Daya Dukung Pondasi Tiang tanah lunak SIVA batuan (rock) 1
Pondasi Dalam ~ untuk melimpahkan beban ke tanah di bawahnya ~ utamanya untuk tanah lunak atau beban berat tanah lunak P I L E batuan (rock) 2
PILES - design 1. Geotechnical - strength and stiffness serviceability 2. Pile structural strength 3. Pile material durability 3
Cara Analisis Daya Dukung 4
Tiang Tunggal (Individual Piles) Metoda Estimasi Kapasitas Beban (Daya Dukung) Analisis Statis (Static Analysis) Rumus Dinamis (Dynamic Formula) Uji Pembebanan (Load Test) 5
Pola Keruntuhan (a) Terzaghi, (b) Meyerhof, (c) Vesic, (d) Bishop, Skempton 6
7
8
Low load Ultimate load f s = τ max f s = τ max f s << τ max for the full length Base resistance, f b, mobilized 9
Menentukan Daya Dukung CARA STATIS (STATIC METHODS) 10
Static Pile Capacity 11
GEOTECHNICAL STRENGTH Vertical compression loading: ULTIMATE GEOTECHNICAL STRENGTH - or capacity, R ug R = f A + ug s s f b A b 12
f s = average, fully mobilized, skin friction (= INTERFACE friction and adhesion) f b =ultimate base bearing pressure contoh untuk tanah pasir : f b = (σ vb o ) ( ) N q Dependent upon SOIL TYPE SOIL PROFILE PILE MATERIAL INSTALLATION 13
Harga Nq N q 14
Densification 5B Rule φ o = 30 CL B Half pile Layer 1 φ = 47 5B φ = 34 φ o = 30 Layer 2 15
Basic Concept(Konsep Dasar) Daya dukung batas tiang (Q u ) dapat diturunkan menggunakan dasar-dasar mekanika tanah. Daya dukung dianggap jumlah dari gesekan(skin skin friction) dan daya dukung ujung(end-bearing resistance), yaitu Q u =Q b +Q s -W.(1) dimana Q u = daya dukung total, Q b = daya dukung ujung Q s = daya dukung gesek General behaviour(prilaku Umum) Shaft resistance fully mobilized bila tiang bergerak cukup kecil (<0.01D) Base resistance mobilized bila tiang bergerak (0.1D) W Q u Q s Q b Q u = Q s + Q b - W 16
Ultimate Bearing Capacity - Static Formula Method (Q u = Q p + Q s ) Q u = Ultimate Bearing Capacity Q s = fa s Embedded Length = D f = Unit Frictional Resistance A S = Shaft Area q P = Unit Bearing Capacity A P = Area of Point Q P = q P A P 17
Arching at Pile Tip Ground Surface B Arching Action D f Zone of Shear & Volume Decrease P O = αγd f γd f 18
Perilaku Frictional vs End Bearing Piles Loading Loading Q u Q u Q S Q B Q B Q S Settlement Settlement Behaviour of Frictional Pile Behaviour of End Bearing Pile 19
Ultimate Limit State Design Q DES = Q B /F B + Q s /F s W (2) Dimana F B dan F S adalah angka keamanan untuk komponen daya dukung ujung(end bearing strength) dan daya dukung gesek (shaft friction strength) Q U = Q B + Q s W (3) D Q T d h o Q b =A b [c b N c +P o (N q -1)+γd/2N γ +P o ] -W p Q s dimana A b =luas penampang ujung tiang, c b =kohesi pada ujung tiang, P o = overburden stress pada ujung tiang dan d = lebar tiang. W Q B 20
End Bearing Resistance (Daya Dukung Ujung) Anggapan-anggapan 1. Berat tiang sama dengan berat tanah yang dipindahkan oleh tiang => W p =A b P o 2. Panjang tiang (L) jauh lebih besar dibandingkan dengan lebar d => W p =A b P o + A b γ dn γ /2 3. Demikian juga φ>0, N q mendekati sama dengan N q -1 Q b =A b [c b N c +P o (N q -1)+γd/2N γ +P o ] W p => Q b =A b [c b N c +P o N q ] 21
Daya Dukung Tiang pada Tanah Berbutir (Granular Soils) Daya Dukung Ujung (End Bearing Capacity) Daya Dukung Gesek (Skin Friction Capacity) cara β (β-method) 22
