Fondasi Tiang

III. FONDASI TIANG

PENDAHULUAN

Fondasi tiang digunakan untuk mendukung bangunan bila lapisan tanah kuat terletak sangat dalam. Fondasi tiang digunakan untuk beberapa maksud antara lain,
Meneruskan beban bangunan yang terletak diatas air atau tanah lunak, ke tanah pendukung yang kuat
Meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman tertentu sehingga fondasi bangunan mampu memberikan dukungan yang cukup untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan dinding tiang dan oleh tanah disekitarnya,
Mengangkur bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan,
Menahan gaya–gaya horisontal dan gaya yang arahnya miring.
Memadatkan pasir, sehingga kapasitas dukungnya bertambah.
Mendukung fondasi bangunan yang pernukaan tanahnya mudah tergerus.
Macam–macam tiang:
Tiang kayu,
Kelemahan tiang dapat mengalami pembusukan atau rusak akibat dimakan serangga. Untuk menghindari kerusakan pada saat pemancang ujung tiang diberi sepatu dari besi.
Tiang beton
Tiang beton bisa berupa tiang pracetak (precast) dan tiang cetak di tempat (cast in situ).
Tiang pracetak, keuntungan penggunaan tiang pracetak adalah:
Bahan tiang dapat diperiksa sebelum pemancangan,
Prosedur pemasangan tidak dipengaruhi oleh air tanah,
Dapat dipancang sampai kedalaman yang dalam,
Dapat menambah kepadatan tanah granuler,

Kerugiannya:
Kenaikan muka air tanah dan gangguan tanah akibat pemancaran dapat menimbulkan masalah,
Tiang mungkin rusak pada saat pemancangan
Pemancangan sulit, bila diameter tiang terlalu besar,
Menimbulkan gangguan suara, getaran, dan deformasi tanah yang menimbulkan kerusakan bangunan disekitarnya,
Penulangan dipengaruhi oleh tegangan yang terjadi pada saat pengangkatan dan pemancang tiang.

Tiang dicetak ditempat, terdiri dari dua tipe yaitu tiang berselubung pipa dan tiang tidak berselubung pipa. Pada tiang yang berselubung pipa, pipa baja berlubang dipancang dahulu kedalam tanah . kemudian kedalam lubang pipa besi dimasukan adukan beton . tiang tidak berselubung pipa , pipa baja yang berlubang dipancang lebih dahulu kedalam tanah , kemudian kedalam lubang dimasukan adukan beton dan pipa ditarik keluar ketika atau sesudah pengecoran.

Tiang Bor
Tiang bor dipasang dengan cara mengebor tanah terlebih dahulu, baru kemudian diisi dengan tulangan dan dicor dengan beton. Tiang ini biasanya dipasang pada tanah yang stabil dan kaku, sehingga memungkinkan membuat lubang yang stabil dengan bor Jika tanah mengandung air, pipa besi dibutuhkan untuk menahan dinding lubang kemudian ditarik keatas pada waktu pengecoran beton. Keuntungan penggunaan tiang bor ini adalah :
Tidak ada resiko kenaikan muka air.
Kedalaman tiang dapat divariasikan
Tanah dapat di periksa dan dicocokkan dengan data laboratorium
Tiang dapat ditanam sampai kedalaman yang dalam, dengan diameter besar, dan dapat dilakukan perbesaran ujung.
Penulangan tidak dipengaruhi oleh tegangan pada saat pengangkatan.
Kerugiannya adalah:
Pengeboran dapat mengakibatkan gangguan kepadatan tanah pasir atau tanah yang berkerikil.
Pengecoran beton sulit bila terdapat air tanah, mutu beton tidak bisa dikontrol dengan baik.
Air yang mengalir kedalam lubang bor dapat mengganggu daya dukung tanah.
Perbesaran ujung tiang tidak dapat dilakukan bila tanah berupa pasir.
4. Tiang Baja Profil
Bentuk baja profil bisa berupa bentuk H, empat persegi panjang, segi enam, dll.

Berdasarkan cara mendukung beban, tiang dapat dibedakan menjadi:
1. Tiang dukung ujung (end bearing pile)
2. Tiang gesek (Friction pile) atau tiang adhesive (adhesive pile)
Tiang dukung ujung adalah tiang yang daya dukungnya ditentukan oleh tahanan ujung tiang. Umumnya tiang dukung ujung berada dalam zona tanah yang lunak yang terletak diatas tanah keras. Tiang-tiang dipancang sampai mencapai batuan atau lapisan tanah keras yang diperkirakan tidak mengalami penurunan yang berlebihan.
Tiang gesek adalah tiang yang daya dukungnya lebih ditentukan oleh perlawanan gesekan antara dinding tiang dan tanah disekitarnya.

