BAB II
STUDI PUSTAKA
2.1 Pengertian Fondasi Tiang
Fondasi tiang ( pile foundation ) adalah fondasi yang mampu menahan gaya orthogonal ke sumbu tiang dengan cara menyerap lenturan, dibuat menjadi satu kesatuan yang monolit dengan menyatukan pangkal tiang yang terdapat di bawah konstruksi, dengan tumpuan fondasi (Sosrodarsono & K. Nakazawa, 1983).
Beban terdistribusi sebagai beban vertikal dari beban sepanjang poros fondasi tiang atau pemakaian beban secara langsung terhadap lapisan yang lebih rendah melalui ujung fondasi tiang (Bowless, 1991). Jenis fondasi ini digunakan bilamana letak tanah keras sangat dalam, yang yang umumnya dinyatakan dalam rasio Df/B > 10. Diatas lapisan tanah keras dijumpai lapisan tanah lunak dengan kuat dukung rendah. Jadi tanah keras ini mendukung beban yang yang bekerja, dan struktur tiang harus mampu menerima beban yang mengakibatkan terjadinya lentur atau tarik. Bentuk tampang tiang dapat berbentuk lingkaran, segi empat, segi enam, segi delapan, bahkan tidak beraturan. Berdasarkan metode instalasinya, fondasi tiang pada umumnya dapat diklasifikasikan atas :
1) Tiang Pancang ( pile driving foundation )
Fondasi tiang pancang merupakan sebuah tiang yang dipancang kedalam tanah sampai kedalaman yang cukup untuk menimbulkan tahanan gesek pada selimutnya atau tahanan ujungnya. Pemancangan tiang dapat dilakukan dengan memukul kepala tiang dengan hammer pile atau getaran atau dengan penekan secara hidrolis.
2) Tiang Bor ( bored pile )
Sebuah fondasi tiang bor dibuat dengan cara menggali sebuah lubang bor yang kemudian diisi dengan material beton dengan memberikan penulangan terlebih dahulu.
2.2 Fondasi Tiang Pancang
Fondasi tiang pancang digolongkan berdasarkan kualitas bahan material dan cara pelaksanaan. Menurut kualitas bahan material yang digunakan, tiang pancang dibedakan menjadi empat yaitu tiang pancang kayu, tiang pancang beton, tiang pancang baja dan tiang pancang composite (kayu-beton dan baja-beton). Tiang pancang beton berdasarkan cara pembuatannya dibedakan menjadi dua macam yaitu cast in place (tiang beton cor ditempat atau fondasi tiang bor) dan precast pile (tiang beton dibuat ditempat lain atau dibuat dipabrik). Fondasi tiang pancang dibuat ditempat lain (pabrik, dilokasi) dan baru dipancang sesuai dengan umur beton setelah 28 hari. Karena tegangan tarik beton adalah kecil, sedangkan berat sendiri beton adalah besar, maka tiang pancang beton ini harus diberi tulangan yang cukup kuat untuk menahan momen lentur yang akan timbul pada waktu pengangkatan dan pemancangan. Pemakaian fondasi tiang pancang mempunyai keuntungan dan kerugian.
Keuntungannya yaitu :
a) Karena tiang dibuat di pabrik dengan pemeriksaan kualitas yang ketat, maka hasilnya lebih dapat diandalkan.
b) Prosedur pelaksanaan tidak dipengaruhi oleh air tanah
c) Cara pemancangan sangat cocok untuk mempertahankan daya dukung vertikal.
Kerugiannya :
a) Karena dalam pelaksanaannya menimbulkan getaran dan kegaduhan maka pada daerah yang berpenduduk padat di kota dan desa, akan menimbulkan masalah disekitarnya.
b) Pemancangan sulit, bila diameter tiang terlalu besar
c) Bila panjang tiang pancang kurang, maka untuk melakukan penyambungannya sulit dan memerlukan alat penyambung khusus. d) Bila memerlukan pemotongan maka dalam pelaksanaannya akan lebih
sulit dan memerlukan waktu yang lama.
