FENOMENA
CERUCUK
SEBAGAI PENINGKATAN
DAYA DUKUNG DAN MEREDUKSI PENURUNAN BEBAN
BANGUNAN DI ATAS TANAH LEMBEK
Ir. Muhrozi, MS. (Ka. Lab. Mekanika Tanah Undip)1. Pendahuluan
Masyarakat di daerah pantai, rawa dan daerah pasang surut sering menggunakan cerucuk bambu/dolken sebagai pondasi atau perkuatan tanah untuk bangunan rumah/gedung, bangunan jalan, bangunan drainase/irigasi, bangunan break water dan bangunan lainnya. Pada akhir-akhir ini cerucuk bambu dengan matras bambu mulai banyak digunakan sebagai soil improvement untuk dasar reklamasi pantai atau badan jalan di daerah rawa atau tambak.
Sampai saat ini para Engineer atau para teknisi geoteknik dalam perencanaan cerucuk belum ada acuan yang jelas, sehingga dalam penerapannya didasarkan pangalaman masing-masing Perencana, sehinga hasil perencanaan akan berdampak kurang aman atau terlalu aman sehingga kurang efektif.
Agar para Perencana dan Teknisi merasa yakin dalam merencanakan konstruksi cerucuk dan dapat diterima secara teknis, maka perlu metode atau pedoman perhitungan cerucuk yang diakui oleh para ahli geoteknik. Untuk mendapatkan metode perhitungan tersebut perlu adanya penelitian yang mendalam tentang analisis interaksi tanah lunak dengan cerucuk dan dibuktikan dengan model di laboratorium atau skala penuh.
Sampai sekarang ini belum ada penjelasan ilmiah, bagaimana sistim cerucuk tersebut dapat meningkatkan kapasitas daya dukung tanah dan dapat mengurangi penurunan tanah, akan tetapi dalam praktek dilapangan telah menunjukkan peningkatan daya dukung tanah lunak/lembek bilamana menggunakan cerucuk bambu/dolken dengan jarak tertentu. Pengembangan cerucuk nantinya harus lebih ekonomis, dapat dipertanggung jawabkan secara ilmiah, dapat dilaksanakan dengan mudah dan dalam perencanaan dapat dengan mudah dipahami oleh para perencana. Pemerintah melalui Departemen Pekerjaan Umum telah menerbitkan pedoman
dan Tanah Gambut” No.029/T/BM1999 Lampiran No. 6 Keputusan Direktur Jendral Bina Marga No. 76/KPTS/Db/1999 Tanggal 20 Desember 1999. Dari pedoman teknis tersebut tidak menjelaskan tentang Perencanaan.
Penulis sekitar tahun 1996 mendapat permasalahan menentukan jenis pondasi ground reservoir, gedung bertingkat menengah, oprit jembatan dan bangunan air didaerah rawa atau pasang surut yang sulit untuk dijangkau oleh peralatan berat, masa perencanaan yang terbatas maka dengan peralatan uji tanah yang cukup sederhana (sondir, bor manual, vane shear, soil test dan oedometer), maka peningkatan daya dukung tanah dan berkurang-nya penurunan bangunan dengan cerucuk secara sederhana dapat dibuktikan.
2. Ide-ide Yang Mendasari
Menyadur dari suntingan pidato Prof. DR. Ir. R. Roeseno pada Asian Regional Conferention On Tall Building and Urban Habitat di Kuala Lumpur, 1998, menceritakan pengalamnya pada waktu membangun gedung Laboratorium Unair Surabaya tingkat 4 (empat) dengan cerucuk bambu berdiameter 12 cm dan panjang 4-5 meter. Sistem pemasangan cerucuk bambu betul-betul terlepas dari struktur pondasi, adapun yang diharapkan adalah peningktan daya dukung tanah lunak yang sangat kecil menjadi lebih besar, yaitu : dari (q all. ) = 0,25 kg/cm2 menjadi dua kalinya. Dari hasil pengalaman bapak Prof. Roeseno tersebut ada 3 (tiga) hal penting yang perlu dicatat yaitu :
• Dengan pemasangan cerucuk bambu kedalam tanah lunak maka cerucuk bambu tersebut akan memotong bidang longsor (sliding plane) sehingga kuat geser tanah secara keseluruhan akan meningkat.
