BAB II TINJAUAN PUSTAKA. bangunan-bangunan tingkat tinggi yang dipengaruhi oleh gaya-gaya

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pendahuluan Pondasi tiang digunakan untuk mendukung bangunan bila lapisan tanah kuat terletak sangat dalam. Pondasi jenis ini dapat digunakan untuk mendukung bangunan yang menahan gaya angkat ke atas, terutama pada bangunan-bangunan tingkat tinggi yang dipengaruhi oleh gaya-gaya penggulingan akibat beban angin. Pondasi tiang dapat dibagi menjadi 3 kategori sebagai berikut: 1. Tiang perpindahan besar (large displacement pile), yaitu tiang pejal atau berlubang dengan ujung tertutup yang dipancang ke dalam tanah sehingga terjadi perpindahan volume tanah yang relatif besar. Termasuk dalam tiang perpindahan besar adalah tiang kayu, tiang beton pejal, tiang beton prategang (pejal atau berlubang), tiang baja bulat (tertutup pada ujungnya). 2. Tiang perpindahan kecil (small displacement pile) adalah sama seperti tiang kategori pertama hanya volume tanah yang dipindahkan saat pemancangan relatif kecil, contohnya: tiang beton berlubang dengan ujung terbuka, tiang beton prategang berlubang dengan ujung terbuka, tiang baja H, tiang baja bulat ujung terbuka, tiang ulir. 3. Tiang tanpa perpindahan (non displacement pile) terdiri dari tiang yang dipasang di dalam tanah dengan cara menggali atau mengebor II - 1

2 tanah. Termasuk dalam tiang tanpa perpindahan adalah tiang bor, yaitu tiang beton yang pengecorannya langsung di dalam lubang hasil pengeboran tanah (pipa baja diletakkan dalam lubang dan dicor beton). Tiang bor termasuk dalam jenis non displacement pile, tiang bor dipasang kedalam tanah dengan cara mengebor tanah terlebih dahulu, kemudian diisi dengan tulangan dan dicor beton. (Hardiyatmo,2008) Jika ditinjau dari cara mendukung beban, tiang dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu: 1. Tiang dukung ujung (end bearing pile), yaitu tiang yang kapasitas dukungnya ditentukan oleh tahanan ujung tiang. Umumnya tiang dukung ujung berada dalam zone tanah yang lunak yang berada di atas tanah keras. Tiang-tiang dipancang sampai mencapai batuan dasar atau lapisan keras lain yang dapat mendukung beban yang diperkirakan tidak mengakibatkan penurunan berlebihan. Kapasitas tiang sepenuhnya ditentukan dari tahanan dukung lapisan keras yang berada di bawah ujung tiang. 2. Tiang gesek (friction pile), yaitu tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan oleh perlawanan gesek antara dinding tiang dan tanah di sekitaranya. Disamping itu perlunya untuk memahami mekanisme transfer beban pada tiang. Perhatikan Gambar 2.1 II - 2

3 Gambar 2.1 Mekanisme transfer beban (sumber: Braja M Das) Mekanisme transfer beban dari tiang ke tanah adalah sungguh kompleks. Untuk memahaminya perhatikanlah sebuah tiang dengan panjang L dalam Gambar 2.1(a). Misalkanlah beban pada tiang dinaikkan sedikit demi sedikit dimulai dari nol sampai dengan Q (z=0) pada permukaan tanah. Sebagian dari beban ini akan ditahan oleh gesekan pada sisi tiang sepanjang tiang (Q 1 ) dan sebagian lagi oleh tanah di ujung tiang (Q 2 ). Pertanyaanya adalah, bagaimana Q 1 dan Q 2 dihubungkan dengan beban total? Jika pengukuran dibuat untuk II - 3

4 memperoleh beban yang dapat dipikul oleh batang tiang [Q (z) ] pada setiap kedalaman z, maka variasinya akan menjadi seperti yang diperlihatkan pada kurva 1 Gambar 2.1(b). Tahanan gesek per satuan luas [f (z) ] untuk setiap kedalaman z dapat ditetukan sebagai f ( ) = ( ) ( )( ) (2.1) dimana p = keliling penampang tiang. Variasi nilai-nilai f ( ) dengan kedalaman ditunjukan pada Gambar 2.1(c). Jika beban Q pada permukaan tanah dinaikkan sedikit demi sedikit, tahanan gesek maksimum sepanjang batang tiang akan seluruhnya dikerahkan apabila perpindahan relatif antara tanah dan tiang adalah sekitar 5-10 mm terlepas dari ukuran tiang dan panjang L. Namun, tahanan titik maksimum Q 2 =Q p tidak akan dikerahkan sampai ujung tiang mengalami pergerakan sekitar 10-25% dari lebar (diameter) tiang. Nilai terendah akan terjadi pada saat pemancangan tiang dan nilai tertinggi akan diperoleh untuk tiang bor. Beban batas [Gambar 2.1(d) dan kurva 2 pada Gambar 2.1(b)], Q ( ) = Q. Dengan Q = Q dan Q = Q, maka penjelasan sebelumnya yang menunjukan bahwa Q (atau satuan gesek kulit f sepanjang batang tiang) dikembangkan pada perpindahan tiang yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan tahanan titik Q. Pada beban batas, bidang runtuh di dalam tanah pada ujung tiang (keruntuhan daya dukung yang disebabkan oleh Q ) adalah biasanya seperti II - 4

