gaya tarik pondasi tiang_ 11032-9-570453326377

19
MODUL 9 PEMBEBANAN LATERAL & TAHANAN TARIK TIANG

Upload: harislee

Post on 27-Jun-2015

185 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

MODUL 9

PEMBEBANAN LATERAL

&

TAHANAN TARIK TIANG

Page 2: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 i

DAFTAR ISI

Bab 1 Pengantar..................................................................................................1

1.1. Umum.............................................................................................1

1.2. Tujuan Instruksional Umum............................................................1

1.3. Tujuan Instruksional Khusus..........................................................1

Bab 2 Tiang Vertikal Dibebani Lateral..............................................................1

2.1. Tanah-tanah Granular....................................................................1

2.2. Tanah Kohesif................................................................................6

2.3. Contoh Soal 1.................................................................................7

2.3.1. Penyelesaian...............................................................................8

Bab 3 Tahanan Tarik Tiang...............................................................................9

3.1. Contoh Soal 2...............................................................................13

3.1.1. Penyelesaian.............................................................................13

3.2. Contoh Soal 3...............................................................................13

3.2.1. Penyelesaian.............................................................................13

i

Page 3: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 1

Bab 1 Pengantar

1.1. Umum

Disamping adanya pembebanan vertikal, pondasi tiang juga harus dipertimbangkan

terhadap pembebanan lateral, terutama apabila beban-beban lateral cukup signifikan

akan dialami oleh pondasi selama umur bangunan. Beban-beban lateral dapat berasal

dari beban angin atau terutama akibat beban gempa.

Tahanan tarik tiang adalah tahanan yang dikembangkan oleh tiang pada kondisi-kondisi

terdapat gaya apung (uplift).

1.2. Tujuan Instruksional Umum

Setelah menyelesaikan modul ini diharapkan mahasiswa mampu menghitung daya

dukung tiang terhadap beban lateral dan tahanan tarik.

1.3. Tujuan Instruksional Khusus

Setelah menyelesaikan modul ini mahasiswa diharapkan dapat memenuhi hal-hal berikut.

1. Mahasiswa memahami konsep gaya lateral yang bekerja pada tiang.

2. Mahasiswa mampu menghitung beban lateral untuk menguji kemampuan tiang

terhadap beban lateral.

3. Mahasiswa mampu menghitung besarnya tahanan tarik yang bekerja pada tiang.

Bab 2 Tiang Vertikal Dibebani Lateral

2.1. Tanah-tanah Granular

Sebuah penyelesaian umum untuk menentukan momen dan perpindahan tiang vertikal

yang dibebani lateral dan momen pada permukaan tanah telah diberikan oleh Matlock

dan Reese (1960). Pertimbangkanlah sebuah tiang dengan panjang L yang menderita

gaya lateral dan momen pada permukaan tanah (yaitu pada z=0), seperti

ditunjukkan pada Gambar 1(a). Gambar 1(b) memperlihatkan sifat umum bentuk lendutan

tiang dan tahanan tanah akibat pemakaian gaya dan momen.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 4: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 2

Gambar 1 (a) Tiang dibebani lateral; (b) tahanan tanah pada tiang akibat beban lateral;

(c) aturan tanda untuk perpindahan, kemiringan, momen, geser, dan reaksi tanah

Merujuk pada model sederhana dari Winkler, suatu medium elastik (dalam hal ini tanah)

dapat digantikan oleh sederetan pegas elastik tak terhingga banyaknya yang tidak saling

bersentuhan. Dengan asumsi ini, dapat ditulis bahwa

Modulus reaksi tanah untuk tanah granular pada kedalaman z dapat dinyatakan sebagai

dimana

= konstanta modulus reaksi tanah horizontal

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 5: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 3

Dengan mengacu pada Gambar 1(b) dan menggunakan teori balok di atas pondasi elastik

(beams on an elastic foundation) dapat ditulis bahwa

Berdasar pada model Winkler

Tanda pada persamaan ini adalah negatif karena reaksi tanah adalah berlawanan dengan

arah lendutan tiang.

