rekayasa fondasi ii - hmtsunsoed.files.wordpress.com · web viewjika tegangan tanah akibat beban...

Rekayasa Fondasi II

BAB IPENGERTIAN FONDASI TIANG

1.1. Komptensi 1.1.1. Kompetensi Umum

Mahasiswa dapat merancang fondasi tiang

1.1.2. Kompetensi Khusus1) Mahasiswa mampu memahami penggunaan fondasi tiang2) Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis fondasi tiang

1.2. PendahuluanFungsi fondasi bangunan dalam suatu kontruksi sipil adalah

untuk mendistribusikan beban yang bekerja pada bangunan tersebut, baik, hidup maupun beban sementara. Beban-beban tersebut diteruska n dan didistribusikan fondasi ke tanah dasar. Jika tegangan tanah akibat beban bekerja melebihi kapasitas ijin maka akan terjadi keruntuhan. Nilai keamanan (safety factor) perlu diberikan sehingga bangunan aman dari bahaya keruntuhan akibat kapasitas dukung terlampui. Namun demikian pemberian nilai keamanan yang teralu besar merupakan pemborosan dan ini harus dibayar. Desain yang baik akan menghasilkan nilai keamanan yang cukup untuk menjamin dari bahaya keruntuhan tanah namun masih tetap ekonomis.

Penggunaan fondasi dangkal hanya memungkinkan untuk bangunan-bangunan dengan beban yang tidak terlalu besar. Disamping beban bangunan yang tidak terlalu besar, penggunaan fondasi dangkal hanya dimungkinkan jika tanah keras tidak terlalu dalam. Untuk kondisi tanah yang lapisan tanah kerasnya cukup

Sumiyanto, Adhe & ArwanDibiayai PHK A1 Teknik Sipil 2007

1

Rekayasa Fondasi II

dalam penggunaan fondasi tiang akan lebih menguntungkan. Jika digunakan fondasi dangkal maka akan diperlukan dimensi yang sangat besar sehingga tidak ekonomis. Secara umum fondasi tiang akan digunakan jika kondisi tanah keras cukup dalam dan atau beban bangunan yang harus didukung cukup besar.

Penggunaan fondasi dangkal (telapak) untuk mendukung bangunan di atas air seperti dermaga maupun jembatan akan mengalami kesulitan pada saat konstruksi, sehingga penggunaan fondasi tiang pancang akan lebih menguntungkan, karena dapat dicetak ditempat lain. Pada konstrusi ini, bagian atas fondasi akan menonjol sampai di atas permukaan tanah dan air, sehingga pile cap akan nampak dari permukaan tanah. Pertimbangan beban lateral harus diperhitungkan dalam kondisi ini, karena tiang akan mendukung momen lentur yang cukup besar.

Pada bangunan-bangunan tertentu beban desak mungkin tidak teralu besar, namun akibat beban angin ataupun gempa dapat menyebabkan gaya tarik pada fondasi yang besar. Penggunaan fondasi dangkal kurang efektif dalam mendukung beban tarik, sehingga dapat dipilih fondasi tiang. Gesekan antara tiang dan tanah merupakan kapasitas dukung terhadap gaya tarik/angkat pada fondasi.

Berdasarkan uraian tersebut, fondasi tiang pada umumnya dipakai pada bangunan dengan kondisi bangunan ataupun kondisi tanah sebagai berikut:

1) tanah keras cukup dalam,2) beban bangunan cukup berat,3) bangunan berada di atas air,4) bagunan dengan gaya angkat pada fondasinya, dan5) bangunan dengan beban lateral yang besar.


2

Rekayasa Fondasi II

Jika diamati dari pola keruntuhan geser pada tanah dengan lapisan tanah keras cukup dalam, akan nampak bahwa distribusi tegangan pada fondasi dangkal tidak akan mencapai tanah keras (Gambar 1.1), sehingga kapasitas dukungnya ditentukan oleh karakteristik tanah bagian atas. Untuk kondisi tanah bagian atas adalah lunak maka kapasitas dukung fondasinya tentunya akan rendah pula. Pada Gambar 1.1, nampak bahwa garis keruntuhan pada fondasi tiang berada pada tanah keras sehingga kapasitas dukungnya akan tinggi. Kapasitas dukung fondasi tiang masih ditambah kontribusi dari gesekan antara dinding tiang dan tanah di sekitarnya. Karena luasan ujung tiang relative kecil dibandingkan dengan luasan telapak, maka dalam prakteknya akan membutuhkan beberapa tiang yang tergabung dalam satu pile cap (poer).

Gambar 1.1 Pola keruntuhan geser pada fondasi dangkal dan fondasi tiang.


Fondasi TelapakFondasi Tiang

Tanah Lunak

Tanah Keras

Garis Keruntuhan

3

Rekayasa Fondasi II

1.3. Jenis-jenis Fondasi TiangPengelompokan fondasi tiang dapat dibedakan berdasarkan

beberapa kriteria, yaitu berdasarkan cara pencetakannya dan bahan penyusunnya. Namun secara umum dan paling dikenal adalab jneis fondasi tiang pancang dan tiang bor. Sedangkan bahan yang paling banyak digunakan adalah beton bertulang.

1.3.1. Jenis-jenis Fondasi Tiang Berdasarkan Cara Pencetakanya

Berdasarkan cara pencetakannya, fondasi tiang dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu cetak di tempat (cast in situ) dan pra cetak (pre cast). Fondasi tiang cetak ditempat merupakan fondasi tiang yang dibuat langsung ditempat, dan tentunya fondasi ini terbuat dari bahan beton. Sedangkan untuk tiang baja dan kayu tentunya semuanya masuk dalam jenis tiang pra cetak.

a. Fondasi Tiang Cetak di TempatJenis fondasi ini di buat dengan menuang langsung adukan beton kedalam lubang bor yang telah disiapkan sebelumnya. Dalam praktek di lapangan, terkadang fondasi ini diperkuat dengan tulangan sehingga menjadi konstuksi beton bertulang. Jenis fondasi tiang cetak di tempat dapat di kelompokkan menjadi 3 (tiga) jenis, yaitu sebagai berikut ini.1) Fondasi Tiang dengan Selubung Pipa.

Pada fondasi jenis ini, pipa baja di pancang ke dalam tanah sampai kedalaman yang diinginkan. Beton segar di tuang kedalam pipa dan dipadatkan. Fondasi ini biasa digunakan pada tanah yang mudah runtuh atau


4

Rekayasa Fondasi II

tanah dengan muka air tinggi. Pada fondasi jenis ini tentunya pipa baja akan tertinggal dalam tanah, selubung beton. Salah satu contoh fondasi jenis ini adalah Fondasi Raimond.

2) Fondasi Tiang Tanpa Selubung Pipa.Cara pelaksanaan fondasi ini dilakukan dengan cara memancang pipa baja ke dalam tanah sampai kedalaman yang diinmginkan. Selanjutnya adukan beton segar dituang ke dalam pipa dan dipadatkan. Selama pencoran pipa baja ditarik keluar. Pada fondasi ini tentunya pipa baja yang digunakan adalah pipa baja ujung terbuka. Keuntungan fondasi ini adalah pipa baja bisa dipakai berulang-ulang, sehingga lebih ekonomis. Keuntungan lain adalah timbulnya gesekan antara tanah dan tiang yang besar. Salah satu contuh fondasi jenis ini adalah Fondasi Tiang Frangki.

3) Tiang bor.Fondasi tiang bor (bore pile), merupakan salah satu jenis fondasi cetak ditempat. Disebut tiang bore karena pada saat pelaksanaannya didahului dengan membuat lubang bor. Setelah lubang bor di buat, maka selanjutnya dilakukan penuangan adukan beton ke dalam lubang bor dan sambil dipadatkan. Pelaksanaan pada fondasi ini cukup sederhana, namun akan sulit dilakukan pada tanah pasir murni yang mudah runtuh, maupun tanah dengan muka air tinggi.

b. Fondasi Tiang Pra Cetak.


