DESAIN PANCANG

(1)

JURUSAN TEKNIK SIPIL– FT UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

HAND OUT

REKAYASA PONDASI 2

PONDASI TIANG PANCANG

HANGGORO TRI CAHYO A.

(2)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 1

Terimakasih kepada Prof Bengt B Broms pada situs Foundation Engineering by

Prof Bengt B Broms -

(3)

SESI 1 : PRINSIP DAN APLIKASI PONDASI TIANG

Pondasi tiang diperlukan untuk mendukung struktur atas untuk kondisi-kondisi sebagai berikut :

a. Lapisan-lapisan tanah atas sangat kompresibel dan terlalu lemah

mendukung struktur atas. Dalam hal ini pondasi tiang diperlukan untuk

meneruskan beban kedalam lapisan tanah keras (bedrock). Jika pondasi tiang tidak mencapai tanah keras, maka beban struktur atas akan ditahan oleh friksi antara tiang dan tanah.

(4)

b. Jika pondasi harus menahan beban horizontal. Pondasi dalam dapat menahan momen dan vertikal secara bersamaan. Contohnya adalah pondasi untuk gedung tinggi, jembatan, dermaga dsb.

c. Pada tanah yang ekspansif. Tanah yang ekspansif dapat mengalami pengembangan (swelling) dan penyusutan (shrinkage) tergantung kepada kondisi kadar airnya.

d. Pondasi harus menahan uplift forces. Hal ini misalnya terjadi pada basement dengan muka air tanah yang tinggi.

(5)

e. Adanya erosi tanah pada abutment dan pier jembatan.

f. Pondasi harus menahan gerakan tanah lateral. Pondasi tiang dapat digunakan sebagai perkuatan lereng atau sekaligus sebagai pondasi bangunan yang berdiri di atas tanah berlereng.

(6)

Bagaimana pondasi tiang dapat menahan

beban aksial kolom ?

Q

ultimit

= Q

ujung

+ Q

friksi

=

q.A

ujung

+ f.A

selimut

Qultimit = Kapasitas ultimit pondasi tiang tunggal (kN)

Qujung = Tahanan ujung tiang (kN)

Qfriksi = Tahanan gesek tiang (kN)

q = Kapasitas dukung tanah pada ujung tiang (KN/m2)

Aujung = Luas permukaan ujung tiang (m2)

f = Gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan selimut tiang (kN/m2)

Aselimut = Luas permukaan selimut tiang (m2)

= O. L O = Keliling tiang (m) L = Panjang tiang (m)

Q

ultimit

Q

friksi

Q

ujung

L

(7)

Apa perbedaan tiang friction dan end

bearing ?

(8)

Bagaimana mekanisme transfer bebannya ?

Mekanisme transfer beban dari tiang ke dalam tanah adalah sangat kompleks. Beban pondasi akan ditransfer melalui tahanan gesek tiang (Qfriksi) dan tahanan ujung tiang

(Qujung). Pada saat pembebanan tiang, perpindahan tiang ke arah bawah diperlukan

untuk memobilisasi tahanan gesek tiang (Qfriksi). Tanpa memperhatikan jenis tanah,

jenis tiang dan dimensinya, besarnya perpindahan relatif ini biasanya tidak melebihi 0,5 cm meskipun ada yang sampai mendekati 1,0 cm. Perpindahan ujung tiang yang dibutuhkan agar tahanan ujung tiang (Qujung) termobilisasi seluruhnya lebih besar

daripada gerakan yang dibutuhkan untuk termobilisasinya tahanan gesek tiang (Qfriksi)

secara penuh. Secara umum tahanan gesek tiang ultimit (Qfriksi) termobilisasi lebih awal

daripada tahan ujungnya (Qujung).

(9)

Mekanisme transfer beban juga tergantung pada jenis tanah, jenis tiang, panjang tiang dan seberapa tinggi tingkat pembebanannya. Pada umumnya, saat awal pembebanan, sebagian besar beban didukung oleh tahanan gesek tiang (Qfriksi) pada tiang bagian

atas. Ketika beban dilepas dan kemudian dibebani kembali dengan beban yang lebih besar, jika tahanan gesek tiang (Qfriksi) telah mencapai maksimum, sebagian beban

akan didukung oleh tahanan ujung tiang (Qujung). Pada saat terjadi keruntuhan, dimana

pergerakan vertikal tiang terus bertambah hanya dengan penambahan beban yang sedikit, maka tidak ada lagi kenaikan transfer beban ke tahanan gesek tiang (Qfriksi)

(10)

Apa perbedaan Q

ijin

dan Q

ultimit

?

Faktor aman (S.F) diperlukan untuk memprediksi besarnya kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (Qijin) berdasarkan prediksi nilai Qultimit. Alasan diperlukannya faktor aman

dalam mendesain pondasi tiang antara lain adalah :

• Untuk memberikan keamanan terhadap tidak kepastian metode hitungan yang digunakan.

• Untuk memberikan keamanan terhadap penyerderhanaan profil tanah serta parameternya yang digunakan dalam desain.

• Untuk meyakinkan bahwa penurunan total yang terjadi pada tiang tunggal atau kelompok tiang masih dalam batas toleransi.

• Untuk meyakinkan bahwa penurunan tidak seragam di atara tiang-tiang masih dalam batas toleransi.

(11)

Kondisi tanah yang bagaimana yang perlu

menggunakan pondasi tiang ?

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam mendesain struktur pondasi adalah :

Berdasarkan pengalaman di lapangan, grafik sondir dapat di kelompokan menjadi 5 tipe grafik seperti Gambar 1.1 sampai dengan Gambar 1.5.

