BAB II STUDI PUSTAKA. Pertimbangan Pondasi berdasarkan regulasi desain pondasi IMO :

Transkripsi

1 BAB II STUDI PUSTAKA 2.1 Umum Pondasi dalam dapat menahan beban kompresi melalui tahanan selimut dan tahanan ujung, beban uplift ditahan melalui tahanan selimut serta berat dari tiang itu sendiri. Kemudian beban lateral ditahan oleh kekakuan tiang dan tanah disekelilingnya. Selanjutnya akan diberikan persamaan-persamaan yang umum digunakan dalam menyelesaikan perhitungan pondasi. Persamaan-persamaan tersebut akan digunakan sesuai dengan perhitungan yang diperlukan saja. Pertimbangan Pondasi berdasarkan regulasi desain pondasi IMO : Pondasi Telapak Pondasi telapak dikelompokkan sebagai pondasi kaku, di mana beban struktur atas dialihkan ke tanah pendukung melalui kaki pondasi. Pondasi telapak harus dirancang sesuai dengan persyaratan berikut: - Pondasi memiliki daya dukung yang cukup terhadap beban eksternal. - Deformasi pondasi telapak dan struktur atas lebih rendah dari nilai ijin. - Setiap elemen struktur pondasi harus memiliki kapasitas dan daya tahan yang diperlukan Pondasi Tiang Pondasi tiang harus dirancang untuk memenuhi persyaratan di bawah ini: - Pondasi harus memiliki kapasitas tahanan yang cukup terhadap beban eksternal. - Deformasi pondasi tiang dan struktur atas lebih rendah dari nilai batas. - Setiap elemen struktur pondasi harus memiliki kapasitas dan daya tahan yang cukup. II - 1

2 Klasifikasi pondasi tiang : Berdasarkan bahan yang digunakan dan metode konstruksi, pondasi tiang dapat dikelompokkan seperti ditunjukkan pada tabel di bawah ini. Tabel 2.1 Klasifikasi Pondasi Tiang Klasifikasi menurut bahan Tiang beton bertulang (RC) Tiang pracetak Cor-ditempat Tiang Beton Pra- Tegang Berkekuatan Tinggi (PHC) Tiang Beton Baja (SC) Tiang Baja (SP) Tiang H Tiang Beton Bertulang Klasifikasi menurut Metode Konstruksi Tiang Tiang pancang palu pancang Tiang Bor Tiang cor di tempat (menggunak an mesin penggali) Tiang pancang Vibrasi Preboring Jacking method Inner Excavation with tip protection Pile Semua metode casing Metode Pengeboran Reverse Circulation Metode Pengeboran Tanah All Casing with Pile Tip Reinforcing Jarak antar tiang : Jarak tiang harus ditetapkan dengan memperhatikan kondisi desain struktur, kondisi desain kaki pondasi, tipe tiang, kondisi tanah dan sebagainya. - Jarak minimum Untuk desain dan konstruksi, jarak minimum tiang yaitu sekurangnya 3 kali diameter (3D) tiang (tidak tergantung tipe tiang), jika tidak dapat dihindari, kecuali penggalian dalam dengan metode tiang proteksi ujung, nilai 2.5 kali diameter tiang (2.5D) dapat digunakan. - Jarak maksimum Tidak terdapat jarak maksimum untuk pembatasan konstruksi namun kekakuan kaki pondasi pada pekerjaan desain harus diperhatikan. 2

3 43,58 22,74 Bab II Studi Pustaka Pondasi dalam dalam hal ini pondasi tiang biasa digunakan untuk memastikan suatu bangunan berada dalam kondisi aman. Situasi yang memerlukan pondasi tiang sebagai sistem pondasi adalah sebagai berikut: - Lapisan tanah permukaan merupakan lapisan yang sangat kompresibel dan memiliki daya dukung yang rendah. - Struktur atas menerima gaya horizontal. - Struktur atas menerima gaya uplift. Pondasi tiang menahan beban kompresi melalui tahanan selimut dan tahanan ujung, beban uplift ditahan melalui tahanan selimut. dan beban lateral ditahan oleh kekakuan tiang dan tanah disekelilingnya,dimana pondasi tiang lebih efektif menahan beban daripada pondasi telapak Kriteria Pondasi Tiang Bor Pada Konstruksi Track Yang Berdekatan - Batas Jarak Konstruksi Yang Berdekatan Batas pondasi tiang pancang cor-di-tempat adalah sebagai berikut: Lama 8,49 2 b 2 Baru D f1 12,3 B 1 II I 13,28 B 1 Df 2 2c tan (45 o - ) 2. b. 2 III II b 2 45 o + /2 45 o + /2 Gambar 2.1 Batas Pondasi Tiang Bor Pada Konstruksi Yang Berdekatan I. Daerah tanpa syarat : Daerah memenuhi salah satu (1) atau (2) (1) B 0 > 2b 2 dan D f2 D f1 (2) B 0 > (D f2 D f1 ) tan (45 - /2) + B 1 dan D f2 > D f1 3

