Prinsip Dasar Perancangan Pondasi & Parameter Tanah

Prinsip Dasar dalam Perancangan Pondasi dan Parameter Tanah untuk DesainDisusun oleh: Suhermanto, ST.MT. Dayu Apoji, ST. Yanita Surya, ST. Laboratorium Mekanika Tanah ITB Telp : 022-2511187

PRINSIP UMUM PERENCANAAN FONDASIDEFINISI UMUM:Fondasi adalah suatu konstruksi bagian dasar bangunan yang berfungsi meneruskan beban dari struktur atas ke lapisan tanah di bawahnya.

HAL-HAL YANG HARUS DIHINDARI: Keruntuhan geser Deformasi yang berlebihan

BEARING CAPACITY FAILURETranscona Grain Elevator (Budhu, 2000)

DIFFERENTIAL SETTLEMENTKissing silos (Sharma, 2003)

KASUS KERUNTUHAN PONDASI TIANG

Abutment mengalami pergerakan

PENURUNAN TANAH

PENURUNAN TANAH

Settelement of Building Supported by Shallow Foundation

Office of Tanjung Mas Port

PEMBAGIAN JENIS FONDASI:

1. Fondasi Dangkal

lapisan tanah keras dangkal

Fondasi tapak (segi empat, lingkaran) Fondasi menerus Fondasi rakit (mat foundation)

PEMBAGIAN JENIS FONDASI:2. Fondasi Dalam lapisan tanah keras dalam

Fondasi tiang pancang Fondasi sumuran (dengan dan tanpa casing) Fondasi caisson

PEMBAGIAN JENIS FONDASI:2. Fondasi Dalam lapisan tanah keras dalam

Fondasi sumuran (dengan dan tanpa casing)

KRITERIA PERENCANAAN FONDASI:Daya dukung sistem fondasi harus lebih besar daripada beban yang bekerja pada fondasi Penurunan yang terjadi akibat pembebanan tidak melebihi dari penurunan yang diijinkan Deformasi lateral yang terjadi tidak melebihi deformasi lateral yang diijinkan

HAL-HAL YANG BERPENGARUH TERHADAP DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN SISTEM FONDASI: 1. Kondisi pelapisan tanah dasar tempat fondasi bertumpu 2. Fondasi: bentuk, dimensi, dan elevasi 3. Beban Fondasi

REVIEW MEKANIKA TANAH

Kuat Geser TanahKenapa untuk tanah digunakan Kuat Geser? Kenapa bukan kuat tarik, atau kuat tekan?

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

Mohr (1900): Material (tanah) mengalami keruntuhan akibat kombinasi tegangan normal dan tegangan geser, bukan hanya akibat tegangan normal saja atau tegangan geser saja. f = f()

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb: Selubung keruntuhan berupa garis lengkung. Untuk permasalahan mekanika tanah, garis lengkung tersebut dapat didekati dengan garis lurus. f = c + tan dimana: c = kohesi tanah = sudut geser dalam

=s s = c + tan

c

BAGAIMANA CARA MENGUKUR NILAI C DAN PHI TANAH UNTUK MENGETAHUI KEKUATAN GESERNYA?

Pengujian Kuat Geser Tanah dng Direct Shear Test

= normal stress = = shear strength =

normal force are of cross-section of the sample resisting shear force are of cross-section of the sample

x x x

x

x

cs = c + tan

Where = effective normal stress on plane of shearing c = cohesion, or apparent cohesion = angle of friction

Triaxial Testing

Pasir

LempungC

Triaxial Testing:CD Consolidated Drained CU Consolidated Undrained UU Unconsolidated Undrained

Unconfined Compression Test

KOMPRESIBILITAS TANAH

PENURUNAN TANAH

PENURUNAN TANAH

Settelement of Building Supported by Shallow Foundation

Office of Tanjung Mas Port

PEMODELAN KONSOLIDASI PRIMER

Akibat pertambahan beban kenaikan tekanan air pori Keluarnya air dari pori tekanan air pori kembali lagi (tanah settle) kecepatan air ditentukan permeabilitasS U0 + pegas (tanah) air U0

Seluruh dipikul air

0 Seluruh dipikul Tanah

Tanah Berlapis

Kurva Test Konsolidasi

Persamaan untuk Menghitung Penurunan Konsolidasi (Normally Consolidated Clay)

Dimana, p0 pav e0 Cc Hc = = = = = tekanan efektif akibat berat sendiri tambahan tekanan efektif akibat beban diatas lapisan kompresible initial void ratio compression index tebal lapisan lempung

