SOLUSI GEOTEKNIK UNTUK MENGATASI MASALAH DIFFERENTIAL SETTLEMENT PADA BANGUNAN TINGGI. Ruwaida Zayadi 1

Transkripsi

1 SOLUSI GEOTEKNIK UNTUK MENGATASI MASALAH DIFFEENTIAL SETTLEMENT PADA BANGUNAN TINGGI uwaida Zayadi 1 1 Dsen Prgram Studi Teknik Siil, Universitas Trisakti, Jl. Kyai Taa N. 1 Jakarta r_zayadi@yah.cm Abstrak Pemancangan fndasi untuk bangunan gedung diatas tanah lemung lunak dengan kemungkinan emamatan knslidasi yang besar, umumnya erencana lebih menyukai fndasi tiang atau fndasi dalam lainnya. Cara ini dilakukan karena emamatan knslidasi tanah lemung umumnya berlangsung secara erlahan-lahan dan kemudian lambat laun akan menimbulkan erbedaan enurunan (differential settlement) yang akan mengakibatkan keretakan bahkan kerusakan hebat ada gedung yang bersangkutan. Kerusakan tersebut umumnya baru akan terlihat dengan nyata beberaa tahun kemudian. Getechnical Engineer umumnya merencanakan fndasi suatu bangunan gedung sedemikian rua, sehingga mengangga bahwa seluruhnya akan memunyai estimasi enurunan yang sama besarnya. Dengan erkataan lain secara teritis bahwa differential settlement nya sama dengan nl. Namun ada kenyataannya, erilaku fndasi tidak demikian sebagaimana yang direncanakan, sehingga terjadinya differential settlement tak daat dielakkan. Makalah ini mencba mencari suatu slusi geteknik untuk mengatasi differential settlement yang akan terjadi dengan memerhitungkan interaksi antara gedung-fndasi-tanah yang integrated dalam erancangan gedung sehingga gedung dirancang cuku kaku, dan meskiun mengalami enurunan tetai relatif merata, sehingga gedung dijamin tidak akan mengalami kerusakan berarti. Iterasi sebanyak 5 samai 6 kali akan daat menghasilkan selisih antara ρ dan δ kurang dari 2 %. Key wrds: differential settlement; cmressin f cnslidatin; beam n elastic fundatin 1. Pendahuluan Pemancangan fndasi untuk bangunan gedung diatas tanah lemung lunak dengan kemungkinan emamatan knslidasi yang besar, umumnya erencana lebih menyukai fndasi tiang atau fndasi dalam lainnya. Cara ini dilakukan karena emamatan knslidasi tanah lemung umumnya berlangsung secara erlahan-lahan dan kemudian lambat laun akan menimbulkan erbedaan enurunan (differential settlement) yang akan mengakibatkan keretakan bahkan kerusakan hebat ada gedung yang bersangkutan. Kerusakan tersebut umumnya baru akan terlihat beberaa tahun kemudian. Getechnical Engineer umumnya merencanakan fndasi suatu bangunan gedung sedemikian rua, sehingga mengangga bahwa seluruhnya akan memunyai estimasi enurunan yang sama besarnya. Dengan erkataan lain secara teritis bahwa differential settlement nya sama dengan nl. Namun ada kenyataannya, erilaku fndasi tidak demikian sebagaimana yang direncanakan, sehingga terjadinya differential settlement tak daat dielakkan. Ketidak-sesuaian antara tingkah-laku erencanaan dan kenyataan daat disebabkan leh berbagai hal, antara lain: Prfil tanah tidak unifrm seanjang lkasi. Perbandingan antara beban kerja dan beban rencana daat berbeda ada setia klm. Perbandingan antara beban mati terhada beban ttal daat berbeda ada setia klm. Titik-titik fndasi elaksanaan daat berbeda dari titik-titik rencana. KNTekS 6 G-97 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