5

Rekayasa Fondasi II

Jenis fondasi ini tidak memerlukan pencetakan di lokasi proyek, namun sudah di buat ditempat lain atau di pabrik. Untuk tiang dari bahan baja atau kayu, jelas semuanya masuk dalam jenis fondasi tiang pra cetak. Sedangkan untuk tiang dari beton bertulang memungkinkan cetak di tempat maupun cetak ditempat lain (pra cetak)Pada jenis fondasi pra cetak ini, tiang didatangkan ke lokasi proyek sudah dalam bentuk batang-batang dengan panjang dan diameter tertentu. Cara pemasangan dari fondasi ini yang paling banyak digunakan adalah dengan dipancang sehingga sering disebut fondasi tiang pancang. Namun demikian cara lain masih mungkin dilakukan dengan cara dengan metode penggetaran. Permasalahan-permasalahan yang harus diperhatikan pada penggunaan fondasi tiang pancang ini adalah sebagai berikut ini

a) Panjang tiang terbatas sehingga perlu penyambungan di lapangan.

b) Pada waktu pemancangan akan menimbulkan getaran dan kebisingan, sehingga tidak tepat untuk daerah yang padat.

c) Kemungkinan terjadinya kerusakan akibat beban impact saat pemancangan.

d) Kerusakan tiang ketika berada didalam tanah sulit diketahui.

Namun demikian, disamping kekurangannya fondasi tiang pancang mempunyai beberapa kelebihan, yaitu sebagai berikut ini.

a) Pada saat pelaksaan pemancangan tidak terpengaruh oleh kondisi air tanah.


6

Rekayasa Fondasi II

b) Akibat getaran yang timbul akan memadatkan tanah disekitarnya, jika tanahnya berupa pasir longgar.

c) Waktu pelasanaan di lapangan lebih singkat dari pada cetak di tempat.

d) Kualitas bahan mudah dikontrol sebelum dipancang.

1.3.2. Jenis-jenis Fondasi Tiang Berdasarkan Bahan Penyusunnya.

Bahan penyusun fondasi tiang sering digunakan adalah dari bahan kayu, baja dan beton. Setiap bahan yang dipakai tentununya akan mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing.

a. Fondasi Tiang KayuKekuatan dari fondasi tiang kayu, tentunya sangat dipengaruhi oleh kekuatan kayunya. Pada umumnya fondasi tiang dari kayu digunakan pada jaman dahulu, hal ini terkait dengan harga kayu pada saat itu. Penggunaan fondasi tiang kayu ini perlu memperhatikan beberapa hal, yaitu sebagai berikut ini.1) Kualitas kayu harus tahan terhadap pengaruh air dan

kelembaban.2) Kondisi air tanah harus tinggi, sehingga diharapkan

tiang selalu terendam air.3) Kesulitan mendapatkan kayu dengan diameter dan

panjang yang seragam.4) Kesulitan dalam penyambungan.5) Kemungkinan kerusakan kayu pada saat di pancang,

terutama pada bagian kepala tiang (ujung atas).

b. Fondasi Tiang Baja


7

Rekayasa Fondasi II

Baja merupakan bahan konstruksi dengan kekuatan yang cukup tinggi, sehingga dalam desain yang perlu lebih diperhatikan adalah keruntuhan tanahnya. Namun demikian pada penggunaan fondasi tiang baja ini perlu memperhatikan beberapa hal, yaitu sebagai berikut ini.

1) Pada saat desain perlu memperhitungkan factor korosi.

2) Tampang baja biasanya dengan luasan kecil sehingga kapasitas dukung ujung bawahnya juga akan kecil.

3) Dinding baja relative halus sehingga kapasitas geseknya relative rendah.

c. Fondasi Tiang Beton Fondasi tiang beton merupakan jenis fondasi yang paling banyak digunakan, hal ini karena beberapa kelebihan dari jenis fondasi ini.

1) Dimensi dapat disesuaikan dengan kebutuhan.2) Mutu beton dapat didesain sesuai kebutuhan.3) Bahan susunnya mudah didapatkan.4) Kuat desak beton tinggi.

Namun demikian beton merupakan bahan kostruksi yang sifatnya getas, dan kuat tariknya rendah, sehingga perlu diperkuat dengan tulangan.


8

Rekayasa Fondasi II

BAB IIANALISIS KAPASITAS DUKUNG

FONDASI TIANG TUNGGAL

2.1. Komptensi 2. 1.1. Kompetensi Umum

Mahasiswa dapat merancang fondasi tiang

2.1.2. Kompetensi KhususMahasiswa mampu menganalisis kapasitas dukung fondasi

tiang

2.2. Kapasitas Dukung Ultimat Fondasi TiangSecara umum kapasitas dukung ultimat fondasi tiang (Qu)

ditentukan dari kapasitas ujung bawab tiang (Qb) dan kapasitas gesekan dinding tiang (Qs). Sekema kapasitas dukung tiang ditampilkan dalam Gambar 2.1. Kapasitas ujung bawah (end bearing capacity) tiang dihitung berdasarkan pola keruntuhan geser pada tanah di bawahnya. Sedangkan kapasitas gesek tiang (skin friction capacity) tiang (Qs) dihitung berdasarkan tahanan gesek antara tiang dan tanah di sampingnya.

Qu = Qb + Qs – Wp …………………………………............( 2.1)

dengan :Qu = kapasitas ultimat tiang (kN),Qb = kapasitas ujung bawah tiang (kN),Qs = kapasitas gesek dinding tiang (kN), danWp = berat tiang (kN).


9

Rekayasa Fondasi II

Qu

Qs

Qb

Gambar 2.1. Skema analisis kapasitas dukun tiang.

Pada kondisi tiang pancang berada pada tanah lunak dan ujung tiang mencapai tanah keras atau batuan dasar (Gambar 2.2), analisis sering dilakukan dengan mengabaikan tahanan geseknya, sehingga kapasitas dukung tiang didapatkan dari tahanan ujung bawah tiang saja (Qb). Hal ini dilakukan dengan pertimbangan bahwa kapasitas ujung bawah tiang (Qb) jauh lebih besar dari pada kapasitas geseknya (Qs). Pada kondisi ini Persamaan 2.1 dapat ditulis sebagai Persamaan 2.2.

Qu = Qb – Wp ………………………………..…............ ( 2.2)


10

Rekayasa Fondasi II

Kondisi tanah lunak yang sangat dalam mungkin sekali dijumpai dalam desain fondasi suatu bangunan. Penggunaan fondasi tiang yang mencapai tanah keras akan memerlukan tiang yang sangat panjang, dan ini tidak ekonomis. Pada kondisi ini sering digunakan fondasi yang tidak mencapai tanah keras atau sering disebut floating piles (Gambar 2.2). Pada kondisi ini kapasitas ujung bawah tiang akan sangat kecil dibandingkan dengan gesekannya, sehingga hitungan kapasitas dukungnya ditentukan berdasarkan tahanan gesek tiang dan tanah (Persamaan 2.3).

Qu = Qs – Wp ………..………………………………............( 2.3)

Jika kondisi tanah dari permukaan sampai ujung bawah tiang perubahannya tidak ekstrim, maka hitungan kapasitas dukung tanah sebaiknya didasarkan pada kedua tanahanan, baik tahanan ujung bawah tiang maupun tahanan gesek tiang. Secara umum kondisi tanah seperti ini adalah yang sering dijumpai.


End Bearingpiles Floating piles

Tanah Lunak

Tanah Keras

11

Rekayasa Fondasi II

Gambar 2.2 Fondasi tianng dengan kondisi end bearing dan floating piles.

2.2.1. Kapasitas Ujung Bawah Tiang Kapasitas dukung ujung bawah tiang didapatkan dari tahanan

geser tanah di bawahnya. Mekanisme keruntuhan tanah di bawah ujung bawah tiang hampir sama dengan pada fondasi dangkat. Kalau pada fondasi dangkal garis keruntuhan geser tanah akan berakhir pada permukaan tanah. Sedangkan pada fondasi tiang, permukaan tanah berada cukup jauh dari ujung bawah tiang sehingga garis keruntuhan tanah tidak akan sampai permukaan, namun akan memotong tiang kembali (Gambar 2.3).

