TIANG DENGAN BEBAN LATERAL

YZ

TIANG DENGAN BEBAN LATERAL

Daya dukung lateral tiang

Beban lateral dapat disebabkan antara lain oleh:

- Tekanan tanah lateral

- Beban angin

- Beban gempa

- Gaya akibat gelombang pada struktur lepas pantai

- dll.

PENDAHULUAN

Beban lateral yang bekerja pada kelompok tiang dapat dipikul oleh komponen horisontal dari tiang miring atau kekuatan tanah lateral disekeliling tiang vertikal.

Jika tiang vertikal memikul gaya horisontal, maka tanah bagian atas harus mampu menahan gaya tersebut tanpa menimbulkan gerakan lateral yang berlebihan.

Jika tiang vertikal tidak mampu memikul gaya horisontal maka digunakan tiang miring.

Kriteria perencanaan :

Tiang harus mampu memikul momen lentur.

Tanah harus mampu mendukung beban,

Defleksi lateral masih dalam batas yang diijinkan.

PENDAHULUAN

Tiang vertikal memikul beban lateral dengan memobilisasi tekanan pasif tanah disekelilingnya.

Distribusi reaksi tanah tergantung pada:

Kekakuan tiang

Kekuatan lateral tanah

Kondisi jepitan ujung tiang.

Secara umum tiang dengan beban lateral dikelompokkan:

Tiang pendek atau tiang kaku

Tiang panjang atau tiang elastis.

PENDAHULUAN

Metoda Analisis

Metoda Brom:

- tersedia grafik-grafik

- kurang akurat karena tidak memperhitungan soil-structure/pile interaction

- hanya berlaku untuk satu jenis tanah tertentu

Metoda p-y curves

- berdasarkan persamaan beam-column yang diselesaikan menggunakan finite difference

- lebih akurat karena memperhitungan soil-structure/pile interaction

- dapat digunakan untuk tanah dengan lapisan yang berbeda

- perlu komputer program, misalnya L-Pile

Daya Dukung Lateral Tiang

Cara Broms

Analisis dibedakan atas:

tiang pendek (short pile)

tiang panjang (long pile)

Kepala tiang dibedakan atas:

kepala tiang tidak tertahan (unrestrained/free)

kepala tiang tertahan (restrained)

Tanah dibedakan atas:

tanah kohesif

tanah non-kohesif

MEKANISME KERUNTUHAN

TIANG PENDEK

TIANG PANJANG

Defleksi, Reaksi Tanah dan Momen Tiang Pendek pada Tanah Kohesif

Defleksi, Reaksi Tanah dan Momen Tiang Panjang pada Tanah Kohesif

Untuk menentukan momen dan lendutan tiang vertikal yang dipancang pada tanah granular dan dibebani beban lateral dan momen di permukaan tanah digunakan cara Matlock dan Reese (1960).

Persamaan diferensial:

dimana :

EI : kekakuan tiang

Es : modulus tanah

PENYELESAIAN ELASTIS

PENYELESAIAN ELASTIS

Pada kedalaman x:

Defleksi Tiang :

Kemiringan Tiang :

Momen :

Gaya Lintang :

Reaksi Tanah :

dimana :

A, B = koefisien dapat dilihat pada tabel

T = panjang karakteristik sistem tiang-tanah

nh = konstanta modulus hor. subgrade reaction

Tanah Nh (kN/m3)Pasir kering atau basahLepas (loose)1800 - 2200Sedang (medium)5500 - 7000Padat (dense)15000 - 18000Pasir terendam (submerged sand)Lepas (loose)1000 - 1400Sedang (medium)3500 - 4500Padat (dense)9000 - 12000

Harga nh

Variasi nh relative density (Reese,1975)

Tiang pipa baja diameter luar 61 cm tebal 2,5 cm dipancang pada tanah pasir lepas (Dr=30%) teremdam sampai kedalaman 20m. terendam = 8,75 kN/m3 dan = 33, EI tiang = 4,35x1011 kg.cm2 (4,35x102 MN.m2). Hitung defleksi tiang di permukaan tanah akibat beban lateral 268 kN di permukaan tanah dan kepala tiang bebas dengan cara Matlock dan Reese.

Penyelesaian :

Untuk Dr=30% kondisi teremdam nh = 6 MN/m3

Contoh Soal

Defleksi tiang

Utk M=0, di permukaan tanah Z=0 Ay=2,435

Jika beban lateral 2 m di atas permukaan tanah

Penyelesaian :

Defleksi tiang

Di permukaan tanah Z=0 Ay=2,435 ; By= 1,623

T = 2,35m ; Mt = 0,268x2 = 0,536 MN.m

Sehingga

Jika kepala tiang jepit

Penyelesaian :

Pada permukaan tanah :

Untuk jepit Sg = 0

Sehingga

Untuk Pt = 0,268 MN ; T = 2,35m ; EI = 4,35x102 MN.m2

Maka

Untuk tiang dengan beban lateral Broms (1965) mengembangkan penyelesaian yang disederhana kan berdasarkan asumsi :

Keruntuhan geser pada tanah

Lentur tiang ditentukan kekuatan leleh plastis penampang tiang.

Penyelesaian Broms berhubungan dengan :

Defleksi lateral tiang di permukaan tanah pada beban kerja.

Kekuatan lateral batas tiang pada beban lateral.