2 Geteknik Umumnya differential settlement lebih membahayakan dari ada enurunan ttal karena daat merusak struktur yang daat mengakibatkan retakan ada dinding, lantai, balk mauun klm, kemacetan ada intu dan jendela, merusak keindahan, dan hal-hal lainnya. Permasalahannya sekarang adalah bagaimana caranya daat dijamin bahwa gedung tersebut cuku kaku dan tahan serta aman terhada enurunan tanah jangka anjang? Penelitian ini mencba mencari suatu slusi geteknik untuk mengatasi differential settlement yang akan terjadi dengan memerhitungkan kekakuan bangunan sehingga dierleh rasi kreksi enurunan gedung. Selain itu juga daat dierleh rasi eningkatan beban klm. Untuk jangka anjang, analisis serua diharakan daat menghasilkan suatu anduan bagi erencanaan substructure bangunan. Dalam erencanaan struktur gedung aartemen ini, dilakukan analisis enurunan dan analisis defrmasi vertikal struktur dengan anggaan bangunan menggunakan erletakan egas. Dengan melakukan iterasi beberaa kali antara kedua analisis tersebut akan dierleh endekatan antara besarnya enurunan dengan besarnya defrmasi vertikal dari struktur. 2. Pendekatan Geteknik untuk Gedung diatas tanah dengan knslidasi yang besar 2.1 Beban merata dari suatu bangunan yang relatif fleksibel diatas tanah lemung yang relatif lunak akan menyebabkan reaksi erlawanan tanah yang juga merata, namun akan menghasilkan enurunan knslidasi yang tidak merata ( Lastiasih & Mchtar, 2004 ), sebagaimana gambar 2.1 berikut: δ Gambar 2.1 eaksi tanah,, dan enurunan knslidasi untuk beban unifrm yang fleksibel (sumber: Lastiasih & Mchtar, 2004) 2.2 Sebaliknya beban merata yang sangat kaku akan memaksa tanah dasar untuk mengalami enurunan knslidasi yang merata (unifrm) dan untuk menghasilkan enurunan knslidasi yang unifrm tersebut dibutuhkan reaksi tanah dibawah fndasi yang tidak merata juga sebagaimana gambar 2.2 berikut: δ 1 δ 2 δ 1 δ 1 = δ 2 Gambar 2.2 eaksi tanah yang tidak merata,, dan enurunan knslidasi yang unifrm (sumber: Lastiasih & Mchtar, 2004) Kndisi ada gambar 2.2 daat digunakan untuk memerleh knstruksi gedung yang cuku kaku dengan cara sebagai berikut: G-98 KNTekS 6 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

3 Geteknik Dengan rumus enyebaran tegangan dari tanah daat dicari besar enambahan tegangan disetia titik ada lais tanah yang mamat akibat gaya titik P diermukaan tanah. = 2π. z 2 1 3P + r z (1) P x y z A Gambar 2.3 Penyebaran tegangan dalam tanah (Bussineq, 1885) Dari disetia titik tersebut dicari harga enurunan knslidasi tanah dasar akibat suatu tegangan reaksi tanah diermukaan dengan rumus knslidasi secara umum, yaitu: a. umus Terzaghi, untuk laisan tanah yang lengka arameternya, yakni C c, C e,, e dan c. Untuk tanah yang Nrmally Cnslidated (NCC, = c ): C = h lg 1+ e c ρ...(2) + Untuk tanah yang Over-Cnslidated (OCC, < c ): + < maka: C = h lg 1+ e e ρ...(3) + + > maka: h c + ρ = C + e lg Cc lg...(4) 1+ e c Untuk tanah yang Under-Cnslidated (UCC, > c ): Cc + ρ = h lg...(5) 1+ e c KNTekS 6 G-99 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

