HAND OUT REKAYASA PONDASI 2

Transkripsi

1 JURUSAN TEKNIK SIPIL FT UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG HAND OUT REKAYASA PONDASI 2 PONDASI TIANG PANCANG HANGGORO TRI CAHYO A. REVISI JANUARI 2006

2 Terimakasih kepada Prof Bengt B Broms pada situs Foundation Engineering by Prof Bengt B Broms - atas pencerahannya Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 1

3 SESI 1 : PRINSIP DAN APLIKASI PONDASI TIANG Pondasi tiang diperlukan untuk mendukung struktur atas untuk kondisi-kondisi sebagai berikut : a. Lapisan-lapisan tanah atas sangat kompresibel dan terlalu lemah mendukung struktur atas. Dalam hal ini pondasi tiang diperlukan untuk meneruskan beban kedalam lapisan tanah keras (bedrock). Jika pondasi tiang tidak mencapai tanah keras, maka beban struktur atas akan ditahan oleh friksi antara tiang dan tanah. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 2

4 b. Jika pondasi harus menahan beban horizontal. Pondasi dalam dapat menahan momen dan vertikal secara bersamaan. Contohnya adalah pondasi untuk gedung tinggi, jembatan, dermaga dsb. c. Pada tanah yang ekspansif. Tanah yang ekspansif dapat mengalami pengembangan (swelling) dan penyusutan (shrinkage) tergantung kepada kondisi kadar airnya. d. Pondasi harus menahan uplift forces. Hal ini misalnya terjadi pada basement dengan muka air tanah yang tinggi. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 3

5 e. Adanya erosi tanah pada abutment dan pier jembatan. f. Pondasi harus menahan gerakan tanah lateral. Pondasi tiang dapat digunakan sebagai perkuatan lereng atau sekaligus sebagai pondasi bangunan yang berdiri di atas tanah berlereng. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 4

6 Bagaimana pondasi tiang dapat menahan beban aksial kolom? Q ultimit = Q ujung + Q friksi = q.a ujung + f.a selimut Q ultimit = Kapasitas ultimit pondasi tiang tunggal (kn) Q ujung = Tahanan ujung tiang (kn) Q friksi = Tahanan gesek tiang (kn) Q ultimit q = Kapasitas dukung tanah pada ujung tiang (KN/m 2 ) A ujung = Luas permukaan ujung tiang (m 2 ) L Q friksi f = Gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan selimut tiang (kn/m 2 ) A selimut = Luas permukaan selimut tiang (m 2 ) = O. L O = Keliling tiang (m) L = Panjang tiang (m) Q ujung Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 5

7 Apa perbedaan tiang friction dan end bearing? Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 6

8 Bagaimana mekanisme transfer bebannya? Mekanisme transfer beban dari tiang ke dalam tanah adalah sangat kompleks. Beban pondasi akan ditransfer melalui tahanan gesek tiang (Q friksi ) dan tahanan ujung tiang (Q ujung ). Pada saat pembebanan tiang, perpindahan tiang ke arah bawah diperlukan untuk memobilisasi tahanan gesek tiang (Q friksi ). Tanpa memperhatikan jenis tanah, jenis tiang dan dimensinya, besarnya perpindahan relatif ini biasanya tidak melebihi 0,5 cm meskipun ada yang sampai mendekati 1,0 cm. Perpindahan ujung tiang yang dibutuhkan agar tahanan ujung tiang (Q ujung ) termobilisasi seluruhnya lebih besar daripada gerakan yang dibutuhkan untuk termobilisasinya tahanan gesek tiang (Q friksi ) secara penuh. Secara umum tahanan gesek tiang ultimit (Q friksi ) termobilisasi lebih awal daripada tahan ujungnya (Q ujung ). Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 7

9 Mekanisme transfer beban juga tergantung pada jenis tanah, jenis tiang, panjang tiang dan seberapa tinggi tingkat pembebanannya. Pada umumnya, saat awal pembebanan, sebagian besar beban didukung oleh tahanan gesek tiang (Q friksi ) pada tiang bagian atas. Ketika beban dilepas dan kemudian dibebani kembali dengan beban yang lebih besar, jika tahanan gesek tiang (Q friksi ) telah mencapai maksimum, sebagian beban akan didukung oleh tahanan ujung tiang (Q ujung ). Pada saat terjadi keruntuhan, dimana pergerakan vertikal tiang terus bertambah hanya dengan penambahan beban yang sedikit, maka tidak ada lagi kenaikan transfer beban ke tahanan gesek tiang (Q friksi ) dan tahanan ujung tiang (Q ujung ) telah mencapai nilai maksimumnya. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 8

10 Apa perbedaan Q ijin dan Q ultimit? Faktor aman (S.F) diperlukan untuk memprediksi besarnya kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (Q ijin ) berdasarkan prediksi nilai Q ultimit. Alasan diperlukannya faktor aman dalam mendesain pondasi tiang antara lain adalah : Untuk memberikan keamanan terhadap tidak kepastian metode hitungan yang digunakan. Untuk memberikan keamanan terhadap penyerderhanaan profil tanah serta parameternya yang digunakan dalam desain. Untuk meyakinkan bahwa penurunan total yang terjadi pada tiang tunggal atau kelompok tiang masih dalam batas toleransi. Untuk meyakinkan bahwa penurunan tidak seragam di atara tiang-tiang masih dalam batas toleransi. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 9

