Alternatif Perencanaan Gedung 3 Lantai pada
Tanah Lunak dengan dan Tanpa Pondasi Dalam
Fitria Wahyuni, Indrasurya B.Mochtar
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: indrasurya@ce.its.ac.id
Abstrak— Pembangunan gedung bertingkat
pada tanah lunak semakin banyak di perkotaan. Salah satu masalah terbesar pembangunan pada tanah lunak adalah masalah penurunan (settlement). Bisa dipastikan tanah yang compressible akan mengalami penurunan yang besar dan juga mengalami diffrensial settlement. Apabila suatu struktur bangunan yang dibangun di atasnya dihitung dengan cara biasa (konvensional) bisa dipastikan bangunan tersebut akan mengalami kerusakan beberapa tahun yang akan datang.
Problematika tanah lunak bisa diperbaiki dengan perbaikan tanah dasar yaitu dengan menggunakan PVD (prevebricated vertical drain). Kombinasi yang sering ada di lapangan saat ini yatu menggunakan PVD dan menggunakan pondasi dalam sebagai solusi permasalahan pada tanah lunak. Tetapi perbaikan tanah dasar tanpa diimbangi dengan perhitungan struktur yang mendekati geoteknik ternyata tidak sepenuhnya mampu mengatasi problematika tanah lunak. Dan kombinasi PVD dengan pondasi dalam merupakan solusi yang mahal. Pengaruh penurunan konsolidasi baik primary consolidation dan secondary consolidation ternyata berpengaruh besar menyebabkan kerusakan gedung beberapa tahun kedepan yang pastinya membutuhkan biaya yang mahal.
Dari hasil Tugas Akhir ini dapat diketahui pemasangan PVD 10 meter dengan asumsi tumpuan pegas merupakan alternatif yang ekonomis apabila dibandingkan dengan penggunaan pondasi dalam yaitu sedalam 28 meter dengan D = 80 cm akibat pengaruh negative skin friction.
Kata kunci-tanah lunak, compressible soil, differensial
settlement, konsolidasi, primary consolidation, secondary consolidation, pondasi dalam, PVD.
I. PENDAHULUAN
erencanaan gedung 3 lantai pada tanah lunak umumnya menggunakan pondasi dalam. Tetapi ada pula yang merencanakan dengan menggunakan pondasi dangkal. Beberapa masalah yang terjadi akibat penggunaan pondasi dangkal adalah besarnya pemampatan tanah yang menyebabkan terjadinya kerusakan pada gedung, misalnya keretakan akibat
diffrensial settlement. Meskipun biasanya sudah
diperbaiki dengan menggunakan PVD, tetapi kerusakan masih saja terjadi. Hal ini karena pemampatan primer yang selesai akibat pemasangan PVD, pemampatan sekunder akan terjadi, sehingga memungkinkan kerusakan akan terjadi.
Pada Tugas Akhir ini, akan dijelaskan metode perencanaan gedung 3 lantai dengan metode tumpuan pegas, dimana nilai koefisien pegas k, didapat dari beban dibagi dengan besar pemampatan. Dengan metode tersebut diharapkan bisa mendapatkan struktur
gedung yang kaku yang dapat dibangun di atas tanah lunak serta diimbangi dengan pemakaian PVD sebagai perbaikan tanah dasarnya.
II. METODOLOGI
Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Metodologi Tugas Akhir
Penjelasan lengkap tentang Metodologi dapat dilihat pada buku Tugas Akhir penulis [1].
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Data dan Analisa Data Gedung
Dimensi yang digunakan untuk preliminary design gedung adalah:
- Jenis Bangunan : Perkantoran - Letak Bangunan : Dekat Pantai - Zona Gempa : 3
- Panjang :35 m(@=7 meter) - Lebar :15 m(@=5 meter) - Tinggi Lantai : 4 meter
- Mutu Beton (f’c) : 35 Mpa - Mutu Baja (fy) : 350 Mpa - Balok memanjang : 40 x 60 cm - Balok melintang : 35 x 50 cm
- Kolom : 40 x 40 cm
- Tebal pelat : 12 cm
Perhitungan dimensi selengkapnya bisa dilihat pada [1].
