Bab IV Perhitungan dan Analisa BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1 UMUM Dalam perencanaan pondasi hal yang pertama dilakukan adalah penyajian interprestasi data tanah dan beban yang akan menompang di area pondasi yang akan kita buat. Tahapan selanjutnya adalah perhitungan analisa daya dukung pondasi dan tegangan yang terjadi akibat pembebanan. Dilanjutkan dengan tahap perhitungan konsolidasi dan waktu konsolidasi dari design perhitungan yang akan kita sajikan. Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai perhitungan daya dukung pondasi dangkal (raft foundation) dan perhitungan tekanan tanah lateral, tekanan tanah lateral akibat gempa, pengaruh muka air tanah, penurunan konsolidasi dan waktu konsolidasi, dan tak lupa adalah identifikasi adanya sifat ekspansifitas tanah Lokasi pengujian tanah lapangan pada Proyek Pengembangan Fasilitas Produksi Pondok Makmur (PERTAMINA EP) terletak di Desa Jaya Bakti, Kecamatan Cabangbungin Kabupaten Bekasi dimana kurang lebih sekitar 20 km, sebelah utara Bekasi ± 8,4 km sebelah timur sumur minyak Pondok Tengah (PDT-I). Gambaran lokasi pengeboran terlihat pada ilustrasi gambar sebagai berikut: IV-1 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Gambar IV.1 Lokasi titik pengeboran di lapangan 4.2 PENYELIDIKAN TANAH LAPANGAN Pekerjaan penyelidikan tanah dilapangan meliputi : a) Pemboran dalam (deep boring) Pemboran ini dilakukan sebanyak 2 titik pemboran di area fasilitas produksi PT.Pertamina EP di Pondok Makmur, dengan kedalaman pengeboran sampai kedalaman 36,45 m (BH-05) dan kedalaman 32,45 (BH-06) b) Pengambilan sampel tak terganggu (undisturbed sample/UDS) IV-2 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Pengambilan sampel tidak terganggu (UDS) selama pemboran dalam dengan kedalaman 12 meter, pada masing-masing titik dimbil 3 sampel tanah tidak terganggu. c) Standard penetration test (SPT) Standard penetration test (SPT) dilakukan pada setiap titik pemboran dengan interval pengujian setiap 2 m. d) Pengujian sondir (Cone penetration test/CPT) sebanyak 2 titik 4.3 PENYELIDIKAN TANAH LABORATORIUM Pengujian tanah dilaboratorium dilakukan pada sampel pengambilan tanah tidak terganggu (UDS) dalam pekerjaan pengujian dilaboratorium antara lain: a) Water content / moisture content b) Specific gravity (Gs) c) Atterberg limit (LL dan PL) d) Analisa ayakan dan hydrometer e) Triaxial UU f) Triaxial CU g) Consolidation test h) Permebalility test dan Chemical content Dari keseluruhan hasil test di laboratorium maka disusun dalam sebuah lampiran hasil uji laboratorium dimana laporan tersebut ada di dalam lampiran IV-3 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.4 ANALISA 4.4.1 STATIGRAFI & KONDISI LAPISAN TANAH Secara umum dari proses penyelidikan tanah dilapangan kondisi tanah merupakan kondisi tanah lempung yang lunak dan muka air tanah terdapat pada kedalaman 1.85 m dari pengujian lapangan titik Bore Hole 5. Dalam pengerjaan hanya diambil data Bore Hole 5 dan titik sondir 7, dikerenakan titik tersebut merupakan titik terdekat dengan lokasi dibangunnya Open Drain Pit, secara mendetail kondisi lapisan tanah dijelaskan dalam tabel berikut : Kedalaman Deskripsi Tanah 0,00 – 4,00 Merupakan jenis lapisan tanah pasir dengan gradasi buruk hal ini terlihat pada hasil bore log yg menunjukkan huruf SP sand poorly graded dan pada kedalaman ini mempunyai permeabilitas tanah yang besar yaitu 7,270. Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 12 blows/ 30 cm penetrasi.dan mempunyai nilai perlawanan konus sondir qc rata-rata 19.76 kg/cm² 4,00 – 10,00 Merupakan jenis lapisan tanah lempung (medium clay), dengan warna abu-abu. Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 5-7 blows/ 30 cm penetrasi.dan mempunyai nilai perlawanan konus sondir qc rata-rata 19.2 kg/cm² 10,00 – 14,00 Merupakan jenis lapisan tanah lempung (soft clay), dengan warna abu-abu tua. Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 2-3 blows/ 30 cm IV-4 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa penetrasi.dan mempunyai nilai perlawanan konus sondir qc rata-rata 18.9 kg/cm² 14,00 – 24,00 Merupakan jenis lapisan tanah lempung (medium to stiff clay), dengan warna abu-abu. Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 7-13 blows/ 30 cm penetrasi.dan mempunyai nilai perlawanan konus sondir qc rata-rata 31.04 kg/cm² 24,00 – 28,00 Merupakan jenis lapisan tanah lempung kelanauan (hard silty clay), dengan warna abu-abu muda. Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 30-37 blows/ 30 cm penetrasi.dan mempunyai nilai perlawanan konus sondir qc ratarata 86,45 kg/cm² 28,00 – 30,00 Merupakan jenis lapisan tanah lempung (very stiff clay), dengan warna abu-abu muda. Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 27 blows/ 30 cm penetrasi.dan mempunyai nilai perlawanan konus sondir qc rata-rata 113.5 kg/cm² 30,00 - 32,00 Merupakan jenis lapisan tanah lempung (hard silty clay), dengan warna coklat muda. Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 34 blows/ 30 cm penetrasi. 32,00 – 36,45 Merupakan jenis lapisan tanah lempung (hard silty clay), dengan warna coklat muda.Lapisan di kedalaman ini mempunyai nilai N-SPT sebesar 50 blows/ 30 cm penetrasi. IV-5 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa IV-6 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Dalam resume hasil pengujian tanah lapangan dapat disimpulkan bahwa sebagian besar kondisi tanah merupakan tanah lempung dengan konsistensi tanah yang berbeda. Jika dilihat dari hasil laboratorium dan kondisi tanah yang ada yaitu tanah lempung, kemungkinan adanya ekspansifitas tanah sangat besar hal tersebut terlihat dari nilai plasticity indeks yang besar, kriteria tanah ekspansif adalah tanah yang mempunyai kembang susut yang tinggi akan adanya air. Salah satu yang cocok untuk desain pondasi pada tanah lempung adalah dengan design pondasi rakit (raft foundation) dikarenakan pondasi rakit dapat menyebarkan beban pondasi itu sendiri secara merata. Desain pondasi rakit (raft foundation) harus cukup kaku dalam melawan gaya ekspansifitas tanah itu sendiri. Dalam hal ini pondasi tidak akan retak ketika tanah mengalami penyusutan dan pondasi tidak akan terangkat ketika tanah mengalami pengembangan. IV-7 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.4.2 IDENTIFIKASI TANAH EKSPANSIF a) Korelasi Indeks plastisitas (ASTM D-1883) Pengunaan batas-batas Atterberg untuk memprediksi pengembangan telah banyak dilakukan. Bebarapa prosedur melibatkan kadar fraksi butiran lempung. Batas-batas atterberg dan potensi pengembangan lempung tergantung pada banyaknya air yang diserap lempung. Semakin besar indeks plastisitas, semakin besar pula air yang dapat diserap oleh lempung, oleh sebab itu lebih besar pula potensi pengembangannya. Perkiraan derajat dan persen pengembangan berdasarkan indeks plastisitas (PI) (ASTM D-1883) Indeks Plastisitas Derajat Persen pengembangan (ASTM D-424) pengembangan (ASTM D-1883) 0 – 10 Tidak ekspansif 2 atau kurang 10 – 20 Agak ekspansif 2-4 >20 Ekspansif tinggi >4 Berdasarkan indeks plastisitas mengacu pada tabel korelasi perkiraan derajat dan persen pengembangan berdasar indeks plastisitas (PI) (ASTM D-1883), dengan nilai indeks plastisitas 56,17 % pada uji atterberg limit diperoleh kesimpulan, bahwa tanah mempunyai derajat ekspansifitas yang tinggi, dengan persen pengembangan diperkirakan > 4% IV-8 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa b) Cara Holz dan Gibbs (1956) Cara ini menyajikan kriteria untuk memperkirakan potensial pengembangan tanah tak terganggu dengan pembebanan sebesar 6,9 kPa. Korelasi indeks uji dengan tingkat pengembangan menunjukan hubungan antara pengembangan dengan parameter parameter tanah, antara lain Plasticity Index, Shrinkage Limit, Colloid Content, dan kemungkinan perubahan volume. Korelasi Indeks uji dengan tingkat pengembangan Data dari Indeks tests Kemungkinan Tingkat Pengembangan Colloid Plasticity Shrinkage pengembangan Content Index (%) Limit (%) (% perubahan volume) (%) >28 >35 <11 >30 Sangat tinggi 20-31 25-41 7-12 20-23 Tinggi 13-23 15-28 10-16 10-20 Sedang <15 <18 >15 <10 Rendah Sumber : Holz & Gribbs (1956) Jika dilihat dari resume hasil laboratorium untuk cara Holtz dan Gibbs dengan nilai Plasticity Indeks sebesar 56,17% maka dapat dipastikan tanah pada area bore hole 5 mempunyai tingkat pengembangan yang sangat tinggi. Dan bisa disimpulkan