Daya Dukung Tarik

LAPORAN TUGAS AKHIR (KL-40Z0) Perancangan Dermaga dan Trestle Tipe Deck On Pile di Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan

Bab 7

Daya Dukung Tanah

Bab 7

Daya Dukung Tanah Laporan Tugas Akhir (KL-40Z0) Perancangan Dermaga dan Trestle Tipe

Deck On Pile di

Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan

7.1. Dasar Teori Berdasarkan hasil survey geoteknik didapatkan profil tanah beserta parameterparameter tanah desain yang diperlukan dalam menganalisa pondasi. Analisa pondasi dilakukan untuk menentukan jenis pondasi dalam yang akan digunakan pada perencanaan dermaga. 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 dan mooring kapal kapal juga gaya gempa diasumsikan ditahan oleh tiang miring dan tiang tegak t egak untuk menahannya.

Laporan Tugas Akhir (KL-40Z0) ■ Perancangan Dermaga dan Trestle Tipe Deck On Pile di Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan

7-1

7.1.1. Daya Dukung Aksial Tiang Pancang Penentuan daya dukung tiang pancang dengan cara statik adalah sebagai berikut: A. Daya Dukung Tekan

Qu

Qs

L

Weak soil Strong soil

Lb

Lb = Kedalaman penetrasi

Qp Qu Qp

Gambar 7.1 Skema daya dukung tanah.

Qu

= Qp + Qs

dimana : Qu

=

Daya dukung tekan ultimate (kN)

Q p

=

Daya dukung ujung tiang (kN)

Qs

=

Daya dukung friksi (kN)

Karena yang digunakan adalah point bearing piles maka daya dukung friksi ( Qs ) dianggap sangat kecil. Jadi Qu ≈ Q p


7-2

Daya dukung ujung (Qp)

Daya dukung ujung dihitung dengan metoda Meyerhof. •

Tanah Pasir Persamaan daya dukung tiang pancang di tanah pasir :

Q p

=

Q p

Ap q p

=

=

'

Ap q ' Nq* *

Ap q N q

≤

Ap qt

*

N q ditentukan dari Gambar 7.2

Gambar 7.2 Grafik variasi nilai Nq* dan Nc*. 2

*

qt (kN / m ) = 50 N q tan φ dimana:

φ = sudut friksi tanah pada lapisan ujung


7-3

•

Tanah Lempung Persamaan daya dukung tiang pancang di tanah lempung :

Q p

*

=

Nq cu Ap

= 9cu Ap

c u =Kohesi tanah dibawah ujung tiang pancang •

Untuk Lempung dengan c dan φ diketahui,daya dukung ujung adalah:

Q p

=

Ap q p

=

*

Ap (cNc

+q

'

*

Nq )

dimana : Ap

= Luas ujung tiang

c

= Kohesi antara tanah yang mendukung ujung tiang

q p

= unit point resistance *

*

N c , N q

= Faktor daya dukung ujung

B. Daya Dukung Tarik Tug

z

L

Tun W D

Gambar 7.3 Sketsa diagram daya dukung tarik.

T ug

= T un + W

dimana : Tug

= Daya dukung tarik bruto

Tun

= Daya dukung tarik net

W

= Berat Efektif Tiang pancang


7-4

•

Tanah Lempung Untuk menentukan Daya dukung tarik dari tiang pancang yang ditanamkan dalam tanah lempung yang jenuh digunakan Metoda Das Seeley (1982), sebagai berikut : Tun

=

'

Lpα cu

dimana : L = Panjang tiang pancang p = Keliling dari penampang tiang pancang '

α = Koefisien Adhesi antara tiang pancan dan tanah cu = Koefisien kohesi Clay Untuk tiang pancang baja berbentuk pipa: '

α

'

α

•

=

0,715 − 0,0191cu

= 0, 2

2

untuk ( cu ≤ 27kN / m ) 2

untuk ( cu > 27kN / m )

Tanah Pasir Untuk menentukan Daya dukung tarik dari tiang pancang yang ditanamkan dalam tanah pasir digunakan Metoda Das dan Seeley (1975),sebagai berikut : 1. Diketahui nilai Relative Density dari tanah,dengan menggunakan grafik 8.28c danat ditentukan nilai Lcr. 2. Jika panjang tiang pancang (L) lebih kecil dari Lcr Tun =

1 2

pγ L2 Ku tan δ

dimana: Ku = Koefisien tarik

δ = sudut friksi antara tana dan tiang pancang

γ = Berat volume basah Nilai Ku dan δ dapat ditentukan dari grafik di bawah .


