Laterally Loaded Piles: Efficiency Factor vs Reduction FactorPosted on November 17, 2011 by irawan firmansyah

Dukung Izin Lateral Tiang Tunggal Untuk Gempa Rencana dan

Gempa Besar

Fondasi tiang pada bangunan harus didesain mampu menahan beban lateral

yang ditimbulkan  oleh beban “gempa rencana “ dengan baik, dalam arti

setelah beban lateral tidak bekerja lagi, tiang dapat kembali ke posisinya

semula (tiang masih berada pada daerah elastic) . Dengan demikian,

defleksi izin pada kepala tiang harus dibatasi hanya kecil saja, dan daya

dukung izin lateral tiang tunggal adalah gaya lateral yang koresponding

dengan defleksi pada kepala tiang sebesar ¼ “ atau 6 mm, dengan kondisi

kepala tiang “fixed head”. Peraturan Dinas P2B No 50 th 2007 bahkan

memakai batasan defleksi izin yang sedikit lebih ketat, yaitu 10 mm untuk

kondisi  kepala tiang “free head”, atau kira-kira setara dengan defleksi izin

5 mm untuk kondisi “fixed head”. Daya dukung lateral izin ini masih jauh

dibawah nilai “yield capacity” nya, apalgi “ultimate capacity” nya.

Selain “gempa rencana”, bangunan juga harus diperhitungkan terhadap

“gempa besar”, dimana pada “gempa besar”,  balok boleh mengalami

“yield”, kolom harus  lebih kuat dari balok, dan fondasi harus lebih kuat lagi

dari kolom. Berarti pada waktu beban “gempa besar”, fondasi tidak boleh

failure, atau gaya yang bekerja pada fondasi harus lebih kecil dari daya

dukung ultimate tiang. Penulis biasa memakai  “threshold limit” sedikit

dibawah “Yield Capacity” dari tiang (“Yield Capacity” / 1.1). Yield Capacity

dengan mudah bisa ditentukan dari kurva load vs deflection.

Faktor Reduksi Tahanan Tanah NAFAC DM-71 dan Reese et al.

Dalam mendukung beban bangunan tiang fondasi tidak merupakan tiang

tunggal, tetapi merupakan kumpulan dari satu atau beberapa group tiang.

Qa (group)Daya dukung lateral group tiang yang terdiri dari n buah tiang Q (group)

=   n x Q (single ,reduced) dimana Q (single ,reduced)  adalah daya dukung tiang tunggal yang

telah memperhitungkan  efek group. Untuk memperhitungkan pengaruh

group tiang terhadap lateral capacity tiang tunggal, maka tahanan tanah

yang digunakan , baik tahanan tanah itu berupa “Subgrade Modulus”

maupun berupa “p-y Curves”, harus diperlemah dengan mengalikannya

dengan Faktor Reduksi yang   nilainya <= 1. Faktor Reduksi ini berbeda

dengan Faktor Efisiensi, dimana Faktor Reduksi selalu <= FaktorEfisiensi 

(lihat Gbr-4).

Faktor Reduksi yang paling sederhana dan konservatif diberikan oleh

NAFAC DM-71, dimana Faktor Reduksi ini semata-mata hanya merupakan

fungsi dari pile spacing / pile diameter (s/d).  Faktor Reduksi ini berubah

secara linear  antara  0.25 untuk s/d= 3  sampai nilai tertinggi yaitu 1 untuk

s/d = 8.

Faktor Reduksi yang lebih akurat diberikan oleh Reese et al berdasarkan

full scale test pada sejumlah tiang, dimana menurut Reese et al Faktor

Reduksi ini dipengaruhi oleh:

-          ratio s/d                                                                                                  

-          arah gaya lateral yang bekerja                                                              

-          kedudukan tiang yang ditinjau  terhadap tiang-tiang disekitarnya

sehingga ada “Side by Side Reduction Factor” dan “Line by Line Reduction

Factor” seperti diilustrasikan pada Gbr-1.

Gbr-1

Reese et al juga membedakan piling layout sebagai “SquarePattern” dan

“Triangular Pattern” seperti ditunjukkan pada Gbr-2. Dengan menggunakan

rumus-rumus empiris, dihitung Faktor Reduksi untuk masing-masing tiang

dengan memperhitungkan pengaruh tiang-tiang disekitarnya.