tanah ekspansif. IV-9 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa c) Cara Chen (1988) Ada dua cara yang dikemukakan Chen dalam melakukan identifikasi tanah ekspansif, yaitu: cara pertama, Chen mempergunakan indeks tunggal, yaitu Plasticity Index (PI). Sedangkan cara kedua, Chen mempergunakan korelasi antara fraksi lempung lolos saringan no. 200, batas cair (LL), dan nilai N dari hasil uji Standart Penetration Test (SPT). Tabel korelasi nilai indeks plastisitas menunjukan hubungan antara harga PI dengan potensi pengembangan yang dibagi menjadi 4 kategori, yaitu: potensi pengembangan rendah, sedang, tinggi, dan sangat tinggi. Tanah ekspansif dengan tingkat pengembangan tinggi sampai sangat tinggi yaitu nilai Plasticity Index > 55%. Korelasi nilai Indeks Plastisitas (PI) dengan tingkat pengembangan Indeks Plastisitas (PI) Potensi Pengembangan (%) 0 – 15 Rendah 10 – 35 Sedang 20 – 55 Tinggi > 55 Sangat tinggi Sumber : Chen (1988) Sedangkan pada Tabel korelasi data lapangan dan laboratorium dengan tingkat pengembangan menunjukan korelasi antara tingkat pengembangan dengan prosentase lolos saringan no. 200, Liquid limit, N hasil uji SPT, dan kemungkinan pengembangan. Tanah ekspansif dengan tingkat IV-10 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa pengembangan tinggi sampai sangat tinggi dengan nilai Liquid Limit lebih besar dari 40% dan lebih besar dari 60% lolos saringan no. 200. Korelasi data lapangan dan laboratorium dengan tingkat pengembangan Data lapangan dan laboratorium Kemungkinan Tingkat N Pengembangan Pengembangan lolos saringan (pukulan (% perubahan no. 200 / ft) volume total) Prosentase LL (%) >95 >60 >30 >10 Sangat tinggi 60 – 95 40 – 60 20 – 30 3 – 10 Tinggi 30 – 60 30 – 40 10 – 20 1–5 Sedang <30 <30 <10 <5 Rendah Sumber : Chen (1988) Jika berdasarkan tebel korelasi indeks plastisitas dengan tingkat pengembangan dapat disimpulkan bahwa tanah mempunyai nilai pengembangan yang sangat tinggi dengan nilai pengembangan >35%, data laboratorium nilai indeks plastisitas sebesar 56,41 % Dari keseluruhan hasil identikfikasi tanah ekspansif, maka dapat disimpulkan tanah lokasi penelitian merupakan tanah ekspansif dengan tingkat pengembangan yang sangat tinggi. IV-11 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.5 PERHITUNGAN 4.5.1 PERHITUNGAN PEMBEBANAN a) BEBAN MATI Sket gambar Open Drain Pit : 0.5 m Pedestal pompa Ukuran : 5.8x2m Tebal : 0.3 m 9.35 m 8.85 m Pedestal vessel Ukuran : 5.2x2m Tebal : 0.3 m 12.85 m 13.35 m 5.93 m 0.6 m IV-12 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Volume beton Open Drain Pit : Plat lantai : 13,35x 9,35x0,6 = 74,89 m³ Dinding : 41,4x5,33x0,5 = 110,33 m³ Pedestal vessel : 5,2x2x0,3 = 3,12 m³ Pedestal pompa : 5,8x2x0,3 = 3,48 m³ Volume total Berat jenis beton bertulang = 191,82 m³ : 2400 kg/m³ = 23,54 kN/m³ Volume tangga akses Unp 200x80x5.5.11 : 16.65 x 24,6 = 409.59 kg (berat / m = 24,6 kg) Sh 200x100x5.5.8 :7.4 x 21.3 = 157.62 kg (berat / m = 21.3 kg) Grating = 50.45 kg Handrail = 60 Volume total kg + = 677.66 kg = 6,64 kN Jadi Beban mati pondasi Open Drain Pit Beban mati = (Volume beton x Berat Jenis Beton)+ berat tangga = (191,82 x 23,54)+6.64 = 4522,08 kN Luasan pondasi open drain pit = 13,35 x 9,35 = 124 ,82 m² Jadi beban mati / m² = 4522.08 : 124, 82 = 36,229 kN/m² IV-13 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa b) BEBAN HIDUP Beban Open Drain Vessel (1 buah, V-1013) Berat vessel open drain drum dalam kondisi operasi: Beban operasi + Beban Skid + Beban Platform = 7597+982+1050 = 9629 kg = 94,43 kN Beban Oil Open Drain Pump (2 buah , P-1008A/B) rotating Berat oil open drain pump dalam kondisi operasi : Beban pompa + Motor + Coupling + Baseplate (x 2 karena 2 buah pompa) = (170,1+58+7+450) x 2 = 1356 kg = 13,29 kN Beban Water Open Drain Pump (2 buah , P-1009A/B) rotating Berat water open drain pump dalam kondisi operasi : Beban pompa + Motor + Coupling + Baseplate (x 2 karena 2 buah pompa) = (136+58+7+450) x 2 = 1562.4 kg =12.76 kN (data beban pompa dan vessel terdapat dalam lampiran) Jumlah beban mati = 4522.08 kN, Beban hidup =120.48 kN,dikarenakan beban mati 5 kali lebih besar dari beban hidup maka beban sentrifugal pompa bisa