7-5

Gambar 7.4 Variasi nilai koefisien K u.

Gambar 7.5 Variasi nilai

δ  L  dan   terhadap Relative Density . φ  D  cr


7-6

3.

Jika L> Lcr Tun =

1 2

pγ L2cr K u tan δ + pγ Lcr K u tan δ ( L − Lcr )

Untuk menentukan daya dukung tarik ijin, factor safety yang direkomendasikan adalah 2-3. T u ( all ) =

T ug FS

dimana:

T u ( all ) = Kapasitas tarik ijin

7.1.2. Daya Dukung Lateral Tiang Pancang 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. Perhitungan 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 : 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 7.6.


7-7

Gambar 7.6 Reaksi tanah dan momen tekuk pada tiang panjang di tanah non-kohesif (Broms)

Untuk perencanaan dermaga dan trestle di Pelabuhan Garongkong, 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 : T = L T L T

5

EI nh

>

4 = Long Pile

<

4 = Short Pile

Keterangan : T

= karakteristik panjang sistem tiang-tanah (m)

E

= modulus elastisitas tiang (Mpa)

I

= momen inersia tiang (m4)

nh

= modulus variasi (kN/m3) , nilainya tergantung dari jenis tanah ( Tabel 7.1).


7-8

Tabel 7.1 Nilai nh ( Modulus Variasi) Untuk Tanah Pasir Soil Type Dry or Moist Sand

Submerged Sand

3

nh (kN/m ) Loose :1800-2200 Medium : 5500-7000 Dense : 15000-18000 Loose :1000-1400 Medium : 3500-4500 Dense : 9000-12000

Sumber : Principles of Foundation Engineering , Braja M.Das : Table 8.13 Hal 488

7.1.3. Fixity Point Letak jepitan tiang (fixity point ) dari dasar permukaan laut tergantung pada kekuatan tiang dan kekuatan tanah dalam hal ini hubungannya dengan horizontal modulus of sub grade reaction (kh).

Gambar 7.7 Visualisasi fixity point .

Adapun persamaan untuk menentukan letak jepitan tiang adalah:

β =

4

kh D

4 EI


(7.3)

7-9

Dan fixity point Zr =

SF

β

dimana SF adalah Safety Factor = 1,5 dan

Zr

= letak jepitan tiang (cm)

Kh

= koefisien sub grade reaction (kg/cm3) = 0,15 N-SPT pada kedalaman

E

= modulus elastisitas (kg/cm2)

I

= momen inersia tiang (cm4)

D dsb.

= diameter tiang pancang (mm) yang sudah dikurangi akibat estimasi karat

7.2. Perhitungan Daya Dukung 7.2.1. Dermaga A. Tiang Tegak

i. Daya Dukung Tekan Daya dukung tekan yang dihitung hanyalah daya dukung ujung atau end bearing point , sehingga data tanah yang digunakan hanya pada lapisan terakhir, atau lapisan tempat ujung tiang sepanjang 27 m, yakni lapisan lempung bersifat sedang-padat. Berikut adalah tabel data tanah: Tabel 7.2 Data Tanah

BOR No

BL.1

DIRECT SHEAR

DEPTH

γ d

m

t/m3

kg/cm2

degree

rad

0-5

1.413

0.1

32.34

0.56444

5.0 - 15

1.09

0.006

33.57

0.58591

15 -25

2.6665

0.205

25.945

0.45283

25 -35

1.387

0.16

27.57

0.48119

C

φ

Tabel 7.3 Perhitungan Nq*, Nc*, q’ dan C

��

Δ ��

��

�

��

��

�

��

��

��

��

��

0.45283

��

��

��

��

0.48119

��

��

��

��

��

��

φ ��

��

��

0-5

0.56444

��

5.0 - 15

0.58591

15 -25 25 -35

� ��

��

dimana:

q ' = ( ∆kedalaman ) * γ d Sehingga

∑ q ' = 58.5t / m

2

Sedangkan nilai Nq* dan Nc* didapatkan dari Gambar 7.2


7-10

Masukkan semua variabel yang ada ke dalam persamaan berikut:

Q p

=

Ap q p

=

*

Ap (cNc

+q

'

*

Nq )

Di mana nilai c, Nc* dan Nq* berada pada lapisan terakhir, yakni lapisan 25-35 m, sedangkan nilai q’ = ∑q’, sehingga didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 7.4 Hasil Perhitungan Daya Dukung Tekan Tiang Pancang Dermaga

