2.1 Pendahuluan
Pada bab ini akan dibahas beberapa hal yang mendasari penelitian yang dilakukan, meliputi:
- Perumusan mengenai daya dukung tiang pancang pada tanah kohesif.
- Cara interpretasi daya dukung ultimate berdasarkan hasil dari loading test.
- Perumusan daya dukung tiang berdasarkan hasil final set.
- Static Load Test (SLT).
- Dynamic Loading Test (DLT).
- Pengaruh getaran akibat pemancangan tiang.
2.2 Daya Dukung Tiang Pada Tanah Kohesif 2.2.1 Meyerhoff (1953)
Qu = 40.Nb.Ab + 5
As . Ns
dimana: Qu = daya dukung ultimate (ton) Nb = N-value pada ujung tiang
Ab = luas penampang ujung tiang (m²) Ns = nilai SPT rata-rata
As = luas selimut sepanjang tiang (m²)
2.2.2 Luciano Decourt (1987) Qu = Qs + Qb
dimana: Qu = daya dukung ultimate (ton) Qs = tahanan gesekan ultimate (ton) Qb = tahanan ujung ultimate (ton) Qs = As.qs
qs = 3
Ns + 1 (t/m²)
dimana: As = luas selimut sepanjang tiang (m2) qs = adhesi sepanjang tiang (t/m²)
Ns = nilai SPT rata-rata dengan syarat 3<N<50 (tidak termasuk N yang digunakan untuk Qb) Qb = Ab.Nb.k
dimana: Ab = luas penampang ujung tiang (m²)
k = koefisien yang tergantung dari jenis tanah (Tabel 2.1.) Nb = N-value pada ujung tiang
Tabel 2.1. Nilai koefisien yang tergantung dari jenis tanah (Luciano Decourt,1987)
Nilai k
Soil Type k (t/m²)
Clays 12
Clays silt* 20 Sand silt * 25
Sand 40
* residual soil
2.2.3 Cone Penetration Test (CPT).
Qu = Ab.qc + As.fs
dimana: Qu = daya dukung ultimate (ton) Ab = luas penampang ujung tiang (m²) qc = tahanan ujung (t/m²)
= rata-rata dari qc pada kedalaman 4d dibawah ujung bawah tiang dan qc pada kedalaman 8d diatas ujung bawah tiang (Heijnen,1974 ; DeRuiter and Beringen, 1979)
d = diameter tiang (m)
As = luas selimut sepanjang tiang (m²)
fs = skin friction (Nottingham and Schmertmann’s, 1975) = c’.fsc
c’= Nottingham adhesion factor (Gambar 2.1.) fsc = local side friction
Gambar 2.1. Nottingham adhesion factor (Nottingham & Schmertmann, 1975)
2.2.4 Rumus umum
Qu = Nc.cb.Ab + . cu . As
dimana: Nc = bearing capacity factor (Skempton,1951)
= 9
cb = undrained kohesi pada ujung tiang (t/m²) Ab = luas penampang ujung tiang (m²)
= faktor adhesi (Gambar 2.2.)
cu = undrained kohesi rata-rata sepanjang tiang (t/m²) As = luas selimut sepanjang tiang (m²)
Gambar 2.2. Kurva faktor adhesi ( ) (Tomlinson, 1977)
2.2.5 Method (Vijayvergiya & Focht, 1972) Qs = . (po + 2cu) . As
dimana: = koefisien (Gambar 2.3.)
po = tegangan vertikal efektif rata-rata sepanjang tiang (t/m²) cu = undrained kohesi rata-rata sepanjang tiang (t/m²) As = luas selimut sepanjang tiang (m²)
Gambar 2.3. Nilai koefisien untuk berbagai macam kedalaman menurut (Vijayvergiya & Focht, 1972)
2.2.6 Penentuan Perkiraan Undrained Shear Strength (cu)
Cara menentukan cu yang tidak diketahui dari penyelidikan tanah dapat diperoleh dari hubungan antara cu dan NSPT atau hubungan antara cu dan soil properties (Gambar 2.4. dan Tabel 2.2.).
