## Kajian metode penentuan kekuatan momen retak tiang pancang spun pile
Candra Irawan a* , I Gusti Putu Raka a dan Priyo Suprobo a
Abstract: This paper describes the results of a study carried out experimentally on the determination of the moment strength of spun pile piles. The methods used are visual observation, load-displacement curve evaluation, and tensile strain analysis. The experimental  results  show  that  a  load  of  data  taken  is  delayed  between  3  and  9  %  compared  to  the  results  based  on  load- displacement curve. Analysis results from the load-deflection curve is similar to the tensile strain reading in the PC bar. At crack, there exist a sudden jump in the tensile strain of the PC bar where at the same time the stiffness of the load-deflection curve was changed.
Keywords: cracking moment, spun pile, visual observation, tensile strain, load-displacement curve.
Abstrak: Makalah ini memaparkan hasil suatu studi eksperimental terhadap perbandingan metode penentuan kekuatan momen retak tiang pancang spun pile. Metode yang digunakan adalah pengamatan visual, evaluasi kurva hubungan beban-lendutan serta analisis regangan tarik. Hasil percobaan menunjukkan besarnya beban retak spun pile dari pengamatan visual tercapai lebih dahulu sekitar 3 hingga 9 % dari hasil pengamatan kurva beban-lendutan. Hasil analisis kurva beban-lendutan hasil yang serupa dengan hasil bacaan regangan tarik PC bar.Pada saat terjadi retak, terjadi loncatan tegangan tarik pada PC bar secara bersamaan dengan terjadinya perubahan kekakuan pada kurva beban-lendutan yang ada.
Kata Kunci: momen retak, spun pile, pengamatan visual, regangan tarik, kurva beban-lendutan.

## PENDAHULUAN
Spun  pile merupakan  tiang  pancang  beton  pratekan dengan penampang lingkaran berongga seperti ditunjukkan pada  Gambar  1.  Penggunaan spun  pile sebagai  pondasi telah  banyak  dilakukan,  baik  pada  gedung,  jembatan, atapun  pelabuhan.  Sebagai  elemen  beton  pratekan spun pile umumnya  didesain  sedemikian  rupa  sehingga  gaya prategang  menimbulkan  tekan  pada  penampang  beton sehingga kapasitas penampang beton dalam menahan tarik menjadi lebih besar dibandingkan dengan beton biasa.
Gambar 1 Tiang pancang spun pile
Akibat  beban  luar,  tiang  pancang  berperan  untuk memikul gaya dalam aksial, momen dan geser. Gaya dalam momen menyebabkan beban lentur pada penampang spun pile .  Mekanisme  lentur  tersebut  menyebabkan  terjadinya tegangan  tekan  dan  juga  tegangan  tarik  pada  penampang
tiang.  Tegangan  tarik  yang  melebihi  batas  tegangan  tarik tertentu  akan  menyebabkan  penampang  tiang  mengalami retak.  SNI  2847:2019  mengklasifikasikan  penampang beton pratekan belum retak pada tegangan tarik di bawah 0,62√𝑓 𝑐 ′ , dalam satuan MPa [1].
Pada lingkungan yang korosi seperti di dekat laut, retak yang  terjadi  dapat  menjadi  kritis  untuk  kinerja  jangka panjang  walaupun  beban  yang  terjadi  masih  berada didalam  batas  beban  layan.  Oleh  karena  itu,  kekuatan momen  retak  yang  menjadi  salah  satu  variabel  yang ditetapkan dalam spesifikasi teknis tiang pancang spun pile harus diperhatikan dengan baik dalam perencanaan.
Ketentuan  dalam JIS A  5335 [2]  butir  9  tentang ‘Inspection’ khususnya  pada  butir  9.3  disebutkan  bahwa setiap jumlah produk tertentu dari produksi spun pile, harus dikontrol kuat lentur  badan utama tiang (bending strength of  main  body) yang  meliputi  momen  retak (cracking bending  moment  ‘ M cr ’) dan  momen  runtuh (breaking bending moment ‘ M r ’) . Dalam uji laboratorium, penetapan M r relatif  mudah.  Nilai  M r tersebut  merupakan  nilai momen  maksimum  yang  mampu  ditahan  benda  uji. Sedangkan  momen  retak  merupakan  momen  saat penampang tiang mulai mengalami retak .
Retak yang terjadi pada beton tarik bisa diamati secara visual. Penetapan ini sesuai ketentuan yang ditetapkan oleh JIS [03] pada butir 3.2.1, secara tekstual berbunyi sebagai berikut “ 3.2 Bending strength, 3.2.1 Main body. The main body  of  the  PC  piles  shall  be  subjected  to  the  bending strength  test  specified  in  8.1  and  shall  withstand  the cracking bending moment given in table 1 without showing any cracks” . Sehingga JIS menyarankan penentuan secara visual.
Pengamat  retak  secara  melihat  langsung  ( visual ) bersifat  subyektif  dan  berpotensi  terjadi  keterlambatan dalam  pembacaanya  jika  dilakukan  oleh  personil  yang belum  profesional.  Penggunaan strain  gauge untuk membaca  regangan  yang  terjadi  pada  tulangan  tarik  bisa menjadi alternatif untuk menentukan tahap retak pada tiang pancang.  Selain  itu,  penampang  tiang  yang  telah  retak
a Lecturer  in  the  Department  of  Civil  Engineering,  Sepuluh  Nopember Institute of Technology (ITS), ITS Campus, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia.
* Corresponding author’s email: candra.irawan.its@gmail.com, chandra@ce.its.ac.id
menyebabkan  terjadinya  pengurangan  inersia  penampang yang  berakibat  pada  penurunan  kekakuan  tiang.  Hal  ini, bisa  dilihat  pada  perubahan  gradien  kemiringan  kurva beban-lendutan yang menjadi lebih landai akibat retak.
Dalam  makalah  ini  dibahas  hasil  studi  terhadap penentuan kekuatan momen retak tiang pancang spun pile dengan metode pengamatan visual, analisis regangan tarik serta  evaluasi  kurva  hubungan  beban-lendutan  yang didapatkan  dari  pengujian  eksperimental.  Tiang  pancang spun  pile berdiameter  400  mm  diuji dengan  beban  lentur sesuai  standar  JIS.  Regangan  tarik  tulangan  prategang dibaca oleh strain gauge. Sedangkan lendutan yang terjadi dibaca oleh transducer (LVDT).

