KAPASITAS TIANG PADA TANAH GRANULER

KAPASITAS TIANG PADA TANAH GRANULER

Karena sulit mendapatkan contoh tanah tak terganggu pada tanah granuler, estimasi kapasitas tiang diperoleh dari uji lapangan, seperti SPT dan sondir. Sudut geser dalam () diperoleh dari pendekatan empiris dari pengujian diatas.

A. Tahanan Ujung Ultimit (Qb) Tahanan ujung ultimit ;

^q_u =^c_b^N_c+ ^p_b^N_q+^0,5^dN_

Tanah granuler nilai kohesi (c) = 0 sehingga CbNc = 0, sedangkan diameter (d) relatif kecil dibanding panjang tiang sehingga 0,5 γ d Nγ dapat diabaiakan dan rumus menjadi

Qb = Ab pb’Nq

Tahanan ujung ultimit per satuan luas adalah ; fb = Qb/Ab = pb’Nq

dengan ;

Qb = tahanan ujung ultimit Ab = luas penampang ujung tiang

pb’ = tekanan vertical efektif tanah pada dasar tiang, bila panjang tiang >

kedalaman kritis (zc), maka pb’ diambil sama dengan tekanan vertical efektif pada kedalaman zc.

Nq = factor kapasitas dukung

Faktor kapasitas dukung Nq bergantung pada rasio kedalaman penetrasi (L) tiang terhadap dimater tiang (d) dan pada sudut gesek dalam (φ)tanah (Gambar 9.1).

Gambar 9.1 Hubungan Nq dan φ (Berezantsev,1961 dalam Hardiyatmo 2002).

Padang agustus 2007

Tomlimson (1969), Poulos dan Davis (1990) menyarankan nilai Nq pada Gambar 9.1.

Gambar ini digunakan untuk dalam pemancangan paling sedikit 5 x lebar atau diameter tiang.

Untuk penembusan dangkal nilai Nq dapat diambil dari nilai yang diberikan Terzaghi untuk pondasi dangkal.

Sudut gesek dalam (φ) umumnya diambil dari N hasil uji SPT. Hubungan antara φ dan N seperti Gambar 9.2.

Gambar 9.2 Hubungan  dan N-SPT (Pech dkk 1974 dalam Hardiyatmo 2002)

Vesic (1967) dan Kerisel (1961) menyatakan tahanan gesek dinding dan tahanan ujung tiang tidak mesti bertambah bila kedalaman tiang bertambah, hal ini karena tekanan overburden (po’) konstan pada kedalaman kritis (zc) kira – kira 10d s/d 20d . Berdasarkan pengamatan Vesic ini, Poulos dan Davis (1980) menyarankan bentuk distribusi tegangan vertikal efektif seperti Gambar 9.3.

Gambar 9.3 Distribusi tegangan vertical pada tanah pasir (Paulos dan Davis 1980)

Disamping dengan pendekatan diatas, nilai φ dapat pula didekati dengan persamaan (Kishida, 1967),

N 15o

20 +

 =

B. Tahanan Gesek Dinding Ultimit (Qs)

Tahanan gesek ultimit dihitung dengan persamaan ;

Qs =  As . d =  As (cd + Kd po tg d )

Karena tanah granuler lolos air, maka hitungan didasarkan kepada tinjauan tegangan efektif karena itu persamaan menjadi (d’ = ) ;

Qs = As (cd’ + Kd po’ tg )

Karena pada tanah granuler, kohesi sama dengan nol maka;

Qs = As Kd po’ tg 

Dengan memberikan factor koreksi Fw untuk membedakan diameter seragam dengan yang meruncing kebawah, persamaan menjadi ;

Qs = FwAs Kd po’ tg 

Tahanan gesek dinding persatuan luas dinyatakan ; fs = Kd po’ tg 

dengan ;

Kd = koef tekanan tanah tergantung pada kondisi tanah, nilai aman dari Kd adalah Ko.

 = d’ = sudut gesek dinding efektif As = luas selimut tiang

po’ = tekanan vertical efektif rata-rata sepanjang tiang = tekanan overburden efektif untuk z  zc dan sama dengan tekanan vertical kritis bila z > zc.

z = kedalaman titik yang ditinjau dari permukaan tanah zc = kedalaman kritis.

Padang agustus 2007

Tabel 9.1 Daftar nilai Kd untuk tiang pada tanah granuler (Mansur dan Hunter, 1970)

Bahan Tiang Kd

Tiang baja H Tiang pipa baja Tiang beton pracetak

Uji tarik tiang (8 tiang) untuk seluruh tipe tiang

1,40 – 1,90 1,00 – 1,300

1,45 – 1,60 0,4 – 0,9

Dari table diatas, nilai Kd tg akan berkisar diantara 0,3 untuk pasir longgar dan 1 untuk pasir padat.