Gambar 2.3 Garis keruntuhan tanah di bawah ujung bawah tiang.

Persamaan kapasitas ujung bawah tiang secara umum dapat ditulis seperti pada fondasi dangkal (Persamaan 2.3.). Perbedaan kedalaman tentunya menyebabkan kapasitas ujung bawah tiang akan lebih besar dari pada fondasi dangkal.

Qb= Ab.(c.Nc + q.Nq + 0,5.d..N……………………………. ( 2.3)


Garis keruntuhan tanah

12

Rekayasa Fondasi II

Dengan :Ab = luas ujung tiang,c = kohesi tanah pada ujung tiang,q = tekanan overburden pada ujung tiang,d = diameter tiang, = berat satuan tanah.Nc, Nq, dan N = Faktor daya dukung.

Perbedaan besarnya kapasitas ini dapat dijelaskan dengan logika sebagai berikut:

a) Garis keruntuhan pada fondasi tiang lebih panjang dari pada fondasi dangkal, hal ini akan menyebabkan tahanan lekatian pada fondasi tiang lebih besar.

b) Tekanan overburden pada fondasi tiang jauh lebih besar dari pada fondasi dangkal, hal ini karena perbedaan kedalaman.

Dalam hitungan kapasitas ujung bawah tiang, kedua hal tersebut diakomodasi dengan memberikan nilai faktot-faktor kapasitas dukung Nc dan Nq, yang lebih besar dari pada fondasi dangkal. Namun demikian pada fondasi tiang, lebar dasar fondasi jauh lebih kecil dari pada fondasi dangkal, dan sering diabaikan sehingga Persamaan 2.3 dapat ditulis sebagai Persamaan 2.4.

Qb= Ab.(c.Nc + q.Nq …………………………….( 2.4)

Besarnya Nc dan Nq, untuk Persamaan 2.4 untuk fondasi tiang dapat menggunakan Grafik pada Gambar 2.4.

Secara umum besarnya tekanan overburden sebanding dengan kedalamannya. Namun pada fondasi tiang diameter dan luasan tampang yang relative kecil menyebabkan tekanan


13

Rekayasa Fondasi II

overburden untuk kedalaman lebih dari kedalaman tertentu (kedalaman kritis) relatif konstan (Poulus dan Davis, 1980). Nilai zc

akan erkisar antara 10d sampai 20d (Poulos dan Davis, 1980), dan untuk desain dapat digunakan grafik pada Gambar 2.6. Sedangkan menurut Grigorian (1997) dapat diambil 12.d, dengan d adalah diameter tiang. Sedangkan nilai Nc pada tanah lempung murni (Skemton, 1966) dapat diambil sebesar 9.

1

10

100

1000

0 10 20 30 40 50

Sudut gesek internal

Fakt

or d

aya

duku

ng

Nc

Nq

Gambar 2.4 Nilai factor kapsitas dukung Nc dan Nq (Grigorian, 1997).

zc

L


14

Rekayasa Fondasi II

q = .zc

Gambar 2.5 Skema tekanan overburden pada fondasi tiang.

0

5

10

15

20

28 33 38 43

z c/d

Gambar 2.6 Grafik nilai zc/d fondasi tiang (Paulos dan Davis, 1980).

2.2.2. Kapasitas Gesek TiangKelebihan lain dari fondasi tiang adalah adanya tahanan

gesek antara tanah dan dinding tiang. Besarnya tegangan gesek ultimat sepanjang dinding tiang merupakan kapasitas gesek tiang (Gambar 2.7). Permasalahan yang timbul dalam analisis adalah besarnya tegangan ultimat yang tidak seragam sepanjang tiang. Namun demikian beberapa pendekatan telah dikembangkan untuk menghitung kapasitas gesek tiang tersebut, dan yang paling sederharana adalah dengan menggunakan nilai tegangan geser ultimat rata-rata.


15

Rekayasa Fondasi II

Gambar 2.7 Tegangan gesek sepanjang dinding tiang.

Besarnya tahanan gesek tentunya ditentukan dari beberapa faktor, yang antara lain seperti tersebut dibawah ini.

a) kekasaran dinding tiang yang ini tergantung dari bahan yang digunakan.

b) kekasaran dan kepadatan tanah, yang dalam hal ini diwakili oleh parameter sudut gesek internal tanah (),

c) lekatan tanah atau sering disebut kohesi (c), dand) besarnya tekanan tanah lateral pada dinding fondasi.

Tahanan gesek tiang dan tanah dianalisis dengan menggunakan Persamaan Mohr-Coloumb (Persmaan 2.5).

…………………………………………… …(2.5)dengan :

= tegangan geser ultimat (kN/m2), cd = adesi antara tiang dan tanah (kN/m2)


Tegangan gesek pada tiang

16

Rekayasa Fondasi II

= tegangan normal pada dinding tiang (kN/m2), dand = sudut gesek antara tanah dan tiang (o).

Adesi merupakan besarnya lekatan antara tiang dan tanah. Nilai adesi ini tentunya sangat dipengaruhi oleh besarnya kohesi tanahnya (Tomlinson, 1963). Besarnya nilai cd untuk bahan tiang baja, beton dan kayu ditampilkan dalam Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Nilai adesi untuk beberapa jenis bahan tiangJenis bahan tiang Kohesi tanah

undrainedcu (k/ft2)

Adesi tanah dan tiangcd (k/ft2)

Baja 0 – 0,750,75 – 1,501,50 – 3,60

0 – 0,700,70 – 1,001,00 – 1,20

Beton dan kayu 0 – 0,750,75 – 1,501,50 – 3,60

0 – 0,700,70 – 1,001,00 – 1,30

Catatan :1 k/ft2 = 47,8 kN/m2

Tegangan normal yang bekerja pada tiang besarnya dihitung berdasarkan tekanan lateral tanah diam (Ko), yang besarnya adalah seperti pada Persamaan 2.6.

………………………………………………………. (2.6)dengan :

= tegangan normal pada dinding tiang (kN/m2),Ko = koofisien tekanan tanah diam, = berat satuan tanah (kN/m3), danz = kedalaman tanah yang ditinjau.

Besarnya koofisien tekanan leteral tanah diam (Ko), dapat dihitung dengan Persamaan 2.7.


17

Rekayasa Fondasi II

……………………………………………. (2.7)dengan :

= sudut gesek internal tanah,OCR = over consolidated ratio.

Untuk keperluan praktis nilai OCR dapat diambil sebesar satu.Nilai sudut gesek antara tanah dan dinding tiang (d

tergantung dari sudut gesek internal tanah () kekasaran dinding tiang. Menurut Ass, (1966) d pada fondasi tiang pada tanah pasir tergantung jenis bahan fondasi, yang besarnya ditampilkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Nilai d pada fondasi tiangJenis bahan tiang d

BajaBetonKayu

20o0,75 0,66

Selanjutnya besarnya kapasitas gesek tiang (Qs) merupakan penjumlahan tegangan gesek sepanjang tiang (Persamaan 2.8).

………………………………………. (2.7)

Untuk keperluan praktis, panjang tiang (L) dapat bagi dalam beberapa pias panjang tiang (L), sehingga nilai Qs adalah penjumlahan nilai Qs pada masing-masing pias tersebut.

Contoh 2.1Suatu fondasi tiang dengan diameter 30 cm dipancang pada tanah sampai kedalaman 10 m. Pada kedalaman 0 sampai 10 meter tanah tersebut mempunyai c = 10 kN/m2 dan susud gesek internal


18

Rekayasa Fondasi II

12o, berat satua tanah = 20 kN/m3. Tanah pada kedalaman 10 m mempunyai c = 20 kN/m2 dan susut gesek internal 32O, berat satuan tanah = 20 kN/m3. Hitunglah kapaistas dukung tiang tersebut.

