## ANALISIS DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN TIANG PADA BATUAN LEMPUNG DENGAN BERBAGAI DIAMETER
Elbert Conroy Zai 1 dan Aniek Prihatiningsih 2
1 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No. 1, Jakarta, Indonesia elbert.325190084@stu.untar.ac.id
2 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No. 1, Jakarta, Indonesia aniekp@ft.untar.ac.id
Masuk: 10-07-2023, revisi: 01-08-2023, diterima untuk diterbitkan: 13-10-2023

## ABSTRACT
In several locations in Indonesia found soil that is claystone. Claystone itself is soil composed of solid grains resulting from weathering. Claystone is very cohesive and has low permeability. In the construction of multi-storey buildings on claystone, it is necessary to pay attention to the weight bearing. Stable strength is required to resist settlement along the shear plane. In foundation planning, problems often occur regarding the amount of settlement. Expansive soil contains minerals that expand and affect changes in water content. Claystone is a type of expansive soil that will expand or increase in volume when it contracts with water. The condition of the soil below the surface is one of the factors  that  can  affect  its  decline.  The  foundation  used  is  the  drilled  pile  foundation.  Soil  data  taken  in  East Kalimantan. Carrying capacity will be calculated and find out the amount of settlement that will occur in the soil. In this research, we will find out the foundation strength for various diameters at a depth of 6000 for a 20-storey building on claystone.
Keywords: Claystone; bearing capacity; settlement; deep foundations; drilled piles

## ABSTRAK
Di beberapa lokasi di Indonesia ditemukan tanah yang bersifat batuan lempung. Batuan Lempung sendiri adalah tanah yang tersusun dari butiran padat hasil pelapukan. Batuan lempung sangat kohesif dan bersifat permeabilitas rendah. Dalam pembangunan gedung bertingkat di atas batuan lempung perlu diperhatikan dalam menahan beban. Diperlukan kekuatan yang stabil untuk menahan penurunan disepanjang bidang geser. Dalam perencanaan fondasi sering terjadi masalah terhadap besarnya penurunan. Tanah ekspansif mengandung mineral-mineral yang bersifat mengembang dan berpengaruh  terhadap  perubahan  kadar  air.  Batuan  lempung  termasuk  jenis  tanah  ekspansif  yang  akan mengalami pengembangan  atau  peningkatan  volume  apabila  berkontraksi  dengan  air.  Kondisi  tanah  yang  berada  di  bawah permukaan menjadi salah satu faktor yang dapat mempengaruhi penurunannya. Fondasi yang digunakan fondasi tiang bor.  Diambil  data  tanah  di  Kalimantan  Timur.  Akan  dilakukan  perhitungan  daya  dukung,  dan  mengetahui  besar penurunan  yang  akan  terjadi  pada  tanah.  Dalam  penilitian  ini  akan  mengetahui  kekuatan  fondasi  untuk  berbagai diameter pada kedalaman 6000 terhadap bangunan 20 lantai pada tanah batuan lempung.
Kata kunci: Batuan lempung; daya dukung; penurunan tanah; fondasi dalam; tiang bor

