PERBANDINGAN PERHITUNGAN KAPASITAS TIANG DENGAN RUMUS DINAMIS
(Studi Literature)
TUGAS AKHIR
Oleh:
060 424 015
NORA CHRISTINA SIBORO
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
LEMBAR PENGESAHAN
PERBANDINGAN KAPASITAS TIANG DENGAN RUMUS DINAMIS (STUDI LITERATURE)
Diajukan Untuk melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat dalam menempuh Colloqium Doctum / Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan Oleh :
NIM : 060 424 015 NORA CHRISTINA SIBORO
Pembimbing :
NIP.
Dr.Ir.St. Roesyanto, MSCE
Penguji I Penguji II Penguji III
Prof.Dr.Ing,- Johannes Tarigan Ir. Terunajaya, M.Sc
NIP. 130 905 362 NIP. 131 419 760 NIP. 131 945 813 Ir. Rudi Iskandar, MT
Mengesahkan,
Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Prof.Dr.Ing,- Johannes Tarigan NIP. 130 905 362
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Pondasi tiang pancang merupakan salah satu jenis dari pondasi dalam yang umum digunakan, yang berfungsi untuk menyalurkan beban struktur ke lapisan tanah keras yang mempunyai kapasitas daya dukung tinggi yang letaknya cukup dalam. Untuk menghitung kapasitas tiang, terdapat banyak rumus yang dapat digunakan. Hasil masing-masing rumus tersebut menghasilkan nilai kapasitas yang berbeda-beda.
Tujuan dari tugas akhir ini untuk menghitung dan membandingkan
kapasitas tiang dengan menggunakan rumus dinamis, seperti : rumus Hilley, ENR, Danish, Eytelwein, Gates, Janbu, Navy-Mc.Kay, PCUBC, dan Michigan. Data perhitungan dari data kalendering pada tiang beton pracetak 40 cm dan tiang baja OD 54 inch, yang diambil dari studi literatur dari berbagai referensi buku dan sumber lainnya.
Hasil perhitungan kapasitas tiang dengan menggunakan rumus dinamis pada kedua tiang tersebut dengan berat (Wp) yang diasumsikan sama, terdapat
perbedaan nilai, terlebih faktor aman yang berbeda-beda. Dimana rumus Janbu memberikan kapasitas ultimate (Qu) yang paling besar diantara rumus lainnya,
diikuti rumus Danish, Gates, Janbu, Hilley, Navy, Michigan, PCUBC, ENR, dan Eytelwein.Untuk kapasitas ijin (Qall) yang terbesar adalah pada rumus Danish,
diikuti Gates, PCUBC, Hilley, Navy, Michigan, Janbu, ENR, dan Eytelwein.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis sampaikan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang
telah milimpahkan berkat dan rahmat-Nya, memberikan pengetahuan,
pengalaman, kekuatan, dan kesempatan pada penulis sehingga dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penyusunan tugas akhir ini dengan judul “Perbandingan Perhitungan
Kapasitas Tiang dengan Rumus Dinamis (Studi Literature)”, ini disusun guna
melengkapi syarat untuk menyelesaikan jenjang pendidikan Program Strata satu
(S-1) di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini belum sempurna
karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman penulis sehingga dalam
penulisan ini penulis banyak mendapat bimbingan, bantuan, dan dorongan dari
berbagai pihak yang akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Maka dalam
kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terimakasih yang setulusnya kepada:
1. Bapak Dr. Ir. St. Roesyanto, MSCE, selaku dosen pembimbing utama yang
telah membimbing penulis dalam penulisan Tugas Akhir ini;
2. Bapak Prof.Dr.Ing.- Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Universitas Sumatera Utara;
3. Bapak Ir. Faizal Ezeddin, MS, selaku Koordinator Program Pendidikan
4. Seluruh Dosen dan pegawai Universitas Sumatera Utara khususnya
Departemen Teknik Sipil yang telah mendidik dan membina penulis sejak
awal hingga akhir perkuliahan;
5. Terimakasih yang teristimewa, penulis ucapkan kepada kedua orangtua
tercinta, yang telah mengasuh, mendidik, dan membesarkan serta selalu
memberikan dukungan baik moral, material, maupun doa yang tak
henti-hentinya mereka mohonkan kepada-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini. Begitu juga kepada keluarga yang telah
memberikan seni kehidupan dan dukungan yang tiada henti-hentinya kepada
penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini;
6. Terimakasih juga penulis ucapkan kepada rekan-rekan mahasiswa ekstension
2006 dan teman-teman yang memberikan dukungan kepada penulis untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Akhir kata dengan kerendahan hati penulis membuka diri atas segala saran
dan kritik yang bersifat konstruktif demi penyempurnaan tulisan ini. Dan harapan
penulis kiranya Tugas Akhir ini akan memberikan arti dan manfaat dalam
pengembangan ilmu secara umum, maupun pengembangan profesi para pembaca
serta penulis di kemudian hari. Terimakasih.
Medan, Maret 2009
Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR NOTASI ... vii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Identifikasi Masalah ... 3
1.3.Tujuan Penulisan ... 4
1.4. Manfaat Penulisan ... 4
1.5. Pembatasan Masalah ... 4
1.6. Metodologi ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum ... 6
2.2.Tanah ... 6
2.3. Pondasi ... 8
2.4. Pondasi Tiang Pancang ... 8
2.4.1 Tiang Pancang Kayu ... 11
2.4.2 Pancang Beton Pracetak ... 13
2.4.3 Tiang Beton Cetak di Tempat (Cast In Place)... 15
2.4.4 Tiang Pancang Baja ... 17
2.4.5 Tiang Pancang Komposit ... 18
2.5. Tiang Dukung Ujung dan Tiang Gesek ... 18
2.6.Faktor Aman ... 19
2.7. Analisis kapasitas Tiang dengan Rumus Dinamis ... 20
2.7.2 Alat Pancang ... 21
2.8. Rumus Dinamis ... 29
BAB III APLIKASI PENGGUNAAN RUMUS DINAMIS DALAM TIANG PANCANG 3.1. Perbedaan antara Beban Statis dan Dinamis ... 39
3.2.Perhitungan ... 40
3.2.1 Tiang Pancang Pracetak (Precast Concrete Pile) ... 41
3.2.2 Tiang Pancang Baja OD 54 inch ... 50
BAB IV PEMBAHASAN 4.1. Umum ... 61
4.2. Hasil dan Pembahasan ... 62
4.2.1 Perhitungan Kapasitas Ultimate ... 62
4.2.2 Hubungan antara Kapasitas Ultimate (Qu) dengan Penetrasi (s) ... 63
4.2.3 Hubungan antara Kapasitas Ultimate (Qu) dengan 1/set (pukulan/cm) ... 64
4.2.4 Pengaruh Faktor Aman (Safety Factor) terhadap Kapasitas Tiang Ultimate (Qu) ... 65
4.3. Hal-hal yang Perlu Diperhatikan untuk Perencanaan ... 69
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.Kesimpulan ... 70
5.2.Saran ... 71
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Jenis dan Karakteristik Bermacam-macam Pemukul (Hammer) ... 29
Tabel 2.2 Nilai-nilai K1 (Chellis,1961) ... 33
Tabel 2.3 Nilai Efisiensi eh (Bowles, 1977) ... 34
Tabel 2.4 Koefisien Restitusi n (1977) ... 34
Tabel 3.1 Perhitungan Kapasitas Tiang (Qu) pada Tiang Beton Pracetak ... 60
Tabel 3.2 Perhitungan Kapasitas Tiang (Qu) pada Baja OD 54 inch ... 61
Tabel 4.1 Faktor Aman (safety factor) ... 65
Tabel 4.2 Perhitungan Kapasitas Ijin (Qall) Tiang pada Tiang Beton Pracetak ... 66
Tabel 4.3 Perhitungan Kapasitas Ijin (Qall) Tiang pada Baja OD 54 Inch ... 67
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Tiang Beton Pracetak ... 13
Gambar 2.2 Bentuk dan Diameter Tiang Pracetak Contoh Tiang Pancang Cast in Place ... 13
Gambar 2.3 Tiang Standart Raymond ... 15
Gambar 2.4Tiang Franki ... 16
Gambar 2.5 Tiang Pancang Baja ... 17
Gambar 2.6 Tiang Ditinjau dari Cara Mendukug Beban ... 19
Gambar 2.7 Skema Pemuku l Tiang ... 23
Gambar 2.8 Diesel Hammer ... 24
Gambar 2.9 Sketsa Diagram Hammer ... 25
Gambar 2.10 Drop Hammer ... 27
Gambar 2.11Notasi yang Digunakan dalam Rumus Dinamis Tiang Pancang .... 33
Gambar 3.1 Pembebanan Statis dan Pembebanan Dinamis ... 40
Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Qu (kN) dengan set (cm/ pukulan) ... 63
DAFTAR NOTASI
A = Luas penampang tiang (L2) eh = efisiensi palu (hammer eficiency)
Eh = Energi pemukul dari pabrik per atuan waktu (FL)
g = percepatan gravitasi (LT-2)
h = tinggi jatuh ram (L)
I = jumlah impuls menyebabkan kompresi/perubahan momentum (FT)
k1 = kompresi elastic capblock dan pile cap]
k2 = kompresi elastik tiang, yaitu QuxLAE (L)
k3 = kompresi elastic tanah (L)
L = panjang tiang (L)
m = massa (berat / gravitasi) (FT2L-1)
Mr = ram momentum = Mr.v (FT)
n = koefisien restitusi
nI = jumlah impuls yang menyebabkan restitusi (FT)
Qu = kapasitas ultimate tiang (F)
s = penetrasi per pukulan (L)
vce = kecepatan tiang dan ram pada akhir periode kompresi (LT-1)
vi = kecepatan ram pada saat benturan (LT-1)
vp = kecepatan tiang pada akhir periode restitusi (LT-1)
vr = kecepatan ram pada akhir periode restitusi (LT-1)
Wp = berat tiang,termasuk pilecap, driving shoe, dan cap block (F)
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Bentuk dan struktur tanah merupakan suatu peranan yang penting dalam
suatu pekerjaan konstruksi yang harus dicermati karena kondisi ketidaktentuan
dari tanah berbeda-beda. Sebelum melaksanakan suatu pembangunan konstruksi
yang pertama-tama dilaksanakan dan dikerjakan di lapangan adalah pekerjaan
pondasi (struktur bawah).
