Desain Konstruksi Kaki Seribu

8/17/2019 Desain Konstruksi Kaki Seribu

1/18

DESAIN KONSTRUKSI KAKI SERIBU

UNTUK MENINGKATKAN DAYA DUKUNG PONDASI

1. Pendahuluan

Permasalahan pada tanah lunak (soft clay) pada umunya berada pada daya dukungnya yangrendah. Tanah jenis lempung memang memiliki sifat-sifat khusus yang harus diperhatikan

jika di atasnya akan didirikan konstruksi. Pada tanah lempung ekspansif, mineral yang

terkandung didominasi oleh montmorilonite yang mengakibatkan sifat lempung mampumenerima air, namun susah untuk mengalirkan kembali. Hal ini disebabkan muatan listrik

yang terkandung pada mineral lempung menahan molekul air sehingga tidak mampu

teralirkan dari pori-porinya.

Secara fisik tanah ekspansif memiliki sifat keras jika dalam keadaan kering. Namun, jika

terkena air atau terendam dalam waktu tertentu, sifatnya berubah menjadi lembek atau

sangat lunak. Daya dukung yang dimiliki ketika keadaan kering menurun secara drastis jika

tanah lunak berada pada kondisi saturated atau jenuh air.

Selain itu, sifat yang merugikan konstruksi adalah sifat kembang kempis yang mampumenimbulkan tekanan terhadap konstruksi. Tak jarang, tekanan akibat pengembangan ini

juga mengakibatkan kerusakan konstruksi yang berada di atasnya. Kemampuan lempung

untuk menghasilkan sifat semacam ini biasanya diukur dari besarnya swelling potential dan

swelling pressure. Dalam literatur lain juga disebutkan bahwa angka aktivitas juga mampumenggambarkan seberapa besar kekuatan tanah ekspansif. Angka aktivitas diukur dari nilai

indeks plastisitas tanah (PI) dan fraksi lempung yang terkandung di dalam tanah.

Dari sifat-sifat yang merugikan di atas, dapat ditarik kesimpulan bahwa tanah lunak yang di

atasnya akan didirikan suatu konstruksi harus mendapatkan perlakukan khusus atau harusdirekayasa sedemikian rupa sehingga daya dukung tanah mencukupi sesuai beban yangdirencanakan. Tanah lunak sangat berbahaya jika di atasnya ada timbunan yang cukup

tinggi. Jika berat dan tingginya melampaui nilai dukungan tanah dasar, bisa jadi keruntuhan

dan gerakan lateral tanah akan terjadi. Selanjutnya, tanah di sekitar konstruksi akanmengalami kenaikan elevasi (heaving) akibat terdesak massa tanah yang begerak lateral

tersebut. Gerakan lateral tanah yang menghantam konstruksi bisa mengakibatkan kerusakan

yang serius, bahkan sampai kegagalan bangunan.

Untuk mencegah terjadinya sliding, amblesan dan spreading (jembulan tanah) disekitar

timbunan pada tanah dasar dalam kondisi jenuh, maka perlu mengetahui keruntuhan daya

dukung tanah dasar akibat timbunan tanah, hal yang paling mudah adalah denganmemperhitungkan tinggi timbunan kritis (Hcr.).

Hcr. =

Dimana :

Hcr = tinggi timbunan kritis (m)


2/18

H ijin = tinggi timbunan tanpa mengakibatkan keruntuhan

Cu = kohesi undrained data sondir nilai konus resistance (qc), kg/cm2.

Nc = faktor daya dukung tanah → 5,14 – 5,70

γ timb = berat isi timbunan tanah (t/m3)

FS = faktor keamanan ( 1,2 – 2,0 )

Bilamana tinggi timbunan yang direncanakan lebih rendah dari H-ijin, maka timbunan tidak

terjadi sliding, runtuh, ambles atau spreading disekitar timbunan, akan tetapi prosespenurunan tanah dibawah timbunan masih tetap terjadi, meskipun tidak terlalu besar.

