PENURUNAN KONSOLIDASI DAN ELASTIS KELOMPOK TIANG

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1

LATAR BELAKANG Pada era perkembangan dan kemajuan teknologi yang terjadi saat ini,

 banyak ditemukan jenis - jenis konstruksi dengan berbagai spesifikasi, fungsi serta pemanfaatannya, seperti bangunan tingkat tinggi, jalan layang, jembatan,  bendungan dan bangunan konstruksi lainnya. Dasar dari sebuah bangunan adalah  pondasi sebagai dasar untuk memikul seluruh beban bangunan dan seluruh sel uruh beban yang ada diatasnya, maka diperlukan sebuah pondasi yang kuat dan kokoh. Pondasi

yang umum digunakan digunakan adalah pondasi pondasi tiang pancang. Pondasi Pondasi ini

merupakan salah satu jenis pondasi dalam yang memiliki fungsi untuk menyalurkan beban struktur ke lapisan tanah keras yang mempunyai kapasitas daya dukung tinggi yang letaknya cukup dalam di dalam tanah. Pondasi dalam adalah pondasi yang kedalamannya lebih dari 2 meter dan digunakan untuk menyalurkan beban bangunan melewati lapisan tanah yang lemah dibagian atas ke lapisan bawah yang lebih keras, serta biasa digunakan  pada bangunan  –   bangunan bertingkat. Pondasi dalam memiliki fungsi untuk melimpahkan beban ke tanah dibawahnya, utamanya untuk tanah lunak atau  beban berat. Pondasi dalam terdapat beberapa jenis antara lain pondasi tiang  pancang dan pondasi sumuran. Pondasi setiap bangunan harus direncanakan dengan baik, karena jika  pondasi tidak direncanakan dengan benar akan ada bagian yang mengalami  penurunan yang lebih besar dari bagian sekitarnya. Penurunan yang terjadi tersebut terjadi karena penambahan beban diatas suatu permukaan tanah sehingga mengalami pemampatan. Oleh karena itu perlu adanya pemahaman lebih mengenai apa itu pondasi tiang, jenis pondasi tiang, dan bagaimana penurunan pondasi tiang. Diharapkan dengan adanya makalah ini pembaca dapat lebih mengerti mengenai penurunan  pondasi tiang dan dapat mengantisipasi mengantisipasi dampak penurunan tersebut.

1

1.2

TUJUAN

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut: 1.

Mengetahui pengertian dari pondasi tiang serta fungsinya.

2.

Mengenal jenis –  jenis –  jenis  jenis dari pondasi tiang.

3.

Mengetahui terjadinya penurunan elastis dan konsolidasi pondasi kelompok tiang.

4.

Memahami contoh kasus penurunan pondasi tiang.

1.3

RUMUSAN MASALAH

Makalah ini disusun beberapa rumusan masalah sebagai berikut: 1.

Apakah pengertian pondasi tiang serta fungsinya?

2.

Apa saja jenis –  jenis –  jenis  jenis dari pondasi tiang?

3.

Bagaimana terjadinya penurunan pondasi tiang?

4.

Bagaimana contoh kasus penurunan dari pondasi tiang?

1.4

SISTEMATIKA SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan laporan makalah ini akan ditulis sebagai berikut: BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang, tujuan penulisan, rumusan rumusan masalah dan sistematika laporan. BAB 2 TEORI DASAR Bab ini berisi tentang pengertian serta fungsi dari pondasi tiang dan jenis jenis pondasi tiang. BAB 3 PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang pembahasan tentang penurunan elastis dan konsolidasi pondasi kelompok tiang, dan contoh kasus penurunan dari  pondasi tiang. BAB 4 PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan makalah.