4 II. Daerah dengan syarat atau terbatas; D f2 D f1 dan daerah memenuhi (3) dan (4) (3) B 0 < 2b 2 (atau b 2 ), untuk pondasi dalam, 3b 2 (4) B 0 < (D f2 D f1 ) tan (45 - /2) 2C/γ tan (45 - /2) III. Daerah semi-syarat : Daerah tidak memenuhi baik I maupun II. - Pekerjaan Pelaksanaan Konstruksi yang berdekatan Untuk pondasi tiang pancang cor-di-tempat, tergantung pada kondisi tempat, langkah berikut ini harus dilakukan. (1) Perbaikan tanah di lokasi sekitar untuk mencegah kerusakan seperti : 1) Grouting bahan cair 2) Instalasi pekerjaan pelindung (2) Langkah penanganan terhadap metode konstruksi pondasi yang baru : 1) Penggunaan casing (bor tanah, Reverse) 2) Peningkatan kepadatan dengan cairan betonit 3) Pengamanan bagian kepala di dalam lubang 4) Pemeriksaan kondisi tiang pada bagian dasar lubang 5) Perkuatan panggung untuk peralatan konstruksi 6) Penanganan aliran masuk air 7) Pemeriksaan kesinambungan kerja 8) Pemeriksaan kecepatan penggalian (Reverse) 9) Pemeriksaan penuangan beton 10) Perlakuan terhadap perpanjangan bucket (3) Perkuatan struktur lama 2.2 Karakteristik Tiang Bor Tiang bor yang dicor langsung ditempat (cast in place pile) dibentuk dengan membuat sebuah lubang dalam tanah sesuai dengan dimensi dari tiang yang akan dibuat dan mengisinya dengan anyaman tulangan. 4

5 Selanjutnya dituangkan beton cair segar untuk didiamkan sampai proses pengerasan beton selesai dan membatu kemudian sebagai bentuk bekisting tiang atau cetakannya adalah tanah yang telah dibor sebelumnya. Pondasi tiang jenis ini memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan, diantaranya : - Metode desain yang semakin handal, berbagai metode desain yang rasional telah dikembangkan untuk berbagai macam pembebanan dan kondisi tanah. - Kapasitas kedalaman elevasi ujung tiang / lapisan pendukung yang akan di instal pondasi bor dapat terukur dan di inspeksi dengan mudah. - Inspeksi tanah galian, keandalan dari desain pondasi akan baik bila kondisi tanah diketahui. Untuk pondasi tiang bor pada saat penggalian dapat dilakukan pemeriksaan mengenai jenis tanah untuk membandingkan dengan jenis tanah yang diantisipasi. - Dapat dilakukan pada berbagai jenis tanah, pondasi tiang bor pada umumnya dapat dikonstruksi pada hampir semua jenis tanah. Pengeboran dapat dilakukan pada tanah kerikil dan tanah keras serta dapat menembus batuan keras. - Gangguan lingkungan minimal. Suara, getaran dan gerakan dari tanah di sekitarnya dapat dikatakan lebih baik daripada pondasi dalam jenis pancang. - Kemudahan terhadap perubahan konstruksi. Kontraktor / pelaksana dapat dengan mudah mengikuti perubahan diameter atau panjang tiang bor untuk mengkompensasi suatu kondisi yang tidak terduga. - Umumnya daya dukung yang amat tinggi memungkinkan perancangan satu kolom dengan dukungan satu tiang (one column one pile) sehingga dapat menghemat kebutuhan pile cap. - Mudah memperbesar kepala tiang bila diperlukan, misalnya untuk memperbesar inersia terhadap momen. Namun terdapat pula beberapa kelemahan tiang bor yang menjadi pertimbangan saat melakukan desain diantaranya : - Pelaksanaan yang sukses bergantung dari keterampilan dan pengalaman dan kemampuan kontraktor / pelaksana, pengerjaan yang buruk dapat menyebabkan penurunan daya dukung yang cukup berarti. 5

6 - Kondisi tanah dinding dan ujung tiang kadang kala rusak oleh proses pemboran atau sedimentasi sehingga seringkali daya dukungnya tidak dapat di andalkan. - Berbahaya bila ada tekanan sumur air artesis karena tekanan ini dapat menerobos ke atas. Selain itu masih ada beberapa masalah pondasi bor yang belum terjawab diantaranya : - Besarnya reduksi kuat geser tanah akibat cara pemboran berbeda. - Besarnya reduksi kuat geser akibat re-boring ulang pada titik bor yang mengalami kegagalan penetrasi. - Efek migrasi air dari beton ke dalam tanah. - Pengaruh dari teknik pelaksanaan. 2.3 Daya Dukung Aksial Tunggal Daya dukung tiang secara umum berupa tahanan selimut dan tahanan ujung. Pada kondisi tanah tertentu dimana lapisan atas merupakan tanah lunak dan tiang dipancang hingga mencapai lapisan tanah keras / lapisan pendukungnya, tiang ini disebut sebagai tahanan ujung (end bearing piles) dimana sebagian daya dukung diperoleh dari tahanan ujungnya. Pada kasus lain dimana tiang tidak mencapai lapisan tanah keras maka daya dukung tiang didominasi oleh tahanan selimut tiang. Jenis tiang seperti ini disebut tiang gesekan kulit (skin friction pile). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar

7 Sumber : Braja M.Das Gambar 2.2 (a) dan (b) Tiang Tahanan Ujung, (c) Tiang Tahanan Selimut Seperti diketahui bahwa daya dukung dari pondasi tiang berasal dari penjumlahan daya dukung ujung tiang dengan gaya gesesan (friction) antara tiang dengan tanah. Jika pondasi tiang dibebani, akan menghasilkan kurva beban-penurunan seperti pada gambar 2.3. pada awalnya sistem tiang akan berperilaku secara elastik. Terbentuk garis lurus sampai titik A dan jika beban dilepaskan, kepala tiang akan kembali ke posisi semula. Pada kondisi pembebanan ini seluruh beban masih dipikul oleh tahanan selimut pada tiang. Gambar 2.4 (a) menunjukan distribusi pemikulan beban di titik A. Bilamana beban dinaikan hingga titik B maka sebagian dari gesekan selimut tiang dibagian atas tiang mencapai ultimit dan terjadi gelincir antara tiang tanah, pada saat ujung tiang bergerak dan tahanan ujung mulai dimobilisasi. Jika beban dilepaskan lagi maka kepala tiang tidak akan kembali ke posisi semula melainkan ke titik C, meninggalkan suatu penurunan tetap (permanent set) sebesar OC. Pergerakan yang dibutuhkan untuk memobilisasi gesekan ultimit pada selimut tiang umumnya amat kecil (0.3 1% dari diameter tiang atau berkisar mm), sedangkan untuk memobilisasi tahanan ujung tiang dibutuhkan gerakan yang lebih besar. Oleh karena itu gesekan selimut ultimit tercepai 7

8 lebih dahulu. Bilamana beban ditambah terus, maka tahanan selimut tiang tidak dapat lebih tinggi dan beban-beban berikutnya dialihkan kepada tahanan ujung. Ketika mobilisasi tahanan ujung tercapai penuh (titik D), tiang bergerak terus kebawah tanpa disertai peningkatan beban berarti. Kondisi inilah yang disebut daya dukung ultimit pondasi tiang. Distribusi pemikulan beban oleh tanah pada pondasi tiang ketika mencapai titik B dan saat mencapai beban ultimit (titik D) ditunjukan oleh gambar 2.4 (c). Dimana pada titik D baik tahanan selimut tiang maupun tahanan ujungnya mencapai nilai ultimit. Sumber : Paulus P. Rahardjo Gambar 2.3 Kurva Beban Penurunan Pada Pondasi Tiang 8

9 Sumber : Paulus P. Rahardjo Gambar 2.4 Distribusi Pemikulan Beban Pada Pondasi Tiang Pada dasarnya kapasitas daya dukung tiang dapat dihitung dengan persamaan dasar yang dikemukakan oleh Tomlinson (1977) berikut : (2.1) Q u Q p Q s W p = tahanan ultimit tiang = tahanan ujung tiang (end bearing) = tahanan selimut tiang (skin friction) = berat tiang Biasa harga W p (weight of the pile) ini diabaikan karena sangat kecil pengaruhnya terhadap daya dukung ultimit tiang. Namun dalam beberapa kondisi seperti tiang pancang pada konstruksi lepas pantai, harga Wp diperhitungkan karena panjang tiang yang cukup besar. Sehingga persamaan 2.2 dapat ditulis (2.2) Penentuan kapasitas daya dukung tiang adalah sesuatu yang sukar dan sulit, sejumlah besar persamaan-persamaan yang berbeda digunakan dan setiap dua diantaranya persamaan tersebut jarang sekali memberikan hasil perhitungan kapasitas yang sama. Organisasi / perencana yang telah menggunakan persamaan tertentu dan telah memperoleh hasil yang memuaskan dari persamaan tersebut cenderung akan tetap menggunakan persamaan tersebut. 9

10 Didalam perhitungan kapasitas daya dukung pondasi tiang bor, persamaan yang dipakai pada umumnya sama dengan rumus untuk menghitung kapasitas daya dukung pondasi pada tiang pancang. Kadang kala sebagai pembeda adalah daya dukung selimut. Dimana pada pondasi tiang bor, mobilisasi daya dukung selimut (friction) tidak 100% tetapi ada pengurangan. Hal ini diakibatkan oleh adanya pengaruh pengeboran (drilling), adakalanya penggunaan slurry dapat menyebabkan terhalangnya permukaan pondasi dengan tanah, sehingga kontak tanah dengan tiang tidak terjadi secara langsung. Kalau digunakan bentonit untuk menahan sisi dinding lubang bor, maka akan berakibat terhadap berkurangnya daya dukung friksi akibat bentonit yang digunakan tidak dapat dihilangkan dari sisi ruang antara tanah dengan beton. Hal ini akan mengakibatkan suatu lapisan adukan beton yang lunak (soft slurry) diantara bidang kontak. Didalam perencanaan daya dukung aksial suatu tiang dapat digunakan parameter-parameter dari beberapa data yang ada, yaitu data parameter tanah yang didapat dari uji sampel di laboratorium, data sondir dan data N-SPT dari bor log Daya Dukung Pondasi Tiang Tunggal Berdasarkan Data Parameter Tanah Dari Laboratorium Metode Statis Meyerhof Meyerhof (1976) mengajukan formula statis untuk menganalisis daya dukung tiang dengan menggunakan faktor daya dukung (Nc dan Nq) berdasarkan parameter tanah (pasir menggunakan nilai sudut geser ϕ, lempung menggunakan nilai kuat geser Cu), sehingga formulanya dibedakan untuk tanah pasir dan tanah lempung. Tanah Pasir Daya dukung titik tiang pada pasir umumnya meningkat dengan nisbah antara kedalaman penanaman tiang dan lebar tiang (Lb/D) dan mencapai nilai maksimum pada nisbah lb/d=(lb/d)cr. Perlu diingat bahwa untuk tanah 10

