HAND OUT REKAYASA PONDASI 2

JURUSAN TEKNIK SIPIL– FT UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

HAND OUT REKAYASA PONDASI 2 PONDASI TIANG PANCANG

HANGGORO TRI CAHYO A.

REVISI JANUARI 2006

Terimakasih kepada Prof Bengt B Broms pada situs Foundation Engineering by Prof Bengt B Broms www.geoforum.com, atas pencerahannya

Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

1

SESI 1 : PRINSIP DAN APLIKASI PONDASI TIANG

Pondasi tiang diperlukan untuk mendukung struktur atas untuk kondisi-kondisi sebagai berikut : a. Lapisan-lapisan tanah atas sangat kompresibel dan terlalu lemah mendukung struktur atas. Dalam hal ini pondasi tiang diperlukan untuk meneruskan beban kedalam lapisan tanah keras (bedrock). Jika pondasi tiang tidak mencapai tanah keras, maka beban struktur atas akan ditahan oleh friksi antara tiang dan tanah.


2

b. Jika pondasi harus menahan beban horizontal. Pondasi dalam dapat menahan momen dan vertikal secara bersamaan. Contohnya adalah pondasi untuk gedung tinggi, jembatan, dermaga dsb.

c. Pada tanah yang ekspansif. Tanah yang ekspansif dapat mengalami pengembangan (swelling) dan penyusutan (shrinkage) tergantung kepada kondisi kadar airnya. d. Pondasi harus menahan uplift forces. Hal ini misalnya terjadi pada basement dengan muka air tanah yang tinggi. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

3

e. Adanya erosi tanah pada abutment dan pier jembatan.

f. Pondasi harus menahan gerakan tanah lateral.

Pondasi tiang dapat

digunakan sebagai perkuatan lereng atau sekaligus sebagai pondasi bangunan yang berdiri di atas tanah berlereng.


4

Bagaimana pondasi tiang dapat menahan beban aksial kolom ?

Qultimit = Qujung + Qfriksi = q.Aujung + f.Aselimut Qultimit = Kapasitas ultimit pondasi tiang tunggal (kN) Qujung = Tahanan ujung tiang (kN) Qfriksi = Tahanan gesek tiang (kN)

Qultimit

q

=

Kapasitas dukung tanah pada ujung tiang (KN/m2)

Aujung =

Luas permukaan ujung tiang (m2)

f

Gesekan pada selimut tiang

=

atau adhesi tanah dengan selimut

L

tiang (kN/m2)

Qfriksi Aselimut =

Luas permukaan selimut tiang (m2)

=

O. L

O

=

Keliling tiang (m)

L

=

Panjang tiang (m)

Qujung Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

5

Apa perbedaan tiang friction dan end bearing ?


6

Bagaimana mekanisme transfer bebannya ? Mekanisme transfer beban dari tiang ke dalam tanah adalah sangat kompleks. Beban pondasi akan ditransfer melalui tahanan gesek tiang (Qfriksi) dan tahanan ujung tiang (Qujung). Pada saat pembebanan tiang, perpindahan tiang ke arah bawah diperlukan untuk memobilisasi tahanan gesek tiang (Qfriksi). Tanpa memperhatikan jenis tanah, jenis tiang dan dimensinya, besarnya perpindahan relatif ini biasanya tidak melebihi 0,5 cm meskipun ada yang sampai mendekati 1,0 cm. Perpindahan ujung tiang yang dibutuhkan agar tahanan ujung tiang (Qujung) termobilisasi seluruhnya lebih besar daripada gerakan yang dibutuhkan untuk termobilisasinya tahanan gesek tiang (Qfriksi) secara penuh. Secara umum tahanan gesek tiang ultimit (Qfriksi) termobilisasi lebih awal daripada tahan ujungnya (Qujung).


7

Mekanisme transfer beban juga tergantung pada jenis tanah, jenis tiang, panjang tiang dan seberapa tinggi tingkat pembebanannya. Pada umumnya, saat awal pembebanan, sebagian besar beban didukung oleh tahanan gesek tiang (Qfriksi) pada tiang bagian atas. Ketika beban dilepas dan kemudian dibebani kembali dengan beban yang lebih besar, jika tahanan gesek tiang (Qfriksi) telah mencapai maksimum, sebagian beban akan didukung oleh tahanan ujung tiang (Qujung). Pada saat terjadi keruntuhan, dimana pergerakan vertikal tiang terus bertambah hanya dengan penambahan beban yang sedikit, maka tidak ada lagi kenaikan transfer beban ke tahanan gesek tiang (Qfriksi) dan tahanan ujung tiang (Qujung) telah mencapai nilai maksimumnya.


8

Apa perbedaan Qijin dan Qultimit ? Faktor aman (S.F) diperlukan untuk memprediksi besarnya kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (Qijin) berdasarkan prediksi nilai Qultimit. Alasan diperlukannya faktor aman dalam mendesain pondasi tiang antara lain adalah : •

Untuk memberikan keamanan terhadap tidak kepastian metode hitungan yang digunakan.

•

Untuk memberikan keamanan terhadap penyerderhanaan profil tanah serta parameternya yang digunakan dalam desain.

•

Untuk meyakinkan bahwa penurunan total yang terjadi pada tiang tunggal atau kelompok tiang masih dalam batas toleransi.

•

Untuk meyakinkan bahwa penurunan tidak seragam di atara tiang-tiang masih dalam batas toleransi.