Jawab:Keadalaman kritis dianggap = 12d = 12 x 30 = 360 cm = 3,6 mTekanan tanah (overburden) untuk z = 0 sampai 3,6 m

= 3,6 x 20 = 72 kN/m2.a. Hitungan tahanan ujung bawah:

Qb = Ab.(c.Nc + q.Nq) = 0,25..d2.(20.32 + 72.22)= 157,1 kN

b. Tahanan gesek tiangQs = .d.L.10.(2/3) + ½ .d.3,6.(1-sin12o).72.tan (12.2/3)

+ .d.(L - 3,6).(1-sin(12o).72.tan (12.2/3)= 62,8 + 13,5 + 47,3 = 123,6 Kn

c. Berat tiangWp = 0,25..d2.L.25 = 17,6 kN

d. Kapasitas dukung ultimatQult = 157,1 +123,6 -17,6 = 263,1 kN

2.2.3. Kapasitas Ijin Fondasi TiangBeban fondasi yang mendekati kapasitas ultimatnya akan

menyebabkan fondasi pada kondisi kritis. Hal ini tidak boleh terjadi pada suatu bangunan, sehingga perlu nilai keamanan agar beban bangunan yang bekerja tidak membahayakan bangunan. Besarnya kapasitas fondasi tiang haruslah cukup menjamin terhadap beban


19

Rekayasa Fondasi II

yang mungkin bekerja. Untuk keperluan tersebut kapasitas yang diijinkan pada saat desain tidaklah sebesar kapasitas ultimat (Qu), melainkan sebesar Qa (kapasitas ijin fondasi). Besarnya kapasitas ijin didefinisikan sebesar Qu dibagi dengan suatu nilai kemanan (safety factor) yang disimbolkan dengan SF. Besarnya nilai SF 2,5 sampai 3.


20

Rekayasa Fondasi II

BAB IIIKAPASITAS DUKUNG FONDASI TIANG TUNGGAL

BERDASARKAN HASIL UJI LAPANGAN

3.1. Komptensi3.1.1. Komptensi Umum

Mahasiswa mampu mendesain fondasi tiang.3.1.2. Komptensi Khusus

Mahasiswa mampu menganalisis kapasitas dukung fondasi tiang dengan data uji lapangan

3.2. Pengujian Lapangan Parameter mekanik tanah merupakan data yang harus

disiapkan ketika kita akan menganalisis kapasitas dukung fondasi. Parameter mekanik tanah yang paling sering diuji adalah sudut gesek internal tanah () dan kohesi tanah (c). Parameter tersebut didapatkan dari uji laboratorium pada sample tanah tidak terganggu (undisturbed) yang diambil dari lapangan.

Pengujian laboratoium ini memerlukan sample tanah untuk dari lapangan. Kesulitan yang timbul dari pengujian ini adalah ketika sampel yang harus diambil pada kedalaman yang cukup besar. Selain itu pengujian laboratorium memerlukan tahapan lebh banyak dan waktu yang lebih lama dari pada pengujian lapangan. Terkait dengan alasan tersebut untuk keperluan desain fondasi tiang sering digunakan pengujian lapangan. Metode yang sering dipakai dalam uji lapangan ada beberapa jenis, yang antara lain :

a. cone penetration test (CPT),b. standard penetration test (SPT),c. vane test, dan pengujian-pengujian lainnya.


21

Rekayasa Fondasi II

3.2.1. Analisis Kapasitas Dukung Fondasi Tiang dengan Data CPT.Cone penetration test (CPT) atau yang sering disebut dengan

sondir, merupakan salah satu jenis pengujian lapangan untuk mendapatkan data parameter kuat dukung tanah. Parameter yang didapatkan dari hasil uji sondir adalah tahanan ujung sondir (qc) dan tahanan gesek tanah (qs), skema hasil uji sondir seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1. Nilai qc menunjukkan nilai tahanan ujung sondir dan ini analog dengan tahanan ujung fondasi tiang. Sedangkan nilai qs yang merupakan tahanan gesek sondir menggambarkan tahanan gesek antara tanah dan tiang.

Selain kecepatan dalam pengujian, uji sondir dapat menggambarkan kondisi tanah dari permukaan sampai kedalaman yang diinginkan. Kelebihan ini sangat sesuai untuk desain fondasi tiang karena besarnya tahanan ujung dan tahanan gesek pada tiang dapat digambarkan dari data sondir. Namun demikian perbedaan dimensi ntara sodir dan fondasi tiang akan memerlukan koreksi nilai qc ketika diaplikasikan pada fondasi tiang. Koreksi juga diperlukan karena perbedaan kekasaran antara selimut sondir dan dinding fondasi tiang.

Aplikasi data sondir untuk desain fondasi tiang perlu mempertimbangkan jenis tanah. Untuk tanah kohesif, pengaruh perbedaan dimensi tiang dan sondir dapat diabaikan sehingga tahanan ujung sondir (fb) dapat diambil sama dengan nilai qc sondir. Hal ini berbeda dengan kondisi tanah non kohesif, jika kondisi tanah tidak meyakinkan sebaiknya diambil nilai tahanan ujung tiang (fb) sama dengan 0,5.qc (Tomlinson, 1977). Namun demikian untuk keperluan praktis biasanya nilai tahanan ujung tiang (fb) dapat diambil sebesar qc sondir (Vesic, 1967).


22

Rekayasa Fondasi II

Kondisi tanah disekitar ujung bawah tiang akan menentukan besarnya tahanan ujungnya (fb). Penentuan nilai qc yang akan digunakan dalam desain fondasi tiang sebaiknya memperhitungkan nilai qc disekitar (di atas dan di bawah) ujung tiang. Menurut Mayerhof, (1976) nilai qc sebaiknya diambil rata-rata nilai qc dari 8d di atas dasar fondasi sampai 3d di bawah dasar fondasi. Sedangkan menurut Van Der Veen (1957) qc fondasi yang diambil adalah rata-rata dari 3d di atas dan 1d di bawah dasar fondasi. Besarnya kapasitas ujung tiang dapat dihitung dengan Persamaan 3.1.

Qb = Ab.fb ……………………………………………………….(3.1)Dengan :

Qb = kapasitas tahanan ujung tiang (kN),Ab = luas tampang ujung tiang (m2),fb = tahanan ujung tiang (kN/m2)Tahanan gesek antara tiang dan tanah disekitarnya dihitung

dengan mengunakan data tahanan gesek sondir (qs). Menurut Vesic (1967), untuk tiang beton besarnya tahanan gesek tiang (fs) dapat diambil sebesar 2.qs, sedangkan untuk tiang baja dapat sama dengan qs. Nilai qs sepanjang tiang tentunya nilainya akan bervariasi, sehingga yang dipakai adalah nilai qs rata-rata sepanjang tiang. Hitungan kapasitas gesek tiang berdasarkan nilai qs sondir dapat dihitung dengan Persamaan

Qs = As.fs ……………………………………………………….(3.2)Dengan :

Qs = kapasitas tahanan gesek dinding tiang (kN),As = luasan selimut tiang tiang (m2),fs = tahanan gesek tanah dengan tiang (kN/m2)


23

Rekayasa Fondasi II

Gambar 3.1 Hitingan nilai qc untuk desain fondasi tiang (Mayerhof, 1976).

Penyajian data tahanan gesek sondir terkadang ditampilkan dalam bentuk tahanan komulatif (ft), yaitu penjumlahan tegangan dari permukaan tanah sampai kedalaman yang ditinjau (Gambar 3.2). Jika hitungan kapasitas gesek tiang akan menggunakan data gesekan komulatuif (ft) sondir maka persamaan yang dipakai adalah seperti pada Persamaan 3.3.

Qs = Ks.ft ……………………………………………………….(3.3)Dengan :

Qs = kapasitas gesek tiang (kN),


8.d

3.d

qc rata-rata

z

qc

24

Rekayasa Fondasi II

Ks = keliling tampang tiang (m), danft = tahanan gesek komulatif (kN/m).