2.3 Kapasitas Daya Dukung Tiang Tunggal
2.3.1 Daya Dukung Vertikal Berdasarkan N-SPT
Menurut Wright and reese (1997), ditinjau dari cara mendukung beban, tiang dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu:
1) Tiang dukung Ujung (end bearing pile)
Tiang dukung ujung adalah tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan oleh tahanan ujung tiang. Umumnya, tiang dukung ujung berada dalam zona tanah yang lunak yang didasari tanah keras. Tiang-tiang dipancang sampai mencapai batuan dasar atau lapisan keras, sehingga dapat mendukung beban yang diperkirakan dengan tidak mengakibatkan penurunan berlebihan. Daya dukung tiang, sepenuhnya ditentukan dari tahanan dukung lapisan keras yang berada di bawah ujung tiang.
2) Tiang gesek (friction pile)
Tiang gesek adalah tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan oleh perlawanan gesek antara sisi tiang dan tanah di sekitarnya. Tahanan gesek dan pengaruh konsolidasi lapisan tanah di bawahnya diperhitungkan pada hitungan daya dukung tiang.
Rumus Wright and reese (1997) sudah sangat umum di kenal untuk menghitung daya dukung Fondasi dalam seiring berjalannya waktu rumus Wright
and Reese ini dikembangkan lagi oleh beberapa penggunanya yang diantaranya
Mashyur, Sindu , Davy. S dan Wiratman :
Perhitungan daya dukung tiang tunggal adalah menentukan jumlah daya dukung ujung tiang dan tahanan geser dinding tiang :
u s p
Q Q Q 2.1
Keterangan :
Qs = tahanan dinding tiang (kN)
Qu = daya dukung vertikal ultimit (kN)
Qp = tahanan ujung tiang (kN)
Menurut Wright and Reese Perhitungan daya dukung tiang tunggal adalah :
Dalam hal memperkirakan daya dukung tahanan dinding Qs ada suatu cara
dimana perkiraan dihitung berdasarkan data penyelidikan lapisan di bawah permukaan tanah dengan menggunakan nilai Cu untuk tanah ( lempung ) dan data N-SPT untuk tanah ( pasir ) menurut Mashur.
Untuk Tanah Lempung (Kulhawy) : . . .
s
Q Cu P Li 2.2
Pengambilan nilai Cu (Terzaghi and Peck) : 6. '60
u
Untuk Tanah Pasir (Wright and Reese) : 2,1. . . s Q N SPT P Li ; N < 53 2.4
0,2.N 159,5 . .
P Li ; N > 53 2.5 Keterangan :P = luas penampang tiang (m2)
Li = tebal lapisan tanah (m)
Cu = data geser tanah undrained
Sedangkan dalam memperkirakan daya dukung tahanan Ujung Qp untuk
tanah (lempung ) dan ( pasir ) menurut Mashur yaitu : Untuk Tanah Lempung (Wright and Reese) :
9. .
p
Q Cu P 2.6
Untuk Tanah Pasir (Wright and Reese) :
70. .
p
Q N SPT Korelasi P < 4000 (kN/m2) ; N,57 2.7
Perhitungan daya dukung tiang tunggal adalah :
Untuk Tanah Lempung (Wright and Reese) : . . .
s
Q Cu P Li 2.8
Pengambilan nilai Cu (Terzaghi and Peck) : 10. '60
u
C N 2.9
3. . .
s
Q SPT P Li ; N < 53 2.10
((N3) / 4,5) 160 . .
P Li ; N > 53 2.11 Sedangkan dalam memperkirakan daya dukung tahanan Ujung Qp untuktanah (lempung ) dan ( pasir ) menurut Sindu yaitu : Untuk Tanah Lempung (Wright and Reese) :
9. .
p
Q Cu P 2.12
Untuk Tanah Pasir (Wright and Reese) :
67. .
p
Q N SPT Korelasi P < 4000 (kN/m2) ; N,57 2.13
Perhitungan daya dukung tiang tunggal adalah :
Untuk Tanah Lempung (Wright and Reese) : . . .
s
Q Cu P Li 2.14
Pengambilan nilai Cu (Terzaghi and Peck) : 6,25. '60
u
C N 2.15
Untuk Tanah Pasir (Wright and Reese) : 3. . .
