BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umm Fondasi adalah sat konstrksi bagian dasar bangnan yang berfngsi menerskan beban dari strktr atas ke lapisan tanah di bawahnya. Tiang (Pile) adalah bagian dari sat bagian konstrksi pondasi yang berbentk batang langsing yang dipancang hingga tertanam dalam tanah dan berfngsi ntk menyalrkan beban dari strktr atas melewati tanah lnak dan air kedalam pendkng tanah yang keras yang terletak ckp dalam. Penyalran beban oleh tiang pancang ini dapat dilakkan melali lekatan antara sisi tiang dengan tanah tempat tiang dipancang (tahanan samping), dkngan tiang oleh jng tiang (end bearing). Besar kapasitas tahanan jng dan tahanan samping akan bergantng dari: 1. Kondisi pelapisan tanah dasar pendkng tempat fondasi bertmp beserta parameter tiap lapisan tanahnya masing-masing. Parameter tanah dasar yang mendkng daya dkng fondasi adalah : a. Index properties: Berat volme Angka pori Porositas Kadar air Derajat kejenhan Atterberg Limit: LL, PL, dan PI b. Engineering Properties: Sdt geser dalam: φ Kohesi: C Koefisien konsolidasi: Cc 2. Bentk geometri fondasi: bentk, dimensi, dan elevasi 3. Beban Fondasi LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 1

2 Penyelidikan tanah dasar dalam mendesain bangnan geoteknik sangat penting sebab seorang engineer hars memahami kondisi geologi tanah, sifat tanah dan kekatan tanah setempat. Jenis investigasi disesaikan dengan jenis proyek, kepentingan proyek, dan kondisi tanah asli dan tes lapangan menjadi sangat penting bila dilakkan pada tanah yang sangat sensitif terhadap ganggan. Jenis penyelidikan tanah yang biasanya dilakkan dalam merencanakan sat sistem fondasi adalah : 1. Boring Investigasi (tangan ata mesin) 2. CPT (sondir) 3. SPT (Standard Penetration Test) 4. Vane Shear 5. Sampling: Undistrbed (UDS) dan Distrbed (DS) Sample 6. Uji laboratorim: ntk menentkan parameter index dan engineering properties Untk kondisi tanah yang memiliki lapisan atas yang krang baik, penggnaan pondasi dangkal biasanya akan memberikan daya dkng yang rendah, maka ntk kondisi seperti ini pondasi tiang sebagai alternatif banyak dignakan. Beberapa kondisi dimana pondasi tiang dibthkan (Gambar 2.1), kondisi it antara lain sebagai berikt : a. Untk lapisan tanah atas yang terlal lnak ntk menahan beban strktr atas.untk kondisi seperti ini tiang dibthkan ntk mentransfer beban strktr atas kelapisan bawah yang lebih keras. (Gambar 2.1 a dan b) b. Pondasi yang direncanakan ntk menahan beban horizontal. Pondasi tiang menahan beban horizontal dengan kapasitas momen nominalnya, dan masih tetap dapat menahan beban axial. (Gambar 2.1 c) c. Untk tanah-tanah yang expansif, pondasi tiang menjadi alternatif yang sangat baik. Karena pondasi dapat diterskan hingga melewati lapisan yang ekspansif ini. (Gambar 2.1 d) d. Pondasi yang diperntkkan ntk menahan beban Uplift.(Gambar 2.1 e) e. Pondasi di tanah yang lapis atasnya beresiko terkena erosi air. (Gambar 2.1 f) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 2

3 Gambar 2.1 Beberapa kondisi dimana pondasi tiang dignakan dalam praktek (Das, 1999) Di dalam rekayasa pondasi jga dipelajari mengenai beberapa klasifikasi pondasi tiang. Berikt klasifikasi tiang berdasarkan pergerakan pada tanah (displacement): 1. Large displacement piles Jenis tiang yang termask dalam kategori ini adalah tiang massif atapn tiang berlbang dengan jng terttp. Pelaksanaan di lapangan dapat dilakkan dengan dipancang ata ditekan sampai elevasi yang ditj sehingga terjadi perpindahan tanah yang ckp besar dari tempatnya semla. 2. Small displacement piles Tiang dipancang ata ditekan ke dalam tanah sampai pada elevasi yang diinginkan. Perbedaan dengan tipe tiang yang pertama adalah tiang tipe small displacement mempnyai penampang yang lebih kecil. Contoh yang termask dalam kategori ini adalah tiang baja penampang H ata I, tiang pipa ata box dengan jng terbka yang memngkinkan tanah mask melali penampang yang berlbang. Jenis tiang pancang berlir jga termask dalam kategori ini. 3. Non displacement piles Tiang tipe ini ditanam ke dalam tanah dengan cara pemindahan tanah terlebih dahl (dibor ata digali secara manal ata dengan mesin). Setelah lbang selesai dibat LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 3

