Bab 7 DAYA DUKUNG TANAH Laporan Tugas Akhir (KL-40Z0) Desain Dermaga General Cargo dan Trestle Tipe Deck On ile di ulau Kalukalukuang rovinsi Sulawesi Selatan 7.1 Daya Dukung Tanah 7.1.1 Dasar Teori erhitungan Salah satu jenis pondasi dalam yang digunakan adalah pondasi tiang pancang. Sistem tiang diasumsikan sebagai pile group untuk mentransfer beban-beban horizontal dan vertikal pada dermaga ke lapisan tanah keras yang lebih dalam agar dapat dicapai daya dukung tanah yang lebih baik. Untuk menahan gaya lateral akibat beban berthing dan mooring kapal juga gaya gempa diasumsikan ditahan oleh tiang miring dan tiang tegak untuk menahannya. 7.1. Daya Dukung Aksial Tiang ancang Daya dukung pondasi tiang pancang terdiri atas daya dukung ujung (end bearing) dan daya dukung friksi. Dalam laporan tugas akhir ini daya dukung dihitung berdasarkan data N-ST dengan menggunakan rumus Meyerhof (1976) sebagai berikut : Berdasarkan data N-ST: τ q N p = πr lτ + A = 0.N = 40N < 1600 t / m N1 + N = p Daya dukung dihitung sebagai berikut : ( ) all = dimana : (-) all SF q p = daya dukung imate (ton) = daya dukung tekan yang dikan(ton) A p = luas penampang tiang (m ) BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-1
N 1 = nilai rata-rata N sepanjang 10D di atas ujung tiang N τ SF = nilai rata-rata N sepanjang 4D di bawah ujung tiang = total friksi pada kedalaman tiang = faktor keamanan erhitungan kapasitas aksial tiang pancang yang digunakan sebagai pondasi dermaga ulau Kalukalukuang dihitung berdasarkan data tanah hasil survei mekanika tanah di ulau Kalukalukuang. Berikut ini merupakan perhitungan kapasitas aksial tiang pancang yang digunakan sebagai pondasi dermaga dan trestle di ulau Kalukalukuang. Data perhitungan : Diameter tiang = 45,7 cm Ketebalan dinding = 1, cm Luas penampang tiang (Ab) = 1640,9 cm Tiang pancang direncanakan dipancang sampai terdapat lapisan tanah keras yaitu pada kedalaman -14 m dari seabed. Langkah langkah perhitungan daya dukung aksial tiang pancang adalah seperti berikut : 1. erhitungan N 1 Nilai qc rata-rata sepanjang 10D di atas ujung tiang dihitung mulai kedalaman 9.5 meter sampai dengan 14 meter. Berdasarkan hasil N-ST mulai kedalaman 9.5 meter sampai 14 meter nilai N rata-rata adalah 49.. erhitungan N Nilai qc rata-rata sepanjang 4D dari ujung tiang bawah dihitung mulai kedalaman 14 meter sampai dengan kedalaman 16 meter. Berdasarkan hasil N-ST mulai kedalaman 14 meter sampai 16 meter nilai N rata-rata adalah 6. Daya dukung ujung dihitung sebagai berikut : N 1 + N π 0.457 49 + 6 ujung = Ap 40 = 40 4 ujung = 364, 8 ton 3. erhitungan daya dukung friksi Data-data yang digunakan dalam perhitungan daya dukung friksi dapat dilihat pada Tabel 7.1 berikut ini. BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-
= πr lτ friksi friksi Tabel 7.1 Input perhitungan daya dukung friksi ( ) ( Kedalaman (m) l (m) N-ST τ = 0.N 0-13.6-4 14.8 4-6 16 3. 6-8 9 5.8 8-10 36 7. 10-1 49 9.8 1-14 6 1.4 friksi = π 0,5 0,457,6+,8+3,+5,8+7,+9,8+1,4 = 15,8 ton 4. erhitungan imate imate dihitung berdasarkan rumus berikut ini : = + ujung friksi = 364, 8 +15,8 = 490, 08 ton 5. erhitungan = ;SF=,5 SF 490,08 =,5 ) = 196,03 ton 6. engecekan Tiang ancang Dermaga Berdasarkan hasil analisis struktur menggunakan SA000 didapat nilai reaksi perletakan pada arah vertikal maksimum di struktur dermaga sebesar 11,37 ton. Sedangkan berat tiang pancang sepanjang 1,7 meter (didapat dari panjang total) adalah sebagai berikut : erhitungan berat pile : W=γ Volume Baja Tiang Baja π(0,457-0,433 W=7,85 ton/m 3 m 1,7 m 4 W =, 86 ton Total beban pada tiang pancang adalah ( Total ) = 11,37 +,86 = 14, 3 ton BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-3
