Pondasi
Berdasarkan kondisi tanah pondasi, beberapa pondasi dapat digunakan,
Jika tanah di dekat permukaan mampu mendukung beban strukturnya secara
langsung, maka pondasi dangkal seperti pondasi telapak, pondasi memanjang,
pondasi rakit (raft foundation) dapat digunakan. Pondasi telapak adalah bagian
terbawah dari dinding atau pelebaran alas kolom dengan tujuan untuk meneruskan
beban pada tanah dasar pada suatu tekanan yang sesuai dengan sifat-sifat tanah
yang bersangkutan. Pondasi rakit(raft foundation) adalah pondasi yang terdiri dari
pelat tunggal yang meluas, yang mendukung beban struktur secara keseluruhan.
Jika tanah di permukaan tidak mampu mendukung beban struktur di
atasnya atau beban perlu dipindahkan ke material yang lebih kuat di tanah yang
paling dalam, pondasi dalam seperti pondasi tiang (pile foundation) atau pondasi
sumuran (pier foundation) dapat digunakan. Pondasi tiang dapat mendukung
beban struktur yang sangat besar karena kedalamannya sedemikian rupa dengan
penampang melintang yang kecil dibanding tingginya dan biasanya dipancang
dengan hammer atau vibrator. Pondasi sumuran lebih pendek dari pondasi tiang
dan umumnya berpenampang melintang yang diameternya lebih besar.
Pondasi Tiang Pancang
Pondasi tiang adalah suatu konstruksi pondasi yang mampu menahan
gaya-gaya horizontal ke sumbu tiang dengan menyerap lenturan. Pondasi tiang
dibuat menjadi satu kesatuan yang monolit dengan menyatukan pangkal tiang
pancang yang terdapat dibawah konstruksi dengan tumpuan pondasi.
Tiang pancang adalah bagian-bagian konstruksi yang dibuat dari kayu, beton, dan baja, yang digunakan untuk meneruskan (mentransmisikan) beban-beban permukaan ke tingkat-tingkat permukaan yang lebih rendah di dalam massa tanah (Bowles, 1991). Fungsi dari tiang pancang adalah untuk memindahkan atau mentransfer beban-beban dari konstruksi di atasnya ke lapisan tanah keras yang letaknya sangat dalam.
Dalam pelaksanaan pemancangan pada umumnya dipancang tegak lurus
dalam tanah, tetapi ada juga yang dipancang miring (battle pile) untuk dapat
menahan gaya-gaya horizontal yang bekerja. Sudut kemiringan yang dapat dicapai
oleh tiang tergantung dari alat yang dipergunakan serta disesuaikan pula dengan
perencanaannya.
Tiang pancang umumnya digunakan :
1. Untuk mengangkat beban-beban konstruksi di atas tanah ke dalam atau
melalui sebuah stratum/lapisan tanah. Didalam hal ini beban vertikal dan
beban lateral boleh terlibat.
2. Untuk menentang gaya desakan ke atas, gaya guling, seperti untuk telapak
ruang bawah tanah di bawah bidang batas air jenuh atau untuk menopang
kaki-kaki menara terhadap guling.
3. Memampatkan endapan-endapan tak berkohesi yang bebas lepas melalui
kombinasi pembebanan isi tiang pancang dan getaran dorong. Tiang
pancang ini dapat ditarik kemudian.
4. Mengontrol lendutan/penurunan bila kaki-kaki yang tersebar atau telapak
berada pada tanah tepi atau didasari oleh sebuah lapisan yang
kemampatannya tinggi.
5. Membuat tanah di bawah pondasi mesin menjadi kaku untuk mengontrol
amplitudo getaran dan frekuensi alamiah dari sistem tersebut.
6. Sebagai faktor keamanan tambahan di bawah tumpuan jembatan pir,
khususnya jika erosi merupakan persoalan.
7. Dalam konstruksi lepas pantai untuk meneruskan beban-beban di atas
permukaan air melalui air dan kedalam tanah yang mendasari air
tersebut. Hal seperti ini adalah mengenai tiang pancang yang ditanamkan
sebagain dan yang terpengaruh oleh baik beban vertikal maupun beban
lateral (Bowles, 1991).
Menurut Hardiyatmo (2002), Pondasi tiang digunakan untuk beberapa maksud, antara lain:
1. Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau tanah
lunak, ke tanah pendukung yang kuat.
2. Untuk meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman
tertentu sehingga bangunan mampu memberikan dukungan yang cukup
untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan dinding tiang dengan tanah
disekitarnya.
3. Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas
akibat tekanan hidrostatis atau momen penggulingan.
4. Untuk menahan gaya-gaya horizontal dan gaya yang arahnya miring.
5. Untuk memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas dukung tanah tersebut
bertambah.
6. Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah
tergerus air.
Pondasi tiang dapat dibagi menjadi 3 kategori sebagai berikut:
1. Tiang Perpindahan Besar (large displacement pile).
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 relatif besar. Termasuk dalam tiang perpindahan besar adalah tiang kayu, tiang beton pejal, tiang beton prategang (pejal atau berlubang), tiang baja bulat (tertutup pada ujungnya).
