MENGHITUNG DAYA DUKUNG TANAH (QA) UNTUK PIJAKAN CRANE.

Salah satu item yang harus dicek oleh lift planner’s saat membuat lifting plan adalah memastikan ground bearing pressure (GBP) dari crane yang dipindahkan kelapisan permukaan tanah harus lebih kecil dari daya dukung tanah ijin (qa). Tujuannya agar crane tidak mengalami penurunan berlebih serta tetap level saat beroperasi. Sebagaimana kita ketahui bahwa rated load pada crane dibuat dengan asumsi crane beroperasi dengan kemiringan tidak lebih dari 1% gradient. Bahkan crane dengan merk Demag menyaratkan 0.5% gradient. Tulisan terkait perhitungan GBP crane sudah kami jelaskan pada tulisan sebelumnya secara detail baik untuk type crane dengan outriggers maupun crane dengan crawler. Penjelasan tersebut juga sudah dilengkapi dengan contoh perhitungan untuk memudahkan pemahaman. Tetapi kemudian pertanyaanya adalah bagaimana menentukan daya dukung ijin tanah (qa) yang menjadi batasan GBP dari crane agar dapat dinyatakan bahwa crane tersebut beroperasi dengan aman.

Kalau kita buka sejumlah referensi terkait standard atau guideline lifting operation, jawaban pertanyaan tentang bagaimana menentukan daya dukung ijin tanah adalah lift planners diminta berkonsultasi dengan civil atau geotechnical engineer dan atau untuk kasus kasus operasi pengangkatan rutin bisa mengacu pada table berikut yang dipropose oleh Jay Shapiro, crane and derrick fourth edition.

Saya berpandangan bahwa lift planner’s bahkan civil engineer tetap akan kesulitan untuk mengiterpretasikan serta mengimplementasikan table ini dilapangan apabila tidak tersedia data hasil pengujian tanah. Sebab massa tanah terdiri dari sejumlah lapisan dengan type dan density yang berbeda. Contoh kasus area pelabuhan yang dibangun diatas rawa-rawa (swampy), dimana dilakukan pekerjaan penimbunan untuk menaikan elevasi tanah dan setelah pelabuhan tersebut jadi tentunya pada lapisan permukaan akan difinishing dengan lapisan perkerasan. Lapisan perkerasan ini dapat berupa beton, asphalt dengan pondasi berupa base course yang dipadatkan. Secara visual bagi lift planner’s yang tidak mengecek history dari pembangunan pelabuhan ini akan mengatakan daya dukung tanah cukup bagus berdasarkan pembacaan table diatas karena yang terlihat olehnya adalah lapisan perkerasan beton yang sudah jadi atau lapisan timbunan paling atas berupa base course yang dipadatkan. Sehingga kami menyarankan lift planner’s untuk tetap berkonsultasi dengan civil atau geotechnical engineer agar dapat mengetahui berapa daya dukung tanah ijin (qa) pada lokasi tersebut.

Sebelum menjelaskan lebih jauh mengenai perhitungan daya dukung tanah untuk pijakan crane serta apa bedanya dengan perhitungan daya dukung tanah untuk pondasi bangunan gedung, maka kami berikan review singkat pengetahuan mekanika tanah ketika menerima beban;

1. Pengaruh beban terbagi merata yang bekerja pada mat/pondasi persegi sampai pada kedalaman dua kali lebar mat/pondasi tersebut (2B jika lebar mat/pondasi adalah B). Artinya pada kedalaman tanah dibawah 2B, pengaruh beban dari mat/pondasi kurang dari 10% sebagaimana ditunjukan pada gambar sebelah kiri, isobar distribusi tegangan tanah akibat beban terbagi merata pada bidang persegi.
2. Apabila lapisan tanah menerima beban berlebih maka, masa tanah tersebut akan mengalami kegagalan. Secara umum, model kegagalan tanah ada dua; pertama adalah general share failure sebagaimana ditunjukan pada gambar kanan atas serta kegagalan local shear (punching) yang ditunjukan oleh gambar kiri bawah. Pada kasus general share failure, ditandahi dengan heave (masa tanah mumbul) pada kanan kiri mat/pondasi yang disertai dengan penurunan. Sementara pada local shear failure (punching), hanya ditandai dengan penurunan berlebih pada mat/pondasi tanpa terjadi heave.

Mengacu pada sejumlah literasi perencanaan pondasi dangkal (shallow foundation), maka akan ditemukan sejumlah formula atau persamaan yang sering digunakan untuk menghitung daya dukung tanah. Persamaa Terzaghi’s, Meyerhof’s, Hansen’s and Vesic’s adalah yang sering kita dengar dan digunakan oleh civil engineer untuk perencanaan pondasi bangunan. Pada Tulisan ini kami memilih untuk menggunakan persamaan Terzaghi’s meskipun hasilnya cenderung lebih korsevatif dari persamaan yang dipropose oleh Hansen mapun Vesic’s dengan pertimbangan persaan Terzaghi’s cenderung lebih simple.

Dengan menggunakan parameter input dari data hasil pengujian laboratorium, persamaan perhitungan daya dukung tanah yang diusulkan oleh Terzaghi’s mempertimbangkan tiga elemen konstribusi Utama; nilai kohesi tanah (c), lebar pondasi (gB) serta beban surcharge dikanan kiri pondasi (q).

Secara matematis untuk pondasi dengan penampang persegi, qu= 1.3cNc+ 0.4gBNg+ qNq. Dimana Nc, Nq dan Ng merupakan factor yang tergantung pada f (sudut geser dalam tanah) serta dapat ditentukan dengan menggunakan grafik berikut. Apabila pondasi persegi tersebut duduk diatas permukaan tanah semisal mat crane, maka nilai qNq=0 dikarenakan tidak ada beban surcharge berupa overburden pressure dari tanah disekitar mat crane, sehingga persamaan daya dukung tanah ultimit dapat disederhanakan menjadi qu= 1.3cNc + 0.4gBNg.

