hand_out mekanika tanah

LAB. MEKANIKA TANAH JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

HAND OUT MEKANIKA TANAH

HANGGORO TRI CAHYO A.

EDISI 2013

Lab. Mekanika Tanah UNNES Semarang | 1

Tanah dan Mekanika Tanah

Ilmu yang mempelajari tentang keseimbangan dan gerakan dari tanah adalah mekanika tanah.

Tanah merupakan material hasil pelapukan batuan, yang setiap gumpalnya mengandung butiran tanah, udara dan air. Seperti halnya material baja maupun beton, tanah juga akan mengalami deformasi, tegangan serta regangan akibat beban luar ataupun berat sendiri tanah. Namun perilaku tanah yang kompleks membuat material properties dan boundary condition tanah tidak dapat terdefinisi secara jelas. Sifat non-linear hubungan tegangan dan regangan, deformasi permanen jika terjadi unloading, serta perilaku tanah yang tergantung waktu seperti lempung merupakan contoh kekomplekkan perilaku tanah. Sehingga banyak asumsi yang dibuat untuk menyederhanakan perilaku tanah dan ketajaman engineering judgement yang didukung pengalaman masa lalu sangat membantu menyelesaikan permasalahan geoteknik.

Pada Gambar 1, agar tanah tidak longsor pada saat untuk penggalian tanah untuk pondasi, maka diperlukan turap sebagai penahan. Dengan memahami prinsip mekanika tanah, kita dapat memprediksi perilaku tanah dan metode konstruksi yang tepat agar desain turap menjadi ekonomis dan stabil.

Memprediksi perilaku tanah, memberikan solusi desain sub-structure dan mengantisipasi kemungkinan terjadinya kegagalan geoteknik merupakan tugas insinyur geoteknik dalam sebuah proyek konstruksi. Permasalahan penurunan tanah pada jalan dan rel kereta api akibat pegaruh berat sendiri dan beban lalu-lintas, atau menentukan beban yang diijinkan untuk sebuah pondasi bangunan merupakan contoh permasalahan yang sering dihadapi. Dan untuk menyelesaikan itu semua, ilmu mekanika tanah merupakan pengetahuan dasar yang harus dikuasai. Diharapkan setelah menempuh mata kuliah mekanika tanah ini, mahasiswa dapat membaca hasil penyelidikan tanah yang disajikan oleh laboratorium mekanika tanah untuk berbagai keperluan di lapangan.

01

MATERI


Gambar 1. Prediksi deformasi dan gaya yang bekerja pada dinding turap, serta arah pergerakan tanah menggunakan metode elemen hingga dengan software PLAXIS.


Tentang Penyelidikan Tanah

You pay for a site investigation whether you have one or not. --Institution of Civil Engineers (1991)--

A. TUJUAN PENYELIDIKAN TANAH

Tujuan umum : 1) Memberikan data yang mewakili kondisi tanah dan relevansi terhadap

pembangunan. 2) Memberikan info kondisi disekitar lokasi yang dikembangkan. Misalnya,

dalam proyek ada alur air hujan. 3) Informasi perlunya bangunan sementara/pendukung, misalnya perlu

tidaknya jembatan sementara atau meninggikan tanah. 4) Alternatif-alternatif bila perlu, misalnya jika ada situs purbakala maka

penyelidikan perlu memberikan alternatif penyelesaiannya.

Tujuan khusus : 1) Menetapkan kesesuaian dari lapangan dan sekitarnya terhadap proyek

yang direncanakan [ideal]. Misalnya untuk proyek pengolahan limbah. 2) Menyajikan data dari beberapa aspek : ekonomi, keamanan dan kehadalan

desain pondasi, pekerjaan tanah/sementara yang diperlukan, pengaruh penggunaan lahan sebelumnya.

3) Menginformasikan kemungkinan terjadinya masalah/kendala pada pelaksanaan akibat kondisi tanah sehingga diperlukan pekerjaan sementara untuk galian, drainasi, jalan ke lokasi (akses) dan lain sebagainya. Misalnya ada kasus muka air tanah (m.a.t) yang tinggi sehingga diperlukan proses dewatering.

4) Memberikan perbandingan metode pelaksanaan /alternatif lokasi. Misalnya: alternatif pondasi yang cocok.

5) Pengaruh perubahan di lapangan akibat pengembangan misalnya reklamasi dan pengeprasan bukit untuk jalan.

02

MATERI


B. LAPORAN PENYELIDIKAN TANAH

Biasanya terdiri atas 2 bagian :

1) Factual dan Descriptive Record a. Deskripsi lapangan : lokasi apa berupa lereng / tepi sungai /di tengah-

tengah bangunan. Deskripsi lapangan digunakan sebagai bahan pertimbangan pelaksanaan.

b. Pekerjaan penyelidikan yang dilakukan. c. Data yang dihasilkan misal : bor log (profil tanah). d. Komentar cara penyelidikan dan kesulitan yang dihadapi di lapangan

Contoh : pelaksanaan pekerjaan pondasi pada tanah pasir berair yang mudah longsor, akan kesulitan pada saat penggalian.

e. Rangkuman kondisi tanah. f. Rangkuman cara pengujian lapangan dan laboratorium serta hasilnya. g. Identifikasi formasi geologi (bila dimungkinkan).

2) Engineering Interpretation a. Jenis pondasi yang sesuai. b. Kapasitas daya dukung tanah/pondasi yang direkomendasikan. c. Kemungkian penurunan yang akan terjadi.

C. TITIK PENGEBORAN DAN SONDIR

C.1. Penentuan Letak dan Banyaknya Titik Bor dan Sondir

Untuk menentukan letak dan banyaknya titik bor dan sondir suatu proyek banyak ditentukan oleh : jenis dan karakteristik sruktur bangunan atas yang direncanakan, keanekaragaman struktur geologi dan kondisi topografi daerah setempat, serta lokasi atau daerah yang dianggap kritis. Intinya adalah kita harus memahami apa masalahnya terlebih dahulu, baru kemudian mengerti apa yang akan kita lakukan untuk mendapatkan solusi. Pedoman penentuan letak dan banyaknya bor dan sodir belum ada acuan yang jelas/pasti, dari berbagai sumber yang pernah kami dapat dapat disimpulkan sebagai berikut :


Gambar 1. Contoh engineering interpretation.

Untuk proyek baru yang luas, untuk survey pendahuluan jarak titik bor dan sondir antara 50 m sampai 150 m satu dengan yang lainnya. Sedangkan pada survey detail penentuan titik-titik bor dan sondir harus dilakukan pada bangunan yang berat dan penting.

Untuk struktur yang besar dengan jarak kolom dekat, tempatkan titik-titik bor dan sondir berjarak 15 25 m, utamakan meletakkan titik bor dan sondir pada kolom yang bebannya berat, lokasi shearwall, lokasi ruang mesin dan sebagainya.

Bangunan Jembatan, tempatkan titik bor dan sondir ditengah/sekitar perletakan pondasi, jika tanah diragukan perlu dilakukan pemboran kearah keliling pondasi. Pada timbunan oprit jembatan yang tinggi dan lebar, minimal dilakukan 1 (satu) titik bor dan sondir.

Tanah Keras

Tanah Lunak

Tanah Lunak

Tanah Keras

Dicurigai terjadi patahan

Longsor Drainase bawah tanah, sebabkan longsor


Bangunan Gedung atau pabrik yang luas dengan beban kolom ringan sampai sedang, penempatan titik bor dan sondir cukup pada ke-empat sudut ditambah satu titik ditengah. Sedangkan untuk beban kolom berat dan daerah pantai perlu ditambah titik sondir dan boring.

Bangunan berat di tepi laut, seperti dry dock yang sudah ditentukan letaknya, letakkan titik bor dan sondir berjarak 15 meter, dan tempatkan titik-titik bor pada daerah kritis dan rawan erosi.

Rencana tembok penahan tanah yang panjang, tempatkan titik bor dan sondir masing-masing berjarak 60 m sepanjang alinyemen dinding, dan tambahkan 2 (dua) titik bor atau 2 (dua) titik sondir diluar rencana dinding pada daerah yang dianggap kritis dan rawan longsor.

Stabilitas lereng galian dalam (deep cut) atau lereng urugan yang tinggi (high embankment), minimal diperlukan 3 (tiga) titik bor pada titik kritis, sehingga dapat diperoleh potongan geologis yang baik untuk dianalisis, perlu diperlukan beberapa potongan geologis yang disesuaikan dengan kondisi geologi setempat.

Perencanaan Bendung atau bendungan, tempatkan titik-titik bor berjarak 60 m sepanjang daerah rencana pondasi, kemudian tambahkan titik-titik bor pada tempat yang kritis, seperti pada rencana spillway, pintu air, terowongan dan sebagainya, sehingga jarak titik bor menjadi 30 m. Rencana dermaga pelabuhan, jetty dan trestle, paling sedikit diperlukan 3 titik bor pada rencana jetty, satu titik bor pada rencana mooring dolphin, dan 2 titik bor yang berjarak 50 sampai 200 m pada rencana trestle.

Meskipun sudah ada acuan tersebut diatas dan sumber-sumber yang lain, penentuan akhir letak dan jumlah titik boring dan sondir tergantung dari tenaga ahli geoteknik yang bersangkutan dan tergantung dari pengalaman yang pernah dilakukan. Namun demikian, pada tahap perencanaan bangunan, kadang kala konsultan perencana masih membatasi biaya penyelidikan tanah dalam prosentase yang kecil dibandingkan nilai proyek fisik bangunan. Prosentase biaya penyelidikan tanah yang kecil terhadap biaya fisik bangunan (kurang dari 1%) merupakan konsep yang kurang benar, penyelidikan tanah haruslah berorientasi nilai kegunaan hasil laporan penyelidikan sesuai dengan kondisi lapangan dan peruntukan bangunan yang akan direncanakan. Penyelidikan tanah yang kurang memadahi menyebabkan data akan kurang mewakili kondisi yang sebenarnya dan memiliki resiko kegagalan yang tinggi. Sedangkan penyelidikan tanah yang berlebih akan menyebabkan pemborosan biaya dan waktu.