2. Tiang Perpindahan Kecil (small displacement pile)
Tiang perpindahan kecil (small displacement pile), adalah sama
seperti tiang kategori pertama hanya volume tanah yang dipindahkan
saat pemancangan relatif kecil, contohnya: tiang beton berlubang
dengan ujung terbuka, tiang beton prategang berlubang dengan ujung terbuka, tiang baja H, tiang baja bulat ujung terbuka, tiang ulir.
3. Tiang Tanpa Perpindahan (non displacement pile)
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 di dalam lubang dan dicor
beton) (Hardiyatmo, 2002).
Tiang Pancang Kayu
Tiang pancang kayu dibuat dari kayu yang biasanya diberi pengawet dan
dipancangkan dengan ujungnya yang kecil sebagian bagian yang runcing. Tapi biasanya apabila ujungnya yang besar atau pangkal dari pohon dipancangkan
untuk tujuan tertentu, seperti dalam tanah yang sangat lembek dimana tanah
tersebut akan kembali memberi perlawanan dan dengan ujungnya yang tebal
terletak pada lapisan yang keras untuk daya dukung yang lebih besar. Dalam
beberapa situasi pondasi tiang kayu cukup handal dan dianggap cukup murah.
Pondasi tiang kayu tidak dapat menahan gaya tekan karena kerusakan
akibat pemancangan yang keras sewaktu dipancang di tanah. Kerusakan ujung
tiang dapat ditanggulangi dengan pemakaian sepatu besi, untuk beberapa jenis
hammer yang ada, bahaya patahnya tiang dapat dikurangi dengan membasi
tekanan pada tiang dan jumlah pukulan hammer. Pondasi tiang kayu tidak dapat
dipancang pada tanah keras tanpa mengalami kerusakan, Beban maksimum yang
dapat dipikul oleh tiang kayu tunggal dapat mencapai 270 - 30 kN.
Walaupun pondasi tiang kayu dapat menahan gaya tekanan pada tanah
terendam, tiang tersebut dapat ambruk akibat lapuk pada zona diatas tanah
terendam. Di beberapa tempat tiang-tiang dapat mengalami kerusakan atau
kehancuran akibat dimakan serangga seperti rayap. Umur pemakaian pondasi
tiang kayu di atas muka dapat ditingkatkan dengan perawatan, misalnya
menggunakan creosote bertekanan (creosote under pressure). Umur efektif
perawatan belum dapat ditetapkan dengan pasti namun telah diketahui lebih dari
40 tahun.
Pondasi tiang kayu pada tanah payau dan tepi laut dapat rusak karena
gangguan organisme laut seperti teredo dan limnoria. Proses perusakan terjadi
selama bertahun-tahun, tapi pada keadaan ekstrem proses ini dapat terjadi hanya
dalam jangka waktu beberapa bulan saja. Perawatan kimiawi kurang menunjukkan hasil yang baik. Oleh karena itu tiang kayu sebaiknya tidak dipakai pada tempat-tempat yang berhubungan dengan air garam.
Pancang Beton Pracetak
Tiang beton pracetak umumnya berbentuk prisma atau bulat ( Gambar
2.1). dan ada juga berbentuk bujur sangkar pejal atau berongga dan segi delapan pejal atau berongga (Gambar 2.2). Tiang-tiang dicetak di lokasi tertentu, kemudian diangkut ke lokasi pembangunan. Ukuran diameter yang biasanya digunakan untuk tiang yang tidak berlubang diantara 20-60 cm. Untuk tiang yang berlubang diameternya dapat mencapai 140 cm. Panjang tiang beton pracetak biasanya berkisar 20-40 m. Untuk tiang berlubang bisa sampai 60 m. Beban maksimum untuk tiang ukuran kecil berkisar 300-800 kN.
Tiang ini menurut cara pemasangannya terdiri dari :
1. Cara Penumbukan
Dimana tiang dipancangkan ke dalam tanah dengan cara penumbukan oleh alat pemuku l (hammer).
2. Cara Penggetaran
Dimana tiang tersebut dipancang kedalam tanah dengan cara penggetaran dengan alat penggetar (vibrator).
3. Cara Penanaman
Dimana permukaan tanah dilubangi terlebih dahulu sampai kedalaman tertentu, lalu tiang pancang dimasukkan, kemudian lubang tadi ditimbun lagi dengan tanah.
Cara penanaman ini ada beberapa metode yang digunakan :
a. Cara pengeboran sebelumnya, yaitu dengan cara mengebor tanah
sebelumnya, lalu tiang dimasukkan ke dalamnya dan ditimbun lagi.
b. Cara pengeboran inti, yaitu tiang ditanamkan dengan mengeluarkan
tanah dari dalam bagian tiang.
c. Cara pemasangan dengan tekanan, yaitu tiang dipancangkan ke dalam
tanah dengan memberikan tekanan pada tiang.
d. Cara pemancaran, yaitu tanah pondasi diganggu dengan semburan air
yang keluar dari ujung serta keliling tiang, sehingga tidak dapat
dipancangkan kedalam tanah.