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan zaman yang mencakup ekonomi dan teknologi hingga kini membuat banyak kemajuan. Perkembangan zaman  ini  diiringi  oleh  kemajuan  pembangunan.  Konstruksi  infrastruktur  di  Indonesia  hingga  saat  ini  semakin meningkat.  Pembangunan  infrastruktur  yang  semakin  maju  membuat  kebutuhan  masyarakat  semakin  meningkat. Pembuatan suatu infrastruktur pasti tidak terlepas dari pembuatan suatu fondasi.
Fondasi  merupakan  elemen  struktur  yang  berguna  untuk  menopang  beban  suatu  struktur  dan  meneruskan  beban kepada  tanah.  Menurut  Terzaghi  et  al.  (1996).  Fondasi  merupakan  bangunan  yang  memindahkan  beban  gravitasi bangunan  konstruksi  ke bumi  dan  terletak  pada  bagian  bawah  sebuah  struktur.  Untuk menghasilkan  struktur  yang kokoh,  fondasi  harus  direncanakan  dengan  baik  agar  kegagalan  suatu  struktur  dapat  terhindari.  Fondasi  berperan penting agar dapat menopang beban suatu struktur pada jenis tanah apapun.
Tanah mempunyai peranan penting dalam pembangunan. Berfungsi sebagai penahan beban dan bangunan konstruksi diatasnya.  Masalah  yang  dihadapi  adalah  bertambahnya  jumlah  penduduk  manusia  maka  ketersediaan  lahan pembangunan semakin berkurang. Yang mengakibatkan tidak terhindarnya mendirikan bangunan di atas segala jenis
tanah termasuk di atas batuan lempung. Masalahnya daya rembes air sangat lemah, menyebabkan penurunan yang terjadi membutuhkan waktu yang lama.
Menurut  Septiadi  dan  Prihatiningsih  (2020),  kesalahan  dalam  mendesain  fondasi  dapat  mengakibatkan  kegagalan fondasi yang akan terjadi cepat atau lambat. Jika fondasi didesain secara benar, maka fondasi yang terbangun tidak akan menjadi boros (over design), begitupun sebaliknya. Hal ini tentunya akan membuat anggaran pengeluaran yang dikeluarkan membengkak sehingga harga proyek menjadi mahal. Disaat yang sama, gedung bertingkat tinggi yang akan dibangun mungkin saja tidak memerlukan spesifikasi fondasi yang terlalu tinggi.
Berdasarkan peninjauan dari batasan masalah, rumusan masalah pada penelitian ini sebagai berikut:
1. Menghitung besar daya dukung fondasi yang diperlukan di bangunan  bertingkat tinggi pada tiang tunggal dan tiang kelompok jika menggunakan fondasi tiang ujung.
2. Menghitung besar penurunan tanah yang terjadi di bangunan bertingkat tinggi pada tiang tunggal dan tiang kelompok jika menggunakan fondasi tiang ujung.
3. Menganalisa  daya  dukung  fondasi  dan  penurunan  tanah  yang  terjadi  di  bangunan  bertingkat  tinggi  jika menggunakan fondasi tiang ujung.

## Tanah lempung
Tanah lempung memiliki karakteristik mudah mengalami pelapukan tanah jika terus menerus terekspos dengan udara, pelapukan tanah berdampak pada penurunan kuat geser tanah sehingga bisa berdampak longsor di daerah konstruksi bangunan (Prihatingsih & Tantra, 2019). Keberadaan lempung sangat tidak stabil meskipun di kondisi kontur yang landai. Tanah lempung sering dijumpai dalam struktur tanah di Indonesia, sehingga ditemukan juga beberapa lokasi di Indonesia yang mengandung batu lempung.

## Fondasi dalam
Fondasi  terdiri  dari  dua  jenis  ada  fondasi  dangkal  dan  fondasi  dalam.  Fondasi  dalam  merupakan  struktur  yang memiliki  fungsi  untuk  menyalurkan  beban  bangunan  ke  tanah  dengan  kedalaman  yang  telah  ditentukan  (Das  & Sivakugan,  2018).  Berdasarkan  (Hardiyatmo,  1996)  Menurut  (Hardiyatmo,  2008)  fondasi  dalam  dapat  ditinjau berdasarkan cara mendukung beban yaitu:
1. Tiang geser ( friction pile)
2. Tiang ujung ( end bearing pile )

## Daya dukung ujung tiang
Menurut Abu-Farsakh et al. (2013) menghitung daya dukung ultimate tiang diekspresikan Persamaan 1.
𝑄 𝑢 = 𝑄 𝑝 + 𝑄 𝑠 = 𝑞 𝑝 𝑥 𝐴 𝑝 + ∑ 𝑓 𝑠𝑧 𝐴 𝑠𝑖 𝑛 𝑖=1 (1)
dengan 𝐴 𝑝 = Luas permukaan, 𝐴 𝑠𝑖 = Keliling permukaan.
Pada penelitian ini daya dukung ujung menggunakan metode O’Neill & Reese, dalam metode ini mengatakan daya dukung tiang bor pada tanah kohesif direkomendasikan daya dukung ujung pada Persamaan 2.
Q 𝑝 = 𝑁 𝑐 𝑆 𝑢𝑏 (2)
dengan Q 𝑝 = Daya dukung ujung tiang, 𝑁 𝑐 = Nilai interpolasi dari tabel, 𝑆 𝑢𝑏 = Nilai shear strength (psf).