Untuk memenuhi persyaratan (2) kapasitas dukung tanah dan (3) penurunan tanah, maka perlu dilihat terlebih dahulu seberapa besar beban yang akan didukung oleh tanah. Jika tanah pendukung sangat kompresibel dan terlalu lemah mendukung struktur atas seperti pada Gambar 1.3, maka penggunaan pondasi tiang sangat disarankan.

Selain itu, faktor (1) ekonomis, (5) kemudahan pelaksanaan dan (6) dampak lingkungan merupakan bahan pertimbangan untuk pemilihan beberapa sistem pondasi yang masih memenuhi persyaratan (2) kapasitas dukung tanah dan (3) penurunan tanah.

(12)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 11 Gambar 1.1. Besarnya beban struktur atas berpengaruh pada

(13)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 12 Gambar 1.2. Pemilihan sistem pondasi tiang pancang ditujukan untuk

mempercepat proses konstruksi karena meminimalkan pekerjaan penggalian dan pengurugan.

(14)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 13 Gambar 1.3. Pondasi tiang diperlukan untuk meminimalkan resiko

(15)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 14 Gambar 1.4. Adanya lapisan lensa yang tipis masih memungkinkan

digunakannya pondasi footing untuk beban kolom yang relatif kecil.

(16)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 15 Gambar 1.5. Adanya lapisan lensa yang tebal memungkinkan

digunakannya pondasi footing untuk beban kolom yang sesuai.

(17)

SESI 2 : SPESIFIKASI PONDASI TIANG PANCANG

A. SPESIFIKASI PILES

Tabel 2.1 Spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles Ex-WIKA

Outside Diameter (mm) Unit Weight (kg/m) Class Panjang Tiang (m) dan Diesel Hammer*) Concrete Cross Section (cm2) Section Modulus (m3) Bending Momen Capacity (ton.m) Allowable Axial Load (ton) Crack Ultimate 300 115 A2 A3 B C 6-13 K-13 452 2368,70 2389,60 2431,40 2478,70 2,50 3,00 3,50 4,00 3,75 4,50 6,30 8,00 72,60 70,75 67,50 65,40 350 145 A1 A3 B C 6-15 K-13/K-25 582 3646,00 3693,90 3741,70 3787,60 3,50 4,20 5,00 6,00 5,25 6,30 9,00 12,00 93,10 89,50 86,40 85,00 400 195 A2 A3 B C 6-16 K-25/K-35 765 5483,50 5537,40 5591,30 5678,20 5,50 6,50 7,50 9,00 8,25 9,75 13,5 18,00 121,10 117,60 114,40 111,50 450 235 A1 A2 A3 B C 6-16 K-35 929 7591,60 7655,60 7717,10 7783,80 7929,00 7,50 8,50 10,0 11,0 12,50 11,25 12,75 15,00 19,80 25,00 149,50 145,80 143,80 139,10 134,90 500 290 A1 A2 A3 B C 6-16 K-35/K-45 1159 10505,00 10579,30 10653,50 10727,80 10944,60 10,50 12,50 14,00 15,00 17,00 15,75 18,75 21,00 27,00 34,00 185,30 181,70 178,20 174,90 169,00 600 395 A1 A2 A3 B C 6-16 K-45 1570 17482,80 17577,70 17792,70 17949,60 18263,40 17,00 19,00 22,00 25,00 29,00 25,50 28,50 33,00 45,00 58,00 252,70 249,00 243,20 238,30 229,50

Panjang tiang interval per m’ dengan mutu beton K-600

(18)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 17 Tabel 2.2 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-TONGGAK AMPUH

Dimensi Tiang (cm) Max. Panjang Tanpa Sambungan (m) Max. Final Presetressing Force (Ton) Max. Ultimate Bending Moment (Ton.m) Max. Beban Axial (Ton) Berat per Meter (kg/m) 30 x 30 22,0 74,3 11,4 121,5 220 35 x 35 23,5 94,5 17,6 165,3 300 40 x 40 25,5 128,3 26,9 216,0 392 45 x 45 27,0 162,0 38,3 273,3 496 50 x 50 28,5 195,8 52,0 337,5 612 55 x 55 29,5 236,3 69,0 408,3 741 60 x 60 31,0 283,5 90,3 486,0 862

Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500

B. SPESIFIKASI MINIPILES

Tabel 2.3 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex- PASIFIC PRESTRESSED

Compression Size Type L (m) Concrete Area (mm2) Allowable (ton) Ultimate (ton) Ult. Moment Cap P=0 to Max (ton-m) Ultimate Tension Strength (ton) PA 44,2 91,9 0,37 – 1,06 17,4 28x28x28 PB 3 ∼ 6 33.948 42,5 88,9 0,49 – 1,69 27,8 PA 3 ∼ 6 58,6 121,6 0,47 – 1,21 17,4 32x32x32 PB 3 ∼ 9 44.340 56,9 118,6 0,62 – 1,93 27,8 PA 51,7 107,6 0,76 – 1,72 23,2 20x20 PB 3 ∼ 6 40.000 49,4 103,5 1,04 – 2,75 37,1 Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500

Tabel 2.4 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-FRANKI MINIPILE

RECOMMENDED MAXIMUM SAFE WORKING LOAD OF MINI FRANKI PILE

TYPE SIZE COMPRESSION TENSION MF-28

MINI FRANKI PILE

Δ 28 x 28 x 28 per 6 meter

25 TON 5 TON

MF-32 MINI FRANKI PILE

Δ 32 x 32 x 32 per 6 meter

40 TON 5 TON

(19)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 18 Tabel 2.5 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-TONGGAK AMPUH

