4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanah

Tanah adalah material yang terdiri dari butiran mineral – mineral padat yang

tidak terikat secara kimia satu sama lain dan dari bahan – bahan organik yang

telah melapuk disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang – ruang kosong

diantara partikel – partikel padat tersebut (Das, 1988). Selain itu dalam arti lain

tanah merupakan akumulasi partikel mineral yang tidak mempunyai atau lemah

ikatan antar partikelnya, yang terbentuk karena pelapukan dari batuan. (Craig,

1991)

Tanah merupakan bahan bangunan yang paling berlimpah di dunia dan di

beberapa tanah tersebut merupakan bahan bangunan pokok yang dapat diperoleh

di daerah setempat (Canonica,1991).

Tanah juga merupakan kumpulan – kumpulan dari bagian – bagian yang padat

dan tidak terikat anatara satu dengan yang lain, diantaranya material organik

rongga – rongga diantara material tersebut berisi udara dan air (Verhoef, 1994).

5

Sedangkan tanah (soil) menurut teknik sipil dapat didefiniskan sebagai sisa atau

produk yang dibawa dari pelapukan batuan dalam proses geologi yang dapat

digali tanpa peledakan dan dapat ditembus dengan peralatan pengambilan contoh

(sampling) pada saat pemboran (Hendarsin, 2000).

Tanah menurut Bowles (1989) adalah campuran partikel-partikel yang terdiri dari

salah satu atau seluruh jenis berikut :

1. Berangkal (boulders), merupakan potongan batu yang besar, biasanya lebih

besar dari 250 mm sampai 300 mm. Untuk kisaran antara 150 mm sampai

250 mm, fragmen batuan ini disebut kerakal (cobbles).

2. Kerikil (gravel), partikel batuan yang berukuran 5 mm sampai 150 mm.

3. Pasir (sand), partikel batuan yang berukuran 0,074 mm sampai 5 mm,

berkisar dari kasar (3-5 mm) sampai halus (kurang dari 1 mm).

4. Lanau (silt), partikel batuan berukuran dari 0,002 mm sampai 0,074 mm.

Lanau dan lempung dalam jumlah besar ditemukan dalam deposit yang

disedimentasikan ke dalam danau atau di dekat garis pantai pada muara

sungai.

5. Lempung (clay), partikel mineral berukuran lebih kecil dari 0,002 mm.

Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari kohesi pada tanah yang

kohesif.

6. Koloid (colloids), partikel mineral yang “diam” yang berukuran lebih kecil

dari 0,001 mm.

6

Istilah tanah dalam bidang mekanika tanah dapat digunakan mencakup semua

bahan seperti lempung, pasir, kerikil dan batu-batu besar. Metode yang dipakai

dalam teknik sipil untuk membedakan dan menyatakan berbagai tanah,

sebenarnya sangat berbeda dibandingkan dengan metode yang dipakai dalam

bidang geologi atau ilmu tanah. Sistem klasifikasi yang digunakan dalam

mekanika tanah dimaksudkan untuk memberikan keterangan mengenai sifat-sifat

teknis dari bahan-bahan itu dengan cara yang sama, seperti halnya pernyataan-

pernyataan secara geologis dimaksudkan untuk memberi keterangan mengenai

asal geologis dari tanah.

2.2 Klasifikasi Tanah

Sistem klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang

berbeda-beda tetapi mempunyai sifat yang serupa ke dalam kelompok-kelompok

berdasarkan pemakaiannya. Sistem klasifikasi memberikan suatu bahasa yang

mudah untuk menjelaskan secara singkat sifat-sifat umum tanah yang sangat

bervariasi tanpa penjelasan yang terinci (Das, 1995).

Sistem klasifikasi tanah dimaksudkan untuk memberikan informasi tentang

karakteristik dan sifat-sifat fisik tanah serta mengelompokkannya sesuai dengan

perilaku umum dari tanah tersebut. Tanah-tanah yang dikelompokkan dalam

urutan berdasarkan suatu kondisi fisik tertentu. Tujuan klasifikasi tanah adalah

untuk menentukan kesesuaian terhadap pemakaian tertentu, serta untuk

menginformasikan tentang keadaan tanah dari suatu daerah kepada daerah lainnya

7

dalam bentuk berupa data dasar. Klasifikasi tanah juga berguna untuk studi yang

lebih terinci mengenai keadaan tanah tersebut serta kebutuhan akan pengujian

untuk menentukan sifat teknis tanah seperti karakteristik pemadatan, kekuatan

tanah, berat isi, dan sebagainya (Bowles, 1989).

Klasifikasi tanah pada dasarnya dibuat untuk memberikan informasi tentang

karakteristik dan sifat – sifat fisis tanah. Karena variasi sifat dan perilaku tanah

yang begitu beragam, system klasifikasi secara umum mengelompokkan tanah ke

dalam kategori yang umum dimana tanah memiliki kesamaan sifat fisis. Sistem

klasifikasi bukan merupakan system identifikasi untuk menentukan sifat – sifat

mekanis dan geoteknis tanah.

Klasifikasi tanah diperlukan antara lain bagi hal – hal sebagai berikut :

1. Perkiraan hasil eksplorasi tanah (persiapan log-bor tanah dan peta tanah, dan

lain – lain).

2. Perkiraan standar kemiringan lereng dari penggalian tanah atau tebing.

3. Perkiraan pemilihan bahan (penentuan tanah yang harus disingkirkan,

pemilihan tanah dasar, bahan tanah timbunan, dan lain – lain).

4. Perkiraan persentasi muat dan susut.

5. Pemilihan jenis konstruksi dan peralatan untuk konstruksi (pemilihan cara

penggalian dan rancangan penggalian).

6. Perkiraan kemampuan peralatan untuk konstruksi.

7. Rencana pekerjaan/pembuatan lereng dan tembok penahan tanah dan lain –

lain. (pemilihan jenis konstruksi dan perhitungan tekanan tanah.)

