BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pendahuluan Tiang pancang adalah bagian-bagian konstruksi yang dibuat dari kayu, beton, dan atau baja, yang digunakan untuk meneruskan (mentransmisikan) beban-beban permukaan ke tingkattingkat permukaan yang lebih rendah di dalam massa tanah ( Bowles, J. E.,1991). Penggunaan pondasi tiang pancang sebagai pondasi bangunan apabila tanah yang berada dibawah dasar bangunan tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk memikul berat bangunan dan beban yang bekerja padanya (Sardjono, H. S., 1988). Atau apabila tanah yang mempunyai daya dukung yang cukup untuk memikul berat bangunan dan seluruh beban yang bekerja berada pada lapisan yang sangat dalam dari permukaan tanah kedalaman> 8 m (Bowles, J. E., 1991). Fungsi dan kegunaan dari pondasi tiang pancang adalah untuk memindahkan atau mentransfer beban-beban dari konstruksi di atasnya (superstruktur) ke lapisan tanah keras yang letaknya sangat dalam.dalam pelaksanaan pemancangan pada umumnya dipancangkan tegak lurus dalam tanah, tetapi ada juga dipancangkan miring (battle pile) untuk dapatmenahan gaya-gaya horizontal yang bekerja. Sudut kemiringan yang dapat dicapai oleh tiang tergantung dari alat yang dipergunakan serta disesuaikan pula dengan perencanaannya. Tiang Pancang umumnya digunakan : II - 1
a. Untuk mengangkat beban-beban konstruksi diatas tanah kedalam atau melalui sebuah stratum/lapisan tanah. Didalam hal ini beban vertical dan beban lateral boleh jadi terlibat. b. Untuk menentang gaya desakan keatas, gaya guling, seperti untuk telapak ruangan bawah tanah dibawah bidang batas air jenuh atau untuk menopang kaki-kaki menara terhadap guling. c. Memampatkan endapan-endapan tak berkohesi yang bebas lepas melalui kombinasi perpindahan isi tiang pancang dan getaran dorongan. Tiang pancang ini dapat ditarik keluar kemudian. d. Mengontrol lendutan/penurunan bila kaki-kaki yang tersebar atau telapak berada pada tanah tepi atau didasari oleh sebuah lapisan yang kemampatannya tinggi. e. Membuat tanah dibawah pondasi mesin menjadi kaku untuk mengontrol amplitudo getaran dan frekuensi alamiah dari sistemtersebut. f. Sebagai faktor keamanan tambahan dibawah tumpuan jembatan dan atau pir, khususnya jika erosi merupakan persoalan yang potensial. g. Dalam konstruksi lepas pantai untuk meneruskan beban-beban diatas permukaan air melaui air dan kedalam tanah yang mendasari airtersebut. Hal seperti ini adalah mengenai tiang pancang yang ditanamkan sebagian dan yang terpengaruh oleh baik beban vertikal(dan tekuk) maupun beban lateral ( Bowles, J. E., 1991) II- 2
2.2 Penggolongan Pondasi Tiang Pancang Pondasi tiang pancang digolongkan berdasarkan pemakaian bahan, cara tiang menenuskan beban dan cara pemasangannya berikut ini akan dijelaskan satu persatu 2.2.1 Pondasi Tiang Pancang Berdasarkan Pemakaian Bahan 1. Tiang baja Tiang baja umumnya digunakan baik sebagai tiang pipa maupun sebagai tiang baja berpenampang H. Tiang pipa dapat disorongkan ke dalam tanah dengan ujung terbuka atau tertutup. Balok baja berpenampang flens-lebar (wide-flange) dan I dapat juga digunakan sebagai tiang. Namun tiang berpenampang-h biasanya lebih disukai karena badan (web) flensnya memiliki ketebalan yang sama. Pada balok berpenampang flens-lebar dan I, ketebalan badannya lebih tipis dari flensnya. Tabel 2.1 memberikan ukuran tiang baja penampang-h standar yang digunakan di Amerika Serikat. Tabel 2.1 memperlihatkan daftar sejumlah penampang pipa yang sering digunakan untuk pemipaan.dalam banyak kasus, tiang pipa diisi dengan beton setelah dimasukkan ke dalam tanah. II - 3
Tabel 2.1 Tiang berpenampang-h yang biasa digunakan di USA II- 4