Gambar 3.1 Skema grafik qs dan ft sondir.

Kapasitas ultimat fondasi tiang dapat dihitung menggunakan data sondir dengan Persamaan 3.4.

Qu = Qb + Qs - Wp ……………………………………………….(3.4)dengan :

Qu = kapasitas dukung fondasi tiang, (kN),


ft

z

fs

sumbu ft

sumbu ft

fs

ff

25

Rekayasa Fondasi II

Qb = tahanan ujung tiang, (kN),Qs = tahanan gesek tiang, (kN) dan Wp = berat sendiri tiang, (kN).

Nilai kapasitas ijin fondasi tiang yang dianalisis berdasarkan data sondir biasanya menggunakan angka keamanan yang lebih besar dari data uji labaoratirium. Hal ini diperlukan terkait dengan kemungkinan penyimpangan hasil pengujian dengan kondisi sebenarnya. Selanjutnya besarnya kapasitas ijin fondasi tiang tersebut dapat dituliskan dalam Perdamaan 3.5.

………………………………………… (3.5)

Besarnya angka aman SFb dan SFs untuk kondisi tanah pasir dan lempung adalah sebagai berikut (Suryolelono, 1994):

a) SFb = 3 untuk tanah pasir,b) SFb = 5 untuk tanah lempung,c) SFs = 5 untuk tanah pasir, dand) SFs = 10 untuk tanah lempung.

3.2.2. Analisis Kapasitas Dukung Fondasi Tiang dengan Data SPT.Standart Penetration test, merupakan pengujian lapangan

dengan menggunakan tabung standart diameter 5 cm dan panjang 56 cm. Pengujian ini dilakukan dalam lubang bor pada kedalaman yang diinginkan. Tabung standart di tumbuk dengan massa 64 kg dan tinggi jatuh 76,2 cm (setara dengan energi 0,5 kJ atau 0,5 kN.m). Nilai SPT didefinisikan sebagai jumlah pukulan yang menghasilkan penurunan sedalam 30 cm. Semakin besar nilai SPT


26

Rekayasa Fondasi II

tentunya tanahnya semakin keras. Besarnya nilai SPT perlu dikoreksi jika kondisi tanah terendam air dengan Persamaan 3.6.

………………………………………… (3.6)

dengan :N = nilai SPT terkoreksi, danN’ = jumlah pukulan di bawah pengaruh air.Mayerhoft (1956) dalam Poulos dan Davis (1980),

mengusulkan formula empirik untuk menghitung kapasitas dukung fondasi tiang dengan data SPT, dengan membedakan dua kondisi yaitu penurunan besar dan kecil. Dalam praktek penurunan besar digunakan untuk tiang beton dan kayu sedangkan penurunan kecil dipakai untuk tiang baja prifil. Formula yang diusulkan untuk penurunan besar ditulis dalam Persamaan 3.7a sedangkan untuk penurunan kecil ditulis dalam Persamaan 3.7b.

Untuk penurunan besar (tiang beton dan baja) :

…………………………………………

(3.7a)Untuk penurunan kecil (tiang baja profil) :

…………………………………………

(3.7b)dengan :

Qu = kapasitas ultimat tiang, (ton),Nb = nilai SPT paja ujung bawah tiang, Nr = nilai SPT rata-rata sepanjang tiang.Ab = luas tampang tiang (ft2), danAs = luas selimut tiang (ft2).


27

Rekayasa Fondasi II

Contoh:Suatu fondasi tiang beton dipancang pada tanah sampai kedalaman 20 m. Data hasil pengujian SPT tanah tersebut adalah sebagai berikut:

Keadalam(m)

Nilai SPT -N

0 - 4 84 – 10 1410 – 13 2213 – 15 1215 – 18 2818 – 24 32

Hitunglah kapasitas dukung tiang tersebut:

Jawab:a. Nb = 32 , (pada kedalaman 20 m)

Nr = (8.4+14.6+22.3+12.2+28.3+32.2)/20= 17,7

b. Kapasitas dukung ultimatQult = 4.Nb.Ab + Nr.As/50d = 0,25 m = 0.82 ftL = 20 m = 65,62 ftQult = 4.32.0.25.(.d2 + 17,7. (.0.82.65.62/50

= 67,5 + 59,9 ton= 127,34 ton


28

Rekayasa Fondasi II

BAB IVFORMULA DINAMIS

4..1. Komptensi4..1.1. Kompetensi Khusus

Mahasiswa mampu mendesain fondasi tiang.4..1.2. Komptensi Khusus

Mahasiswa mampu menganalisis kapasitas dukung fondasi tiang berdasarkan data pemancangan.

4..2. Pemancangan Fondasi TiangSalah satu jenis fondasi tiang adah tiang pancang. Disebut

fondasi tiang pancang karena dalam pemasangannya dengan cara ditumbuk/dipancang masik ke dalam tanah. Pada saat pemcangan, energi jatuh dari hamer akan diterima tiang dan menyebabkan tiang masuk kedalam tanah sebesar s (Gambar 4.1). Besarnya energi yang diterima tiang adalah sebesar energi potensial hamer sebelum jatuh yaitu sebesar berat hamer (Wh) dikalikan tinggi jatuh (h). Tanah berusaha menahan desakan tanah yang besarnya sama dengan kapasitas ultimatnya (Qu), sehingga besanya usaha yang dilakukan tanah adalan Qu.s. Dari kedua hal tersebut, jika tidak terjadi kehilangan energi selama pemancangan maka akan berlaku Persamaan 4.1., yang selanjutnya sering disebut dengan Formula Sender.

…………………………………………………… (4.1)


29

Rekayasa Fondasi II

dengan :Qu = kapasitas ultimat tiang (kN),Wh = berat hamer (kN),h = tinggi jatuh (m), dans = penurunan tiang tiap pukulan (m).

Gambar 4.1 Skema pemancangan fondasi tiang.

Persamaan 4.1 tersebut merupakan formula dasar hitungan kapasitas dukung fondasi tiang dengan formula pancang. Kenyataan dilapangan, kehilangan energi selama pemancangan akan terjadi sehingga hitungan perlu dikoreksi. Faktor-faktor koreksi dikembangkan berdasarkan beberapa sebab, yaitu :

a) tumbukan yang tidaklah lenting sempurna,


h

h

Hamer (Wh) sebelum jatuh

30

Rekayasa Fondasi II

b) koreksi jatuhnya hamer tidaklah jatuh bebas sempurna, karena gesekan antara hamer dan relnya.

c) deformasi yang terjadi tidak semua akibat penurunan tanah, namun juga akibat deformasi elastis dan plastis tiang

d) Walaupun tidak besar, tanah juga terdeformasi secara elastis.

Berdasarkan pertimbangan beberapa factor pada saat pemancangan, telah dikembangkan banyak formula dengan memasukkan koreksi empiric.

4..2.1. Enineering New FormulaEnineering New Formula ini dikembangkan dari Formula

Sender (Persamaan 4.1) dengan memasukkan koreksi (c) pada penurunan tiang sebesar 2,5 cm. Selanjutnya persamaan tersebut dapat ditullis sebagai Persamaan 4.2.

…………………………………………………… (4.2)

dengan :Qu = kapasitas ultimat tiang (kN),Wh = berat sendiri tiang (kN),h = tinggi jatuh (m),s = penurunan tiang hasil pengukuran (m),c = koreksi penurunan sebesar 0,025 m.

4..2.2. Formula Eytelwein (Dutch)Formula Eytelwein atau yang juga disebut dengan Rumus

Belanda dikembangkan dari Formula Sender (Persamaan 4.1) dengan memasukkan koreksi akibat pengaruh kelembaman massa tiang pada saat dipukul (Persamaan 4.3)


31

Rekayasa Fondasi II

……………………………………………… (4.3)

dengan :Qu = kapasitas dukung ultimat tiang (kN),Wh = berat hamer (kN),h = tinggi jatuh hamer (m),s = penuruna tiang (m), danWp = berat sendiri tiang (kN).

