tiang / kN 37 . 99 0 2 0 3 . 55 3 1 . 298 Q 2v
Baris 3 (Tiang vertikal) :
tiang / kN 72 . 71 0 2 1 3 . 55 3 1 . 298 Q 3v
8.2.10 Kapasitas Ultimit Untuk Pengaruh Kelompok Tiang
Kapasitas kelompok tiang tidak selalu sama dengan jumlah kapasitas tiang tunggal yang berada dalam kelompoknya. Hal ini terjadi jika tiang dipancang dalam lapisan pendukung yang mudah mampat atau dipancang pada lapisan tanah yang tidak mudah mampat namun di bawahnya terdapat lapisan lunak.
Efisiensi kelompok tiang yang mendukung beban pondasi didefinisikan sebagai rasio dari kapasitas ultimit dari kelompok tiang terhadap jumlah kapasitas ultimit dari tiang tunggal yang berada dalam kelompoknya, dapat digambarkan dalam bentuk persamaan sebagai berikut : u ug g Q n Q
(8.50) Dimana : adalah efisiensi kelompok tiang
Q ug adalah kapasitas ultimit dari kelompok tiang n adalah jumlah tiang dalam kelompok tiang
Q u adalah kapasitas ultimit dari tiang tunggal dalam kelompoknya
Jika tiang dipancangkan pada lapisan tanah lempung yang mudah mampat (misalnya lempung kenyal) atau dipancangkan pada lapisan yang tidak mudah mampat (misalnya pasir padat) tetapi lapisan tersebut berada di atas lapisan tanah lunak, maka kapasitas ultimit dari kelompok tiang akan lebih rendah dari jumlah kapasitas aksial ultimit dari tiang tunggal. Pada kasus ini kelompok tiang memiliki efisiensi kelompok () kurang dari 1. Demikian pula penurunan kelompok tiang yang terjadi sangat mungkin lebih besar dari penurunan tiang tunggalnya pada beban yang sama. Pada ti ang tunggal luas zone tertekan pada bagian bawah tiang sangat lebih kecil dari pada luas zone tertekan untuk kelompok tiang. Hal inilah yang menyebabkan penurunan kelompok tiang menjadi lebih besar dari pada penurunan tiang tunggal (Gambar 8.38).
Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan Bagian 8
Gambar 8.38. Perbandingan zone tertekan pada tiang tunggal dan kelompok tiang
Pada kasus lain jika tiang dipancangkan pada tanah non kohesif (lapisan tanah kuat) yang berada di atas lapisan lunak, maka kapasitas aksial ultimit dari kelompok tiang lebih besar dari jumlah kapasitas ultimit dari tiang tunggal dalam kelompoknya. Pada kasus ini kelompok tiang memiliki efisiensi kelompok () besar dari 1. Tiang-tiang didukung oleh lapisan tanah kuat yang berada di atas lapisan lunak, maka lapisan tanah yang padat tidak menderita tekanan yang besar, tetapi ketika seluruh tiang pada kelompok tiang dibebani, maka zone tertekan berkembang sampai tanah lunak sehingga dapat mengakibatkan penurunan yang besar atau bahkan keruntuhan bangunan yang didukung oleh kelompok tiang tersebut. Maka kapasitas aksial ultimit dari kelompok tiang umumnya lebih besar dari jumlah kapasitas aksial ultimit dari tiang tunggal dalam kelompoknya. Pada kasus ini kelompok tiang memiliki efisiensi kelompok () besar dari 1.
Tanah sedang yang mendukung kelompok tiang juga akan mengalami zone tumpang tindih tegangan dari tiang tunggal dalam kelompoknya. Pengaruh tumpang tindih dari zone tegangan untuk kelompok tiang yang didukung oleh tahanan gesek dinding tiang dapat dilihat pada Gambar 8.39.
Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan Bagian 8
Gambar 8.39. Tumpang tindih zone tegangan untuk gesekan kelompok tiang
8.2.10.1 Kapasitas Kelompok Tiang dalam Tanah Non Kohesif
Pada tanah non kohesif, kapasitas ultimit kelompok tiang pancang dengan jarak dari pusat kepusat tiang kurang dari 3 x diameter adalah lebih besar dari jumlah kapasitas ultimit dari tiang tunggal. Hal ini disebabkan kerena adanya tumpang tindih ( overlap) dari zone pemadatan tanah disekitar tiang tunggal dimana tahanan gesek dinding tiang bertambah. Jika tiang dipancang berkelompok maka tanah yang berada di area kelompok tiang akan mempunyai kepadatan yang tinggi. Bila kelompok tiang ini dibebani maka tiang-tiang dan tanah yang terletak diantaranya akan bergerak bersama-sama sebagai satu kesatuan. Dalam hal ini kelompok tiang berkelakuan seperti pondasi rekit dengan luas dasar yang sama dengan luas kelompok tiang . Tiang dalam kelompok dengan jarak dari pusat ke pusat lebih besar dari 3 x diameter tiang rata-rata umumnya berkelakuan sebagai tiang tunggal.
Perencanaan berikut dianjurkan untuk mengestimasi kapasitas kelompok tiang ultimit pada tanah non kohesif yaitu :
1. Kapasitas kelompok tiang ultimit untuk tiang pancang pada tanah non ko hesif yang tidak didasari oleh lapisan lunak dapat diambil sebagai jumlah dari kapasitas ultimit tiang tunggal, sejauh tiang tidak dipancang dengan cara penyemprotan air atau tanah dibor
Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan Bagian 8
lebih dulu. Penyemprotan atau tanah dibor lebih dulu menghasilkan efisiensi kelompok tiang kurang dari 1. Oleh karena itu penyemprotan atau tanah dibor lebih dulu sedapat mungkin dihindari dan dikendalikan oleh spesifikasi perencanaan jika diperlukan.
2. Jika kelompok tiang didirikan pada lapisan pendukung yang kuat dengan ketebalan yang terbatas didasari oleh lapisan lunak, kemudian kapasitas kelompok tiang ultimit lebih kecil dari jumlah kapasitas ultimit dari tiang tunggal. Blok keruntuhan pada tanah non kohesif hanya bisa terjadi jika jarak dari pusat ke pusat tiang kurang dari 2 kali diameter tiang.
3. Kelompok tiang tidak boleh dipasang pada jarak kurang dari 3 kali diameter tiang rata-rata. Jarak minimum 3 kali diameter dianjurkan untuk mengoptimalkan kapasitas kelompok tiang dan meminimalkan masalah pemasangan tiang.
8.2.10.2 Kapasitas Kelompok Tiang dalam Tanah Kohesif
Jika fondasi tiang harus dipancang secara keseluruhan kedalam tanah lempung lunak, maka tiang-tiang dalam mendukung beban sebagian besar didukung oleh tahanan gesek dinding. Kondisi fondasi tiang seperti ini disebut fondasi tiang apung ( floating pile). Kapasitas kelompok tiang apung dipengaruhi oleh salah satu faktor dari :
1. Jumlah kapasitas tiang tunggal dalam kelompok tiang bila jarak tiang jauh, atau
2. Tahanan gesek dinding tiang yang dikembangkan oleh gesekan antara bagian luar kelompok tiang dengan tanah disekelilingnya, jika jarak tiang terlalu dekat.