9

Kondisi tanah yang bagaimana yang perlu menggunakan pondasi tiang ? Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam mendesain struktur pondasi adalah :

Berdasarkan pengalaman di lapangan, grafik sondir dapat di kelompokan menjadi 5 tipe grafik seperti Gambar 1.1 sampai dengan Gambar 1.5. Untuk memenuhi persyaratan (2) kapasitas dukung tanah dan (3) penurunan tanah, maka perlu dilihat terlebih dahulu seberapa besar beban yang akan didukung oleh tanah. Jika tanah pendukung sangat kompresibel dan terlalu lemah mendukung struktur atas seperti pada Gambar 1.3, maka penggunaan pondasi tiang sangat disarankan. Selain itu, faktor (1) ekonomis, (5) kemudahan pelaksanaan dan (6) dampak lingkungan merupakan bahan pertimbangan untuk pemilihan beberapa sistem pondasi yang masih memenuhi persyaratan (2) kapasitas dukung tanah dan (3) penurunan tanah. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

10

Gambar 1.1. Besarnya beban struktur atas berpengaruh pada pemilihan sistem pondasi footing atau tiang.


11

Gambar 1.2. Pemilihan sistem pondasi tiang pancang ditujukan untuk mempercepat proses konstruksi karena meminimalkan pekerjaan penggalian dan pengurugan. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

12

Gambar 1.3. Pondasi tiang diperlukan untuk meminimalkan resiko penurunan dan beda penurunan pada struktur atas.


13

Gambar 1.4.

Adanya lapisan lensa yang tipis masih memungkinkan digunakannya pondasi footing untuk beban kolom yang relatif kecil.


14

Gambar 1.5. Adanya lapisan lensa yang tebal memungkinkan digunakannya pondasi footing untuk beban kolom yang sesuai.


15

SESI 2 : SPESIFIKASI PONDASI TIANG PANCANG

A. SPESIFIKASI PILES Tabel 2.1 Spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles Ex-WIKA Outside Diameter (mm)

300

Unit Weight (kg/m)

115

350

145

400

195

450

235

500

290

600

395

Class

A2 A3 B C A1 A3 B C A2 A3 B C A1 A2 A3 B C A1 A2 A3 B C A1 A2 A3 B C

Panjang Tiang (m) dan Diesel Hammer*)

Concrete Cross Section (cm2)

6-13 K-13

452

6-15 K-13/K-25

582

6-16 K-25/K-35

765

6-16 K-35

929

6-16 K-35/K-45

1159

6-16 K-45

1570

Section Modulus (m3) 2368,70 2389,60 2431,40 2478,70 3646,00 3693,90 3741,70 3787,60 5483,50 5537,40 5591,30 5678,20 7591,60 7655,60 7717,10 7783,80 7929,00 10505,00 10579,30 10653,50 10727,80 10944,60 17482,80 17577,70 17792,70 17949,60 18263,40

Bending Momen Capacity (ton.m) Crack 2,50 3,00 3,50 4,00 3,50 4,20 5,00 6,00 5,50 6,50 7,50 9,00 7,50 8,50 10,0 11,0 12,50 10,50 12,50 14,00 15,00 17,00 17,00 19,00 22,00 25,00 29,00

Ultimate 3,75 4,50 6,30 8,00 5,25 6,30 9,00 12,00 8,25 9,75 13,5 18,00 11,25 12,75 15,00 19,80 25,00 15,75 18,75 21,00 27,00 34,00 25,50 28,50 33,00 45,00 58,00

Allowable Axial Load (ton) 72,60 70,75 67,50 65,40 93,10 89,50 86,40 85,00 121,10 117,60 114,40 111,50 149,50 145,80 143,80 139,10 134,90 185,30 181,70 178,20 174,90 169,00 252,70 249,00 243,20 238,30 229,50

Panjang tiang interval per m’ dengan mutu beton K-600 *) untuk tipe diesel hammer, angka dibelakang K menunjukkan berat ram dalam satuan kN.


16

Tabel 2.2 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-TONGGAK AMPUH Dimensi Tiang (cm)

Max. Panjang Tanpa Sambungan (m)

Max. Final Presetressing Force (Ton)

30 x 30 35 x 35 40 x 40 45 x 45 50 x 50 55 x 55 60 x 60

22,0 23,5 25,5 27,0 28,5 29,5 31,0

74,3 94,5 128,3 162,0 195,8 236,3 283,5

Max. Ultimate Bending Moment (Ton.m) 11,4 17,6 26,9 38,3 52,0 69,0 90,3

Max. Beban Axial (Ton)

Berat per Meter (kg/m)

121,5 165,3 216,0 273,3 337,5 408,3 486,0

220 300 392 496 612 741 862

Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500

B. SPESIFIKASI MINIPILES

Tabel 2.3 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex- PASIFIC PRESTRESSED Size

28x28x28 32x32x32 20x20

Type

PA PB PA PB PA PB

L (m)

Concrete Area (mm2)

3∼6

33.948

3∼6 3∼9 3∼6

44.340 40.000

Compression Allowable Ultimate (ton)

(ton)

44,2 42,5 58,6 56,9 51,7 49,4

91,9 88,9 121,6 118,6 107,6 103,5

Ult. Moment Cap P=0 to Max

Ultimate Tension Strength (ton)

(ton-m) 0,37 – 1,06 0,49 – 1,69 0,47 – 1,21 0,62 – 1,93 0,76 – 1,72 1,04 – 2,75

17,4 27,8 17,4 27,8 23,2 37,1

Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500 Tabel 2.4 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-FRANKI MINIPILE RECOMMENDED MAXIMUM SAFE WORKING LOAD OF MINI FRANKI PILE TYPE SIZE COMPRESSION MF-28 25 TON Δ 28 x 28 x 28 MINI FRANKI PILE per 6 meter MF-32 40 TON Δ 32 x 32 x 32 MINI FRANKI PILE per 6 meter

TENSION 5 TON 5 TON

Bentuk penampang segitiga, mutu beton K-500


17

Tabel 2.5 Spesifikasi Prestressed Concrete Piles Ex-TONGGAK AMPUH Dimensi Tiang (cm)

Max. Panjang Tanpa Sambungan (m)

Max. Final Presetressing Force (Ton)