4 bar dilaksanakan pengisian lbang dengan tiang (dicor). Dengan demikian mobilisasi friksi tidak sebesar friksi pada displacement piles. Contoh: tiang bor pile. 4. Composit pile Tiang komposit merpakan gabngan dari berbagai jenis tiang di atas. Sebagai contoh adalah tiang komposit tipe displacement. Tiang ini memiliki tiang baja profil H yang tergabng hingga jng bagian bawah dari tiang beton pracetak (precast). Sebagai contoh jenis displacement dan non-displacement adalah pada tahap pertama dilakkan pemancangan dengan tiang pipa jng terbka kemdian tanah di dalam pipa dikelarkan (dibor). Setelah it, dibatlah tiang bor dan tiang cast in place pada lbang tersebt. 2.2 Pemancangan Tiang Pada mmnya pondasi tiang dipancang ke dalam tanah menggnakan hammer atapn berpa alat penggetar (vibratory drivers). Untk kass khss, pondasi tiang jga dapat dimaskkan ke dalam tanah dengan jetting atapn dibor terlebih dahl. Pada pemancangan tiang hal-hal yang sangat penting ntk diketahi adalah sebagai berikt: 1. Jenis alat pemancang yang dignakan. Jenis hammer sangat menentkan energi yang akan diterima oleh tiang dan jga tanah pada saat pemancangan. Ketika pemancangan tiang, sara yang ditimblkan jga sangat keras sehingga dapat menggangg aktivitas lingkngan disekitarnya. Tiap jenis hammer menimblkan efek sara yang berbeda. Semakin keras lapisan tanah tempat pemancangan jga akan menimblkan efek sara yang semakin keras. Energi pemancangan yang ditimblkan oleh berat ram dan tinggi jath akan menentkan besar energi yang akan diterima oleh tiang pancang pada saat pemancangan. Jenis hammer yang biasa dignakan diantaranya: A. External Combstion Hammers LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 4

5 Gambar 2.2 External Combstion Hammers (GRL, 1988) B. Diesel Hammer Ummnya ada da tipe diesel hammer, yait: i. Open end diesel hammers ii. Close end diesel hammers Gambar 2.3 Diesel Hammer (GRL, 1988) C. Vibrator Hammer LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 5

6 Gambar 2.4 Vibrator Pile Drivers (Irsyam, 2004) 2. Properti hammer, hammer cshion, helmet, pile cshion. Dalam proses pemancangan, hammer cap dipasang pada kepala tiang. Pile Cshion dignakan diantara tiang dan cap. Pile cshion ini mempnyai kegnaan ntk meredksi beban tmbkan dan menyebarkannya. Sedangkan hammer cshion diletakkan di pile cap. Untk lebih jelas dapat dilihat pada gambar berikt: Gambar 2.5 Properti Hammer, Hammer Cshion, Helmet, Pile Cshion (GRL, 1988) 3. Properti tiang pancang Biasanya tiang pancang yang dignakan dipilih berdasarkan kriteria sebagai berikt: a. Jenis, kran dan berat strktr yang akan didkng. b. Sifat fisik lapisan tanah. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 6

7 c. Kedalaman lapisan yang mamp mendkng tiang pancang. d. Perbedaan kedalaman terhadap lapisan pendkng. e. Ketersediaan material ntk tiang pancang. f. Jmlah tiang pancang yang diperlkan. g. Peralatan pemancang. h. Perbandingan biaya. i. Ketahanan yang disyaratkan. j. Jenis strktr proyek. k. Ganggan konstrksi, tertama kebisingan dan getaran yang ditimblkan akibat pemancangan tiang. 2.3 Kapasitas Daya Dkng Aksial Kapasitas daya dkng aksial statik dapat dihitng dengan persamaan-persamaan kapasitas daya dkng statik dari Meyerhof, Terzaghi, Tomlinson, American Petrolem Institte (API) 1986, based on N-SPT dan lain-lain. Dalam tgas akhir ini, pembahasan daya dkng aksial statik dibatasi menggnakan metoda yang dianjrkan American Petrolem Institte (API) 1986 dan metoda based on N-SPT. Kapasitas daya dkng dibedakan atas daya dkng jng dan daya dkng geser. Apabila daya dkng kedanya dimobilisasikan akan didapatkan: + Q (2.1) lt = Qe Qf Dari kapasitas daya dkng aksial ltimate maka kita bisa mendapatkan kapasitas daya dkng aksial izin sebagai berikt: Q lt Q all = SF (2.2) dimana: Q lt = Kapasitas daya dkng maksimm ata ltimate Q e = Kapasitas daya dkng jng (end bearing) yang didapat dari tanah dibawah jng pondasi tiang Q f = Kapasitas daya dkng gesek (skin friction) yang didapat dari gaya geser ata gaya adhesi antara tiang dengan tanah Q all = Kapasitas daya dkng izin tiang pancang SF = Faktor keamanan (safety factor) yang dignakan LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 7

8 2.3.1 Daya Dkng Aksial Berdasarkan Metode API (1986) Kapasitas Daya Dkng Ujng Berdasarkan metoda yang disarankan oleh American Petrolem Institte (API) 1986, perhitngan daya dkng jng tiang secara mm dirmskan seperti berikt: Q = q + A (2.3) e b p dimana: Q e = End bearing Capacity q b = Unit end Bearing A p = Section Area of pile Untk tanah berbtir hals ata clay soil (c-soils) Secara mm q b dirmskan sebagai berikt: q = N. C (2.4) b c dimana: N c = 9 C = average ndrained Shear Strength of clay on base of end bearing pile Untk tanah berbtir kasar ata pasir (φ-soils) Secara mm q b dirmskan sebagai berikt: b ' v q = σ. N (2.5) q dimana: σ v = overbrden pressre N q = bearing capacity factor LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 8

9 Untk nilai N q tertent, metoda API 1986 memberi batasan nilai nit end bearing yang boleh dihasilkan pada penggnaan rms daya dkng jng ntk tanah pasir, seperti berikt : Tabel 2.1 Batas nilai nit end bearing ntk jenis-jenis tanah pasir dengan nilai N q tertent (API, 1987) Soil Nq Limiting q (Kpa) Very Loose To Medim, Sand To Silt Loose To Dense Sand, Sand To Silt Medim To Dense, Sand To Sand-Silt Dense To Very Dense, Sand To Sand silt Dense To Very Dense, Gravel To Sand Kapasitas Daya Dkng Skin Friction Berdasarkan metoda yang disarankan oleh American Petrolem Institte (API) 1986,perhitngan daya dkng skin friction tiang secara mm dapat dirmskan seperti berikt: Q s = f. p. ΔL (2.6) s dimana: Q s = total skin friction f s = nit skin resistances p = perimeter dari tiang pancang ΔL = panjang nit tiang Untk tanah lempng (c-soils) Secara mm f s dapat dirmskan sebagai berikt: f s = α. C (2.7) dimana: α = adhesion factor, Gambar 2.6 = ndrained shear strength C LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 9