5 ditunjukkan pada Gambar 2.1(e). Catatan bahwa pondasi tiang adalah pondasi dalam, karena tanah biasanya kebanyakan akan mengalami mode keruntuhan punching. Ini berarti bahwa sebuah zona segitiga I yang dikembangkan pada ujung tiang, yang menekan ke bawah tanapa menghasilakn bidang gelincir lain apapun. Pada pasir padat dan lempung kaku, sebuah zona geser radikal II bisa secara sebagian terjadi Tiang Bor Tiang bor dipasang ke dalam tanah dengan cara mengebor tanah terlebih dahulu, baru kemudian diisi dengan tulangan dan dicor beton. Tiang ini, biasanya, dipakai pada tanah yang stabil dan kaku, sehingga memungkinkan untuk membentuk lubang yang stabil dengan alat bor. Jika tanah mengandung air, pipa besi dibutuhkan untuk menahan dinding lubang dan pipa ini ditarik ke atas pada waktu pengecoran beton. Pada tanah yang keras atau batuan lunak, dasar tiang dapat dibesarkan untuk menambah tahanan dukung ujung tiang. Kelebihan penggunaan tiang bor, antara lain: 1. Tidak ada resiko kenaikan muka tanah. 2. Kedalaman tiang dapat divariasikan. 3. Tanah dapat diperiksa dan dicocokkan dengan data laboratorium. 4. Tiang dapat dipasang sampai kedalaman yang dalam, dengan diameter besar, dan dapat dilakukan pembesaran ujung bawahnya jika tanah dasar berupa lempung atau batu lunak. II - 5

6 5. Penulangan tidak dipengaruhi oleh tegangan pada waktu pengangkutan dan pemancangan. Kekurangan : 1. Pengeboran dapat mengakibatkan gangguan kepadatan, bila tanah berupa pasir atau tanah yang berkerikil. 2. Pengecoran beton sulit bila dipengaruhi air tanah karena mutu beton tidak dapat dikonrol dengan baik. 3. Air yang mengalir ke dalam lubang bor dapat mengakibatkan gangguan tanah, sehingga mengurangi kapasaitas dukung tanah terhadap tiang. 4. Pembesaran ujung bawah tiang tidak dapat dilakukan bila tanah berupa pasir. 2.2 Maksud Dari Tes Pembebanan Maksud dari tes beban pada tiang (Fuller and Hoy, 1970) adalah 1. Untuk membuat kriteria yang dapat digunakan untuk desain dan pemasangan pondasi tiang, atau 2. Untuk membuktikan kecukupan pile-soil system untuk pile design load yang diusulkan Keuntungan Dari Tes Pembebanan 1. Mendapat desain yang lebih rasional. Kapasitas tiang dapat ditentukan lebih dapat diandalkan dengan melakukan tes beban II - 6

7 kepada sebuat tiang daripada hasil dari tes laboratorium atau berdasarkan asumsi. 2. Dapat mempergunakan faktor keamanan yang lebih rendah. Banyak pondasi tiang yang didesain menggunakan faktor keamanan 3. Dengan pengetesan penggunaan faktor keamanan yang lebih rendah dapat diperbolehkan yang berarti biaya proyek dapat lebih hemat. 3. Menambah pengetahuan berkenaan dengan perilaku pile-soil system yang berpotensial memberbolehkan untuk menaikan beban rencana dan mengurangi jumlah dari pile atau mengurangi panjang pile (untuk tiang friksi). 4. Memverifikasi design load dapat mencapai pada ujung elevasi Kapan Untuk Melakukan Tes Pembebanan Keputusan digunakan atau tidaknya loading test pada tiang pada suatu proyek dipengaruhi oleh beberapa faktor. Berikut merupakan kriteria yang dapat digunakan untuk menilai ketika pile load testing dapat secara efektif digunakan: 1. Ketika potensi untuk cost savings terlihat. Hal ini sering tejadi pada proyek besar, baik untuk menentukan apakah panjang tiang friksi dapat direduksi, atau apakah tegangan izin tiang dapat dinaikkan untuk tiang dukung ujung. 2. Ketika keamanan pile dalam menahan beban diragukan, disebabkan karena keterbatasan pengetahuan dasar dari II - 7