20 x 20 25 x 25

18,0 20,0

33,8 47,3

Max. Ultimate Bending Moment (Ton.m) 3,4 6,4

Max. Beban Axial (Ton)

Berat per Meter (kg/m)

54,0 84,3

98 153

Tabel 2.6 Spesifikasi Reinforced Concrete Mini Pile Ex-PATON BUANA SEMESTA BENTUK Mutu Beton Tulangan Utama Beugel Panjang Section Daya Dukung izin Material Tiang

Persegi 20x20 K-350 4 D 13 φ6 3.00 M 6.00 M

Persegi 25x25 K-350 4 D 16 φ6 3.00 M 6.00 M

Segitiga 32x32x32 K-350 3 D 16 φ6 3.00 M 6.00 M

Segitiga 37x37x37 K-350 3 D 16 φ6 3.00 M 6.00 M

26,8 Ton

59 Ton

29,3 Ton

54 Ton

Tabel 2.7 Spesifikasi Reinforced Concrete Mini Pile Ex-PASIFIC PRESTRESSED Size

28x28x28 32x32x32 20x20

Type

RA RB RA RB RA RB

L (m)

Concrete Area (mm2)

3∼6

33.948

3∼6 3∼9

44.340

3∼6

40.000

Compression Allowable Ultimate (ton) 56,0 58,6 75,0 82,6 57,6 59,0

(ton) 94,0 98,4 118,0 130,0 110,0 113,0

Ult. Moment Cap P=0 to Max (ton-m) 1,1 – 2,6 1,5 – 3,0 1,7 – 4,1 2,4 – 4,7 1,2 – 2,9 1,5 – 3,1

Ultimate Tension Strength (ton) 14,0 21,0 21,0 29,8 14,0 18,6

Bentuk penampang persegi, mutu beton K-500


18

SESI 3 : KAPASITAS TIANG TUNGGAL BERDASARKAN DATA UJI LAPANGAN A. BERDASARKAN DATA SPT

Gambar 3.1. Rumus kapasitas dukung tiang berdasarkan data N-SPT Mayerhof (1967) dapat digunakan pada data hasil pemboran ini. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

19

Rumus kapasitas dukung tiang berdasarkan data N-SPT Mayerhof (1967) dalam Cernica (1995) untuk tanah non-kohesif :

ftotal = Σ (fi.Li) fi

= 2 x Ni

q

= 40.N (L/D) < 400.N

ftotal = Total gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan selimut tiang untuk setiap lapisan yang dijumpai (kN/m’) Li

= Tebal lapisan tanah ke-i (m)

fi

= Gesekan pada selimut tiang atau adhesi tanah dengan selimut tiang untuk lapisan tanah ke-i (kN/m2)

D

= Diameter tiang (m)

L

= Total panjang tiang (m)

q

= Kapasitas dukung tanah pada ujung tiang (KN/m2)

Qvultimit

Qultimit

= Aujung . q + O . ftotal

Qijin

= Qultimit / SF

= Kapasitas ultimit pondasi tiang tunggal (kN)

Qvijin

=

Kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (kN)

SF

=

Faktor aman yang nilainya dapat diambil 2,5 s/d 3.

Aujung =

Luas permukaan ujung tiang (m2)

O

Keliling tiang (m)

=


20

Tabel 3.1. Kapasitas dukung ijin (kN) berdasarkan nilai tahanan ujing bawah tiang pancang pada tanah non-kohesif (Wika PC Piles, 2001) NILAI SPT 25 30 35 40 45 50 55 60

300 240 280 330 380 430 470 520 570

350 320 380 440 510 570 640 700 760

DIAMETER TIANG (mm) 400 450 410 520 500 630 580 740 670 840 750 950 830 1050 920 1160 1000 1270

500 650 780 910 1040 1170 1300 1430 1570

600 940 1130 1310 1500 1690 1880 2070 2260

1 Ton = 10 kN Contoh Soal 3.1 : Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan SPT Hitunglah kapasitas dukung tiang minipile 25x25 dengan kedalaman (L) = 24 m. Data penyelidikan tanah bor mesin menggunakan data Proyek Gedung Pascasarjana Undip Jalan Imam Barjo, SH Semarang seperti pada Gambar 3.1. Bahan minipile adalah beton bertulang dengan Qijin bahan = 590 kN. Jawab : Nilai SPT untuk perhitungan Qfriksi No 1 2 3

Lapisan Tanah Pasir sedikit lempung Lempung kepasiran Pasir

Depth (m) 0-16,.5

Tebal Li (m) 16,5

Ni 12

fi 24

396

16,5-19,5

3

27

54

162

19,5-24

4,5

32

64

288 846 kN/m

fi = 2 x Ni (kN/m2)

ftotal

fi.Li

Nilai SPT untuk perhitungan Qujung Nilai N-SPT pada kedalaman 24 meter adalah 40 sehingga, q

= 40 . N (L/D) < 400 . N = 40 . 40 . 24/0,25 = 153600 kN/m2

Nilai maksimum q = 400 . N = 16000 kN/m2 Sehingga diambil q = 16000 kN/m2


21

Qultimit = Aujung . q + O . ftotal = (0,252) . 16000 + (0,25x4) . 846 = 1846 kN Qijin

= Qultimit / SF = 1846 / 3 = 615 kN ( ≈ 600 kN)

Chek terhadap kekuatan bahan tiang pancang Bahan direncanakan menggunakan beton bertulang dimensi 25x25 panjang per segmen 6 meter. Kapasitas ijin bahan minipiles (Qijinbahan) = 590 kN. Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Qijin) diambil 590 kN (pilih yang terkecil dari Prediksi Qijin dan kekuatan materialnya) B. BERDASARKAN DATA SONDIR Dalam Wesley (1977) disebutkan kapasitas dukung tiang ijin untuk tiang yang dipancang sampai lapisan pasir :

