Analisis Stabilitas Fondasi Dangkal Deng

(1)

ANALISIS STABILITAS FONDASI

DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN

PROSEDUR ISO 19901-4

TUGAS AKHIR

Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Oleh

Fauzi Achmad Zaky

NIM 15510004

Program Studi Teknik Kelautan

Fakultas Teknik Sipil Dan Lingkungan

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

(2)

LEMBAR

PENGESAHAN

Tugas Akhir Sarjana

ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN

PROSEDUR ISO 19901-4

Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang

lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya.

Bandung, September 2014

NIP. 19720816 200801 1 010

(3)

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL & LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS AKHIR

Diberikan kepada :

Nama : Fauzi Achmad Zaky

NIM : 15510004

Judul Tugas Akhir adalah ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO 19901-4

Dengan isi Tugas Akhir sebagai berikut : BAB 1 PENDAHULUAN

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 3 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI BERDASARKAN PROSEDUR ISO 19901-4

BAB 4 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB 5 ANALISIS STABILITAS FONDASI BAB 6 PENUTUP

Tugas Akhir ini dibuat rangkap 6 (enam) :

(4)

iii

ANALISISSTABILITASFONDASIDANGKALDENGANMENGGUNAKANPROSEDURISO19901-4

ABSTRAK

Analisis Stabilitas Fondasi Dangkal Dengan Menggunakan

Prosedur ISO 19901-4

Fauzi Achmad Zaky1

Program Studi Sarjana Teknik Kelautan, FTSL, ITB

1_{fauziachmadzaky@gmail.com}

Stabilitas fondasi adalah salah satu aspek yang harus diperhatikan dalam pembuatan anjungan lepas pantai. Fondasi yang stabil dibutuhkan agar kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak dan gas aman dilakukan. Kini dunia internasional memiliki satu acuan bersama dalam melakukan analisis stabilitas fondasi, yaitu ISO 19901-4. Studi kasus ini bertujuan untuk melakukan analisis stabilitas fondasi pada kondisi tanah undrained di perairan dangkal berdasarkan prosedur ISO 19901-4. Dalam studi kasus ini, analisis yang dilakukan menggunakan data yang telah ada sebelumnya. Data tersebut diolah untuk mendapatkan nilai beban yang diterima fondasi dan nilai parameter tanah. Setelah itu, nilai kekuatan tanah dihitung sesuai prosedur ISO 19901-4. Tanah yang menopang fondasi juga dimodelkan dengan perangkat lunak PLAXIS untuk mendapatkan perbandingan hasil kekuatan tanah. Nilai yang didapat dari kedua metode diatas kemudian dibandingkan dan dicocokkan dengan nilai beban pada fondasi. Kesimpulan dari studi kasus ini adalah bahwa struktur fondasi yang dianalisis telah memenuhi kriteria stabilitas fondasi menurut ISO 19901-4.

(5)

iv

K

ATA

P

ENGANTAR

Segala puji serta syukur hanya patut dihaturkan kepada Allah SWT, Tuhan Semesta Alam. Shalawat dan salam semoga senantiasa tercurah kepada teladan umat manusia, Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, berkat rahmat, izin, dan pertolonganNya, penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan. Adapun Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk dapat lulus tahap pendidikan Strata 1 (S1) dan memperoleh gelar sarjana di Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung.

Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Analisis Stabilitas Fondasi Dangkal Dengan Menggunakan Prosedur ISO 19901-4”. Di dalam laporan ini dijelaskan tentang perhitungan stabilitas fondasi dangkal anjungan lepas pantai menggunakan dua metode : prosedur ISO 19901-4 dan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS. Hasil yang didapat kemudian dianalisis apakah memenuhi kriteria kestabilan fondasi atau tidak.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat berbahagia apabila terdapat saran dan kritik yang disampaikan kepada penulis. Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat khususnya kepada penulis pribadi dan umumnya kepada semua yang membaca laporan ini.

Bandung, 26 September 2014

(6)

xv

D

AFTAR

I

SI

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

ABSTRAK ... iii 1.4 Lingkup Pembahasan ... 1-5 1.5 Metodologi ... 1-6 1.6 Sistematika Laporan ... 1-7

(7)

xvi

2.2.2.1 Tes Lapangan ... 2-11 2.2.2.2 Tes Laboratorium ... 2-15 2.3 Mekanika Tanah ... 2-24 2.3.1 Mineral Tanah ... 2-25 2.3.2 Klasifikasi Tanah ... 2-27 2.3.3 Parameter Tanah ... 2-30 2.4 Fondasi Dangkal... 2-37 2.4.1 Jenis Fondasi Dangkal ... 2-38 2.4.2 Pengujian dan Instrumentasi ... 2-40 2.4.3 Daya Dukung Fondasi ... 2-42 2.4.4 Stabilitas Fondasi ... 2-47

(8)

xvii

BAB 4 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA ... 4-1 4.1. Umum ... 4-1 4.2. Metode Elemen Hingga ... 4-2 4.3. Perangkat Lunak PLAXIS ... 4-4 4.4. Pemodelan PLAXIS ... 4-5 4.4.1. Material Tanah ... 4-5 4.4.2. Material Fondasi Mudmat ... 4-12 4.4.3. Tahapan Pemodelan... 4-12 4.4.4. Langkah Pemodelan ... 4-13 4.4.5. Hasil Pemodelan ... 4-34

BAB 5 ANALISIS STABILITAS FONDASI ... 5-1 5.1. Umum ... 5-1 5.2. Beban Pada Fondasi ... 5-3 5.3. Analisis Gaya Beban ... 5-5 5.3.1 Komponen Horizontal ... 5-6 5.3.2 Komponen Vertikal ... 5-9

BAB 6 PENUTUP ... 6-1 6.1. Kesimpulan... 6-1 6.2. Saran ... 6-2

(9)

xviii

D

AFTAR

G

AMBAR

Gambar 1.1 Kontribusi sektor ESDM dalam penerimaan nasional ... 1-2 Gambar 1.2 Anjungan lepas pantai jenis Jacket Steel Platform ... 1-3 Gambar 1.3 Metodologi pengerjaan tugas akhir ... 1-7

(10)

xix

Gambar 2.21 Soil resistance envelope undrained soils ... 2-56 Gambar 2.22 Soil resistance envelope drained soils ... 2-56

Gambar 3.1 Fondasi dangkal jenis Mud Mat... 3-2 Gambar 3.2 Diagram Alir Perhitungan Stabilitas Fondasi Menurut ISO 19901-4 3-4 Gambar 3.3 Komponen struktur jacket platform ... 3-6 Gambar 3.4 Pemodelan struktur menggunakan SACS ... 3-7 Gambar 3.5 Dimensi Fondasi Mud Mat ... 3-13 Gambar 3.6 Profil berat jenis tanah di lokasi studi ... 3-19 Gambar 3.7 Profil kuat geser tanah untuk fondasi mat ... 3-20 Gambar 3.8 Faktor koreksi, F ... 3-31

(11)

xx

Gambar 4.18 Tampilan Linear Elastic Model label Interfaces ... 4-23 Gambar 4.19 Model geometri fondasi mudmat ... 4-23 Gambar 4.20 Beban arah vertikal ... 4-24 Gambar 4.21 Pendefinisian beban ... 4-25 Gambar 4.22 Beban arah horizontal ... 4-25 Gambar 4.23 Hasil Mesh Generation ... 4-26 Gambar 4.24 Berat jenis air ... 4-27 Gambar 4.25 Gambar model pada pendefinisian kondisi awal ... 4-28 Gambar 4.26 Tekanan air pada tanah ... 4-28 Gambar 4.27 Tegangan efektif pada tanah ... 4-29 Gambar 4.28 Tampilan jendela perhitungan label General ... 4-30 Gambar 4.29 Tampilan jendela perhitungan label Parameters ... 4-30 Gambar 4.30 Fase sebelum pendefinisian beban ... 4-31 Gambar 4.31 Fase setelah pendefinisian beban ... 4-31 Gambar 4.32 Penentuan titik nodal ... 4-32 Gambar 4.33 Proses kalkulasi ... 4-33 Gambar 4.34 Tahap akhir perhitungan ... 4-33 Gambar 4.35 Tampilan deformasi tanah akibat beban vertikal ... 4-35 Gambar 4.36 Tampilan Curve Generation ... 4-35 Gambar 4.37 Grafik Deformasi-Gaya pada titik A akibat beban vertikal ... 4-36 Gambar 4.38 Tampilan deformasi tanah akibat beban horizontal ... 4-37 Gambar 4.39 Grafik Deformasi-Gaya titik A akibat beban horizontal ... 4-38