Gambar 2.1 : Tiang baja: (a) sambungan tiang-h dengan las; (b) sambungan tiang pipa dengan las; (c) sambungan tiang-h dengan paku keling dan baut; (d) sarung datar pemancangan tiang pipa; (e) sarung konikal pemancangan tiang pipa. 2. Tiang Beton Tiang beton dapat dibagi ke dalam dua kategori dasar: tiang pracetak (precast piles) dan tiang dicor di tempat (cast-in-situ piles). Tiang pracetak dapat dibuat dengan menggunakan beton bertulang biasa, yang penampangnya bisa jadi bujursangkar atau segidelapan (octagonal), seperti ditunjukkan pada (Gambar 2.2). Penulangan diperlukan untuk memungkinkan tiang mampu melawan momen lentur ketika pengangkatan, beban vertikal, dan momen lentur yang diakibatkan oleh beban lateral. Tiang dicetak dengan panjang II - 5
yang diinginkan dan dirawat hingga sebelum diangkut ke tempat pemancangan. Gambar 2.2 Tiang Pracetak dengan Tulangan Biasa Cor di tempat dibuat dengan terlebih dahulu menggali lubang di tanah dan kemudian mengisinya dengan beton. Berbagai jenis tiang beton cor di tempat digunakan dalam konstruksi pada waktu akhir-akhir ini, dan kebanyakan diantaranya telah dipatenkan oleh pabrik pembuatnya. Tiang-tiang semacam ini dapat dibagi ke dalam dua kategori besar: dengan casing dan tanpa casing. Kedua jenis ini bisa memiliki pedestal pada ujung bawahnya. Tiang dengan casing terbuat dari sebuah casing baja yang disorongkan ke dalam tanah dengan bantuan sebuah mandrel yang ditempatkan di dalam casing. Apabila tiang telah mencapai kedalaman yang diinginkan, mandrel ditarik dan casing kemudian diisi dengan beton. Gambar 2.3 (a), (b), (c), dan (d) menunjukkan beberapa contoh tiang dengan casing tanpa pedestal. Gambar 2.3 (e) menunjukkan tiang dengan casing dan pedestal di ujung bawahnya. Pedestal adalah beton yang dilebihkan pada ujung bawah tiang yang II- 6
menggelembung, ini bisa dibuat dengan menjatuhkan palu pada beton yang masih segar. Gambar 2.3 Tiang Cor di Tempat 3. Tiang Kayu Tiang kayu adalah batang pohon yang cabang-cabangnya telah dipangkas dengan hati-hati. Panjang maksimum kebanyakan tiang kayu adalah 10-20 m. Agar kualitas tiang kayu yang dipakai bagus, maka kayunya harus lurus, keras, dan tanpa adanya kerusakan. Manual Praktek No. 17 yang dikeluarkan II - 7
oleh ASCE (The American Society of Civil Engineers) tahun 1959, mengklasifikasikan tiang kayu ke dalam 3 kategori: a. Tiang klas A: Tiang-tiang dalam kelas ini mampu menerima bebanbeban yang berat. Diameter minimum batang sekurang-kurangnya 356 mm. b. Tiang klas B: Tiang-tiang dalam kelas ini mampu menerima bebanbeban sedang.diameter minimum batang adalah 305-330 mm. c. Tiang klas C: Tiang ini digunakan untuk kontruksi sementara. Tiang ini dapat digunakan untuk konstruksi permanen apabila keseluruhan tiang tenggelam di bawah muka air tanah. Diameter minimum batang sekurang-kurangnya 305 mm. Gambar 2.4 Penyambungan tiang kayu: (a) selubung pipa; (b) lempeng logam dengan baut II- 8
4. Tiang Komposit Yang dimaksud dengan tiang komposit adalah tiang bagian atas dan bawah memiliki bahan yang berbeda. Sebagai contoh, tiang komposit dapat terbuat dari baja dan beton atau kayu dan beton. Tiang baja dan beton terdiri dari bagian bawah terbuat dari baja dan bagian atas terbuat dari beton yang dicor di tempat. Tiang seperti ini digunakan apabila panjang tiang yang dibutuhkan melampaui daya dukung tiang beton cor di tempat yang sederhana. Tiang kayu dan beton biasanya terdiri dari bagian bawah terbuat dari kayu yang secara permanen berada di bawah muka air dan bagian atasnya beton. Dalam setiap kasus, bagaimanapun tidaklah mudah membuat sambungan yang benar-benar baik antara dua bahan yang tidak sama, sehingga tiang komposit sangat jarang digunakan. 2.2.2 Berdasarkan Cara Penyaluran Beban yang diterima Tiang ke dalam Tanah 1. Pondasi Tiang dengan tahanan ujung (End Bearing Pile) Tiang ini meneruskan beban melalui tahanan ujung tiang ke lapisan tanah pendukung II - 9