## KEPENTINGAN RISET
Secara  kekuatan  struktur,  retak  menyebabkan  penurunan kekakuan penampang. Terkait dengan durabilitas struktur, apabila  retak  yang  terjadi  mencapai  level  tulangan  maka berpotensi sebagai jalan masuknya klorida ke dalam beton. Apabila  retak  mencapai  tulangan  prategang  akan  terjadi inisiasi korosi yang menyebakan kerusakan tiang pancang. Korosi  pada  tulangan  prategang  dapat  mengurangi kekuatan beton prategang [3]. Korosi baja tulangan akibat klorida  diidentifikasi  sebagai  salah  satu  faktor  penyebab kerusakan yang paling umum pada struktur beton [4]. Oleh karena  itu, penetapan  nilai  momen retak menjadi  penting dalam  penilaian  untuk  menentukan  pemenuhan  kekuatan spun pile terhadap kebutuhan desain dan aplikasi spun pile di  lapangan.  Dalam  spesifikasi  teknis,  momen  retak merupakan  parameter  yang  ditentukan  dalam  pemilihan tipe spun pile selain momen ultimit, kapasitas aksial tarik dan tekan [5].

## TINJAUAN PUSTAKA
1. Pengujian Lentur Spun Pile sesuai JIS 5335 1987 [2] Pembebanan lentur untuk spun pile sesuai JIS ditunjukkan pada  Gambar  2.  Dari  skema  pembebanan (load arrangement) tersebut, diperoleh nilai momen lentur tiang adalah:
1 3 1 40 4 5 n P
M g mL L = + −       (1)
Dimana: M   = momen lentur (kN-m) g n = kecepatan gravitasi 9.81 m/s 2 m    = massa PC-Pile (kN) L     = panjang PC-Pile (m) P = beban (kN)
Berdasarkan rumus (1) tersebut, momen retak (M cr ) dapat dihitung  berdasarkan  beban  retak  (P cr )  yang  langsung didapat saat pengujian dilakukan dengan mensubsitusikan nilai P dengan P cr dan didapatkan M cr sama dengan M pada rumus (1).
Dalam  praktek  pengujian  yang  ada,  penetapan  P cr memerlukan kesepakatan terlebih dahulu dari semua pihak yang terlibat , karena pada prakteknya M cr yang dimaksud dalam spesifikasi (RKS), bisa bervariasi, berdasar teoritis atau eksperimental. Padahal nilai M cr dapat dicari dengan melihat nilai regangan atau tegangan tarik pada serat beton telah  melebihi  batas  kemampuannya.  Batasan  regangan dan tegangan tersebut dapat dilihat sebagai berikut:
atau ct cr ct r f      (2)
dimana:
 ct = regangan  tarik beton  cr = regangan  retak beton σ ct = tegangan beton tarik f r = modulus hancur (rupture) beton,
Sesuai SNI 2847-2019 [1], nilai f r adalah ' 0.62 c f .

## 2. Momen Retak Teoritis
cr r F M f W A    +     (3)
dimana:
M cr = momen retak PC Pile ; F = gaya prategang;
A  = luas penampang PC Pile ; F r = modulus runtuh beton f c = mutu beton;
W  = momen resisten PC-Pile
Gambar 3 (a) Penampang spun pile; (b) Kondisi tegangan beton oleh F/A; (c) Kondisi tegangan beton oleh M/W;
