buku ajar fondasi ii 2

Rekayasa Fondasi II

BAB I

PENGERTIAN FONDASI TIANG

1.1. Komptensi

1.1.1. Kompetensi Umum

Mahasiswa dapat merancang fondasi tiang

1.1.2. Kompetensi Khusus

1) Mahasiswa mampu memahami penggunaan fondasi tiang

2) Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis fondasi tiang

1.2. Pendahuluan

Fungsi 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, dan

5) bangunan dengan beban lateral yang besar.


2

Fondasi Telapak

Fondasi Tiang

Tanah Lunak

Tanah Keras

Garis Keruntuhan

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.


3

Rekayasa Fondasi II

1.3. Jenis-jenis Fondasi Tiang

Pengelompokan 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 Tempat

Jenis 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 Kayu

Kekuatan 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 II

ANALISIS KAPASITAS DUKUNG

FONDASI TIANG TUNGGAL

2.1. Komptensi

2. 1.1. Kompetensi Umum

Mahasiswa dapat merancang fondasi tiang

2.1.2. Kompetensi Khusus

Mahasiswa mampu menganalisis kapasitas dukung fondasi

tiang

2.2. Kapasitas Dukung Ultimat Fondasi Tiang

Secara 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), dan

Wp = 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

End Bearingpiles Floating piles

Tanah Lunak

Tanah Keras

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.


11

Garis keruntuhan tanah

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)


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

Fa

kto

r d

aya

du

ku

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 Tiang

Kelebihan 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

Tegangan gesek pada tiang

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), dan

d) besarnya tekanan tanah lateral pada dinding fondasi.

Tahanan gesek tiang dan tanah dianalisis dengan menggunakan

Persamaan Mohr-Coloumb (Persmaan 2.5).

τ=cd+σ . tan ϕd …………………………………………… …(2.5)

dengan :

= tegangan geser ultimat (kN/m2),


16

Rekayasa Fondasi II

cd = adesi antara tiang dan tanah (kN/m2)

= tegangan normal pada dinding tiang (kN/m2), dan

d = 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 tiang

Jenis 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.

σ=K o . γ . z ………………………………………………………. (2.6)

dengan :

= tegangan normal pada dinding tiang (kN/m2),

Ko = koofisien tekanan tanah diam,

= berat satuan tanah (kN/m3), dan

z = kedalaman tanah yang ditinjau.


17

Rekayasa Fondasi II

Besarnya koofisien tekanan leteral tanah diam (Ko), dapat dihitung

dengan Persamaan 2.7.

K o= (1−sin ϕ ) .√OCR ……………………………………………. (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 tiang

Jenis bahan tiang d

Baja

Beton

Kayu

20o

0,75

0,66

Selanjutnya besarnya kapasitas gesek tiang (Qs) merupakan

penjumlahan tegangan gesek sepanjang tiang (Persamaan 2.8).

Q s=∑ As (cd+σ tan ϕd ) ………………………………………. (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 2.1


18

Rekayasa Fondasi II

Suatu 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

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 m

Tekanan 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 tiang

Qs = .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 tiang

Wp = 0,25..d2.L.25 = 17,6 kN

d. Kapasitas dukung ultimat

Qult = 157,1 +123,6 -17,6 = 263,1 kN

2.2.3. Kapasitas Ijin Fondasi Tiang

Beban fondasi yang mendekati kapasitas ultimatnya akan

menyebabkan fondasi pada kondisi kritis. Hal ini tidak boleh terjadi


19

Rekayasa Fondasi II

pada suatu bangunan, sehingga perlu nilai keamanan agar beban

bangunan yang bekerja tidak membahayakan bangunan. Besarnya

kapasitas fondasi tiang haruslah cukup menjamin terhadap beban

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 III

KAPASITAS DUKUNG FONDASI TIANG TUNGGAL

BERDASARKAN HASIL UJI LAPANGAN

3.1. Komptensi

3.1.1. Komptensi Umum

Mahasiswa mampu mendesain fondasi tiang.

3.1.2. Komptensi Khusus


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),


21

Rekayasa Fondasi II

c. vane test, dan pengujian-pengujian lainnya.