Pondasi merupakan suatu pekerjaan yang sangat penting dalam suatu
pekerjaan teknik sipil, karena pondasi inilah yang memikul dan menahan suatu
beban yang bekerja diatasnya yaitu beban konstruksi atas. Pondasi ini akan
menyalurkan tegangan-tegangan yang terjadi pada beban struktur atas kedalam
lapisan tanah yang keras yang dapat memikul beban konstruksi tersebut.
Pondasi tiang pancang adalah batang yang relatif panjang dan langsing
yang digunakan untuk menyalurkan beban pondasi melewati lapisan tanah dengan
daya dukung rendah ke lapisan tanah keras yang mempunyai kapasitas daya
dukung tinggi yang relatif cukup dalam dibanding pondasi dangkal. Secara umum
tiang pancang dapat diklasifikasikan antara lain: dari segi bahan ada tiang pancang
bertulang, tiang pancang pratekan, tiang pancang baja, dan tiang pancang kayu.
Dari segi bentang penampang, tiang pancang bujur sangkar, segitiga, segi enam,
bulat padat, pipa, huruf H, huruf I, dan bentuk spesifik. Dari segi teknik
pemancangan, dapat dilakukan dengan palu jatuh (drop hammer), diesel hammer,
Daya dukung tiang pancang diperoleh dari daya dukung ujung (end
bearing capacity) yang diperoleh dari tekanan ujung tiang dan daya dukung geser
atau selimut (friction bearing capacity) yang diperoleh dari daya dukung gesek
atau gaya adhesi antara tiang pancang dan tanah disekelilingnya ; hampir tidak
dipengaruhi oleh perubahan-perubahan kecil sepanjang tiang yang tertanam atau
oleh sulit tidaknya pemancangan oleh hammer.
Jika pondasi tiang daya dukung ujung tidak dapat menerima kontak yang
baik atau jika penetrasi tidak mencukupi agar sampai tanah keras, tiang tidak
dapat menghasilkan daya dukung yang cukup baik. Kelebihan beberapa inci pada
saat penetrasi dapat menaikkan kapasitas tiang, tetapi apakah penetrasi dapat
tercapai tergantung pada efektivitas prosedur pemancangan tiang. Karena
kemampuan saat pemancangan tiang dalam menghasilkan daya dukung yang
cukup besar adalah hal yang penting atau para ahli keteknikan tidak dapat
mengabaikan dampak dinamik pemancangan tiang. Semakin besar perlawanan
tiang saat pemancangan, maka semakin besar pula daya dukung pondasi tersebut
dalam memikul beban (Ralph B.Peck.1996) kenyataan ini merupakan awal,
dimana banyak para ahli menyimpulkan bahwa terdapat kemungkinan
menghitung kapasitas tiang dari energi yang diteruskan oleh hammer dan
penetrasi tiang saat pemukulan.
Oleh sebab itu penulis mencoba mengkonsentrasikan Tugas Akhir ini,
yaitu membandingkan asumsi-asumsi/rumus-rumus tiang pancang dinamis
berdasarkan dari metode/formula yang telah ditemukan oleh para ahli keteknikan.
Penulis mencoba menbandingkan antara tiang pancang beton pracetak dengan
kapasitas tiang yang sebenarnya dan dapat dipercaya sehingga menjadi
rekomendasi bagi perencana terlebih dalam pemilhan rumus yang tepat dan benar.
1.2 Identifikasi Masalah
Dalam setiap perencanaan suatu konstruksi khususnya pondasi tiang
pancang haruslah terlebih dahulu mengetahui kapasitas daya dukung pondasi
tersebut setelah data-data yang mendukung telah diketahui agar struktur tersebut
dapat dikatakan aman.
Rumus tiang telah digunakan untuk menghitung kapasitas tiang selama
beberapa dekade karena dinilai cukup baik. Rumus tersebut didapat berdasarkan
dari pengalaman para ahli keteknikan di lapangan. Sangat disayangkan, beberapa
kesalahan yang terjadi di lapangan justru bertambah dimana rumus yang komplek
mengindikasikan bahwa pertambahan berat tiang karena hammer dapat
mengurangi kapasitas, dalam kenyataannya efek yang sebaliknya yang sering
terjadi. Maka kesalahan tersebut dapat ditinjau kembali dengan analisis aktual dan
pada pemancangan tiang dinamik dimana tiang dianggap sebagai suatu batang
panjang yang elastis yang menderita perpindahan gelombang tekanan akibat
hammer.
Perkiraan kapasitas tiang pancang tersebut didasarkan pada tahanan
pemancangan lapangan (kapasitas dinamik) dan energi hammer tiang pancang
yang dijabarkan oleh para ahli keteknikan dalam suatu metode yaitu rumus
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan adalah untuk menghitung dan membandingkan
perhitungan kapasitas tiang dengan menggunakan rumus dinamis, yaitu : rumus
Hilley, rumus Engineering News Record (ENR), rumus Danish, rumus Eytelwein,
rumus Gates, rumus Janbu, rumus Navy-Mc. Kay, Rumus PCUBC ,dan Rumus
Michigan. Data Perhitungan diambil dari data kalendering tiang pancang pracetak
pada proyek pembangunan Islamic Center Kabupaten Kampar Riau (Tugas Akhir
Wahyu Hidayat) dan tiang baja OD 54 inch.
1.4 Manfaat Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat bagi :
a. Mahasiswa yang menghadapi masalah yang sama yaitu sebagai bahan
referensi.
b. Perencana, sebagai referensi dalam menghitung kapasitas tiang dengan
menggunakan rumus dinamis pada saat pemancangan.
c. Pihak-pihak lain yang membutuhkannya.
1.5Pembatasan Masalah
Untuk menyelesaikan tulisan ini, penulis membatasi masalah dengan
asumsi-asumsi sebagai berikut :
a. Tiang yang ditinjau adalah tiang yang dipancang tegak lurus.
b. Hanya ditinjau untuk tiang tunggal.
c. Tidak memperhitungkan perubahan struktur akibat pemancangan dan
d. Tidak memperhitungkan kelakuan tanah yang terletak di bawah
kelompok Tiang dalam mendukung beban struktur.
1.6 Metodologi
Dalam pengumpulan data dilakukan dengan cara studi kepustakaan, yaitu
dengan cara mempelajari literature-literature dimana buku-buku menjadi acuan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Pondasi adalah bagian dari struktur yang berfungsi meneruskan beban
akibat berat struktur secara langsung ke tanah yang terletak di bawahnya
(Hardiyatmo, 1996). Perancangan yang baik diperlukan agar beban pondasi tidak
mengakibatkan timbulnya tekanan yang berlebihan pada tanah di bawahnya
karena tekanan yang berlebihan dapat mengakibatkan penurunan yang besar
bahkan dapat mengakibatkan keruntuhan.