10 Gambar 2.6 Hbngan antara kat geser (C) dengan faktor adhesi (α ) (API, 1987) Untk tanah pasir (φ-soils) Secara mm f s dapat dirmskan sebagai berikt: f s = K σ v tan δ (2.8) dimana: σ v = overbrden pressre δ = friction angle between soil and pile ( sing 2/3 φ ) K = Lateral earth pressre Pada jenis tanah berpasir ntk parameter teknik seperti (δ) tertent yang besar nilainya berasal dari sdt geser tanah, metoda API 1986 memberikan batas-batas nilai nit skin friction yang dihasilkan seperti berikt: Tabel 2.2 Batas nilai nit skin friction ntk jenis-jenis tanah pasir ntk nilai (δ) tertent (API, 1987) Soil δ, Degrees Limiting f (Kpa) Very Loose To Medim, Sand To Silt Loose To Dense Sand, Sand To Silt Medim To Dense, Sand To Sand-Silt Dense To Very Dense, Sand To Sand silt Dense To Very Dense, Gravel To Sand LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 10

11 2.3.2 Daya Dkng Aksial Berdasarkan Metode Based On N-SPT Kapasitas Daya Dkng Ujng Berdasarkan metoda Based on N-SPT, perhitngan daya dkng jng tiang secara mm dapat dirmskan seperti berikt: Q e = q b. A P (2.9) dimana: Q e = End Bearing Capacity q b = Unit End Bearing A p = Section Area of pile Untk tanah berbtir hals ata clay soil (c-soils) Secara mm q b dirmskan sebagai berikt: q b = N c. C (2.10) dimana: Nc = 9, C = ndrained shear strength Untk tanah berbtir kasar ata pasir (φ-soils) Secara mm q b dirmskan sebagai berikt: q b = 40 N-SPT av 400 N-SPT av (2.11) dimana: N-SPT av = (N1+N2)/2 N1 = harga rata-rata dari dasar ke 10 D ke atas N2 = harga rata-rata dari dasar ke 4 D ke bawah l = tebal lapisan tanah D = diameter tiang pancang LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 11

12 Kapasitas Daya Dkng Skin Friction Berdasarkan metoda Based on N-SPT, perhitngan daya dkng skin friction tiang secara mm dapat dirmskan seperti berikt: Q s = Σf s. p. ΔL (2.12) dimana: Q s = total skin friction f s = nit skin resistances p = perimeter dari tiang pancang ΔL = panjang nit tiang Untk tanah lempng (c-soils) Secara mm f s dapat dirmskan sebagai berikt: f s = α. C (2.13) dimana: α = adhesion factor, Gambar 2.7 C = ndrained shear strength Untk tanah pasir (φ-soils) Secara mm f s dapat dirmskan sebagai berikt: f s = 2 N-SPT (2.14) dimana: N-SPT = Nilai N-SPT pada lapisan tanah LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 12

13 2.4 Kapasitas Daya Dkng Lateral Tiang vertikal yang menanggng beban lateral akan menahan beban ini dengan memobilisasi tahanan tanah pasif yang mengelilinginya. Pendistribsian tegangan tanah pasif akibat beban lateral akan mempengarhi kekakan tiang, kekakan tanah, dan kondisi jng tiang. Secara mm tiang yang menerima beban lateral dapat dibagi dalam da bagian besar, yait tiang pendek (rigid pile) dan tiang panjang (elastic pile). Berdasarkan kondisi jng atas maka dikenal istilah free head dan fixed head. Jika Kepala tiang dapat bertranslasi dan berotasi akibat beban geser dan/ata momen maka tiang tersebt dikatakan berkepala bebas (free head) sedangkan jika kepala tiang hanya bertranslasi maka disebt tiang dengan kepala jepit (fixed head). (a) Free Head (b) Fixed Head Gambar 2.7 Tiang pendek dikenai beban lateral (Tomlinson, 1977) (a) Free Head (b) Fixed Head Gambar 2.8 Tiang panjang dikenai beban lateral (Tomlinson, 1977) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 13

14 Langkah pertama ntk memperkirakan kapasitas tiang tnggal adalah menentkan perilak tiang tersebt, apakah perilaknya sebagai tiang pendek atakah sebagai tiang panjang yang fleksibel. Hal ini dilakkan dengan menentkan faktor kekakan R dan T. Faktor kekakan ini bergantng pada kekakan tiang (EI) dan kompresibilitas tanah. Faktor kekakan ini nantinya akan dinyatakan dalam istilah soil modls, yang tidak tetap tetapi bergantng pada lebar tiang dan kedalamannya. Soil modls (K) ini dapat dihbngkan dengan modls horizontal sbgrade reaction dari konsep Terzaghi. Untk tanah keras lempng OC, nilai dari modls tanah biasanya diasmsikan konstan terhadap kedalaman. EI Faktor Kekakan R = 4 (2.15) KB K = k 1 / 1.5 dan B = lebar tiang k 1 = sbgrade modls yang ditentkan dari pengkran ji beban lapangan - penrnan dengan pelat bjr sangkar 30 x 30 cm k 1 = 2 beban plat [N/m ] lendtan horizontal [m] Tabel 2.3 Hbngan modls of sbgrade reaction (k 1 ) dengan nilai C tanah lempng OC yang keras (Terzaghi, 1955) Parameter Stiff Very stiff Hard Undrained Cohesion (C ) kn/m > 400 Kisaran nilai k s MN/m > 72 Recommended k s MN/m > 108 Untk tanah lempng NC dan ntk tanah btiran (pasir) maka modls tanah dianggap meningkat secara linear terhadap kedalaman, maka : EI Faktor kekakan T = 5 (2.16) η h Dimana modls tanah adalah h x K = η D LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 14