Hc po + pav log Settl = Cc 1 + eo po

INVESTIGASI DI LAPANGANASTM D420 - Standard Guide to Site Characterization for Engineering Design and Construction Purposes

INVESTIGASI TANAH UNTUK PERENCANAAN FONDASI:1. 2. 3. 4. 5. 6. Test pit Boring (tangan atau mesin) CPT (sondir) SPT (Standard Penetration Test) Sampling: Undisturbed (UDS) dan Disturbed (DS) Sample Uji laboratorium: index dan engineering properties

Pemboran dengan Mesin Bor

SPT (Standard Penetration Test)Cara uji SPT Jenis Hammer

N-SPT = Jumlah pukulan untuk memasukkan split spoon sedalam 30 cm

C (t/m2) = 2/3 N

Silty Fine Sand, Greyish Brown2

6

5 4 8 7 8 11 6

Silty Coral Rock few Sand, wheteish Grey

Silty Coral Rock few shell fragment, whiteish

18 16 11 4 11 11 20 9

Faktor Koreksi N SPT Lapangan sesuai dengan Metoda Pelaksanaan Test:Countr Hammer Type Donut Donut Safety Donut Donut Donut Donut Hammer Release Free Fall Rope an Pulley with special throw release Rope and Pulley Rope and Pulley Rope and Pulley Free Fall Rope and Pulley Estimated Rod Energy (%) 78 67 60 45 45 60 50 Correction Factor fo r 60% Rod Energy 78/60 = 1.30 67/60 = 1.12 60/60 = 1.00 45/60 = 0.75 45/60 = 0.75 60/60 = 1.00 50/60 = 0.83

Japan

US Argentina China

Harga N free fall tidak perlu dikoreksi krn menjadi standard Harga N rope and pulley harus dikalikan dengan 0.70

Relationship between Cohesion and N-Value (Cohesive soil)

2/3 N

Relationship between Angle of Internal Friction and N-Value (Sandy Soil)

Sondir/ Dutch Cone Penetration Test (CPT)

CPT (Cone Penetration Test) atau Sondir

CONE PENETRATION TESTLocation : km 251+900 No. : S2 Tested by : Date :25 July 2006 Ground Elev. : G.W.L :

C (kg/cm ) Local Friction (kg/cm)*10 Total Cummulatif Friction / 10Friction ratio (%)

2

0 0.00

20

40

60

80

0.000.00

2.00

4.00

6.00

Grafik CPT-5.00-5.00

Depth (m)

-10.00

-10.00

-15.00

-15.00

-20.00

-20.00

f Fr = qc

%

Robertson & Campagnella, 1983

Penentuan Nilai Kohesi (c) dari Hasil CPT

q c kg/cm c (kg/cm ) = 202

(

2

)

q c kg/cm c (t/m ) = 22

(

2

)

Penentuan Nilai Sudut Geser Dalam () dari Hasil CPT

Robertson & Campagnella, 1983

SOIL PROFIL BELOW BUILDING

Sharing Experience

Disusun oleh: Endra Susila, Ph.D. & Suhermanto, ST. Prodi Teknik SipilInstitut Teknologi Bandung

Desain Fondasi Jembatan KA KM 329+005 - Km 349+541, Patuguran - Purwokerto, Lintas Cirebon Kroya

Tahapan Disain Pondasi:1. 2.

3.

4. 5. 6. 7.

Penyelidikan Tanah Penyusunan Profil Tanah dan Parameter untuk Disain Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Pondasi Pengujian Beban Lapangan Analisis Pondasi Group Analisis Penurunan Pondasi Group Analisis Stabilitas Lereng


3.

4. 5. 6. 7.


Tujuan Penyelidikan Tanah1. Untuk Mengetahui Tipe Perlapisan Tanah:a) b) c)

Lapisan Pasir Lapisan Lempung Berlapis-lapis Lempung dan Pasir

2. Memperkirakan Parameter-Parameter untuk Disain:a) b)

Parameter Kekuatan Tanah Parameter Rigidity (kekakuan) and Compressibility (kemampatan)

Metoda utk Penyelidikan Tanah:Deep Boring + Standard Penetration Test (SPT) + Undisturbed Sampling Cone Penetration Test (CPT)