Keuntungan pemakaian tiang pancang pracetak adalah sebagai berikut :
1. Bahan tiang dapat diperiksa sebelum pemancangan.
2. Prosedur pelaksanaan tidak dipengaruhi oleh air tanah.
3. Tiang dapat dipancang sampai kedalamam yang dalam.
4. Pemancangan tiang dapat menambah kepadatan tanah granuler.
Kerugian :
1. Penggembungan permukaan tanah dan gangguan tanah akibat
pemancangan dapat menimbulkan masalah.
2. Tiang kadang-kadang rusak akibat pemancangan.
3. Pemancangan sulit, bila diameter tiang terlalu besar.
4. Pemancangan menimbulkan gangguan suara, getaran, dan deformasi tanah
yang dapat menimbulkan kerusakan bangunan di sekitarnya.
5. Penulangan dipengaruhi oleh tegangan yang terjadi pada waktu
pengangkutan dan pemancangan tiang.
Tiang Beton Cetak di Tempat (Cast In Place Pile)
Tiang beton cetak di tempat terdiri dari 2 tipe, yaitu :
1. Tiang yang berselubung pipa.
2. Tiang yang tidak berselubung pipa.
Pada Tiang yang berselubung pipa, pipa baja dipancang terlebih dahulu ke dalam tanah. Kemudian, ke dalam lubang dimasukkan adukan beton. Pada akhirnya nanti, pipa besi akan tetap tinggal di dalam tanah. Termasu tiang jenis ini adalah tiang Standart Raimond
Pada tiang yang tidak berselubung pipa, pipa baja yang berlubang dipancang lebih dahulu ke dalam tanah. Kemudian ke dalam lubangnya adukan beton dan pipa ditarik keluar ketika atau sesudah pengecoran. Termasuk jenis tiang ini adalah tiang Franki.
Tiang Pancang Baja
Jenis-jenis tiang pancang baja ini biasanya berbentuk H yang digiling atau merupakan tiang pancang pipa, empat persegi panjang, segi enam, dan lainlainnya (Gambar 2.5). Pipa-pipa baja yang diisi beton setelah dipancang dan tiang baja profil H merupakan tiang yang umum digunakan, terutama bila kondisi lapangan memerlukan pemancangan berat.
Pemancangan pondasi tiang baja profil H kedalam tanah lebih cepat dibanding tipe lain. Oleh karena itu tiang-tiang baja sering digunakan untuk mencapai tanah keras pada kedalaman besar. Jika pemancangannya berat khususnya jika bebannya besar karena ada batuan yang keras, sayap-sayap profil kemungkinan akan rusak dan tiang dapat membengkok Kendala-kendala ini dapat dikurangi bila gejalanya dapat diketahui selama pemancangan. Balok yang mempunyai flens lebar (wide-flange beam) atau balok-I dapat juga digunakan, tapi bentuk H khususnya dibuat sebanding untuk menahan tegangan pancangan yang keras yang mungkin dialami oleh tiang pancang tersebut.
Keuntungan dari tiang pancang baja ini adalah : Mudah disambung, kapasitas tinggi, pergeseran kecil, sanggup menembus rintangan-rintangan. Sedangkan kerugiannya adalah mudah berkarat. Tiang pancang baja ini paling cocok untuk dukungan ujung pada bantuan dan mereduksi kapasitas yang diperbolehkan untuk tempat berkarat.
Tiang Pancang Komposit
Tiang komposit adalah tiang pancang yang terdiri dari dua bahan yang
berbeda yang bekerja bersama-sama sehingga merupakan satu tiang. Kadang-
kadang pondasi tiang dibentuk dengan menghubungkan bagian atas dan bagian
bawah tiang dengan bahan yang berbeda, misalnya dengan bahan beton diatas
muka air tanah dan bahan kayu tanpa perlakuan apapun disebelah bawahnya.
Panjang maksimum untuk tiang komposit 55 m dan panjang optimum 18 -
36 m. Jangkauan beban optimum untuk tiang komposit 250- 725 kN.
Kerugian-kerugian dalam penggunaan tiang komposit adalah sukar untuk
mendapatkan sambungan baik di antara dua bahan, sedangkan keuntungannya
adalah panjang yang cukup besar dapat disediakan dengan biaya yang komperatif
rendah.
