Umum Pondasi .1 Perencanaan Pondasi Tiang

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Tanah di alam terdiri dari campuran butiran-butiran mineral dengan atau tanpa kandungan bahan organik. Butiran-butiran tersebut dapat dengan mudah dipisahkan satu sama lain dengan kocokan air. Material ini berasal dari pelapukan batuan, baik secara fisik maupun kimia. Sifat-sifat teknis tanah, kecuali oleh sifat batuan induk yang merupakan material asal, juga dipengaruhi oleh unsur-unsur luar yang menjadi penyebab terjadinya pelapukan batuan tersebut. Istilah-istilah seperti kerikil, pasir, lanau, dan lempung digunakan dalam Teknik Sipil untuk membedakan jenis-jenis tanah. Pada kondisi alam, tanah dapat terdiri dari dua atau lebih campuran jenis-jenis tanah dan kadang-kadang terdapat pula kandungan bahan organik. Material campurannya kemudian dipakai sebagai nama tambahan di belakang material unsur utamanya. Sebagai contoh, lempung berlanau adalah tanah lempung yang mengandung lanau dengan material utamanya adalah lempung dan sebagainya. Tanah terdiri dari 3 komponen, yaitu udara, air, dan bahan padat. Udara dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butiran-butiran, sebagian atau seluruhnya dapat terisi oleh air atau udara. Bila rongga tersebut terisi air seluruhnya, tanah dikatakan dalam kondisi jenuh. Bila rongga terisi udara dan air, tanah pada kondisi jenuh sebagian partially saturated. Tanah kering adalah tanah yang tidak mengandung air sama sekali atau kadar airnya nol. Universitas Sumatera Utara Definisi tanah secara mendasar dikelompokkan dalam tiga definisi, yaitu: 1. Berdasarkan pandangan ahli geologi 2. Berdasarkan pandangan ahli ilmu alam murni 3. Berdasarkan pandangan ilmu pertanian. Menurut ahli geologi berdasarkan pendekatan Geologis Tanah didefiniskan sebagai lapisan permukaan bumi yang berasal dari bebatuan yang telah mengalami serangkaian pelapukan oleh gaya-gaya alam, sehingga membentuk regolit lapisan partikel halus.

2.2 Penyelidikan Tanah

Penyelidikan Tanah Salah satu tahapan paling awal yang perlu dilakukan dalam perencanaan pondasi adalah penyelidikan tanah. Uji penyelidikan tanah diperlukan untuk mengetahui daya dukung dan karateristik tanah serta kondisi geologi, seperti mengetahui susunan lapisan tanahsifat tanah, mengetahui kekuatan lapisan tanah dalam rangka penyelidikan tanah dasar untuk keperluan pondasi bangunan, jalan, jembatan dan lain-lain, kepadatan dan daya dukung tanah serta mengetahui sifat korosivitas tanah. Penyelidikan tanah adalah salah satu dalam bidang geoteknik yang dilakukan untuk memperoleh sifat dan karakteristik tanah dalam kepentingan rekayasa engineering. Ada dua jenis penyelidikan tanah yang biasa dilakukan, yakni : 1. penyelidikan lapangan in situ test Penyelidikan lapangan pada umumnya terdiri dari boring seperti hand boring atau machine boring • SPT Standard Penetration Test Universitas Sumatera Utara • CPT Cone Penetration Test, • DCP Dynamic Cone Penetration • PMT Pressumeter Test • DMT Dilatometer Test • Sand Cone Test, dll. 2. Sedangkan penyelidikan yang dilakukan di laboratorium laboratory test. terdiri dari uji index properties tanah seperti : • water content • spesific gravity • atterberg limit • sieve analysis • unit weight • engineering properties tanah seperti direct shear test, consolidation test, triaxial test , permeability test, compaction test, CBR test, dll. Pemilihan jenis pengujian yang dilakukan sangat tergantung kepada jenis konstruksi yang akan dikerjakan pada lokasi. Penyelidikan tanah dilakukan untuk mengetahui jenis pondasi yang akan digunakan untuk konstruksi bangunan, selain itu dari hasil penyelidikan tanah dapat ditentukan perlakuan terhadap tanah agar daya dukung dapat mendukung konstruksi yang akan dibangun. Dari hasil penyelidikan tanah ini akan dipilih alternatif atau jenis pondasi, kedalaman serta dimensi pondasi yang paling ekonomis tetapi masih aman. Universitas Sumatera Utara Jadi penyelidikan tanah sangat penting dan mutlak dilakukan sebelum struktur itu mulai dikerjakan. Dengan mengetahui kondisi daya dukung tanah kita bisa merencanakan suatu struktur yang kokoh dan tahan gempa, yang pada akhirnya akan memberi rasa kenyamanan dan keamanan bila berada di dalam gedung.

