BAB IIPONDASI DALAM (TIANG)2.1 LANDASAN TEORIA. Pengertian PondasiFondasi tiang digunakan untuk mendukung bangunan bila lapisan tanah kuat terletak sangat dalam. Fondasi tiang juga digunakan untuk mendukung bangunan yang menahan gaya angkat ke atas, terutama pada bangunan-bangunan tingkat tinggi yang dipengaruhi oleh gaya-gaya penggulingan akibat beban angin. Selain itu, tiang-tiang juga digunakan untuk mendukung bangunan dermaga, dimana pada bangunan ini, tiang-tiang dipengaruhi oleh gaya-gaya benturan kapal dan gelombang air. (Harry Cristadi, 2011)Tiang pancang merupakan batang-batang struktur yang terbuat dari baja, beton, dan kayu. Digunakan untuk membangun pondasi tiang pancang, yang mana dalam dan membutuhkan dana lebih dibandingkan pondasi dangkal. Meskipun membutuhkan dana besar, penggunaan tiang pancang sering dianggap perlu untuk menjamin keamanan struktural. B. Fungsi FondasiFungsi dan kegunaan dari pondasi tiang pancang adalah untuk memindahkan atau mentrasferkan beban-beban dari konstruksi di atasnya (super struktur) ke lapisan tanah keras yang letaknya sangat dalam.Fondasi tiang digunakan untuk beberapa maksud, antara lain:1. Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau tanah lunak, ke tanah pendukung yang kuat.2. Untuk meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman tertentu sehingga fondasi bangunan mampu memberikan dukungan yang cukup untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan sisi tiang dengan tanah disekitarnya.3. Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan.4. Untuk menahan gaya-gaya horisontal dan gaya yang arahnya miring.5. Untuk memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas dukung tanah tersebut bertambah.6. Untuk mendukung fondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah tergerus air. (Harry Cristadi, 2011)

Daftar berikut mengidentifikasikan beberapa kondisi yang mensyaratkan dibutuhkannya fondasi tiang pancang (Vesic, 1977)1. Ketika bagian tanah lapisan bagian atas sangatlah kompressibel dan terlalu lemah untuk mendukung beban yang disalurkan oleh superstruktur, sehingga tiang pancang digunakan untuk menyalurkan beban kelapisan batu dasar atau lapisan tanah yang lebih keras (kuat).

Gambar 1. Jika lapisan tanah keras letaknya dikedalaman, beban ditransfer ke tanah keras.

2. Ketika batuan dasar (bedrock) tidak didapatkan pada kedalaman yang beralasan, tiang pancang digunakan untuk menyalurkan beban struktur secara gradual (bertahap). Perlawanan yang dipakai oleh beban struktur secara umum (sebagian besar) diperoleh oleh gesekan antara tanah dan permukaan tiang pancang.

Gambar 2. Jika tanah lapisan keras juga tidak dapat dicapai oleh tiang, pondasi digunakan untuk menyalurkan beban secara bertahap.

3. Ketika menerima gaya horizontal, pondasi tiang pancang melakukan perlawanan dengan melentur sementara, tetap mendukung beban vertikal yang disalurkan oleh superstruktur.Tipe seperti ini diatasi dengan desain dan konstruksi dari struktur penahan tanah dan pondasi untuk gedung bertingkat banyak yang dikhususkan untuk menerima beban angin yang besar dan tekanan (gaya) gempa.

Gambar 3. Jika ada gaya horizontal, digunakan untuk menahan gaya momen.4. Dalam banyak kasus, tanah yang ekspansif dan kolapsibel dapat ditemukan pada lokasi dimana struktur akan dibangun. Tanah seperti ini dapat meluas pada kedalaman yang besar dibawah permukaan tanah. Tanah yang ekspansif mengembang dan menyusut seturut dengan meningkatnya dan menurunnya kadar air. Jika pondasi dangkal digunakan pada situasi seperti ini, maka struktur akan menderita kerusakan yang tidak bias diabaikan.Tanah seperti loess secara alami kolapsibel ketika kadar air dari tanah seperti ini meningkatstrukturnya rusak (breakdown), sehingga mengakibatkan settlement yang besar.

Gambar 4. Jika terdapat tanah ekspansif yang cukup tebal. Sehingga struktur harus dijaga dari naik turunnya muka tanah.5. Pondasi dari beberapa struktur, seperti menara transmisi, platformoffshore, dan pondasi ruang bawah tanah dibawah muka air tanah akan menerima gaya angkat, sehingga pondasi tiang pancang melawan gaya ini

Gambar 5. Jika gaya tarik ke atas sangat besar

6. Abutment dari jembatan biasanya dikonstruksi diatas pondasi tiang pancang untuk menghindari kemungkinan hilangnya daya dukung tanah akibat penggunaan pondasi dangkal oleh erosi tanah pada permukaan.