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


22

Rekayasa Fondasi II

untuk keperluan praktis biasanya nilai tahanan ujung tiang (fb)

dapat diambil sebesar qc sondir (Vesic, 1967).

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

8.d

3.d

qc rata-rata

z

qc

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)


24

ft

z

fs

sumbu ft

sumbu ft

fs

ff

Rekayasa Fondasi II

Dengan :

Qs = kapasitas gesek tiang (kN),

Ks = keliling tampang tiang (m), dan

ft = 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)


25

Rekayasa Fondasi II

dengan :

Qu = kapasitas dukung fondasi tiang, (kN),

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.

Qa=Qb

SFb

+Qs

SF s

−W p ………………………………………… (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, dan

d) 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


26

Rekayasa Fondasi II

menghasilkan penurunan sedalam 30 cm. Semakin besar nilai SPT

tentunya tanahnya semakin keras. Besarnya nilai SPT perlu

dikoreksi jika kondisi tanah terendam air dengan Persamaan 3.6.

N=15+12(N '−15 )

………………………………………… (3.6)

dengan :

N = nilai SPT terkoreksi, dan

N’ = 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) :

Qu=4 . N b . Ab+N r . A s

50 …………………………………………

(3.7a)

Untuk penurunan kecil (tiang baja profil) :

Qu=4 . N b . Ab+N r . A s

100 …………………………………………

(3.7b)

dengan :

Qu = kapasitas ultimat tiang, (ton),

Nb = nilai SPT paja ujung bawah tiang,

Nr = nilai SPT rata-rata sepanjang tiang.


27

Rekayasa Fondasi II

Ab = luas tampang tiang (ft2), dan

As = luas selimut tiang (ft2).

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 ultimat

Qult = 4.Nb.Ab + Nr.As/50

d = 0,25 m = 0.82 ft

L = 20 m = 65,62 ft

Qult = 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 IV

FORMULA DINAMIS

4..1. Komptensi

4..1.1. Kompetensi Khusus


4..1.2. Komptensi Khusus


tiang berdasarkan data pemancangan.

4..2. Pemancangan Fondasi Tiang

Salah 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.


29

h

h

Hamer (Wh) sebelum jatuh

Rekayasa Fondasi II

Qu=W h . h

s …………………………………………………… (4.1)

dengan :


Wh = berat hamer (kN),

h = tinggi jatuh (m), dan

s = 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


30

Rekayasa Fondasi II

akan terjadi sehingga hitungan perlu dikoreksi. Faktor-faktor

koreksi dikembangkan berdasarkan beberapa sebab, yaitu :

a) tumbukan yang tidaklah lenting sempurna,

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 Formula

Enineering 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.

Qu=W h . h

s+c …………………………………………………… (4.2)

dengan :


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)


31

Rekayasa Fondasi II

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)

Qu=W h . h

s

W h

W h+W p ………………………………………………

(4.3)

dengan :

Qu = kapasitas dukung ultimat tiang (kN),

Wh = berat hamer (kN),

h = tinggi jatuh hamer (m),

s = penuruna tiang (m), dan

Wp = berat sendiri tiang (kN).

4..2.3. Formula Janbu

Formula 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.

Qu=ηW h . h

K u . s …………………………………………….. (4.4a)

Ku=cd [1+(1+ λcd

)0 .5 ]………………………….….. (4.4b)

cd=0 ,75+0 ,15W p

W h ……………….…………………….. (4.4c)


32

Rekayasa Fondasi II

λ=η. W h .h . L

A .E . s2…….. ……………….…………………….. (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)

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).

Qa=1,7 . En

s+0 , 25√W p

W h ……………..…………………………………(4.5)

dengan :

Qa = kapasitas ijin tiang (kN),

En = energi pukulan (kN.m),

s = penurunan tiang (m),

Wp = berat tiang (kN), dan

Wh = berat hamer (kN).


33

Rekayasa Fondasi II

BAB V

KAPASITAS FONDASI KELOMPOK TIANG

5.1. Kompetensi




Mahasiswa mampu menghitung besarnya efisiensi tiang

dalam kelompok tianng.

5.2. Fondasi Kelompok Tiang

Pada 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


34

Rekayasa Fondasi II

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.