Nilai ini merupakan penjumlahan dari reaksi perletakan arah vertikal dengan berat tiang pancang sendiri. Untuk pengecekan apakah kapasitas tiang pancang sesungguhnya tidak melebihi imate maka dibandingkan antara keduanya sebagai berikut : ( Total ) = 14,3 ton = 196,03 t on Nilai ( Total ) < beban yang bekerja. 7. engecekan Tiang ancang Trestle, sehingga pondasi tiang pancang dermaga mampu menahan Berdasarkan hasil analisis struktur menggunakan SA000 didapat nilai reaksi perletakan pada arah vertikal maksimum di struktur untuk struktur trestle sebesar 74,4 ton. Sedangkan berat tiang pancang sepanjang 1,4 meter (didapat dari panjang total) adalah sebagai berikut : erhitungan berat pile : W=γ Volume Baja Tiang Baja π(0,457-0,433 W=7,85 ton/m 3 m 1,4 m 4 W =, 8 ton Total beban pada tiang pancang adalah ( Total ) = 74, 4 +,8 = 77, 06 ton Nilai ini merupakan penjumlahan dari reaksi perletakan arah vertikal dengan berat tiang pancang sendiri. Untuk pengecekan apakah kapasitas tiang pancang sesungguhnya tidak melebihi imate maka dibandingkan antara keduanya sebagai berikut : ( Total ) = 77,06 ton = 196,03 t on Nilai ( Total ) < yang bekerja., sehingga pondasi tiang pancang trestle mampu menahan beban 7.1.3 Daya Dukung Lateral Tiang ancang Analisis gaya pada tiang yang tejadi akibat beban lateral merupakan permasalahan yang kompleks karena melibatkan interaksi antara elemen bangunan dengan elemen tanah di bawahnya dimana tiang akan mengalami deformasi baik bersifat elastis maupun plastis. erhitungan daya dukung lateral pada pondasi tiang pancang didasarkan pada kriteria daya dukung izin yang didapat melalui daya dukung batas dengan memperhatikan mekanisme keruntuhan pondasi tiang. Mekanisme keruntuhan pada tiang diklasifikasikan berdasarkan kekakuannya sebagai berikut : BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-4
a. Mekanisme keruntuhan rotasi pada short pile b. Mekanisme keruntuhan translasi pada short pile c. Mekanisme keruntuhan fraktur pada long pile Selain faktor kekakuan tiang, dalam analisis daya dukung lateral pada tiang juga diperhatikan jenis ikatan pada kepala tiang. Jenis ikatan pada kepala tiang dibedakan menjadi dua yaitu freehead dan fixedhead. Iluistrasi jenis ikatan pada tiang dapat dilihat pada Gambar 7.1 berikut ini. Gambar 7.1 Reaksi tanah dan momen tekuk pada tiang panjang di tanah non-kohesif (Broms) Sumber : ile Design and Construction ractice, M.J Tomlinson : Hal 31. Untuk perencanaan dermaga dan trestle di ulau Kalukalukuang, sistem ikatan tiang adalah freehead. Untuk mengetahui jenis tiang termasuk tiang pendek (short pile ) atau tiang panjang (long pile ) dilakukan perhitungan karakteristik panjang sistem tiang (T) sebagai berikut : EI T = 5 nh L > 4 = Long ile T L < 4 = Short ile T Sumber : ile Design and Construction ractice, M.J Tomlinson : Hal 4-5. BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-5
