PILE DYNAMICS

In spite of their obvious deficiencies and their unreability, pile driving formulas still great popularity among practicing engineers, because the use of these formulas reduce the design of pile foundations to a very simple procedure. The price one pays for this artificial simplification is very high.

Karl Terzaghi, 1943. Theoretical Soil Mechanics. John Wiley & Sons, New York.

Selasa, 04 Oktober 2011

Ringkasan Pengujian Pondasi Dinamik

Rumus Dinamik

Telah digunakan sejak abad ke-19 untuk menentukan kapasitas tiang menggunakan analisis dinamik. Sekarang sebuah rumus dinamik yang memperhitungkan energi dari hammer tiang pancang dan set-tiang keduanya dikembangkan untuk mencari kapasitas daya dukung. Rumus Dinamik masih digunakan sampai sekarang, dengan segala kekurang-akurat-an dan kenyataan bahwa tidak dapat memprediksi tegangan selama pemancangan.

******************************************************

Analsis Persamaan Gelombang

Pada tahun 1950-an, E.A. Smith dari Raymond Pile Driving Company mengembangkan metode analisis numeric untuk memprediksi hubungan antara kapasitas versus blow count serta menyelidiki tegangan saat pemancangan.  Model matematika memperlihatkan bahwa hammer dan semua kelengkapan-nya (ram, cap, cap block), serta tiang itu sendiri, sebagai sebuah rangkaian seri Massa Tergumpal dan Pegas pada analisis 1-Dimensi. Respon tanah pada tiap segmen tiang dimodelkan sebagai viscoelastic-plastic.

Semua komponen dari sistem tersebut adalah model yang paling realistis. Analisis dimulai dengan jatuhnya hammer ram dan mengukur kecepatan awal saat tumbukan terjadi. Metode ini adalah teknik terbaik untuk memprediksi hubungan antara kapasitas tiang dengan blow counts (atau set per blow), dan satu-satunya metode yang dapat digunakan untuk memprediksi tegangan saat pemancangan. Peningkatan terhadap Metode Smith termasuk yang dikerjakan oleh GRL dengan mengikutsertakan model thermodynamic diesel hammer dan residual stresses. The GRL Wave Equation Analysis of Piles (GRLWEAP) program adalah berdasarkan Metode Smith.

Pendekatan persamaan gelombang adalah alat yang sangat handal untuk analysis of impact pile driving, namun juga mempunyai keterbatasan. Hal ini terutama terdapat ketaktentuan dalam menghitung kebutuhan input, seperti kinerja hammer dan  parameter tanah.

*******************************************************************
Pengujian Dinamik Regangan Tinggi

Saat hammer atau drop hammer mengenai kepala tiang, gelombang tegangan tekan merambat kebawah disepanjang tiang dengan kecepatan c, dimana merupakan fungsi dari modulus elastisitas E dan berat jenis. Tumbukan tersebut menimbulkan gaya F dan kecepatan partikel v di bagian atas tiang. Gaya dihitung dari pengukuruan sinyal dari sepasang strain transducers yang dipasang dekat kepala tiang yang telah diketahui luas area penampang tiang serta nilai modulusnya. Pengukuran kecepatan didapat dengan cara menggabungkan sinyal dari sepasang accelerometers yang juga dipasang dekat kepala tiang. Strain transducers dan  accelerometers mengantarkan data ke alat Pile Driving Analyzer® (PDA), selanjutnya untuk diproses dan didapat hasilnya.
Selama gelombang berjalan dalam satu arah, gaya dan kecepatan akan proporsional :
F = Z v
Dimana :
      Z =  EA/c  adalah impedansi tiang
      E : modulus elastisitas tiang
      A : luas area cross section dari tiang
      c : kecepatan gelombang material saat  gelombang depan berjalan.


Gaya tahanan tanah disepanjang tiang dan ujung menimbulkan refleksi gelombang dan terekam di bagian atas pondasi. Waktu yang dibutuhkan untuk refleksi gelombang diterima di kepala tiang disesuaikan terhadap masing-masing lokasi di sepanjang tiang. Pengukuran gaya dan kecepatan di dekat kepala tiang dapat memberikan informasi yang cukup dan perlu untuk memperhitungkan tahanan tanah beserta distribusinya.