Qijin = (qc . Aujung)/3 + (Tf . O)/5 Qujung

Qfriksi

Untuk pemancangan tiang pada tanah lempung Wesley (1977) menyarankan penggunaan faktor aman yang lebih besar dari tiang dalam pasir. Dalam Suryolelono (1994) untuk pemancangan tiang pada tanah lempung dapat digunakan rumus :

Qijin = (qc . Aujung)/5 + (Tf . O)/10 Berdasarkan pengalaman desain, biasanya pemancangan tiang pada tanah lempung jika ujung tiang telah mencapai tanah keras dapat digunakan rumus :

Qijin = (qc . Aujung)/3 + (Tf . O)/10


22

Qvijin

= Kapasitas ijin pondasi tiang tunggal (kg)

qc

= Perlawanan Ujung sondir (kg/cm2)

Tf

= Total friction sondir (kg/cm’)

Aujung

= Luas permukaan ujung tiang (cm2)

O

= Keliling tiang (cm)

Gambar 3.2. Data sondir perlu diverifikasi dengan data hasil pemboran dan N-SPT agar menghasilkan desain yang aman.


23

Contoh Soal 3.2 : Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan sondir Hitunglah kapasitas dukung tiang D45 jika dipancang hingga kedalaman tanah 18 meter. Jika ditentukan spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles adalah Ex-WIKA Klas-C dengan Qijin bahan = 1349 kN. Data penyelidikan tanah sondir menggunakan data Proyek Gedung PLN APJ Pekalongan seperti pada Gambar 3.2. Jawab : Karena tiang belum mencapai tanah keras (qc ≥ 200 kg/cm2), maka rumus yang digunakan adalah : Qijin = (qc . Aujung)/5 + (Tf . O)/10 Qujung

Qfriksi

Untuk diameter tiang (D) = 45 cm maka, Luas ujung tiang (A) = ¼ π D2 = ¼ π. 452 = 1591 cm2 Keliling tiang (O) = π D = π . 45 = 141,4 cm qc = 80 kg/cm2 Tf = 750 kg/cm Qijin = = = =

(qc . A)/5 + (Tf . O)/10 (80 x 1591)/5 + (750 x 141,4)/10 25456 + 10605 36061 kg ≈ 360 kN

Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Qijin) diambil 360 kN (pilih yang terkecil dari Prediksi Qijin sondir dan kekuatan materialnya)


24

SESI 4 : KELOMPOK TIANG A. KAPASITAS DUKUNG TIANG KELOMPOK (Pijin)

Pijin

O Pile cap

≥ 3D

≥ 3D O

Qijin

Qijin

L

≥ 3D

D

Pijin = Qijin.n.Eg ≥ 3D n = jumlah tiang dalam satu pile cap.

UNTUK TANAH NON-KOHESIF 1. End bearing piles --------- Eg diasumsikan 1,0 2. Floating atau friction piles --------- Eg diasumsikan 1,0

UNTUK TANAH KOHESIF Untuk kondisi jarak antar pile (pusat ke pusat) ≥ 3.D : 1. End bearing piles --------- Eg diasumsikan 1,0 2. Floating atau friction piles --------- 0,7 ≤ Eg ≤ 1,0 Nilai Eg bertambah linear dari 0,7 untuk S=3D hingga 1,0 untuk S=8D. Untuk kondisi jarak antar pile (pusat ke pusat) < 3.D : Kapasitas Pijin dihitung dengan keruntuhan blok SF=3. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

25

Contoh Soal 4.1 : Diketahui : Tiang pancang dengan diameter (D)=45 cm tersusun dalam sebuah pile cap seperti dibawah ini memiliki kedalaman tiang (L)=12 meter. Proyek terletak di kota Pekalongan dengan data tanah yang tersedia adalah data sondir seperti pada Gambar 3.2. Ditanya : Hitunglah kapasitas dukung tiang kelompok (Pijin). Chek apakah pondasi tiang aman untuk beban aksial (P)=100 ton? Jawab : 135

135 350

O 135

215 Pijin

O Pile cap

Tiang D45

L=12 m

135


26

B. DISTRIBUSI BEBAN STRUKTUR ATAS KE KELOMPOK TIANG Beban yang didukung oleh tiang ke-i (Qi) akibat beban P, Mx dan My dalam sebuah pile cap adalah : kI

kIII

kII ≥3D

≥3D

kIV ≥3D

bIII

+

y B

≥3D

+

bII

x

O

≥3D

bI L

P

P My

Pile cap

Mx

Pile cap

O

O

h

h

Tiang

Tiang ≥3D

≥3D

kI

kII

kIII

Qi

±

= n

n

bI

kIV

P

≥3D

≥3D

≥3D

My . x i Σ(x ) 2

±

bII

bIII

Mx . yi Σ(y2)

= jumlah tiang dalam satu pile cap.

Σ (x2) = jumlah kuadrat jarak x terhadap titik pusat berat kelompok tiang (O). Σ (y2) = jumlah kuadrat jarak y terhadap titik pusat berat kelompok tiang (O). xi

= jarak tiang ke-i terhadap titik O searah sumbu x.

yi

= jarak tiang ke-i terhadap titik O searah sumbu y.


27

Contoh Soal 4.2 :

kI

135

135 1

kIII

kII 2

135 3

5

6

135 7 x

O

bIII

4

y 355

Diketahui :

kIV

Beban yang bekerja pada titik berat tiang ( O ) : Ptotal

= P + Berat pile cap = 6000 + 1,2.3,55.4,90.24 = 6500,976 kN = 820 kN.m = -700 kN.m = 24 kN/m3

bII

8

135 9

10

11

12

bI

490

My Mx γbeton

P=6000 kN

P=6000 kN

My= 820 kN.m Pile cap

O

Mx= -700 kN.m O Pile cap

120

120

Tiang D45

Tiang D45

kI

kII

kIII

kIV

67,5 67,5 202,5 202,5

bI

bIII

bII 135

135

Ditanyakan : Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang (Qi) ?


