Daya Dukung Tarik

(1)

LAPORAN TUGAS AKHIR (KL-40Z0)

Perancangan Dermaga dan Trestle Tipe

Perancangan Dermaga dan Trestle Tipe Deck On PileDeck On Pile di Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan di Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan

Bab 7

Daya Dukung Tanah

(2)

Bab 7

Daya Dukung Tanah

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

Perancangan Dermaga dan Trestle Tipe Deck On PileDeck On Pile_{di Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan}_{di Pelabuhan Garongkong, Propinsi Sulawesi Selatan}

7.1. 7.1. Dasar

Dasar Teori

Teori

Berdasarkan hasil survey geoteknik didapatkan profil tanah beserta

parameter-parameter tanah desain yang diperlukan dalam menganalisa pondasi. Analisa

parameter 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 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.

dapat dicapai daya dukung tanah yang lebih baik. Untuk menahan gaya lateral akibat

Untuk menahan gaya lateral akibat

beban

berthing berthing

dan

mooring mooring

kapal juga gaya gempa diasumsikan ditahan oleh tiang

miring dan tiang t

(3)

7.1.1. Daya Dukung Aksial Tiang Pancang

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

Qu L Qs Qp QuQp Weak soil Lb Strong soil

Gambar 7.1 Skema daya dukung tanah.

u p s

Q = Q +Q dimana :

u

Q = Daya dukung tekan ultimate (kN)

p

Q = Daya dukung ujung tiang (kN)

s

Q = Daya dukung friksi (kN)

Karena yang digunakan adalah point bearing piles maka daya dukung friksi (Q ) dianggap_s sangat kecil.

Jadi Q_u≈

p

Q

(4)

Daya dukung ujung (Qp)

Daya dukung ujung dihitung dengan metoda Meyerhof.

• _{Tanah Pasir}

Persamaan daya dukung tiang pancang di tanah pasir :

' * p p p p q Q = A q = A q N ' * p p q p t Q = A q N ≤ A q * q

N ditentukan dari Gambar 7.2

Gambar 7.2 Grafik variasi nilai Nq* dan Nc*.

2 *

( / ) 50 tan

t q

q kN m = N

φ

dimana:

(5)

• _{Tanah Lempung}

Persamaan daya dukung tiang pancang di tanah lempung :

* ₉

p q u p u p

Q = N c A = c A

c u =Kohesi tanah dibawah ujung tiang pancang

• _{Untuk Lempung dengan c dan}

φ

_{diketahui,daya dukung ujung adalah:}

* ' *

( )

p p p p c q

Q = A q = A cN q N +

dimana :

Ap = Luas ujung tiang

c = Kohesi antara tanah yang mendukung ujung tiang q p = unit point resistance

* *

,

c q

N N = Faktor daya dukung ujung

B. Daya Dukung Tarik

Tug L z Tun W D

Gambar 7.3 Sketsa diagram daya dukung tarik. W

T T _ug = _un +

dimana :

Tug = Daya dukung tarik bruto

(6)

• _{Tanah Lempung}

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

'

un u

T = Lp cα

dimana :

L = Panjang tiang pancang

p = Keliling dari penampang tiang pancang

'

α = Koefisien Adhesi antara tiang pancan dan tanah

u

c = Koefisien kohesi Clay

Untuk tiang pancang baja berbentuk pipa:

' 0,715 0,0191c_u α = − _{untuk (} 2 u c ≤27kN / m ₎ ' 0, 2

α

= _{untuk (} 2 u c >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 2 1 tan 2 un u T = p L K γ δ dimana: Ku = Koefisien tarik

δ = sudut friksi antara tana dan tiang pancang

γ = Berat volume basah

(7)

Gambar 7.4 Variasi nilai koefisien Ku.

Gambar 7.5 Variasi nilai δ

φ dan _cr

L D

 

 

(8)

3. Jika L> Lcr 2 1 tan tan ( ) 2 un cr u cr u cr T = p L K γ δ + p L K γ δ L L−

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

T = 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.