Total tahanan tanah yang dihitung oleh PDA termasuk komponen static dan viscous. Tahanan statik diperoleh dengan menjumlahkan komponen dinamik dari total tahanan tanah. Komponen dinamik dihitung sebagai hasil dari kecepatan tiang dikalikan parameter tanah yang disebut dengan Damping Factor. Damping Factor adalah masukan untuk PDA dan terkait dengan distribusi butiran yang terkandung pada tanah.


Energi yang disalurkan pada tiang langsung dihitung dari hasil integral force times incremental displacement ( ∫Fdu ) dimana dengan mudah dievaluasi sebagai force times velocity integrated over time ( ∫Fvdt ). Tegangan tekan maksimum di kepala tiang langsung dihasilkan dari hasil pengukuran. Pengukuran juga langsung melakukan perhitungan tegangan tekan di ujung tiang dan tegangan tarik disepanjang tiang. Keutuhan tiang dapat dievaluasi dengan memperhatikan pengukuran pada pantulan tarik awal (yang disebabkan oleh kerusakan tiang) sebagai hasil dari pantulan pada ujung tiang; dengan kurangnya pantulan tersebut menandakan tidak ada kerusakan pada tiang.
Pengujian Dinamik Regangan Tinggi meliputi Dynamic Pile Monitoring dan Dynamic Load Testing. Kedua hal tersebut tertuang dalam ASTM D4945. Pile Driving Monitoring terdiri dari penggunaan PDA untuk melakukan evaluasi nyata pada kapasitas berdasarkan Case Method, transfer energi, tegangan pemancangan dan keutuhan tiang untuk setiap pukulan. Dynamic Load Testing melibatkan selain teknik evolusi dari Metode Smith  sebagai pendekatan dari pemodelan teori metoda perambatan gelombang dari tiang pancang, terdapat dalam Case Pile Wave Analysis Program (CAPWAP®). CAPWAP menggabungkan pengukuran lapangan (diperoleh dari PDA) dan prosedur analitis tipe persamaan gelombang untuk memprediksi perilaku tanah termasuk kapasitas static-load, distribusi tahanan tanah, karakteristik transfer beban dari tiang ke tanah, soil damping dan quake values, dan pile load versus movement plots (seperti pada static load test). Analisis  CAPWAP  dibuat dari data PDA yang telah selesai/ lengkap.


**************************************************************

Pengujian Dinamik Regangan Rendah


Teori perambatan gelombang dapat juga diterapkan pada situasi tumbukan ringan pada tiang, dapat menghasilkan regangan rendah. Gelombang tekan akan tetap merambat ke bawah sepanjang tiang ketika dipukul menggunakan hammer kecil/ ringan dioperasikan dengan tangan. Seperti halnya Pengujian Regangan Tinggi, gelombang tersebut akan merambat dengan kecepatan tetap c. Perubahan impedansi Z menghasilkan pantulan gelombang.


Penerapan dari teori persamaan gelombang terhadap gelombang yang ada menggunakan tumbukan ringan adalah dasar dari Pengujian Keutuhan Dinamik Regangan Rendah. Prosedur tersebut dilaksanakan menggunakan alat Pile Integrity Tester (PIT), sebuah hammer kecil digunakan untuk menghasilkan tumbukan, sebuah accelerometer diletakkan diatas tiang berfungsi untuk mengukur respon dari tumbukan hammer. Diberikan kecepatan gelombang tegangan yang sudah diketahui, merekam kecepatan yang terjadi (terintegrasi dari sinyal accelerometer) pada kepala tiang sehingga dapat diperkirakan ke-takseragaman pada tiang (adanya perubahan impedansi). Perkiraan tersebut dapat terlaksana berdasarkan daerah waktu (Pulse echo, atau Sonic echo) namun data tersebut juga dapat di-evaluasi dengan mengukur gaya hammer dan menganalisis dalam daerah frekuensi (Transient Dynamic Response). Panjang tiang juga dapat diketahui. Metode pengujian tak merusak ini biasanya diterapkan pada tiang beton, tiang pipa besi yang diisi beton, tiang bor, auger cast-in-place (continuous flight auger) piles, bahkan pada tiang kayu. Biasanya metode tersebut diterapkan pada tiang yang tidak berhubungan langsung dengan struktur, namun hasil yang bagus sering dihasilkan dari tiang yang menyatu dengan struktur (seperti tower cell-phone, tower listrik dan jembatan). Metode tersebut tertuang dalam ASTM D5882.


Tidak ada komentar:

Poskan Komentar