Perencanaan Pondasi Sumuran

BAB VIII

PERENCANAAN PONDASI SUMURAN

8.1 IDENTIFIKASI PROGRAM

Program/software ini menggunakan satuan kN-meter dalam melakukan perencanaan pondasi sumuran. Pendekatan yang digunakan dalam menghitung daya dukung pondasi sumuran pada program/software ini didasarkan atas Bridge Design Manual Section 9 “Design of Spread Footings and Well Foundations”. Tanah diasumsikan berlapis-lapis dengan maksimum jumlah lapisan adalah 4 lapis.

Keluaran dari program ini adalah kebutuhan diameter pondasi sumuran untuk menahan gaya yang bekerja pada dasar pile-cap, serta angka keamanan terhadap geser dan guling yang tersedia. Juga ditambilkan sebagai output adalah gaya-gaya yang bekerja pada pondasi sumuran tersebut.

Perlu ditegaskan bahwa program ini dibuat untuk tujuan pendidikan dan pelatihan SRRP (Sumatera Region Road Project) IBRD Loan No. 4307-IND. Tanggung jawab terhadap pengunaan hasil keluaran program ini 100 % ada di pengguna. Pengguna wajib melakukan pengecekan terhadap kesahihan hasil keluaran program ini. Karena program ini tidak mencakup semua aspek disain, sebaiknya penggunaannya dibatasi untuk proses pra-disain.

8.2 TEORI DASAR

8.2.1 BATASAN PONDASI SUMURAN

Pondasi sumuran adalah pondasi yang dibangun dengan menggali cerobong tanah berpenampang lingkaran dan dicor dengan beton atau campuran batu dan mortar.

Pondasi sumuran diklasifikasikan sebagai pondasi dangkal atau pondasi langsung dengan persyaratan perbandingan kedalaman tertanam terhadap diameter lebih kecil atau sama dengan 4. Jika nilai perbandingan tersebut lebih besar dari 4 maka pondasi tersebut harus direncanakan sebagai pondasi tiang.

8.2.2 PERSYARATAN TEKNIS

Persyaratan teknis pondasi sumuran adalah

a. Tekanan dari konstruksi jembatan pada bagian bawah pondasi sumuran tersebut harus lebih kecil atau sama dengan tegangan ijin tanah (σ≤σijin).

b. Pondasi sumuran harus aman terhadap penurunan yang berlebihan.

c. Pondasi sumuran harus aman terhadap penggerusan atau kedalaman pondasi sumuran harus lebih besar dari kedalaman maksimum penggerusan. Jika kedalaman pondasi sumuran lebih kecil dari kedalaman maksimum penggerusan maka diperlukan perlindungan terhadap pondasi sumuran tersebut.

d. Diameter pondasi sumuran harus dibuat ≥ 1.5 meter untuk kemudahan pelaksanaan e. Pondasi sumuran tidak boleh digunakan pada kondisi tanah dimana lapisan atas terdiri

f. Penggalian terbuka selama proses konstruksi pondasi sumuran tidak disarankan.

g. Jika selama pelaksanaan pondasi sumuran muka air tanah cukup tinggi, maka perlu dilakukan upaya menurunkan elevasi muka air tanah di lokasi konstruksi dengan menggunakan pompa air.

h. Jika lokasi kepala jembatan yang melintasi sungai mengurangi penampang basah sungai, maka diperlukan perlindungan gerusan pada kaki/bagian atas pondasi sumuran. Alternatif lainnya adalah bentang jembatan di perbesar.

Pokok perencanaan pondasi sumuran untuk dapat mendukung bangunan bawah dan struktur atas dapat dinyatakan sebagai berikut

a. Pondasi sumuran harus mempunyai keawetan yang memadai untuk penggunaan yang dipilih

b. Tanah pendukung harus memberikan daya dukung dan ketahanan geser yang memadai c. Struktur pondasi sumuran harus mempunyai kekuatan memadai

d. Penurunan dan perpindahanhorisontal tidak boleh menimbulkan pengurangan kekuatan pada komponen-komponen struktural.

