BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tanah Tanah yaitu dasar tumpuan suatu struktur atau konstruksi bangunan sipil, baik konstruksi gedung, konstruksi jalan, konstruksi jembatan, konstruksi bendungan maupun konstruksi lainya. Jadi ahli teknik sipil harus mengetahui, mempelajari dan mengkaji sifat-sifat tanah dasar, seperti asal-usulnya, letak dan kemampuan mengalirkan air tanah, penyebaran ukuran butiran, kekuatan gesernya, kapasitas daya dukung terhadap beban dan lain-lain. Dalam pengertian teknik, tanah yaitu akumulasi partikel mineral yang terikat secara kimia satu sama lain yang terbentuk akibat pelapukan batuan. Proses penghancuran dalam pembentukan tanah terjadi secara fisis dan kimiawi. Secara fisis bisa diakibatkan oleh erosi air, angin atau perpecahan akibat pembekuan dan pencairan es dalam batuan, sedangkan secara kimiawi dapat terjadi akibat mineral batuan induk diubah menjadi mineral-mineral baru melalui reaksi kimia. Pembentukan tanah yang terjadi secara kimiawi akan menghasilkan tekstur, struktur dan sifat-sifat yang berbeda (Das,Braja M, 1985). 2.2 Tanah Lempung Tanah lempung yaitu tanah yang mempunyai partikel-partikel tertentu yang akan menghasilkan sifat-sifat plastisitas pada tanah bila dicampur dengan air. Tanah lempung dengan plastisitas yang tinggi, kohesifitas yang besar akan mengakibatkan kembang susut yang relatif besar. Kondisi tanah yang basah volume tanah akan mengembang sehingga kuat gesernya akan rendah dan tanah akan lengket, sedangkan pada kondisi tanah yang kering akan mengalami retakan akibat dari tegangan susut dan tanah dalam kondisi keras. Selain itu tanah lempung mempunyai volume besar sehingga berat isi dan sudut geser yang kecil, ini akan mengakibatkan penambahan suatu beban dan kontruksi bangunan pada tanah lempung tidak akan stabil. 5 Institut Teknologi Nasional
Menurut Terzaghi (1967) tanah lempung kohesif diklasifikasikan sebagai tanah lunak apabila mempunyai daya dukungnya lebih kecil dari 0,5 kg/cm2 dan nilai standard penetration test lebih kecil dari 4. Berdasarkan uji lapangan, tanah lunak secara fisik dapat diremas dengan mudah oleh jari-jari tangan. Menurut Toha (1989) sifat umum tanah lunak yaitu memiliki kadar air 80-100%, batas cair 80- 100%, batas plastis 30-45%, saat dites analisis saringan maka butiran yang lolos saringan no 200 lebih dari 90% serta memiliki kuat geser 20-40 kN/m2. 2.3 Tanah Lempung Lunak Tanah lunak yaitu tanah kohesif yang terdiri dari sebagian besar berupa butiran/partikel yang sangat kecil seperti tanah lempung atau lanau. Sifat dari tanah lempung lunak yaitu gaya gesernya yang kecil, koefesien permeabilitasnya yang kecil, kemampatannya besar dan mempunyai daya dukung yang rendah dibandingkan dengan tanah lempung lainnya seperti tampak pada Tabel 2.1 Secara umum tanah lempung lunak mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: a. Kecilnya daya dukung tanah b. Kadar air tinggi c. Kuat gesernya rendah d. Memiliki kompresibilitas yang besar e. Derajat kejenuhan tinggi f. Menyusut bila kering dan mengembang bila basah g. Bila kadar air bertambah, kuat gesernya berkurang h. Bila struktur tanah terganggu, kuat gesernya berkurang i. Berubah volumenya dengan bertambahnya waktu akibat rangkak pada beban yang konstan Institut Teknologi Nasional 6
Tabel 2.1 Sifat-sifat Umum Tanah Lunak (Thoha, 1989) No Parameter Nilai 1 Kadar air 80-100% 2 Batas cair 80-100% 3 Batas plastik 30-45% 4 Lolos saringan no.200 >90% 5 Kuat geser 20-40 kN/m2 2.4 Metode Penyelidikan Lapangan Penyelidikan tanah yang dilakukan di lapangan yaitu untuk memperoleh gambaran tentang bentuk susunan lapisan tanah dan letak muka air tanah pada lokasi penelitian. Baik dengan metode yang sifatnya merusak (Destructive Tester) maupun dengan metode yang sifatnya tidak merusak (Non-Destructive Tester). 2.4.1. Sifatnya Tidak Merusak (Non-Destructive Tester) 1) Geolistrik Penyelidikan tanah dengan cara geolistrik dapat dilakukan dengan cara menancapkan elektroda arus dan elektroda potensial kedalam tanah, susunan elektroda cara Wenner dapat dilihat pada Gambar 2.1. Penyelidikan tanah dengan metode geolistrik ini bertujuan untuk mendapatkan keadaan susunan, kedalaman, ketebalan dan penyebaran lapisan tanah atau batuan berdasarkan perbedaan kontras harga tahanan jenis. Institut Teknologi Nasional 7
Gambar 2.1 Susunan Elektroda Cara Wenner 2) Geoseismik Metode seismik yaitu metode yang didasarkan pada pengukuran respon gelombang seismik (suara) yang dimasukan ke dalam tanah dan kemudian direleksikan atau direflaksikan sepanjang perbedaan lapisan tanah atau batas-batas batuan. Sumber seismik umumnya adalah palu godam (sledgehammer) yang dihantamkan pada pelat besi di atas tanah, benda bermassa besar yang dijatuhkan atau ledakan dinamit. Respon yang tertangkap dari tanah diukur dengan sensor yang disebut geofon, yang mengukur pergerakan bumi. Gambar 2.2 Pengujian Geoseismik Institut Teknologi Nasional 8