Apabila timbunan sudah tidak dimungkinkan untuk dilakukan, maka dapat diperkuat dengan

trucuk bambu pada tanah dasar. Selain dengan trucuk bambu, timbunan dapat diganti dengankonstruksi kaki seribu. Prinsipnya sama dengan trucuk bambu. Kaki seribu berupa kumpulan

tiang pancang yang menggantikan timbunan.

2. Landasan Teori

Kuat geser tanah merupakan fungsi dari beberapa faktor yang sangat komplek, secarakeseluruhan persamaan ini dapat ditulis sebagai berikut :

S = f (C,c,e,ø,σ’,ε,ε’,H,st,γ,w)

Dimana : C : tekanan kompresi ε’ : kecepatan regangan

c : kohesi tanah H : sejarah pembebanan

e : angka pori tanah st : struktur tanahø : sudut geser dalam tanah γ : berat isi tanah

σ’ : tegangan efektif tanah w : kadar air

ε : regangan

Secara phisik kekuatan geser tanah merupakan sumbungan dari tiga komponen pada tanah

yang bersangkutan, yaitu :

•

Sifat bidang geser antar partikel

•

Kohesi dan adhesi partikel tanah

•

Bidang kontak yang saling mengunci antar partikel tanah untuk menahan

deformasi.

Secara teoritis kuat geser tanah ditentukan oleh banyak fariabel, akan tetapi fariabel yang

dominan adalah : kohesi tanah (c) dan sudut geser tanah (ø). Pada tahun 1910 oleh Mohr-

Coulomb, mendefinisikan kuat geser tanah sebagai berikut :

S = c + σ tan ø


3/18

Kuat geser tanah efektif dapat ditulis sebagai berikut :

S = c + (σ-u) tan ø = c + σ’ tan ø

Untuk kondisi tanah yang jenuh air, dimana φ = 0 maka persamaan tersebut menjadi berikut

: S = Cu

Daya Dukung Tanah Pada Pondasi Tiang Pancang Akibat Beban Vertikal

Konstruksi kaki seribu adalah kumpulan tiang pancang yang diatur sedemikian rupa

sehingga mampu menggantikan timbunan pada oprit jembatan Banyak para pakar telah

merumuskan besarnya kapasitas daya dukung tanah, seperti : Terzaghi, Mayerhof, Hansen,Vesic dan lainnya. Daya dukung tanah merupakan fungsi dari nilai kuat geser tanah (ø),

kohesi tanah (c), berat isi tanah (γ), kedalaman pondasi (D) dan bentuk pondasi, dapat

diterangkan secara umum sebagai berikut :

q ult. = f (c,ø,γ,D)

Secara prinsip, perhitungan daya dukung tanah untuk pondasi dalam tidak berbeda denganpondasi dangkal. Perbedaannya, pondasi dalam akan mendapatkan tahanan friksi akibat

gesekan tanah dan pondasi dalam. Persamaan Terzaghi telah dikembangkan berbagai pakar

geoteknik untuk menghitung point bearing dari pondasi dalam.

. Gambar 1. Prinsip Daya Dukung Pondasi Dalam


4/18

Gambar 1 di atas menunjukkan bahwa tiang pancang mendapatkan suatu Gaya Vertikal

(Qu). Gaya vertikal ini dilawan oleh gabungan antar Qp dan Qf. Qp adalah daya dukungpoint atau tahanan ujung tiang pancang, sedangkan Qf adalah tahanan yang disumbangkan

oleh gesekan tanah dan tiang pancang. Jika dituliskan ke dalam persamaan, maka persamaan

daya dukung tiang adalah sebagai berikut:

Q(ult) = Qp + Qf

Persamaan umum daya dukung tanah untuk pondasi dangkal dapat dituliskan sebagai

berikut:

Dari persamaan di atas, kita tahu bahwa daya dukung tanah dipengaruhi oleh kuat geser

tanah, berat jenis tanah, kedalaman pondasi, sudut pondasi dan faktor bentuk pondasi.

