Analisis Daya Dukung Tiang Pancang Berdasarkan Data Sondir

WORKSHOP PRACTICAL ENGINEERING

PEMANCANGAN

A

PLIKASI

GRLWEAP

UNTUK

P

REDIKSI

D

AYA

D

UKUNG

T

IANG

P

ANCANG

oleh : Gambiro

Kapasitas dukung tiang pancang terhadap beban aksial tekan dapat ditentukan dengan :

1. Formula dengan data CPT (Cone Penetrometer Test)/Sondir. 2. Formula dengan data SPT (Standard Penetration Test). 3. Formula dengan hasil pengujian sampel tanah

A. Metode analisa statis (Statical Analysisi Method) dengan uji laboratorium

a. Formula pemancangan (pile driving formula) b. Analisa gelombang (wave analysis)

4. Formula dinamik:

B. Metode analisa dinamik (Dynamic Analysisi Method) → formula dinamik

C. Uji lapangan

KAPASITAS DUKUNG TIANG PANCANG

Keuntungan :

• Digunakan untuk merencanakan kapasitas dukung tiang pancang secara teoritis.

• Biaya sangat murah. Kerugian :

• Sangat tergantung dari kuantitas dan kualitas data tanah.

• Banyak hal-hal yang tidak bisa diperkirakan sebelumnya (unpredictable) seperti menjumpai lapisan lensa.

• FK = 3 - 5

A. Metode analisa statis (Statical Analysisi Method) dengan uji laboratorium

KAPASITAS DUKUNG TIANG PANCANG

Keuntungan :

• Langsung mengetahui perkiraan daya dukung tiang pancang berdasarkan hasil pemancangan.

• Biaya sangat murah. Kerugian :

• Sangat tergantung dari kualitas alat dan cara pengukuran kalendering • Formula dinamik memberikan hasil yang tidak sama, sehingga

bersifat empiris. • FK = 3 - 4

B. Metode analisa dinamik (Dynamic Analysisi Method) → formula dinamik

C. Uji lapangan

KAPASITAS DUKUNG TIANG PANCANG

Keuntungan :

• Hasil yang diperoleh merupakan hasil yang sebenarnya, • Dapat menggunakan FK = 2.0

Kerugian :

• Biaya mahal, karena harus memobilisasi peralatan berat.

• Selama pelaksanaan pengujian, harus bebas dari gangguan pekerjaan yang lain.

• Pekerjaan yang lain terhenti.

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Data Sondir

5

.

3

.

.

O

JHP

A

q

R

c all

=

+

Menurut Wesley: q_c = nilal konus (kg/cm2₎

JHP = jumlah hambatan pelekat (kg/cm) A = luas penampang utuh tiang (cm2₎

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Data Sondir s p all

Q

Q

Q

=

+

p c c p

A

q

q

Q

2

2 1

+

=

Menurut Schmertmann – Nottingham :

q_c1 =nilai qc rata-rata 0.7D – 4D di bawah ujung tiang q_c1 =nilai qc rata-rata 8D di atas ujung tiang

A_p = luas penampang utuh tiang (cm2₎

O = keliling tiang (cm)

(Paulus Pramono)

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Data Sondir

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

₊

=

∑

∑

= = L D z s s s D z c s s

f

A

A

D

z

K

Q

8 8 0 ,

.

8

Q_s= daya dukung selimut tiang K = faktor koreksi fs untuk tanah pasir (K_s) atau lempung (K_c)

z = kedalaman di mana f_s diambil d = diameter tiang

f_s = gesekan selimut sondir A_s= luas bidang kontak setiap interval kedalaman f_s

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Data SPT

Meyerhoff (1956):

Q

_u

=

40

N

_b

.

A

_p

+

0

.

2

N

.