s
Q SPT P Li ; N < 160 kN/m2 2.16
Sedangkan dalam memperkirakan daya dukung tahanan Ujung Qp untuk
tanah (lempung ) dan ( pasir ) menurut Davy . S yaitu : Untuk Tanah Lempung (Wright and Reese) :
9. .
p
Q Cu P < 3600 kN/m2 2.18
Untuk Tanah Pasir (Wright and Reese) :
67. .
p
Q N SPT Korelasi P < 4000 (kN/m2) ; N < 4000 kN/m2 2.19
Perhitungan daya dukung tiang tunggal adalah :
Untuk Tanah Lempung (Wright and Reese) : . . .
s
Q Cu P Li 2.20
Pengambilan nilai Cu (Terzaghi and Peck) : 6. '60
u
C N 2.21
Untuk Tanah Pasir (Wright and Reese) : 3. . .
s
Q SPT P Li ; N < 150 kN/m2 2.22
Sedangkan dalam memperkirakan daya dukung tahanan Ujung Qp untuk
tanah (lempung ) dan ( pasir ) menurut Wiratman yaitu : Untuk Tanah Lempung (Wright and Reese) :
9. .
p
Q Cu P < 3600 kN/m2 2.23
Untuk Tanah Pasir (Wright and Reese) :
65. .
p
Pada nilai daya dukung tiang dari persamaan Wright and Reese (1997), maka di klasifikasikan oleh beberapa cara dan asumsi , seperti tabel 2.1 dibawah ini : Tabel 2.1 Bearing capacity on based N-SPT
Untuk mendapatkan nilai daya dukung ijin tiang dari persamaan Wright and Reese (1997), maka diperlakukan reduksi nilai daya dukung ultimit tiang dengan membagi dengan nilai faktor keamanan tertentu. faktor aman ini perlu diberikan dengan maksud:
a) Untuk memberikan keamanan terhadap ketidakpastian dari metode hitungan yang digunakan.
b) Untuk memberikan keamanan terhadap variasi kuat geser dan kompresibilitas tanah.
c) Untuk meyakinkan bahwa bahan tiang cukup aman dalam mendukung beban yang bekerja.
d) Untuk meyakinkan bahwa penurunan total yang terjadi pada tiang tunggal atau kelompok tiang masih dalam batas-batas toleransi.
e) Untuk meyakinkan bahwa penurunan tidak seragam diantara tiang-tiang masih dalam batas-batas toleransi.
2.3.2 Korelasi Nilai N-SPT Dengan Parameter Tanah
Parameter tanah sangat diperlukan pada perhitungan penurunan dan gesekan negatif, tetapi pada beberapa kasus di yang terjadi di lapangan parameter tanah yang ada hanya pada kedalaman tertentu, sehingga dilakukan korelasi nilai N-SPT dan konsistensi suatu tanah terhadap beberapa parameter tanah.
N<=53 N >53
Masyhur 6*N 0.45 a x cu x p x Li 9*cu*A 2.1 x N x p x Li [0.2 x N + 159.5] x p x Li 70 x N x A (< 4000 kN); N< 57 Sindhu 10*N 0.55 a x cu x p x Li 9*cu*A 3 x N x p x Li [((N-3)/4.5) + 160] x p x Li 67 x N x A (< 4000 kN); N< 57 Davy S 6.25*N 0.5 a x cu x p x Li 9*cu*A (< 3600 kPa) 67 x N x A (< 4000 kN); N< 57 Wiratman 6*N 0.6 a x cu x p x Li 9*cu*A (< 3600 kPa) 65 x N x A (< 4000 kN); N< 57
c-soil
Skin Friction (kN) fsoil
3 x N x p x Li (< 160 kPa) 3 x N x p x Li (< 150 kPa)
Tabel 2.2 Korelasi antara N-SPT dan qu (Terzaghi & Peck, 1967) Konsistensi N-SPT qu (kPa) Very soft < 2 < 25 Soft 2-4 25-50 Medium 4-8 50-100 Stiff 8-15 100-200 Very stiff 15-30 200-400 Hard > 30 > 400
2.3.3 Analisis Kapasitas Tiang Pancang Dengan Rumus Dinamis 2.3.3.1 Pemancangan Tiang Pancang
Tiang pancang dapat dipancang dengan setiap jenis palu, asalkan tiang pancang tersebut dapat menembus masuk pada kedalaman 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, katrol dan tiang pancang harus mempunyai sumbu yang sama dan harus terletak 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 atau ditentukan dengan pengujian pembebanan sampai mencapai kedalaman penetrasi akibat 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 terakhir kepala tiang pancang tidak boleh lebih tinggi dari yang sudah ditentukan.
