SUDUT PENYEBARAN BEBAN PONDASI DANGKAL DI ATAS TANAH URUG

Transkripsi

1 SUDUT ENYEBARAN BEBAN ONDASI DANGKAL DI ATAS TANAH URUG (Sugie rawono) SUDUT ENYEBARAN BEBAN ONDASI DANGKAL DI ATAS TANAH URUG Sugie rawono Dosen Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil Universitas Kristen etra Edyson Tobing, Tan Hong Teian Alumni Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil Universitas Kristen etra ABSTRAK Teori distribusi tegangan dalam tanah yang homogen tidak memperhitungkan pengaruh kepadatan tanah, sedangkan metode perbaikan tanah dengan urugan justru mengandalkan kepadatan tanah urugan ini. Distribusi tegangan dalam tanah dapat dianggap sebagai hasil penyebaran beban melalui suatu sudut penyebaran tertentu, yang diukur terhadap sumbu vertikal. enelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan kepadatan dan tebal suatu tanah urug dengan sudut penyebaran tersebut. Hasil penelitian menyimpulkan bahwa sudut penyebaran (α) makin besar bilamana kepadatan tanah urug (γdry) ditingkatkan dan tebalnya dikurangi. engaruh kepadatan terhadap sudut penyebaran lebih dominan daripada ketebalan. Kata kunci : Sudut penyebaran beban, kepadatan tanah. ABSTRACT Existing theories of stress distribution in a homogeneous soil do not consider the effect of soil density, even though the density test is always used to check the quality of compacted fill. It is always assumed that a surface load is distributed in the soil beneath the foundation through an angle of distribution from the vertical direction. The purpose of this research is to check the relationship of the density and thickness of a filling material to the angle of distribution. Results of this investigation concluded that the angle of distribution will increase if the compacted soil was made more compact in a reduced thickness. Effect of soil density is more dominant compared to the thickness of the fill. Key words : angle of distribution, soil density. ENDAHULUAN enggunaan pondasi dangkal untuk bangunan tingkat rendah yang didirikan di atas tanah liat lunak harus menghadapi masalah, yaitu penurunan yang besar serta daya dukung tanah yang kecil. Salah satu cara yang dilakukan untuk mengatasi hal tersebut di atas adalah melakukan perbaikan dengan mengganti Catatan : Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal Desember 999. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan pada Dimensi Teknik Sipil Volume 2 Nomor Maret 00. sebagian tanah liat lunak dengan urugan dari tanah pasir. Akibatnya beban-beban yang disalurkan ke pondasi tidak langsung diterima oleh tanah liat lunak tetapi diterima terlebih dahulu oleh tanah urug pasir dan disebarkan sehingga tegangan akibat pondasi yang bekerja di atas permukaan tanah liat lunak menjadi lebih kecil (seperti yang ditunjukkan dalam Gambar ). Berbagai teori sudah dikembangkan untuk menghitung tegangan tanah yang terjadi pada kedalaman tertentu seperti Boussinesq (88), 6

2 DIMENSI TEKNIK SIIL VOL., NO. 2, SETEMBER 999 : 6-72 Westergaard (98), Newmark (942), ataupun Metode pendekatan 2 Vertikal : Horisontal[,2]. Namun teori-teori tersebut di atas hanya berlaku untuk lapisan tanah yang homogen. Untuk tanah yang tidak homogen misalnya lapisan atas tanah urug pasir dan lapisan bawah tanah liat lunak, teori-teori tersebut tidak memberikan kepastian. Kepadatan tanah urug juga mempengaruhi sudut penyebaran beban yang terjadi di dalam tanah urug, seperti yang dikemukakan oleh Burmister[]. Elastisitas tanah sebanding dengan kepadatan tanah dan semakin besar kepadatan tanah urug, semakin besar sudut penyebaran yang terjadi dan tegangan yang terjadi pun semakin kecil. Kepadatan tanah urug umumnya didasarkan atas nilai γdry, sehingga perlu dicari hubungan antara γdry urugan ini dengan sudut penyebaran yang dihasilkannya. enelitian dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah Universitas Kristen etra dengan membebani model pondasi dan melakukan variasi terhadap kepadatan, lebar dan tebal tanah urug sehingga bisa diketahui hubungan antara sudut penyebaran dengan kepadatan tanah dalam bentuk grafik. didukung oleh suatu piramida yang mempunyai kemiringan 2V : H. Bentuk piramida terjadi karena tanah yang menerima beban, menyebarkan beban dengan kemiringan penyebaran 2V : H sehingga pada kedalaman z, luas penyebarannya menjadi (L + z) x (B + z). Q σz = ( L + z ).( B + z ) Keterangan : σz = tegangan vertikal Q = beban total pada dasar pondasi L = panjang area pondasi B = lebar area pondasi z = kedalaman yang ditinjau Tegangan vertikal akibat beban terbagi rata berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang L dan lebar B, dapat dihitung dengan menggunakan grafik pada Gambar 2 dengan rumus : σz = q. Iz ( 2 ) Keterangan : σz = tegangan vertikal q = tegangan akibat beban pondasi Iz = faktor pengaruh () p p a z Westergaard (98)[] menggambarkan besarnya tegangan dalam tanah dengan grafik isoα A p = Sudut penyebaran. = Beban yang bekerja pada pondasi. = Luas pondasi. = Tegangan di dasar pondasi = /A. p = Tegangan yang bekerja di permukaan tanah liat. z = Tebal tanah Urug (pasir) Gambar. Distribusi Tekanan Tanah TINJAUAN USTAKA Metode pendekatan 2V : H (2 vertikal : horisontal)[] menganggap beban pondasi Q Gambar 2. Nilai Iz untuk Tegangan Vertikal di bawah Sudut Luasan ersegi anjang[2] 66