11 Kondisi tanah yang bagaimana yang perlu menggunakan pondasi tiang? Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam mendesain struktur pondasi adalah : Berdasarkan pengalaman di lapangan, grafik sondir dapat di kelompokan menjadi 5 tipe grafik seperti Gambar 1.1 sampai dengan Gambar 1.5. Untuk memenuhi persyaratan (2) kapasitas dukung tanah dan (3) penurunan tanah, maka perlu dilihat terlebih dahulu seberapa besar beban yang akan didukung oleh tanah. Jika tanah pendukung sangat kompresibel dan terlalu lemah mendukung struktur atas seperti pada Gambar 1.3, maka penggunaan pondasi tiang sangat disarankan. Selain itu, faktor (1) ekonomis, (5) kemudahan pelaksanaan dan (6) dampak lingkungan merupakan bahan pertimbangan untuk pemilihan beberapa sistem pondasi yang masih memenuhi persyaratan (2) kapasitas dukung tanah dan (3) penurunan tanah. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 10

12 Gambar 1.1. Besarnya beban struktur atas berpengaruh pada pemilihan sistem pondasi footing atau tiang. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 11

13 Gambar 1.2. Pemilihan sistem pondasi tiang pancang ditujukan untuk mempercepat proses konstruksi karena meminimalkan pekerjaan penggalian dan pengurugan. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 12

14 Gambar 1.3. Pondasi tiang diperlukan untuk meminimalkan resiko penurunan dan beda penurunan pada struktur atas. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 13

15 Gambar 1.4. Adanya lapisan lensa yang tipis masih memungkinkan digunakannya pondasi footing untuk beban kolom yang relatif kecil. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 14

16 Gambar 1.5. Adanya lapisan lensa yang tebal memungkinkan digunakannya pondasi footing untuk beban kolom yang sesuai. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 15

17 SESI 2 : SPESIFIKASI PONDASI TIANG PANCANG A. SPESIFIKASI PILES Tabel 2.1 Spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles Ex-WIKA Panjang Concrete Outside Unit Section Bending Momen Tiang (m) Cross Diameter Weight Modulus Capacity Class dan Diesel Section (mm) (kg/m) Hammer *) (cm 2 (m 3 ) (ton.m) ) A2 A3 B C A1 A3 B C A2 A3 B C A1 A2 A3 B C A1 A2 A3 B C A1 A2 A3 B C 6-13 K K-13/K K-25/K K K-35/K K Panjang tiang interval per m dengan mutu beton K , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,40 Crack 2,50 3,00 3,50 4,00 3,50 4,20 5,00 6,00 5,50 6,50 7,50 9,00 7,50 8,50 10,0 11,0 12,50 10,50 12,50 14,00 15,00 17,00 17,00 19,00 22,00 25,00 29,00 Ultimate 3,75 4,50 6,30 8,00 5,25 6,30 9,00 12,00 8,25 9,75 13,5 18,00 11,25 12,75 15,00 19,80 25,00 15,75 18,75 21,00 27,00 34,00 25,50 28,50 33,00 45,00 58,00 Allowable Axial Load (ton) *) untuk tipe diesel hammer, angka dibelakang K menunjukkan berat ram dalam satuan kn. 72,60 70,75 67,50 65,40 93,10 89,50 86,40 85,00 121,10 117,60 114,40 111,50 149,50 145,80 143,80 139,10 134,90 185,30 181,70 178,20 174,90 169,00 252,70 249,00 243,20 238,30 229,50 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 16

18 Tabel 2.2 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-TONGGAK AMPUH Max. Max. Panjang Max. Final Max. Dimensi Ultimate Tanpa Presetressing Beban Tiang Bending Sambungan Force Axial (cm) Moment (m) (Ton) (Ton) (Ton.m) Berat per Meter (kg/m) 30 x 30 22,0 74,3 11,4 121, x 35 23,5 94,5 17,6 165, x 40 25,5 128,3 26,9 216, x 45 27,0 162,0 38,3 273, x 50 28,5 195,8 52,0 337, x 55 29,5 236,3 69,0 408, x 60 31,0 283,5 90,3 486,0 862 Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500 B. SPESIFIKASI MINIPILES Tabel 2.3 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex- PASIFIC PRESTRESSED Compression Ult. Moment Ultimate Size Type L (m) Concrete Area (mm 2 ) Allowable (ton) Ultimate (ton) Cap P=0 to Max Tension Strength (ton) (ton-m) 28x28x28 PA ,2 91,9 0,37 1,06 17,4 PB 42,5 88,9 0,49 1,69 27,8 32x32x32 PA ,6 121,6 0,47 1,21 17,4 PB ,9 118,6 0,62 1,93 27,8 20x20 PA ,7 107,6 0,76 1,72 23,2 PB 49,4 103,5 1,04 2,75 37,1 Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500 Tabel 2.4 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-FRANKI MINIPILE RECOMMENDED MAXIMUM SAFE WORKING LOAD OF MINI FRANKI PILE TYPE SIZE COMPRESSION TENSION MF-28 MINI FRANKI PILE Δ 28 x 28 x 28 per 6 meter 25 TON 5 TON MF-32 MINI FRANKI PILE Δ 32 x 32 x 32 per 6 meter Bentuk penampang segitiga, mutu beton K TON 5 TON Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 17