## Daya dukung selimut
Menggunakan metode O’Neill & Reese direkomendasikan Persamaan 3.
𝑓 𝑠𝑧 = 𝑎 𝑧 . 𝑆 𝑢𝑧 (3)
dengan 𝛼 = 0,55 didapat dari faktor adhesi berasal dari tabel 𝑎 − 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒 , Suz = nilai shear strength (kN), 𝑓 𝑠𝑧 = gesekan selimut tiang

## Penurunan tanah
Penurunan tanah yang dimaksud terdiri dari penurunan elastis dan penurunan konsolidasi primer. Penurunan elastis merupakan  penurunan  yang  terjadi  akibat  deformasi  elastis  yang  terjadi  pada  tanah  basah,  jenuh  air,  batuan,  atau kering,  tanpa  mempengaruhi  kadar  air  dalam  tanah.  Penurunan  elastis  menggunakan  metode  Vesic.  Menurut  Das
(2017) metode Vesic dibagi menjadi 3 komponen yaitu, Penurunan batang tiang (S e(1) ), Penurunan ujung tiang akibat beban yang bekerja (S e(2) ), Penurunan akibat gesekan selimut sepanjang tiang akibat beban yang bekerja (S e(3) ).
Menurut Das (1995) rumus penurunan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan 4-13.
𝑆 𝑒 =   𝑆 𝑒 (1) +   𝑆 𝑒 (2) +   𝑆 𝑒 (3) (4)
𝑆 𝑒(1) = (𝑄 𝑤𝑝 + 𝐸𝑄 𝑤𝑠 )𝐿 𝐴𝑝 𝑥 𝐸𝑝 (5)
F Qs = Q s Q p + Q s (6)
F Qp = Q p Q p + Q s (7)
Q WP = F z n F Qp (8)
Q WS = F z n F Qs (9)
S e(2) = q wp D E s (1 − μ s 2 )I wp (10)
S e(3) = ( Q ws p L ) D E s (1 − μ s 2 )I ws = Q ws C s L q p (11)
q wp = Q wp A p (12)
I ws = 2 + 0,35√ L D (13)
Penurunan  konsolidasi  adalah  perpindahan  vertical  permukaan  tanah  sehubungan  dengan  perubahan  volume  pada suatu tingkat dalam proses konsolidasi(Budhu, 2010). Penurunan konsolidasi primer terdiri dari normally consolidated , over consolidated , indeks kompresibilitas, dan indeks pemuaian.

## Penurunan ijin
Berdasarkan SNI 8460:2017 besar penurunan yang terjadi dan beda penurunan yang diijinkan berdasarkan fungsi dan kestabilan struktur memiliki syarat penurunan total ˂ 15 cm + b/600

## 2. METODE PENELITIAN
Langkah-langkah penelitian (Gambar 1) sebagai berikut:
1. Menentukan Menentukan topik yang akan dibahas;
2. Mencari  dan  mengumpulkan  teori  yang  berguna  untuk  menguatkan  penelitian  ini  berupa  jurnal,  buku literatur, artikel yang berhubungan denga topik yang dibahas;
3. Menganalisa sifat tanah, rumus daya dukung tanah, dan jenis penurunan;
4. Mengumpulkan parameter yang diperlukan dari data tanah;
5. Mencari jenis fondasi yang optimal dan efisien untuk tiap bangunan dalam setiap kondisi;
6. Mendesain tipe fondasi yang sesuai;
7. Menghitung kapasitas daya dukung tanah;
8. Menjabarkan hasil penurunan tanah;
9. Membuat kesimpulan dan saran secara menyeluruh berdasarkan hasil penelitan;

## Gambar 1. Diagram alir

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Data proyek
Untuk menghitung daya dukung fondasi dan penurunan tanah digunakan data proyek berupa boring log , sondir, dan data laboratorium di daerah Kalimantan Timur. Data proyek terdiri dari 4 buah titik bor dengan kedalaman 50 meter, 8 buah titik sondir, dan data laboratorium. Dari data proyek ini akan dibuat parameter akhir yang akan menyimpulkan kondisi tanah pada lokasi studi kasus. Parameter akhir tanah dapat dilihat pada Tabel 1-2.