• Dalam pemasangan cerucuk bambu berdiamter 12 cm, jarak antar cerucuk bambu 40 cm dan panjang 4-5 m, daya dukung tanah yang semula 0,25 kg/cm² dapat meningkat sampai 0,50 kg/cm².
cerucuk tertentu dapat meningkatkan daya dukung 2 (dua) kali lipat dari aslinya.
Studi daya dukung tiang cerucuk pada model skala kecil yang telah dilakukan oleh Abdul Hadi, Tesis S2, 1990 ITB Bandung difokuskan pada daya dukung pondasi telapak bercerucuk dengan ukuran 20 x 20 cm². Dengan konfigurasi jarak cerucuk dapat disimpulkan bahwa jarak tiang cerucuk yang lebih dekat/pendek dan jumlah cerucuk semakin banyak maka akan terjadi peningkatan daya dukung pondasi telapak yang cukup besar.
Evaluasi hasil percobaan daya dukung pondasi cerucuk ukuran 20x20 cm2, menunjukkan bahwa model cerucuk 2 x 2 jarak 9 d (diameter), model 3 x 3 jarak 4,5d, model 4 x 4 jarak 3 d, model 5 x 5 jarak 2,25 d, model 6 x 6 jarak 1,8 d, tidak menimbulkan keruntuhan blok pondasi, maka daya dukung cerucuk dapat dihitung dengan menggunakan factor effisiensi. Untuk model 7 x 7 jarak 1,5 d, dan model 8x8 jarak 1,25 d, memberikan keruntuhan blok, maka daya dukung cerucuk dapat dihitung sebagai blok tiang.
Yang cukup menarik dalam penelitian tersebut adalah adanya perubahan peningkatan cohesi undrained (CU) pada pengukuran vane shear test yang dilakukan pada tanah dalam box, dengan jarak 7,5 cm dari sisi model pondasi cerucuk dan kedalaman 30 cm dari permukaan tanah. Melihat kondisi ini berarti terdapat pemadatan tanah disekeliling kelompok tiang meskipun peningkatan nilai kohesi undrained (Cu) relative kecil, akan tetapi pengaruh daya dukung tanah pondasi akan besar.
Studi Daya Dukung Tanah dengan Cerucuk Bambu di pantai Utara kota Semarang dilakukan oleh Tim penelitii Universitas Katolik Sugiyapranata Semarang pada tahun 1995 (Ir. Y Daryanto dkk). Penelitian tersebut merupakan lanjutan dari Abdul Hadi dengan skala penuh yang dilakukan di daerah terboyo Semarang. Dari hasil penelitian tersebut disimpulkan bahwa pondasi cerucuk bambu tidak dapat dikatakan sebagai “Pondasi” tetapi lebih tepat merupakan perbaikan daya dukung tanah pendukung pondasi.
3. Rujukan Teori
Pada kenyataanya besarnya kuat geser tanah sangat bervariasi, tergantung dari kondisi tanah dan merupakan fungsi dari beberapa factor yang sangat komplek, secara keseluruhan persamaan ini dapat ditulis sebagai berikut :
S = f (C,c,e,ø,σ’,ε,ε’,H,st,γ,w)
Dimana : C : tekanan kompresi ε’ : kecepatan regangan c : kohesi tanah H : sejarah pembebanan e : angka pori tanah st : struktur tanah
ø : sudut geser dalam tanah γ : berat isi tanah σ’ : tegangan efektif tanah w : kadar air
ε : regangan
Secara phisik kekuatan geser tanah merupakan sumbungan dari tiga komponen pada tanah yang bersangkutan, yaitu :
• Sifat bidang geser antar partikel
• Kohesi dan adhesi partikel tanah
• Bidang kontak yang saling mengunci antar partikel tanah untuk menahan deformasi.