Untuk berbagai keadaan lapangan perlu diperhatikan apakah pondasi
tersebut cocok atau apakah pondasi tersebut dapat diselesaikan secara ekonomis
sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan. Maka ada hal-hal yang perlu
dipertimbangkan yaitu keadaan tanah pondasi, batasan-batasan akibat konstruksi
atasnya, batasan-batasan dari sekelilingnya, waktu dan biaya pekerjaan
(Sasrodarsono dkk, 2005).
2.2 Tanah
Perilaku setiap pondasi sangat tergantung pada karakteristik deposit tanah
atau batuan dibawahnya. Istilah batuan dan tanah menunjukkan perbedaan yang
sangat jelas antara dua macam material pondasi. Batuan dianggap sebagai suatu
agregat alam dari butiran mineral yang dilekatkan oleh gaya kohesif yang kuat
dan permanen. Sedangkan tanah dianggap sebagai suatu agregat alam dari butiran
mekanis ringan seperti pengadukan dalam air. Walaupun demikian, kenyataan
tidak ada perbedaan yang mencolok antara batuan dan tanah. Batuan yang paling
kuat dan keraspun dapat dilemahkan melalui proses pelapukan oleh cuaca, dan
beberapa tanah yang mengalami pengerasan dapat mempunyai kekuatan setara
dengan batuan yang mengalami pelapukan.
Secara umum, telah diketahui bahwa tanah dapat diklasifikasikan ke dalam
beberapa golongan berdasarkan sifat-sifat teknik tertentu yang mirip. Oleh karena
itu, mengklasifikasikan dengan tepat material bawah permukaan tanah merupakan
langkah penting untuk setiap pekerjaan pondasi. Istilah-istilah utama yang dipakai
sarjana teknik sipil untuk tanah adalah kerikil, pasir, lanau, dan lempung. Pada
kondisi alam, tanah dapat terdiri dari dua atau lebih campuran jenis-jenis tanah
dan kadang-kadang terdapat pula kandungan bahan organik. Material
campurannya kemudian dipakai sebagai nama tambahan dibelakang material
unsur utamanya. Sebagai contoh, lempung berlanau adalah tanah lempung yang
mengandung lanau dengan material utamanya adalah lempung dan sebagainya.
Tanah terdiri dari 3 komponen, yaitu udara, air dan bahan padat. Udara
dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat mempengaruhi
sifat-sifat teknis tanah. Ruang diantara butiran-butiran, sebagian atau seluruhnya
dapat terisi oleh air atau udara. Bila rongga tersebut terisi air seluruhnya, tanah
dikatakan dalam kondisi jenuh. Bila rongga terisi udara dan air, tanah pada
kondisi jenuh sebagian (partially saturated). Tanah kering adalah tanah yang
tidak mengandung air sama sekali atau kadar airnya nol (Hardiyatmo, 1996).
Berdasarkan kondisi tanah pondasi, beberapa pondasi dapat digunakan.
Jika tanah di dekat permukaan mampu mendukung beban strukturnya secara
langsung, maka pondasi dangkal seperti pondasi telapak, pondasi memanjang,
pondasi rakit (raft foundation) dapat digunakan. Pondasi telapak adalah bagian
terbawah dari dinding atau pelebaran alas kolom dengan tujuan untuk meneruskan
beban pada tanah dasar pada suatu tekanan yang sesuai dengan sifat-sifat tanah
yang bersangkutan. Pondasi rakit(raft foundation) adalah pondasi yang terdiri dari
pelat tunggal yang meluas, yang mendukung beban struktur secara keseluruhan.
Jika tanah di permukaan tidak mampu mendukung beban struktur di
atasnya atau beban perlu dipindahkan ke material yang lebih kuat di tanah yang
paling dalam, pondasi dalam seperti pondasi tiang (pile foundation) atau pondasi
sumuran (pier foundation) dapat digunakan. Pondasi tiang dapat mendukung
beban struktur yang sangat besar karena kedalamannya sedemikian rupa dengan
penampang melintang yang kecil dibanding tingginya dan biasanya dipancang
dengan hammer atau vibrator. Pondasi sumuran lebih pendek dari pondasi tiang
dan umumnya berpenampang melintang yang diameternya lebih besar.
2.4 Pondasi Tiang Pancang
Pondasi tiang adalah suatu konstruksi pondasi yang mampu menahan
gaya-gaya horizontal ke sumbu tiang dengan menyerap lenturan. Pondasi tiang
dibuat menjadi satu kesatuan yang monolit dengan menyatukan pangkal tiang
pancang yang terdapat dibawah konstruksi dengan tumpuan pondasi
Tiang pancang adalah bagian–bagian konstruksi yang dibuat dari kayu,
beton, dan baja, yang digunakan untuk meneruskan (mentransmisikan)
beban-beban permukaan ke tingkat-tingkat permukaan yang lebih rendah di dalam
massa tanah (Bowles, 1991). Fungsi dari tiang pancang adalah untuk
memindahkan atau mentransfer beban-beban dari konstruksi di atasnya ke lapisan
tanah keras yang letaknya sangat dalam.
Dalam pelaksanaan pemancangan pada umumnya dipancang tegak lurus
dalam tanah, tetapi ada juga yang dipancang miring (battle pile) untuk dapat
menahan 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 :
1. Untuk mengangkat beban-beban konstruksi di atas tanah ke dalam atau
melalui sebuah stratum/lapisan tanah. Didalam hal ini beban vertikal dan
beban lateral boleh terlibat.
2. Untuk menentang gaya desakan ke atas, gaya guling, seperti untuk telapak
ruang bawah tanah di bawah bidang batas air jenuh atau untuk menopang
kaki-kaki menara terhadap guling.
3. Memampatkan endapan-endapan tak berkohesi yang bebas lepas melalui
kombinasi pembebanan isi tiang pancang dan getaran dorong. Tiang
pancang ini dapat ditarik kemudian.
4. Mengontrol lendutan/penurunan bila kaki-kaki yang tersebar atau telapak
berada pada tanah tepi atau didasari oleh sebuah lapisan yang
5. Membuat tanah di bawah pondasi mesin menjadi kaku untuk mengontrol
amplitudo getaran dan frekuensi alamiah dari sistem tersebut.
6. Sebagai faktor keamanan tambahan di bawah tumpuan jembatan pir,
khususnya jika erosi merupakan persoalan.
7. Dalam konstruksi lepas pantai untuk meneruskan beban-beban di atas
permukaan air melalui air dan kedalam tanah yang mendasari air
tersebut. Hal seperti ini adalah mengenai tiang pancang yang ditanamkan
sebagain dan yang terpengaruh oleh baik beban vertikal maupun beban
lateral (Bowles, 1991).
Menurut Hardiyatmo (2002), Pondasi tiang digunakan untuk beberapa
maksud, antara lain:
1. Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau tanah
lunak, ke tanah pendukung yang kuat.
2. Untuk meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman
tertentu sehingga bangunan mampu memberikan dukungan yang cukup
untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan dinding tiang dengan tanah
disekitarnya.
3. Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas
akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan.
4. Untuk menahan gaya-gaya horizontal dan gaya yang arahnya miring.
5. Untuk memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas dukung tanah tersebut
bertambah.
6. Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah
Pondasi tiang dapat dibagi menjadi 3 kategori sebagai berikut:
1. Tiang Perpindahan Besar (large displacement pile).
Tiang perpindahan besar (large displacement pile), yaitu tiang pejal
atau berlubang dengan ujung tertutup yang dipancang ke dalam tanah
sehingga terjadi perpindahan volume tanah yang relatif besar.
Termasuk dalam tiang perpindahan besar adalah tiang kayu, tiang
beton pejal, tiang beton prategang (pejal atau berlubang), tiang baja
bulat (tertutup pada ujungnya).
2. Tiang Perpindahan Kecil (small displacement pile)
Tiang perpindahan kecil (small displacement pile), adalah sama
seperti tiang kategori pertama hanya volume tanah yang dipindahkan
saat pemancangan relatif kecil, contohnya: tiang beton berlubang
dengan ujung terbuka, tiang beton prategang berlubang dengan ujung
terbuka, tiang baja H, tiang baja bulat ujung terbuka, tiang ulir.
3. Tiang Tanpa Perpindahan (non displacement pile)
Tiang tanpa perpindahan (non displacement pile), terdiri dari tiang
yang dipasang di dalam tanah dengan cara menggali atau mengebor
tanah. Termasuk dalam tiang tanpa perpindahan adalah tiang bor,
yaitu tiang beton yang pengecorannya langsung di dalam lubang hasil
pengeboran tanah (pipa baja diletakkan di dalam lubang dan dicor
beton) (Hardiyatmo, 2002).