Deep Boring

Drilling Bits and SPT Sampler

Drilling Bits and SPT Sampler

SPT (Standard Penetration Test)Cara uji SPT Jenis Hammer

N-SPT = Jumlah pukulan untuk memasukkan split spoon sedalam 30 cm

C (t/m2) = 0.6 x N

A Typical SPT Hammer

Marking for SPT Counting

SPT Counting

Taking Out Disturbed Sampler from Split Spoon Sampler

Disturbed Sample inside Split Spoon Sampler

Disturbed Samples

Soil Description

Soil Description

Soil Description

Soil Description

Hasil Logging

Relationship between Cohesion and N-Value (Cohesive soil)

0.65 N

INTERPRETASI DATA SPTMenentukan Konsistensi Tanah Berdasarkan Tabel Klasifikasi

Soil Description

CPT and Manometers

20 Ton CPT Rig

qc =

Qt At Fs As

Tip (or cone) bearing

fs =

Sleeve (or side) friction Fs x 100% As = 150 cm2

fs Friction Ratio (FR) = qc

At = 10 cm2

Qt

f Fr = qc %

INTERPRETASI DATA SONDIRMenentukan Tipe Tanah Berdasarkan Grafik Robertson & Campanella Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Pasir, Sudut Geser Dalam () dengan GrafikCONE BEARING, qc , bars

Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Lempung, Kohesi (c) dengan Rumus Korelasi c (t/m2) c (kN/m2) = qc(kg/cm2) / 2 = 5qc(kg/cm2)

VERTICAL EFFECTIVE STRESS, vo , bars '

qc = 13 MPa qc/pa = 130

Sand

FR = 1.2 %

Robertson & Campanella (1983)

Soil Categorized as SAND

qc = 13 MPa

vo = 160 kPa = 40o

Robertson & Campanella (1983)

Soil Categorized as CLAY

Sondir

C = qc / 20 C (kg/cm2) = qc(kg/cm2) / 20 f C (t/m2) = qc(kg/cm2) / 2

qc

Tahapan Disain Pondasi:1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Penyelidikan Tanah Penyusunan Profil Tanah dan Parameter untuk Disain Perhitungan Kapasitas Daya Dukung Pondasi Pengujian Beban Lapangan Analisis Pondasi Group Analisis Penurunan Pondasi Group Analisis Stabilitas Lereng Pengalaman Pengecoran Bored Pile di Lapangan

INTERPRETASI DATA SPTMenentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Lempung, Kohesi (c) Berdasarkan Grafik Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Pasir, Sudut Geser Dalam () Berdasarkan Grafik

HASIL: Profil Tanah u/ Desain-B 1 -S 2 850

12

-S 3

12

-B 4 85 12

85

12 5

12

12

275

300

325

8511/30 12/30 40/30 60/15 42/30 44/30 61/30 60/15 60/15 60/15

7

7

7

0

100

BH-1285 (B4)

BH-1285 (B3)11/30

BH-1285 (B1)9/30 5/30 30/30 45/30 84/30 80/30 53/30 40/30 51/30 61/30 60/30 60/15 10/30 35/30 52/30 58/30 61/30 60/15 60/10

35/30 45/30

BH-1285 (B2)

47/30 60/30 60/30 85/30 60/10

60/15

BH-1285

CLAY

TUFFACEOUS CLAY

COMPLETELY WEATHERED BRECCIA

7

350

-S 4

85


3.

4. 5. 6. 7.


Daya Dukung Pondasi DangkalP

Metoda Perhitungan Pondasi Dangkal

POLA KERUNTUHAN TERZAGHILAB.MODEL

TEORITICAL

Terzaghi Bearing Capacity Equation

Tabel 3.1 Faktor Daya Dukung Terzaghi Pers.(3.4), (3.5), dan (3.6)Nc Nq Na

Nc

Nq

Na

PONDASI TIANG BOR

DAYA DUKUNG AKSIAL PONDASI TIANG

Qu = Qs + QpQu = Daya Dukung Aksial UltimitSKIN FRICTION

Qs = Daya Dukung Skin Friction Qp = Daya Dukung End Bearing

END BEARING

Faktor Adhesi () pada Tanah Kohesif untuk Tiang Bor :1. Reese and Wright, 1977 : Manurut Reese dan Wright koefisien untuk bored pile adalah 0.55 2. Kulhawy, 1984(kN/m 2 )Tomlinson, 1957 (concrete piles) Shafts in uplift Data group 1 Data group 2 Data group 3 Shafts in compression

Adhesion factor ( )