Secara teoritis kuat geser tanah ditentukan oleh banyak fariabel, akan tetapi fariabel yang dominan adalah : kohesi tanah (c) dan sudut geser tanah (ø). Pada tahun 1910 oleh Mohr-Coulomb, mendefinisikan kuat geser tanah sebagai berikut :
S = c + σ tan ø
Kuat geser tanah efektif dapat ditulis sebagai berikut : S = c + (σ-u) tan ø = c + σ’ tan ø
Untuk kondisi tanah yang jenuh air, dimana φ = 0 maka persamaan tersebut menjadi berikut :
3.1. Daya Dukung Tanah
Banyak para pakar telah merumuskan daya dukung tanah, seperti : Terzaghi, Mayerhof, Hansen, Vesic dan lainnya. Daya dukung tanah merupakan fungsi dari nilai kuat geser tanah (ø), kohesi tanah (c), berat isi tanah (γ), kedalaman pondasi (D) dan bentuk pondasi, dapat diterangkan secara umum sebagai berikut :
q ult. = f (c,ø,γ,D)
Persamaan umum daya dukung tanah oleh Terzaghi, untuk tanah c, ø soil dapat dituliskan sebagai berikut :
q ult. = c Nc + γ D Nq + 0,5 γ’ B Nγ
Sedangkan untuk tanah yang jenuh air (c-soil) dimana ø = 0 maka Nq : 0, dan Nγ : 0 sehingga rumus diatas dapat ditulis sebagai berikut :
q ult. = Cu Nc Æ Nc = 5,14 – 5,70 atau q ult. = (2.57 – 2.85) qu
Dimana : q ult. : daya dukung tanah batas
Cu : kuat geser undrained dapat ditentukan dengan uji vane shear, unconfined dan secara emperik data sondir Æ Cu = qc / (15 – 30) B : lebar pondasi
qu : kuat tekan bebas (kg/cm2)
q = γ x D D
γ,c,φ
3.2. Peningkatan Kuat Geser Tanah
Besarnya nilai kuat geser tanah undrained (Cu) dapat dipengaruhi oleh sifat fisik, seperti : kepadatan tanah (γ), void ratio (e), ukuran butir tanah, jenis tanah dan peristiwa/sejarah pembebanan (Pc), untuk hal tersebut nilai kuat geser tanah jenuh dapat ditulis sebagai berikut :
Cu = f (e, Pc, γ, …….)
Peningkatan kuat geser tanah selalu diikuti dengan semakin kecil nilai angka pori (e) dan bertambahnya kepadaan tanah akibat dari bertambahnya tegangan efektif yang terjadi pada tanah tersebut, hal ini dapat dilihat dari pengujian Oedometer.