2.4.1 Tiang Pancang Kayu
Tiang pancang kayu dibuat dari kayu yang biasanya diberi pengawet dan
biasanya apabila ujungnya yang besar atau pangkal dari pohon dipancangkan
untuk tujuan tertentu, seperti dalam tanah yang sangat lembek dimana tanah
tersebut akan kembali memberi perlawanan dan dengan ujungnya yang tebal
terletak pada lapisan yang keras untuk daya dukung yang lebih besar. Dalam
beberapa situasi pondasi tiang kayu cukup handal dan dianggap cukup murah.
Pondasi tiang kayu tidak dapat menahan gaya tekan karena kerusakan
akibat pemancangan yang keras sewaktu dipancang di tanah. Kerusakan ujung
tiang dapat ditanggulangi dengan pemakaian sepatu besi, untuk beberapa jenis
hammer yang ada, bahaya patahnya tiang dapat dikurangi dengan membasi
tekanan pada tiang dan jumlah pukulan hammer. Pondasi tiang kayu tidak dapat
dipancang pada tanah keras tanpa mengalami kerusakan, Beban maksimum yang
dapat dipikul oleh tiang kayu tunggal dapat mencapai 270 - 30 kN.
Walaupun pondasi tiang kayu dapat menahan gaya tekanan pada tanah
terendam, tiang tersebut dapat ambruk akibat lapuk pada zona diatas tanah
terendam. Di beberapa tempat tiang-tiang dapat mengalami kerusakan atau
kehancuran akibat dimakan serangga seperti rayap. Umur pemakaian pondasi
tiang kayu di atas muka dapat ditingkatkan dengan perawatan, misalnya
menggunakan creosote bertekanan (creosote under pressure). Umur efektif
perawatan belum dapat ditetapkan dengan pasti namun telah diketahui lebih dari
40 tahun.
Pondasi tiang kayu pada tanah payau dan tepi laut dapat rusak karena
gangguan organisme laut seperti teredo dan limnoria. Proses perusakan terjadi
selama bertahun-tahun, tapi pada keadaan ekstrem proses ini dapat terjadi hanya
menunjukkan hasil yang baik. Oleh karena itu tiang kayu sebaiknya tidak dipakai
pada tempat-tempat yang berhubungan dengan air garam.
2.4.2 Pancang Beton Pracetak
Tiang beton pracetak umumnya berbentuk prisma atau bulat ( Gambar
2.1). dan ada juga berbentuk bujur sangkar pejal atau berongga dan segi delapan
pejal atau berongga (Gambar 2.2). Tiang-tiang dicetak di lokasi tertentu,
kemudian diangkut ke lokasi pembangunan. Ukuran diameter yang biasanya
digunakan untuk tiang yang tidak berlubang diantara 20-60 cm. Untuk tiang yang
berlubang diameternya dapat mencapai 140 cm. Panjang tiang beton pracetak
biasanya berkisar 20-40 m. Untuk tiang berlubang bisa sampai 60 m. Beban
maksimum untuk tiang ukuran kecil berkisar 300-800 kN.
Gambar 2.1 Tiang Beton Pracetak Sumber : Hardiyatmo, 2002
Gambar 2.2 Bentuk dan Diameter Tiang Pracetak Sumber : Bowles, 1991
Tiang ini menurut cara pemasangannya terdiri dari :
Dimana tiang dipancangkan ke dalam tanah dengan cara penumbukan oleh
alat pemuku l (hammer).
2. Cara Penggetaran
Dimana tiang tersebut dipancang kedalam tanah dengan cara penggetaran
dengan alat penggetar (vibrator).
3. Cara Penanaman
Dimana permukaan tanah dilubangi terlebih dahulu sampai kedalaman
tertentu, lalu tiang pancang dimasukkan, kemudian lubang tadi ditimbun
lagi dengan tanah.
Cara penanaman ini ada beberapa metode yang digunakan :
a. Cara pengeboran sebelumnya, yaitu dengan cara mengebor tanah
sebelumnya, lalu tiang dimasukkan ke dalamnya dan ditimbun lagi.
b. Cara pengeboran inti, yaitu tiang ditanamkan dengan mengeluarkan
tanah dari dalam bagian tiang.
c. Cara pemasangan dengan tekanan, yaitu tiang dipancangkan ke dalam
tanah dengan memberikan tekanan pada tiang.
d. Cara pemancaran, yaitu tanah pondasi diganggu dengan semburan air
yang keluar dari ujung serta keliling tiang, sehingga tidak dapat
dipancangkan kedalam tanah.
Keuntungan pemakaian tiang pancang pracetak adalah sebagai berikut :
1. Bahan tiang dapat diperiksa sebelum pemancangan.
2. Prosedur pelaksanaan tidak dipengaruhi oleh air tanah.
3. Tiang dapat dipancang sampai kedalamam yang dalam.
Kerugian :
1. Penggembungan permukaan tanah dan gangguan tanah akibat
pemancangan dapat menimbulkan masalah.
2. Tiang kadang-kadang rusak akibat pemancangan.
3. Pemancangan sulit, bila diameter tiang terlalu besar.
4. Pemancangan menimbulkan gangguan suara, getaran, dan deformasi tanah
yang dapat menimbulkan kerusakan bangunan di sekitarnya.
5. Penulangan dipengaruhi oleh tegangan yang terjadi pada waktu
pengangkutan dan pemancangan tiang.
2.4.3 Tiang Beton Cetak di Tempat (Cast In Place Pile)
Tiang beton cetak di tempat terdiri dari 2 tipe, yaitu :
1. Tiang yang berselubung pipa.
2. Tiang yang tidak berselubung pipa.
Pada Tiang yang berselubung pipa, pipa baja dipancang terlebih dahulu ke
dalam tanah. Kemudian, ke dalam lubang dimasukkan adukan beton. Pada
akhirnya nanti, pipa besi akan tetap tinggal di dalam tanah. Termasu tiang jenis ini
adalah tiang Standart Raimond (Gambar 2.3)
Pada tiang yang tidak berselubung pipa, pipa baja yang berlubang
dipancang lebih dahulu ke dalam tanah. Kemudian ke dalam lubangnya adukan
beton dan pipa ditarik keluar ketika atau sesudah pengecoran. Termasuk jenis
tiang ini adalah tiang Franki (Gambar 2.4).
Gambar 2.4 Tiang Franki Sumber : Hardiyatmo, 2002
Tiang yang dicor di tempat (Cast In Place Pile) ini menurut teknik
penggaliannya terdiri dari beberapa macam cara, yaitu :
2. Cara Penetrasi Alas
Cara penetrasi alas yaitu pipa baja yang dipancangkan kedalam tanah
kemudian pipa baja tersebut dicor dengan beton.
3. Cara Penggalian
Cara ini dapat dibagi lagi menurut peralatan pendukung yang digunakan
antara lain :
- Penggalian dengan tenaga manusia
Penggalian lubang masih sangat sederhana dan merupakan cara
konvensional. Hal ini dapat dilihat dengan cara pembuatan pondasi
dalam, yang pada umumnya hanya mampu dilakukan pada kedalaman
tertentu.
Penggalian dengan bantuan tenaga mesin yang memiliki kemampuan
lebih baik dan lebih canggih.
2.4.4 Tiang Pancang Baja
Jenis-jenis tiang pancang baja ini biasanya berbentuk H yang digiling atau
merupakan tiang pancang pipa, empat persegi panjang, segi enam, dan
lain-lainnya (Gambar 2.5). Pipa-pipa baja yang diisi beton setelah dipancang dan tiang
baja profil H merupakan tiang yang umum digunakan, terutama bila kondisi
lapangan memerlukan pemancangan berat.
Pemancangan pondasi tiang baja profil H kedalam tanah lebih cepat
dibanding tipe lain. Oleh karena itu tiang–tiang baja sering digunakan untuk
mencapai tanah keras pada kedalaman besar. Jika pemancangannya berat
khususnya jika bebannya besar karena ada batuan yang keras, sayap–sayap profil
kemungkinan akan rusak dan tiang dapat membengkok Kendala–kendala ini dapat
dikurangi bila gejalanya dapat diketahui selama pemancangan. Balok yang
mempunyai flens lebar (wide-flange beam) atau balok-I dapat juga digunakan, tapi
bentuk H khususnya dibuat sebanding untuk menahan tegangan pancangan yang
keras yang mungkin dialami oleh tiang pancang tersebut.