4 Geteknik b. umus Terzaghi-Buisman, suatu rumus semi-emiric untuk laisan tanah yang tidak/kurang lengka arameternya (ustaka: The Penetrmeter and Sil Exlratin, G.Sanglerat, chater 11). 1 ρ = h 2.3 lg C +....(6) dimana: ρ = enurunan h = tebal laisan yang ditinjau = effektive verburden ressure = enambahan beban C = cmressin index c C = recmressin index e C = cnstant f cmressibility Untuk ile yang bertumu diatas laisan tanah yang tidak didukung leh data C c, C e,, e dan c, maka rediksi enurunan fndasi dilakukan dengan rumus Terzaghi-Buisman, dimana nilai C daat dierleh dari krelasi N st, q c dan C, melalui jenis tanah dari bring-lg. 2.3 Untuk memerleh ρ yang relatif unifrm diermukaan, tegangan reaksi tanah harus dicari dengan trial and errr dengan asumsi suatu bentuk reaksi tanah awal sebagaimana gambar 2.2 diatas. 2.4 Menentukan Besarnya Differential Settlement. Dalam menentukan besarnya differential settlement harus memertimbangkan sil structure interactin, seerti ada gambar 2.4. Fndasi-fndasi setemat dihubungkan menjadi satu kesatuan dengan uer structure, sehingga tidak bekerja secara terisah. Penurunan dari satu fndasi akan memengaruhi embebanan ada fndasi sekitarnya. Sifat interaksi ini tergantung ada kekakuan (stiffness) dari struktur tersebut. a) Sebagai cnth, suatu struktur yang sangat fleksibel, gambar 2.4a, daat menerima differential settlement yang lebih besar, karena setia fndasi bekerja hamir secara terisah. Sebaliknya, suatu struktur yang lebih kaku, gambar 2.4b, memunyai hubungan yang lebih kaku antar fndasi. Oleh karenanya, bila salah satu fndasi mulai turun, maka struktur akan mendistribusikan bebannya ada fndasi lainnya. G-100 KNTekS 6 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

5 Geteknik Gambar 2.4. Pengaruh sil-structure interactin ada differential settlement: (a) suatu struktur sangat fleksibel hamir tana lad transfer, dan leh sebab itu memunyai differential settlement yang lebih besar; (b) Suatu struktur yang lebih kaku daat memunyai kemamuan yang lebih besar untuk lad transfer, dan leh sebab itu daat bertahan sehingga terjadi differential settlement yang lebih kecil. b) Perbedaan antara defrmasi dan enurunan ada erhitungan struktur adalah: Bahan struktur diangga elastis. Tanah diangga tidak elastis (elast-lastic). Dalam teri enyebaran tegangan di dalam geteknik, maka diasumsikan bahwa beban/tekanan yang bekerja meruakan beban/tekanan yang fleksibel, sedangkan dalam kenyataannya hal ini tidaklah selalu demikian. Sebagai cnth untuk beban fleksibel yaitu timbunan tanah, sedangkan untuk beban tidak fleksibel yaitu knstruksi gedung betn. Bila untuk erhitungan enurunan struktur gedung diterakan erhitungan dengan anggaan bahwa beban yang bekerja adalah fleksibel, maka hasil erhitungan dengan sendirinya tidak daat diterima/diertanggung-jawabkan (Wreksatmdj,S,2005). Hal ini daat daat dilihat ada gambar 2.5a dan gambar 2.5b. KNTekS 6 G-101 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

6 Geteknik (a) Gambar 2.5. Suatu rtal dengan 3 klm: (a) rtal sebelum terjadi enurunan, dan (b) rtal setelah terjadi enurunan. (b) Pada cnth-cnth tersebut diatas, maka klm-klm tengah akan mengalami enurunan yang lebih besar, tetai disini belum dierhitungkan kekakuan struktur. Aabila kekakuan struktur dierhitungkan maka enurunan ada klm-klm tengah akan lebih kecil, sedangkan enurunan klmklm inggir akan lebih besar dariada yang dierleh dari anggaan kndisi fleksibel. Pada erhitungan struktur dierleh beban-beban klm dengan anggaan bahwa bangunan tidak mengalami enurunan. Dengan beban-beban klm tersebut maka daat dilakukan analisis enurunan, sehingga dierleh enurunan untuk setia klm, juga differential settlement antar klm-klm tersebut, lihat gambar 2.5a dan 2.5b. Dalam erhitungan struktur maka differential settlement akan mengakibatkan timbulnya mmenmmen sekunder, sehingga memengaruhi hasil akhir dari erhitungan struktur. Pada gambar diatas aabila klm tengah turun lebih banyak dariada klm inggir, maka reaksi klm berubah menjadi a, b dan, dimana: c a > a b < c b > Maka hasil enurunan akan berubah, yaitu ρ a dan ρ c bertambah, sedangkan ρ b berkurang. Dengan cara tersebut diatas akan terjadi emerataan dariada beban struktur ke klm-klm dan enurunan klm-klm. Penjelasan yang lebih sederhana daat dilihat ada gambar 2.5c, 2.5d dan 2.5e. c G-102 KNTekS 6 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