8

Untuk menentukan dan mengklasifikasi tanah, diperlukan suatu pengamatan di

lapangan dan suatu percobaan lapangan yang sederhana. Tetapi jika sangat

mengandalkan pengamatan di lapangan, maka kesalahan – kesalahan yang

disebabkan oleh perbedaan pengamatan perorangan, akan menjadi sangat besar.

Untuk memperoleh hasil klasifikasi yang objektif, biasanya tanah itu secara

sepintas dibagi dalam tanah berbutir kasar dan tanah berbutir halus berdasarkan

suatu hasil analisa mekanis. Selanjutnya tahap klasifikasi tanah berbutir halus

diadakan berdasarkan percobaan konsistensi.

Sistem klasifikasi tanah yang umum digunakan untuk mengelompokkan tanah

adalah Unified Soil Clasification System (USCS). Sistem ini didasarkan pada sifat

– sifat indek tanah yang sederhana seperti distribusi ukuran butiran, batas cair dan

indek plastisitasnya. Disamping itu, terdapat system lainnya yang juga dapat

digunakan dalam identifikasi tanah seperti yang dibuat oelh American Association

of State Highway and Transportation Officials Classfication (AASHTO), British

Soil Clasification System (BSCS) dan United State Departement of Agriculture

(USDA).

2.2.1 Klasifikasi Tanah menurut USCS

Sistem klasifikasi tanah unified atau Unified Soil Classification System (USCS)

diajukan pertama kali oleh Casagrande dan selanjutnya dikembangkan oleh

United State Bureau of Reclamation (USBR) dan United State Army Corps of

Engineer (USACE). Kemudian American Society for Testing and Materials

(ASTM) memakai USCS sebagai metode standar untuk mengklasifikasikan tanah.

9

Dalam bentuk sekarang, sistem ini banyak digunakan dalam berbagai pekerjaan

geoteknik. Sistem klasifikasi USCS mengklasifikasikan tanah ke dalam dua

kategori utama yaitu :

a. Tanah berbutir kasar (coarse-grained soil), yaitu tanah kerikil dan pasir

yang kurang dari 50% berat total contoh tanah lolos saringan No.200

(F200<50). Simbol untuk kelompok ini adalah G untuk tanah berkerikil

(gravelly soil) dan S untuk pasir (sand) atau tanah berpasir (sandy soil).

Selain itu juga dinyatakan gradasi tanah dengan simbol W untuk tanah

bergradasi baik dan P untuk tanah bergradasi buruk.

b. Tanah berbutir halus (fine-grained soil), yaitu tanah yang lebih dari 50%

berat total contoh tanahnya lolos dari saringan No.200 (F200≥500). Simbol

kelompok ini adalah C untuk lempung anorganik dan O untuk lanau organik.

Simbol Pt digunakan untuk gambut (peat), dan tanah dengan kandungan

organik tinggi. Plastisitas dinyatakan dengan L untuk plastisitas rendah (low

plasticity) dan H untuk plastisitas tinggi (high plasticity).

Tabel 2.1. Sistem Klasifikasi Tanah Berdasarkan USCS

Jenis Tanah Prefiks Sub Kelompok Sufiks

Kerikil G Gradasi Baik W

Gradasi Buruk P

Pasir S Berlanau M

Berlempung C

Lanau M

Lempung C wL < 50% L

Organik O wL > 50% H

Gambut Pt

(Sumber : Bowles, 1989)

10

Tabel 2.2. Klasifikasi Tanah berdasarkan USCS

Divisi Utama Simbol Nama Umum Kriteria Klasifikasi

Tan

ah b

erbu

tir

kas

ar≥

50%

bu

tira

n

tert

ahan

sar

ing

an N

o. 20

0

Ker

ikil

50

%≥

fra

ksi

kas

arte

rtah

an s

arin

gan

No. 4

Ker

ikil

ber

sih

(han

ya

ker

ik

GW

Kerikil bergradasi-baik dan

campuran kerikil-pasir, sedikit atau sama sekali

tidak mengandung butiran

halus

Kla

sifi

kas

i ber

das

arkan

pro

sen

tase

buti

ran

hal

us

; K

ura

ng

dar

i 5%

lolo

s sa

rin

gan

no

.20

0:

GM

, G

P,

SW

, S

P.

Leb

ih d

ari

12%

lolo

s sa

ringan

no

.200

: G

M,

GC

, S

M, S

C. 5

% -

12

% l

olo

s sa

rin

gan

No

.200

: B

atas

an k

lasi

fikas

i yan

g m

emp

uny

ai s

imbo

l dob

el

Cu = D60 > 4

D10 Cc = (D30)

2 Antara 1 dan 3

D10 x D60

GP

Kerikil bergradasi-buruk

dan campuran kerikil-pasir,

sedikit atau sama sekali tidak mengandung butiran

halus

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk

GW

Ker

ikil

den

gan

Buti

ran

hal

us

GM Kerikil berlanau, campuran kerikil-pasir-lanau

Batas-batas

Atterberg di bawah garis A

atau PI < 4

Bila batas

Atterberg berada

didaerah arsir dari diagram

plastisitas, maka

dipakai dobel simbol

GC

Kerikil berlempung,

campuran kerikil-pasir-lempung

Batas-batas Atterberg di

bawah garis A

atau PI > 7

Pas

ir≥

50

% f

rak

si k

asar

l

olo

s sa

ring

an N

o. 4

Pas

ir b

ersi

h

(h

any

a p

asir

)

