Daya Dukung Pondasi Tiang
tanah lunak batuan (rock) SIVA
1
Pondasi Dalam ~ untuk melimpahkan beban ke tanah di bawahnya ~ utamanya untuk tanah lunak atau beban berat
P I L E
tanah lunak batuan (rock) SIVA
Copyright 2001
2
PILES - design 1.
Geotechnical - strength and stiffness ⇒ “serviceability”
2.
Pile structural strength
3.
Pile material “durability” 3
SIVA
Copyright 2001
Cara Analisis Daya Dukung
4
SIVA
Copyright 2001
Tiang Tunggal (Individual Piles)
Metoda Estimasi Kapasitas Beban (Daya Dukung) Analisis Statis (Static Analysis) Rumus Dinamis (Dynamic Formula) Uji Pembebanan (Load Test)
5
SIVA
Copyright 2001
Pola Keruntuhan
SIVA
(a) Terzaghi , (b) Meyerhof , (c) Vesic, (d) Bishop, Skempton Copyright 2001
6
7
SIVA
Copyright 2001
8
SIVA
Copyright 2001
Ultimate load
Low load
fs = τ max fs = τ max
fs << τ max
for the full length
Base resistance, fb, mobilized 9
SIVA
Copyright 2001
Menentukan Daya Dukung CARA STATIS (STATIC METHODS)
10
SIVA
Copyright 2001
Static Pile Capacity
11
SIVA
Copyright 2001
GEOTECHNICAL STRENGTH Vertical compression loading: ULTIMATE GEOTECHNICAL STRENGTH -
or capacity, Rug
R ug = f s A s + f b A b 12
SIVA
Copyright 2001
fs = average, fully mobilized, “skin friction” (= INTERFACE friction and adhesion) fb = ultimate base bearing pressure
f b = (σ′vbo )(Nq )
contoh untuk tanah pasir :
Dependent upon – SOIL TYPE SOIL PROFILE PILE MATERIAL INSTALLATION
13
SIVA
Copyright 2001
Harga Nq
Nq
14
SIVA
Copyright 2001
Densification Rule φo = 30°°
5B
CL B
Half pile
Layer 1
φ = 47°°
5B
φ = 34°° φo = 30°°
Layer 2 15
SIVA
Copyright 2001
Qu
Basic Concept Concept(Konsep (Konsep Dasar) Daya dukung batas tiang (Qu ) dapat diturunkan menggunakan dasardasar-dasar mekanika tanah. tanah. Daya dukung dianggap jumlah dari gesekan(skin gesekan(skin friction) friction) dan daya dukung ujung(end ujung(end-bearing resistance) resistance), yaitu
Qs
Qu =Qb+Qs-W ……………………… ………………………..(1) dimana Qu = daya dukung total, Qb = daya dukung ujung Qs = daya dukung gesek
W
General behaviour(Prilaku Umum) Shaft resistance fully mobilized bila tiang bergerak cukup kecil (< (<0 0.01 01D) D) Base resistance mobilized bila tiang bergerak (0.1D)
Qb Qu =
Qs +
Qb - W 16
SIVA
Copyright 2001
Ultimate Bearing Capacity Static Formula Method (Qu = Qp + Qs) Qu = Ultimate Bearing Capacity
Qs = fAs
Embedded
f = Unit Frictional Resistance =D
Length
AS = Shaft Area qP = Unit Bearing Capacity AP = Area of Point
SIVA
Copyright 2001
QP = qPAP
17
Arching at Pile Tip
Ground Surface
B Arching Action Df Zone of Shear & Volume Decrease
PO = αγD αγ f
γDf
18
SIVA
Copyright 2001
Perilaku Frictional vs End Bearing Piles Loading
Loading
Qu QS
QB
Settlement Behaviour of Frictional Pile
Qu QB
QS Settlement Behaviour of End Bearing Pile 19
SIVA
Copyright 2001
Ultimate Limit State Design QT
QDES = QB/FB + Qs /Fs –W…… ……(2) (2) d Dimana FB dan FS adalah angka keamanan untuk komponen daya dukung ujung(end bearing strength) dan daya dukung gesek (shaft friction strength)
QU = QB + Qs–W…… ……(3) (3)
ho D
Qs
Qb=Ab[cbNc+Po(Nq-1)+γd/2Nγ+Po] -Wp dimana Ab=luas penampang ujung tiang, cb=kohesi pada ujung tiang, Po= overburden stress pada ujung tiang dan d = lebar tiang.