19 Tabel 2.5 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-TONGGAK AMPUH Max. Max. Panjang Max. Final Max. Dimensi Ultimate Tanpa Presetressing Beban Tiang Bending Sambungan Force Axial (cm) Moment (m) (Ton) (Ton) (Ton.m) Berat per Meter (kg/m) 20 x 20 18,0 33,8 3,4 54, x 25 20,0 47,3 6,4 84,3 153 Tabel 2.6 Spesifikasi Reinforced Concrete Mini Pile Ex-PATON BUANA SEMESTA BENTUK Persegi Persegi Segitiga Segitiga 20x20 25x25 32x32x32 37x37x37 Mutu Beton K-350 K-350 K-350 K-350 Tulangan Utama 4 D 13 4 D 16 3 D 16 3 D 16 Beugel φ 6 φ 6 φ 6 φ 6 Panjang Section 3.00 M 6.00 M 3.00 M 6.00 M 3.00 M 6.00 M 3.00 M 6.00 M Daya Dukung izin Material Tiang 26,8 Ton 59 Ton 29,3 Ton 54 Ton Tabel 2.7 Spesifikasi Reinforced Concrete Mini Pile Ex-PASIFIC PRESTRESSED Compression Ult. Moment Cap Ultimate Size Type L (m) Concrete Area (mm 2 ) Allowable (ton) Ultimate (ton) P=0 to Max (ton-m) Tension Strength (ton) 28x28x28 RA 56,0 94,0 1,1 2,6 14, RB 58,6 98,4 1,5 3,0 21,0 32x32x32 RA ,0 118,0 1,7 4,1 21, RB ,6 130,0 2,4 4,7 29,8 20x20 RA 57,6 110,0 1,2 2,9 14, RB 59,0 113,0 1,5 3,1 18,6 Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 18

20 SESI 3 : KAPASITAS TIANG TUNGGAL BERDASARKAN DATA UJI LAPANGAN A. BERDASARKAN DATA SPT Gambar 3.1. Rumus kapasitas dukung tiang berdasarkan data N-SPT Mayerhof (1967) dapat digunakan pada data hasil pemboran ini. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 19

21 Rumus kapasitas dukung tiang berdasarkan data N-SPT Mayerhof (1967) dalam Cernica (1995) untuk tanah non-kohesif : f total = Σ (f i.l i ) f i = 2 x N i q = 40.N (L/D) < 400.N f total = Total gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan selimut tiang untuk setiap lapisan yang dijumpai (kn/m ) L i f i D L = Tebal lapisan tanah ke-i (m) = Gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan selimut tiang untuk lapisan tanah ke-i (kn/m 2 ) = Diameter tiang (m) = Total panjang tiang (m) q = Kapasitas dukung tanah pada ujung tiang (KN/m 2 ) Q ultimit = A ujung. q + O. f total Q ijin = Q ultimit / SF Q vultimit = Kapasitas ultimit pondasi tiang tunggal (kn) Q vijin = Kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (kn) SF = Faktor aman yang nilainya dapat diambil 2,5 s/d 3. A ujung = Luas permukaan ujung tiang (m 2 ) O = Keliling tiang (m) Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 20

22 Tabel 3.1. Kapasitas dukung ijin (kn) berdasarkan nilai tahanan ujing bawah tiang pancang pada tanah non-kohesif (Wika PC Piles, 2001) NILAI DIAMETER TIANG (mm) SPT Ton = 10 kn Contoh Soal 3.1 : Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan SPT Hitunglah kapasitas dukung tiang minipile 25x25 dengan kedalaman (L) = 24 m. Data penyelidikan tanah bor mesin menggunakan data Proyek Gedung Pascasarjana Undip Jalan Imam Barjo, SH Semarang seperti pada Gambar 3.1. Bahan minipile adalah beton bertulang dengan Q ijin bahan = 590 kn. Jawab : Nilai SPT untuk perhitungan Q friksi No Lapisan Depth Tebal L i Tanah (m) (m) N i fi f i.l i 1 Pasir sedikit 0-16,.5 16, lempung 2 Lempung 16,5-19, kepasiran 3 Pasir 19,5-24 4, f total 846 kn/m f i = 2 x N i (kn/m 2 ) Nilai SPT untuk perhitungan Q ujung Nilai N-SPT pada kedalaman 24 meter adalah 40 sehingga, q = 40. N (L/D) < 400. N = /0,25 = kn/m 2 Nilai maksimum q = 400. N = kn/m 2 Sehingga diambil q = kn/m 2 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 21