## Tabel 1. Parameter tanah
ELEVASI (𝒎) KEDALAMAN (m) JENIS TANAH γ sat (𝒌𝑵𝒎 𝟑 ) γ wet (𝒌𝑵𝒎 𝟑 ) Cc 0 9 9 Claystone 16 15 5,9 9 20 11 Siltstone 18 15 0.16 20 26 6 Claystone 16,5 15 0,2 26 50 24 Siltstone 18 15 0,1 Tabel 2. Parameter tanah (lanjutan) ELEVASI (𝒎) Cs OCR φ' (⁰) 𝑷 𝒄 ′ (kPa) C'
(kPa) 𝒆 𝟎 Su (kPa) Eu & E' N- SPT Qc (kg/cm 2 ) 0 9 2,26 113 25 165 220 0,67 165 50 194 101 9 20 0,09 115 30 177 226 0,31 177 53 295 250 20 26 0,11 117 30 177 247 0,7 177 53 295 250 26 50 0,08 104 36 177 253 0,27 177 53 295 250

## Ukuran dan berat bangunan
Bangunan bertingkat memiliki konfigurasi 30 m × 15 m. terdiri dari 20 lantai dan 24 kolom.
Berat beban yang akan digunakan untuk lantai dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Summary beban pada fondasi Lantai Konversi Beban Terpusat (𝑘𝑁) Beban Kolom (𝑘𝑁) Beban Kolom (𝑡𝑜𝑛) 20 160,6 3011,25 303

## Perhitungan daya dukung ujung tiang (Qp)
Menurut  Winata  dan  Susilo  (2022)  Daya  Dukung  fondasi  perlu  memperhitungkan  gaya  angin,  gaya  gempa,  dan lainnya. Pemilihan fondasi yang efektif dipilih dengan memperhatikan diameter dan kedalaman tiang fondasi. Daya dukung fondasi memperhitungkan nilai daya dukung ujung tiang dan daya dukung selimut tiang.  Perhitungan nilai daya dukung  ujung  tiang  akan  dihitung  dengan  fondasi  tiang ujung  dengan  diameter  yang berbeda-beda  (Tabel  4) untuk diameter 500, 600, 700, 800, 900, dan 1000.
Tabel 4. Hasil perhitungan akhir daya dukung ujung tiang
Diameter (mm) Qp O’Neill & Reese (kN) Qp O’Neill & Reese (ton) 500 323,8411 33 600 466,3313 47 700 634,7286 64 800 829,0333 84 900 1049,2453 106 1000 1295,3646 131

## Perhitungan daya dukung selimut tiang (Qs)
Menggunakan  metode  O’Neill  &  Reese.  Perhitungan  nilai  daya  dukung  akan  diterapkan  pada  lantai  yang  akan dianalisis. Dibawah ini hasil perhitungan akhir daya dukung selimut pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil perhitungan akhir daya dukung selimut tiang Diameter (mm) Qs O’Neill & Reese (kN) Qs O’Neill & Reese (ton) 500 1424,9010 144 600 1709,8813 172 700 1994,8615 201 800 2279,8417 229 900 2564,8219 258 1000 2849,8012 287
Perhitungan daya dukung fondasi tiang ujung (Q all )
Berdasarkan  perhitungan  daya  dukung  ujung  tiang  dan  selimut  tiang  dapat  dihasilkan  nilai  daya  dukung  fondasi. Berikut hasil perhitungan Q all dapat dilihat pada Tabel 6 dan korelasi berat beban dengan Q all pada Tabel 7.
Tabel 6. Summary daya dukung fondasi D (mm) Q p O’Neill & Reese (Ton) Q s O’Neill & Reese (Ton) Q all (Ton) 500 33 144 59 600 47 172 73 700 64 201 88 800 84 229 105 900 106 258 121 1000 131 287 139 Tabel 7. Korelasi berat beban dengan Q all Diameter (mm) Berat Beban (ton) Q all Single Pile (ton) 500 303 Cek Group Pile 600 303 Cek Group Pile 700 303 Cek Group Pile 800 303 Cek Group Pile 900 303 Cek Group Pile 1000 303 Cek Group Pile