Namun, bentuk tersebut dapat disederhanakan menjadi:

Untuk persamaan tiang pancang, variabel B diganti dengan D atau diameter dari tiang.

Biasanya, diameter atau lebar tiang sangatlah kecil. Pengaruh bentuk dan besar tiang tidak

memberikan pengaruh yang besar terhadap daya dukung tiang. Maka, kita dapat mengambilbentuk persamaan yang lebih sederhana.

Kemudian substitusikan ke dalam persamaan:

Untuk menghitung daya dukung friksi, secara umum persamaan yang digunakan adalah

sebagai berikut:

Dimana:

p = perimeter atau keliling tiang (m)

∆L = tebal tiap layer tanah (m)

f s = frictional resistance atau interface shear strength antara tanah danpermukaan sepanjang pile.


5/18

Perhitungan nilai tahanan f

tiang dan tiap lapisan tanametode perhitungan daya du

Daya Dukung Tanah Pada

Selain memiliki tahanan te

terhadap gaya horizontal.lateral seperti beban gempa

lateral ditentukan oleh peril

pendek atau tiang panjang.antara tiang pendek dan tian

Gamb

Gamb

iksi adalah jumlah dari gaya gesekan yang terj

. Hingga sekarang, telah banyak berkembangkung tiang pancang terhadap beban vertikal.

Pondasi Tiang Pancang Akibat Beban Horiz

hadap gaya vertikal, pondasi tiang juga memi

ahanan horizontal dimaksud untuk antisipadan beban timbukan. Perhitungan daya dukun

ku tiang itu sendiri, apakah tiang tersebut ditin

Perilaku tiang perlu diketahui karena modeg panjang sangat berebeda.

ar 2. Mode Kegagalan Pada Tiang Pendek

ar 3. Mode Kegagalan Pada Tiang Panjang

adi pada selimut

berbagai macam

ontal

iki nilai tahanan

i terhadap gayaterhadap beban

jau sebagai tiang

kegagalan tanah


6/18

Perhitungan tahanan lateral didasarkan pada idealisasi bahwa tanah merupakan material

yang didefinisikan sebagai pegas atau springs. Pendekatan ini disebut sebagai pendekatanReaksi Subgrade. Sesuai dengan teori balok di atas pondasi elastik (di atas tanah). Jika balok

diberikan beban, maka tanah akan memberikan reaksi yang dimodelkan sebagai pegas yang

berjejer di bawah balok. Sama halnya dengan tiang, pegas akan dimodelkan di sepanjang

tiang. Selanjutnya, digunakan persamaan diferensial untuk analisa beam on elasticfoundation.

Gambar 4. Permodelan Tiang Akibat Beban Lateral.

Oleh karena itu, tanah juga memiliki kekakuan pegas yang akan memberikan reaksi kepada

tiang. Untuk mengetahui besarya kekakuan pegas dari tanah, maka dilakukan pendekatanberdasarkan modulus reaksi tanah dasar. Beberapa peneliti telah memberikan nilai reaksi

tanah dasar berdasarkan jenis tanah.

Tabel 1. Korelasi Cu dengan Modulus Reaksi Subgrade untuk Tanah Berkohesi


7/18

Gambar 5. Korelasi Dr dengan Modulus Reaksi Subgrade untuk Tanah Tak Berkohesi

3. Startifikasi dan Penentuan Parameter Kuat Geser Tanah.

Untuk perhitungan tiang pancang, kita perlu mendapatkan soil properties yang digunakan

sebagai acuan dalam desain. Metode yang ada bermacam-macam.

Tabel 2. Taksiran Berat Jenis Tanah Berdasarkan Klasifikasi Tanah


8/18

Tabel 3. Korelasi Cu Berdasarkan N-SPT

(catatan: biasanya diambil nilai Cu = 3 - 7 N-SPT)

Berdasarkan beberapa acuan atau referensi penentuan lapisan dan kuat geser tanah, data

lapangan Bor Hole 1 dapat disajikan dalam tabel sebagai berikut.