(d) Kondisi tegangan beton serat bawah (≥f r )

## 3. Momen Retak Eksperimental
Untuk menentukan kondisi retak tiang saat dibebani lentur (Gambar-13), indikasi retak bisa didapat dari tiga katagori: berdasar  pengukuran  langsung  regangan  tarik  beton  (  ct ), lewat  pengamatan  kurva  hubungan  antara  beban  dan lendutan(P- Δ ) dan lewat pengamatan visual.
Pengukuran  kondisi  retak  tiang  dengan  menggunakan metode  pengukuran  langsung  ct dilakukan  mengukur perpanjangan atau regangan (epsilon) beton di daerah tarik (  ct ) sehingga kondisi retak dapat ditentukan.
Berdasar  kurva  kelengkungan  atau  kurva  antara lendutan dengan beban (P- Δ ), Mcr juga dapat ditentukan. Jika terjadi retak, kurva akan tampak patah ( discontinue ). Hal  ini  disebabkan  oleh  turunnya  inersia  penampang sehingga lendutan akan bertambah lebih cepat dibandingkan  dengan  naiknya  beban  yang  ada.  Lendutan yang  terjadi,  dapat  diprediksi  dengan  menggunakan perumusan berikut:
2 c ML E I   = (1)
dimana:
Δ  = lendutan β  = koefisien tergantung beban M  = momen akibat beban E c = modulus elastisitas beton
I = momen inertia benda uji

## 4. Pengujian Lentur Balok Prategang
Hasil  Percobaan  pada  balok  persegi  telah  dilakukan  oleh penelitian sebelumnya [6]. Lima balok diuji lentur dengan skema  pembeban  dan  penampang  seperti  terlihat  dalam Gambar 4, berupa balok berpenampang persegi. Benda uji adalah balok A beton bertulang, balok B, C dan D adalah pratekan parsial 40, 60, 80 % pratekan, sedangkan balok E adalah pratekan penuh.
Skema penempatan alat ukur ditunjukkan pada Gambar 5. Alat yang dipasang adalah pengukur perpendekan serat atas  atau  tekan  dan  perpanjangan  pada  serat  bawah  atau tarik untuk kedua sisi/muka balok. Selain itu juga dipasang pengukur lendutan/defleksi di sisi bawah.
Gambar 4 Skema pembebanan dan penampang balok prategang [6]
Hasil pengukuran regangan tarik yang terjadi pada serat tarik beton  ct ditunjukkan pada Gambar 6. Kurva tersebut menunjukan hubungan antara  ct (regangan serat tarik) dan beban (P). Dari gambar tersebut nampak awal retak sangat jelas bisa ditetapkan berdasarkan loncatan regangan tarik, walaupun hasilnya sedikit berbeda antara kedua sisi balok, namun masih dalam toleransi.
Gambar 6 Hasil pengukuran regangan beton tarik (  ct ) [6]
Gambar 7 menunjukan kurva hubungan antara beban dan lendutan untuk seluruh kelima balok balok. Dari kurva ini, awal retak tidak sejelas yang terjadi pada Gambar 6, namun masih dapat dideteksi.
Gambar 7 Hasil pengukuran lendutan di tengah bentang semua balok [6]