4..2.3. Formula JanbuFormula Janbu ini lebih komplek dari formula Eytelwein, yaitu

dengan memperhitungan kondisi pemancangan, kekakuan bahan (E) dan panjang (L) tiang. Formula Janbu ini ditampilkan dalam Persamaan 4.4a, 4.4b, 4.4c dan 4.4d.

…………………………………………….. (4.4a)

………………………….….. (4.4b)

……………….…………………….. (4.4c)

…….. ……………….…………………….. (4.4c)

dengan: = efiseiensi pemancangan:

= 0,4 untuk tanah jelek= 0,55 tanah sedang= 0,75 tanah baik

L = panjang tiang (m),A = luas tampang tiang (m2)


32

Rekayasa Fondasi II

Wp = berat tiang (kN)E = modulus elastis tiang (kN/m2)

4..2.4. Boston Building Code Pada peraturan ini, formula pancang untuk kapasitas ijin

dikembangan dengan memasukkan factor efisiensi pemancangan dan berat tiang (Persamaan 4.5).

……………..…………………………………(4.5)

dengan :Qa = kapasitas ijin tiang (kN),En = energi pukulan (kN.m),s = penurunan tiang (m),Wp = berat tiang (kN), danWh = berat hamer (kN).


33

Rekayasa Fondasi II

BAB V

KAPASITAS FONDASI KELOMPOK TIANG

5.1. Kompetensi 5.1.1. Komptensi Umum


Mahasiswa mampu menghitung besarnya efisiensi tiang dalam kelompok tianng.

5.2. Fondasi Kelompok TiangPada umumnya jarang fondasi tiang digunakan sebagai tiang

tunggal, melainkan berupa gabungan dari beberapa tiang (kelompok tiang) yang disatukan oleg pile cap (poer) (Gambar 5.1). Pada tiang tunggal, interaksi yang terjadi hanyalah tiang dengan tanah. Sedangkan pada kelompok tiang akan ada interaksi antara tiang dengan tanah dan tiang dengan tiang yang lainnya. Interaksi ini akan lebih besar jika jarak tiang semakin dekat tentunya.

Analisis ini dikembangkan dengan menganggap tidak ada pile cap. Jika pada salah satu tiang pada kelompok tiang didesak sehingga terjadi penurunan, maka tiang disekitarnya akan ikut turun akibat tertarik oleh tanah disekitar tiang yang dibebani. Berdasarkan kondisi tersebut, maka akan terjadi penurunan tiang akibat beban yang didukung tiang didekatnya walaupun tiang tersebut tidak terbebani. Hal ini akan mengakibatkan kapasitas dukung tiang menjadi berkurang jika dibandingkan dengan kondisi tiang tunggal.


34

Rekayasa Fondasi II

Pile cap

tiang

Gambar 5.1 Skema fondasi kelompok tiang.

5.3. Analisis Fondasi Tiang dalam KelompokAnalisis ini kekembangkan untuk mendapatkan besarnya

koofisien koreksi kapasitas dukung tiang dalam kelompok, atau sering disebut efisiensi kelompok tiang. Secara umum efisiensi yang dimaksud dapat ditulis dalam Persamaan 5.1

…………………………………………………….. (5.1)

dengan ; = efisiensi kelompok tiang,Qg = kapasitas gabungan kelompok tiang (kN),Qu = kapasitas ultimat satu tiang (kN),


35

Rekayasa Fondasi II

n = jumlah tiang.5.3.1. Perilaku Keruntuhan Fondasi Kelompok Tiang

Besarnya kapasitas dukung tiang gabungan sangat dipengaruhi oleh tipe keruntuhan yang terjadi. Dalam desain, kesalahan dalam asumsi akan sangat berpengaruh dalam hitungan kapasitas dukungnya. Tipe keruntuhan yang terjadi dapat dibedakan menjadi dua tipe utama yaitu keruntuhan tiang tunggal dan keruntuhan blok.

a. Keruntuhan Tiang TunggalKeruntuhan tiang tunggal akan mungkin terjadi jika jarak tiang cukup jauh. Hal ini dengan asumsi penurunan pada salah satu tiang tidak akan menyebabkan penurunan tiang disekitanya. Kapasitas fondasi gabungan (Qg) merupakan penjumlahan dari kapasitas dukung tiang tunggalnya (Persamaan 5.1)

Qg = n.Qu ……………………………………………. (5.1)dengan :

Qg = kapasitas kelompok tiang (kN),n = jumlah tiang, danQu = kapasitas tiang tunggal (kN).

Kondisi jarak tiang yang cukup jauh ini sulit untuk ditentukan, sehingga justifikasi desain suatu kelompok tiang akan mengalami keruntuhan tiang tunggal juga sulit ditentukan.

b. Keruntuhan BlokKeruntuhan blok ini dimungkinkan terjadi jika jarak tiang cukup dekat, sehingga interaksi antar tiang dan tanah sangat


36

Rekayasa Fondasi II

kompak. Tanah diantara tiang-tiang ikut turun bersamaan dengan keruntuhan fondasi kelompok tiang, sehingga seolah-olah seperti blok tiang dengan ukuran Bx x By x L (Gambar 5.2).

By

L

Bx

Gambar 5.2 Skema keruntuhan blok pada kelompok tiang.

Menurut Terzaghi dan Peck (1948), pada keruntuhan blok dapat pada tanah lempung dapat dihitung dengan Persamaan 5.2

Qg = 1,3.cb.Nc.Bx.By + 2.L(Bx + By).cr …………….…(5.2)dengan:

Qg = kapasitas gabungan kelompok tiang (kN),cb = cohesi tanah pada ujung bawah tiang (kN/m2),cr = cohesi rata-rata sepanjang tiang (kN/m2),Bx = lebar kelompok tiang (m),By = panjang kelompok tiang (m), danL = panjang tiang (m)/


37

Rekayasa Fondasi II

Pada umumnya hasil hitungan dengan metode keruntuhan blok ini sangat besar. Prediksi bahwa keruntuhan yang terjadi di lapangan adalah blok sangat sulit.

5.3.2. Metode EfisiensiPada kenyataan hitungan dengan menggunakan metode

keruntuhan blok atau keruntuhan tiang tunggal kadang menghasilkan akan menghasilkan angka yang jauh berbeda dengan kenyatannya, sehingga sulit untuk menentukan mana yang akan dipakai.

Metode efisiensi diusulkan untuk menghitung kapasitas dukung kelompok tiang berdasarkan nilai Qg berdasarkan keruntuhan tiang tunggal dengan memasukan factor efisiensi. Nilai efisiensi yang dikembangkan merupakan fungsi dari jarak tiangnya. Hubungan antara Kapasitas gabungan dan kapasitas tiang tunggal dapat ditulis dalam Persamaan 5.3.

Qg = .n.Qu …………………………………………………. (5.3)Dengan :

Qg = kapasitas gabungan (kN), = efisiensi,n = jumlah tiang,Qu = kapasitas ultimat tiang tunggal (kN).

Selanjutnya penelitian banyak dilakukan dalam rangka mengembangkan formula untuk menghitung besarnya nilai efisiensi. Salah satu metode yang sering digunakan adalan dari Converse-Labarre Formula (Persamaan 5.4).

………………. (5.4)

dengan:


38

Rekayasa Fondasi II

d = diameter tiang (m),s = jarak antar tiang (m),m = jumlah tiang dalam satu baris, dann = jumlah baris.Pada tanah non kohesif (pasir) pemancangan akan

meningkatkan nilai kuat geser tanah (tanah memadat). Hasil penelitian vesic (1967) menunjukkan bahwa Qg > n.Qult. Selanjutnya Vesic menyarankan nilai efisiensi fondasi gabungan pada tanah non kohesif adalah 1.