diabaikan, (Arya S., O'Neill M., and Pincus G. - Design of Structures and Foundations for Vibrating Machines_ hal 49 point 2) IV-14 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa c) KOMBINASI PEMBEBANAN Dipakai kombinasi beban terfaktor digunakan untuk merancang tulangan beton dengan metode Load and Resistance Factored Design (LRFD) UBC,1997 Volume 2, Sections 1612.2 =1.2D+1.6L+0.5 (Lr or S) P Dimana: D = Beban mati pit dalam keadaan kosong L = Beban hidup (Beban Pompa & Peralatan) Lr = Beban Atap (dikerenakan konstruksi pit maka Lr=0) S = Beban salju (tidak ada salju di Indonesia maka S=0) Maka kombinasi pembebanan menjadi P = 1.2D+1.6L+0.5 (Lr or S) = (1.2x4522.08)+1.6x(94.43+13.29+12.75)=5619.248 kN Jadi beban / m² Qult = P/ Luasan open drain pit = 5619.248 / 124.82 = 45.019 kN/m² IV-15 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.5.2 PERHITUNGAN KAPASITAS DAYA DUKUNG PONDASI a) DAYA DUKUNG TERZAGHI Dalam analisa kapasitas daya dukung terzaghi digunakan rumus rectangular foundation dengan rumus sebagai berikut : Kapasitas daya dukung pondasi segi empat (rectangular foundation) qu = c Nc (1 + 0,3 B/L) + b Df Nq + 1/2 b B N (1-0,2 . B/L) dimana : qu : daya dukung ultimate c : kohesi tanah b : berat volume tanah Df : kedalaman pondasi B : lebar pondasi L : panjang pondasi Kedalaman pondasi terdapat pada elevasi -5.63 m. dan terdapat 3 lapisan tanah untuk sampai kedalaman tersebut, hal itu digunakan untuk menghitung tegangan overbudden pada pondasi. Untuk data kohesi dan sudut geser diambil data tanah dengan pengujian triaxial cu dikarenakan tanah merupakan tanah lempung yang permeabilitasnya rendah. Atau tidak bersifat segera meloloskan air ketika terjadi beban diatasnya IV-16 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa c=0.111 kg/cm² =10.886 kN/m² 0.3 m φ =22.92ᵒ 1.85 m 5.63 m 2.15 m γ =1.22 c’=0.111 kg/cm² =10.886 kN/m² φ =22.92ᵒ γ sat=1.68 0.6 m 6.00 m c=0.094 kg/cm² =9.218 kN/m² φ =18.87ᵒ γ sat=1.69 Rumus perhitungan gamma efektif γb = γ sat – γw menghitung gamma efektif lapisan tanah 1.85-4.00 m γ’1 = 1.68 – 1 =0.68 menghitung gamma efektif lapisan tanah 4.00-5.63 m γ’2 = 1.69 – 1 =0.69 dikarenakan muka air tanah pada elevasi 1.85 m maka diatas muka air tanah dipakai gamma bulk / kering, dan perhitungan tegangan overbudden menjadi: Po = (γxD1) + (γ’1xD1) + (γ’2xD2) IV-17 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa = (1.22x1.85) + (0.68x2.15) + (0.69x1.63) = 4,84 Dikarenakan φ (sudut geser tanah) <36 maka menggunakan keruntuhan geser lokal, dan dalam nilainya sebagai berikut : Nc =11,325 ; Nq= 3.629 ; Nγ = 1.519 Untuk perhitungan daya dukung tanah: qu = c Nc (1 + 0,3 B/L) + Po Nq + 1/2 b B N (1-0,2 . B/L) qu = 9.218x11.325 (1+0.3x9.35/13.35) + 4.84x3.628 + 1/2x0.69x9.35x1.519 (1-0.2x9.35/13.35) qu = 126.340 + 17.577+ 4.214 qu = 148.131 kN/m² maka Qall = Qall = (digunakan sf sebesar 3) b) DAYA DUKUNG MAYERHOFF Dalam analisa kapasitas daya dukung mayerhoff menggunakan rumus sebagai berikut qu = c.Nc.Fcs.Fcd.Fci + Po.Nq.Fqs.Fqd.Fqi + ½.b.B.N.Fs.Fd.Fi Dimana : qu : daya dukung ultimate IV-18 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa c : kohesi tanah B : lebar pondasi (diameter untuk pondasi lingkaran) b : berat volume tanah Df : kedalaman pondasi Fcs, Fqs, Fs : Faktor bentuk Fcd, Fqd, Fd : Faktor kedalaman Fci, Fqi, FI : Faktor kemiringan beban Nc, Nq, N : Faktor gaya dukung Dengan φ (sudut geser tanah) =18,87 , faktor daya dukung menurut mayerhoff didapat : Nc =13,822 ; Nq= 5,729 ; Nγ = 2,348 Faktor bentuk: Fcs =1+0.2( ) =1+0.2( Fqs=Fγs ( =1+0.1( ( ) =1+0.1( ) ) ( ) ) ( ) ) Faktor kedalaman: Fcd =1+0.2( ) ( ) IV-19 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa =1+0.2( Fqd=Fγd =1+0.1( ) =1+0.1( ) ) =1.004 ( ) ( ) ( ) =1.002 Faktor kemiringan beban; Dikarenakan beban vertikal maka Fci, Fqi, Fγi =1 Sehingga perhitungan kapasitas daya dukung pondasi menurut mayerhoff menjadi qu = c.Nc.Fcs.Fcd.Fci + Po.Nq.Fqs.Fqd.Fqi + ½.b.B.N.Fs.Fd.Fi qu =9,218x13,822x1,000x1,004x1 + 4,84x5,729x1,000x1,002x1 + 0,5x0,69x9,35x2,348x1,000x1,002x1 qu =163,352 kN/m² maka Qall = Qall = (digunakan sf sebesar 3) c) DAYA DUKUNG HANSEN Dalam menghitung daya dukung Hansen menggunakan rumus untuk pondasi berbentuk datar/tanpa kemiringan: qu = Sc.Dc.c.Nc +Sq.Dq.gq.Po.Nq+Sγ.Dγ.0.5B.