## METODOLOGI
Tiang pancang spun pile berdiameter 400 mm dengan tebal dinding  75  mm  (Gambar  8)  dipasangi  instrumen  strain gauge  dengan  posisi  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  9. Notasi yang digunakan untuk spun pile tersebut adalah M- TB-1,  M-TB-2,  dan  M-TB-3.  Pengujian  beban  lentur monotonik  dilakukan  dengan  pembebanan  seperti ditampilkan oleh skema pada Gambar 10. Penentuan retak dilakukan dengan metode pengamatan visual, pengukuran regangan  yang  terjadi  pada  tulangan  prategang  ( PC  bar ) serat  tarik  terluar  (Gambar  11)  dan  analisis  kurva  beban lendutan yang didapatkan dari pembacaan LVDT (Gambar 12).
awal retak awal retak awal retak
Gambar 8 Penampang spun pile
Gambar 9 Posisi strain gauge
Gambar 11 Strain gauge tulangan PC bar

## ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## 1. Pengamatan Visual
Beban retak hasil pengamatan visual ditulis sesuai dengan hasil pengamatan saat retak pertama muncul. Dari catatan hasil  pengamatan  beban  retak  secara  visual,  besarnya  P cr untuk  masing-masing spun  pile dicatat  seperti  terlihat dalam Gambar 13. Nilai beban retak awal pada spesimen M-TB-1 P cr adalah 98 kN, M-TB-2 P cr adalah 97,5 kN dan M-TB-3 P cr adalah 97,50 kN. Kondisi visual retak spun pile pada saat beban ultimit ditunjukkan pada Gambar 14.
(a) M-TB-1
(b) M-TB-2 (c)  M-TB-3
Gambar 13 Catatan beban retak dan runtuh spun pile
Gambar 14 Kondisi visual retak spun pile [7, 8]

## 2. Hasil pengukuran kurva beban-lendutan
Terlihat kurva beban perpindahan Gambar 15, pengamatan retak dilakukan dalam rentang lendutan 5 mm. Badan spun pile dinyatakan  mulai  retak  saat  terjadi  perubahan kemiringan kurva. Benda uji M-TB-1 retak pada beban 93 kN dengan lendutan 2,7 mm, M-TB-2 retak pada beban 88 kN dengan lendutan 2,4 mm dan M-TB-3 retak pada beban 93 kN dengan lendutan 2,5 mm.

