Prinsip Dasar Perancangan Pondasi & Parameter Tanah

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

PRINSIP UMUM PERENCANAAN FONDASI DEFINISI 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 FAILURE “Transcona Grain Elevator” (Budhu, 2000)

DIFFERENTIAL SETTLEMENT “Kissing 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 Tanah Kenapa 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. τf = f(σ)

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. τf = c + σ tan φ dimana: c = kohesi tanah φ = sudut geser dalam

τ=s s = c + σ tan φ

c

φ

σ

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

Pengujian Kuat Geser Tanah dng Direct Shear Test

σ = normal stress =

normal force are of cross-section of the sample

τ = shear strength =

resisting shear force are of cross-section of the sample

τ

x x

x

x

φ

x

c

σ s = c + σ’ tan φ

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

Triaxial Testing

Pasir

Lempung C

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 airkecepatan pori kembali lagi (tanah settle) air ∆σ

∆σ ditentukan permeabilitas

∆σ

S U0 + ∆σ

pegas (tanah)

U0

air

∆σ Seluruh ∆σ dipikul air

0 Seluruh ∆σ dipikul Tanah

Tanah Berlapis

Kurva Test Konsolidasi

Persamaan untuk Menghitung Penurunan Konsolidasi (Normally Consolidated Clay)

Dimana, p0

=

tekanan efektif akibat berat sendiri

∆pav

=

tambahan tekanan efektif akibat beban diatas lapisan kompresible

e0

=

initial void ratio

Cc

=

compression index

Hc

=

tebal lapisan lempung

Hc po + Δpav log Settl = Cc 1 + eo po

INVESTIGASI DI LAPANGAN ASTM 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

6

Silty Fine Sand, Greyish Brown 2

5

Silty Coral Rock few Sand, wheteish Grey

4 8 7 8 11 6

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

Estimated Rod Energy (%)

Correction Factor fo r 60% Rod Energy

Free Fall Rope an Pulley with special throw release

78 67

78/60 = 1.30 67/60 = 1.12

Safety Donut

Rope and Pulley Rope and Pulley

60 45

60/60 = 1.00 45/60 = 0.75

Donut Donut

Rope and Pulley Free Fall

45 60

45/60 = 0.75 60/60 = 1.00

Donut

Rope and Pulley

50

50/60 = 0.83

Hammer Type

Hammer Release

Japan

Donut Donut

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 TEST Location : km 251+900 No. : S2 Tested by :

Date :25 July 2006 Ground Elev. : G.W.L :

2

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

0 0.00

20

40

60

80

0.00

2.00

4.00

6.00

0.00

Depth (m)

Grafik CPT -5.00

-5.00

-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

(

2

)

2

)

q c kg/cm c (kg/cm ) = 20 2

(

q c kg/cm c (t/m ) = 2 2

Penentuan Nilai Sudut Geser Dalam (φ) dari Hasil CPT

Robertson & Campagnella, 1983

SOIL PROFIL BELOW BUILDING

Sharing Experience

Disusun oleh: Endra Susila, Ph.D. & Suhermanto, ST. Prodi Teknik Sipil Institut 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 Tanah 1. 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 SPT Menentukan Konsistensi Tanah Berdasarkan Tabel Klasifikasi

Soil Description

CPT and Manometers

20 Ton CPT Rig

qc =

fs =

Qt

Tip (or cone) bearing

At Fs

Sleeve (or side) friction

As Fs

fs Friction Ratio (FR) =

qc

As = 150 cm2

x 100%

At = 10 cm2

Qt

f Fr = qc %

INTERPRETASI DATA SONDIR Menentukan Tipe Tanah Berdasarkan Grafik Robertson & Campanella

Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Pasir, Sudut Geser Dalam (φ) dengan Grafik

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, σvo ' , bars

CONE BEARING, qc , bars

qc = 13 MPa qc/pa = 130

Sand

FR = 1.2 %

Robertson & Campanella (1983)

Soil Categorized as ‘SAND’

qc = 13 MPa

σvo’ = 160 kPa φ’ = 40o

Robertson & Campanella (1983)

Soil Categorized as ‘CLAY’

Sondir

C = qc / 20 C (kg/cm2) = qc(kg/cm2) / 20 f

qc

C (t/m2)

= qc(kg/cm2) / 2

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 SPT Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Lempung, Kohesi (c) Berdasarkan Grafik

Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Pasir, Sudut Geser Dalam (φ) Berdasarkan Grafik

-S 4

-B 4

0

85 12

7

350

-S 3

85

325

300 7

7

275 7

12

85

12

12 5

12

85

0

12

85

-B 1

-S 2

HASIL: Profil Tanah u/ Desain

100

BH-1285 (B4) 11/30

BH-1285 (B3)

12/30 40/30 60/15

11/30

BH-1285 (B1)

42/30

35/30

44/30

45/30

BH-1285 (B2)

9/30

61/30

47/30

60/15

60/30

5/30

60/15

60/30

10/30

30/30

85/30

45/30

35/30 84/30 80/30

53/30

60/15

60/10

52/30 58/30 61/30

40/30

60/15 60/10

51/30 61/30 60/30 60/15

60/15

BH-1285

CLAY

TUFFACEOUS CLAY

COMPLETELY WEATHERED BRECCIA


3.

4. 5. 6. 7.


