pre driving analysis

7/30/2019 Pre Driving Analysis

1/16

- 1 -

PRE-DRIVING ANALYSIS MENGGUNAKAN

TEORI GELOMBANG UNTUK PEMANCANGAN OPTIMAL

Oleh:

David E. Pasaribu, ST

Ir. Herry Vaza, M.Eng.Sc

Abstrak

Tiang pancang sebagai salah satu jenis pondasi, banyak digunakan pada proyek -proyek jembatan

di Indonesia. Proses pemancangan merupakan tahapan krusial karena banyaknya parameter

berkontribusi pada daya dukung dan keutuhan tiang. Masukan yang selama ini digunakan sebagai

kontrol untuk mengukur kinerja kedua parameter tersebut sangat sederhana yaitu berat hammer

dan besar displacement atau kalendering, padahal pada kenyataannya peralatan pemancangan

sendiri mempunyai parameter yang sangat kompleks seperti anvil, pile -cushion, striker-plate dan

helmet, termasuk juga properties tanah dan tiang pancang.

Pemilihan peralatan pemancangan yang kurang tepat dapat menyebabkan tiang pancang

mengalami tegangan berlebih atau overstress dan bahkan sering menyebabkan keretakan

khususnya pada tiang beton. Pre-driving analysis dengan menggunakan teori gelombang dapat

dilakukan untuk menentukan peralatan pemancangan yang tepat yang dapat memasukan tiang

untuk mencapai kedalaman optimal sehingga keutuhan tiang dan daya dukung yang direncanakan

didapat.

Keywords :pre-driving analysis, tiang pancang, peralatan pemancangan, overstress.

1. PendahuluanPondasi tiang sebagai salah satu pondasi dalam banyak digunakan pada proyek-proyek

pembangunan jembatan di Indonesia. Pondasi ini ini dipilih sebagai perletakan struktur di

mana untuk mendapatkan daya dukung maupun stabilitas struktur yang diisyaratkan, pondasi

dimasukkan ke dalam tanah sampai pada elevasi >6m dari permukaan tanah. Jenis pondasi ini

banyak digunakan selain masalah teknis di atas, kecepatan dan kemudahan pelaksanaan juga

menjadikan tiang pancang menjadi pilihan utama untuk pondasi dalam.

Pada pelaksanaannya, tiang pancang dimasukkan ke dalam tanah dengan cara dipukul

menggunakan peralatan pemancangan. Dengan memukul bagian atas tiang (kepala tiang),

akan terjadi transfer energy dari palu yang dijatuhkan (hammer) ke tiang pancang yang akan

mendorong tiang masuk ke dalam tanah. Proses transfer energy ini dapat menyebabkan


2/16


3/16

- 3 -

Gambar 1. Deformasi lateral tiang pancang beton dan baja.

b. Evaluasi hasil penelitian tanah di lapangan maupun laboratorium.Kondisi dari hasil penelitian tanah lapangan memperhatikan hal-hal berikut:

No. Masalah Rekomendasi

1. Batuan besar pada lapisandasar

Menggunakan non displacement pile dan menyertakanbagian pra-pengeboran dalam kontrak.

2. Loose cohesionless soil Menggunakan tappered pile untuk mendapatkanmaksimum skin friksi.

3. Negatif skin friction Menggunakan tiang baja yang mulus untukmengurangi gesekan adhesi, hindari kemiringan tiang.Gunakan bitumen coating untuk pile.

4. Tanah lunak yang dalam Gunakan tiang beton yang kasar untuk meningkatkanadhesi dan tingkat disipasi air pori.

5. Scouring Tidak menggunakan tappered pile kecuali bagian-bagian yang tappered di bawah daerah scouring.Desain diperhitungkan akibat termobilisasinya tanah.

6. Butiran kasar Menggunakan prestressed pile di mana akan terjadipemancangan yang keras pada tanah.

Typikal pondasi tiang yang biasa digunakan di Indonesia adalah tipe closed end pile,

opened end pile (pada umumnya pondasi tiang pancang baja) dan precast concrete.