28

Jawab : Langkah 1 : Menghitung letak titik berat tiang (O) Perhitungan letak titik berat tiang tidak perlu dilakukan karena susunan tiang yang simetris baik pada arah x dan y. Letak titik berat tiang berada pada koordinat (0,0) dan berimpit pada titik berat pile cap.

Langkah 2 : Perhitungan besarnya distribusi beban ke tiang n = 12 buah Σ(x2) = 6 (2,0252) + 6 (0,6752) = 27,3375 m2 2 Σ(y ) = 8 (1,352) = 14,58 m2 Ptotal Qi

=

My . xi

±

±

Σ(x )

Σ(y2)

2

n 6500,976

820 . xi

±

= 12

No.Tiang i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mx . yi

27,3375

POSISI xi (m) yi (m) -2.025 1.35 -0.675 1.35 0.675 1.35 2.025 1.35 -2.025 0 -0.675 0 0.675 0 2.025 0 -2.025 -1.35 -0.675 -1.35 0.675 -1.35 2.025 -1.35

Qi kN 416.19 456.69 497.18 537.67 481.01 521.50 561.99 602.49 545.82 586.32 626.81 667.30


±

-700 . yi 14,58

(minimum)

(maksimum)

29

Contoh Soal 4.3 : Diketahui : Tiang pancang dalam sebuah pile cap memiliki susunan seperti gambar di bawah ini. Susunan yang tidak simetris ini disebabkan adanya struktur pondasi bangunan lama yang membuat tiang baris KIII sulit untuk dipancang sehingga digeser hingga 65 cm.

P=4200 kN kI

kIII

kII 135

200 Kolom 60x60

bIII 135 355

Pile cap

bII

90

135 bI y

240

180 Tiang D45

x

135

200

Ditanyakan : Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang (Qi) ? Jawab : Langkah 1 : Menghitung letak titik berat tiang (O)

Letak titik berat tiang terhadap baris bI : 9 yo = 3 . 1,35 + 3 . 2,70 yo = 1,35 m

y+ x+

355 yO

135 135

xO 240 Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

200

135

Letak titik berat tiang terhadap baris kI : 9 xo = 3 . 1,35 + 3 . 3,35 xo = 1,56667 m

180 30

Langkah 2 : Menghitung Eksentisitas Beban kolom dan pile cap

Eksentrisitas kolom terhadap titik berat pondasi : exkolom = 2,4 – 1,56667 – 0,425 = 0,40833 m Eksentrisitas titik berat pile cap terhadap titik berat pondasi : expoer = 2,1 – 1,56667 – 0,425 = 0,10833 m Beban yang bekerja pada titik berat pondasi (O) : γbeton = 24 kN/m3 P = Pkolom + Ppoer = 4200 + (4,2.3,55.0,9) 24 = 4522 kN My = Pkolom . exkolom + Ppoer . expoer = 4200 . 0,40833 + 322 . 0,10833 = 1749,87 kN.m Mx = 0

42,5

42,5 135

200 2

1

3

+

y

135 +

355

x

4

5

yO

6 135

exKolom 7

8

9

xO 240


180

31

Langkah 3 : Perhitungan besarnya distribusi beban ke tiang n=9 Σ(x2) = 3 (1,566672) + 3 (0,216672) + 3 (1,783332) = 17,045 m2 Ptotal =

Qi

My . xi

±

Σ(x2)

n 4522 ±

= 9

No.Tiang i

1749,87 . xi 17,045

POSISI xi (m)

Qi yi (m)

kN

1 2 3 4 5 6 7 8 9


32

Contoh Soal 4.4 : Diketahui : Abutment setinggi 9,75 m dari dasar pondasi memiliki susunan pile cap seperti dibawah ini. Kapasitas dukung tiang tunggal end bearing persegi 50x50 berdasarkan hasil sondir dan SPT menghasilkan Qijin

= 1100 kN. Kapasitas

dukung tiang tunggal arah horisontal (Hijin) = 100 kN. 45

45

200

200

200

200

±0.00 45

1 Tiang 50x50

5 200

y x

6

O Abutment 150x890 cm

11

10 200 15

Tanah Urugan

45

STRUKTUR ABUTMENT

P Mx

H O Pile Cap -9,75

Tiang 50x50 1H:4V -27.00 200

200

45

45

Beban jembatan rangka baja bentang 60 m, berat sendiri abutmen dan oprit bekerja pada titik berat tiang pancang (O) : Beban aksial (P) = 12000 kN. Beban momen memutar sumbu x (Mx) = 2500 kN.m Beban lateral (H) = 3000 kN. Ditanyakan : a. Berapa beban yang didukung oleh masing-masing tiang ? b. Chek apakah pondasi abutment tersebut aman ? Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

33

Jawab : a. Beban yang didukung oleh masing-masing tiang adalah : Σ(y2) = 10. (22) = 40 m2 P Qi

Mx . yi

±

=

Σ(y2)

n = 12000

2500. yi +

15

40

Untuk baris tiang 1 s/d tiang 5, yi = 2,0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Qi = 925 kN Tiang pada baris ini memiliki kemiringan taing 1H:4V maka m=4. Distribusi yang terjadi pada tiang 1 s/d 5 untuk arah vertikal : Qiv = Qi / m.√(1+m2) = 925/4.√(1+42) = 953,5 kN Distribusi yang terjadi pada tiang 1 s/d 5 untuk arah horisontal : Qih = Qi / m = 925/4 = 231,25 kN Untuk baris tiang 6 s/d tiang 10, yi = 0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Qi = 800 kN Untuk baris tiang 11 s/d tiang 15, yi = -2,0 sehingga untuk masing-masing tiangnya Qi = 675 kN b. Untuk mengecek apakah pondasi abutment tersebut aman jika diketahui kapasitas dukung tiang tunggal end bearing Qijin = 1100 kN dan kapasitas dukung tiang tunggal arah horisontal (Hijin) = 100 kN. •

Nilai yang terbesar dari distribusi beban vertikal (Qi) ke masing-masing tiang : Qi = 953,5 kN < Qijin (= 1100 kN) .. Aman.

