BOX UJI MODEL SEBAGAI SOLUSI PENDEKATAN
LOADING TEST
STRUKTUR BAWAH BANGUNAN
Yuwono1, AndikanozaPradiptiya2
Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Jakarta Email : yuwono_20@yahoo.co.id
ABSTRACT
Identification of a soil material can be carried out in the laboratory to determine whether the soil parameters such as: soil classification, index Engeneering propertys or the propertys of a soil. The results of this investigation can be used as reference in designing a building structure, especially the sub structures. The results of the draft form of the theoretical approach and use certain safety factor. However, if in the data collection and calculation less accurate then there is still a lot of possibility the failure of the structure of the receiving load. To assure the truth of design designed it is necessary to direct loading test in the field but with a very high cost. By moving media to the media field with a scale model of a particular laboratory that is by making a test box models as testing medium, with actual model in the form of a scale model. This method is quite cheap and efficient as it can be used for a variety of models and can be repeated
Key words: The box, loading test, the sub structures
1. PENDAHULUAN
2. Geoteknik adalah salah satu cabang dari ilmu teknik sipil
yang mendalami tentang struktur bawah (sub structure) maupun metode konstruksi yang berada di dalam tanah. Hingga saat ini masih banyak fenomena kerusakan/kegagalan struktur bangunan yang masih sulit diprediksi, hal ini diakibatkan oleh kurangnya data dan pemahaman terhadap jenis maupun karakter dari suatu tanah yang mendukung bangunan tersebut. Untuk mengetahui perilaku struktur yang sebenarnya terhadap pembebanan maka haruslah dilakukan uji coba di lapangan. Pengujuian secara
langsung di lapangan
memerlukan biaya yang sangat tinggi. Untuk mengatasi kondisi ini maka perlu dibuatkan media lapangan yang dapat dipindahkan ke laboratorium dengan menggunakan model skala tertentu dengan box uji model.
3. Box uji model’ ini bersifat portable yang di dalamnya dilengkapi dengan ruang media tanah, angkur, penempatan model struktur, serta dapat dilengkapi alat alat ukur lainnya. Pada ‘box
uji model’ ini dapat dipergunakan untuk mengamati berbagai model struktur bangunan bawah. Proses pemakaian ‘box uji model’ ini dapat disimulasikan dari kondisi tanah yang ada dilapangan, selanjutnya dapat dilakukan
loading test pada berbagai model
struktur yang diamati tersebut. Dari hasil pengujian dengan skala model ini dapat memperoleh data respon struktur yang lebih dekat dengan kondisi di lapangan, serta biaya yang lebih murah.
4. Box uji model’ ini berfungsi untuk mengukur respon struktur bawah akibat pembebanan khususnya gaya eksternal yang hasilnya dapat dipergunakan sebagai pedoman maupun pelengkap data dalam
men-design suatu struktur serta dapat
untuk pengamatan terhadap pembaharuan /penemuan suatu model struktur yang baru khususnya pada bangunan struktur bawah.
5. Box uji model’ ini dirancang bukan untuk beban dinamis melainkan untuk mengakomodasi pembebanan statis berlanjut maupun beban statis berulang (siklik) pada model struktur pada media tanah yang berbeda-beda.
6. Perencanaan/design secara teoritis suatu struktur bangunan bawah dapat dilakukan
berdasarkan data dari
laboratorium baik dari segi
indeks property maupun dari segi
engeneering propertys dari suatu
tanah. Namun demikian untuk meyakinkan hasil unjuk kerja dari suatu design yang dilaksanakan maka masih perlu dilakukan uji langsung atau loading test di lapangan, sehingga melalui ‘box
uji model’ ini dapat dipakai sebagai pengamatan yang mendekati kondisi lapangan.
7. Tinjauan Pustaka
8. Penggunaan model fisik
9. Aplikasi dan pembelajaran pada bidang teknik sipil sebagai suatu hal yang nyata dan dapat
direalisasikan dalam
bentuk/model struktur bangunan yang dapat menghubungkan antara teoritis dengan respon struktur yang diranacang.