(12)

xxi

D

AFTAR

T

ABEL

Tabel 2.1 Dimensi Alat Pressuremeter Menurut ASTM ... 2-14 Tabel 2.2 Specific Gravity pada Tanah Secara Umum ... 2-19 Tabel 2.3 Tabel Jenis dan Ukuran Pori Saringan Standar U.S... 2-20 Tabel 2.4 Nilai Empiris Konsistensi Tanah Kohesif ... 2-32 Tabel 2.5 Nilai Empiris Tanah Granular Berdasar Nilai SPT ... 2-32

Tabel 2.6 Kisaran Nilai Poisson’s Ratio... 2-33 Tabel 2.7 Nilai Empiris Modulus Young ... 2-34 Tabel 2.8 Tipe Fondasi Dangkal ... 2-38 Tabel 2.9 Persamaan Bearing Capacity Berbagai Metode ... 2-44 Tabel 2.10 Penggunaan Metode Perhitungan Bearing Capacity ... 2-46 Tabel 2.11 Faktor Bentuk pada Fondasi Persegi untuk Beban Vertikal ... 2-53

(13)

xxii

Tabel 3.13 Parameter Tanah di Lokasi Studi ... 3-18 Tabel 3.14 Kondisi Acuan Perhitungan dan Analisis ... 3-21 Tabel 3.15 Faktor Keamanan Berdasarkan API RP 2A ... 3-22 Tabel 3.16 Faktor Koreksi Bentuk... 3-32

Tabel 4.1 Stratifikasi Tanah di Lokasi Studi pada Pemodelan PLAXIS... 4-7 Tabel 4.2 Kisaran Modulus Elastisitas Tanah ... 4-9 Tabel 4.3 Nilai Representatif Sudut Geser Dalam Berbagai Jenis Tanah ... 4-11 Tabel 4.4 Input Parameter Tanah Pada Pemodelan PLAXIS ... 4-11 Tabel 4.5 Input Material Fondasi Mudmat pada PLAXIS ... 4-12

(14)

xxiii

N

OMENKLATUR

𝐴 = area fondasi total

𝐴′ = area fondasi efektif

𝑎 = soil attraction

𝐵′ = lebar fondasi efektif

𝑐𝑢 = gaya geser undrained tanah

𝑐𝑎𝑣𝑒 = gaya geser undrained rata-rata tanah antara dasar tanah dan dasar

fondasi untuk gaya geser yang naik secara linear

𝑐𝑢,0 = gaya geser undrained tanah pada dasar fondasi

𝐷𝑏 = kedalaman hingga dasar fondasi

𝑒 = eccentricity

𝐻𝑏 = beban horizontal pada area dasar fondasi

𝐾𝑐 = faktor koreksi, yang terdiri atas faktor bentuk fondasi, faktor kedalaman,

dan faktor kemiringan

𝐿 = lebar efektif area fondasi

𝑁𝑐 = faktor daya dukung tanah

𝑝′0 = overburden stres pada dasar fondasi

𝑄𝑑,ℎ = desain tahanan geser (sliding resistance) tanah

𝑄𝑑,𝑣 = desain daya dukung (bearing capacity) tanah tanpa pengaruh gaya

(15)

xxiv

𝑞𝑎𝑙𝑙 = beban/daya dukung yang diperbolehkan (allowable) pada tanah

𝑞𝑑,𝑣 = desain unit daya dukung (unit bearing capacity) tanah

𝑞𝑢𝑙𝑡 = beban/daya dukung ultimate pada tanah

𝑆𝐹 = faktor keamanan (safety factor)

𝛾𝑚 = faktor material

𝛾′ = berat jenis tanah (submerged unit weights)

𝜅 = kenaikan gaya geser tanah terhadap kedalaman

(16)

1-1

B

AB

1 P

ENDAHULUAN

1.1 U

MUM

(17)

1-2

Gambar 1.1 Kontribusi sektor ESDM dalam penerimaan nasional

(Sumber : Renstra Kementerian ESDM 2010 – 2014)

(18)

1-3

Gambar 1.2 Anjungan lepas pantai jenis Jacket Steel Platform

(Sumber : indomigas.wordpress.com)

Untuk memenuhi tuntutan kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi dan gas alam di lepas pantai yang tinggi, maka dibutuhkan struktur anjungan lepas pantai yang lebih efisien baik dari segi teknis maupun ekonomis. Selain itu, anjungan lepas pantai harus dirancang sesuai kriteria yang disyaratkan oleh standar/peraturan mengenai desain anjungan lepas pantai (Rizaldi, 2013).

1.2 L

ATAR

B

ELAKANG

(19)

1-4

tetap memenuhi kriteria standar. Salah satu standar yang digunakan dalam pembuatan anjungan lepas pantai adalah ISO 19900 – 19906.

Standar Internasional ISO 19900 – 19906 membahas aspek-aspek umum yang harus dipenuhi dalam pembuatan dan penentuan elemen struktur saat proses desain serta melakukan penilaian terhadap seluruh struktur lepas pantai yang digunakan oleh industri minyak dan gas di dunia. Standar Internasional ini dibuat dengan tujuan untuk memberikan ruang gerak dalam menentukan konfigurasi struktur, material, dan teknis tanpa menghalangi proses inovasi.

Fondasi adalah salah satu aspek penting dari struktur anjungan lepas pantai yang harus diawasi karena menyangkut kestabilan struktur di atasnya. Oleh karenanya, rancangan desain fondasi dan penyelidikan tanah harus dilakukan sebaik mungkin agar fondasi stabil dan tanah tidak mengalami keruntuhan.

Analisis kestabilan fondasi tidak akan memberikan hasil yang mendekati presisi jika hanya menggunakan satu metode saja. Oleh karena itu, dibutuhkan minimal dua metode yang digunakan dalam menganalisis stabilitas fondasi. Hasil dari perhitungan satu metode dapat melengkapi atau menguatkan hasil perhitungan dari metode lainnya. Selain itu, hasil dari satu metode juga dapat dijadikan referensi ketika melakukan cross check hasil dari metode lain.

Metode yang dapat digunakan dalam melakukan analisis stabilitas fondasi dangkal adalah metode perhitungan manual yang mengacu pada prosedur ISO 19901-4

(20)

1-5

1.3 T

UJUAN

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisis stabilitas fondasi dangkal menggunakan prosedur ISO 19901-4 : Geotechnical and Foundation Design Consideration.

1.4 L

INGKUP

P

EMBAHASAN

Lingkup pembahasan dalam penulisan tugas akhir ini meliputi :

a) Studi literatur yang berkaitan dengan analisis dan desain untuk fondasi dangkal sesuai dengan prosedur pada ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design Consideration 2003.

b) Stabilitas fondasi dianalisis pada kondisi tanah undrained soil .

c) Perhitungan stabilitas fondasi berdasarkan persamaan dan kriteria standar yang terdapat pada ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design Consideration 2003.

d) Pemodelan stabilitas fondasi dangkal menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS.

(21)

1-6

1.5 M

ETODOLOGI

Laporan Tugas Akhir ini berisi analisis mengenai stabilitas fondasi dangkal. Analisis yang dilakukan menggunakan metode keseimbangan batas (limit equilibrium method) untuk memastikan keseimbangan antara kekuatan pada rancangan desain (design actions) dengan desain kekuatan tanah terhadap fondasi (design resistance). Secara umum, pengerjaan tugas akhir ini berdasarkan tahapan kerja seperti berikut :

a) Pengumpulan data tanah yang meliputi data properti tanah, data lapisan tanah, data spesifikasi fondasi struktur anjungan lepas pantai.

b) Pengolahan properti tanah hingga akhirnya menghasilkan nilai-nilai parameter tanah.

c) Perhitungan stabilitas fondasi berdasarkan prosedur ISO 19901-4

Geotechnical and Foundation Design Consideration 2003.

d) Pemodelan stabilitas fondasi menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS.

e) Analisis stabilitas fondasi struktur dari hasil perhitungan manual berdasarkan ISO 19901-4 dan metode elemen hingga.

(22)

1-7

1.6 S

ISTEMATIKA

L

APORAN

Laporan ini disusun berdasarkan outline laporan dengan sistematika sebagai berikut :

BAB 1

PENDAHULUAN

Bab ini membahas penjelasan mengenai latar belakang, tujuan pengerjaan, ruang lingkup pembahasan, metodologi penulisan, serta sistematika dari laporan tugas akhir ini

.