W QB 20
SIVA
Copyright 2001
End Bearing Resistance (Daya Dukung Ujung) Anggapan-anggapan 1. Berat tiang sama dengan berat tanah yang dipindahkan oleh tiang => Wp=AbPo 2. Panjang tiang (L) jauh lebih besar dibandingkan dengan lebar d => Wp=AbPo+ Abγ dNγ/2 3. Demikian juga φ>0, Nq mendekati sama dengan Nq-1
Qb=Ab[cbNc+Po(Nq-1)+γd/2Nγ+Po] –Wp => Qb=Ab[cbNc+PoNq]
21
SIVA
Copyright 2001
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
SIVA
Copyright 2001
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 Nq sbb :
QB=AB Nq σv’ Nq tergantung pada sudut geser dalam φ’.
23
SIVA
Copyright 2001
Daya Dukung Gesek(Shaft Friction) Daya dukung gesek batas (ultimate shaft friction capacity) qs tiang dapat dinyatakan dalam tegangan vertikal efektif rata-rata sbb :
qs =c’+Ksσv’tanδs qs =βσv’ (untuk c’=0)
dimana Ks= koefisien tekanan tanah horisontal. Ks dapat juga sebagai koefisien tekanan tanah keadaan diam (at rest), K0=1-sinφ σv’ = tegangan vertikal efektif rata-rata δ = sudut geser tiang-tanah β = shaft friction coefficient = Ks.tanδ
Qs = As.qs atau Qs = pLqs dimana p = perimeter(keliling) tiang dan L = panjang tiang As = luas selimut tiang = p.L Qs = daya dukung gesek (friction capacity) 24
SIVA
Copyright 2001
Harga δ (Aas,1966) dan Ks (Broms,1966) Jenis Tiang
δ
Ks Lepas (loose) Padat (dense)
Baja(steel)
20º
0,5
1,0
Beton(concrete)
¾ϕ
1,0
2,0
Kayu(timber)
⅔ϕ
1,5
3,0
25
SIVA
Copyright 2001
KULHAWY (1984) – sand parameters Pile Type
Bored piles
δ
Ks Ko
φ′
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
SIVA
Copyright 2001
Estimating Unit-Side Friction Resistance, fs
Effective Stress Analysis (βMethod)
f s = β σ ′z
Sands Gravels Silts
and Clays
f s = α su
Total Stress Analysis (α-Method) 27
SIVA
Copyright 2001
β-Method (Sands) For large displacement piles, Bhushan(1982)
β = 0.18 + 0.65 Dr
28
SIVA
Copyright 2001
β-Method (Sands) For Auger-Cast Piles, Neely (1991) Do not divide into layers f s = β σ ′ ≤ 140 kPa (2800 psf ) 29
SIVA
Copyright 2001
β-Method (Clays)
30
SIVA
Copyright 2001
Daya dukung ujung Vesic/Kulhawy
Vesic (1977), mempertimbangkan rigidity index Ir tanah sbb: Ir =
E 2 (1 + ν )(σ ′zD tan φ ′)
Daya dukung ujung: qb′ = Bγ N γ + σ ′zD N q *
*
dimana faktor daya dukung Nq dan Nγ tergantung pada φ’ dan Ir 31
SIVA
Copyright 2001
Vesic’s
Nγ*
32
SIVA
Copyright 2001
Vesic’s
Nγ *
33
SIVA
Copyright 2001
Daya dukung ujung Coyle & Castello
SIVA
Coyle & Castello (1981) mengembang kan cara empiris utk. Menghitung daya dukung ujung. Keruntuhan menghasilkan penurunan 10% diameter. Grafik spt gambar. Copyright 2001
34
Daya dukung gesek Coyle & Castello
Coyle & Castello (1981) untuk skin friction. Grafik hubungan skin friction, kedalaman dan sudut geser spt. Gambar.