15 Nilai koefisien modls variasi η h diperoleh secara langsng dari loading test pada tiang tanah yang terendam air di mstang Island, Texas (Reese): Tabel 2.4 Faktor ntk menghitng nilai dari koefisien modls variasi (η h ) ntk tanah tak nonkohesif dalam [MN/m 3 ] (Tomlinson, 1977) Relative density Loose Medim Dense η h for dry or moist soil [Terzaghi] η h for sbmerged soil/ jenh η h for sbmerged soil [Reese] Nilai lain η h yang diamati adalah seperti berikt ini : Lempng NC lnak : 350 to 700 kn/m 3 Lana organic silts : 150 kn/m 3 Setelah perhitngan faktor kekakan R dan T, kriteria penentan kekakan tiang sebagai tiang panjang ata tiang pendek berkaitan dengan kedalaman penetrasi tiang sebgai berikt ini : Tabel 2.5 Kriteria penentan kekakan tiang sebagai tiang panjang ata tiang pendek (Tomlinson, 1977) Pile Type Soil Modls ( Faktor Kekakan ) Linearly Increasing (NC) Constant (OC) Pendek / Rigid ( free head ) L 2T L 2R Panjang / Elastic ( free head ) L 4T L 3,5R Kapasitas Ultimit Tiang Pendek Metode yang dikembangkan oleh Brinch Hansen dapat dignakan ntk menghitng kapasitas ltimit lateral tiang pendek. Metoda ini dapat dignakan ntk kondisi tanah homogen dan ntk kondisi tanah berlapis. Lihat Gambar 2.9 berikt, titik X adalah titik rotasi tiang. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 15

16 Diagram tahanan pasif tanah dibagi menjadi n bagian dengan bagian horizontal sepanjang L/n. Tahanan pasif dari elemen pada kedalaman z dibawah permkaan tanah diberikan oleh : P z = P oz K qz + c K cz (2.17) dimana : P oz adalah nilai tekanan efektif pada kedalaman z. C adalah nilai kohesi tanah pada kedalaman z. K qz,k cz adalah koefisien tekanan pasif ntk komponen friksi dan kohesi menrt Brinch Hansen. (a) soil reaction (b) Shearing Force Diagram (c) Bending Moment Diagram Gambar 2.9 Metode Brinch Hansen, memperkirakan kekatan tiang pendek yang dikenai beban lateral (Tomlinson, 1977) Lokasi titik X (titik rotasi) dari tiang dilakkan dengan trial and error sampai tahanan diatas titik X dan dibawahnya mencapai keseimbangan. z= x z= L L L M = p ( e + z) B p ( e + z) B z z z= 0 n z= x n (2.18) Setelah lokasi dari X ditemkan, maka nilai H ( gaya horizontal ltimit) diperoleh dengan jalan menghitng momen terhadap X, sebagai berikt : z= x z= L L L H ( e + x) = p B( x z) + p B( z x) z z z= 0 n z= x n (2.19) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 16

17 Gambar 2.10 Koefisien tekanan pasif menrt Brinch Hansen (Tomlinson, 1977) Untk pembebanan short-term pada tanah kohesif yang homogen ( = 0), maka metode Broms baik ntk dignakan. Untk tanah seperti demikian Broms mengasmsikan bahwa reaksi dari tanah dapat disederhanakan seperti gambar berikt. Gambar 2.11 Tahanan tanah dan bidang momen pada tiang pendek ( freehead & fixed head ) yang dikenai beban lateral pada lempng (Broms, 1964) Broms menganggap daerah dimana terletak zero pressre adalah hingga kedalaman 1.5B, yang mennjkkan efek sst tanah dari tiang. Nilai H ltimit diperoleh dari grafik (Gambar 2.12). Nilai H ini berhbngan dengan nilai c, lebar tiang B dan perbandingan kedalaman tiang dengan lebar tiang. Dari Gambar 2.11 sebelmnya terlihat bahwa posisi f (posisi momen maksimm) dapat diperoleh dengan persamaan : LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 17

18 H f = 9. c. B dan M = H ( e + 1,50B + 0,50 f ) max (2.20) (2.21) Bagian bawah tiang sepanjang g berfngsi menahan momen M max, dan dari prinsip kesetimbangan diperoleh ntk tiang pendek rigid : M max =,25. c. B. 2 g 2 (2.22) Tiang pendek yang jngnya terjepit (Gambar 2.11 b) dapat dianggap berlak seperti balok yang terjepit salah sat jngnya, dan beban bekerja sepanjang tiang sehingga diperoleh : M max =.9. c. B.( L 2,25. B 2 ) (2.23) Kapasitas ltimit tiang pendek dengan kepala terjepit jga dapat ditentkan dari grafik (Gambar 2.13). Untk tanah pasir ( c = 0 ) distribsi tahanan tanah dan bidang momen digambarkan seperti Gambar Untk tiap kedalaman z maka besarnya tanahan tanah yang termobilisasi diberikan oleh: p = 3B p K z oz p (2.24) Nilai B adalah lebar tiang yang tegak lrs terhadap arah rotasi tiang. Sedangkan p oz adalah nilai tekanan tanah efektif pada kedalaman z, K p adalah Koefisien tekanan lateral pasif Rankine, yait K p = ( 1 + sin ) / ( 1-sin ). Maka nilai tahanan lateral ltimit, H dapat ditentkan dengan cara yang sama pada metoda Brinch Hansen. Untk kondisi tanah pasir yang homogen, Broms jga telah membat grafik (Gambar 2.14) hbngan H/K p B 3 γ dengan L/B, dari grafik ini kemdian dapat ditentkan nilai tahanan lateral ltimit H. Nilai H jga dapat ditentkan dari persamaan berikt : H 2 3 1,5 B γ L K p L 0,5B γ L = = 3( e + L) e + L K p (2.25) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 18