Dimensi Tiang (cm) Max. Panjang Tanpa Sambungan (m) Max. Final Presetressing Force (Ton) Max. Ultimate Bending Moment (Ton.m) Max. Beban Axial (Ton) Berat per Meter (kg/m) 20 x 20 18,0 33,8 3,4 54,0 98 25 x 25 20,0 47,3 6,4 84,3 153

Tabel 2.6 Spesifikasi Reinforced Concrete Mini Pile Ex-PATON BUANA SEMESTA

BENTUK Persegi 20x20 Persegi 25x25 Segitiga 32x32x32 Segitiga 37x37x37 Mutu Beton K-350 K-350 K-350 K-350 Tulangan Utama 4 D 13 4 D 16 3 D 16 3 D 16 Beugel φ 6 φ 6 φ 6 φ 6 Panjang Section 3.00 M 6.00 M 3.00 M 6.00 M 3.00 M 6.00 M 3.00 M 6.00 M Daya Dukung izin Material Tiang

26,8 Ton 59 Ton 29,3 Ton 54 Ton

Tabel 2.7 Spesifikasi Reinforced Concrete Mini Pile Ex-PASIFIC PRESTRESSED

Compression Size Type L (m) Concrete Area (mm2) Allowable (ton) Ultimate (ton)

Ult. Moment Cap P=0 to Max (ton-m) Ultimate Tension Strength (ton) RA 56,0 94,0 1,1 – 2,6 14,0 28x28x28 RB 3 ∼ 6 33.948 58,6 98,4 1,5 – 3,0 21,0 RA 3 ∼ 6 75,0 118,0 1,7 – 4,1 21,0 32x32x32 RB 3 ∼ 9 44.340 82,6 130,0 2,4 – 4,7 29,8 RA 57,6 110,0 1,2 – 2,9 14,0 20x20 RB 3 ∼ 6 40.000 59,0 113,0 1,5 – 3,1 18,6 Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500

(20)

SESI 3 : KAPASITAS TIANG TUNGGAL

BERDASARKAN DATA UJI LAPANGAN

A. BERDASARKAN DATA SPT

Gambar 3.1. Rumus kapasitas dukung tiang berdasarkan data N-SPT

(21)

Rumus kapasitas dukung tiang berdasarkan data N-SPT Mayerhof (1967) dalam Cernica (1995) untuk tanah non-kohesif :

f

total

=

Σ (f

i

.L

i

)

f

i

= 2 x N

i

q = 40.N (L/D) < 400.N

ftotal = Total gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan

selimut tiang untuk setiap lapisan yang dijumpai (kN/m’) Li = Tebal lapisan tanah ke-i (m)

fi = Gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan

selimut tiang untuk lapisan tanah ke-i (kN/m2) D = Diameter tiang (m)

L = Total panjang tiang (m)

q = Kapasitas dukung tanah pada ujung tiang (KN/m2)

Q

ultimit

=

A

ujung

. q + O . f

total

Q

ijin

=

Q

ultimit

/ SF

Qvultimit = Kapasitas ultimit pondasi tiang tunggal (kN)

Qvijin = Kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (kN)

SF = Faktor aman yang nilainya dapat diambil 2,5 s/d 3. Aujung = Luas permukaan ujung tiang (m2)

(22)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 21 Tabel 3.1. Kapasitas dukung ijin (kN) berdasarkan nilai tahanan ujing bawah

tiang pancang pada tanah non-kohesif (Wika PC Piles, 2001)

DIAMETER TIANG (mm) NILAI SPT 300 350 400 450 500 600 25 240 320 410 520 650 940 30 280 380 500 630 780 1130 35 330 440 580 740 910 1310 40 380 510 670 840 1040 1500 45 430 570 750 950 1170 1690 50 470 640 830 1050 1300 1880 55 520 700 920 1160 1430 2070 60 570 760 1000 1270 1570 2260 1 Ton = 10 kN

Contoh Soal 3.1 : Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan SPT

Hitunglah kapasitas dukung tiang minipile 25x25 dengan kedalaman (L) = 24 m. Data penyelidikan tanah bor mesin menggunakan data Proyek Gedung Pascasarjana Undip Jalan Imam Barjo, SH Semarang seperti pada Gambar 3.1. Bahan minipile adalah beton bertulang dengan Qijin bahan = 590 kN.

Jawab :

Nilai SPT untuk perhitungan Qfriksi

No Lapisan Tanah Depth (m) Tebal Li (m) Ni fi f_i.L_i 1 Pasir sedikit lempung 0-16,.5 16,5 12 24 396 2 Lempung kepasiran 16,5-19,5 3 27 54 162 3 Pasir 19,5-24 4,5 32 64 288 ftotal 846 kN/m fi = 2 x Ni (kN/m2)

Nilai SPT untuk perhitungan Qujung

Nilai N-SPT pada kedalaman 24 meter adalah 40 sehingga,

q = 40 . N (L/D) < 400 . N = 40 . 40 . 24/0,25 = 153600 kN/m2 Nilai maksimum q = 400 . N = 16000 kN/m2 Sehingga diambil q = 16000 kN/m2

(23)

Qultimit = Aujung . q + O . ftotal

= (0,252) . 16000 + (0,25x4) . 846 = 1846 kN

Qijin = Qultimit / SF

= 1846 / 3

= 615 kN ( ≈ 600 kN)

Chek terhadap kekuatan bahan tiang pancang

Bahan direncanakan menggunakan beton bertulang dimensi 25x25 panjang per segmen 6 meter. Kapasitas ijin bahan minipiles (Qijinbahan) = 590 kN.

Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Qijin) diambil 590 kN (pilih yang

terkecil dari Prediksi Qijin dan kekuatan materialnya)

B. BERDASARKAN DATA SONDIR

Dalam Wesley (1977) disebutkan kapasitas dukung tiang ijin untuk tiang yang dipancang sampai lapisan pasir :

Q

ijin

= (q

c

. A

ujung

)/3 + (T

f

. O)/5

Q

ujung

Q

friksi

Untuk pemancangan tiang pada tanah lempung Wesley (1977) menyarankan penggunaan faktor aman yang lebih besar dari tiang dalam pasir. Dalam Suryolelono (1994) untuk pemancangan tiang pada tanah lempung dapat digunakan rumus :

Q

ijin

= (q

c

. A

ujung

)/5 + (T

f

. O)/10

Berdasarkan pengalaman desain, biasanya pemancangan tiang pada tanah lempung jika ujung tiang telah mencapai tanah keras dapat digunakan rumus :

(24)

Qvijin = Kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (kg)

qc = Perlawanan Ujung sondir (kg/cm2)

Tf = Total friction sondir (kg/cm’)

Aujung = Luas permukaan ujung tiang (cm2)

O = Keliling tiang (cm)

Gambar 3.2. Data sondir perlu diverifikasi dengan data hasil pemboran dan

(25)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 24 Contoh Soal 3.2 : Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan sondir

Hitunglah kapasitas dukung tiang D45 jika dipancang hingga kedalaman tanah 18 meter. Jika ditentukan spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles adalah Ex-WIKA Klas-C dengan Qijin bahan = 1349 kN. Data penyelidikan tanah sondir

menggunakan data Proyek Gedung PLN APJ Pekalongan seperti pada Gambar 3.2.

Jawab :

Karena tiang belum mencapai tanah keras (qc ≥ 200 kg/cm2

), maka rumus yang digunakan adalah :

Qijin = (qc . Aujung)/5 + (Tf . O)/10

Qujung Qfriksi

Untuk diameter tiang (D) = 45 cm maka, Luas ujung tiang (A) = ¼ π D2_{= ¼ π. 45}2

= 1591 cm2 Keliling tiang (O) = π D = π . 45 = 141,4 cm

qc = 80 kg/cm2

Tf = 750 kg/cm

Qijin = (qc . A)/5 + (Tf . O)/10

= (80 x 1591)/5 + (750 x 141,4)/10 = 25456 + 10605

= 36061 kg ≈ 360 kN

Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Qijin) diambil 360 kN

(pilih yang terkecil dari Prediksi Qijin sondir dan kekuatan

(26)

SESI 4 : KELOMPOK TIANG

A. KAPASITAS DUKUNG TIANG KELOMPOK (Pijin)

n = jumlah tiang dalam satu pile cap.

UNTUK TANAH NON-KOHESIF

1. End bearing piles --- Eg diasumsikan 1,0

2. Floating atau friction piles --- Eg diasumsikan 1,0

UNTUK TANAH KOHESIF

Untuk kondisi jarak antar pile (pusat ke pusat) ≥ 3.D :

1. End bearing piles --- Eg diasumsikan 1,0

2. Floating atau friction piles --- 0,7 ≤ Eg ≤ 1,0

Nilai Eg bertambah linear dari 0,7 untuk S=3D hingga 1,0 untuk S=8D.

Untuk kondisi jarak antar pile (pusat ke pusat) < 3.D :

Kapasitas Pijin dihitung dengan keruntuhan blok SF=3.

Pile cap O Pijin ≥ 3D L O Qijin Qijin ≥ 3D ≥ 3D ≥ 3D

P

ijin

= Q

ijin

.n.E

g D

(27)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 26 Contoh Soal 4.1 :

Diketahui :

Tiang pancang dengan diameter (D)=45 cm tersusun dalam sebuah pile cap seperti dibawah ini memiliki kedalaman tiang (L)=12 meter. Proyek terletak di kota Pekalongan dengan data tanah yang tersedia adalah data sondir seperti pada Gambar 3.2.

Ditanya :

Hitunglah kapasitas dukung tiang kelompok (Pijin).

Chek apakah pondasi tiang aman untuk beban aksial (P)=100 ton?

Jawab : Pile cap Tiang D45 O 215 135 350 135 135 Pijin 135 L=12 m O

(28)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 27 B. DISTRIBUSI BEBAN STRUKTUR ATAS KE KELOMPOK TIANG

Beban yang didukung oleh tiang ke-i (Qi) akibat beban P, Mx dan My dalam

sebuah pile cap adalah :

P

M

y

. x

i

M

x

. y

i

Q

i

=

±

n

Σ(x

2

)

Σ(y

2

)

n = jumlah tiang dalam satu pile cap. Σ (x2

) = jumlah kuadrat jarak x terhadap titik pusat berat kelompok tiang (O). Σ (y2

) = jumlah kuadrat jarak y terhadap titik pusat berat kelompok tiang (O). xi = jarak tiang ke-i terhadap titik O searah sumbu x.

yi = jarak tiang ke-i terhadap titik O searah sumbu y.

L ≥3D ≥3D B ≥3D ≥3D ≥3D y+ x+ kI kII kIII kIV

bIII bII bI ≥3D ≥3D ≥3D

M

y h

P

Pile cap Tiang O O ≥3D ≥3D

M

x h

P

Pile cap Tiang O

(29)

Diketahui :

Beban yang bekerja pada titik berat tiang ( O ) :

Ptotal = P + Berat pile cap

= 6000 + 1,2.3,55.4,90.24 = 6500,976 kN My = 820 kN.m Mx = -700 kN.m γbeton = 24 kN/m3 Ditanyakan :

Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang (Qi) ?

