PERENCANAAN SUB STRUCTURE

Sub structure dari konstruksi dermaga deck on pile umumnya berupa pondasi tiang pancang.

Tiang pancang untuk demaga dapat direncanakan dari type :

- Tiang pancang pipa baja (Steel Pipe Pile/SPP)

- Tiang pancang beton pratekan berbentuk pipa (Concrete Spun Pile/CSP)

1. Daya Dukung Fundasi Tiang (Pile Foundation).

Profil tanah bawah permukaan hasil pemboran, dapat memberi gambaran kepada

perencana, tentang jenis fundasi yang diusulkan. Kedalaman ujung bawah fundasi tiang

(panjang fundasi tiang) dapat juga diprakirakan dari profil tanah bawah permukaan tersebut.

Pada dasarnya, daya dukung ultimate dari sebuah fundasi tiang Qult, adalah jumlah dari

daya dukung ujung fundasi tiang ultimate Pult, dan daya dukung friksi ultimate sepanjang

fundasi tiang yang terbenam didalam tanah Fult.

Daya dukung yang diizinkan dari sebuah fundasi tiang Qall diperoleh dengan membagi daya

dukung ultimate Qult dengan factor keamanan yang tepat.

Qult = Pult + Fult

Qall = Qult /SF atau Qall = f

ult

p

ult

SF

F

SF

P

Tidak ada nilai tertentu untuk factor keamanan, tetapi tergantung pada derajat ketidak

tentuan, ketelitian/ keakuratan dalam memperoleh parameter tanah yang dipakai dalam

analisis; juga tergantung pada metoda analisis dan jenis fundasi yang dianalisis. Pada

umumnya factor keamanan SF diambil antara 2 dan 4.

1.1. Daya Dukung Ujung Ultimate, dari sebuah Fundasi Tiang.

Teori Mekanika Tanah menyatakan bahwa Daya Dukung Ujung Ultimate dari sebuah

fundasi dalam adalah:

)(''

qcpult qNcNAP

Dimana c adalah kohesi dari tanah disekitar ujung bawah fundasi tiang (lapisan tanah

pemikul), q adalah tekanan tanah overburden effective pada kedalaman ujung bawah

fundasi tiang, A adalah luas penampang dari fundasi tiang, cN dan qN adalah factor

daya dukung, yang berbeda apakah untuk fundasi tiang pancang atau fundasi tiang

bor

Daya dukung ujung ultimate dari sebuah fundasi tiang pancang didalam tanah

granular (pasir atau kerikil, atau disebut juga tanah tidak ber kohesi), dapat juga

ditentukan atas dasar nilai – nilai N(SPT), menggunakan rumus Meyerhof (1976, 1983)

sebagai berikut:

NAB

LNAP p

Bpult ..40...4 dalam meter dan metric ton,

NAB

LNAP p

Bpult ..400...40 dalam satuan SI, meter dan kN.

(Untuk Fundasi Tiang Bor, rumus untuk Pult diatas harus dibagi 3) dimana Ap adalah

luas penampang fundasi tiang dalam m2;

N adalah nilai rata- rata N(SPT) yang telah

dikoreksi, di kedalaman ujung bawah fundasi tiang. Nilai rata – rata N(SPT) di

kedalaman ujung bawah fundasi tiang adalah nilai rata – rata dari semua nilai N yang

diukur pada rentang kedalaman 3 x diameter fundasi tiang dibawah, sampai 8 x

diameter diatas ujung fundasi tiang. LB adalah panjang fundasi tiang yang masuk

kedalam lapisan tanah pendukung.

Daya dukung ujung ultimate dari sebuah fundasi tiang pancang didalam tanah kohesif

(lempung), dapat juga ditentukan bedasarkan nilai N(SPT) secara tidak langsung. Di

asumsikan bahwa yang dimaksud dengan tanah kohesif disini adalah tanah yang

mempunyai nilai kohesi yang memadai, tetapi nilai sudut

rumus umum mekanika tanah untuk fundasi dalam diatas menjadi '

cpult cNAP ,

dimana Nc’ = 9. Nilai c dalam rumus tsb adalah nilai tahanan geser undrained, atau nilai

kohesi undrained yang sama dengan qu/2, yang dapat diestimasi berdasarkan korelasi

nilai N(SPT) dengan nilai Unconfined Compressive Strength qu untuk tanah kohesif

dengan plastisitas yang berbeda – beda, (Navfac 1971). Salah satu korelasi tersebut

adalah hasil penelitian Terzaghi and Peck untuk tanah lempung dengan plastisitas

medium, dimana qu = 0.13 N (tsf), sehingga nilai kohesi undrained c = 0.065 N (tsf) =

0.65 N (t/m2).

Dengan demikian, daya dukung ujung ultimate dari sebuah fundasi tiang pancang

didalam tanah kohesif (lempung) berdasarkan nilai N(SPT), adalah:

9.65.0 NAP pult dalam tons.

Rumus diatas dibatasi hanya berlaku untuk nilai N(SPT) dibawah 30 tumbukan per foot.