2

BAB 2 TEORI DASAR

2.1

PENGERTIAN PONDASI TIANG SERTA FUNGSI

Pondasi tiang adalah pondasi yang mampu menahan gaya orthogonal ke sumbu tiang dengan jalan menyerap lenturan. Pondasi tiang dibuat menjadi satu kesatuan yang monolit dengan menyatukan pangkal tiang yang terdapat di bawah konstruksi, dengan tumpuan pondasi ( Ir. Suyono Sosrodarsono, Kazuto  Nakazawa, 2000 ). Pondasi tiang dipergunakan bila lapisan-lapisan bagian atas tanah begitu lembek, dan kadang-kadang diketemukan keadaan tanah dimana lapisan keras sangat dalam sehingga pembuatan dan pemancangan tiang sampai lapisan tersebut sukar dilaksanakan. Dalam hal ini mungkin dapat dipergunakan  friction pile yaitu tiang yang tertahan oleh perlekatan antara tiang dengan tanah, tiang semacam ini disebut juga dengan tiang terapung ( floating piles ). Fungsi dari pondasi tiang yaitu untuk memikul beban dari struktur atas, menahan gaya angkat (up-lift force) pada pondasi, memadatkan tanah pasiran dengan cara penggetaran. mengurangi penurunan, memperkaku tanah dibawah  pondasi mesin, mengurangi amplitudo getaran dan frekuensi alamiah dari system, memberikan tambahan faktor keamanan, khususnya pada kaki jembatan yang dikhawatirkan mengalami erosi, serta menahan longsoran atau sebagai soldier  piles.

2.2

JENIS-JENIS DARI PONDASI TIANG

Pondasi tiang di klasifikasikan dalam dua jenis antara lain sebagai  berikut: 2.2.1

Pondasi Tiang Pancang

Sebuah tiang yang dipancang kedalam tanah sampai kedalaman yang cukup untuk menimbulkan tahanan gesek pada selimutnya atau tahanan ujungnya disebut pondasi tiang pancang.

3

Pondasi tiang pancang dipergunakan pada tanah yang lembek,tanah  berawa dengan kondisi daya dukung tanah kecil, kondisi air tanah tinggi dan tanah keras pada posisi yang sangat dalam. Bahan yang digunakan dalam pondasi tiang pancang bambu. Kayu besi, baja maupun beton bertulang.

Gambar 2.1 Pondasi Tiang Pancang

2.2.2

Pondasi Tiang Bor

Pondasi Tiang bor merupakan salah satu jenis pondasi yang merupakan  bagian dari konstruksi yang terbuat dari beton dan tulangan baja. Sebuah tiang bor dikonstruksikan dengan cara penggalian sebuah lubang bor yang kemudian diisi dengan memberikan penulangan terlebih dahulu. Jika tiang pancang dipasang dengan cara dipukul ke dalam tanah, tiang  bor dipasang ke dalam tanah dengan cara mengebor tanah terlebih dahulu, baru kemudian dimasukkan tulangan yang telah dirangkai ke dalam lubang bor dan kemudian dicor beton. Untuk memperoleh tahanan ujung yang tinggi, kadangkadang tiang bor diperbesar pada ujungnya. Tiang bor semacam ini disebut belled  pier atau belled caisson. Fungsi pondasi ini untuk mentransfer beban-beban dari atas kelapisan tanah. Bentuk distribusi beban dapat berbentuk beban vertikal melalui dinding tiang. Dengan kata lain daya dukung tiang dapat dikatakan merupakan kombinasi tahan selimut dengan tahanan ujung tiang. 4