Tabel 4. Tabel Klasifikasi Tanah dan Taksiran Berat Jenis Tanah Jenuh

NoDepth

(m)Klasifikasi Tanah

Unit Weight atSaturated

(kN/m3)

1 0 - 1,5 Lanau Kelempungan 16

2 1,5 - 7 Lempung Kepasiran Halus 16

3 7 - 15,5 Lempung 16

4 15,5 - 20 Lempung 18

5 20 -22 Lempung Kepasiran Halus 18

6 22 -27 Lempung 18

7 27 - 30 Lempung Kepasiran 18

8 30 - 33 Lempung 20

9 33 - 36 Lempung Kepasiran 20

10 36 - 39 Pasir Kelempungan 20

11 39 - 50 Lempung 20


9/18

Tabel . Korelasi N-SPT dan Nilai Kuat Geser Cu


10/18

4. Analisis dan Perhitungan Daya Dukung Tiang Pancang

Daya Dukung Vertikal

Bearing Capacity of Single Pile

Point Bearing

MayerhoffQp = 9.Cu.Ap

then Qp 330,642 KN

Janbu

Qp = Ap(c.Nc + q.Nq)

Qp 305,8919 KN

Braja M. Das 520, table 11.6

Soil classification at the tip of pile is Hard Clay, then we may assume that η = 75

So Nc 5,74

Nq 1

Angle friction 0

Vesiq (Braja M. Das)

Assume that Irr = 200

qo = 1394,896

A1 32

A2 996,0638

A3 1698,82

A4 2852,7

(distribution of vertical stress)

Ko = 1

1394,896 Nc = 10,04

Ns= 1

Design for Pile

Outside Diameter 0,6 mInside Diameter 0,4 m

f'c 25 MPa

Area of Pile tip 0,2826 m2

Perimeter 1,884 m

Pile Length 40 (+3) m

qo 336,22 kN/m²Average Cu 82,71 kN/m²


11/18

qb = 2700,096 kN/m2

Qp 763,0471 KN

SkinFriction

Cu/

stress alfa Lambda

Layer 1 effective vertical stress 32 kN/m2 0,195 1 0,127

2 Cohession 6,25 kN/m2

Layer 2 effective vertical stress 115,565 kN/m2 0,081 1

13,5 Cohession 9,375 kN/m2

Layer 3 effective vertical stress 234,32 kN/m2 0,224 1

14,5 Cohession 52,5 kN/m2

Layer 4 effective vertical stress 336,22 kN/m2 0,419 0,78

10 Cohession 140,8333 kN/m2

Alfa-Method

then

Layer 1 23,55 kN/m2

Layer 2 238,4438 kN/m2

Layer 3 1434,195 kN/m2

Layer 4 2069,574 kN/m2

Qs 3765,763 kN

Lambda

Cu 43,27604 kN/m2 A1 6,25 kN/m2

average stress 159,792 kN/m2 A2 996,0638 kN/m

2

fav 31,2857 kN/m2 A3 2536,666 kN/m2

Qs 3241,824 kN A4 2852,7 kN/m2

Average 159,792 kN/m2

Qp =

= 466,527 kN

Qs =

= 3503,79 kN

Q allowable =

= 2491,317 kN


12/18

Daya Dukung Horizontal

Kurva p - y dapat digunakan untuk menentukan defleksi tiang pancang dimana terjadi gaya

yang sangat besar sehingga membuat tiang pancang tidak dapat kembali pada keadaan

semula (tanah telah mencapai tegangan leleh).

Gambar 6. P - Y Curve

Dari diagram di atas, defleksi maksimum disyaratkan untuk jembatan adalah 75mm atau 7,5cm, maka dibutuhkan gaya sebesar 126,95 kN di kepala tiang.