Untuk tanah kohesif yang membatu dimana nilai N lebih besar dari 50 tumbukkan per

foot, diperlukan pertimbangan teknis lain.

Pengaruh pada nilai N yang berasal dari tekanan tanah overburden, telah diteliti oleh

beberapa akhli, sehingga menghasilkan faktor koreksi CN untuk nilai yang dikalikan

pada N(SPT) untuk memperoleh nilai N yang dipakai dalam analisis berikutnya, yang

disebut nilai N yang dikoreksi atau design value of N’:

NCN N . (Nilai N yang dikoreksi)

5.0

'

''

o

oN

p

pC (Liao & Whitman 1986)

dimana p’ = tekanan tanah overburden effective, dan p” = nilai tekanan referensi

sebesar 10 t/m2 . Kalau CN > 1.00, diambil = 1.00.

Faktor koreksi kedalaman lain terhadap nilai N(SPT) adalah:

)/20(log77.0 10 pCN untuk p >0.25 tsf;

p dalam tsf dan 20 adalah nilai tekanan referensi = 20 tsf.

1.2. Daya Dukung Friksi Ultimate Fult.

Daya Dukung Friksi Ultimate dari sebuah fundasi tiang adalah:

iultult FF ,

dimana Fult,i adalah daya dukung friksi ultimate di lapisan ke-i, yang dengan memakai

parameter2 tanah hasil uji lab, besarnya adalah :

fiiihiiAiult AKqcF )tan( ,,,

Dimana iAc , adalah adhesi antara fundasi tiang dengan tanah di lapisan ke-i, yaitu

i , dimana ci adalah kohesi dalam lapisan tanah ke-i. Afi adalah luas friksi di lapisan

tanah ke -

antara fundasi tiang dengan tanah yang membenamnya.

Daya dukung friksi ultimate sepanjang fundasi tiang yang terbenam didalam tanah

granular, dapat di estimasi dengan rumus Meyerhof (1976, 1983), sebagai berikut.

NAF fiult .2.0 (tons)

(Untuk fundasi Tiang Bor, rumusan diatas harus dibagi 2)

Dimana

N adalah rata – rata nilai N yang sudah dikoreksi, didalam lapisan tanah ke -

i.

Daya dukung friksi ultimate sepanjang fundasi tiang yang terbenam didalam tanah

kohesif, atas dasar nilai N(SPT) dapat diestimasi dengan memakai rumus umum

fiAiult AcF

dimana cAi i 2.

fifiiult ANAcF

65.0

Nilai dapat diperoleh dari hubungan antara kuat geser tanah dengan faktor adhesi

, misalnya yang dikembangkan oleh API (1984).

1.3. Kelompok Tiang/Group Pile

Pada umumnya fundasi tiang untuk memikul satu kolom, berupa sebuah kelompok

fundasi tiang yang berdekatan letaknya, dengan kepala tiang beton bertulang, yang

menyatukan beberapa fundasi tiang tersebut menjadi satu kelompok. Dari segi

ekonomi dan segi praktis, jarak fundasi tiang yang optimum dalam satu kelompok

berkisar antara 3 sampai 3.5 kali diameter/lebar fundasi tiang.

a. Kelompok Fundasi Tiang didalam Tanah Granular.

Pemancangan fundasi tiang yang berdekatan menyebabkan pemadatan tanah

pasir yang memikul kelompok fundasi tiang, sehingga menyebabkan naiknya

efisiensi, atau daya dukung tiap tiang dalam sebuah kelompok fundasi tiang, lebih

besar dari daya dukung sebuah fundasi tiang yang sendirian.

Tiang pancang didalam pasir hanya dipengaruhi daya dukung gesernya, kalau

berkelompok, meskipun jaraknya sangat dekat, daya dukung ujung nya tidak

berkurang. Meyerhof merekomendasikan bahwa daya dukung kelompok ultimate

didalam tanah pasir yang dibawahnya bukan tanah yang lunak, sama dengan

jumlah daya dukung tiang pancang sendirian.

QP,G,ult = n.QP,ult

b. Kelompok Fundasi Tiang didalam Tanah Kohesif.