35
SIVA
Copyright 2001
Contoh Soal
36
SIVA
Copyright 2001
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
SIVA
Copyright 2001
Daya Dukung Ujung Tiang pada tanah Kohesif (Cohesive Soils) q b′ = N c s u *
Q b = Ab .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
SIVA
Copyright 2001
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), cu, sbb:
qB=Nccu QB=ABNccu dimana Nc= 9 bila ujung tiang terletak di bawah muka tanah lebih dari 4x diameter. 39
SIVA
Copyright 2001
Tiang Bor pada tanah lempung (Clays) Daya dukung gesek batas (ultimate shaft friction = qs) untuk tanah stiff over-consolidated clays dapat diperkirakan dengan cara semi-empiris sbb:
qs=αCu Qs =As.qs
α = faktor adhesi 40
SIVA
Copyright 2001
Harga faktor adhesi α
41
SIVA
Copyright 2001
Harga faktor adhesi α
42
SIVA
Copyright 2001
Harga faktor adhesi α
43
SIVA
Copyright 2001
Harga faktor adhesi α
44
SIVA
Copyright 2001
Cara λ
Vijayvergiya & Focht (1972),Kraft, Focht & Amerasinghe (1981) mengembangkan cara λ,utk menghitung gesekan. Rumus unit skin friction rata-rata: , s.av v.av u.av
f
(
=λ σ
+ 2s
(
)
fs.av =λ σv,.av +2su.av
) 45
SIVA
Copyright 2001
Analisis Daya Dukung berdasar data SPT
Meyerhof(1976), mengusulkan rumus untuk daya dukung ujung: ' ' D untuk sand dan gravelq e = 0, 4 N 60 σ r ≤ 4,0 N 60' σ r B untuk silt
D q = 0,4 N σ r ≤ 3,0 N 60' σ r B ' e
' 60
Rumus untuk daya dukung gesek: untuk large displacement pile pd tanah non σ kohesif f s = r N 60 50
SIVA
σr untuk small displacement fs = N 60 pile pd tanah non 100 kohesif Copyright 2001
46
Analisis Daya Dukung berdasar data Sondir (CPT)
A. p O. f Beban Sementara Qa = + 2 5
A. p O. f Beban Statis Tetap Qa = + 3 5
Beban Dinamis
A. p O . f Qa = + 5 8 47
SIVA
Copyright 2001
Data Sondir
48
SIVA
Copyright 2001
Menentukan Daya Dukung
CARA DINAMIS (DYNAMIC METHOD)
49
SIVA
Copyright 2001
Prediksi Daya Dukung Batas Tiang dengan Cara Dinamis Pile Driving Formula 1.Rumus Janbu (Janbu formula)(1953)
Qu
1 η Wh = Ku s
Dimana Qu = daya dukung batas Ku = Cd [1+(1+λe/Cd)½] Cd = 0,75 + 0,15 Wp/W λe = (ηWhL)/(AEs2) 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) 50
SIVA
Copyright 2001
kWh η Qu = s+c/2
2.Rumus Hiley (Hiley formula)(1925)
dimana Qu= 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 = Pa =
0 , 0025 .E .(W r + e 2W p )
(s + 0 ,1)(W r + W p )
dimana Qa = daya dukung ijin E = energi per pukulan Wp = berat tiang e = koefisien restitusi 51
SIVA
Copyright 2001
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
SIVA
Copyright 2001
Menentukan Daya Dukung UJI PEMBEBANAN TIANG (FULL SCALE LOADING TEST)
53
SIVA
Copyright 2001
Prediksi Daya Dukung berdasar Uji pembebanan Tiang Pile Load Test (Uji Pembebanan Tiang)
SIVA
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 54 yang dipasang pada balok. Copyright 2001
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
SIVA
Copyright 2001
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
SIVA
Copyright 2001
Full Scale Static Load Tests
57
SIVA
Copyright 2001
Full Scale Static Load Tests
58
SIVA
Copyright 2001
Pile Loading Test
59
SIVA
Copyright 2001
Davisson’s Method
60
SIVA
Copyright 2001
Belajar
Jangan tunggu sampai menit terakhir. 61
SIVA
Copyright 2001
Exa ms My mama always said, “Exam is like a box of chocolates; you never know what you are gonna get”
62
SIVA
Copyright 2001