2.2.1 Standard Penetration Test SPT

Standard Penetration Test SPT sering digunakan untuk mendapatkan daya dukung tanah secara langsung di lokasi. Metode Standard Penetration Test merupakan percobaan dinamis yang dilakukan dalam suatu lubang bor dengan memasukkan tabung sampel yang berdiameter dalam 35 mm sedalam 305 mm dengan menggunakan massa pendorong palu seberat 63, 5 kg yang jatuh bebas dari ketinggian 760 mm. Banyaknya pukulan palu tersebut untuk memasukkan tabung sampel sedalam 305 mm dinyatakan sebagai nilai N. Tujuan dari percobaan Standard Penetration test SPT ini adalah untuk menentukan kepadatan relatif lapisan tanah dari pengambilan contoh tanah dengan tabung sehingga diketahui jenis tanah dan ketebalan tiap-tiap lapisan kedalaman tanah dan untuk memperoleh data yang kualitatif pada perlawanan penetrasi tanah serta menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi yang biasa sulit diambil sampelnya. Percobaan Standard Penetration test SPT ini dilakukan dengan cara sebagai berikut : 1. Siapkan peralatan SPT yang dipergunakan seperti : mesin bor, batang bor, split spoon sampler, hammer, dan lain – lain. Universitas Sumatera Utara 2. Lakukan pengeboran sampai kedalaman testing, lubang dibersihkan dari kotoran hasil pengeboran dari tabung, segera dipasangkan pada bagian dasar lubang bor. 3. Berikan tanda pada batang setiap 15 cm dengan total 45 cm. 4. Dengan pertolongan mesin bor, tumbuklah batang bor ini dengan pukulan palu seberat 63,5 kg dan ketinggian jatuh 76 cm hingga kedalaman tersebut, dicatat jumlah pukulan untuk memasukkan penetrasi setiap 15 cm N value; Contoh : N1 = 10 pukulan15 cm N2 = 5 pukulan15 cm N3 = 8 pukulan15 cm Maka total jumlah pukulan adalah jumlah N2 dengan N3 adalah 5 + 8 = 13 pukulan = nilai N. N1 tidak diperhitungkan karena dianggap 15 cm pukulan pertama merupakan sisa kotoran pengeboran yang tertinggal pada dasar lubang bor, sehingga perlu dibersihkan untuk memperkecil efisiensi gangguan; 5. Hasil pengambilan contoh tanah dari tabung tersebut dibawa ke permukaan dan dibuka. Gambarkan contoh jenis - jenis tanah yang meliputi komposisi, struktur, konsistensi, warna dan kemudian masukkan ke dalam botol tanpa dipadatkan atau kedalaman plastik, lalu ke core box; 6. Gambarkan grafik hasil percobaan SPT; Catatan : Pengujian dihentikan bila nilai SPT ≥ 60 untuk 4x interval pengambilan dimana interval pengambilan SPT = 2 m. Universitas Sumatera Utara Uji Standard Penetration Test ini dapat dilakukan untuk hampir semua jenis tanah. Berdasarkan pengalaman yang cukup lama, berbagai korelasi empiris dengan parameter tanah telah didapatkan. Harga N dari pasir yang diperoleh dari pengujian standard penetration test SPT dan hubungan antara kepadatan relatif dengan sudut geser dalam dapat dilihat pada Tabel di bawah ini : Tabel 2.1. Hubungan D , ϕ dan N dari pasir Peck, Meyerhoff Nilai N Kepadatan Relatif �� = � ��� − � � ��� − � ��� Sudut Geser Dalam Menurut Peck Menurut Meyerhof 0-4 Sangat Lepas 0,0-0,2 28,5 30 4-10 Lepas 0,2-0,4 28,5-30 30-35 10-30 Sedang 0,4-0,6 30-36 35-40 30-50 Padat 0,6-0,8 36-41 40-45 50 Sangat Padat 0,8-1,0 41 45 Suyono ,Mekanika Tanah Teknik Pondasi,1983 2.3 Penyelidikan Tiang 2.3.1 Pile Driving Analyzer Pile Driving Analyzer adalah alat untuk mengukur kekuatan sebuah pondasi selama pemancangan, yang dikembangkan selama tahun 1960an dan diperkenalkan pada tahun 1972. Menurut Coduto dalam Foundation Design Principles and Practices , pengujian daya dukung pondasi tiang dengan menggunakan alat PDA ini metodologinya telah distandarisasi dan diuraikan dalam ASTM D4945. Peralatan ini memilikitiga komponen sebagai berikut: 1. Sepasang strain transducers yang diletakkan di dekat kepala tiang, 2. Sepasang accelerometers yang diletakkan di kepala tiang, 3. Sebuah Pile Driving Analyzer PDA. Universitas Sumatera Utara Monitor PDA memberikan keluaran yang berasal dari strain transducers dan accelerometers pondasi tiang pancang, dan data tersebut dievaluasi sebagai berikut: 1. Data strain dikombinasi dengan modulus elastisitas dan luas penampang tiang, memberikan tekanan vertikal pada tiang. 2. Data acceleration diintegrasikan dengan waktu hasil partikel percepatan perjalanan gelombang melalui tiang, 3. Data acceleration diintegrasikan dengan waktu hasil perpindahan pondasi selama pemukulan hammer. Setiap impact atau tumbukan yang diberikan pada ujung atas tiang akan menghasilkan gelombang tegangan stress wave yang bergerak ke bawah sepanjang tiang dengan kecepatan suara di media materialnya, maka PDA dengan alat sensornya yang ditempatkan pada tiang bagian atas akan dapat menganalisa gelombang tersebut dan menghitung daya dukung tiang dengan metode Case. Dalam analisa persamaan gelombang wave equation impact yang diberikan pada kepala tiang adalah simulasinya, maka dengan PDA ini impact tersebut adalah benar terjadi. Suatu massa hammer ditumbukkan pada kepala tiang untuk menghasilkan gelombang tegangan keseluruh panjang tiang. Dengan menempatkan sepasang sensor yaitu transducer di bagian atas tiang pada sisi yang berlawanan untuk mencegah pengaruh lentur tiang, maka pengukuran kecepatan partikel particle velocity sebagai hasil integrasi terhadap besaran percepatan terukur dari accelerometer, serta pengukuran gaya force sebagai hasil perkalian besaran regangan terukur dari transduser regangan strain transducer dapat dilakukan. Dimana hasil pengukuran Universitas Sumatera Utara inilah yang menjadi dasar dalam perhitungan daya dukung pondasi tiang dengan metode Case.