Contoh:Suatu fondasi kelompok tiang 5 x 5, dipancang dalam tanah lempung c = 23 kN/m2, = 19 kN/m2. panjang tiang = 25 m, dengan d = 0,3 m. Jarak antar tiang ke tiang s = 0,75 m. Hitung kapasitas dukung kelompok tiang tersebut.

Jawab:a. Kapasitas dukung satu tiang

Qult = 0,25.(.0,32.23.9 +(2/3).23. .0,3.15)= 231,4 kN

b. Kapasitas gabungan (keruntuhan tiang tunggalQg = 25 x 231,4 = 1157,0 kN

c. Kapasitas gabungan (keruntuhan blok)Qg = 2 x 15.(3,3+3,3).23 + 1,3.23 x 9 x3,32

= 7484 kNd. Metode Efisiensi

Qg = 0,612 x 25 x.31,4 = 354 kNKesimpulan:

Dari beberapa metode, metode efisiensi memberikan hasil yang paling aman.


39

Rekayasa Fondasi II

BAB VIDISTRIBUSI BEBAN DALAM KELOMPOK TIANG

6.1. Komptensi6.1.1. Komptensi Umum


Mahasiswa mampu menganalisis beban yang didukung tiang.

6.2. Beban FondasiStruktur bangunan didesain untuk mendukung beban-beban

yang bekerja pada bangunan tersebut, baik beban mati, hidup, gempa, angin ataupun beban-beban lainnya. Beban-beban tersebut akan diteruskan oleh struktur atas terutama kolom ke fondasi. Beban yang didukung oleh fondasi akan berupa beban normal vertical, beban momen dan beban lateral. Selanjutnya beban-beban tersebut akan didistribusikan ke masing-masing tiang untuk diteruskan ke tanah dasar. Dalam hal ini peran pile cap akan sangat menentukan besarnya beban yang didukung masing-masing tiang.

6.3. Dsitribusi Beban pada TiangPerilaku yang terjadi pada pile cap sangat menentukan

distribusi beban bangunan pada masing-masing tiang. Untuk memmudahkan analisis distribusi beban umumnya digunakan beberapa asumsi, yaitu sebagai berikut ini.

a. Pile cap sangat kaku,


40

Rekayasa Fondasi II

sehingga akibat beban normal deformasi pada masing-masing tiang seragam. Akibat momen, pile cap akan terotasi.

b. Hubungan antara pile cap dan tiang dianggap berperilaku sendi, sehingga beban yang diterima tiang akibat beban normal ataupun momen pada pile cap akan terdistribusi sebagai beban desak atau tarik (Gambar 6.1)

c. Tanah dianggap berperilaku elastis, sehingga besarnya beban yang diterima tiang sebanding dengan deformasi yang terjadi.

d. Pile cap dianggap tidak menumpu pada tanah,sehingga beban-beban pada pile cap hanya didukung oleh tiang-tiang.

Gambar 6.1 Skema distribusi beban pada fondasi kelompok tiang.


P

M

41

Rekayasa Fondasi II

6.3.1. Distribusi Beban NormalAkibat beban normal dari kolom, pile cap akan terdeformasi

dan mendesak tiang. Akibat kekakuan pile cap yang besar (rigid) maka pile cap akan terdeformasi seragam, sehingga penurunan semua tiang sama besar. Pada kondisi tanah elastis, besarnya reaksi pada tiang adalah sebanding dengan penurunannya, dan besarnya reaksi adalah sama dengan beban yang bekerja (Gambar 6.2). Besarnya beban yang didukung masing-masing tiang (V) dihitung dengan Persamaan 6.1.

(a) (b) (c)

Gambar 6.2 Distribusi beban normal pada kelompok tiang:(a) skema fondasi tiang,(b) penurunan fondasi tiang, dan(c) reaksi pada fondasi tiang.


P

V1 V2 V3

42

P

Rekayasa Fondasi II

……………………………………………….. (6.1)

dengan :V = beban yang didukung satu tiang (kN),P = beban kolom (kN), dann = jumlah tiang

6.3.2. Distribus Beban MomenAkibat momen pile cap akan terotasi sehingga akan

mendesak tiang di bagian tertentu dan menarik tiang di bagian yang lainya. Besarnya beban yang didukung sama dengan deformasi yang terjadi pada masing-masing tiang (Gambar 6.3).

Gambar 6.3 Distribusi beban momen pada tiang.


My

V1

V3

Sx

Sy

1 2 3

7 8 9

4 5 6

43

Rekayasa Fondasi II

Besarnya beban yang didukung masing-masing tiang dapat dihitung dengan Persamaan 6.2.

…………………………………………………….. (6.2)

dengan :Vx = beban yang didukung tiang pada jarak x dari pusat

fondasi (kN),My = momen pada kolom (kN.m), danx = jarak tiang yang ditinjau dari pusat fondasi (m).

Analog dengan Persamaan 6.2 untuk momen dua arah Mx dan My, beban yang didukung tiang dapat ditulis dengan Persamaan 6.3.

…………………………………………….. (6.3)

6.3.3. Distribus Beban MomenDistribusi beban pada tiang akibat beban normal dan beban

momen dihitung dengan prinsip superposisi. Akibat beban normal P, momen Mx dan momen My, besarnya beban pada tiang dapat dihitung dengan Persamaan 6.4.

……………………………………… (6.3)

Contoh:Suatu fondasi kelompok tiang 3 x 3, dengan jarak antar tiang adalah 1,00m, mendukung beban P = 1000kN, momen Mx = 400 kN.m dan My = 100kN.m. Hitung beban yang didukung masing-masing tiang.


44

Rekayasa Fondasi II

Jawaban :

a. Sketsa fondasi

b. Formula yang digunakan


45

Sy = 1,00m

1 2 3

7 8 9

4 5 6

Sx = 1,00 mP

My

Rekayasa Fondasi II

Berdasarkan hasil hitungan beban maksimum pada tiang sebesar 161 kN (pada tiang no 9) dan beban tarik maksimum sebesar 6 kN (pada tiang no 1).


46

Rekayasa Fondasi II

BAB VIIANALISIS KAPASITAS BEBAN LATERAL

7.1. Kompetensi7.1.1. Kompetensi Umum


Mahasiswa akan mampu menghitung

7.2. Beban LateralFondasi tiang tekadang harus menahan beban lateral

(horisontal), antara lain yang antara lain beban angina, beban gempa, beban kapal, beban air (pada pangkal jembatan) dan beban lainnya. Beban-beban tersebut akan bekerja pada ujung atas (kepala tiang). Hal ini akan menyebabkan kepala tiang terdeformasi leteral. Hal ini akan menimbulkan gaya geser pada tiang dan tiang akan melentur, sehingga timbul momen lentur (Gambar 7.1).

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 disekitarnya. Keruntuhan yang mungkin terjadi dapat terjadi karena keruntuhan tiang, dan dapat pula karena keruntuhan tanah disekitarnya.

Selain gaya geser, akibat beban lateral akan menimbulkan momen lentur pada tiang. Akibat beban lentur ini akan meyebabkan tiang mendesak tanah di sampingnya. Jika tanah


47

Rekayasa Fondasi II

cukup keras maka keruntuhan akan terjadi pada tiang karena kapasitas lentur tiang terlampui. Sedangkan jika tiang cukup kaku (pendek) maka keruntuhan yang akan terjadi akibat terlampuinya kapasitas dukung tanah.

`

Gambar 7.1. Skema deformasi tiang akibat beban lateral.

7.3. Analisis Kapasitas Beban LateralPerilaku deformasi tiang akibat beban lateral akan sangat

dipengaruhi oleh kondisi ujung tiang. Ujung atas tiang dengan kondisi jepit akan menyebabkan timbulnya momen jepit pada ujung tiang tersebut. Sedangkan jika ujung tiang bebas, maka momen pada ujung tiang nol. Selain itu hitungan akan dikelompokkan dalam dua kondisi tanah, yaitu tanah kohesif dan tanah non kohesif.