Brom (1965) menyarankan hubungan kd dengan tipe bahan tiang untuk tiang dalam tanah granuler seperti (Tabel 9.2).

Tabel 9. 2 Nilai Kd untuk tiang pada tanah granuler menurut (Brom 1965)

Baja Beton Kayu

0,50 1,00 1,50

1,00 2,00 4,00

Digunakan untuk cara Brom

Aas (1966) mengusulkan nilai  yang dapat digunakan dalam menghitung tahanan gesek antara dinding tiang dengan tanah granuler seperti pada (Tabel 9.3).

Tabel 9.3 Sudut gesek antara dinding tiang dan tanah granuler () (Aas, 1966)

Bahan tiang  = d’

Baja Beton

Kayu

20^o 0,75 ’

0,66 ’

Bila digunakan data sondir maka hubungan qc (tahanan kerucut statis), ’ dan Kd adalah seperti dalam (Tabel 9.4).

Bahan tiang

Kd

Pasir tak padat Pasir padat

Tabel 9.4 Hubungan tahanan kerucut statis qc dan Kd

qc (kg/cm²) ’ Kd disesuaikan dengan kerapatan relative (Dr)

0 – 50 50 – 100

> 100

28^o – 30^o 30^o – 36^o

> 36^o

Rendah Sedang Tinggi

Digunakan untuk cara Brom

Tomlinson (1977), menyarankan tahanan gesek dinding satuan (fs) maksimum 1,08 kg/cm², atau sama dengan 107 kN/m², dan tahanan ujung satuan maksimum (fb) 108 kg/cm² atau sama dengan 10700 kN/m².

Berdasarkan pengujian Vesic (1967), Poulos dan Davis (1980) mengevaluasi nilai hubungan Kd tg dan zc/d seperti Gambar 9.4. Gambar tesebut didasarkan hubungan kerapatan relative (Dr) dengan sudut gesek efektif (’) (Vesic 1967 dalam Hardiyatmo 2002).

’ = 28^o + 15 Dr

Padang agustus 2007

Gambar 9 4. Hubungan zc/d dan kd tg untuk tiang pada tanah pasir (Paulos dan Davis , 1980) dan factor Fw untuk tiang meruncing

Poulos dan Davis (1980) mengusulkan (Gambar 9.4a) dan (Gambar 9.4b), untuk tiang bor digunakan usulan meyerhof (1976), dimana  = 0,75 ’ (Gambar 9.4c).

C. Kapasitas Ultimit Tiang

Kapasitas ultimit netto tiang dalam tanah granuler dapat dinyatakan dengan rumus ;

Qu = Ab.pb’.Nq + As. Kd. Po’tg - Wp

dengan ;

Qu = kapasitas ultimit netto tiang (kN)

Ab = Luas penampang ujung bawah tiang (m²) As = Luas selimut tiang (m²)

Nq = factor kapasitas dukung

Kd = koefisien yang tergantung dari kondisi tanah

 = d’ = sudut gesek efektif antara dinding tiang dan tanah.

po’ = takanan vertkal efektif rata-rata sepanjang tiang (= ’z untuk z  zc, dan = ’zc untuk z > zc).

pb’ = tekanan tanah efektif pada ujung bawah tiang dengan memperhatikan tekanan vertical maksimum pada kedalaman zc (kN/m²)

Untuk tiang berbentuk runcing, kapasitas ultimit netto dinyatakan dengan ;

Qu = Ab.pb’.Nq + Fw.As. Kd. Po’tg - Wp

Dengan ;

Fw = factor koreksi bentuk tiang.

Dalam menentukan sudut gesek dalam (), prosedur yang disarankan oleh Paulos dan Davis (1980) adalah ;

− Untuk tiang yang dipancang, nilai Nq ditentukan dengan mengambil nilai sudut gesek akhir pemancangan, disarankan oleh Kishida (1967) ;

 = ½(’ + 40^o) Dengan ;

’ = sudut gesek dalam tanah asli lapangan.

− Sudut gesek dalam disepanjang tiang yang dipakai untuk menentukan nilai Kd tg  dan zc

/ d adalah ;

 = ¾ ’ + 10^o

− Untuk tiang bor, penentuan Nq dan zc/d disarankan dengan mengambil  = ’ - 3^o

Padang agustus 2007

Nilai ini didasarkan pada sudut gesek dalam tanah asli (φ’) atau sebelum pemancangan.