11 homogen Lb akan sama dengan penanaman tiang L (lihat gambar 2.2 (a)). Namun pada gambar 2.2.(b), dimana tiang telah masuk ke dalam lapisan pendukung tiang, Lb<L. Diluar nisbah kritis (Lb/D)cr, nilai qp tetap konstan (yaitu qp=q1). Fakta ini diperlihatkan pada gambar 2.4 untuk kasus tanah homogen, yaitu L=Lb, variasi (Lb/D)cr dengan sudut gesek tanah diberikan pada gambar 2.6 berdasarkan pada variasi (Lb/D)cr. Sumber : Braja M.Das Gambar 2.5 Variasi Tahanan Titik Pada Pasir Homogen Meyerhoff memperkenalkan formula daya dukung ujung tiang sebagai berikut : (2.3) Q p1 A p Q p = daya dukung ujung tiang = luas penampang ujung tiang = daya dukung batas diujung tiang persatuan luas q = tegangan vertikal efektif N q * = faktor daya dukung ujung untuk tanah berpasir (gambar 2.5) yang besarnya tergantung nilai ϕ. Harga q p tidak boleh melebihi daya dukung batas q 1, oleh sebab itu daya dukung ujung tiang tidak boleh lebih besar dari : (2.4) Q p2 A p q 1 = daya dukung ujung tiang = luas penampang ujung tiang = daya dukung batas diujung tiang per satuan luas 11

12 N q * ϕ = faktor daya dukung ujung untuk tanah pasir = sudut geser dalam Dari kedua nilai daya dukung ujung Q p1 dan Q p2 dibandingkan, dan diambil harga terkecil untuk perencanaan. Sumber : Braja M.Das Gambar 2.6 Faktor Daya Dukung Untuk Pondasi Dalam Tanah Lempung Formula yang digunakan adalah : (2.5) Untuk tiang pada lempung jenuh dengan kondisi taksalur (ϕ), persamaan (2.5) dapat diubah menjadi: (2.6) Q p A p q p C u = daya dukung ujung tiang = luas penampang ujung tiang = daya dukung batas diujung tiang per satuan luas = kuat geser undrained 12

13 N c * = faktor daya dukung ujung untuk tanah lempung (gambar 2.5) Daya dukung selimut tiang dihitung berdasarkan rumus berikut : Q s = daya dukung selimut tiang A p = luas selimut tiang = p = keliling tiang ΔL = panjang segmen tiang yang terbenam f = gesekan selimut tiang (2.7) Cara untuk mengetahui besar gesekan selimut tiang (f) adalah sebagai berikut : Tanah Pasir (2.8) k = koefisien tekanan tanah lateral q = tegangan vertikal efektif tanah, dianggap konstan setelah kedalaman 15D Meyerhoff atao 10D Schmertmenn Untuk tiang bor, harga k ditentukan k = ko = 1 sin ϕ Harga k dan δ dapat dilihat pada tabel 2.2 Tabel 2.2 Harga k dan δ Berdasarkan Bahan Tiang Nilai k Bahan Tiang Δ Kepadatan relative Kepadatan relative rendah tinggi Baja Beton ¾ ϕ Kayu 2/3 ϕ Sumber : M.J Tomlinson Tanah Lempung Ada tiga metode yang biasa digunakan untuk menghitung besarnya gesekan selimut (f) pada tanah lempung yaitu : Metode lamda (Vijayvergian & Focht) (2.9) λ = konstanta dari gambar (2.6) 13

14 q ave = tegangan vertikal efektif rata-rata Cu ave f ave = kuat geser undrained rata-rata = gesekan selimut tiang rata-rata harga rata-rata vertikal efektif (q ave) dapat diperlihatkan pada gambar 2.7 berdasarkan : (2.10) A = luas diagram tegangan vertikal efektif L = panjang tiang Sedangkan untuk mencari harga kohesi rata-rata digunakan persamaan berikut : (2.11) Cu i = kuat geser undrained (lapis i) Li = panjang segmen tiang (lapis i) L = panjang tiang Sumber : Paulus P. Raharjo Gambar 2.7 Koefisien λ 14

15 Sumber : Paulus P. Raharjo Gambar 2.8 Harga Rata-rata Cu Dengan Tegangan Vertikal Efektif Metode Alpha (Tomlinson) (2.12) f = gesekan selimut α = faktor lekatan tanah lempung yang dapat dilihat pada gambar 2.8 C u = kohesi Untuk menentukan besarnya α dapat ditentukan dengan menggunakan gambar 2.8 tetapi dapat juga digunakan dinilai 0.55 hal ini berdasarkan hasil analisis dari beberapa uji pembebanan tiang berinstrumen, oleh Reese dan O niell 1989 merekomendasi harga α sebesar

16 Sumber : Paulus P. Raharjo, 1997 Gambar 2.9 Variasi harga α Terhadap C u Metode Beta (Metode Tegangan Efektif) (2.13) f ave β = gesekan selimut tiang rata-rata = k tan ϕ r ϕ r = sudut gesr dalam pada kondisi terdrainase ( dari uji triaksial CD ) k = 1 - sin ϕ r (untuk tanah terkonsolidasi normal) k = 1 - sin ϕ r OCR (untuk tanah OC) q = tegangan vertikal efektif OCR = Over Consolidation Ratio Daya Dukung Pondasi Tiang Tunggal Berdasarkan Data Cone Penetration Test (CPT) Dari Uji Sondir Jika diketahui data CPT atau sondir maka daya dukung ijin pondasi dapat dihitung sebagai berikut : (2.14) 16