3) Georadar Georadar (GPR) yaitu teknik teknik geofisika eksplorasi permukaan noninvasive yang menggunakan gelombang elektromagnetik untuk karakterisasi dan pemantauan objek di bawah permukaan tanah. Metode ini digunakan untuk menemukan objek yang terpendam, karakterisasi dan pemantauan lingkungan, pertanian, air tanah, penyelidikan arkeologi, pertambangan, deteksi gua dan terowongan, pengendapan dan berbagai aplikasi-aplikasi lainya. Georadar memiliki resolusi yang tinggi diantara metode geofisika untuk pencitraan bawah permukaan dengan besaran resolusi sampai skala centimeter. Resolusi yang dikendalikan oleh panjang gelombang propagasi elektromagnetik dalam tanah, resolusi meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi (panjang gelombang lebih pendek). Secara umum peralatan georadar terdiri dari dua komponen utama yaitu peralatan pemancar gelombang radar (transmitter) dan peralatan penerima pantulan atau refleksi gelombang radar (transceiver). Pola-pola refleksi ini mencerminkan perbedaan nilai dielektrik massa atau benda-benda terhadap gelombang radar yang mengenainya. Kedalaman pengukuranya dapat disesuaikan dengan tujuan kegiatanya dengan mengatur frekuensi gelombang radar yang digunakan. Contoh penggunaan frekuensi untuk kedalaman tertentu dapat dilihat pada Gambar 2.2 Institut Teknologi Nasional 9
10 Gambar 2.3 Skema Pengukuran dengan Metode Georadar dan Penampang Grafik Radar yang Dihasilkan 2.4.2. Sifatnya Merusak (Destructive Tester) 1) Uji Sondir Uji sondir yaitu metode yang digunakan untuk menentukan properti tanah dan menggambarkan grafik yang menunjukan kekerasan dan kelekatan tanah. Uji sondir ini dilakukan sebelum membangun fondasi dalam yang akan di rencanakan. Data yang didapatkan dari uji sondir yaitu besaran perlawanan dari tanah terhadap konus, dan hambatan pelekat dari tanah yang dimaksud. Hambatan pelekat yaitu perlawanan geser dari tanah tersebut yang bekerja pada selubung bikonus alat sondir dalam gaya per satuan panjang. Alat sondir dapat dilihat pada Gambar 2.4 Institut Teknologi Nasional
11 Gambar 2.4 Alat Sondir (Sumber : SNI 2827:2008) Tabel 2.2 Hubungan Antara Konsistensi Tanah Dengan Tekanan Konus Konsistensi Tekanan Konus qc Undrained Cohesion Tanah (kg/cm2) (T/m2) Very Soft <2,50 <1,25 Soft 2,5-5,0 1,25-2,5 Medium Stiff 5,0-10,0 2,5-5,0 Stiff 10,0-20,0 5,0-10,0 Very Stiff 20,0-40,0 10,0-20,0 Hard >40,0 >20,0 (Sumber: Terzaghi et al, 1996) 2) Pemboran Mesin (Drilling Machine) Pemboran teknik dilakukan untuk pengambilan sampel tanah, baik tanah terganggu (Disturbed) maupun tanah tidak terganggu (Undisturbed) yang digunakan untuk pengujian laboratorium. Pemboran mesin merupakan pengujian lapangan yang baik dan akurat karena bisa bekerja pada semua jenis lapisan tanah dan batuan yang keras tetapi pengujian ini memiliki Institut Teknologi Nasional
12 kekurangan, yaitu biaya pelaksanaan yang mahal, bobot alat yang berat sehingga memerlukan alat pengangkut yang memadai, dan tidak dapat dilakukan di daerah yang pencapaianya sulit contohnya pegunungan. Bor mesin dirancang untuk pekerjaan pemboran geoteknik, pemboran air, dan pemboran explorasi mineral atau batu bara. Setiap pelaksanaan pemboran mesin biasanya selalu diikuti dengan uji SPT untuk menentukan konsistensi atau tingkat kepadatan tanah di lapangan. Berikut ini yaitu hasil korelasi nilai N-SPT dan propertis tanah yang disajikan pada Tabel 2.3, Tabel 2.4, Tabel 2.5, Tabel 2.6 dan Tabel 2.7. Tabel 2. 3 Korelasi Antara N-SPT Terhadap Tanah Pasir dan Lempung N0-1011-3031-50>50Unit weight of friction DenseN<44-66-1516-25>25Unit weight of friction soil (Sumber: William T., Whitman, Robert V., 1962) Tabel 2.4 Hubungan N-SPT terhadap Modulus Elastisitas Tanah Soil Sand (NC) SPT Eₛ = 500 (N +15) Eₛ = (15000 to 22000)ln N Eₛ= (35000 to 50000) log N CPT Eₛ =2 to 4qc Eₛ = (1 + Dᵣ²)qc Sand (saturated) Eₛ = 250 (N+15) Sand (OC) Gravelly sand and gravel Eₛ = 18000 +750N Eₛ= 12000 (N+6) Eₛ = 600 (N+6) N≤15 Eₛ = 600 (N+6)+2000 N≥15 Eₛ = 320 (N+15) Eₛ = 300 (N+6) Clayey sand Silty sand Soft clay Clay Using the undrained shear strength Cu IP > 30 or organic IP < 30 or stiff Eₛ(ocr)=Eₛ(NC) (OCR)½ Eₛ = 6 to 30qc Eₛ = 3 to 6qc Eₛ = 1 to 2 qc Eₛ = 3 to 8qc Eₛ = 100 to 500qc Eₛ = 500 to 1500qc (Sumber: Prakash & Sharma, 1990) Institut Teknologi Nasional
13 Tabel 2.5 Nilai Poisson Ratio (υ) Berdasarkan Jenis Tanah Type of soilpoisson's ratio (v)Clay, saturated0.4-0.5Clay, unsaturated0.1-0.3Sandy clay0.2-0.3Silt0.3-0.35sand, gravelly sand and commonly used0.1-1rock (depends somewhat on type (Sumber: Bowles, 1997) Tabel 2. 6 Hubungan antara Konsistensi tanah N-SPT dan Sudut Geser Angle of N-SPT Internal Consistency (blows per ft) Friction (deg) Very Loose 0 - 4 < 28 Loose 5 - 10 28 - 30 Medium 11 - 30 31 - 36 Dense 31 - 50 37 - 41 Very dense > 51 > 41 (Sumber: Mayerhof, 1956) Tabel 2.7 Nilai Kohesi Type Cohesive Soil description/state Effective cohesion (kPa) Friction angle (degrees) Soft-organic Soft-nonorganic Stiff Hard 5-10 10-20 20-50 50-100 10-20 15-25 20-30 25-30 (Sumber: Burt look, 2007) Institut Teknologi Nasional