Nilai dari efisiensi kelompok (Ge) tergantung pada parameter tanah, besarnya dan

bentuk dari kelompok fundasi tiang, panjang fundasi tiang dan jarak antaranya

didalam kelompok. Sejumlah rumus efisiensi terdapat dalam literatur. Nilai2

efisiensi kelompok atau faktor reduksi Ge dapat dipakai untuk perencanaan praktis

untuk kapasitas daya dukung kelompok fundasi tiang didalam tanah kohesif.

Nilai2 Efisiensi Kelompok untuk Jarak Fundasi Tiang yang Berbeda.

Nilai2 Efisiensi Kelompok untuk Jarak Fundasi Tiang yang Berbeda.

Jarak Antara Fundasi Tiang (s) 3B 4B 5B 6B 8B

Efisiensi Kelompok (Ge) 0.70 0.75 0.85 0.90 1.00

Harga – harga diatas didapat dari data experimen yang dilakukan oleh Whitaker

(1957) yang dipresentasikan dalam grafik dalam Foundations and Earth

Structures Design Manual, DM-7.2 (1982).

2. Friksi Negatif.

Fundasi tiang yang terpasang melalui lapisan tanah yang berkonsolidasi dapat dibebani

gaya tarik kebawah, yang disebut friksi negatif sepanjang fundasi tiang yang berada

didalam lapisan tanah yang berkonsolidasi tersebut. Friksi negatif tersebut terjadi didalam

tanah yang sedang mengalami settlement, dimana settlement dari tanah yang menyelimuti

fundasi tiang tersebut leih besar dari pergerakan fundasi tiang.

Titik netral adalah titik dimana tidak ada beda antara pergerakan settlement tanah dan

pergerakan fundasi tiang. Dibawah titik ini, friksi antara fundasi tiang dengan tanah bekerja

menahan beban fundasi tiang.

Rasio dari kedalaman titik netral ini terhadap panjang fundasi tiang yang didalam tanah

yang berkonsolidasi dapat diperkirakan kasar sebesar 0.75. Posisi titik netral ini dapat juga

ditentukan dengan cara trial and error yang membandingkan settlement dari tanah dengan

pergerakan bagian fundasi tiang yang berdampingan dengan tanah tersebut.

Nilai tertinggi dari friksi negatif dapat di estimasi juga dengan menggunakan hasil emuan

Garlanger, J.E. (1973), “Prediction of the Downdrag Load at Culter Circle Bridge” :

onf

dimana fn = friksi negatif per satuan luas (untuk dikalikan dengan luas kulit luar fundasi

tiang yang berada didalam tanah yang berkonsolidasi),

o =tekanan tanah overburdenefektif. = faktor empiris yang berasal dari test skala

penuh, yaitu:

Soil/Tanah

Clay/Lempung 0.20 – 0.25

Silt/Lanau 0.25 – 0.35

Sand/Pasir 0.35 – 0.50

Oleh karena pada umumnya friksi negatif di estimasi dalam kondisi yang aman, biasanya

faktor keamanannya = 1.

nult

all PFS

QQ

Rumus Van der Veen untuk daya dukung fundasi tiang yang diizinkan, adalah yang terkecil

diantara:

nult

ultult

all FFFS

FPQ

)(

1

)(

atau:

2

)(

FS

FPQ

ultult

all

dimana : Qall = Daya dukung fundasi tiang yang diizinkan.

Fn = friksi negatif.

Pult = daya dukung ujung ultimate fundasi tiang.

Fult = daya dukung friksi ultimate fundasi tiang. FS1

= 1.7

FS2 =2.5

Besarnya friksi negatif didalam tanah granular maupun yanah kohesif dihitung seperti friksi

positif (daya dukung friksi), tetapi arahnya kebawah, Fn = -Fult.

Contoh Perhitungan Friksi Negatif.

Sebuah fundasi tiang berdiameter 0.40 m, panjang 14.00 m, berada didalam tanah lempung

yang berkonsolidasi. Akan dihitung besarnya friksi negatif.

Kedalaman titik netral adalah 0.75 x 14.00 m. Jadi rata –rata tekanan oveburden efektif o

3.675 t/m2.

Friksi negatif per satuan luas onf = (0.25)x(3.675) = 0.92 t/m2.

Maka, friksi negatif total didalam tanah yang berkonsolidasi adalah:

Fn

Gaya sebesar ini harus dikurangkan pada daya dukung yang diizinkan dari fundasi tiang.

3. Kemampuan Dipancang Fundasi Tiang (Pile Drivability).

Rumus dinamis atau rumus pemancangan telah banyak dipakai untuk menduga daya

dukung fundasi tiang yang baru dipancang. Suatu acuan diperlukan di lapangan untuk

menentukan kapan pemancangan sebuah fundasi tiang sudah mencapai kapasitas yang

direncanakan, tidak cukup hanya dengan memancangnya sampai kedalaman yang telah

ditentukan terlebih dahulu.