Gambar 1.3 Metodologi pengerjaan tugas akhir Mulai

Studi Literatur dan Pengumpulan Data

Pengolahan Data

Perhitungan Manual Stabilitas Fondasi

Analisis Stabilitas Fondasi

Kesimpulan dan Saran

Selesai

(23)

1-8

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menjelaskan mengenai teori dasar dan kriteria desain yang dijadikan acuan dalam pengerjaan tugas akhir ini

.

BAB 3

PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI BERDASARKAN

PROSEDUR ISO 19901-4

Pada bab ini dilakukan perhitungan stabilitas fondasi berdasarkan prosedur perhitungan pada ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design Consideration

2003.

BAB 4

PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI MENGGUNAKAN

METODE ELEMEN HINGGA

Bab ini berisikan perhitungan stabilitas fondasi dengan menggunakan metode elemen hingga. Perhitungan menggunakan bantuan perangkat lunak PLAXIS

.

BAB 5

ANALISIS STABILITAS FONDASI

Pada bab ini dilakukan analisis berdasarkan hasil perhitungan yang telah dibuat, baik hasil perhitungan manual maupun hasil perhitungan dengan menggunakan metode elemen hingga

.

BAB 6

PENUTUP

(24)

2-1

B

AB

2 T

INJAUAN

P

USTAKA

2.1 U

MUM

Memahami kondisi tanah adalah prasyarat berhasilnya pembangunan sebuah fondasi. Secara keseluruhan, tujuan dari investigasi tanah dalam mendesain sebuah fondasi adalah untuk menentukan profil tanah, karakteristik tanah di setiap lapisan, dan kendala-kendala apa saja yang memungkinkan mengganggu stabilitas tanah (GEO, 2006). Dengan demikian, diperlukan studi khusus tentang tanah sebelum membuat sebuah fondasi, khususnya untuk fondasi anjungan lepas pantai.

Untuk mendapatkan data tanah yang akurat, maka dibutuhkan beberapa jenis survei. Dua survei utama yang harus dilakukan dalam investigasi tanah adalah survei geofisika (geophysical survey) dan survei geoteknik (geotechnical survey). Informasi yang didapat dari survei tersebut digunakan untuk mendapatkan parameter desain yang nantinya akan digunakan untuk membuat model tanah (geological model). Model tanah yang telah dibuat dapat dijadikan pertimbangan dan data awal dalam pembuatan fondasi anjungan lepas pantai.

(25)

2-2

API RP 2A (1993), maka tanah ini akan menimbulkan masalah pada struktur di atasnya (Tyrant, 1994)

.

2.2 S

URVEI

T

ANAH

D

I

L

AUT

Survei tanah adalah sebuah proses identifikasi lapisan-lapisan tanah di bawah struktur beserta karakteristik fisiknya. Survei tanah lazim dilakukan sebelum membuat struktur fondasi, khususnya fondasi struktur anjungan lepas pantai. Pada umumnya, survei tanah dilakukan untuk mendapat data stratigrafi tanah, data yang memuat komposisi, umur relatif, properti tanah, dan distribusi pelapisan tanah serta interpretasi lapisan-lapisan batuan.

Tujuan dari survei tanah ini adalah untuk mendapatkan informasi yang dapat membantu insinyur dalam hal berikut (Das, 2006) :

a) Memilih tipe dan kedalaman yang sesuai dengan struktur yang akan dibuat. b) Melakukan evaluasi daya dukung fondasi.

c) Melakukan estimasi kemungkinan terjadinya penurunan tanah di bawah struktur fondasi.

d) Menentukan potensi permasalahan yang muncul pada fondasi, seperti : tanah yang mengembang, tanah runtuh, dan lain-lain).

e) Menentukan lokasi permukaan air tanah.

f) Memprediksi tekanan lateral pada struktur seperti tembok penahan (retaining wall) atau dinding sheet pile.

g) Menentukan metode konstruksi yang akan digunakan jika terdapat perubahan kondisi tanah.

(26)

2-3

2.1. Survei geofisika dilakukan untuk mendapatkan data kualitatif tanah seperti bentuk permukaan tanah dan lapisan-lapisan tanah secara umum dan menyeluruh. Sedangkan survei geoteknik bertujuan untuk mendapatkan data kuantitatif tanah di titik-titik tertentu. Hasil dari kedua survei ini kemudian dikombinasikan untuk mendapatkan informasi stratigrafi tanah

.

Gambar 2.1 Jenis survei penyelidikan tanah

2.2.1 Survei Geofisika di Laut

Survei geofisika dapat membantu memberikan suplai data untuk pembuatan stratigrafi tanah serta memberikan informasi terkait aspek karakteristik geologi dari tanah seperti lereng curam, topografi tanah, lumpur vulkanik, gelombang pasir, retakan, erosi, gelembung gas pada sedimen, dan beberapa variasi dari ketebalan lapisan batuan. Informasi yang didapat dari hasil survei dasar laut ini bila dikombinasikan dengan data tanah (soil boring) dan tes in situ akan memberikan

(27)

2-4

bahan olahan yang cukup baik dalam pembuatan lapisan tanah pada area dangkal tersebut.

Terdapat beberapa alat perlengkapan survei yang direkomendasikan untuk dijadikan pertimbangan saat melakukan survei geofisika berdasarkan ISO 19901-4

Geotechnical and Foundation Design Considerations

:

a)

Echo Sounder

Echo sounder adalah salah satu tipe SONAR (Sound Navigation And Ranging) yang digunakan untuk menentukan kedalaman air di laut dengan mengirimkan gelombang suara ke dasar laut (sounding). Jarak antara gelombang dipancarkan dan ditangkap kembali digunakan dalam perhitungan jarak antara permukaan laut dan dasar laut. Gambar 2.2 memperlihatkan secara visual proses sounding

menggunakan echo sounder. Echo Sounder disebut dengan sistem penyapuan batimetri (swathe batymetric system) yang juga dapat digunakan untuk mendefinisikan morfologi dari dasar laut. Data-data yang didapat dari sistem pembuatan batimetri ini hanya bisa digunakan untuk evaluasi awal

.

Gambar 2.2 Bagaimana echo sounder bekerja

(28)

2-5

b)

Sub-bottom Profiler

Sub-bottom Profiler (SBP) menjelaskan tampilan karakteristik struktural tanah di dasar laut di dekat area sedimentasi. SBP mengaplikasikan ilmu akustik dengan menggunakan refleksi seismologi untuk membuat gambar dua dimensi (2D) dari permukaan dasar laut. Boomer atau speaker pada alat ini dihubungkan pada kabel dengan voltase tinggi kemudian melakukan transfer energi melewati air laut untuk melakukan penetrasi ke dalam dasar laut. Ilustrasi bagaimana SBP bekerja dapat dilihat pada Gambar 2.3

.

Gambar 2.3 Bagaimana sub bottom profiler bekerja

(Sumber : www.ets.wessexarch.co.uk)

c)

Side Scan Sonar

(29)

2-6

mampu menampilkan perbandingan material dan tekstur dari dasar laut. Gambar 2.4 memberikan gambaran bagaimana side scan sonar bekerja

.

Gambar 2.4 Bagaimana side scan sonar bekerja

(Sumber : www.iloapp.gasss-tech.com)

d)

Survei Seismik

(30)

2-7

atau hidrofon multi-channel. Gambar 2.5 menggambarkan bagaimana alat survei seismikbekerja

.

Gambar 2.5 Bagaimana alat survei seismikbekerja

(Sumber : www.fishsafe.eu)

e)

Refraksi Dasar Laut

Perlengkapan refraksi dasar laut (seabed refraction) memberikan informasi stratifikasi tanah beberapa meter di bawah dasar laut. Survei ini menggunakan metode tarikan secara berkesinambungan. Sistem refraksi ini menghasilkan penampang dasar laut yang analog dengan rekaman refraksi dalam real time. Informasi langsung didapat dari variasi kekerasan permukaan laut. Gambar 2.6

(31)

2-8

Gambar 2.6 Bagaimana alat refraksi dasar laut bekerja

(sumber : http://www.fugrosurveytechnical.com/)

2.2.2 Survei Geoteknik Di Laut

Survei geoteknik merupakan jenis survei lain dalam penyelidikan tanah. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa survei geoteknik lebih bersifat kuantitatif dan spesifik pada satu area saja. Hasil dari survei geoteknik ini, dikombinasikan dengan hasil dari survei geofisika, akan menghasilkan model tanah dan stratigrafi tanah.

