BAB II BAB II
TINJAUAN PUSTAKA TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
2.1. Uraian UmumUraian Umum
Seluruh rekayasa konstruksi pada dasarnya bertumpu pada tanah dan didukung oleh Seluruh rekayasa konstruksi pada dasarnya bertumpu pada tanah dan didukung oleh fondasi sebagai struktur bawah. Fondasi merupakan struktur yang berfungsi untuk fondasi sebagai struktur bawah. Fondasi merupakan struktur yang berfungsi untuk mentransfer beban bangunan ke tanah keras atau tanah yang memiliki daya dukung ≥ 250 mentransfer beban bangunan ke tanah keras atau tanah yang memiliki daya dukung ≥ 250 kg/cm
kg/cm22. Fondasi juga dirancang untuk menstabilkan gaya. Fondasi juga dirancang untuk menstabilkan gaya – – gaya perlawanan yang gaya perlawanan yang disebabkan oleh tanah seperti gaya vertikal, gaya lateral
disebabkan oleh tanah seperti gaya vertikal, gaya lateral dan beban uplift.dan beban uplift.
Adapun beberapa faktor
Adapun beberapa faktor – – faktor yang perlu diperhatikan dalam perencanaan fondasi, faktor yang perlu diperhatikan dalam perencanaan fondasi, yaitu:
yaitu: a.
a. Fungsi bangunanFungsi bangunan b.
b. Beban yang harus dipikul oleh fondasiBeban yang harus dipikul oleh fondasi c.
c. Kondisi tanah dasarKondisi tanah dasar
Kondisi tanah dasar yang dimaksud adalah pengaruh karakteristik,
Kondisi tanah dasar yang dimaksud adalah pengaruh karakteristik, indeksindeks dandan engineering properties
engineering properties tanah terhadap fondasi. tanah terhadap fondasi.
Berdasarkan faktor
Berdasarkan faktor – – faktor diatas fondasi terbagi menjadi dua, faktor diatas fondasi terbagi menjadi dua, yaitu:yaitu:
1.
1. Fondasi Dangkal (Fondasi Dangkal ( Shallow FoundationShallow Foundation ) ) Fondasi dangkal pada umumnya diletakkan
Fondasi dangkal pada umumnya diletakkan pada pada kedalaman kedalaman ≤ ≤ 3 3 meter meter dari dari permukaan tanah dan me
permukaan tanah dan memiliki nilaimiliki nilai Df/B ≤ 4. Dimana Df adalah total kedalamanDf/B ≤ 4. Dimana Df adalah total kedalaman fondasi terhitung dari dasar fondasi sampai permukaan tanah, dan B adalah lebar fondasi terhitung dari dasar fondasi sampai permukaan tanah, dan B adalah lebar dasar fondasi.
2. Fondasi Dalam ( Deep Foundation )
Fondasi dalam digunakan pada kedalaman > 3 meter dari permukaan tanah dan memiliki nilai Df/B > 10. Fondasi dalam tidak hanya digunakan pada gedung bertingkat yang memiliki beban besar, namun juga digunakan pada kondisi tanah
tertentu dimana fondasi dangkal tidak mendukung untuk menompang bangunan.
Tiang Bor atau Bored Pile adalah salah satu fondasi dalam dimana metode pelaksanaannya dilakukan dengan cara mengebor tanah terlebih dahulu. Kemudian tulangan yang telah dirakit dimasukkan kedalam tanah dan setelah itu dilakukan pengecoran. Apabila tanah pada lokasi tiang bor cukup stabil dan keras, maka alat bor dapat membentuk lubang bor yang stabil pula. Namun apabila tanah pada lokasi tiang bor mengandung air yang cukup banyak, maka pipa selubung diperlukan guna menahan dinding lubang. Pipa selubung dapat ditarik ketika akan dilakukan pengecoran. Pada tanah dasar yang berupa batuan lunak, lebar dasar tiang dapat diperbesar untuk menambah tahanan pada ujung tiang.
2.2. Teori dan Metode Analisa 2.2.1 Daya Dukung Tiang
Kapasitas daya dukung ultimate tiang terdiri dari tahanan ujung tiang (Qp) dan tahanan pada kulit tiang (Qs). Hal ini dipengaruhi oleh kondisi tanah dasar dan karakteristik tanah
disekitar tiang. Seperti yang digambarkan oleh Braja M Das dibawah ini:
Gambar 2.2 Daya Dukung Tiang
Sehingga kapasitas daya dukung ultimate tiang dapat dituliskan kedalam bentuk persamaan sebagai berikut:
= +
... (2.1) Keterangan :Qu = Tahanan Ultimate Tiang Qp = Tahanan Ujung Tiang Qs = Tahanan Kulit Tiang
2.2.2 Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang berdasarkan Data Parameter Tanah dari Laboratorium
A. Metode Statis Meyerhoff
Meyerhoff (1976), mengajukan formula statis untuk menganalisa daya dukung tiang dengan menggunakan faktor daya dukung (Nc dan Nq) berdasarkan parameter tanahnya (pasir menggunakan nilai sudut geser Ø, lempung menggunakan nilai kuat geser Cu), sehingga formulanya dibedakan untuk tanah pasir dan lempung.