Keuntungan dari tiang pancang baja ini adalah : Mudah disambung,
kapasitas tinggi, pergeseran kecil, sanggup menembus rintangan-rintangan.
Sedangkan kerugiannya adalah mudah berkarat. Tiang pancang baja ini paling
cocok untuk dukungan ujung pada bantuan dan mereduksi kapasitas yang
diperbolehkan untuk tempat berkarat.
2.4.5 Tiang Pancang Komposit
Tiang komposit adalah tiang pancang yang terdiri dari dua bahan yang
berbeda yang bekerja bersama-sama sehingga merupakan satu tiang.
Kadang-kadang pondasi tiang dibentuk dengan menghubungkan bagian atas dan bagian
bawah tiang dengan bahan yang berbeda, misalnya dengan bahan beton diatas
muka air tanah dan bahan kayu tanpa perlakuan apapun disebelah bawahnya.
Panjang maksimum untuk tiang komposit 55 m dan panjang optimum 18 –
36 m. Jangkauan beban optimum untuk tiang komposit 250- 725 kN.
Kerugian-kerugian dalam penggunaan tiang komposit adalah sukar untuk
mendapatkan sambungan baik di antara dua bahan, sedangkan keuntungannya
adalah panjang yang cukup besar dapat disediakan dengan biaya yang komperatif
rendah.
2.5 Tiang Dukung Ujung dan Tiang Gesek
Ditinjau dari cara mendukung beban, Pondasi tiang diklasifikasikan
menjadi tiang dukung ujung (end bearing pile) dan tiang dukung gesek (friction
pile). Sebuah tiang pancang dengan dukungan ujung mendapat seluruh daya
di atasnya. Umumnya tiang dukung ujung berada dalam zone tanah yang lunak
yang berada diatas tanah keras. Tiang-tiang dipancang sampai mencapai batuan
dasar atau lapisan keras lain yang dapat mendukung beban yang diperkirakan
tidak mengakibatkan penurunan berlebihan. Kapasitas tiang sepenuhnya
ditentukan dari tahanan dukung lapisan keras yang berada dibawah ujung tiang
(gambar 2.6a). Sedangkan tiang dengan dukung gesek daya dukungnya berasal
dari tanah disekitar tiang, yaitu berasal dari gesekan antara tanah dan tiang.
Sebagian kecil beban didukung oleh tanah di sekitar ujung dari tiang (gambar
2.6b).
(a) (b)
Gambar 2.6 Tiang ditinjau dari cara mendukung beban : (a) tiang dukung ujung (end bearing pile); (b) tiang dukung gesek (friction pile).
Sumber : Hardiyatmo,2002
2.6 Faktor Aman
Untuk memperoleh kapasitas tiang, maka diperlukan untuk membagi
kapasitas tiang ultimit tiang dengan faktor aman (safety factor). Faktor aman ini
perlu diberikan dengan maksud :
- Untuk memberikan keamanan terhadap ketidakpastian metode hitungan
yang digunakan.
- Untuk memberikan keamanan terhadap variasi kuat geser dan
- Untuk menyakinkan bahwa bahan tiang cukup aman dalam mendukung
beban yang bekerja.
- Untuk menyakinkan bahwa penurunan total yang terjadi pada tiang
tunggal atau kelompok tiang masih dalam batas-batas toleransi.
- Untuk menyakinkan bahwa penurunan tidak seragam di antara tiang-tiang
masih dalam batas-batas toleransi.
Sehubungan dengan alasan butiran (d) dari hasil-hasil pengujian beban
tiang, baik tiang pancang maupun tiang bor yang diameter kecil sampai sedang
(600mm), penurunan akibat beban kerja (working load) yang terjadi lebih kecil
dari 10 mm untuk faktor amannya tidak kurang dari 2,5 (Tomlinson, 1977).
2.7 Analisis Kapasitas Tiang Dengan Rumus Dinamis 2.7.1 Pemancangan Tiang Pancang
Tiang pancang dapat dipancang dengan setiap jenis palu, asalkan tiang
pancang tersebut dapat menembus masuk pada ke dalaman yang telah ditentukan
atau mencapai daya dukung yang telah ditentukan, tanpa kerusakan. Bilamana
elevasi akhir kepala tiang pancang berada di bawah permukaan tanah asli, maka
galian harus dilaksanakan terlebih dahulu sebelum pemancangan. Perhatian
khusus harus diberikan agar dasar pondasi tidak terganggu oleh penggalian di luar
batas-batas. Kepala tiang pancang baja harus dilindungi dengan bantalan topi atau
mandrel dan kepala tiang kayu harus dilindungi dengan cincin besi tempa atau
besi non-magnetik sebagaimana yang disyaratkan. Palu, topi baja, bantalan topi,
dengan tepat satu di atas lainnya. Tiang pancang termasuk tiang pancang miring
harus dipancang secara sentris dan diarahkan serta dijaga dalam posisi yang tepat.
Tiang pancang harus dipancang sampai penetrasi maksimum atau
penetrasi tertentu atau ditentukan dengan pengujian pembebanan sampai
mencapai kedalaman penetrasi akibat beban pengujian tidak kurang dari dua kali
beban yang dirancang, yang diberikan menerus untuk sekurang-kurangnya 60
mm. Dalam hal tersebut, posisi akhir kepala tiang pancang tidak boleh lebih tinggi
dari yang sudah ditentukan.
2.7.2 Alat Pancang
Alat pancang yang digunakan dapat dari jenis gravitasi, uap atau diesel.
Untuk tiang pancang beton, umumnya digunakan jenis uap atau diesel. Berat palu
pada jenis gravitasi sebaiknya tidak kurang dari jumlah berat tiang beserta topi
pancangnya, tetapi sama sekali tidak boleh kurang dari setengah jumlah berat
tiang beserta topi pancangnya, dan minimum 2 ton untuk tiang pancang beton.
Untuk tiang pancang baja, berat palu harus dua kali berat tiang beserta
topi pancangnya. Alat pancang dengan jenis gravitasi, uap atau diesel yang
disetujui, harus mampu memasukkan tiang pancang tidak kurang dari 3 mm untuk
setiap pukulan pada 15 cm dari akhir pemancangan dengan daya dukung yang
diinginkan. Energi total alat pancang tidak boleh kurang dari 970 kgm per
pukulan. Alat pancang uap, angin atau diesel yang dipakai memancang tiang
pancang beton harus mempunyai energi per pukulan, untuk setiap gerakan penuh
dari pistonnya tidak kurang dari 635 kgm untuk setiap meter kubik beton tiang
Penumbukan dengan gerakan tunggal (single acting) atau palu yang
dijatuhkan harus dibatasi sampai 1,2 meter dan lebih baik 1 meter. Penumbukan
dengan tinggi jatuh yang lebih kecil harus digunakan bilamana terdapat kerusakan
pada tiang pancang. Contoh-contoh berikut ini adalah kondisi yang dimaksud :
a. Bilamana terdapat lapisan tanah keras dekat permukaan tanah yang harus
ditembus pada saat awal pemancangan untuk tiang pancang yang panjang.
b. Bilamana terdapat lapisan tanah lunak yang dalam sedemikian hingga
penetrasi yang dalam terjadi pada setiap penumbukan.
c. Bilamana tiang pancang diperkirakan sekonyong-konyongnya akan
mendapat penolakan akibat batu atau tanah yang benar-benar tak dapat
ditembus lainnya.
d. Bilamana serangkaian penumbukan tiang pancang untuk 10 kali pukulan
terakhir telah mencapai hasil yang memenuhi ketentuan, penumbukan
ulangan harus dilaksanakan dengan hati-hati, dan pemancangan yang terus
menerus setelah tiang pancang hampir berhenti penetrasi harus dicegah,
terutama jika digunakan palu berukuran sedang.
Untuk memancang tiang pada posisi yang tepat, cepat, dan dengan biaya
yang rendah, pemukul dan crane-nya haruslah dipilih dengan teliti agar sesuai
dengan keadaan disekitarnya, jenis dan ukuran tiang, tanah, dan perancahnya.
Tiang pancang dipancang dengan alat pemukul yang dapat berupa pemukul
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.7. Skema pemukul tiang : (a) Pemukul aksi tunggal (single acting hammer), (b) Pemukul aksi double (double acting hammer), (c) Pemukul diesel (diesel hammer), (d) Pemukul getar (vibratory hammer).