7 Geteknik (c) (d) (e) Gambar 2.5 Pemerataan beban dan enurunan ke dan dari klm-klm 2.5 Pada metde ini, setelah erhitungan struktur dan analisis enurunan diselesaikan, maka struktur diasumsikan memunyai erletakan egas, seerti ada fndasi menurut Winkler, ada semua klm, dengan knstanta egas sebesar: dimana: k = ρ = beban klm, dan ρ = enurunan klm yang bersangkutan. Kemudian erhitungan struktur diulang sehingga menghasilkan beban klm baru dan dislacement vertikal,, ada klm tersebut. Setelah itu dilakukan analisis enurunan ulang dengan beban klm baru. Iterasi ini diulang beberaa kali dan dihentikan setelah dierleh: ρ Dari beberaa studi kasus, iterasi sebanyak 5 samai 6 kali, akan daat menghasilkan selisih antara ρ dan kurang dari 2 %. 3. Metdlgi Penelitian a. eview Literatur b. Pengumulan data: hasil enyelidikan tanah lkasi bangunan (field test dan lab test) c. Penglahan dan Analisis Data: Perhitungan interaksi antara gedung-fndasi-tanah yang integrated dalam erencanaan gedung sehingga gedung dirancang cuku kaku, dan meskiun mengalami enurunan yang relatif besar namun relatif merata sehinga gedung dijamin tidak akan mengalami kerusakan. - Perhitungan beban klm-klm struktur ( ) - Perhitungan enurunan bangunan ( ρ ) KNTekS 6 G-103 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

8 Geteknik knvergen d. Interretasi Hasil Analisis e. Kesimulan f. Laran 4. Hasil Analisis dan Pembahasan 4.1 Studi Kasus - Perhitungan knstanta egas k 1 = ρ ada semua klm - Perhitungan struktur diulang dengan meletakkan egas k 1 yang menghasilkan beban klm baru ( ) 1 - Perhitungan enurunan dengan beban klm ( ) 1 - Perhitungan knstanta egas k 2 = ρ & demrmasi vertikal ( ) akan menghasilkan ada semua klm - Perhitungan struktur diulang lagi menghasilkan ( 2 ) - Iterasi diulang terus samai menghasilkan nilai ( ) dan ( 2 ) ρ dan ( ) 1 1 yang Studi kasus dalam tulisan ini dilakukan atas data dari dua ryek, yaitu: a) Gedung CITALAND HOTEL, suatu bangunan 11 lantai dengan dium 4 lantai dengan basement 2 lantai. b) Gedung MAPLE PAK APATMENT, Kemayran Jakarta Utara. 4.2 ANALISIS Distribusi Tegangan. umus-rumus yang digunakan ada rgram Csett-21 ini sesuai dengan teri Bussinesq dengan metda lad transfer dari Tmlinsn untuk ile gru yang menghasilkan equivalent raft (Design f Dee Fundatins, Technical Instructins n. TI ,1998, US Army Crs f Engineers) Prediksi Penurunan Ultimate. umus-rumus yang digunakan dalam rgram ini adalah rumus-rumus sebagaimana tersebut ada ersamaan 2 samai dengan 6 diatas Interaksi antar Pilegru Pengaruh tekanan dari fndasi disekitarnya dierhitungkan dengan menggunakan faktr engaruh dari Steinbrenner Iterasi enurunan. Untuk memerhitungkan engaruh kekakuan struktur dalam analisis enurunan dilakukan iterasi ada analisis enurunan. Iterasi ada analisis enurunan dilakukan dengan anggaan struktur bangunan memunyai erletakan egas, seerti ada fndasi metde Winkler. Pada metde ini semua klm terletak diatas egas dengan knstanta egas: P k = ρ G-104 KNTekS 6 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