Gambar 6. Untuk pier abutments, karena akan ada erosi dari sungai.C. Tipe-Tipe Tiang Pancang dan Karakteristik Strukturalnya1. Tiang pancang baja. Kebanyakan tiang pancang baja ini berbentuk profil H. Karena terbuat dari baja maka kekuatan dari tiang ini sendiri sangat besar sehingga dalam pengangkutan dan pemancangan tidak menimbulkan bahaya patah seperti halnya pada tiang beton precast. Jadi pemakaian tiang pancang baja ini akan sangat bermanfaat apabila kita memerlukan tiang pancang yang panjang dengan tahanan ujung yang besar. Tingkat karat pada tiang pancang baja sangat berbeda-beda terhadap tekstur tanah, panjang tiang yang berada dalam tanah dan keadaan kelembapan tanah. a. Pada tanah yang memiliki tekstur tanah yang kasar/kesap, maka karat yang terjadi karena adanya sirkulasi air dalam tanah tersebut hampir mendekati keadaan karat yang terjadi pada udara terbuka. b. Pada tanah liat ( clay ) yang mana kurang mengandung oksigen maka akan menghasilkan tingkat karat yang mendekati keadaan karat yang terjadi karena terendam air. c. Pada lapisan pasir yang dalam letaknya dan terletak dibawah lapisan tanah yang padat akan sedikit sekali mengandung oksigen maka lapisan pasir tersebut juga akan akan menghasilkan karat yang kecil sekali pada tiang pancang baja. Pada umumnya tiang pancang baja akan berkarat di bagian atas yang dekat dengan permukaan tanah. Hal ini disebabkan karena Aerated-Condition ( keadaan udara pada pori-pori tanah ) pada lapisan tanah tersebut dan adanya bahan-bahan organis dari air tanah. Hal ini dapat ditanggulangi dengan memoles tiang baja tersebut dengan ter ( coaltar ) atau dengan sarung beton sekurang-kurangnya 20 ( 60 cm ) dari muka air tanah terendah. Karat/korosi yang terjadi karena udara (atmosphere corrosion) pada bagian tiang yang terletak di atas tanah dapat dicegah dengan pengecatan seperti pada konstruksi baja biasa.

Gambar 7. Tiang pancang baja2. BetonTiang pancang jenis ini terbuat dari beton seperti biasanya. Tiang pancang ini dapat dibagi dalam 3 macam berdasarkan cara pembuatannya (Bowles, 1991), yaitu: a. Precast Reinforced Concrete Pile Precast Reinforced Concrete Pile adalah tiang pancang beton bertulang yang dicetak dan dicor dalam acuan beton (bekisting) yang setelah cukup keras kemudian diangkat dan dipancangkan. Karena tegangan tarik beton kecil dan praktis dianggap sama dengan nol, sedangkan berat sendiri beton besar, maka tiang pancang ini harus diberikan penulangan yang cukup kuat untuk menahan momen lentur yang akan timbul pada waktu pengangkatan dan pemancangan.Tiang pancang ini dapat memikul beban yang lebih besar dari 50 ton untuk setiap tiang, hal ini tergantung pada jenis beton dan dimensinya. Precast Reinforced Concrete Pile penampangnya dapat berupa lingkaran, segi empat, segi delapan dapat dilihat pada (Gambar 2.4).

Gambar 8. Tiang Pancang beton precast reinforced concrete pile. (Bowles, 1991)b. Precast Prestressed Concrete Pile Tiang pancang Precast Prestressed Concrete Pile adalah tiang pancang beton yang dalam pelaksanaan pencetakannya sama seperti pembuatan beton prestess, yaitu dengan menarik besi tulangannya ketika dicor dan dilepaskan setelah beton mengeras seperti dalam (Gambar 2.5). Untuk tiang pancang jenis ini biasanya dibuat oleh pabrik yang khusus membuat tiang pancang, untuk ukuran dan panjangnya dapat dipesan langsung sesuai dengan yang diperlukan.