## Perhitungan tiang kelompok
Berdasarkan hasil analisis perhitungan daya dukung fondasi tiang, pada beberapa lantai diperlukan penggunaan tiang kelompok  dikarenakan  daya  dukung  tiang  tunggal  tidak  kuat  menopang  berat  beban  pada  beberapa  lantai.  Tiang kelompok  akan  menggunakan  dua  tiang.  Menggunakan  metode block  failure .  Berikut  hasil  perhitungan  tiang kelompok dan hasil akhir perhitungan daya dukung dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8. Hasil akhir perhitungan daya dukung fondasi
Lantai Berat Beban (ton) Group Pile (2 tiang) (ton) Diameter Group Pile (mm) Cek 20 303 1166 500 Memenuhi 20 303 1451 600 Memenuhi 20 303 1754 700 Memenuhi 20 303 2073 800 Memenuhi 20 303 2410 900 Memenuhi 20 303 2764 1000 Memenuhi

## Perhitungan penurunan tanah
Menentukan  Perhitungan  nilai  penurunan  tanah  fondasi  dalam  akan  menggunakan  metode  Vesic.  Perhitungan penurunan tanah akan dilakukan pada kedalaman yang telah ditentukan pada perhitungan daya dukung. Perhitungan penurunan tanah terdiri dari penurunan elastis dan penurunan konsolidasi primer. Berikut hasil perhitungan penurunan tanah dapat dilihat pada Tabel 9.
Tabel 9. Hasil penurunan tanah Tipe Lantai Diameter Pile (mm) Total Penurunan (mm) Penurunan Izin (mm) Group Pile 20 500 47 151 Single Pile 20 600 42 151 Single Pile 20 700 38 151 Single Pile 20 800 35 151 Single Pile 20 900 32 151 Single Pile 20 1000 30 151

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
1. Daya dukung ujung tiang dan daya dukung selimut tiang menggunakan rumus O’neill-Reese.
2. Dari perhitungan ditemukan bahwa perhitungan daya dukung menggunakan diameter  500, 600, 700, 800, 900, dan 1000mm menggunakan tiang kelompok.
3. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan bahwa perhitungan menggunakan diameter 600 pada tiang tunggal paling  efektif  menopang  berat  beban  20  lantai  karena  nilai  daya  dukung  paling  mendekati  dengan  berat beban.
4. Berdasarkan  hasil  perhitungan  ditemukan  bahwa  perhitungan  menggunakan  diameter  500mm  pada  tiang kelompok  paling  efektif  menopang  berat  beban  20  lantai  karena  nilai  daya  dukung  tidak  terlalu  boros daripada perhitungan 600mm.
5. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan bahwa semakin besar diameter bor, penurunan yang dihasilkan semakin kecil.

## Saran
1. Untuk mengurangi strength reduction dilakukan pelaksanaan konstruksi menggunakan metode dry boring.
2. Pengujian  sebaiknya  menggunakan  aplikasi  perhitungan  agar  mendapatkan  hasil  perhitungan  yang  lebih akurat.

## DAFTAR PUSTAKA
Abu-Farsakh, M. Y., Chen, Q., & Haque, Md. N. (2013). Calibration of resistance factors for drilled shafts for the new fhwa design method (Report No. FHWA/LA. 12/495).
Badan Standarisasi Nasional. (2017). Persyaratan perancangan geoteknik (SNI 8460:2017). Budhu, M. (2010). Soil mechanics and foundation (Edisi ketiga). John Wiley & Sons, Inc. Das, B. M. (1995). Mekanika tanah 1 . Erlangga.
Prihatingsih, A., & Tantra, H. (2019). Analisis kuat geser tanah clay shale yang terendam dan tidak terendam dengan unconfined compression test. JMTS:
Jurnal Mitra Teknik Sipil , 2 (1), 77-86.
https://doi.org/10.24912/jmts.v2i1.3037
Septiadi, K., & Prihatiningsih, A. (2020). Studi manfaat daya dukung belled pile dan multi-belled pile. JMTS: Jurnal Mitra Teknik Sipil , 3(4), 1113-1124. https://doi.org/10.24912/jmts.v3i4.8394
Winata, M. C., & Susilo, A. J. (2022). Analisis efektivitas micropile dan strauss pile untuk memperbesar daya dukung fondasi. JMTS: Jurnal Mitra Teknik Sipil , 5(2), 349-358. https://doi.org/10.24912/jmts.v5i2.16655