Pile cap

tiang

Gambar 5.1 Skema fondasi kelompok tiang.

5.3. Analisis Fondasi Tiang dalam Kelompok


35

Rekayasa Fondasi II

Analisis 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

η=Qg

n. Qu …………………………………………………….. (5.1)

dengan ;

= efisiensi kelompok tiang,

Qg = kapasitas gabungan kelompok tiang (kN),

Qu = kapasitas ultimat satu tiang (kN),

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 Tunggal

Keruntuhan 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),


36

Rekayasa Fondasi II

n = jumlah tiang, dan

Qu = 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 Blok

Keruntuhan blok ini dimungkinkan terjadi jika jarak tiang

cukup dekat, sehingga interaksi antar tiang dan tanah sangat

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.


37

Rekayasa Fondasi II

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), dan

L = panjang tiang (m)/

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 Efisiensi

Pada 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 :


38

Rekayasa Fondasi II

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).

η=1−arctan (d / s )(n−1)m+(m−1 )n90 mn ………………. (5.4)

dengan:

d = diameter tiang (m),

s = jarak antar tiang (m),

m = jumlah tiang dalam satu baris, dan

n = 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


39

Rekayasa Fondasi II

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

= 231,4 kN

b. Kapasitas gabungan (keruntuhan tiang tunggal

Qg = 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 kN

d. Metode Efisiensi

Qg = 0,612 x 25 x.31,4 = 354 kN

Kesimpulan:

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

BAB VI

DISTRIBUSI BEBAN DALAM KELOMPOK TIANG

6.1. Komptensi




Mahasiswa mampu menganalisis beban yang didukung tiang.

6.2. Beban Fondasi

Struktur 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


40

Rekayasa Fondasi II

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 Tiang

Perilaku 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,

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.


41

P

M

Rekayasa Fondasi II

Gambar 6.1 Skema distribusi beban pada fondasi kelompok tiang.

6.3.1. Distribusi Beban Normal

Akibat 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.


42

P

V1 V2 V3

Rekayasa Fondasi II

(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.

V= Pn ……………………………………………….. (6.1)

dengan :

V = beban yang didukung satu tiang (kN),

P = beban kolom (kN), dan

n = jumlah tiang


P

43

My

V1

V3

Sx

Sy

1 2 3

7 8 9

4 5 6

Rekayasa Fondasi II

6.3.2. Distribus Beban Momen

Akibat 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.

Besarnya beban yang didukung masing-masing tiang dapat


V x=My . x

∑ x2…………………………………………………….. (6.2)

dengan :


44

Rekayasa Fondasi II

Vx = beban yang didukung tiang pada jarak x dari pusat

fondasi (kN),

My = momen pada kolom (kN.m), dan

x = 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.

V x , y=My .x

∑ x2+ Mx . y

∑ y2…………………………………………….. (6.3)

6.3.3. Distribus Beban Momen

Distribusi 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


V x , y=Pn+ My .x

∑ x2+Mx . y

∑ y2……………………………………… (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.

Jawaban :

a. Sketsa fondasi


1 2 3

7 8 9

4 5 6

Sx = 1,00 mP

My

45

Rekayasa Fondasi II

b. Formula yang digunakan

V x , y=Pn+ My .x

∑ x2+Mx . y

∑ y2


Sy = 1,00m

46

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).


47

Rekayasa Fondasi II

BAB VII

ANALISIS KAPASITAS BEBAN LATERAL

7.1. Kompetensi




Mahasiswa akan mampu menghitung

7.2. Beban Lateral

Fondasi 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

cukup keras maka keruntuhan akan terjadi pada tiang karena

kapasitas lentur tiang terlampui. Sedangkan jika tiang cukup kaku


48

H

Rekayasa Fondasi II

(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 Lateral

Perilaku 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 Kohesif

a. Ujung Bebas

1) Tiang Pendek

Pada tiang pendek, kekakuan tiang cukup tinggi

sehingga pada beban lateral ultimat (Hu), keruntuhan

terjadi pada tanahnya. Akibat beban Hu, tiang akan


49

Rekayasa Fondasi II

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.