Gambar 9. Tiang pancang Precast Prestressed Concrete Pile (Bowles, 1991)

c. Cast in Place Cast in Place merupakan tiang pancang yang dicor ditempat dengan cara membuat lubang di tanah terlebih dahulu dengan cara melakukan pengeboran. Pada Cast in Place ini dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu : a. Dengan pipa baja yang dipancangkan ke dalam tanah, kemudian diisi dengan beton dan ditumbuk sambil pipa baja tersebut ditarik ke atas. b. Dengan pipa baja yang dipancang ke dalam tanah, kemudian diisi dengan beton sedangkan pipa baja tersebut tetap tinggal di dalam tanah.

3.KayuTiang pancang kayu dibuat dari batang pohon yang cabang-cabangnya telah dipotong dengan hati-hati, biasanya diberi bahan pengawet dan didorong dengan ujungnya yang kecil sebagai bagian yang runcing. Kadang-kadang ujungnya yang besar didorong untuk maksud-maksud khusus, seperti dalam tanah yang sangat lembek. Kadang kala ujungnya runcing dilengkapi dengan sebuah sepatu pemancangan yang terbuat dari logam bila tiang pancang harus menembus tanah keras atau tanah kerikil.Pemakaian tiang pancang kayu ini adalah cara tertua dalam penggunaan tiang pancang sebagai pondasi. Tiang kayu akan tahan lama dan tidak mudah busuk apabila tiang kayu tersebut dalam keadaan selalu terendam penuh di bawah muka air tanah. Tiang pancang dari kayu akan lebih cepat rusak atau busuk apabila dalam keadaan kering dan basah yang selalu berganti-ganti. Sedangkan pengawetan serta pemakaian obat-obatan pengawet untuk kayu hanya akan menunda atau memperlambat kerusakan dari pada kayu, akan tetapi tetap tidak akan dapat melindungi untuk seterusnya. Pada pemakaian tiang pancang kayu biasanya tidak diijinkan untuk menahan muatan lebih besar dari 25 sampai 30 ton untuk setiap tiang. Tiang pancang kayu ini sangat cocok untuk daerah rawa dan daerah-daerah dimana sangat banyak terdapat hutan kayu seperti daerah Kalimantan, sehingga mudah memperoleh balok/tiang kayu yang panjang dan lurus dengan diameter yang cukup besar untuk di gunakan sebagai tiang pancang.2.2 ANALISA RUMUSUntuk mengetahui daya dukung tiang (Qu), terdapat 2 tahap penyelesaian, yaitu:a. Menghitung perlawanan ujung tiang (Qp)b. Menghitung perlawanan kulit tiang (Qs)

Rumus umum :(Pers. 11.9 Braja M. Das. Hal. 554)Tahap penyelesaian sebagai berikut:a. Menghitung perlawanan ujung tiang (Qp)Rumus umum : (Pers. 11.13 Braja M. Das. Hal. 556) Dimana := Luasan tiang= Kohesi tanah yang mendukung ujung tiang= Titik unit perlawanan= Tekanan vertikal efektif= Faktor daya dukung1) Metode MeyerhofPada tanah pasir, c = 0 (Pers.11.16 Braja M. Das. Hal. 556)

Pada tanah lempung, = 0 (Pers.11.18 Braja M. Das. Hal. 559)Dimana : = Kohesi tak terairi = Luasan tiang= Faktor daya dukung (Lihat tabel 11.15 Braja M.Das, hal 558)= Tegangan vertikal efektif pada ujung tiang = = Tahanan titik pembatas =

2) Metode VesicPada tanah pasir, c = 0 (Pers.11.19 Braja M. Das. Hal. 560)Dimana := Tegangan efektif normal rata-rata pada ujung tiang (Pers.11.20 Braja M. Das. Hal. 560) = Koefisien tekanan tanah diam = = Faktor daya dukung (Pers.11.22 Braja M. Das. Hal. 560)

Pada tanah lempung, = 0 (Pers.11.31 Braja M. Das. Hal. 561)Dimana : = Kohesi tak terairi = Luasan tiang(Pers.11.32 Braja M. Das. Hal. 561)

3) Metode JanbuQp = Ap (C . N*c + N*q . q)(Pers 8.29, Bowles (Hal 493).Untuk tanah berpasir :Qp = Ap . qp.Dimana :

Nq*=(tan + (l2 tan) (Pers. 8.30, Bowles (Hal 496)

Nc*=(N*q 1). Cos (Pers. 8.31, Bowles (Hal 496)Nilai Nq* dan Nc* dapat ditentukan berdasarkan grafik 9.15.b. Menghitung perlawanan kulit tiang (Qs)

Dimana : = Keliling penampang tiang= Panjang tiang= tahanan gesek satuan pada setiap kedalaman z