Dalam perencanaan pondasi sumuran analisa yang harus dilakukan adalah: a. Analisa kestabilan terhadap guling

b. Analisa ketahanan terhadap geser c. Analisa kapasitas daya dukung tanah d. Analisa penurunan

e. Analisa stabilitas secara umum

8.2.2.1 Kestabilan Terhadap Guling

Kestabilan struktur terhadap kemungkinan terguling dihitung dengan persamaan berikut :

∑

∑

= O R guling M M SF (8.1)

ΣMO = Jumlah dari momen-momen yang menyebabkan struktur terguling dengan titik

pusat putaran di titik O. ΣMO disebabkan oleh tekanan tanah aktif yang bekerja

pada elevasi H/3.

ΣMR = Jumlah dari momen-momen yang mencegah struktur terguling dengan titik pusat

putaran di titik O. ΣMR merupakan momen-momen yang disebabkan oleh gaya

vertikal dari struktur dan berat tanah diatas struktur.

Berdasarkan Peraturan Teknik Jembatan Bagian 2.8 Nilai minimum dari angka keamanan terhadap geser yang digunakan dalam perencanaan adalah 2.2

∑

∑

= D R geser F F SF _(8.2)

ΣFD = Jumlah dari gaya-gaya horizontal yang menyebabkan stuktur bergeser. ΣFD

disebabkan oleh tekanan tanah aktif yang bekerja pada struktur

ΣFR = Jumlah gaya-gaya horizontal yang mencegah struktur bergeser. ΣFR merupakan

gaya gaya penahan yang disebabkan oleh tahanan gesek dari struktur dengan tanah serta tahan yang disebabkan oleh kohesi tanah.

(

)

h p geser _P P Bc V SF =

∑

tanφ2 + 2 + (8.3)

Berdasarkan Peraturan Teknik Jembatan Bagian 4.4.4, Nilai φ2 biasanya diambil sama

dengan sudut geser tanah φ untuk beton pondasi yang dicor ditempat dan 2/3 dari nilai φ tanah untuk pondasi beton pracetak dengan permukaan halus. Sedangkan nilai c2 biasanya

diambil 0.4 dari nilai kohesi c tanah

Berdasarkan Peraturan Teknik Jembatan Bagian 2.8 Nilai minimum dari Angka Keamanan terhadap guling yang digunakan dalam perencanaan adalah 2.2

8.2.2.3 Daya Dukung Tanah Dasar

Tekanan yang disebabkan oleh gaya-gaya yang terjadi pada dasar pondasi sumuran harus dipastikan lebih kecil dari daya dukung ijin tanah. Daya dukung tanah pada dasar pondasi sumuran ditentukan dengan cara yang sama seperti dalam menentukan daya dukung pondasi dangkal. Teori yang berkaitan dengan perhitungan daya dukung pondasi dangkal diberikan dalam Bab 4.2

Untuk memudahkan analisis, bentuk sumuran berupa lingkaran dengan diameter D dapat di ekivalensikan menjadi bentuk empat persegi dengan dimensi B x B. Besarnya nilai B dihitung sebagai berikut.

4

2

D

B= π∗ (8.4)

Pemeriksaan tegangan yang terjadi dilakukan seperti dalam perencanaan pondasi dangkal segi empat. Hal pertama yang perlu diperiksa adalah eksentrisitas dari gaya-gaya ke pondasi dengan dengan menggunakan persamaan berikut

∑

− = V M B eks net 2 (8.5)

Tegangan kontak ke tanah dasar dihitung dengan persamaan berikut

      _± ∗ =

∑

B eks B V qmak ₁ 6 min (8.6)

Jika nilai eksentrisitas beban eks > B/6 maka tegangan kontak minimum qmin akan lebih

kecil dari 0. Hal ini adalah sesuatu yang tidak diharapkan. Demikian juga jika tegangan kontak maksimum qmak lebih besar dari daya dukung ijin. Jika hal ini terjadi maka lebar

pondasi B perlu di perbesar atau diameter pondasi D perlu diperlebar.

8.2.2.4 Tekanan Tanah Lateral

Tekanan tanah yang bekerja pada pondasi sumuran disebakan adalah tekanan tanah aktif dan tekanan tanah pasif. Tekanan tanah pasif yang digunakan dalam analisis didasarkan tekanan tanah pada keadaan diam “at rest”. Teori yang berkaitan dengan tekanan tanah dapat dilihat pada Bab 1.2.2 “Tekanan Tanah Lateral”

8.2.3 GAYA GAYA YANG BEKERJA PADA PONDASI SUMURAN

Notasi gaya-gaya yang bekerja pada pondasi sumuran diberikan pada Gambar 8.1 di bawah.