10. Felder (1996) dalam Hanson et.al. (2006) mencatat bahwa siswa yang diajar secara eksklusif teoritis mungkin tidak mempunyai ketangkasan mental yang dibutuhkan dalam dunia
profesional untuk berurusan dengan informasi yang beragam. Ini mengarah langsung ke kesimpulan bahwa salah satu tujuan pendidikan harus membantu siswa membangun keterampilan dan kreatifitas mereka dengan secara langsung
memperlihatkan keadaan
sesungguh nya di lapangan maupun dengan pendekatan pemodelan fisik.
11. Paradigma metode pengajaran klasik yang hanya berdasarkan
textbook , papan tulis dan
ceramah hanya akan menjadikan motode pembelajaran yang pasif. Nirmalakhan et.al. (2002) mengkaji keaktifan proses
pembelajaran dengan
menerapkan pendekatan
kombinasi pengajaran
menggunakan metode pemodelan fisik, matematika dan simulasi komputer. Siswa ditantang untuk menerapkan konsep-konsep teoritis untuk merasionalisasi, merekonsiliasi, memprediksi, dan memvalidasi fenomena melalui model fisik. Latihan-latihan itu memungkinkan siswa untuk berpartisipasi, bertindak, bereaksi, dan merefleksikan, baik secara individu maupun kolektif.
12. Landasan teori
13. Keilmuan bidang geoteknik
14. Geoteknik adalah salah satu cabang dari ilmu teknik sipil, di
dalamnya diperdalam
pembahasan mengenai
dengan tingkat peradaban
manusia, dari mulai
pembangunan piramid di Mesir, candi Borobudur hingga pembangunan gedung pencakar langit sekarang ini. Salah satu permasalahan geoteknik yang melegenda ialah kemiringan menara Pisa di Italia, yang disebabkan oleh ketidak seragaman dukungan tanah di bawahnya terhadap menara tersebut (Wikipedia).
15. Peran pemodelan fisik dalam desain geoteknik
16. Sebagian besar proses desain teknik bergantung pada iterasi dan siklus test untuk memastikan keberhasilan dari desain akhir. Namun, jenis siklus berulang tersebut tidak mungkin di gunakan untuk desain sistem geoteknik karena biaya, skala, dan kompleksitas proyek-proyek geoteknik. Insinyur geoteknik mengandalkan pemodelan fisik
skala tertentu untuk
mengevaluasi kinerja atau untuk memverifikasi perilaku sistem geoteknik. Teknologi centrifuge geoteknik secara luas diadopsi untuk tujuan pemodelan fisik skala tertentu tersebut.
17. Faktor skala untuk pemodelan geoteknik diberikan oleh Taylor, 1995 dapat dilihat dalam Tabel 1. Kim N.R., et.al. (2011)
menyarankan penggunaan
pemodelan fisik untuk desain geoteknik terutama pada pekerjaan dengan konsep design
baru dan pada bangunan infrastruktur dengan resiko tinggi.
18. Tabel 1. Faktor skala pemodelan sistem geoteknik (Taylor, 1995)
19. Item 20. S.F
21. Stress,
modulus 22. 1
23. Density 24. 1
25. Length 26. N-1
27. Gravity 28. N
29. Strain 30. 1
37. Wave Velocity 38. 1
39. Acceleration 40. N
41.
42. Beberapa fungsi box uji model ini adalah dapat dipergunakan di dalam pengamatan berbagai jenis model sub strukur yang dirancang terhadap pembebanan yang diterapkan, baik pada tanah lempung biasa maupun pada tanah lempung ekspasif. Hingga saat ini perilaku tanah lempung ekspansif sangat sulit untuk diprediksi karena adanya keterbatasan peralatan yang tersedia serta penelitian yang masih minimum pada tanah tersebut sehingga masih banyak menimbulkan pertanyaan-pertanyaan yang belum terjawab.
43. Mekanisme pengembangan dalam tanah lempung ekspansif
(expansive clay) sangat komplek
44.
45. Gambar 1 Penyusutan dan pengembangan lempung ekspansif
(Conduto, 1994)
46. Menurut Krebs (1971), kadar air
dan kepadatan akan
mempengaruhi tingkat
pengembangan dan tekanan pengembangan. Ketika tanah bertambah kadar airnya, fenomena osmotik yang terjadi dapat menyebabkan tertariknya molekul-molekul air ke arah bahan yang larut. Penambahan volume air dalam rongga pori tanah diikuti oleh perpindahan partikel secara simultan, sehingga
terjadi pengembangan.