Tipe closed end pile akan menyebabkan kenaikan tegangan lateral ground. Tipe tiang

precast dapat memadatkan tanah yang sifatnya non kohesif, tanah terganggu dan

melemahkan untuk sementara tanah yang sifatnya kohesif. Tipe dari opened end pile

tidak cocok untuk tiang-tiang dengan daya dukung friksi pada tanah berbutir karena

akan menyebabkan tiang melenceng dari posisinya.

c. Pemilihan alternatif pondasi yang sesuai.Pemilihan alternatif pondasi didasarkan kondisi teknis yaitu handal mensupport

struktur jembatan dan aksi-aksi dari struktur atas.

d. Perhitungan biaya alternatif-alternatif pondasiPerhitungan biaya yang diperlukan terhadap alternatif pondasi yang visible

diperlukan untuk mendapatkan pondasi paling murah.


4/16

- 4 -

e. Pemilihan pondasiPondasi yang dipilih adalah pondasi yang secara teknis visible dan secara pembiayaan

juga paling ekonomis.

3. Prosedur Pelaksanaan PemancanganPertanyaan yang sering muncul pada saat pelaksanaan konstruksi tiang pancang adalah

sebagai berikut:

- Dapatkah hammer tersebut dipancang sampai ke kedalaman yang diinginkan?- Berapa rate penetrasi sehingga didapatkan waktu yang paling optimum untuk

pelaksanaan konstruksi?

- Berapa kedalaman penetrasi tiang pancang maksimum?- Berapa daya dukung yang didapatkan dari pemancangan?- Berapa tegangan yang terjadi pada tiang pancang?Dan di mana lokasi tegangan-

tegangan maksimum terjadi?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut di atas adalah dengan mensimulasikan proses

pemancangan tiang menggunakan parameter-parameter yaitu properties dari peralatan

pemancangan (berat hammer, energi hammer, tipe cushion dll), properties dari tiang pancang

(tipe tiang, material tiang dan berat tiang dll) serta kondisi tanah (tipe tanah, nilai N-SPT,

sondir dll). Menggunakan teori gelombang didapatkan hal-hal:

- Prediksi tegangan tarik dan tekan pada saat pemancangan.- Pergerakan pile pada saat pemancangan- Tahanan-tahanan pada saat pemancangan- Transfer energi dari pemancangan yang diterima dari ujung atas tiang.

Untuk mendapatkan keyakinan terhadap kondisi pertanyaan di atas, maka pada saat fase

konstruksi tiang pancang dilakukan kontrol pemancangan tiang dengan garis besar tahapan

pelaksanaan adalah sebagai berikut:

Tahap 1 : Analisa dengan menggunakan teori gelombang

Analisa ini diperlukan untuk mendapatkan tahanan pada saat pemancangan. Dari analisa

dengan metode tersebut bisa diperoleh prediksi kedalaman tiang yang dibutuhkan sertategangan-tegangan yang mungkin terjadi pada saat pelaksanaan dengan menggunakan

hammer tertentu. Kondisi-kondisi tersebut dievaluasi untuk menentukan peralatan-peralatan

pemancangan yang diperlukan dalam konstruksi pondasi.

Tahap 2 : Preliminary Desain Kriteria.

Tahap 3 : Pelaksanaan uji coba di lapangan dan evaluasi kapasitas

Pelaksanaan uji coba di lapangan dibutuhkan untuk memastikan bahwa hasil dari analisa

menggunakan metode wave equation sesuai dengan kenyataan di lapangan. Hasil dari uji coba

dapat dilihat dari parameter panjang tiang hasil penetrasi, perilaku tiang (adanya kerusakanatau tidak), penetrasi per unit kedalaman. Dari parameter-parameter tersebut bisa didapatkan


5/16

- 5 -

tahanan-tahanan pada tiang dengan cara menggunakan persamaan dynamic formulae ataupun

dengan metode test static.

Tahap 4 : Adjust Driving Criteria dan Desain

Dari hasil uji coba yang dihasilkan, di compare dengan kondisi yang diinginkan. Dalam hal

ini apakah pemancangan yang dilakukan masih ada pada batas-batas tidak terjadinya

kerusakan pada pile dan daya dukung yang ada cukup untuk daya dukung pada desain.

Tahap 5 : Construction control

3.1Pemilihan Peralatan PemancanganSalah satu parameter yang sangat penting adalah pemilihan peralatan untuk pemancangan.