2.3.1.1 Case Method

Case method merupakan cara pengukuran dan interpretasi terhadap pengaruh tanah, tegangan pada tiang, kondisi integritas tiang dan kinerja hammer dengan menggunakan PDA. Perhitungan daya dukung tiang Case method berdasarkan pada perambatan gelombang satu dimensi, dengan asumsi bahwa tiang seragam dan ideal plastis maka dapat diturunkan persamaan sebagai berikut: F turun = zv turun Keterangan : z = �� � � , impedansi atau faktor kekakuan dinamis Untuk tiang dengan impedansi Z pada saat tiang ditumbuk, gelombang tumbukan impact wave menjalar ke bawah downward wave, dimana akan terjadi juga gaya tekan compression force yang menyebabkan kecepatan kebawah downward particle velocity. Setelah waktu t = Lc, gelombang akan mencapai ujung tiang pile tip, maka gelombang yang merupakan gelombang tekan compression wave dipantulkan keatas sebagai gelombang tarik tension wave. Berarti pada ujung tiang gelombang tekan dan tarik saling menghapuskan. Akan tetapi gelombang pantul yang merupakan gelombang tarik juga akan mendorong partikel pada ujung bawah tiang menjadi dua kali lipat. Untuk Universitas Sumatera Utara gelombang tarik, arah kecepatan partikel dan penyebaran gelombang berlawanan, sedangkan pada gelombang tekan arah kecepatan dan penyebaran gelombang sama. Bila ada tahanan tanah di sepanjang tiang sebesar R, akan diperoleh persamaan sebagai berikut: �� = � 1 + �� 1 + � 2 −�� 2 2 ...............................................................................................2.1 Keterangan : Rt = tahanan tanah total F 1 = gaya pada waktu t 1 pukulan maksimum F 2 = gaya pada waktu t 2 Prinsip inilah yang dilakukan oleh PDA, yaitu mengukur F 1 , F 2 , V 1 , V 2 , pengukuran dilakukan untuk setiap pukulan yang diberikan. Selain memberikan hasil perhitungan daya dukung tiang, PDA juga menghasilkan perhitungan dari transfer energi tumbukan yang terekam, menghitung gaya maksimum yaitu gaya tekan maupun gaya tarik dilokasi penempatan transducer, serta mengukur kondisi global integritas tiang.