14 3) Uji SPT (Standard Penetration Test) Uji SPT yaitu uji yang dilakukan untuk mengetahui perlawanan dinamik tanah maupun pengambilan contoh terganggu dengan teknik penumbukan. Tujuan utama dari uji SPT yaitu untuk mengetahui kekuatan tanah. Cara kerja SPT yaitu dengan menggunakan palu yang di jatuhkan secara berulang dengan berat palu 63,5 kg dari ketinggian 76 cm. Pelaksanaan pengujian SPT dibagi dalam tiga tahap. Untuk tahap pertama data jumlah tumbukan diabaikan karena dianggap sebagai urugan, tahap kedua dan tahap ketiga data tumbukan dijumalahkan untuk memperoleh nilai pukulan atau nilai perlawanan SPT. Gambar 2.5 Alat Uji SPT 4) Pengambilan Sampel Pengambilan sampel yaitu tahapan yang penting untuk menentukan sifat- sifat fisik dan sifat-sifat mekanik, hasil dari analisis laboratorium harus dapat menggambarkan keadaan yang sesungguhnya sifat-sifat fisik di tanah lapangan. Penyelidikan dapat dilakukan dengan cara menggali lubang percobaan (Trial Pit), pengeboran, dan pengujian langsung dilapangan. Pengeboran dapat dilakukan dengan cara memutar dan menekan tabung tunggal yang dilengkapi mata bor pada ujung bawah dengan bantuan mesin bor. Institut Teknologi Nasional
15 2.5 Pengujian Laboratorium Pengujian laboratorium dilakukan pada semua sampel tanah yang didapatkan dari lapangan baik tanah terganggu (disturbed) maupun tanah tidak terganggu (undisturbed). Sifat-sifat fisik dan mekanik tanah dapat ditentukan dari hasil uji laboratorium pada contoh-contoh tanah yang diambil dari hasil penyelidikan tanah baik dengan bor tangan atau dengan bor mesin. Hasil-hasil dari uji laboratorium dapat digunakan untuk menghitung daya dukung tanah, stabilitas, dan penurunan. 2.5.1 Sifat-Sifat Fisik (Physical Properties) 1. Kadar air Kadar air (W) yaitu kandungan air pada tanah yang didapat dari perbandingan antara berat air yang dikandung tanah dengan berat bagian padat (solid) dari tanah. Alat uji Kadar Air yaitu cawan, oven, timbangan dengan ketinggian 0,01 gram, dan desikator. Nilai kadar air dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: 𝑊 = Ww Ws 𝑥 100% ... 2.1 dimana: W Ww Ws = Berat tanah basah/kadar air = Berat tanah kering = Berat air 2. Berat isi (Unit Weight) Berat isi merupakan perbandingan antara berat tanah basah dengan volume wadah, berat isi dapat dicari dengan rumus sebagai berikut: 𝛾𝑑 = V W ... 2.2 dimana: γ W V = Berat isi tanah = Berat tanah basah = Volume wadah Institut Teknologi Nasional
16 3. Berat Jenis (Gs) Berat isi didapatkan dari perbandingan antara berat isi butir tanah dan berat isi air suhu 20oC. Dengan nilai berat jenis tanah dapat diketahui apakah tanah tersebut organic atau anorganik. Nilai GS sesuai jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 2.8 Tabel 2.8 Nilai GS Sesuai Jenis Tanah Type of Soil Gs Sand 2,65-2,67 Silty sand 2,67-2,70 Inorganic silt 2,70-2,80 Soil with micas or iron 2,75-3,00 Organic soil <2,00 Nilai berat jenis dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: 𝐺𝑠 = 𝛾𝑠 γw ... 2.3 dimana: γs γw = berat volume butiran padat = berat volume air 4. Angka pori (void ratio) Angka pori (e) yaitu perbandingan antara volume pori dan volume butiran padat. Biasanya nilai angka pori dinyatakan dengan desimal. Angka pori dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: 𝑒 = Vv Vs ... 2.4 dimana: e Vv Vs = Angka pori = Volume pori = Volume butiran padat 5. Porositas Porositas yaitu proporsi ruang pori tanah (ruang kosong) yang terdapat dalam suatu volume tanah yang dapat diisi oleh air dan udara. Semakin padat tanah berate akan semakin sulit untuk menyerap air, maka porositas tanah semakin kecil. Nilai porositas dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Institut Teknologi Nasional
17 𝑛 = Vv v ... 2.5 dimana: n Vv V = Porositas = Volume pori = Volume tanah pori 6. Derajat Kejenuhan Derajat kejenuhan dinyatakan dalam persen (%) sehingga nilai terkecil 0% dan nilai terbesarnya 100%. Derajat kejenuhan yaitu perbandingan antara volume air dengan volume pori. Nilai derajat kejenuhan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: 𝑆(%) = Vw Vv ... 2.6 dimana: S Vw Vv = Derajat Kejenuhan = Volume air = Volume pori 2.5.2 Sifat - Sifat Mekanik (Mechanical Properties) 1. Uji Geser Langsung (Direct Shear Test) Pengujian ini dimaksudkan untuk menentukan nilai kuat geser tanah dengan mengubah tegangan axial. Kuat geser adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butiran tanah terhadap tarikan. Nilai uji geser langsung dapat dicari dengan rumus sebagai berikut: τ = P A ... 2.7 dimana: 𝜏 = Tegangan geser P = Tekanan terbesar A = Luas cincin Institut Teknologi Nasional
