studi pengaruh beberapa variasi batas cair tanah lempung pada
advertisement
STUDI PENGARUH BEBERAPA VARIASI BATAS CAIR TANAH LEMPUNG PADA PONDASI DANGKAL DENGAN PEMBEBANAN DINAMIS ZONA GEMPA INDONESIA 4, 5, 6 (DENGAN MENGGUNAKAN UJI MODEL DI LABORATORIUM) Trihanyndio Rendy Satrya (Mhs S2 Geoteknik FTSP ITS) DR. Ir. Ria Asih Aryani Soemitro, M Eng (Dosen Pembimbing) Email: [email protected] ABSTRAK Kondisi dan letak geologis Indonesia menyebabkan banyak terjadinya gempa bumi di Indonesia, kejadian gempa bumi itu ditambah dengan banyaknya konstruksi pendukung bangunan-bangunan di Indonesia yang sebagian besar menggunakan pondasi dangkal yang belum tentu dapat menahan beban dinamis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh kombinasi pembebanan statis vertikal dan pembebanan dinamis zona gempa Indonesia 4, 5 dan 6 terhadap penurunan tanah pondasi dangkal dan parameter-parameter dasar serta kuat geser tanah. Pengujian akan dilakukan pada tanah lempung jenuh dengan LL sebesar 20 %, 40 %, 60 % dan 80 % dengan kadar air dan kepadatan inisial tanah yang ditentukan berdasarkan prosentase dari hasil uji proctor standar. Penelitian ini dilakukan di laboratorium dengan menggunakan boks getar berukuran 50 cm x 50 cm x 35 cm yang telah dirancang sedemikian sehingga dapat memodelkan percepatan gempa Indonesia zona 4, 5 dan 6, sedangkan permodelan pondasi dangkal berbentuk lingkaran berdiameter 4,88 cm. Pembebanan arah vertikal pondasi dangkal dilakukan secara bertahap sampai terjadi keruntuhan tanah di bawah pondasi dan untuk mengetahui penurunan tanah yang terjadi, boks getar ini dilengkapi dengan sensor penurunan. Pemilihan zona gempa 4, 5 dan 6 ini didasarkan pada besarnya percepatan gempa dan sebagian besar wilayah di Indonesia yang memiliki zonifikasi gempa tersebut. Dari analisa hasil percobaan pembebanan dinamis setiap zone gempa dapat diperkirakan bahwa penurunan tanah lempung dengan LL (batas cair) yang tinggi lebih kecil apabila dibandingkan dengan penurunan tanah lempung dengan LL (batas cair) yang rendah. Apabila ditinjau dari faktor SF (perbandingan antara beban batas dengan beban yang diberikan), pada tanah LL 80 % dan zone gempa 6 penurunan tanah lempung terbesar (165 mm) terjadi pada saat SF 1.38, pada tanah LL 60 % terjadi pada saat SF 1.6, pada tanah LL 40 % terjadi pada saat SF 2 dan pada tanah LL 20 % terjadi pada saat SF 4.33. Pada tanah LL 80 % dan zone gempa 4 penurunan tanah lempung terbesar (140 mm) terjadi pada saat SF 1.7, pada tanah LL 60 % terjadi pada saat SF 2, pada tanah LL 40 % terjadi pada saat SF 2 dan pada tanah LL 20 % terjadi pada saat SF 4.33. Kata kunci: beban dinamis, tanah lempung jenuh, batas cair, pondasi dangkal, zone gempa Indonesia. 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sebagaimana yang telah kita ketahui bersama bahwa Indonesia terletak di antara 2 (dua) lempeng patahan yaitu lempeng Eurasia dan lempeng Australia. Lempenglempeng ini selalu bergerak aktif dan pada ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-39 bagian perbatasan antar lempeng tersebut terdapat 3 (tiga) macam interaksi, yaitu saling menjauh (divergent margins), saling mendekat (convergent margins) atau saling melewati dengan menggeser (transform margins). Pergerakan lempeng inilah yang menyebabkan banyak terjadinya gempa bumi di Indonesia khususnya pada daerah Studi Pengaruh Beberapa Variasi Batas Cair Tanah Lempung Pada Pondasi Dangkal Dengan Pembebanan Dinamis Zona Gempa Indonesia 4, 5, 6 perbatasan antara lempeng Erurasia dan Australia. Gelombang permukaan yang dihasilkan oleh gempa bumi khususnya gelombang Rayleigh memiliki amplitudo yang tinggi dan periode yang panjang sehingga keberadaan gelombang ini semakin membahayakan struktur bangunan. Kerusakan akibat bencana alam tersebut ditambah dengan banyaknya konstruksi pendukung bangunan-bangunan di Indonesia yang sebagian besar menggunakan pondasi dangkal yang belum tentu dapat menahan beban dinamis. Untuk meninjau variasi perubahan deformasi aksial (ε1) akibat beban dinamis yang terjadi, diperlukan suatu variasi perubahan parameter siklik seperti Amplitudo (A), Frekuensi (f) dan jumlah siklik (N). Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Doanh, T. (1984) pada material bendungan Matemale (benda uji CU) menggambarkan bahwa peningkatan amplitudo (A) dan jumlah siklik (N) akan memperbesar deformasi aksial (ε1)-nya. Sedangkan apabila frekuensi diperbesar, deformasi aksial (ε1)nya akan menurun, hal ini terjadi karena frekuensi yang besar mempunyai perilaku yang sama dengan pembebanan statis. Kemampuan daya dukung tanah berhubungan dengan kekuatan geser tanah. Untuk pondasi di atas tanah lunak kekuatan geser undrained memegang peranan penting karena karena tanah lempung lunak mempunyai permeabilitas yang rendah. Penurunan yang terjadi disebabkan oleh berubahnya susunan partikel-partikel tanah maupun oleh berkurangnya angka pori di dalam tanah tersebut. Pada tanah lempung khususnya tanah lempung ekspansif, komposisi lempung dan air mempunyai peranan besar dalam kekuatan geser tanah, yang menyebabkan terjadinya beda penurunan setempat. Pada tanah ekspansif yang telah mengalami deformasi akibat pengembangan dan penyusutan, beban dinamis seperti gempa bumi, akan semakin menambah ketidakstabilan pondasi dangkal. Untuk mengatasi masalah ini sangat diperlukan pengetahuan tentang analisa beban dinamis yang bekerja pada suatu pondasi dan analisa pengaruh beban dinamis terhadap ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-40 perubahan parameter-parameter dasar dan kuat geser tanah. Penelitian ini akan mempelajari mengenai pengaruh kombinasi pembebanan statis vertikal dan pembebanan dinamis zona gempa Indonesia 4, 5 dan 6 terhadap penurunan tanah pondasi dangkal dan pengaruhnya terhadap parameter-parameter dasar serta kuat geser tanah. Untuk memodelkan tanah ekspansif, pengujian akan dilakukan pada tanah lempung jenuh dengan LL sebesar 20 %, 40 %, 60 % dan 80 % dengan kadar air dan kepadatan inisial tanah yang ditentukan berdasarkan prosentase dari hasil uji proctor standar. Pemilihan zona gempa 4, 5 dan 6 ini didasarkan pada besarnya percepatan gempa dan sebagian besar wilayah di Indonesia yang memiliki zonifikasi gempa tersebut. Pengaruh pembebanan dinamis terhadap parameter dasar dan kuat geser tanah dapat diketahui dengan menggunakan triaksial statis. Manfaat dari penelitian ini secara langsung adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pembebanan dinamis terhadap parameter-parameter dasar, kuat geser tanah dengan variasi batas cair tanah lempung dan juga dapat diketahui tentang pengaruh beban dinamis terhadap stabilitas pondasi dangkal. Secara tidak langsung, penelitian ini dapat memberikan kesempatan bagi para peneliti selanjutnya untuk meneliti suatu permasalahan misalnya kestabilan lereng akibat pembebanan dinamis. 1.2. Permasalahan Masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini mencakup beberapa hal sebagai berikut : 1. Bagaimana pengaruh pembebanan statis vertikal pondasi dangkal terhadap penurunan tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? 2. Bagaimana pengaruh pembebanan statis vertikal pondasi dangkal terhadap parameter dasar dan kuat geser tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? 3. Bagaimana pengaruh pembebanan statis vertikal dan dinamis pondasi dangkal zona 4, 5 dan 6 terhadap penurunan Trihanyndio Rendy Satrya, Ria Asih Aryani Soemitro 4. 5. tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? Bagaimana pengaruh pembebanan statis vertikal dan dinamis pondasi dangkal zona 4, 5 dan 6 terhadap parameter dasar dan kuat geser tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? Bagaimana hasil perbandingan analisa pembebanan dinamis dengan menggunakan program Bantu Plaxis v 8.0 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan utama dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh kombinasi pembebanan statis vertikal dan pembebanan dinamis zona gempa Indonesia 4, 5 dan 6 terhadap penurunan tanah pondasi dangkal dan pengaruhnya terhadap parameterparameter dasar serta kuat geser tanah. Secara detail, tujuan-tujuan yang diharapkan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh pembebanan statis vertikal pondasi dangkal terhadap penurunan tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? 