A

_s

Q_u= daya dukung ultimit pondasi tiang pancang (ton) Nb= harga NSPT pada elevasi dasar tiang

A_p= luas penampang dasar tiang (m2₎

A_s= luas selimut tiang (m2₎

N = harga N_SPTrata-rata

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Data laboratorium

Meyerhoff (1976): (untuk tanah pasir) f p ult v

Q

Q

Q

)

=

+

(

∑

= =

Δ

+

=

L L L vl s q v p

N

pK

L

A

0

'

tan

'

δ

σ

σ

pile length

=

L

⅔

φ

=

δ

bearing capacity factor

=

N

_q

earth pressure coefficient

=

K

_s

pile perimeter

=

p

effective vertical stress at a point along the pile

length

=

σ

’

_vl

effective overburden pressure at the pile tip

=

σ

’

_v

pile tip area

=

A

_p

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Meyerhoff (1976): (untuk tanah pasir)

115 80 60 40 30 22 17 12 8 5 4 N_q(2) 230 160 120 80 60 45 35 25 20 12 8 N_q(1) 46 42 40 38 36 34 32 30 28 25 20 φ0

1.0 – 2.0

Driven displacement pile

0.5 – 1.0

Driven H Pile

0.5

Bored Pile

K

_s

Pile Type

Meyerhoff (1976): (untuk tanah pasir)

∑

= =

Δ

+

=

0 0

)

(

L L L a c u p ult v

A

c

N

p

c

L

Q

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Meyerhoff (1976): (untuk tanah kohesif)

soil-pile adhesion =

c_a

effective pile length =

L_e

pile parameter =

p

the bearing capacity factor =

N_c

the minimum undrained shear strength of clay at pile point level (c = c_u=Su = q_u/2)

= c_u

pile point (base) area = A_p 9.0 8.5 7.8 6.2 N_c ≥4 2 1 0 D_f/B

Nilai N_cuntuk variasi kedalaman terhadap diameter tiang pancang

(Foundation and Earth Structures Design Manual NAVFAC, D.M 7.2, 1982)

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

6 ≥ 1 m (≅ 3 m) 7 0.5 – 1.0 m (≅1.5 – 3 ft.) 9 < 0.5 m (≅ 1.5 ft.) N_c Drilled Pile Base Diameter

Nilai N_cuntuk variasi diameter bawah tiang pancang (B)

(Canadian Foundation Engineering Design Manual, 1985)

KAPASITAS DUKUNG STATIK TIANG PANCANG

Meyerhoff (1976): (untuk tanah kohesif)

FORMULA DINAMIK

1. Hiley (a) : p r p r h h u W W W n W k k k s E e R + + + + + = 2 3 2 1 ) ( 5 . 0 . 2. Hiley (b) : p r p r x h h u _{W W} W n W C s E e R + + + = 2 5 . 0 .

3. PCUBC (Pacific Coast Uniform Building Code) :

2 1 5 . 0 . . C s C E e R h h u = ₊ 4. Gates : Ru =10 .45 eh.Eh (1− log s)

FORMULA DINAMIK

5. Modified ENR (Engineering News Record)

p r p r h h u W W W n W s E e R + + + = 2 254 . 0 . 6. Janbu : s K E e R u h h u . . = 7. Danish : 1 1 . C s E e R h h u = ₊ 8. Ritter : _{r p} p r r h h u W W W W W s E e R + + + = .

FORMULA DINAMIK

9. Weisbach : L E A s L E A E e L A E s R h h u 2 . . . . . . 2 . _{+ +} − =

10. Stern atau Universal : _⎟⎟

⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + + + − = A E L W W W n W h W s s L A E R p r p r r u . . 2 . . 2 2 2 11. Redtenbacher : ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + + + − = A E W W L h W s s L A E R p r r u . . . 2 . . 2 2 12. Rankine : _⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − + = 1 . . . . 1 . . . 2 2 _{E A} s L h W L s A E R r u

FORMULA DINAMIK

13. Kafka : u Wr Wp s X Y X R _⎟⎟+ + ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + + − = ' 2 ( 1 1 λ

14. Eytelwein atau Dutch :

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = r p r u W W s h W R 1 . 15. Benabencq : u h h Wr W p s E e R = + + 2 . 16. Navy Mc Kay : ) 3 . 0 1 ( . 1 C s E e R h h u = ₊