18 2. Uji Triaxial Uji triaxial hanya dilakukan pada tanah-tanah lempung, lanau, dan batuan lunak. Pada umumnya pengujian ini tidak dilakukan pada pasir dan kerikil, walaupun pengambilan contoh tanah pasir dilakukan dengan hati-hati namun pada saat pelepasan dari dalam tabung, tanah akan berubah dari kondisi aslinya. Pada tanah pasir lebih baik jika sudut geser dalam secara empiris diukur dari uji lapangan, seperti uji SPT atau uji sondir. Parameter kuat geser dari hasil uji triaxial bisa dilihat pada Tabel 2.9 Tabel 2.9 Parameter kuat geser dari hasil uji triaxial TIPE PENGUJIAN PARAMETER YANG DIDAPAT Unconsolidated-undrained (UU) Cu ; ∅ Consolidated-undrained (CU) c ; ∅ ; u ; c'; ∅′ Consolidated-drained (CD) c ; ∅ ; u ; c'; ∅′ Gambar 2. 6 Skema Alat Triaxial (Sumber: Bishop dan Bjerrum, 1960) Institut Teknologi Nasional
19 3. Uji konsolidasi Uji konsolidasi hanya bisa dilakukan untuk jenis tanah yang berbutir halus seperti lempung dan lanau yang digunakan untuk mengukur besarnya penurunan dan kecepatan penuruna. Pengujian dilakukan dengan alat konsolidometer. Dari nilai koefesien konsolidasi (Cv) yang didapat bisa menentukan kecepatan penurunan bangunannya. Data hubungan beban dan penurunan dapat diperoleh dari penggambaran grafik tekanan terhadap air pori. Dari sini, dapat diperoleh koefesien perubahan volume (Mv) atau indeks pemampatan (Cc) yang selanjutnya akan digunakan untuk menghitung estimasi penurunan akibat beban bangunan. Uji konsolidasi tidak dapat dilakukan apabila tanahnya berupa lempung terkonsolidasi (heavily overconsolidated). Karena ppada jenis tanah lempung tersebut, sepanjang beban yang diterapkan tidak sangat berlebihan, penurunan yang terjadi sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Pengujian konsolidasi yang bermaksud untuk menentukan sifat pemampatan suatu jenis tanah, yaitu sifat-ifat perubahan isi dan proses keluarnya air dari dalam pori tanah yang diakibatkan oleh adanya perubahan tekanan vertikal yang bekerja pada tanah tersebut. Alat untuk pengujian konsolidasi bisa dilihat pada Gambar 2.6. Gambar 2.7 Alat Uji Konsolidasi Institut Teknologi Nasional
20 Tabel 2.10 Nilai tipikal indeks kompresi untuk lempung (Sumber: Ameratunga et al, 2006) Pengujian laboratorium yang diuraikan di atas dilakukan sesuai dengan prosedur Standar Nasional Indonesia (SNI) seperti tampak pada Tabel 2.11 Tabel 2. 11 Penyelidikan Lapangan dan Pengujian Laboratorium yang Mengacu Terhadap SNI Standar Nasional Indonesia Metode Tabel SNI Metode Pengujian Berat Jenis Tanah SNI 03-1964- 1990 SNI 03-1965- Metode Pengujian Kadar Air Tanah 1990 SNI 03-2455- Metode Pengujian Triaxial A 1991 Tata Cara Pemetaan Geologi Teknik Lapangan SNI 03-2849- 1992 Metode Pengujian Penetrasi Dengan SPT SNI 03-4148- 1996 Institut Teknologi Nasional
21 Metode Penyiapan Benda Uji dari Contoh Tanah SNI 03-6790- Terganggu 1992 Metode Uji Kuat Tekan Uniaxial Batu SNI 03-2825- 1992 Metode Uji Lapangan dengan alat sondir SNI 03-2827- 1992 (Sumber: Pedoman Penyusunan Spesifikasi Teknik Pekerjaan Geoteknik, 2005) 2.6 Timbunan Tanah timbunan yaitu material urugan yang diambil dari lokasi quari (borrow pit) dengan cara memindahkan sejumlah volume tanah yang akan ditimbun pada tanah asli akibat adanya perbedaan ketinggian elevasi muka tanah asli dengan ketinggian rencana trase di suatu lokasi proyek. Timbunan dibagi dalam 2 (dua) jenis yaitu timbunan biasa (common fill) dan timbunan pilihan (selected fill). 2.6.1 Timbunan Biasa (common fill) Timbunan biasa yaitu timbunan atau urugan yang digunakan sampai elevasi top subgrade yang diisyaratkan sesuai gambar perencanaan. Contohnya penggantian material existing subgrade di lapangan yang tidak memenuhi syarat. Bahan untuk timbunan biasa tidak boleh berasal dari galian tanah yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1. Tanah yang mengandung organik seperti tanah yang mengandung daun- daunan, rumput-rumputan, akar, dan sampah 2. Tanah dengan kadar air alamiah yang tinggi sehingga sulit dikeringkan untuk memen uhi toleransi kadar air pada pemadatan atau melampaui kadar air optimum +1% 3. Tanah yang mempunyai sifat kembang susut tinggi dengan ciri-ciri retak sejajar sepanjang tepi perkerasan jalan 2.6.2 Timbunan Pilihan (selected fill) Institut Teknologi Nasional