BAB 3 PEMBAHASAN

3.1

PENURUNAN PONDASI TIANG

Suatu pondasi dapat terjadi penurunan jika lapisan tanah akibat adanya  beban luar, pemompaan air, adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara didalam pori dari tanah yang disertai berkurangnya volume. Begitu pula dengan pondasi tiang, jika daya dukung tiang lebih kecil dibandingkan tanah maka terjadi penurunan. Tiang dimasukkan dalam lapisan lempung maka perlawanan ujung akan jauh lebih kecil daripada perlawanan akibat perlekatan antara tiang dan tanah maka perlawanan ujung akan jauh lebih kecil daripada perlawanan akibat perlekatan antara tiang dan tanah. Daya dukung tiang adalah kombinasi tahanan selimut dan tahanan ujung tiang, untuk mendukung konstruksi, bila lapisan tanah kuat terletak sangat dalam,  juga untuk mendukung bangunan yang menahan gaya angkat ke atas, terutama  bangunan tingkat yang dipengaruhi gaya  –  gaya penggulingan akibat beban angin (Hardiyatmo,2002). Terdapat 2 komponen yang harus dipertimbangkan dalam masalah  penurunan pada pondasi tiang, yaitu (a) penurunan elastik dan (b) penurunan konsolidasi. Penurunan elastik mencakup sifat elastik tanah maupun tiang itu sendiri. Oleh karena itu penurunan elastik tiang kelompok bergantung pada  penurunan elastik tiang tunggal. Penurunan total pondasi tiang merupakan jumlah  penurunan tiang kelompok baik elastik maupun konsolidasi.

3.1.1

Pondasi Tiang Tunggal Penurunan Elastis Tiang Tunggal

Penurunan tiang di bawah beban kerja vertikal (Qw) disebabkan oleh tiga faktor berikut ini:

5

dimana s

= penurunan tiang total

s1

= penurunan batang tiang

s2

= penurunan tiang akibat beban titik

s3

= penurunan tiang akibat beban yang tersalur sepanjang batang

Adapun langkah untuk menentukan s1, s2, dan s3 adalah sebagai berikut Jika diasumsikan bahwa bahan tiang adalah elastik, maka deformasi  batang tiang dapat dievaluasi dengan menggunakan prinsip-prinsip mekanika  bahan:

Besarnya    bergantung pada sifat distribusi tahanan kulit sepanjang  batang tiang. Jika distribusi f adalah seragam atau parabola, seperti diperlihatkan  pada Gambar 1(a) dan (b),    adalah 0.5. Namun untuk distribusi f dalam bentuk segitiga [Gambar 1(c)], nilai    sekitar 0.67 (Vesic, 1977).

Gambar 2.2. Jenis distribusi tahanan kulit sepanjang tiang

6

Penurunan tiang yang ditimbulkan oleh beban pada ujung tiang dapat dinyatakan dalam bentuk yang sama seperti yang diberikan dalam pondasi dangkal:

Untuk

tujuan

praktis, Iwp dapat

ditentukan

sama

dengan

 

r 

sebagaimana digunakan pada penurunan elastik pondasi dangkal. Dalam keadaan tidak adanya hasil eksperimen, nilai modulus Young dan nisbah Poisson dapat diperoleh dari Tabel 2.1 Tabel 2.1 Parameter elastik tanah

Vesic (1977) juga mengajukan suatu metode semiempiris untuk menentukan besarnya penurunan s 2  . Metode itu dapat dinyatakan dalam rumus  berikut:

7

 Nilai-nilai Cp untuk berbagai jenis tanah diberikan pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Nilai tipikal Cp (dari Design pf Pile Foundation by A.S. Vesic, 1977)

Penurunan tiang yang ditimbulkan oleh pembebanan pada kulit tiang dapat diberikan dengan rumus berikut:

Perlu dicatat bahwa suku Qws / pL pada persamaan di atas adalah nilai rata-rata f disepanjang batang tiang. Faktor pengaruh Iws dapat dinyatakan dengan sebuah hubungan empiris yang sederhana sebagai (Vesic, 1977)

Vesic (1977) juga mengajukan sebuah hubungan empiris seder hana untuk menentukan s3 sebagai