Gambar 8.1 Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Pondasi Sumuran

Gaya Luar V, H, dan M harus sudah memasukkan tekanan tanah aktif dari lapisan 1 (urugan)

Muka tanah efektif setelah tergerus

Muka air tanah tertinggi Batas Lapisan tanah 2

Batas tanah urugan Surcharge Load q

H M

Lapisan tanah 1 (urugan) : C₁,φ₁, dan γ₁

Lapisan tanah 2 : C₂, φ₂, dan γ₂

Lapisan tanah 3 : C₃, φ₃, dan γ₃

Tekanan Tanah Aktif Lapisan 2 Tekanan Tanah Aktif Lapisan 3 Tekanan air Tekanan Tanah Pasif Lapisan 2 Tekanan Tanah Pasif Lapisan 3 Tekanan air O V

8.3 INPUT DATA

a. Kedalaman Dasar Pile-Cap (meter)

Kedalaman dasar pile cap digunakan untuk menandakan ujung atas dari pondasi sumuran dimana tekanan tanah tambahan mulai bekerja. (Perhatikan Gambar 8.3)

b. Kedalaman Pondasi Sumuran (meter)

Kedalaman Pondasi sumuran ditentukan berdasarkan analisis terhadap hasil penyelidikan tanah. (Perhatikan Gambar 8.3)

c. Banyaknya Pondasi Sumuran

Program/software ini hanya untuk perencanaa pondasi sumuran dimana pondasi sumuran diletakkan dalam 1 baris. Banyaknya pondasi sumuran menunjukkan rencana jumlah pondasi sumuran yang akan digunakan dalam 1 baris seperti diperlihatkan pada Gambar 8.2.

Gambar 8.2 Penempatan Pondasi Sumuran

d. Beban Merata di Atas Tanah /Surcharge Load (kN/m2).

Berdasarkan Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan 2.2.6, beban merata diatas tanah yang diklasifikasikan sebagai beban lalu lintas yang diekivalensikan dengan tanah urugan setinggi 0.6 meter.

e. Kedalaman Muka Air Tanah Maksimum (m)

Kedalaman muka air tanah diperlukan untuk menghitung tegangan efektif tanah pada kedalaman tertentu.

f. Daya Dukung Ijin Tanah di Dasar Pondasi Sumuran (kN/m2)

Karena pondasisumuran diklasifikasikan sebagai pondasi dangkal, daya dukung ijin tanah tersebut didapat dari analisis daya dukung pondasi dangkal pada dasar pondasi sumuran.

g. Angka Keamanan Terhadap Geser dan Guling

Berdasarkan Peraturan Teknik Jembatan Bagian 2.8, Nilai minimum dari SF terhadap geser dan guling yang digunakan dalam perencanaan adalah masing masing 2.2

h. Gaya Luar yang Bekerja Pada Dasar Pile-Cap

Gaya Luar pada dasar Pile-Cap terdiri dari 3 komponen yaitu Gaya Vertikal (V), Gaya Horisontal (H), dan Momen (M). Gaya luar tersebut merupakan akibat dari beban dari struktur atas, sub-struktur seperti abutmen, dan tekanan tanah pada sub-struktur tersebut. Perjanjian tanda untuk gaya-gaya luar tersebut mengikuti Gambar 8.3. Tanda

positif untuk gaya-gaya ke atas atau ke kanan, momen positif untuk putaran momen yang serah dengan jarum jam

i. Data Lapisan-Lapisan Tanah

Data lapisan tanah yang diperlukan adalah tebal lapisan (m), berat jenis γ (kN/m3),

sudut geser dalam φ (derajat), dan kohesi c (kN/m2). Untuk lapisan paling bawah

sebaiknya ketebalan lapisan dinyatakan dengan suatu angka yang relatif besar.