Undrained strength, c,In ksf
N - Blows per ft20 40 60 Saturated clay - Unified class
CH CL
SC-ML
Gambar 2.4. Hubungan NSPT dan Undrained strength (cu) (George B. Sowers, 1970)
Tabel 2.2. Nilai cu tergantung dari jenis tanah. (Tomlinson,1977) Jenis Tanah Undrained Shear Strength (kN/m²)
Soft plastic clay 20 - 40
Firm plastic clay 40 - 75
Stiff plastic clay 75 - 150
Soft slightly plastic clay 20 - 40 Firm slightly plastic clay 40 - 75 Stiff slightly plastic clay 75 - 150
Organic clay -
Peat -
2.3 Perumusan Dinamis
Dalam merencanakan suatu pondasi tiang yang aman dan baik perlu diperhatikan juga daya dukung yang terjadi selama pemancangan. Daya dukung tersebut tergantung dari berat hammer, jarak jatuh hammer dan final set yang terjadi selama proses pemancangan. Berikut ini merupakan beberapa perumusan dinamis (Tabel 2.3.):
Tabel 2.3. Perumusan dinamis
Rumus Keterangan
Dutch Formula (1812) Qu =
Wp Wr
Wr s
h Wr
. + .
Qu = daya dukung ultimate (ton) h = jarak jatuh hammer (cm) s = final set (cm/blow) Wr = berat hammer (ton) Wp = berat tiang (ton) Eytelwein Formula (1820)
Qu =
Wr s Wp
Eh eh
1 . 0
. +
Qu = daya dukung ultimate (ton) eh = efisiensi hammer (Tabel 2.4.) Eh = energi hammer (ton in) s = final set (in/blow) Wr = berat hammer (ton) Wp = berat tiang (ton)
Weisbach Formula (1850) Qu=
. 2
. . . . . 2 .
. + +
−
L E A s L
E A h Wr L
E A s
Qu = daya dukung ultimate (ton) s = final set (cm/blow)
A = luas melintang tiang (cm2) E = Young’s modulus of the pile L = panjang tiang (cm)
Wr = berat hammer (ton) h = jarak jatuh hammer (cm) Sanders Formula (1851)
Qu = s
h Wr.
Qu = daya dukung ultimate (ton) Wr = berat hammer (ton)
h = jarak jatuh hammer (cm) s = final set (cm/blow) Engineering News Formula (1888)
For drop hammer : Qu = ) 1 (
. + s
h Wr
For single acting hammer :Qu =
) 1 . 0 (
. + s
h Wr
Qu = daya dukung ultimate (ton) Wr = berat hammer (ton)
h = jarak jatuh hammer (in) s = final set (in/blow)
Hilley Formula (1925) Qu =
Wp Wr
Wp n Wr c c c s
h Wr eh
+
× + + + +
2
) 3 2 1 ( 5 . 0
. .
Qu = daya dukung ultimate (ton) eh = efisiensi hammer (Tabel 2. 4.) h = jarak jatuh hammer (cm) s = final set (cm/blow)
c1 = koefisien karena adanya kehilangan tekanan elastis dari kepala tiang dan cap
c2 = koefisien karena adanya kehilangan tekanan elastis dari tiang c3 = koefisien karena adanya kehilangan tekanan elastis dari tanah Wr = berat hammer (ton)
Wp = berat tiang (ton)
n = koefisien restitusi (Tabel 2.5.)
Janbu Formula (1953) Qu=
. 2
. 3
, 0 5 , 1
. . . . 2 .
. +
+
− +
L E A s Wr L
Wp E A h Wr eh L
E A s
Qu = daya dukung ultimate (ton)
s = final set (in/blow)
A = luas melintang tiang (cm2) E = Young’s modulus of the
pile (ton/cm2) L = panjang tiang (cm) eh = efisiensi hammer (Tabel 2.4.)
h = jarak jatuh hammer (cm) Wr = berat hammer (ton)
Wp = berat tiang (ton) Danish Formula
(SØrensen & Hansen , 1957) Qu =
E A
L h Wr s eh
h Wr eh
. . . . . 5 , 0
. . +
Qu = daya dukung ultimate (ton)
eh = efisiensi hammer (Tabel 2.4.)
