Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang

20 sempurna, maka ke dua ujung tiang pancang yang diberi plat harus benar- benar tanpa rongga. Pengelasan harus dilakukan dengan teliti karena kecerobohan dapat berakibat fatal, yaitu beban tidak tersalur sempurna. 8. Pemancangan tiang dilakukan hingga tercapai daya dukung desain tiang. 9. Setelah satu titik selesai pindah ke titik lainnya.

2.4 Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang

Kapasitas daya dukung ultimate menyatakan tahanan geser tanah untuk melawan penurunan akibat pembebanan yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah disepanjang bidang-bidang gesernya Hardiyatmo, Hary Christady,2011. Perancangan pondasi harus mempertimbangkan adanya keruntuhan geser dan penurunan yang berlebih. Untuk itu, perlu dipenuhi 2 dua kriteria, yaitu: kriteria stabilitas dan kriteria keruntuhan. Untuk memenuhi stabilitas jangka panjang, perhatian harus diberikan pada perletakan dasar pondasi. Pondasi harus diletakkan pada kedalaman yang cukup untuk menanggulangi resiko erosi permukaan, gerusan, kembang susut tanah dan gangguan yang disekitar pondasi lainnya. 2.4.1 Kapasitas Daya Dukung Aksial Tiang Pancang a. Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang dari Hasil Sondir Sondir atau Cone Penetration Test CPT ini tes yang sangat cepat, sederhana, ekonomis dan tes tersebut dapat dipercaya dilapangan dengan pengukuran terus-menerus dari permukaan tanah dasar. Didalam perencanaan Universitas Sumatera Utara 21 pondasi tiang pancang pile, data tanah sangat diperlukan guna menentukan kapasitas daya dukung ultimit dari tiang pancang. Untuk menghitung daya dukung ultimit tiang pancang berdasarkan data hasil pengujian Sondir dapat dilakukan dengan menggunakan : 1. Metode Meyerhoff. Daya dukung ultimate pondasi tiang dinyatakan dengan persamaan : Q ult = q c x A p + JHL x K 2.3 Dimana : Q ult = kapasitas daya dukung ultimit tiang pancang tunggal kg q c = tahanan ujung sondir kgcm 2 A p = luas penampang tiang cm 2 JHL = Jumlah Hambatan Lekat kgcm K = keliling tiang cm Daya dukung ijin pondasi dinyatakan dengan persamaan : Q ijin = 3 + 5 2.4 Daya dukung terhadap kekuatan tanah untuk tiang tarik : � = × 2.5 Daya dukung ijin tarik : = � 3 2.6 Daya dukung terhadap kekuatan bahan : = � × 2.7 Dimana : Q ijin = kapasitas daya dukung ijin pondasi kg q c = tahanan ujung sondir kgcm 2 Universitas Sumatera Utara 22 A p = luas penampang tiang cm 2 JHL = Jumlah Hambatan Lekat kgcm K = keliling tiang cm � = daya dukung terhadap kekuatan tanah untuk tiang tarik kg = kekuatan yang diijinkan pada tiang kg � = tegangan tekan ijin bahan tiang kgcm 2 ,untuk beton=500kgcm 2 b. Kapasitas Daya Dukung Ultimate Tiang Pancang Dari Hasil SPT Untuk menghitung daya dukung ultimit pondasi tiang pancang berdasarkan data SPT dapat digunakan metode Meyerhoff, adapun rumus yang dapat digunakan antara lain : 1. Kapasitas daya dukung pondasi tiang pada tanah non kohesif pasir dan kerikil Gambar 2.3 Nilai N -SPT untuk Desain Tahanan Ujung Tanah Pasiran 1 Daya dukung ujung pondasi tiang Q p = 40 x N b x A p 2.8 Dimana : � = � 1 + � 2 2 Universitas Sumatera Utara 23 N 1 = nilai SPT pada kedalaman 10D pada ujung tiang ke atas N 2 = nilai SPT pada kedalaman 4D pada ujung