SIMULASI HASIL UJI PLATE LOADING TEST
STUDI KASUS HOTEL 10 LANTAI DI BANDUNG
Budijanto Widjaja1, Freddy Gunawan2, dan Lea Marsela2
L
Laboratorium Geoteknik, Universitas Katolik Parahyangan Email: [email protected]
2
GW & Associates – Geotechnical Engineering Consultant Email:[email protected]
ABSTRAK
Kajian geoteknik dilakukan pada hotel berbintang bertingkat sepuluh dengan dua basement di Dago, Bandung dengan sistem raft foundation. Untuk mengetahui besaran daya dukung tersebut dibutuhkan uji lapangan berupa plate loading test (ASTM D-1194-2003). Dari hasil pengujian tersebut dapat diperoleh informasi berupa konstanta pegas (spring constant) yang umumnya berguna di dalam desain pelat basement. Data tanah diperoleh dari empat lokasi pengujian tanah berupa pengujian standard penetration test dan sondir serta pengujian laboratorium. Basement tersebut duduk diatas lapisan tanah pasiran tersementasi. Back analysis dilakukan pada hasil plate
loading test dengan mempertimbangkan pengaruh zona tegangan dari pengujian lapangan tersebut
dan menggunakan metode elemen hingga (PLAXIS) dapat diperoleh informasi modulus tanah dan kuat geser hanya pada lapisan tanah pasiran tersementasi yang dekat dengan basement. Konstanta pegas dan modulus tanah itu kemudian dibandingkan dengan metode empirik yang ada. Hasil menunjukkan bahwa kedua nilai tersebut relatif masih berada dalam rentang yang diijinkan. Kata kunci: plate loading test, raft foundation, back analysis
1. PENDAHULUAN
Pada lokasi rencana proyek dengan kondisi lapisan tanah keras relatif dangkal, salah satu alternatif jenis pondasi yang dapat dipilih adalah pondasi dangkal. Untuk bangunan yang relatif luas dengan beban relatif besar, maka dapat digunakan sistem pondasi rakit (raft foundation). Pada beberapa kasus, penggunaan sistem pondasi rakit dapat menekan biaya konstruksi pondasi.
Salah satu parameter tanah yang digunakan dalam analisis pondasi rakit adalah modulus of subgrade reaction. Untuk penulisan selanjutnya nilai modulus itu disebut sebagai modulus subgrade. Parameter modulus subgrade dapat diperoleh dari metode empirik, analisis numerik, serta plate loading test di lapangan.
2. DESKRIPSI PROYEK
Bangunan Hotel berlokasi di kawasan Jalan Ir. H. Juanda, Bandung dan terdiri dari 10 lantai dengan 2 basement. Lahan eksisting pada mulanya merupakan bangunan rumah tinggal dan rumah makan dengan kondisi topografi relatif datar. Pada sisi Barat, bangunan Hotel berbatasan langsung dengan Jalan Ir. H. Juanda sedangkan pada sisi Utara, Timur, dan Selatan, bangunan hotel berbatasan langsung dengan bangunan tetangga dengan jumlah lantai satu sampai dengan tiga lapis.
Keseluruhan struktur Hotel menggunakan struktur beton bertulang. Untuk galian basement, digunakan perkuatan berupa konstruksi soldier pile yang dipasang di sekeliling galian basement. Soldier pile yang digunakan memiliki diameter 0.60 m dengan jarak as ke as 1.20 m dan panjang total soldier pile 12.0 m. Masing-masing kepala soldier
pile dihubungkan satu dengan lainnya dengan konstruksi capping beam.
Konstruksi pondasi bangunan Hotel direncanakan menggunakan raft foundation mengingat kedalaman lapisan pendukung yang relatif dangkal.
3. PROFIL DAN PARAMETER TANAH
Profil dan parameter tanah diperoleh dari hasil penyelidikan geoteknik yang dilakukan baik di lapangan maupun di laboratorium. Penyelidikan geoteknik dilakukan dalam dua tahap, yaitu Tahap I pada tahun 2005 dan Tahap II pada tahun 2006.