B. KAPASITAS DUKUNG TIANG
Dalam bab ini, yang dimaksud kapasitas tiang adalah kapasitas dukung tiang dalam mendukung beban.
Hitungan kapasitas dukung tiang bisa dilakukan dengan pendekatan statis dan dinamis. Hitungan kapasitas dukung tiang dengan cara statis dilakukan menurut teori mekanika tanah, yaitu dengan mempelajari sifat teknis tanah. Hitungan dengan cara dinamis dilakukan dari data pemancangan tiang. Hasil perhitungan yang didasarkan pada teori mekanika tanah harus dicek dengan mengadakan pengujian tiang untuk meyakinkan hasilnya.
Variasi kondisi tanah dan pengaruh tipe, cara pelaksanaan pemancangan dapat menimbulkan perbedaan yang besar pada beban ultimit tiang dalam lokasi bangunan, demikian juga pengarug tiang dicetak ditempat, precast, tiang berdinding rata atau bergelombang, bahan tiang (baja, beton, kayu) sangat berpengaruh pada faktor gesekan antara dinding tiang dan tanah, dengan demikian akan juga mempengaruhi kapasitas dukung ultimit tiang.
1. Hitungan Daya dukung Ultimit Cara Statis
Skema bidang runtuh tiang yang mengalami beban desak dan yang menahan beban dengan mengerahkan tahanan dukung ujung dan gesekan dindingnya diperlihatkan gambar 2.1.










Gambar 2.1. Bidang runtuh pada tiang desak
Kapasitas dukung ultimit neto tiang tunggal (Qu) adalah jumlah dari tahanan ujung bawah ultimit (Qb) ditambah dengan tahanan gesek ultimit (Qs) antara dinding tiang dan tanah disekitarnya dikurangi dengan berat sendiri tiang (Wp), bila dinyatakan dalam persamaan menjadi,
Qu = Qb + Qs - Wp ............................................................................. 2.1
Tahanan dukung ujung ultimit secara pendekatan dapat dihitung sbb:
q_u= Q_b/A_b = cN_c+ P_b N_q+ 0,5γdN_γ ……………………………………. 2.2
dengan,
qu = kapasitas dukung ultimit
Qb = tahanan dukung ultimit
Ab = luas penampang ujung tiang
c = kohesi tanah di bawah ujung tiang
Pb = tekanan tanah vertikal di ujung bawah tiang
γ = berat volume tanah
d = diameter,
Nc, Nq, Nγ = faktor kapasitas dukung merupakan fungsi dari ø, bentuk tiang dan kompresibilitas tanah.
Dari persamaan di atas tahanan dukung ujung ultimit (Qb) dapat dinyatakan dalam persamaan:
Qb = Ab (cNc + PbNq + 0,5γdNγ) ……………………………………………… 2.3
Tahanan gesek tiang (Qs) dapat dianalisis dari teori Coulomb.
τd = cd + σntgφd ………………………………………………………………. 2.4
dengan,
τd = tahanan geser dinding tiang,
cd = adhesi antara dinding tiang dan tanah,
σn = tegangan normal yang bekerja pada dinding tiang,
φd = sudut gesek antara dinding tiang dan tanah,

dari teori tekanan tanah lateral
K= σ_h/σ_v atau
σ_h=Kσ_v ……………………………………………………………………….. 2.5
dengan σv = tekanan vertikal akibat berat tanah, σh =tekanan lateral. Persamaan 2.5 dapat ditulis kembali menjadi,
σ_h=σ_n= K_d σ_v=K_d P_o ……………………………………………………….. 2.6
Dengan po = zγ (z= kedalaman dari muka tanah).
τd = cd + Kdpotgφd …………………………………………………………..… 2.7

Tahanan gesek ultimit Qs dinyatakan oleh
Qs = ∑Asτd = ∑As(cd + Kdpotgφd) …………………………………………... 2.8


Dari persamaan 2.1 – 2.8, persamaan umum daya dukung ultimit tiang, sebagai berikut,
Qu = Ab(cNc + PbNq + 0,5γdNγ) + ∑As(cd + KdPotgφd) - Wp …………………. 2.9

a. Kapasitas Tiang pada tanah Granuler
Pada tanah non kohesif, besarnya kohesi (c) = 0, dan diameter tiang relative sangat kecil dibandingkan dengan panjangnya, maka suku persamaan cNc = 0 dan 0,5γdNγ dapat diabaikan. Karena itu persamaan untuk tahanan ujung ultimit pada tanah non kohesif menjadi,
Qb = AbPb’Nq
Untuk tahanan gesek pada tanah non kohesif menjadi,
Qs = AsKdPotgφd
dengan
Po = tekanan vertikal rata-rata disepanjang tiang, yang besarnya sama dengan tekanan overburden efektif untuk z ≤ zc dan sama dengan besarnya tekanan vertikal kritis untuk z>zc.
z = kedalaman titik yang ditinjau dari muka tanah.
zc = kedalaman kritis, yaitu kedalaman dimana tekanan overburden efektif dihitung dari titik ini dianggap konstan.
φd’ = sudut gesek dinding efektif antara tiang dengan tanah
Kd = koefisien yang tergantung jenis tanah.
Nilai Kd seperti tercantum dalam table 2.1. dan nilai φd’ pada tabel 2.2.