tiang ke bawah A p = luas tiang m 2 2 Tahanan geser selimut tiang Q s = 2 x N- SPT x P x L i 2.9 Dimana : N- SPT = nilai SPT L i = tebal lapisan tanah m P = keliling tiang m 2. Kapasitas daya dukung pondasi tiang pada tanah kohesif 1 Daya dukung ujung pondasi tiang Q p = 9 x c u x A p 2.10 2 Tahanan geser selimut tiang Q s = α x c u x P x L i 2.11 Dimana : α = koefisien adhesi antara tanah dan tiang c u = kohesi undrained kNm 2 c u = N -spt x 2 3 x 10 2.12 A p = luas penampang tiang m 2 P = keliling tiang m L i = tebal lapisan tanah m Sumber : Hardiyatmo, 1994 Universitas Sumatera Utara 24 Gambar 2.4 Hubungan antara Kuat Geser c u dengan Faktor Adhesi α API, 1987 Dari nilai N yang diperoleh dari uji SPT, dapat diketahui hubungan empiris tanah non-kohesif seperti sudut geser dalam ø, indeks densitas dan berat isi tanah basah γ wet . Hubungan empirisnya dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2. Tabel 2.1. Hubungan antara Angka Penetrasi Standar dengan Sudut Geser Dalam dan Kepadatan Relatif pada Tanah Pasir Angka penetrasi standar, N Kepadatan Relatif, Dr Sudut geser dalam ϕ ° – 5 – 5 26 – 30 5 – 10 5 – 30 28 – 35 10 – 30 30 – 60 35 – 42 30 – 50 60 – 65 38 - 46 Das,1995 Tabel 2.2. Hubungan antara N dengan Berat Isi Tanah Das, 1995 Tanah tidak kohesif Harga N 10 10-30 30 – 50 50 Berat isi KNm 3 12 – 16 14 - 18 16 – 20 18 – 23 Tanah kohesif Harga N 4 4 - 15 16 – 25 25 Berat isi KNm 3 14 – 18 16 - 18 16 – 18 20 Universitas Sumatera Utara 25 2.4.2 Kapasitas Daya Dukung Lateral Tiang Pancang Pondasi tiang terkadang harus menahan beban lateral horizontal, seperti beban gempa dan beban lainnya. Beban-beban tersebut akan bekerja pada ujung atas kepala tiang. Hal ini akan menyebabkan kepala tiang terdeformasi lateral dan akan menimbulkan gaya geser pada tiang dan tiang akan melentur sehingga timbul momen lentur. Gaya geser yang dipikul tiang harus mampu didukung oleh tampang tiang sesuai dengan bahan yang dipakai. Besarnya gaya geser dapat dianggap terbagi rata ke seluruh tiang. Selain kapasitas dukung tiang perlu juga ditinjau terhadap kapasitas dukung tanah di sekitarnya. Keruntuhan yang mungkin terjadi karena keruntuhan tiang, dan dapat pula karena keruntuhan tanah di sekitarnya. Selain gaya geser, akibat beban lateral akan menimbulkan momen lentur pada tiang. Akibat beban lentur ini akan menyebabkan tiang mendesak tanah di sampingnya. Jika tanah cukup keras maka keruntuhan akan terjadi pada tiang karena kapasitas lentur tiang terlampaui. Sedangkan jika tiang cukup kaku pendek maka keruntuhan yang akan terjadi akibat terlampauinya kapasitas dukung tanah. Tandoan,Tua:2014 2.4.2.1 Tiang Ujung Jepit dan Tiang Ujung Bebas Dalam analisis gaya lateral, tiang-tiang perlu dibedakan menurut model ikatannya dengan pelat penutup tiang. Model ikatan tersebut sangat mempengaruhi kelakuan tiang dalam mendukung beban lateral. Sehubungan dengan hal tersebut, tiang-tiang dibedakan menurut 2 tipe, yaitu : 1. Tiang ujung jepit fixed end pile 2. Tiang ujung bebas free end pile Universitas Sumatera Utara 26 Tiang ujung jepit didefinisikan sebagai tiang yang ujung atasnya terjepit tertanam dalam pelat penutup kepala tiang. Tiang ujung bebas didefinisikan sebagai tiang yang bagian atasnya tidak terjepit ke dalam pelat penutup kepala tiang . 