8 engineer, atau lokasi (site) yang tidak seperti biasa, atau kondisi proyek. 3. Ketika kondisi tanah atau batuan sangat beragam dari satu bagian proyek dengan yang lain. 4. Ketika design load secara signifikan lebih besar dari tipikal design load. 5. Ketika baru, belum teruji tipe pile dan atau metode instalasi diperlukan. 6. Ketika pile yang sudah ada akan digunakan untuk medukung struktur baru yang bebannya lebih berat Pengunaan Efektif Dari Tes Pembebanan 1. Selama Desain Pada fase desain pengujian beban pada tiang menawarkan beberapa keuntungan: a) Memperbolehkan pengujian beban terhadap alternatif tipe pile dan pemilihan untuk pile yang paling ekonomis. b) Informasi pemasangan pile dapat tersedia untuk para penawar. c) Mengurangi klaim terhadap masalah pile driving. d) Meminimalisir biaya untuk pondasi tiang (contohnya mengizinkan faktor keamanan yang lebih rendah, mengizinkan perubahan dalam design load dan jumlah pile). II - 8

9 2. Selama Kontruksi Secara khusus, tujuan utama dilakukannya loading test selama konstruksi adalah untuk memverifikasi bahwa beban rencana tidak melebihi kapasitas izin pile (proof testing). Tes pembebanan pada tahap konstruksi juga dimaksudkan untuk menentukan elevasi ujung akhir pada production pile setelah tes telah dievaluasi Batasan Dari Tes Pembebanan Sebelum membicarakan program dari desain tes pembebanan, penting untuk diketahu tes pembebanan pada tiang tunggal tidak 1. Menghitung settlement untuk jangka waktu yang lama 2. Memperhitungkan penurunan tiang dari penurunan tanah 3. Memperhitungkan efek dari kelompok tiang 4. Menghilangkan kebutuhan untuk kecukupan investigasi pondasi 2.3 Tipe Uji Beban Statik Tipe konvensional uji beban statik terdiri dari aksial tekan (axial compressive), aksial tarik (axial tensile) dan lateral load test Beban Aksial Tekan Dalam pembebanan, pile mendapat perlawanannya dari (lihat Gambar 2.2) 1. Tahanan ujung (end bearing), atau 2. Tahanan gesek (skin friction), atau 3. Kombinasi dari keduanya II - 9

10 Daya dukung ultimit secara umum dapat diungkapkan sebagai berikut: Q uc = Q p + Q f (2.2) Dimana, Q uc = daya dukung ultimit Q p = tahanan ujung ultimit Q f = tahanan gesek ultimit Gambar 2.2 Daya dukung tiang tekan (sumber: FHWA) Beban Aksial Tarik Daya angkat keatas (uplift) ultimit pada pile dapat diperkirakan dengan cara yang serupa dengan daya dukung ultimit. Tahanan ujungnya 0 (nol), kecuali untuk tiang yang ujungnya dibesarkan (bell). Gaya angkat berlawanan dengan sisi friksi dan bobot tiang dan dapat diungkapkan dengan Q uu = Q su + W p (2.3) II - 10

11 Dimana, Q uu = daya angkat ultimit Q su = tahanan gesek ke atas sekitar tiang W p = bobot tiang Gambar 2.3 Daya dukung tiang tarik (sumber: FHWA) Beban Lateral Tiang dapat menahan gaya lateral dengan 2 cara: 1. Dengan memancangkan secara inklinasi (berbentuk lereng) pada seluruh atau sebagian beban lateral dari struktur termasuk pada beban aksial 2. Dengan mengkombinasikan pile dengan struktur yang kaku dan pergerakannya dimobilisasi oleh tanah sekitar sebagai defleksi tiang.(gambar 2.4) II - 11

12 Gambar 2.4 Daya dukung tiang dengan beban lateral (sumber: FHWA) Kapasitas tiang yang diinklinasi vertikal untuk menahan beban lateral secara aksial dibentuk dari penambahan pertama beban lateral secara vektor dengan beban vertikal dan kemudian dijumlahkan daya aksial dari tiang secara vertikal tekan atau vertikal tarik. Pada cara kedua, tahanan terbentuk bergantung pada jumlah dari faktor yang dapat diklasifikasikan sebagai tanah, tiang atau parameter beban. Dianjurkan mengunakan metode p-y curve yang digunakan untuk menghitung tahanan lateral dari tiang vertikal. (lihat gambar 2.5) II - 12

13 Gambar 2.5 Penggunaan respon tanah (p-y) curve untuk menentukan Displacement dan Soil resistance untuk tiang dengan beban lateral (sumber: FHWA) 2.4 Letak Titik Pengujian Tiang yang diuji sebaiknya terletak pada lokasi di dekat titik bor saat penyelidikan tanah dilakukan, dimana karakteristiknya telah diketahui dan pada lokasi yang mewwakili kondisi tanah paling jelek dilokasu=i rencana bangunan. Ukuran tiang yang dicoba sebaiknya sama dengan tiang yang akan digunakan untuk mendukung bangunan. Selain itu, tiang harus dipasang II - 13