Meyerhoff (1976) merekomendasikan prosedur berikut untuk menentukan daya dukung tiang pada tanah granular.
Untuk daya dukung tiang ujung (Qp) formula yang digunakan ialah:
Qp = A p.q p = Ap.q’.N*q ... (2.1) Keterangan:
Qp = daya dukung ujung tiang A p = luas penampang ujung tiang
qp = daya dukung batas diujung tiang per satuan luas q’ = tegangan vertical efektif pada ujung tiang
N*q = faktor daya dukung ujung untuk tanah pasir (Gambar 2.2) yang besarnya tergantung nilai Ø
Untuk daya dukung tiang ujung (Qs) formula yang digunakan ialah:
Qs p
.
L.
f atau1.2.2.1. Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang dengan Metode Davisson
Metode Davisson (1972) dikenal sebagai metode batas offset yang dikenal secara luas. Metoda ini telah diusulkan oleh Davisson sebagai beban yang sesuai dengan pergerakan dimana melebihi tekanan elastis (yang diasumsikan sebagai kolom yang berdiri bebas) dengan suatu nilai 0,15 inchi dan suatu faktor sepadan dengan ukuran diameter tiang yang dibagi oleh 120.
Kegagalan beban didefinisikan sebagai beban yang mendorong untuk membentuk sebuah deformasi yang sama pada penyajian akhir dari tekanan tiang elastis dan sebuah deformasi yang sejajar dari pencerminan
tekanan tiang elastis untuk prosentase diameter tiang. Hubungan ini dituliskan sebagai berikut:
= 0,15 +
... (2.2) = ∆ + 0,15 +
... (2.3) Garis tekanan elastis pada tiang dapat diperoleh dari persamaan deformasi elastis dari suatu tiang seperti persamaan dibawah ini :
∆ =
... (2.4) Keterangan:
Sf = penurunan pada kondisi kegagalan D = diameter tiang
P = beban yang diterapkan L = panjang tiang
E = modulus elastisitas dari tiang A = luas dari tiang
Sehingga hubungan beban dengan penurunan dalam Metode Davisson dapat digambarkan seperti berikut.
Gambar 2.4 Kurva Interpretasi Beban – Penurunan dengan Metode Davisson
1.2.2.2. Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang dengan Metode Mazurkiewich
Metode ini mengasumsikan bahwa kapasitas tahanan terbesar (ultimate) didapatkan dari perpotongan antara sumbu beban yang tegak lurus searah sumbu penurunan tiang yang kemudian membentuk garis terhadap sudut 45° dan garis perpotongan tersebut dihubungkan sehingga memotong sumbu beban ultimate (Prakash dan Sharma, 1990). Hubungan beban dan penurunan dengan menggunakan Metode Mazurkiewich diperlihatkan pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.5 Kurva Interpretasi Beban – Penurunan Metode Mazurkiewich
1.2.2.3. Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang dengan Metode Chin
Metode ini telah dilakukan dengan penelitian dilaboratorium atau percobaan dilapangan menggunakan tiang pancang mini dan formulanya memberikan hasil yang baik. Formula Chin didasarkan pada nilai failure load dengan model persamaan hiperbola dari Kodner (1963).