3 SUDUT ENYEBARAN BEBAN ONDASI DANGKAL DI ATAS TANAH URUG (Sugie rawono) stress seperti yang ditunjukkan dalam Gambar. B merupakan lebar pondasi dan q adalah tegangan akibat beban pondasi. Setiap garis menunjukkan nilai σy/q. Daerah di dalam suatu garis kontur mendapat tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan nilai tegangan yang ditunjukkan oleh garis tersebut, contohnya tegangan vertikal di bawah pusat pondasi bujursangkar pada kedalaman (y) = 2B adalah kurang dari 0,q (σy < 0.q). σz = q.n.i () dengan : σz = tegangan vertikal pada kedalaman z. q = besarnya beban terbagi rata pada pondasi. n = jumlah elemen yang tertutup denah pondasi. I = faktor pengaruh, di mana untuk grafik yang diberikangambar 4, I = 0,00. Teori Dua Lapisan Tanah[4] berasumsi bahwa beban pondasi (qn) disebarkan pada sudut 0 o terhadap garis vertikal (Gambar ). Akibat disebarkan maka besarnya tegangan pada lapisan tanah liat lunak (q) menjadi lebih kecil. B qn Stiff stratum 0 o d q Soft stratum Gambar. Kontur Tegangan berdasarkan teori Westergaard[] Newmark (942)[] memberikan suatu diagram pengaruh berupa lingkaran-lingkaran yang dapat digunakan untuk menentukan besarnya tegangan vertikal di bawah suatu luasan yang mendukung beban terbagi rata. Keterangan : q = besarnya tegangan pada lapisan tanah liat lunak. qn = beban terbagi rata dari pondasi. B = lebar pondasi. d = jarak antara alas pondasi dengan permukaan lapisan tanah lunak. Gambar. ondasi pada Tanah yang Kaku di atas Lapisan [4] ondasi bujursangkar : q = qn {( B / (B +,d)) 2 } ( 4 ) Burmister (94)[] menyelidiki pengaruh dua lapisan massa elastis yang mempunyai sifat mekanis yang berbeda. Hasil penelitiannya dapat dilihat pada Gambar 6. Berdasarkan gambar tersebut jika lapisan atas jauh lebih kaku daripada lapisan di bawahnya maka tegangan yang terjadi pada lapisan dibawahnya tersebut akan menjadi lebih kecil. Gambar 4. Diagram engaruh Newmark berdasarkan Teori Boussinesq[] Hartanto dan Hermanto [] melakukan penelitian terhadap penyebaran beban pondasi dangkal di atas tanah urug sirtu yang lapisan bawahnya berupa tanah liat lunak. Hasil penelitian mereka dapat dilihat pada Gambar 7. 67