14 dengan cara dan alat yang sama dengan alat yang akan digunakan dalam pelaksanaan. Pencatatan penetrasi tiang sebaiknya dilakukan pada tiap-tiap 30 cm, disepanjang tiang. Catatan ini akan berguna sebagai petunjuk pemancangan selanjutnya pada proyek tersebut. Tiang-tiang yang bila dipancang mempunyai tahanan penetrasi yang lebih kecil daripada tahanan tiang yang digunakan dalam percobaan, dianggap mempunyai kapasitas yang lebih rendah. 2.5 Sistem Pembebanan Aksial Tekan Terdapat beberapa macam sistem pembebanan yang dapat digunakan dalam pelaksanaan pengujian tiang, antara lain: 1. Suatu landasan (plaform) yang dibebani dengan beban yang berat dibangun di atas tiang uji (Gambar 2.6). Cara ini mengandung resiko ketidakseimbangan beban yang dapat menimbulkan kecelakaan yang serius. 2. Gelagar reaksi yang dibebani dengan alat berat, dibangun melintasi tiang uji. Sebuah dongkrak hidrolik (hydraulic jack) yang berfungsi untuk memberikan gaya ke bawah dan pengukur besar beban (load gauge atau proving ring) diletakkan diantara kepala tiang dan gelagar reaksi. Untuk memperkecil pengaruh pendukung gelagar reaksi terhadap penurunan tiang, pendukung gelagar disarankan harus berjarak lebih besar 1,25 m dari tiang uji (Gambar 2.7 ) 3. Gelagar reaksi diikat pada tiang-tiang angker yang dibangun di kedua sisi tiang. Dongkrak hidrolik dan alat pengukur besar gaya diletakkan II - 14

15 diantara gelagar reaksi dan kepala tiang (Gambar 2.8). Tiang angker harus berjarak paling sedikit 3 kali diameter tiang yang diuji, diukur dari masing-masing sumbunya dan harus lebih besar dari 2 m. Jika tiang uji berupa tiang yang membesar pada ujungnya, jarak sumbu angker ke sumbu tiang harus 2 kali diameter ujung atau 4 kali diameter badan tiang, dipilih mana yang lebih besar dari keduanya. Pada cara (2) dan (3), disarankan untuk menggunakan proving ring atau alat pengukur beban yang lain. Jika tidak, beban dapat diukur langsung dari tekanan cairan di dalam dongkrak, dimana tekanannya harus telah dikalibrasi terlebih dahulu dengan mesin yang biasa digunakkn untuk pengujian (testing machine). Gambar 2.6 Susunan sistim pembebanan dengan beban langsung terletak dikepala tiang. (sumber: Hardiyatmo, 2008) II - 15

16 Gambar 2.7 Susunan sistim pembebanan dengan reaksi dongkrak hidrolik ditahan oleh penahan yang terletak diatas tiang. (sumber: Hardiyatmo, 2008) Gambar 2.8 Susunan sistim pengujian tiang dengan reaksi dongrak hidrolik yang ditahan oleh tiang angker. (sumber: Hardiyatmo, 2008) Prosedur Pembebanan Tiang Tunggal Pada prinsipnya prosedur pembebanan tiang ini dilakukan dengan cara memberikan beban vertikal yang diletakan diatas kepala tiang (Gambar 2.9), kemudian besarnya deformasi vertikal yang terjadi diukur dengan menggunakan arloji pengukur (dial gauge) yang dipasang pada tiang. Deformasi yang terjadi terdiri dari deformasi elastis dan plastis. Deformasi II - 16

17 elastis adalah deformasi yang disebabkan oleh pemendekan elastis dari tiang dan tanah, sedangkan deformasi plastis adalah deformasi yang diakibatkan runtuhnya tanah pendukung pada ujung atau sekitar tiang. Gambar 2.9 Pembeban arah axial (vertikal) Dengan demikian percobaan pembebanan tiang ini akan memberikan hasil yang cukup teliti jika diukur dengan teliti besarnya deformasi tersebut. Karena yang ingin diketahui adalah sampai beban berapa, lapisan pendukung akan mengalami keruntuhan total. Keruntuhan total akan terjadi pada suatu beban tertentu dan akan mengalami perilaku penurunan terus menerus. Jika hubungan antara deformasi dan beban digambarkan dalam bentuk grafik maka terlihat bahwa grafik tersebut akan terdiri tiga bagian, lihat Gambar 2.10 (Sardjono, H.S. 1991). II - 17

18 Gambar 2.10 Grafik hubungan beban (P) dan deformasi (S) 1. Pada daerah I, dimana sampai suatu beban terbentuk grafik deformasi-beban merupakan garis lurus. Pada bagian ini secara matematis dapat ditulis: = C (konstan) Hal ini berarti sampai beban tertentu besarnya penurunan sebanding dengan besarnya beban yang bekerja. Disini dapat diinterpretasikan, bahwa beban-beban yang bekerja sebagian besae dipakai untuk menimbulkan deformasi elastis, baik pada tiang itu sendiri maupun pada tanah pendukungnya. Deformasi elastis pada tiang ini merupakan pemendekan elastis, sedang pada lapisan pendukung merupakan proses konsolidasi. Pada point bearing pile, bentuk garis lurus ini lebih jelas debandingkan friction pile. II - 18