Analisis Kapasitas Tiang Dengan Rumus Dinamis
Pemancangan Tiang Pancang
Tiang pancang dapat dipancang dengan setiap jenis palu, asalkan tiang
pancang tersebut dapat menembus masuk pada ke dalaman yang telah ditentukan
atau mencapai daya dukung yang telah ditentukan, tanpa kerusakan. Bilamana
elevasi akhir kepala tiang pancang berada di bawah permukaan tanah asli, maka
galian harus dilaksanakan terlebih dahulu sebelum pemancangan. Perhatian
khusus harus diberikan agar dasar pondasi tidak terganggu oleh penggalian di luar
batas-batas. Kepala tiang pancang baja harus dilindungi dengan bantalan topi atau
mandrel dan kepala tiang kayu harus dilindungi dengan cincin besi tempa atau
besi non-magnetik sebagaimana yang disyaratkan. Palu, topi baja, bantalan topi,
katrol dan tiang pancang harus mempunyai sumbu yang sama dan harus terletak
dengan tepat satu di atas lainnya. Tiang pancang termasuk tiang pancang miring
harus dipancang secara sentris dan diarahkan serta dijaga dalam posisi yang tepat.
Tiang pancang harus dipancang sampai penetrasi maksimum atau penetrasi tertentu atau ditentukan dengan pengujian pembebanan sampai mencapai kedalaman penetrasi akibat beban pengujian tidak kurang dari dua kali beban yang dirancang, yang diberikan menerus untuk sekurang-kurangnya 60 mm. Dalam hal tersebut, posisi akhir kepala tiang pancang tidak boleh lebih tinggi dari yang sudah ditentukan.
Alat Pancang
Alat pancang yang digunakan dapat dari jenis gravitasi, uap atau diesel.
Untuk tiang pancang beton, umumnya digunakan jenis uap atau diesel. Berat palu
pada jenis gravitasi sebaiknya tidak kurang dari jumlah berat tiang beserta topi
pancangnya, tetapi sama sekali tidak boleh kurang dari setengah jumlah berat
tiang beserta topi pancangnya, dan minimum 2 ton untuk tiang pancang beton.
Untuk tiang pancang baja, berat palu harus dua kali berat tiang beserta
topi pancangnya. Alat pancang dengan jenis gravitasi, uap atau diesel yang
disetujui, harus mampu memasukkan tiang pancang tidak kurang dari 3 mm untuk
setiap pukulan pada 15 cm dari akhir pemancangan dengan daya dukung yang
diinginkan. Energi total alat pancang tidak boleh kurang dari 970 kgm per
pukulan. Alat pancang uap, angin atau diesel yang dipakai memancang tiang
pancang beton harus mempunyai energi per pukulan, untuk setiap gerakan penuh
dari pistonnya tidak kurang dari 635 kgm untuk setiap meter kubik beton tiang
pancang tersebut.
Penumbukan dengan gerakan tunggal (single acting) atau palu yang
dijatuhkan harus dibatasi sampai 1,2 meter dan lebih baik 1 meter. Penumbukan
dengan tinggi jatuh yang lebih kecil harus digunakan bilamana terdapat kerusakan
pada tiang pancang. Contoh-contoh berikut ini adalah kondisi yang dimaksud :
a. Bilamana terdapat lapisan tanah keras dekat permukaan tanah yang harus
ditembus pada saat awal pemancangan untuk tiang pancang yang panjang.
b. Bilamana terdapat lapisan tanah lunak yang dalam sedemikian hingga
penetrasi yang dalam terjadi pada setiap penumbukan.
c. Bilamana tiang pancang diperkirakan sekonyong-konyongnya akan
mendapat penolakan akibat batu atau tanah yang benar-benar tak dapat
ditembus lainnya.
d. Bilamana serangkaian penumbukan tiang pancang untuk 10 kali pukulan
terakhir telah mencapai hasil yang memenuhi ketentuan, penumbukan
ulangan harus dilaksanakan dengan hati-hati, dan pemancangan yang terus
menerus setelah tiang pancang hampir berhenti penetrasi harus dicegah,
terutama jika digunakan palu berukuran sedang.
Untuk memancang tiang pada posisi yang tepat, cepat, dan dengan biaya yang rendah, pemukul dan crane-nya haruslah dipilih dengan teliti agar sesuai dengan keadaan disekitarnya, jenis dan ukuran tiang, tanah, dan perancahnya. Tiang pancang dipancang dengan alat pemukul yang dapat berupa pemukul (hammer) mesin uap, pemukul getar, atau pemukul jatuh.
(a) (b)
Gambar 2.7. Skema pemukul tiang : (a) Pemukul aksi tunggal (single acting hammer), (b) Pemukul aksi
double (double acting hammer
a. Pemuku l Aksi Tungga l (Single Acting Hammer)
Pemukul aksi tunggal berbentuk memanjang dengan ram yang bergerak naik oleh udara atau uap yang terkompresi, sedangkan turunnya ram disebabkan oleh beratnya sendiri. Energi pemukul aksi tunggal adalah sama dengan berat ram yang dikalikan tinggi jatuhnya (Gambar 2.7.a).
b. Pemuku l Aksi Ganda (Double Acting Hammer)
Pemukul aksi double menggunakan uap atau udara untuk mengangkat ram dan untuk mempercepat gerakkan ke bawah. Kecepatan pukulan dan energi output biasanya lebih tinggi daripada pemukul aksi tunggal (Gambar 2.7.b).
c. Pemuku l Diesel (Diesel Hammer)
Pemukul Diesel terdiri atas silinder, ram, blok anvil, dan sistem injeksi bahan bakar (Gambar 2.7.c dan Gambar 2.8).