Keterangan : T = karakteristik panjang sistem tiang-tanah (m) E = modulus elastisitas tiang (Mpa) I = momen inersia tiang (m 4 ) nh = modulus variasi (kn/m 3 ), nilainya tergantung dari jenis tanah ( Tabel 7.). Tabel 7. Nilai nh ( modulus variasi) untuk tanah pasir Soil Type Dry or Moist Sand Submerged Sand nh (kn/m 3 ) Loose :1800-00 Medium : 5500-7000 Dense : 15000-18000 Loose :1000-1400 Medium : 3500-4500 Dense : 9000-1000 Sumber : rinciples of Foundation Engineering, Braja M.Das : Table 8.13 Hal 488 ada perencanaan pondasi dermaga dan trestle di ulau Kalukalukuang ini, lapisan tanah dimana tiang akan dipancang adalah pasir ( cohesionless soil). erhitungan analisis daya dukung lateral tiang pancang adalah sebagai berikut : Data erhitungan Dimensi Tiang ancang : Outside Diameter (OD) = 457, mm Wall thickness Inside Diameter (ID) fy = 400x10 3 kn/m E = 10000 Mpa Inersia enampang (I) = 1 mm = 433, mm π 4 4 I = ( OD ID ) = 41591,3 cm 64 Menghitung Z ( Modulus enampang) π = ( ) = 3OD 4 4 4 3 Z OD ID 1,819 10 m Data Tanah : C = 0 φ = 41,55 o γ = 1,695 t/m 3 4 BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-6
enentuan Jenis ondasi Tiang T= EI 5 =1,79m nh 14 = 7,8 > 4 long pile 1,79 erhitungan Daya Dukung Lateral Tanah erhitungan Mu Dalam perhitungan ini momen imate yang dipakai adalah momen imate pada penampang. SF = 3-3 3 M u = f y Z = 400 10 kn/m 1,8194 10 m M = 77,75 kn - m u erhitungan Kp ( Koefisien Tekanan Tanah asif) tan 45 Kp = + tan 45 Kp = + Kp = 4,94 φ ( ) 41,55 ( ) erhitungan Daya Dukung Lateral Ultimate (Hu) Untuk tiang dengan jenis ikatan freehead nilai e=0. Rumus perhitungan yang dipakai berdasarkan referensi ile Design and Construction ractice, M.J Tomlinson : Hal 4-5. H u M u 77,75 = = Hu Hu e + 0,54 0 + 0,54 γ OD Kp 16,95 0,457 4,94 Dari iterasi diperoleh Hu = 110,7 kn Daya Dukung Ijin Lateral H Hu 110,7 = = = 560,35 kn = 56,035 ton SF 7. Fixity oint Desain dermaga dengan tiang pancang vertikal dapat dibuat dengan menganalisa kerangka rigid dari tiang pancang dan konstruksi atas tanah. Dalam hal ini dapat diasumsikan bahwa tiang-tiang pancang ditetapkan pada 1 di bawah permukaan β dasar virtual. Ilustrasi fixity point dapat dilihat pada Gambar 7. berkut ini. BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-7
Gambar 7. Visualisasi fixity point. Adapun persamaan untuk menentukan letak jepitan tiang adalah: β = k 4 h D 4 EI Dan fixity point 1 Zr = β (Sumber: OCDI 1980 Hal 14 dan M.J Tomlinson, ile Design and Construction ractice; Hal 4). Zr = letak jepitan tiang (cm) Kh = koefisien sub grade reaction (kg/cm 3 ) = 0,15 N-ST permukaan dasar sampai kedalaman sekitar 1 β. E = modulus elastisitas (kg/cm ) I = momen inersia tiang (cm 4 ) D = diameter tiang pancang (cm) erhitungan fixity point diperlukan untuk pemodelan struktur dengan SA000, oleh karena itu dipakai data tanah di ulau Kalukalukuang (Lampiran A) sebagai input perhitungan, berikut ini adalah perhitungan fixity point untuk dermaga beton ulau Kalukalukuang : Diameter = 45,7 cm E =,1 *10 6 kg/cm I = 4161,33 cm 4 N-ST = 13 BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-8
Kh = 0,15 * 13 = 1,95 kg /cm 3 β = k 4 h D 4 EI β = 0,003996 1 Zr = β Zr =,5 m Diambil nilai fixity point sebesar,5 meter. BAB 7 DAYA DUKUNG TANAH 7-9