Jenis

D m

Dermaga

0,8

Ap m2

Qp t

0,50265 1065,94

SF

Q total t

3

355,314

ii. Daya Dukung Tarik Tug

5m

Tun 15 m

D 25 m 27 m

Gambar 7.8 Sketsa diagram daya dukung tarik. • Lapisan 1 (0-5m)

Data – data Lapisan ini merupakan pasir bersifat lepas Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 5m Diameter tiang (D)

= 0,8 m

Density Relative (Dr)

= 88.2 %

Berat volume tanah (γ)

= 18.31 kN/m3

Sudut geser dalam ( φ )

= 32,34˚

p = π .D = π (0,8) = 2,513 Laporan Tugas Akhir (KL-40Z0) ■ Perancangan Dermaga dan Trestle Tipe Deck On Pile di Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan

7-11

 L  δ  ,  D  cr φ

Dari Gambar 7.5, dengan Dr = 88.2 % diketahui nilai 

δ  L   D  =14,3 dan φ =1  cr Lcr = 14,3* D = 14,3* 0,8 = 11, 44m

δ = 1*32,34 = 32,34° Dari Gambar 7.4, dengan φ = 32,34˚ diketahui nilai Ku = 1,65 L < Lcr Jadi Tun

=

1 2

pγ L2 K u tan δ

= ½*2,513*18.31*52*1,65*tan 32,34 = 600.938 kN

• Lapisan 2 (5-15m)

Data –data Lapisan ini merupakan pasir bersifat sedang Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 10m Diameter tiang (D) = 0,8 m Density Relative (Dr) = 72.5%

Berat volume tanah (γ) = 19.165 kN/m3 Sudut geser dalam ( φ ) = 33.57˚

p = π .D = π (0,8) = 2,513 m

 L  δ  ,  D  cr φ


δ  L  =14,3 dan =0,99  D  φ  cr Lcr = 14,3* D = 14,3* 0,8 = 11, 44m

δ = 0,99* 33.57 = 33,23° Dari Gambar 7.4, dengan φ = 33.57˚ diketahui nilai Ku = 1.75 L < Lcr


7-12

Jadi Tun

1

=

2

pγ L2 K u tan δ

= ½*2,513*19.165 *102*1,75*tan 33,23 =

2.762 kN


Data –data Lapisan ini merupakan lempung bersifat sedang-padat Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 10m Diameter tiang (D) = 0,8 m = 20.5 kN/m2

cu

p = π .D

= π (0,8)

= 2,513 m 2

untuk ( cu ≤ 27kN / m ) '

α

=

0,715 − 0,0191cu

= =

0,715-(0,019*20,5)

0,323

Maka '

Tun = Lpα cu = 10*2,513*0,323*20,5 = 166,7kN


Data –data Lapisan ini merupakan lempung bersifat sedang-padat Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 2m Diameter tiang (D) = 0,8 m cu = 16 kN/m2

p = π .D

= π (0,8)

= 2,513 m 2


α

=

0,715 − 0,0191cu

= 0,715-(0,019*16) = 0,409


7-13

Maka '

Tun = Lpα cu

= 2*2,513*0.409*16 = 32,93 kN

Total

T un = 601 kN + 2762 kN + 167 kN + 33 kN = 3.563 kN

Wpile = 7800*

π 4

(0,8-0,012)*27

= 1.028 kN

Tug

= Tun + W

= 3.563 kN + 1.027 kN = 4.590 kN T uall =

=

T ug SF

4.590 3

= 1.530 kN

iii. Daya Dukung Lateral Daya dukung Lateral hanya di hitung pada lapisan pasir saja sampai kedalaman 15m. Dimensi Tiang Pancang : Outside Diameter (OD)

= 812 mm

Wall thickness

= 15 mm

Inside Diameter (ID)

= 797 mm

fy = 400x103 kN/m2 E = 210000 Mpa Inersia Penampang (I) I

=

π

( OD 64

4

− ID

4

) = 298318,3 cm

4

Menghitung Z ( Modulus Penampang) Z

 π  OD 4 − ID 4 ) = 3,77 × 10−3 m 3 (   32OD 

=


7-14

Data Tanah : C =0 φ = 33,52 γ = 1,561 t/m3

Penentuan Jenis Pondasi Tiang

T=

EI

5

nh

15 1,79

= 1, 79 m

→ long pile = 8,38 > 4 

Perhitungan Daya Dukung Lateral Tanah SF = 2 M u = f y × Z = 400 × 103 kN/m2 × 3,77×10-3 m 3 M u = 1508 kN - m

Perhitungan Kp ( Koefisien Tekanan Tanah Pasif)

( tan ( 45

Kp = tan 2 45 + φ Kp =

2

+

2

)

33,52 2

)

Kp = 3,42

Perhitungan Daya Dukung Lateral Ultimate (Hu) H u

M u

=

e + 0,54

1508

=

Hu

γ × OD × Kp

7, 72 + 0,54

Hu

15,61 × 0,812 × 3,46

Dari iterasi diperoleh Hu = 2146,14 kN = 214,6 ton

Daya Dukung Ijin Lateral H ijin

=

H u SF

=

2146,14 2

= 1073,07

kN = 107,3 ton


7-15

B. Tiang Miring

i.