Langkah awal sebelum melakukan survei geoteknik, menurut ISO 19901-4, adalah dengan melakukan review terlebih dahulu terhadap data investigasi tanah sebelumnya, data geofisika, dan data geologi setempat. Hal ini bertujuan untuk mengidentifikasi hambatan yang mungkin akan muncul dan membantu dalam melakukan perencanaan investigasi selanjutnya.

(32)

2-9

a) Tes uji sampel untuk menentukan klasifikasi tanah dan properti tanah b) Tes in-situ, untuk menentukan profil beserta kekuatan tanah

(33)

2-10

Gambar 2.7 Tanah karbonat

(Sumber : www.nbmg.unr.edu)

Tanah karbonat berbeda dalam banyak hal dengan jenis tanah lainnya. Perbedaan paling utama dari tanah karbonat adalah unsur pokoknya adalah kalsium karbonat, material yang memiliki tingkat kekerasan yang rendah dibandingkan dengan

(34)

2-11

2.2.2.1 Tes Lapangan

Tes lapangan sering juga disebut in situ test. Tes ini biasa dilakukan saat investigasi tanah berlangsung. Tes-tes yang biasa dilakukan diantaranya adalah Standard Penentration Test (SPT), Cone Penetration Test (CPT), Pressuremeter Test, Vane Shear Test, dan beberapa jenis lainnya (GEO, 2006). Namun, khusus untuk tes tanah di laut, tidak dilakukan SPT dan CPT. Profil tanah di laut didapatkan melalui

Piezocone Penetration Test (PCPT). Di dalam ISO 19901-4 dijelaskan bahwa in situ test harus dipertimbangkan dalam investigasi tanah ketika gangguan pada saat

sampling dan pemulihan tanah yang buruk (poor recovery) ditemukan. Gangguan pada sampel dan permasalahan pada pemulihan tanah biasanya ditemukan pada tanah silika, material yang mengandung karbonat, dan tanah halus. Tes in situ

dilakukan untuk melakukan penyelidikan kekuatan tanah, membuat profil kuat geser tanah secara berkesinambungan, dan untuk memperkirakan kepadatan relatif, friksi pada tiang pancang, serta nilai end bearing

.

a)

Piezocone Penetration Test (PCPT)

PCPT merupakan tes sederhana yang pada umumnya digunakan pada tanah lempung halus (soft clay), tanah lumpur halus (soft silts), dan tanah yang seukuran dengan endapan pasir dengan menggunakan alat penetrasi bernama piezocone. PCPT ini khusus digunakan pada survei geoteknik di laut.

(35)

2-12

b)

Vane Shear Test (VST)

VST digunakan selama operasi pengeboran untuk menentukan kuat geser tanah lempung pada suatu area. VST juga bisa digunakan untuk eksplorasi tanah di area lepas pantai. Peralatan yang digunakan dalam tes ini terdiri dari empat buah pisau di ujung batang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8.

Sumber tenaga putar (torque) diletakkan di ujung atas batang untuk memutar baling-baling (vane) dengan kecepatan standar 0.1o_{/detik. Mula-mula,}

baling-baling diletakkan kemudian dimasukkan ke dalam tanah. Lalu sumber tenaga putar digerakkan beberapa saat kemudian selama kurang lebih 5 sampai 10 menit. Jika waktu kurang dari itu, maka nilai kuat geser akan berkurang. Sebaliknya, jika lebih dari waktu itu, maka akan terjadi konsolidasi tanah dimana nilai kuat geser bertambah.

Tes ini akan memberikan hasil yang baik pada tanah lempung derajat halus dan sedang, serta memberikan hasil yang sangat baik dalam hal menentukan properti dari tanah lempung sensitif.

Kemungkinan munculnya eror yang cukup signifikan pada tes ini berasal dari buruknya kalibrasi dari sumber tenaga putar (torque) dan baling-baling yang rusak. Selain itu, eror dapat muncul dari kecepatan putar baling-baling tidak dapat diatur dengan baik.

(36)

2-13

Gambar 2.8 Geometri dari baling-baling (vane) pada VST

(Sumber : ASTM D-2573, 2004)

c)

Pressuremeter Test (PMT)

(37)

2-14

Tabel 2.1 Dimensi Alat Pressuremeter Menurut ASTM

Diameter Probe

(Sumber : ASTM D-4719, 2004)

Setelah pressuremeter dimasukkan ke dalam tanah, tekanan diberikan agar tabungnya kemudian mengembang. Tekanan yang diberikan bertambah secara bertahap kemudian volume baru dari cell dihitung. Proses berlanjut hingga tanah runtuh atau batas tekanan pada alat uji tercapai. Tanah dianggap gagal ketika total volume dari rongga yang mengembang sekitar dua kali lebih besar dibandingkan dengan rongga asal. Untuk mendapatkan hasil yang akurat, segala macam gangguan pada borehole harus diminimalisir. Setelah uji tekan selesai, tabung kembali mengempis dan siap digunakan pada tes yang lain

.

Detail dari Presuremeter Test dapat dilihat pada ASTM D 4719-00 “Standard Test

(38)

2-15

Gambar 2.9 Tampak samping dari alat Presuremeter Test (PMT)

(Sumber : ASTM D-4719, 2004)

2.2.2.2 Tes Laboratorium

Salah satu bagian esensial dalam investigasi fondasi adalah tes laboratorium. Di dalam ISO 19901-4 dijelaskan bahwa tujuan dari adanya tes laboratorium adalah untuk menentukan properti kekuatan-deformasi-konsolidasi endapan tanah. Tes laboratorium dimulai setelah survei geofisika selesai dilaksanakan. Karena sampel tanah dapat mengering atau dapat mengalami perubahan struktur tanah seiring berjalannya waktu, maka setelah pengambilan sampel tanah, tanah harus sesegera mungkin diuji di laboratorium.

(39)

2-16

efek pada struktur fondasi. Hasil dari tes laboratorium ini harus dapat memodelkan pergerakan tanah sehingga stabilitas tanah dapat dianalisis.

Tes laboratorium ini harus sejalan dengan prosedur standar, seperti yang direkomendasikan oleh American Society for Testing Materials (ASTM) atau prosedur yang direkomendasikan oleh buku manual spesifik yang lain..

Terdapat beberapa tes laboratorium yang umum dilakukan sebagai bagian dari proses desain fondasi struktur, seperti uji kadar air (water content), atterberg limits,

analisis saringan (sieve analysis), berat unit (unit weight), specific gravity. Tes-tes tersebut merupakan tes dasar yang biasa dilakukan pada penyelidikan sampel tanah. Tes dasar ini disebut juga index test

.

a)

Uji Kadar Air

Uji kadar air (water content test) merupakan jenis uji laboratorium yang sering dan mudah untuk dilakukan. Tujuan dari tes ini adalah untuk mendapatkan natural water content. Data kadar airini umum digunakan pada studi perbaikan tanah. Tes ini meliputi penentuan massa dari tanah basah, kemudian pemanasan tanah basah tersebut selama 12 – 16 jam pada temperatur 110oC dengan tujuan untuk menentukan massa dari tanah kering. Dengan mengurangi massa tanah basah awal dengan massa tanah kering, massa air dalam tanah dapat dihitung.

(40)

2-17

ini seperti lapisan lempung tersebut kering dan dapat membuat fondasi terangkat akibat pemuaian.

Penjelasan lebih detail dari tes ini dapat dilihat pada ASTM D 2216-98 (2004)

“Standard Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content

of Soil and Rock by Mass”, atau untuk metode alternatif menggunakan microwave

oven, dapat mengikuti prosedur pada ASTM D 4643-00 (2004) “Standard Test Method for Determination of Water (Moisture) Content of Soil by The Microwave

Oven Heating.”

b)

Uji Berat Unit Tanah

Berat unit tanah (total unit weight) didefinisikan sebagai berat tanah basah per unit volume. Istilah weight di sini diartikan sebagai gaya (Force). Unit weight mudah untuk diperkirakan pada tanah kohesif dengan memotong satu blok tanah kohesif menjadi potongan kecil, menimbangnya, lalu meletakkannya pada sebuah penghitung volume (volumetri), setelah itu dilakukan perhitungan berat air. Berat unit tanah diperlukan untuk menghitung tekanan berlebih (overburden pressure) pada area in situ. Lebih jauh lagi, data tekanan berlebih yang didapat akan digunakan pada perhitungan penurunan tanah nantinya.

c)

Uji Specific Gravity

(41)

2-18

kepadatan tanah oleh kepadatan air. Tes ini hanya bisa dilakukan pada pasir, lumpur, partikel tanah seukuran dengan lempung

.