23 Q ultimit = A ujung. q + O. f total = (0,25 2 ) (0,25x4). 846 = 1846 kn Q ijin = Q ultimit / SF = 1846 / 3 = 615 kn ( 600 kn) Chek terhadap kekuatan bahan tiang pancang Bahan direncanakan menggunakan beton bertulang dimensi 25x25 panjang per segmen 6 meter. Kapasitas ijin bahan minipiles (Q ijinbahan ) = 590 kn. Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Q ijin ) diambil 590 kn (pilih yang terkecil dari Prediksi Q ijin dan kekuatan materialnya) B. BERDASARKAN DATA SONDIR Dalam Wesley (1977) disebutkan kapasitas dukung tiang ijin untuk tiang yang dipancang sampai lapisan pasir : Q ijin = (q c. A ujung )/3 + (T f. O)/5 Q ujung Q friksi Untuk pemancangan tiang pada tanah lempung Wesley (1977) menyarankan penggunaan faktor aman yang lebih besar dari tiang dalam pasir. Dalam Suryolelono (1994) untuk pemancangan tiang pada tanah lempung dapat digunakan rumus : Q ijin = (q c. A ujung )/5 + (T f. O)/10 Berdasarkan pengalaman desain, biasanya pemancangan tiang pada tanah lempung jika ujung tiang telah mencapai tanah keras dapat digunakan rumus : Q ijin = (q c. A ujung )/3 + (T f. O)/10 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 22

24 Q vijin = Kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (kg) q c = Perlawanan Ujung sondir (kg/cm 2 ) T f = Total friction sondir (kg/cm ) A ujung = Luas permukaan ujung tiang (cm 2 ) O = Keliling tiang (cm) Gambar 3.2. Data sondir perlu diverifikasi dengan data hasil pemboran dan N-SPT agar menghasilkan desain yang aman. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 23

25 Contoh Soal 3.2 : Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan sondir Hitunglah kapasitas dukung tiang D45 jika dipancang hingga kedalaman tanah 18 meter. Jika ditentukan spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles adalah Ex-WIKA Klas-C dengan Q ijin bahan = 1349 kn. Data penyelidikan tanah sondir menggunakan data Proyek Gedung PLN APJ Pekalongan seperti pada Gambar 3.2. Jawab : Karena tiang belum mencapai tanah keras (qc 200 kg/cm 2 ), maka rumus yang digunakan adalah : Q ijin = (q c. A ujung )/5 + (T f. O)/10 Q ujung Q friksi Untuk diameter tiang (D) = 45 cm maka, Luas ujung tiang (A) = ¼ π D 2 = ¼ π = 1591 cm 2 Keliling tiang (O) = π D = π. 45 = 141,4 cm q c = 80 kg/cm 2 T f = 750 kg/cm Q ijin = (q c. A)/5 + (T f. O)/10 = (80 x 1591)/5 + (750 x 141,4)/10 = = kg 360 kn Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Q ijin ) diambil 360 kn (pilih yang terkecil dari Prediksi Q ijin sondir dan kekuatan materialnya) Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 24

26 SESI 4 : KELOMPOK TIANG A. KAPASITAS DUKUNG TIANG KELOMPOK (P ijin ) P ijin 3D O Pile cap 3D Q ijin Q ijin O 3D L D P ijin = Q ijin.n.e g 3D n = jumlah tiang dalam satu pile cap. UNTUK TANAH NON-KOHESIF 1. End bearing piles E g diasumsikan 1,0 2. Floating atau friction piles E g diasumsikan 1,0 UNTUK TANAH KOHESIF Untuk kondisi jarak antar pile (pusat ke pusat) 3.D : 1. End bearing piles E g diasumsikan 1,0 2. Floating atau friction piles ,7 E g 1,0 Nilai E g bertambah linear dari 0,7 untuk S=3D hingga 1,0 untuk S=8D. Untuk kondisi jarak antar pile (pusat ke pusat) < 3.D : Kapasitas P ijin dihitung dengan keruntuhan blok SF=3. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 25

27 Contoh Soal 4.1 : Diketahui : Tiang pancang dengan diameter (D)=45 cm tersusun dalam sebuah pile cap seperti dibawah ini memiliki kedalaman tiang (L)=12 meter. Proyek terletak di kota Pekalongan dengan data tanah yang tersedia adalah data sondir seperti pada Gambar 3.2. Ditanya : Hitunglah kapasitas dukung tiang kelompok (P ijin ). Chek apakah pondasi tiang aman untuk beban aksial (P)=100 ton? 135 Jawab : 350 O P ijin O Pile cap Tiang D45 L=12 m 135 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 26

28 B. DISTRIBUSI BEBAN STRUKTUR ATAS KE KELOMPOK TIANG Beban yang didukung oleh tiang ke-i (Q i ) akibat beban P, M x dan M y dalam sebuah pile cap adalah : ki kii kiii kiv 3D 3D 3D y + 3D biii B O x + 3D bii bi L P P Pile cap O M y h Pile cap O M x h Tiang Tiang 3D 3D 3D 3D 3D ki kii kiii kiv bi bii biii P M y. x i M x. y i Q i = ± ± n Σ(x 2 ) Σ(y 2 ) n = jumlah tiang dalam satu pile cap. Σ (x 2 ) = jumlah kuadrat jarak x terhadap titik pusat berat kelompok tiang (O). Σ (y 2 ) = jumlah kuadrat jarak y terhadap titik pusat berat kelompok tiang (O). x i = jarak tiang ke-i terhadap titik O searah sumbu x. y i = jarak tiang ke-i terhadap titik O searah sumbu y. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 27