Gambar 2.5 Pondasi Tiang Pancang dengan Tahanan Ujung (End Bearing Pile) (Sumber : Ir. Sardjono, H.S. Pondasi Tiang Pancang, Jilid 1) 2. Tiang Pancang dengan gesekan (Friction Pile) Jenis tiang pancang ini akan meneruskan beban ke tanah melalui gesekan antara tiang dengan tanah di sekelilingnya. Bila butiran tanah sangat halus tidak menyebabkan tanah di antara tiang-tiang menjadi padat, sedangkan bila butiran tanah kasar maka tanah di antara tiang semakin padat Gambar 2.6 Pondasi Tiang Pancang dengan Tahanan Gesekan (Friction Pile) II- 10
3. Tiang Pancang dengan Tahanan Lekatan (Adhesive Pile) Bila tiang dipancangkan pada dasar tanah pondasi yang memiliki nilai kohesi tinggi, maka beban yang diterima oleh lekatan antara tanah disekitar dan permukaan tiang. Gambar 2.7 Pondasi Tiang Pancang dengan Tahanan Lekatan (Adhesive Pile) (Sumber : Ir. Sardjono, H.S Pondasi Tiang Pancang, Jilid 1) 2.3 Sondir Sondir adalah alat berbentuk silindris dengan ujungnya berupa konus. Sondir ada dua macam, yang pertama adalah sondir ringan dengan kapasitas 0-250 kg/cm² dan yang kedua adalah sondir berat dengan kapasitas 0-600 kg/cm². Jenis tanah yang tidak banyak mengandung batu. Dalam uji sondir, stang alat ini ditekan ke dalam tanah dan kemudian perlawanan tanah terhadap ujung sondir (tahanan ujung) dan gesekan pada silimur silinder diukur. Alat ini telah lama di Indonesia dan telah digunakan hampir pada setiap II - 11
penyelidikan tanah pada pekerjaan teknik sipil karena relatif mudah pemakaiannya, cepat dan amat ekonomis. Sesungguhnya alat uji sondir ini merupakan representase atau model dari pondasi tiang dalam skala kecil. Teknik pendugan lokasi atau kedalaman tanah keras dengan suatu batang telah lama dipraktekan sejak zaman dulu. Versi mula-mula dari teknik pendugaan ini telah dikembangkan di Swedia pada tahun 1917 oleh Swedish State Railways dan kemudian oleh Danish Railways tahun 1927. Karena kondisi tanah lembek dan banyaknya penggunaan pondasi tiang, pada tahun 1934 orang-orang Belanda memperkenalkan alat sondir sebagaimana yang kita kenal sekarang (Barentseen, 1936). Metode ini kemudian dikenal dengan berbagai nama seperti: Static Penetration Test atau Quassi Static Penetration Test, Duch Cone Test dan secara singkat disebut sounding saja yang berarti pendugaan. Di Indonesia kemudian dinamakan sondir yang diambil dari bahasa Belanda. Uji sondir saat ini merupakan salah satu uji lapangan yang telah diterima oleh para praktisi dan pakar geoteknik. Uji sondir ini telah menunjukkan manfaat untuk pendugaan profil atau pelapisan (stratifikasi) tanah terhadap kedalaman karena jenis perilaku tanah telah dapat diindentifikasi dari kombinasi hasil pembacaan tahanan ujung dan gesekan selimutnya. Besaran penting yang diukur pada uji sondir adalah perlawanan ujung yg diambil sebagai gaya penetrasi per satuan luas penampang ujung sondir (qc). Besarnya gaya II- 12
ini seringkali menunjukkan identifikasi dari jenis tanah dan konsistensinya. Pada tanah pasiran, tahanan ujung jauh lebih besar daripada tanah butiran halus. Apa hubungan kuat dukung tanah dengan data sondir (qc). Anda dapat melihat hubungan nilai tahanan konus (qc) terhadap konsistensi tanah, sebagai berikut ini. Untuk tanah yang sangat lunak nilai qc < 5 kg/cm², lunak 5-10 kg/cm², teguh 10-20 kg/cm², kenyal 20-40 kg/cm², sangat kenyal 40-80 kg/cm², keras 80-150 kg/cm², dan sangat keras > 150 kg/cm². Gambar 2.8 Rincian Konus Ganda II - 13