Pada penyelidikan geoteknik Tahap I dilakukan pemboran teknik sebanyak dua titik (BH-1 dan BH-2) dengan kedalaman 30.0 dan 40.0 m. Pengujian lapangan yang dilakukan meliputi delapan titik uji Sondir (DCPT) kapasitas 2.5 ton dan Standard Penetration Test (SPT) pada setiap titik bor dengan interval kedalaman pengujian 1.5 m. Uji sondir dilakukan hingga kapasitas alat tercapai dengan nilai tahanan ujung sondir (qc) lebih besar dari 200.0 kg/cm2.
Kedalaman penetrasi uji sondir bervariasi antara 4.4 sampai 6.2 m. Berdasarkan hasil pemboran teknik, diketahui bahwa profil tanah sampai dengan kedalaman 6.5 m merupakan lapisan lanau dengan konsistensi lunak (soft) hingga keras (hard) dengan rentang NSPT antara 2 hingga 30 pukulan per-30 cm. Di atas kedalaman 6.5 m merupakan
lapisan lapukan breksi (pasir tersementasi) dengan nilai NSPT lebih besar dari 50 pukulan per-30 cm. Kondisi profil
tanah tersebut diperkuat dengan klasifikasi yang diusulkan oleh Schmertmann (1969) pada hasil uji sondir di mana sampai dengan kedalaman 4.0 m diprediksi merupakan tanah lempung dan di atas kedalaman 4.0 m merupakan tanah pasiran.
Pada penyelidikan geoteknik Tahap II dilakukan pemboran teknik sebanyak satu titik (BH-3) dengan kedalaman 25.0 m. Pengujian lapangan yang dilakukan adalah SPT dengan interval kedalaman pengujian 2.0 m. Berdasarkan hasil pemboran teknik, diketahui bahwa profil tanah sampai dengan kedalaman 5.0 m merupakan lapisan lempung kepasiran dengan konsistensi sedang (medium) hingga teguh (stiff) dengan rentang NSPT antara 7 hingga 12 pukulan
per-30 cm. Di atas kedalaman 5.0 m merupakan lapisan lapukan breksi (pasir tersementasi) dengan nilai NSPT lebih
besar dari 50 pukulan per-30 cm. Gambar 1 menunjukkan nilai NSPT pada keseluruhan titik pemboran teknik
terhadap kedalaman. NSPT Terhadap Kedalaman 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 0 10 20 30 40 50 60 NSPT (blow/ft) Ke d a la m a n ( m ) BH-1 BH-2 BH-3
Gambar 1. NSPT terhadap Kedalaman pada Keseluruhan Titik Pemboran Teknik
Muka air tanah (MAT) selama pelaksanaan pemboran teknik ditemukan pada kedalaman 6.0 – 7.0 m dari permukaan tanah eksisting.
Pengujian laboratorium dilakukan pada sampel tak terganggu (UDS) untuk mengetahui sifat-sifat fisik dan mekanik dari tanah. Uji laboratorium yang dilakukan meliputi enam jenis pengujian, yaitu: Uji Indeks Propertis, Uji Batas-batas Atterberg, Analisa Tapis dan Hidrometer, Uji Geser Langsung (Direct Shear Test), Uji Tekan Bebas (Unconfined Compression Test), Uji Triaksial UU (Unconsolidated Undrained), dan Uji Konsolidasi.
Gambar 2 menunjukkan nilai kadar air (wn), batas plastis (PL), dan batas cair (LL) terhadap kedalaman di mana nilai
kadar air berkisar antara 27.74% – 60.35%. Sebagian besar perilaku tanah tanah yang diuji di laboratorium berdasarkan Kurva Plastisitas yang diusulkan Casagrande (Gambar 3) didominasi oleh tanah lanau dengan plastisitas tinggi atau MH. Berdasarkan hasil uji SPT di lapangan dan pengujian kuat geser tanah di laboratorium dibuat korelasi NSPT terhadap nilai kohesi (c) yang diperoleh berdasarkan hasil uji tekan bebas, dan uji triaksial UU
(Gambar 4).