29 Contoh Soal 4.2 : 355 ki kii kiii kiv y O 7 x biii 135 bii 135 bi Diketahui : Beban yang bekerja pada titik berat tiang ( O ) : P total = P + Berat pile cap = ,2.3,55.4,90.24 = 6500,976 kn M y = 820 kn.m M x = -700 kn.m γ beton = 24 kn/m 3 Pile cap P=6000 kn M y = 820 kn.m O 120 P=6000 kn M x = -700 kn.m O Pile cap 120 Tiang D45 Tiang D45 ki kii kiii kiv 67,5 202,5 67,5 202,5 bi bii biii Ditanyakan : Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang (Q i )? Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 28

30 Jawab : Langkah 1 : Menghitung letak titik berat tiang (O) Perhitungan letak titik berat tiang tidak perlu dilakukan karena susunan tiang yang simetris baik pada arah x dan y. Letak titik berat tiang berada pada koordinat (0,0) dan berimpit pada titik berat pile cap. Langkah 2 : Perhitungan besarnya distribusi beban ke tiang n = 12 buah Σ(x 2 ) = 6 (2,025 2 ) + 6 (0,675 2 ) = 27,3375 m 2 Σ(y 2 ) = 8 (1,35 2 ) = 14,58 m 2 P total M y. x i M x. y i Q i = ± ± n Σ(x 2 ) Σ(y 2 ) 6500, x i y i = ± ± 12 27, ,58 No.Tiang POSISI Q i i x i (m) y i (m) kn (minimum) (maksimum) Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 29

31 Contoh Soal 4.3 : Diketahui : Tiang pancang dalam sebuah pile cap memiliki susunan seperti gambar di bawah ini. Susunan yang tidak simetris ini disebabkan adanya struktur pondasi bangunan lama yang membuat tiang baris KIII sulit untuk dipancang sehingga digeser hingga 65 cm. ki kii kiii P=4200 kn biii Kolom 60x bii 135 Pile cap 90 bi y x Tiang D Ditanyakan : Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang (Q i )? Jawab : Langkah 1 : Menghitung letak titik berat tiang (O) Letak titik berat tiang terhadap baris ki : 9 x o = 3. 1, ,35 x o = 1,56667 m Letak titik berat tiang terhadap baris bi : 9 y o = 3. 1, ,70 y o = 1,35 m 355 y O y + x x O Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 30

32 Langkah 2 : Menghitung Eksentisitas Beban kolom dan pile cap Eksentrisitas kolom terhadap titik berat pondasi : e xkolom = 2,4 1, ,425 = 0,40833 m Eksentrisitas titik berat pile cap terhadap titik berat pondasi : e xpoer = 2,1 1, ,425 = 0,10833 m Beban yang bekerja pada titik berat pondasi (O) : γ beton = 24 kn/m 3 P = P kolom + P poer = (4,2.3,55.0,9) 24 = 4522 kn M y = P kolom. e xkolom + P poer. e xpoer = , ,10833 = 1749,87 kn.m M x = 0 42,5 42, y + x y O e xkolom x O Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 31

33 Langkah 3 : Perhitungan besarnya distribusi beban ke tiang n = 9 Σ(x 2 ) = 3 (1, ) + 3 (0, ) + 3 (1, ) = 17,045 m 2 P total M y. x i Q i = ± n Σ(x 2 ) ,87. x i = ± 9 17,045 No.Tiang POSISI i x i (m) y i (m) kn Q i Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 32

34 Contoh Soal 4.4 : Diketahui : Abutment setinggi 9,75 m dari dasar pondasi memiliki susunan pile cap seperti dibawah ini. Kapasitas dukung tiang tunggal end bearing persegi 50x50 berdasarkan hasil sondir dan SPT menghasilkan Q ijin = 1100 kn. Kapasitas dukung tiang tunggal arah horisontal (H ijin ) = 100 kn Tiang 50x50 y x 6 O 10 Abutment 150x890 cm ±0.00 Tanah Urugan STRUKTUR ABUTMENT P M x O Pile Cap H -9,75 1H:4V Tiang 50x Beban jembatan rangka baja bentang 60 m, berat sendiri abutmen dan oprit bekerja pada titik berat tiang pancang (O) : Beban aksial (P) = kn. Beban momen memutar sumbu x (M x ) = 2500 kn.m Beban lateral (H) = 3000 kn. Ditanyakan : a. Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang? b. Chek apakah pondasi abutment tersebut aman? Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 33

35 Jawab : a. Beban yang didukung oleh masing-masing tiang adalah : Σ(y 2 ) = 10. (2 2 ) = 40 m 2 P M x. y i Q i = ± n Σ(y 2 ) = y i Untuk baris tiang 1 s/d tiang 5, y i = 2,0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Q i = 925 kn Tiang pada baris ini memiliki kemiringan taing 1H:4V maka m=4. Distribusi yang terjadi pada tiang 1 s/d 5 untuk arah vertikal : Q iv = Q i / m. (1+m 2 ) = 925/4. (1+4 2 ) = 953,5 kn Distribusi yang terjadi pada tiang 1 s/d 5 untuk arah horisontal : Q ih = Q i / m = 925/4 = 231,25 kn Untuk baris tiang 6 s/d tiang 10, y i = 0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Q i = 800 kn Untuk baris tiang 11 s/d tiang 15, y i = -2,0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Q i = 675 kn b. Untuk mengecek apakah pondasi abutment tersebut aman jika diketahui kapasitas dukung tiang tunggal end bearing Q ijin = 1100 kn dan kapasitas dukung tiang tunggal arah horisontal (H ijin ) = 100 kn. Nilai yang terbesar dari distribusi beban vertikal (Q i ) ke masing-masing tiang : Q i = 953,5 kn < Q ijin (= 1100 kn).. Aman. Nilai yang terbesar dari distribusi beban horisontal (H i ) ke masingmasing tiang : Beban horisontal yang didukung tiang miring = 5 x 231,5 = 1157 kn Sehingga beban horisontal masing-masing tiang, H i = ( ) /15 =122,8 KN > H ijin (=100 kn).. Tidak Aman. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 34