Berikut prosedur penentuan daya dukung ultimate dengan metode chin: 1. Menghitung nilai S/P dari data penurunan (S) dan beban (P)
3. Menghubungkan titik – titik hubungan sehingga mendapatkan garis linier kurva
Gambar 2.6 Kurva Interpretasi Beban – Penurunan dengan Metode Chin
2.2.3 Kapasitas Daya Dukung Ujung Tiang dengan Data N-SPT
a. Tahanan Ujung pada Tanah Non – Kohesif ApabilaSand , nilaiɸ ≠0 maka:
= × ... (2.5)
Dimana = 0,4 × × () ×
≤ 4 × × ()... (2.6)
Keterangan:
Pa= Tekanan atmosfir (100 kN/m2atau 2000 lb/ft2)
b. Tahanan Ujung pada Tanah Kohesif ApabilaClay, nilai ɸ =0 Maka:
= 9 × ... (2.7)
Dimana
= 0,6(
)
dalam satuan t/m2... (2.8) Keterangan :Ap = Luas tiang (m2)
Cu = Nilai kohesi tanah atau Undrained Shear Strength
2.2.4. Kapasitas Daya Dukung Selimut Tiang dengan Metode Alpha
Dalam perencanaan geoteknik, ada dua kriteria yang harus dipenuhi yaitu kriteria stabilitas (Ultimate Limit State, ULS) dan kriteria deformasi (Serviceability Limit State, SLS). Stabilitas berkaitan dengan kondisi pada saat failure dimana deformasi yang terjadi sudah sangat besar dan kuat geser tanah sudah termobilisasi secara penuh. Isu kegagalan atau stabilitas ini harus dihindari dalam desain tetapi perlu diestimasikan kembali untuk memastikan bahwa beban yang terjadi pada tanah tidak melebihi kekuatannya. Yang sering menjadi penentu dalam desain adalah deformasi yang terjadi pada struktur pada saat kondisi beban kerja (working load ). Stabilitas dihitung dengan menggunakan pendekatan perilaku tanah pada kondisi ultimite atau dikatakan sudah mencapai plastis. Sedangkan deformasi dihitung dengan menggunakan teori elastisitas yang mengasumsikan tanah dengan nilai modulus atau kekakuan. Pada perencanaan geoteknik, metode modern mengadopsi perilaku stress-strain tanah dari kondisi zero strain hingga mencapai ultimite (runtuh) sehingga kita bisa mengetahui perilaku tanah dari awal hingga gagal.
Sehingga kriteria stabilitas fondasi tiang di tinjauan dari perilaku undrained tanah atautotal stress analysis.
1. Metode Alpha
Metode Alpha disebut juga sebagai metode undrained analysis atau metode total stress analysis. Dikatakan demikian karena parameter tanah yang digunakan adalah undrained shear strength tanah (atau sering dinotasikan dengan notasi cu atau su). Definisi dari situasiundrained adalah tekanan air pori tambahan (excess pore water pressure) didalam tanah tidak diijinkan untuk disipasi pada saat loading ataupun
unloading. Asumsi ini cukup logis pada tanah lempung mengingat nilai permeabilitas tanahnya yang sangat kecil (~ 1E-9 m/s) dibandingkan dengan
kecepatan pembebanan. Tentu saja untuk jangka panjang, tekanan air pori tambahan akan terdisipasi dan kembali ke kondisi equilibrium yaitu kondisi hidrostatik. Proses disipasi ini dinamakan konsolidasi yang bersamaan dengan penurunan tanah dan kuat geser tanah akan meningkat juga. Situasi pada akhir konsolidasi dinamakan drained dimana parameter tanahnya tidak lagi dikarakterisasikan dengan cu tapi dengan c’ dan Φ’ .
Dengan kata lain, metode undrained ini adalah untuk kondisi jangka pendek dan metodedrained adalah untuk kondisi jangka panjang.
2. Asumsi pada Metode Alpha
Dalam perencanaan fondasi, uji beban statis ( static loading test ) rutin dilakukan. Kondisi tanah lempung pada saat uji beban statis ini menyerupai kondisi undrained dibandingkan dengan drained . Oleh karena itu, apabila ingin dilakukan perbandingan hasil hitungan kita dengan hasil uji beban statis hendaknya dilakukan
perbandingan yang seimbang. Metode Beta yang asumsinya adalah drained analysis tentu saja akan berbeda dengan metode Alpha. Kapasitas fondasi dengan metode Beta akan berbeda dengan metode Alpha karena secara fundamental asumsi yang digunakan tidak sama. Dari aspek teoritis, metode Beta ini mempunyai rasional scientifik yang lebih kuat dibandingkan dengan metode Alpha.
Paremeter undrained shear strength tanah bisa didapatkan dari berbagai cara baik itu dari hasil pengujian di laboratorium seperti uji Unconsolidated Undrained dan Consolidated Undrained maupun dari hasil pengujian in – situ test seperti SPT, CPT, PMT, VST, dsb. Yang perlu diperhatikan adalah apakah parameter cu yang didapat akurat atau tidak.
Hasil uji CPT, PMT dan VST pada umumnya memberikan hasil yang lebih akurat dibandingkan dengan SPT. Yang mungkin lebih akurat lagi adalah uji triaxial CU test dengan catatan kondisi initial stress tanah dikembalikan ke kondisi aktualnya di dalam tanah dengan proses konsolidasi di dalam sel mesin triaxial. Consolidation pressure yang digunakan sesuai dengan effective overburden pressure pada kedalaman sampel diambil. Dengan demikian, ganguan yang terjadi pada saat pengambilan sampel bisa diminimalisasi meskipun struktur atau fabrik t anah tidak bisa dikembalikan ke kondisi semula.