γNγ IV-20 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa dimana : qu : daya dukung ultimate L,B : Panjang & lebar pondasi : berat volume tanah C : kohesi tanah Po : tekanan overbudden diatas pondasi Sc, Sq, S : faktor bentuk pondasi Dc, Dq, D : faktor kedalaman pondasi Nc, Nq, N : faktor kapasitas daya dukung Hansen Dengan φ (sudut geser tanah) =18,87 , faktor daya dukung menurut mayerhoff didapat : Nc =13,822 ; Nq= 5,729 ; Nγ = 2,428 Sehingga perhitungannya menjadi Faktor bentuk pondasi: Sc =1+(B/L) (Nq/Nc) =1+(9.35/13.35)x(5/11.63) = 1.261 Sq =1+(B/L)tg𝛗 =1+(9.35/13.35) tg 18.87 = 1.200 Sγ =1-0.4 (B/L) =1-0.4 (9.35/13.35) = 0.719 Faktor kedalaman fondasi : Dc =1+0.4 (D/B) =1+0.4 (5.63/9.35) = 1.240 IV-21 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Dq =1+2(D/B)tg𝛗(1-sin𝛗)² =1+2(5.63/9.35) tg 18.87 (1-sin 18.87)² =1+62.107x0.150 =1.181 Dγ =1 Sehingga daya dukung tanah menurut Hansen adalah ; qu = Sc.Dc.c.Nc +Sq.Dq.Po.Nq+Sγ.Dγ.0.5B.γNγ qu =1,290x1,240x9,218x13,822 + 1,000x1,000x4,84x5,729 + 0,719x1x(0,5x9,35)x0,69x2,428 = 237,424 kN/m² maka Qall = (digunakan sf sebesar 3) Qall = Tabel 4.1 Resume daya dukung pondasi dangkal Terzaghi Mayerhoff Hansen qu (kN/m²) 148.131 163,352 237,424 Qall (kN/m²) 49,376 54,451 79,141 Dipakai SF=3 IV-22 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.5.3 PERHITUNGAN TEKANAN TANAH LATERAL a) TEKANAN TANAH LATERAL AKTIF (RANKINE) Dalam perhitungan tekanan tanah lateral aktif, diambil dari pengujian Triaxial CU pada bore hole 5 Besarnya tekanan tanah tersebut menurut Rankine dapat ditentukan sebagai berikut: ⁄ ) ( ( ⁄ ) Dengan mengambil nilai koefisien tekanan tanah aktif, Ka sebagai ⁄ ) ( Maka tekanan tanah lateral aktif adalah untuk tanah kohesif: √ H1=1.85 mm H=5.63m H2=2.15 mm H3=1.63 c’=0.089 kg/cm² =8.73 kN/m² 𝚹’ ᵒ γ =1.22 g/cc = 11.96 kN/m³ γ sat =1.68 g/cc γ’1=1.68-1=0.68 g/cc=6.67 kN/m³ c’=0.089 kg/cm² =8,73 kN/m² 𝚹=29.19ᵒ γsat=1.69 g/cc γ’2=1.69-1=0.69 g/cc=6.76 kN/m³ c’=0.071 kg/cm² =7.16 kN/m² 𝚹=24.09ᵒ IV-23 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Koefisien tekanan tanah aktif pada masing-masing lapisan: - Lapisan tanah 1 & 2 ( - 0.344 ⁄ ) Lapisan tanah 3 ( ⁄ ) 0.420 Dikarenakan ada muka air tanah maka perhitungan tekanan tanah lateral efektif dan tekanan tanah hidrostatik dilakukan terpisah. Tegangan tanah lateral efektif adalah : Menentukan tegangan efektif horizontal tanah: - Kedalaman 0 m 1 √ = -1.024 kN/m² √ - Kedalaman 1.85 m (lapisan 1) √ 1 √ = -2.629 kN/m² IV-24 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa - Kedalaman 1.85 m (lapisan 2) √ 1 √ - = -2.629 kN/m² Kedalaman 4 m (lapisan 2) √ √ - = 2.304 kN/m² Kedalaman 4 m (lapisan 3) √ √ - = 6.035 kN/m² Kedalaman 5.63 m IV-25 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa √ 3 √ = 10.663 kN/m² Dikarenakan tanah berkohesi terdapat kemungkinan Pa negatif yang berarti ada gaya tarik yang bekerja pada tanah. Pada tanah yang menderita tarik tersebut tanah menjadi retak-retak. Retakan bila terisi oleh air akan mengakibatkan tekanan hidrostatis Perhitungan tekanan hidrostatik : - Pada kedalaman 0 - Pada kedalaman 1.85 - Pada kedalaman 4 = γw.d2 = 9.81x2,15 = 21.09 kN/m² - Pada kedalaman 5.63 = γw.d2 + γw.d3 = 9.81x2,15 + 9.81x1.63 = 37.081 kN/m² IV-26 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Gambar 4.3 Distribusi tekanan tanah lateral aktif adalah sebagai berikut : -1.024 1 H1=1.85 mm 2 2.304 -2.629 3 H=5.63m 4 H2=2.15 mm 6.035 H3=1.63 5 6 7 21.09 8 37.081 10.663 Jadi gaya tekan tanah aktif persatuan panjang dinding Pa = P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8 =(1/2x1.85x-1.024) + (1.85x-2.269) + (1/2x2.15x-2.269) + (2.15x2.034) + (1.63x6.035) + (1/2x1.63x10.663) + (1/2x2.15x21.09) +(1/2x1.63x37.081) = 68.210 kN/m b) TEKANAN TANAH LATERAL PASIF Koefisien tekanan tanah pasif pada masing-masing lapisan: - Lapisan tanah 1 & 2 ( - ⁄ ) 2.904 Lapisan tanah 3 ( ⁄ ) 2.379 IV-27 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Menentukan tekanan efektif tanah lateral pasif adalah : - Pada kedalaman 0 √ = 29.754 kN/m² √ - 1 Pada kedalaman 1.85 m (lapisan 1) √ 1 √ - = 94.008 kN/m² Pada