17 JHP = Jumlah Hambatan Pelekat (Total Friction) adalah penjumlahan skin resistance atau sleeve friction dari konus sondir pada kedalaman tertentu (kg/cm) O = keliling tiang (cm) q c = tahanan konus pada dasar pondasi (kg/cm 2 ) Sumber dari buku Rekayasa Pondasi Perencanaan Praktis dan Metode Pelaksanaan yang disusun oleh Ir. Made G Diarsa Daya Dukung Pondasi Tiang Tunggal Berdasarkan Data N-SPT Metode SPT Meyerhoff Meyerhoff juga mengajukan metode untuk memperkirakan besarnya nilai tahanan ujung dan tahanan selimut berdasarkan data hasil uji SPT. Metode ini menggunakan besarnya nilai N-SPT sebagai parameter. Untuk menghitung besarnya tahanan ujung dapat dihitung dengan menggunakan formula berikut (meyerhoff 1956). (2.15) Q p N b A p = tahanan ujung ultimit = harga N-SPT pada elevasi ujung tiang = luas penampang ujung tiang Untuk tiang dengan desakan tanah yang kecil seperti tiang bor dan tiang baja profil H, maka daya dukung selimut hanya dihitung dengan persamaan dibawah ini : (2.16) 2.4 Efisiensi Dan Daya Dukung pada Pondai Kelompok Tiang Perlu diperhatikan bahwa walaupun persamaan kapasitas adalah untuk tiang tunggal, namun dalam pelaksanaan jarang digunakan sebuah tiang tunggal. Umumnya paling sedikit dua atau tiga tiang yang digunakan dalam sebuah kelompok, dikarenakan masalah penjajaran dan eksentrisitas yang kurang baik. 17

18 Meskipun pada tiang berdiameter besar atau untuk beban-beban yang ringan sering digunakan pondasi tiang tunggal untuk memikul kolom atau beban struktur atas, pada lazimnya beban kolom dari struktur atas dipikul oleh kelompok tiang. Keuntungan dari digunakan kelompok tiang adalah : - Tiang tunggal tidak mempunyai kapasitas yang cukup untuk menahan beban kolom. - Pemancangan tiang atau instalasi tiang bor dapat meleset (sampai dengan 15cm) dari posisinya. Eksentrisitas yang ditimbulkan terhadap pusat beban dari kolom dapat menimbulkan momen-momen tambahan. Bila kolom dipikul oleh beberapa pondasi, maka pengaruh eksentrisitas ini dapat berkurang banyak. - Kegagalan dari sebuah tiang dapat diminimalisir akibat oleh adanya tiang yang lain. - Pemadatan kearah lateral pada saat pemancangan memperbesar tekanan tanah lateral yang bekerja di sekeliling tiang sehingga meningkatkan kapasitas tahanan geseknya. Hal ini terutama berlaku pada tanah berpasir. Pada kelompok tiang maka baik pada ujung maupun keliling tiang akan terjadi overlapping daerah yang mengalami tegangan-tegangan akibat beban kerja struktur (gambar 2.11) menunjukan daerah pengaruh tegangan pada kelompok tiang. Sumber : Joseph E. Bowles 18

19 Gambar 2.10 Overlaping Daerah Tegangan Sekitar Kelompok Tiang Pondasi tiang yang duduk diatas lapisan padat biasanya merupakan tiang tahanan ujung (point bearing). Untuk overlapping tegangan yang terjadi maka akan memperbesar tegangan keliling disekitar tiang. hal ini menguntungkan untuk pondasi pasir karena daya dukungnya meningkat. Demikian juga karena adanya pelebaran daerah pengaruh dari kelompok tiang maka secara keseluruhan kelompok tiang pada tanah pasir bukan merupakan masalah kecuali perlunya pengontrolan penurunan dari kelompok tiang yang umumnya beberapa kali lebih besar dari tiang tunggal. Kebanyakan peraturan bagunan mensyaratkan jarak minimum antara tiang sebesar 2 kali diameter sedangkan jarak optimal antara tiang adalah antara 2.5 3D dan jarak maksimum yang diizinkan adalah 6D. Laporan terakhir ASCE Committe on Deep Foundation (1984), mengajurkan untuk tidak menggunakan efisiensi kelompok untuk mendeskripsikan aksi kelompok tiang (group action). Laporan yang dihimpun berdasar studi dan publikasi sejak 1963 menganjurkan bahwa tiang tahanan gesek pada lapisan tanah pasiran dengan jarak 2D-3D akan memiliki daya dukung lebih besar daripada jumlah total daya dukung individual tiang, sedangkan untuk tiang tahanan gesek pada tanah kohesif, geser blok disekeliling kelompok tiang ditambah dengan daya dukung ujung besarnya tidak boleh melebihi jumlah total daya dukung masing-masing tiang juga. Apabila pengaturan tiang pada suatu pile cap telah mengikuti persyaratan. Maka kapasitas daya dukung group tiang tidak sama dengan kapasitas daya dukung satu tiang dikalikan dengan banyaknya tiang pada group tiang tersebut. tetapi didefinisikan sebagai perkalian antara kapasitas daya dukung satu tiangn dengan banyaknya tiang dikalikan kembali dengan efisiensi group tiang. Daya dukung sebuah tiang dalam kelompok adalah sama dengan daya dukung tiang tersebut bila berdiri sendiri dikalikan dengan faktor efisiensi. Q ag = Daya dukung yang diijinkan untuk sebuah tiang dalam kelompok 19