2.3.1.2 CAPWAP

Case pile Wave Analysis Program CAPWAP adalah program aplikasi untuk menganalisa gelombang gaya F dan kecepatan V yang diukur oleh PDA. Program CAPWAP digunakan untuk memperkirakan distribusi dan besarnya gaya perlawanan tanah sepanjang tiang berdasarkan modelisasi yang dibuat dan memisahkannya menjadi bagian dinamis dan bagian statis. Program CAPWAP menggunakan model matematis sistem tiang tanah dengan element diskrit massa dan pegas seperti pada analisa persamaan gelombang Universitas Sumatera Utara wave equation, namun hanya merupakan fungsi dari pergerakan tiang saja, sedang tanah sendiri adalah pasif. Sehingga parameter tanah yang perlu diketahui adalah tahanan batas Ru, perpindahan elastis dari tahanan statis quake, faktor redaman tanah Jc. Analisa CAPWAP dilakukan dengan mencocokkan kurva F dan V simulasi yang karakteristiknya diketahui, dengan kurva hasil redaman PDA secara iterasi trial and error. Jika belum mendapatkan suatu kecocokan, dapat diiterasi lagi dengan mengubah parameter tanahnya. Jika sudah cocok, artinya model tanah yang dicari sudah selesai, maka perlawanan tanah Ru dapat dipisah menjadi bagian dinamis dan statis sehingga karakteristik bagian statisnya dapat didefenisikan. Termasuk hasil dari CAPWAP adalah dengan model tanah sudah dapat disimulasikan untuk setiap elemen tiang yaitu fungsi kedalaman, maka dapat disimulasikan perilaku sistem tiang tanah di bawah pembebanan yaitu kurva hubungan beban dengan penurunan kepala tiang load-settlement curve. Kemudian dengan pengetahuan karakteristik hubungan beban dan penurunan dalam setiap elemen, maka daya dukung batas tiang dapat diketahui berdasarkan penurunan izin vertikal mencapai 2,5 mmblows. Gambar 2.1. Tampilan Program CAPWAP Universitas Sumatera Utara 2.4 Pondasi 2.4.1 Perencanaan Pondasi Tiang Pada perencanaan pondasi tiang pada umumnya diperkirakan pengaturan tiang – tiangnya terlebih dahulu seperti letaksusunan, diameter dan panjang tiang. Dalam pengaturan tiang – tiang tersebut perlu diperhatikan beberapa hal berikut : 1. Tiang yang berbeda kualitas bahannya atau tiang yang memiliki diameter berbeda tidak boleh dipakai untuk pondasi yang sama; 2. Tiang miring dipakai apabila besarnya gaya horizontal yang bekerja pada kelompok tiang terlalu besar untuk ditampung oleh tiang vertikal; 3. Jarak yang dianjurkan antara tiang dalam satu kelompok adalah antara 0, 60 sampai 2, 0 meter. Pada umumnya gaya – gaya luar yang bekerja pada tiang yaitu pada kepala tiang yang meliputi berat sendiri bangunan di atasnya, beban hidup, tekanan tanah dan tekanan air. Sedangkan beban yang bekerja pada tubuh tiang yaitu meliputi berat sendiri tiang, gaya geser negatif pada selimut tiang dan gaya mendatar akibat getaran ketika tiang tersebut melentur. Gambar 2.2. Beban yang Bekerja pada Kepala Tiang Universitas Sumatera Utara Gambar 2.3. Beban yang Bekerja pada Tubuh Tiang Perencanaan suatu pondasi tiang biasanya dilaksanakan sesuai dengan prosedur sebagai berikut : 1. Menentukan kriteria perencanaan, seperti beban – beban yang bekerja pada dasar tumpuan poer, parameter tanah, situasi dan kondisi bangunan di sekitar lokasi, besar pergeseran yang diijinkan dan tegangan ijin dari bahan – bahan pondasi; 2. Memperkirakan diameter, jenis, panjang, jumlah dan susunan tiang; 3. Menghitung daya dukung vertikal tiang tunggal single pile; 4. Menghitung faktor efisiensi dalam kelompok tiang dan daya dukung vertikal yang diijinkan untuk sebuah tiang dalam satu kelompok tiang; 5. Menghitung beban vertikal yang bekerja pada setiap tiang dalam kelompok tiang; 6. Memeriksa beban yang bekerja pada setiap tiang apakah masih dalam batasan daya dukung yang diijinkan. Apabila tidak sesuai, maka perkiraan diameter, jumlah atau susunan tiang pada prosedur yang kedua harus dihitung kembali kemudian dilanjutkan dengan prosedur berikutnya; 7. Menghitung daya dukung mendatar setiap tiang dalam kelompok; Universitas Sumatera Utara 8. Menghitung beban horizontal yang bekerja pada setiap tiang dalam kelompok; 9. Menghitung penurunan; 10. Merencanakan struktur tiang.

2.5 Kapasitas Daya Dukung Tiang