7.3.1. Tiang Pada Tanah Kohesifa. Ujung Bebas

1) Tiang Pendek


H

48

Rekayasa Fondasi II

Pada tiang pendek, kekakuan tiang cukup tinggi sehingga pada beban lateral ultimat (Hu), keruntuhan terjadi pada tanahnya. Akibat beban Hu, tiang akan terotasi dan mendesak tanah didepannya (Gambar 7.2). Tanah dari permukaan sampai kedalaman 1,5.d dianggap rusak sehingga tidak mendukung tegangan. Besarnya tegangan tanah pada tanah lempung sama dengan sembilan kali nilai cohesinya (9.cu). Tegangan tanah akan menimbulkan momen pada tiang. Momen maksimum akan terjadi pada kedalaman (1,5d + f) dari muka tanah. Tiang pendek dengan kondisi ujung tiang bebas besarnya kapasitas dukung ultimat (Hu) didapat dengan menggunakan Persamaan 1a, 1b, 1c dan 1d.

Gambar 7.2 Skema analisis kapasitas dukung tiang pendek ujung bebas

akibat beban lateral pada tanah kohesif.


49

e

L

Hu Hu1,5d

g/2

g/2

9cu.d 9cu.d M mak

f

Rekayasa Fondasi II

………………………………………. (7.1a) …..…….………………(7.1b)

………………………………...(7.1c)………………………………..(7.1d)

dengan: f = jarak titik Mmak dan 1,5d dari muka

tanah (m),

Hu = beban leteral ultimat yang mampu didukung

fondasi (kN),cu = kohesi tanah, (kN/m2),d = diameter tiang, (m),Mmak = momen maksimum akibat tekanan tanah

pada tiang (kN.m) L = panjang tiang,(m),g = jarak Mmak. dan ujung bawah tiang, (m).

2) Tiang PanjangPada kondisi tiang panjang kekakuan tiang kecil, tiang akan melendut, dengan deformasi pada ujung atas paling besar. Distribusi tegangan pada tanah seperti terlihat pada Gambar 7.3. Akibat tegangan yang terjadi tersebut akan timbul meomen lentur pada tiang. Pada kondisi tiang panjang ini momen lentur akibat tegangan tanah (Mmak) lebih besar dari kapasitas momen tiang (Mr), sehingga keruntuhan terjadi pada tiang dan bukan tanahnya. Persamaan 7.1a masih tetap berlaku untuk tiang panjang.


50

Rekayasa Fondasi II

Sedangkan persamaan 7.1b untuk tiang panjang diganti dengan Persamaan 7.2.

…………………….…………… (7.2)Kapasitas tiang dalam mendukung momen (Mr), akan lebih kecil dari Mmak berdasarkan kapasitas tanah, maka dipakai Mr.

Gambar 7.3 Skema kapasitas fondasi tiang panjang ujung bebas akibat beban lateral pada tanah lempung.

Pada saat analisis, kita belum tahu apakah tiang tersebut merupakan tiang panjang atau pendek. Analisis dilakukan dengan menggunakan asumsi awal sebagai tiang pendek. Jika Mmak lebih kecil dari Mr maka asumsi kita benar bahwa tiang tersebut merupakan tiang pendek. Jika ternyata Mmak lebih besar dari Mr maka asumsi kita salah, sebenarnya tiang yang kita analisis adalah tiang panjang. Selanjutnya kita hitung nilai Hu dengan memasukan nilai Mmak sama dengan Mr.


51

e

L

Hu Hu1,5df

g/2

9cu.dMmak

Rekayasa Fondasi II

b. Tiang Ujung Jepit1) Tiang pendek

Akibat beban lateral pada tiang pendek ujung jepit, tiang akan terdorong tanpa melendut. Tekanan tanah pada tiang pendek akan terdistribusi merata sepanjang tiang (Gambar 7.4). Hitungan kapasitas lateral tiang dalam mendukung Hu dapat dihitung dengan Persamaam 7.3a, dan 7.3b.

……………………………. (7.3a) ……………………….. (7.3b)

Gambar 7.4 Skema kapasitas dukung beban lateral tiang pendek ujung jepit pada tanah lempung.

2) Tiang Panjang


52

L

Hu Hu1,5d

9cu.d M mak

Rekayasa Fondasi II

Untuk tiang panjang dengan ujung jepit akan terjadi dua momen maksimum yaitu di ujung atas tiang (kepala tiang) dan pada kedalaman z =1,5d + f. Keruntuhan yang terjadi akibat Hu, adalah terjadinya keruntuhan pada tiangnya dan bukan pada tanahnya. Skema disribusi tegangan dan momen ditampilkan dalam Gambar 7.5. Sedangkan hitungan Hu di lakukan dengan menggunakan Persamaan 7.4a, 7.4b, dan 7.4c.

… ……….. (7.4a)

….……….….…………..(7.4b)

….………….………...…………(7.4c)

`

Gambar 7.5 Skema keruntuhan tiang panjang ujung jepit pada tanah kohesif akibat beban lateral.

7.3.2. Tiang Pada Tanah non Kohesif


53

L

Hu Hu

1,5d

9cu.d

MrMr

f

Rekayasa Fondasi II

a. Tiang Ujung Bebas1) Tiang Pendek

Perilaku tiang pendek ujung bebas pada tanah non kohesif akibat beban lateral dapat diamati pada Gambar 7.5. Besarnya tekanan tanah sebanding dengan kedalamanya. Hitungan besarnya beban lateral ultimat (Hu) dapat dilakukan menggunakan Persamaan 7.5a, 7.5b, 7.5c dan 7.5d.

……… …………………….(7.5a)

………………………..……….(7.5b)

………………………………….(7.5c)

…. ……………………..…...(7.5d)

Gambar 7.6 Skema keruntuhan tiang pendek ujung bebas pada tanah non kohesif akibat beban lateral.


54

e

L

Hu Hu

f

g

3..d.L.Kp M mak

Rekayasa Fondasi II

2) Tiang PanjangSkema keruntuhan dan distribusi tegangan untuk tiang panjang ujung bebas pada tanah non kohesif dengan beban lateral dapat dilihat pada Gambar 7.7. Besarnya lateral ultimat dapat dihitung dengan Persamaan 7.6a dan 7.6b.

…………………………………(7.6a)

….………………………………

(7.6b)

Gambar 7.7 Skema keruntuhan tiang panjang bebas pada tanah non kohesif akibat beban lateral.

b. Tiang Ujung Jepit1) Tiang Pendek

Perilaku tiang pendek ujung jepit pada tanah non kohesif dapat diamati pada Gambar 7.8. Sedangkan


55

e

L

Hu Hu

f

3..d.L.KpM mak

Rekayasa Fondasi II

hitungan besarnya beban lateral ultimat dapat dilakukan dengan Persamaan 7.7a dan 7.7b.

…………………………….. (7.7a)

……. …..…………. (7.7b)

Gambar 7.8 Skema keruntuhan tiang pendek ujung jepit pada tanah non kohesif akibat beban lateral.

2) Tiang PanjangKeruntuhan akan terjadi pada tiang dan bukan pada tanahnya (Gambar 7.9). Hitungan besarnya Hu dapat dilakukan dengan menggunakan Persamaan 7.7a dan 7.7b.

…………………………….(7.7a)


56

L

f M mak

Hu Hu

Rekayasa Fondasi II

……………………………………..(7.7b)

Gambar 7.9 Skema keruntuhan tiang panjang ujung jepit pada tanah non kohesif akibat beban lateral.


57

L

Hu

3..d.L.Kp MrMr

f

Hu

Rekayasa Fondasi II

BAB VIIIKONSTRUKSI TURAP

8.1. Kompetensi8.1.1. Kompetensi Umum

Mahasiswa dapat mendesain turap.8.1.2.Komptensi Khusus

Mahasiswa dapat mendesain turap

8.2. Pendahuluan

8.3. Turap Tanpa Angker8.4. Turap dengan Angker


58

rekayasa fondasi ii - hmtsunsoed.files.wordpress.com · web viewjika tegangan tanah akibat beban...

Documents