36 SESI 5 : PELAKSANAAN PEKERJAAN TIANG PANCANG Bagaimana proses pemancangan tiang? Gambar 5.1. Proses pemancangan tiang berhenti berdasarkan hasil kalendering. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 35

37 Tabel 2.1 Spesifikasi Drop Hammer untuk Minipiles Paton B.S SPESIFIKASI PB 135 PB 150 PB 200 Berat Hammer 1,35 Ton 1,50 Ton 2,00 Ton Tinggi Jatuh 1,00 M 0,90 M 0,75 M Daya Dukung izin Tiang Pondasi Ton Ton Ton Tabel 2.2 Spesifikasi Diesel Hammer Kobelco 1971 untuk Piles. SPESIFIKASI HAMMER K13 K25 K35 K45 Total weight lb Weight of ram lb Energy per blow (mm-max) - Lb. Ram Stroke (mm-max) Number of blows ft. lb. ft ,60 8, ,26 9, ,11-9, ,93 9,35 Blows /min Explosive force lb lb.ft = 1,305 x 10-3 kn.m 1 ft = 3,05 x 10-1 m Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 36

38 Kapan penghentian pemancangan? FINAL SET UNTUK PEMANCANGAN MINIPILES DENGAN DROP HAMMER FORMULA MODIFIED ENR e h x W r x h W r + (N 2 + W p ) 1 Q ijin = x x S + 0,1 W r + W p S F dengan, Q ijin W p W r = Kapasitas dukung tiang (kg) = Berat tiang pancang (kg) = Berat Hammer (kg) H = Tinggi Jatuh (cm) e h = Faktor Efisiensi = 0,90 N = Koefisiensi Restitusi = 0,50 S F = Faktor Keamanan = 6 S = Final set untuk satu kali pukulan (cm) Contoh 5.1 : Final set untuk tiang minipiles Diketahui : Minipiles 20X20 panjang 3 meter = 288 Kg, dengan kapasitas dukung minipiles (Q ijin ) = 21,81 ton. Drop Hammer menggunakan berat hammer 1600 kg dan tinggi jatuh 90 cm. Ditanyakan : Berapa besarnya final set untuk 10 kali pukulan hammer? Jawab : e h x W r x h W r + (N 2 + W p ) 1 Q ijin = x x S + 0,1 W r + W p S F 0,90 x 1600 x (0, ) = x x S + 0, S = 0,778 cm Jadi untuk mencapai daya dukung = 21,81 ton, maka final set = 8 cm (untuk 10 kali pukulan) Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 37

39 Gambar 5.2. Kendali mutu pelaksanaan pemancangan tiang di lapangan antara lain (1) ketegaklurusan tiang, (2) kalendering dan (3) penyambungan segmen tiang. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 38

40 FINAL SET UNTUK PEMANCANGAN PILES DENGAN DIESEL HAMMER Hiley Formula untuk hammer desel e h. 2.W r.h W r + N 2.W p 1 Q ijin = x x S + (C 1 +C 2 +C 3 )/2 W r + W p S F dengan, Q ijin W p W r = Kapasitas dukung tiang (ton) = Berat tiang pancang yang terakhir dipancang (ton) = Berat Hammer (ton) H = Tinggi Jatuh hammer (m) e h = Faktor Efisiensi = 1,0 N = Koefisiensi Restitusi = 0,25 S F = Faktor Keamanan = 3 S = Final set (m) Nilai Easy Driving p = 35 kg/cm 2 Medium Driving p = 70 kg/cm 2 Hard Driving p = 105 kg/cm 2 Very Hard Driving p = 140 kg/cm 2 C 1 0,003 0,006 0,010 0,013 C 2 0,002.L/2 0,004.L/2 0,006.L/2 0,008.L/2 C 3 0-0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 39

41 PROSEDUR PERHITUNGAN PERENCANAAN STRUKTUR PONDASI TIANG PANCANG Sebuah gedung bertingkat memiliki kolom 60x60 cm dengan pembebanan tetap (beban hidup + beban mati) sebesar : Beban aksial kolom (P) = 2408 kn Momen memutar sumbu x (M x ) = 3,42 kn.m Momen memutar sumbu y (M y ) = 5,08 kn.m Desainlah pondasi tiang pancang dengan menggunakan data SPT dan CPT yang berdekatan. Mutu beton digunakan K-400 dan tulangan digunakan BJTD39. JAWAB : A. Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan CPT Q ijin = (q c. A ujung )/3 + (T f. O)/10 Q ujung Q friksi Diameter piles diambil D45 (besarnya dimensi piles tergantung beban kolom dan kemudahan pelaksanaan di lapangan). Untuk diameter tiang (D) = 45 cm maka, Luas ujung tiang (A) = ¼ π D 2 = ¼ π = 1591 cm 2 Keliling tiang ( O) = π D = π. 45 = 141,4 cm TIPS : Untuk perediksi awal, kedalaman tiang disarankan mencapai tanah keras dengan diambil diameter tiang terkecil dari spesifikasi yang ada. Jika tiang yang dibutuhkan dalam satu kolom terlalu banyak, diameter tiang dapat diperbesar. Kedalaman Tanah keras 20 m (q c > 200 kg/cm 2 atau N-SPT > 40) q c = 200 kg/cm 2 T f = 1950 kg/cm Q ijin = (q c. A)/3 + (T f. O)/10 = (200 x 1591)/3 + (1950 x 141,4)/10 = = kg ( 130 ton) = 1300 kn Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 40