8.4 CARA PEMAKAIAN PROGRAM

a. Langkah pertama adalah mengaktifkan program/software dengan meng-klik- file program yaitu WELLB.EXE. Pada layar monitor akan muncul Form Input Data.

b. Pada Form Input Data masukkan parameter-parameter Input Data. Jika ingin menganalisis data yang sudah pernah disimpan, gunakan tombol BUKA FILE

c. Pada Form Input Data jika ingin menyimpan data kasus yang sedang dianalisis, klik

tombol SIMPAN FILE dan tuliskan nama file yang akan digunakan.

d. Pada Form Input Data untuk melakukan analisis perhitungan kebutuhan dimensi pondasi sumuran dilakukan dengan meng-klik tombol HITUNG. Sehingga akan berada pada Lembar Analisis dan Output.

e. Pada Lembar Analisis dan Output ini ditampilkan kebutuhan diamater pondasi

sumuran, gaya-gaya yang bekerja, angka keamanan yang tersedia, serta tegangan kontak yang terjadi pada tanah di dasar sumuran.

f. Pada lembar Analisis dan Output, jika ingin memodifikasi data input, gunakan

tombol KEMBALI untuk kembali berada di Form Input Data.

g. Pada Lembar Analisis dan Output, jika ingin menyimpan file laporan perhitungan gunakan tombol LAPORAN dan masukkan nama file yang akan digunakan untuk menyimpan data laporan yang berbentuk file dengan extension TXT.

8.5 INTERPRETASI HASIL KELUARAN.

5.5.1 NOTASI YANG DIGUNAKAN

Gambar 8.3 Notasi Yang Digunakan

5.5.2 OPTIMASI DARI PENGGUNAAN PROGRAM.

Setelah didapat hasil keluaran berupa kebutuhan diameter dari pondasi sumuran, maka perlu dilakukan pengecekan terhadap luasan pile-cap apakah cukup, terlalu kecil, atau terlalu besar. Jika terlalu kecil atau terlalu besar maka dimensi pile-cap harus disesuaikan sehingga perlu dilakukan analisa gaya-gaya untuk mendapatkan gaya-gaya pada dasar pile cap dengan dimensi pile cap baru. Dengan gaya-gaya baru tersebut dilakukan kembali perencanaan pondasi sumuran sampai dimensi pile-cap sesuai dengan kebutuhan.

diameter pondasi

Kedalaman pondasi

Kedalaman muka air tanah Muka tanah

Muka air tanah Batas lapisan 1 Lapisan 1 (urugan) : t₁,γ₁,c₁,φ₁ Batas lapisan 2 Batas lapisan 3 Lapisan 2 : t₂,γ₂,c₂,φ₂ Lapisan 3 : t 3,γ3,c3,φ3 Lapisan 4 : t₄,γ₄,c₄,φ₄,SPT₄,INEF₄ Kedalaman dasar pile cap V H M

8.6 CONTOH KASUS

Pondasi sumuran direncanakan digunakan untuk menahan gaya-gaya yang bekerja pada dasar pile cap sebuah abutmen jembatan. Data-data perencanaan adalah sebagai berikut. • Kedalaman dasar pile-cap dari muka tanah = 3.0 meter

• Kedalaman pondasi sumuran dari muka tanah = 8 meter • Banyaknya pondasi sumuran = 2 buah

• Daya dukung ijin pada kedalaman 8 meter = 100 t/m2 _{= 1000 kN/m}2

• Beban merata diatas tanah /surcharge 0.48 t/m2 _{= 4.8 kN/m}2

• Gaya vertikal pada dasar pile-cap = -259.94 ton = -2599.4 kN • Gaya horisontal pada dasar pile cap = 18.93 ton = 189.3 kN • Momen pada dasar pile cap = -13.44 ton = -134.4 kN-meter • Kedalaman muka air tanah maksimum = 5.0 meter

• Data tanah adalah sebagai berikut No lapisan Tebal (m) γ (t/m 3_{) C (t/m}2_{) φ°} 1 3.0 1.8 0.0 30 2 5.0 1.8 0.5 20 3 10. 1.9 0.3 30

8.6.1 DIAMETER COBA 3.0 METER

Muka tanah efektif setelah tergerus

Muka air tanah tertinggi Batas tanah urugan

Surcharge Load = 0.48 t/m2

18.93 ton

V

-13.44 t-m Lap 1 (urugan) : C₁=0, φ₁= 35°, γ₁=1.8 t/m3

Gaya Luar V, H, dan M harus sudah memasukkan tekanan tanah aktif dari lapisan 1 (urugan)