Daya Dukung Pondasi Dangkal P

Metoda Perhitungan Pondasi Dangkal

POLA KERUNTUHAN TERZAGHI LAB.MODEL

TEORITICAL

Terzaghi Bearing Capacity Equation

Tabel 3.1 Faktor Daya Dukung Terzaghi – Pers.(3.4), (3.5), dan (3.6) φ

Nc

Nq

Nγa

φ

Nc

Nq

Nγa

PONDASI TIANG BOR

DAYA DUKUNG AKSIAL PONDASI TIANG

Qu = Qs + Qp Qu = Daya Dukung Aksial Ultimit SKIN FRICTION

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

END BEARING

Faktor Adhesi (α) pada Tanah Kohesif untuk “Tiang Bor” : 1. Reese and Wright, 1977 : Manurut Reese dan Wright koefisien α 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

Adhesion factor (α )

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

α = 0.21+0.26 pa /su (<1)

Undrained Shearing Resistance, s (tsf) u

Faktor Adhesi (α) pada Tanah Kohesif untuk “Tiang Bor” : 3. Reese and O’Neil, 1988 : Undrained Shear Strength, Su < 2 tsf 2 – 3 tsf 3 – 4 tsf 4 – 5 tsf 5 – 6 tsf 6 – 7 tsf 7 – 8 tsf 8 – 9 tsf > 9 tsf

Value of α 0.55 0.49 0.42 0.38 0.35 0.33 0.32 0.31 Treat as Rock

Skin Friction for Sandy Material Rojiani, Duncan and Barker (1991)

0.24 N

Metoda Perhitungan Pondasi Dalam: Daya Dukung Aksial Qu = Qp + Qs

0.7

Daya Dukung Tiang Bor Clay

τ

αC Friksi

qp

End Bearing

Kulhawy, 84 Reese, 88

9C

Sand

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

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

Pult = 2πr Σ ∆l τ + Α qp

Adhesion factor ( α)

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

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

DAYA DUKUNG AKSIAL IJIN Rumus-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 = SF Untuk 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

P m

3 2 1 1

2

3

4

n

Jumlah tiang yang diperlukan = m x n =

Jumlah tiang = m x n

P(di atas pile cap) η x Pijin tiang tunggal

η = faktor efisiensi grup tiang

Pijin tiang tunggal =

Pultimate tiang tunggal SF

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

P terbesar dalam grup tiang = Vpt + Vm3

 



 (P/m) P (P/m) = VP = n nxm

akibat P

(M/m)







P + α. 3 n .m

=

  P M  3 + 2 n . m  2m∑  i 





α

=

V =  V = 

V = 

< Pijin tiang tunggal

M 2 = 2∑ VMi  i = 2∑ α i . i =2∑ α. i m M α= 2 2m ∑  i

P=1800 ton

M=12000 tm

4m

4m

4m

4m

4m

1 =2.0m 2 = 6.0 m 3 = 10 m 1800 ton VP =

1800 6x4

= 75 ton

{ (

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

1200 ton

α

α 2

α

)}

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

6 10

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

AKIBAT VERTIKAL DAN MOMEN DALAM DUA SUMBU M1 P M2

P

VP

V M1

M1 V M2 M2

Pmax = VP + VM1 + VM2


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 ∆σ ditentukan permeabilitas

∆σ

∆σ

S U0 + ∆σ

pegas (tanah)

U0

air

∆σ Seluruh ∆σ dipikul air

0 Seluruh ∆σ dipikul Tanah

KURVA TEST KONSOLIDASI

PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG PENURUNAN KONSOLIDASI (NORMALLY CONSOLIDATED CLAY)

Hc p o + ∆p av Cc log 1 + eo po dimana, p0

=

tekanan efektif akibat berat sendiri

∆pav

=

tambahan tekanan efektif akibat beban diatas lapisan kompresible

e0

=

initial void ratio

Cc

=

compression index

Hc

=

tebal lapisan lempung

Settlement Analysis

Calculation of Consolidation Settlement (STA 0+490) No.

Depth

1 2 3 4 5 6 7 8

0.0 3.0 6.0 9.0 11.6 12.9 17.0 24.0

9 10 11 12 13 14 15

26.5 30.0 33.0 36.0 39.0 42.0 44.0

Tebal Lapisan (m)

-

3.0 6.0 9.0 11.6 12.9 17.0 24.0 26.5

3.0 3.0 3.0 2.6 1.3 4.1 7.0 2.5

-

30.0 33.0 36.0 39.0 42.0 44.0 46.0

3.5 3.0 3.0 3.0 3.0 2.0 2.0

γ' (t/m3)

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

σ'b σo” σ'm (t/m2) (t/m2)

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

∆σ (t/m2)

σ1 =σo+∆s

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

Cc

eo

(t/m2)

∆s (m)

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

5.00 m

5.00 m

7.00 m

6.30 m

5.00 m

Analisis Kestabilan Lereng: Limit Equilibrium Method

SF =

Mresistance Mdriving

Analisis Kestabilan Lereng: Safety Factor of Material’s Parameter

SF =

S maksimum yang tersedia S yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi keseimbangan

c + σ ⋅ tan φ SF = c r + σ ⋅ tan φ 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

Large

1.25

1.5

1.5

2.0 or greater

Acuan Angka Keamanan Lereng

UNITED STATES (D’APPOLONIA CONSULTING ENGINEERS, INC., 1975

SUGGESTED MINIMUM SF WITH HAZARD POTENTIAL HIGH

MEDIUM

LOW

Designs based on shear strength parameters measured in the laboratory

1.5

1.4

1.3

Designs that consider expected at the site

1.2

1.1

1.0

maximum

seismic

acceleration

TERIMA KASIH

Prinsip Dasar Perancangan Pondasi & Parameter Tanah

Recommend Documents