Gambar 2.10 Pycnometer

(Sumber : Foundation Engineering Handbook 2nd)

Tes ini memerlukan kemampuan yang cukup baik dan waktu yang cukup lama. Oleh karena itu, tes ini sering dilakukan pada satu atau dua sampel tanah yang dinilai cukup representatif pada suatu proyek pembuatan fondasi. Penjelasan detail mengenai tes specific gravity ini terdapat pada ASTM D 854-02 (2004) “Standard

Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer.”

Di beberapa proyek pembuatan struktur fondasi, uji specific gravity ini tidak dilakukan para engineer. Mereka lebih memilih untuk membuat asumsi dari tabel

(42)

2-19

Tabel 2.2 Specific Gravity pada Tanah Secara Umum

Tipe Tanah

Specific Gravity

Gravel

2.65 –

2.68 Sand

2.65 –

2.68 Silt, inorganic

2.62 –

2.68 Clay, organic

2.58 –

2.65 Clay, inorganic

2.68 –

2.75

(Sumber : Foundation Analysis and Design)

Karena nilai specific gravity tidak terlalu bervariasi pada sebagian besar jenis tanah, maka nilai yang tertera pada tabel di atas umumnya digunakan sebagai alternatif. Ketika ketidakpastian dari nilai specific gravity didapatkan, maka dilakukan tes minimal pada tiga jenis sampel tanah yang representatif terhadap tanah pada proyek pembuatan fondasi.

d)

Uji Analisis Saringan

(43)

2-20

berukuran kecil akan terus tersaring hingga melewati batas saringan ukuran 200. Ilustrasi saringan standar U.S. ini dapat dilihat pada Gambar 2.11

.

Tabel 2.3 Tabel Jenis dan Ukuran Pori Saringan Standar U.S.

No. Saringan Ukuran Pori

4 4.75 mm

10 2.00 mm

20 0.85 mm

40 0.425 mm

60 0.25 mm

100 0.15 mm

140 0.106 mm

200 0.075 mm

(Sumber : U.S. Sieve Standard)

Prosedur tes analisis saringan ini dijelaskan lebih detail pada ASTM D 422-02 (2004)

“Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils”.

Gambar 2.11 Ilustrasi saringan

(44)

2-21

e)

Uji Hydrometer

Proses sedimentasi merupakan metode untuk menentukan distribusi partikel yang lebih halus dari partikel tertahan pada saringan standar U.S. ukuran 200. Hidrometer digunakan untuk mendapatkan data penting selama proses sedimentasi berlangsung.

Pada tes ini, butiran tanah dengan diameter tertentu dihitung waktu tempuh saat ia dijatuhkan dengan jarak tertentu pada sebuah liquid yang telah diketahui nilai viskositasnya. Ketika analisis saringan menggunakan ukuran pori pada saringan untuk mendefinisikan ukuran partikel tanah, tes hidrometer menggunakan diameter butiran yang ekuivalen dengan butiran pada analisis saringan untuk mendefinisikan ukuran partikel tanah. Peralatan yang digunakan pada tes hidrometer dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Hidrometer

(45)

2-22

Saat ukuran kehalusan tanah lebih kecil dari 5% (persentase lolos nomor 200 pada saringan lebih kecil dari 5%), tes hidrometer tidak dilakukan. Demikian juga jika persentase lolos saringan nomor 200 antara 5% dan 15%, tanah mungkin berjenis nonplastik dan tes hidrometer tidak perlu dilakukan untuk klasifikasi tanah. Pada umumnya, saat persentase lolos saringan nomor 200 lebih dari 15%, tes hidrometer dilakukan.

Penjelasan detail dari tes hidrometer ini terdapat pada ASTM D 422-02 (2004)

“Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils.”

f)

Uji Atterberg Limits

Atterberg limits didefinisikan sebagai kadar air pada kondisi berbeda dari tanah lumpur (silts) dan tanah lempung (clays). Istilah Atterberg limits hanya mengacu pada liquid limit (LL), plastic limit (PL), dan shrinkage limit (SL).

Liquid limit adalah water content yang berhubungan dengan perubahan perilaku antara kondisi liquid dan plastik pada tanah silts atau clays. Plastic limit adalah

water content yang berhubungan dengan perubahan perilaku antara kondisi plastik dan semi-padat pada tanah silts atau clays. Shrinkage limit adalah water content yang berhubungan dengan perubahan perilaku antara kondisi semi-padat dan padat pada tanah silts atau clays.

(46)

2-23

tersebut tergolong nonplastik. Saat hasil tes atterberg nilai PL sama dengan nilai LL, maka tanah tersebut tergolong nonplastik.

Menurut ASTM, tes LL dan PL harus dilakukan pada tanah yang lolos melewati saringan nomor 40 (0.425 mm). Penjelasan lebih detail tentang tes ini terdapat pada ASTM D 4318-00 (2004) “Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils.”

g)

Uji Triaxial

Tes ini tidak tergolong tes-tes sebelumnya yang termasuk ke dalam index test,

namun merupakan salah satu tes yang sangat penting untuk dilakukan. Tes ini bertujuan untuk memahami gaya geser pada tanah, khususnya tanah kohesif. Prosedur pada tes triaxial meliputi menempatkan sampel berbentuk silinder dari tanah kohesif di tengah-tengah peralatan triaxial, menahan tanah dengan menggunakan selaput karet (rubber membrane), memberikan tanah tekanan fluida, lalu contoh tanah dipotong dengan menambah tekanan vertikal.

(47)

2-24

Gambar 2.13 Peralatan uji triaxial

2.3 M

EKANIKA

T

ANAH

(48)

2-25

2.3.1 Mineral Tanah

Jenis dan jumlah mineral dalam tanah sangat berperngaruh signifikan terhadap karakteristik tanah seperti kepekatan tanah (plasticity), penggembungan tanah (swelling), penyusutan tanah (shrinkage), penurunan tanah (consolidation), gaya geser tanah (shearstrength) , dan permeabilitas tanah (permeability).

Ukuran kepekatan tanah disebut dengan plasticity index (PI). Definisi dari PI ini dapat dilihat pada persamaan di bawah ini :

𝐿𝐼 =𝑤 − 𝑃𝐿_𝑃𝐼

dimana :

LI = Liquidity Index PL = Plastic Limit

w = persentase air dalam tanah

Liquidity Index digunakan untuk mengidentifikasi tanah sensitif. Nilai liquidity index mengindikasikan tanah tersebut telah kering dan memungkinkan mempunyai potensi mengembang lebih besar.

Pengembangan dari perhitungan plasticity index adalah grafik kepekatan tanah (plasticity chart). Grafik ini kemudian digunakan pada Unified Soil Classification System (USCS) untuk mengklasifikasikan jenis tanah. Pada Gambar 2.14, grafik kepekatan tanah merupakan plot dari Liquid Limit (LL) dan Plasticity Index (PI). Casagrande (1932a), pengembang grafik ini, mendefinisikan dua garis pembagi mendasar dalam grafik kepekatan tanah, diantaranya sebagai berikut :

(49)

2-26

2. A-line. Garis ini digunakan untuk memisahkan tanah lempung, yang diplot di atas A-line, dari tanah lumpur, yang diplot di bawah A-line. A-line ini didefinisikan sebagai :

𝑃𝐼 = 0.73 (𝐿𝐿 − 20)

Selain itu, terdapat juga U-line (upper-limit line). U-line sangat baik digunakan untuk mengecek data yang keliru dan setiap hasil tes yang terplot di atas U-line harus dicek ulang. U-line didefinisikan sebagai :

𝑃𝐼 = 0.90 (𝐿𝐿 − 8)

Gambar 2.14 Grafik kepekatan tanah (plasticity chart)

(50)

2-27

2.3.2 Klasifikasi Tanah

Klasifikasi tanah adalah hal paling mendasar dalam mekanika tanah. Sistem klasifikasi tanah ini bertujuan untuk memudahkan para insinyur geoteknik memprediksi karakteristik tanah sehingga memudahkan mereka dalam merancang suatu struktur bangunan yang kokoh dan dapat bertahan dalam waktu yang lama. Terdapat beberapa macam sistem klasifikasi tanah, beberapa diantaranya yang umum digunakan adalah Unified Soil Classification System (USCS) dan American Association of Stage Highway and Transportation Official (AASHTO). Secara keseluruhan, semua sistem klasifikasi tersebut membagikan jenis tanah berdasarkan ukuran partikel tanah.