2.4.2.2 Tahanan Beban Lateral Ultimit Menentukan tiang berperilaku seperti tiang panjang atau tiang pendek perlu diketahui faktor kekakuan tiang. Faktor kekakuan tiang dapat diketahui dengan menghitung faktor-faktor kekakuan R dan T. Faktor-faktor tersebut dipengaruhi oleh kekakuan tiang EI dan kompresibilitas tanah yang dinyatakan dalam modulus tanah K yang tidak konstan untuk sembarang tanah, tapi tergantung pada lebar dan kedalaman tanah yang dibebani. R = EI K 4 2.13 Dimana : K = k h . d = k 1 1,5 = modulus tanah k 1 = modulus reaksi subgrade dari Terzaghi E p = modulus elastis tiang kgcm 2 I p = momen inersia tiang cm 4 d = lebar atau diameter tiang m Nilai-nilai k 1 yang disarankan oleh Terzaghi 1955, ditunjukkan dalam Tabel 2.3. Pada kebanyakan lempung terkonsolidasi normal normally consolidated dan tanah granular, modulus tanah dapat dianggap bertambah secara linier dengan kedalamannya. � = 5 2.14 Universitas Sumatera Utara 27 Dengan modulus tanah : k= n h z Dan modulus reaksi subgarde horizontal : k h =n h zd Koefisien variasi modulus n h diperoleh Terzaghi secara langsung uji beban tiang dalam tanah pasir yang terendam air. Nilai-nilai n h yang disarankan oleh Terzaghi ditunjukkan dalam Tabel 2.4. Dalam tabel tersebut dicantumkan juga nilai-nilai n h yang disarankan oleh Reese dkk 1956. Nilai-nilai n h yang lain, ditunjukkan dalam Tabel 2.5. Dari nilai-nilai faktor kekakuan R dan T yang telah dihitung, Tomlinson 1977 mengusulkan kriteria tiang kaku atau disebut tiang pendek tiang kaku dan tiang panjang tiang tidak kaku yang dikaitkan dengan panjang tiang yang tertanam dalam tanah L, seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 2.6. Batasan ini digunakan untuk meghitung defleksi tiang akibat gaya horizontal. Tabel 2.3 Hubungan Modulus Subgrade k1 dengan Kuat Geser Undrained untuk Lempung Kaku Terkonsolidasi Berlebihan Overconsolidation Konsistensi Kaku Sangat kaku Keras kohesi undrained c u kNm 2 100-200 200-400 ˃400 kgcm 2 1 – 2 2 - 4 ˃4 k 1 MNm 3 18 – 36 36 -72 ˃72 kgcm 3 1,80 - 3,60 3,60 - 7,20 ˃7,2 k 1 direkomendasikan MNm 3 27 54 ˃108 kgcm 3 2,70 5,40 ˃10,80 Terzaghi, 1955 Universitas Sumatera Utara 28 Tabel 2.4 Nilai-Nilai n h untuk Tanah Granular c = 0 Kerapatan relatif D r Tidak padat Sedang Padat Interval nilai A 100 – 300 300 – 1000 1000 – 2000 Nilai A dipakai 200 600 1500 n h , pasir kering atau lembab Terzaghi kNm 3 2425 7275 19400 n h , pasir terendam air kNm 3 Terzaghi 1386 4850 11779 Reese dkk 5300 16300 34000 Sumber : Tomlinson, 1977 Tabel 2.5 Nilai-Nilai n h untuk Tanah Kohesif Tanah n h kNm 3 Referensi Lempung terkonsolidasi normal lunak 166 – 3518 Reese dan Matlock 1956 277 – 554 Davisson - Prakash 1963 Lempung terkonsolidasi normal organik 111 – 277 Peck dan Davidsson 1962 111 – 831 Davidsson 1970 Gambut 55 Davidsson 1970 27,7 – 111 Wilson dan Hilts 1967 Loss 8033 – 11080 Bowles 1968 Sumber : Hardiyatmo, 2011 Tabel 2.6 Kriteria Pondasi Tiang Pendek dan Pondasi Tiang Panjang Tipe Tiang Modulus Tanah K Bertambah Dengan Kedalaman Modulus Tanah K Konstan Kaku L 2T L 2R Tidak Kaku L 4T L 3,5R Sumber : Tomlinson, 1977 2.4.2.3 Metode Broms 1. Tiang Dalam Tanah Kohesif Tahanan tanah ultimit tiang yang terletak pada tanah kohesif atau lempung �=0 