2.3.3.2 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 memasukan tiang pancang tidak kurang dari 3 mm untuk setiap pukulan 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 pancang tersebut.
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
pancang diperkirakan sekonyong – konyongnya akan mendapat penolakan akibat batu tanah yang benar – benar tidak dapat ditembus lainnya. Bilaman 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 harus 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
( Hammer ) mesin uap , pemukul getar atau pemukul jatuh.
Macam – macam tipe pemukul pada alat pancang : a. Pemukul Aksi Tunggal ( Single Acting Hammer )
Pemukul aksi tunggal berbentuk memanjang dengan ram yang bergerak naik oleh udara atau uap yang terkompresi, sedangkan turunya ram disebabkan oleh beratnya sendiri. Energi pemukul aksi tunggal adalah sama dengan berat ram yang dikalikan dengan tinggi jatuhnya.
b. Pemukul Aksi Ganda ( Double Acting Hammer )
Pemukul aksi double menggunakan uap atau udara untuk mengangkat ram dan untuk mempercepat gerakkan ke bawah. Kecepatan pukulan dan energy output biasanya lebih tinggi dari pada pemukul aksi tunggal.
c. Pemukul Diesel ( Hammer Diesel )
Pemukul Diesel terdiri atas silinder, ram, blok anvil, dan sistem injeksi bahan bakar.
Alat pemancangan tipe ini berbentuk ebih sederhanan dibandingkan dengan
hammer lainnya. Dalam pengoperasiannya , energy alat didapat dari berat ram yang
menekan udara didalam silinder. Pemukul Diesel dibedakan menjadi 2 tipe yaitu
Open Ended dan Closed Ended.
- Open Ended
Pada Hammer Open Ended , pemukul dijatuhkan dengan tenaga gravitasi dan energi yang diteruskan kelandasan dengan pukulan langsung. Bahan bakar dimasukkan keruang 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.
- Closed Ended
Pada Hammer Closed Ended , rumah – rumahan lebih luas ari silindernya dengan tujuan membentuk ruang pantul dimana udara ditekan oleh pemukul yang bergerak naik. Udara yang tertekan tersebut bertindak 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.
d. Pemukul Getar ( Vibrator Hammer )
Alat ini sangat baik dimanfaatkan pada tanah lembab. Jika material dilokasi berupa pasir kering maka pekerjaan menjadi lebih sulit karena material tersebut tidak terpengaruh dengan adanya getaran yang dihasilkan oleh alat. Alat ini memiliki bebrapa batang horizontal dengan beban eksentris.
Podasi tiang dapat dipancang 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 vertical bertambah.
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 dapat dibuat sama dengan frekuensi alami sistem, tipe ini dikenal Resonant 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 tekanan tidak berlebihan dan menghalangi berat dan tenaga pemancangan. Karena gaya Tarik ke atas crane dapat melebihi gaya Tarik kebawah , 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 diatas tiang. Pemukul jatuh terdiri dari
blok pemberat yang dijatuhkan dari atas palu tersebut kemudian dilepaskan jatuh mengenai bagian atas tiang. Untuk mengindari tiang menjadi rusak akibat tumbukan ini , pada kepala tiang dopasang semacam topi atau cap sebagai penahan energi tuas 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 tetapi kebanyakan sekarang hammer digerakkan dengan mesin uap dan tenaga diesel.
Faktor – factor 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 diperhatikan dalam Tabel 2.3
2.3.3.3Daya Dukung Tiang Pancang dari Hasil Kalendering
Untuk perencanaan daya dukung tiang pancang dari hasil kalendering ada empat metode yang digunakan, yaitu metode metode Hilley, metode Formula Danish metode modified New ENR. Dan metode Janbu.