Hu=9 .cu . d ………………………………………. (7.1a)

M mak=Hu (e+1,5 d+0,5 f ) …..…….………………(7.1b)

Mmak=2 ,25 cu .d .g2 ………………………………...(7.1c)


e

L

Hu Hu

1,5d

g/2

g/2

9cu.d 9cu.dM mak

f

50

Rekayasa Fondasi II

L=1,5 d+ f +g ………………………………..(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 Panjang

Pada 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.

Sedangkan persamaan 7.1b untuk tiang panjang diganti

dengan Persamaan 7.2.

M r=Hu (e+1,5 d+0,5 f )…………………….…………… (7.2)


51

Rekayasa Fondasi II

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.

b. Tiang Ujung Jepit

1) Tiang pendek


e

L

Hu Hu1,5df

g/2

9cu.dMmak

52

Rekayasa Fondasi II

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.

Hu=9 .cu . d (L−1,5 d ) ……………………………. (7.3a)

M mak=Hu (0,5 L+0 ,75 d ) ……………………….. (7.3b)

Gambar 7.4 Skema kapasitas dukung beban lateral tiang pendek

ujung jepit pada tanah lempung.

2) Tiang Panjang

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


L

Hu Hu

1,5d

9cu.d M mak

53

Rekayasa Fondasi II

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.

M r=2 , 25 .cu dg2−9 cu d . f (1,5 d+0,5 f )… ……….. (7.4a)

g=L−{1,5 d−( Hu

9 . cu . d )} ….……….….…………..(7.4b)

Hu=2 . M r

1,5.d+0,5 . f ….………….………...…………(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

a. Tiang Ujung Bebas

1) Tiang Pendek


L

Hu Hu

1,5d

9cu.d

MrMr

f

54

Rekayasa Fondasi II

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.

Hu=0,5 . γ . d . L3 . K p

e+L ……… …………………….(7.5a)

Hu=1,5 . γ . d . K p . f 2 ………………………..……….(7.5b)

f=0 , 82√ Hu

γ .d .K p ………………………………….(7.5c)

Mmak=Hu(e+ 23

f ) …. ……………………..…...(7.5d)

Gambar 7.6 Skema keruntuhan tiang pendek ujung bebas

pada tanah non kohesif akibat beban lateral.


e

L

Hu Hu

f

g

3..d.L.Kp M mak

55

Rekayasa Fondasi II

2) Tiang Panjang

Skema 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.

M r=Hu(e+23

f ) …………………………………(7.6a)

f=0 , 82√ Hu

γ .d . K p ….………………………………

(7.6b)

Gambar 7.7 Skema keruntuhan tiang panjang bebas


b. Tiang Ujung Jepit

1) Tiang Pendek

Perilaku tiang pendek ujung jepit pada tanah non

kohesif dapat diamati pada Gambar 7.8. Sedangkan


e

L

Hu Hu

f

3..d.L.KpM mak

56

Rekayasa Fondasi II

hitungan besarnya beban lateral ultimat dapat

dilakukan dengan Persamaan 7.7a dan 7.7b.

Hu=1,5 . γ .d . L2 K p …………………………….. (7.7a)

M mak=23

Hu . L=γ . d . L3 . K p ……. …..…………. (7.7b)

Gambar 7.8 Skema keruntuhan tiang pendek ujung jepit


2) Tiang Panjang

Keruntuhan akan terjadi pada tiang dan bukan pada

tanahnya (Gambar 7.9). Hitungan besarnya Hu dapat

dilakukan dengan menggunakan Persamaan 7.7a dan

7.7b.

Hu=1,5 . γ .d . K p . f 2…………………………….(7.7a)


L

f M mak

Hu Hu

57

Rekayasa Fondasi II

Hu=3. M y

2 . f ……………………………………..(7.7b)

Gambar 7.9 Skema keruntuhan tiang panjang ujung jepit



L

Hu

3..d.L.Kp MrMr

f

Hu

58

Rekayasa Fondasi II

BAB VIII

KONSTRUKSI TURAP

8.1. Kompetensi


Mahasiswa dapat mendesain turap.

8.1.2.Komptensi Khusus

Mahasiswa dapat mendesain turap

8.2. Pendahuluan

8.3. Turap Tanpa Angker

8.4. Turap dengan Angker


59

buku ajar fondasi ii 2

Documents