2. Mengetahui pengaruh pembebanan statis vertikal pondasi dangkal terhadap parameter dasar dan kuat geser tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? 3. Mengetahui pengaruh pembebanan statis vertikal dan dinamis pondasi dangkal zona 4, 5 dan 6 terhadap penurunan tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? 4. Mengetahui pengaruh pembebanan statis vertikal dan dinamis pondasi dangkal zona 4, 5 dan 6 terhadap parameter dasar dan kuat geser tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% ? 5. Mengetahui hasil perbandingan analisa pembebanan dinamis dengan menggunakan program Bantu Plaxis v 8.0 ? 1.4. Batasan Masalah 1. Tanah yang digunakan adalah campuran antara bentonite, pasir dan air sebagai tanah lempung jenuh 2. Tanah lempung yang digunakan merupakan campuran bentonite + pasir ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-41 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. + air dengan LL 20 %, 40%, 60% dan 100 % Kepadatan dan kadar air inisial tanah ditentukan berdasarkan prosentase dari hasil uji proctor standar Tidak membahas liquefaction Pemberian beban statis vertikal sebesar beban batas tertentu yang diasumsikan sebagai beban runtuh Pemberian percepatan beban gempa zone 4 sebesar 8,33 m/s2 ; zone 5 sebesar 8,82 m/s2 ; zone 6 sebesar 9,31 m/s2 Beban gempa diberikan selama 15 detik Pembebanan arah vertikal pondasi dangkal dilakukan secara bertahap sampai terjadi keruntuhan tanah di bawah pondasi. Untuk mengetahui penurunan tanah yang terjadi, boks getar ini dilengkapi dengan sensor penurunan. Pengukuran penurunan tanah pada boks permodelan dilakukan pada tanah di bawah pusat pondasi Pembebanan statis vertikal dan dinamis zone 4, 5 dan 6 dilakukan di dalam boks getar berukuran 50 cm x 50 cm x 35 cm yang dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Teknik Sipil, ITS, Surabaya 1.5. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini secara langsung adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kombinasi pembebanan statis vertikal dan dinamis zona 4, 5 dan 6 terhadap parameter-parameter dasar dan kuat geser tanah dengan variasi batas cair tanah 20%, 40%, 60% dan 80% dan juga dapat diketahui tentang pengaruh kombinasi pembebanan statis vertikal dan dinamis terhadap stabilitas pondasi dangkal. Secara tidak langsung, penelitian ini dapat memberikan kesempatan bagi para peneliti selanjutnya untuk meneliti suatu permasalahan misalnya kestabilan lereng akibat pembebanan dinamis. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Keruntuhan daya dukung pondasi dangkal akibat beban dinamis Dari dokumentasi kasus – kasus keruntuhan daya dukung selama gempa [1] didapat tiga Studi Pengaruh Beberapa Variasi Batas Cair Tanah Lempung Pada Pondasi Dangkal Dengan Pembebanan Dinamis Zona Gempa Indonesia 4, 5, 6 factor yang menjadi sebab terjadinya keruntuhan. Faktor – faktor ini dapat bekerja sendiri maupun bersama – sama. Faktor – faktor tersebut adalah: 1. Tegangan geser tanah : Masalah yang biasa terjadi adalah hilangnya kuat geser tanah selama gempa terjadi karena adanya liquefaction atau kehilangan gaya geser untuk lempung sensitif. 2. Beban struktural : Masalah yang biasa terjadi adalah beban yang terjadi selama gempa lebih besar dari besar beban rencana. Kondisi ini terjadi bila gempa menyebabkan rocking pada struktur atas. Akibat rocking pada struktur atas tersebut timbul momen guling yang berpengaruh sebagai gaya siklik vertikal pada pondasi. 3. Perubahan Pada Kondisi Lapangan : Kondisi lapangan yang berubah – ubah dapat mengakibatkan keruntuhan daya dukung. Sebagai contoh, bila muka air tanah naik, maka potensi terjadinya liquefaction meningkat. 