan hasil settlement dari static load test sama dengan kriteria penerimaan hasil settlement dari PDA test. Menurut ASTM D1143, secara umum kriteria penerimaan settlement (penurunan) maksimum tiang yaitu : - Untuk tiang lebar atau < 610 mm Sf = S + (4.0 + 0.008D) Dimana : Sf = penurunan maksimum tiang (mm) S = penurunan elastis tiang (mm) - Untuk tiang lebar atau > 610 mm Sf = S + D/30 Sedangkan rumus S (penurunan elastis tiang) : S = (Qwp+ Qws)L ApEp Dimana : Qwp = Kapasitas daya dukung ujung tiang Qws = Kapasitas daya dukung tahanan kulit tiang = 0,5 untuk tanah lempung / 0,67 untuk tanah pasir L = Panjang tiang Ap = Luas penampang tiang Ep = Modulus elastisitas material tiang Sedangkan satndarisasi untuk analisa penurunan pada proyek purna wira polri adalah penurunan permanennya tidak melebihi Sp = D/120+4mm = 250/120+4mm = 6,1 mm atau penurunan maksimumnya dipilih mana yang paling VII-16

besar (BD, 2004). Hasil penurunan tiang dengan PDA test di proyek purna wira polri adalah sebagai berikut: 1. Tiang L-12,13 Gambar 7.12 Penurunan Tiang L-12,13 Tiang L-12,13 memiliki penurunan permanen 1 mm, telah memenuhi syarat yaitu penurunan permanen tidak boleh lebih dari 6,1 mm. 2. Tiang M-15 Gambar 7.13 Penurunan Tiang M-15 VII-17

Tiang M-15 memiliki penurunan permanen 0 mm, telah memenuhi syarat yaitu penurunan permanen tidak boleh lebih dari 6,1 mm. 3. Tiang O-14 Gambar 7.14 Penurunan Tiang O-14 Tiang O-14 memiliki penurunan permanen 1 mm, telah memenuhi syarat yaitu penurunan permanen tidak boleh lebih dari 6,1 mm. 4. Tiang P-13 Tiang P-13 memiliki penurunan permanen 1 mm, telah memenuhi syarat yaitu penurunan permanen tidak boleh lebih dari 6,1 mm. Penjelasan terlihat pada gambar 7.14. VII-18

Gambar 7.15 Penurunan Tiang P-13 7.8 Kesimpulan Hasil pengujian pile driving analyzer yang dilaksanakan di proyek punawira polri jl.dharmawangsa III No.2 Jakarta Selatan memberikan daya dukung tiang sebesar 114 ton yang sesuai dengan daya dukung rencanasebesar 85 ton. Pada tiang L-12,13, M-15, dan P-13 terdapat pantulan di lokasi sekitar 6 m (sambungan pertama) dari kepala tiang pada tiang O-13 dan O-14 terdapat pantulan disekitar 3m (sekitar lokasi sambungan pertama) dari kepala tiang. Diperkirakan sambungan tiang kurang sempurna. Pada saat proses penyambungan harus diawasi dan lebih baik dilakukan pemeriksaan visual meliputi (Kementrian Pekerjaan Umum.2010): 1) Las harus bebas dari cacat retak; 2) Permukaan las harus cukup halus; 3) Sambungan las harus terbebas dari kerak VII-19