20 Q sp =Daya dukung yang diijinkan untuk sebuah tiang tunggal E = Faktor Efisiensi Perhitungan faktor efisiensi menggunakan metode Converse Labarre (AASHO) B S m n = Lebar / diameter tiang = Jarak antar tiang (dari pusat ke pusat) = Jumlah baris tiang = Jumlah tiang perbaris Untuk tanah-tanah kohesif, selain menggunakan faktor efisiensi, dapat juga menggunakan rumus daya dukung tiang kelompok menurut Ditjen Bina Marga, Depatemen PU, yang terlebih dahulu dihitung daya dukung kelompok tiang secara keseluruhan, kemudian dibagi dengan banyaknya tiang akan didapat daya dukung sebuah tiang kelompok. secara sederhana ditulisankan dengan formula sebagai berikut : (2.17) Q pg n Q ult = kapasitas daya dukung maksimum group tiang = banyaknya tiang = kapasitas daya dukung maksimum satu tiang Efisiensi Kelompok tiang tergantung pada beberapa faktor diantaranya : - Jumlah tiang, panjang, diameter, pengaturan dan terutama jarak antara as tiang. - Metode pengalihan beban (gesekan selimut atau tahanan ujung). - Prosedur pelaksanaan konstruksi (tiang pancang atau tiang bor) dan jenis tanah. 20

21 - Jangka waktu setelah pemancangan. - Interaksi antara pile cap dengan tanah permukaan. Efisiensi Kelompok Tiang Pada Tanah Lempung Daya dukung batas kelompok tiang pada tanah lempung didasarkan pada aksi blok yaitu bila kelompok tersebut berperan sebagai blok, seperti diilustrasikan pada gambar 2.12 Sumber : Joseph E. Bowles Gambar 2.11 Kelompok Tiang Sebagai Pondasi Blok Daya dukung kelompok tiang dihitung sebagai berikut : Tentukan jumlah total kapasitas kelompok tiang (2.18) Tentukan daya dukung blok berukuran (2.19) Bandingkan kedua besaran diatas. Harga daya dukung diambil nilai yang lebih kecil Ap = luas penampang (m 2 ) m = jumlah tiang pada deret baris n = jumlah tiang pada deret kolom p = keliling tiang (m) Nc = diperoleh dari grafik Bjerrum dan Eide s 21

22 Cu = kuat geser undrained (kg/cm 2 ) Sumber :Braja M.Das Gambar 2.12 Grafik Bjerrum dan Eide s Tidak ada metode yang paling memuaskan nilai efisiensi kelompok tiang sehingga seorang ahli geoteknik harus menggunakan pertimbangan. Tetapi beberapa petunjuk praktis dapat diikuti : - Tentukan apakah keruntuhan blok terjadi. Umumnya bila jarak antar tiang cukup besar, keruntuhan tidak ditentukan oleh blok. Keruntuhan blok hanya terjadi bila jarak antara tiang cukup rapat (s/d<2) sehingga umumnya tidak terjadi masalah. - Kapasitas dukung sementara kelompok tiang pada tanah kohesif turun sebagai akibat tekanan air pori yang timbul saat pemancangan. Efisiensi kelompok sementara dapat turun hingga tetapi akan meningkat terdapat waktu. - Kelompok tiang dalam tanah non kohesif mencapai kapasitas maksimum sesaat sesudah pemancangan karena tekanan air pori akan segera hilang. Efisiensi kelompok umumnya lebih besar dari 1.0. untuk desain dapat digunakan angka Eg=1.2 pada tiang pancang dan Eg=1.0 pada pondasi tiang pancang dengan pre-drilling. 2.5 Daya Dukung Lateral Beban lateral dan momen dapat bekerja pada pondasi tiang akibat gaya gempa, gaya angin pada struktur atas, beban static seperti misalnya tekanan aktif pada abutment jembatan atau pada soldier pile, tumbukan kapal dan lain- 22

23 lain. Untuk analisis, kondisi kepala tiang dibedakan sebagai kondisi kepala tiang terjepit (fixed head) dan kepala tiang bebas (free head). Beban lateral yang diijinkan pada pondasi tiang diperoleh berdasarkan salah satu dari dua kriteria : - Beban lateral ijin ditentukan dengan membagi beban ultimit dengan suatu faktor keamanan. - Beban lateral ditentukan berdasarkan defleksi maksimum yang diijinkan Penentuan Kriteria Tiang Pancang Dan Tiang Pendek Dalam perhitungan pondasi yang dibebani lateral disamping kondisi kepala tiang, umumnya tiang dibedakan perilakunya atas pondasi tiang pendek dan pondasi tiang panjang. Pada tiang pendek, sumbu tiang masih tetap lurus pada kondisi terbebani lateral. Kriteria penentuan tiang pendek dan tiang panjang didasarkan pada kekakuan relatif antara pondasi tiang dengan tanah. Pada tanah lempung over consolidated, modulus subgrade tanah biasanyadiasumsi konstan terhadap kedalaman tanah. Dalam hal ini digunakan faktor kekakuan R untuk menentukan tiang pendek atau tiang panjang. (2.20) K = Ks/1.5 dengan nilai ks adalah modulus subgrade tanah yang dapat ditentukan melalui korelasi dengan kuat geser tanah seperti pada tabel 2.3 Tabel 2.3 Hubungan Antara Ks dan Cu Konsistensi Sedang hingga teguh Teguh hingga amat teguh Keras Kuat geser undrained Cu (kg/cm 2 ) Rentang Ks (kg/cm 2 ) Sumber : Paulus P. Rahardjo > >