4 DIMENSI TEKNIK SIIL VOL., NO. 2, SETEMBER 999 : 6-72 tertentu) yang diurugkan di atas suatu lapisan tanah liat. urug dibuat dengan menebarkan pasir dengan kadar air optimum dalam lapisan-lapisan setebal cm di mana tiap lapisan diberi pra pembebanan dengan beban tertentu selama menit. Tujuan dari pra pembebanan dengan beban tertentu yang dilakukan untuk setiap lapisan pasir adalah untuk mendapatkan kepadatan (γdry) yang tertentu. ercobaan dilakukan dengan membuat variasi lebar tanah urug pasir. Dalam hal ini lebar dihitung dari tepi model pondasi (X). Tanah urug pasir X 2cm ondasi cm T Gambar 6. Distribusi Tegangan Dua Lapis Materi Elastis Menurut Burmister[] Drum 2 Drum 4, cm cm 8 cm cm 6 Gambar 8. otongan Melintang Drum Sudut enyebaran (tan α) 0 4 α Sirtu Tanah liat ultimate (kg) 0 0,9 0,9,0,,,2,2,,,4,4,,,6,6,7,7 Kepadatan Tanah Kering ( gram/cm ) X=6 Gambar 7. Hubungan Kepadatan Tanah Kering (g Sudut enyebaran (a)[] (gdry) δ (mm) X= X=2 X= X=4 X= Dalam penelitian Hartono dan Hermanto [], sudut penyebaran ditentukan berdasarkan grafik penurunan model pondasi di atas lapisan sirtu dan tanah liat yang berhimpit dengan grafik penurunan model pondasi di atas lapisan tanah liat yang divariasi lebar pondasinya. enentuan grafik yang berhimpit diambil berdasarkan pendekatan. METODOLOGI ENELITIAN enelitian ini dilaksanakan pada model pondasi yang diletakkan di suatu lapisan tanah urug pasir (dengan lebar, ketebalan dan kepadatan Gambar 9. Kumpulan Grafik Beban - enurunan dengan Variasi X Dengan nilai X yang makin besar, nilai dari ultimate diharapkan makin besar pula, sampai mencapai suatu nilai ultimate yang maksimum. ada saat ini, grafik beban penurunan menunjukkan grafik-grafik yang berimpit. Dari grafik-grafik yang berimpit ini, grafik dengan nilai X yang minimum yang dijadikan patokan dalam mencari nilai sudut penyebaran yang terjadi (α). Sedangkan γdry didapat dengan mengambil pasir memakai ring Ø, cm pada titik A (lihat Gambar ) setelah tes pembebanan sehingga didapat suatu hubungan 68

5 SUDUT ENYEBARAN BEBAN ONDASI DANGKAL DI ATAS TANAH URUG (Sugie rawono) antara kepadatan tanah urug pasir (γdry) dengan sudut penyebaran yang terjadi (α). Gambar. encarian nilai a Gambar. Titik engambilan gdry ROGRAM ENELITIAN Dalam penelitian ini, di lakukan percobaan sebanyak 2 sampel dengan variasi kepadatan, tebal pasir dan jarak dari tepi pondasi ke lebar urugan yang dapat dilihat pada tabel. Tabel. rogram enelitian Test No. A TX2. A TX A TX. A TX4 A TX4. B TX2. B TX B TX. B TX4 B TX4. B TX B TX. A T X 4. A T X A T X. A T X 6 Kepadatan Jenis (kn/m ) γdry A γdry B X α ra embebanan (kn/m 2 ) γ dry A cm X + 2.X α = arctg X / T A γ dry = γ t /( + wc) Tebal (T) (cm) T Jarak Tepi (X) (cm) Catatan : A : Kepadatan pasir dengan pra pembebanan kn/m 2. B : Kepadatan pasir dengan pra pembebanan kn/m 2. T : Tebal pasir cm. X2. : Jarak dari tepi pondasi ke tepi pasir = 2, cm. HASIL ENELITIAN enyelidikan karakteristik tanah menunjukkan tanah liat lunak memiliki undrained strength (Su) =,2 kn/m 2, dan setelah melakukan Tes embebanan sesuai rogram enelitian yang ada, maka diperoleh hasil sebagai berikut : A. Tes embebanan untuk Tebal Tanah urug (T) = cm dan ra embebanan (A) = kn/m 2. enurunan (mm) Beban (kg) fail A TX2. ATX2. ATX A ATX. A ATX4 A ATX4. A TX4. ultimate pada :X =. cm a = o g dry =. kn/m Gambar 2. Kumpulan Grafik Beban () dan enurunan (d) untuk Tebal tanah Urug (T) cm dan ra embebanan (A) kn/m 2 Dari Gambar 2 di atas terlihat bahwa ultimate yang paling maximum(ultimate =. kg] didapat pada saat X=, cm. Nilai maximum ini tidak bertambah besarnya walaupun nilai X diperbesar menjadi lebih dari, cm Oleh karena itu, diambil X yang maximun ini untuk mencari nilai α. Βesarnya α = arctg./ = o. B. Tes embebanan untuk Tebal Tanah urug (T) = cm dan ra embebanan (B) = kn/m 2. B T X B T X. B T X 6 B T X 6. γ dry B