Gambar 2. Perbedaan interpretasi engineer.

C.2. Kedalaman Pengeboran Tanah Kedalaman penyelidikan (bukan yang sangat pasti, hanya saran)

Kriteria : Lebih dalam dari lapisan tanah yang tak stabil / lunak untuk menyakinkan tanah dapat memberikan dukungan pondasi supaya aman. Jika lapisan tanah cukup baik, kedalaman penyelidikan 1- 1 b

INDIVIDUAL FOOTING Untuk z=1 b terjadi 1


untuk beberapa kasus :

INDIVIDUAL FOOTING DALAM STRUKTUR

RAFT / MAT FOUNDATION

Gambar 4. Kedalaman penyelidikan tanah yang disarankan untuk pondasi raft.

Untuk kasus-kasus tertentu tidak perlu misal jika pondasi raft dengan b = 30 meter, jika kondisi tanah kedalaman 30 m sudah tanah keras maka tidak perlu penyelidikan hingga 1 b = 45 meter.

PONDASI TIANG KELOMPOK Untuk nilai b yang kecil, 1 b dapat berada di dalam area tiang. Disarankan kedalaman penyelidikan tanah minimum 6 meter baik untuk rumah lantai 2 dan rumah tak bertingkat.

b

1 b

b

1 b


Untuk meyakinkan, dibuat 1 lubang bor atau lebih yang cukup dalam dan yang lain menyesuaikan keperluan. Jika dijumpai lapisan batuan yang keras dan kompak, perlu diyakini ketebalannya miminum 3 meter atau disarankan 5 meter. Untuk kemungkinan pondasi tiang, diyakinkan bahwa beban bangunan bisa dipindahkan ke tanah pendukung yang baik.

Gambar 5. Kedalaman penyelidikan tanah yang disarankan untuk pondasi tiang.

L

2/3 L

1 b b


Perbandingan Hasil Boring dan Sondir

Kita masukan suatu batang baja dengan menekan, data merupakan perlawanan dari tanah yang ditekan. --- prinsip pengujian penetrasi --

A. TENTANG SONDIR Sondir adalah salah satu alat pengujian tanah di lapangan. Sondir disebut juga static cone penetration test (CPT) yang berasal dari Belanda, Prancis, Swedia, Norwegia. Tetapi yang paling banyak digunakan dan telah distandarkan internasional adalah yang berasal dari Belanda.

Beban statik menekan batang baja dengan ujung standar (konis/kerucut). Konis tunggal (single cone), ganda (biconis) yang merupakan friction cone. Luas ujung cone (Ac) =10 cm2, luas selimut yang diukur (As) = 100-150 cm2.

Perlawanan tanah terhadap conis : Perlawanan Ujung Cone Resistance (qc) kg/cm2 Perlawanan Selimut Side / local friction (fs) Pembacaan perlawanan setiap kedalaman 20 cm

Hasil penyelidikan adalah grafik : Kedalaman Vs qc (cone resistance) Kedalaman Vs fs (friction resistance) Kedalaman Vs jumlah fs Kedalaman Vs Rf (friction ratio)

Cara ukur : Pembacaan pertama adalah nilai qc dalam kg/cm2 Kemudian pembacaan kedua adalah nilai (qc + fs) dalam kg/cm2

03

MATERI


Cara Hitung : fs = [(qc + fs) qc ] x (Ac / As) dalam kg/cm2 Rf = fs/qc x 100 dalam prosentase. ft = komulatif dari (fs x 20) untuk tiap pembacaan data, dalam kg/cm. .

Gambar 1. Contoh penggunaan sondir untuk pendugaan lapisan tanah.

B. PERBANDINGAN HASIL SONDIR DENGAN BORING Di Indonesia, salah satu cara yang biasanya digunakan untuk membantu mengurangi kemungkinan terjadinya mis-interpretasi penampang profil tanah di antara titik bor yang secara visual tidak nampak adalah penggunaan cone penetration test (CPT) atau lebih dikenal dengan nama sondir. CPT telah menunjukkan manfaat untuk pendugaan profil atau pelapisan tanah terhadap kedalaman karena tipe perilaku tanah telah dapat diidentifikasi dari kombinasi hasil pembacaan qc dan fs. Perbandingan praktis jumlah titik bor dengan jumlah titik CPT adalah 1 : 3 (Rahardjo et al, 2001). Sedangkan menurut CUR (1996) untuk tahah lunak, secara umum perbandingan yang digunakan adalah 10-20% jumlah titik CPT yang ada

20 cm

20 cm f t 1 = 20.f s 1

f t 2 = f t 1+20.f s 2

0

24 m ft

qc

Ada

lapisan

lensa

keras Ada lapisan lensa lunak

Lapisan keras


dalam suatu lokasi dilakukan satu kali pemboran. Posisi titik CPT untuk suatu area proyek adalah minimal satu titik CPT di dekat titik bor sebagai verifikasi data, sedangkan yang lainnya terletak di antara titik bor untuk keperluan interpolasi.

Dalam grafik klasifikasi tipe perilaku tanah berdasarkan CPT (Robertson et al., 1986) dan (Begemann, 1965), tanah akan memiliki tipe perilaku tanah dalam kisaran yang sama jika memiliki nilai qc dan Rf yang sama seperti yang tampak pada Gambar 2 dan 3. Jika tipe perilaku tanah dalam kisaran (range) yang sama disajikan dalam model lapisan tanah untuk setiap titik CPT yang ada, maka batas-batas perubahan lapisan tanah untuk setiap titik CPT akan terbentuk dan selanjutnya dapat dimanfaatkan sebagai informasi penunjang untuk pembuatan model profil tanah.

Perlu dipahami bahwa tipe perilaku tanah hasil ploting data titik CPT ke dalam grafik klasifikasi seperti pada Gambar 2 dan 3 dapat berbeda secara signifikan dengan jenis tanah pada suatu lapisan hasil titik bor terdekatnya, sehingga grafik perlu disesuaikan dengan pengalaman lokal yang ada untuk suatu lokasi penyelidikan tanah.

Tingkat keandalan profil tanah hasil interpretasi semata-mata bergantung dengan perbedaan tanah yang sebenarnya dan tanah yang diidealisasikan pada batas-batas tertentu. Jika perbedaan yang berarti terlepas dari perhatian maka desain menjadi tidak memuaskan walaupun penyelidikan tanahnya dilakukan secara cermat (Terzaghi dan Peck, 1967). Hal ini mengingat perencana akan bekerja dengan profil tanah hasil penyederhanaan yang harus dipandang tidak lebih sebagai ungkapan hipotesa kerja yang senantiasa direvisi atas dasar hasil observasi di lapangan saat tahap pelaksanaan proyek.

Gambar 2. Grafik klasifikasi tipe perilaku tanah (Robertson et al., 1986).

Gambar 3. Grafik klasifikasi tipe perilaku tanah berdasarkan CPT ( Begemann, 1965 ).

Lab. Mekanika Tanah UNNES Semarang |

Grafik klasifikasi tipe perilaku tanah berdasarkan CPT (Robertson et al., 1986).

Grafik klasifikasi tipe perilaku tanah berdasarkan CPT ( Begemann, 1965 ).


berdasarkan CPT

Grafik klasifikasi tipe perilaku tanah berdasarkan CPT


Klasifikasi Tanah

Dengan mengetahui klasifikasi tanahnya, prediksi awal perilaku tanah dapat digambarkan.-

A. KLASIFIKASI TANAH HASIL PENGUJIAN LABORATORIUM Klasifikasi tanah dapat dilakukan pengujian cepat di lapangan (secara visual dan peremasan dangan tangan) maupun didasarkan pada hasil pengujian laboratorium. Sifat-sifat tanah sangat bergantung pada ukuran butiran-butirannya, sehingga demikian distribusi ukuran butiran dapat menjadi acuan pemberian nama klasifikasi tanah. Untuk mengetahui distribusi ukuran butiran tanah diperlukan uji Sieve Analysis (analisis ayakan) dan uji Hydrometer Analysis untuk butiran lebih kecil dari 0.075 mm. Setelah dilakukan analisis ukuran butiran, hasil prosentase butiran yang lolos untuk tiap-tiap nomor saringan digambarkan dalam grafik semi-logaritmik seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Contoh penyajian distribusi ukuran butiran tanah (Das.,2007).

04

MATERI


Berikut ini akan disajikan klasifikasi tanah hasil pengujian laboratorium dengan menggunakan sistem Unified (USCS). Perlu dipahami bahwa sistem ini hanya mengklasifikasikan tanah berdasar atas data distribusi ukuran butiran dan pengujian Atterberg Limit sehingga masalah kemampumampatan tanah, perilaku tanah akibat pembebanan dan kapasitas dukung tanah tidak dapat begitu saja diprediksi dari klasifikasi tanah. Sistem ini membedakan tanah menjadi dua klasifikasi awal yakni tanah berbutir kasar dan berbutir halus dengan berdasarkan banyaknya butiran yang tertahan saringan no. 200 atau 0.075 mm seperti pada Gambar 2. Jika tanah terdiri dari campuran tanah berbutir kasar dan berbutir halus maka ukuran butiran yang dominan tentunya akan mengontrol beberapa aspek perilaku tanahnya. Misalnya, tanah pasir kelempungan, (yang artinya tanah pasir yang mengandung lempung) akan memiliki perilaku yang berbeda dengan tanah lempung kepasiran.