h = jarak jatuh hammer (cm) s = final set (cm/blow) Wr = berat hammer (ton) L = panjang tiang (cm)
A = luas melintang tiang (cm2) E = Young’s modulus of the
pile (ton/cm2)
Tabel 2.4. Efisiensi hammer (W.G.K. Fleming, 1992) Type of Hammer Efisiensi hammer(eh) Drop hammer (trigger fall) 1
Steam or compresed air hammer 0.9 Drop hammer (winch operated) 0.8
Diesel hammer 0.6-0.8
Tabel 2.5. Koefisien Restitusi (W.G.K. Fleming, 1992) Cushion type Koefisien Restitusi (n)
Micarta plastic 0.8 Greenheart oak 0.5
Other timber 0.3
2.4 Tes Pembebanan
2.4.1 Static Loading Test (SLT)
Tujuan dari SLT adalah mendapatkan grafik antara beban dan penurunan.
Metode yang digunakan dalam SLT ini berdasarkan peraturan ASTM D-1143-81 yang menggunakan metode maintained load. Counterweight yang berupa blok- blok beton dipakai sebagai kentledge dan hydraulic jack dengan kapasitas 500 ton diletakkan diatas kepala tiang untuk memberikan gaya axial kepada tiang (Gambar 2.5.). Prosedur SLT dapat dilihat pada Tabel 2.6.
Gambar 2.5. Static Loading Test menggunakan loaded platform (ASTM D-1143,1987)
Tabel 2.6. Prosedur loading test untuk 425 ton beban ultimate No. Cycle Duration of loading Applied Load Remarks
(minute) % Ton
1 I 0 0 0
2 0-10-20-30-40-50-60 25 42.5 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours 3 0-10-20-30-40-50-60 50 85 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours
4 0-10-20 25 42.5
5 II 0-10-20-30-40-50-60 0 0
6 0-10-20 50 85
7 0-10-20-30-40-50-60 75 127.5 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours 8 0-10-20-30-40-50-60-…-120- 100 170 12 hour if s< 0,25 mm/hour or max 24 hours
150-180-…-600-660-720
9 0-10-20-30-40-50-60 75 127.5
10 0-10-20-30-40-50-60 50 85
11 III 0-10-20-30-40-50-60 0 0
12 0-10-20 50 85
13 0-10-20 100 170
14 0-10-20-30-40-50-60 125 212.5 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours 15 0-10-20-30-40-50-60 150 255 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours
16 0-10-20 125 212.5
17 0-10-20 100 170
18 0-10-20 50 85
19 IV 0-10-20-30-40-50-60 0 0
20 0-10-20 50 85
21 0-10-20 100 170
22 0-10-20 150 255
23 0-10-20-30-40-50-60 175 297.5 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours 24 0-10-20-30-40-50-60-…-120- 200 340 12 hour if s< 0,25 mm/hour or max 24 hours
150-180-…-600-660-720
25 0-10-20-30-40-50-60 175 297.5
26 0-10-20-30-40-50-60 150 255
27 0-10-20-30-40-50-60 100 170
28 0-10-20-30-40-50-60 50 85
29 V 0-10-20-30-40-50-60 0 0
30 0-10-20 50 85
31 0-10-20 100 170
32 0-10-20 150 255
33 0-10-20 200 340
34 0-10-20-30-40-50-60 225 382.5 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours 35 0-10-20-30-40-50-60 250 425 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours
36 0-10-20 225 382.5
37 0-10-20 200 340
38 0-10-20 150 255
39 0-10-20 100 170
40 0-10-20 50 85
41 0-10-20-30-40-50-60 0 0 1 hour if s< 0,25 mm/hour or max 2 hours
2.4.2 Dynamic Load Test (DLT)
Tujuan dari DLT adalah untuk mendapatkan grafik hubungan beban dan penurunan yang nantinya digunakan untuk mengetahui beban ultimate dari tiang pancang. Tes ini dilakukan dengan menggunakan hydraulic hammer Junttan 7 ton pada kepala tiang untuk menghasilkan signal yang direkam dan dianalisa dengan bantuan komputer. Alat yang digunakan untuk mengoperasikan DLT ini adalah Foundation Pile Diagnostic System-6.30 (FPDS-6.30) yang dikembangkan oleh TNO building and construction research, Netherland.