2.2. Persamaan daya dukung pondasi dangkal akibat beban dinamis Seringkali sulit ditentukan besarnya pengaruh gaya gempa terhadap penurunan pondasi pada tanah kohesif dan tanah organic [1]. Salah satu pendekatan adalah dengan meyakinkan bahwa pondasi yang dibuat memiliki tingkat keamanan yang cukup untuk mengatasi keruntuhan daya dukung. Untuk melakukan analisa daya dukung dapat digunakan Total Stress Analysis dengan mengasumsikan c = su. Untuk keadaan gaya geser undrained yang relatif konstan, dibandingkan dengan kedalaman di bawah pondasi, daya dukung ultimit dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: Pondasi setempat : Qult = cNc = 5.5 Su .............................(1) Pondasi menerus : B Qult = cNc 1 + 0.3 = suNc 1 + 0.3 B )...(2) L L ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-42 2.3. Peraturan SNI 03-1726-2002 mengenai Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung Berikut ini adalah pasal-pasal yang terdapat dalam peraturan SNI 03-1726-2002 [3], pasal-pasal ini kemudian digunakan sebagai pedoman perhitungan beban dinamis. 2.3.1. Jenis tanah dan perambatan gelombang gempa 2.3.1.1. Kecuali bila lapisan tanah di atas batuan dasar memenuhi syarat-syarat yang ditetapkan dalam pasal 2.3.1.3., pengaruh gempa rencana di muka tanah harus ditentukan hasil analisis perambatan gelombang gempa dari kedalaman batuan dasar ke muka tanah dengan menggunakan gerakan gempa masukan dengan percepatan puncak untuk batuan dasar menurut Tabel 1 Akselerogram gempa masukan yang ditinjau dalam analisis ini, harus diambil dari rekaman gerakan tanah akibat gempa yang didapat di suatu lokasi yang mirip kondisi geologi, topografi dan seismotektoniknya dengan lokasi tempat struktur gedung yang ditinjau berada. Untuk mengurangi ketidakpastian mengenai kondisi lokasi ini, paling sedikit harus ditinjau 4 buah akselerogram dari 4 gempa yang berbeda, salah satunya harus diambil gempa El Centro N-S yang telah direkam pada tanggal 15 Mei 1940 di California. 2.3.1.2. Batuan dasar adalah lapisan batuan di bawah muka tanah yang memiliki nilai hasil test Penetrasi Standar N paling rendah 60 dan tidak ada lapisan batuan lain di bawahnya yang memiliki nilai hasil Test Penetrasi Standar yang kurang dari itu, atau yang memiliki kecepatan rambat gelombang geser VS yang mencapai 750 m/detik dan tidak ada lapisan batuan lain di bawahnya yang memiliki nilai kecepatan rambat gelombang geser yang kurang dari itu. 2.3.1.3. Jenis tanah ditetapkan sebagai tanah keras, tanh sedang dan tanah lunak, apabila untuk lapisan setebal maksimum 30 m paling atas dipenuhi syarat-syarat yang tercantum dalam tabel 1. Trihanyndio Rendy Satrya, Ria Asih Aryani Soemitro Tabel 1. Jenis-jenis tanah dan parameter dinamisnya Dalam tabel 1. VS, N dan Su adalah nilai rata-rata berbobot besaran itu dengan tebal lapisan tanah sebagai besaran pembobotnya yang harus dihitung menurut persamaanpersamaan sebagai berikut : ∑ t .................(3) V = ∑ t /V ∑ t ..................(4) N= ∑ t / Ni ∑ t .................(5) Su = ∑ t / Sui m i =1 i S m i =1 i SI m i =1 i PI lebih dari 75 dan ketebalan lebih dari 10 m, lapisan lempung dengan 25 kPa < Su < 50 kPa dan ketebalan lebih dari 30 m. Untuk jenis tanah khusus percepatan puncak muka tanah harus ditentukan dari hasil analisis perambatan gelombang gempa menurut pasal 2.3.1.1. 2.3.2. Spektrum respons dan pembagian wilayah gempa 2.3.2.1. Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 wilayah gempa seperti ditunjukkan dalam gambar 1, di mana wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan atas percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan perioda ulang 500 tahun, yang nilai rata-ratanya untuk setiap wilayah gempa ditetapkan dalam gambar 1 dan Tabel 2. Tabel 2. Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing – masing Wilayah Gempa Indonesia m i =1 i m i =1 i m i =1 i dimana : ti = tebal lapisan tanah ke-i VSI = kecepatan rambat gelombang geser melalui lapisan tanah ke-i, N, nilai hasil Test Penetrasi Standar lapisan tanah ke-i, Sui = kuat geser niralir lapisan tanah ke-i dan m adalah jumlah lapisan tanah yang ada di atas batuan dasar. Selanjutnya, dalam tabel 1. PI = Indeks Plastisitas tanah lempung Wn = kadar air alami tanah dan Su = kuat geser niralir lapisan tanah yang ditinjau 2.3.1.4. Yang dimaksud dengan jenis tanah khusus dalam tabel 1 adalah jenis tanah yang tidak memenuhi syarat-syarat yang tercantum dalam