Gambar 2.9 Contoh Sederhana Interpretasi Sondir 2.3.1 Jenis-jenis Alat Uji Sondir 1. Sondir Mekanis Mula-mula alat ini terdiri dari suatu konus sederhana (lihat Gambar 2.7). Sondir standar memiliki luas penampang ujung konus sebesar 10 cm² dan potongan melintang konus dengan sudut puncak 60 derajad tanpa selimut. Dalam perkembangan berikutnya, Begemann menambahkan selimut dibelakang konus tsb untuk mengukur gesekan selimut (1953). Umumnya luas selimut tsb adalah 150 cm². Penambahan alat mantle cone atau selubung/selimut sondir ini dirancang dengan menghindarkan masuknya II- 14
partikel masuknya partikel tanah ke dalam ruang antara konus dan batang penekan (Vermeiden, 1984) Gambar 2.10 Ujung Konus Sondir Metode Belanda 2. Sondir Listrik dan Sondir Elektronik Perkembangan lebih lanjut dari alat sondir adalah dengan adanya sondir listrik dan sondir elektronik dimana gaya-gaya perlawanan tanah akibat penetrasi sondir dapat langsung direkam sekaligus (bersama-sama) sehingga penetrasi dilakukan secara kontinu, tidak bertahap seperti halnya uji sondir mekanis. Hal ini dapat dilakukan karena dengan sondir listrik/elektronik, pembacaan perlawanan ujung maupun tahanan selimut dapat dilakukan sekaligus. Bentuk sondir listrik diberikan pada Gambar 2.11 II - 15
Gambar 2.11 Dua Buah Jenis Sondir Listrik (sumber: Zuidberg, 1972) Gambar 2.12 The Fugro Electricsl Friction Cone ( de Ruiter, 1971) 3. Cone Penetration Test dengan Pore Pressure Measurement (CPTu) Pengambilan contoh tanah lempung lunak pada umumnya amat sulit karena derajat ketergangguan yang amat tinggi, oleh karenanya penggunaan in-situ test untuk jenis tanah ini mengalami peningkatan yang amat tinggi. Penggunaan uji sondir atau Cone Penetration Test (CPT) di Indonesia mendapatkan popularitas karena kemudahan pemakaiannya dan karena hasil II- 16
uji yang pada umumnya konsistensi. Namun demikian uji sondir mekanis tidak dapat mengukur tahanan ujung sondir pada tanah yang amat lunak. Perkembangan uji sondir elektronik juga mendapatkan perhatian yang besar dan dengan penambahan sensor tekanan air pori, uji ini dapat memperkirakan parameter tanah dengan lebih baik dan sebagai alat uji lapangan dapat memberikan profil tanah secara kontinu. Uji sondir elektronik yang disertai pengukuran tekanan air pori ini kemudian dikenal dengan nama CPTU atau Piezocone Penetrometer Test. Interpretasi hasil uji piezocone mencakup prediksi jenis perilaku tanah, kuat geser undrained maupun kuat geser drained, riwayat tegangan, komprebilitas, permeabilitas tanah dan koefisien konsolidasi Gambar 2.13 Beberapa Jenis Piezocone dengan Variasi Lokasi Elemen Pori II - 17
Gambar 2.14 Penampang Melintang Piezocone dengan Elemen Pori di Muka 2.4 Kapasitas Dukung Tiang dari Uji Kerucut Statis (Cone Penetration Test, CPT) 2.4.1 Daya Dukung Ujung Tiang A. Metode Nottingham dan Schmertmann Karena cara static membutuhkan parameter tanah yang umumnya tidak tersedia secara kontinyu sepanjang tiang, maka tedapat resiko karena menggunakan parameter untuk mewakili suatu lapis tanah yang memiliki kuat geser dengan suatu rentang. Kecenderungan baru adalah menggunakan data uji lapangan yang lebih bersifat kontinyu, yaitu data sondir. Penggunaan data sondir untuk perhitungan daya dukung pondasi tiang telah mengalami beberapa perkembagan cukup baik karena sondir sendiri merupakan II- 18
model dari pondasi tiang itu sendir. Komponen-komponen daya dukung pondasi tiang meliputi parameter yang diukur dengan uji sondir yaitu perlawanan ujung dan gesekan selimut. Perbedaan utama antara alat uji sondir dan pondasi tiang terletak pada ukurannya, bentuk ujung dan kekasaran permukaan. Nottingham-Schmertmann (1975), mengajukan perhitungan daya dukung ujung pondasi tiang menurut cara Begemann. Yaitu diambil dari bilai rata-rata perlawanan ujung sondir 8D diatas ujung tiang dan 0.7D-4D di bawah ujung tiang. Daya dukung ujung tiang, D adalah diameter tiang. Daya dukung ujung tiang dapat dihitung dengan menggunakan formula sebagai berikut : (Persamaan 2.1) Dimana : Qp= Daya dukung ujung tiang Ap= Luas penampang tiang qc1= Nilai qc rata-rata 0.7D-4D di bawah ujung tiang (jalur a-b-c). Hitung qc kea rah bawah (jalur a-b) dan nilai qc minimum pada jalur b-c qc2= Nilai rata-rata 8D di atas ujung tiang (jalur c-d). Gunakan jalur minimum yang sudah dibuat pada jalur b-c. Penentuan harga qc1 dan qc2 dapat dilihat pada Gambar 2.16 II - 19