Contoh Soal.

Tiang baja bulat panjang 22 m dan diameter 0,4 m dipancang kedalam tanah pasir dengan data sbb;

Kedalaman (m)

N -SPT b

(kN/m³)

sat

(kN/m³)

’

(kN/m³) 0 – 2

2 – 10 10 – 21

> 21

10 16 10 16

18 - - -

- 18,8 18,3 18,8

- 9 8,5

9

Nilai-nilai N merupakan nilai yang sudah dikoreksi, muka air tanah pada kedalaman 2 m dari permukaan tanah. Berat tiang per meter panjang 3,7 kN/m.

− Hitung kapasitas ultimit netto tiang dengan cara Paulos dan Davis

Solusi ;

− Dari nilai N dapat diperoleh nilai , yaitu dengan menggunakan grafik hubungan  dengan SPT (Gambar 9.2).

N - SPT ’

10 16 10 16

30^o 32^o 30^o 32^o

- Selanjutnya diperoleh nilai  untuk menentukan nilai Kd tg ’ dan zc/d

’  = 0,75 ’ + 10^O Kd tg ’ (Gambar 9.4) 30^o

32^o 30^o 32^o

32,5^o 34^o 32,5^o

34^o

1,2 1,3 1,2 1,3

− Gambar tiang & diagram

Tiang baja dia 0,4 m

Pasir, N = 10 ; _b

= 18kN/m³

Pasir, N = 16 ;

_sat = 18,8 kN/m³

’ = 9 kN/m³

Pasir, N = 10 ;

_sat = 18,3 kN/m³

’ = 8,5 kN/m³

Pasir, N = 16 ;

_sat = 18,8 kN/m³

’ = 9 kN/m³

z_c

− Menghitung zc

Diperkirakan kedalaman zc jatuh pada tanah lapis 2  = 34 ^o

(Gambar 9. 4), diperoleh zc/d = 6,5 zc/0,4 = 6,5

zc = 0,4 x 6,5 = 2,6 m

Kedalaman 2,6 m jatuh pada tanah lapis 2 ( perkiraan benar)

− Menghitung tekanan overburden untuk z  zc po’ = (2 x 18) + (0,6 x 9) kN/m²

= 41,4 kN/m².

Nilai ini dipakai untuk hitungan-hitungan tahanan gesek tiang pada z  2,6 m dan tahanan ujung tiang yaitu pb = po’ = 41,4 kN/m².

Padang agustus 2007

Untuk menentukan Nq maka besaran nilai  adalah  = 0,5(’ + 40^o)

Karena nilai Nq digunakan untuk menghitung tahanan ujung tiang, maka nilai

’ juga diambil diujung tiang yaitu ’ = 32^o. Maka ;

 = 0,5 (32^o + 40^o)

= 36^o

Dari (Gambar 9.1) untuk L/d = 22/0,4 = 55 diperoleh = Nq = 60

− Menghitung Luas penampang tiang

Ab = d²/4 =  (0,4)²/4 = 0,13 m².

− Menghitung keliling tiang Keliling tiang = d

=  x 0,4

= 1,26 m

− Menghitung berat tiang (Wp)

Wp = 22 x 3,7

= 81,4 kN

1. Tahanan Ujung Ultimit (Qb) adalah ;

Qb = Ab pb’Nq

= 0,13 x 41,4 x 60

= 322,9 kN

Cek terhadap batasan tahanan ujung satuan maksimum

fb = 322,9/0,13 = 2483,4 kN/m² < 10700 kN/m² (OK) 2. Tahanan gesek Ultimit (Qs) adalah ;

Qs =  As Kd po’ tg 

Kedalaman Nilai po’ Po’ rata-rata Kd tg ’ As Qs

0,00 – 2,00 0 – 36 18 1,20 2,52 54,43

2,00 – 2,60 2,60 – 10,00 10,00 – 21,00 21,00 – 22,00

36 – 41,4 41,4 41,4 41,4

38,7 41,4 41,4 41,4

1,30 1,30 1,20 1,30

0,756 9,324 13,86 1,26

38,03 501,82 688,56 67,81 Qs = 1350,65 kN Cek terhadap batasan tahanan gesek satuan maksimum.

fs = Kd po’ tg 

= 1,3 . 41,4

= 53,82 kN/m² < 107 kN/m²(OK)

Kapasitas Ultimit Netto Tiang = Qb + Qs – Wp

= 322,9 + 1350,65 – 81,4 = 1592,19 kN.