19 2. Pada daerah II, dimana bagian yang terbentuk lengkung parabolis (garis AB) terjadi jika penurunan yang terjadi tidak sebanding dengan besarnya beban yang bekerja. Disini penurunan merupakan fungsi dari waktu artinya jika suatu beban dibiarkan bekerja lebih lama, maka akan mengakibatkan deformasi yang lebih besar. Secara matematis dapat ditulis: = f (t) Dari fungsi tersebut dapat diartikan bahwa beban yang bekerja telah mengakibatkan terjadinya keruntuhan pada tanah pendukung. Menurut pengalaman jika tanah pendukung bersifat rapuh (misalnya batu pasir) maka bagian lengkung parabolis ini lebih pendek dibanding pada batuan jenis lainnya. Sedangkan pada friction jika dimasukan dalam lapisan lempung lembek, bagian parabolis ini sering tidak jelas. 3. Pada daerah III, dimana bagian grafik yang curam terhadap garis vertikal yang secara matematis dapat ditulis: dp ds = ~ Pada bagian ini terlihat, bahwa pada suatu beban tertentu yang besarnya tetap akan terjadi deformasi terus menerus atau makin lama makin besar. Beban dimana akan mengakibatkan terjadinya deformasi yang makin lama makin besar disebut beban maximum. Perlu dijelaskan disini, bahwa dari hasil percobaan pemebeban tiang tidak dapat untuk menentukan besarnya penurunan akibat II - 19

20 proses konsolidasi pada kelompok tiang. Dalam lapisan tanah yang kohesif, besarnya penurunan akibat proses konsolidasi pada umumnya berlangsung dalam jangka waktu percobaan yang lebih singkat. Pada lapisan yang bersifat cohessionless, waktu yang diperlukan untuk mencapai settlement maximum masih lebih lama dibandingkan waktu untuk percobaan pembebanan, dengan demikian percobaan pembebanan belum dapat memberikan indikasi besarnya penurunan maximum. Dari uraian ini dapat disimpulakan, bahwa dalam percobaan pembebanan tiang kita hanya dapat menentukan besarnya beban maksimum dan bukan settlement maximum Pengukuran Penurunan Pengukuran kepala tiang dapat diukur dari penurunannya terhadap sebuah titik referensi yang tetap atau dari arloji pengukur yang dihubungkan dengan tiang. Arloji pengukur ini dapat dipasang pada sebuat gelagar yang didukung oleh dua angker (pondasi) yang kokoh, yang tidak dipengaruhi oleh penurunan tiang. 2.6 Macam Macam Metode Pengujian 1. Aksial Tekan Terdapat 4 macam metode pengujian, yaitu: a) Metode Beban Tertahan II - 20

21 Metode ini sering disebut dengan metode ML (Maintained Load). Prosedur yang umum dilakukan adalah dengan menerapkan beban secara bertahap. Pada tiap tahap pembebanan, beban ditahan konstan sampai penurunan berhenti. Setelah itu baru diterapkan beban yang selanjutnya. ASTM D T mensyaratkan penambahan beban selanjutnya dapat diterapkan setelah kecepatan penurunan kurang dari 0,25 mm/jam atau sesudah 2 jam, dipilih salah satu yang lebih dulu terjadi. Pembebanan pada tiang umumnya dilakukan bertahap dan dilaksanakan sampai bebannya mencapai beban yang ditentukan. Setelah beban yang ditentukan tercapai, umumnya beban kemudian dilepas. Penambahan beban selanjutnya baru dilakukan setelah kenaikan tiang akibat pelepasan beban tersebut berhenti. Tiang, kemudian dibebani lagi sampai mencapai beban rencana atau ke tahap pembebanan selanjutnya yang lebih besar. Saat pembebanan mencapai beban maksimum yang dapat didukung oleh tiang, pelepasan beban dilakukan lagi. Pelepasan beban dilakukan secara bertahap, dengan tahap menunggu sampai kenaikkan tiang akibat pelepasan beban terhenti. b) Metode Quick Load Dalam metode ini digunakan beban 300% dari beban rencana atau sampai tiang mengalami failure. Lamanya beban ditahan sebesar 2.5 menit dan lamanya durasi tes 3-5 jam. II - 21

22 c) Metode penetrasi kecepatan konstan Metode lainnya yang dapat digunakan untuk pengujian tiang adalah menguji tiang dibawah beban yang diterapkan secara kontinu oleh sebuah dongkrak hidrolis dengan kecepatan penetrasi tiang ke tanah konstan. Pengujian ini sering disebut dengan pengujian CRP singkatan dari Constant Rate of Penetration. Maksud utama daripengujian adalah untuk menentukan kapasitas ultimit tiang. Dalam hal ini, kapasitas tiang ultimit didefinisikan sebagai beban di mana tahanan tanah telah termobilisasi seluruhnya. Pada saat pengujian, gaya tekan yang dibutuhkan untuk penetrasi tiang secara kontinu dicatat. Penurunan kepala tiang diukur dengan menggunakan arloji pengukur yang didukung oleh sebuah balok tetap. Pengujiannya biasanya diatur agar waktu pelaksanaanya sama seperti waktu yang dibutuhkan untuk pengujian tanah pada pengujian tak terdrainase (undrained) di laboratorium. Hal ini dimaksudkan untuk meyakinkan bahwa nantinya akan diperoleh hasil kapasitas beban tiang dan hubungan beban penurunan dalam kondisi undrained. Data yang dihasilkan dari pengujian diplot pada grafik yang menyatakan hubungan gaya dan penetrasi. Contoh kurva untuk tiang yang termasuk tipe tiang gesek (friction pile) ditunjukan dalam gambar 2.10a sedang untuk tiang dukung ujung (end bearing pile) ditunjukan dalam gambar 2.10b. perlu diperhatikan bahwa kurva hubungan gaya dan penetrasi yang diperoleh tidak mewakili hubungan keseimbangan II - 22