Daya Dukung Tekan Daya dukung tekan tiang miring

= Qtotal x sin α = 355,314 x 0.986 = 350,339 ton

ii.

Daya Dukung Tarik Daya dukung tarik tiang miring

= Tug x sin α = 4590 x 0,986 = 4526,7 kN

T uall = =

T ug SF

4526,7 3

iii.

=1508,9 kN

Daya Dukung Lateral Daya dukung lateral tiang miring

= Qg x sin α = 107,3 ton x 0,986 = 105,79 kN


7-16

7.2.2. Trestle A. Daya Dukung Tekan

Daya dukung tekan yang dihitung hanyalah daya dukung ujung atau end bearing point , sehingga data tanah yang digunakan hanya pada lapisan terakhir, atau lapisan tempat ujung tiang sepanjang 27 m, yakni lapisan lempung bersifat sedang-padat. Berikut adalah tabel data tanah: Tabel 7.5 Data Tanah

BOR No

BL.1

DIRECT SHEAR

DEPTH

γ d

m

t/m3

kg/cm2

degree

rad

0-5

1.413

0.1

32.34

0.56444

5.0 - 15

1.09

0.006

33.57

0.58591

15 -25

2.6665

0.205

25.945

0.45283

25 -35

1.387

0.16

27.57

0.48119

C

φ

Tabel 7.6 Perhitungan Nq*, Nc*, q’ dan C

��

Δ ��

��

�

��

��

�

��

��

��

��

��

0.45283

��

��

��

��

0.48119

��

��

��

��

��

��

φ ��

��

��

0-5

0.56444

��

5.0 - 15

0.58591

15 -25 25 -35

� ��

��

Di mana q ' = ( ∆kedalaman) x γ d Sehingga

∑ q ' = 58.5t / m

2

Sedangkan nilai Nq* dan Nc* didapatkan dari Gambar 7.2 Masukkan semua variabel yang ada ke dalam persamaan berikut:

Q p

=

Ap q p

=

*

Ap (cNc

'

*

+ q N q )

Di mana nilai c, Nc* dan Nq* berada pada lapisan terakhir, yakni lapisan 25-35 m, sedangkan nilai q’ = ∑q’, sehingga didapatkan hasil sebagai berikut:

Tabel 7.7 Hasil Perhitungan Daya Dukung Tekan Tiang Pancang Dermaga

Jenis Trestle

D

Ap

Qp

m

m2

t

0,6

0,28274 599,593

SF 3

Q total t 199,864


7-17

B. Daya Dukung Tarik Tug

5m

Tun 15 m

D 25 m 27 m

Gambar 7.9 Sketsa skema daya dukung tarik.

• Lapisan 1 (0-5m) Data –data Lapisan ini merupakan pasir bersifat lepas Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 5m Diameter tiang (D) = 0,6 m Density Relative (Dr) = 88.2 %

Berat volume tanah (γ) = 18.31 kN/m3 Sudut geser dalam ( φ ) = 32,34˚

p = π .D = π (0,6) = 1.88m

 L  δ  ,  D  cr φ


δ  L   D  =14,3 dan φ =1  cr Lcr = 14,3* D = 14,3* 0,6 = 8,58m

δ = 1*32,34 = 32,34°


7-18

Dari Gambar 7.4, dengan φ = 32,34˚ diketahui nilai Ku = 1,65 L < Lcr Jadi Tun

1

=

2

pγ L2 K u tan δ

= ½*1.88*18.31*52*1,65*tan 32,34 = 451 kN

• Lapisan 2 (5-15m) Data –data Lapisan ini merupakan pasir bersifat sedang Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 10m Diameter tiang (D) = 0,6 m Density Relative (Dr) = 72.5%

Berat volume tanah (γ) = 19.165 kN/m3 Sudut geser dalam ( φ ) = 33.57˚

p = π .D = π (0,6) = 1.88m

 L  δ  , φ D   cr


δ  L   D  =14,3 dan φ =0,99  cr Lcr = 14,3* D = 14,3* 0,6 = 8,58m

δ = 0,99*33.57 = 33, 23° Dari Gambar 7.4, dengan φ = 33.57˚ diketahui nilai Ku = 1.75 L > Lcr Tun =