M

x

= -700 kN.m

490 135 135 355 135 135 135 y x

kI kII kIII kIV

bIII bII bI O 67,5 202,5

M

y

= 820 kN.m

120

P=6000 kN

Pile cap Tiang D45 O 135 135 120

P=6000 kN

Pile cap Tiang D45 O bI bII bIII kI kII kIII kIV

67,5 202,5

1 2 3 4

5 6 7 8

(30)

Jawab :

Langkah 1 : Menghitung letak titik berat tiang (O)

Perhitungan letak titik berat tiang tidak perlu dilakukan karena susunan tiang yang simetris baik pada arah x dan y. Letak titik berat tiang berada pada koordinat (0,0) dan berimpit pada titik berat pile cap.

Langkah 2 : Perhitungan besarnya distribusi beban ke tiang

n = 12 buah Σ(x2 ) = 6 (2,0252) + 6 (0,6752) = 27,3375 m2 Σ(y2 ) = 8 (1,352) = 14,58 m2 Ptotal My . xi Mx . yi Qi = ± ± n Σ(x2) Σ(y2) 6500,976 820 . xi -700 . yi = ± ± 12 27,3375 14,58 POSISI Qi No.Tiang i xi (m) yi (m) kN 1 -2.025 1.35 416.19 (minimum) 2 -0.675 1.35 456.69 3 0.675 1.35 497.18 4 2.025 1.35 537.67 5 -2.025 0 481.01 6 -0.675 0 521.50 7 0.675 0 561.99 8 2.025 0 602.49 9 -2.025 -1.35 545.82 10 -0.675 -1.35 586.32 11 0.675 -1.35 626.81 12 2.025 -1.35 667.30 (maksimum)

(31)

Diketahui :

Tiang pancang dalam sebuah pile cap memiliki susunan seperti gambar di bawah ini. Susunan yang tidak simetris ini disebabkan adanya struktur pondasi bangunan lama yang membuat tiang baris KIII sulit untuk dipancang sehingga digeser hingga 65 cm.

Ditanyakan :

Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang (Qi) ?

Jawab :

Langkah 1 : Menghitung letak titik berat tiang (O)

Letak titik berat tiang terhadap baris kI : 9 xo = 3 . 1,35 + 3 . 3,35

xo = 1,56667 m

Letak titik berat tiang terhadap baris bI : 9 yo = 3 . 1,35 + 3 . 2,70 yo = 1,35 m 240 135 200 355 135 135 y x kI kII bIII bII bI 135 200 90

P=4200 kN

Pile cap Tiang D45 kIII 180 Kolom 60x60 240 135 200 355 135 135 y+ x+ 180 xO yO

(32)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 31 Langkah 2 : Menghitung Eksentisitas Beban kolom dan pile cap

Eksentrisitas kolom terhadap titik berat pondasi : exkolom = 2,4 – 1,56667 – 0,425

= 0,40833 m

Eksentrisitas titik berat pile cap terhadap titik berat pondasi : expoer = 2,1 – 1,56667 – 0,425

= 0,10833 m

Beban yang bekerja pada titik berat pondasi (O) :

γbeton = 24 kN/m3

P = Pkolom + Ppoer

= 4200 + (4,2.3,55.0,9) 24 = 4522 kN

My = Pkolom . exkolom + Ppoer . expoer

= 4200 . 0,40833 + 322 . 0,10833 = 1749,87 kN.m Mx = 0 240 135 200 355 135 135 y+ x+ 180 xO yO 42,5 42,5 exKolom 1 2 3 4 5 6 7 8 ₉

(33)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 32 Langkah 3 : Perhitungan besarnya distribusi beban ke tiang

n = 9 Σ(x2 ) = 3 (1,566672) + 3 (0,216672) + 3 (1,783332) = 17,045 m2 Ptotal My . xi Qi = ± n Σ(x2) 4522 1749,87 . xi = ± 9 17,045 POSISI Qi No.Tiang i xi (m) yi (m) kN 1 2 3 4 5 6 7 8 9

(34)

Diketahui :

Abutment setinggi 9,75 m dari dasar pondasi memiliki susunan pile cap seperti dibawah ini. Kapasitas dukung tiang tunggal end bearing persegi 50x50 berdasarkan hasil sondir dan SPT menghasilkan Qijin = 1100 kN. Kapasitas

dukung tiang tunggal arah horisontal (Hijin) = 100 kN.

Beban jembatan rangka baja bentang 60 m, berat sendiri abutmen dan oprit bekerja pada titik berat tiang pancang (O) :

Beban aksial (P) = 12000 kN.

Beban momen memutar sumbu x (Mx) = 2500 kN.m

Beban lateral (H) = 3000 kN.

Ditanyakan :

a. Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang ? b. Chek apakah pondasi abutment tersebut aman ?

200 200 y x 200 45 200 200 200 45 45 45 Abutment 150x890cm Tiang50x50 O 200 45 200 45 1H:4V -9,75 -27.00 O Tiang 50x50 Tanah Urugan STRUKTUR ABUTMENT H P Pile Cap Mx ±0.00 O 1 6 11 15 10 5

(35)

Jawab :

a. Beban yang didukung oleh masing-masing tiang adalah :

Σ(y2 ) = 10. (22) = 40 m2 P Mx . yi Qi = ± n Σ(y2) = 12000 2500. yi + 15 40

Untuk baris tiang 1 s/d tiang 5,

yi = 2,0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Qi = 925 kN

Tiang pada baris ini memiliki kemiringan taing 1H:4V maka m=4. Distribusi yang terjadi pada tiang 1 s/d 5 untuk arah vertikal :

Qiv = Qi / m.√(1+m2) = 925/4.√(1+42) = 953,5 kN

Distribusi yang terjadi pada tiang 1 s/d 5 untuk arah horisontal : Qih = Qi / m = 925/4 = 231,25 kN

yi = 0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Qi = 800 kN

yi = -2,0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Qi = 675 kN

b. Untuk mengecek apakah pondasi abutment tersebut aman jika diketahui kapasitas dukung tiang tunggal end bearing Qijin = 1100 kN dan kapasitas

dukung tiang tunggal arah horisontal (Hijin) = 100 kN.