23 antara beban dan penurunan. Dengan demikian, estimasi besarnya penurunan tiang yang akan terjadi pada beban rencana tidak diperoleh. d) Metode pembebanan berulang Cara ini hampir sama dengan pembebanan bertahap, yaitu pembebanan yang dilakukan secara bertahap misalnya 50, 100, 150, 175, dan 200% dari beban maksimum yang direncanakan, tetapi pada setiap akhir saat sebelum pembebanan berikutnya dilanjutkan beban dihilangkan dahulu sehingga kita dapat mengukur besarnya penurunan tetap. Cara ini akan memberikan hasil yang cukup teliti untuk tiang-tiang point bearing maupun friction. Dapat dilihat perbandingan antara waktu yang dibutuhkan dan perilaku beban-pergerakan secara khusus. Gambar 2.11 Pengujian CRP (sumber Hardiyatmo, 2008) II - 23

24 Gambar 2.12 Perbandingan kebutuhan waktu pada berbagai jenis metode (sumber: Prakash 1989) Gambar 2.13 Perbandingan sifat beban-pergerakan pada metode (sumber: Prakash 1989) II - 24

25 2. Aksial Tarik Uji tarik tiang dapat dilakukan seperti yang telah dipelajari dalam pengujian desak tiang, yaitu metode beban tertahan (ML) atau metode kecepatan penetrasi konstan (CRP). Jika beban tarik berupa beban yang tidak menerus atau siklik (cyclic), seperti beban gelombang air dalam struktur dermaga, pengujian beban tarik sebaiknya dilakukan secara berulang. Gambar 2.14 Sistim pengujian beban tarik (sumber: FHWA) 3. Uji Beban Lateral Uji beban lateral (horizontal) biasanya digunakan untuk mengetahui kelakuan defleksi tiang pada waktu beban telah bekerja. Beban lateral yang diijinkan dapat ditentukan dari nilai beban pada defleksi tiang tertentu (misalnya 0,25 inchi) yang dibagi dengan faktor aman (McNulty, 1956). Pengujian beban lateral yang dilakukan dengan menekan satu atau sepasang tiang (Gambar 2.15). Defleksi tiang diukur dengan arloji pengukur. Beberapa alat pengukur regangan (strain gauge) dipasang II - 25

26 pada tubuh tiang yang tertanam didalam tanah untuk mengukur momen lentur tiang yang terjadi. Cara pengujian bisa bervariasi. Umumnya, beban ditambahkan secara berangsur-angsur sampai kecepatan gerakan yang disyaratkan tercapai. Alizadeh dan Davidson (1970) menunggu selama 1 jam untuk tiap penambahan beban atau setelah gerakan kepala tiang kurang dari 0,01 inchi per jam. Pengujian dilakukan sampai defleksi tiang mencapai 2 inchi. Contoh kurva beban-defleksi dapat dilihat pada Gambar 2.15b Gambar 2.15 Uji beban lateral (sumber: Hardiyatmo, 2008) 2.7 Interpretasi Beban Ultimit Tiang 1. Metode Chin Dasar dari teori ini, diantaranya sebagai berikut II - 26

27 a. Kurva load-settlement digambarkan dalam kaitanya dengan S/Q, dimana: S/Q = C S + C (2.4) b. Kegagalan beban (Q f ) atau beban terakhir (Q ult ) digambarkan sebagai: Q = 1/C (2.5) Dimana: S Q C = settlement = penambahan beban = kemiringan garis lurus Gambar 2.16 Grafik hubungan beban dengan penurunan metode Chin (sumber: Prakash 1989) II - 27