Dalam penjabaran rumus pancang , terlebih dahulu perlu ditunjukan notasi – notasi dan satuan yang akan dipakai :
A = luas penampang tiang (L2 )
eh = efisiensi palu (hammer eficiency)
Eh = Energi pemukul dari pabrik persatuan waktu ( FL )
g = percepatan gravitasi (LT-2 )
h = tinggi jatuh ram ( L )
I = jumlah impuls menyebabkan kompresi / perubahan momentum ( FT ) k1 = kompresi elastik capblock dan pile cap ( L )
k2 = kompresi elastik tiang yaitu Qu . L / AE . (L)
k3 = kompresi elastik tanah ( L )
L = panjang tiang ( L )
m = massa ( berat / gravitasi ) ( FT2 L-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 )
Wr = berat ram ( termasuk berat casing untuk pemukul aksi double ) ( F) Rumus pancang dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut :
Saat pemukul membentur kepala tiang , momentum dari balok besi panjang ( ram ) awal :
( . )Wr Vi Mr
g
2.25
Pada periode pemampatan momentum ( kompresi ) dari balok besi panjang : ( . ) 1Wr Vi Mr g 2.26 Dengan kecepatan : ( . ) 1Wr Vi g Vce g Wr 2.27
Segera setelah tumbukan , momentum tiang ( Mp ) = 1 , maka kecepatan tiang : ( )g
Vce I
Wp
Bila dianggap tiang dan ram belum terpisah pada periode akhir kompresi , kecepatan sesaat tiang dan ram sama. Oleh sebab itu dari persamaan ( 2.27 ) dan ( 2.28 ) : ( . ) ( ) Wr Wp I Vi g Wr Wp 2.29 Pada akhir periode restitusi , momentum tiang :
p
Wp
I nI v
g
2.30
Substitusikan persamaan ( 2.29 ) ke persamaan ( 2. 30 ) diperoleh : . i Wr n Wr Vp v Wr Wp 2.31 Pada akhir periode restitusi , momentum ram :
.
i r
Wp v I nI Wr v
g g
2.32
Substitusikan persamaan ( 2.29 ) ke persamaan ( 2. 32 ) diperoleh : . i Wr n Wp Vi v Wr Wp 2.33 Energi total yang tersedia dalam tiang dan ram pada akhir periode restitusi adalah:
Substitusikan persamaan ( 2.31 ) ke persamaan ( 2. 33 ) dengan beberapa persamaan dapat diperoleh : 2 2 2 . . . 2. r 2. p Wr v Wp v eh Wr hWr n Wp g g Wr Wp 2.34
Jika system 100% efisien , Qu dikalikan dengan perpindahan tiang (s) :
. . .
Qu S eh Wr h
Perpindahan puncak tiang sesaat adalah s + k1 + k2 + k3 , dimana hanya ( s) yang
permanen. Energi input aktual pada tiang :
1 2 3
. . ( ) ( )
eh Wr h Qu s k k k Qu s C
Penggantian suku pertama energy ekivalen dengan ekivalen persamaan ( 2.34 ), diperoleh : 2 . . . . eh Wr h Wr n Wp Qu s C Wr Wp 2.35
Cumming (1940) menunjukan bahwa persamaan ( 2.34 ) telah mengikutsertakan efek –efek kehilangan yang diasosiasikan dengan k1, bentuk dari
persamaan ( 2.35) umumnya lebih diterima dan dipakai. Suku k2 dapat diambil
sebagai penempatan elastis dari tiang 2. 2. . Qu L
A E
Nilai – nilai k1 dapat dilihat dari table 2.3. Nilai efisiensi pemukul ( eh )
bergantung pada kondisi pemukul dan blok penutup ( capblock ) dan kondisi tanah ( khususnya untuk pemukul uap ). Jika belum ada data yang tepat , nilai – nilai restitusi eh ditunjuk dalam tabel 2.4 dapat dipaki sebagai acuan. Nilai – nilai restitusi n ditunjuk dalam tabel 2.5, 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 )
= 2,5 mm – 5 mm pada tanah yang lainnya Tabel 2.3 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
Tabel 2.4 Nilai – nilai eh ( Bowles , 1977 )
(eh)
Pemukul Jatuh ( Drop Hammer ) 0.75 – 1.0 Pemukul Aksi Tunggal ( Single Acting Hammer ) 0.75 – 0.85 Pemukul aksi Ganda ( Double Acting Hammer ) 0.85 Pemukul Diesel ( Diesel Hammer ) 0.85 – 1.0 Tabel 2.5 Koefisien restitusi n ( ASCE , 1941 )
n
Broomed wood 0
Tiang kayu padat tiang baja 0.25
Bantalan kayu padat pada tiang 0.32
Bantalan kayu pada alas tiang 0.40
Landasan baja pada baja (steel on steel anvil) pada tiang baja atau
beton 0.50
Tabel 2.6 Karakter alat pancang diesel hammer ( Buku Katalog Kobe Diesel Hammer )
Type
Tenaga Hammer Jlh.