6 DIMENSI TEKNIK SIIL VOL., NO. 2, SETEMBER 999 : Beban (kg) 0 0,, 2 2,, 4 4,, 6 6, 7 7, 8 4, fail BTX2. B BTX B TX BTX. B TX. BTX4 B TX4 BTX4. B BTX B BTX. B ultimate pada :X = 4. cm a = 42 o g dry =.9 kn/m Gambar. Kumpulan Grafik Beban () dan enurunan (d) untuk Tebal tanah Urug (T) cm dan ra embebanan (B) kn/m 2. Dari Gambar di atas terlihat bahwa ultimate yang paling maximum(ultimate = 4. kg] didapat pada saat X= 4, cm. Nilai maximum ini tidak bertambah besarnya walaupun nilai X diperbesar menjadi lebih dari 4, cm Oleh karena itu, diambil X yang maximun ini untuk mencari nilai α. Βesarnya α = arctg 4./ = 42 o. C. Tes embebanan untuk Tebal Tanah urug (T) = cm dan ra embebanan (A) = kn/m 2. enurunan (mm) ,, 2 2,, 4 4,, 6 6, 7 7, 8 ATX4. A ATX A TX AX. A TX. ATX6 A Beban (kg) ultimate pada :X =.0 cm a = 26 o ' g dry =.9 kn/m Gambar 4. Kumpulan Grafik Beban () dan enurunan (d) untuk Tebal Tanah Urug (T) cm dan ra embebanan (A) kn/m 2. Dari Gambar 4 di atas terlihat bahwa ultimate yang paling maximum(ultimate = 6. kg] didapat pada saat X=,0 cm. Nilai maximum ini tidak bertambah besarnya walaupun nilai X diperbesar menjadi lebih dari,0 cm Oleh karena itu, diambil X yang maximun ini untuk mencari nilai α. Βesarnya α = arctg / = 26 o. fail D. Tes embebanan untuk Tebal Tanah urug (T) = cm dan ra embebanan (B) = kn/m 2. enurunan (mm) 0 0,, 2 2,, 4 4,, 6 6, 7 7, Gambar. Kumpulan Grafik Beban () dan enurunan (d) untuk Tebal tanah Urug (T) cm dan ra embebanan (A) kn/m 2. Dari Gambar di atas terlihat bahwa ultimate yang paling maximum(ultimate = 7. kg] didapat pada saat X=, cm. Nilai maximum ini tidak bertambah besarnya walaupun nilai X diperbesar menjadi lebih dari, cm Oleh karena itu, diambil X yang maximun ini untuk mencari nilai α. Βesarnya α = arctg,/ = 28 o 48. ANALISA DAN DISKUSI Rangkuman dari tes yang dilakukan yaitu ultimate pada X tertentu ditunjukkan dalam Tabel 2 untuk mempermudah menganalisa hubungan kepadatan tanah kering (γdry) dengan sudut penyebaran yang terjadi (α). Tabel 2. Besar Sudut enyebaran yang terjadi Tebal BTX B BTX. B TX, BTX6 B BTX6. B TX6,. ra embebanan, γdry Beban (kg) ultimate pada :X =. cm a = 28 o 48' g dry = 4. kn/m Jarak dari Tepi ondasi (X) ultimate Sudut enyebaran (cm) (kn/m 2 ) (kn/m ) (cm) (kg) (α)... o o o ' o 48' Berdasarkan Tabel 2 di atas, terlihat bahwa besarnya sudut penyebaran yang terjadi sangat bergantung dari kepadatan tanah urug. Semakin padat tanah urug, semakin besar sudut penyebaran yang terjadi. ada tebal fail