Jika diperhitungkan berdasarkan Reese & Matlock dengan menganggap bahwa gaya

horizontal yang terjadi adalah sebesar nilai yang dihitung dengan menggunakan metodeBrooms. Hasilnya adalah sebagai berikut:

Cu 82,71 kPa

L 43 m

k 24813 kN/m^3

B 0,5 m

I 0,0031 m^4

f'c 25 Mpa

Ep 23500 Mpa

EI 72097,036

R 1,31 m

L/R 32,935 Long Pile

Z 0,01227 m^3

Mu 101,243 kN.m

Mu/c*B^3 9,79

Qu/cu*B^2 1,2

Qu 24,813 kN

M 74,439 kN.m


13/18

Tabel 6. Defleksi Reese & Matlock

Dengan gaya sebesar 24,813 kN, maka kepala tiang hanya bergerak sejauh 0,0028 m atauhanya sejauh 3mm. Ini lebih jauh dari yang diharapkan. Metode Brooms memperhitungkan

defleksi berdasarkan kemampuan atau tahanan material tiang pancang terhadap gaya yangterjadi.

Asumsikan bahwa defleksi yang terjadi sebesar 75 mm, maka kita dapat menggambarkan

besarnya diagram geser, momen dan defleksi pada tiang pancang dengan menggunakan

pendekatan elastik. Dari p-y curve, defleksi 75 mm diperlukan gaya sebesar 126,95 kN.

Tabel 7. Perhitungan Dengan Pendekatan Elastik

Layers Loads

Length Subdivisions Type kN

40 40 Shear 126,95Moment 380,85Axial 2500

Soil

Stiffness,

kN/m/m

Pile EI X Deflection MomentShearForce

0 72097,0 0,00 0,125257 380,850 126,9501875 72097,0 -1,00 0,081192 617,962 150,281

1875 72097,0 -2,00 0,045698 681,412 8,7931875 72097,0 -3,00 0,019656 635,548 -75,310

1875 72097,0 -4,00 0,002429 530,792 -116,2361875 72097,0 -5,00 -0,007436 403,076 -127,733

1875 72097,0 -6,00 -0,011710 275,326 -121,546

1875 72097,0 -7,00 -0,012165 159,984 -106,7103750 72097,0 -8,00 -0,010402 61,906 -79,649

3750 72097,0 -9,0 -0,007779 0,687 -46,645

At x Z Ay By ya yb y0 0 1,4 1 0,00107 0,00176 0,00283

0,5 0,38 1,1 0,75 0,00084 0,00132 0,00216

1 0,77 0,7 0,4 0,00054 0,00070 0,00124

1,5 1,15 0,4 -0,1 0,00031 -0,00018 0,00013

2 1,53 0,3 0 0,00023 0,00000 0,00023


14/18

3750 72097,0 -10,0 -0,005147 -31,384 -21,875

3750 72097,0 -11,0 -0,002951 -43,063 -5,4003750 72097,0 -12,0 -0,001352 -42,183 4,145

3750 72097,0 -13,0 -0,000337 -34,773 8,646

3750 72097,0 -14,0 0,000195 -24,892 9,948

3750 72097,0 -15,0 0,000381 -14,877 9,55811250 72097,0 -16,0 0,000361 -5,776 7,16811250 72097,0 -17,0 0,000262 -0,541 3,77211250 72097,0 -18,0 0,000154 1,768 1,411

11250 72097,0 -19,0 0,000072 2,280 0,070

11250 72097,0 -20,0 0,000020 1,908 -0,52019500 72097,0 -21,0 -0,000004 1,240 -0,647

19500 72097,0 -22,0 -0,000012 0,614 -0,521

19500 72097,0 -23,0 -0,000011 0,198 -0,314

19500 72097,0 -24,0 -0,000007 -0,014 -0,14219500 72097,0 -25,0 -0,000004 -0,086 -0,036

19500 72097,0 -26,0 -0,000001 -0,085 0,01419500 72097,0 -27,0 0,000000 -0,058 0,02939000 72097,0 -28,0 0,000000 -0,027 0,025