•

Nilai yang terbesar dari distribusi beban horisontal (Hi) ke masingmasing tiang : Beban horisontal yang didukung tiang miring = 5 x 231,5 = 1157 kN Sehingga beban horisontal masing-masing tiang, Hi = (3000-1157) /15 =122,8 KN > Hijin (=100 kN) .. Tidak Aman.


34

SESI 5 : PELAKSANAAN PEKERJAAN TIANG PANCANG

Bagaimana proses pemancangan tiang ?

Gambar 5.1. Proses pemancangan tiang berhenti berdasarkan hasil kalendering.


35

Tabel 2.1 Spesifikasi Drop Hammer untuk Minipiles – Paton B.S SPESIFIKASI Berat Hammer Tinggi Jatuh Daya Dukung izin Tiang Pondasi

PB 135 1,35 Ton 1,00 M

PB 150 1,50 Ton 0,90 M

PB 200 2,00 Ton 0,75 M

20 – 25 Ton

20 – 25 Ton

25 – 30 Ton

Tabel 2.2 Spesifikasi Diesel Hammer Kobelco 1971 untuk Piles. SPESIFIKASI HAMMER

K13

K25

K35

K45

Total weight

lb.

7800

13200

19100

25300

Weight of ram

lb.

2870

5510

7720

9920

Energy per blow (mm-max) - Lb.

ft. lb.

13200 25390

23500 51540

31700 72150

39000 92760

Ram Stroke (mm-max)

ft.

4,60 – 8,85

4,26 – 9,35

4,119,35

3,93 – 9,35

Number of blows

Blows /min

40-60

39 - 60

39 - 60

39 - 60

149900

238100

330800

421200

lb. Explosive force -3 1 lb.ft = 1,305 x 10 kN.m 1 ft = 3,05 x 10-1 m


36

Kapan penghentian pemancangan ? FINAL SET UNTUK PEMANCANGAN MINIPILES DENGAN DROP HAMMER FORMULA MODIFIED ENR Wr + (N2 + Wp)

eh x Wr x h Qijin

=

x S + 0,1

dengan, Qijin Wp Wr H eh N SF S

= = = = = = = =

1 x

Wr + Wp

SF

Kapasitas dukung tiang (kg) Berat tiang pancang (kg) Berat Hammer (kg) Tinggi Jatuh (cm) Faktor Efisiensi = 0,90 Koefisiensi Restitusi = 0,50 Faktor Keamanan = 6 Final set untuk satu kali pukulan (cm)

Contoh 5.1 : Final set untuk tiang minipiles Diketahui : Minipiles 20X20 panjang 3 meter = 288 Kg, dengan kapasitas dukung minipiles (Qijin) = 21,81 ton. Drop Hammer menggunakan berat hammer 1600 kg dan tinggi jatuh 90 cm. Ditanyakan : Berapa besarnya final set untuk 10 kali pukulan hammer ? Jawab : Wr + (N2 + Wp)

eh x Wr x h Qijin

=

x S + 0,1

x Wr + Wp x

S + 0,1 S

=

SF

1600 + (0,502 + 288)

0,90 x 1600 x 90 21810 =

1

1 x

1600 + 288

6

0,778 cm

Jadi untuk mencapai daya dukung = 21,81 ton, maka final set = 8 cm (untuk 10 kali pukulan) Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

37

Gambar 5.2. Kendali mutu pelaksanaan pemancangan tiang di lapangan antara lain (1) ketegaklurusan tiang, (2) kalendering dan (3) penyambungan segmen tiang.


38

FINAL SET UNTUK PEMANCANGAN PILES DENGAN DIESEL HAMMER Hiley Formula untuk hammer desel Wr + N2.Wp

eh . 2.Wr.h Qijin

=

x S + (C1+C2+C3)/2

1 x

W r + Wp

SF

dengan, Qijin Wp Wr H eh N SF S

= = = = = = = =

Kapasitas dukung tiang (ton) Berat tiang pancang yang terakhir dipancang (ton) Berat Hammer (ton) Tinggi Jatuh hammer (m) Faktor Efisiensi = 1,0 Koefisiensi Restitusi = 0,25 Faktor Keamanan = 3 Final set (m)

Nilai

Easy Driving p = 35 kg/cm2

Medium Driving p = 70 kg/cm2

Hard Driving p = 105 kg/cm2

Very Hard Driving p = 140 kg/cm2

C1 C2 C3

0,003 0,002.L/2 0-0,0025

0,006 0,004.L/2 0,0025

0,010 0,006.L/2 0,0025

0,013 0,008.L/2 0,0025


39

PROSEDUR PERHITUNGAN PERENCANAAN STRUKTUR PONDASI TIANG PANCANG

Sebuah gedung bertingkat memiliki kolom 60x60 cm dengan pembebanan tetap (beban hidup + beban mati) sebesar : Beban aksial kolom (P) = 2408 kN Momen memutar sumbu x (Mx) = 3,42 kN.m Momen memutar sumbu y (My) = 5,08 kN.m Desainlah pondasi tiang pancang dengan menggunakan data SPT dan CPT yang berdekatan. Mutu beton digunakan K-400 dan tulangan digunakan BJTD39.