Pada kelompok tiang yang dasarnya bertumpu pada lapisan lempung lunak faktor aman terhadap keruntuhan blok harus diperhitungkan terutama untuk jarak tiang-tiang yang dekat. Pada tiang yang dipasang pada jarak yang besar, tanah di antara tiang tidak bergerak sama sekali ketika tiang bergerak ke bawah oleh akibat beban yang bekerja. Tetapi jika jarak tiang terlalu dekat maka saat tiang turun oleh akibat beban, maka tanah diantara tiang juga ikut bergerak turun. Pada kondisi ini, kelompok tiang dapat dianggap sebagai satu tiang besar dengan lebar yang sama dengan lebar kelompok tiang. Saat tanah yang mendukung beban kelompok tiang ini mengalami keruntuhan, maka model keruntuhannya disebut keruntuhan blok. Jadi pada keruntuhan blok tanah yang berada diantara tiang bergerak ke bawah bersama-sama tiangnya. Mekanisme keruntuhan yang demikian dapat terjadi pada tiang pancang maupun tiang bor.
Perencanaan berikut dianjurkan untuk mengestimasi kapasitas kelompok tiang ultimit pada tanah kohesif. Kapasitas kelompok tiang ultimit lebih rendah, maka perhitungan dari langkah 1 sd 4 harus dilakukan.
1. Untuk kelompok tiang yang dipancangkan pada tanah lempung dengan kuat geser tak teralirkan kurang dari 95 kPa dan kepala tiang ( pile cap) tidak kontak dengan tanah, maka efisiensi kelompok sebesar 0.7 harus digunakan untuk jarak dari pusat ke pusat tiang 3 x diameter tiang rata-rata. Jika jarak dari pusat ke pusat tiang lebih besar dari 6 x diameter tiang rata-rata maka efisiensi 1 harus digunakan. Interpolasi linier harus digunakan untuk jarak dari pusat ke pusat tiang berada diantara 3 – 6 x diameter tiang rata-rata.
Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan Bagian 8
2. Untuk tiang pada tanah lempung dengan kuat geser tak teralirkan kurang dari 95 kPa dan kepala tiang kontak dengan tanah, maka efisiensi kelompok tiang () = 1 dapat digunakan.
3. Untuk kelompok tiang pada tanah lempung dengan kuat geser tak teralirkan lebih dari 95 kPa, maka efisiensi kelompok tiang 1 dapat digunakan
4. Hitung kapasitas ultimit kelompok tiang terhadap keruntuhan blok menggunakan prosedur yang digambarkan pada Sub Bab 8.2.10.3.
5. Tiang pada tanah kohesif tidak harus dipasang pada jarak dari pusat ke pusat tiang kurang dari 3 x diameter tiang rata-rata dan tidak kurang dari 1 m.
Penting dicatat bahwa kelompok tiang pada tanah kohesif sangat dipengaruhi oleh kelebihan tekanan air pori (excess pore water pressure) yang timbul akibat pemancangan walaupun kelebihan tekanan air pori yang besar hanya terjadi di dekat tiang. Untuk tiang tunggal hilangnya kelebihan tekanan air pori hanya beberapa hari setelah selesai pemancangan, sedangkan untuk kelompok tiang, hilangnya kelebihan tekanan air pori dapat terjadi dalam jangka waktu pendek (short term) sekitar 1 – 2 bulan setelah pemancangan, efisiensi
kelompok tiang kira-kira 0.4 – 0.8. Namun demikian untuk kelompok tiang yang sangat besar, kelebihan tekanan air pori akan hilang secara penuh sampai bertahun-tahun (Gambar 8.40). Hilangannya kelebihan tekanan air pori ini akan meningkatkan efisiensi dari kelompok tiang.