Pukulan Permenit
Berat Balok Besi Panjang
kN-m Kip-ft Kg-cm kN Kips Kg K 150 379.9 280 3872940 45 - 60 147.2 33.11 15014.4 K 60 143.2 105.6 1460640 42 - 60 58.7 13.2 5987.4 K 45 123.5 91.1 1259700 39 - 60 44 9.9 4480 K 35 96 70.8 979200 39 - 60 34.3 7.7 3498.6 K 25 68.8 50.7 701760 39 - 60 24.5 5.5 2499
Dengan menuliskan persamaan (2.35) serta mengeluarkan faktor ½ dari semua suku k untuk energi regang. Maka rumus yang digunakan untuk persamaan Hilley (1930), yaitu 2 1 2 3 . . . 1 ( ) 2 eh Wr h Wr n Wp Qu Wr Wp s k k k 2.36
Untuk pemukul aksi ganda ( Double acting hammer ) atau pemukul uap diferensial , mka challis ( 1941,1961 ) menganjurkan persamaan Hilley :
2 1 2 3 . . 1 ( ) 2 eh Eh Wr n Wp Qu Wr Wp s k k k 2.37
Menurut Chellis, banyak energy persatuan waktu yang ditetapkan pabrik sebesar Eh berdasarkan pada suatu suku berat ekivalen W dan tinggi jatuh ram (h)
sebagai berikut :
Pemeriksaan hati – hati dari persamaan (i) serta pemisahan suku – suku akan menghasilkan :
Energi yang masuk = kerja + kehilangan + kehilangan sungkup tanah 2 1 2 3 .(1 ) . . u. . hWp n u. u. u. ehWr h Q s eh W Q k Q k Q k Wp Wr 2.38
Nilai – nilai k1 dapat dihitung berdasarkan tabel nilai efisiensi eh dan untuk k2 :
2 . . Qu L k A E 2.39
k3 = 0 untuk tanah keras
= 2,5 mm – 5 mm pada tanah lainnya
b. Rumus Engineering News Record( ENR )
Energi yang masuk = energi digunakan + energi hilang
Energi yang digunakan sama dengan tahann tiang waktu pemancangan
( driving resistence ) dikalikan dengan perpindahan tiang. Jika energy yang masuk
( energi input ) telah diketahui , dapat diestimasikan besarnya energy 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 energy yang hilang sewaktu pemancangan ( ∆E ):
.
Jika ∆E = Qu . C dan E = Wr . h , dengan C = konstanta empiris untuk energy
hilang sewaktu pemancangan , Wr = berat pemukul , h = tinggi jatuh pemukul.
Maka persamaan yang terjadi :
. . .
Wr h Qu s Qu C 2.41
( )
Qu s C
Dari peramaan ini diperoleh : . Wr h Qu s C 2.42
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 :
Qu = 2 . . . h r r p r p e W h W n W x s C W W 2.43
c. Rumus Danish ( Olson and Flate , 1967 ) ; (FS) adalah 3 - 6
Qu =e Ehh. s C 2.44 C1 = . . 2. . h h e E L A E
d. Rumus Janbu ( Mansur and Hunter , 1970 ) ; (FS) adalah 3 - 6 Qu =e Ehh. s C 2.45 Dengan : Ku =Cd 1 Cd
2.4 Pengaruh Faktor Aman ( Safety Factor ) terhadap Kapasitas Tiang
Ultimate ( Qu ).