JAWAB : A. Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan CPT Qijin = (qc . Aujung)/3 + (Tf . O)/10

Qujung

Qfriksi

Diameter piles diambil D45 (besarnya dimensi piles tergantung beban kolom dan kemudahan pelaksanaan di lapangan). Untuk diameter tiang (D) = 45 cm maka, Luas ujung tiang (A) = ¼ π D2 = ¼ π. 452 = 1591 cm2 Keliling tiang (O) = π D = π . 45 = 141,4 cm TIPS : Untuk perediksi awal, kedalaman tiang disarankan mencapai tanah keras dengan diambil diameter tiang terkecil dari spesifikasi yang ada. Jika tiang yang dibutuhkan dalam satu kolom terlalu banyak, diameter tiang dapat diperbesar. Kedalaman Tanah keras 20 m (qc > 200 kg/cm2 atau N-SPT > 40) qc = 200 kg/cm2 Tf = 1950 kg/cm Qijin = = = =

(qc . A)/3 + (Tf . O)/10 (200 x 1591)/3 + (1950 x 141,4)/10 106066 + 27573 133639 kg ( ≈130 ton) = 1300 kN


40


41

B. Prediksi kapasitas dukung tiang jika menggunakan SPT Panjang pile (L) = 20 m, Radius pile (R) = 22,5 cm B.1. Nilai SPT untuk perhitungan Qfriksi No Lapisan Depth Tebal Li 1 2 3

Tanah Lempung Coklat tua Lempung Hitam Breksi

fi

fi.Li

(m) 2–7

(m) 5

Ni 3

6

30

7 – 12

5

4

8

40

12 – 20

8

17

34

272 342 kN/m

fi = 2 x Ni (kN/m2)

ftotal

B.2. Nilai SPT untuk perhitungan Qujung Nilai N-SPT pada kedalaman 20 meter adalah 42 sehingga, q

= 40 . N (L/D) < 400 . N = 40 . 42 . 20/0,45 = 74666 kN/m2

Nilai maksimum q = 400 . N = 16800 kN/m2 Sehingga diambil q = 16800 kN/m2 Qultimit = Aujung . q + O . ftotal = 0,1591 . 16800 + 1,414 . 342 = 2672,88 + 483,588 = 3156,46 kN Qijin

= Qultimit / SF = 3156,46 / 3 = 1052,156 kN ( ≈ 1050 kN)

C. Chek terhadap kekuatan bahan tiang pancang Bahan diambil dari spesifikasi Prestressed Spun Concrete Piles ExWIKA Klas-C dengan Qijin bahan = 134,9 Ton = 1349 kN Sehingga Kapasitas tiang tunggal (Qijin) diambil 1050 kN (pilih yang terkecil dari Prediksi Qijin CPT, SPT dan kekuatan materialnya)


42


43

D. Jumlah tiang yang dibutuhkan dalam desain Jumlah tiang yang dibutuhkan dalam satu kolom dengan beban : Beban aksial kolom (P) = 2408 kN Momen memutar sumbu x (Mx) = 3,42 kN.m Momen memutar sumbu y (My) = 5,08 kN.m Jarak tiang diambil 3.D = 3 x 45 cm = 135 cm Dengan jarak tiang 3.D nilai efisiensi tiang kelompok (Eg) = 0,7 Jumlah tiang yang dibutuhkan (n) = P/(Qijin.Eg) = 2408 / (1050.0,7) = 3,276 buah Jumlah tiang dibulatkan jadi 4 buah. TIPS :jika momen yang terjadi cukup besar, lebih baik jumlah pile dibesarkan dari kebutuhan tiang terhadap beban aksial kolomnya.

E. Distribusi beban kolom ke masing-masing tiang Jika telah diketahui jumlah pile yang dibutuhkan adalah 4 buah maka desain pile cap atau poer dapat dipilih dengan susunan : Kolom 60x60

40

135

40

Tie Beam

1

y

Pile Cap

4

2 3

215

x

Distribusi beban kolom ke masingmasing tiang dalam pile cap adalah : Qi Σx2 Σy2 n

= = = =

P/n ± My.x/(Σx2) ± Mx.y/(Σy2) 4. (1,35/2)2 = 1,8225 m2 4. (1,35/2)2 = 1,8225 m2 4 buah

Pile D45

Q1 = = = Q2 = Q3 = Q4 =

2408/4 + 3,42.(-0,675)/1,8225 + 5,08.(0,675)/1,8225 602 – 1,2667 + 1,8815 602,6148 kN 605,1482 kN < Qijin.Eg (=1050.0,7 = 735 kN) ..OK! 601,3852 kN 598,8518 kN > 0 , tidak perlu hitung kap. tarik tiang.

Jika Qi menderita tarik (-) maka tiang harus didesain menahan tarik.


44

F. Perhitungan Final Set untuk penghentian pemancangan tiang Tiang direncanakan dipancang dengan mesin diesel hammer K35 (spesifikasi diesel hammer untuk tiap diameter tiang berbeda). Segmen tiang untuk total 20 meter adalah 12 + 9 meter.

Hiley Formula untuk hammer desel pada tanah medium driving Wr + N2.Wp

eh . 2.Wr.h Qijin

=

x S + (C1+C2+C3)/2

1 x

W r + Wp

SF

dengan, Qijin = Kapasitas dukung tiang (ton) Wp = Berat tiang pancang. Untuk D45, L = 9 m maka beratnya 0,235.9 = 2,115 ton Wr = Berat Hammer Untuk K-35 Diesel Hammer berat hammer = 3,5 ton H = Tinggi Jatuh hammer Tinggi jatuh hammer dilapangan direncanakan 1,2 meter eh = Faktor Efisiensi = 1,0 N = Koefisiensi Restitusi = 0,25 SF = Faktor Keamanan = 3 S = Final set

Nilai

Easy Driving p = 35 kg/cm2

Medium Driving p = 70 kg/cm2

Hard Driving p = 105 kg/cm2

Very Hard Driving p = 140 kg/cm2

C1 C2 C3

0,003 0,002.L/2 0-0,0025

0,006 0,004.L/2 0,0025

0,010 0,006.L/2 0,0025

0,013 0,008.L/2 0,0025

(C1+C2+C3)/2 = (0,006 + 0,004.9/2 + 0,0025)/2 =0,01325


45

PERHITUNGAN FINAL SET Faktor Efisiensi (Eh) : Berat Hammer (Wr) : Tinggi Jatuh (h) : Koef. Restitusi (N) : Berat 1 Section (Wp) : Faktor keamanan (SF): Final Set (s) (C1+C2+C3)/2

1.000 3.500 1.200 0.250 2.115 3.000 0.0040

ton m ton m

0.01325

Pall per pile

105.000 ton

Final Set (s) untuk 10 x Pukulan =

4 cm

Sehingga final set untuk 10 x pukulan adalah 4 cm.