42 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 41

43 B. Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan SPT Panjang pile (L) = 20 m, Radius pile (R) = 22,5 cm B.1. Nilai SPT untuk perhitungan Q friksi No Lapisan Depth Tebal L i fi f i.l i Tanah (m) (m) N i 1 Lempung Coklat tua 2 Lempung Hitam 3 Breksi f total 342 kn/m f i = 2 x N i (kn/m 2 ) B.2. Nilai SPT untuk perhitungan Q ujung Nilai N-SPT pada kedalaman 20 meter adalah 42 sehingga, q = 40. N (L/D) < 400. N = /0,45 = kn/m 2 Nilai maksimum q = 400. N = kn/m 2 Sehingga diambil q = kn/m 2 Q ultimit = A ujung. q + O. f total = 0, , = 2672, ,588 = 3156,46 kn Q ijin = Q ultimit / SF = 3156,46 / 3 = 1052,156 kn ( 1050 kn) C. Chek terhadap kekuatan bahan tiang pancang Bahan diambil dari spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles Ex- WIKA Klas-C dengan Q ijin bahan = 134,9 Ton = 1349 kn Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Q ijin ) diambil 1050 kn (pilih yang terkecil dari Prediksi Q ijin CPT, SPT dan kekuatan materialnya) Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 42

44 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 43

45 D. Jumlah tiang yang dibutuhkan dalam desain Jumlah tiang yang dibutuhkan dalam satu kolom dengan beban : Beban aksial kolom (P) = 2408 kn Momen memutar sumbu x (M x ) = 3,42 kn.m Momen memutar sumbu y (M y ) = 5,08 kn.m Jarak tiang diambil 3.D = 3 x 45 cm = 135 cm Dengan jarak tiang 3.D nilai efisiensi tiang kelompok (E g ) = 0,7 Jumlah tiang yang dibutuhkan (n) = P/(Q ijin.e g ) = 2408 / (1050.0,7) = 3,276 buah Jumlah tiang dibulatkan jadi 4 buah. TIPS :jika momen yang terjadi cukup besar, lebih baik jumlah pile dibesarkan dari kebutuhan tiang terhadap beban aksial kolomnya. E. Distribusi beban kolom ke masing-masing tiang Jika telah diketahui jumlah pile yang dibutuhkan adalah 4 buah maka desain pile cap atau poer dapat dipilih dengan susunan : Kolom 60x60 Tie Beam Pile Cap Pile D y x Distribusi beban kolom ke masingmasing tiang dalam pile cap adalah : Q i = P/n ± M y.x/(σx 2 ) ± M x.y/(σy 2 ) Σx 2 = 4. (1,35/2) 2 = 1,8225 m 2 Σy 2 = 4. (1,35/2) 2 = 1,8225 m 2 n = 4 buah Q 1 = 2408/4 + 3,42.(-0,675)/1, ,08.(0,675)/1,8225 = 602 1, ,8815 = 602,6148 kn Q 2 = 605,1482 kn < Q ijin.e g (=1050.0,7 = 735 kn)..ok! Q 3 = 601,3852 kn Q 4 = 598,8518 kn > 0, tidak perlu hitung kap. tarik tiang. Jika Qi menderita tarik (-) maka tiang harus didesain menahan tarik. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 44

46 F. Perhitungan Final Set untuk penghentian pemancangan tiang Tiang direncanakan dipancang dengan mesin diesel hammer K35 (spesifikasi diesel hammer untuk tiap diameter tiang berbeda). Segmen tiang untuk total 20 meter adalah meter. Hiley Formula untuk hammer desel pada tanah medium driving e h. 2.W r.h W r + N 2.W p 1 Q ijin = x x S + (C 1 +C 2 +C 3 )/2 W r + W p S F dengan, Q ijin = Kapasitas dukung tiang (ton) W p = Berat tiang pancang. Untuk D45, L = 9 m maka beratnya 0,235.9 = 2,115 ton W r = Berat Hammer Untuk K-35 Diesel Hammer berat hammer = 3,5 ton H = Tinggi Jatuh hammer Tinggi jatuh hammer dilapangan direncanakan 1,2 meter e h = Faktor Efisiensi = 1,0 N = Koefisiensi Restitusi = 0,25 S F = Faktor Keamanan = 3 S = Final set Nilai Easy Driving p = 35 kg/cm 2 Medium Driving p = 70 kg/cm 2 Hard Driving p = 105 kg/cm 2 Very Hard Driving p = 140 kg/cm 2 C 1 0,003 0,006 0,010 0,013 C 2 0,002.L/2 0,004.L/2 0,006.L/2 0,008.L/2 C 3 0-0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 (C 1 +C 2 +C 3 )/2 = (0, ,004.9/2 + 0,0025)/2 =0,01325 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 45