19 Gambar 2.12 Kapasitas Lateral ltimit tiang pendek pada lempng dihbngkan dengan kedalaman penetrasi tiang (Broms,1964) Gambar 2.13 Tahanan tanah dan bidang momen pada tiang pendek ( freehead & fixedhead ) yang dikenai beban lateral pada pasir (Broms,1964) Untk tiang pendek dengan kepala terjepit pada tanah terjepit pada tanah pasir maka mekanisme kernthannya adalah pergerakan kepala tiang yang melampai batas toleransi. Sehingga nilai H dapat ditentkan dari rms sebagai berikt : H =1,5 B γ L 2 K p (2.26) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 19

20 Gambar 2.14 Kapasitas lateral ltimit tiang pendek pada tanah pasir dihbngkan dengan kedalaman penetrasi tiang (Broms,1964) Nilai persamaan tersebt diatas akrat jika momen negatif maksimm yang termobilisasi dikepala tiang lebih kecil dari tahanan momen ltimit M pada tiang di titik ini. Persamaan momen ntk tiang diberikan oleh : M max = B γ L 3 K p (2.27) Kapasitas Ultimit Tiang Panjang Tahanan pasif yang dapat dimobilisasi oleh tanah hingga tiang yang tak berhingga panjangnya mencapai titik lelehnya jga tak hingga. Karena it kapasitas lateral tiang panjang akan ditentkan oleh kapasitas tiang it menahan momen. Broms mendefinisikan kernthan tiang panjang akan tercapai apabila kapasitas lelah momen penampang tiang sdah dicapai. Pada penampang tiang diperkirakan akan terbentk sendi plastis, yang masih mamp menahan geser. Reaksi tanah lempng dan momen pada tiang menrt Broms dapat dilihat pada Gambar Nilai momen positif maksimm ntk tiang dengan kepala bebas (free head) sama dengan persamaaan berikt: M = H ( e + 1,50 B + 0,50 f ) max (2.28) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 20

21 H dimana f = 9. c. B (2.29) Nilai ltimit dari H, diambil ketika nilai M max sama dengan nilai momen ltimit dari penampang tiang it sendiri. Sehingga ntk tiang dengan kepala bebas nilai H dinyatakan oleh: H M = ( e + 1,50 B + 0,50 f ) (2.30) Dari Gambar 2.15 b ntk kondisi kepala tiang yang terjepit maka nilai H dapat dinyatakan sebagai: H 2M = (1,50 B + 0,50 f ) (2.31) Gambar 2.15 Tahanan tanah dan bidang momen pada tiang panjang (freehead & fixedhead) yang dikenai beban lateral pada lempng (Broms,1964) Broms membat grafik yang menghbngkan nilai H / C B 2 dan M / C B 3 ntk tanah lempng, ditnjkkan oleh Gambar 2.16 ntk kass dimana kepala tiang terjepit dan kepala tiang bebas. Nilai dari tahanan ltimit lateral H, dapat ditentkan dengan melihat grafik dan mendapatkan nilai H / C B 2 yang bersesaian dengan M / C B 3. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 21

22 Gambar 2.16 Tahanan tanah lateral ltimit ntk tiang panjang pada lempng dihbngkan dengan tahanan momen ltimit tiang (Broms,1964) Reaksi tanah pasir akibat penetrasi tiang panjang dan momen yang terjadi pada tiang di tanah berpasir menrt Broms dapat digambarkan seperti Gambar Untk tiang dengan kepala bebas Gambar 2.17 a momen maksimm terjadi pada posisi dimana gaya gesernya sama dengan nol. Untk tiang berkepala bebas, maka nilai f dapat ditentkan dengan persamaan: H f = 0,82 γbk p (2.32) Nilai maksimm momen diberikan oleh M max = H ( e + 0,67 f ) (2.33) Untk momen bernilai nol pada kepala tiang, nilai tahanan lateral ltimit diberikan oleh persamaan berikt ini: H = M e + 0,54 H γbk p (2.34) Broms jga telah membat grafik hbngan antara H / γ B 3 K p dengan M / γ B 4 K p seperti terlihat pada Gambar 2.18, dengan bantan grafik ini maka dapat ditentkan nilai dari kapasitas lateral ltimit tiang, H, ntk tiang dengan jng terjepit seperti pada Gambar 2.17 b. Nilai maksimm momen negatif terjadi pada kepala tiang dan nilai ltimit lateral tiang dicapai ketika tercapai momen ltimit. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 22

23 Gambar 2.17 Reaksi tanah dan bidang momen ntk tiang panjang di tanah pasir (Broms,1964) Nilai tahanan lateral ltimit dari tiang dengan kepala terjepit pada tanah pasir diberikan oleh persamaan berikt: H M = ( + ) + M e + 0,54 H ( ) γbk p (2.35) Untk tiang yang penampangnya tetap sepanjang kedalaman penetrasi maka nilai M (+) sama dengan M (-) sama dengan M. Gambar 2.18 Tahanan tanah lateral ltimit ntk tiang panjang pada tanah pasir dihbngkan dengan tahanan momen ltimit tiang (Broms,1964) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 23