Analisis Beban Batas : Cara Broms

Defleksi lateral tiang pada tanah kohesif dengan beban kerja digunakan chart dengan parameter:

DEFLEKSI LATERAL PADA BEBAN KERJA

Defleksi lateral tiang pada tanah nonkohesif dengan beban kerja digunakan chart dengan parameter:

DEFLEKSI LATERAL PADA BEBAN KERJA

DEFLEKSI LATERAL TIANG PADA TANAH KOHESIF

DEFLEKSI LATERAL TIANG PD TANAH NONKOHESIF

Kekuatan tanah batas meningkat terhadap kedalaman dari 2 cu sampai 8 12 cu pada kedalaman 3d, Broms (1964) mengusulkan harga konstan 9cu pada kedalaman 1,5d.

Penyelesaian untuk tiang pendek dan panjang seperti chart berikut.

Untuk penyelesaian tiang panjang dipengaruhi oleh momen leleh penampang tiang. Broms mengusulkan :

KEKUATAN LATERAL BATAS PADA TANAH KOHESIF JENUH

KEKUATAN LATERAL BATAS TIANG PENDEK PADA TANAH KOHESIF JENUH

KEKUATAN LATERAL BATAS TIANG PANJANG PADA TANAH KOHESIF JENUH

Kekuatan lateral batas tiang dapat diperkirakan dengan menggunakan chart berikut.

Untuk tiang pendek diplot vs L/d.

Untuk tiang panjang diplot vs

dimana :

KEKUATAN LATERAL BATAS PADA TANAH NONKOHESIF

KEKUATAN LATERAL BATAS TIANG PENDEK PADA TANAH NONKOHESIF

KEKUATAN LATERAL BATAS TIANG PANJANG PADA TANAH NONKOHESIF

Tiang pipa baja diameter luar 61 cm tebal 2,5 cm dipancang pada tanah kohesif jenuh sampai kedalaman 20m, cu = 85 kPa. Hitung kekuatan lateral batas tiang dengan cara Broms, bila gaya bekerja pada permukaan tanah.

Penyelesaian : asumsi sebagai tiang panjang

Dengan menggunakan chart,

Contoh Soal

Dari chart di atas, untuk

Jika kepala tiang terjepit, hitung kekuatan lateral batas Pu.

Penyelesaian :

Dari perhitungan di atas

Dari chart, untuk

Sehingga

Tiang pipa baja diameter luar 61 cm, diameter dalam 56 cm dipancang pada tanah pasir medium terendam sampai kedalaman 20m, Dr=60%, = 38. Hitung kekuatan lateral batas tiang Pu dengan cara Broms. Anggap kekuatan leleh penampang tiang sama dengan soal di atas dan terendam = 8,75 kN/m3.

Penyelesaian :

Contoh Soal

Dari chart di atas, untuk e/d = 0

didapat

Sehingga :

Jika kepala tiang terjepit, hitung kekuatan lateral batas Pu.

Penyelesaian:

untuk

didapat

Sehingga :

Tiang pipa baja diameter luar 61 cm tebal 2,5 cm dipancang pada tanah pasir lepas (Dr=30%) teremdam sampai kedalaman 20m. terendam = 8,75 kN/m3 dan = 33, EI tiang = 4,35x1011 kg.cm2 (4,35x102 MN.m2). Hitung defleksi tiang di permukaan tanah akibat beban lateral 268 kN di permukaan tanah dan kepala tiang bebas dengan cara Broms.

Penyelesaian :

Contoh Soal

untuk

didapat

Sehingga :

Kekuatan tiang vertikal terhadap gayalateral umumnya kecil.

Agar tiang dapat memikul beban lateral maka dipasang tiang miring.

Kemiringan tiang umumnya tergantung jenis tiang dan beban lateral yang dipikul.

Tiang miring dipakai bila beban lateral lebih dari 5 kN / tiang.

Kemiringan yang sering dipakai adalah: 1H : 5V sampai 5H : 12V.

TIANG MIRING

CARA GRAFIS

p-y curvessingle piles under lateral loading

Three diminsional soil-pile interaction

Distribusi tegangan sebelum dan sesudah terjadi deformasi lateral

Sebelum pile terdefleksi, unit tegangan tegak lurus pada pile akan terdistribusi secara uniform (gambar a)

Setelah pile terdefleksi, distribusi tegangan menjadi seperti gbr b.

Integration dari unit tegangan tsb akan menghasilkan p yang bekerja berlawanan dgn y

Typical p-y curve dan soil modulus

Epy didefinisikan sbg modulus reaksi dari tiang akibat beban lateral

Terlihat bahwa untuk nilai Epy ini konstan untuk defleksi yang kecil

Analytical model used in p-y Method

2D Finite Difference Analysis

Pile dibagi atas n-interval

Tanah disekeliling pile dimodelkan sebagai non-linear spring pada setiap titik nodal

p = tahanan tanah lateral per satuan panjang (F/L)

y = deformasi lateral dari tiang (L)

Pemodelan dengan p-y curves

p-y curves akan berbeda untuk setiap kedalaman tergantung dari jenis tanah dan deformasi y

Hetenyis beam-column model

y=lateral defleksi dari pile, p=reaksi dari tanah persatuan panjang, Q = beban aksial pada pile, M = bending moment dari pile, V = geser yang bekerja pada pile, S = slope dari kurva elastik

Pile yang terdefleksi

Go to manual L-Pile

Soil Modulus Es

Serupa dgn Epy, nilai Es akan berkurang dgn bertambahnya strain

(a) p-y curve where a short term monotonic loading was applied to a pile

(b) p-y curve where a cyclic loading was applied to a pile. The loss of resistance shown by the shaded area.

(c) There is an increasing deflection with the sustained loading.

The conceptual of p-y Curve

Stiffness dari clay

42

42

0

dydy

EIQpW

dxdx

+-+=

3

3

v

dydy

EIQV

dxdx

+=

2

2

dy

EIM

dx

=

dy

S

dx

=