47 PERHITUNGAN FINAL SET Faktor Efisiensi (Eh) : Berat Hammer (Wr) : ton Tinggi Jatuh (h) : m Koef. Restitusi (N) : Berat 1 Section (Wp) : ton Faktor keamanan (SF): Final Set (s) m (C1+C2+C3)/ P all per pile ton Final Set (s) untuk 10 x Pukulan = 4 cm Sehingga final set untuk 10 x pukulan adalah 4 cm. G. Menghitung Tinggi Pile Cap dan Penulangannya Untuk menghitung besarnya momen, geser satu arah dan geser pons, diperlukan data perhitungan : Dimensi kolom 60 cm x 60 cm. Beban aksial kolom (P) = 2408 kn y 1 2 x Distribusi beban untuk setiap tiang pancang : Q 1 = 602,6148 kn Q 2 = 605,1482 kn. Q 3 = 601,3852 kn Q 4 = 598,8518 kn. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 46

48 Mutu bahan yang digunakan : Mutu beton K-400 (f c =33,2 MPa) Mutu tulangan baja f y =390 MPa Untuk menghitung struktur betonnya, beban perlu dikalikan dengan faktor beban : U=1,2 (beb.mati) + 1,6 (beb.hidup) Namun jika yang diketahui hanya nilai (beban mati + beban hidup) tanpa mengetahui besarnya masing-masing dapat dilakukan pendekatan nilai faktor beban 1,4. ½ d ½ d 1 2 b Bidang Kritis Pons h Beban kolom ultimate : P u = 1,4 x P = 1,4 x 2408 = 3371,2 kn Beban per pile ultimate : Qu 1 = 1,4 x 602,6148 = 843,66 kn Qu 2 = 1,4 x 605,1482 = 847,20 kn. Qu 3 = 1,4 x 601,3852 = 841,83 kn Qu 4 = 1,4 x 598,8518 = 838,39 kn. Chek Terhadap Geser Pons : d 4 45 B = 215 cm Kolom 60x60 Pile Cap Tulangan As 3 t h Besarnya tinggi efektif (d) pile cap dicoba 80 cm. V u pons = P u = 3371,2 kn Keliling bidang kritis geser pons (b o ) : b o = 2 (b + d) + 2 (h + d) = 2 ( ) + 2 ( ) = 5600 mm Pile D45 φ V c pons = 0,6.0,33. f c.b o.d (MPa = N/mm 2 ) = 0,6. 0,33. 33, = 5,111 x 10 6 N = 5111 kn V u pons < φ V c pons OK Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 47

49 Chek Terhadap Geser Lentur Pengecekan geser lentur pada kasus ini tidak dilakukan karena untuk d = 80 cm tiang pancang berada di dalam bidang geser yang terbentuk. Sehingga tebal pile cap (t h ) = d + 15 cm + selimut beton + ½.dia.tul pile cap = ,5/2 = 101, cm. Jika pengecekan akan dilakukan langkah perhitungannya : V u geser lentur = Total Q u tiang diluar bidang geser yang terbentuk baik untuk arah potongan x-x maupun y-y. φ V c geser lentur = 0,6.0,17. f c.b.d (MPa = N/mm 2 ) Syarat : V u geser lentur > φ V c geser lentur Jika belum memenuhi maka perbesar tinggi efektif (d) Perhitungan Tulangan Pile Cap Momen terhadap titik berat kolom : M u = (Q u1. 1,35/2) + (Q u2. 1,35/2) = (843,66. 1,35/2) + (847,2. 1,35/2) = 1141 kn.m = 1,141 x 10 7 kg.cm B = 215 cm d = 80 cm f c = 33,2 MPa = 332 kg/cm 2 f y = 390 MPa = 3900 kg/cm 2 Mencari nilai β 1 : Jika f c 300 kg/cm 2 maka β 1 = 0,85 f c > 300 kg/cm 2 maka β 1 = 0,85 0,0008 (f c 300) Jika β 1 < 0,65 maka β 1 = 0,65 Untuk f c = 332 kg/cm 2 maka nilai β 1 = 0,8244 M n = M u /0,8 = kg.cm Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 48

50 K = M n = B. d 2. 0,85. f c , = 0,03673 F = K = 0,03743 F max = β = 0, f y F F max Tulangan tunggal F > F max Tulangan rangkap Karena kondisi F < F max maka digunakan perhitungan untuk tulangan tunggal A s = F. B. d. 0,85. f c fy = 0, , = 46,585cm 2 ρ min = 0,0025 ( nilai ρ min untuk plat) A smin = ρ min. B. d = 0, = 43 cm 2 digunakan As > A smin dipasang diameter tulangan D25 dengan jumlah tulangan : A 25 = ¼. π. 2,5 2 = 4,90625 cm 2 Jumlah tulangan (A s ) = 46,585 = 9, D25. 4,90625 Untuk tulangan atas (A s ) = 0,15%.B.d = 25,8 cm 2 (10D19). Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 49