24 Sedangkan pada tanah lempung yang terkonsolidasi normal dan tanah berbutir kasar, nilai modulus subgrade umumnya meningkat secara linier terhadap kedalaman, sehingga digunakan kriteria lain yaitu : (2.21) E I ηh = modulus tiang = momen inersia tiang = modulus variasi reaksi subgrade dalam satuan kn/m 3 yang harganya dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 2.4 Nilai Modulus Reaksi Subgrade ηh Jenis Tanah Kering ηh dalam kn/m 3 Tercelup Pasir lepas Pasir sedang Pasir padat Pasir sangat lepas dengan beban berulang - Tanah organic yang sangat lunak - Lempung sangat lunak - - Beban statis - Beban berulang - Sumber : Swami Saran, 1996 Kriteria tiang pendek dan panjang ditentukan berdasarkan nilai R atau T yang telah dihitung dengan ditunjukan dalam tabel 2.5 Tabel 2.5 Kriteria Jenis Tiang Jenis Tiang Modulus Tanah Kaku (pendek) L 2T L 2R Elastis (panjang) L 4T L 3.5R 24

25 Selain itu reaksi tiang terhadap suatu beban horizontal ditentukan sekali oleh panjang tiang. Pada tiang pendek (D/B 20) kegagalan/kelongsoran disebabkan oleh runtuhnya tanah disekeliling tiang, sedangkan tiang sendiri tidak rusak. Pada tiang panjang (D/B 20) kegagalan/kelongsoran disebabkan oleh kerusakan struktural pada tiang. Brom (1965) telah menemukan penyelesaian untuk menentukan daya dukung batas horizontal. Hsp Hu FK Tiang pendek (D/B 20) Gambar 2.13 Hu Pada Tanah Kohesif Gambar 2.14 Hu Pada Tanah Non Kohesif 25

26 Metode Analisis Ada beberapa metode yang telah dikembangkan untuk menganalisa tiang yang dibebani ssecara lateral diantaranya adalah metode broms, Brinch Hansen dan Reese-Matlock. Pada penulisan kali ini akan dibahas penggunaan metode Broms. Penurunan Pondasi Tiang Pada Tanah Pasir Penurunan Pondasi Tiang Tunggal Perkiraan penurunan (settlement) yang terjadi pada pondasi tiang merupakan masalah yang rumit yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti terjadinya gangguan pada tegangan tanah saat pemancangan dan ketidakpastian mengenai distribusi dan posisi pengalihan beban (load transfer) dari tiang ke tanah. Karena penurunan dipengaruhi mekanisme pengalihan beban, maka penyelesaian untuk perhitungan penurunan hanya bersifat pendekatan. Pada tanah pasir ada beberapa metode yang digunakan untuk memperkirakan settlemet yang akan terjadi, diantaranya adalah metode semi-empiris dan metode empiris. Pada perencanaan pondasi tiang tunggal perkiraan penurunan dapat dihitung dengan menggunakan formula-formula Vesic (1977) berikut ini : Metode Semi Empiris (2.22) S S s S p S ps = penurunan total pondasi tiang tunggal = penurunan akibat deformasi aksial tiang = penurunan dari ujung tiang = penurunan tiang akibat beban yang dialihkan sepanjang tiang Ketiga komponen diatas dihitung secara terpisah dengan menggunakan formula-formula berikut : (2.23) Qp = daya dukung ujung tiang 26

27 Qs L A p E p α s = daya dukung selimut tiang = panjang tiang = luas penampang tiang = modulus elastic tiang = koefisien yang harganya tergantung pada distribusi gesekan selimut sepanjang tiang. Vesic (1977) menyarankan α s =0.5 untuk distribusi gesekan yang seragam atau hiperbolik sepanjang tiang. Metode Empiris (2.24) S D Q A p L E p = penurunan total kepala tiang (inch) = diameter tiang (inch) = beban kerja (lbs) = luas penampang tiang = panjang tiang = modulus elastic tiang 2.6 Penurunan Pondasi Kelompok Tiang Penurunan kelompok tiang umumnya lebih besar daripada pondasi tiang tunggal karena pengaruh tegangan pada daerah lebih luas dan lebih dalam. Ada beberapa metode yang dapat digunakan, diantaranya : Metode Vesic (1977) Vesic (1977) memberikan formula sederhana sebagai berikut : (2.25) s S g B g D = penurunan pondasi tiang tunggal = penurunan kelompok tiang = lebar kelompok tiang = diameter tiang tunggal 27

28 Metode Meyerhoff (1976) Meyerhoff (1976) memberikan formula empiris yang sederhana untuk memperkirakan penurunan kelompok tiang berdasarkan hasil uji penetrasi standar (SPT) dan hasil uji sondir. Berdasarkan hasil N-SPT (2.26) S g = penurunan kelompok tiang q = tekanan pada dasar pondasi (kg/cm 2 ) B g N = lebar kelompok tiang = harga N rata-rata pada kedalaman ±B g dibawah kaki pondasi tiang I = [1-L/8B g ] 0.5 L = kedalaman pondasi = panjang tiang Untuk pasir kelanauan (SM), harga S g harus dikali dua Berdasarkan Data Sondir (2.27) Formula-formula diatas adalah berdasarkan anggapan bahwa tanah bersifat homogeny daerah pengaruh pondasi. Penurunan Kelompok Tiang Pada Tanah lempung Penurunan (settlement) pondasi tiang pada tanah kohesif terdiri atas dua komponen yaitu : - Penurunan seketika (short term settlemet) yang terjadi segera setelah beban bekerja. - Penurunan jangka panjang atau penurunan konsolidasi, yang terjadi secara berangsur-angsur bersamaan dengan disipasi air pori. Untuk penurunan seketika metode yang berlaku pada pasir dapat juga diterapkan. Perkiraan penurunan pondasi tiang kelompok pada tanah lempung dapat menggunakan prosedur sebagai berikut : 28