7 SUDUT ENYEBARAN BEBAN ONDASI DANGKAL DI ATAS TANAH URUG (Sugie rawono) tanah urug pasir cm, sudut penyebaran yang terjadi lebih kecil dibandingkan tebal cm namun tidak berarti semakin tebal tanah urug semakin kecil sudut penyebarannya. Hal ini disebabkan karena γdry untuk tebal cm tidak sama dengan γdry untuk tebal cm. Sudut enyebaran a ( o ) 0 0 X (.9, 26 o ') (4., 28 o 48') (., o ) (.9, 42 o ) Kepadatan Kering g dry (kn/m ) Tebal cm Tebal cm Gambar 6. Grafik Hubungan Kepadatan Tanah Kering (gdry) Sudut enyebaran (a) Berdasarkan Gambar 6 di atas, nampaknya ada kecenderungan hubungan proporsional antara γdry (sesudah pembebanan) dengan sudut penyebaran yang terjadi (a) tanpa memperhatikan ketebalan tanah urug. Menurut metode pendekatan 2V : H, sudut penyebaran yang terjadi seharusnya 26, tetapi bila dibandingkan dengan sudut yang diperoleh dari percobaan, untuk tebal cm lebih besar dari 26 sedangkan untuk tebal cm mendekati 26. Apabila hasil percobaan dibandingkan dengan Teori Dua Lapisan Tanah yang mengatakan sudut penyebaran 0 maka dapat dilihat bahwa untuk tebal pasir cm masih lebih besar sedangkan untuk tebal pasir cm dapat dikatakan mendekati., kg adalah 2,8 kn/m 2 sedangkan untuk ult. = 4, kg menjadi bertambah besar yaitu,06 kn/m 2. Namun jika melihat Tabel di atas, untuk tebal cm ternyata meskipun beban yang bekerja bertambah besar dari, kg menjadi 4, kg, tegangan yang terjadi menurut hasil percobaan menjadi lebih kecil yakni dari 2,4 kn/m 2 menjadi 2,0 kn/m 2. Hal ini dapat terjadi karena pada ult. = 4, kg nilai γdry =,9 kn/m, lebih besar dibandingkan γdry =, kn/m untuk ult. =, kg yang berarti beban disebarkan lebih luas. Di sini dapat dilihat pula bahwa teori elastisitas yang ada tidak memperhitungkan pengaruh kepadatan tanah (γdry). Untuk tebal pasir cm ternyata meski γdry bertambah besar dari,9 kn/m menjadi 4, kn/m, tegangan yang terjadi tidak bertambah kecil. Sebaliknya menjadi bertambah besar yaitu dari 2,89 kn/m 2 menjadi 2,9 kn/m 2. Hal ini mungkin disebabkan karena berat sendiri pasir yang menjadi tambahan beban bagi lapisan tanah liat lunak selain beban dari pondasi. KESIMULAN DAN SARAN Dari hasil penelitian yang ada, dapat disimpulkan bahwa sudut penyebaran yang terjadi sangat bergantung dari kepadatan dan ketebalan tanah urug. Semakin padat tanah urug semakin besar sudut penyebaran yang terjadi, dan ada kecenderungan hubungan proporsional antara kepadatan tanah kering (γdry) dengan sudut penyebaran yang terjadi (α) berdasarkan Gambar 6, sedangkan pengaruh ketebalan tanah urug terhadap sudut penyebaran belum dapat dipastikan, karena γdry untuk tiap ketebalan berbeda. Saran kami untuk penelitian selanjutnya, perlu variasi ketebalan tanah urug dan pra pembebanan pasir sehingga menghasilkan suatu Tabel. erbandingan Tegangan Tanah Berdasarkan Hasil ercobaan dengan Teori Tebal / sz = /A sz sz sz sz sz Kedalaman ult. γdry ercobaan 2V : H Boussinesq Westergaard Newmark Dua (Fadum) Lapisan Z Tanah (cm) (kg) (kn/m ) (kn/m 2 ) (kn/m 2 ) (kn/m 2 ) (kn/m 2 ) (kn/m 2 ) (kn/m 2 ),, 2,4,0 2,8,2 4,76,0 4,,9 2,0 4,0,06,44 6,2,89 6,,9 2,89 2,89 2,08,7, , 4, 2,9. 2,,, 2.7 Menurut teori elastis, beban yang bekerja pada pondasi berbanding lurus dengan tegangan yang terjadi di dalam tanah. Semakin besar beban semakin besar tegangan yang terjadi untuk kedalaman yang sama, contohnya menurut Boussinesq nilai tegangan untuk ult. = hubungan antara kepadatan tanah kering (γdry) dengan sudut penyebaran (α) yang lebih teliti dan juga model pondasi diganti dengan model tepi miring (tapered). Homogenitas dari tanah liat pun perlu diperhatikan. 7

8 DIMENSI TEKNIK SIIL VOL., NO. 2, SETEMBER 999 : 6-72 REFERENSI. Dunn, I.S. Anderson, L.R & Kiefer, F.W. Fundamentals of Geotechnical Analysis. New York : John Wiley & Sons, Kaniraj, S.R. Design Aids in Soil Mechanics and Foundation Engineering. New Delhi : Tata McGraw-Hill, erloff, W.H. ressure Distribution and Settlement. Foundation Engineering Handbook edited by Fang, H.Y. and Winterkorn H.F. New York: Van Nostrand Reinhold, Tomlinson, M.J. Foundation Design and Construction. New York : itman ublishing, 97.. Hartanto, H. dan Hermanto. Evaluasi Sudut enyebaran Beban di atas Berbagai Lapisan Tanah Urug. Surabaya : Tugas Akhir No. 9S, Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen etra,