A.1. TANAH BERBUTIR KASAR Sifat tanah berbutir kasar tergantung terutama pada ukuran butirannya, sehingga digunakan koefisien bilangan untuk menggambarkan bentuk kurva lengkung distribusi butirannya. Selain ukuran butiran tanah, bentuk dan susunan butiran juga berpengaruh pada sifat tanah berbutir kasar.

Ukuran efektif : D10, yang didefinisikan sebagai 10% dari berat butiran total berdiameter lebih kecil dari ukuran butiran tertentu.

Koefisien keseragaman (CU) : D60/D10 Koefisien gradasi (CC) : (D30)2 / (D60 x D10)

Tanah dengan gradasi baik adalah campuran antara tanah berbutir kasar dan halus yang memiliki porsi berimbang sehingga juga disebut dengan gradasi rapat. Tanah berbutir kasar yang bercampur secara homogen dengan butiran-butiran yang lebih halus merupakan bahan yang baik untuk stabilitas bendungan. Semakin kecil ukuran butiran tanah, maka koefisien permeabilitas (k) semakin kecil.

Adapun kriteria tanah bergradasi baik adalah :

Untuk krikil, tanah bergradasi baik jika CU > 4 dan 1 CC 3 Untuk pasir, tanah bergradasi baik jika CU > 6 dan 1 CC 3 Secara umum, tanah memiliki gradasi sangat baik jika CU > 15.


Gambar 2. Bagan alir klasifikasi tanah sistem Unified.

A.2. TANAH BERBUTIR HALUSSifat tanah berbutir halus seperti lempung dan lanau lebih tergantung pada komposisi partikel mineralnya dan secdengan ukuran butirannya. gambaran yang lebih baik akan sifatnya. Istilah plastisitas menggambarkan kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yangkonstan tanpa retakan. Tanah dapat berbentuk cair, plastis, semi padat atau padat bergantung pada kadar air (w). Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut dengan konsistensi. Atterberg (1911) memberikan cara untuk menggambarkan batas cair (susut (shrinkige limitPengujian Atterberg Limitpada saringan no.200 dengan tanah yno.40 (0.42 mm) saja.

Gambar 3. Hubungan batasvolume total (V).

Pengujian batas konsistensi ini dapat memberikan suatu gambaran secara gbesar akan sifat-sifat tanah yang diuji. Selisih LL dan PL disebut dengan indek plastisitas (IP), jika IP semakin besar maka jumlah partikel lempung dalam tanah

Lab. Mekanika Tanah UNNES Semarang |

A.2. TANAH BERBUTIR HALUS Sifat tanah berbutir halus seperti lempung dan lanau lebih tergantung pada komposisi partikel mineralnya dan secara langsung tidak ada hubungannya dengan ukuran butirannya. Sehingga pengujian batas plastisitas akan memberikan gambaran yang lebih baik akan sifatnya. Istilah plastisitas menggambarkan kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yangkonstan tanpa retakan. Tanah dapat berbentuk cair, plastis, semi padat atau padat bergantung pada kadar air (w). Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut dengan konsistensi. Atterberg (1911) memberikan cara untuk

batas cair (liquid limit), batas plastis (plastic limitshrinkige limit) dengan posisi batas-batas seperti pada Gambar

Atterberg Limit dilakukan hanya untuk tanah yang lebih dari 12% lolos pada saringan no.200 dengan tanah yang diuji adalah tanah yang lolos saringan no.40 (0.42 mm) saja.

Hubungan batas-batas konsistensi tanah berbutir halus dan perubahan volume total (V).

Pengujian batas konsistensi ini dapat memberikan suatu gambaran secara gsifat tanah yang diuji. Selisih LL dan PL disebut dengan indek

plastisitas (IP), jika IP semakin besar maka jumlah partikel lempung dalam tanah


Sifat tanah berbutir halus seperti lempung dan lanau lebih tergantung pada ara langsung tidak ada hubungannya

Sehingga pengujian batas plastisitas akan memberikan gambaran yang lebih baik akan sifatnya. Istilah plastisitas menggambarkan kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang konstan tanpa retakan. Tanah dapat berbentuk cair, plastis, semi padat atau padat bergantung pada kadar air (w). Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut dengan konsistensi. Atterberg (1911) memberikan cara untuk

plastic limit), dan batas batas seperti pada Gambar 3.

dilakukan hanya untuk tanah yang lebih dari 12% lolos ang diuji adalah tanah yang lolos saringan

batas konsistensi tanah berbutir halus dan perubahan

Pengujian batas konsistensi ini dapat memberikan suatu gambaran secara garis sifat tanah yang diuji. Selisih LL dan PL disebut dengan indek

plastisitas (IP), jika IP semakin besar maka jumlah partikel lempung dalam tanah


semakin banyak. Jika IP rendah seperti pada tanah lanau, sedikit pengurangan kadar air (w) akan berakibat tanah menjadi kering. Sebaliknya jika kadar air bertambah sedikit saja, tanah menjadi cair. Indeks plastisitas biasanya digunakan sebagai salah satu syarat bahan timbunan, misalnya pembatasan IP maksimum 6% pada bahan timbunan berbutir bersih. Jenis tanah berplastisitas tinggi seperti CH (lempung berplastisitas tinggi) sama sekali tidak boleh digunakan pada 30 cm lapisan langsung di bawah bagian dasar perkerasan atau bahu jalan atau tanah dasar bahu jalan.

Gambar 4. Bagan Plastisitas Tanah.


Volume dan Berat Tanah

Tanah memiliki sesuatu untuk dibaca, diamati, diinterpretasikan perilakunya.

A. HUBUNGAN VOLUME DAN BERAT TANAH Dalam ilmu mekanika tanah, biasanya tanah disederhanakan menjadi model untuk memahami perilakunya. Tanah tersusun atas butiran padat dan rongga pori (void). Rongga pori sendiri dapat berupa air atau udara atau kedua-duanya. Bila tanah dalam kondisi jenuh air, rongga pori seluruhnya akan terisi oleh air. Dalam ilustrasi berikut ini akan disajikan bagian-bagian tanah :

Prinsip yang harus dipahami terlebih dahulu adalah :

W = Ww + Ws V = Va + Vw + Vs Vv = Va + Vw

dengan, W = berat tanah total (ton) V = volume tanah total (m3) Ww = berat air (ton) Va = volume udara (m3) Ws = berat butiran padat (ton) Vw = volume air (m3) Vs = volume butiran padat (m3) Vv = volume rongga pori (m3)

Hubungan volume yang biasa digunakan dalam mekanika tanah adalah angka pori (void ratio), porositas (porosity) dan derajat kejenuhan (degree of saturation).

05

MATERI

Wa=0

Ww

Ws

UDARA

AIR

BUTIRAN

Va

Vw

Vs

Vv

Vs

e

1

W V

Ww

Ws

Vw

Vs

Vv

Jika Vs=1, maka e=Vv


Sedangkan hubungan berat yang biasa digunakan adalah kadar air (moisture content), dan berat volume (unit weight).

Jika berat volume butiran padat (s) = Ws / Vs (ton/m3), maka perbandingan antara berat volume butiran padat (s) dengan berat volume air (w) pada temperatur 4c adalah berat jenis (spesific gravity) :

Persamaan lain yang biasa digunakan adalah :

Derajat Kejenuhan (S) : S = w.Gs/e Berat volume jenuh air (sat ) untuk S = 1 : sat = (Gs.w + e.w) / (1 + e) Berat volume kering (d ) : d = b / (1+w) Angka pori (e) : e = n / (1-n) Porositas (n) : n = e / (1+e)

B. CONTOH HASIL PENGUJIAN SOIL PROPERTIES Untuk memahami kisaran angka-angka hasil uji soil properties, berikut ini disajikan tabel hasil penyelidikan tanah untuk beberapa lokasi di Semarang :

Angka pori (e) = Vv Vs

Porositas (n) = Vv V

Derajat kejenuhan (S) =

Vw Vv

X 100 (%)

Kadar air (w ) = Ww Ws

X 100 (%)

Berat volume basah (b ) = W V

(ton/m3)

Berat volume kering (d ) = Ws V

(ton/m3)

Gs = s w


Lokasi Diskripsi Boring w (%)

Gs d (t/m3)

b (t/m3)

n (%)

e

Jl. Pahlawan Lempung plastis campur sedikit krikil kandungan air sedang.

44.86 2.243 1.118 1.62 50.17 1.007

Lempung plastis kandugan air tinggi.

64.41 2.276 0.923 1.517 59.45 1.466

Jl. Erlangga Lanau kelempungan lunak di atas m.a.t

33.27 2.63 1.25 1.67 52.32 1.09

Lanau kelempungan lunak di bawah m.a.t

42.65 2.61 1.16 1.65 55.55 1.249

Lanau kepasiran medium di bawah m.a.t

34.85 2.622 1.23 1.66 52.92 1.124

Bukit Sari Lempung padat campur butir kasar / pasir

26.2 2.605 1.315 1.659 34.44 0.525

Lempung padat campur butir kasar / pasir dan batuan

30.95 2.76 1.489 1.950 46.097 0.855

Tembalang Lempung kelanauan campur tanah butir kasar medium padat

25.74 2.5 1.52 1.91 39.16 0.64

Lempung kelanauan campur tanah butir kasar padat

20.27 2.52 1.00 1.66 33.85 0.51

Kokrosono Lempung kelanauan lunak di bawah m.a.t

85.22 2.52 0.8 1.48 68.24 2.14

Polder Tawang Lempung pasiran lunak di bawah m.a.t

44.82 2.45 1.16 1.69 52.43 1.10

Lempung kelanauan lunak di bawah m.a.t

90.02 2.511 0.77 1.46 69.33 2.26

Jl. Arteri - Kokrosono

Lempung lunak di bawah m.a.t 74.25 2.57 1.19 2.09 53.38 1.14 Lempung sangat lunak di bawah m.a.t

45.35 2.55 1.13 1.65 55.49 1.24


Pemadatan Tanah

Bagaimana mungkin jalan menjadi mulus kembali jika setelah digali untuk jalur kabel dan pipa hanya dipadatkan dengan stemper atau baby roller ?