tabel tersebut. Di samping itu, yang termasuk dalam jenis tanah khusus adalah juga tanah yang memiliki potensi likuifaksi yang tinggi, lempung sangat peka, pasir yang tersementasi rendah yang rapuh, tanah gambut, tanah dengan kandungan bahan organik yang tinggi dengan ketebalan lebih dari 3 m, lempung sangat lunak dengan ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-43 Perce patan puncak batuan dasar (‘g’) Wila yah Gem pa 1 0,03 Percepatan puncak muka tanah Ao (‘g’) Tanah Tanah Tanah Tanah Keras Sedang Lunak Khusus 0,04 0,05 0,08 0,20 2 0,10 0,12 0,15 3 0,15 0,18 0,23 4 0,20 0,24 0,28 5 0,25 0,28 0,32 Diperluk an evaluasi 0,30 khusus di 0,34 setiap lokasi 0,36 6 0,30 0,33 0,36 0,38 2.3.2.2. Apabila percepatan puncak muka tanah Ao tidak didapat dari hasil analisis perambatan gelombang seperti disebut dalam pasal 2.3.1.1., percepatan puncak muka tanah tersebut untuk masing-masing wilayah gempa dan untuk masing-masing jenis tanah ditetapkan dalam tabel 2. 2.3.2.3. Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah Ao untuk wilayah gempa 1 yang ditetapkan dalam gambar 1 dan Tabel 2 ditetapkan juga sebagai percepatan minimum yang harus diperhitungkan dalam perencanaan struktur gedung untuk menjamin kekekaran Studi Pengaruh Beberapa Variasi Batas Cair Tanah Lempung Pada Pondasi Dangkal Dengan Pembebanan Dinamis Zona Gempa Indonesia 4, 5, 6 (robustness) minimum dari struktur gedung tersebut. sedang dan tanah lunak, maka dengan memperhatikan pasal 2.3.2.4. dan pasal 2.3.2.5., faktor respons gempa C ditentukan oleh persamaan-persamaan sebagai berikut : - untuk T ≤ TC : C = Am ..............................(7) - untuk T > TC : C= Gambar 1. Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun 2.3.2.4. Untuk menentukan pengaruh gempa rencana pada struktur gedung, yaitu berupa beban geser dasar nominal statik ekuivalen pada struktur beraturan menurut pasal 6.1.2., gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik ragam pertama pada struktur gedung tidak beraturan menurut pasal 7.1.3. dan gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik seluruh ragam yang berpartisipasi pada struktur gedung tidak beraturan menurut pasal 7.2.1., untuk masing-masing wilayah gempa ditetapkan Spektrum Respons Gempa. Dalam gambar tersebut C adalah faktor respons gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi dan T adalah waktu getar alami struktur gedung dinyatakan dalam detik. Untuk T = 0 nilai C tersebut menjadi sama dengan Ao, di mana Ao merupakan percepatan puncak muka tanah menurut Tabel 2. 2.3.2.5. Mengingat pada kisaran waktu getar alami pendek 0 ≤ T ≤ 0,2 detik terdapat ketidakpastian, baik dalam karakteristik gerakan tanah maupun dalam tingkat daktilitas strukturnya, faktor respons gempa C menurut Spektrum Respons Gempa Rencana yang ditetapkan dalam pasal 2.3.2.4., dalam kisaran waktu getar alami pendek tersebut, nilainya tidak diambil kurang dari nilai maksimumnya untuk jenis tanah yang bersangkutan. 2.3.2.6. Dengan menetapkan percepatan respons maksimum Am sebesar Am = 2,5. Ao .....................(10) Dan waktu getar alami sudut TC sebesar 0,5 detik ; 0,6 detik dan 1,0 detik untuk jenis tanah berturut-turut tanah keras, tanah ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-44 Ar T .....................(8) dengan Ar = Am . TC ..........................(9) Dalam tabel 3, nilai-nilai Am dan Ar dicantumkan untuk masing-masing wilayah gempa dan masing-masing jenis tanah. Tabel 3. Spektrum respons gempa rencana 2.4. Konsistensi tanah lempung Tanah lempung aluvial secara geografis merupakan endapan yang baru, yang terdiri dari material lanau dan lempung di daerah sekitar sungai dan muara. Tanah ini termasuk terkonsolidasi normal. Pada awal tahun 1900, Atterberg mengembangkan suatu metoda untuk menjelaskan konsistensi tanah halus pada kadar air yang bervariasi. Bilamana kadar airnya sangat tinggi, campuran air dan tanah akan menjadi sangat lembek seperti cairan, sehingga akan menyebabkan berkurangnya kuat geser tanah. Oleh karena itu, atas dasar air yang dikandung, Atterberg membuat batasan-batasan yaitu: batas susut (shrinkage limit), batas plastis (plastic limit) dan batas cair (liquid limit). Casagrande (1932) telah menyimpulkan bahwa tiap pukulan dari alat uji batas cair adalah bersesuaian dengan tegangan geser tanah sebesar kira-kira 1 g/cm2, oleh karena itu batas cair dari tanah berbutir halus (N = 25 pukulan) adalah kadar air di mana tegangan geser tanahnya adalah kira-kira 25 g/cm2. Trihanyndio Rendy Satrya, Ria Asih Aryani Soemitro Dalam pekerjaan pondasi, terdapat tiga nilai kadar air yang memberikan indikasi yang sangat berguna untuk memperkirakan perilaku tanah berbutir halus, yaitu kadar air (w) di tempat pekerjaan pondasi dan dua batas konsistensi yaitu batas cair (LL) dan batas plastis (PL) karena hal ini memberikan sesuatu yang penting dalam kaitannya dengan stabilitas tanah. Konsistensi tanah lempung tidak terganggu dari lapangan dapat dikaitkan dengan nilai kuat geser tekan bebas (qu). Peck dkk. 1953 (Tabel 4) menyajikan hubungan antara konsistensi, identifikasi dan nilai qu yang diperoleh dari pengujian kuat geser tekan bebas (unconfining pressure). Nilai-nilai perkiraan daya dukung aman untuk tanah lempung dapat dilihat pada Tabel 5 Tabel 4. Hubungan antara konsistensi, identifikasi, dan kuat geser tekan bebas Konsistensi Tanah Lempung qu Identifikasi di lapangan (kg/cm2) Dengan mudah ditembus beberapa inci dengan kepalan tangan Dengan mudah ditembus beberapa inci dengan ibu jari Dapat ditembus beberapa inci pada kekuatan sedang dengan ibu jari Melekuk bila ditekan dengan ibu jari, tapi dengan kekuatan besar Melekuk bila ditekan dengan kuku ibu jari Dengan kesulitan, melekuk bila ditekan dengan kuku ibu jari Sangat lunak Lunak Sedang Kaku Sangat kaku Keras < 0,25 0,25-0,5 0,5 - 1,0 1,0 - 4,0 2,0 - 4,0 0.04735 >4 Sumber : Peck dkk, 1953 Tabel 5. Hubungan nilai N, konsistensi tanah dan perkiraan daya dukung aman untuk pondasi pada tanah lempung Konsistensi Sangat lunak Lunak Sedang Kaku Sangat kaku Keras Daya dukung aman (qs) untuk pondasi (kg/cm 2) Bujur sangkar Memanjang N 0 2 2 4 4 8 8 15 15 30 30 3. Pembuatan boks getar 3.1. Permodelan percepatan zona gempa Indonesia 4, 5 dan 6 Untuk memodelkan percepatan gempa Indonesia diperlukan data-data mengenai percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing wilayah gempa Indonesia. Data-data ini telah terdapat pada peraturan SNI 1726 tabel 2. Untuk menentukan percepatan gempa setiap periode waktu yang dibutuhkan, diperlukan perhitungan respons spectra untuk masing-masing jenis tanah yang telah ditetapkan dalam SNI tabel 3. Untuk memodelkan frekuensi zona gempa, diperlukan suatu faktor koreksi dimana faktor ini muncul akibat efisiensi alat, berikut ini adalah daftar faktor koreksi alat : - Motor berkapasitas maksimum 1500 rpm tetapi bekerja efektif pada kecepatan 1425 rpm, sehingga faktor efisiensi sebesar 1425/1500 = 0.95 - Motor mempunyai rasio ½ sehingga faktor reduksi = 0.5 - Gear Box memiliki rasio 1/20 sehingga faktor reduksi = 0.05, tetapi tempat dudukan Fan Belt pada Gear Box mengecil sebesar ½ jari-jari sehingga faktor reduksi Gear Box total = 0.05 x 2 = 0.1 Sehingga apabila ditotal faktor reduksi dari motor ke boks getar adalah 0.95 x 0.5 x 0.1 = 0.04735. Jadi semisal ingin memodelkan frekuensi sebesar 2.3 Hz maka frekuensi 2.3 = yang muncul pada alat sebesar 48.6 Hz Berikut ini adalah tabel permodelan percepatan gempa yang telah disesuaikan dengan percepatan motor : Tabel 6. Tabel percepatan permodelan yang telah disesuaikan dengan kapsaitas motor Para meter a permo delan (m/s2) a alat (m/s2) r perm odela n (m) frek perm odel an (Hz) freku ensi alat (Hz) 4 8.33 8.35 0.04 2.3 48.6 5 8.82 8.6 0.045 2.2 46.49 6 9.31 9.4 0.045 2.3 48.6 0,00 - 0,30 0,00 - 0,22 0,30 - 0,60 0,22 - 0,45 0,60 - 1,20 0,45 - 0,90 1,20 - 2,40 0,90 - 1,80 2,40 - 4,80 4,80 1,80 - 3,60 3,60 Zona Gempa - Sumber : Terzaghi dan Peck, 1948 ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-45 Studi Pengaruh Beberapa Variasi Batas Cair Tanah Lempung Pada Pondasi Dangkal Dengan Pembebanan Dinamis Zona Gempa Indonesia 4, 5, 6 4. METODOLOGI PENELITIAN Tahapan penelitian terlihat pada Gambar 2 berikut. Start