Dari hasil pengujian oedometer (konsolidasi), selalu diberikan grafik semi logaritma hubungan antara void ratio (e) dangan dengan beban (P). pada grafik tersebut menunjukkan : semakin besar beban (P) yang bekerja maka nilai void ratio (e) semakin kecil seperti gambar berikut :
Gambar-2, Hubungan Void ratio (e) vs semi LogP
Kuat geser undrained tanah akan meningkat seiring dengan terjadinya peristiwa konsolidasi, dimana semakin besar beban kerja (ΔP) yang terjadi pada lapisan tanah maka nilai angka pori tanah (e) semakin kecil sehinga nilai kuat geser tanah akan meningkat. Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh LADD dkk. 1977 dan MESRI 1975 menunjukkan bahwa tanah yang mengalami konsolidasi normal akan
merngalami peningkatan kuat geser tanah sesuai tambahan beban yang terjadi,
: tambahan tegangan tanah vertical efektif
Merujuk hasil test Oedometer pada grafik semi logaritma hubungan antara angka pori (e) dengan tegangan yang bekerja pada tanah, mempunyai hubungan unik yaitu : semakin besar tegangan yang bekerja pada tanah maka nilai angka pori semakin kecil. Dengan menganggap volume cerucuk yang dimasukkan kedalam lapisan lempung lunak merupakan butiran tanah (Vs) dan tanah dianggap material tidak mampu mampat maka akan mengalami perubahan nilai angka pori sebagai berikut :
Gambar-3, Hubungan Komposisi Volume Tanah
Nilai angka pori tanah asli sebelum ada cerucuk, tanah jenuh :
eo = Vv / Vs atau
eo = (V – Vs) / (Vs)
eo = V / Vs – 1
Bila volume cerucuk (Vc) yang relative kecil dianggap sebagai butiran tanah dan dimasukkan kedalam tanah jenuh maka nilai eo menjadi lebih kecil (e1), sehingga
e1 = V/(Vs+Vc) – 1
Dengan anggapan bahwa Volume total tanah (V) dan volume void (Vs) mempunyai satu satuan masa (≈ 1) maka terdapat perubahan atau penurunan void rasio (∆e) sebagai berikut :
∆e = 1/(1+Vc) – 1
dimana : eo : angka pori awal sebelum ada cerucuk
e1 : angka pori setelah ada cerucuk
∆e : perubahan angka pori adanya penambahan volume cerucuk Vvo : volume void awal sebelum ada cerucuk
Vso : volume butir awal sebelum ada cerucuk
Vc : volume cerucuk
Secara ilustrasi bila dimodelkan untuk meyakinkan hipotesis ide Penulis, dapat dilihat pada gamabar berikut :
Gambar-4, Hubungan Komposisi Volume Tanah
Vane Shear
V Cerucuk
Volume butir untuk tanah setelah diberi cerucuk akan lebih besar dari sebelum diberi cerucuk, sehingga nilai angka pori awal (eo) lebih besar dari angka pori
setelah diberi cerucuk (e1), atau eo - e1 = ∆e .
Dengan mengeplotkan nilai angka pori eo dan ∆e dari data test Oedometer tanah asli
atau tanah sebelum diberi cerucuk maka akan didapat Po dan P1, sehingga akan
didapat besarnya pertambahan tegangan (ΔP) sesuai dengan bertambah kecilnya nilai e1 sesuai dengan jarak cerucuk yang dipasang.
Dengan mengetahui pertambahan nilai tegangan pada tanah (ΔP) akibat dipasang cerucuk maka dapat ditentukan pertambahan kuat geser undrained (ΔCu) = (0.20 – 0.30) Δ
σ
v’ , sehingga daya dukung tanah dapat ditentukan sebagai berikut :q ult. = Cu Nc Æ Nc : 5,14 sebelum ada cerucuk
q ult. = (Cu + ΔCu) Nc Æ Nc : 5,14 setelah ada cerucuk
4. Penomena yang Akan Terjadi pada Cerucuk
A. Penomena konstruksi cerucuk bila jarak antar cerucuk terlalu jauh Æ dapat dianggap sebagai pondasi tiang mengambang/floating pile. Dan terdapat tambahan daya dukung tanah akibat bidang runtuh tertahan oleh cerucuk
Gambar-5, Pondasi Dangkal Dengan Jarak Cerucuk Jauh
q = γx D D
B. Penomena apabila jarak antar cerucuk cukup pendek dan lebar bangunan cukup besar Æ maka ada tambahan daya dukung tanah dasar akibat Æ q = γ’ x D’
Gambar-6, Pondasi Dangkal dengan Jarak Cerucuk Pendek
C. Fenomena bulk pressure terhadap tanah lunak apabila jarak antar cerucuk cukup pendek atau terlalu jauh.
Gambar-7, Penomena Bulk Pressure dengan Cerucuk
L 2/3L
Jarak Cerucuk Jauh
Jarak Cerucuk dekat D’
D
D. Fenomena penurunan bangunan apabila jarak antar cerucuk cukup pendek atau terlalu jauh, Æ bila jarak antar cerucuk cukup pendek maka dapat mengurangi penurunan bangunan.