24 2.4.3 Defleksi Tiang Vertikal akibat beban Lateral Cara sederhana ntk mengontrol defleksi yang diakibatkan oleh beban lateral apakah masih dalam batas toleransi yang diijinkan adalah dengan mengasmsikan bahwa pada kedalaman tertent tiang terjepit sehingga defleksi dihitng seperti perhitngan kantilever. Kepala tiang dapat bebas dan dapat pla terjepit sehingga defleksi dihitng seperti perhitngan kantilever. Kepala tiang dapat bebas dan dapat pla terjepit dengan kebebasan gerak translasi, ntk lebih jelasnya lihat Gambar H H e e z f z f Gambar 2.19 Tiang yang dikenai beban lateral disederhanakan sebagai kantilever sederhana (Tomlinson, 1977) Dari gambar diatas dapat ditrnkan persamaan defleksi pada tiang akibat pemberian beban lateral, sebagai berikt : Defleksi pada kepala tiang yang bebas : y = Defleksi pada kepala tiang yang terjepit : y = H ( e + z 3EI H ( e + z 12EI f f ) ) 3 3 (2.36) (2.37) Dimana z f adalah kedalaman dari permkaan tanah ke titik virtal fixity. Kedalaman Zr ntk desain praktisnya diambil 1.5 m ntk tanah berbtir yang padat dan lempng keras, 3m ntk lempng lnak dan lana. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 24

25 Broms jga membat metode menghitng defleksi dengan konsep modls of sbgrade reaction. Metoda ini dibedakan ntk tanah lempng dan tanah pasir sebagai berikt: Tiang Pada Tanah Lempng Tiang pada tanah lempng, defleksi tiang dipengarhi oleh besaran panjang tak berdimensi βl, dimana : β = K B 4 h 4EI (2.38) Untk tiang pendek nilai βl jika kondisi kepala tiang bebas adalah lebih kecil 1.5 dan jika kondisi kepala tiang terjepit nilainya lebih kecil 0.5, sehingga nilai defleksi lateralnya dapat didekati. Lateral defleksi pada permkaan tanah (kepala bebas), y 0 1,5e 4H (1 + ) = L k Bl Lateral defleksi pada permkaan tanah (kepala terjepit) h (2.39) y 0 = H k BL h (2.40) Nilai k dalam persamaan diatas adalah koefisien sbgrade reaction, ntk tanah yang memiliki modls yang konstan maka nilai k diambil sama dengan k1 (tabel 2.3). Sedangkan ntk tanah yang modlsnya meningkat secara linear, hingga kedalaman 0.8 βl maka nilai k1 yang diambil nilai rata-rata. Untk kass tiang panjang, dapat jga ditrnkan pendekatan ntk memperkirakan defleksi lateralnya pada permkaan tanah sebagai berikt : Tiang dengan kepala bebas (βl > 2.5 ) y 0 2Hβ ( eβ + 1) = K B (2.41) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 25

26 Tiang dengan kepala terjepit (βl < 1.5 ) y 0 = Hβ K B (2.42) Koefisien Sbgrade reaction ntk tiang yang sangat panjang, didapat dari persamaan Dimana αk k 0 = β (2.43) α = 0,52 12 K0E EI 4 (2.44) Nilai α dapat ditentkan dari α = n 1 * n 2 Faktor n 1 dan n 2 berhbngan dengan nilai kat geser tanah dan dengan material tiang yang dipakai. Nilai tahanan geser lempng diasmsikan 1.5 kali dari hasil ji nconfined compression test. Menrt Broms, nilai dari Ko diperoleh dari nilai secant modls tanah, Modls secant E 50, dikaitkan dengan tekanan pada tanah 50% dari tekanan rnthnya. K o = 1.67 E 50 (2.45) Tabel 2.6 Nilai Koefisien n 1 (Broms,1964) Kekatan Geser (kn/m2) Koefisien n 1 < > Tabel 2.7 Nilai Koefisien n 2 (Broms,1964) Material Tiang Koefisien n 2 Steel 1 Concrete 1.15 Wood 1.30 LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 26

27 Tiang Pada Tanah Pasir Tiang pada tanah pasir, defleksi tiang dipengarhi oleh besaran panjang tak berdimensi ηl, dimana : η 5 h η = (2.46) EI Harga defleksi y o dapat dihitng berdasarkan persamaan berikt ini: - Short pile ηl < 2 free head: - Short Pile Fixed Head - Long Pile ηl > 4 free head - Long Pile Fixed Head y y e 18H 1 + L = (2.47) 2 L η y 0 h 2H = (2.48) 2 L η 3 / η h h ( eη) 5 3 / 5 ( EI ) 2.4H = (2.49) y H = (2.50) 3 / 5 η h 2 / 5 ( EI ) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 27

28 2.5 Uji Pembebanan Statik ( Static Loading Test) Selain metoda statik API 1987 dan based on N-SPT dignakan ntk mencari daya dkng aksial ltimate tiang pancang di beberapa lokasi di dalam proyek PLTGU Tambak Lorok maka analisis jga dilakkan dengan cara ji pembebanan tiang ( Pile Loading Test). Uji pembebanan (loading test) adalah sat metode yang dignakan dalam pemeriksaan terhadap sejmlah beban yang dapat didkng oleh sat strktr dalam hal ini adalah pondasi. Uji pembebanan dilakkan ntk mengetahi secara nyata bagaimana kondisi tanah di lapangan bila diberikan beban sesai dengan yang direncanakan. Namn kelemahan metoda ini adalah wakt yang dignakan relatif lama dan memakan biaya yang ckp mahal sehingga tidak ekonomis pada kondisi-kondisi tertent. Uji pembebanan yang ckp popler dignakan yait static loading test. Data ji pembebanan tersebt dapat diolah secara manal mapn dianalisa dengan bantan program kompter Cara Uji Pembebanan Tiang Dalam praktek biasanya dilakkan da cara ji pembebanan tiang, yait: 1. Test Pile Desain awal tiang dilakkan berdasarkan data penyelidikan tanah. Uji pembebanan tiang dilakkan ntk desain akhir. Uji pembebanan dilakkan hingga tiang mengalami kernthan. 2. Test on Working Pile Dilakkan apabila sdah ada pengalaman desain sebelmnya. Dilakkan secara acak terhadap pondasi tiang ntk mengetahi kapasitas desain pondasi tiang. Uji pembebanan dilakkan dengan memberikan beban hingga 200% dari beban rencana Prosedr Pembebanan LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 28