a)

United Soil Classification System (USCS)

USCS pertama kali diusulkan oleh Casagrande saat Perang Dunia II tahun 1942. Saat ini, system klasifikasi ini dipakai oleh banyak insinyur. Ketika hendak menggunakan sistem klasifikasi unified soil, ada empat hal yang harus diingat :

1. Sistem klasifikasi didasarkan pada material tanah yang lolos melewati saringan 75 mm (3 in).

2. Coarse friction = persen tertahan di atas saringan No. 200 = 100 – F200 =

R200

3. Fine friction = persen lolos saringan No. 200 = F200

4. Gravel friction = persen tertahan di atas saringan No. 4 = R4

(51)

2-28

karakteristik kepekatan (plasticity characteristics). Secara detail, kedua kelompok tanah tersebut dapat dilihat pada penjelasan di bawah ini :

1. Tanah coarse-grained. Didefinisikan sebagai tanah yang partikelnya 50% (massa kering) tertahan pada saringan No. 200 (F200 < 50). Tanah coarse-grained dibagi menjadi pasir dan kerikil. Keduanya kemudian dibagi menjadi empat subbagian.

2.

Tanah fine-grained. Didefinisikan sebagai tanah yang partikelnya sejumlah 50% atau lebih melewati saringan No. 200. Tanah fine-grained dibagi menjadi tanah dengan kepekatan yang rendah dan tinggi. Kemudian dibagi lagi menjadi tiga subbagian mengacu pada liquid limit (LL) dan karakteristik kepekatan (PI)

.

USCS menggunakan grup simbol untuk mengidentifikasi tipe tanah. Grup simbol tersebut terdiri dari dua huruf kapital dan huruf pertama mengindikasikan sebagai berikut :

Huruf kedua mengindikasikan sebagai berikut :

W = Well-graded. Mengindikasikan tanah coarse-grained memiliki partikel pada semua ukuran

P = poorly-graded. Mengindikasikan tanah coarse-grained memiliki partikel pada ukuran yang sama

(52)

2-29

C = Mengindikasikan tanah coarse-grained yang memiliki partikel ukuran lempung (clay)

L = Mengindikasikan tanah fine-grained dengan tingkat kepekatan (plasticity) tinggi

H = Mengindikasikan tanah fine-grained dengan tingkat kepekatan (plasticity) rendah

b)

AASHTO Soil Classification System

American Association of State Highway and Transportation Official (AASHTO) adalah asosiasi yang mengembangkan sistem klasifikasi tanah ini. Sistem ini membagi tanah ke dalam dua kategori utama : organik dan anorganik. Tanah anorganik dibagi ke dalam tujuh grup (A-1, A-2, hingga A-7), sedangkan tanah organik didefinisikan ke dalam satu grup (A-8).

Menurut AASHTO, klasifikasi tanah di bawah grup A-1, A-2, dan A-3 merupakan butiran kecil tanah yang dimana 35% atau kurang dari partikel tanah tersebut dapat lolos saringan No. 200. Partikel tanah yang lolos saringan No. 200 lebih dari 35% akan diklasifikasikan pada A-4, A-5, A-6, dan A-7. Tanah-tanah ini pada umumnya berjenis lumpur atau tanah lempung. Sistem klasifikasi pada AASHTO berdasarkan hal-hal berikut :

a) Ukuran Tanah. Ukuran tanah terbagi menjadi tiga macam : kerikil, pasir, tanah lempung. Ketiga jenis tanah tersebut dibedakan dengan kemampuan lolos saringan.

(53)

2-30

c) Jika kerikil dan batu ukuran besar (ukuran lebih dari 75 mm) ditemukan, maka mereka tidak termasuk bagian dari sampel tanah yang terdapat pada klasifikasi tanah.

Gambar 2.15 di bawah menggambarkan klasifikasi tanah menurut sistem klasifikasi AASHTO.

Gambar 2.15 Klasifikasi tanah menurut AASHTO

(Sumber : http://www.fhwa.dot.gov/)

2.3.3 Parameter Tanah

Parameter tanah memberikan informasi spesifik tentang tanah. Melalui parameter tanah ini, kualitas tanah di tempat pembuatan fondasi struktur akan diketahui sehingga perlakuan spesifik terhadap tanah atau struktur dapat dilakukan lebih awal untuk menghindari terjadinya hal yang tidak diinginkan pada struktur fondasi. Informasi mengenai parameter tanah ini juga digunakan dalam analisis

(54)

2-31

menganalisis permasalahan stabilitas tanah seperti daya dukung tanah, tekanan lateral pada tanah, struktur tanah, dan lain sebagainya.

Parameter tanah yang dibahas di sini adalah parameter tanah yang memiliki korelasi dengan kriteria kegagalan Mohr-Coulomb (Mohr-Coulomb failure). Teori ini menjelaskan bahwa suatu material tanah dianggap runtuh karena kombinasi kritis dari tegangan normal dan tegangan geser pada tanah. Kriteria kegagalan Mohr-Coulomb sangat erat korelasinya dengan nilai kohesi tanah, sudut geser dalam tanah, modulus elastisitas, sudut dilatasi, dan rasio Poisson. Pemodelan dengan teori Mohr-Coulomb umum digunakan dalam pemodelan tanah karena parameter yang digunakan sederhana.

a)

Kohesi (Cohesion)

Kohesi (c) adalah istilah yang digunakan dalam mendeskripsikan kuat geser tanah. Kohesi diistilahkan untuk menjelaskan bagian tanah yang tak bergesekan (non-frictional part) dari tahanan geser tanah. Kohesi merupakan gaya yang menarik molekul tanah untuk saling terikat. Kohesi terdapat pada tanah jenis lempung. Setiap jenis tanah lempung memiliki nilai kohesi yang berbeda-beda. Kohesi bergantung pada konsistensi dan kejenuhan tanah. Nilai kohesi didapat dari Direct Shear Test.

Kohesi tanah memiliki korelasi dengan nilai Unconfined Compressive Strength

(

𝑆

_𝑢𝑐) melalui persamaan berikut :

𝑐 = 𝑆

𝑢𝑐

/2

(55)

2-32

Tabel 2.4 Nilai Empiris Konsistensi Tanah Kohesif

SPT Penetration

b)

Sudut Friksi Dalam (Internal Friction Angle)

Sudut friksi erat kaitannya dengan tahanan geser tanah. Istilah ini digunakan untuk mendeskripsikan tahanan friksi tanah bersamaan dengan tegangan normal efektif tanah. Sudut friksi internal didapat pada tanah berjenis pasir. Semakin tinggi nilai sudut friksi, akan didapatkan tanah pasir yang lebih rapat. Sudut friksi dinyatakan dalam derajat. Nilai sudut friksi dalam didapat dari tes laboratorium : Direct Shear Test atau Triaxial Stress Test.

Nilai empiris dari sudut friksi dalam, dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Nilai Empiris Tanah Granular Berdasar Nilai SPT

SPT Penetration,

N-Value (blows/ foot) f (degrees)

(56)

2-33

c)

Poisson’s Ratio

Poisson’s Ratio digunakan pada studi tekanan dan penurunan yang didefinisikan sebagai rasio dari tekanan aksial dan ekspansi lateral. Tabel 2.6 merupakan nilai empiris dari Poisson’s Ratio.

Tabel 2.6 Kisaran Nilai Poisson’s Ratio

(Sumber : Bowles, 1996)

d)

Modulus Young

Modulus Young atau yang umum disebut dengan modulus elastisitas merupakan parameter elastisitas tanah dan kekakuan tanah. Modulus elastisitas didefinisikan sebagai rasio tegangan dan regangan. Nilai modulus elastisitas sering digunakan untuk melakukan estimasi penurunan tanah dan analisis deformasi elastisitas. Nilai modulus elastisitas didapat dari beberapa jenis tes seperti Triaxial Test, Oedometer Test, Standar Penetration Test, Cone Penetration Test, Pressuremeter

(57)

2-34

Tabel 2.7 Nilai Empiris Modulus Young

Nilai modulus elastisitas juga bisa didapat dari persamaan korelasi dengan nilai kuat geser tanah. Persamaannya adalah sebagai berikut :

E

s

= K

c.