SW

Pasir bergradasi-baik , pasir berkerikil, sedikit atau sama

sekali tidak mengandung

butiran halus

Cu = D60 > 6 D10

Cc = (D30)2 Antara 1 dan 3

D10 x D60

SP

Pasir bergradasi-buruk, pasir

berkerikil, sedikit atau sama

sekali tidak mengandung butiran halus

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk

SW

Pas

ir

den

gan

buti

ran

hal

us

SM Pasir berlanau, campuran

pasir-lanau

Batas-batas

Atterberg di

bawah garis A

atau PI < 4

Bila batas Atterberg berada

didaerah arsir

dari diagram plastisitas, maka

dipakai dobel

simbol SC

Pasir berlempung, campuran pasir-lempung

Batas-batas

Atterberg di bawah garis A

atau PI > 7

Tan

ah b

erbu

tir

hal

us

50%

ata

u l

ebih

lo

los

ayak

an N

o. 200

Lan

au d

an l

emp

un

g b

atas

cai

r ≤

50

%

ML

Lanau anorganik, pasir halus sekali, serbuk batuan, pasir

halus berlanau atau

berlempung

Diagram Plastisitas: Untuk mengklasifikasi kadar butiran halus yang

terkandung dalam tanah berbutir halus dan kasar.

Batas Atterberg yang termasuk dalam daerah yang di arsir berarti batasan klasifikasinya menggunakan

dua simbol.

60

50 CH

40 CL

30 Garis A CL-ML

20

4 ML ML atau OH

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Garis A : PI = 0.73 (LL-20)

CL

Lempung anorganik dengan plastisitas rendah sampai

dengan sedang lempung

berkerikil, lempung berpasir, lempung berlanau,

lempung “kurus” (lean

clays)

OL

Lanau-organik dan lempung

berlanau organik dengan plastisitas rendah

Lan

au d

an l

emp

un

g b

atas

cai

r ≥

50

%

MH Lanau anorganik atau pasir halus diatomae, atau lanau

diatomae, lanau yang elastis

CH

Lempung anorganik dengan

plastisitas tinggi, lempung

“gemuk” (fat clays)

OH Lempung organik dengan plastisitas sedang sampai

dengan tinggi

Tanah-tanah dengan

kandungan organik sangat tinggi

PT

Peat (gambut), muck, dan

tanah-tanah lain dengan kandungan organik tinggi

Manual untuk identifikasi secara visual dapat

dilihat di ASTM Designation D-2488

Sumber : Hary Christady, 1996.

Bat

as P

last

is (

%)

Batas Cair (%)

11

2.2.2 Sistem Klasifikasi AASHTO

Sistem Klasifikasi AASHTO (American Association of State Highway and

Transportation Official) dikembangkan pada tahun 1929 dan mengalami beberapa

kali revisi hingga tahun 1945 dan dipergunakan hingga sekarang, yang diajukan

oleh Commite on Classification of Material for Subgrade and Granular Type

Road of the Highway Research Board (ASTM Standar No. D-3282, AASHTO

model M145). Sistem klasifikasi ini bertujuan untuk menentukan kualitas tanah

guna pekerjaan jalan yaitu lapis dasar (sub-base) dan tanah dasar (subgrade).

Sistem ini didasarkan pada kriteria sebagai berikut :

a. Ukuran butir

Kerikil : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter 75 mm

dan tertahan pada saringan diameter 2 mm (No. 10).

Pasir : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter 2 mm

dan tertahan pada saringan diameter 0,0075 mm

(No. 200).

Lanau Lempung : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter 0,0075

mm (No. 200).

b. Plastisitas

Nama berlanau dipakai apabila bagian-bagian yang halus dari tanah

mempunyai indeks plastisitas (PI) sebesar 10 atau kurang. Nama

berlempung dipakai bila bagian-bagian yang halus dari tanah mempunyai

indeks plastisitas sebesar 11 atau lebih.

12

c. Apabila ditemukan batuan (ukuran lebih besar dari 75 mm) dalam contoh

tanah yang akan diuji maka batuan-batuan tersebut harus dikeluarkan

terlebih dahulu, tetapi persentasi dari batuan yang dikeluarkan tersebut harus

dicatat.

Sistem klasifikasi AASTHO membagi tanah ke dalam 7 kelompok utama yaitu A-

1 sampai dengan A-7. Tanah berbutir yang 35 % atau kurang dari jumlah butiran

tanah tersebut lolos ayakan No.200 diklasifikasikan ke dalam kelompok A-1, A-2,

dan A-3. Tanah berbutir yang lebih dari 35 % butiran tanah tersebut lolos ayakan

No.200 diklasifikasikan ke dalam kelompok A-4, A-5 A-6, dan A-7. Butiran

dalam kelompok A-4 sampai dengan A-7 tersebut sebagian besar adalah lanau dan

lempung.

Gambar 1 menunjukkan rentang dari batas cair (LL) dan Indeks Plastisitas (PI)

untuk tanah data kelompok A-4, A-5, A-6, dan A-7.

Gambar 2.1. Nilai-nilai batas attergberg untuk subkelompok tanah (Hary

Christady,1992)

13

2.3 Kuat Geser Tanah

Kuat geser tanah adalah kemampuan tanah melawan tegangan geser yang terjadi

pada saat terbebani. Keruntuhan geser (shear failure) tanah terjadi bukan

disebabkan karena hancurnya butir – butir tanah tersebut.

Kekuatan geser yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan oleh :

a. Pada tanah berbutir halus (kohesif), misalnya lempung. Kekuatan geser

yang dimiliki tanah disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara

butir – butir tanah (c soil).

b. Pada tanah berbutir kasar (non kohesif), kekuatan geser disebabkan karena

adanya gesekan antara butir – butir tanah sehingga sering disebut sudut

gesek dalam (φ soil).

c. Pada tanah yang merupakan campuran antara tanah halus dan tanah kasar

(c dan φ soil), kekuatan geser disebabkan karena adanya lekatan (karena

kohesi) dan gesekan antara butir – butir tanah (karena φ).