Alat pemancangan tiang tipe ini berbentuk lebih sederhana dibandingkan dengan hammer lainnya. Dalam pengoperasiannya, energi alat didapat dari berat ram yang menekan udara di dalam silinder. Pemukul Diesel dibedakan menjadi 2 tipe (Gambar 2.9) yaitu Open Ended dan Closed Ended.
- Open Ended
Pada hammer Open Ended, pemukul dijatuhkan dengan tenaga gravitasi
dan energi yang diteruskan ke landasan dengan pukulan langsung. Bahan
bakar dimasukkan ke ruang yang disebut ruang pembakaran yang ada
diantara pemukul dan landasan. Desakan dari pemukul yang terjadi akan
menyalakan bahan bakar dan mampu mengangkat lagi pemukulnya. Untuk
jangka waktu tertentu tekanan dari gas yang terbakar tersebut juga bekerja
pada landasan dan akan menaikkan besar tenaga pancangnya (Gambar
2.9b).
- Closed Ended
Pada hammer Closed Ended, rumah-rumahan lebih luas dari silindernya
dengan tujuan membentuk ruang pantul dimana udara ditekan oleh
pemukul yang bergerak naik. Udara yang tertekan tersebut bertindak
sebagai pegas yang membatasi naiknya pemukul dan selanjutnya memperpendek pukulan. Hal ini akan dapat mengembalikan energi yang ada ke penumbuk pada saat pukulan ke bawah.
d. Pemuku l Getar (Vibratory Hammer)
Alat ini sangat baik dimanfaatkan pada tanah lembab. Jika material di lokasi berupa pasir kering maka pekerjaan menjadi lebih sulit karena material tersebut tidak terpengaruh dengan adanya getaran yang dihasilkan oleh alat. Alat ini memiliki beberapa batang horizontal dengan beban eksentris.
Pondasi tiang dapat dipancang dengan menggunakan pembangkit tenaga berupa beban statis dan sepanjang beban yang berputar eksentrik, dengan jumlah pukulan dapat dihitung, yang diatur dengan sedemikian rupa sehingga komponen horizontal gaya sentrifugal dapat dihilangkan sedangkan komponen vertikal bertambah .
Hammer dengan vibrator terdiri dari beberapa jenis yang berbeda pada tipe
penggerak dan frekuensi getaran. Hammer frekuensi getar rendah dapat
dioperasikan dengan frekuensi konstan antara 10-30 Hz. Jika besar frekuensi
dapat dibuat sama dengan frekuensi alami sistem, tipe ini dikenal Resonant
Driver. Frekuensi dari tipe ini dapat dihitung biasanya 50-150 Hz. Jika sistem
berada pada resonansi, tiang pancang menunjukkan displacement ke atas dan ke
bawah yang bertenaga, dan dibatasi oleh redaman tanah yang mengelilinginya
Sebagian besar gerakan ke bawah disebabkan oleh berat tiang pancang dan alat
pancangnya.
Penetrasi dapat berlangsung cepat jika tahanan tidak berlebihan dan menghalangi berat dan tenaga pemancangan. Karena gaya tarik ke atas crane dapat melebihi gaya tarik ke bawah, maka tanpa adanya perlawanan ujung tiang pemancangan vibrator akan sangat efektif.
e. Pemukul Jatuh (Drop Hammer)
Pemukul jatuh (Drop hammer) merupakan palu berat yang diletakkan pada ketinggian tertentu di atas tiang (Gambar 2.10). Pemukul jatuh terdiri dari blok pemberat yang dijatuhkan dari atas palu tersebut kemudian dilepaskan dan jatuh mengenai bagian atas tiang. Untuk mengindari tiang menjadi rusak akibat tumbukan ini, pada kepala tiang dipasang semacam topi atau cap sebagai penahan energi taua shock absorbe, biasanya cap dibuat dari kayu. Palu dijatuhkan sepanjang alurnya. Pada bagian atas palu terdapat kabel yang berfungsi untuk menahan supaya palu tidak jatuh lebih jauh.
Ukuran umum palu berkisar antara 250-1500kg. Tinggi jatuh palu berkisar antara 1.5 sampai 7 meter yang tergantung dari jenis bahan dasar pondasi. Jika diperlukan energi yang besar untuk memancang tiang pondasi maka sebaiknya menggunakan palu yang berat dengan tinggi jatuh yang kecil daripada palu yang lebih ringan dengan tinggi jatuh yang besar.
Pemakaian alat tipe ini membuat pelaksanaan pemancangan berjalan lambat, sehingga hanya cocok untuk pekerjaan pemancangan skala kecil. Jenis ini masih digunakan tetap kebanyakan sekarang hammer digerakkan dengan mesin uap dan tenaga diesel.