bertambah dengan kedalamannya dari 2c u dipermukaan tanah sampai 12c u pada kedalaman kira-kira 3 kali diameter tiang. Broms 1964 mengusulkan cara pendekatan sederhana untuk mengestimasi Universitas Sumatera Utara 29 distribusi tekanan tanah yang menahan tiang dalam lempung. Yaitu, tahanan tanah dianggap sama dengan nol di permukaan tanah sampai kedalaman 1,5 kali diameter tiang 1,5d dengan konstan sebesar 9c u untuk kedalaman yang lebih besar dari 1,5d tersebut. Hal ini dianggap sebagai efek penyusutan tanah. a. Tiang ujung bebas Mekanisme keruntuhan tiang ujung bebas untuk tiang panjang tiang tidak kaku dan tiang pendek tiang kaku diperlihatkan dalam Gambar 2.5. Untuk tiang panjang, tahanan tiang terhadap gaya lateral akan ditentukan oleh momen maksimum yang dapat ditahan tiangnya sendiri M y . Untuk tiang pendek, tahanan tiang terhadap gaya lateral lebih ditentukan oleh tahanan tanah disekitar tiang. a b Gambar 2.5. Mekanisme Keruntuhan Pondasi a Tiang Panjang dan b Tiang Pendek pada Tiang Ujung Bebas Dalam Tanah Kohesif Hardiyatmo, 2011 Universitas Sumatera Utara 30 Pada gambar di atas, f mendefinisikan letak momen maksimum, sehingga dapat diperoleh : f = H u 9c u .d 2.15 M maks = H u e + 1,5d + 0,5f 2.16 Momen maksimum dapat pula dinyatakan dengan persamaan : M maks = 9 4 d × g 2 × c u 2.17 Dan L = 3d2 + f + g 2.18 Sumber : Hardiyatmo, 2002 Karena L = 3d2 + f + g, maka nilai H u didapat dari persamaan diatas, yaitu: H u = 9c u x d L − g − 1,5d 2.19 a b Gambar 2.6 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Kohesif a Pondasi Tiang Pendek, b Pondasi Tiang Panjang Hardiyatmo,2011 Grafik diatas berlaku untuk tiang pendek, bila tahanan momen maksimum tiang M y M maks dan untuk tiang panjang M y M maks , maka H u Universitas Sumatera Utara 31 diperoleh dari Persamaan 2.19 dengan M maks =M y . Penyelesaian persamaan diplot ke grafik hubungan antara M y c u d 3 dan H u c u d 2 pada Gambar 2.6. b. Tiang Ujung Jepit Perubahan model keruntuhan sangat ditentukan oleh tahanan momen bahan tiangnya sendiri M y . Broms menganggap bahwa momen yang terjadi pada tubuh tiang yang tertanam di dalam tanah sama dengan momen yang terjadi diujung atas tiang yang terjepit oleh pelat penutup tiang pile cap. Mekanisme keruntuhan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.7. a b Gambar 2.7 Mekanisme Keruntuhan Pondasi a Tiang Pendek b Tiang Panjang pada Tiang Ujung Jepit Dalam Tanah Kohesif Hardiatmo,2011 Untuk tiang pendek, dapat dihitung tahanan tiang ultimit terhadap beban lateral : H u = 9c u d L –g – 1,5d 2.20 M maks = H u 0,5L + 0,75d 2.21 Dimana : H u = beban lateral kN d = diameter tiang m c u = kohesi tanah kNm 2 Universitas Sumatera Utara 32 L = panjang tiang m g = jarak dari lokasi momen maksimum sampai dasar tiang m Nilai-nilai H u dapat diplot dalam grafik hubungan Ld dan H u c u d 2 ditunjukkan pada Gambar 2.6. Untuk tiang panjang, dimana tiang akan mengalami keluluhan ujung atas yang terjepit, H u dicari dengan persamaan di bawah dan Nilai-nilai H u yang diplot dalam grafik hubungan M y c u d 3 dan H u c u d 2 ditunjukkan pada Gambar 2.6. H u = 2M y 1,5D+0,5f 2.22 2. Tiang dalam tanah granular non-kohesif a. Tiang ujung jepit Model keruntuhan untuk tiang-tiang pendek kaku. keruntuhan tiang berupa