2.4 Pondasi Tiang

Pondasi adalah bagian terendah dari bangunan yang berfungsi meneruskan beban

bangunan ke tanah atau batuan yang berada di bawahnya (Setyanto, 1999). Ada

dua klasifikasi, yaitu pondasi dangkal dan pondasi dalam. Pondasi dangkal adalah

pondasi yang mendukung bebannya secara langsung, seperti : pondasi telapak,

pondasi memanjang dan pondasi rakit. Pondasi dalam adalah pondasi yang

meneruskan beban bangunan ke tanah keras atau batu yang terletak relative jauh

dari permukaan, contohnya pondasi sumuran dan pondasi tiang.

14

Pondasi tiang (pile foundation), digunakan untuk tanah pondasi pada kedalaman

yang normal tidak mampu mendukung bebannya, dan tanah keras terletak pada

kedalaman yang sangat dalam. Demikian pula bila pondasi bangunan terletak pada

tanah timbunan yang cukup tinggi, sehingga bila bangunan diletakkan pada

timbunan akan dipengaruhi oleh penurunan yang besar.

Pondasi tiang dapat dibagi menjadi 3 (tiga) kategori, sebagai berikut :

a. Tiang perpindahan besar (large displacement pile), yaitu tiang pejal atau

berlubang dengan ujung tertutup yang dipancang ke dalam tanah sehingga

terjadi perpindahan volume tanah yang relative besar. Termasuk dalam

tiang perpindahan besar adalah tiang kayu, tiang beton pejal, tiang beton

prategang (pejal atau berlubang), tiang baja bulat (tertutup pada ujungnya).

b. Tiang perpindahan kecil (small displacement pile), adalah sama seperti

tiang kategori pertama, hanya volume tanah yang dipindahkan saat

pemancangan relative kecil, contohnya tiang beton berlubang dengan

ujung terbuka, tiang baja H, tiang baja bulat ujung terbuka, tiang ulir.

c. Tiang tanpa perpindahan (non displacement pile) terdiri dari tiang yang

dipasang di dalam tanah dengan cara menggali atau mengebor tanah.

Termasuk dalam tiang tanpa perpindahan adalah tiang bor, yaitu tiang

beton yang pengecorannya langsung di dalam lubang hasil pengeboran

tanah (pipa baja diletakkan dalam lubang dan dicor beton).

Pada saat ini telah banyak digunakan berbagai tipe pondasi dalam. Penggunaan

disesuaikan dengan besarnya beban, kondisi lokasi/lingkungan dan lapisan tanah.

Nama dari tipe – tipe pondasi sangat beragam dan bergantung pada individu yang

15

mendefinisikannya. Klasifikasi tiang yang didasarkan pada metode

pelaksanaannya adalah sebagai berikut :

a. Tiang pancang (driven pile), tiang dipasang dengan cara membuat bahan

berbentuk bulat atau bujursangkar memanjang yang dicetak lebih dulu dan

kemudian atau ditekan ke dalam tanah.

b. Tiang bor (drilled shaft), tiang dipasang dengan cara mengebor tanah lebih

dulu sampai kedalaman tertentu, kemudian tulangan baja dimasukkan

dalam lubang bor dan kemudian diisi/dicor dengan beton.

c. Kaison (caisson), suatu bentuk kotak atau silinder telah dicetak lebih dulu

dimasukkan ke dalam tanah, pada kedalaman tertentu, dan kemudian diisi

beton. Kadang – kadang kaison juga disebut sebagai tiang bor yang

berdiameter/lebar besar, sehingga kadang – kadang membingungkan

dalam penyebutan.

Berdasarkan tipe tiang dapat dibedakan terhadap cara tiang meneruskan beban

yang diterimanya ketanah dasar pondasi. Hal ini tergantung juga pada jenis

pondasi yang akan menerima beban yang bekerja, yaitu :

a. Bila ujung tiang mencapai tanah keras atau tanah baik dengan kuat dukung

tinggi, maka beban yang diterima tiang akan diteruskan ketanah dasar

pondasi melalui ujung tiang. Jenis tiang ini disebut End/Point Bearing Pile.

b. Bila tiang pancang pada tanah dengan nilai kuat gesek tinggi (jenis tanah

pasir), maka beban yang diterima oleh tiang akan ditahan berdasarkan

gesekan antara tiang dan tanah sekeliling tiang. Jenis tiang ini disebut

Friction Pile.

16

c. Bila tiang dipancang pada tanah dasar pondasi yang mempunyai nilai

kohesi tinggi, maka beban yang diterima oleh tiang akan ditahan oleh

pelekatan antara tanah sekitar dan permukaan tiang. Jenis tiang ini disebut

Adhesive Pile.

2.5 Kapasitas Daya Dukung Friksi (Friction Bearing Capacity)

Bila lapisan tanah keras,letaknya sangat dalam sehingga pemancangan tiang

sampai lapisan tanah keras sangat sukar dilaksanakan, maka dapat menggunakan

tiang pancang yang daya dukungnya berdasarkan pelekatan antara tiang dengan

tanah. Hal ini sering terjadi bila pemancangan tiang pada lapisan tanah lempung,

maka perlawanan pada ujung tiang akan jauh lebih kecil daripada perlawanan

akibat gesekan antara tiang dan tanah.

2.6 Kapasitas Daya Dukung Ujung (End Bearing Capacity)

Tiang yang tertahan pada ujungnya dihitung berdasarkan pada tahanan ujung tiang

yang dipancang sampai lapisan tanah keras. Lapisan tanah keras dapat berupa

lempung sampai pada batu-batuan tetap yang sangat keras. Untuk menentukan

gaya perlawanan lapisan tanah keras tersebut terhadap ujung tiang dilakukan

dengan Alat Sondir atau SPT. Dengan alat ini dapat diketahui kedalaman tiang

yang harus dipancang dan daya dukung lapisan tanah keras tersebut pada ujung

tiang.