9 Geteknik Kemudian erhitungan struktur diulang sehingga menghasilkan beban klm baru dan dislacement struktur, δ, ada klm tersebut. Setelah itu dilakukan analisis enurunan ulang dengan knstanta egas yang baru. Iterasi ini diulang beberaa kali dan dihentikan setelah dierleh: δ ρ Iterasi sebanyak 5 samai 6 kali akan daat menghasilkan selisih antara ρ dan δ kurang dari 2 %. asi kreksi enurunan ada bangunan tersebut adalah 0.90 di tengah dan 1.20 di sudut bangunan Hasil Iterasi. Estimasi Penurunan awal dari gedung dalam bentuk cntur ada gambar 2.6a Estimasi Penurunan setelah iterasi ke-5 dari gedung dalam bentuk cntur ada gambar 2.6 b. asi Kreksi Penurunan dari gedung dalam bentuk cntur ada gambar 2.6c dengan nilai 0.90 di tengah samai 1.20 di sudut bangunan asi Peningkatan Beban Klm dari gedung dalam bentuk cntur ada gambar 2.6d dengan nilai 0.80 di tengah samai 1.50 di sudut bangunan. Gambar 2.6a. Cntur Penurunan Ultimate ada estimasi awal. KNTekS 6 G-105 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

10 Geteknik Gambar 2.6b.Cntur Penurunan Ultimate ada iterasi ke-5. Gambar 2.6c. Cntur asi Kreksi Penurunan. Gambar 2.6d. Cntur asi Peningkatan Beban Klm. G-106 KNTekS 6 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

11 Geteknik 5. Kesimulan Pembahasan Melihat hasil enelitian berua cntur ada Gambar 2.6a samai dengan gambar 2.6d daat disimulkan bahwa kekakuan struktur bangunan sangat berengaruh ada besarnya enurunan. Untuk membangun suatu gedung diatas tanah lunak yang memiliki tensi emamatan knslidasi besar tana mengalami kerusakan akibat differential settement erlu endekatan geteknik dengan mengasumsikan bahwa gedung berdiri diatas egas-egas nn unifrm. Hasil analisis mengindikasikan bahwa kekakuan struktur bangunan sangat berengaruh ada besarnya enurunan. Analisis enurunan sangat dierlukan untuk mendaatkan suatu hasil erhitungan struktur yang timal. Dalam jangka anjangnya maka analisis-analisis serua daat menghasilkan suatu anduan bagi erencanaan substructure bangunan. Namun demikian metde ini masih erlu dikaji lebih lanjut karena suatu gedung biasanya dibangun secara bertaha, sehingga terjadi defrmasi struktur secara bertaha ula dalam masa knstruksinya. PUSTAKA 1. Hetenyi (1946), Beam On Elastic Fundatin, Wiley, New Yrk. 2. Mchtar, Indrasurya B.; Lastiasih, Yudhi (2009), Slusi Geteknik untuk Perancangan Gedung Berfndasi Dangkal diatas Tanah Lemung Lunak Bertensi Memiliki Pemamatan Knslidasi yang Besar, PIT XIII HATTI. 3. Wreksatmdj, S. Pengaruh kekakuan struktur ada enurunannya (2006) 4. Singh, Anand K. ; Hsu, Tzu-I ; Khatua, Tara P.; Chu, Shing-Lung (1980), Evaluatin f Sil- Structure Interactin Methds,,Secialty Cnference n Dynamic esnse f Structures: Exerimentatin Observatin, Predictin and Cntrl, American Sciety f Civil Engineers, New Yrk. KNTekS 6 G-107 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012

12 Geteknik G-108 KNTekS 6 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 Nvember 2012