Pemadatan tanah merupakan proses berkurangnya volume rongga pori (Vv) tanpa diikuti oleh perubahan volume air (Vw) akibat pembebanan dinamis. Pengurangan volume rongga pori (Vv) akibat mekanisme pergerakan dari partikel padatnya sehingga tersusun rapat satu sama lain dan saling mengunci akan mengurangi volume tanah total (V). Sehingga dari persamaan berat volume kering (d) :

jika volume tanah total (V) berkurang, maka berat volume kering (d) akan bertambah mengingat berat butiran padat (Ws) adalah tetap. Tujuan dari pemadatan ini antara lain untuk mengurangi sifat mudah mampat, meningkatkan kuat geser tanah, mengurangi permeabilitas dan mengurangi perubahan volume tanah.

dengan, W = berat tanah total (ton) V = volume tanah total (m3) Ww = berat air (ton) Va = volume udara (m3) Ws = berat butiran padat (ton) Vw = volume air (m3) Vs = volume butiran padat (m3) Vv = volume rongga pori (m3)

06

MATERI

Berat volume kering (d) = Ws V

(ton/m3)

Wa=0

Ww

Ws

UDARA

AIR

BUTIRAN

Va

Vw

Vs

Vv

Vs

e

1

W V

Ww

Ws

Vw

Vs

Vv

Jika Vs=1, maka e=Vv


A. PENGUJIAN KEPADATAN DI LABORATORIUM Proctor (1933) telah mengamati bahwa ada hubungan yang pasti antara kadar air (w) dan berat volume kering (d). Di laboratorium, tanah yang berada di dalam silinder mould (tanah dengan diameter butir> 20 mm disingkirkan) dipadatkan dengan ditumbuk dengan berat penumbuk dan tinggi jatuh tertentu. Tanah dipadatkan dalam beberapa lapisan dan tiap lapisan ditumbuk dalam jumlah tumbukan tertentu. Dalam pengujian ini, percobaan diulang paling sedikit 5 kali dengan kadar air (w) tiap percobaan divariasikan. Terdapat satu nilai kadar air optimum (wopt) untuk mencapai berat volume kering maksimumnya (dmaks) seperti disajikan pada Gambar 1.

Tingkat kepadatan tanah setelah proses pemadatan dapat dilihat dari berat volume keringnya yang nilainya bergantung pada jenis tanah, kadar air dan usaha pemadatan. Pada nilai kadar air rendah, untuk kebanyakan tanah, tanah cenderung bersifat kaku dan sulit dipadatkan. Setelah kadar air bertambah, tanah menjadi lebih mudah dipadatkan. Pada kadar air yang tinggi, berat volume kering akan berkurang karena rongga pori tanah menjadi penuh terisi air yang tidak mampu dikeluarkan dengan cara pemadatan. Logikanya, bila seluruh udara di dalam tanah dapat dipaksa keluar pada waktu pemadatan, tanah akan berada dalam kedudukan jenuh dan nilai berat volume kering akan menjadi maksimum. Namun kenyataannya kondisi zero air void (zav) ini sulit tercapai. Persamaan garis zav adalah :

dmaks (ton/m3)

d

wopt w (%)

Gambar 1. Kurva hubungan kadar air dengan berat volume kering.


dengan, Gs = berat jenis (spesific gravity) A = kadar udara (%)

Untuk memudahkan sistem pembelajaran pengujian proctor, saat ini telah tersedia software simulasi ProctorW versi 1.01 yang dikembangkan pada tahun 1998 oleh M.B. Jaksa dari Universitas Adelaide, Australia seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Simulasi uji Proctor dengan software ProctorW.

B. PENGUJIAN KEPADATAN DI LAPANGAN Untuk memeriksa kepadatan (berat volume kering) di lapangan dapat dilakukan dengan metode sand cone. Tanah yang telah dipadatkan kemudian digali dan dihitung kadar airnya. Setelah itu, dihitung volume tanah yang digali dengan cara pasir kering yang telah diketahui berat volumnya dituangkan ke dalam lubang lewat kerucut pengukuran. Volume lubang dapat ditentukan dari berat pasir di dalam lubang dan berat volume keringnya. Tentukan berat volume basahnya dan berat volume keringnya (dlapangan). Perbandingan dlapangan/dmaks adalah kepadatan relatifnya.

Berat volume kering (d) = Gs (1-A) w 1 + w.Gs

(ton/m3)


C. METODE PELAKSANAAN PEKERJAAN URUGAN TANAH DENGAN ALAT BERAT PADA BANGUNAN GEDUNG.

Timbun daerah yang akan diurug dengan menggunakan bulldozer lapis per lapis setebal 20 cm dan dipadatkan sesuai dengan mesin pemadat (misal : Vibro Compactor, Sheep Foot Roller dan lain-lain) dari hasil percobaan pemadatan di lapangan yang memvariasikan jumlah lintasan, peralatan pemadat, dan kadar air (+1% s/d 3%) hingga syarat kepadatan terpenuhi. Biasanya untuk pekerjaan timbunan dihindari material lempung berplastisitas tinggi (CH) atau tanah sangat ekspansif. Timbunan tidak boleh ditempatkan, dihampar atau dipadatkan sewaktu hujan. Pemadatan tidak boleh dilaksanakan setelah hujan atau bilamana kadar air material berada di luar rentang yang disyaratkan. Untuk timbunan lapis pertama (work table) tidak diperlukan uji kepadatan tanah. Timbunan dilanjutkan dengan lapis timbunan berikutnya dan untuk timbunan lapis kedua dan selanjutnya dilakukan pengujian kepadatan tanah dengan metode sand cone dengan kepadatan relatif 95% standar proctor. Pengujian proctor, uji ayakan dan plastisitas dilakukan tiap 1000m3. Setelah elevasi atau ketinggian urugan tercapai, maka dilakukan pengukuran akhir untuk mengecek elevasi tersebut apakah telah sesuai dengan ketinggian yang telah ditentukan atau sesuai dengan shop drawing.

Gambar 3. Peralatan pemadat dan contoh hasil percobaan pemadatan di lapangan.

vibratory steel-wheeled roller

vibratory padded drum roller pneumatic rubber-tired roller


Kontraktor bertanggung jawab dalam memilih metode dan peralatan untuk mencapai tingkat kepadatan yang disyaratkan. Pada Gambar 4.3, hasil dari percobaan penggilasan dengan vibrating roller 8-10 ton, dimana lempung dihampar setebal 20 cm dan 15 cm dengan tangan maupun bulldozer setelah 1, 4, 8, 12 dan 16 lintasan. Dari hasil laboratorium didapatkan dmaks = 1,73 gr/cm3. Maka paling tidak jika disyaratkan kepadatan relatif adalah 95% kepadatan standar proctor (dlapangan = 1,73 x 0,95 = 1,64 gr/cm3), maka dapat dipilih penggilasan dengan 6 lintasan dan tebal tiap lapisan 20 cm.

CONTOH SOAL : Percobaan pemadatan Proctor standar yang dilakukan terhadap suatu contoh lempung kepasiran memberikan hasil untuk 5 kali pengujian sebagai berikut :

1 2 3 4 5 w (%) 13.6 15.5 18 21.3 24.3 b (ton/m3) 1.726 1.851 1.934 1.920 1.860

Tentukan kadar air optimum (wopt) dan berat volume kering maksimumnya (dmaks).

JAWAB :

1 2 3 4 5 w (%) 13.6 15.5 18 21.3 24.3 b (ton/m3) 1.726 1.851 1.934 1.920 1.860 d (ton/m3)

d = b/(1+w) Gambarkan kurva hubungan w (%) dengan d (ton/m3) :

Kadar air optimum (wopt) = ________ %. Berat volume kering maksimumnya (dmaks).= ________ ton/m3.

w (%)

d (ton/m3)


Tegangan Efektif

Bersyukurlah orang yang dapat memahami persamaan v = v + u.

A. PRINSIP TEGANGAN TOTAL, TEKANAN AIR PORI DAN TEGANGAN EFEKTIF

Gambar Kondisi katup

Beban P Beban yang diterima oleh

pegas

Beban yang diterima oleh air

b tertutup 0 0 0 c tertutup 10 kg 0 10 kg d terbuka 10 kg 4 kg 6 kg e terbuka 10 kg 8 kg 2 kg f terbuka 10 kg 10 kg 0

Beban P adalah analog dari Tegangan Total. Beban yang dipikul pegas adalah analog dari Tegangan Efektif. Beban yang dipikul air adalah analog dari Tekanan Air Pori.