22 Timbunan pilihan yaitu timbunan atau urugan yang digunakan sampai elevasi top subgrade yang diisyaratkan sesuai gambar perencanaan. Contohnya yaitu untuk mengurangi tebal lapisan bawah dan memperkecil gaya lateral tekanan tanah dibelakang dinding penahan tanah talud jalan. Jenis tanah yang digunakan sebagai material timbunan pilihan untuk oprit jembatan yaitu tanah berbutir sedang hingga kasar. Spesifikasi teknis material timbunan pilihan berdasarkan Spesifikasi Umum Bina Marga Revisi 3-2010 yaitu: 1. Timbunan pilihan harus digunakan untuk meningkatkan kapasitas daya dukung tanah pada lapisan penopang (capping layer) dan jika dibutuhkan diambil dari daerah galian (borrow pit). Timbunan pilihan juga dapat digunakan untuk stabilisasi lereng atau pekerjaan pelebaran timbunan jika diperlukan timbunan yang lebih curam karena keterbatasan ruangan , dan untuk pekerjaan timbunan lainya 2. Timbunan pilihan berbutir harus digunakan sebagai lapisan penopang pada tanah lunak yang mempunyai CBR lapangan kurang dari 2% yang tidak bisa ditingkatkan dengan pemadatan atau stabilisasi, contohnya timbunan diatas tanah rawa, daerah berair dan lokasi-lokasi serupa dimana bahan timbunan pilihan tidak bisa dipadatkan dengan memuaskan 3. Timbunan yang diklasifikasikan sebagai timbunan pilihan harus terdiri dari bahan tanah atau batu yang memenuhi semua ketentuan dan memiliki sifat- sifat tertentu tergantung dari maksud penggunaanya. Seluruh timbunan pilihan harus memiliki CBR paling sedikit 10% setelah 4 hari perendaman sesuai dengan SNI 03-1744-1989 4. Bahan timbunan pilihan yang digunakan pada lereng, pekerjaan stabilisasi timbunan atau pada keadaan lainya memerlukan kuat geser yang cukup , apabila dilaksanakan dengan pemadatan kering normal, maka timbunan pilihan dapat berupa timbunan batu atau kerikil bergradasi baik atau lempung pasiran. Jenis bahan yang dipilih tergantung pada kecuraman dari lereng yang akan dibangun. Tebal timbunan tiap lapisan tidak boleh lebih dari 20 cm atau kurang dari 10 cm, ketentuan ini berlaku juga untuk Institut Teknologi Nasional
23 timbunan biasa. Material timbunan pilihan harus memiliki kualitas minimal sama atau lebih bagus daripada sub-grade, seperti pada Tabel 2.12 Tabel 2.12 Standar Kualitas Material Timbunan Pilihan Klasifikasi A B USCS GW, SW, GP, SP SM, SP Lolos saringan #200 Dibawah 10% Dibawah 25% Indeks plastis NP Dibawah 10% Kelas/peringkat Sub-base (SB-1, SB-2) Sub-grade 2.7 Tipe Keruntuhan Peletakan fondasi untuk menopang infrastruktur bangunan adalah masalah besar yang dihadapi pada saat perencanaan bangunan dasar maupun bangunan bertingkat. Tanpa adanya perencanaan maka beban yang melampaui daya dukung tanahnya bisa mengakibatkan keruntuhan tanah akibat beban sehubungan dengan fondasi. Tipe keruntuhan yaitu sebagai berikut: 1. General shear failure ( keruntuhan geser secara menyeluruh dari tanah di bawah fondasi) 2. Local shear failure (keruntuhan geser secara setempat dari tanah di bawah fondasi) 3. Punching shear failure (keruntuhan geser secara setempat ke arah bawah fondasi) Tipe atau bentuk fondasi dapat direncanakan tergantung keperluan dan rancangan bangunan yang telah dipertimbangkan. Institut Teknologi Nasional
24 Gambar 2.8 Tipe Keruntuhan 2.8 Fondasi Fondasi adalah suatu bangunan dari kontruksi yang bertugas meletakkan bangunan dan meneruskan beban bangunan atas ketanah dasar yang cukup kuat mendukungnya, untuk itu fondasi harus diperhitungkan dengan tepat untuk menjamin kestabilan bengunan terhadap beban sendiri, beban berguna dan gaya- gaya lain seperti tekanan angina, gempa bumi dan lain-lain dan tidak boleh terjadi penurunan fondasi setempat atau penurunan fondasi merata lebih dari batas tertentu. Agar kegagalan fungsi fondasi dapat dihindari maka fondasi harus diletakkan pada lapisan tanah yang cukup keras/ padat serta kuat. Untuk mengetahui letak/kedalaman lapisan tanah keras maka perlu dilakukan penyelidikan tanah. 2.8.1 Fondasi Dangkal Fondasi dangkal adalah fondasi yang jika kedalaman dasar fondasi dari muka tanah adalah kurang atau sama dengan lebar fondasi. Fondasi dangkal biasanya digunakan untuk bangunan rumah tinggal dan gedung bertingkat biasa dengan beban bangunan tidak besar dan biasa disebut fondasi langsung yaitu dengan memperlebar bagian bawah kolom atau dinding bangunan sehingga beban bangunan disebarkan menjadi desakan yang lebih kecil daripada daya dukung tanah yang diizinkan, secara umum fondasi dangkal membutuhkan biaya kebih murah daripada fondasi-fondasi lainya. Jenis-jeis pondasi dangkal yaitu sebagai berikut: 1. Fondasi batu kali menerus; Institut Teknologi Nasional
25 2. Fondasi telapak; 3. Fondasi telapak menerus; 4. Fondasi umpak; dan 5. Fondasi rakit. 