1 2

pγ L2cr K u tan δ + pγ Lcr K u tan δ ( L − Lcr )

=(½*1.88*19.165 *8,582*1,75*tan33,23) +( 1.88*19.165*8,58*1,75*tan 33,23) = 2.111 kN


7-19

•

Lapisan 3 (15-25m) Data –data Lapisan ini merupakan lempung bersifat sedang-padat Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 10m Diameter tiang (D) = 0,6 m cu = 20.5 kN/m2

p = π .D = π (0,6) = 1.88m 2


α

=

0,715 − 0,0191cu

= 0,715-(0,019*20,5) = 0.323 Maka '

Tun = Lpα cu

= 10*1.88*0.323*20.5 = 124,98 kN

•

Lapisan 4 (25-27m) Data –data Lapisan ini merupakan lempung bersifat sedang-padat Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 2m Diameter tiang (D) = 0,6 m cu = 16 kN/m2

p = π .D = π (0,6) = 1.88m 2


α

=

0,715 − 0,0191cu

= 0,715-(0,019*16) = 0.409 Maka '

Tun = Lpα cu = 2*1.88*0.409*16 = 24.69 kN


7-20

Total T un

= 450.7035kN

+ 2110.333 kN + 124.98 kN + 24.69 kN

= 2.711 kN

Wpile

= 7800*

π 4

(0,6-0,012)*27

= 572 kN

Tug

= Tun + W

= 2710.717 kN + 571.8774 kN = 3.283 kN T uall =

=

T ug SF

3282.595 kN 3

= 1.095 kN

C. Daya Dukung Lateral

Daya dukung lateral hanya di hitung pada lapisan pasir saja sampai kedalaman 15 m. Dimensi Tiang Pancang : Outside Diameter (OD)

= 600 mm

Wall thickness

= 15 mm

Inside Diameter (ID)

= 585 mm

fy

= 400x103 kN/m2

E

= 210000 Mpa

Inersia Penampang (I) I =

π

( OD 64

4

− ID 4 ) = 118006 cm 4

Menghitung Z ( Modulus Penampang)

 π  4 4 3 3 OD − ID ) = 2,042 × 10− m (   32OD 

Z = 


7-21

Data Tanah : C

=0

φ

= 33,52

γ

= 1,561 t/m3

Penentuan Jenis Pondasi Tiang

T=

EI

5

15 1,79

nh

= 1, 79 m

→ long pile = 8,38 > 4 

Perhitungan Daya Dukung Lateral Tanah SF = 2 3

2

-3

M u = f y × Z = 400 × 10 kN/m × 2,042×10 m

3

M u = 816, 8 k N - m

Perhitungan Kp ( Koefisien Tekanan Tanah Pasif)

( 2) Kp = tan ( 45 + 33,52 ) 2 Kp = tan 2 45 + φ 2

Kp = 3,42

Perhitungan Daya Dukung Lateral Ultimate (Hu) M u

H u = e + 0,54

Hu

γ × OD × Kp

816,8

= 7,72 + 0,54

Hu

15,61× 0,6 × 3,46

Dari iterasi diperoleh Hu = 1289,24 kN = 128,9 ton

Daya Dukung Ijin Lateral H ijin =

H u SF

=

1289,24 2

= 644,62 kN = 64, 46 ton


7-22

7.3. Kapasitas Daya Dukung Tiang Pancang Pada pekerjaan ini, kapasitas daya dukung tiang pancang pada pemodelan akan dibandingkan dengan perhitungan daya dukung end bearing hasil survei geoteknik yang telah dilakukan. Berikut adalah tabel perbandingannya:

Tabel 7.8 Perbandingan Perhitungan Daya Dukung Tekan Tiang Pancang

D

Ap

Qp

Q total

Pu

m

m2

t

t

t

3

199,864

88,727

0,50265 1065,94

3

355,314

104,29

0,50265 1065,94

3

355,314

246,87

Jenis

Pancang

Trestle

Tegak

0,6

0,28274 599,593

Tegak

0,8

Miring

0,8

Dermaga

SF

Dapat dilihat, baik pada trestle maupun dermaga, nilai Q total (hasil perhitungan) > Pu (hasil pemodelan pada SAP). Sehingga dapat disimpulkan daya dukung tekan tanah cukup aman terhadap reaksi perletakan pada tiang pancang.


7-23

Daya Dukung Tarik

Recommend Documents