39000 72097,0 -29,0 0,000000 -0,008 0,014

39000 72097,0 -30,0 0,000000 0,001 0,00539000 72097,0 -31,0 0,000000 0,003 0,001

39000 72097,0 -32,0 0,000000 0,003 -0,001

39000 72097,0 -33,0 0,000000 0,001 -0,001

39000 72097,0 -34,0 0,000000 0,000 -0,00139000 72097,0 -35,0 0,000000 0,000 0,000

39000 72097,0 -36,0 0,000000 0,000 0,000

39000 72097,0 -37,0 0,000000 0,000 0,00039000 72097,0 -38,0 0,000000 0,000 0,000

39000 72097,0 -39,0 0,000000 0,000 0,000

39000 72097,0 -40,0 0,000000 0,000 0,000


15/18

Gambar 7. Diagram Momen, Geser, dan Pergeseran Tiang

-45.00

-40.00

-35.00

-30.00

-25.00

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

-200 -100 0 100 200

Shear Force

-45.00

-40.00

-35.00

-30.00

-25.00

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

-200 0 200 400 600 800

Bending Moment

-45.00

-40.00

-35.00

-30.00

-25.00

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

-0.05 0 0.05 0.1 0.15

Deflection


16/18

Permodelan SAP

Dari perhitungan secara manual di atas, maka dibuat permodelan dengan software SAP

untuk dibandingkan hasilnya. Dalam membuat permodelan, yang harus diperhatikan adalah

pengambilan kekakuan pegas yang mewakili tanah. Perbedaan pada pemilihan nilai

kekakuan pegas akan membuat hasilnya pun bevariasi.

Gambar 8. Permodelan Struktur


17/18

Gambar 9. Diagram Momen dan Aksial Pada Tiang Pancang


18/18

Dengan memasukkan data beban yang disediakan, maka output dapat dihasilkan oleh

program SAP. Hasilnya defleksi tersebesar pada tiang adalah 6.58 mm. Gaya aksial padatiang adalah 408 kN dan momen maksimum yang terjadi adalah 259.18 kN.m. Hasil dari

SAP menunjukkan bahwa kegagalan dari tiang bukan karena material tanah sebagai

dukungannya, namun karena kekuatan material melebihi gaya ultimit yang terjadi.

Salah satu kelemahan dari program SAP adalah tidak mampu menampilkan soil failure atau

kegagalan karena tanah. Maka, setiap perhitungan SAP untuk desain struktur bawah, harusdibandingkan dengan perhitungan manual.

5. Kesimpulan

Berdasarkan perhitungan di atas, dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Daya dukung vertikal tiang yang dihitung dari 3 metode dan dicari nilai rata-ratanya

memberikan nilai sebesar 2491,37 kN. Gaya ultimit yang terjadi hanya sebesar 408kN. Gaya yang terjadi sangat jauh dari daya dukung yang diizinkan.

2.

Daya dukung horizontal dari Brooms memberikan angka 24,813 kN dengan acuankekuatan material sebagai syarat batasnya.3.

Jika digunakan defleksi sebesar 75mm dan diplot dengan diagram p-y, maka didapat

angka 124 kN sebagai beban horizontal. Metode elastik digunakan untuk

memprediksi momen yang terjadi. Hasilnya melampau kekuatan material sehinggatiang bisa patah.

4.

Permodelan SAP dengan beban riil menunjukkan bahwa momen maksimum yang

terjadi adalah 259.18 kN.m. Tiang tidak mampu menahan momen yang lebih dari

101,243 kN.m.5.

Perbedaan hasil tersebut menunjukkan bahwa pemilihan nilai Spring Stiffness yang

menggantikan tanah sangat menentukan. Sekali lagi, dalam desain pondasi, software

tidak terlalu berperan, melainkan pengalaman dari desainer yang sangat menentukan.Apalagi, tanah memiliki berbagai sifat yang tidak bisa hanya diukur dengan

parameter kuat geser.

Desain Konstruksi Kaki Seribu

Documents

Transcript of Desain Konstruksi Kaki Seribu