2.8.2 Fondasi Dalam Fondasi dalam adalah pondasi yang meneruskan beban bangunan ke tanah keras yang letaknya relatif jauh dari permukaan, fondasi tiang pancang dan fondasi sumuran merupakan fondasi dalam yang umunya digunakan dilapangan, kecuali proses mobilisasi kendaraan dengan medan yang cukup sulit, penggunaan bore pile sebagai alternatif penggunaan fondasi dalam. Fondasi dalam digunakan jika lapisan tanah kerasnya atau lapisan tanah yang mempunyai daya dukung yang memadai berada pada kedalaman tanah yang cukup dalam dari permukaan dan lapisan tanah atas merupakan tanah lunak, sehingga mengharuskan fondasi dipancang meencapai lapisan tanah keras tersebut. Jenis-jenis fondasi dalam yaitu sebagai berikut: 1. Fondasi tiang pancang; dan 2. Fondasi bore pile. 2.8.3 Fondasi Tiang Bor (bore pile) Fondasi tiang bor (bore pile) yaitu fondasi tiang yang pemasanganya dilakukan dengan mengebor tanah pada awal pengerjaanya. Tiang bor dipasang ke dalam tanah dengan cara mengebor tanah terlebih dahulu, kemudian diisi tulangan dan dicor beton. Apabila tanah mengandung air, maka dibutuhkan pipa besi atau yang biasa disebut temporary casing untuk menahan dinding lubang agar tidak terjadi kelongsoran, lalu pipa ini dikeluarkan pada waktu pengecoran beton. Ada beberapa keuntungan dalam pemakaian pondasi tiang bor jika dibandingkan dengan tiang pancang, yaitu sebagai berikut: 1. Pemasangan tidak menimbulkan suara dan getaran yang membahayakan bangunan sekitarnya 2. Mengurangi kebutuhan beton dan tulangan dowel pada pelat penutu tiang (pile cap). Kolom dapat secara langsung diletakkan di puncak tiang bor. 3. Kedalaman tiang dapat divariasikan Institut Teknologi Nasional
26 4. Tanah dapat diperiksa dan dicocokan dengan data laboratorium 5. Tiang bor dapat dipasang menembus batuan 6. Diameter tiang memungkinkan dibuat besar, bila perlu ujung bawah tiang dapat dibuat lebih besar guna memperbesar kapasitas daya dukungnya 7. Tidak ada resiko kenaikan muka tanah Kerugian menggunakan fondasi tiang bor yaitu sebagai berikut: 1. Pengecoran tiang bor dipengaruhi cuaca 2. Pengecoran agak sulit bila dipengaruhi air tanah karena mutu beton tidak dapat dikontrol dengan baik 3. Pengeboran dapat mengakibatkan gangguan kepadatan, bila tanah berupa pasir atau tanah yang berkerikil 4. Air yang mengalir ke dalam lubang bor dapat mengakibatkan gangguan tanah, sehingga mengurangi kapasitas daya dukung tiang 5. Lobang bor akan berpotensi runtuh jika tindakan pencegahan tidak dilakukan, maka dipasang temporary casing untuk mencegah terjadinya kelongsoran lobang bor. 2.8.4 Jenis-Jenis Fondasi Tiang Bor (bore pile) Secara garis besar tiang bor dikelompokan menjadi 4 (empat) jenis, atara lain yaitu: 1. Tiang bor lurus untuk tanah keras; 2. Tiang bor yang ujungnya diperbesar berbentuk bel; 3. Tiang bor yang ujungnya diperbesar berbentuk trapezium; dan 4. Tiang bor lurus untuk tanah batu-batuan Keempat jenis tersebut bisa dilihat pada Gambar 2.9 Institut Teknologi Nasional
27 Gambar 2.9 Jenis-jenis fondasi tiang bor (sumber: Braja M. Das, 2016) 2.9 Kegempaan Gempa bumi adalah peristiwa bergetarnya bumi akibat pelepasan energi di dalam bumi secara tiba-tiba yang ditandai dengan patahnya lapisan batuan pada kerak bumi. Gempa bumi dalam dunia struktur memiliki kaitan yang sangat penting dalam perancangan suatu bangunan struktur khususnya bangunan yang terletak pada lokasi yang memiliki tingkat kegempaan yang tinggi. Oleh karena itu, gempa bumi merupakan salah satu kriteria penting dalam mendesain suatu bangunan struktur dengan mengistilahkannya sebagai beban gempa. Beban gempa adalah beban yang bekerja pada suatu struktur akibat dari pergerakan tanah yang disebabkan karena adanya gempa bumi (baik gempa tektonik atau vulkanik) yang mempengaruhi struktur tersebut. Analisis perancangan struktur bangunan terhadap pengaruh beban gempa secara statis, pada prinsipnya adalah menggantikan gaya-gaya horizontal yang bekerja pada struktur akibat pergerakan tanah dengan gaya-gaya statis yang ekivalen, dengan tujuan penyederhanaan dan kemudahan di dalam perhitungan. Suatu metode mengasumsikan bahwa gaya horizontal akibat gempa yang bekerja pada suatu elemen struktur, besarnya ditentukan berdasarkan hasil perkalian antara suatu konstanta berat atau massa dari elemen struktur tersebut. Metode ini disebut Equivalent Lateral Force Method (SNI 03-1726-2003). Institut Teknologi Nasional
28 Dalam melakukan perancangan gempa rencana untuk setiap jenis infrastruktur struktur dan komponennya harus memiliki sistem penahan gaya lateral dan vertikal yang mampu memberikan kekuatan, kekakuan, dan kapasitas disipasi energi yang cukup untuk menahan beban gempa rencana sesuai dengan kriteria batas deformasi dan kekuatan yang disyaratkan. Kriteria perancangan gempa untuk setiap jenis infrastrukturnya dapat dilihat pada Tabel 2.13 Tabel 2.13 Kriteria perancangan gempa berdasarkan peruntukannya (Sumber : SNI 8460:2017) Pada proses menentukan beban gempa ada beberapa persyaratan spektrum respon desain yang harus dipenuhi, yaitu dengan persyaratan berdasarkan faktor amplifikasi seperti pada Tabel 2.14 dan Tabel 2.15 serta klasifikasi situs seperti pada Tabel 2.16 dari suatu kondisi jenis tanah di sekitar lokasi konstruksi. Institut Teknologi Nasional
29 Tabel 2.14 Faktor amplifikasi untuk PGA dan periode 0,2 detik (Fpga dan Fa) (Sumber : SNI 8460:2017) Tabel 2.15 Besarnya nilai faktor amplifikasi untuk periode 1 detik (Fv) (Sumber : SNI 8460:2017) Tabel 2.16 Klasifikasi situs (Sumber : SNI 8460:2017) Institut Teknologi Nasional