Identifikasi parameter bentonite+pasir Pembuatan sample campuran dengan LL = 20,40,60,80%, wi Permodelan kadar air dan kepadatan inisial Wi = % . Wopt proctor γdi = % . γd max proctor Memasukkan campuran tanah ke dalam bak permodelan pondasi dangkal 5.1. Hasil dan analisa perhitungan komposisi tanah uji Untuk memodelkan tanah uji dengan batas cair (LL) sebesar 20 %, 40 %, 60 % dan 80 % dibutuhkan tes Atterberg. Permodelan batas cair (LL) ini dibuat melalui proses pencampuran antara material pasir dengan bentonite, sejumlah komposisi campuran yang terdiri dari pasir dan bentonite ini dibuat untuk dapat memodelkan variasi batas cair (LL) yang akan dilakukan. Perhitungan komposisi ini selanjutnya ditentukan dengan cara mencocokkan kurva regresi antara kadar bentonite dengan LL yang dihasilkan. Berikut adalah tabel dan kurva perhitungan komposisi yang menentukan harga LL. Tabel 7. Tabel hasil pengujian Atterberg dengan berbagai komposisi pasir dan bentonite Pembebanan vertikal Kadar Kadar LL yang Pasir Bentonite dihasilkan (%) (%) (%) Zona Zona Zona 92.81 7.19 30.673 Gempa Gempa Gempa 4 SNI a= 8.33 m/s2 f alat = 2.3 Hz R alat = 4 cm 5 SNI a= 8.82 m/s2 f alat = 2.2 Hz R alat = 4.5 cm 6 SNI a= 9.31 m/s2 f alat = 2.3 Hz R alat = 4.5 cm 83.84 16.16 47.181 74.87 25.13 51.753 65.90 34.10 96.395 Hubungan Kadar Bentonite & LL 100 90 y = 2.249x + 10.069 80 2 R = 0.8593 70 LL (%) Statis 5. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 60 50 40 30 20 1. 2. 3. 4. 10 Penurunan Parameter dasar Parameter kuat geser Hub tegangan-regangan 0 0.00 20.00 30.00 40.00 Kadar Bentonite (%) Gambar 3. Kurva regresi antara kadar bentonite dengan LL yang dihasilkan Dari kurva di atas, dapat diperoleh komposisi bentonite dan pasir sesuai dengan batas cair (LL) yang diinginkan, berikut ini adalah komposisi akhir pasir dan bentonite untuk tanah uji dengan LL 20 %, 40 %, 60 % dan 80 %. Analisa perhitungan pondasi dangkal beban dinamis berupa : 1. Variasi perubahan penurunan 2. Variasi perubahan parameter dasar & kuat geser tanah Gambar 2. Bagan alir penelitian ISBN No. 978-979-18342-0-9 10.00 E-46 Trihanyndio Rendy Satrya, Ria Asih Aryani Soemitro Tabel 8. Tabel perhitungan komposisi pasir dan bentonite untuk 4 variasi LL Komposisi yang dihasilkan : LL yang Kadar Kadar dihasilkan Bentonite Pasir (%) (%) (%) 80 31.09 68.91 60 22.20 77.80 40 13.31 86.69 20 4.42 95.58 5.2. Perhitungan daya dukung tanah dan beban maksimum untuk masingmasing tanah uji Dalam menentukan beban batas yang dapat diterima masing-masing tanah uji dilakukan perhitungan daya dukung terlebih dahulu. Setelah daya dukung ditentukan maka nilai beban batas dianggap sama atau pembulatan ke atas dari hasil daya dukung tersebut. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan rumus dasar : qult = c’ . Nc . ζc + ½ B’. γ’ . N γ. ζ γ + γ’. Df . Nq . ζq (Terzaghi) dimana : c’ = kohesi drained (kg/cm2) B’ = lebar dasar pondasi (m) γ’ = berat volume efektif (t/m3) Df = kedalaman pondasi (m) Koefisien yang lain dicantumkan pada Tabel 9. Tabel 9. Koefisien Terzaghi Kedalaman pondasi Df : 0,00meter Sudut geser dalam tanah : 13.912° Kohesi tanah, Cu : 0,078 kg/cm2 γ saturated : 1,53 t/m3 Lebar dasar pondasi, B : 0,05 meter Berdasarkan Tabel 4.4 diperoleh koefisien sebagai berikut: Nc = 12.051 ζc = 1,3 Nq = 3.988 ζq = 1,0 pondasi lingkaran Nγ = 2.274 ζγ = 0,6 Qult = c . Nc . ζc + ½ B’. γ’ . N γ. ζ γ + γ’. Df . Nq . ζq = 8.146 + 0,018 + 0,000 = 8.2 t/m2 . = 0,82 kg/cm2 Luas Pondasi = 19,635 cm2 Beban Batas = 16 kg . = 20 kg Jadi didapat daya dukung sebesar 0,82 kg/cm2 dan beban batas sebesar 20 kg. 5.3. Perbandingan penurunan pondasi dangkal pada tanah uji LL 80% ditinjau dari kondisi pembebanan Analisa ini bertujuan untuk membandingkan karakteristik tanah uji yang memiliki batas cair tanah sama dan dengan kondisi pembebanan yang berbeda-beda. Beban gempa yang diberikan disini mencakup kombinasi antara beban statis vertikal dan beban gempa Grafik pe nurunan LL 80 % untuk setiap k ondis i pem be banan Prosentase pembebanan (% ) 0 20 40 100 60 0 20 Penurunan (mm) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 