Besarnya beban kerja ( working load ) atau kapasitas tiang ijin ( Qall) dapat memperhatikan keamanan terhadap keruntuhan adalah nilai kapasitas tiang ultimate ( Qu ) diabagi dengan factor aman ( FS ) yang sesuai . Pada Masing – masing rumus dinamis juga menggunakan Faktor keamanan yang berbeda – beda seperti Tabel 2.7 di bawah ini.
Tabel 2.7 Faktor Aman ( Safety Factor )
Rumus Dinamis FS
Hilley 4
Danish 3
ENR 6
2.5 Uji Pembebanan Loading Test 2.5.1 Pengertian Loading Test
Pembebanan static atau yang disebut juga dengan loading test. Merupakan cara yang paling tepat untuk menguji daya dukung tanah. Uji pembebanan statik merupakan bagian yang cukup penting untuk mengetahui respon tiang pada selimut dan ujungnya serta besar daya dukung ultimit. Berbagai metode untuk medapatkan hasil daya dukung ultimit yang diperoleh setiap metode dapat memberikan hasil berbeda.
Dalam rekayasa fondasi untuk mendapatkan hasil uji beban statik, dapat dilihat dengan kurva penurunan beban, besar deformasi plastis tiang kemungkinan terjadi kegagalan yang disebabkan oleh bahan tiang dan sebagainya. Dalam pengujian hingga 200% dari beban kerja sering dilakukan pada tahap verifikasi daya dukung, tetapi untuk alasan optimasi dan kontrol beban ultimit pada gempa, sering kali diperlukan pengujian 250% hingga 300% dari beban kerja.
Di dalam pengujian beban statik adalah pemberian beban statik dan pengukuran pergerakan tiang. Beban diberikan secara bertahap dan penurunan harus diamati. Definisi keruntuhan yang diterima dan dicatat untuk interpretasi lebih lanjut adalah bila di bawah suatu beban yang konstan dimana tiang yang turun terus menerus. Pada umumnya beban runtuh tidak dicapai saat pengujian. Oleh karena itu daya dukung ultimit dari tiang hanya merupakan suatu estimasi.
Pada dasarnya tiang dapat diuji setelah 28 hari beton dicor, untuk memungkinkan tanah yang telah terganggu kembali kekeadaan semula, dan tekanan air pori akses yang terjadi akibat pemancangan tiang telah terdisipasi.
Yang harus diperhatikan dalam loading test adalah jumlah pembebanan
(loding test) adalah 1-2% dari jumlah titik tiang bor yang dilakukan pada lapangan,
jumlah titik yang di loading dari jumlah titik tiang bor. Struktur tidak boleh memperlihatkan tanda.tanda keruntuhan seperti terjadinya retak.retak yang berlebihan atau terjadi lendutan yang melebihi persyaratan keamanan yang telah ditetapkan dalam peraturan.peraturan bangunan.
2.6 Uji Beban Vertikal ( Axial Compression Loading Test )
Uji beban vertikal digunakan untuk mengetahui besar daya dukung ultimit tiang untuk menerima gaya aksial. Ciri khusus penurunan beban pada uji pembebanan vertikal menunjukkan jenis kurva penurunan beban yang dialami oleh tiang vertikal dalam berbagai kondisi.
Gambar 2.3 Ciri Khusus beban-penurunan pada uji pembebanan vertikal (Tomlinson, 1997)
Ciri khusus penurunan beban pada uji pembebanan vertikal pada: a. Lempung lunak–kaku padat atau pasir tak padat
b. Lempung kaku
c. Tiang dukung ujung pada batu berpori lunak
d. Badan tiang dari beton lunak tergesek secara menyeluruh e. Celah tiang tertutup akibat beban
Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada waktu pelaksanaan percobaan pembebanan vertikal adalah sebagai berikut:
a. Selang waktu pemasangan tiang dengan pengujian untuk hal ini belum ada peraturan yang tegas dalam pengujian ini.
b. Untuk tiang beton “cast in place” tentu saja percobaan dapat dilakukan setelah beton mengeras (28 hari) disamping mungkin ada persyaratan lainnya.