C

u

dimana :

𝐸𝑠 = Modulus Young

𝐾𝑐 = Faktor korelasi

𝐶𝑢 = Kuat Geser Undrained

Nilai faktor korelasi dapat diestimasi melalui grafik estimasi faktor korelasi pada

(58)

2-35

Gambar 2.16 Grafik estimasi nilai faktor korelasi

(Sumber : http://www.geotechnicalinfo.com/)

e)

Sudut Dilatansi (Dilatancy Angle)

Sudut dilatansi dinyatakan dalam derajat. Tanah lempung menunjukkan nilai sudut dilatansi 0. Sudut dilatansi pada tanah pasir bergantung pada kepadatan dan nilai sudut friksi dalam. Nilai sudut dilatansi dapat ditentukan melalui persamaan berikut :

𝜓 ≈ 𝜑 − 300

dimana :

𝜓 = Sudut dilatansi

𝜑 = Sudut friksi dalam

Untuk tanah yang memiliki nilai sudut friksi dalam dibawah 300_{, nilai sudut dilatansi}

(59)

2-36

f)

Berat Jenis (Unit Weight)

Unit weight atau berat jenis tanah merupakan berat tanah per unit volume. Dalam bentuk persamaan, berat jenis tanah dituliskan sebagai berikut :

𝛾 =

𝑊

_𝑉

dimana :

𝛾 = Berat jenis tanah W = Berat tanah V = Volume tanah

Ketika semua celah terisi oleh air, berat jenis tanah menjadi identik dengan berat jenis jenuh (𝛾_𝑠𝑎𝑡) sedangkan ketika semua celah tanah terisi oleh udara, berat jenis tanah menjadi identik dengan berat jenis kering (𝛾_𝑑𝑟𝑦). Untuk kedua kondisi tersebut, persamaan berat jenis tanah menjadi :

𝛾

𝑠𝑎𝑡

=

𝛾

𝑤

_{1 + 𝑒}

(𝐺 + 𝑒)

𝛾

𝑑𝑟𝑦

=

_{1 + 𝑒}

𝛾

𝑤

𝐺

Submerged unit weight kadang-kadang sangat berguna untuk digunakan ketika tanah dalam keadaan jenuh. Pada kasus tanah di dasar laut, nilai berat unit tanah yang digunakan adalah submerged unit weight karena tanah berada di bawah rendaman air laut sehingga tanah pasti dalam keadaan jenuh.. Submerged unit weight dituliskan dalam persamaan :

(60)

2-37

2.4 F

ONDASI

D

ANGKAL

Fondasi dangkal adalah fondasi yang memiliki kedalaman tertanam kurang dari dimensi minimum lateral dari elemen fondasi. Bowles (1996) mengklasifikasikan fondasi berdasarkan dimana sebuah beban ditahan oleh tanah. Fondasi dangkal

adalah fondasi yang memiliki kedalaman setara ketika nilai D/B ≤ 1. Perbandingan

D dan B dapat dilihat pada Gambar 2.17

.

Gambar 2.17 Perbandingan D dan B pada struktur fondasi dangkal

Di dalam API RP 2A WSD-2000 disebutkan bahwa di dalam mendesain fondasi dangkal, beberapa faktor di bawah ini harus dipertimbangkan :

1. Stabilitas, termasuk kegagalan yang dikarenakan struktur terbalik, gesekan, tergelincir, atau kombinasi dari semuanya.

2. Deformasi statis, termasuk kemungkinan adanya kerusakan pada komponen dari struktur fondasi atau fasilitas yang terdapat di sana.

(61)

2-38

4. Ketidakstabilan hidrolik, seperti pada saluran pipa, termasuk potensi kerusakan pada struktur dan potensi ketidakstabilan fondasi.

5. Pemasangan dan pembongkaran, termasuk memasukan atau mengeluarkan dasar fondasi serta efek dari tekanan yang didapat.

Fondasi dangkal dipilih ketika beban dari struktur tidak akan menyebabkan penurunan berlebih pada lapisan tanah di bawah struktur fondasi. Secara umum, fondasi dangkal lebih ekonomis untuk dibangun dibandingkan dengan fondasi dalam

.

2.4.1 Jenis Fondasi Dangkal

Fondasi dangkal terdiri dari beberapa tipe struktur. Masing-masing tipe disesuaikan dengan kondisi tanah tempat fondasi itu dibuat. Tabel 2.8

memberikan gambaran tentang jenis umum fondasi dangkal

.

Tabel 2.8 Tipe Fondasi Dangkal

Tipe Fondasi Dangkal

Jenis Struktur

Kondisi Tanah

Spread footings, wall footings

Kolom individu, dinding Di kondisi tanah manapun, selama kuat tahan (bearing capacity) cukup menahan beban.

Combined footings Dua sampai empat kolom pada satu kaki dan/atau saat spasi terbatas

Sama seperti kondisi spread footings di atas

Mat foundation Beberapa baris kolom paralel; kolom dengan

footings pada umumnya.

(62)

2-39

Tipe struktur fondasi yang sering digunakan adalah spread footings, combined footings, dan strip footings. Gambar 2.18 menunjukkan variasi tipe struktur fondasi dangkal

.

Gambar 2.18 Contoh tipe fondasi dangkal

Gambar di atas menampilkan berbagai jenis fondasi dangkal : (a) Combined footing; (b) combined trapezoidal footing; (c) strap footing; (d) octagonal footing

(e) eccentric loaded footing.

(63)

2-40

Gambar 2.19 Jenis mat foundation

Jenis mat foundation : (a) flat plate; (b) plate thickened; (c) beam-and-slab; (d)

pedestals plate; (e) basement wall.

2.4.2 Pengujian dan Instrumentasi

(64)

2-41

a)

Uji Beban

Uji beban atau tes lapangan dalam skala besar (large scale) harus dilakukan ketika ditemukan ketidakpastian yang bersifat khusus pada kapasitas fondasi (foundation capacity) dan ketika faktor keamanan dan/atau pertimbangan ekonomi diprioritaskan.

b)

Uji Model

Uji model harus dilakukan ketika :

1.

Susunan komponen fondasi berbeda jauh dengan susunan sebelumnya di saat kondisi operasi.

2.

Kondisi tanah berbeda jauh dengan saat kondisi operasi.

3.

Menggunakan metode pemasangan (installation) atau pembongkaran

(removal) baru yang belum pernah digunakan sebelumnya.

4.

Tingkat ketidakpastian pada struktur atau fondasinya tinggi.

c)

Instrumentasi Sementara

Struktur harus disusun dengan instrumentasi sementara ketika :

1. Metode pemasangan (installation) mensyaratkan adanya perhitungan data untuk melakukan kontrol saat operasi.

(65)

2-42

d)

Instrumentasi Permanen

Struktur harus disusun dengan instrumentasi permanen ketika :

1. Keamanan fondasi bergantung pada operasi aktif, contoh ketika sistem drainase digunakan, data harus segera dapat diakses oleh pengguna. 2. Susunan fondasi, kondisi tanah, berbeda dari apa yang pernah dilakukan

sebelumnya.

3. Adanya kebutuhan untuk melakukan monitoring pada keseluruhan fondasi dengan memperhatikan penetrasi, penurunan tanah, atau yang lainnya. 4. Metode pembongkaran (removal) mensyaratkan adanya perhitungan data

untuk melakukan kontrol saat operasi.

2.4.3 Daya Dukung Fondasi

Tanah harus mampu untuk menahan beban dari berbagai macam tipe struktur yang dibangun di atasnya tanpa terjadinya shear failure dan dengan hasil penurunan tanah (settlement) yang boleh pada struktur tersebut (Bowles, 1996). Begitu pun dengan tanah yang berada di bawah struktur fondasi dangkal. Untuk mendapatkan hasil yang memuaskan, sebuah fondasi dangkal harus memiliki dua karakteristik (Das, 2007) :

1. Aman menghadapi shear failure pada tanah yang menopang fondasi tersebut.

(66)

2-43

failure adalah kegagalan Transcona Grain-Elevator di Transcona, Kanada, seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.20

.

Gambar 2.20 Kegagalan Transcona Grain-Elevator

Pada umumnya, metode yang sering digunakan dalam menghitung daya dukung

(bearing capacity) sebuah fondasi adalah metode yang dikembangkan oleh Terzaghi (1943) karena mudah digunakan dan tak perlu melakukan perhitungan faktor ekstra lainnya. Selain metode yang dikembangkan oleh Terzaghi, terdapat metode lain yang juga dapat digunakan dalam menghitung daya dukung tanah pada fondasi, seperti metode yang dikembangkan oleh Meyerhof (1963), Hansen (1970), dan Vesic (1975).