29 Dalam prosedr pembebanan banyak pilihan prosedr yang ma dignakan tergantng kebthan perencanaan dan jga kemampan finansial proyek. Berikt ini adalah prosedr pembebanan yang biasa dignakan : Standard Loading Test ASTM Cyclic Loading Test ASTM Slow Maintanance Load Test Method ( SM Test ) Qick Maintanance Load Test Method ( QM Test ) Swedish Cyclic Test Method ( SC Test ) Gambar 2.20 Load test yang dignakan dengan metoda Kentledge (Kbs Beton) (ASTM D , 1989) Pada proyek PLTGU Tambak Lorok ini, pihak pelaksana mengggnakan prosedr yang dianjrkan oleh ASTM yait Cyclic Loading Test. Adapn ketentan dari Cyclic Loading Test adalah sebagai berikt: Setelah beban yang diberikan sama dengan 50, 100, dan 150% dari beban desain, biarkan masing-masing beban tersebt ntk 1 jam dan angkat kembali beban dengan pengrangan yang sama besarnya dengan pada saat increment pemberian beban. Biarkan beban selama 20 menit ntk tiap tahap pengrangannya. Cyclic loading procedre, loading-nloading Cycle 1: 0% 25% 50% 25% 0% Cycle 2: 0% 50% 75% 100% 75% 50% 0% LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 29

30 Cycle 3: 0% 50% 100% 125% 150% 125% 100% 50% 0% Cycle 4: 0% 50% 100% 150% 175% 200% 150% 100% 50% Setelah beban yang diberikan diangkat sema ntk tiap tahapnya, berikan kembali beban dengan increment sebesar 50% dari beban desain sampai dengan sebesar tahap sebelm diangkat. Jarak antar increment tersebt adalah selama 20 menit. Kemdian beban tambahan ntk tahap beriktnya diberikan sesai dengan prosedr yang telah diraikan pada bagian sebelmnya. Setelah beban total yang disyaratkan telah diberikan, tahan dan angkat beban tersebt seperti yang telah diraikan pada bagian sebelmnya Hasil Uji Pembebanan Setelah ji pembebanan dilakkan di lapangan maka hasil ji pembebanan disajikan dalam bentk: 1. Hbngan antara Beban dengan wakt Gambar 2.21 Contoh krva hbngan beban dengan wakt (ASTM D , 1989) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 30

31 2. Hbngan beban dan penrnan Gambar 2.22 Contoh krva hbngan beban dengan penrnan (ASTM D , 1989) Interpretasi Hasil Uji Pembebanan Setelah hasil ji pembebanan diperoleh maka tahap selanjtnya adalah menginterpretasikan data dengan metoda-metoda yang biasa dignakan dalam proyek proyek konstrksi. Metoda metoda yang biasa dignakan ntk menginterpretasikan data hasil ji pembebanan adalah sebagai berikt: 1. Metoda Davisson (1972) Prosedr ntk menentkan beban ltimate menggnakan metoda ini adalah sebagai berikt: a. Gambarkan krva beban - penrnan. b. Tentkan penrnan elastis, Δ = (Qva) L / AE dari tiang dimana Qva adalah beban yang dignakan, L adalah panjang tiang, A adalah las potongan melintang tiang dan E adalah modls elastisitas tiang. c. Gambarkan sebah garis OA berdasarkan persamaan di atas. d. Gambarkan sebah garis BC yang sejajar dengan OA pada jarak sejah dimana x = D /120 in, dengan D adalah diameter tiang dalam in. e. Beban rnth ditentkan dari perpotongan garis BC pada krva beban-penrnan. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 31

32 Gambar 2.23 Krva interpretasi beban dengan penrnan metoda Davisson (Davisson, 1972) 2. Metoda De Beer Prosedr ntk menentkan beban ltimate menggnakan metoda ini adalah sebagai berikt: a. Plot hbngan beban-penrnan dalam skala logaritma b. Harga pada item a akan membentk 2 garis lrs c. Beban rnth didefinisikan sebagai beban yang terletak pada perpotongan da garis lrs tersebt Gambar 2.24 Contoh krva interpretasi beban dengan penrnan metoda De Beer (de Beer, 1967) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 32

33 2.6 Analisis Dinamik Dengan Program GRL WEAP87 WEAP 87 merpakan kepanjangan dari Wave Eqation Analysis of Pile Driving. WEAP 87 merpakan solsi dari persamaan gelombang yang dikembangkan secara nmerik oleh Goble Rasche Likins (GRL) and Associates, Inc., (1976). WEAP 87 merpakan pengembangan dari teori perambatan gelombang yang ditrnkan oleh Smith. Program ini mamp memaskkan data hammer yang bar dan modern. GRL WEAP 87 merpakan program yang dapat mensimlasikan sebah pondasi tiang yang mengalami impak dari proses pemancangan. Dengan menggnakan program GRL WEAP87 dihitng: 1. Jmlah pklan (jmlah pklan per satan panjang dari permanen set) ntk mencapai tahanan ltimate tertent. 2. Tegangan aksial di dalam tiang yang berkaitan dengan hitngan jmlah pklan. Gambar 2.25 Sistem Pemancangan menggnakan hammer (GRL, 1988) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 33