Besarnya gaya perlawanan tanah pada ujung tiang,akan sangat tergantung pada

sifat dan kemampuan tanah disekitar ujung tiang. Bila tanah pada ujung tiang

terdiri dari batu-batu yang sangat keras maka kapaitas daya dukung ujung tiang

17

akan sangat tergantung pada kekuatan bahan (material) tiang itu sendiri,

sedangkan bila lapisan tanah pada ujung tiang terdiri dari lapisan tanah yang

relatif lunak, maka daya dukung ujung tiang sangat tergantung pada sifat

kepadatan lapisan tersebut.

2.7 Dasar Perencanaan Pondasi Tiang Pancang

Perencanaan pondasi tiang pancang dilakukan sesuai prosedur berikut ini

(Nakazawa,1989) :

a. Mula mula, setelah dilakukan pemeriksaan tanah di bawah permukaan,

penyelidikan disekeklilingnya dan penyelidikan terhadap bangunan disekitar

letak pondasi, maka diameter, jenis dan panjang tiang dapat diperkirakan.

b. Menghitung daya dukung tiang pancang tunggal yang diizinkan untuk tiang

pancang tunggal.

c. Bila daya dukung tiang pancang tunggal sudah diperkirakan, maka daya

dukung yang diizinkan untuk seluruh tiang harus diperiksa.

d. Menghitung reaksi yang didistribusikan kepada setiap tiang, juga

menetapkan jumlah tiang secara tepat.

e. Setelah beban pada kepala tiang dihitung, pembagian momen lentur dan

gaya geser pada tiang dalam arah yang lebih mendetail dan bagian – bagian

tiang dapat dilakukan.

f. Jika detail perencanaan tubuh tiang selesai, maka tumpuan harus diperiksa

terhadap reaksi pada kepala tiang.

18

Tabel 2.3. Nilai Faktor Kemanan untuk Bangunan

Jenis

Beban

Jembatan Jalan Raya Jembatan

Kereta Api

Konstruksi Dermaga

Tiang

Pendukung

Tiang

Geser

Tiang

Pendukung

Tiang

Geser

BT 3 4 3 > 2,5

BT-BS - - - -

Waktu

Gempa 2 3 1,5 >1,5 >2,0

(Sumber : Nakazawa,1989)

2.8 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang berdasarkan Data Lapangan

2.8.1 Kapasitas daya dukung tiang pancang dari hasil sondir

Diantara perbedaan tes dilapangan, sondir atau cone penetration test (CPT)

seringkali sangat dipertimbangkan berperanan dari geoteknik. CPT atau sondir ini

test yang sangat cepat, sederhana, ekonomis dan test tersebut dapat dipercaya

dilapangan dengan pengukuran terus menerus dari permukaan tanah – tanah dasar.

CPT atau sondir ini dapat juga mengkalsifikasikan lapisan tanah dan dapat

memperkirakan kekuatan dan karakteristik dari tanah. Didalam perencanaan

pondasi tiang pancang (pile), data tanah sangat diperlukan dalam merencanakan

kapasitas daya dukung (bearing capacity) dari tiang pancang sebelum

pembangunan dimulai, guna menentukan kapasitas daya dukung ultimit dari tiang

pancang. Kapasitas daya dukung ultimit ditentukan dengan persamaan sebagai

berikut :

Qu = Qb + Qs = qb.Ab + f . As ……………. (2.1)

Dimana :

Qu = Kapasitas daya dukung aksial ultimit tiang pancang.

Qb = Kapasitas tahanan di ujung tiang.

19

Qs = Kapasitas tahanan kulit

qb = Kapasitas daya dukung di ujung tiang persatuan luas.

Ab = Luas di ujung Tiang.

f = Satuan tahanan kulit persatuan luas.

As = Luas kulit tiang pancang.

Perencanaan pondasi tiang pancang dengan sondir diklasifikasikan atas beberapa

metode, diantaranya :

a. Metode Aoki dan De alencar

Aoki dan Alencar mengusulkan untuk memperkirakan kapasitas dukung ultimit

dari data sondir. Kapasitas dukung ujung persatuan luas (qb) diperoleh sebagai

berikut :

qb = Fb

base)(qca …………………………………….(2.2)

dimana :

qca (base) = Perlawanan konus rata – rata 1,5D diatas ujung tiang, 1,5D

dibawah ujung tiang dan Fb adalah factor empiric tahanan

ujung tiang tergantung tipe tiang.

Tahanan kulit persatuan luas (f) diprediksi sebagai berikut :

F = qc (side) Fs

s …………………………..(2.3)

dimana :

qc (side) = Perlawanan konus rata – rata pada masing lapisan

sepanjang tiang.

20

Fs = Faktor empirik tahanan kulit yang tergantung pada tipe

tiang.

Fb = Faktor empirik tahan ujung tiang yang tergantung pada tipe

tiang.

Tabel 2.4. Faktor empirik Fb dan Fs

Tipe Tiang Pancang Fb Fs

Tiang Bor 3,5 7,0

Baja 1,75 3,5

Beton Pratekan 1,75 3,5

Sumber : Titi & Farsakh, 1999

Tabel 2.5. Nilai empirik untuk tipe tanah

Tipe Tanah αs

(%) Tipe Tanah

αs

(%) Tipe Tanah

αs

(%)

Pasir 1,4 Pasir

Berlanau 2,2

Lempung

Berpasir 2,4

Pasir

Kelanauan 2,0

Pasir

Berlanau

dengan

Lempung

2,8

Lempung

Berpasir

dengan

Lanau

2,8

Pasir

Kelanauan

dengan

Lempung

2,4 Lanau 3,0

Lempung

Berlanau

dengan Pasir

3,0

Pasir

Berlempung

dengan

Lanau

2,8

Lanau

Berlempung

dengan

Pasir

3,0 Lempung

Berlanau 4,0

Pasir

Berlempung 3,0

Lanau

Berlempung 3,4 Lempung 6,0

Sumber : Titi & Farsakh, 1999

Pada umumnya nilai αs untuk pasir = 1,4 % , nilai αs untuk lanau = 3.0 % dan

nilai αs untuk lempung = 1,4 %.