Data Tanah
Data tanah yang dipakai adalah data tanah sekunder perumahan Pakuwon City, Keputih, Surabaya dengan kedalaman tanah lunak 20 meter pada titik B2. Data ini merupakan data tanah hasil penyelidikan dari PT. Teknindo Geosistem Unggul. Hasil perhitungan dari tanah tersebut dapat dilihat selengkapnya pada Tabel 1 dan [1].
Tabel 1.
Nilai Parameter Tanah Titik B2
Perhitungan Settlement
Perhitungan settlement dicoba dengan q bervariasi pada kedalaman tanah lunak 20 meter untuk mencari nilai H initial dan H final.
Hasil perhitungan besar Sc dengan q bervariasi dapat dilihat pada Tabel 2 dan selengkapnya untuk variasi kedalaman tanah lunak bisa dilihat pada [1].
Tabel 2.
Nilai Sc pada kedalaman 20 meter
Gambar 1. Grafik H final vs Settlement
Gambar 2. Grafik H final vs H initial
timb w w cq inisial H S q H γ γ × + + = ( )
Perencanaan H Initial dengan Variasi Datum
Direncanakan elevasi akhir rencana dengan tiga elevasi berbeda yaitu +4.00, +5.00, +6.00. Masing-masing elevasi akhir direncanakan dengan variasi muka air tanah (MAT) untuk mendapatkan nilai H initial agar mendapakan elevasi akhir yang direncanakan. Direncanakan variasi datum +1.50, +2.00, +3.00. Hasil perhitungan bisa dilihat dari Tabel 3 dan selengkapnya pada [1].
Tabel 3.
H initial untuk kedalaman 20 meter MAT +1.50
Setelah mendapat nilai H initial, maka apabila Sc direncanakan besar pemampatan mencapai 90%, ada timbunan yang harus dihilangkan agar mencapai elevasi akhir sesuai rencana. Berikut ini dapat dilihat pada Tabel 4 untuk elevasi akhir rencana +6.00. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada [1].
Tabel 4.
Tinggi timbunan yang dihilangkan untuk El.akhir +6.00
Gambar 3. Ilustrasi Tinggi Timbunan
Perencanaan PVD
Direncanakan PVD tipe CeTeau Drain CT-D812 produksi PT. Teknindo Geosistem Unggul dengan spesifikasi:
- Weight = 80 g/m - Thickness (a) = 100 mm - Width (b) = 5 mm
Waktu yang direncanakan untuk selesai pemampatan yaitu tidak boleh lebih dari 6 bulan. Kedalaman PVD dibuat bervariasi yaitu 10 meter, 15 meter, 17 meter, 20 meter. Dari hasil perhitungan didapatkan jarak antar PVD dengan waktu 6 bulan yaitu s = 1 meter untuk semua variasi Hdr (kedalaman) PVD. Bisa dilihat pada
Gambar 4 untuk Hdr = 10 meter. Selengkapnya dapat dilihat [1].
Gambar 4. PVD Hdr = 10 meter
Peningkatan Nilai Cu
Peningkatan nilai Cu akibat σp’ dapat dilihat pada Tabel 5. Perhitungan selengkapnya bisa dilihat pada [1].
Tabel 5. Peningkatan nilai Cu
Daya Dukung Tanah
Untuk meningkatkan daya dukung tanah digunakan metode surcharge yaitu dengan mencari h removal yang ekivalen dengan beban bangunan.
A = B+2(H-D)/tan α q ekivalen= P/A h= q ekivalen/ γtanah
Persamaan untuk meghitung daya dukung
N B N q N c qu c q . . . 2 1 . . + + γ =
Maka nilai q ekivalen bangunan harus kurang dari daya dukung izin (qu/SF=3). Berikut Tabel 6 salah satu contoh perhitungan q ekivalen dan qu ijin dengan B 1,2 meter dan D 0,5 meter dengan H akhir 4,5 meter. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada [1].