Dengan mengombinasikan Pers. (1) dan (2)

Penyelesaian untuk persamaan ini dinyatakan sebagai berikut:

Lendutan tiang pada kedalaman tertentu :

Kemiringan tiang pada kedalaman tertentu :

Momen tiang pada kedalaman tertentu :

Gaya geser tiang pada kedalaman tertentu :

Reaksi tanah pada kedalaman tertentu :

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 6: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 4

dimana adalah koefisien dan

Kalau panjang tiang, , maka tiang dipertimbangkan sebagai tiang panjang. Untuk

, tiang dikatakan sebagai tiang kaku. Tabel 1 memberi nilai-nilai koefisien untuk

tiang panjang ( ) seperti pada Pers. (5) sampai (9). Pada kolom pertama tabel ini, Z

adalah kedalaman tunadimensi, atau

Aturan tanda positif untuk , , , , di dalam Tabel 1

mengacu pada Gambar 1(c). Pada Gambar 2 diperlihatkan juga variasi

untuk berbagai nilai . Gambar-gambar ini memperlihatkan bahwa apabila L/T

lebih besar dari sekitar 5, koefisien tidak lagi berubah. Hal ini benar hanya bagi tiang

panjang.

Gambar 2 Variasi dengan Z (Reese, 1960)

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 7: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 5

Tabel 1 Koefisien untuk tiang panjang,

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 8: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 6

Untuk menghitung panjang karakteristik T tiang, perlu diasumsikan lebih dahulu nilai

dengan tepat. Beberapa nilai representatif dapat digunakan dari Tabel 2.

Tabel 2 Nilai representatif

2.2. Tanah Kohesif

Penyelesaian yang mirip Pers. (5) sampai (9) diberikan oleh Davisson dan Gill (1963)

untuk tiang yang tertanam pada tanah lempung. Merujuk pada penyelesaian ini

dimana adalah koefisien-koefisien, dan

Nilai-nilai koefisien A dan B diberikan pada Gambar 3. Pada gambar ini,

Untuk menggunakan Pers. (12) dan (13), haruslah diketahui panjang karakteristik R

terlebih dahulu. Ini dapat dihitung dari Pers. (14) dimana koefisien reaksi tanah telah

diketahui. Untuk pasir, koefisien reaksi tanah telah diberikan pada Pers. (2) yang adalah

linier dengan kedalaman. Namun, untuk tanah kohesif koefisien ini diasumsikan kira-kira

konstan dengan kedalaman. Vesic (1961) telah mengajukan persamaan berikut untuk

menghitung k.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 9: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 7

Gambar 3 Variasi dengan Z (Davisson and Gill, 1960)

Modulus Young lempung, dapat diperoleh dari uji konsolidasi tanah di laboratorium

sebagai,

dimana = koefisien kompressibilitas volume,

Nilai dapat diasumsikan bervariasi diantara 0.3-0.4.

2.3. Contoh Soal 1

Pertimbangkanlah sebuah tiang-H (HP 250 x 0.834) dengan panjang 25 m disorongkan

keseluruhannya ke dalam tanah pasir. Asumsikan . Perpindahan yang

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 10: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 8

diijinkan pada kepala tiang adalah 8 mm. Tentukanlah beban lateral ijin, . Anggaplah

adalah nol.

2.3.1. Penyelesaian

Dari Tabel 1 pada Modul IV untuk tiang HP 250 x 0.834,

Dari Pers. (11)

, sehingga ini adalah tiang panjang. Karena , Pers. (6)

akan mengambil bentuk

Sehingga

Diketahui = 8 mm = 0.008 m. Pada = 2.435 (lihat Tabel 1). Jadi

Nilai ditentukan berdasarkan hanya pada kondisi perpindahan dibatasi.

Namun nilai berdasarkan kapasitas momen tiang perlu juga ditentukan. Untuk itu

mengacu pada Pers. (8) dengan ,

Berdasarkan Tabel 1, nilai maksimum untuk pada setiap kedalaman adalah 0,772.

Maka momen ijin maksimum yang dapat dipikul tiang menjadi

Ambillah . Dari Tabel 1 pada Modul IV, dan

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 11: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 9

, sehingga,

Dengan demikian

Nilai kN lebih besar dari 53.59 kN. Maka akan digunakan kriteria lendutan,

sehingga .

Ini hanyalah pendekatan pertama. Keabsahan asumsi bisa diperiksa

kembali dengan menggunakan .