21

b. Metode Langsung

Metode langsung dikemukakan oleh beberapa ahli diantaranya, Mayerhoff,

Tomlinson dan Begemann.

Daya dukung pondasi tiang dinyatakan dalam rumus sebagai berikut :

Qu = qc . Ap + JHL . Kt …………………………..(2.4)

dimana :

Qu = Kapasitas daya dukung tiang pancang

Qc = Tahanan ujung sondir (perlawanan penetrasi konus pada

kedalaman yang ditinjau).

dapat digunakan faktor koreksi Meyerhoff :

qc 1 = Rata – rata PPK (qe) 8D diatas ujung tiang.

qc 2 = Rata – rata PPK (qe) 4D diatas ujung tiang.

JHL = Jumlah Hambatan Lekat.

Kt = Keliling tiang.

Ap = Luas Penampang tiang.

Daya dukung ijin pondasi tiang dinyatakan dalam rumus sebagai berikut :

Qu ijin = 5

.

3

. KtJHLApqc ……………………(2.5)

dimana :

Qu ijin = Kapasitas daya dukung ijin tiang pancang.

Qc = Tahanan ujung sondir dengan memakai faktor koreksi Begemann.

JHL = Jumlah Hambatan Lekat (total friction).

Kt = Keliling tiang.

Ap = Luas penampang tiang.

22

3 = Faktor keamanan untuk daya dukung tiang.

5 = Faktor keamanan untuk gesekan pada selimut tiang.

Dari hasil uji sondir ditunjukkan bahwa tahanan ujung sondir (harga tekan konus)

bervariasi terhadap kedalaman. Oleh sebab itu pengambilan harga qc untuk daya

dukung diujung tiang kurang tepat. Suatu rentang disekitar ujung tiang perlu

dipertimbangkan dalam menentukan daya dukungnya.

Menurut Mayerhoff :

qp = qc → Untuk keperluan praktis

qp = (2/3-3/2) qc …….……………………..(2.6)

dimana :

qp = Tahanan ujung ultimate.

qc = Harga rata-rata tahanan ujung konus dalam daerah 2D dibawah

ujung tiang.

2.8.2 Kapasitas daya dukung tiang pancang dari hasil Standart Penetration

Test (SPT)

Berdasarkan data yang didapat dari pelaksanaan Standart Penetration Test yang

dilakukan dapat didesain suatu tipe pondasi dalam. Pada hal ini penulis hanya

membahas dengan menggunakan metode Mayerhof.

a. Metode Mayerhof

Pada tahun 1965, Mayerhof membandingkan hasil antara pengujian penetrasi

baku dan pengujian penetrasi statis. Berdasarkan perbandingan tersebut, mayerhof

23

menyimpulkan bahwa pergeseran dari penetrasi statis,penetrasi dinamis dan

penetrasi pengujian baku menunjukkan perubahan yang relative saa sesuai dengan

pertambahan kedalaman. Menurut Mayerhof, hubungan antara perlawanan statis

konus (qc) dengan jumlah pukulan per cm (N) seperti yang dinyatakan dengan

persamaan berikut :

qc = 4.N

dengan :

qc = Perlawanan statis konus (kg/cm2)

N = Jumlah pukulan per cm.

Rumusan berikut berlaku untuk tanah pasir halus. Berdasarkan data hasil uji SPT,

besarnya daya dukung batas tiang pada lapisan pasir dan lempung hanya

dinyatakan dengan rumus berikut :

1. Untuk tiang pancang beton kayu pada lapisan pasir

Qult = 𝑎𝑠 .𝑁′

5 Ap.40.N

2. Untuk tiang pancang baja pada lapisan pasir

Qult = 𝑎𝑠 .𝑁′

10 Ap.40.N

3. Untuk tiang pancang beton dan kayu pada lapisan lempung

Qult = 𝑎𝑠 .𝑁′

2𝑥5 Ap.40.N

4. Untuk tiang pancang baja pada lapisan lempung

Qult = 𝑎𝑠 .𝑁′

2𝑥10 Ap.40.N

Dengan :

Qult = Daya dukung batas (ton)

As = Keliling tiang (m)

24

Ap = Luas penampang ujung tiang (m²)

N’ = Nilai rata – rata N-SPT sepanjang tiang

N = Nilai rata – rata N-SPT berjarak 4D diatas ujung tiang sampai

ujung tiang.

Nilai pancang yang nilai perpindahannya kecil (Small Displacement) yaitu pipa

baja dan profil H, maka faktor friksinya harus dikalikan dengan 0,5.

Daya dukung batas untuk tiang bor (non displacement) pada tanah granural

biasanya diambil 1/2 -

1/3 dari daya dukung batas tiang pancang beton dan diambil

sekitar ¾ jika tiang bor tersebut tertanam pada tanah lempung.

2.9 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data

Laboratorium

2.9.1 Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang dari Data Parameter Kuat

Geser Tanah

Berdasarkan hasil pemeriksaan tanah melalui beberapa percobaan akan

didapatkan nilai berat isi tanah (γ), nilai kohesif tanah (c), serta nilai sudut geser

tanah (φ).

Perkiraan kapasitas daya dukung pondasi tiang pancang pada tanah pasir dan silt

didasarkan pada data parameter kuat geser tanah, ditentukan dengan perumusan

sebagai berikut :

a. Daya dukung ujung pondasi tiang pancang (end bearing).

● Untuk tanah kohesif :

25

Qp = Ap . cu . Nc* …………………………..(2.10)

Dimana :

Qp = Tahanan ujung per satuan luas (Ton).

Ap = Luas penampang tiang (m2).

cu = Koefisien Undrained (Ton/m2).