Tabel 6. Nilai q ekivalen dan qu
B. Perencanaan Struktur dan Geoteknik
Untuk mendapatkan struktur gedung yang kaku yang bisa dibangun di atas tanah lunak dilakukan perhitungan struktur bersama-sama dengan perencanaan geotekniknya. Metode yang digunakan adalah metode tanah elastis atau gedung dianggap berada di atas suatu tumpuan pegas dan dengan perbaikan tanah. Perbaikan tanah yang direncanakan adalah dengan memasang PVD dengan variasi kedalaman yang berbeda. Pada tugas akhir ini direncanakan PVD sepanjang 10 meter, 15 meter, 17 meter dan 20 meter. Variasi kedalaman PVD tersebut bertujuan untuk mendapatkan panjang PVD yang efektif agar pemasangan PVD tidak selalu harus setebal lapisan tanah yang compressible. Pemampatan sekunder yang terjadi setelah pemampatan primer selesai akibat pemasangan PVD juga diperhitungkan. Begitu juga nilai dari pemampatan primer yang ada di bawah lapisan yang tidak di PVD. Nilai k pegas yang didapat, dimasukkan kedalam SAP 2000 seperti yang terlihat pada Gambar 5 dengan jarak 1 meter antar pegas.
Gambar 5. Pemodelan Pegas (tampak bawah) Nilai k pegas yang didapat adalah nilai k akibat beban dibagi penurunan yang sudah tidak menyebabkan diffrensial settlement. Sehingga apabila besarnya pemampatan masih kurang dari batas toleransi yaitu (Sc2-Sc1)/jarak = 0.0015 mm, maka perlu dilakukan iterasi pembebanan sampai tidak mengalami diffrensial settlement. Berikut adalah cara yang digunakan dengan metode tumpuan pegas.
1. Mencari besar tegangan tiap titik dengan persamaan
∆P= (3P)/(2 x 3.14) x (z3/(x2 +z2)5/2) 2. Menghitung pemampatan primer pada
tanah yang tidak diberi PVD. Berikut ini contoh hasil perhitungan Sc pada PVD 10 meter.
Tabel 7.
Nilai Sc pada titik 1 untuk PVD 10 meter
3. Menghitung besar pemampatan sekunder pada lapisan tanah yang dipasang PVD. t2 direncanakan 25 tahun. Berikut ini contoh hasil perhitungan Ss pada PVD 10 meter.
Tabel 8.
Nilai Pemampatan Sekunder PVD 10 meter
4. Cek nilai jumlah Sc+Sc apakah masih memenuhi batas toleransi atau tidak. Jika sudah memenuhi maka beban tidak perlu diiterasi dan mencari nilai koefisien pegas.
Gambar 6. Nilai Sc+Ss PVD 10 meter 5. Setelah mendapatkan nilai k akibat
pemampatan merata, maka dengan program SAP didapatkan nilai momen. Dilihat perbandingan momen antara metode tumpuan jepit dengan tumpuan pegas. Nilai momen pada balok menjadi 2 kali lebih besar dengan metode tumpuan pegas. Terlebih pada balok lantai bawah. Berikut hasil perbandingan momen pada balok memanjang pada pemasangan PVD 10 meter. Hasil selengkapnya bisa dilihat pada [1].
Gambar 7. Penomeran Balok Memanjang
Tabel 9
Perbandingan Momen Pegas dengan Momen Jepit
Kesimpulan yang dapat ditarik dari hasil momen di atas adalah:
1. Nilai momen paling besar terdapat pada balok lantai bawah yang menumpu lansung pada perletakan pegas. Momen tumpuan bernilai positif dan momen lapangan bernilai negatif.
2. Terjadi kenaikan momen 2 kali lipat dari momen dengan perhitungan biasa atau dengan tumpuan jepit.
3. Masih perlu dicek lagi dengan nilai izin dari momen retak, defleksi dan juga lebar retak izin pada balok.
6. Menghitung momen crack ijin sesuai SNI 03-2847-2002. Besar Mcr untuk balok memanjang sebesar 9939.014 kgm, untuk balok melintang sebesar 6044 kgm.
7. Menghitung nilai defleksi. Nilai izin defleksi yaitu L/480, dengan L adalah panjang bentang. Maka defleksi izin untuk masing-masing balok adalah:
- Balok memanjang =7/480 = 0.0145 meter - Balok melintang = 5/480 = 0.0104 meter
Gambar 9. Defleksi dengan Tumpuan Jepit
Gambar 10. Defleksi dengan Tumpuan Pegas
Tabel 10.
Defleksi Balok Memanjang pada PVD 10
Dari hasil defleksi di atas, terlihat nilai defleksi masih memenuhi.
8. Menghitung lebar retak dengan melihat dari kebutuhan tulangan As max dan As min. Direncanakan D16. Didapat nilai lebar retak masih memenuhi syarat, yaitu sekitar
0.13 mm dari batas 0.3 mm. Dari perhitungan lebar retak di atas, dapat ditarik suatu kesimpulan:
- Balok tidak terjadi keretakan meskipun nilai momennya ada yang melebihi dari batas momen crack .