Sumber : Hardiyatmo, 2002
a. Pemuku l Aksi Tungga l (Single Acting Hammer)
Pemukul aksi tunggal berbentuk memanjang dengan ram yang bergerak naik oleh
udara atau uap yang terkompresi, sedangkan turunnya ram disebabkan oleh
beratnya sendiri. Energi pemukul aksi tunggal adalah sama dengan berat ram yang
dikalikan tinggi jatuhnya (Gambar 2.7.a).
b. Pemuku l Aksi Ganda (Double Acting Hammer)
Pemukul aksi double menggunakan uap atau udara untuk mengangkat ram dan
untuk mempercepat gerakkan ke bawah. Kecepatan pukulan dan energi output
biasanya lebih tinggi daripada pemukul aksi tunggal (Gambar 2.7.b).
c. Pemuku l Diesel (Diesel Hammer)
Pemukul Diesel terdiri atas silinder, ram, blok anvil, dan sistem injeksi bahan
Gambar 2.8 Diesel Hammer
Sumber : Ir. Susy Fatena Rostiyanti, 2002
Alat pemancangan tiang tipe ini berbentuk lebih sederhana dibandingkan
dengan hammer lainnya. Dalam pengoperasiannya, energi alat didapat dari berat
ram yang menekan udara di dalam silinder. Pemukul Diesel dibedakan menjadi 2
tipe (Gambar 2.9) yaitu Open Ended dan Closed Ended.
- Open Ended
Pada hammer Open Ended, pemukul dijatuhkan dengan tenaga gravitasi
dan energi yang diteruskan ke landasan dengan pukulan langsung. Bahan
bakar dimasukkan ke ruang yang disebut ruang pembakaran yang ada
diantara pemukul dan landasan. Desakan dari pemukul yang terjadi akan
menyalakan bahan bakar dan mampu mengangkat lagi pemukulnya. Untuk
jangka waktu tertentu tekanan dari gas yang terbakar tersebut juga bekerja
pada landasan dan akan menaikkan besar tenaga pancangnya (Gambar
2.9b).
- Closed Ended
Pada hammer Closed Ended, rumah-rumahan lebih luas dari silindernya
dengan tujuan membentuk ruang pantul dimana udara ditekan oleh
sebagai pegas yang membatasi naiknya pemukul dan selanjutnya
memperpendek pukulan. Hal ini akan dapat mengembalikan energi yang
ada ke penumbuk pada saat pukulan ke bawah (Gambar 2.9c).
Gambar 2.9 Skema Diagram Hammer (a) hammer tipe single acting dengan tenaga uap. (b) Hammer dengan tenaga diesel tipe open ended. (c) Hammer dengan tenaga diesel tipe closed
ended.
Sumber : Ralph B.Peck
d. Pemuku l Getar (Vibratory Hammer)
Alat ini sangat baik dimanfaatkan pada tanah lembab. Jika material di
lokasi berupa pasir kering maka pekerjaan menjadi lebih sulit karena material
tersebut tidak terpengaruh dengan adanya getaran yang dihasilkan oleh alat. Alat
ini memiliki beberapa batang horizontal dengan beban eksentris.
Pondasi tiang dapat dipancang dengan menggunakan pembangkit tenaga
berupa beban statis dan sepanjang beban yang berputar eksentrik, dengan jumlah
pukulan dapat dihitung, yang diatur dengan sedemikian rupa sehingga komponen
horizontal gaya sentrifugal dapat dihilangkan sedangkan komponen vertikal
bertambah (Gambar 2.7d).
Hammer dengan vibrator terdiri dari beberapa jenis yang berbeda pada tipe
penggerak dan frekuensi getaran. Hammer frekuensi getar rendah dapat
dioperasikan dengan frekuensi konstan antara 10-30 Hz. Jika besar frekuensi
Driver. Frekuensi dari tipe ini dapat dihitung biasanya 50-150 Hz. Jika sistem
berada pada resonansi, tiang pancang menunjukkan displacement ke atas dan ke
bawah yang bertenaga, dan dibatasi oleh redaman tanah yang mengelilinginya
Sebagian besar gerakan ke bawah disebabkan oleh berat tiang pancang dan alat
pancangnya.
Penetrasi dapat berlangsung cepat jika tahanan tidak berlebihan dan
menghalangi berat dan tenaga pemancangan. Karena gaya tarik ke atas crane
dapat melebihi gaya tarik ke bawah, maka tanpa adanya perlawanan ujung tiang
pemancangan vibrator akan sangat efektif.
e. Pemukul Jatuh (Drop Hammer)
Pemukul jatuh (Drop hammer) merupakan palu berat yang diletakkan pada
ketinggian tertentu di atas tiang (Gambar 2.10). Pemukul jatuh terdiri dari blok
pemberat yang dijatuhkan dari atas palu tersebut kemudian dilepaskan dan jatuh
mengenai bagian atas tiang. Untuk mengindari tiang menjadi rusak akibat
tumbukan ini, pada kepala tiang dipasang semacam topi atau cap sebagai penahan
energi taua shock absorbe, biasanya cap dibuat dari kayu. Palu dijatuhkan
sepanjang alurnya. Pada bagian atas palu terdapat kabel yang berfungsi untuk
menahan supaya palu tidak jatuh lebih jauh.
Ukuran umum palu berkisar antara 250-1500kg. Tinggi jatuh palu berkisar
antara 1.5 sampai 7 meter yang tergantung dari jenis bahan dasar pondasi. Jika
diperlukan energi yang besar untuk memancang tiang pondasi maka sebaiknya
menggunakan palu yang berat dengan tinggi jatuh yang kecil daripada palu yang
lebih ringan dengan tinggi jatuh yang besar.
Pemakaian alat tipe ini membuat pelaksanaan pemancangan berjalan
lambat, sehingga hanya cocok untuk pekerjaan pemancangan skala kecil. Jenis ini
masih digunakan tetap kebanyakan sekarang hammer digerakkan dengan mesin
uap dan tenaga diesel.
Dalam pekerjaan pemancangan tiang terdapat nama alat-alat, yaitu :
- Anvil, adalah bagianterletak pada dasar pemukul yang menerima benturan
dari ram dan mentransfernya ke kepala tiang.
- Helmet atau drive cap (penutup pancang), adalah bahan yang dibuat dari
baja cor yang diletakkan di atas tiang untuk mencegah tiang dari kerusakan
saat pemancangan dan juga menjaga As tiang sama dengan As pemukul.
- Cushion (bantalan), adalah terbuat dari kayu keras atau bahan lain yang
ditempatkan diantara penutup tiang (pilecap) dan puncak tiang untuk
melindungi kepala tiang dari kerusakan dari tegangan yang berlebihan dan
mempunyai pengaruh khusus pada gelombang tegangan yang timbul pada
tiag selama pemancangan. Pemilihan bantalan yang sesuai mempengaruhi
karakteristik pemancangan tiang, seberapa dalam tiang dapat dipancang,
daya dukungnya, dan lain-lain.
- Ram, adalah bagian pemukul yang bergerak ke atas dan ke bawah yang
- Leader, adalah rangka baja dengan dua bagian paralel untuk mengatur
tiang agar pada saat tiang dipancang arahnya benar.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan penumbuk adalah
kemungkinan pemancangannya dan manfaatnya secara ekonomis. Hal ini perlu
diperhatikan dalam memilih jenis penumbuk berdasarkan sifat-sifat dari berbagai
hammer yang diperlihatkan dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Jenis dan Karakteristik Bermacam-macam Pemukul (Hammer) Pemukul yang
dijatuhkan (drop
hammer)
Pemukul bertenaga uap (udara)
Pemukul
bertenaga Diesel
(diesel hammer)
Pemukul Getar
(Vibrator hammer)
K
- Peralatan sederhana.
- Tinggi jatuh dapat diperiksa dengan mudah.
- Kesulitan kecil dan biaya operasi rendah.
-Kemampuan baik.
-Miring ataupun di dalam air. -Kepala tiang tidak begitu cepat rusak. -Beberapa mesin
dapat dipakai untuk menarik.
- Mudah dipindahkan. - Menghasilkan
daya pukul yang besar.
- Kemampuan
baik. - Biaya bahan
bakar rendah.
-Mampu dalam arah dan
kedudukan yang tepat.
-Suara pemukulan hampir tak terdengar. -Kepala tiang
tidak begitu cepat rusak. Mampu
memancang dan menarik.
K mudah rusak. - Panjang
pemancangan terbatas. - Sering menjadi
eksentris pemancangan lambat.
- Banyak bahayanya pada pemancangan tidak langsung.