FORMULA DINAMIK

17. Canadian Building Code :

3 2 1 . . . C C s C E e R h h u = ₊ 18. Design Manual DM 7.2, 1982 a. Drop Hammer :

b. Single Acting Hammer :

c. Double Acting Differential Hammer :

1 . . 2 + = S H W R_u 1 . 0 . . 2 + = S H W R_u W W S H W R D u 1 . 0 . . 2 + = . 2 = E R E R = 2.

FORMULA DINAMIK

0.85 – 1.00 Diesel hammer

0.85 Double acting hammer

0.75 – 0.85 Single acting hammer

0.75 – 1.00 Drop hammer

Efisiensi Palu (e_h) Jenis Palu

Nilai Efisiensi Palu :

0.4 Palu besi dicor di atas tiang pancang beton tanpa pile cap

0.5 Tiang pancang baja tanpa bantalan kayu atau tiang beton

dengan bantalan

0.40 Bantalan kayu pada tiang pancang baja

0.32 Bantalan kayu di atas tiang pancang baja

0.25 Tiang pancang kayu (ujung tidak runcing)

n Material

Nilai Koefisien Restitusi Tiang (ASCE 1941) :

•*P_u= beban uji batas

• P_d= kapasitas rencanan, menggunakan angka keamanan yang direkomendasikan untuk masing-masing persamaan (2 – 6, tergantung dari formula yang digunakan.

1.2 – 2.7 0.9 – 2.1 1.1 – 2.4 Engineering News 3.2 – 8.0 2.4 – 7.0 1.0 – 4.8 Rabe 3.8 – 7.3 2.5 – 4.6 1.8 – 3.0 Gates 2.7 – 5.3 1.6 – 5.2 1.7 – 4.4 Modified Engineering News

10.1 – 19.9 5.1 – 11.1

3.2 – 6.0 Canadian National Building Code

2.3 – 5.1 1.3 – 2.7 0.9 – 1.7 Rankine 0.2 – 0.3 0.2 – 2.5 0.8 – 3.0 Navy-McKay 2.2 – 4.1 1.0 – 3.8 1.0 – 2.4 Eytelwen 6.0 -10.9 2.8 – 6.5 1.7 – 3.6 Redtenbacher 8.8 – 16.5 4.3 – 9.7 2.7 – 5.3 Pacific Coast Uniform Building Code

4.0 – 9.6 3.0 – 6.5 1.1 - 4.2 Hiley 400 - 700 200 – 400 0 - 200

Batas atas dan bawah dari FK =P_u/P_d* (kisaran P_udalam kips) Formula Dinamik

Pile Testing Program by Michigan State Highway Commission (1965)

KESALAHAN—KESALAHAN FORMULA DINAMIK

Hiley :

1. Formula tidak mengandung parameter fisik dimensi seperti L (panjang), ukuran penampang (area, momen inersia, modulus elastisitas). Dengan kata lain, semua paramater penampang dianggap sama. (Yekong, 2006). 2. Formula dinamik hanya memeperhitungkan rated anergy dan estimated

losses, suatu hal yang terlalu menyederhanakan. (Goble and Rausche, 1980).

3. Tiang pancang dianggap rigid dan tidak memperhitungkan fleksibilitas tiang pancang. (Goble and Rausche, 1980).

Wave Equation Analysis (WEA)

Dikembangkan pertama kali oleh E.A.L. Smith pada tahun 1950. Saat ini sudah beberapa program aplikasi yang tersedia di pasaran antara lain :

• GRLWEAP (Goble Rausche Likins and Associates, Inc. • TNOWAVE (Proufond BV)

• DRIVE (Oasys Limited) • Dll.

WAVE EQUATION ANALYSIS (WEA)

1. Hammer, cushion, helmet dan tiang pancang

dimodelkan sebagai rangkaian segmen-segmen yang masing-masing terdiri massa terkonsentrasi dan pegas yang tidak mempunyai berat.