kedalaman 1.85 m (lapisan 2) √ √ - = 94.008 kN/m² Pada kedalaman 4 m (lapisan 2) IV-28 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa √ √ - = 135.651 kN/m² Pada kedalaman 4 m (lapisan 3) √ - √ = 108.840 kN/m² √ = 135.054 kN/m² Pada kedalaman 5.63 m √ 3 IV-29 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Gambar 4.4 Distribusi tekanan tanah lateral pasif adalah sebagai berikut : 29.754 H1=1.85 mm H=5.63m 1 2 94.008 3 H2=2.15 mm 7 4 H3=1.63 135.651 21.090 5 6 8 37.081 108.840 135.054 Jadi gaya tekan tanah pasif persatuan panjang dinding Pp = P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8 =(1.85x29.754) + (1/2x1.85x94.008) + (2.15x94.008) + (1/2x2.15x135.651) + (1.63x108.840) + (1/2x1.63x135.054) + (1/2x2.15x21.090) + (1/2x1.63x37.081) = 830.315 kN/m IV-30 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.5.4 PERHITUNGAN TEKANAN TANAH AKTIF AKIBAT GEMPA (MONONOBE-OKABE) Dari teori mononobe okabe gaya yang diperhitungkan adalah gaya tanah yang akan mengalami keruntuhan, yang dihitung pertama kali adalah momen inersia dalam arah horizontal dan vertikal, dengan rumus sebagai berikut: ( ( ) ) Menurut klasifikasi tanah berdasarkan SNI 1726:2002 (hal 19; Tabel 5 percepetan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing wilayah gempa Indonesia) pada lokasi penelitian masuk pada wilayah gempa 3 dengan percepatan gempa sebagai berikut. Kh =0,15 Kv=0.03 Dalam perhitungan tekanan tanah aktif akibat gempa (mononobe-okabe) menggunakan rumus: PA = ½ γ H² (1-Kv) KAE Dimana: PA = gaya aktif per satu satuan panjang dinding γ = berat volume tanah IV-31 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa H = tinggi retaining wall KAE = koefisien tekanan aktif tanah dengan pengaruh gempa Sedangkan dalam menghitung tekanan tanah aktif menggunakan rumus : ( KAE = ( 𝚹= ⌊ 𝚹= ⌊ )[ ) ( ( √( ) ( ) ( ) )] ) ⌋ ⌋ Dimana: Ø = sudut geser tanah 𝜹 = sudut geser dinding 𝜷 = 0 (muka belakang tembok tegak) i = 0 (permukaan tanah urugan datar) Profil pelapisan tanah -1.85 H1=1.85 mm Lapisan 1 γ sat =1.68 g/cc γ d = 1.22 g/cc = 11.96 kN/m³ Ø=29.19 H2=2.15 mm Lapisan 2 γ sat =1.68 g/cc =16.47 kN/m³ γ ‘ = 0.68 g/cc =6.67 kN/m³ Ø=29.19 H3=1.63 Lapisan 3 γ sat =1.69 g/cc = γ d = 0.69 g/cc =6.76 kN/m³ Ø=24.09 -4.00 -5.63 IV-32 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Perhitungan koefisien tekanan tanah aktif akibat gempa, dalam perhitungan tekanan tanah aktif akibat gempa dihitung tiap lapisan tanah yang mempunyai sudut geser yang berbeda. - Lapisan tanah 1 & 2 (sudut geser tanah lapisan kedua lapisan ini sama) ( KAE1,2 = ( ) )[ ( KAE1,2 = KAE1,2 = [ ) ( ( ) ) ( ) )] ) ( √( [ ( √( ) ) ( √( ( ) ( ) )] )] KAE1,2 = 0.450 - Lapisan tanah 3 ( KAE3 = ( )[ ( KAE3 = [ KAE3 = [ √( ) ( √( ) ) ( ( ) ( ) )] ) √( ( ( ) ) ( ) ( ) )] )] KAE3 = 0.775 IV-33 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Perhitungan tekanan tanah aktif akibat gempa tiap lapisan - Pada kedalaman 1.85 m (Lapisan tanah 1) PA1 = ½ γ H² (1-Kv) KAE1 ( - ) = 8.934 kN/m² Pada kedalaman 4 m (Lapisan tanah 2) PA2 = ½ γ H² (1-Kv) KAE2 - ( ) = 16.615 kN/m² ( ) = 16.547 kN/m² Pada kedalaman 5.63 m PA3= ½ γ H² (1-Kv) KAE3 Perhitungan tekanan tanah aktif akibat gempa per satuan panjang dinding : PA1 +PA2+PA3 =8,934+16,615+16.547=42.097 kN/m IV-34 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.6 CEK STABILITAS PONDASI 4.6.1 PERHITUNGAN STABILITAS PENURUNAN PONDASI a) PENURUNAN ELASTIC Penurunan elastis (se) yaitu penurunan yang terjadi bersamaan dengan beban kerja yang terjadi cepat rumus yang digunakan adalah : Se = A1* A2* Δσ*B/E Dimana : A1 : faktor kedalaman dasar telapak pondasi A2 : faktor daerah kedalaman yang ditinjau Δσ : tegangan pada telapak pondasi B : lebar telapak pondasi E : nilai elastisitas tanah yang dibebani Dalam penurunan elastic ditinjau 2 lapisan tanah -1.85 m Lapisan 1 & 2 γ =1.22 g/cc =11.96 kN/m³ γ’1=1.68-1=0.68 g/cc =6.66 kN/m³ σp’=2.7 kg/cm² P=5619.248 kN -4.00 m -5.63 m Lapisan 3 γ sat =1.69 γ’1=1.69-1=0.69 g/cc = 6.76 kN/m³ σp’=2.7 kg/cm² -10 m Lapisan 4 γ sat =1.58 γ’1=1.58-1=0.58 g/cc= 5.68 kN/m³ σp’=2.7 kg/cm² -14 m IV-35 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Nilai modulus elastisitas E = 2.5xqc (qc dari data