30 Gambar 2.10 Peta percepatan puncak (PGA) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 7 % dalam 75 tahun peta gempa 2017. 2.10 Stabilitas Stabilitas ditunjukan dengan nilai faktor keamanan (FK), suatu timbunan dianggap berada pada titik keruntuhan jika faktor keamanan, FK= 1, serta berada pada kondisi stabil jika nilai faktor keamanan, FK=>1 atau dengan kata lain mempunyai kekuatan lebih. Kriteria FK minimum untuk kondisi jangka pendek atau selama masa pelaksanaan timbunan yang dapat dilihat pada Tabel 2.17 Tabel 2.17 Faktor Keamanan Minimum untuk Perhitungan Stabilitas Jalan Kelas jalan Faktor keamanan I 1,4 II 1,4 III 1,3 IV 1,3 (Sumber: Pd-T-11-2005-B.) Institut Teknologi Nasional
31 2.11 Penurunan Salah satu permasalahan yang terjadi pada tanah lunak yaitu penurunan tanah yang sangat besar. Penurunan yang besar dapat terjadi akibat penurunan konsolidasi pada tanah lunak. Ketika tanah dibebani, maka sama dengan material lain, tanah akan mengalami penurunan. Penurunan dibagi menjadi 3 (tiga) jenis yaitu sebagai berikut: 1. Penurunan seketika (Immediate Settlement) Penurunan seketika yaitu penurunan yang terjadi seketika pada saat beban diberikan. Pada tanah jenuh air dan permeabilitas rendah, beban yang bekerja akan sepenuhnya diterima oleh tegangan air pori. Perhitungan untuk penurunan seketika ini didasarkan pada hokum elastisitas material. 2. Penurunan Konsolidasi/Primer (Primary Consolidation Settlement) Penurunan konsolidasi yaitu penurunan pada tanah kohesif yang diakibatkan oleh terdisipasinya tegangan air berlebih di dalam tanah, dan akhirnya menghasilkan perubahan pada segi volume. Jenis penurunan ini akan terjadi bersama dengan waktu yang berlalu. Tegangan air pori berlebih akan ditransfer menuju partikel tanah menjadi tegangan efektif. Saat tegangan air pori berlebih ini =0, maka penurunan konsolidasi sudah selesai dan tanah berada pada keadaan drained. 3. Penurunan Rangkak/Sekunder (Creep/Secondary Settlement) Penurunan sekunder yaitu penurunan yang terjadi setelah penurunan konsolidasi. Pnurunan ini akan terjadi seiring waktu berlalu dan biasanya terjadi sangat lama setelah beban mulai bekerja dimana partikel tanah mengalami creep. Peenurunan ini terjadi saat semua tegangan air pori berlebih di dalam tanah telah terdisipasi dan saat tegangan efektif yang terjadi berada dalam keadaan konstan. Institut Teknologi Nasional
32 Gambar 2.11 Grafik Hubungan Antara Pemampatan dan Waktu Gambar 2.12 Grafik Hubungan Antara Penurunan dan Waktu Tabel 2.18 Kriteria Penurunan Timbunan Jalan Penurunan yang Disyaratkan Kelas Selama Masa Konstruksi Kecepatan Penurunan Setelah Jalan (s/𝑠𝑡𝑜𝑡) Konsolidasi (mm/tahun) I > 90 % < 20 II > 85 % < 25 III > 80 % < 30 IV > 75 % < 30 (Sumber: Pt-T-10-2002-B) Institut Teknologi Nasional
33 2.12 Plaxis 2D (Berbasis Metode Elemen Hingga) Plaxis metode elemen hingga yaitu metode perhitungan yang didasarkan pada konsep diskretiasi, yaitu pembagian pada suatu sistem struktur, massa atau benda padat menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Metode elemen hingga juga merupakan suatu metode pendekatan yang dimana semakin kecil pembagian elemen-elemen semakin akurat pada proses perhitungan. Metode ini dapat digunakan untuk mengetahui nilai deformasi atau tegangan yang terjadi pada suatu elemen yang disebabkan oleh distribusi beban gaya. Plaxis adalah perangkat lunak yang biasa digunakan untuk analisis geoteknik, terutama untuk analisi penurunan dan stabilitas tanah berbasis elemen hingga yang mampu melakukan analisis mendekati prilaku sebenarnya. Untuk menganalisis timbunan pada oprit jembatan dan lapisan-lapisan tanah di bawahnya dapat dimodelkan dengan cepat dan tepat. Secara umum tahapan-tahapan perhitungan menggunakan aplikasi plaxis berbasis elemen hingga yaitu sebagai berikut: 1. Tahap input data (input) langkah pertama yaitu membuat model elemen hingga dan menentukan sifat-sifat material serta kondisi batasnya. Untuk membuat sebuah model, pengguna terlebih dahulu harus membuat sebuah model geometri 2D yang terdiri dari titik-titik, garis-garis, dan komponen lainya dalam bidang x-y. penyusunan elemen hingga dan penentuan sifat-sifat serta kondisi batasnya pada setiap elemen dilakukan secara otomatis oleh pembentuk jaring elemen di plaxis berdasarkan masukan dari model geometri. Langkah akhir berupa perhitungan air pori dan tegangan efektif pada kondisi awal model. Selanjutnya tahan input data diawali dengan menggambar kontur geometri, lalu tambahkan pelapisan tanah dan obyek-obyek struktural, serta geometri yang dibutuhkan untuk memodelkan tahapan konstruksi, kemudian kondisi-kondisi batasnya yang diikuti dengan pembebanan. Institut Teknologi Nasional