28 Kegagalan metode Chin dapat digunakan untuk kedua tes beban yaitu tes beban dengan cepat dan tes beban yang dilakukan dengan lambat. Biasanya memberikan perilaku yang tidak realistik untuk kegagalan beban, jika tidak digunakan suatu kenaikan waktu yang konstan pada uji tiang. Jika sepanjang kemajuan tes beban statik, keruntuhan pada tiang akan bertambah makan garis Chin akan menunjukan suatu titik temu. Oleh karena itu dalam merencanakan tiap pembacaan metode Chin perlu dipertimbangkan. Dimana Chin memperhatikan batasan beban yang diregresikan linier yang mendekati nilai 1 (satu) dalam mengambil suatu hasil tes beban statis, dengan dasar nilai-nialai yang ditentukan dari dua cara yang telah disebutkan. Secara umum dua titik akan menentukan satu garis dan titik ketiga pada garis yang sama mengkonfirmasikan suatu garis (Fellenius, Bengt H. 2001). 2. Metode Davisson Dalam metode Davisson (1973), metode batas offset mungkin yang terbaik yang dikenal secara luas (Salgado, Rodrigo. 1999). Metoda ini telah diusulkan oleh Davisson sebagai beban yang sesuai dengan pergerakan dimana melebihi tekanan elastis (yang diasumsikan sebagai kolom yang berdiri bebas) dengan suatu nilai 0.15 inch dan suatu faktor sepadan dengan ukuran diameter tiang yang dibagi oleh 120. Kegagalan beban didefinisikan sebagai beban yang mendorong untuk membentuk sebuah deformasi yang sama pada penyajian akhir dari tekanan tiang elastis dan sebuah II - 28

29 deformasi yang sejajar dari pencerminan tekanan tiang elastis untuk prosentase diameter tiang. Hubungan ini dituliskan sebagai berikut: X = 0,15 + (D/120) (2.6) Sf= + 0,15 + (D/120) (2.7) Seperti yang terlihat pada gambar, bahwa garis tekanan elastis pada tiang dapat diperoleh dari persamaan deformasi elastis dari suatu tiang, yang mana diperoleh dari persamaan elastis: = (2.8) Dimana : Sf = penurunan pada kondisi kegagalan D = diameter tiang Q = beban yang diterapkan L = panjang tiang E = modulus elastis dari tiang A = luas dari tiang II - 29

30 Gambar 2.17 Grafik hubungan beban dengan penurunan metode Davisson (sumber: Prakash 1989) 3. Metode Mazurkiewicz Metode ini diasumsikan bahwa dengan kapasitas tahanan terbesar (ultimate) akan didapatkan dari beban yang berpotongan, diantaranya beban yang searah sumbu tiang untuk dihubungkan beban dengan titik-titik dari posisi garis terhadap sudut 45 pada beban sumbu yang berbatasan dengan beban (Prakash, S ; dan Sharma, H. 1990). Hal ini dapat ditunjukan seperti Gambar 2.18 II - 30

31 Gambar 2.18 Grafik hubungan beban dengan penurunan metode Mazurkiewicz (sumber: Prakash 1989) 4. Metode Butler and Hoy Butler dan Hoy (1977) mempertimbangkan kegagalan beban saat beban terjadi perpotongan dua buah garis tangen, terhadap grafik hubungan antara load-settlement pada titik-titik yang berbeda (Salgado, Rodrigo. 1999). Garis tangen pertama merupakan garis lurus awal yang diasumsikan sebagai suatu garis tekanan elastis. Untuk garis tangen kedua diperoleh dan dibatasi pada suatu kemiringan sebesar 0,05 /ton pada kurva load-settlement. Pada umumnya, kurva load-settlement saat garis digambarkan lurus merupakan bagian pencerminan yang benar terhadap garis elastis. Pengamatan ini didasarkan pada Fellenius (1980), penggunaan II - 31

32 suatu garis pencerminan yang diusulkan kembali sebagai suatu garis tekanan elastis sehingga suatu garis bantu lurus awal didalam gambar untuk menentukan kegagalan beban. Gambar 2.19 Grafik hubungan beban dengan penurunan metode Butler dan Hoy (1977) (sumber: Prakash 1989) 2.8 Kapasitas Daya Dukung Tiang Bor Kapasitas daya dukung tiang bor di hitung berdasarkan persamaan semi empiris dengan asumsi konstruksi kualitas tinggi dengan penggalian yang stabil. Berikut metode analitis yang dapat digunakan dalam menentukan kapasitas daya dukung tiang bor: 1. Metode α untuk tanah berbutir halus (analisis tegangan total) -Tahanan kulit II - 32

33 Tahanan kulit Q, sepanjang kedalaman yang tertanam pada lubang bor dihitung dengan menggunakan persamaan: Q = (α ) (s ) (keliling) (kedalaman) (2.9) Dimana j adalah jumlah lapisan tanah pada kedalaman yang tertanam pada tiang. Untuk pile berbentuk silinder dengan bentuk yang seragam, diameter, D, dan kedalaman, L, pada tanah yang homogen tahanan kulit menjadi: Q = α s πdl (2.10) Nilai α (O Neill dan Reese, 1999) adalah α = 0.55 untuk 1.5 (2.11) α = ( 1.5) untuk 1.5 < 2.5 (2.12) f = α s 380 kpa Dimana α adalah koefisien, s adalah kuat geser tak terdrainasi tanah, P adalah tekanan atmosfer (100kN/m 2 atau 100kPa), dan f adalah tegangan gesekan kulit. Gesekan kulit pada atas 1.5m dan akhir sepanjang satu diameter lubang diabaikan untuk lubang bor pada lempung karena efek lingkungan dan konstruksi. Gambar 2.20 Tiang bor lurus (sumber: Muni Budhu 2006) II - 33