Gambar-8, Fenomena Penurunan Tanah
5. Contoh dan Studi Kasus
• Contoh dan studi kasus ini mengambil data uji tanah bulan Mei 2009, rencana pembangunan tower di Ds. Jombang, Purworejo.
• Muka air tanah pada kedalaman -0,50 m dari muka tanah asli dan jenis tanah lempung kelanauan (CL)
• Cerucuk dicoba pada kedalaman -1,50 m s/d 5,50 m, data kosolidasi (uji Oedometer) pada kedalaman -4,0 m.
• Dari data sondir (S2) nilai konus pada kedalaman -4,0 m, qc rata-rata = 6,60 kg/cm2 Æ Cuo = qc/(15 – 30) = 6,60 / 25 = 0,26 kg/cm2.
• Daya dukung tanah ijin awal Æ q all. awal = Cuo x Nc / FK
q all. awal = 0,26 x 5,14 / 3 = 0,44 kg/cm2
σ1
2/3L L
σ0
• Dicoba diameter cerucuk Ø =12 cm dan susunan cercuk 2 tipe, tipe-1 jarak 0,50 m dan tipe-2 jarak 0,40 cm, seperti gambar berikut :
Gambar-9, Susunan Cerucuk
• Volume tiap cerucuk satuan kedalaman (vc) = 113,04 cm3, sehingga prosentase cerucuk terhadap luasan tanah 1,0 m dapat dihitung sebagai berikut :
- vc jarak 50 cm = 4 x 113,04 / 10000 = 0,046 atau 4,6 % ∆e = 1/(1+0,046) – 1 = - 0,044
e11 = eo + ∆e = 1,30 - 0,044 = 1,256
- vc jarak 40 cm = 9 x 113,04 / 14400 = 0,071 atau 7,1 % ∆e = 1/(1+0,071) – 1 = - 0,067
e12 = eo + ∆e = 1,30 - 0,067 = 1,233
• Mencari eo pada kedalaman -4,0m dengan grafik e vs log P (uji konsolidsi)
- Po = 0,5 x 1,65 + 3,5 x (1,65 -1 ) = 3,10 t/m2 = 0,31 kg/cm2
- Dari grafik didapat eo = 1,30, sehingga nilai e pada tipe 1 dan tipe 2 dapat dihitung sebagi berikut :
e11 = eo + ∆e = 1,30 - 0,044 = 1,256 e12 = eo + ∆e = 1,30 - 0,067 = 1,233
- Dari grafik akan besarnya beban yang akan timbul sebesar : P1.1 sebesar = 0,80 kg./cm2 dan
0.1 1 10 100
• Sehingga pertambahan beban (∆P)dan nilai kuat geser tanah (∆Cu ) sebesar :
∆P1.1 = 0,80 - 0,31 = 0,49 kg/cm2
Æ ∆Cu.1.1.= (0,2 – 0,3 ) ∆P1.1 = 0,123 kg/cm2 ∆P1.2 = 1,40 - 0,31 = 1,09 kg/cm2
Æ ∆Cu.1.2 = (0,2 – 0,3 ) ∆P1.2 = 0,273 kg/cm2
• Peningkatan daya dukung tanah akibat adanya cerucuk dengan jarak 50 cm dapat dihitung sebagai berikut :
Cu cerucuk tipe-1 = Cuo + ∆Cu.1.1 = 0,26 + 0,123 = 0,383 kg/cm2
Jadi q all. baru tipe-1 = Cu.1.1 x Nc / FK
= 0,383 x 5,14 / 3 = 0,66 kg/cm2
Jadi q all. awal = 0,44 kg/cm2 Æ q all. tipe-1 = 0,66 kg/cm2
Jadi q all. baru tipe-1 = Cu.1.1 x Nc / FK
= 0,533 x 5,14 / 3 = 0,91 kg/cm2
Jadi q all. awal = 0,44 kg/cm2 Æ q all. tipe-1 = 0,91 kg/cm2 dengan kata lain meningkat 2 (dua) kali lipat.