Tekanan Tanah Aktif Lapisan 2

Tekanan air Tekanan _{Tanah Pasif}

Lapisan 2 Lap 2 : C₂=0.5 t/m2_{, φ} 2= 20°, γ2=1.8 t/m 3 +0.00 -3.00 -5.00 -3.50 -259.94 ton

8.6.2 BERAT SENDIRI PONDASI SUMURAN

Berat sendiri 2 buah pondasi sumuran dihitung sebagai berikut

2 24 5 4 3 ) ( 2 24 4 2 2 ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ =πD L buah π P = 1696.41 kN

8.6.3 TEKANAN TANAH AKTIF 8.6.3.1 Lapisan 1 (Tanah Urugan)

Tekanan tanah aktif dari lapisan 1 (tanah urugan) sudah termasuk kedalam gaya-gaya pada dasar pile cap.

8.6.3.2 Lapisan 2

Koefisien tekanan tanah aktif untuk lapisan 2 dihitung dengan rumus φ φ sin 1 sin 1 + − = a K _{= 0.49}

Tekanan tanah aktif pada lapisan 2 elevasi –3.00

q-3.00 = γ1*h1*Ka + q Ka – 2c√Ka= 18*3*0.49 + 4.8*0.49 - 2*5*√0.49 = 21.83 kN/m2

Tekanan tanah aktif lapisan 2 elevasi –5.00 q-5.00 = γ1*h1*Ka + γ2*h2*Ka + q Ka – 2c√Ka

= 18*3*0.49 + 18*2*0.49 + 4.8*0.49 - 2*05*√0.49 = 39.48 kN/m2

Tekanan tanah aktif pada lapisan 2 elevasi –8.00 q-8.00 = γ1*h1*Ka + γ2*h2 *Ka+ γ’2*h2*Ka+ q Ka – 2c√Ka

= 18*3*0.49 + 18*2*0.49 + (18-10)*3*0.49 + 4.8*0.49 - 2*5*√0.49

= 51.24 kN/m2

Gaya tekanan tanah aktif pada lapisan 2 di atas muka air tanah

) 0 . 3 * 2 ( 2 2 48 . 39 83 . 21 2 00 . 5 00 . 3 + ₌ + _{⋅ ⋅} =q− q− _HL P = 367.86 kN

Gaya tekanan tanah aktif pada lapisan 2 di bawah muka air tanah

) 0 . 3 * 2 ( 3 2 24 . 51 48 . 39 2 00 . 8 00 . 5 + ₌ + _{⋅ ⋅} =q− q− _HL P = 816.84 kN

8.6.4 TEKANAN TANAH PASIF 8.6.4.1 Lapisan 1 (Tanah Urugan)

Lapisan 1 tidak memberikan sumbangan terhadap tekanan tanah pasif

8.6.4.2 Lapisan 2

Koefisien tekanan tanah pasif dalam keadaan diam untuk lapisan 2 dihitung sebagai Ko = 1 – sin φ = 0.658

Tekanan tanah pasif keadaan diam pada lapisan 2 elevasi –3.5 q-3.50 = 2c√Ko+ = 2*5*√0.658 = 8.11 kN/m2

Tekanan tanah pasif keadaan diam lapisan 2 elevasi –5.00 q-5.00 = γ2*h2*Ko + 2c√Ko

= 18*1.5*0.658 + 2*05*√0.658 = 25.88 kN/m2

Tekanan tanah pasif keadaan diam pada lapisan 2 elevasi –8.00 q-8.00 = γ2*h2*Ko + γ’2*h2 *Ko + 2c√Ko

= 18*1.5*0.658 + (18-10)*3*0.658 + 2*5*√0.658 = 41.67 kN/m2

Gaya tekanan tanah pasif keadaan diam pada lapisan 2 di atas muka air tanah ) 0 . 3 * 2 ( 5 . 1 2 88 . 25 11 . 8 2 00 . 5 50 . 3 + ₌ + _{⋅ ⋅} = q− q− _HL P = 152.95 kN