Dalam pekerjaan pemancangan tiang terdapat nama alat-alat, yaitu :
- Anvil, adalah bagian terletak pada dasar pemukul yang menerima benturan
dari ram dan mentransfernya ke kepala tiang.
- Helmet atau drive cap (penutup pancang), adalah bahan yang dibuat dari
baja cor yang diletakkan di atas tiang untuk mencegah tiang dari kerusakan
saat pemancangan dan juga menjaga As tiang sama dengan As pemukul.
- Cushion (bantalan), adalah terbuat dari kayu keras atau bahan lain yang
ditempatkan diantara penutup tiang (pilecap) dan puncak tiang untuk
melindungi kepala tiang dari kerusakan dari tegangan yang berlebihan dan
mempunyai pengaruh khusus pada gelombang tegangan yang timbul pada
tiag selama pemancangan. Pemilihan bantalan yang sesuai mempengaruhi
karakteristik pemancangan tiang, seberapa dalam tiang dapat dipancang,
daya dukungnya, dan lain-lain.
- Ram, adalah bagian pemukul yang bergerak ke atas dan ke bawah yang
terdiri dari piston dan kepala penggerak (driving head).
- Leader, adalah rangka baja dengan dua bagian paralel untuk mengatur
tiang agar pada saat tiang dipancang arahnya benar.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan penumbuk adalah kemungkinan pemancangannya dan manfaatnya secara ekonomis. Hal ini perlu diperhatikan dalam memilih jenis penumbuk berdasarkan sifat-sifat dari berbagai hammer yang diperlihatkan dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Jenis dan Karakteristik Bermacam-macam Pemukul (Hammer)
Pemukul yang
dijatuhkan (drop
hammer)
Pemukul
bertenaga uap
(udara)
Pemukul
bertenaga Diesel
(diesel hammer)
Pemukul Getar
(Vibrator
hammer)
K
E
U
N
T
U
N
G
A
N
- Peralatan
sederhana.
- Tinggi jatuh dapat
diperiksa dengan
mudah.
- Kesulitan kecil dan
biaya operasi
rendah.
- Kemampuan
baik.
- Miring ataupun
di dalam air.
- Kepala tiang
tidak begitu
cepat rusak.
- Beberapa mesin
dapat dipakai
untuk menarik.
- Mudah
dipindahkan.
- Menghasilkan
daya pukul
yang besar.
- Kemampuan
baik.
- Biaya bahan
bakar rendah.
- Mampu dalam
arah dan
kedudukan yang
tepat.
- Suara
pemukulan
hampir tak
terdengar.
- Kepala tiang
tidak begitu
cepat rusak.
Mampu
memancang dan
menarik.
K
E
R
U
G
I
A
N
- Kepala tiang
mudah rusak.
- Panjang
pemancangan
terbatas.
- Sering menjadi
eksentris
pemancangan
lambat.
- Banyak bahayanya
pada pemancangan
tidak langsung.
- Diperlukan
Kompresor
berukuran besar.
- Pipa karet
merupakan
rintangan.
- Tinggi jatuh tak
dapat
dikendalikan.
- Pemukulan
menimbulkan
suara gaduh,
dan kompresor
menimbulkan
bunga api, asap,
dan suara
berisik.
- Karena
bebannya berat,
alat menjadi
besar.
- Pada lapisan
lunak
pengerjaan
menjadi
lambat.
Pemukulan
memjadi suara
gaduh dan terjadi
percikan-percikan
minyak pelumas.
- Memerlukan
tenaga listrik
yang besar.
- Kurang mampu
mengubah sifat-
sifat tanah.
Sumber : Sosrodarsono, 2005
Rumus Dinamis
Dalam penjabaran rumus pancang, terlebih dahulu perlu ditunjukkan notasi-notasi dan satuan yang akan dipakai :
A = Luas penampang tiang (L2)
eh = efisiensi palu (hammer eficiency)
Eh = Energi pemukul dari pabrik per atuan waktu (FL)
g = percepatan gravitasi (LT-2)
h = tinggi jatuh ram (L)
I = jumlah impuls menyebabkan kompresi/perubahan momentum (FT)
k1 = kompresi elastic capblock dan pile cap (L)
Qux L
k2
= kompresi elastik tiang, yaitu
k3 = kompresi elastic tanah (L) L = panjang tiang (L)
m = massa (berat / gravitasi) (FT2L-1) Mr = ram momentum = Mr.v (FT)
n = koefisien restitusi
AE
(L)
nI = jumlah impuls yang menyebabkan restitusi (FT)
Qu = kapasitas ultimate tiang (F)
s = penetrasi per pukulan (L)
vce = kecepatan tiang dan ram pada akhir periode kompresi (LT-1) vi = kecepatan ram pada saat benturan (LT-1)
vp = kecepatan tiang pada akhir periode restitusi (LT-1)
vr = kecepatan ram pada akhir periode restitusi (LT-1)
Wp = berat tiang,termasuk pilecap, driving shoe, dan cap block (F)
Wr = berat ram (termasuk berat casing untukpemukul aksi dobel) (F)
Rumus pancang dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut ini.