07

MATERI

Piston Piston

Pembaca tekanan

Muka air P

Pegas

Katup

Katup

P P P

Tanah Jenuh S=100%

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)


B. DEFINISI DAN CARA PERHITUNGANNYA

Untuk memudahkan pengertian tegangan total, tekanan air pori dan tegangan efektif, berikut akan disajikan definisi serta contoh cara perhitungannya :

Tegangan Total (v) adalah tekanan overburden yang bekerja searah gravitasi untuk suatu kedalaman z akibat berat sendiri tanah termasuk air yang terkandung di dalam masa tanah ditambah dengan beban yang bekerja dipermukaan tanah asli (misalnya air, timbunan yang tak terbatas maupun timbunan yang terbatas sehingga menggunakan teori stress distribution). Tegangan total (v) di titik A dapat dihitung dengan : v = b x 1 + sat x 1 = 1.716 x 1 + 1.6538 x 1 = 3.3698 ton/m2

Tekanan Air Pori (u) adalah tekanan air pori (pore pressure) pada kedalaman z yang mengisi rongga antar butiran padat yang bekerja ke segala arah dengan kondisi hidrostatis. Tekanan air pori (u) di titik A dapat dihitung dengan : u = w x 1 = 1 x 1 = 1 ton/m2

b = 1.716 ton/m3 1 m

sat = 1.6538 ton/m3

A

1 m Kondisi jenuh S=100%

Kondisi tidak jenuh


Tegangan Efektif (v) Tegangan efektif (v) di titik A dapat dihitung dengan : v = v u = 3.3698 1 = 2.3698 ton/m2

C. LEBIH DALAM TENTANG TEGANGAN EFEKTIF

Di dalam bidang engineering jika kita berurusan dengan kompresi, distorsi dan kekuatan bahan yang berhubungan dengan tanah, kita harus selalu mempertimbangkan tegangan efektif serta perubahan tegangan efektif. Kekuatan geser tanah tergantung terutama pada tekanan antar butiran, yakni pada tegangan efektif. Demikian juga volume tanah tergantung pada tegangan pada kerangka butiran tanah sendiri. Ada tiga hal yang perlu dipahami tentang tegangan efektif :

1) Perilaku 2 jenis tanah dengan struktur dan mineral penyusun yang sama akan sama jika keduanya memiliki tegangan efektif yang sama.

2) Jika suatu tanah bebannya ditambah atau dikurangi tanpa ada perubahan volume dan tanpa adanya distorsi, maka tidak akan ada perubahan tegangan efektif.

3) Volume tanah akan mengembang (dan melemah) atau terkompresi (dan menguat) jika hanya besarnya tekanan air pori naik atau turun.

D. LIQUIFAKSI

Dari gambar di bawah ini, untuk kedalaman D, tegangan efektif (v) yang terjadi adalah :

v = sat.D u = w.(D+h) v = v - u = (sat-w).D - w.h

h adalah ketinggian dari muka air dalam tandon air. Nilai tegangan efektif akan menjadi nol jika h = D(sat-w)/w, dan pada saat itu tanah tidak dapat memikul beban. Perilaku tanahnya seperti cairan padat dengan berat volume adalah sat. Orang yang berdiri di atas permukaan tanah akan terbenam dalam pasir yang terliquifaksi dan terapung dalam cairan padat.


CONTOH SOAL : Tentukan tegangan efektif (v) pada titik A untuk 3 kondisi muka air tanah (m.a.t) jika diketahui : jenis tanah lempung kepasiran dengan sat = 2 ton/m3, b = 1.8 ton/m3. Berat volume air (w) diambil 1 ton/m3. Diasumsikan tanah homogen dan tidak terjadi aliran air (hidrostatis).

A

4 m

2 m

KONDISI 1

A

4 m

2 m

KONDISI 2

A

4 m

2 m

KONDISI 3

2 m


Kuat Geser Tanah

A. ILUSTRASI TENTANG KUAT GESER TANAH

Dalam Gambar 1. jika beban aksial kolom berlebihan, kegagalan biasanya terjadi dalam bentuk kegagalan geser. Jadi sebenarnya kekuatan struktur tanah yang utama merupakan fungsi kekuatan gesernya. Kuat geser tanah dalam arah yang mana saja merupakan tegangan geser maksimum yang dapat di kerahkan ke struktur tanah dalam arah tersebut. Pada saat nilai tegangan geser mencapai maksimum, tanah dianggap telah mengalami kegagalan, kekuatan geser tanah telah termobilisasi seluruhnya.

Gambar 1. Kegagalan kapasitas dukung tanah

Kekuatan geser tanah ini tentunya hanya berasal dari struktur tanah saja, karena air pori (u) tidak memiliki kekuatan geser. Tanah mendapatkan kekuatan gesernya berasal dari friksi antar butiran (internal friction) dan kohesi tanah (cohesion) seperti pada persamaan Coulomb :

= c + tan

08

MATERI

Beban kolom

Tegangan Normal

Tahanan geser

Kegagalan kapasitas dukung tanah


dengan, = kekuatan geser (kg/cm2). c = kohesi (kg/cm2). = tegangan normal efektif (kg/cm2). = sudut geser dalam (). tan = koefisien friksi.

Gambar 2. Kekuatan geser tanah.

Selain itu, kekuatan geser juga dapat dinyatakan dalam tegangan utama besar (1) dan kecil (3) pada keadaan runtuh di titik yang ditinjau. Garis yang dihasilkan oleh persamaan Coulomb di atas seperti pada Gambar 2, pada keadaan runtuh merupakan garis singgung terhadap lingkaran Mohr yang menunjukkan keadaan tegangan dengan nilai positif untuk tegangan tekan seperti pada Gambar 3. Koordinat singgungnya adalah :

f = (1 - 3) sin 2 f = (1 + 3) + (1 - 3) cos 2 = 45 + /2

Hubungan antara tegangan utama efektif pada keadaan runtuh dan parameter kuat geser (c, ) merupakan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb yang dapat dalam pers :

1 = 3 tan2 (45 + /2) + 2.c.tan (45 + /2)

Tanah non-kohesif = tan

= c + tan

Tanah kohesif = c c


c

3 1 f

f

2

Selubung kegagalan

f

1

3 f

1

3

Gambar 3. Kondisi tegangan pada keadaan runtuh.

B. PENGUJIAN KUAT GESER TANAH

Parameter kuat geser dapat ditentukan dari pengujian laboratorium pada benda uji yang diambil dari lapangan (boring) . Pengujian geser yang akan dibahas dalam materi ini hanya pengujian di laboratorium dengan uji geser langsung (direct shear test) seperti pada Gambar 4.

Prinsipnya, setelah beban aksial diberikan ke sampel tanah, kotak geser segera diisi air dengan muka air kira-kira rata dengan muka atas sampel tanah. Kemudian dilakukan pergeseran dengan cepat, sehingga selama penggeseran berlangsung, air pori (u) tidak sempat mengalir keluar. Kecepatan diambil 1.06 mm/menit. Penggeseran dilakukan selama 6 menit, dan selama penggerseran berlangsung dicatat besarnya pergeseran lateral dan penurunan sampel setiap 0,25 menit. Hasil pengujian kemudian di hitung dan disajikan seperti pada Gambar 5.


Gambar 4. Alat uji geser langsung.


Pengujian Tegangan Normal (Kg/cm2)

Tegangan Geser saat runtuh (Kg/cm2)

1 0.25 0.17 2 0.50 0.41 3 1.00 0.75

Gambar 5. Hasil uji geser langsung untuk mendapatkan parameter geser c dan .

= 37.23 C = 0 kg/cm2


Tekanan Lateral yang Bekerja pada Dinding Penahan Tanah

A. TEKANAN AIR DAN TEKANAN TANAH DIAM

Sebelum memasuki materi tekanan lateral yang bekerja pada dinding penahan tanah, ada baiknya kita mengulang pengertian tekanan air. Apa yang Anda ingat tentang tekanan air ? Jika tekanan air itu bekerja permukaan dinding seperti pada Gambar 1, bagaimana menghitung besar dan distribusi tekanan lateral yang diterima oleh dinding ?

Gambar 1. Tekanan air ke segala arah besarnya sama.

Sedangkan dalam tanah, perbandingan antara besaranya tekanan tanah lateral (h) dan tekanan overburden-nya (v) dinyatakan dalam persamaan :

h = ko.v

dengan ko = koefisien tekanan tanah diam. Menurut Jacky (1944), ko = 1 sin untuk jenis tanah granular.

Gambar 2. Besarnya v dan h jika diplot dalam grafik kriteria kegagalan Mohr dan Couloumb.

09

MATERI

A z

z

h

v

h v

Garis selubung


B. TEKANAN LATERAL AKIBAT BERAT SENDIRI TANAH (TEKANAN TANAH LATERAL)

Gambar 3. Apa yang dapat Anda pelajari dari percobaan ini ?


B.1. TEKANAN TANAH AKTIF Gaya horisontal yang menyebabkan keruntuhan ini merupakan tekanan tanah aktif dan nilai banding tekanan arah horisontal dan vertikalnya pada kondisi ini adalah ka (Koefisien tekanan tanah aktif). h = ka.v Menurut Rankine, ka = tg2(45-/2). Asumsi : Muka tanah datar dan permukaan dinding halus.

Gambar 4. Jika besarnya v tetap dan h terus turun, maka lingkaran akan menyentuh selubung kegagalan Mohr dan Couloumb.

Pergeseran dinding akibatkan h turun.

z

h

v

h v

hkritis

menyentuh selubung kegagalan.

45+/

Penyederhanaan Bidang


B.2. TEKANAN TANAH PASIF Gaya horisontal yang menyebabkan keruntuhan ini merupakan tekanan tanah pasif dan nilai banding tekanan arah horisontal dan vertikalnya pada kondisi ini adalah kp (Koefisien tekanan tanah pasif). h = kp.v Menurut Rankine, kp = tg2(45+/2). Asumsi : Muka tanah datar dan permukaan dinding halus.