sondir kedalaman 5,6 m) qc=20 kg/cm² E = 2.5 Qc =2.5x20 = 50 kg/cm²= 4903 kN/m² Perhitungan tegangan pada telapak pondasi Δσ = q beban – q’ = 5619.248/(9.35x13.35) – (6.66x4 + 6.76x1.63) = 7.359 kN/m² Penurunan lapisan lempung pada kedalaman -4.00 ~ 10.00 L/B = 13.35/9.35 = 1.427 A1 =0.15 Df/B = 5.63/9.35 = 0.621 A2=0.95 H/B =4.37/9.35 = 0.467 Se 1 = 0.15x0.95x = 0.002 m Penurunan lapisan lempung pada kedalaman -10.00 ~ 14.00 L/B = 13.35/9.35 = 1.427 A1 =0.30 Df/B = 5.63/9.35 A2=0.95 = 0.621 IV-36 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa H/B =8.37/9.35 = 0.895 Se 2= 0.3x0.95x = 0.004 m Se total = 0.002 + 0.004 =0.006 m= 0.6 cm b) PENURUNAN KONSOLIDASI Perhitungan penurunan konsolidasi berdasarkan jenis tanah menggunakan rumus: Tanah NC clay : ( ) ( ) Tanah OC clay: Jika : σo’+Δσ’≤ σp’ maka Jika : σo’+Δσ’≥ σp’ maka ( Dimana : ) ( ) Sc = penurunan konsolidasi pada tanah lempung Cc = indeks pemampatan Cr = indeks pemampatan kembali H = tebal lapisan tanah yang terkonsolidasi (m) IV-37 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa eo = angka pori awal o = tekanan overbudden awal sebelum dibebani (kN/m2) = penambahan tegangan akibat beban pondasi (kN/m2) Dalam penurunan konsolidasi ditinjau 2 lapisan tanah -1.85 m P=5619.248 kN -4.00 m -5.63 m σo'1 Lapisan 1 & 2 γ =1.22 γ sat =1.68 γ’1=1.68-1=0.68 σp’=2.7 kg/cm² Lapisan 3 γ sat =1.69 γ’1=1.69-1=0.69 σp’=2.7 kg/cm² cr = 0.077 eo = 1.01 cc = 0.621 cr = 0.071 eo = 1.11 cc = 0.313 -10 m Lapisan 4 γ sat =1.58 γ’1=1.58-1=0.58 σp’=2.7 kg/cm² σo'2 cr = 0.098 eo = 1.41 cc = 0.541 -14 m Lapisan tanah 3 (4-10 m) σp’ =2.7 kg/cm² = 264.787 kN/m² Tegangan vertikal efektif sebelum pembebanan σo1’ =(1.85x1.22)+(2.15x0.68)+(0.69x(1/2x4.37+1.63) =6.351 =622.839 kN/m² Jenis konsolidasi tanah OCR= σp’/ σo’= 264,787 / 622.839 =0,425 ≤1 → NC clay Tekanan luar akibat beban yang bekerja pada elevasi ini 1=P/A1 =5619.248 / (9.35+2.185)x(13.35+2.185) = 31.358 kN/m² IV-38 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Maka dipakai rumus normally consolidated: ( ) ( ) Sc1 = 0.313x2.07 log 1.050=0.014 m =1,4 cm Lapisan tanah 4 (10-14 m) σp’ =2.7 kg/cm² = 264.787 kN/m² Tegangan vertikal efektif sebelum pembebanan σo2’ =(1.85x1.22)+(2.15x0.68)+(0.69x6)+(0.58x4/2) =9.019 =884.488 kN/m² Jenis konsolidasi tanah OCR= σp’/ σo’= 264,787 / 884.488 =0.299≤1 → NC clay Tekanan luar akibat beban yang bekerja pada elevasi ini 2=P/A1 =5115.21 / (9.35+4.185)x(13.35+4.185) = 23.676 kN/m² Maka dipakai rumus normally consolidated: ( ) ( ) Sc2 = 0.541x1.659 log 1.026=0.010 m = 0.1 cm Sc total =1.4 +0.1 = 1.5 cm IV-39 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Batas penurunan izin untuk pondasi rakit 75-300 mm Penurunan total St =Se+Sc = 0.6+1.5 = 2.1 cm Jadi penurunan izin masih masuk yaitu 21 mm < 75 mm…….. (ok) 4.6.2 PERHITUNGAN WAKTU KONSOLIDASI Dalam waktu konsolidasi ditinjau lapisan tanah -1.85 m St = 2.1 cm Lapisan 1&2 ( SP) e =1.010 sr = 90.69 n=0.500 -4.00 m -5.63 m Hdr =Hc -10 m Lapisan 3 (medium clay) e = 1.110 sr =97.41 n=0.530 cv=0,00009 cm/det Lapisan 4 (soft clay) e = 1.410 sr =96.03 n=0.580 -14 m Dikarenakan angka porositas lapisan 2 n=0.500, lapisan 3 n=0.530 sedangkan lapisan 4 n=0.580, makan kemungkinan air mengalir lebih banyak mengarah pada lapisan 4, sehingga nilai Hdr=Hc St =2.1 cm U=2.1 / 100 =0,021 =2.1 % Nilai u dalam tabel faktor waktu dan derajat konsolidasi U 0 → TV =0 ; U10 → TV=0,008 Maka untuk mencari nilai TV 2.1% dengan cara interpolasi IV-40 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa TV =(2.1/10)x0,008 =0,0016 Sehingga waktu penurunan konsolidasi adalah Jadi lamanya penurunan 2.4 bulan (1 tahun 365 hari =60x60x24x35=31.536.000 detik) 4.6.3 PENGARUH MUKA AIR TANAH / GAYA UPLIFT Asumsi perhitungan gaya uplift, data tanah yang ditunjau menggunakan lapisan data tanah lapisan 3 Berat sendiri pondasi Q= 5619.248 kN -1.85 m -4.00 m -5.63 m Lapisan 3 γ sat = 1.69 g/cc =16.579 kN/m² C=0.071 kg/cm² Θ=24.09 -10 m df Z P IV-41 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Sesuai dengan hokum buoyancy yang berbunyi : Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan. Maka perhitungan gaya uplift adalah: Up = H x B x γw x Df Dimana : H = Panjang