Cara mendapatkan data Qu dari DLT adalah :
• Dua buah sensor yaitu strain and acceleration sensor dipasang pada sisi tiang pada arah yang berlawanan satu dengan yang lain menggunakan baut angker. Sensor ini dihubungkan dengan kabel ke komputer.
• Beban dinamis diberikan pada kepala tiang sehingga menghasilkan compression wave yang merambat sampai ujung bawah tiang dan memantul kembali keatas. Gelombang yang didapatkan oleh sensor ini kemudian diproses dan disimpan di lapangan dengan komputer FDPS.
• Setelah DLT, dilakukan analisa menggunakan komputer program TNOWAVE dengan memasukkan data tiang serta data tanah. Perhitungan ini dilakukan dengan menggunakan persamaan gelombang.
• Model dari tanah menggambarkan kelakuan dari fungsi penurunan, kecepatan dan percepatan menggunakan parameter empiris yang tergantung dari data tanah yang telah diketahui.
• Setiap hasil dari analisa TNOWAVE dibandingkan dengan hasil dari kelakuan tiang yang diukur selama DLT di lapangan dengan metode iterasi, dari dynamic parameter yang cocok dapat ditentukan tahanan ujung dan tahanan gesek dari tiang. Cara ini disebut “Signal Matching”.
• Soil parameter yang didapatkan dari persamaan iterasi diatas kemudian digunakan pada TNOSTAT program untuk mendapatkan grafik beban dan penurunan dari tiang yang dites.
• Grafik beban dan penurunan yang didapat dari DLT dibandingkan dengan grafik beban dan penurunan dari SLT.
• Flowchart cara mendapatkan load displacement diagram dari DLT dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Flowchart cara mendapatkan load displacement diagram dari DLT.
2.5 Interpretasi Daya Dukung Ultimate.
Untuk tes pembebanan yang dilaksanakan sampai mengalami beban ultimate, daya dukung tiang ultimate jelas diketahui. Tetapi untuk tes pembebanan dengan beban maksimum yang belum menyebabkan kelongsoran pada pondasi tiang, beban ultimate tiang tidak dapat diketahui. Dalam hal ini beberapa cara interpretasi diusulkan sebagai berikut:
2.5.1 Metode Chin Fung Kee (1970)
Menurut metode ini daya dukung ultimate diperoleh dari invers slope persamaan garis linier yang diplot dari hubungan antara penurunan dan penurunan dibagi beban (Gambar 2.7.).
Gambar 2.7. Menentukan Qu berdasarkan metode Chin Fung Kee
2.5.2 Metode Swedish Pile Commission (90% criteria)
Beban ultimate adalah beban yang memberikan penurunan sebesar 2 kali penurunan yang disebabkan oleh 90% beban ultimate. Dalam hal ini anggapan beban ultimate ditentukan terlebih dahulu dan penurunan yang dihasilkan dicatat.
Beban yang telah ditentukan tersebut benar-benar beban ultimate walau 90% dari beban tersebut menghasilkan penurunan sebesar setengah dari penurunan akibat beban yang dianggap beban ultimate tersebut (Gambar 2.8.).
Gambar 2.8. Menentukan Qu berdasarkan Brinch Hansen
2.5.3 Metode Mazurkievwicz (1972)
Pada metode ini garis-garis yang berjarak sama dalam arah tegak lurus sumbu penurunan memotong kurva beban-penurunan. Kemudian dari perpotongan garis sejajar sumbu penurunan dengan garis beban digambar garis bersudut 450 sehingga memotong garis beban berikutnya. Untuk mendapatkan beban ultimate, titik potong ini kemudian dihubungkan hingga membentuk suatu garis yang akan memotong sumbu beban. Angka keamanan untuk beban kerja yang diijinkan adalah 2 (Gambar 2.9.).
Gambar 2.9. Menentukan Qu berdasarkan metode Mazurkievwicz
2.5.4 Metode Asaoka
Metode Asaoka ini sebenarnya digunakan untuk memprediksi waktu dan penurunan yang akan datang berdasarkan data-data waktu dan penurunan yang tercatat. Dalam penelitian ini cara Asaoka ini digunakan untuk memprediksi grafik hubungan beban dan penurunan berdasarkan data-data beban dan penurunan yang ada. (Gambar 2.10).