Daya Dukung Ujung Tiang Bor pada tanah berbutir (granular soils) Pada tanah berbutir alami (natural granular soil), kohesi c dapat dianggap = 0. Daya dukung ujung batas untuk tiang bor pada tanah berbutir (granular soils) dapat dinyatakan dalam tegangan vertikal efektif, σ v dan faktor daya dukung N q sbb : Q B =A B N q σ v N q tergantung pada sudut geser dalam φ. 23
Daya Dukung Gesek(Shaft Friction) Daya dukung gesek batas (ultimate shaft friction capacity) q s tiang dapat dinyatakan dalam tegangan vertikal efektif rata-rata sbb : q s =c +K s σ v tanδ s q s =βσ v (untuk c =0) dimana K s = koefisien tekanan tanah horisontal. Ks dapat juga sebagai koefisien tekanan tanah keadaan diam (at rest), K 0 =1-sinφ σ v = tegangan vertikal efektif rata-rata δ = sudut geser tiang-tanah β = shaft friction coefficient = Ks.tanδ Q s = A s.q s atau Q s = plq s dimana p = perimeter(keliling) tiang dan L = panjang tiang A s = luas selimut tiang = p.l Q s = daya dukung gesek (friction capacity) 24
Harga δ (Aas,1966) dan K s (Broms,1966) Jenis Tiang δ K s Lepas (loose) Padat (dense) Baja(steel) 20º 0,5 1,0 Beton(concrete) ¾ ϕ 1,0 2,0 Kayu(timber) ⅔ ϕ 1,5 3,0 25
KULHAWY (1984) sand parameters Pile Type K s K o δ φ Bored piles 0.7 to 1 1 Displacement piles see below - precast concrete 0.75 to 2 0.8 to 1 - smooth steel 0.75 to 2 0.5 to 0.7 26
Estimating Unit-Side Friction Resistance, f s Effective Stress Analysis (β- Method) f s = β σ z Sands Gravels Silts and Clays f = Total Stress Analysis (α-method) s s u 27 α
β-method (Sands) For large displacement piles, Bhushan(1982) β = 0.18 + 0.65D r 28
β-method (Sands) For Auger-Cast Piles, Neely (1991) Do not divide into layers f s = σ β 140 kpa (2800psf ) 29
β-method (Clays) 30
Daya dukung ujung Vesic/Kulhawy Vesic (1977), mempertimbangkan rigidity index I r tanah sbb: I r = E 2(1 + ν )( σ tan φ ) zd Daya dukung ujung: q b = B * γ Nγ + σ zd N * q dimana faktor daya dukung Nq dan Nγ tergantung pada φ dan I r 31
Vesic s N γ * 32
Vesic s N γ * 33
Daya dukung ujung Coyle & Castello Coyle & Castello (1981) mengembang kan cara empiris utk. Menghitung daya dukung ujung. Keruntuhan menghasilkan penurunan 10% diameter. Grafik spt gambar. 34
Daya dukung gesek Coyle & Castello Coyle & Castello (1981) untuk skin friction. Grafik hubungan skin friction, kedalaman dan sudut geser spt. Gambar. 35
Contoh Soal 36
Daya Dukung Tiang pada tanah Kohesif (Cohesive Soils) Daya Dukung Ujung (End Bearing Capacity) Daya Dukung Gesek (Skin Friction Capacity) cara α (α-method) 37
Daya Dukung Ujung Tiang pada tanah Kohesif (Cohesive Soils) q Q b b = = N A * c b s u. q' b N*c = 6.5 at Su = 25 kpa (500 psf) = 8.0 at Su = 50 kpa (1000 psf) = 9.0 at Su 100 kpa (2000 psf) 38
Tiang Bor pada tanah lempung (Clays) Daya dukung ujung batas(ultimate end bearing resistance) untuk tiang pada tanah lempung sering dinyatakan dalam kuat geser tak terdrainasi (undrained shear strength), c u, sbb: q B =N c c u Q B =A B N c c u dimana N c = 9 bila ujung tiang terletak di bawah muka tanah lebih dari 4x diameter. 39
Tiang Bor pada tanah lempung (Clays) Daya dukung gesek batas (ultimate shaft friction = q s ) untuk tanah stiff over-consolidated clays dapat diperkirakan dengan cara semi-empiris sbb: q s =αc u Q s =A s.q s α = faktor adhesi 40
Harga faktor adhesi α 41
Harga faktor adhesi α 42