Gambar 8.40. Pengukuran hilangnya kelebihan tekanan air pori di sekitar kelompok tiang (O’Neill, 1983)
Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan Bagian 8
8.2.10.3 Keruntuhan Blok dari Kelompok Tiang
Keruntuhan blok dari kelompok tiang harus dipertimbangkan dalam perencanaan untuk kelompok tiang dalam tanah lempung lunak atau tanah non kohesif di atas lapisan lempung lunak. Untuk kelompok tiang dalam tanah kohesif seperti pada Gambar 8.41, kapasitas ultimit dari kelompok tiang terhadap suatu keruntuhan blok diberikan sbb :
u1 u2 cug 2D B Z c BZc N
Q
(8.51)dimana :
Q ug adalah kapasitas kelompok ultimit terhadap keruntuhan blok (kN) D adalah panjang tiang yang tertanam (m)
B adalah lebar dari kelompok tiang (m) Z adalah panjang dari kelompok tiang (m)
cu1 adalah kuat geser tak teralirkan rata-rata pada kedalaman dari tiang yang tertanam pada tanah kohesif disepanjang keliling kelompok tiang (kPa)
cu2 adalah kuat geser tak teralirkan rata-rata dari tanah kohesif pada dasar kelompok tiang sampai kedalaman 2B di bawah ujung kelompok tiang (kPa)
Nc adalah faktor kapasitas dukung
Faktor kapasitas dukung (Nc) untuk kelompok tiang persegi panjang umumnya adalah 9. Namun, untuk kelompok tiang dengan kedalaman tiang yang tertanam kecil dan atau dengan lebar yang besar, Nc harus dihitung dari persamaan berikut :
9 Z 5 B 1 B 5 D 1 5 Nc
(8.52)Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan Bagian 8
Contoh 8.10. (Sumber Pustaka 8.4)
Untuk profil tanah seperti pada Contoh 8.4, hitunglah kapasitas ultimit kelompok tiang pada tanah kohesif. Dimana jumlah tiang dalam kelompok tiang adalah 24 buah seperti pada Gambar di bawah ini.
Gambar 8.42. Rencana fondasi tiang Cara Perhitungan.
Sub Tahap 1. Selidiki kemungkinan keruntuhan blok dari kelompok tiang seperti yang dijelaskan pada persamaan 8.51.
Kapasitas ultimit dari kelompok tiang terhadap keruntuhan blok dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 8.51 sebagai berikut :
u1 u2 cug 2D B Z c BZc N
Q
Dimana :
D adalah panjang tiang yang tertanam = 17.5 m B adalah lebar dari kelompok tiang = 3.36 m Z adalah panjang dari kelompok tiang = 10.86 m
cu1 adala kuat geser tak teralirkan rata-rata pada kedalaman dari tiang yang tertanam pada tanah kohesif disepanjang keliling kelompok ti ang
Lapisan 1 : cu1 = 33 kPa Lapisan 2 : cu2 = 93 kPa Lapisan 3 : cu3 = 157 kPa
cu2 adalah kuat geser tak teralirkan rata-rata dari tanah kohesif pada dasar kelompok tiang pada sampai kedalaman 2B di bawah ujung kelompok tiang.
kPa 162 3 168 162 155 cu2
Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan Bagian 8
Nc adalah faktor kapasitas dukung = 9
Sub tahap 2. Hitung kapasitas ultimit dari kelompok tiang, Q ug (kN)
Tahanan gesek dinding dari kelompok tiang terhadap keruntuhan blok adalah :
u1 sg 2D B Z c R
Lapisan 1 : Rsg1
2
5.5m 3.36m
10.86m
33kPa
5,162kN Lapisan 2 : Rsg2
2
9.5m 3.36m
10.86m
93kPa
25,127kN Lapisan 3 : Rsg3
2
2.5m 3.36m
10.86m
157kPa
11,163kNTahanan ujung dari kelompok tiang terhadap keruntuhan blok adalah :
10.86m
162kPa
9 53,202kN m 36 . 3 N c Z B Rtg
u2 c
Sehingga : kN 654 , 94 202 , 53 163 , 11 127 , 25 162 , 5 Q ug
Kapasitas ultimit dari kelompok tiang pada tanah kohesif harus diambil lebih rendah dari kapasitas ultimit kelompok tiang yang dihitung terhadap keruntuhan blok. Kapasitas ultimit dari kelompok tiang dihitung sebesar 24 x 1,830 kN = 43,920 kN dan nilai ini lebih rendah dari kapasitas ultimit tiang terhadap keruntuhan blok 94,654 kN, sehingga keruntuhan blok tidak menjadi suatu masalah.