Gambar 2.10. Memprediksi kurva beban-penurunan dengan Asaoka
Prosedur penggunaan metode Asaoka :
a. Mula-mula gambar kurva beban-penurunan lalu bagian yang melengkung yang terjadi dibagi menjadi beberapa jarak yang besarnya sama (Gambar 2.11.) sehingga diperoleh nilai-nilai penurunan (S1 ... Sn).
b. Kemudian dari titik-titik penurunan tersebut ditarik garis yang tegak lurus terhadap kurva beban-penurunan sehingga didapat nilai beban (P1 … Pn).
c. Nilai-nilai beban yang diperoleh Pi diplot terhadap Pi – 1 dalam suatu grafik (Gambar 2.11.).
d. Untuk mendapatkan beban ultimate, tarik garis lurus yang melewati titik-titik beban tersebut dan dipotongkan dengan garis 450 hingga didapat titik pertemuan dari kedua garis tersebut.
Gambar 2.11. Prosedur pemakaian metode Asaoka
2.6 Pengaruh Getaran Akibat Pemancangan
Pemancangan seringkali menimbulkan kerusakan bangunan sekitarnya akibat getaran yang ditimbulkannya. Besarnya getaran ini dipengaruhi oleh jenis tanah dan jenis hammer yang digunakan. Besarnya getaran ditentukan oleh peak particle velocity (V), Energi (E), dan jarak dari sumber getaran (r) yang ditunjukkan oleh persamaan :
V = C . xY r E
dimana : x = 0,5 – 1,5
C = tergantung jenis tanah dan hammer
= 1,5 untuk stiff / dense soil
= 0,75 untuk firm to stiff / medium dense soil
= 0,25 untuk soft to loose soil y = 0,50
Tabel 2.7. Max Allowable Velocities (W. G. K. Fleming, 1992)
Class Description Max velocities
(mm/s) 1 Ruins and building of great historical value 2 2 Building with existing deflects, having visible crack
in brickwork
5
3 Undamaged buildings in technically good condition, apart from minor deflect such as crack in plaster
10
4 ‘Strong’ buildings (for example industrial buildings In reinforced concrete or steel
10-40
Suatu grafik yang berguna untuk pengontrolan getaran akibat pemancangan ini ditunjukkan di Gambar 2.12.
Gambar 2.12. Hubungan antara peak vertikal velocity, energi pemancangan, jenis tanah, dan jarak terhadap pemancangan.
Line 1 : V=1,5 E is upper bound for stiff or dense soil.
Line 2 : V=0,75 E is upper
bound for firm to stiff or medium dense soil.
Line 3 : V=0,25 E is upper bound for soft or loose soils.
Suggested damage criteria for relatively new,fairly sound, residential structure.
(a) No problem
(b) Further investigation required (c) Traditional impulse driving not recommended
2.7 Alat pancang
Generasi baru hammer untuk pemancangan adalah hydraulic hammer.
Kelebihan dari hydraulic hammer antara lain : tingkat efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan drop hammer, tingkat kebisingan yang lebih rendah, tidak menyebabkan polusi, dan getaran akibat pemancangan yang lebih kecil.
Gambar 2.13. Hammer Junttan HHK7a
Tabel 2.8. Spesifikasi Hydraulic Hammer Junttan HHK7a
Max Energy 61,600 ft.lbs/84 KNM
Max Drop Height 3.94 ft/1.2 M
Oil flow 118.9 gpm/450 lpm
Operating pressure 2753 PSI/190 bar
Maximum stroke 48 inches
Minimum stroke 8 inches
Blows per min. at minimum stroke 100 bpm
Blows per min. at maximum stroke 40 bpm
Total suspended weight without drive cap 26,650 lbs
Drive cap (consult factory if piles are over 34 inch O.D.) 1,350 lbs
Ram weight 15,400 lbs
Manufacturer Polypenco BV
Material type Monocast MC 901
Cross section area 445 square inches
Diameter 24 inches
Elastic-Modulus 285 kips per square inch
Thickness 8 inches
Coeff. of Restitution 0.8
Overall height 19 feet 6 inches
Overall width 26 inches