Saat pemukul membentur kepala tiang, momentum dari balok besi panjang (ram) awal :
Mr
=
Wr x Vi
.............................................................................(1.1)
g
Pada akhir periode pemampatan momentum (kompresi) dari balok besi panjang :
Mr
=
(Wr x Vi)
-
I
............................................................................(1.2)
g
Dengan kecepatan :
Vce
=
(
(Wr x Vi)
)
-
I
(
g
)
g
Wr
i
Segera setelah tumbukan, momentum tiang (Mp) = I, maka kecepatan tiang :
vce =
(g )
I …………………………… (2.3b)
Wp
Bila dianggap tiang dan ram belum terpisah pada periode akhir kompresi,
kecepatan sesaat tiang dan ram sama. Oleh sebab itu dari persamaan (2.3a) dan
(2.3b):
(W xW )
r
I = v
p
…………………………… (2.3c)
i g(W +W )
r p
Pada akhir periode restitusi, momentum tiang :
W
I +nI =
p v
p
…………………………… (2.3d)
g
Subsitusikan persamaan (2.3c) ke persamaan (2.3d) diperoleh :
W + nW
r r
v = v …………………………… (2.3e)
p i
W +W
r p
Pada akhir periode restitusi, momentum ram :
W xv W xv
p i
g
I nI =
r r
…………………………… (2.3f)
g
Subsitusikan persamaan (2.3c) ke persamaan (2.3f) diperoleh :
W nW
r
v =
p
v …………………………… (2.3g)
r i
W +W
r p
Energi total yang tersedia dalam tiang dan ram pada akhir periode restitusi adalah:
(1/2 mv2)ram + (1/2 mv2)pile
Subsitusikan persamaan (2.3e) dan persamaan (2.3g) dengan beberapa persamaan dapat diperoleh :
2
W W +n W
W r 2
v +
p 2 r p
v e W h
…………………… (2.3h)
r
2g 2g
p h r
W +W
r p
Jika sistem 100% efisien, Qu dikalikan dengan perpindahan tiang (s) :
Qu s = ehWrh
Perpindahan puncak tiang sesaat adalah s + k1 + k2+ k3 , dimana hanya (s) yang
permanen. Energi input aktual pada tiang :
ehWrh = Qu (s + k1 + k2+ k3) = Qu (s + C)
penggantian suku pertama energi ekivalen dengan ekivalen dari persamaan (2.3h), diperoleh :
2
e W h W +n
Qu =
h r r
s+ C W
W
p
…………………………… (2.3i)
+W
r p
Cumming (1940) menunjukkan bahwa persamaan (2.3h) telah
mengikutsertakan efek-efek kehilangan yang diasosiasikan dengan k1, bentuk dari persamaan (2.3i) umumnya lebih diterima dan dipakai.
Suku k2 dapat diambil sebagai pemampatan elastis dari tiang
Q 2 xL
u
Q xL
u
.dengan
AE
energi regang yang bersangkutan sebesar
2AE
Nilai-nilai k1 dapat dilihat dari Tabel 2.2. Nilai efisiensi pemukul (eh) bergantung pada kondisi pemukul dan blok penutup (capblock) dan kondisi tanah (khususnya untuk pemukul uap). Jika belum ada data yangtepat, nilai-nilai eh dalam Tabel 2.3 dapat dipakai sebagai acuan. Nilai-nilai restitusi n ditunjuk dalam Tabel 2.4, dimana nilai-nilai aktualnya bergantung pada tipe dan kondisi bahan capblock dan bantalan kepala tiang.