translasi, beban lateral ultimit dinyatakan oleh : H u = 1.5 d ɣ L 2 K p 2.23 M max = 2 3 H u ∙L = B ɣ L 3 K p 2.24 Lokasi momen maksimum : f=0,82 H u d∙K p ∙γ 2.25 Momen leleh : M y = 0,5γ∙d∙L 3 ∙K p - H U ∙L 2.26 Dimana : d = diameter tiang m γ = berat isi tanah Tonm 3 L = panjang tiang m K p = koefisien tanah pasif Universitas Sumatera Utara 33 a b Gambar 2.8 Mekanisme Keruntuhan Tiang Ujung Jepit a Tiang Pendek b Tiang Panjang pada Tanah Non-Kohesif Kapasitas lateral tiang H u juga dapat diperoleh secara grafis. H u diperoleh dari Gambar 2.9. Nilai H u yang diperoleh dari grafik tersebut harus mendekati nilai H u yang dihitung secara manual pada Persamaan 2.23 dan 2.24. Sedangkan untuk tiang ujung jepit yang tidak kaku tiang panjang, dimana momen maksimum mencapai M y di dua lokasi M u + = M u - maka H u dapat diperoleh dari persamaan : H u = 2M y e+ 2f 3 2.27 f=0,82 d∙K p ∙γ 2.28 Persamaan 2.28 disubstitusi ke Persamaan 2.27, sehingga nilai H u : Hu = 2M y +0,54 Hu γdKp 2.29 Dimana : H u = beban lateral kN K p = koefisien tekanan tanah pasif = tan 2 45 o + ø2 Universitas Sumatera Utara 34 M y = momen ultimit kN-m d = diameter tiang m f = jarak momen maksimum dari permukaan tanah m � = berat isi tanah kNm 3 e = jarak beban lateral dari permukaan tanah m = 0 Sumber : Hardiyatmo, 2002 a b Gambar 2.9 Tahanan Lateral Ultimit Tiang Dalam Tanah Granular a Tiang Pendek b Tiang Panjang Hardiatmo,2011 b. Tiang ujung bebas Hitungan kapasitas lateral tiang ujung bebas H u dapat dihitung dengan persamaan : H u = 0,5 γdL 3 K p e+L 2.30 Momen maksimum terjadi pada jarak f di bawah permukaan tanah sehingga : H u = 1,5γ d K p f 2 2.31 Universitas Sumatera Utara 35 Lokasi momen maksimum : f = 0,82 H u d K p γ 2.32 Sehingga persamaan momen maksimum yaitu: M maks = H u e + 2f3 2.33 Dimana: d = diameter tiang m γ = berat isi tanah Tonm 3 L = panjang tiang m K p = koefisien tanah pasif a b Gambar 2.10 Mekanisme Keruntuhan Pondasi Tiang Ujung Bebas a Tiang Pendek b Tiang Panjang Hardiatmo,2011 Universitas Sumatera Utara 36 Tabel 2.7 Klasifikasi Tiang Pancang Bulat Berongga Sumber : PT WIKA Beton Outside Diameter mm Unit weight Kgm Class Panjang Tiang m dan Diesel Hammer Concrete Cross Section cm 2 Section Modulus m 3 Momen Lentur ton m Allowable Axial Load ton Retak Batas 300 115 A2 6-15 k-13 452 2368,70 2,50 3,75 72,60 A3 2389,60 3,00 4,50 70,75 B 2431,40 3,50 6,30 67,50 C 2478,70 4,00 8,00 65,40 350 145 AI 6-15 K-13K- 25 582 3646,00 3,50 5,25 93,10 A3 3693,90 4,20 6,30 89,50 B 3741,70 5,00 9,00 86,40 C 3787,60 6,00 12,00 85,00 400 195 A2 6-16 K-25K- 35 765 5481,60 5,50 8,25 121,10 A3 5537,40 6,50 9,75 117,60 B 5591,30 7,50 13,50 114,40 C 5678,20 9,00 18,00 111,50 450 235 A1 6-16 K-35 929 7591,60 7,50 11,25 149,50 A2 7655,60 8,50 12,75 145,80 A3 7717,10 10,00 15,00 143,90 B 7783,80 11,00 19,80 139,10 C 7929,00 12,50 25,00 134,90 500 290 A1 6-16 K-35K- 45 1159 10506,00 10,50 15,75 185,30 A2 10579,30 12,50 18,75 181,70 A3 10653,50 14,00 21,00 178,20 B 10727,80 15,00 27,00 174,90 C 10944,60 17,00 34,00 169,00 600 395 A1 6-16 K-45 1570 17482,80 17,00 25,50 252,70 A2 17577,70 19,00 28,50 249,00 A3 17792,70 22,00 33,00 243,20 B 17949,60 25,00 45,00 238,30 C 18263,40 29,00 58,00 229,50 Universitas Sumatera Utara 37

2.5 Pile Cap