Contoh soal perhitunga daya dukung tahan

Untuk memudahkan pemahaman, maka kami berikan satu contoh perhitungan daya dukung tanah ultimit (qult) dari satu lapisan tanah untuk menopang crane crawler dengan mat sebagaimana ditunjukan pada gambar berikut. Dengan lebar crane mat B=3m, maka kedalaman tanah yang akan mendapatkan pengaruh beban 2B=6 m dimana pengaruh beban mencapai lapisan tanah yang kedua. Sehingga parameter tanah yang digunakan untuk perhitungan daya dukung tanah adalah rerata dari kedua lapisan tanah dimana crane mat tersebut duduk.

Parameter tanah rerata dari dua lapisan tanah sebagaimana ditunjukan pada gambar diatas dapat dihitung sbb;

• gtanah= (g1+g2)/2= (17+18)/2= 17.5kN/m3;
• ftanah= (f1+f2)/2= 15;
• ctanah= (c1+c2)/2= 20+40= 30kN/m3.

Dengan menggunakan nilai ftanah= 15, maka dengan menggunakan chart diatas dapat ditentukan Nc= 12, dan Ng= 2.

Selanjutnya daya dukung tanah ultimit (qult) yaitu daya dukung tanah sesaat sebelum masa tanah runtuh dapat dihitung sbb;

qult= 1.3cNc + 0.4gBNg= 1.3*30*12+ 0.4*17.5*3*2= 510kN/m2

Pada perencanaan pondasi bangunan, daya dukung tanah ijin (qa) dapat ditentukan dengan membagi qull dengan nilai safety factor (SF). Secara matematis dapat dituliskan qa= qult/SF. Safety factor ini dimaksudkan untuk mengakomodasi uncertenties pada soil profile, soil strength parameters, serta simplifikasi dari persamaan perhitungan yang digunakan. Engineer Geoteknik umumnya menggunakan angka safety factor pada range 2.5 sampai dengan 3.5 untuk analisis pondasi dangkal (shallow foundation), tujuannya untuk menghidari kegagalan daya dukung serta penurunan berlebih yang dapat menyebabkan kerusakan pada struktur atas bangunan. Dengan menggunakan SF= 3, maka daya dukung tanah ijin, qa= qult/3= 510/3= 170 kN/m2.

Pertanyaanya adalah apakah daya dukung ijin pada perhitungan diatas dapat digunakan untuk perhitungan dan pengecekan ground bearing pressure dari crane atau untuk desain crane mat jika membutuhkan crane mat karena GBP yang cukup besar?

Perbedaan daya dukung tanah ijin dari crane dan pondasi bangunan

Model keruntuhan yang menjadi basis dari persamaan Terzagi’s untuk menghitung daya dukung ultimit pondasi dangkal juga dapat digunakan untuk untuk medesain crane mats. Tetapi pada prakteknya, Safety factor yang digunakan akan berbeda dengan mempertimbangkan sejumlah faktor faktor berikut;

1. Batasan differential settlement ijin; Pada kebanyakan bangunan gedung, differential settlemet dibatas tidak boleh melebihi 1/500 agar tidak terjadi kerusakan struktur atau retak pada dinding serta struktur sekunder lainnya. Sementara pada sejumlah crane, batasan perbedaan level adalah tidak boleh melebihi 1/100 (1%) sampai dengan 1/200 (0.5%) dimana batasan ini cenderung lebih longgar dari batasan pada bangunan gedung.
2. Penurunan pada bangunan gedung memperhitungkan immediate settlement serta consolidation settlement karena bangunanya akan berada pada lokasi tersebut untuk jangka waktu yang lama sesuai service life designya. Sementara pada crane karena hanya sementara (short loading) maka cukup hanya mepertimbanngkan immediate settlement. Pada tanah kohesif, immediate settlemet hanya berkisar 20% s/d 60% dari total settlement.

Sehingga berdasarkan penjelasan diatas maka dapat dikatakan bahwa penggunaan safety factor (SF) 2.5 s/d 3.5 yang umum digunakan untuk desain pondasi bangunan adalah konservatif dan akan berbiaya besar. Sehingga sejumlah penelitian telah dilakukan terkait dengan ini untuk menentukan nilai SF yang optimal dan masih tetap aman dari segi operasi.

1. Shapiro (1999) mengusulkan untuk menggunakan daya dukung ijin tanah 33.3% sampai dengan 50% lebih besar dari daya dukung ijin tanah yang dihitung untuk bangunan gedung. Usulan ini beliau tuliskan pada buku beliau “Crane & Derricks 3rd Edition”.
2. CIRIA 1996 mengusulkan untuk menggunakan angka SF 1.5 s/d 2 untuk menentukan daya dukung tanah pada kasus crane dengan outriggers. Usulan ini dituliskan pada beliau “Crane Stability on Site – An Introduction Guide”.

Kembali pada contoh kasus yang kami telas hitung diatas berdasarkan ketentuan untuk desain pondasi gedung, maka qa= 170 kN/m2, sehingga berdasarkan usulan dari Shapiro (1999), maka qa untuk crane menjadi 230 kN/m2 sampai dengan 250 kN/m2. Sementara berdasarkan CIRIA 1996, maka daya dukung tanah pada range 250 kn/m2 sampai dengan 340 kN/m2. Tentunya dengan nilai daya dukung tanah ijin yang lebih besar maka ukuran crane mat yang dibutuhkan bisa lebih efisien, serta biaya pelaksanaan juga akan lebih murah dan tentunya tetap dapat dipertanggung jawabkan keamananya.