(9)

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 : 5 4 4 EI T nh L Long Pile T L Short Pile T = > = < = Keterangan :

T = karakteristik panjang sistem tiang-tanah (m) E = modulus elastisitas tiang (Mpa)

I = momen inersia tiang (m4)

(10)

Tabel 7.1 Nilai nh ( Modulus Variasi) Untuk Tanah Pasir Loose :1800-2200 Medium : 5500-7000 Dense : 15000-18000 Loose :1000-1400 Medium : 3500-4500 Dense : 9000-12000 nh (kN/m3) Soil Type

Dry or Moist Sand

Submerged Sand

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:

4 4 h k D EI β = _(7.3)

(11)

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

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

C 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 BL.1 BOR No DEPTH γ d DIRECT SHEAR φ

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

�� φ Δ �� 0 - 5 0.56444 �� 5.0 - 15 0.58591 �� 15 -25 0.45283 �� 25 -35 0.48119 �� dimana:

(

)

' * _d q = ∆kedalaman

γ

Sehingga

∑

q ' 58.5 / = t m2

(12)

Masukkan semua variabel yang ada ke dalam persamaan berikut:

* ' *

( )

p p p p c 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 7.4 Hasil Perhitungan Daya Dukung Tekan Tiang Pancang Dermaga

D Ap Qp Q total

m m2 t t

Dermaga 0,8 0,50265 1065,94 3 355,314

Jenis SF

ii. Daya Dukung Tarik

Tug Tun D 5 m 15 m 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

(13)

Dari Gambar 7.5, dengan Dr = 88.2 % diketahui nilai , cr L D δ φ

 

 

 

cr L D

 

 

 

=14,3 dan δ φ =1 14,3* cr L = D 14,3* 0,8 11, 44m = = 1*32,34 32,34 δ ° = =

Dari Gambar 7.4, dengan

φ

= 32,34˚ diketahui nilai Ku = 1,65 L < Lcr Jadi 1 2 tan 2 un u T = p L K γ 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

Dari Gambar 7.5, dengan Dr = 72.5 % diketahui nilai ,

cr L D δ φ

 

 

 

cr L D

 

 

 

=14,3 dan δ φ =0,99 14,3* cr L = D 14,3* 0,8 11, 44m = = °

(14)

Jadi 1 2 tan 2 un u T = p L K γ δ = ½*2,513*19.165 *102*1,75*tan 33,23 = 2.762 kN • Lapisan 3 (15-25m) Data –data

Lapisan ini merupakan lempung bersifat sedang-padat Panjang tiang pada lapisan ini (L) = 10m

Diameter tiang (D) = 0,8 m cu = 20.5 kN/m2 . p =

π

D =

_π

_(0,8) = 2,513 m untuk (c _u ≤27kN / m2₎ ' 0,715 0,0191c_u α = − = 0,715-(0,019*20,5) = 0,323 Maka ' un u T = Lp cα = 10*2,513*0,323*20,5 = 166,7kN • Lapisan 4 (25-27m) Data –data

Diameter tiang (D) = 0,8 m cu = 16 kN/m2 . p =

π

D =

_π

_(0,8) = 2,513 m untuk (c ≤27kN / m2₎

(15)

Maka ' un u T = Lp cα = 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* 4 π (0,8-0,012)*27 = 1.028 kN ug un T = T +W = 3.563 kN + 1.027 kN = 4.590 kN ug uall T T 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)

(

4 4

)

4

298318,3 64

(16)

Data Tanah : C = 0

φ = 33,52

γ = 1,561 t/m3

Penentuan Jenis Pondasi Tiang

5 EI T = = 1, 79 m nh 15 = 8,38 > 4 long pile 1,79 →

Perhitungan Daya Dukung Lateral Tanah

3 2 -3 3 u y u SF = 2 M = f × Z = 400 10 kN/m × 3,77×10 m M = 1508 kN - m ×

Perhitungan Kp ( Koefisien Tekanan Tanah Pasif)

(

)

(

)

2 2 tan 45 2 33,52 tan 45 ₂ 3,42 Kp Kp Kp φ = + = + =

Perhitungan Daya Dukung Lateral Ultimate (Hu)

1508 0,54 7, 72 0,54 15,61 0,812 3,46 u u M H Hu Hu e OD Kp γ = = + + × × × ×

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

Daya Dukung Ijin Lateral

2146,14 1073,07 kN = 107,3 ton 2 u ijin H H SF = = =

(17)

B. Tiang Miring

i. Daya Dukung Tekan

Daya dukung tekan tiang miring = Qtotalx sinα

= 355,314 x 0.986 = 350,339 ton

ii. Daya Dukung Tarik

Daya dukung tarik tiang miring = Tugx sin α

= 4590 x 0,986 = 4526,7 kN ug uall T T SF = 4526,7 3 = _{=1508,9 kN}

iii. Daya Dukung Lateral

Daya dukung lateral tiang miring = Qgx sin α

= 107,3 ton x 0,986 = 105,79 kN

(18)