Gambar 5 menunjukkan nilai Cc/(1+e0) terhadap kedalaman, di mana sampai kedalaman 5.0 m nilai Cc/(1+e0)
berada pada rentang 0.071 – 0.104. Berdasarkan klasifikasi tingkat kompresibilitas tanah yang diusulkan oleh Coduto (2002) sampai dengan kedalaman 5.0 m tingkat kompresibilitas tanah termasuk dalam klasifikasi slightly
dalam kondisi terkonsolidasi lebih (over consolidated). Untuk kedalaman lebih dari 3.0 m, tanah berada dalam kondisi terkonsolidasi normal (normally consolidated).
Gambar 2. Nilai Kadar Air (wn), Batas Plastis (PL), dan Batas Cair (LL) terhadap Kedalaman
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100. 0 Liquid Limit, LL (%) P la s ti c ity I n de x , IP (% ) CL CH ML & OL MH & OH CL & ML
Atterberg Limit dan Kadar Air
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 0.0 25.0 50.0 75.0 100.0 125.0 150.0 Wn, LL, PL (%) Ke d a la m a n (m ) PL LL Wn COL
Gambar 3. Perilaku Tanah berdasarkan Kurva Plastisitas Casagrande
Kurva NSPT Terhadap Kohesi
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 NSPT (blow/ft) Ko h e s i (k g/ c m 2) TX-UU UCT 1 16 1 20 5 1
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 Cc/(1+e0) Ke d a la m a n ( m )
Gambar 5. Nilai Cc/(1+e0) Terhadap Kedalaman
Tabel 1 : Klasifikasi Tingkat Kompresibilitas Tanah (Coduto, 2002)
0 e 1 Cc + or 1 e0 Cr + Classification
0.00 – 0.05 Very slightly compressible
0.05 – 0.10 Slightly compressible
0.10 – 0.20 Moderately compressible
0.20 – 0.35 Highly compressible
> 0.35 Very highly compressible
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5. OCR Ke d a la m a n ( m ) 0
Gambar 6. Nilai Overconsolidated Ratio (OCR) Terhadap Kedalaman
4. PLATE LOADING TEST
Metode Plate Load Test berdasarkan referensi standar ASTM D 1194 –2003. Pengujian minimal dilakukan pada 2 (dua) titik lokasi pengujian. Langkah pengujian adalah sebagai berikut.
• Penentuan beban rencana pengujian
Proses pembebanan menggunakan alat Hidraulik atau Mechanical jack. Kapasitas alat tersebut harus mampu menerima beban rencana yang direncanakan. Dalam pengujian ini, rencana beban maksimum adalah sebesar 25 ton yang akan dikenakan pada pelat.
• Penggalian sampai pada kedalaman yang direncanakan
Penggalian dilakukan karena lokasi pengujian yang akan dikerjakan harus berada pada level dimana lokasi pondasi akan dikerjakan.
• Pembebanan
Pelat dikenakan beban menggunakan jack hydraulic dan diukur menggunakan manometer. Besarnya penurunan diamati menggunakan dial gauges. Pengamatan selama proses pertambahan beban dilakukan dengan memperhatikan besarnya penurunan pelat. Pertambahan beban yang ditambahkan sebesar 2.5 ton dengan selang waktu yang sama. Perlu digambarkan hubungan antara beban vs waktu, beban vs penurunan, penurunan vs waktu.
• Pengujian dilanjutkan hingga kapasitas maksimum
Selama proses pengujian, lokasi jack piston harus selalu dijaga vertikalitasnya agar tidak terjadi masalah eksentrisitas. Setelah beban dilepaskan, elastic rebound dari tanah dicatat dengan selang waktu pengurangan beban sama seperti proses penambahan beban.