Harga faktor adhesi α 43
Harga faktor adhesi α 44
Cara λ Vijayvergiya & Focht (1972),Kraft, Focht & Amerasinghe (1981) mengembangkan cara λ,utk menghitung gesekan. Rumus unit skin friction rata-rata: f = λ σ, + 2s s. av v. av u. av ( ), ( + s ) f s. av= λσv. av 2 u. av 45
Analisis Daya Dukung berdasar data SPT Meyerhof(1976), mengusulkan rumus untuk daya dukung ujung: ' ' D ' untuk sand dan gravel qe = 0,4N 60 σ r 4,0N 60σ r B untuk silt q ' e ' D = 0,4N 60 σ r B 3,0N Rumus untuk daya dukung gesek: untuk large displacement pile pd tanah non kohesif σ r f s = 50 N 60 untuk small displacement pile pd tanah non kohesif f σ r 100 N s = 60 ' 60 σ r 46
Analisis Daya Dukung berdasar data Sondir (CPT) Beban Sementara Beban Statis Tetap Beban Dinamis A. p O. f Q a = + 2 5 A. p O. f Q a = + 3 5 A. p O. f Q a = + 5 8 47
Data Sondir 48
Menentukan Daya Dukung CARA DINAMIS (DYNAMIC METHOD) 49
Prediksi Daya Dukung Batas Tiang dengan Cara Dinamis Pile Driving Formula 1.Rumus Janbu (Janbu formula)(1953) Q 1 K η Wh s Dimana Q u = daya dukung batas K ½ u = C d [1+(1+λ e /C d ) ] C d = 0,75 + 0,15 Wp/W λ e = (ηwhl)/(aes 2 ) L = panjang tiang A = luas penampang tiang E = modulus elastisitas tiang η = faktor efisiensi W = berat hammer Wp =berat tiang s = final set (penurunan/per pukulan) u = u 50
2.Rumus Hiley (Hiley formula)(1925) Q kwh = u s + c η / 2 dimana Q u = daya dukung batas, η = efisiensi pukulan hammer, k= koef. Hammer, W=berat hammer, h=tinggi jatuh hammer, s= penurunan tiang per pukulan, c= perubahan elastis tiang 3.Modified Engineering News Formula (1961) Q a = P dimana Qa = daya dukung ijin E = energi per pukulan W p = berat tiang e = koefisien restitusi a = 0,0025. E.( W ( s + 0,1)( W + W ) r r + e 2 W p p ) 51
t-z Method Cara lebih tepat/teliti Mempertimbangkan: hubungan beban-penurunan untuk skin friction dan end bearing method bentuk hubungan beban-penurunan perpendekan elastis tiang Numerical method; commercial software tersedia 52
Menentukan Daya Dukung UJI PEMBEBANAN TIANG (FULL SCALE LOADING TEST) 53
Prediksi Daya Dukung berdasar Uji pembebanan Tiang Pile Load Test (Uji Pembebanan Tiang) Uji pembebanan tiang statis adalah cara yang paling realistis dalam menentukan daya dukung tiang. Prosedur tes terdiri dari pemberian beban statis secara bertahap sampai beban yang direncanakan dan mencatat penurunan tiang. Biasanya beban ditransfer menggunakan hydraulic jack yang diletakkan pada tiang bagian atas dengan balok yang ditahan oleh dua atau lebih tiang reaksi (anchor pile). Penurunan tiang biasanya diukur mechanical gauges yang dipasang pada balok. 54
Alasan mengapa perlu Uji Pembebanan Tiang Jumlah tiang yang dipancang banyak. Kondisi tanah tidak umum(unusual), sehingga analisa statis kurang realistis. Tiang bertumpu pada pada tanah lunak sampai sedang. Bangunan sangat sensitif terhadap penurunan. Perencana kurang pengalaman pada daerah tersebut. Tiang memikul beban uplift. 55
Pedoman menentukan jumlah Tiang Uji Jumlah panjang tiang(m) Jumlah Tiang Uji 0 1800 0 1800 3000 1 3000 6000 2 6000 9000 3 9000 12000 4 56
Full Scale Static Load Tests 57
Full Scale Static Load Tests 58
Pile Loading Test 59
Davisson s Method 60
Belajar Jangan tunggu sampai menit terakhir. 61
Exa ms My mama always said, Exam is like a box of chocolates; you never know what you are gonna get 62