Gambar 5. Jika besarnya v tetap dan h terus naik, maka lingkaran akan menyentuh selubung kegagalan Mohr dan Couloumb.

45-/2

Penyederhanaan Bidang keruntuhan

Pergeseran dinding akibatkan h naik.

z

h

v

h v

hkritis

menyentuh selubung kegagalan.


C. TEKANAN TANAH LATERAL PADA KONDISI TANAH JENUH AIR

Di dalam air, untuk menghitung tekanan lateral yang bekerja pada sebuah dinding dapat dihitung dengan h = v. Namun di dalam tanah, besarnya tekanan tanah lateral belum tentu sama dengan tekanan overburden-nya atau h v. Perbedaan inilah yang membuat perhitungan tekanan lateral (h) yang bekerja pada dinding untuk kondisi tanah yang jenuh air (di bawah m.a.t) dihitung sendiri-sendiri, tekanan tanah lateralnya (h) dan tekanan air (u) yang bekerja.

CONTOH SOAL 1 :

Pada Gambar 6, hitung besarnya tekanan tanah lateral (h) pada titik A :

v = x 1 + sat x 1 = 1,716 x 1 + 1,6538 x 1 = 3,3698 ton/m2

u = w x 1 = 1 x 1 = 1 ton/m2

v = v u = 3,3698 1 = 2,3698 ton/m2

ko = 1 sin h = ko.v

Gambar 6. Penyederhanaan lapisan dari hasil boring.

Pasir

= 1,716 ton/m3 1 m

Pasir

sat = 1,6538 ton/m3 = 19 A

1 m Kondisi jenuh

Kondisi tidak jenuh


CONTOH SOAL 2 : Pada sebuah proyek penyediaan air bersih, terjadi kegagalan struktur bak tandon air. Kegagalan berupa retaknya dinding bak yang menyebabkan air tidak dapat tertampung. Anda sebagai staf sebuah konsultan perencana ditugaskan untuk menghitung tekanan tanah lateral (h) yang terjadi di sepanjang dinding. Data tanah dan permodelan diasumsikan sebagai berikut :

Gambar 7. Keretakan terjadi pada saat bak tandon air tidak terisi.

1 = 18 ka1 = tg2(45-/2) = 2 = 20 ka2 = tg2(45-/2) =

-2.00

-3.00

-4.00

0.00 m Lapisan 1 : Tanah urugan

b1 = 1.7 ton/m3 1 = 18

Bak

Terjadi keretakan

Lapisan 2 : Tanah pasir

sat2 = 1.94 ton/m3 b2 = 1.8 ton/m3 2 = 20


Hasil Perhitungan h (ton/m2)

Elevasi (m)

Tekanan tanah lateral h (ton/m2)

0.00 h = 0

- 2.00 h = (b1.2).ka1 h = (b1.2).ka2

- 3.00 h = (b1.2 + b2.1).ka2

- 4.00 h = (b1.2 + b2.1 + (sat2 w).1).ka2

w = 1 ton/m3

Untuk menggambarkan diagram tekanan tanah lateral, plot hasil perhitungan pada dinding bak tandon air.

D. TEKANAN LATERAL AKIBAT TEKANAN AIR DAN BEBAN DI ATAS PERMUKAAN TANAH

Setelah mempelajari perhitungan tekanan tanah lateral (h) yang bekerja pada sebuah bidang datar seperti dinding basement akibat berat sendiri tanah (overburden). Kini, sebagai seorang engineer, kita juga harus mempertimbangkan kondisi pembebanan terjelek yang akan terjadi. Sehingga tekanan lateral (h) merupakan total dari tekanan tanah lateral (h) ditambah dengan tekanan air serta distribusi dari beban di atas permukaan tanah ke dinding. Dari Gambar 8, coba asumsikan beban luar yang akan menambah tekanan tanah lateral yang bekerja pada dinding penahan tanah.


Gambar 8. Struktur dinding penahan tanah di tepi jalan raya.

Tekanan air Jika kondisi tanah jenuh air atau adanya beban tekanan air (misalnya air di dalam kolam) yang bekerja pada dinding penahan tanah, maka selain tekanan tanah lateral, beban lateral tambahan akibat tekanan air sedalam z (meter) dari muka air tanah (m.a.t) diperhitungkan dengan persamaan :

h = air.z

Beban terbagi rata (q) di atas permukaan tanah Jika terdapat penambahan beban sebesar q (t/m2), misalnya pada area parkir di suatu terminal direncanakan dibuat dengan lapisan rigid pavement. Beban pelat beton akan menambah tekanan lateral yang bekerja pada dinding penahan tanah sebesar :

h = Ka. v h = Ka. q

Jalan

Selokan

Tanah urugan

Tanah asli

Rigid pavement

Tanah urugan

Tanah asli

q (t/m2)

Gambar 9. Beban merata q di atas tanah urugan.


Jika ada beban titik (P) di dekat dinding. Beban titik ini misalnya beban yang disalurkan oleh kolom sebesar P (ton) ke dalam tanah melalui pondasi dangkal seperti pelat setempat. Beban titik ini akan menambah tekanan lateral yang bekerja pada dinding penahan tanah sebesar : x = m.H z = n.H Untuk m >0,4 maka h = 1,77.P m2.n2 H2 (m2+n2)3

Untuk m 0,4 maka h = 0,28.P n2 H2 (0,16+n2)3

Jika ada beban garis (Q) di dekat dinding. Beban garis ini misalnya beban yang disalurkan oleh pasangan dinding bata sebesar Q (ton/m) ke dalam tanah melalui pondasi menerus pasangan batu kali. Beban garis ini akan menambah tekanan lateral yang bekerja pada dinding penahan tanah sebesar : x = m.H z = n.H Untuk m >0,4 maka h = 4.Q m2.n piH (m2+n2)2

Untuk m 0,4 maka h = 0,203.Q n H (0,16+n2)2 pi = 22/7

P (ton)

Tanah urugan

Tanah asli

H

x

z

Gambar 10. Distribusi beban kolom yang membebani dinding penahan


Beban pasangan batu bata = 0,25 t/m2

CONTOH SOAL 3 : Sebuah sekolah di Semarang telah membangun gedung lantai 3 dengan posisi pondasi seperti pada Gambar 12. Dari hasil pemeriksaan pengawas, ternyata kontraktor memasang pipa drainase tidak sesuai spesifikasi teknis dan dikawatirkan akan mempengaruhi stabilitas dinding penahan tanah pada saat musim penghujan. Coba hitung tegangan lateral yang bekerja, jika diketahui tanah urugan berupa tanah pasir dengan sat = 1.9 ton/m3, b = 1.7 ton/m3, dan = 18.

Gambar 12. Struktur dinding penahan tanah dan posisi pondasi pelat setempat.

Q (ton/m)

Tanah urugan

Tanah asli

H

x

z Gambar 11. Distribusi beban

pasangan bata yang membebani dinding

P = 60 ton

Tanah urugan

Tanah asli

1.2 m

0.00

- 1.00

- 1.75

- 1.60

Pipa drainase yang tidak

sesuai spesifikasi


CONTOH SOAL 4 : Coba gambarkan diagram tegangan tanah lateral yang bekerja, jika diketahui tanah urugan berupa tanah pasir dengan sat = 1.9 ton/m3, b = 1.7 ton/m3, dan = 18.

Gambar 13. Struktur dinding penahan tanah dengan kemiringan tanah timbunan 15.

Tanah urugan

b = 1.7 ton/m3 = 18.

Tanah asli

15

1.5 m


Analisis Stabilitas Lereng

A. GRAVITASI DAN STABILITAS LERENG

Untuk mempelajari filosofi kestabilan lereng pada tanah timbunan, sebenarnya dengan bekal ilmu kesetimbangan gaya yang telah kita pelajari di fisika ditambah pemahaman tentang gravitasi, rasanya telah cukup. Namun perlu diingat bahwa semua persamaan yang akan dijabarkan hanyalah penyederhanaan dari keadaan yang sebenarnya, jadi masih perlu engineering judgement untuk memutuskan timbunan itu aman atau tidak.

Misalnya suatu area perumahan yang berada di lokasi perbukitan, akan menimbun di atas lereng tanah asli yang masih terdapat lapisan lemah yang berada di dasar timbunannya seperti pada Gambar 1. Sebagai seorang engineer, Anda ditugaskan untuk mengecek apakah timbunan setinggi 9,54 meter untuk badan jalan selebar 9 meter masih layak untuk dilaksanakan (Fs>2) ?

Gambar 1. Timbunan di atas lereng tanah asli.

Data : Berat volume tanah timbunan (timbunan) = 1,8 ton/m3. Pada bidang longsor, nilai kohesi (c) = 2,5 ton/m2 dan sudut gesek dalam () = 17.

10

MATERI

9.0 m

30

Timbunan

Tanah asli

22

9.54 m


Pertama, kita uraikan gaya-gaya yang bekerja sepanjang bidang longsor (L) seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Analisis gaya-gaya yang bekerja pada bidang gelincir.

Berat tanah timbunan (W) = Luas x = .H.(H/tg - H/tg). timbunan = .9,54(9,54/tg30 9,54/tg52).1,8 = 77,87 ton

Gaya geser yang terjadi (Ta) = W.sin = 77,87.sin30 = 38,935 ton

Tahanan geser yang dikerahkan oleh tanah untuk kesetimbangan,

Fs = Gaya yang menahan = c + tg Gaya yang menggerakkan cd + tg d

cd = c / Fs tg d = tg / Fs = Na / L Tr = L (cd + tg d) = L (c / Fs+ Na / L. tg / Fs) = 1/Fs (L.c + Na tg)

Timbuna

Tanah

H

L

W Na

Nr P

Ta

Tr

Bidang longsor


Na = W. cos = 77,87.cos30 = 67,43 ton L = H /sin = 9,54 / sin30 = 19,08 m Tr = 1/Fs (19,08.2,5 + 67,43 tg 17) = 68,315/ Fs Pada kondisi kesetimbangan, Ta= Tr 68,315/ Fs = 38,935 Fs = 1,754

Faktor aman terhadap longsoran (Fs) < 2 maka timbunan tidak aman.