Tabel 2.1. Nilai Kd menurut bahan tiang pada tanah granuler.
Bahan tiang Kd untuk
Pasir tidak padat Pasir padat
Baja 0,50 1,00
Beton 1,00 2,00
Kayu 1,50 4,00

Tabel. 2.2. Nilai φd’
Bahan tiang φd’
Baja 20 derajat
Beton 0,75φ’
Kayu 0,66φ’

Tahanan gesek maksimum sebesar fs = 1,08 kg/cm2 (107 kN/m2)
Sudut gesek efektif pada tanah pasir ada hubungannya dengan kerapatan relatif (Dr),
φ’ = 28o + 15Dr
Kapasitas ultimit untuk tiang pada tanah non kohesif menjadi,
Q_u= A_b P_b'N_q+ A_s K_d P ̅_o 〖tgφ'〗_d- W_p

b. Kapasitas tiang pada tanah kohesif (tiang pancang)
Pada tiang kohesif, kapasitas dukung dihitung pada kondisi pembebanan undrined, kecuali jika lempung termasuk jenis lempung Highly unconsolidated, jika lempung dalam kondisi jenuh maka φu = 0o, sehingga sudut gesek antara dinding tiang dengan tanah (φd) = 0, dengan φu = 0o, maka Nq = 1 dan Nγ = 0. Persamaan tahanan dukung ujung ultimit menjadi,
Qb = Ab(cbNc + Pb)
Nc umumnya diambil = 9 (skempton, 1959, dalam Christady 2006).
Tahanan gesek maksimum sebesar qu = 108 kg/cm2 (10700 kN/m2)

Untuk tahanan gesek dinding ultimit berdasarkan persamaan,
Qs = CdAs
Dengan
Qs = tahanan gesek dinding ultimit
Cd = adhesi antara dinding tiang dan tanah disekitarnya
As = luas selimut tiang.
cd = adcu
dengan ad = factor adhesi pada kondisi undrined. Faktor adhesi sebaiknya dinyatakan dalam kuat geser tanah tak terganggu (undistrubed sample), tahanan gesek ultimit menjadi,
Qs = adcu As

Dengan memberikan faktor koreksi jika tiang non prismatis (meruncing pada bagian bawahnya), maka
Qs =Fw ad cu As
Dengan fw adalah faktor bentuk tiang yang sama dengan 1 untuk tiang prismatis (berdiameter seragam), dan 1,2 untuk tiang meruncing pada bagian ujungnya (simons dan menzies, 1977, dalam christady, 2006)

Kapasitas dukung ultimit netto pada tanah kohesif menjadi,
Qu = Ab(cbNc + Pb) + Fw adcuAs - Wp
Karena berat tiang mendekati sama dengan berat tanah yang dipindahkan oleh penempatan tiang, maka AbPb dapat dianggap sama dengan Wp, sehingga persamaan menjadi,
Qu = AbcbNc + Fw adcuAs

Contoh
Tiang beton panjang 15 m dan berdiameter 0,45 m akan dipancang menembus tanah lempung dengan kondisi lapisan sebagai berikut,
Kedalaman 0 s.d 5 m lempung 1’=10 kN/m2, cu1= 20 kPa,u1=0o
5 s.d 25 m lempung 2’=13 kN/m2, cu2= 40 kPa,u2=0o
Hitunglah kapasitas dukung tiang tersebut!

Penyelesaian
Tahanan ujung ultimit
Qb= Ab cu2 Nc
Cu2= 40 kPa, Nc=9
Ab=1/4  d2=0,16 m2
Qb= 0,16. 40. 9 =57,6 kN
Cek tahanan ujung satuan maksimal
Fb=Qb/As=57,6/0,16=360 < 10700 kN/m2
Tahanan gesek ultimit
Keliling tiang = d = 1,41 m
Dari gambar, misalnya dipilih kurva tomlinson,
Cu1= 30 kPa ad= cd/cu= 0,92
Cu2= 40 kPa ad= 0,8
Qs= ∑ad cu As
Kedalaman 0- 5 m Qs1=0,92x30x1,41x 5=195 kN
5 -25 m Qs2= 0,8X40x 1,41x 10 = 451,2 kN
Qs=Qs1+Qs2=195+451,2=646,2 kN
Cek Qs satuan
Fs=Qs/As= 451,2/14,1=32<107 kN/m2
Kapasitas ultimit netto
Qu=Qb+Qs=57,6 + 646,2 =703,8 kN