-Diperlukan Kompresor berukuran besar. -Pipa karet
merupakan rintangan. -Tinggi jatuh tak
dapat
dikendalikan. -Pemukulan
menimbulkan suara gaduh, dan kompresor menimbulkan bunga api, asap, dan suara berisik.
- Karena
bebannya berat, alat menjadi besar. - Pada lapisan
lunak pengerjaan menjadi lambat. Pemukulan memjadi suara gaduh dan terjadi percikan-percikan minyak pelumas.
-Memerlukan tenaga listrik yang besar. -Kurang mampu
mengubah sifat-sifat tanah.
2.8 Rumus Dinamis
Dalam penjabaran rumus pancang, terlebih dahulu perlu ditunjukkan
notasi-notasi dan satuan yang akan dipakai :
A = Luas penampang tiang (L2)
eh = efisiensi palu (hammer eficiency)
Eh = Energi pemukul dari pabrik per atuan waktu (FL)
g = percepatan gravitasi (LT-2)
h = tinggi jatuh ram (L)
I = jumlah impuls menyebabkan kompresi/perubahan momentum (FT)
k1 = kompresi elastic capblock dan pile cap (L)
k2 = kompresi elastik tiang, yaitu
AE L x
Qu (L)
k3 = kompresi elastic tanah (L)
L = panjang tiang (L)
m = massa (berat / gravitasi) (FT2L-1)
Mr = ram momentum = Mr.v (FT)
n = koefisien restitusi
nI = jumlah impuls yang menyebabkan restitusi (FT)
Qu = kapasitas ultimate tiang (F)
s = penetrasi per pukulan (L)
vce = kecepatan tiang dan ram pada akhir periode kompresi (LT-1)
vi = kecepatan ram pada saat benturan (LT-1)
vp = kecepatan tiang pada akhir periode restitusi (LT-1)
vr = kecepatan ram pada akhir periode restitusi (LT-1)
Qu s sebelum tumbukan
sesudah tumbukan
Posisi tiang saat pemukul menumbuk penutup tiang
y = s + kompresi elastik bahan Vp
vi h
Wp
Wr = berat ram (termasuk berat casing untukpemukul aksi dobel) (F)
Rumus pancang dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut ini (Gambar 2.11).
Saat pemukul membentur kepala tiang, momentum dari balok besi panjang
(ram) awal :
(
)
g x W
Mr = r vi ………. (2.1)
Pada akhir periode pemampatan momentum (kompresi) dari balok besi panjang :
(
)
Ig x W
Mr = r vi − ……….. (2.2)
Dengan kecepatan :
(
)
−
=
r i
r ce
W g I g
v x W
v ……… (2.3a)
Gambar 2.11 Notasi yang digunakan dalam rumus dinamis tiang pancang Sumber : Hardiyatmo, 2002
Segera setelah tumbuka n, momentum tiang (Mp) = I, maka kecepatan tiang :
( )
IW g v
p
Bila dianggap tiang dan ram belum terpisah pada periode akhir kompresi,
kecepatan sesaat tiang dan ram sama. Oleh sebab itu dari persamaan (2.3a) dan
(2.3b):
Pada akhir periode restitusi, momentum tiang :
p
Subsitusikan persamaan (2.3c) ke persamaan (2.3d) diperoleh :
i
Pada akhir periode restitusi, momentum ram :
g
Subsitusikan persamaan (2.3c) ke persamaan (2.3f) diperoleh :
i
Energi total yang tersedia dalam tiang dan ram pada akhir periode restitusi adalah:
(1/2 mv2)ram + (1/2 mv2)pile
Subsitusikan persamaan (2.3e) dan persamaan (2.3g) dengan beberapa persamaan
dapat diperoleh :
Jika sistem 100% efisien, Qu dikalikan dengan perpindahan tiang (s) :
Perpindahan puncak tiang sesaat adalah s + k1 + k2+ k3 , dimana hanya (s) yang
permanen. Energi input aktual pada tiang :
ehWrh = Qu (s + k1 + k2+ k3) = Qu (s + C)
penggantian suku pertama energi ekivalen dengan ekivalen dari persamaan (2.3h),
diperoleh :
p r
p r
r h
W W
W n W
C s
h W e Qu
+ + +
=
2
……… (2.3i)
Cumming (1940) menunjukkan bahwa persamaan (2.3h) telah
mengikutsertakan efek-efek kehilangan yang diasosiasikan dengan k1, bentuk dari
persamaan (2.3i) umumnya lebih diterima dan dipakai.
Suku k2 dapat diambil sebagai pemampatan elastis dari tiang AE
L x Qu
.dengan
energi regang yang bersangkutan sebesar AE
L x Qu
2
2
.
Nilai-nilai k1 dapat dilihat dari Tabel 2.2. Nilai efisiensi pemukul (eh)
bergantung pada kondisi pemukul dan blok penutup (capblock) dan kondisi tanah
(khususnya untuk pemukul uap). Jika belum ada data yangtepat, nilai-nilai eh
dalam Tabel 2.3 dapat dipakai sebagai acuan. Nilai-nilai restitusi n ditunjuk
dalam Tabel 2.4, dimana nilai-nilai aktualnya bergantung pada tipe dan kondisi
bahan capblock dan bantalan kepala tiang.
Nilai k3 dapat diambil (Bowles, 1982)
K3 = 0 untuk tanah keras (batu, pasir sangat padat dan kerikil)
Tabel 2.2 Nilai-nilai k1 (Chellis,1961)
Bahan Tiang
Nilai k1 (mm) ,untuk tegangan akibat
pukulan pemancangan di kepala tiang 3.5 MPa 7 MPa 10.5 MPa 14 MPa
Tiang baja atau pipa langsung pada
kepala tiang 0 0 0 0
Tiang langsung pada kepala tiang 1.3 2.5 3.8 5
Tiang beton pracetak dengan 75-110
mm bantalan di dalam cap 3 6 9 12.5
Baja tertutup cap yang berisi bantalan kayu untuk tiang baja H atau tiang pipa
1 2 3 4
Piringan fiber 5 mm diantara dua
pelat baja 10 mm 0.5 1 1.5 2
Sumber : Bowles,1993
Tabel 2.3 Nilai Efisiensi eh(Bowles, 1977)
Type Efisiensi (eh)
Pemukul Jatuh (Drop Hammer)
Pemuku l Aksi Tungga l (Single Acting Hammer)
Pemuku l Aksi Dobel (Double Acting Hammer)
Pemuku l Diesel (Diesel Hammer)
0.75 – 1.0
0.75 – 0.85
0.85
0.85 – 1.0 Sumber : Bowles,1993
Tabel 2.4 Koefiensi restitusi n ( ASCE, 1941)
Material n
Broomed wood 0
Tiang kayu padat pada tiang baja 0.25
Bantalan kayu padat pada tiang 0.32
Bantalan kayu padat pada alas tiang 0.40
Landasan baja pada baja (steel on steel anvil) pada tiang baja atau
beton 0.50
Pemukul besi cor pada tiang beton tanpa penutup (cap) 0.40
Sumber : Bowles,1993
Dengan menuliskan persamaan (2.3i) serta mengeluarkan faktor ½ dari
semua suku k untuk energi regang. Maka rumus yang digunakan untuk persamaan
p
Untuk pemukul aksi ganda (double acting hammer) atau pemukul uap
diferensial, maka Chellis (1941,1961) menganjurkan bentuk persamaan Hilley :
p
Menurut Chellis, banyak energi per satuan waktu yang ditetapkan pabrik
sebesar Eh berdasarkan pada suatu suku berat ekivalen W dan tinggi jatuh ram (h)
sebagai berikut :
Eh = Wh = (Wr + berat kosen kotak) h
Pemeriksaan hati-hati dari persamaan (i) serta pemisahan suku-suku akan
menghasilkan :
Energi yang masuk = kerja + kehilangan tumbukan + kehilangan sungkup tanah
3
Nilai-nilai k1 dapat dihitung berdasarkan tabel nilai efisiensi eh
= 2,5 mm – 5 mm pada tanah yang lainnya.