telapak pondasi B = Lebar telapak pondasi γw = berat jenis air Df = kedalaman muka air tanah ke dasar pondasi Jadi perhitungan gaya uplift menjadi Up = 13.35x9.35x 9.81x 3.78 = 4628.643 kN Beban titik berat uplift UP2 = 1/2xUp =1/2x4628.643 =2314.321 kN/m² Lokasi titik resultant uplift Nilai z = (1/2314.321) x (2314.321x1/3x9.35) = 3.116 m Maka momen maksimum yang bekerja pada pondasi adalah IV-42 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa M max = -P.z + Q.1/2.L² = (-2314.321x3.116) + (5619.248x ½ x9.35) = -7211.424 + 26269.984=19058.984 kN Dikerenakan gaya uplift yang bekerja masih lebih kecil dari beban pit dalam kondisi kosong maka aman terhadap potensi uplift & guling (hasil momen +) 4.6.4 STABILITAS TERHADAP GAYA GULING 0.3 m 0.5 m 3 1 Pv=0 5.63 m Ph=Pa c’=0.071 kg/cm² =7.16 kN/m² 𝚹=24.09ᵒ 0.6 m C 2 9.35 m 0.25 m Tekanan tanah leteral aktif persatuan panjang dinding adalah Pa = tekanan tanah letaral aktif Pae = tekanan tanah letaral aktif akibat gempa PA =Pa +Pae = 68.209 + 42.097 =110.306 kN/m Ph = PA cos α =110.306 cos 0 = 110.306 kN/m IV-43 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Faktor keamanan terhadap gaya guling Fs guling = Momen gaya yang menyebabkan guling pada titik C 𝞢Mo = Ph x 𝞢Mo = 110.306 x = 207.008 kN Perhitungan momen penahan 𝞢Mr (γ beton =23.58 KN/m³) Penampang Δ (1) Penampang (2) 1 2.665 2 5.61 3 1.257 Berat / sat panjang dinding (3) = γ x 2 62.840 132.284 29.652 𝞢V=224.776 Lengan momen (4) 8.85 4.675 9.225 Momen terhadap titik C (5)= 4 x 3 556.141 618.427 273.540 𝞢Mr = 1448.108 Faktor keamanan terhadap gaya guling Fs guling = Fs guling = = 6.995 > 2…………….OK IV-44 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.6.5 STABILITAS TERHADAP GAYA GESER Dalam perhitungan tekanan tanah pasif didapatkan Pp = 830.315 kN Fs geser = ( ) (k1 & k2 berkisar 1/2 sampai 2/3) Maka perhitungan menjadi ( Fs geser = Fs geser = ) ( ) = 8.518 >1.5…………OK 4.6.6 STABILITAS TERHADAP DAYA DUKUNG RESUME DAYA DUKUNG PONDASI DANGKAL Terzaghi Mayerhoff Hansen Qu (kN/m²) 148.131 163.352 273.424 Qall (kN/m²) 49.377 54.451 79.141 *Q all dipakai safety faktor = 3 Dari kombinasi pembebanan didapatkan beban sebesar 5619.248 kN, diasumsikan beban merata karena konstruksi berupa raft foundation, maka beban izin / m² adalah P all = 5619,248 / (9.35x13,35) = 45.018 kN/m² Beban pondasi lebih kecil dari pada daya dukung pondasi, maka tanah masih stabil untuk menerima beban yang bekerja dari pondasi. IV-45 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa 4.6.7 PERIKSA KEKAKUAN PLAT PONDASI OPEN DRAIN PIT Menurut SK SNI T-15-1991-03 batas lendutan maksimum adalah 1/480 bentang yang terjadi akibat beban merata (Timoshenkok, 1998) adalah: ( ) Dimana : 𝜹 : Lendutan yang terjadi α : Koefisien lendutan Pult : Beban ultimate μ : Nilai poison ratio D : Momen akibat lentur untuk plat Ec : Modulus elastisitas beton H : Tebal plat B : Lebar plat Diketahui : Pult : 45.018 kN/m² Ec : 4700√28= 24870.062 MPa = 24870062 kN/m² μ : 0.3 (nilai poison ratio untuk tanah lempung) H : 0.6 m B : 9.35 m IV-46 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Batas lendut maksimum berdasar SK SNI T-15-1991-03 tabel 3.2.5 (b) batasan lendutan maksimum adalah 1/480 bentang maka 𝜹 mak = Perhitungan momen lentur untuk plat ( ) Perhitungan lendutan yang terjadi < ………OK Dengan ketebalan 0.6 m pondasi aman terhadap lendutan, sehingga pondasi mampu menahan beban ultimate yang bekerja Tabel 4.2 Resume stabilitas pondasi STABILITAS Guling Geser Daya dukung Lendutan SAFETY FAKTOR IJIN SAFETY FAKTOR PONDASI 2 6,995 1,5 8,518 45.018 kN/m² 49.377 kN/m² (SF 3) 0,0019 m 0,019 m IV-47 http://digilib.mercubuana.ac.id/ Bab IV Perhitungan dan Analisa Jika ditinjau dari segi prosentase pengembangan tanah dan derajat kejenuhan maka pengembangan tanah ekpansif masih aman terhadap stabilitas pondasi. Dengan prosentasi pengembangan tanah dari kolerasi tabel maka potensi pengembangan tanah sebanyak. 6,7 % 97.41 % Gambar 4.5 Korelasi pengembangan tanah dan derajat kejenuhan Diambil data derajat kejenuhan pada tanah lapisan 3 dengan derajat kejenuhan sebesar 97,41 % diperkirakan potensi pengembangan tanah sebanyak 6,7%. IV-48 http://digilib.mercubuana.ac.id/