Meyerhof (1963) mengembangkan metode yang mirip dengan Terzaghi, namun ia memasukkan faktor bentuk Sq dengan nilai kedalaman Nq.. Meyerhof juga

memasukkan faktor kedalaman di dan faktor kemiringan ii untuk kasus dimana

(67)

2-44

Hansen (1970) mengembangkan metode yang merupakan perluasan dari metode yang dikembangkan oleh Meyerhof. Hansen mengambangkan faktor kedalaman, faktor bentuk, dan faktor kemiringan yang telah ditetapkan sebelumnya oleh Meyerhof. Metode Hansen ini digunakan pada bentuk struktur dan faktor kedalaman yang rumit.

Vesic (1975) mengembangkan metode yang prosedur penggunaannya sama dengan metode Hansen dengan sedikit perubahan. Nilai Nc dan Nq yang

digunakan adalah nilai yang ditetapkan oleh Hansen, namun nilai Ny sedikit

berbeda dari yang dimiliki Hansen. Selain itu ada beberapa perbedaan pada beberapa faktor lainnya. Persamaan Vesic ini lebih mudah digunakan dibandingkan persamaan Hansen.

Tabel 2.9 memperlihatkan perbedaan persamaan antara metode Terzaghi, Meyerhof, Hansen, dan Vesic

.

Tabel 2.9 Persamaan Bearing Capacity Berbagai Metode

(68)

2-45

Meyerhof

Beban Vertikal :

𝒒

_𝒖𝒍𝒕

= 𝒄𝑵

_𝒄

𝒔

_𝒄

𝒅

_𝒄

+ 𝒒̅𝑵

_𝒒

𝒔

_𝒒

𝒅

_𝒒

+ 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵

_𝜸

𝒔

_𝜸

𝒅

_𝜸

Beban Miring :

𝒒

_𝒖𝒍𝒕

= 𝒄𝑵

_𝒄

𝒊

_𝒄

𝒅

_𝒄

+ 𝒒̅𝑵

_𝒒

𝒊

_𝒒

𝒅

_𝒒

+ 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵

_𝜸

𝒊

_𝜸

𝒅

_𝜸

𝑵

𝒒

= 𝒆

𝝅𝒕𝒂𝒏∅

𝒕𝒂𝒏

𝟐

(𝟒𝟓 +

∅

_𝟐)

𝑵

𝒄

= (𝑵

𝒒

− 𝟏)𝒄𝒐𝒕∅

𝑵

𝜸

= (𝑵

𝒒

− 𝟏)𝐭𝐚𝐧 (𝟏. 𝟒∅)

Hansen

Umum

:

𝒒_𝒖𝒍𝒕= 𝒄𝑵_𝒄𝒔_𝒄𝒅_𝒄𝒊_𝒄𝒈_𝒄𝒃_𝒄+ 𝒒̅𝑵_𝒒𝒔_𝒒𝒅_𝒒𝒊_𝒒𝒈_𝒒𝒃_𝒒+ 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵_𝜸𝒔_𝜸𝒅_𝜸𝒊_𝜸𝒈_𝜸𝒃_𝜸

Ketika

ⵁ

=0 :

𝒒

_𝒖𝒍𝒕

= 𝟓. 𝟏𝟒𝒔

_𝒖

(𝟏 + 𝒔′

_𝒄

+ 𝒅′

_𝒄

− 𝒊

′_𝒄

− 𝒈

′_𝒄

− 𝒃′

_𝒄

) + 𝒒̅

𝑵

𝒒

= 𝒆

𝝅𝒕𝒂𝒏∅

𝒕𝒂𝒏

𝟐

(𝟒𝟓 +

∅

_𝟐)

𝑵

𝒄

= (𝑵

𝒒

− 𝟏)𝒄𝒐𝒕∅

𝑵

𝜸

= 𝟏. 𝟓(𝑵

𝒒

− 𝟏)𝐭𝐚𝐧∅

Vesic

Umum :

𝒒𝒖𝒍𝒕= 𝒄𝑵𝒄𝒔𝒄𝒅𝒄𝒊𝒄𝒈𝒄𝒃𝒄+ 𝒒̅𝑵𝒒𝒔𝒒𝒅𝒒𝒊𝒒𝒈𝒒𝒃𝒒+ 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵𝜸𝒔𝜸𝒅𝜸𝒊𝜸𝒈𝜸𝒃𝜸

Ketika

ⵁ

=0 :

𝒒

_𝒖𝒍𝒕

= 𝟓. 𝟏𝟒𝒔

_𝒖

(𝟏 + 𝒔′

_𝒄

+ 𝒅′

_𝒄

− 𝒊

′_𝒄

− 𝒈

′_𝒄

− 𝒃′

_𝒄

) + 𝒒̅

𝑵

𝒒

= 𝒆

𝝅𝒕𝒂𝒏∅

𝒕𝒂𝒏

𝟐

(𝟒𝟓 +

∅

_𝟐)

𝑵

𝒄

= (𝑵

𝒒

− 𝟏)𝒄𝒐𝒕∅

𝑵

𝜸

= 𝟐(𝑵

𝒒

− 𝟏)𝐭𝐚𝐧∅

(69)

2-46

Bowles (1996) membuat sebuah observasi akan penggunaan persamaan pada metode-metode tersebut di atas untuk melihat kondisi apa saja yang tepat untuk setiap penggunaan persamaan-persamaan tersebut, seperti yang ditampilkan pada Tabel 2.10.

Tabel 2.10 Penggunaan Metode Perhitungan Bearing Capacity

Metode Baik Digunakan Pada

Terzaghi Tanah kohesif dimana nilai D/B ≤ 1 atau untuk

estimasi cepat nilai ultimate bearing capacity, komparasi dengan metode lain. Jangan gunakan metode ini untuk footing dengan momen dan/atau gaya horizontal atau untuk tanah miring.

Hansen, Meyerhof, Vesic Berbagai situasi, bergantung pada preferensi pengguna atau kebiasaan dalam menggunakan suatu metode tertentu.

Hansen, Vesic Ketika tanah miring dan footing berada pada kemiringan D/B > 1

Setelah memiliki nilai ultimate bearing capacity melalui berbagai persamaan di atas, perlu dihitung juga nilai allowable bearing capacity (qall), karena nilai tersebut

yang akan dimasukkan pada desain struktur. Persamaan qall adalah :

𝑞

𝑎𝑙𝑙

=

𝑞

_𝑆𝐹

𝑢𝑙𝑡

dimana

q ult = ultimate bearing capacity

q all = allowable bearing capacity

SF = Faktor keamanan, pada umumnya menggunakan nilai 2

(70)

2-47

2.4.4 Stabilitas Fondasi

Stabilitas fondasi harus dianalisis dengan menggunakan metode keseimbangan terbatas (limit equilibrium). Karena pertimbangan dari perhitungan tersebut harus diberikan pada kemungkinan terjadinya displacement dan deformasi berlebih pada tanah di bawah struktur fondasi.

Metode keseimbangan terbatas (limit equilibrium) secara umum berdasar pada model dua dimensi (potongan vertikal) dimana efek tiga dimensi termasuk kedalamannya dengan mendefinisikan tahanan (resistance) pada bagian vertikal. Hal ini membutuhkan pengidealan pada area fondasi dengan membuat fondasi seolah berbentuk fondasi. Area yang teridealkan tersebut didefinisikan sebagai sebuah persegi dengan lebar B dan panjang L dengan area yang sama. Atau secara sederhana dalam bentuk persamaan, pengidealan tersebut diperlihatkan seperti pada persamaan di bawah :

𝐴

𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

= 𝐵𝐿 = 𝐴

𝑟𝑒𝑎𝑙

Lebar efektif fondasi B’ mengakibatkan luas area fondasi menjadi luas efektif A’. Lebar efektif digunakan untuk menentukan faktor koreksi daya dukung dan tahanan geser (sliding resistance). Nilai B’ ditentukan oleh persamaan :

𝐵

′

_{= 𝐵 − 2𝑒}

dimana

𝑒 =(eccentricity) pada komponen vertikal beban pada desain. Contohnya adalah

jarak antara titik pusat dari beban pada beban desain (design actions) total dan