Dimana Cs = Sedangkan nilai Cp didapat dari tabel 2.2

3.1.2

Pondasi Kelompok Tiang

Penurunan sebuah tiang pancang kelompok didefinisikan sebagai  perpindahan titik tiang pancang yang diakibatkan oleh peningkatan tegangan pada lapisan dasar sedalam pemancangan tiang pancang dengan sifat elastisitas tanahnya ditambah pemendekan elastis tiang akibat pembebanan. Untuk tiang  pancang

gesekan

perpindahan

titik

merupakan

kuantitas

penting

yang

menyebabkan penurunan. 8

Gambar 2.3 Skema Pondasi Tiang Kelompok

Untuk tiang pancang dukung titk maka perpindahan titik relatif lebih kecil sedangkan perpindahan utama adalah pemindahan elastis dari tiang pancang. Metodologi yang digunakan untuk mencari nilai penurunan berikut memberikan sejumlah kontrol terhadap analisis (  Joseph E.  Bowles, Analisis dan Desain  Pondasi ) : - Menentukan sistem tanah  –   tiang pancang untuk menghitung tegangan tanah dengan menggunakan pemecahan Mindlin. Di sini diasumsikan bahwa sepanjang tiang, tiang pancang mengalami gesekan kulit yang kontan. Sehingga dapat digunakan tabel koefisien tegangan untuk gesekan kulit konstan

Gambar 2.4. Sistem tanah tiang pancang untuk menghitung tegangan tanah dengan menggunakan pemecahan Mindlin untuk kasus gesekan kulit yang konstan. N = r / D = s / 2D 9

Dimana:  N = perbandingan persebaran terhadap dalamnya pemancangan r = besar penyebaran tegangan D = dalam pemancangan S = jarak antara tiang pancang M=z/D

Dimana: z = kedalaman yang ditinjau akibat pengaruh tekanan tiang D= kedalaman pemancangan Dengan nilai  N dan beberapa nilai  M = z / D kita mendapakatka tabel untuk mengetahui nilai Kz pada suatu titik tengah antara dua pancang dengan interpolasi tabel yang ada. Dengan memperkirakan nilai Poisson tanah untuk lanau = 0.3 ( Bowles,1977 ). Tabel 2.3. Nilai –  nilai koefisien untuk gesekan kulit uniform –  nilai banding  poisson = 0.3

Menghitung tegangan rata  – rata untuk kedalaman D di bawah tiang pancang dan  penurunan yang bersangkutan. Diasumsikan bahwa hanya ada dua tiang pancang.

σ

= 2 P Kz/D2

Dimana: σ = tegangan rata –  rata D = kedalaman pemancangan 10

Kz = nilai nilai koefisien untuk gesekan kulit P = beban akibat berat sendiri trucuk bambu

Penurunan Elastik Kelompok Tiang

Hubungan yang paling sederhana untuk penurunan tiang kelompok diberikan oleh Vesic (1969) sebagai

Untuk tiang kelompok di dalam pasir atau kerikil, Meyerhof (1976) menggagas hubungan empiris berikut untuk penurunan elastik.

Dengan cara yang sama, penurunan tiang kelompok dapat juga dihubungkan dengan CPT sebagai

dimana: qc = nilai CPT rata-rata pada daerah penurunan.

11

Penurunan Konsolidasi Kelompok Tiang

Penurunan konsolidasi kelompok tiang di tanah lempung dapat dihitung dengan menggunakan metode distribusi tegangan 2:1. Prosedur perhitungan menggunakan langkah-langkah berikut ini: 1.

Misalkan panjang tiang yang tertanam adalah L. Kelompok tiang menderita beban total Qg . Jika kepala tiang berada di bawah permukaan tanah asli, Qg adalah sama dengan beban total dari bangunan atas (superstructure) yang diterima tiang dikurangi dengan berat efektif tanah di atas tiang kelompok yang dibuang oleh penggalian.

2.

Asumsikanlah bahwa beban Qg akan disalurkan ke tanah mulai dari kedalaman (2/3 L) dari puncak tiang, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.5 Puncak tiang adalah pada kedalaman z = 0. Beban Qg tersebar sepanjang garis 2 vertikal : 1 horizontal dari kedalaman ini. Garis aa’ dan  bb’ adalah garis 2:1.

Gambar 2.5 Penurunan konsolidasi tiang kelompok 12

3.