34 2. Tahap perhitungan (calculation) Perhitungan memuat semua fasilitas untuk mendefinisikan dan memulai perhitungan elemen hingga. Pada awal perhitungan, perngguna harus memilih proyek dimana perhitungan akan didefinisikan. 3. Hasil perhitungan (output) Hasil dari suatu perhitungan elemen hingga yaitu perpindahan pada titik-titik nodal dan titik-titik tegangan. Selain itu, saat model elemen hingga mengikutsertakan elemen-elemen struktural, maka gaya-gaya struktural juga akan dihitung pada elemen-elemen ini. Pada awal dari software keluaran pengguna harus memilih model dan tahapan perhitungan atau nomor langkah yang ingin ditampilkan. Perangkat lunak plaxis dilengkapi oleh fitur-fitur untuk menghadapi aspek struktur dan geoteknik. Ringkasan mengenai fitur-fitur dan uraian penting dalam plaxis yaitu sebagai berikut: 1. Pembuatan model geometri secara grafis Masukan berupa lapisan tanah, tahapan konstruksi, elemen-elemen struktur, pembebanan serta kondisi batas menggunakan prosedur grafis yang mudah dengan bantuan computer yang memungkinkan pembuatan model geometri yang berupa potongan melintang yang detail. Dengan model geometri ini jaring elemen hingga 2D dapat dibentuk dengan mudah. 2. Pembentukan jaring elemen secara otomatis Dengan otomatis plaxis akan membentuk jaring elemen hingga 2D yang acak dengan pilihan untuk memperhalus jaring elemen baik secara local maupun global. 3. Elemen ordo tinggi Tersedia elemen segitiga kuadratik dengan 6 buah titik nodal dan elemen segitiga ordo keempat dengan 15 titik nodal untuk memodelkan deformasi dan kondisi tegangan dalam tanah. 4. Pelat Institut Teknologi Nasional
35 Elemen balok khusus dapat digunakan untuk memodelkan suatu lentur dari dinding penahan, lining terowongan, elemen cangkang serta struktur-struktur tipis lainya. Perilaku dari elemen-elemen ini diatur oleh kekuatan lentur, kekakuan arah normal penampang dan momen lentur batas. 5. Interface (antarmuka) Elemen antar muka dapat digunakan untuk memodelkan interaksi tanah- struktur. Contohnya elemen-elemen ini digunakan untuk memodelkan zona tipis diantara lining terowongan dengan tanah sekelilingnya yang mengalami intensitas geser yang tinggi. Nilai sudut geser dan kohesi dalam elemen antar muka umumnya berbeda dengan nilai sudut geser dan kohesi dari tanah di sekitarnya. 6. Angkur Elemen pegas elastoplastis digunakan untuk memodelkan pengangkuran dan penopang horizontal. Perilaku dari elemen-elemen ini diatur oleh kekakuan normal penampang dan gaya maksimum. 7. Geogrid Geogrid (geotekstil) pada umumnya sering digunakan dalam praktek untuk pekerjaan timbunan yang membutuhkan perkuatan atau untuk struktur penahan tanah. dapat dimodelkan dalam plaxis dengan menggunakan elemen-elemen yang khusus untuk menahan gaya tarik. elemen ini dapat dikombinasikan dengan elemen antarmuka untuk memodelkan interkasi dengan tanah yang ada di sekelilingnya. 8. Model Mohr-Coulomb Model sederhana namun handal ini berdasar pada parameter-parameter tanah yang dikenal dengan baik dalam praktik. Tetapi tidak semua fitur non-linear tersedia dalam model ini. Dalam pemodelan mohr-coulomb dapat digunakan untuk menghitung tegangan pendukung yang realistis. Model ini juga dapat dimodelkan untuk menghitung faktor keamanan dengan pendekatan 'reduksi phi-c' 9. Model tanah dari pengguna Institut Teknologi Nasional
36 Fitur khusus dalam plaxis yaitu pilihan untuk membuat suatu model tanah yang didefinisikan oleh pengguna. Pilihan ini ditujukan terutama untuk para peneliti dan ilmuwan-ilmuwan di perguruan tinggi dan pusat penelitian, tetapi tetap bisa digunakan untuk praktisi. 10. Tekanan air pori hidrostatis Tekanan air pori yang kompleks dapat dihitung berdasarkan elevasi dari grafis freatik atau masukan langsung yang berupa nilai tekanan air. Perhitungan aliran air statis dalam tanah dapat dilakukan untuk memperoleh distribusi tekanan air pori pada masalah aliran air statis atau rembesan. 11. Analisis konsolidasi Semakin berkurangnya tekanan air pori yang berlebih terhadap waktu dapat dihitung dengan menggunakan analisis konssolidasi. Perhitungan konsolidasi membutuhkan masukan yang berupa koefesien permeabilitas untuk setiap lapisan tanah. dalam penggunaan prosedur peningkatan langkah waktu secara otomatis akan membuat analisis semakin mudah dilakukan namun tetap handal. 12. Tampilan dari keluaran (output) Plaxis mempunyai fitur-fitur handal untuk menampilkan hasil dari perhitungan. Nilai perhitungan tegangan, regangan, perpindahan, dan gaya-gaya dalam dari elemen-elemen struktur dapat diperoleh dari tabel keluaran. Keluaran yang berbentuk tabel atau grafis dapat langsung dicetak, disimpan, atau langsung ke memori clipboard dari windows agar dapat digunakan dalam perangkat lunak lain. 13. Lintasan tegangan Pilihan khusus tersedia untuk menggambarkan kurva beban terhadap tegangan, regangan, perpindahan, serta kurva penurunan terhadap waktu. Visualisasi dari lintasan tegangan akan memberikan informasi yang berharga terhadap prilaku tanah secara local ataupun global. Institut Teknologi Nasional