• Nilai yang terbesar dari distribusi beban vertikal (Qi) ke masing-masing

tiang :

Qi = 953,5 kN < Qijin (= 1100 kN) .. Aman.

• Nilai yang terbesar dari distribusi beban horisontal (Hi) ke

masing-masing tiang :

Beban horisontal yang didukung tiang miring = 5 x 231,5 = 1157 kN Sehingga beban horisontal masing-masing tiang,

(36)

SESI 5 : PELAKSANAAN PEKERJAAN TIANG PANCANG

Bagaimana proses pemancangan tiang ?

(37)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 36 Tabel 2.1 Spesifikasi Drop Hammer untuk Minipiles – Paton B.S

SPESIFIKASI PB 135 PB 150 PB 200

Berat Hammer 1,35 Ton 1,50 Ton 2,00 Ton Tinggi Jatuh 1,00 M 0,90 M 0,75 M Daya Dukung

izin Tiang Pondasi 20 – 25 Ton 20 – 25 Ton 25 – 30 Ton

Tabel 2.2 Spesifikasi Diesel Hammer Kobelco 1971 untuk Piles. SPESIFIKASI HAMMER K13 K25 K35 K45

Total weight lb. 7800 13200 19100 25300

Weight of ram lb. 2870 5510 7720 9920

Energy per blow

(mm-max) - Lb. ft. lb. 13200 - 25390 23500 -51540 31700 - 72150 39000 - 92760 Ram Stroke (mm-max) ft. 4,60 – 8,85 4,26 – 9,35 4,11- 9,35 3,93 – 9,35 Number of blows Blows /min 40-60 39 - 60 39 - 60 39 - 60 Explosive force lb. 149900 238100 330800 421200 1 lb.ft = 1,305 x 10-3 kN.m 1 ft = 3,05 x 10-1 m

(38)

Kapan penghentian pemancangan ?

FINAL SET UNTUK PEMANCANGAN MINIPILES DENGAN DROP HAMMER

FORMULA MODIFIED ENR

eh x Wr x h Wr + (N2 + Wp) 1

Qijin = x x

S + 0,1 Wr + Wp SF

dengan,

Qijin = Kapasitas dukung tiang (kg)

Wp = Berat tiang pancang (kg)

Wr = Berat Hammer (kg)

H = Tinggi Jatuh (cm) eh = Faktor Efisiensi = 0,90

N = Koefisiensi Restitusi = 0,50 SF = Faktor Keamanan = 6

S = Final set untuk satu kali pukulan (cm)

Contoh 5.1 : Final set untuk tiang minipiles

Diketahui :

Minipiles 20X20 panjang 3 meter = 288 Kg, dengan kapasitas dukung minipiles (Qijin) = 21,81 ton. Drop Hammer menggunakan berat hammer 1600 kg dan

tinggi jatuh 90 cm.

Ditanyakan :

Berapa besarnya final set untuk 10 kali pukulan hammer ?

Jawab : eh x Wr x h Wr + (N2 + Wp) 1 Qijin = x x S + 0,1 Wr + Wp SF 0,90 x 1600 x 90 1600 + (0,502 + 288) 1 21810 = x x S + 0,1 1600 + 288 6 S = 0,778 cm

Jadi untuk mencapai daya dukung = 21,81 ton, maka final set = 8 cm (untuk 10 kali pukulan)

(39)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 38 Gambar 5.2. Kendali mutu pelaksanaan pemancangan tiang di lapangan

antara lain (1) ketegaklurusan tiang, (2) kalendering dan (3) penyambungan segmen tiang.

(40)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 39 FINAL SET UNTUK PEMANCANGAN PILES DENGAN DIESEL HAMMER

Hiley Formula untuk hammer desel

eh . 2.Wr.h Wr + N2.Wp 1

Qijin = x x

S + (C1+C2+C3)/2 Wr + Wp SF

dengan,

Qijin = Kapasitas dukung tiang (ton)

Wp = Berat tiang pancang yang terakhir dipancang (ton)

Wr = Berat Hammer (ton)

H = Tinggi Jatuh hammer (m) eh = Faktor Efisiensi = 1,0 N = Koefisiensi Restitusi = 0,25 SF = Faktor Keamanan = 3 S = Final set (m) Nilai Easy Driving p = 35 kg/cm2 Medium Driving p = 70 kg/cm2 Hard Driving p = 105 kg/cm2 Very Hard Driving p = 140 kg/cm2 C1 0,003 0,006 0,010 0,013 C2 0,002.L/2 0,004.L/2 0,006.L/2 0,008.L/2 C3 0-0,0025 0,0025 0,0025 0,0025

(41)

PROSEDUR PERHITUNGAN

PERENCANAAN STRUKTUR PONDASI TIANG PANCANG

Sebuah gedung bertingkat memiliki kolom 60x60 cm dengan pembebanan tetap (beban hidup + beban mati) sebesar :

Beban aksial kolom (P) = 2408 kN

Momen memutar sumbu x (Mx) = 3,42 kN.m

Momen memutar sumbu y (My) = 5,08 kN.m

Desainlah pondasi tiang pancang dengan menggunakan data SPT dan CPT yang berdekatan. Mutu beton digunakan K-400 dan tulangan digunakan BJTD39.

JAWAB :

A. Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan CPT

Qijin = (qc . Aujung)/3 + (Tf . O)/10

Qujung Qfriksi

Diameter piles diambil D45 (besarnya dimensi piles tergantung beban kolom dan kemudahan pelaksanaan di lapangan).