Nc*

= Faktor daya dukung tanah, untuk pondasi tiang pancang

Nc* = 9 (Whitaker and Cooke, 1996).

Untuk mencari nilai cu (koefisien undrained), dapat digunakan persamaan

dibawah ini :

α* - 0,21 + 0,25 .

cu

pa≤ 1 ……………………………(2.11)

Dimana :

α* = Faktor adhesi = 0,4

pa = Tekanan atmosfer = 1,508 ton/ft2

= 101,3 KN/m2

● Untuk tanah non-kohesif :

Qp = Ap . q’ (Nq* – 1) …………………..(2.10)

Dimana :

Qp = Tahanan ujung per satuan luas (Ton).

Ap = Luas penampang tiang pancang (m2).

Nq* = Faktor daya dukung tanah.

Vesic (1967) mengusulkan korelasi antara φ dan Nq* seperti terlihat pada

gambar dibawah ini :

26

Gambar 2.2. Faktor Nq

* (Vesic, 1967)

b. Daya dukung selimut tiang pancang (skin friction)

Qs = fi . Li . p ………………..(2.12)

Dimana :

fi = Tahanan satuan selimut tiang pancang (ton/m2).

Li = Panjang lapisan tanah (m).

p = Keliling tiang (m)

Qs = Daya dukung selimut tiang (ton)

● Pada tanah kohesif :

f = αi* . cu ………………………………(2.13)

Dimana :

αi* = Faktor adhesi , 0,55 (Reese & Wright, 1977).

cu = Koefisien undrained (ton/m2).

27

● Pada tanah non – kohesif :

f = Ko . σv’ . tan δ ……………………….(2.14)

Dimana :

Ko = Koefisien tekanan tanah

= 1 – sin φ

σv’ = Tegangan vertikal efektif tanah (ton/m2)

σv’ = γ . L’

L’ = 15 D

D = Diameter

δ = 0,8 . φ

2.10 Metode Perhitungan Daya Dukung Ujung (End Bearing Capacity)

Kapasitas maksimum tahanan ujung dari sebuah tiang pancang dapat dihitung

dengan menggunakan data pengujian laboratorium maupun data pengujian

penetrasi. Jika menggunakan data labratorium maka perhitungan kapasitas

ultimate tahanan ujung dapat menggunakan beberapa cara, yaitu :

1. Metode Meyerhoff

Untuk tanah pada umumnya, kapasitas daya dukung menurut Meyerhoff

adalah sebagai berikut :

Ppu = Ap (C . Nc + η . q’ . Nq) ...... (2.15)

Dimana :

Ppu = Kapasitas ultimate tahan ujung tiang (kg/cm2).

Ap = Luas penampang tiang pancang (cm2).

C = Kohesi tanah (kg/cm2).

28

Nc = Faktor kapasitas daya dukung, tergantung pada sudut geser

tanah (ϴ).

Nq = Faktor kapasitas daya dukung, tergantung pada harga L/B >

1 dan bergantung sudut geser tanah (ϴ).

q’ = Tegangan vertikal efektif pada titik tiang pancang (kg/cm2)

η = 1 untuk semua kecuali faktor – faktor Vesic (1975) dimana

η = 3

.21 Ko

Ko = Koefisien tanah dalam kondisi diam

= 1 – sin ϴ

Nc dan Nq menurut Meyerhoff dibedakan atas tiang pendek (short pile) dan

tiang panjang (long pile).

Faktor – faktor kapasitas daya dukung (Nc dan Nq) dapat dihitung

berdasarkan gambar 2.3.

29

Gambar 2.3. Grafik Daya Dukung Tanah Meyerhoff

2. Teori Terzaghi

Kapasitas daya dukung ujung tanah pondasi menurut Terzaghi seperti pada

persamaan berikut :

Qe = Ap (1,3.c.Nc + q.Nq.aq + B.NT.aT) .... (2.16)

Dimana :

Nc , Nq , Nγ = Koefisien daya dukung Terzaghi masing – masing

akibat kohesi, akibat kelebihan beban dan akibat

faktor bentuk Braja M Das, 1984 halaman 106).

T = Berat isi tanah dibawah ujung tiang (ton/m3)

30

Qe = Daya dukung ujung tiang (ton).

q = ∑ (T . h)

c = Kohesi tanah (Ton/m2)

aq , aT = Faktor bentuk penampang.

aq = 1 (tampang persegi dan bulat).

aT = 0,4 (tampang persegi)

aT = 0,3 (Tampang bulat)

Nilai – nilai faktor Nc , Nq , Nγ didapat dari gambar grafik 2.4 dibawah ini.

Gambar 2.4 Grafik hubungan Ø dan Nc, Nq, Nγ menurut Terzaghi (1943) (Sumber : Braja M.Das 1984)

Untuk memudahkan membaca grafik diatas, beberapa sumber menyajikan

nilai – nilai koefisien tersebut dalam bentuk tabel seperti di bawah ini :

31

Tabel 2.6 Koefisien daya dukung Terzaghi

Ø (deg) Nc Nq Nγ N’c N’q N’γ

0 5,7 1,0 0,0 5,7 1 0

5 7,3 1,6 0,5 6,7 1,4 0,2

10 9,6 2,7 1,2 8 1,9 0,5

15 12,9 4,4 2,5 9,7 2,7 0,9

20 17,7 7,4 5,0 11,8 3,9 1,7

25 25,1 12,7 9,7 14,8 5,6 3,2

30 37,2 22,5 19,7 19 8,3 5,7

34 52,6 36,5 35,0 23,7 11,7 9

35 57,8 41,4 42,4 25,2 12,6 10,1

40 95,7 81,3 100,4 34,9 20,5 18,8

45 172,3 173,3 297,5 51,2 35,1 37,7

48 258,3 287,9 780,1 66,8 50,5 60,4

50 347,6 415,1 1153,2 81,3 65,6 87,1

3. Metode Vesic

Daya dukung ujung tiag yang diusulkan Vesic didasarkan atas teori

pembesaran rongga yang dijabatkan sebagai :

Ppu = Ap (c.Nc*+ γ0.Nq

*) .................(2.17)

Dimana :

Ap = Luas penampang tiang pancang (cm2).