B. PERHITUNGAN STABILITAS DENGAN METODE CULMANN

Dalam metode Culmann, tanah dianggap homogen dan bidang longsor berupa garis lurus seperti pada Gambar 3. Kasus seperti ini dapat digunakan untuk perhitungan pekerjaan cut and fill.

Gambar 3. Bidang longsor pada metode Culmann.

Kedalaman penggalian tanah yang aman dapat dihitung dengan persamaan :

H Bidang longsor asumsi Tanah homogen


dengan, H=Kedalaman penggalian yang aman (m) cd = c / FS c = kohesi tanah (ton/m2) = sudut kemiringan lereng () d = arctg [(tg)/FS] = sudut geser dalam () = berat volume tanah (ton/m3) arctg = tg-1 Konversi kohesi tanah, 1 kg/cm2 = 10 ton/m2

C. PERHITUNGAN STABILITAS DENGAN METODE STABILTY NUMBER

Dalam metode ini tanah dianggap homogen dan bidang longsor yang berupa garis lingkaran. Ns adalah angka stabilitas (stability number) yang merupakan persamaan,

Ns = H/c

dengan,

H = Kedalaman penggalian yang aman (m) c = kohesi tanah (ton/m2) = berat volume tanah (ton/m3)

))(.(...

d

d

=

cos1

cossincH d

4

H

Bidang longsor

asumsi


Gambar 4. Stability number untuk tanah c-

CONTOH SOAL 1 : Penggunaan metode stability number:

Chek faktor aman (FS) penggalian lereng pada Gambar 5.

Gambar 5. Hasil penyederhanaan kondisi lereng yang sebenarnya.

= 45

H = 6 meter = 1,76 ton/m3

= 10 c = 0,2 kg/cm2 = 2 ton/m2


Langkah 1 : Dengan coba-coba tentukan nilai FS = 1 d = arctg [(tg)/FS] = 10 Lihat Gambar 4, nilai Ns=9,25 cd = .H/Ns = 1,141 FSc = c / cd = 2/1,141 = 1,753 Lakukan perhitungan seperti pada langkah 1 hingga FSc = FS

Langkah FS FSc 2 1,2 1,6 3 1,4 1,53 4 1,6 1,47

Langkah 2 : Untuk mendapatkan nilai FSc = FS maka gambarlah persamaan garis dari nilai-nilai yang didapat dari langkah 1 sampai dengan 4.

Gambar 6. Grafik hubungan FSc dengan FS.

maka FS lereng galian adalah 1,48.

1 1.2 1.4 1.6 1.8

1.2

1.4

1.6

1.8

FSc

FS


D. METODE ORDINARY METHOD OF SLICE (OMS)

Metode ini termasuk cara yang praktis dan fleksibel untuk perhitungan analisa kestabilan lereng (per meter tegak lurus bidang gambar). Lereng dibagi menjadi beberapa irisan (slice) dengan arah vertikal, kemudian tentukan posisi bidang longsornya yang berupa garis lengkung dengan jari-jari r. Pada Gambar 7, untuk tiap-tiap irisannya, gaya yang melongsorkan lereng adalah w.sin. Sedangkan yang menahan adalah kohesi tanah (c) ditambah dengan gesekan (w.cos.tg) yang terjadi pada bidang longsornya.

Faktor aman (FS) = c.L + (w.cos. tg) (w.sin)

dengan, w = berat per irisan (ton) = . Luas area irisan = sudut geser dalam () c = kohesi tanah (ton/m2) = berat volume tanah (ton/m3)

Gambar 7. Resultan gaya yang bekerja untuk tiap-tiap irisannya.

w w.cos

w.sin

Gaya penahan Bidang longsor

r

Tanah c-


1

2

3 4

5 6

6 m

CONTOH SOAL 2:

Hitunglah faktor aman suatu galian basement sedalam 6 m dengan perbandingan kemiringan lereng 1:1 seperti pada Gambar 8. Hasil penyelidikan tanah = 10, c = 2 ton/m2, =1,76 ton/m3 dan muka air tanah sedalam 30 meter dari muka tanah asli.

Gambar 8. Bidang longsor asumsi untuk menghitung FS.

Pias A (m2)

w

(ton) w.cos

(ton) w.sin (ton)

L (m)

1 2,4810 4,3665 64 1,9141 3,9246 3,5474 2 5,0502 8,8883 45 6,2850 6,2850 1,9076 3 4,8850 8,5976 31 7,3695 4,4280 1,5653 4 3,9861 7,0155 19 6,6333 2,2840 1,4107 5 2,6450 4,6552 8 4,6098 0,6478 1,3486 6 0.9310 1,6385 3 1,6363 0,0857 1,3341 TOTAL 28,448 17,4837 11,1137

Faktor aman (FS) = c.L + (w.cos. tg) (w.sin)

= 2.11,1137 + 28,448.tg10 17,4837 = 1,558


Dari berbagai alternatif bidang longsor yang mungkin terjadi, dicari nilai FS-nya. Nilai FS terkecil yang dihasilkan merupakan nilai FS minimumnya.

Untuk mendapatkan nilai FS minimumnya dalam waktu yang singkat, praktisi biasanya menggunakan software sebagai alat bantunya. Gambar 9, merupakan hasil perhitungan FS minimum untuk contoh soal 1 dengan menggunakan software SLOPE/W 2004. Jumlah irisan adalah 30 irisan, dengan FS minimum adalah 1,492.

Gambar 9. Berbagai alternatif bidang longsor yang mungkin terjadi.


ANALISIS STABILITAS LERENG DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE SLOPE/W 2004

A. Proses penggambaran model pada SLOPE/W

Langkah yang perlu dilakukan untuk menggambarkan model lereng adalah sebagai berikut :

ZOOM (click) berfungsi untuk mengatur perbesaran gambar yang dikehendaki. Gunakan perbesaran whole page untuk melihat batas halaman yang tersedia. SNAP GRID (click) berfungsi untuk pengaturan dan menampilkan grid. SKETCH AXES (click-drag) berfungsi untuk menggambarkan garis aksis-ordinat bidang dengan titik acuan model lereng koordinat (0,0). SKETCH LINES (click-click) berfungsi untuk menyeket garis bantu, teks dan dimensi di tepi gambar lereng.

Setelah proses 1-4, isilah terlebih dahulu parameter tanah pada menu KeyIn Material Properties.

DRAW REGIONS berfungsi untuk menggambar permukaan lereng dan batas lapisan tanah. DRAW SLIP SURFACE GRID (click-click ke samping-drag ke bawah) untuk pengaturan bidang gelincir. Nilai increment adalah jumlah pembagian grid pada area slip surface. DRAW SLIP SURFACE RADIUS (click 4x) untuk pengaturan variasi titik pusat bidang gelincir. SOLVE perintah untuk memulai perhitungan. CONTOUR berfungsi untuk menggambarkan bidang gelincir, kekuatan geser yang dimobilisasi oleh tanah dan angka keamanan untuk beberapa metode.

6

7 2

3

5

8

9

1

4


Berikut ini akan disajikan langkah-langkah penyelesaian perhitungan stabilitas lereng pada Gambar 1 yang diambil dari contoh soal no.1 materi ke-10, dengan metode ordinary method of slice (OMS) pada software SLOPE/W.

Gambar 1. Kasus stabilitas lereng dan pemodelannya pada SLOPE/W.

SLIP

SURFACE

SLIP

SURFACE

= 45

H = 6 meter = 17,6 kN/m3

= 10 c = 20 kN/m2


B. Hasil Perhitungan Stabilitas Lereng

Gambar 2. Hasil perhitungan stabilitas lereng metode OMS pada SLOPE/W.

Dari hasil perhitungan dengan metode stabity number dihasilkan FS=1,48 dan sedangkan dari metode slice didapatkan hasil FS=1,491.


Kapasitas Dukung Tanah untuk Pondasi Dangkal

A. STRUKTUR PONDASI DAN PERSYARATANNYA Struktur pondasi didefinisikan sebagai bagian dari bangunan bawah yang meneruskan beban di atasnya ke tanah pendukung. Pondasi mempunyai persyaratan tanah pendukung agar struktur dapat bekerja dengan baik.

Persyaratan itu antara lain : 1) STABILITAS. Kapasitas dukung tanah pada pondasi di letakkan dan

Kemampuan pondasi menahan gaya tarik (PullOut).

Gambar 1. Kegagalan kapasitas dukung tanah

12

MATERI

Beban kolom

Tegangan Normal

Tahanan geser

Kegagalan kapasitas dukung tanah


2) DEFORMASI. Batas penurunan tanah (S) dan batas perbedaan penurunan tanah (S)

Ada 3 (tiga) kategori umum kerusakan yang disebabkan oleh perbedaan penurunan yakni kerusakan arsitektural, kerusakan fungsional atau kemampuan layan dan kerusakan struktural.