Hardiyatmo (2006) menyatakan bahwa penarikan molekul air ke arah permukaan (atau pusat penyerapan bebas) menimbulkan tekanan desakan internal yang berpengaruh pada pemisahan partikel-partikel tanah. Pengumpulan air dalam tanah tidak menentukan proses pengembangan. Pengembangan membutuhkan tekanan yang dapat menambah jarak dan ketahanan partikel untuk mengatasi perpindahan ini. Karena itu, pengembangan adalah proses bertambahnya volume tanah yang terjadi saat tanah berinteraksi dengan air. Hal ini dipengaruhi oleh kenaikan kadar air dan berkembangnya tekanan dalam film air yang terdapat pada titik-titik kontak antara partikel-pertikel dan agregat (atau di dalam kelompok partikel).
47. METODE PENELITIAN
48. Prosedur pembuatan box uji
model
49. Pembuatan box uji meliputi dari tahapan awal persiapan, tahapan pembuatan kerangka dan dinding serta dilanjutkan dengan tahapan finishing yang dilengkapi dengan alat ukur gaya dan pergerakan. Beberapa tahapan antara lain :
50. Tahapan persiapan.
51. Pada tahap persiapan ini mulai menghitung kebutuhan bahan dan alat yang akan dipergunakan. Kebutuhan bahan dan alat yang diperlukan ditabelkan sehingga penyediaan bahan dan alat dapat dilakukan sesuai kebutuhan. Kemudian dilanjutkan dengan pemotongan bahan sesuai dengan ukuran dan jumlah yang dibutuhkan untuk pembuatan model. Dalam pemotongan ukuran maupun jumlah dapat dilakukan dengan pembuatan tabel ukuran dan jumlah bahan yang diperlukan. Pada kondisi ini dapat dievaluasi tentang jumlah dan jenis bahan yang diperlukan.
52. Tahapan perakitan.
53. Pada tahap ini dilakukan
perakitan penyambungan
kerangka box uji dengan menggunakan system las listrik. Serta penyempurnaan kerangka
box uji dengan pengukuran kesikuan sudut-sudut pertemuan kerangka serta memperbaikinya apabila terdapat kekurangan.
54. Tahap perakitan dinding.
Selanjutnya dilakukan pembuatan angkur dari bahan baja berbentuk holo (pipa kotak berlubang). Angkur yang terbuat dari kerangka baja ini berfungsi sebagai penempatan alat – alat ukur apabila dikemudian hari box uji ini dipergunakan.
56. Pada tahap terakhir adalah pekerjaan finishing yang berupa pengecatan kerangka maupun dinding box uji serta pemasangan asesoris lainnya. Dalam pengoperasiannya box uji ini dilengkapi dengan proving ring
untuk mengukur gaya dan dial
gauge dipakai untuk mengukur
pergerakan dengan ketelitian tertentu.
57. Bahan dan Alat
58. Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan box uji model.
59. Besi Kerangka
60. Besi yang digunakan sebagai kerangka untuk pembuatan kotak uji (box uji model) harus kuat menahan beban lateral maupun vertical dari tanah di dalam box uji model tanpa mengalami lendutan yang berlebihan, sehingga dipilih baja profil
c. Kait tiang angkur yang diletakan pada dasar box untuk mengikat tiang angkur agar tidak bergerak. Untuk kebutuhan angkur ini
dipilih dari batang baja kotak ukuran 60.40.4.
61. Dinding box uji , Alat penguat dan Alat ukur
62. Peralatan yang diperlukan untuk pembuatan box uji model adalah alat mesin dan alat tangan
63. Gambar rancangan box uji
model
64. Gambar rancangan box uji berukuran 120 cm x 120 cm x 120 cm seperti pada Gambar 2.
65. Lempung ekspansif
Proving
Fondasi cakar ayam dengan pelat koperan
Proving ring
Dial gauge Dial gauge
Fondasi cakar ayam pelat polos
Pa
sir
Pa
sir
Lempung ekspansif
125 125
c) Potongan I - I
66. Gambar 2. Potongan box uji 67.
69.
