BAB 3 LANDASAN TEORI 3.1 Mekanisme Pondasi Tiang Konvensional Pondasi tiang merpakan strktr yang berfngsi ntk mentransfer beban di atas permkaan tanah ke lapisan bawah di dalam massa tanah. Bentk transfer beban ke lapisan tanah berpa, pertama, penyebaran beban pada selrh permkaan pondasi tiang dan keda, melali titik jng pondasi tiang. Penyebaran beban menggnakan cara lekatan (friction) pada permkaan klit pondasi disebt pondasi tiang tipe floating, sedangkan transfer beban melali titik jng tiang disebt pondasi tiang tipe end-bearing. Pada kondisi mm, pondasi tiang mempnyai kekatan merpakan gabngan lekatan (friction) dengan jng tiang (endbearing), kecali apabila pondasi tiang ditanamkan pada lapisan tanah yang mempnyai perbedaan ekstrim, dari lapisan tanah sangat lnak sampai keras. Secara mm kapasitas pondasi tiang dapat dihitng dengan persamaan berikt ini: P Pp Psi ntk kondisi tekan 3-1a P Pp Psi ntk kondisi tekan 3-1b, T P W ntk kondisi tarik 3-2 si, Keterangan p P T P p = kapasitas pondasi tiang batas (imate) kondisi tekan = kapasitas pondasi tiang batas kondisi tarik = kapasitas batas jng pondasi tiang, jarang terjadi bekerjsa bersama dengan kekatan batas gesek permkaan pondasi tiang (skin resistance), P si,. Untk pondasi tiang tipe floating, kekatan jng tiang diabaikan. Pp = kekatan jng tiang yang bekerja secara bersamaan dengan P si, P si = kekatan gesek yang bekerja bersama dengan kekatan batas jng tiang, si, Pp. P = kekatan batas gesek pondasi tiang, yang bekerja bersama dengan kapasitas jng tiang, Pp. W = berat sendiri pondasi tiang Sesai Persamaan 3-1 mennjkkan bahwa kekatan batas pondasi tiang P bkan merpakan penjmlahan kekatan batas gesekan dan kekatan batas jng tiang. Kekatan 14 P a g e
batas pondasi tiang P merpakan penjmlahan dari salah sat ata sebagian kekatan gesek pondasi dan jng tiang. Kekatan batas gesek dihasilkan oleh slip antara pondasi tiang dengan tanah, dimana slip terjadi pada setiap titik sepanjang pondasi tiang sebagai akmlasi perbedaan regangan permkaan pondasi dengan regangan tanah. Apabila beban diberikan pada pondasi tiang, slip mencapai nilai batas (imate) kekatan gesek. Selanjtnya beban ditransfer ke bagian permkaan pondasi di bawahnya, apabila bagian tersebt telah mencapai nilai batas, beban akan ditransfer ke bagian permkaan pondasi di bawahnya, seperti setersnya...sampai mencapai jng tiang. Seketika it jga jng tiang akan menerima beban, seperti tampak pada Gambar 3.1. Gambar 3.1. Krve transfer beban pada pondasi tiang (Bowles, 1999) Pada tanah gambt, dimana tanah gambt mempnyai kekatan geser tanah yang relatif kecil. Kondisi ini akan menghasilkan kekatan gesek dan kekatan jng tiang relatif kecil pada pondasi tiang. Kondisi ini membat daya dkng jng tiang menjadi kecil. Terdapat da cara ntk meningkatkan daya dkng pondasi tiang, yait meningkatkan las penampang pondasi tiang dan memperbesar gaya gesek antara permkaan pondasi tiang dengan lapisan tanah. Pada penelitian ini dilakkan stdi mengenai perlasan las penampang 15 P a g e
dasar pondasi dengan menambah plat helical. Sedangkan ntk meningkatkan gesekan antara pondasi dilakkan pemasangan beberapa plat helical di sepanjang titik pada pondasi tiang. 