G. Menghitung Tinggi Pile Cap dan Penulangannya Untuk menghitung besarnya momen, geser satu arah dan geser pons, diperlukan data perhitungan : Dimensi kolom 60 cm x 60 cm. Beban aksial kolom (P) = 2408 kN. 40

135

40

y 1

2 x

4

3

215

Distribusi beban untuk setiap tiang pancang : Q2 = 605,1482 kN. Q1 = 602,6148 kN Q3 = 601,3852 kN Q4 = 598,8518 kN. Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

46

Untuk menghitung struktur betonnya, beban perlu dikalikan dengan faktor beban : U=1,2 (beb.mati) + 1,6 (beb.hidup) Namun jika yang diketahui hanya nilai (beban mati + beban hidup) tanpa mengetahui besarnya masing-masing dapat dilakukan pendekatan nilai faktor beban 1,4.

135

40

Mutu bahan yang digunakan : Mutu beton K-400 (f’c=33,2 MPa) Mutu tulangan baja fy=390 MPa

40

1

2

½d

b h

½d

Bidang Kritis Pons 3

4

Beban kolom ultimate : Pu = 1,4 x P = 1,4 x 2408 = 3371,2 kN

B = 215 cm

Beban per pile ultimate : Qu1 = 1,4 x 602,6148 = 843,66 kN Qu2 = 1,4 x 605,1482 = 847,20 kN. Qu3 = 1,4 x 601,3852 = 841,83 kN Qu4 = 1,4 x 598,8518 = 838,39 kN.

Kolom 60x60

d

Chek Terhadap Geser Pons :

45°

Pile Cap

th

Tulangan As

Besarnya tinggi efektif (d) pile cap dicoba 80 cm. Vu pons

= Pu = 3371,2 kN

Keliling bidang kritis geser pons (bo) : bo = 2 (b + d) + 2 (h + d) = 2 (600 + 800) + 2 (600 + 800) = 5600 mm

Pile D45

φ Vc pons = 0,6.0,33.√f’c.bo.d (MPa = N/mm2) = 0,6 . 0,33 . √33,2 . 5600 . 800 = 5,111 x 106 N = 5111 kN Vu pons < φ Vc pons ……OK Struktur Pondasi Tiang Pancang - Hanggoro Tri Cahyo A.

47

Chek Terhadap Geser Lentur Pengecekan geser lentur pada kasus ini tidak dilakukan karena untuk d = 80 cm tiang pancang berada di dalam bidang geser yang terbentuk. Sehingga tebal pile cap (th) = d + 15 cm + selimut beton + ½.dia.tul pile cap = 80 + 15 + 5 + 2,5/2 = 101,25 ≈ 105 cm. Jika pengecekan akan dilakukan langkah perhitungannya : Vu geser lentur

= Total Qu tiang diluar bidang geser yang terbentuk baik untuk arah potongan x-x maupun y-y.

φ Vc geser lentur = 0,6.0,17.√f’c .B.d (MPa = N/mm2) Syarat : Vu geser lentur > φ Vc geser lentur Jika belum memenuhi maka perbesar tinggi efektif (d)

Perhitungan Tulangan Pile Cap Momen terhadap titik berat kolom : Mu = (Qu1 . 1,35/2) + (Qu2 . 1,35/2) = (843,66 . 1,35/2) + (847,2 . 1,35/2) = 1141 kN.m = 1,141 x 107 kg.cm B d f’c f’y

= 215 cm = 80 cm = 33,2 MPa = 332 kg/cm2 = 390 MPa = 3900 kg/cm2

Mencari nilai β1 : Jika f’c ≤ 300 kg/cm2 maka β1 = 0,85 f’c > 300 kg/cm2 maka β1 = 0,85 – 0,0008 (f’c – 300) Jika β1 < 0,65 maka β1 = 0,65 Untuk f’c = 332 kg/cm2 maka nilai β1 = 0,8244 Mn = Mu/0,8 = 14262500 kg.cm


48

K

=

Mn = B . d . 0,85 . f’c

14262500 215 . 802 . 0,85 . 332

2

= 0,03673 F

=1–√1–2K

Fmax

= β1 . 4500 6000 + fy

= 0,03743

= 0,3747

F ≤ Fmax → Tulangan tunggal F > Fmax → Tulangan rangkap Karena kondisi F < Fmax maka digunakan perhitungan untuk tulangan tunggal As

= F . B . d . 0,85 . f’c fy = 0,03743. 215 . 80 . 0,85 . 332 3900 = 46,585cm2

ρmin = 0,0025 ( nilai ρmin untuk plat) Asmin = ρmin . B . d = 0,0025 . 215 . 80 = 43 cm2 digunakan As > Asmin dipasang diameter tulangan D25 dengan jumlah tulangan : A∅25

= ¼ . π . 2,52 = 4,90625 cm2

Jumlah tulangan (As)

=

46,585 4,90625

= 9,495 ≈ 10 D25.

Untuk tulangan atas (As’) = 0,15%.B.d = 25,8 cm2 (10D19)

.


49

HAND OUT REKAYASA PONDASI 2

Recommend Documents