## 3.  Hasil pengukuran regangan tarik PC bar
Akibat  beban  lentur, PC  bar dan  beton  di  bawah  sumbu netral  akan  mengalami  tambahan  regangan  tarik.  Seiring dengan  bertambahnya  beban  lentur,  dan  tegangan  yang bekerja  mengalami  kondisi  tarik  dan  lebih  besar  dari kapasitas  tarik  beton,  beton  akan  mengalami  retak. Akibatnya, beban tarik yang terjadi pada beton retak akan dipikul  oleh  tulangan PC  bar. Hal  ini  menyebabkan terjadinya  loncatan  regangan  tarik  di PC  bar serat  tarik terluar.    Gambar  16  menunjukkan  Riwayat  perubahan regangan pada PC bar yang diukur pada ketiga benda uji spun  pile.  Loncatan  regangan  tarik  terjadi  pada  lendutan 2,7  mm  untuk  M-TB-1,  lendutan  2,4  mm  untuk  M-TB-2 dan lendutan 2,5 mm untuk M-TB-3.
(a) M-TB-1
(b) M-TB-2 (c) M-TB-3
Gambar 15 Kurva beban-lendutan saat retak
(a) M-TB-1 (b) M-TB-2 (c) M-TB-3
Gambar 16 Regangan tarik PC bar terluar saat retak
2.7; 93 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 5 B eb an ( k N) Lendutan (mm) 2.4; 88 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 5 B eb an ( k N) Lendutan (mm) 2.5; 93 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 5 B eb an ( k N) Lendutan (mm)
3; 0.0001 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0 1 2 3 4 5 R egangan Lendutan (mm) 2.4; 0.0002 0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0 1 2 3 4 5 R egangan Lendutan (mm) 2; 0.0001 0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0 1 2 3 4 5 R egangan Lendutan (mm)
4.  Perbandingan  beban  retak  pengamatan  visual, kurva beban-lendutan dan regangan tarik PC bar. Penentuan  beban  retak  secara  visual  telah  dilakukan  dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 13. Analisis kekakuan kurva  beban-lendutan  ditunjukkan  pada  Gambar  15. Rekapan  beban  retak  hasil  analisis  dari  kedua  metode tersebut ditunjukkan  pada  Tabel  1.  Pada  tabel  tersebut terlihat  beban  retak  hasil  pengamatan  visual  cenderung lebih  besar  dibandingkan  dengan  hasil  kurva  beban- lendutan dengan selisih hingga +8 kN seperti pada sampel M-TB-2. Sehingga penentuan momen retak dengan visual terdapat (keterlambatan) delay pembacaan. Secara visual, pembacaan  beban  retak (Pcr)  spun  pile terlambat  sekitar 3% hingga 9% dibanding nilai beban retak berdasar kurva beban perpindahan. Delay pembacaan beban retak ini juga terjadi  pada  pengujian  balok  prategang  yang  dilakukan oleh  peneliti  terdahulu  seperti  ditampilkan  pada  Tabel  2 [6].
Tabel 1 Beban retak pengamatan visual dan kurva beban- lendutan Benda uji Beban saat retak Pengamatan visual Kurva beban- lendutan Selisih visual-kurva (kg) (kN) (kN) (kN) (%) M- TB-1 9800  96,1 93 +3 +3 M- TB-2 9750  95,6 88 +8 +9 M- TB-3 9750  95,6 93 +3 +3
Jika  dibandingkan  nilai  lendutan  saat  retak  dari  kurva beban-lendutan  pada  Gambar  15  dengan  lendutan  retak dari regangan tarik PC bar pada Gambar 16, terlihat bahwa nilai  lendutan  saat  retak  terjadi  pada  kurva  beban perpindahan  sama  dengan  lendutan  saat  terjadi  peralihan kemiringan kurva regangan. Pada kondisi tersebut, terjadi lendutan sebesar 2,7 mm untuk M-TB-1, 2,4 mm untuk M- TB-2, dan 2,5 mm untuk M-TB-3. Dengan demikian nilai beban  retak  dengan  analisis  kurva  beban-lendutan  serupa dengan bacaan regangan tarik PC bar .
Sehingga  penentuan  beban  retak  menggunakan  kurva beban-lendutan  dan  rekaman  regangan  tarik PC  bar menghasilkan  nilai  beban  retak  yang  lebih  akurat dibandingkan pengamatan visual.
Tabel 2 Besar P cr atas dasar pengukuran regangan tarik beton (  ct ), dan P cr atas dasar pengamatan visual pada balok prategang [6].
Tipe Balok A B C D E Pcr(kN) Ɛct 20.0  37.5 50.0 63.2 78.1 Visual 28.0  43.0 58.0 73.0 88.0 Beda hasil (%) +40 +14.6  +16.0  +10.0  +7.3