3.2 Mekanisme Pondasi Tiang Helical Sesai Perko (2009), terdapat da metode ntk menentkan daya dkng didasarkan teori mekanika tanah, yait individal bearing dan cylindrical shear. Apabila jarak antar plat helix sangat besar, setiap plat helical dapat bertindak secara sendiri sendiri (independently). Jadi daya dkng tmpan (bearing) pile helical merpakan penjmlahan kapasitas individ plat helix. Mekanisme ini disebt metode individal bearing, seperti yang ditampilkan pada Gambar 3.2a. Namn apabila jarak antar plat helix relatif kecil, seperti tampak pada Gambar 3.2b, maka mekanisme akan berbeda, yait sema plat bearing helix akan bekerja bersama-sama. Jadi, pada kass kapasitas daya dkng pondasi tiang helical merpakan gabngan antara bearing pada dasar plat helix dan gaya gesek sepanjang silinder tanah antar plat helix. Mekanisme ini disebt metode cylindrical shear. Gambar 3. 2 Metode Individal Bearing (a) dan Metode Cylindrical Shear (b) (Berko, 2009) 16 P a g e
3.2.1 Metode Individal Bearing Mekanisme kernthan metode individal bearing diasmsikan bahwa pada setiap plat helical bearing mengalami penrnan seperti karakter mode kernthan daya dkng pondasi tiang. Distribsi tegangan seragam terjadi di bawah setiap plat helical bearing. Sedangkan tegangan gesek antara pondasi dengan tanah terjadi di sepanjang pondasi tiang. Daya dkng batas, P, pondasi tiang helical adalah penjmlahan kapasitas dkng setiap plat helix ditambah dengan gaya adhesi pada permkaan pondasi tiang, dirmskan sebagai berikt: P A α H πd 3-3 n Keterangan: n A n = daya dkng batas tanah di bawah plat helix = las plat helical ke n = adhesi antara tanah dengan permkaan tiang. Nilai diambil dari sdt geser antara material pondasi tiang dengan material lapisan tanah. Pada pengjian ini diambil dari Navfac 7.1 (1971). H = panjang pondasi tiang, dihitng dari plat helix teratas sampai ke permkaan tanah d = diameter lingkaran di sekeliling shaft (diameter pondasi tiang tanpa helical) Daya dkng batas tanah dapat ditentkan menggnakan permsan Meyerhof (1951), yait: c N s d N s d 0,5 γ B N s d 3-4 c c c γ γ γ Keterangan C = kohesi = tegangan efektif overbrden pada kedalaman plat helical B Nc, N, N s c, s dan s d c, d dan d = berat volme tanah = lebar pondasi = faktor daya dkng = faktor bentk = faktor kedalaman Persamaan 3-4 dapat dignakan ntk plat bearing pondasi helical dengan mengambil lebar pondasi B menjadi lebar plat helical, D. Persamaan dapat disederhanakan menjadi: c N' (N' -1) 0,5 γ D N' 3-5 c γ 17 P a g e
Pada tanah berbtir hals, dimana sdt geser internal, = 0, maka N c 10. Skempton (1951) membktikan bahwa N c = 9 ntk pondasi dalam, sedangkan N = 1 dan N = 0. Untk pondasi helical, nilai kohesi tanah bisa diambil sebagai kat geser ndrained, c. Jadi, daya dkng batas ntk tanah berbtir hals sesai Skempton adalah: 9 c 3-6 3.2.2 Metode Cylindrical Shear Kapasitas daya dkng batas pondasi tiang helical didasarkan pada teori cylindrical shear merpakan penjmlahan tegangan geser sepanjang silinder, gaya adhesi sepanjang shaft. Jadi dapat dirmskan sebagai: P n 1s π D α H πd A T 3-7 1 Keterangan: A 1 T H d D avg (n-1) s n s avg = las plat helix terbawah = Kat geser tanah = panjang shaft pondasi, dihitng dari plat helix teratas sampai ke permkaan tanah. = diameter pondasi tiang (diameter of the pile shaft) = diameter rata-rata plat helix = panjang tanah diantara plat helical = jmlah plat helical = jarak antar plat helical Untk tanah berbtir hals, kat geser tanah, T, diambil sebagai kat geser ndrained, c. 3.3 Interpretasi Hasil Pengjian Terdapat bebarapa metode yang dapat di gnakan ntk menginterpretasikan daya dkng tekan pondasi dengan menggnakan hasil pengjian pembebanan secara langsng. Dalam penelitian ini, di gnakan metode Chin dan metode Mazrkiewicz. 3.3.1 Metode Chin F.k (1971) Metode Chin didasari anggapan bahwa bentk grafik hbngan pembebanan dengan penrnan adalah hyperbola. Meskipn ji beban belm dilakkan hingga batas beban kegagalan, dengan anggapan grafik tersebt, maka beban kegagalan dapat di perkirakan. 18 P a g e