C = Kohesi tanah (kg/cm2).

γ0 = qKo

.3

.21

Ko = 1 – sin ϴ

ϴ = Sudut geser tanah (°)

Nc*, Nq

* = Koefisien daya dukung Vesic

32

Nilai Nc*, Nq

* ditentukan oleh tabel 7 berdasarkan nilai ϴ dan Irr. Nilai Irr

(indek kegeran) beberapa jenis material tanah diperlihatkan pada tabel 8.

Tabel 2.7. Indek ketegaran tanah

Jenis Tanah Irr

Pasir 70 – 150

Lumpur dan lempung terdrainase 50 – 100

Lempung tak berdrainase 100 - 200

Sumber : Das, 1984

Penentuan nilai Irr biasanya diambil dari nilai tengah dari harga batasan

masing – masing jenis material tanah yang ditinjau.

Tabel 2.8. Harga koefisien daya dukung Vesic

Φ Irr 10 40 100 200 400

0 6,97

1,00

8,82

1,00

10,04

1,00

10,97

1,00

11,89

1,00

10 11,35

3,04

16,97

3,99

25,43

5,48

25,43

5,48

29,99

6,29

20 18,83

7,58

31,81

12,15

44,43

17,17

56,97

21,73

72,82

27,67

30 30,03

18,24

57,08

28,10

86,64

41,51

118,53

55,77

161,91

74,93

40 47,03

40,47

98,21

83,40

159,13

134,52

228,97

193,13

329,24

227,26

50 73,19

88,23

164,21

196,70

279,55

334,15

417,82

489,94

624,28

744,99 Sumber : Bowles,1988

2.11 Metode Perhitungan Daya Dukung Friksi (Friction Capacity)

Kapasitas daya dukung tiang dihitung dengan menggunakan kombinasi tahan total

dan tahanan efektif maupun tahanan efektif saja. Besarnya daya dukung friksi

33

tiang diperoleh berdasarkan nilai tahanan gesek antara tiang dengan tanah (fs)

sepanjang permukaan dinding tiang yang dirumuskan sebagai berikut :

Qs = as .

n

i 1

(fs . L) …………………..(2.18)

Dimana :

Qs = Daya dukung gesek tiang (Ton).

as = Keliling tiang dimana fs bekerja (m).

fs = Nilai tahanan gesek (Ton/m2).

n = Jumlah lapisan yang ditinjau.

Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menghitung besarnya daya dukung

friksi yang bekerja pada dinding tiang pancang, yaitu :

1. Metode α – Tomlinson

Metode α diusulkan oleh Tomlinsn pada tahun 1971. Metode ini dapat

digunakan pada tanah berbutir kasar, tanah berbutir halus atau tanah pada

umumnya. Menurut Tomlinson besarnya daya dukung friksi tiang dihitung

dengan :

Qs = As .

n

i 1

(αi . ci . hi + qi . Ki . tanδi) …. (2.19)

Dimana :

Qs = Daya dukung gesek tiang (Ton).

As = Keliling tiang dimana fs bekerja (m)

Ci = Nilai kohesi tanah yang ditinjau (Ton/m2).

qi = Tegangan efektif tanah (Ton/m2).

34

αi = Faktor adhesi yang merupakan fungsi dari kekuatan

geser tanah tak terdrainase yang tersaji pada tabel

2.9

Ki = Koefisien tekanan tanah lateral yang mempunyai

nilai antara Ko – 1,75.

Ko = (1 – sin ϴ)

δ = Sudut gesek dinding tiang (°).

OCR = Over Consolidated Ratio (qc/q).

qc = Tekanan sebelum konsolidasi (Ton/m2).

qo = Tekanan akibat kelebihan beban (Ton/m2).

Korelasi nilai α dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.5 Korelasi α - Tomlinson

35

2. Metode λ – Vijayvergiya & Focht

Vijayvergiya & Focht pada tahun 1972 menyajikan sebuah metode alternatif

untuk mendapatkan daya dukung friksi tiang pancang dalam lapisan

lempung. Metode yang diperkenalkan oleh Vijayvergiya & Focht ini disebut

Metode λ. Menurut metode ini besarnya daya dukung friksi tiang

dirumuskan sebagai :

Qs = As .

n

i 1

( λ i . qi . hi + 2 . λi .cui . hi) …. (2.20)

Dimana :

Qs = Daya dukung gesek tiang (Ton).

Ci = Nilai kohesi tanah yang ditinjau (Ton/m2).

qi = Tekanan vertikal lapisan tanah yang ditinjau

(Ton/m2).

λ i = Koefisien tanpa dimensi dari Vijayvergiya & Focht.

hi = Tinggi lapisan yang ditinjau (m).

cui = Kekuatan geser tak terdrainase (Ton/m2).

n = Jumlah lapisan.

Koefisien λ – Vijayvergiya & Foch dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

36

Gambar 2.6 Koefisien λ – Vijayvergiya & Foch

3. Metode β – Burland

Metode ini dihasilkan melalui analisis kembali data – data yang ada dan

dilengkapi dengan pengujian – pengujian yang dilakukan paling akhir.

Berdasarkan hal tersebut diusulkan bahwa korelasi pengujian beban dan

kapasitas tiang pancang hasil perhitungan yang lebih baik dapat ditentukan

dengan menggunakan parameter – parameter tegangan efektif. Persamaan

berikut dapat diterapkan pada semua tanah yang terkonsolidasi secara normal.

Qs = As .

n

i 1

( β i . qi . hi ) ……………… (2.21)

Dimana :

Qs = Daya dukung gesek tiang (ton).

β I = Ki.tan δi