Dalam proyek pembangunan Hotel ini, dilakukan uji plate loading test sebanyak dua titik yakni PLT-1 dan PLT-2 untuk verifikasi nilai modulus subgrade yang digunakan dalam desain. Plate loading test dilakukan pada elevasi cut
off level (COL) di levasi -6.0 m yaitu pada posisi persis di abwah pelat lantai basement. Sketsa pengujian dapat
dilihat pada Gambar 7.
manometer jack
Dial gauges
Reference beam
Steel plate d = 28 cm
Gambar 7 Konstruksi Plate Loading Test
Beban vs Waktu
0 5 10 15 20 25 30 0 500 1000 1500 Waktu (jam ) B e ba n ( to n) PLT-1 PLT-2MODULUS SUBGRADE
Modulus subgrade (ks) adalah rasio antara tegangan terhadap penurunan yang terjadi atau dapat dinyatakan sebagai:
∆
= q
ks (1) di mana ks adalah modulus subgrade (kN/m3), q adalah tegangan yang bekerja pada tanah (kN/m2), dan ∆ adalah
penurunan akibat adanya peningkatan tegangan (m).
Metode pendekatan nilai modulus subgrade ini mengasumsikan pondasi yang dibebani secara vertikal sebagai balok di atas pondasi elastis (Hetenyi, 1974). Diasumsikan perlawanan tanah yang mendukung balok/pelat tersebut sebagai sejumlah pegas elastis. Tabel 2 menunjukkan nilai tipikal untuk modulus subgrade (ks) untuk beberapa jenis
tanah (Bowles, 1996). Selain itu, terdapat beberapa peneliti yang memasukkan hubungan NSPT secara empirik untuk
memperoleh nilai ks (Prakash dan Sharma, 1990; Bowles, 1996; Ou, 2006).
Tabel 2 : Nilai Modulus Subgrade Tipikal untuk Beberapa Jenis Tanah (Bowles, 1996) Tipe Tanah Modulus Subgrade (ks)
(kN/m3)
Loose sand 4800 – 16000 Medium dense sand 9600 - 80000 Dense sand 64000 – 128000 Clayey medium dense sand 32000 - 80000 Silty medium dense sand 24000 – 48000
Sebagai ilustrasi, Ou (2006) mengusulkan nilai modulus subgrade (kN/m3) sebagai korelasi dari hasil uji SPT (N SPT)
untuk tanah pasiran adalah
ks = (700 ~ 1000) NSPT (pasir) (2)
NILAI KONSTANTA PEGAS BERDASARKAN HASIL PLATE LOADING TEST
Berdasarkan hasil pengujian plate loading test (Gambar 9), dengan mengambil hubungan tegangan dan penurunan diperoleh nilai ks bervariasi antara 3.33 x 105 kN/m3 untuk lokasi PLT-1 dan antara 8.33 x 104– 2.00 x 105 kN/m3
untuk untuk lokasi PLT-2. Tegangan diperoleh dengan cara membagi beban terhadap luas pelat. Nilai ks dinyatakan
sebagai gradien dari hubungan tegangan dan penurunan. Nilai ini lebih tinggi daripada nilai tipikal pada Tabel 2 khususnya untuk dense sand.
Beban vs Penurunan
0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 30 Beban (ton) P e nu ru na n ( m m ) PLT-1 PLT-2ANALISIS BALIK
Analisis perilaku raft foundation (pondasi rakit) dilakukan dengan mengunakan finite element method (metode elemen hingga) dengan bantuan program PLAXIS. Analisis dilakukan untuk mengetahui besarnya deformasi dan tekanan tanah yang bekerja pada pondasi rakit.