Data group 1 Data group 2 Data group 3 65 U 8 41 C load tests

= 0.21+0.26 pa /su ( 9 tsf Value of 0.55 0.49 0.42 0.38 0.35 0.33 0.32 0.31 Treat as Rock

Skin Friction for Sandy MaterialRojiani, Duncan and Barker (1991)

0.24 N

Metoda Perhitungan Pondasi Dalam: Daya Dukung AksialQu = Qp + Qs

0.7

Daya Dukung Tiang BorClay Sand

Friksi

CKulhawy, 84 Reese, 88

0.20 0.32 N(Quiros+Reese, 77 Wright+Reese, 77)

qp

End Bearing

9C

7-13 N (t/m2) < 400 (t/m2)(Reese+Wright, 77)

Pult = 2r l + qp

Faktor Adhesi () Pada Tanah Kohesif untuk Tiang Bor (Kulhawy, 1984)

Adhesion factor ( )

2 Undrained Shear Strength, c u (kN/m )

DAYA DUKUNG AKSIAL IJINRumus-rumus perhitungan dan contoh soal di atas merupakan metode analisis untuk menghitung daya dukung aksial ultimit pondasi tiang (Qult). Untuk mengetahui besarnya daya dukung aksial ijin (Qijin) yang juga merupakan besarnya beban yang boleh bekerja pada pondasi tiang, maka diperkenalkan suatu konsep ANGKA KEAMANAN (SF). Terdapat beberapa kriteria mengenai SF ini. Namun pada prinsipnya, hubungan antara Qult, Qijin, dan SF adalah seperti dalam persamaan berikut ;

Q ult Q ijin = SFUntuk analisis pondasi tiang, nilai SF diambil antara 2 hingga 4.

Canadian Foundation Engineering Manual (1992)

SF Criterion Based on Tomlinson (1977)

Fill material

Soft soil, Consolidating soil

Bearing soil


3.

4. 5. 6. 7.


COMPRESSION LOADING TEST (ASTM D-1143)

PENGUJIAN LAPANGAN (FIELD LOADING TEST)

COMPRESSION LOADING TEST (TOP VIEW)

COMPRESSION LOADING TEST PROCEDURE (FRONT VIEW)

Posisi Alat Pengukuran

COMPRESSION LOADING TEST: DIAL GAUGES

KURVA HASIL LOADING TEST


3.

4. 5. 6. 7.


GRUP TIANG

Tampak Atas

Tampak Sampi ng

Tampak Depan

Apabila beban struktur atas besar, maka diperlukan sistem pondasi yang kuat dan kaku berupa satu kesatuan grup pondasi tiang yang tersusun atas beberapa buah pondasi tiang yang disatukan dengan pile cap.

Daya Tunggal

Dukung

Tiang

Analisis Grup Tiang

EFISIENSI PONDASI TIANG KELOMPOK

PENENTUAN JUMLAH TIANG

Pm

3 2 1 1 2 3 4 n

Jumlah tiang = m x n

Jumlah tiang yang diperlukan = m x n =

P(di atas pile cap) x Pijin tiang tunggal

= faktor efisiensi grup tiang

Pijin tiang tunggal =

Pultimate tiang tunggal SF

DISTRIBUSI BEBAN PADA GRUP TIANGBeban Aksial Terbesar dalam Grup Tiang Akibat Beban Vertikal dan Momen

P terbesar dalam grup tiang = Vpt + Vm3

=

=

P + . 3 n .m P M 3 + 2 n . m 2m i < Pijin tiang tunggal

(P/m)P (P/m) = VP = n nxm

akibat P

(M/m)

V = V =

V =

M 2 = 2 VMi i = 2 i . i =2 . i m M = 2 2m i

P=1800 ton

M=12000 tm

4m

4m

4m

4m

4m

1 =2.0m 2 = 6.0 m 3 = 10 m1800 ton VP = 1200 ton 1800 6x4 = 75 ton

1200 = 4 2 x 2 2 + x 6 2 + x 10 2

{ (

)}

2 6

1200 = 4 x 2 x (2 2 + 6 2 + 10 2 ) 1200 = = 1.07 4 x 2 x (2 2 + 6 2 + 10 2 )140

10

VM 3 = . 3 = 1.07 x 10 = 10.7 11P terbesar dalam grup = 75 + 11 = 86 ton

AKIBAT VERTIKAL DAN MOMEN DALAM DUA SUMBUM1 P M2

P

VP

V M1

Pmax = VP + VM1 + VM2

M1 V M2 M2


3.

4. 5. 6. 7.