Nilai k3 dapat diambil (Bowles, 1982)
K3 = 0 untuk tanah keras (batu, pasir sangat padat dan kerikil)
= 2,5 mm - 5 mm pada tanah yang lainnya
Tabel 2.2 Nilai-nilai k1 (Chellis,1961)
Bahan Tiang
Nilai k1 (mm) ,untuk tegangan akibat
pukulan pemancangan di kepala tiang
3.5 MPa
7 MPa
10.5 MPa
14 MPa
Tiang baja atau pipa langsung pada
kepala tiang
0
0
0
0
Tiang langsung pada kepala tiang
1.3
2.5
3.8
5
Tiang beton pracetak dengan 75-110
mm bantalan di dalam cap
3
6
9
12.5
Baja tertutup cap yang berisi
bantalan kayu untuk tiang baja H
atau tiang pipa
1
2
3
4
Piringan fiber 5 mm diantara dua
pelat baja 10 mm
0.5
1
1.5
2
Sumber : Bowles,1993
Tabel 2.3 Nilai Efisiensi eh(Bowles, 1977)
Type Efisiensi (eh)
Pemukul Jatuh (Drop Hammer) 0.75 - 1.0
Pemukul Aksi Tunggal (Single Acting Hammer) 0.75 - 0.85
Pemukul Aksi Dobel (Double Acting Hammer) 0.85
Pemukul Diesel (Diesel Hammer) 0.85 - 1.0
Sumber : Bowles,1993
Tabel 2.4 Koefiensi restitusi n ( ASCE, 1941)
Material
n
Broomed wood
0
Tiang kayu padat pada tiang baja
0.25
Bantalan kayu padat pada tiang
0.32
Bantalan kayu padat pada alas tiang
0.40
Landasan baja pada baja (steel on steel anvil) pada tiang baja atau
beton
0.50
Pemukul besi cor pada tiang beton tanpa penutup (cap)
0.40
Sumber : Bowles,1993
Dengan menuliskan persamaan (2.3i) serta mengeluarkan faktor ½ dari semua suku k untuk energi regang. Maka rumus yang digunakan untuk persamaan Hilley (1930), yaitu :
2
e W h W +n
Qu =
s+ 1
h r r
(k +k +k ) W r
W
p
……………………………
+W p
2
(2.4)
1 2 3
Untuk pemukul aksi ganda (double acting hammer) atau pemukul uap
diferensial, maka Chellis (1941,1961) menganjurkan bentuk persamaan Hilley :
2
e E W +n
Qu=
s+ 1
h h r
(k +k +k ) W
W
p
……………………………
+W
2
(2.5)
(Wr x h = Eh)
1 2 3 r p
Menurut Chellis, banyak energi per satuan waktu yang ditetapkan pabrik sebesar Eh berdasarkan pada suatu suku berat ekivalen W dan tinggi jatuh ram (h) sebagai berikut :
Eh = Wh = (Wr + berat kosen kotak) h
Pemeriksaan hati-hati dari persamaan (i) serta pemisahan suku-suku akan
menghasilkan :
Energi yang masuk = kerja + kehilangan tumbukan + kehilangan sungkup tanah
W eW h=Q s +e W
p
(1 n2)
+ Q k + Q k
+ Q k …………
h r u h h
W
u 1 u 2 u 3
+W
p r
(2.6)
Nilai-nilai k1 dapat dihitung berdasarkan tabel nilai efisiensi eh dan untuk k2 :
k =
2
(2.7)
Qu x L
……………………………
A xE
K3 = 0 untuk tanah keras
= 2,5 mm - 5 mm pada tanah yang lainnya.
APLIKASI PENGGUNAAN RUMUS DINAMIS DALAM TIANG
PANCANG
Perbedaan antara Beban Statis dan Dinamis
Keseimbangan gaya-gaya didasarkan atas kondisi statis, dimana gayagaya tersebut tetap intensitasnya, tetap tempatnya, dan tetap arah/ gaya kerjanya. Gaya-gaya tersebut disebut beban statis. Kondisi sepeti ini berbeda dengan beban dinamis, dengan pokok-pokok perbedaan sebagai berikut :
a. Beban dimanis adalah beban yang berubah-ubah menurut waktu.
b. Beban dinamis hanya bekerja pada rentang waktu tertentu.
c. Beban dimanis dapat menyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat
massa yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan.
d. Beban dinamis lebih kompleks dibanding dengan beban statis, baik dari
bentuk fungsi bebannya maupun akibat yang ditimbulkan.
e. Karena beban dinamis berubah-ubah intensitasnya menurut waktu, maka
pengaruhnya terhadap struktur berubah-ubah menurut waktu.
f. Karena beban dinamis menimbulkan respon yang berubah-ubah menurut
waktu, maka struktur yang bersangkutan akan ikut bergerak. Dalam hal
ini beban akan melakukan resistensi terhadap gerakan dan umumnya
dikatakan bahan yang bersangkutan mempunyai kemampuan untuk
meredam getaran. Dengan demikian pada pembebanan dinamis, akan
terdapat peristiwa redaman yang hal ini tidak ada pada pembebanan statis (Widodo, 2000).
P
Inertial Forces
P(t)
Gambar 3.1 Pembeban Statis dan Pembebanan Dinamis
Sumber : Widodo, 2000
Untuk proses pemancangan saat kondisi tanah pasir yang tidak padat dan
jenuh air, pemancangan tersebut mengakibatkan penurunan kapasitas tiang
dibanding dengan kondisi pembebanan statis (pembebanan akibat beban struktur).
Sedangkan pada kondisi tanah plastis (Lempung, lanau), tahanan gesek tiang
sangat kecil dibanding dengan tahanan gesek sesudah waktu yang lama. Namun
tahanan tiang terhadap pukulan dinamis jauh lebih besar daripada tahanan beban
statis yang diterapkan pada periode yang waktu yang lama. Oleh sebab itu
berbagai cara dilakukan untuk menentukan hubungan antara tahanan dinamis
tiang selama pemancangan dengan kapasitas tiang terhadap pembebanan statis.
Hubungan tersebut disebut rumus tiang pancang, dimana rumus tersebut harus
tidak bergantung waktu. Jika pemakaian rumusnya tepat.