Pemodelan dalam program menggunakan axial-simetri dengan model Mohr-Coulomb berupa hubungan elasto-plastis. Hasil yang diperoleh untuk ks dengan melakukan analisis balik berdasarkan kurva hubungan beban dan
penurunan hasil pengujian adalah bervariasi antara 1.42 x 105 – 2.50 x 105 kN/m3 untuk lokasi PLT-1 dan bervariasi
antara 8.33 x 105 – 1.05 x 105 kN/m3 untuk lokasi PLT-2 (Gambar 10). Hasil ini diperoleh dengan mengambil
parameter sudut geser dalam (φ) sekitar 45° dan modulus material 1.75 x 105 kPa (PLT-1) dan 7.5 x 104 kPa
(PLT-2) untuk tanah pasir tersementasi.
PLT-2 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0 100 200 300 Load (ton) S e tt lem ent ( m ) F = 42 f = 50 In situ test φ φ
Gambar 10 Hasil Analisis Balik untuk Lokasi PLT-2
Nilai Modulus Subgrade berdasarkan metode empirik
Nilai modulus subgrade diperoleh dengan mencari nilai modulus subgrade terlebih dahulu menggunakan persamaan Vesic (1961) : ) 1 ( B E k s 2 s = −ν (3)
dengan Es = modulus tanah, υ = Poisson’s ratio tanah, B = lebar pelat, dan ks = modulus subgrade (kN/m3).
Untuk lokasi PLT-1 dapat diperoleh modulus tanah dari metode empirik tersebut adalah 8.48 x 104 kPa lebih rendah
50% dari hasil metode elemen hingga. Untuk lokasi PLT-2, nilai modulus adalah 2.11 x 104 – 5.1 x 104 kPa lebih
rendah lebih dari 30%.
Nilai ks yang diperoleh dari hubungan NSPT (Ou, 2006) adalah lebih besar dari 7 x 104 – 1 x 105 kPa. Hasil ini lebih
Kekakuan Pelat
Klasifikasi pelat berdasarkan kekakuan menurut Hetenyi (1974), bergantung dari konstanta pegas dari tanah, modulus elastisitas dari balok serta dimensi pelat pada pengujian plate loading test. Kritera kekakuan adalah.
4
L < π
λ untuk pelat kaku (4)
4
L ≥ π
λ untuk pelat fleksibel (5)
dengan 4
4
E
I
B
k
s×
×
×
=
λ
, ks = konstanta pegas (kN/m), E= modulus elastisitas material pelat, B = lebar pelat, I =momen inertia penampang pelat, dan L = lebar pelat. Berdasarkan nilai analisis balik, kekakuan pelat pada uji plate loading test jelas memperlihatkan nilai λL masuk dalam kriteria pelat kaku.
5. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Berdasarkan hasil plate loading test, hasil analisis balik untuk tanah pasiran tersementasi memperlihatkan nilai
modulus subgrade lebih tinggi dibandingkan dengan hasil dari korelasi empirik. Namun sedikit lebih rendah
dari interpretasi hasil loading test.
2. Nilai modulus tanah pasiran tersementasi tersebut dari korelasi empirik relatif lebih rendah dibandingkan dengan analisis balik dengan metode elemen hingga. Hal ini menunjukkan bahwa korelasi empirik bersifat konservatif.
3. Hasil analisis dengan metode elemen hingga cukup realistis untuk memprediksi tanah pasiran tersementasi dengan model elasto-plastis Mohr-Coulomb.
4. Kekakuan pelat pada pengujian plate loading test berdasarkan kriteria Hetenyi adalah masuk dalam kategori pelat kaku.
5. Perlu dilakukan analisis lanjutan untuk pemodelan dengan model non-linear.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM (2003), Standard Test Method for Bearing Capacity of Soil Static Load and Spread Footings, Designation: D1194-94, American Society for Testing and Materials, pp. 115-117.
Bowles (1996), Foundation Analysis and Design, 4th ed., McGraw-Hill, New York
Coduto (2002), Foundation Design Principles and Practises, 2nd ed, John Wiley & Sons, New York
GW & Associates (2008), Laporan Final Design Hotel X , Bandung.
Hetenyi, M (1974), Beams on Elastic Foundation., John Wiley & Sons Canada, Canada Ou, C.Y (2006), Deep Excavation: Theory and Practice., Taylor & Francis, London