2. Hammer dan segmen-segmen tiang pancang secara

kasar panjangnya diambil 1 meter.

3. Tahanan tanah (soil resistance) sepanjang tiang yang tertanam dan pada ujung tiang direpresentasikan dengan komponen statik dan dinamik.

Wave Equation Analysis (WEA)

Dasar Teori :

Penambahan waktu kritis (time increment) :

i i cri

L

c

t

=

/

Δ

2 / 1

)

/

(

_{i i} cri

m

k

t

=

Δ

Atau :

• Waktu kritis yang diperlukan gelombang merambat sepanjang segmen L.

• Waktu kritis yang diperlukan gelombang merambat pada massa m.

kekakuan pada segmen ke i =

ki

massa segmen ke i =

mi

kecepatan gelombang yang melalui segmen ke i = c_i panjang segmen ke i = Li (GRLWEAP 2005 Manual)

Wave Equation Analysis (WEA)

Dasar Teori : 2 / 1

)

/

(

_{i i} i

E

c

=

ρ

Unit massa segmen ke i =

ρ_i

modulus elastisitas segmen ke i =

Ei

kecepatan gelombang yang melalui segmen ke i =

Wave Equation Analysis (WEA)

Dasar Teori :

Langkah-langkah analisa :

1. Prediksi variabel tiang pancang pada saat t = j

perpindahan segmen i pada saat j =

u_ij

kecepatan segmen i pada saat j =

vij

kecepatan awal yang sama dengan kecepatan ram impact

= vri

percepatan hammer (tidak selalu 9.81 m/det.2₎

= g_h

percepatan awal untuk segmen 1 pada saat t1 = a1 1 v₁₂= v_ri+ a₁₁.Δt _u 12= u11+ v12.Δt

Menentukan harga awal untuk segmen 1 (I = 1) pada saat t = 0 a11= gh (GRLWEAP 2005 Manual) Dasar Teori : ) ( i ₁ i i t sij k u u F = ₋ − L EA k _pi Δ = 2. Gaya-gaya pada segmen

a. Gaya pada pegas atas yang bekerja pada sebuah segmen

b. Gaya pada dashpot (damper) atas yang bekerja pada sebuah segmen

) ( _{i 1 i} p t dij c v v F = ₋ −

c. Gaya pada pegas bawah yang bekerja pada sebuah segmen

) ( − ₊₁ = i i i b sij k u u F

d. Gaya pada dashpot (damper) atas yang bekerja pada sebuah segmen

Dasar Teori :

3. Hukum Newton ke 2 untuk perhitungan percepatan

i dij sij b dij b sij t dij t sij p ij g F F F F R R m a = +( + − − − − )/ Wave Equation Analysis (WEA)

Rsijdan Rdij= beban tahanan eksternal

4. Integrasi koreksi 2 / ) ( 1 1 a a t v v_ij = _ij− + _ij + _ij− Δ 6 / ) 2 ( ₁ 2 1 1 v t a a t u u_ij = _ij− + _ij−Δ + _ij− + _ij Δ

5. Iterasi sampai terjadi konvergen (GRLWEAP 2005 Manual)

Tipe hammer

Hammer Cushion

Pile Cushion

Pile Information

Tiang pancang

Distribusi gaya gesekan

Hammer

Hammer Cushion

Pile Cushion

A

B

A. Grafik hubungan jumlah pukulan vs Compressive/Tensile Stress B. Grafik hubungan jumlah pukulan vs Ultimate Capacity/Ram Stroke

blows/m

A

B

mm/10 bl

Blows/m vs Ultimate Capacity 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Blows/m Ru lt ( k N) HM Sampoerna Ujungpangkah

mm/10 blow vs Ultimate Capacity

0 2000 4000 6000 8000 10000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 mm/10 blows Ru lt ( k N) HM Sampoerna Ujungpangkah