34 Gambar 2.26 Pile Drivings Models (GRL, 1988) Berdasarkan hasil program kompter GRL WEAP87 dapat dicari: 1. Daya dkng tiang saat pemancangan. 2. Tegangan maksimm selama pemancangan tiang. 3. Jmlah pklan yang diperkirakan jika daya dkng statik aktal dari tiang diketahi (contoh: dari analisis tanah statik) Tahapan pengoperasian dari program kompter GRL WEAP87 Ada 2 (da) cara yang dapat dilakkan ntk menjalankan ata mengoperasikan program GRL WEAP87. Keda metoda ntk memaskkannya seperti berikt ini: 1. Dengan memaskkan data yang diminta pada men yang tersedia. 2. Dengan menggnakan editor (DOS Editor ata NC Editor) dengan menliskan data maskkan dalam file dengan jenis batch. Setelah pemaskkan inpt selesai perl dilakkan pengeditan pada files.dat ntk nama inpt yang kita berikan dan nama hasil yang kita inginkan. Tabel berikt sebagai contoh nama maskkan adalah A1.IN dan nama kelaran adalah A1.OUT kemdian langkah terakhir adalah menjalankan program WEAP87. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 34

35 Tabel 2.8 Proses PengeditanNama Inpt dan Otpt Pada Program WEAP87 0 < USE I4 FORMAT TO ENTER ICOL IN THIS PLACE C:\WEAP87\A1.IN <-- NAME OF DATA INPUT FILE C:\WEAP87\A1.OUT <-- NAME OF OUTPUT FILE C:\WEAP87\HAMMER.DAT <-- NAME OF HAMMER DATA FILE C:\WEAP87\FILE21.DAT <-- NAME OF BEARING GRAPH OUTPUT FILE C:\WEAP87\FILE22.DAT <-- NAME OF VARIABLES VS TIME OUTPUT FILE Data Maskan program WEAP87 Keterangan berikt merpakan data maskan yang hars diisikan ntk menghasilkan Otpt: Baris 1 Tittle = Jdl dari data yang diisikan Baris 2 IOUT = Hasil kelaran yang dikehendaki = -100 Merpakan minimm kelaran, hanya menyediakan model yang sederhana dan tabel akhir = 0 Merpakan pilihan yang dianjrkan, terdapat informasi-informasi yang diperlkan tanpa hars mengkonsmsi jmlah kertas = 1 Tambahan dari pilihan 0, jga terdapat da gaya pada hammer dan tiga belas pada tiang yang merpakan fngsi dari wakt ntk tiap - tiap Rlt. = 2 Sama seperti pilihan 1 dengan tambahan informasi kecepatan = 3 Sama seperti pilihan 1 dengan tambahan informasi tegangan = 4 Sama seperti pilihan 1 dengan tambahan informasi percepatan = 5 Sama seperti pilihan 1 dengan tambahan informasi perpindahan = 6 Sama seperti pilihan 1 dengan tambahan informasi seperti tekanan, pembakaran, jmlah gaya tahanan, kecepatan dan perpindahan LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 35

36 IHAMR = 0 Maskkan informasi hammer sat persat >0 Hanya memaskkan kode dari hammer yang dipergnakan sesai data file hammer. N = 0.1 Jmlah dari segmen tiang, pada pilihan ini panjang elemen dihitng secara otomatis, biasanya sekitar (1.65m) >1 Memaskkan jmlah segmen yang diinginkan IPERCS = Nilai skin friction sebenarnya ntk perhitngan Rlt ITYS = 0 Memaskkan distribsi skin friction yang diinginkan Baris 3 CAPW = Berat dari sema elemen yang terletak diantara hammer dan tiang.kips ACAP = Las dari hammer cshion, jika tidak diisikan dianggap ACAP = 113in 2 ECAP = Modls elastisitas dari hammer cshion, jika tidak diisikan maka Dianggap ECAP = 400ksi TCAP = Tebal dari hammer cshion, in. CORCAP = Koefisien restitsi dari hammer cshion, jika tidak diisikan maka dianggap menggnakan defalt CORCAP= 1. Ummnya bila tidak ada data yang ikehendaki maka direkomendasikan CORCAP= 0.8 DRCAP = Nilai rond-ot deformation (compressive slack) dari hammer cshion yang besarnya diambil 0.001ft (3mm) Baris 4 ACUS = Las dari pile cshion, in 2 ECUS = Modls elastisitas dari pile cshion, jika tidak diisikan maka dianggapbahan dari plywood, ECUS= 30 ksi TCUS = Tebal dari pile cshion, in CORCUS = Koefisien restitsi dari pile cshion, jika tidak diisikan maka dianggap CORCUS= 1 DRCU = Nilai rond-ot deformation dari piel cshion yang besarnya diambil 0.01ft (3mm) LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 36

37 Baris 5 XPT = Panjang tiang, ft. AP(1) = Las cross-section tiang, in 2. EP(1) = Modls elastisitas tiang, ksi. WP(1) = Berat spesifik tiang, lbs/ ft 3. CORPTP = Koefisien restitsi dari jng tiang atas. Nilainya adalah 0.85 ntk tiang dari baja, 0.5 ntk tiang kay. Sedangkan ntk defaltnya adalah 1 ntk tiang dari beton yang menggnakan pile cshion. DRPT = Nilai rond-ot deformation (compressive slack) dari jng atas tiang yang besarnya diambil 0.01ft (3mm) Baris 6 QS(1) = Tahanan qake ntk sisi, biasanya= 0.1 in QS(N1) = Tahanan qake pada jng, biasanya= 0.1 in SJ(1) = Tahanan damping ntk sis SJ(N1) = Tahanan damping ntk jng. LAPORAN TUGAS AKHIR Hal. II - 37