PENURUNAN GRUP TIANG

SETTLEMENT OF PILE GROUP Group Effect

Dominan Friksi

Dominan End Bearing

TRANSFER BEBAN PADA GROUP TIANG

Seluruhnya pada tanah lempung

Ujung tiang Bagian atas ditanah lunak, Bagian bawah pada tanah keras pada tanah keras(Tomlinson, 1977)

1:4 1:4 D 2/3 D

p?Diasumsikan beban pondasi menyebar secara linier

Settlement Analysis

CONSOLIDATION SETTLEMENT

PEMODELAN KONSOLIDASI PRIMER

Akibat pertambahan beban kenaikan tekanan air pori Keluarnya air dari pori tekanan air pori kembali lagi (tanah settle)kecepatan air ditentukan permeabilitas S U0 + pegas (tanah) air U0

Seluruh dipikul air

0 Seluruh dipikul Tanah

KURVA TEST KONSOLIDASI

PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG PENURUNAN KONSOLIDASI (NORMALLY CONSOLIDATED CLAY)

Hc p o + p av Cc log 1 + eo podimana, p0 pav e0 Cc Hc = = = = = tekanan efektif akibat berat sendiri tambahan tekanan efektif akibat beban diatas lapisan kompresible initial void ratio compression index tebal lapisan lempung

Settlement Analysis

Calculation of Consolidation Settlement (STA 0+490)No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Depth 0.0 3.0 6.0 9.0 11.6 12.9 17.0 24.0 26.5 30.0 33.0 36.0 39.0 42.0 44.0 3.0 6.0 9.0 11.6 12.9 17.0 24.0 26.5 30.0 33.0 36.0 39.0 42.0 44.0 46.0 Tebal Lapisan (m) 3.0 3.0 3.0 2.6 1.3 4.1 7.0 2.5 3.5 3.0 3.0 3.0 3.0 2.0 2.0 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

' (t/m3)

'b o 'm (t/m2) (t/m2)

(t/m2)

1 =o+s (t/m2)

Cc

eo

s(m)

31.5x0.7=22.05 2.1 1.1 34.5x0.7=24.15 4.2 3.2 37.5x0.7=26.25 6.3 5.3 8.4 7.4 40.5x0.7=28.35 9.8 9.1 43.0x0.7=30.10 11.2 10.5 45.0x0.7=31.50

4.04 3.03 2.36 1.89 1.65 1.46

5.1 26.09 6.2 27.18 7.6 28.61 9.2 30.24 10.8 31.75 12.0 32.96

0.05 0.6 0.05 0.6 0.05 0.6 0.05 0.6 0.07 0.55 0.07 0.55 Settlement (m) AB Value Correction Settlement (m)

0.06 0.007 0.03 0.005 0.02 0.004 0.01 0.003 0.01 0.002 0.01 0.002 0.13 0.023 0.7 0.09


3.

4. 5. 6. 7.


Analisis Kestabilan

Abutment/Pier pada Lereng

UNTUK FONDASI DANGKAL: UNTUK MENGINVESTIGASI DAMPAK PENGGALIAN TERHADAP KESTABILAN TANAH PADA FONDASI EXISTING

7.00 m

5.00 m

6.30 m

5.00 m

5.00 m

Analisis Kestabilan Lereng: Limit Equilibrium Method

SF =

Mresistance Mdriving

Analisis Kestabilan Lereng: Safety Factor of Materials Parameter

SF =

S maksimum yang tersedia S yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi keseimbangan

c + tan SF = c r + tan r

Acuan Angka Keamanan Lereng

Cost and Consequences of Slope Failure Cost of repair comparable to cost of construction. No danger to human life of other property if slope fails. Cost of repair much greater than cost of construction, or danger to human life of other valuable property if slope fails.

Uncertainty of Strength Measurements Small 1.25 Large 1.5

1.5

2.0 or greater

Acuan Angka Keamanan Lereng

UNITED STATES (DAPPOLONIA CONSULTING ENGINEERS, INC., 1975

SUGGESTED MINIMUM SF WITH HAZARD POTENTIAL HIGH MEDIUM LOW

Designs based on shear strength parameters measured in the laboratory Designs that consider expected at the site maximum seismic acceleration

1.5

1.4

1.3

1.2

1.1

1.0

TERIMA KASIH

Prinsip Dasar Perancangan Pondasi & Parameter Tanah

Documents

Transcript of Prinsip Dasar Perancangan Pondasi & Parameter Tanah