Gambar 2.16 Data sondir untuk menghitung daya dukung tiang (Sumber : Simatupang, Pintor Tua. Modul Kuliah Rekayasa Pondasi II (1975) Bila zona lembek di bawah tiang masih terjadi pada kedalaman 4D-10D maka perlu dilakukan reduksi terhadap nilai rata-rata tersebut. Pada umumnya nilai perlawanan ujung diambil tidak lebih dari 150 Kg/cm² untuk pasir dan tidak melebihi 100kg/cm² untuk tanah pasir kelanauan. Jika Sondir mekanis digunkan pada tanah lempung, tahanan ujung harus dikalikan dengan angka 0,6 karena nilai qc dapat II- 20
bertambah akibat gesekan pada selimut dan jika desain didasarkan pada batas leleh, maka daya dukung harus dikalikan dengan 0,73. 2.4.2 Daya Dukung Selimut Tiang (QS) A. Metode Nottingham & Schmertmann Tahanan kulit (skin friction) dihasilkan dari nilai slip relatif yang kecil di antara tiang pancang dan tanah. Slip merupakan jumlah perbedaan (accumulated difference) dalam regangan poros dari beban aksial dan regangan tanah, yang disebabkan oleh beban yang dipindahkan ke tanah tersebut melalui tahanan kulit. Kontribusi tahanan kulit pada umumnya dihitung sebagai suatu nilai rata-rata pada satu atau dua pertambahan kedalaman. Korelasi yang lebih baik bisa didapatkan jika penjumlahan dibuat untuk setiap lapisan yang ditembus serta dengan menggunakan perkiraan yang terbaik dari parameter-parameter tanah yang dapat dipakai untuk lapisan tersebut. Untuk mendapatkan daya dukung selimut tiang dapat digunakan formula sebagai berikut : (Persamaan 2.2) Dimana : Qs = Daya dukung selimut tiang K = Faktor koreksi fs, Ks untuk tanah pasir dan Kc untuk tanah lempung II - 21
Gambar 2.17 Koreksi Gesekan Pada Selimut Tiang (Nottingham, 1975) Z = Kedalaman dimana fs diambil D = Diameter tiang fs = Gesekan selimut tiang As = Luas selimut tiang setiap interval kedalaman fs L = Panjang total bagian tiang yang terbenam II- 22
2.5 Penelitian Tentang Pemetaan Daya Dukung Tiang Beberapa penelitian yang menjadi bahan pertimbangan dan acuan penelitian ini, antara lain : 1. Immanuela Dwi W. dan D. Decky Febrianda (2008) melakukan penelitian pemetaan daya dukung tiang tunggal di wilayah Semarang dengan metode Schertmann Nottingham. Dimensi tiang pancang yang digunakan adalah 20 cm, 30 cm, 40 cm. Dengan hasil penelitian sebagai berikut, a. Nilai daya dukung total (Qt) pondasi tiang pancang diameter 20 cm b. Nilai daya dukung total (Qt) pondasi tiang pancang diameter 30 cm c. Nilai daya dukung total (Qt) pondasi tiang pancang diameter 40 cm II - 23
d. Nilai daya dukung total (Qt) yang terbesar terdapat di wilayah Semarang Selatan sebesar 56,12 ton, sedangkan yang terendah terdapat di wilayah Semarang Tengah sebesar 1,32 ton. 2. Fadly Achmad S.T.,M.Eng. (2012) melakukan penelitian pemetaan kapasitas dukung tanah berdasarkan data sondir di kota Gorontalo. Penelitian ini digunakan untuk analisis pondasi telapak dan pondasi tiang. Dengan hasil antara lain : a. Kedalaman tanah sampai 2 m di bawah permukaan termasuk kategori taah lunak (kurang baik) b. Pada kedalaman (Df) < 1m kapasitas dukung izin pondasi telapak ( ) < 1,2 kg/cm², sementara untuk kedalaman pondasi 2m hanya beberapa lokasi yang memiliki nilai 1,2 kg/cm² yakni Kelurahan Paguyaman, Kelurahan Pohe, dan Kelurahan Ipilo c. Kapasitas dukung pondasi tiang pancang berkisar antara 39-222 ton dengan kedalaman > 5,8 m II- 24