Pemilihan tersebut didasarkan pada kemampuan alat tersebut apakah mampu mencapai

kedalaman tertentu atau kapasitas tertentu. Pada kenyataannya dengan menggunakan tipe

hammer yang berbeda akan mengakibatkan kapasitas yang berbeda pada tiang dengan

panjang yang sama. Selain itu pemilihan peralatan pemancangan (salah satunya tipe

hammer) dilakukan untuk menghindari kerusakan-kerusakan yang terjadi akibat

overstress pada saat pelaksanaan pekerjaan pemancangan.

Jenis peralatan pemancangan yang biasa digunakan di Indonesia adalah peralatan

pemancangan tipe diesel hammer. Bagian-bagian dari peralatan tersebut dapat dilihat

pada gambar 2 berikut:

`

Gambar 2 Ttipikal hammer yang umum digunakan

3.2Pembatasan PenetrasiBlowcount didefenisikan sebagai jumlah pukulan per unit panjang tiang pancang.

Jumlah pukulan selalu direkam di lapangan untuk tiap kedalaman pemancangan.

Jumlah pukulan harus dibatasi untuk menghindari overdrivingyang berdampak padakerusakan struktur tiang pancang. Pada kondisi tanah yang keras di mana

Top plate

Ram velocity

Hammer cushion

Helmet

Pile cushion


6/16

- 6 -

pemancangan sangat sulit, kemungkinan terjadinya kerusakan pada pile tidak hanya

terjadi pada kepala tiang bagian atas tetapi juga pada ujung tiang di dalam tanah dan

hal ini sulit untuk dideteksi. Untuk memprediksi tegangan pada saat pemancangan di

lapangan, dapat menggunakan rekaman blowcount, A (luas penampang pondasi tiang)

dan E (modulus elastisitas tiang). Dengan blowcount didapatkan Pu pemancangan

dengan rumus-rumus dinamis dan tegangan yang terjadi adalah Pu/AE (Joseph E.

Bowles)

Batasan-batasan tegangan pada pile:

Tarik Tekan

Material MPa Ksi MPa ksi Keterangan

0.3fc + fpe 0,85fc - fpe -BetonPratekan 8 12 30 4,4

0,498fc 0,40fc Referensi AASHTO3,58 0,536 20.72 3.108 -

0,6fc 0,85fcBeton

4 0,6 30 4,4

0,9 Fy 0,9 Fy -Baja

216 32 216 32Tabel 1 Batasan tegangan pada saat pemancangan

4. Studi KasusUntuk mengamati perilaku tiang-tiang dilakukan pengujian-pengujian dengan kriteria

sebagai berikut:a. Menggunakan tiang pancang baja (terbuka dan tertutup) dan spun pile dengan

diameter 0.6m

Properties Unit Baja Beton (Spun Pile)

Douter m 0.6 0.6

t m 0.012 0.1

Dinner m 0.576 0.4

A m2 0.022167078 0.157079633

I m4

0.000958416 0.005105088E kN/m2 2.00E+08 3.32E+07

L 18 18

kN/m3 78.5 24

Berat ton/m 0.174 0.377

Berat ton 3.132 6.786

Teg. Tekan izin MPa 216 37.33

Teg. Tarik izin MPa 216 7.12Tabel 2 Properties tiang yang dipakai dalam pemodelan

b. Analisa pada tanah pasir dan tanah clay dengan kondisi tiang masuk ke dalam tanahkeras sedalam 3xDiameter pile 2m (end bearing pile)


7/16

- 7 -

c. Analisa pada tanah clay dengan kondisi tiang tidak masuk pada lapisan tanah keras(friction pile)

Kedalaman penetrasi tiang dilakukan sampai pada kedalaman 18 m.

Kondisi 1 Kondisi 2 Kondisi 3

Elevasi N-SPT Tipe Tanah N-SPT Tipe Tanah N-SPT Tipe Tanah

0 0 Clay 0 Clay 0 Pasir

-3 3 Clay 10 Clay 10 Pasir





Tabel 3 Properties tanah yang dipakai dalam pemodelan

Prediksi pemilihan hammer dipakai berat tiang yaitu:

Tiang pancang baja = 16 kN = 1.6 ton

Tiang pancang beton = 34 kN = 3.4 ton

Dipakai sejumlah hammer untuk mendapatkan perilaku tiang sebagai berikut:

No. Tiang Pancang Baja Tiang Pancang Beton

1. Ape Model 16-32 berat 16kN Ape Model 25-32 berat 25kN




Tabel 4 Tipe peralatan pemancangan yang dipakai

Kajian dilakukan dengan memodelkan antara tiang pancang dan hammer tidak diberi

peredam untuk mengamati pengaruh peredam (cushion) pada saat pemancangan terjadi.