Grafik hbngan pembebanan dengan penrnan di gambarkan dengan bentk S/Q (penetrasi/beban) sebagai smb tegak dan S (penetrasi ata penrnan) sebagai smb datar, sehingga grafik krva berbentk hyperbola menjadi garis lrs seperti pada Gambar 3.3. Setelah melakkan pengjian daya dkng pondasi dengan metode beban statis prosedr CRP, maka akan didapatkan grafik berpa beban vs penrnan. Lal diadakan analisis dalam menentkan daya dkng imate. Prosedr ntk mencari daya dkng imate dengan metode Chin adalah sebagai berikt: 1. Diperlkan data berpa penrnan tiang pondasi terhadap beban 2. Membat grafik dengan memplot penrnan / beban pada smb Y terhadap penrnan pada smb X. 3. Menarik garis regresi terhadap data yang ada sehingga terbentk persamaan 4. Daya dkng imate dari pondasi adalah Gambar 3.3 Hbngan beban terhadap penrnan menrt Metode Chin Teori ini menghasilkan persamaan sebagai berikt : Krva load settlement di gambarkan dalam kaitannya dengan S/Q: 3-8 Daya dkng imit (Q) di peroleh dengan rmsan sebagai berikt: Q = 3-9 19 P a g e
Keterangan : S = settlement Q = Beban C1 = Kemiringan Garis C2 = Konstanta Persamaan Garis Q = Daya Dkng Ultimit 3.3.2.Metode Mazrkiewicz (1972) Metode Mazrkiewicz beranggapan bahwa bentk grafik hbngan pembebanan terhadap penrnan sedemikian rpa sehingga jika dilakkan maniplasi gambar dapat dignakan ntk mengestimasi kekatan daya dkng imit. Metode ini menganggap bahwa kapasitas tahanan imit diperoleh dari beban yang berpotongan, di antaranya beban yang searah smb tiang ntk di hbngkan beban dengan titik titik dari posisi garis terhadap sdt 45º pada smb beban yang berbatasan dengan beban. Penjelasan ini dapat dilihat pada Gambar 3.4. Daya dkng imate tiang metode Mazrkiewicz di tentkan dengan langkah langkah berikt : a. Memplot penrnan pada smb Y terhadap beban pada smb X sehingga terbentk sat krva. b. Membat beberapa garis horizontal, sejajar dan mempnyai spasi yang sama dimlai pada smb Y (penrnan). Garis garis tersebt akan memotong krva penrnan vs beban yang telah dibat sebelmnya. c. Pada titik perpotongan tersebt, lal menarik garis vertikal tegak lrs, sehingga memotong smb X (beban). Selanjtnya menggambarkan sat garis dengan sdt 450 sampai memotong garis vertikal tegak lrs di sebelahnya, seperti yang terlihat pada Gambar 3.4. d. Menghbngkan titik titik perpotongan pada nomor 4, sehingga terbentk sat garis lrs. Garis lrs tersebt akan memotong smb X (beban), titik perpotongan tersebt merpakan nilai daya dkng imate.. 20 P a g e
Gambar 3.4 Menentkan Q menrt Metode Mazrkiewicz 3.3.3.Metode Sharma (1983) Metode ini dignakan ntk menentkan kekatan imit daya dkng axial tarik. Hasil hbngan antara kekatan tarik terhadap deformasi belm memberikan gambaran secara jelas berapa nilai daya dkng axial tarik pondasi tiang lir. Menrt Sharma dkk (1984), metode interpretasi yang berlak mm ntk memperkirakan kekatan batas tarik adalah: 1. Kekatan rnth didasarkan pada deformasi kepala tiang mencapai 0,25 in (6,25 mm). 2. Kekatan rnth didasarkan pada titik potong garis singgng, 3. Kekatan rnth didasrkan pada titik lengkng yang memberikan jari-jari paling kecil. Sesai ketiga kriteria interpretasi tersebt di atas, point 1 menghasilkan kekatan rnth yang sangat kecil, hasil interpretasi data menjadi tidak realistis. Untk point 3, hbngan kekatan tarik terhadap deformasi relatif landai, sehingga slit ntk menentkan lengkng dengan jari-jari terkecil. Oleh sebab it, ntk interpretasi data dignakan point ke 2, yait titik potong dari da garis singgng 21 P a g e