Hitunglah peningkatan tegangan yang timbul di tengah-tengah setiap lapisan tanah dengan beban Qg:

Sebagai contoh, dalam Gambar 2 untuk Lapisan No. 2, z i = L1/2 . Sama juga halnya dengan Lapisan No. 3, z i = L1 + L2 / 2 ; dan untuk Lapisan No. 4, z i = L1 + L2 + L3/2. Namun tidak akan ada peningkatan tegangan pada Lapisan No. 1, karena berada di atas bidang horizontal (z = 0) dimana distribusi tegangan pada tanah dimulai. 4.

Menghitung penurunan untuk masing-masing lapisan akibat adanya  peningkatan tegangan pada

lapisan itu.

Besarnya

penurunan

dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan penurunan konsolidasi satu dimensi untuk lempung terkonsolidasi normal dan terkonsolidasi le bih. Untuk lempung terkonsolidasi normal:

Untuk lempung terkonsolidasi lebih dengan:

Untuk lempung terkonsolidasi lebih dengan:

13

Penurunan konsolidasi total tiang kelompok menjadi

5.

Penurunan konsolidasi tiang disamping yang sudah diuraikan di atas bisa  juga dipicu oleh pengisian tempat di sebelah konstruksi, beban di dekat lantai, dan juga turunnya muka air tanah.

3.2

CONTOH KASUS PENURUNAN PONDASI KELOMPOK TIANG

3.2.1

Contoh Kasus Penurunan Konsolidasi Pondasi Kelompok Tiang

Tiang kelompok di dalam tanah lempung seperti pada Gambar 1. Tentukanlah penurunan konsolidasi tiang kelompok. Semua lapisan lempung adalah terkonsolidasi normal.

14

Penyelesaian: a.

Perhitungan penurunan lapisan lempung 1 Untuk lempung terkonsolidasi normal

 b.

Perhitungan penurunan lapis 2

c.

Perhitungan penurunan lapis 3

Maka penurunan total menjadi

15

3.2.2

Contoh Kasus Penurunan Elastis Pondasi Kelompok Tiang

Kelompok tiang (10 x 7) disusun satu sama lain dengan jarak 1 m. Panjang tiang 14 m dan ujung atas tiang terletak di permukaan. Beban kelompok tiang Qg  = 28000 kN. Tiang berdiameter 0,40m dipancang ke dalam tanah lempung yang didasari oleh lapisan tanah keras. Kondisi lapisan tanah sebagai berikut : Kedalaman : 0 –   13,3m : Lempung I,

γsat =

3

2

19,8 kN/m , m v = 0,06 m /MN

2

Eu = 39 MN/m , µ = 0,5 13,3 –   17,3m : Lempung II,

γsat =

3

2

19,8 kN/m , mv = 0,03 m /MN Eu = 52

2

MN/m , µ = 0,5 Muka air tanah di permukaan. Hitung penurunan elastis kelompok tiang

Penyelesaian : ± 0,00

14 m

Lempung I

9,3 m

- 13,3 m Dasar pondasi rakit ekivalen - 17,3

Lempung II

m

Lapisan

keras

Kondisi kelompok tiang diatas ekivalen dengan pondasi rakit yang berdimensi, BR  = Bkel. tiang + (2 x ¼ x 9,33) = ((6 x 1) + 0,4) + 4,65 = 11,05 m LR  = Lkel. tiang + (2 x ¼ x 9,33) = ((9 x 1) + 0,4) + 4,65 = 14,05 m

28000 Tekanan netto pada dasar pondasi rakit : q n =

= 180,35 kN/m

2

11,05 x 14, 05 16

Hitungan Penurunan elastis : ± 0,00

9,3 m

- 13,3m

11,05 m

Lempung I 2 Eu = 39 MN/m µ = 0,5 Lempung II 2 Eu = 52 MN/m µ = 0,5

- 17,3m

Karena Lempung pada kondisi µ = 0,5, maka dalam hitungan penurunan elastis dipakai Cara Janbu: Si =