Pemancangan fundasi tiang sampai ke kedalaman yang ditentukan terlebih dahulu, bisa

aau tidak bisa mencapai daya dukung yang diinginkan, oleh karena variasi kondisi tanah

yang normal, diarah lateral maupun vertikal.

Secara umum telah diyakini bahwa rumus dinamis atau rumus pemancangan tidak selalu

dapat memberi prediksi yang dipercaya, prediksi dapat diperbaiki dengan juga melakukan

percobaan pembebanan seiring dengan pemakaian rumus dinamis, untuk menyesuaikan

variabel input.

Salah satu rumus pemancangan yang banyak dipakai adalah rumus berikut:

Modified ENR, (SF = 6)

pr

prhhu

WW

WnW

Cs

EeP

..

..25.12

C = 2.5 mm, = 0.10 in.

dimana: ENR = Engineering News Record.

eh = efisiensi hamer.

Eh = manufacturer’s hammer energy rating (FL).

s = penetrasi tiang per tumbukkan (L).

Wr = berat ram (untuk dbl acting hammer, termasuk berat casing). ( F).

Wp = berat tiang termasuk berat pile cap, semua atau sebagian pile plug, sepatu

pancang dan cap block, juga termasuk anvil untuk double acting hammer (F).

n = koefisien restitusi.

Harga2 efisiensi hamer (hammer efficiency) tergantung pada kondisi hamer, capblock dan

mungkin tanah.

Type Efficiency eh

Drop hammers 0.75 – 1.00

Single Acting hammers 0.75 – 0.85

Double Acting or Differential 0.85

Diesel hammers 0.85 – 1.00

Harga2 koefisien restitusi yang diperuntukkan dipakai dalam rumus pemancangan.

Materials n

Broomed wood 0

Wood piles (nondeteriorated end) 0.25

Compact wood cushion on steel pile 0.32

Compact wood cushion over steel pile 0.40

Steel on steel anvil on either steel or concrete pile 0.50

Cast iron hammer on concrete pile without cap 0.40

Didalam laporan ini diberikan lembar perhitungan dan kurva yang memperlihatkan

hubungan antara Pult, Pall dan tegangan dalam tiang terhadap 1/s, dimana s adalah yang

disebut set, yaitu penetrasi tiang (dalam centimeter) per tumbukkan.

4. Penurunan Fundasi Tiang (Pile Settlement).

Penuunan fundasi tiang dapat di estimasi dengan rumus2 sebagai berikut, yang terdiri dari 2

bagian.

a. Jumlah dari kompresi axial.

ssa HH ,

s,s

penampang Aav dan modulus elastisitas tiang Ep,

pav

avss

EA

LPH

,

b. Penurunan ujung bawah fundasi tiang, yang disebabkan oleh beban yang diteruskan ke

ujung bawah.

1

21FImI

EqDH Fs

s

pt

Jumlah dari penurunan axial dan penurunan ujung bawah adalah penurunan fundasi tiang.

ptap HHH

dimana :

mIs = 1 (shape factor)

IF = Fox embedment factor, dengan nilai2 sebagai berikut,

IF = 0.55 if L/D <= 5

IF = 0.50 if L/D > 5

D = diameter dari ujung bawah fundasi tiang, atau dimensi lateral terkecil, untuk tiang

persegi maupun profil H.

= Poisson’s ratio, diusulkan = 0.35.

q = tekanan yang dipikul di ujung = beban input/Ap. Ini adalah beban tiang, bukan

beban ujung.

Es = stress strain modulus dari tanah dibawah ujung bawah tiang = 500(N+15) kPa

F1 = factor reduksi; pakai 0.50 untuk Pp>0, dan pakai 0.75 kalau point bearing.

5. Penentuan titik jepit tiang pancang/Fixity Point

Dalam analisis struktur dermaga diperlukan pemodelan struktur dermaga. Untuk elemen

tiang pancang salah satu cara pemodelan tiang adalah diassumsikan bahwa tiang terjepit

pada suatu kedalaman tertentu.

Rumus untuk menghitung kedalaman titik jepit tiang adalah :

4

4EI

Dkh kh = 0,15 x N-SPT

Maka kedalaman titik jepit adalah Df =(SF)(1/) dimana SF = factor keamanan = 1,5.

Df diukur dari sea bed, untuk sea bed yang miring, Df diukur dari garis pembegi sudut

kemiringan dari sea bed

Cara lain adalah dengan memodelkan material tanah sebagai elemen – elemen spring/pegas

non liner. Beberapa paket program sudah menyediakan pemodelan spring untuk material tanah.

Gambar berikut ini memperlihatkan model spring dari tanah.

Sea bed

Titik Jepit

Tiang

Df