- Semakin banyak tulangan, maka semakin kecil nilai dari lebar retak balok.
- Tidak diperlukan perbesaran dimensi balok maupun kolom, karena dengan pemasangan PVD sudah cukup efektif untuk mencegah terjadinya kerusakan pada struktur. Hal ini terbukti dengan besarnya lebar retak yang masih memenuhi ketentuan sesuai SNI yaitu 0.3 mm.
Perhitungan Pondasi Dalam
Untuk mendapatkan alternatif yang ekonomis, maka dilakukan pembanding dengan menggunakan pondasi dalam. Didapatkan hasil dari perhitungan pondasi dalam dengan data tanah yang ada, tiang pancang sedalam 28 meter dengan diameter 80 cm sejumlah 24 buah (sejumlah kolom). Pengaruh dari
negative skin friction juga dihitung karena ada
timbunan akhir pada perencanaan. Hasil selengkapnya bisa dilihat pada [1].
Rencana Anggaran Biaya
Rencana anggaran biaya meliputi biaya perbaikan tanah dengan PVD dan pondasi dalam. Dari RAB tersebut dibandingkan perencanaan mana yang lebih ekonomis. Perhitungan RAB hanya berdasarkan volume pekerjaan saja. Hasil selengkapnya bisa dilihat pada [1].
- PVD 10 meter + perbaikan struktur Rp 1.040.208.675,24
- PVD 15 meter + perbaikan struktur Rp 1.061.388.675,24
- PVD 17 meter + perbaikan struktur Rp 1.069.208.675,24
- PVD 20 meter + perbaikan struktur Rp 1.012.469.599,57
- Tanpa PVD + perbaikan struktur Rp 1.140.825.856,26
- Pondasi Dalam D = 80 cm kedalaman = 28 meter; 24 buah
Rp 1.532.452.522,74 IV. KESIMPULAN
Dalam perencanaan Tugas Akhir ini didapatkan beberapa kesimpulan yaitu:
1. Dimensi dari pondasi dangkal bisa dipakai dimensi B = 1.2 meter D = 0.5 meter pada muka air tanah +1.50 dengan tinggi timbunan akhir adalah 4.5 meter. Dari perhitungan didapatkan daya dukung tanah memenuhi (OK) apabila tanah diurug tinggi hingga mencapai 4.5 meter.
2. Tipe PVD yang digunakan adalah tipe Mebradain dengan lebar (a) =10 cm dan tebal (b) = 0.5 cm. Dari hasil perhitungan
direncanakan waktu selesainya pemampatan tidak boleh lebih dari 6 bulan, sehingga jarak pemasangan antar PVD adalah 1 meter.
3. Untuk mencegah terjadinya retak karena momen yang dihasilkan akibat pemasangan PVD dan dihitung dengan tumpuan pegas lebih besar dari hasil momen crack, maka disarankan untuk memperbesar balok pada lantai paling bawah dan kolom. Untuk balok memanjang diperbesar dimensinya menjadi 60/90 cm, balok melintang 40/80 cm dan kolom menjadi 50/50.
4. Untuk perencanaan gedung 3 lantai yang lebih ekonomis dengan menggunakan pondasi pondasi dangkal, bahaya kerusakan gedung akibat diffrensial settlement bisa dikurangi dengan pemakaian PVD. Pada perencanaan ini apabila tanah lunak sedalam 20 meter, maka dengan memasang PVD 10 meter sudah cukup untuk menghilangkan kerusakan akibat pemampatan jangka panjang (primer dan sekunder) apabila dibandingkan dengan penggunaan pondasi dalam dengan diameter 80 cm sedalam 28 meter.
DAFTAR PUSTAKA
[1] F. Wahyuni, Alternatif Perencanaan Gedung 3 Lantai pada
Tanah Lunak dengan dan Tanpa Pondasi Dalam. Surabaya:
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2013. (Belum dipublikasikan)
[2] I. B. Mochtar, Teknologi Perbaikan Tanah dan Alternatif
Perencanaan pada Tanah Bermasalah (Problematic Soils).
Surabaya: Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS, 2000
[3] H.Wahyudi, Daya Dukung Pondasi Dalam. Surabaya: Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS, 1999