• Contoh proyek yang dihitung dengan cara sederhana tersebut cukup banyak, seperti di daerah Tambilahan & Bengkalis Riau, Daerah Jambi, Kaltim, Semarang (Semarang bawah, oprit jembatan Bangetayu H timb. = 12 m) dan lokasi lain Wilayah Pantura Jawa.
• Pembuktian bahwa dengan pemasangan cerucuk diatas tanah lembeh/lunak dapat memperkecil penurunan konstruksi bangunan mudah untuk dibuktikan dan pembaca makalah ini dapat menghitungnya.
6. Kesimpulan dan Saran
6.1. Kesimpulan
1. Suntingan pidato Prof. DR. Ir. R. Roeseno pada Asian Regional Conferention On Tall Building and Urban Habitat di Kuala Lumpur,1998, kemungkan dapat terjawab.
2. Formulasi perhitungan peningkatan daya dukung diatas tanah lembek/lunak menggunakan cerucuk diatas, masih sebatas pada pemikiran Penulis dan perlu mendapat masukan dari para Pakar dan penelitian dengan sekala penuh di Lapangan.
3. Tulisan ini semoga bermanfaat.
6.2. Saran-saran
1. Karena makalah ini masih pada taraf pemikiran dan hepotesis, sebaiknya dikaji lebih jauh dengan para Pakar yang berkompeten.
Daftar Pustaka
- A.HADI, (1990), “ Studi Daya Dukung Pondasi Tiang Terucuk Pada Model Berskala Kecil”, Bandung
- ALLEN G.P, “deltic Sediment in the Moderend on Miocen Mahakam Delta Total Exploration Laboratory, Pessac France, 1987.
- DUNN I.S, ANDERSON L.R KEIFER F.W, “ Fundaof geotechnical Analysis, John Wiley & Sons, New York.
- FU. HUA CHEN, “ Foundation on Expansive Soils”, Elsevier Scientifik Publicishing Company, 1975 New York.
- JOSEPH E. BOWLES, JOHAN K. HAINUM, “ Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanikan Tanah)”, Erlangga 1989
- Muhrozi, “Konsep Perhitungan Cerucuk Bambu Sebagai Upaya Peningkatan Daya Dukung Tanah”, Semarang
- POULUS, H.G. & DAVIS, E.H, (1980), “Pile Foundation Analysis And Design”, John Wiely and Sons, Inc.
- R. ROOSSENO, “Foundation Of Three to Four Storeya Small Buildings on Wet Very Soft Soil” pada Asian regional Conferention on Tall Builtding and Urban habitat, Kuala Lumpur.
- SOELARNO, D.S, (1986), “Diskusi Beberapa Cara Untuk Menentukan Beban Batas Tiang Tunggal Dari Hasil Percobaan Langsung Di Lapangan”, Jakarta
- TOMLINSON, M.J, (1977), “Pile Foundation And Construction Practice”, London.
- Y. Daryanto, dkk. (1995), “Perbaikan Daya Dukung Tanah Dengan Cerucuk Bambu di Pantai Utara Semarang”
- ZANUSI, F.X, (1988), “Daya Pikul Ultimate Terhadap beban Axial Tiang Tunggal”, Simposium nasioanl HATTI . Jakarta.
- JOSEPHE E,BOWLES, “ Analisa dan Desain Pondasi” Erlangga 1986