4.1Kondisi 1: Kondisi tanah cohesive dan tiang belum masuk ke tanah keras.Pada kondisi tiang-tiang dengan ujung tertutup didapatkan bahwa pada tiang pancang

baja tegangan tarik maksimum terjadi pada ujung tiang paling atas dan semakin menurun

ke bawah. Tegangan tarik pada beton maksimum terjadi pada elevasi di mana mulai

terjadinya perlawanan dari tanah. Sedangkan tegangan tekan pada tiang pancang beton

dan baja terjadi pada elevasi mendekati dan di ujung pile yang masuk ke dalam tanah.

Perubahan tipe hammer tidak mengakibatkan perubahan daya dukung pondasi.

Pada tiang pancang baja dalam kondisi terbuka akan menyebabkan kenaikan tegangan

compresi dan menurunkan tegangan tarik.


8/16

- 8 -

4.2Kondisi 2: Kondisi tanah cohesive dan tiang masuk ke tanah keras.Pada kondisi tiang pancang tertutup didapatkan bahwa pada tiang pancang baja tegangan

tarik maksimum terjadi pada ujung tiang paling atas dan semakin menurun ke bawah.

Tegangan tarik pada beton maksimum terjadi pada elevasi di mana mulai terjadinya

perlawanan dari tanah. Sedangkan tegangan tekan pada tiang pancang beton dan baja

terjadi pada elevasi mendekati dan di ujung pile yang masuk ke dalam tanah.

Perubahan tipe hammer tidak mengakibatkan perubahan daya dukung pondasi. Fenomena

yang menjadi masalah dalam hal ini adalah pada saat kondisi tanah keras jumlah blow

count sangat besar pada elevasi kedalaman 16 m(tidak dapat disajikan pada perhitungan)

jika memakai hammer ringan yang menyebabkan tegangan kompresi paling besar pada

elevasi tersebut.

4.3Kondisi 3 : Kondisi tanah cohessionless dan tiang masuk ke dalam tanah keras.Pada kondisi tiang pancang tertutup didapatkan bahwa pada tiang pancang baja tegangan

tarik maksimum terjadi pada ujung tiang paling atas dan semakin menurun ke bawah.

Tegangan tarik pada beton maksimum terjadi pada elevasi pada awal pemancangan dan

semakin menurun. Sedangkan tegangan tekan pada tiang pancang beton dan baja terjadi

pada elevasi mendekati dan di ujung pile yang masuk ke dalam tanah.

Perubahan tipe hammer tidak mengakibatkan perubahan daya dukung pondasi. Fenomena

yang menjadi masalah dalam hal ini adalah pada saat kondisi tanah keras jumlah blow

count sangat besar pada elevasi kedalaman 16 m(tidak dapat disajikan pada perhitungan)

jika memakai hammer ringan yang menyebabkan tegangan kompresi paling besar pada

elevasi tersebut.

Secara umum dari analisa dengan menggunakan dengan teori gelombang pada saat

pemancangan terakhir tiang didapatkan bahwa:

a. Pada kondisi tanah lunak dan cohesif tegangan izin tekan baja yang terjadi melebihibatasan ijin yaitu 216 Mpa. Dengan kondisi ini sebaiknya tiang pancang tersebutmemakai hammer dengan berat yang lebih rendah atau dengan memakai peredam

pada kepala tiang bagian atas. Sedangkan pada tiang pancang beton tegangan izin

tekan dan tarik melebihi batasan ijin tiang pancang beton.

b. Pada kondisi tanah cohesif dan tiang masuk ke dalam tanah keras didapatkan bahwategangan tekan pada tiang pancang baja hampir tidak berubah dibandingkan dengan

tanah lunak sedangkan tegangan tarik baja jauh lebih kecil. Pada kondisi ini juga

terjadi pada tiang pancang beton.