Untuk diameter tiang (D) = 45 cm maka, Luas ujung tiang (A) = ¼ π D2_{= ¼ π. 45}2

= 1591 cm2 Keliling tiang ( O) = π D = π . 45 = 141,4 cm

TIPS : Untuk perediksi awal, kedalaman tiang disarankan mencapai tanah keras dengan diambil diameter tiang terkecil dari spesifikasi yang ada. Jika tiang yang dibutuhkan dalam satu kolom terlalu banyak, diameter tiang dapat diperbesar.

Kedalaman Tanah keras 20 m (qc > 200 kg/cm2 atau N-SPT > 40)

qc = 200 kg/cm2

Tf = 1950 kg/cm

Qijin = (qc . A)/3 + (Tf . O)/10

= (200 x 1591)/3 + (1950 x 141,4)/10 = 106066 + 27573

(42)

(43)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 42 B. Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan SPT

Panjang pile (L) = 20 m, Radius pile (R) = 22,5 cm

B.1. Nilai SPT untuk perhitungan Qfriksi

No Lapisan Tanah Depth (m) Tebal Li (m) Ni fi fi.Li 1 Lempung Coklat tua 2 – 7 5 3 6 30 2 Lempung Hitam 7 – 12 5 4 8 40 3 Breksi 12 – 20 8 17 34 272 ftotal 342 kN/m fi = 2 x Ni (kN/m2)

B.2. Nilai SPT untuk perhitungan Qujung

Nilai N-SPT pada kedalaman 20 meter adalah 42 sehingga,

q = 40 . N (L/D) < 400 . N = 40 . 42 . 20/0,45 = 74666 kN/m2 Nilai maksimum q = 400 . N = 16800 kN/m2 Sehingga diambil q = 16800 kN/m2

Qultimit = Aujung . q + O . ftotal

= 0,1591 . 16800 + 1,414 . 342 = 2672,88 + 483,588 = 3156,46 kN Qijin = Qultimit / SF = 3156,46 / 3 = 1052,156 kN ( ≈ 1050 kN)

C. Chek terhadap kekuatan bahan tiang pancang

Bahan diambil dari spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles Ex-WIKA Klas-C dengan Qijin bahan = 134,9 Ton = 1349 kN

Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Qijin) diambil 1050 kN

(pilih yang terkecil dari Prediksi Qijin CPT, SPT dan kekuatan

(44)

(45)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 44 D. Jumlah tiang yang dibutuhkan dalam desain

Jumlah tiang yang dibutuhkan dalam satu kolom dengan beban :

Beban aksial kolom (P) = 2408 kN

Momen memutar sumbu x (Mx) = 3,42 kN.m

Momen memutar sumbu y (My) = 5,08 kN.m

Jarak tiang diambil 3.D = 3 x 45 cm = 135 cm

Dengan jarak tiang 3.D nilai efisiensi tiang kelompok (Eg) = 0,7

Jumlah tiang yang dibutuhkan (n) = P/(Qijin.Eg)

= 2408 / (1050.0,7)

= 3,276 buah

Jumlah tiang dibulatkan jadi 4 buah.

TIPS :jika momen yang terjadi cukup besar, lebih baik jumlah pile dibesarkan dari kebutuhan tiang terhadap beban aksial kolomnya.

E. Distribusi beban kolom ke masing-masing tiang

Jika telah diketahui jumlah pile yang dibutuhkan adalah 4 buah maka desain pile cap atau poer dapat dipilih dengan susunan :

Distribusi beban kolom ke masing-masing tiang dalam pile cap adalah :

Qi = P/n ± My.x/(Σx2) ± Mx.y/(Σy2) Σx2 = 4. (1,35/2)2 = 1,8225 m2 Σy2 = 4. (1,35/2)2 = 1,8225 m2 n = 4 buah Q1 = 2408/4 + 3,42.(-0,675)/1,8225 + 5,08.(0,675)/1,8225 = 602 – 1,2667 + 1,8815 = 602,6148 kN Q2 = 605,1482 kN < Qijin.Eg (=1050.0,7 = 735 kN) ..OK! Q3 = 601,3852 kN

Q4 = 598,8518 kN > 0 , tidak perlu hitung kap. tarik tiang.

Jika Qi menderita tarik (-) maka tiang harus didesain menahan tarik. Tie Beam Kolom 60x60 Pile Cap Pile D45 40 135 40 215 x y 1 2 3 4

(46)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 45 F. Perhitungan Final Set untuk penghentian pemancangan tiang

Tiang direncanakan dipancang dengan mesin diesel hammer K35 (spesifikasi diesel hammer untuk tiap diameter tiang berbeda). Segmen tiang untuk total 20 meter adalah 12 + 9 meter.

Hiley Formula untuk hammer desel pada tanah medium driving

eh . 2.Wr.h Wr + N2.Wp 1

Qijin = x x

S + (C1+C2+C3)/2 Wr + Wp SF

dengan,

Qijin = Kapasitas dukung tiang (ton)

Wp = Berat tiang pancang.