Pada tanah pasir:Tahanan gesek satuan untuk kedalaman tertentu tiang di dalam pasir dapat dinyatakan sebagai berikut, untuk kedalaman z = 0 sampai L : (Pers.11.41 Braja M. Das. Hal. 569)Untuk z = L sampai L (Pers.11.42 Braja M. Das. Hal. 569)Dimana : = Koefisien tekanan tanah

(Sumber : Princeples of Foundation Engineering, Braja M.Das. Hal 570)

Nilai K yang direkomendasikan oleh Mansur dan Hunter (1970) :H-Piles................................K = 1.65Steel pipe piles....................K = 1.26Precast conceret piles..........K = 1.5= Tegangan vertikal efektif = Sudut gesek antara tanah-tiang =

Pada tanah lempung1) Metode (Pers.11.51 Braja M. Das. Hal. 575)Dimana:= Nilai tengah tegangan vertikal efektif untuk seluruh panjang tiang = Kohesi tak terair, = (Lihat tabel 11.9, Braja M.Das. Hal. 576)

2) Metode (Pers.11.53 Braja M. Das. Hal. 577)Dimana : = faktor adhesion empiris (Lihat tabel 11.10, Braja M.Das Hal 577)3) Metode Jika tiang disorongkan ke dalam lempung jenuh, tekanan air pori di sekitar tiang akan meningkat. Kelebihan tekanan air pori ini pada lempung terkonsolidasi normal bisa jadi sebesar 4-6 kali cu. Namun, di dalam satu bulanan, tekanan ini perlahan-lahan berkurang. Maka tahanan gesek satuan untuk tiang dapat ditentukan dengan mengacu pada parameter tegangan efektif lempung dalam keadaan remolded (yaitu c = 0). Maka pada suatu kedalaman tertentu, (Pers.11.56 Braja M. Das. Hal. 578)

Dimana : = Tegangan vertikal efektif untuk kedalaman tertentu = = Sudut gesek salur lempung remolded = Koefisien tekanan tanahNilai K dapat secara konservatif diambil sebagai koefisien tekanan tanah diam, atau (Pers.11.58 Braja M. Das. Hal. 578) (Pers.11.59 Braja M. Das. Hal. 578)c. Menghitung Dukung Ijin TiangDaya dukung batas tiang dapat dihitung sebagai jumlah dari daya dukung ujung dan daya dukung tahanan kulit. Dengan diperolehnya daya dukung batas, maka daya dukung ijin dapat diperoleh dengan memakaikan suatu faktor keamanan sedemikian hingga beban ijin total untuk masing-masing tiang dapat dihitung dengan :

Dimana : = Faktor keamanan (2-4),= Daya dukung ijin masing-masing tiang = Daya dukung Ijin

d. Menghitung Dukung Ijin Tiang Kelompok (Pers.11.119 Braja M. Das. Hal. 619)Dimana:= Jumlah tiang horizontal= Jumlah tiang vertikal

e. Penurunan Pondasi Tiang1) Penurunan Elastik Tiang TunggalPenurunan tiang di bawah beban bekerja vertikal (Qw) disebabkan oleh tiga faktor berikut ini : (Pers.11.72 Braja M. Das. Hal. 588)Dimana : = Penurunan tiang total = Penurunan batang tiang= Penurunan tiang akibat beban titik = Penurunan tiang akibat beban yang tersalur sepanjang batanga) Penurunan tiang batang (Pers.11.73 Braja M. Das. Hal. 589)Dimana := Beban yang dipikul ujung tiang dibawah kondisi beban kerj = Beban yang dipikul kulit tiang di bawah kondisi beban kerja = Luas penampang tiang = Panjang tiang = Modulus elastisitas bahan tiang = 0.5-0.67b) Penurunan tiang akibat beban titik (Pers.11.75 Braja M. Das. Hal. 589)Dimana: = Diameter tiang= Tahanan ujung tiang = Koefisien empiris, dapat dilihat pada tabel berikut:

(Sumber : Princeples of Foundation Engineering, Braja M.Das. Hal 590)

c) Penurunan tiang akibat beban yang tersalur sepanjang batang (Pers.11.78 Braja M. Das. Hal. 590)Dimana: = Panjang tiang = Koefisien empiris (Pers.11.79 Braja M. Das. Hal. 590)2) Penurunan tiang kelompok (Pers.11.122 Braja M. Das. Hal. 624)Dimana: = Lebar tiang kelompok = Diameter satu tiang dalam kelompok = Penurunan elastik tiang tunggalProsedur Perhitungan untuk jenis tanah lempungProsedur perhitungan didasarkan pada data tanah seperti berikut :