9/16

- 9 -

c. Pada tanah cohesionless dan tiang pancang masuk ke dalam tanah keras didapatkanbahwa tegangan tekan tiang pancang baja dan beton melebihi ijin pada dengan

menggunakan hammer yang sama dan tegangan tarik beton melebihi ijinnya.

Karakteristik tegangan yang terjadi di atas adalah karakteristik pada saat pemancangan

terakhir. Secara global didapatkan bahwa tegangan tekan berbanding terbalik dengan

tegangan ijin. Tegangan tekan akan besar jika menemukan tanah-tanah keras sedangkan

tegangan tarik akan besar jika menemukan pada tanah-tanah yang lunak.

Tegangan yang terjadi melebihi ijin. Permasalahan utama adalah bahwa pada tiang

pancang baja tegangan tekan melebihi dan pada tiang pancang beton tegangan tarik yang

melebihi.

Untuk mengurangi besarnya impact yang terjadi pada tiang dilakukan simulasi balik

menggunakan cushion untuk meredam energi pada tiang dengan properties material

cushion adalah sebagai berikut:

Material : Kayu plywood

Modulus Elastisitas : 210 MPa

Koefisen restitusi : 0.5

Diameter ` : 0.6 m(sama dengan diameter tiang)

Tebal : 0.1m

Dari simulasi yang dilakukan digrafikkan sebagai berikut:


10/16

- 10 -

A. Kondisi 1.Daya Dukung VS Berat Hammer

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 10 20 30 40 50

Berat Hamm er (kN)

Dayadukung(kN)

Baja dgn cushion Beton dgn cushion

Baja no cushion Beton no cushion

Final Settlement VS Berat Hammer

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50

Berat Hammer (kN)

Seetlemen(m

m)




11/16

- 11 -

Tegangan Tarik VS Berat Hammer

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 10 20 30 40 50

Berat Hammer (kN)

TeganganTarik(Mpa)

Teg. tarik baja dgn cushion Teg. tarik beton dgn cushion

Teg. tarik baja no cushion Teg. tarik beton no cushion

Tegangan Tekan VS Berat Hammer

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

Berat Hamme r (kN)

Tegan

ganTekan(Mpa)




12/16


13/16

- 13 -


-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30-20

-10

0

10

0 10 20 30 40 50

Berat Hamme r (kN)

TeganganTarik(Mpa)



Tegangan TekanVS Berat Hammer

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

Berat Hamme r (kN)

Teganga

nTekan(Mpa)




14/16

- 14 -

C. Kondisi 3Daya Dukung VS Berat Hammer

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 10 20 30 40 50

Berat Hamme r (kN)

Dayadukung(kN)



Final Settlement VS Berat Hammer

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 10 20 30 40 50

Berat Hammer (kN)

Seetlemen(mm)




15/16

- 15 -


-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 10 20 30 40 50

Berat Hamme r (kN)

TeganganTarik(Mpa)



Tegangan Tekan VS Berat Hammer

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

Berat Hammer (kN)

Tegangan

Tekan(Mpa)




16/16

- 16 -

5. Kesimpulan1. Pemilihan pondasi didasarkan pada aspek teknis yaitu mampu mensupport struktur

atas dan aksi-aksi yang diberikan dan aspek biaya yaitu ekonomis secara pembiayaan.

2. Kondisi tiang pancang sangat dipengaruhi oleh tahapan pemancangan. Daya dukungpondasi tidak dipengaruhi oleh berat hammer yang digunakan, tetapi dipengaruhi oleh

jenis tanah dan tipe dari ujung pile (tertutup/terbuka).

3. Tegangan tekan dan tarik akan semakin meningkat jika menggunakan hammer yanglebih berat. Untuk mengurangi kelebihan tegangan tersebut, maka menggunakan

hammer yang lebih ringan dan menggunakan peredam pada kepala tiang.

4. Secara umum, untuk mendapatkan keyakinan hasil pemancangan, maka perludilakukan pre-driving analysis agar didapatkan kondisi daya dukung yang sesuai

dengan perencanaan teknis dan pada saat pemancangan tidak terjadi kerusakan-

kerusakan akibat overstress pada saat pemancangan.

pre driving analysis

Documents