34 -Tahanan ujung Kapasitas tahanan ujung dihitung dengan menggunakan persamaan Q = f A = N (s ) A (2.13) Dimana f N (s ) A = tegangan tahanan ujung = koefisien daya dukung = rerata kekuatan geser tak terdrainasi tanah = luas ujung tiang Nilai N dapat di ekspersikan sebagai berikut: N = 0.63(8.87 ln(s ) 1.35); 25 kpa (s ) 190kPa (2.14) 2. Metode β untuk tanah berbutir kasar dan halus (analisis tegangan efektif) -Tahanan kulit Tahanan kulit sepanjang lubang dapat dibentuk dengan persamaan Q = β (σ ) (keliling) (kedalaman) (2.15) Dimana β (Reese dan O Neill, 1988) diberikan sebagai berikut. 1. Pasir: β = z; 1.2 β 0.25; z= kedalaman (m), N 15 (2.16) β = z ; 1.2 β 0.25; z= kedalaman (m), N < 15 (2.17) β = z; 1.2 β 0.25; z= kedalaman (m), N 15 (2.16a) β = z ;1.2 β 0.25; z= kedalaman (m), N < 15 (2.17a) β = 0.25 untuk z >26 m (2.18) II - 34

35 N adalah nilai SPT tanpa koreksi untuk tekanan overburden tetapi dikoreksi untuk 60% energi. f = βσ 200 kpa (2.19) Nilai β menurut (Burland,1973) β = (1 sin φ cs ) tan φ (2.20) Nilai φ untuk pasir dapat digunakan korelasi dengan nilai N-SPT seperti yang ditunjukan pada gambar 2.21 Gambar 2.21 Korelasi nilai N-SPT dengan sudut geser (Look,B,G. 2007) 2. Kerikil dan kerikil berpasir (GW dan GP): β = z. ; 1.8 β 0.25; z= kedalaman (m) (2.21) β = 0.25 untuk z >26 m (2.22) f = βσ 200 kpa Dapat pula nilai sudut geser (φ ) di cari dengan hubungan baik antara porositas dan angka pori terhadap sudut geser II - 35

36 Gambar 2.22 Korelasi nilai angka pori dan porositas dengan sudut geser (NAFAC DM 71, 1986) 3. Tanah berbutir halus Gunakan persamaan β = K tan φ = K tan φ = (1 sin φ )(OCR). tan φ (2.23) Untuk mencari nilai φ pada lempung dapat digunakan korelasi dengan indeks plastisitas (PI) yang ditujukan pada gambar 2.23 dan 2.24 II - 36

37 Gambar 2.23 Korelasi indeks plastisitas dengan sudut geser (L.D. Wesley 2009) Gambar 2.24 Korelasi indeks plastisitas dengan sudut geser (U.S Navy 1971) Tahanan Ujung Tahanan ujung dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.13) Q = f A = N (σ ) A II - 37

38 Nilai N diperoleh dari korelasi antara φ dengan N seperti yang ditunjukan pada gambar 2.24 Gambar 2.25 Korelasi sudut geser dengan N (Muni Budhu 2006) Tegangan tahanan ujung berkaitan dengan nilai SPT sebagai berikut. 1. Tanah berbutir kasar: f (kpa) = 57.5N 2900kPa; L 10D (m) (2.24) f (kpa) = 5.75N 2900L kpa; L<10D (m) (2.25) 2. Tanah berbutir halus Q = f A = N (σ ) A II - 38

39 Gambar 2.26 Hubungan antara Kohesi dan Nilai N-SPT untuk Tanah Kohesif 3. Dengan nilai N-SPT Berdasarkan metode Meyerhof R = mna + NA (2.26) Dimana: R = kapasitas pile M = koefisien empris yang besarnya 400 untuk driven pile dan 120 untuk bored pile N = indeks SPT pada ujung tiang A = luas ujung tiang n = koefisien empiris yang besarnya 2 untuk driven pile dan 1 untuk bored pile N = indeks rata-rata SPT sepanjang tiang A = luas selubung tiang II - 39

40 Berdasarkan metode Decourt q = a( 2,8 N + 10 ) (kpa) (2.27) q = K N (2.28) Dimana: a = 1 untuk displacement pile pada semua jenis tanah dan nondisplacement pile pada lempung dan 0,5-0,6 untuk nondisplacement pile pada tanah berbutir. N = indeks rata-rata SPT (normalisasi sampai 60% efisiensi energi) sepanjang selubung tiang. N = indeks rata-rata SPT pada ujung tiang K = adalah berdasarkan tabel 2.1 Tabel 2.1 Nilai K (Canadian Foundation Engineering, 2006) II - 40

41 2.9 ALLPILE Allpile merupakan program yang digunakan untuk menganalisis kapasitas lateral dan defleksi, kapasitas vertikal dan penurunan, vertikal grup dan analisis lateral, kondisi statik dan siklik, friksi negatif dan nol, pondasi dangkal dan pondasi tower. II - 41