Bab 3 Tahanan Tarik Tiang

Pada bagian awal bab ini sudah disinggung bahwa terdapat kemungkinan adanya kondisi

konstruksi dimana tiang menderita gaya angkat (uplift forces). Tahanan batas tiang akibat

pembebanan semacam ini belum banyak diselidiki hingga sekarang ini. Tahanan batas

kotor tiang yang menderita gaya angkat dapat ditulis sebagai (lihat Gambar 4)

Gambar 4 Kapasitas angkat tiang

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 12: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 10

Kapasitas angkat batas bersih tiang yang tertanam pada lempung jenuh telah dipelajari

oleh Das dan Seeley (1982). Merujuk pada studi mereka,

Untuk tiang beton cor di tempat

dan

Dengan cara yang sama untuk tiang pipa

Apabila tiang tertanam pada tanah granular (c = 0), kapasitas angkat batas bersih dapat

dinyatakan sebagai (Das dan Seeley, 1975)

Gesekan kulit satuan selama uplift biasanya bervariasi seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 5(a). Meningkat secara linier hingga mencapai kedalaman ; selebihnya

akan menjadi konstan.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 13: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 11

Gambar 5 (a) Sifat variasi ; (b) koefisien uplift ; (c) variasi dan dengan

kepadatan relatif pasir

Untuk

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 14: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 12

Variasi koefisien uplift dengan sudut gesek tanah diberikan pada Gambar 5(b).

Berdasarkan pengalaman, nilai-nilai dan bergantung pada kerapatan relatif tanah.

Gambar 5(c) memperlihatkan sifat variasi ini dengan kerapatan relatif tanah. Untuk

perhitungan kapasitas batas uplift bersih, prosedur berikut ini dapat digunakan.

(1) Menentukan kerapatan relatif tanah dan gunakan Gambar 5(c) untuk memperoleh

nilai .

(2) Jika panjang tiang L kurang atau sama dengan

Pada tanah kering, . Sehingga

Nilai dapat diperoleh dari Gambar 5(b) dan (c).

(3) Untuk kasus dimana

Pada tanah kering, persamaan di atas berubah menjadi bentuk sederhana berikut

ini

Nilai-nilai dapat ditentukan dari Gambar 5(b) dan (c).

Untuk menghitung kapasitas uplift ijin bersih, gunakanlah faktor keamanan sebesar 2-3.

Maka

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 15: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 13

3.1. Contoh Soal 2

Untuk tiang pipa seperti diberikan pada Contoh Soal 5 Modul 5, tentukanlah kapsitas uplift

batas bersih.

3.1.1. Penyelesaian

Akan digunakan Pers. (22) untuk soal ini. Oleh karena lapisan bagian atas dan bawah

adalah lempung dengan , nilai untuk kedua lapisan adalah 0.2. Maka

3.2. Contoh Soal 3

Dengan mengacu pada Contoh Soal 1 pada Modul 5. Untuk tiang beton, tentukanlah

kapasitas tarik batas bersih. Asumsikan kerapatan relatif tanah adalah 60%.

3.2.1. Penyelesaian

Dari Gambar 5(c), untuk kerapatan relatif 60%, . Jadi

Karena L= 12 m > , Pers. (32) akan digunakan

Dari Gambar 5(b), untuk . Dengan cara yang sama, dari Gambar 5(c),

untuk kerapatan relatif 60%, . Jadi, $ . Dengan

mensubtitusikan nilai-nilai ini ke persamaan di atas diperoleh

Referensi

[1]. Bowles, J.E.: Foundation Analysis and Design, 4th ed., Mc-Graw-Hill, New York,

1988.

[2]. Das, B.M.: Principles of Foundation Engineering, PWS Publishers, Boston, 1984.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II

Page 16: Gaya Tarik Pondasi Tiang_ 11032-9-570453326377

Pembebanan Lateral & Tahanan Tarik Tiang-Modul 9 14

[3]. Meyerhof, G.G.: Bearing capacity and settlement of pile foundations, Journal of the

Geotechnical Engineering Divisions, ASCE, Vol. 102, No. GT3, pp. 197-228,

[4]. Teng, W.C.: Foundation Design, Prentice-Hall, New Jersey, 1962.

[5]. Tomlinson, M.J.: Pile Design and Construction Practice, A Viewpoint Publication,

Cement and Concrete Association, 1977.

[6]. Tschebotarioff, G.P.: Foundation, Retaining and Earth Structures, 2nd ed., Mc-Graw-

Hill, New York, 1973.

[7]. Vesic, A.S.: Experiment with instrumented pile groups in sand, American Society for

Testing and Materials; Special Technical Publication, No. 444, pp. 177-222, 1969.

[8]. Vesic, A.S.: Test on instrumented piles-Ogeechee River site, Journal of the Soil

Mechanics and Foundations Divisions, ASCE, Vol. 96, No. SM2, pp. 561-584, 1970.

[9]. Vesic, A.S.: Design of Pile Foundations, National Cooperative Highway Research

Program Synthesis of Practice No. 42, Transportation Research Board, Washington,

D.C., 1977.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MTMEKANIKA TANAH II