µ0 µ1

qn B

Eu

=

Df  / BR  = 9,3/11,05 = 0,84

LR  / BR  = 14,05/11,05 = 1,27 dari grafik didapat nilai µ0 = 0,77 Lapisan Lempung I:

H/BR  = 4/11,05 = 0,36 diperoleh nilai µ1 = 0,25

Si =

µ0 µ1

qn B

=

Eu 

0,77 x 0,25 x 180,35 x 11,05

= 0,0098 m

39000

Lapisan Lempung II :

H/BR  = 8/11,05 = 0,72 diperoleh nilai µ1 = 0,4 Penurunan elastis lapisan lempung I dan II:

Si =

µ0 µ1

qn B

=

0,77 x 0,4 x 180,35 x 11,05

= 0,0112 m 17

Penurunan elastis lapisan Lempung I saja :

H/BR  = 4/11,05 = 0,36 diperoleh nilai µ1 = 0,25

Si =

µ0 µ1

qn B

Eu 

=

0,77 x 0,25 x 180,35 x 11,05

= 0,0074 m

52000

Penurunan elastis Lapisan Lempung II : Si = 0,0112 –  0,0074 = 0,0038 m Jadi Penurunan elastis total : Si = 0,0098 + 0,0038 = 0,0136 m = 13,6 cm

18

BAB 4 PENUTUP

4.1

KESIMPULAN

Dari uraian diatas dapat disimpulkan bahwa pondasi tiang adalah pondasi yang mampu menahan gaya orthogonal ke sumbu tiang dengan jalan menyerap lenturan. Pondasi tiang dibuat menjadi satu kesatuan yang monolit dengan menyatukan pangkal tiang yang terdapat di bawah konstruksi, dengan tumpuan  pondasi. Fungsi dari pondasi tiang yaitu untuk memikul beban dari struktur atas, menahan gaya angkat (up-lift force) pada pondasi, memadatkan tanah pasiran dengan cara penggetaran. mengurangi penurunan, memperkaku tanah dibawah  pondasi mesin, mengurangi amplitudo getaran dan frekuensi alamiah dari system, memberikan tambahan faktor keamanan, khususnya pada kaki jembatan yang dikhawatirkan mengalami erosi, serta menahan longsoran atau sebagai soldier  piles. Terdapat 2 komponen yang harus dipertimbangkan dalam masalah  penurunan pada pondasi tiang, yaitu (a) penurunan elastik dan (b) penurunan konsolidasi. Penurunan elastik mencakup sifat elastik tanah maupun tiang itu sendiri. Oleh karena itu penurunan elastik tiang kelompok bergantung pada  penurunan elastik tiang tunggal. Penurunan total pondasi tiang merupakan jumlah  penurunan tiang kelompok baik elastik maupun konsolidasi. Penurunan sebuah tiang pancang kelompok didefinisikan sebagai  perpindahan titik tiang pancang yang diakibatkan oleh peningkatan tegangan pada lapisan dasar sedalam pemancangan tiang pancang dengan sifat elastisitas tanahnya ditambah pemendekan elastis tiang akibat pembebanan. Untuk tiang  pancang

gesekan

perpindahan

titik

merupakan

kuantitas

penting

yang

menyebabkan penurunan. Pada kondisi tertentu, kapasitas dukung ijin tiang lebih didasarkan pada  persyaratan penurunan. Penurunan tiang terutama bergantung pada nilai banding tahanan ujung dengan beban tiang. Jika beban yang didukung per tiang lebih kecil 19

atau sama dengan tahanan ujung tiang, penurunan yang terjadi akan sangat kecil. Sebaliknya, bila beban per tiang sangat melebihi tahanan ujung tiang, maka  penurunan yang terjadi akan besar. Pada tiang yang dipancang dalam lapisan pendukung yang relatif keras dan tidak mudah mampat, penurunan yang terjadi adalah akibat pemendekan  badamn tiangnya sendiri ditambah penurunan tanah yang berada dibawah dasar tiang. Pada keadaan ini, penurunan kelompok tiang akan kurang lebih sama dengan penurunan tiang tunggal.

20