29 - Tentukan beban kerja (beban kerja ini harus lebih kecil dari yang diijinkan) - Beban kerja diatas dialihkan pada kedalaman 2/3D dibawah pile cap, Penurunan tanah diatas kedalaman tersebut amat masih kecil dan dapat diabaikan. - Beban kerja disebarkan kebawah pondasi tiang dengan perkiraan pola penyebaran vertikal : horizontal = 2 : 1 - Tanah dibagi atas lapis-lapis dengan masing-masing lapis ditentukan parameter kompresibilitasnya tegangan efektif awal σ dan besarnya beban luar (overburden pressure) = Δσ. Kemudian settlement tiap lapis dijumlahkan sebagai berikut. (2.28) Bilamana tanah overkonsolidasi maka harus diperhitungkan dengan C r (rebound compression index) pada harga (σ +Δσ) < P c (preconsolidation pressure) Notasi dari persamaan-persaman diatas adalah sebagai berikut : q = beban merata yang bekerja pada tanah Q g B g L g S = beban yang bekerja pada kelompok tiang = lebar efektif pada pile cap = panjang efektif pada pile cap = penurunan akibat proses konsolidasi Σ = tegangan efektif mula-mula Δσ = penambahan beban akibat beban luar (overburden pressure) e o ΔH C c C r P o P c = angka pori awal = tebal lapisan tanah lempung = indeks pemampatan tanah = indeks pemuaian tanah = tekanan efektif awal akibat berat tanah = tekanan prakonsolidasi (preconsolidation pressure) (2.29) 29

30 2.7 Kecepatan Waktu Konsolidasi Persamaan diatas digunakan untuk menentukan besarnya penurunan yang terjadi akibat proses konsolidasi, sedangkan untuk mengetahui waktu yang diperlukan sehingga proses konsolidasi selesai dapat diketahui dengan berbagai metode, salah satu dari mote yang dapat digunakan adalah metode akar waktu Pada metode akar waktu, grafik deformasi vs akar waktu dibuat untuk tiaptiap penambahan beban, seperti yang terdapat pada gambar Cara untuk menentukan harga c v yang diperlukan adalah sebagai berikut: Gambar suatu garis AB melalui bagian awal kurva Gambar suatu garis AC sehingga OC = 1.15 OB. Absis titik D, yang merupakan perpotongan antara garis AC dan kurva konsolidasi, memberikan harga akar waktu untuk tercapainya 90% ( t 90 ) Untuk konsolidasi 90%, T 90 =0.848 (dapat dilihat pada tabel 2.5), jadi waktu yang diperlukan untuk tercapainya konsolidasi 90% adalah Tv = faktor waktu, T 90 artinya faktor waktu untuk terjadinya konsolidasi 90% t = waktu terjadinya konsolidasi t 90 artinya waktu yang diperlukan untuk terjadinya konsolidasi 90% C v H dr = koefisien = panjang aliran rata-rata yang harus ditempuh oleh air pori selama proses konsolidasi 30

31 Sumber : Braja M.Das Gambar 2.15 Metode Logaritma Waktu (Logaritm of Time Method) Untuk Menentukan Koefisien Konsolidasi Tabel 2.6 Variasi Faktor Waktu Terhadap Derajat Konsolidasi Derajat Konsolidasi U% Faktor Waktu T v ~ Sumber : Braja M.Das Peristiwa konsolidasi dianggap tidak terjadi keseluruhan atau keluarnya air pori dari dalam tanah sebanyak 100% tetapi dianggap 90% saja, dengan 31

32 demikian waktu untuk terjadinya konsolidasi 100% tidak dapat dipredisksikan atau dapat dianggap tak terhingga, seperti yang terdapat pada tabel 2.6 Untuk mengontrol suatu perencanaan dan pembangunan tentang penurunan maksimum yang diperbolehkan maka dari itu diperlukan suatu ketentuan yang mengatur hal tersebut. Untuk batasan maksimum yang diijinkan mengikuti Standar Teknis Kereta Api Indonesia, melalui IMO ditunjukan nilai seperti yang terlihat pada tabel 2.7 Tabel 2.7 Tabel Nilai Standar Unit Penurunan Total penurunan yang diijinkan Pangkal Pilar Tanah Dasar Pondasi Jembatan Jembatan (mm) (mm) 1. Batuan 10/ atau kurang 10/ atau kurang 2. Tanah Keras seperti pasir padat dan kerikil 15/ atau kurang 20/ atau kurang 3. Pasir lepas dan tanah liat 30/ atau kurang 40/ atau kurang Sumber : Standar Teknis Kereta Api Indonesia 2.8 Berm Berm umumnya digunakan sebagai slope dalam posisi rel yang mempunyai posisi lebih tinggi dari tanah dasar. Menurut Standar Teknis Kereta Api, menunjukkan penampang standar untuk konstruksi timbunan dan lokasi berm harus mengikuti hal-hal berikut : - Terletak pada batas antara timbunan atas dan timbunan bawah (pada kedalaman 3 m dari permukaan formasi). - Pada setiap kedalaman 6 m dari batas antara timbunan atas dan timbunan bawah. Jika tinggi timbunan kurang dari 6 m, berm dapat ditiadakan. Lebar standar untuk berm adalah 1,5 m dan permukaannya memiliki kemiringan 5 %. 32

33 3,0 m 6,0 m 6,0 m 3,0 m Bab II Studi Pustaka Berm 1:1,5 ~ 1:2,0 Lebar permukaan formasi Ketebalan balas Berm 1:1,5 ~ 1:2,0 1:1,8 ~ 1:2,0 Gambar 2.16 Penampang Melintang Berm Pada Jalan KA 33

34