Gaya tekanan tanah pasif keadaan diam pada lapisan 2 di bawah muka air tanah ) 0 . 3 * 2 ( 3 2 67 . 41 88 . 25 2 00 . 8 00 . 5 + ₌ + _{⋅ ⋅} =q− q− _HL P = 607.91 kN 8.6.5 GAYA-GAYA BEKERJA

Gaya-gaya yang bekerja pada pondasi sumuran ditampilan dalam bentuk table sebagai berikut

No. Arah Deskripsi gaya Besar gaya y thd O y thd O Momen thd O

(kN) (m) (m) (kN-meter)

1 (v) el. 1 – pondasi -169.646 -1.500 2.500 -254.469 2 (v) g. ver. str. atas -259.940 -1.500 5.000 -389.910 3 (h) g. hor. str. atas 18.930 -1.500 5.000 94.650

Dimana lokasi titik referensi O(0,0) adalah y = 0 pada dasar sumuran/elemen 1 dan x = 0 pada tepi kanan dari sumuran

Total gaya gaya yang bekerja adalah sebagai berikut • Gaya vertikal = -4295.86 kN

• Gaya horisontal aktif = 1373.62 kN • Gaya horisontal pasif = -760.86 kN • Momen penahan = 6578.19 kN-meter • Momen guling aktif = 3554.30 kN-meter • Momen guling pasif = -1394.38 kN-meter

8.6.6 KESTABILAN TERHADAP GULING

Kestabilan pondasi sumuran terhadap kemungkinan terguling dihitung dengan persamaan berikut 30 . 3554 38 . 1394 19 . 6578 + = =

∑

∑

O R guling M M SF = 2.24

Angka keamanan terhadap guling lebih besar dari 2.2, sehingga memenuhi persyaratan keamanan terhadap guling

8.6.7 KESTABILAN TERHADAP GESER

Ketahanan struktur terhadap kemungkinan struktur bergeser dihitung berdasarkan Persamaan (8.3) dimana nilai φ2 biasanya diambil sama dengan φ tanah untuk beton

pondasi yang dicor ditempat dan 2/3 dari nilai φ tanah untuk pondasi beton pracetak dengan permukaan halus. Sedangkan nilai c2 biasanya diambil 0.4 dari nilai kohesi c tanah.

Luas 2 buah sumuran = 2*0.25*π*3.02 _{= 14.137 m2}

(

)

62 . 1373 86 . 760 3 * 4 . 0 * 137 . 14 ) 30 tan( * 86 . 4295 tan 2 2 + + = + + =

∑

h p geser P P Bc V SF φ =2.371

Angka keamanan terhadap geser lebih besar dari 2.2, sehingga memenuhi persyaratan keamanan terhadap geser.

8.6.8 TEGANGAN PADA TANAH DASAR

Untuk memudahkan analisis, bentuk sumuran berupa lingkaran dengan diameter D dapat di ekivalensikan menjadi bentuk empat persegi dengan dimensi B x B. Besarnya nilai B dihitung sebagai berikut.

4

2

D

Pemeriksaan tegangan yang terjadi dilakukan seperti dalam perencanaan pondasi dangkal segi empat. Hal pertama yang perlu diperiksa adalah eksentrisitas dari gaya-gaya pada dasar pondasi 86 . 4295 30 . 3554 38 . 1394 19 . 6578 2 658 . 2 2 − + − = − =

∑

V M B eks net = 0.3005 m

Tegangan kontak pada tanah dasar dihitung dengan persamaan berikut

      _± ∗ =

∑

B eks BL V qmak ₁ 6 min (8.6)

Untuk 1 pondasi sumuran nilai V = 4295.86/2 = 2147.93 kN

Dari persamaan diatas diperoleh

a. Tegangan maksimum ke tanah = 510.18 kN/m2

b. Tegangan minimum ke tanah = 97.56 kN/m2

Nilai tegangan maksimum ke tanah lebih kecil dari daya dukung ijin di dasar sumuran sebesar 1000 kN/m2_{, tegangan minimum ke tanah dasar juga lebih besar dari 0 yang berarti}

tidak ada tegangan kontak tarik pada dasar pondasi seumuran, sehingga pondasi memenuhi persyaratan daya dukung.