## KESIMPULAN
Penelitian ini memaparkan suatu hasil studi eksperimental terhadap  penetapan  beban  retak  tiang  pancang  pratekan pracetak  dengan  metode  pengamatan  visual,  analisis regangan  tarik,  dan  evaluasi  kurva  hubungan  beban- lendutan.  Berdasarkan  penelitian  ini  dapat  diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Besar beban retak spun pile hasil pengamatan visual 3%  hingga  9  %  lebih  besar  dibandingkan  dengan beban  retak  berdasarkan  kurva  beban-lendutan.  Hal ini  menunjukkan  terjadi  keterlambatan  pembacaan data  secara  visual  yang  masih  dilakukan  secara manual dan memerlukan engineering judgement. 2. Penetapan  nilai  beban  retak  dengan  analisis  kurva beban-lendutan serupa dengan bacaan regangan tarik PC bar . Lendutan saat retak berkorelasi basik dengan terjadinya loncatan regangan tarik pada PC bar.
3. Dari  ketiga  cara  penetapan  besarnya  beban  retak, metode  dengan  menggunakan  data  kurva  beban- lendutan dan bacaan regangan tarik PC bar memiliki tingkat akurasi yang sangat baik.

## SARAN
1. Buat  para  pelaksana  konstruksi,  baik  perencana, kontraktor  maupun  pengawas,  dianjurkan  di  dalam dokumen RKS (Rencana Kerja dan Syarat) sebaiknya sudah  tidak  lagi  menggunakan  pengamatan  secara visual  untuk  menentukan  beban  retak  yang  terjadi. Hal  ini  dikarenakan  penentuan  besar  beban  retak lebih lambat sekitar 3% hingga 9% dari bacaan beban retak  berdasarkan  kurva  beban  perpindahan  yang lebih akurat.
2. Apabila beban retak ditetapkan secara visual ( without showing any cracks ), maka personil yang ditugaskan haruslah tenaga yang terlatih dan berkomitmen.
3. Penggunaan LVDT di laboratorium untuk menghasilkan  kurva  beban-lendutan  saat  pengujian lebih mudah dibandingkan dengan pemasangan strain gauge di dalam benda uji yang harus dilakukan saat produksi tiang pancang. Dengan demikian penggunaan  kurva  beban-perpindahan  menjadi metode  penetapan  beban  retak  yang  lebih  aplikatif dalam pengujian spun pile .

## ACKNOWLEDGEMENT
Ucapan terima kasih disampaikan pada PT Wijaya Karya Beton Tbk. atas kerjasama penelitian spun pile mulai tahun 2014 hingga 2019.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  SNI  2847:2019  “Persyaratan  beton  struktural  untuk bangunan gedung”. Badan Standardisasi Nasional.
[2]  ”Japanese  Industrial  Standard  Pretensioned    Spun Concrete Piles”. JIS A 5335 1987.
[3]   Lizhao Dai, Lei Wang ⁎, Jianren Zhang, Xuhui Zhang (2016) A global model for corrosion-induced cracking in prestressed concrete structures, Engineering Failure Analysis 62, page 263–275.
[4]  K.  Bhargava,  A.  Ghosh,  Y.  Mori,  S.  Ramanujam, Analytical  model  for  time  to  cover  cracking  in  RC structures due to rebar corrosion, Nucl. Eng. Des. 236 (2006) 1123–1139.
[5] Brosur Spun Pile produksi PT Wika Beton .
[6]  Raka  IGP.”Contribution  a  l’Etude  du  Comportement des  Beton  Armees  Precontraints  par  fils  adherents soumises  a  des  Chargements  Cycliques”.These  de Doctor-Ingeneur,  presentee  a  l’Institut  National  des
Sciences  Appliquees  de  Toulouse  .  Soutenue  le  12 Janvier 1982.
[7]  Irawan,  C.,  Djamaluddin,  R.;  Raka,  IGP.;  and Suprobo,  P.,  October  2016.  “The  Experimental Investigation of Failure Mechanism of Spun Pile due to  Monotonic  Loading  using  NEHRP  2000”.  4th International  Conference  on  Protective  Structures (ICPS4).
[8]   Irawan  C,  Djamaluddin  R,  Raka  IGP,  Faimun,
Suprobo P.,Gambiro. “Concrete on flexure performance  of  spun  pile-an  experimental  study”. Jurnal  Teknologi  (Sciences  &  Engeneering),  78:1 (2016) 1-5.