A. Daya dukung tanah LL 80% Perhitungan daya dukung tanah LL 80% adalah sebagai berikut: ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-47 Beban statis Zona gempa 4 Zona gempa 5 Zona gempa 6 Gambar 4. Grafik perbandingan penurunan pondasi dangkal versus persentase beban dari beban maksimum pada tanah uji LL 80 % dengan beberapa variasi kondisi pembebanan Studi Pengaruh Beberapa Variasi Batas Cair Tanah Lempung Pada Pondasi Dangkal Dengan Pembebanan Dinamis Zona Gempa Indonesia 4, 5, 6 Pada kondisi beban statis vertikal dan beban 60 % beban maksimum tanah uji LL 80 % mengalami penurunan sebesar 8 mm, pada zona gempa 4 penurunan meningkat hingga 2025 % dari keadaan statis, sedangkan pada zona gempa 5 penurunan sama dengan zona gempa 4 dan pada zona gempa 6 penurunan masih sama. Dapat diperkirakan bahwa tanah uji LL 80 % dapat menahan penurunan maksimum sensor (200 mm) pada saat beban vertikal = 60 % beban maksimum. 5.4. Perbandingan penurunan pondasi dangkal pada tanah uji ditinjau dari berubahnya nilai SF (safety factor) Dalam sub bab ini setiap pemberian beban diasumsikan sama dengan sebuah nilai SF. Sebagai patokan, beban batas 100% dianggap memiliki SF 1 karena antara beban dan daya dukung bernilai sama. Dan semakin kecil beban yang diberikan maka semakin besar SF-nya. Perhitungannya dapat dijabarkan sebagai berikut: Perhitungan SF : Beban 20% = 100% ÷ 20% = 500% = 5 Beban 40 % = 100% ÷ 40% = 250% = 2,5 Beban 60% = 100% ÷ 60% = 167% = 1,67 Beban 80% = 100% ÷ 80% = 125% = 1,25 Beban 100% = 100% ÷ 100% = 100% = 1 5.4.1. Perbandingan penurunan pondasi dangkal pada tanah uji LL 80% ditinjau dari angka keamanan Pada gambar 4, bila ditetapkan peristiwa keruntuhan terjadi saat penurunan mencapai 5 cm maka terlihat bahwa tanah LL 80% saat pembebanan statis vertikal tidak mengalami keruntuhan hingga SF 1.25 . Sedangkan pada saat zona 4,5 dan 6 tanah uji telah mengalami keruntuhan pada SF 5. 6. KESIMPULAN 1. Secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa pada penurunan seluruh zona gempa meningkat bila dibandingkan dengan keadaan statis. Namun apabila penurunan dibandingkan pada setiap zona 4, 5 dan 6 hasilnya tanah uji LL 80% lebih baik dibandingkan dengan yang lain, di mana penurunannya hampir sama setiap zona 4, 5 dan 6 dan bernilai lebih kecil. Apabila dibandingkan dengan tanah uji LL 60 %, tanah uji LL 80 % merupakan komposisi tanah yang lebih baik apabila dibandingkan dengan tanah uji LL 60 %, karena selisih penurunan yang terjadi ISBN No. 978-979-18342-0-9 E-48 saat zona 6 dan beban 20 % beban maksimum sebesar 66 mm. 2. Bila dilihat dari segi Safety Factor, perilaku tanah bila diberi beban statis vertikal dibandingkan dengan bila diberi beban statis vertikal dan gempa adalah berbeda. Pada pembebanan statis vertikal LL 40 % merupakan komposisi yang optimal untuk menahan beban pondasi sementara LL 60 % merupakan komposisi yang tidak optimal karena mempunyai kadar lempung yang tinggi sehingga penurunannya besar. Pada pembebanan kombinasi beban statis vertikal dan gempa zona 6 LL 80 % merupakan komposisi yang optimal untuk menahan beban pondasi sementara LL 20 % merupakan komposisi yang tidak optimal karena mempunyai penurunan yang besar yang disebabkan oleh kurangnya lekatan antar butiran. Untuk tanah LL 40 % dan 60 % memiliki penurunan yang sama pada nilai SF yang sama. Begitu pula dengan besar penurunan tanah yang terjadi bila tanah diberi beban statis vertikal dan gempa lebih besar daripada bila tanah hanya menerima beban statis vertikal saja walaupun berada di jangkauan Safety Factor yang sama. Daftar Pustaka 1. Atkinson, J.H., (1980), Foundations and Slopes, McGraw-Hill Book Company Limited, England. 2. Asmaranto. Runi, (2001), Pengaruh siklus pembasahan-pengeringan berulang terhadap properti dinamik tanah lempung ekspansif tidak jenuh yang distabilisasi dengan fly ash menggunakan alat triaksial siklik, Thesis S2 Jurusan S2 Teknik Sipil bidang keahlian Geoteknik, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. 3. SNI 03-1726-2002, (2002), Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung.