Gbr-2

Faktor Reduksi yang dipakai untuk suatu pile group adalah nilai rata-rata

dari Faktor Reduksi untuk masing-masing tiang  di group tersebut. Untuk

suatu pile group yang besar, Faktor Reduksi terkecil adalah untuk tiang-

tiang yang terletak didaerah tengah, atau dengan kata lain, tiang-tiang yang

terletak didaerah tengah mempunyai lateral capacity minimum. Dalam

desain, lateral capacity group tiang sama dengan jumlah tiang dikalikan

dengan lateral capacity minimum single pile. Gbr-3 menyajikan Faktor

Reduksi untuk berbagai nilai s/d, baik untuk “square pattern” maupun

“triangular pattern”.

Gbr-3

Dari plotting tersebut terlihat bahwa, “Square Pattern selalu menghasilkan

Faktor Reduksi yang lebih besar dari Triangular Pattern untuk nilai s/d

yang sama, artinya tahanan tanah pada Square Pattern lebih optimal

dimanfaatkan dalam menahan beban lateral. Artinya pile group

dengan Square Pattern akan memberikan daya dukung lateral lebih besar

dibandingkan dengan pile group dengan Triangular Pattern, bila s/d   nya

sama. Pada Gbr-3 tersebut juga ditampilkan plotting Faktor Reduksi vs s/d

menurut NAFAC DM-71. Rangkuman lengkap Metoda Reese et al dapat

dilihat pada manual program GROUP 3D ver 7 yang dikembangkan oleh

Ensof,,Inc, Austin, Texas, USA.

                                   

Faktor Efisiensi

Tidak ada Code, Standard maupun formula-formula untuk menghitung

Faktor Efisiensi untuk suatu pile group yang menahan beban lateral.  Yang

ada adalah  cara menghitung “Faktor Reduksi” tahanan tanah untuk

memperhitungkan efek group pada daya dukung lateral tiang tunggal,

seperti diuraikan diatas. Jadi Faktor Efisiensi harus ihitung sendiri setelah

mendapatkan  daya dukung group, sebagai berikut:

Faktor Efisiensi     = Q (group) /   n x Q (single )     =  n x  Q (single ,reduced)   /     n x Q (single )      

                                                                 =   Q (single ,reduced)   /   Q (single )

dimana :                                                                                                            

Q (group)                    =   daya dukung lateral  group  tiang                                                

n                     =   Jumlah tiang dalam group                                                    

Q (single )                  =  daya dukung lateral tiang tunggal                                                

Q (singlreduced)   =  daya dukung laterl tiang tunggal yang telah memperhitungkan

efek group.

Dengan menggunakan formula tersebut diatas, Faktor Efisiensi untuk

berbagai group tiang dihitung, baik untuk group tiang pancang maupun

group tiang bor dengan berbagai ukuran. Lokasi group tiang juga bervariasi

mencakup sebagian besar wilayah DKI Jakarta, dan mencakup dua wilayah

Jakarta dengan kondisi tanah yang ekstreem berbeda, yaitu wilayah  Jakarta

Utara dengan tanahnya yang lunak, dan wilayah Jakarta Selatan.  Faktor

Efisiensi ini diplot terhadap Faktor Reduksi tahanan tanah, sehingga

dengan mengetahui Faktor Reduksi, bisa ditentukan Faktor Efisiensi group

tiang, seperti disajikan pada Gbr-4.

Gbr-4

Plotting ini juga sudah meliputi “square pattern” dan “triangular pattern”,

sehingga dapat dikatakan  bahwa korelasi ini bersifat umum. Ternyata, baik

untuk Square Pattern maupun Triangular Pattern, bila Faktor Reduksinya

sama, maka akan menghasilkan Faktor Efisiensi yang sama. Tetapi perlu

diingat plotting pada Gbr-3, dimana untuk menghasilkan Faktor Reduksi

yang sama, s/d pada Triangular Pattern harus lebih besar dari s/d pada

Square Pattern. Jadi bila diameter tiang sama, maka untuk mendapatkan

tahanan lateral yang sama maka spacing antar tiangpada Triangular

Pattern harus lebih besar dari spacing antar tiang pada Square Pattern.

Demikian juga kondisi tanah, apakah lunak, sedang atau keras, tidak

menentukan Faktor Reduksi tanahan tanah dan Faktor Efisiensi. Yang

terpengaruh dengan kondisi tanah adalah daya dukung lateral tiang

tunggal.