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

C 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 BL.1 BOR No DEPTH γ d DIRECT SHEAR φ

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

�� φ Δ �� 0 - 5 0.56444 �� 5.0 - 15 0.58591 �� 15 -25 0.45283 �� 25 -35 0.48119 �� Di mana '= ∆

(

)

γ

d q kedalaman x Sehingga

∑

q ' 58.5 / = t m2

Sedangkan nilai Nq* dan Nc* didapatkan dari Gambar 7.2

Masukkan semua variabel yang ada ke dalam persamaan berikut:

* ' *

( )

p p p p c 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:

(19)

B. Daya Dukung Tarik Tug Tun D 5 m 15 m 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 %

Sudut geser dalam (

φ

) = 32,34˚

.

p =

π

D=

_π

_(0,6)

= 1.88m

cr L D δ φ

 

 

 

cr L D

 

 

 

=14,3 dan δ φ =1 14,3* cr L = D 14,3* 0,6 8,58m = =

(20)

φ

= 32,34˚ diketahui nilai Ku = 1,65 L < Lcr Jadi 1 2 tan 2 un u T = p L K γ 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%

Sudut geser dalam (

φ

) = 33.57˚

.

p =

π

D=

_π

_(0,6)

= 1.88m

cr L D δ φ

 

 

 

cr L D

 

 

 

=14,3 dan δ φ =0,99 14,3* cr L = D 14,3* 0,6 8,58m = = 0,99*33.57 33, 23 δ ° = =

φ

= 33.57˚ diketahui nilai Ku = 1.75 L > Lcr 2 1 tan tan ( ) 2 un cr u cr u cr T = p L K γ δ + p L K γ δ L L− =(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

(21)

• Lapisan 3 (15-25m) Data –data

Diameter tiang (D) = 0,6 m cu = 20.5 kN/m2 . p =

π

D=

_π

_(0,6) = 1.88m untuk (c _u ≤27kN / m2₎ ' 0,715 0,0191c_u α = − = 0,715-(0,019*20,5) = 0.323 Maka ' un u T = Lp cα = 10*1.88*0.323*20.5 = 124,98 kN • Lapisan 4 (25-27m) Data –data

Diameter tiang (D) = 0,6 m cu = 16 kN/m2 . p =

π

D=

_π

_(0,6)_{= 1.88m} untuk (c _u ≤27kN / m2₎ ' 0,715 0,0191c_u α = − = 0,715-(0,019*16) = 0.409 Maka ' un u T = Lp cα = 2*1.88*0.409*16

(22)

Total T _un =_{450.7035kN + 2110.333 kN + 124.98 kN + 24.69 kN} = 2.711 kN Wpile = 7800* 4 π (0,6-0,012)*27 = 572 kN ug un T = T +W = 2710.717 kN + 571.8774 kN = 3.283 kN ug uall T T 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)

(

4 4

)

4

118006 64

I = π OD − ID = cm

Menghitung Z ( Modulus Penampang)

(

4 4

)

3 3 2,042 10 32 Z OD ID m OD π −   =_ _ − = ×  

(23)

Data Tanah : C = 0

φ = 33,52 γ = 1,561 t/m3

Penentuan Jenis Pondasi Tiang

5 EI T = = 1, 79 m nh 15 = 8,38 > 4 long pile 1,79 →

Perhitungan Daya Dukung Lateral Tanah

3 2 -3 3 u y u SF = 2 M = f × Z = 400 10 kN/m × 2,042×10 m M = 816, 8 k N - m ×

Perhitungan Kp ( Koefisien Tekanan Tanah Pasif)

(

)

(

)

2 2 tan 45 2 33,52 tan 45 ₂ 3,42 Kp Kp Kp φ = + = + =

Perhitungan Daya Dukung Lateral Ultimate (Hu)

816,8 0,54 7,72 0,54 15,61 0,6 3,46 u u M H Hu Hu e OD Kp γ = = + + × × × ×

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

Daya Dukung Ijin Lateral

1289,24 644,62 kN = 64,46 ton 2 u ijin H H SF = = =

(24)

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 Trestle _Tegak _0,6 _{0,28274 599,593} ₃ _199,864 _88,727 Tegak 0,8 0,50265 1065,94 3 355,314 104,29 Miring 0,8 0,50265 1065,94 3 355,314 246,87 Jenis Pancang SF Dermaga

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.