Gambar 4. Contoh penggunaan beban tarik pada suatu model
70.
71. Box uji yang telah dilengkapi
dengan media tanah yang diteliti, kerangka angkur, beberapa model dan alat pengukur gaya serta dial gauge untuk mengukur displacement.. Adapun diagram alir pembuatan box uji seperti gambar 5 berikut.
72.
73. Gambar 5. Diagram alir penelitian
74. HASIL YANG DICAPAI
75. Box Uji
76. Box uji dapat memodelkan perilaku struktur bawah akibat pembebanan khususnya gaya eksternal yang hasilnya dapat
dipergunakan sebagai pedoman maupun pelengkap data dalam
men-design suatu struktur serta dapat dipergunakan sebagai media untuk pengamatan terhadap pembaharuan/penemuan suatu model struktur yang baru khususnya pada bangunan struktur bawah. Box uji yang sudah dirangkai dapat dilihat pada Gambar 6.
77.
78. Gambar 6. Box uji
79. Variasi pemodelan struktur
bawah dalam box uji.
80. Box uji dapat digunakan untuk memodelkan perilaku struktur bawah dengan skala tertentu dalam tanah. Pemodelan dapat dilakukan untuk memodelkan fondasi dangkal dan fondasi dalam dengan aplikasi gaya external dan jenis tanah tertentu seperti Gambar 7.
81.
dengan model beserta alat ukur gaya (proving ring)
83. 84.
85. Gambar 8. Model fondasi tiang
86. Perilaku struktur bawah dalam
box uji dapat divariasikan dari sisi pembebanan seperti gaya tarik, tekan dan dinamik. Ukuran model struktur bawah juga dapat dibuat dengan skala tertentu
88. Hasil pembuatan ‘box uji model’ ini untuk melengkapi peralatan Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Jakarta. Alat ini dapat dipergunakan untuk melakukan uji pembebanan (loading test)
dari model struktur bawah suatu konstruksi yaitu berbagai jenis fondasi dangkal maupun fondasi dalam. Box ini juga dapat dipergunakan untuk menguji CBR dari berbagai kepadatan tanah dasar pada umumnya maupun tanah dasar yang telah diperbaiki Respon dari berbagai macam model struktur yang telah dirancang dapat dilihat dari hasil uji yang selanjutnya dapat dipakai untuk memprediksi kemampuan struktur yang dibangun. Pengujian pada box ini dapat dilakukan dengan uji beban statis, masing masing model
dapat dilakukan pengujian dengan melengkapi asesosoris sesuai kebutuhan.
89. DAFTAR PUSTAKA
[1] Al-Rawas, A.A. and Goosen, M. F. A., 2006, Exspansive Soils, Taylor & Francis, London, UK. [2] ASTM, 2007, Annual Book of
ASTM Standards, section 4, Volume 04 09, Philadelphia, USA.
[3] Bowles, J.E., 1977, Foundation Analysis and Design. International Student Edition, Civil Engineering of Bradly University, Mc Graw-Hill Book Company, New York. [4] Chen, F.H.,(1975), Foundation On
Expansive Soil, Elsevier Science Hutagamisfardal dan Susanto, H.A.,(1999), Perilaku Sistem Cakar Ayam Kontribusi untuk Perancangan, Seminar Nasional 1999, Yogyakarta.
[7] Hanson, A., Hanson T. and Bawazir S. (2006). Use of Physical Models to Encage Student Interest. Proceedings of the 2006 ASEE Gulf-Southwest Annual Conference Southern University and A&M College.
American Society for Engineering Education.
[9]Kim N.R., et.al. (2011). The Role of Physical Modeling in the Design of Geotechnical
[10] Systems. First International
Workshop on Design in Civil and Environmental Engineering. KAIST. Korea.
[11] Krebs, 1971, Highway Materials, Virginia Polytechnic
Institute and State University, McGraw-Hill Book Company, New York.
[12] Nirmalakhandan, N. et.al. (2002). Teaching Tools to Promote Active Learning: A Case
Study. Civil & Geological