Untuk D45, L = 9 m maka beratnya 0,235.9 = 2,115 ton Wr = Berat Hammer

Untuk K-35 Diesel Hammer berat hammer = 3,5 ton H = Tinggi Jatuh hammer

Tinggi jatuh hammer dilapangan direncanakan 1,2 meter eh = Faktor Efisiensi = 1,0 N = Koefisiensi Restitusi = 0,25 SF = Faktor Keamanan = 3 S = Final set Nilai Easy Driving p = 35 kg/cm2 Medium Driving p = 70 kg/cm2 Hard Driving p = 105 kg/cm2 Very Hard Driving p = 140 kg/cm2 C1 0,003 0,006 0,010 0,013 C2 0,002.L/2 0,004.L/2 0,006.L/2 0,008.L/2 C3 0-0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 (C1+C2+C3)/2 = (0,006 + 0,004.9/2 + 0,0025)/2 =0,01325

(47)

PERHITUNGAN FINAL SET

Faktor Efisiensi (Eh) : 1.000 Berat Hammer (Wr) : 3.500 ton Tinggi Jatuh (h) : 1.200 m Koef. Restitusi (N) : 0.250 Berat 1 Section (Wp) : 2.115 ton Faktor keamanan (SF): 3.000 Final Set (s) 0.0040 m (C1+C2+C3)/2 0.01325

Pall per pile 105.000 ton

Final Set (s) untuk 10 x Pukulan = 4 cm

Sehingga final set untuk 10 x pukulan adalah 4 cm.

G. Menghitung Tinggi Pile Cap dan Penulangannya

Untuk menghitung besarnya momen, geser satu arah dan geser pons, diperlukan data perhitungan :

Dimensi kolom 60 cm x 60 cm. Beban aksial kolom (P) = 2408 kN.

Distribusi beban untuk setiap tiang pancang : Q1 = 602,6148 kN Q2 = 605,1482 kN. Q3 = 601,3852 kN Q4 = 598,8518 kN. 40 ₁₃₅ ₄₀ 215 x y 1 ₂ 3 4

(48)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 47 Mutu bahan yang digunakan :

Mutu beton K-400 (f’c=33,2 MPa)

Mutu tulangan baja fy=390 MPa

Untuk menghitung struktur betonnya, beban perlu dikalikan dengan faktor beban :

U=1,2 (beb.mati) + 1,6 (beb.hidup) Namun jika yang diketahui hanya nilai (beban mati + beban hidup) tanpa mengetahui besarnya masing-masing dapat dilakukan pendekatan nilai faktor beban 1,4.

Beban kolom ultimate :

Pu = 1,4 x P

= 1,4 x 2408 = 3371,2 kN

Beban per pile ultimate :

Qu1 = 1,4 x 602,6148 = 843,66 kN Qu2 = 1,4 x 605,1482 = 847,20 kN. Qu3 = 1,4 x 601,3852 = 841,83 kN Qu4 = 1,4 x 598,8518 = 838,39 kN.

Chek Terhadap Geser Pons :

Besarnya tinggi efektif (d) pile cap dicoba 80 cm.

Vupons = Pu

= 3371,2 kN

Keliling bidang kritis geser pons (bo) :

bo = 2 (b + d) + 2 (h + d) = 2 (600 + 800) + 2 (600 + 800) = 5600 mm φ Vcpons = 0,6.0,33.√f’c.bo.d (MPa = N/mm2) = 0,6 . 0,33 . √33,2 . 5600 . 800 = 5,111 x 106 N = 5111 kN

Vupons < φ Vc pons ……OK

½ d 40 135 40 B = 215 cm 1 ₂ 3 4 Kolom 60x60 Pile Cap Pile D45 th

Bidang Kritis Pons

Tulangan As 45° d ½ d b h

(49)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 48 Chek Terhadap Geser Lentur

Pengecekan geser lentur pada kasus ini tidak dilakukan karena untuk d = 80 cm tiang pancang berada di dalam bidang geser yang terbentuk.

Sehingga tebal pile cap (th) = d + 15 cm + selimut beton + ½.dia.tul pile cap

= 80 + 15 + 5 + 2,5/2 = 101,25 ≈ 105 cm. Jika pengecekan akan dilakukan langkah perhitungannya :

Vugeser lentur = Total Qu tiang diluar bidang geser yang terbentuk baik untuk

arah potongan x-x maupun y-y. φ Vcgeser lentur = 0,6.0,17.√f’c .B.d (MPa = N/mm2)

Syarat : Vugeser lentur > φ Vcgeser lentur

Jika belum memenuhi maka perbesar tinggi efektif (d)

Perhitungan Tulangan Pile Cap

Momen terhadap titik berat kolom : Mu = (Qu1 . 1,35/2) + (Qu2 . 1,35/2) = (843,66 . 1,35/2) + (847,2 . 1,35/2) = 1141 kN.m = 1,141 x 107 kg.cm B = 215 cm d = 80 cm f’c = 33,2 MPa = 332 kg/cm2 f’y = 390 MPa = 3900 kg/cm2 Mencari nilai β1 : Jika f’c ≤ 300 kg/cm2 maka β1 = 0,85 f’c > 300 kg/cm2 maka β1 = 0,85 – 0,0008 (f’c – 300) Jika β1 < 0,65 maka β1 = 0,65

Untuk f’c = 332 kg/cm2 maka nilai β1 = 0,8244

(50)

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A. 49 K = Mn = 14262500 B . d2 . 0,85 . f’c 215 . 802 . 0,85 . 332 = 0,03673 F = 1 – √ 1 – 2 K = 0,03743 Fmax = β1 . 4500 = 0,3747 6000 + fy

F ≤ Fmax → Tulangan tunggal

F > Fmax → Tulangan rangkap

Karena kondisi F < Fmax maka digunakan perhitungan untuk tulangan tunggal

As = F . B . d . 0,85 . f’c

fy

= 0,03743. 215 . 80 . 0,85 . 332 3900

= 46,585cm2

ρmin = 0,0025 ( nilai ρmin untuk plat)

Asmin = ρmin . B . d

= 0,0025 . 215 . 80 = 43 cm2

digunakan As> Asmin dipasang diameter tulangan D25 dengan jumlah tulangan :

A∅25 = ¼ . π . 2,52