Selain rumus Hilley, terdapat rumus-rumus dinamis lain, sebagai berikut :
a. Rumus Engineering News Record (ENR)
Energi yang masuk = energi digunakan + energi hilang
Energi yang digunakan sama dengan tahanan tiang waktu pemancangan (driving
resistance) dikalikan dengan perpindahan tiang. Jika energi yang masuk (energy
input) telah diketahui, dapat diestimasikan besarnya energi yang hilang yang
berdasarkan pada pengalaman. Dengan mengamati gerakan tiang waktu dipancang
dapat ditentukan tahanan tiang waktu pemancangan. Energi yang dihasilkan oleh
pemukul ditransformasikan sebagai gaya (Qu) yang menghasilkan penetrasi tiang
sebesar s dan energi yang hilang sewaktu pemancangan (∆E):
E = Qu s + ∆E ………
(2.8)
Jika ∆E = Qu C dan E = Wr h, dengan C = konstanta empiris untuk energi hilang
sewaktu pemancangan, Wr = berat pemukul, h = tinggi jatuh pemukul. Maka
persamaan yang terjadi :
Wr h = Qu s + Qu C
= Qu (s + C) ………
(2.9)
Dari persamaan ini diperoleh :
C s
h W
Qu r
+
= ………
Nilai C pada umumnya diambil 0,1” (0,254 cm) untuk pemukul dengan mesin
tenaga uap dan 1’ (2,54 cm) untuk pemukul yang dijatuhkan (drop hammer).
Persamaan di atas merupakan formula pemancangan tiang yang disarankan oleh
Sander (1851). Pada formula tersebut faktor aman (FS) diambil kira-kira 6. setelah
bertahun-tahun, rumus Rumus Engineering News Record (ENR) disempurnakan
menjadi :
b. Rumus Danish (Olson and Flate, 1967); (FS) adalah 3 – 6.
1
c. Rumus Eytelwein (Chellis, 1941); FS adalah 6.
d. Rumus Gates (Gates, 1957)
= 0,85 untuk semua palu yang lain
satuan S a b
SI mm 104,5 2,4
Inch 27 1,0
Faktor keamanan (FS) adalah 3
e. Rumus Janbu (Mansur and Hunter, 1970) ; FS adalah 3 - 6
f. Rumus Navy-Mc.Kay ; FS adalah 6.
(
1 0.3C1)
g. Rumus Kode Bangunan Uniform Pantai Pasific (International Conference of Building Officials,1982) Faktor keamanan adalah 4
AE L x Q C W
W W n W
C u
p r
p r
= +
+
= 2
2
1 ;
) (
n = 0.25 untuk tiang pancang baja
= 0.1 untuk semua tiang pancang lain
h. Rumus Michigan State Highway of Commision (1965)
p r
p r
h h u
W W
W n W
C s
E e Q
+ + +
= 1.25 ( 2 ) ………
(2.18)
Nilai C adalah 0.1” atau 0.254 cm
BAB III
APLIKASI PENGGUNAAN RUMUS DINAMIS DALAM TIANG PANCANG
3.1Perbedaan antara Beban Statis dan Dinamis
Keseimbangan gaya didasarkan atas kondisi statis, dimana
gaya-gaya tersebut tetap intensitasnya, tetap tempatnya, dan tetap arah/ gaya-gaya kerjanya.
Gaya-gaya tersebut disebut beban statis. Kondisi sepeti ini berbeda dengan beban
dinamis, dengan pokok-pokok perbedaan sebagai berikut :
a. Beban dimanis adalah beban yang berubah-ubah menurut waktu.
b. Beban dinamis hanya bekerja pada rentang waktu tertentu.
c. Beban dimanis dapat menyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat
massa yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan.
d. Beban dinamis lebih kompleks dibanding dengan beban statis, baik dari
bentuk fungsi bebannya maupun akibat yang ditimbulkan.
e. Karena beban dinamis berubah-ubah intensitasnya menurut waktu, maka
pengaruhnya terhadap struktur berubah-ubah menurut waktu.
f. Karena beban dinamis menimbulkan respon yang berubah-ubah menurut
waktu, maka struktur yang bersangkutan akan ikut bergerak. Dalam hal
ini beban akan melakukan resistensi terhadap gerakan dan umumnya
dikatakan bahan yang bersangkutan mempunyai kemampuan untuk
terdapat peristiwa redaman yang hal ini tidak ada pada pembebanan
statis (Widodo, 2000).
Inertial Forces
Gambar 3.1 Pembeban Statis dan Pembebanan Dinamis Sumber : Widodo, 2000
Untuk proses pemancangan saat kondisi tanah pasir yang tidak padat dan
jenuh air, pemancangan tersebut mengakibatkan penurunan kapasitas tiang
dibanding dengan kondisi pembebanan statis (pembebanan akibat beban struktur).
Sedangkan pada kondisi tanah plastis (Lempung, lanau), tahanan gesek tiang
sangat kecil dibanding dengan tahanan gesek sesudah waktu yang lama. Namun
tahanan tiang terhadap pukulan dinamis jauh lebih besar daripada tahanan beban
statis yang diterapkan pada periode yang waktu yang lama. Oleh sebab itu
berbagai cara dilakukan untuk menentukan hubungan antara tahanan dinamis
tiang selama pemancangan dengan kapasitas tiang terhadap pembebanan statis.
Hubungan tersebut disebut rumus tiang pancang, dimana rumus tersebut harus
tidak bergantung waktu. Jika pemakaian rumusnya tepat.
3.2Perhitungan
Sebuah tiang pancang dengan panjang tiang 10 m akan dipancang dengan
K25 (Diesel hammer) yang diproduksi oleh Kobe Diesel Hammers. Penetrasi
pukulan diambil dari data Kalendering pemancangan di lapangan pada 10 pukulan
terakhir adalah 2.4 centimeter dan data-data :
- Effisiensi alat pancang (eh) = 85 % (diambil dari Tabel 2.3)
- Alat pancang K25 dari Kobe Diesel Hammers (tabel Hammer) :
1. Energi alat pancang (Eh) = 68.73 kN.m
2. Berat ram (Wr) = 24.50 kN
3.2.1 Tiang Pancang Pracetak (Precast Concrete Pile)
Tiang pancang beton pracetak (precast concrete pile)diameter 40 cm
dengan mutu beton K-500 (fc’ = 41.5 MPa), data sebagai berikut :
- Diameter tiang (D) = 40 cm = 0.40m
- Luas tiang pancang (As) = 14.π.D2 = 14.π.(0.40)2 =0.1256m2
- Modulus Elastisitas tiang (Ep) = 4700 fc' =4700 41.5
= 30277.63201= 30277632.01 kN/m2
- Berat tiang pancang (W) = Bj.beton x As x L
= 24 kN/m3 x 0.1256 m2 x 10m
= 30.144kN.
- Topi + cap = 7.607 kN.
- Berat Tiang Pancang (Wp) = 30.144 kN + 7.607 kN = 37.751 kN.
Maka perhitungan untuk tiang pancang beton pracetak adalah :
a. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Metode Hilley
p r
p r
r h
W W
W n W k k k s
h W e Qu
+ + +
+ +
=
2
3 2
1 )
mm
Dari k2 = 0.002967m dapat menghasilkan :
kN
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
kN
b. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Metode ENR
maka :
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
.
c. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Danish
E
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
kN
d. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Gates
(
b s)
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
e. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Janbu
r
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
f. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Navy-Mc.Kay
Selanjutnya perhitungan ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
g. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Kode Bangunan Uniform
mm
Ini menghasilkan
002314
Karena nilai Qu-nya mendekati maka tidak perlu menghitung ulang C2.
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set:
kN
h. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Michigan State Highway of
Commision (1965).
.
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
kN
i. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Eytelwein
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set:
3.2.2 Tiang Pancang Pipa Baja OD 54 Inch.
Bila tiang pancang pracetak (precast concrete pile) diganti dengan tiang
pancang pipa baja OD 54 inch dengan asumsi berat tiang (Wp) yang hampir sama
yaitu 37.751 kN, data-data tiang baja:
E = 2.1 x 105 Mpa = 2.1 x 108 kN/m2
Asbaja = 63.4 inc2 = 0.0409 m2 (Tabel A-2)
Wp = (215 x 0.1488164) + 7.607
= ±37.751 kN.
Dapat dihitung kapasitas tiang dengan rumus dinamis sebagai berikut:
a. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Metode Hilley
n = 0.5
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
kN
b. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Metode ENR
p
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
.
E
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set:
kN
d. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Gates
(
b s)
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
kN
e. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Janbu
kN
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
kN
f. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Navy-Mc.Kay
(
1 0.3C1)
Selanjutnya perhitungan ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
kN
g. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Kode Bangunan Uniform
Pantai Pasific (International Conference of Building Officials,1982)
(
)
Ini menghasilkan
)
Karena nilai Qu-nya mendekati maka tidak perlu menghitung ulang C2.
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set:
h. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Michigan State Highway of
Commision (1965).
n = 0.5
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set :
kN
j. Perhitungan Kapasitas Tiang dengan Rumus Eytelwein
Untuk perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Kapasitas ijin tiang (Qall) pada final set:
