v
UNIVERSITAS BINA NUSANTARA
_____________________________________________________________________________ Jurusan Teknik Sipil
Skripsi Sarjana
Semester Genap Tahun 2007/2008
ANALISA PENGARUH PENGGUNAAN MATERIAL GEOTEKSTIL TERHADAP DAYA DUKUNG PONDASI DANGKAL DI ATAS TANAH LEMPUNG
Gusnellya NIM: 0700707036
Abstrak
Analisa teoritis masih relatif jarang dilakukan pada penelitian daya dukung pondasi dangkal pada tanah lempung menggunakan geotekstil sehingga dalam penelitian ini akan dilakukan analisa secara teoritis terhadap pengaruh penggunaan material geotekstil terhadap kapasitas dukung pondasi dangkal di atas tanah lempung. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh dan kontribusi geotekstil terhadap daya dukung pondasi dangkal di atas permukaan tanah lempung dengan pendekatan teoritis berupa perhitungan perbandingan nilai faktor keamanan yang diperoleh dari perhitungan daya dukung pondasi dangkal yang diletakkan di atas tanah lempung tanpa menggunakan geotekstil dengan perhitungan serupa di atas tanah lempung yang dipasang geotekstil.
Penelitian ini dimulai dengan mengumpulkan data-data sekunder antara lain data tanah dasar, data tanah pengganti, data pondasi, pembebanan dan data geotekstil. Kemudian dilakukan korelasi parameter data untuk mendapatkan data-data yang diperlukan dalam proses perhitungan menurut analisa Terzaghi dan dapat di-input ke dalam program Plaxis. Pemodelan dalam program Plaxis dibuat dalam satu geometri untuk masing-masing lebar penggantian tanah dan lebar geotekstil 2 meter, 4 meter dan 6 meter sedangkan untuk posisi geotekstil adalah kelipatan -0,25 meter mencapai -1,75 meter dari permukaan tanah atau sampai nilai faktor keamanannya turun. Kesimpulan diperoleh dengan membandingkan nilai faktor keamanan yang diperoleh dari hasil perhitungan sehingga dapat dilihat pengaruh geotekstil terhadap daya dukung pondasi dangkal di atas tanah lempung.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, penggantian kekuatan tarik geotekstil tidak memberikan hasil yang berarti terhadap kenaikan daya dukung pondasi dangkal. Posisi geotekstil paling efektif untuk lebar penggantian tanah dan pemasangan geotekstil 2 meter dan 4 meter adalah pada pemasangan di kedalaman -1,50 meter dari permukaan tanah. Sedangkan untuk penggantian tanah dan pemasangan geotekstil selebar 6 meter, posisi yang paling optimal adalah pada kedalaman -0,75 meter dari permukaan tanah. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa penggantian tanah dan pemasangan geotekstil selebar 4 meter pada parameter kuat geser tanah yang sama memberikan nilai faktor keamanan tertinggi.
Dapat disimpulkan bahwa dengan penggunaan geotekstil pada kedalaman dan posisi tertentu dapat diperoleh nilai daya dukung yang lebih tinggi dibandingkan dengan keadaan tanpa geotekstil. Menurut hasil yang diperoleh maka penggantian tanah dan pemasangan geotekstil selebar 4 meter pada kedalaman -1,50 meter memberikan hasil paling optimal.
Kata Kunci :
Daya dukung pondasi dangkal, analisa teoritis, kontribusi geotekstil, perbandingan nilai faktor keamanan.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur yang sebesar-besarnya penulis panjatkan pada Bapa, Putra dan Roh Kudus karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan penelitian ini dengan baik dan tepat waktu. Hormat dan syukur juga penulis haturkan kepada Bunda Kerahiman Ilahi atas bantuan doa dan bimbingan berkatnya.
Penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Ir. Andryan Suhendra, MT. selaku dosen pembimbing terutama atas waktu, bimbingan, bantuan, pinjaman buku-buku dan kesabarannya selama penyusunan laporan penelitian ini.
Penulis menyadari bahwa begitu banyak bantuan yang diperoleh penulis sejak memulai perencanaan penulisan laporan penelitian sampai akhirnya laporan ini selesai, oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis juga ingin menyampaikan banyak rasa terima kasih kepada:
• Bapak Prof. Dr. Drs. Gerardus Polla, M.App.Sc selaku Rektor Universitas Bina Nusantara.
• Bapak Iman H. Kartowisastro, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Bina Nusantara.
• Ibu Amelia Makmur, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara dan Dosen Penguji Ujian Pendadaran juga atas dukungan, kontribusi dan bantuannya.
• Ibu Yuny Ayu Maharani, ST. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara.
• Ibu Godeliva Juliastuti, Ir., MT. selaku Koordinator Mata Kuliah Jurusan Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara.
• Bapak Dr. Ir. Made Suangga, MT. selaku Koordinator Bidang Ilmu Jurusan Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara.
• Bapak Martinus Ferry Haryono, ST., MT. selaku Ketua Penguji Ujian Pendadaran.
vii
• Bapak Irpan Hidayat, ST. selaku Kepala Laboratorium Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara.
• Mbak Eko Sri Wahyuni selaku Administrator Laboratorium Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara.
• Mbak Eni Kusniawati dan Mbak Fitri selaku Sekretaris Fakultas Teknik Universitas Bina Nusantara.
• Rachmansyah selaku Kepala Asisten Laboratorium Teknik Sipil dan para asisten Laboratorium Teknik Sipil (terutama Arief Tjandianto dan Hardi) atas bantuan yang diberikan dalam penyusunan laporan penelitian ini.
• Papi Bong Tjen Fuk dan Mami Aini Surya Mandala yang telah memberikan segalanya, doa, dukungan, cinta kepada penulis dalam studi maupun dalam penyusunan laporan penelitian ini.
• Soiku Andry Febryan, Cece Desira, Virnellya, dan Merysca untuk dukungan moril yang sangat terasa dan berarti.
• Pastor Bernard Lam, OFMCap. yang telah memberikan doa dan dukungan selama penulisan laporan skripsi ini.
• Kopenk dan keluarga (terutama Tante Joan) atas doa, dukungan dan bantuan sepanjang proses penyusunan laporan skripsi ini. Terima Kasih...
• Teman-teman Jurusan Teknik Sipil Angkatan 2003 Dita, Frank, Faizal, Oesman, Santo, Arya, Panda, Sulunk, Michael, Bayu, Victor, Ase, Hariyanto, Lambertus, Mas Agung, Aryo, dan Zenryo. Sejak briefing POM BiNusian 2007 (Senin, 11 Agustus 2003 – Ruang L2D) sampai selesainya proses kuliah, so this is friends..
• Para senior, rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara dan pengurus HIMTES atas bantuan moril maupun materiil yang diberikan selama penulisan laporan penelitian ini.
• Hanny Christina dan Robert Sugiarto untuk ilmu yang diberikan dalam membantu proses perampungan laporan penelitian ini.
viii
• Dal, Han, Rin, Vonne, Lie, Nic, Yo. You make me sing, Μερχι..
• Achie, Emy, Mpie Ayu, Wendy, Bombom, Mela, Fail, Maman, Ge dan Arini untuk semua tawa yang mencairkan ketegangan penyusunan laporan penelitian ini.
• Rekan-rekan aktivis UKM dan HMJ, keluarga PARAMABIRA dan KMK terutama para altoers atas dukungan dan doa yang telah diberikan kepada penulis.
• Serta pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan laporan skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan adanya masukan-masukan yang dapat membantu penyempurnaan laporan ini.
Akhir kata semoga laporan ini dapat dimanfaatkan dengan sebaik-baiknya dan berguna untuk siapa saja yang membutuhkan
Jakarta, September 2007
ix DAFTAR ISI
Halaman Cover Depan Halaman Cover Dalam
Halaman Persetujuan Hard Cover Halaman Pernyataan Dewan Penguji ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR NOTASI i ii iii iv v vi ix xii xiii xvi Bab 1 PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Identifikasi Masalah 1
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 2
1.4. Lingkup Penelitian 2
1.5. Sistematika Penulisan 4
Bab 2 TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1. Daya Dukung Tanah Lempung 7
2.1.1. Analisa Prandtl 8
2.1.2. Analisa Terzaghi 9
2.1.3. Analisa Skempton 18
2.1.4. Analisa Meyerhof 20
2.1.5. Analisa Brinch Hansen 24
2.1.6. Analisa Vesic 27
2.2. Pondasi Dangkal 28
2.2.1. Pondasi Memanjang 32
x
2.3. Geotextile 34
2.3.1. Aplikasi Geotekstil Sebagai Lapis Perkuatan 36
2.4. Metode Elemen Hingga 42
2.4.1. Sistem Koordinat 44
2.4.2. Fungsi Bentuk (Shape Function) 44
2.4.3. Syarat Batas (Boundary Condition) 46
2.4.4. Penyelesaian Persamaan Elemen Hingga 47
2.5. Program Plaxis 49
2.5.1. Material Data Geogrid/Geotekstil Dalam Program
Plaxis 49
Bab 3 METODOLOGI 51
3.1. Teknik Pengumpulan Data 51
3.1.1. Penyelidikan Tanah di Lapangan 51 3.1.2. Pengujian Tanah di Laboratorium 52
3.1.3. Korelasi Antar Parameter 54
3.2. Metodologi Penelitian 57
Bab 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 81
4.1. Hasil Pengumpulan Data 81
4.2. Hasil Perhitungan 85
4.2.1. Hasil Perhitungan Secara Manual 86 4.2.2. Hasil Perhitungan Menurut Program Plaxis 88
4.3. Pembahasan Hasil 100
4.3.1. Perbandingan Hasil Perhitungan Secara Manual
dengan Hasil Perhitungan Menurut Program Plaxis 100 4.3.2. Pengaruh Kekuatan Tarik Terhadap Daya Dukung
Pondasi Dangkal 100
4.3.3. Pengaruh Posisi Geotekstil Terhadap Daya Dukung
Pondasi Dangkal 102
xi Pondasi Dangkal
Bab 5 KESIMPULAN DAN SARAN 106
5.1. Kesimpulan 106
5.2. Saran 107
DAFTAR PUSTAKA 108
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Faktor Daya Dukung Meyerhof 23
Tabel 2.2. Faktor Bentuk Pondasi Meyerhof 24
Tabel 2.3. Faktor Kedalaman Pondasi 24
Tabel 2.4. Faktor Daya Dukung Hansen 26
Tabel 3.1. Pengujian Tanah Laboratorium Secara Umum 52 Tabel 3.2. Fase-fase yang akan dihitung dengan program Plaxis
Calculation 74
Tabel 4.1. Hasil Perhitungan Secara Manual Berdasarkan Metode
Terzaghi 86
Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Faktor Keamanan Pada Program Plaxis
Untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 30 kN/m 88 Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Faktor Keamanan Pada Program Plaxis
Untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 40 kN/m 92 Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Faktor Keamanan Pada Program Plaxis
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Bidang Keruntuhan Daya Dukung Pondasi di Permukaan
Tanah Menurut Prandtl (1920) 8
Gambar 2.2. Pembebanan Pondasi dan Bentuk Bidang Geser 10 Gambar 2.3. Bentuk Keruntuhan Dalam Analisa Daya Dukung 11 Gambar 2.4. Grafik Hubungan φ dan Nγ, Nc, Nq Menurut Terzaghi (1943) 18 Gambar 2.5. Grafik Faktor Daya Dukung Nc Menurut Skempton 20 Gambar 2.6. Faktor-faktor Daya Dukung Meyerhof (1963) 22
Gambar 2.7. Keruntuhan Geser Umum 30
Gambar 2.8. Keruntuhan Geser Lokal 31
Gambar 2.9. Lapis Perkuatan dengan Geotekstil Memotong Garis
Keruntuhan 36
Gambar 2.10.(a) Hasil Percobaan Laboratorium yang Menunjukkan Kenaikan Daya Dukung Dengan Beberapa Lapis Geotekstil – Percobaan oleh Guido
40
Gambar 2.10.(b) Hasil Percobaan Laboratorium yang Menunjukkan Kenaikan Daya Dukung Dengan Beberapa Lapis Geotekstil – Percobaan oleh GRI
40
Gambar 2.11. Keruntuhan Daya Dukung di Atas Lapisan Geotekstil Pertama 41 Gambar 2.12. Geotekstil Tertarik Keluar Dari Tanah 41 Gambar 2.13. Keruntuhan yang Menyebabkan Rusak/Putusnya Geotekstil 41 Gambar 2.14. Deformasi Jangka Panjang yang Berkelanjutan (Rangkak) 42 Gambar 2.15. Aplikasi Elemen Segitiga dan Segiempat 43 Gambar 2.16. Diskritisasi untuk Batas Tak Teratur 44 Gambar 2.17.(a) Syarat Batas atau Batasan – Benda tanpa batasan 46 Gambar 2.17.(b) Syarat Batas atau Batasan – Benda dengan batasan 46
Gambar 3.1. Korelasi antara Parameter cu, IP dan E 54
Gambar 3.2. Korelasi antara Parameter cu dan E 55
Gambar 3.4. Hubungan antara Indeks Plastisitas dan υ 56 Gambar 3.5. Bagan Alir Penelitian Secara Umum 59
Gambar 3.6. Menu Create/Open Project 60
Gambar 3.7.(a) Menu General Settings – Project 61
Gambar 3.7.(b) Menu General Seetings - Dimensions 61
Gambar 3.8. Layar Kerja Program Plaxis Versi 8.2. 62
Gambar 3.9. Input Geometri 63
Gambar 3.10. Model yang Telah Diberi Standard Fixities 63
Gambar 3.11. Menu Material Sets 64
Gambar 3.12.(a) Menu Setting Parameter Soil & Interface – Tanah Dasar maupun Tanah Pengganti Untuk Pilihan Material Model Mohr-Coulomb - General
65
Gambar 3.12.(b) Menu Setting Parameter Soil & Interface – Tanah Dasar maupun Tanah Pengganti Untuk Pilihan Material Model Mohr-Coulomb – Parameters
65
Gambar 3.12.(c) Menu Setting Parameter Soil & Interface – Tanah Dasar maupun Tanah Pengganti Untuk Pilihan Material Model Mohr-Coulomb – Interfaces
66
Gambar 3.13. Menu Setting Plates Properties - Pondasi 67 Gambar 3.14. Menu Setting Geogrid Properties – Geotekstil 68
Gambar 3.15. Generated Mesh View 69
Gambar 3.16. Menu Penentuan Berat Jenis Air 69
Gambar 3.17. Tampilan Initial Condition 70
Gambar 3.18. Pilihan Water Pressure Generation 71
Gambar 3.19. Pore Pressure View 71
Gambar 3.20. KO-Procedure 72
Gambar 3.21. Initial Soil Stresses View 73
Gambar 3.22. Tampilan Program Plaxis Calculation 74
Gambar 3.23. Nodal Selection Window 78
Gambar 3.24. Output Program Plaxis Berupa Extreme Displacement 78
Gambar 4.1.(a) Pemodelan pada Program Plaxis – untuk Lebar Geotekstil 2
meter 84
Gambar 4.1.(b) Pemodelan pada Program Plaxis– untuk Lebar Geotekstil 4
meter 84
Gambar 4.1.(c) Pemodelan pada Program Plaxis– untuk Lebar Geotekstil 6
meter 85
Gambar 4.2. Grafik Perbandingan FK Untuk Kuat Tarik Geotekstil yang Berbeda yang Diaplikasikan Pada Kedalaman -1 m di Tanah Dasar φ = 0°, c = 5 kN/m2
100
Gambar 4.3. Grafik Perbandingan FK Untuk Kuat Tarik Geotekstil yang Berbeda yang Diaplikasikan Pada Kedalaman -1 m di Tanah Dasar φ = 3°, c = 15 kN/m2
101
Gambar 4.4. Grafik Perbandingan FK Untuk Kuat Tarik Geotekstil yang Berbeda yang Diaplikasikan Pada Kedalaman -1 m di Tanah Dasar φ = 5°, c = 10 kN/m2
101
Gambar 4.5. Grafik Perbandingan FK Untuk Posisi Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 40 kN/m yang Berbeda pada Tanah Dasar φ = 3°,
c = 15 kN/m2
102
Gambar 4.6. Grafik Perbandingan FK Untuk Posisi Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 60 kN/m yang Berbeda Pada Tanah Dasar φ = 1°,
c = 15 kN/m2
103
Gambar 4.7. Grafik Perbandingan FK Untuk Lebar Geotekstil yang Berbeda (Kuat Tarik Batas 30 kN/m) Pada Kedalaman -0,75 m dari Permukaan Tanah pada Tanah Dasar φ = 5°, c = 15 kN/m2
104
Gambar 4.8. Grafik Perbandingan FK Untuk Lebar Geotekstil yang Berbeda (Kuat Tarik Batas 40 kN/m) Pada Kedalaman -1,25 m dari Permukaan Tanah pada Tanah Dasar φ = 2°, c = 10 kN/m2
DAFTAR NOTASI
[B] = Matriks regangan
[C] = Matriks konstitutif (properti material) [N] = Fungsi bentuk
{X}, {Y} = Koordinat global x-y dari titik nodal {ε} = Vektor regangan
A = Luas pondasi
B = Lebar atau diameter pondasi (m)
B’ = Lebar efektif pondasi (m) bc, bq, bγ = Faktor-faktor kemiringan dasar c = Kohesi tanah (kN/m2)
ca = Adhesi (antara geotekstil dengan tanah)
cr, φr = Parameter kuat geser yang tereduksi
cu = Kohesi tak terdrainase (kN/m2)
dc, dq, dγ = Faktor kedalaman pondasi
Df = Kedalaman pondasi yang tertanam di dalam tanah (m)
E = Modulus Young
φ = Sudut geser dalam tanah (°)
gc, gq, gγ = Faktor-faktor kemiringan permukaan ic, iq, iγ = Faktor kemiringan beban
Kpc = Koefisien tekanan tanah pasif akibat kohesi tanah
Kpγ = Koefisien tekanan tanah pasif akibat berat tanah
L = Panjang pondasi (m)
L’ = Panjang efektif pondasi (m)
Nc = Faktor daya dukung tanah akibat kohesi tanah
Nq = Faktor daya dukung tanah akibat beban terbagi rata
Nγ = Faktor daya dukung tanah akibat berat tanah
P = Gaya vertikal yang terjadi
o
p = Df.γ = Tekanan overburden pada dasar pondasi (kN/m2)
Pp = Tekanan pasif total yang bekerja pada bagian AD dan BD
Ppc = Tahanan tanah pasif dari komponen kohesi c
Ppq = Tahanan tanah pasif akibat beban terbagi rata di atas dasar pondasi
Ppγ = Tahanan tanah pasif akibat berat tanah
Pu = Beban ultimit
θ = Sudut vertikal dari bawah tekanan permukaan P
qu = Daya dukung ultimit (kN/m2)
Qu = Beban vertikal ultimit, dapat miring dan eksentris (kN)
qun = Daya dukung ultimit neto (kN/m2)
σ = Tegangan normal tanah
σ’n = Tegangan efektif normal pada bidang geser
sc, sq, sγ = Faktor bentuk pondasi
σh = Tegangan horisontal pada kedalaman z dan sudut θ
τ = Tahanan geser tanah
W = Berat baji tanah ABD per satuan panjang = 14B2γ tanβ
z = Kedalaman di bawah permukaan dimana σh dihitung
α = Sudut antara bidang DB dan BF = 180°−φ
β = Sudut antara bidang BD dan BA
γ = Berat volume tanah (kN/m3)
δ = Sudut gesek (antara geotekstil dengan tanah)
Msf