3. Analisa Friction Pile dengan Metode Alpha (α)
Perhitungan kapasitas atau tahanan ultimite selimut tiang (fs) dengan metode Alpha menggunakan rumus yang sangat sederhana yaitu faktor adhesi (α) dikalikan dengan kuat geserundrained tanah (cu) yang dapat dilihat pada persamaan dibawah ini:
Faktor Alpha, atau dikenal juga dengan sebutan faktor adhesi, ini sifatnya empiris dan tergantung kepada jenis fondasi tiang apakah itu tiang bor atau tiang pancang. Secara implisit, faktor Alpha ini mengandung efek konstruksi yang terjadi pada saat pelaksanaan tiang yang notabene sulit dianalisa secara teoritis terutama untuk tiang bor. Efek – efek konstruksi seperti efek pemancangan yang mengakibatkan tekanan air pori tambahan akibat terdesaknya tanah secara lateral dan kemudian yang diikuti oleh terdisipasinya tekanan air pori tambahan tersebut untuk mencapai kondisi
equilibrium lalu diikuti oleh proses pembebanan tiang, semuanya diperhitungan secara tersembunyi atau implisit melalui faktor Alpha.
Untuk fondasi tiang pancang, ada dua jenis korelasi yang populer digunakan yaitu dari Tomlinson (1957, 2008) dan Randolph and Murphy (1985). Korelasi Alpha Tomlinson berdasarkan database dari hasil uji beban statis pada tiang – tiang pancang di on-shore (terutama dari UK), dengan kurva korelasi faktor Alpha dan
nilau cu seperti dibawah ini:
Gambar 2.7 Kurva Korelasi Alpha dari Thomlison (2008)
Sedangkan korelasi Randolph and Murphy (1985) berdasarkan database tiang –
didalam standard American Petroleum Institute (API) RP2A. Korelasi faktor adhesi dan nilai cu digambarkan pada kurva dibawah ini:
Gambar 2.8 Kurva Korelasi Alpha dari Randolph dan Murphy (1985)
Tomlinson (2008) dari hasil perbandingannya dengan uji beban statis 40 tiang pancang pada tanah stiff clay menyimpulkan bahwa tidak ada perbedaan yang
signifikan dari kedua korelasi tersebut.
Korelasi Alpha yang mula – mula direkomendasikan oleh Tomlinson (1957) berbeda dengan publikasi yang sekarang dimana pada sumbu horizontal kurvanya menggunakan nilai cu bukan cu/σv’ seperti saat ini dan yang juga digunakan oleh Randolph and Murphy (1985). Hal tersebut dimotivasi oleh berbagai riset yang menunjukkan bahwa nilai cu dipengaruhi oleh OCR tanah. Randolph and Wroth (1982) merekomendasikan bahwa nilai alpha bisa dikorelasikan dengan rasio cu/σv’ yang secara tidak langsung memperhitungkan faktor OCR.
Dimana nilai alpha pada korelasi ini umumnya mendekati angka 1 untuk tanah very soft clay dan turun ke angka sekitar 0.5 atau dibawahnya untuk tanah stiff dan very stiff clay.
Kurva Alpha diatas memberikan rekomendasi awal untuk perhitungan kapasitas fondasi tiang pancang. Untuk detail desain, nilai Alpha ini bisa dikalibrasi dari hasil uji beban statis pada tiang uji yang dilaksanakan sampai gagal atau ultimite.
Untuk Fondasi tiang bor, nilai Alpha yang populer digunakan adalah yang direkomendasikanoleh O’Neill and Reese (1988). Seperti digambarkan pada kurva dibawah ini:
Gambar 2.9 Kurva Korelasi Alpha dari O’Neill dan Reese (1988)
Dimana nilai alpha umumnya lebih kecil dibandingkan dengan tiang pancang dan berkisar antara 0.55 – 0.40.
Secara matematis, (dimana pa = tekanan atmosfir = 2000 lb/ft)
α = 0.55 untuk cu/Pa < 1.5
α = 0.55 - 0.1 (cu/Pa - 1.5) untuk 1.5 ≤ cu/Pa ≤ 2.5
α = 0.40 untuk cu/Pa ≥ 3.00
a. Tahanan kulit pada Tanah Non – Kohesif menggunakan Data N – SPT
Qs = Σp × ΔL × fav... (2.10) Dimana = 0,224 × × (60), dalam satuan t/m2... (2.11)
P = Keliling Tiang
ΔL
= Kedalaman Tiangfav = Hambatan Selubung Tiang
b. Tahanan Kulit pada tanah Kohesif menggunakan Data N-SPT
= × × ... (2.12) Keterangan:
Li: panjang tiang tertanam -i
Pada penelitian ini nilai