A. Perencanaan Pondasi Tiang Tunggal1. Menghitung Tahanan Ujung (Qp)a. Metode Mayerhoff (Pers.11.18 Braja M. Das. Hal. 559)Dimana : = kohesi tak terairi = luasan tiang= faktor daya dukung = 9 (untuk lempung, = 0) b. Metode Vesic (Pers.11.31 Braja M. Das. Hal. 561)Dimana : = Kohesi tak terairi = Luasan tiang diperoleh dari tabel variasi hubungan terhadap Ir (Braja M. Das. Hal. 563)

Dengan, Ir =

Es = modulus elastisitas

2. Menghitung Tahanan Gesek Selimut (Qs)Rumus umum :

Dimana : = keliling penampang tiang= panjang tiang= tahanan gesek satuan pada setiap kedalaman z a. Metode (Pers.11.53 Braja M. Das. Hal. 577)Dimana : = faktor adhesion empiris (Lihat tabel 11.10, Braja M.Das Hal 577)b. Metode (Pers.11.51 Braja M. Das. Hal. 575)Dimana := nilai tengah tegangan vertikal efektif untuk seluruh panjang tiang = kohesi tak terair, = (lihat tabel 11.9, Braja M.Das. Hal. 576)3. Menghitung Daya Dukung Ijin Tiang

Dimana : = faktor keamanan (2-4),

= daya dukung ijin masing-masing tiang= daya dukung Ijin

B. Perencanaan Pondasi Tiang Kelompok1. Menghitung daya dukung ijin tiang kelompok yang bekerja seperti tiang tunggalQu = n1 . n2 (Qp + Qs)Dimana:= jumlah tiang horizontal= jumlah tiang vertikal2. Menghitung daya dukung ijin tiang kelompok yang bekerja sebagai grupQu = Lg . Bg . Cu3 . + 2 (Lg + Bg). Cu. L ..(Pers.11.121 Braja M. Das. Hal. 621)Dimana:

C. Penurunan Pondasi Tiang TunggalPenurunan yang terjadi pada pondasi tiang pada tanah lempung diperhitungkan terhadap penurunan segera dan penurunan konsolidasi.1. Penurunan Seketika Penurunan tiang di bawah beban bekerja vertikal (Qw) disebabkan oleh tiga faktor berikut ini : (Pers.11.72 Braja M. Das. Hal. 588)Dimana : = Penurunan tiang total = Penurunan akibat deformasi = Penurunan pada ujung tiang = Penurunan sepanjang tiang Penurunan akibat deformasi (Pers.11.73 Braja M. Das. Hal. 589)Dimana := Beban yang dipikul ujung tiang di bawah kondisi beban kerja = Beban yang dipikul selimut tiang di bawah kondisi beban kerja = Luas penampang tiang = Panjang tiang = Modulus elastisitas bahan tiang = 0.5-0.67 Penurunan pada ujung tiang ( 1 - s2 ) Iwp (Pers.11.75 Braja M. Das. Hal. 589)Dimana: = Diameter tiang= Tahanan ujung tiang = Modulus elastisitasIwp = Faktor pengaruh (0,85) Penurunan sepanjang tiang ( 1 - s2 ) Iws (Pers.11.76 Braja M. Das. Hal. 590)Dimana:Iws = 2 + 0,35 (Pers.11.77 Braja M. Das. Hal. 590)

2. Penurunan KonsolidasiSc = log Dimana : = tegangan efektif rata-rata pada lapisan lempung = = ketebalan lapisan lempung = indeks kompresi (0,009 (LL 10%)) = angka pori awal

D. Penurunan Pondasi Tiang Kelompok1. Penurunan Seketika (Pers.11.122 Braja M. Das. Hal. 624)Dimana: = Lebar tiang kelompok [ Bg = (n2 1) d + D ] = Diameter satu tiang dalam kelompok = Penurunan elastik tiang tunggal2. Penurunan KonsolidasiSc = log Dimana : = tegangan efektif rata-rata pada lapisan lempung = = ketebalan lapisan lempung = indeks kompresi (0,009 (LL 10%)) = angka pori awal

*Kontrol penurunan yang diizinkan : 10% . DSumber : Pardamean Indra, Jurnal TA Analisis Daya Dukung Pondasi dan Penurunan Tiang Pancang pada Proyek Pengembangan Gedung Pendidikan dan Prasarana serta Sarana Pendukung Politeknik Negeri Medan, Universitas Sumatera Utara, Medan.

16 TEKNIK SIPIL . UNIVERSITAS TADULAKO