c. untuk tiang pancang (pre cast) ada beberapa pendapat mengenai kapan tiang dapat di test, menurut Terzaghi, tiang yang diletakkan diatas lapisan yang permeable misalya berpasir, maka percobaan dapat dilakukan 3 (tiga) hari setelah pemancangan, pada tiang – tiang yang dimasukkan dalam lapisan lanau dan lempung, maka percobaan ini hendaknya dilakukan setelah pemancangan berumur 1 (satu) bulan.
d. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah berapa panjang tiang tersisa dipermukaan tanah, pada prinsipnya penonjolan ini harus sependek mungkin untuk menghindari kemungkinan terjadinya tekuk, untuk loading test yang dilakukan didarat, maka sisa tiang tidak boleh lebih dari 1 m, sedangkan pada lokasi berair siatas dasar sungai (muka tanah) dapat lebih dari 1 m dengan catatan harus ada kontrol tekuk.
2.7 Uji BebanTarik (Uplift Loading Test)
Pada uji pembebanan tarik Gambar 2.4 pengukuran beban dengan gerakan tiang ditarik ke atas sesuai dengan pengujian beban aksial. Uji beban tarik digunakan untuk mengetahui daya dukung ultimit fondasi tiang menahan tarik, seperti beban gempa, momen dan lain sebagainya.
Interpretasi untuk menentukan keruntuhan beban pada uji tarik bisa bervariasi, tergantung pada besarnya gerakan yang bisa ditolerir, tetapi lebih mudah dilakukan dibandingkan dengan uji tekan karena komponen perlawanan tidak bercampur dengan tahanan ujung. Cara untuk menentukan daya dukung ultimit untuk tarik dicapai pada defleksi kepala tiang sebesar 6,25 mm.
Gambar 2.4 Uji pembebanan tarik (Tomlinson, 1997)
2.8 Kapasitas Daya Dukung Tiang dengan Metode Davisson
Didalam Metode Davisson (1972) Metode batas offset mungkin yang terbaik 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:
X =0,15+(D/120) 2.46 Sf=Δ+0,15+(D/120) 2.47
Hubungan beban dengan penurunan dalam Metode Davisson Seperti yang terlihat pada Gambar 2.5 bahwa garis tekanan elastis pada tiang dapat diperoleh dari persamaan deformasi elastis dari suatu tiang, yang mana diperoleh dari persamaan elastis:
Dimana:
Sf : penurunan pada kondisi kegagalan D : diameter tiang
Q : beban yang diterapkan L : panjang tiang
E : modulus elastisitas dari tiang A : luas dari tiang
Gambar 2.5 Hubungan beban dengan penurunan Metode Davisson (Prakas dan Sharma,1990)
2.9 Kapasitas Daya Dukung Tiang Bor dengan Metode Mazurkiewicz
Metode ini diasumsikan bahwa dengan kapasitas tahanan terbesar (ultimate) akan didapatkan dari beban yang berpotongan, diantaranya beban yang searah sumbu tiang untuk dihubungkan beban dengan titik-titik dari posisi garis terhadap sudut 45o pada beban sumbu yang berbatasan dengan beban (Prakash dan Sharma, 1990). Hubungan beban dengan penurunan dengan menggunakan Metode Mazurkiewicz diperlihatkan seperti Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Hubungan beban dengan penurunan metode Mazurkiewicz. (Prakas dan Sharma, 1990)
2.10 Kapasitas Daya Dukung Tiang Bor dengan Metode Chin
Berdasarkan anggapan bahwa hanya terjadi deformasi geser dan bahwa kurva beban-penurunan adalah berbentuk hiperbola, maka grafik
va
Q
merupakan garis lurus yang miring letaknya. Besarnya daya dukung ultimit merupakan inverse slope dari garis tersebut yaitu dibagi
va
Q
.
a. Gambarkan kurva antara rasio penurunan terhadap beban (s/Q), dimana s adalah penurunan dan Q adalah beban seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 b. Tarik garis lurus yang mewakili titik-titik yang telah digambarkan, dengan
persamaan garis tersebut adalah s/Q = c1-. s + c2
c. Hitung c1 dihitung dari persamaan garis atau dari kemiringan garis lurus yang telah ditentukan