Untuk melihat tingkat keamanan struktur atas terhadap perbedaan penurunan, menurut Skempton dan MacDonald (1956) mendefinisikan 2 persyaratan yakni angular distorsion (/L) dan perbedaan penurunan kolom maksimum (max). Angular distorsion (/L) didefinisikan sebagai perbedaan penurunan antara 2 (dua) kolom dibagi dengan jarak as ke as kolom. Berdasarkan studi yang dilakukan, retakan dinding pasangan bata pada struktur bangunan terjadi bila /L melebihi 1/300. Kerusakan struktur pada kolom dan balok terjadi bila /L melebihi 1/150. Sedangkan perbedaan penurunan kolom maksimum (max) didefinisikan sebagai selisih penuruan terbesar dan terkecil yang terjadi pada sebuah bangunan. Retakan dinding pasangan bata pada struktur bangunan terjadi bila max melebihi 32 mm. Kedua kriteria ini berlaku untuk gedung struktur baja dan beton bertulang dengan dinding pasangan bata tanpa pengaku diagonal.

Menurut Sowers (1962) untuk struktur yang fleksibel seperti struktur baja dan pondasi yang kaku mampu menahan nilai yang lebih besar dari penurunan total dan perbedaan penurunan yang terjadi.

Dalam perhitungan penurunan dikenal :

Penurunan seketika (immediate settlement) diakibatkan oleh elastisitas tanah yang terjadi begitu pembebanan dilakukan dengan waktu berkisar dari 0 hari sampai kurang dari 7 hari. Umumnya terjadi pada tanah lanau dan pasir, atau tanah lempung dengan drajat kejenuhan (Sr < 90%)

Penurunan konsolidasi (consolidation settlement) diakibatkan oleh peristiwa keluarnya air dari ruang pori partikel tanah pada tanah lempung dengan drajat kejenuhan (Sr) 90%-100%.


Gambar 3. Penurunan pondasi akibat adanya penambahan beban kolom.

Agar syarat terpenuhi, biasanya perencana struktur mengusulkan menggunakan balok sloof untuk mengkakukan struktur. Namun untuk bangunan 5-6 lantai, sloof menjadi tidak ekonomis karena dimensinya dapat mencapai tinggi (h) 150 cm.

SARAN : Perbaikan tanah dan pemilihan struktur pondasi yang tepat, dapat juga dilakukan agar syarat penurunan dan perbedaan penurunan terpenuhi. Sehingga nantinya sloof hanya direncanakan menahan beban aksial tarik dan tekan yang nilainya adalah 10% beban kolom.

Beban

Pondasi

Tanah termampatkan


B. KAPASITAS DUKUNG TANAH Kapasitas dukung ultimit (qult) didefinisikan sebagai tekanan terkecil yang dapat menyebabkan keruntuhan geser pada tanah pendukung tepat di bawah dan di sekeliling pondasi.

Gambar 4. Kemungkinan pola keruntuhan kapasitas dukung tanah dalam grafik penurunan vs q.

Metode perhitungan untuk kapasitas dukung tanah antara lain :

1) Pendekatan rumus empirik pengujian tanah di lapangan (in situ test). 2) Uji pembebanan langsung di lapangan (full scale load test). 3) Uji pembebanan model pondasi telapak (Load tests on model footings). 4) Limit equilibrium analysis. 5) Pendekatan metode elemen hingga (FEM).

Menurut Versic (1963) Ada 3 pola keruntuhan kapasitas dukung tanah yakni,

General Shear Failure Kondisi kesetimbangan plastis terjadi penuh diatas failure plane. Muka tanah disekitarnya mengembang (naik). Keruntuhan (slip) terjadi di satu sisi sehingga pondasi miring. Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas rendah (padat atau kaku). Kapasitas dukung ultimit (qult) bisa diamati dengan baik.

Q

q = Q/A Setlement

q

Punching shear failure

Local shear failure

General shear failure


Local Shear Failure Muka tanah disekitar kurang berarti pengembangannya, karena cukup besar desakan ke bawah pondasi. Kondisi kesetimbangan plastis hanya terjadi pada sebagian tanah saja. Miring pada pondasi diperkirakan tidak terjadi. Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas tinggi ditunjukan dengan setlement yang relatif besar. Kapasitas dukung ultimit sulit dipastikan sehingga sulit dianalisis, hanya bisa dibatasi setlementnya saja.

Punching Shear Failure Terjadi jika terdapat desakan pada tanah di bawah pondasi yang disertai pergeseran arah vertikal disepanjang tepi. Tak terjadi kemiringan dan pengangkatan pada permukaan tanah. Penurunan relatif besar. Terjadi pada tanah dengan kompresibiltas tinggi dan rendah jika pondasi agak dalam. Kapasitas dukung ultimit tidak dapat dipastikan.

INGAT ! Cara keruntuhan secara umum tergantung pada kompresibilitasnya dan kedalaman pondasi relatif terhadap lebarnya.


Analisis kapasitas dukung didasarkan kondisi general shear failure,

Gambar 5. Pembebanan pondasi dan bentuk bidang geser yang terjadi.

Biasanya pondasi tidak diletakan pada permukaan tanah, dan dalam praktek diasumsikan, tanah pada kedalaman Df hanya diperhitungkan sebagai beban yang menambah tekan merata q pada elevasi pondasi, hal ini disebabkan tanah diatas elevasi pondasi biasanya lebih lemah, khususnya jika diurug, daripada tanah pada tempat yang lebih dalam. Kapasitas dukung ultimit di bawah pondasi pelat menerus dapat dinyatakan dengan persamaan Terzaghi (1943),

qult = c Nc + q Nq + b N , c, nilainya diambil di bawah pondasi.

dengan, q = .Df nilanya diambil di atas elevasi pondasi.

Untuk pondasi telapak bentuk bujur sangkar : qult = 1.3 c Nc + q Nq + 0.4 b N

Untuk pondasi telapak bentuk lingkaran : qult = 1.3 c Nc + q Nq + 0.3 b N

Nilai Nq,Nc,N diambil dari grafik hubungan dengan Nq,Nc,N Terzaghi pada Gambar 6.

b

q = .Df Df


Gambar 6. Hubungan dengan Nq,Nc,N Terzaghi.

Catatan : Untuk lebih realistis setelah pengecekan terhadap qult (general shear failure), pondasi perlu dichek terhadap setlement (hasil lab). Dapat juga hasil lab dibandingkan dengan uji lapangan (SPT atau CPT). Hasil qult lab biasanya lebih besar dari qult lapangan (pendekatan). Mengapa hasil qult lapangan nilainya lebih rendah ? karena teorinya hanya sederhana, tanah dibagi menjadi tanah kohesif dan non-kohesif. Kondisi khusus, pada tanah non-kohesif c = 0 maka qult = q Nq + b N pada tanah kohesif = 0 maka Nc = 5.7, Nq=1, N=0, qult = 5.7 c + q pondasi pada permukaan tanah Df = 0 maka qult = c Nc + b N


C. PENGARUH AIR TERHADAP KAPASITAS DUKUNG TANAH.

Air dapat mengurangi kapasitas dukung tanah hingga -nya (Terzaghi), untuk pasir pendapat ini terlalu kecil dan untuk lempung pendapat ini terlalu besar. Berdasar elevasi m.a.t terhadap pondasi nilai qult menjadi,

0 D1 Df q = D1 b + D2 qult = c Nc + q Nq + b N = sat - w

D1 >>>> Df, 0 d b q = Df.b qult = c Nc + q Nq + b N = 1/b [ b.d + (b-d) ] = sat - w

d >>>> b Tidak ada pengaruh air.

Gambar 7. Pengaruh ketinggian muka air tanah terhadap besarnya kapasitas dukung tanah.

Df

d

b

sat

D1

D2 Df

b

sat

b


D. DEFINISI FAKTOR KEAMANAN (FS)

Nilai F.S tidak ada batasannya, namun karena banyak ketidakpastian nilai dan c, maka secara umum F.S diambil minimum = 3 dengan pertimbangan tanah tidak homogen, dan tidak isotropis.

Nilai FS berdasarkan keadaan tanah di bawah pondasi dan tingkat resiko keruntuhannya dapat diambil :

FS = 2, digunakan untuk kasus keadaan tanah di bawah pondasi diketahui dengan baik dan resiko keruntuhan yang timbul mungkin tidak besar. FS = 3, digunakan untuk kasus keadaan tanah di bawah pondasi diketahui dengan baik dan resiko keruntuhan cukup tinggi. FS = 4, digunakan untuk kasus keadaan tanah di bawah pondasi tidak diketahui dengan baik dan resiko keruntuhan cukup tinggi.

Tiga definisi kapasitas dukung ijin pada pondasi dangkal,

Gross Allowable Bearing Capacity. qall = qult / FS Diharapkan tidak akan terjadi kegagalan bearing capacity (bukan kegagalan setlement), beban yang bekerja pada pondasi : Beban Hidup (WL) Beban Mati (WD) Berat Sendiri Pondasi (WF) Berat Tanah di atas Pondasi (WS)

[ WL + WD + WF + WS ] qall A

Net Allowable Bearing Capacity Beban tambahan yang diijinkan persatuan luas selain berat sendiri tanah ( tegangan yang telah ada ) pada level dasar pondasi. qult(NET) = qult - q qall(NET) = qult(NET) / FS dalam praktek qall(NET) digunakan terhadap beban bangunan diatas saja, berat pondasi dan tanah diatasnya dianggap berat tanah saja. [ WL + WD ] qall(NET) A Secara teoritis jika Wbangunan = Wtanah yang digali , maka penurunan tidak terjadi.


Gross Allowable Bearing Capacity dengan faktor aman pada kuat geser tanah. Hanya untuk memuaskan dan jarang digunakan. Cd = C / FS tan d = tan / FS qall = Cd Nc + q Nq + b N FS pada penyelesaian ini antara 2-3 kira-kira sama dengan hasil SF 3-4 untuk dua metode sebelumnya.

Catatan : qult belum memperhatikan setlement, jadi FS bisa 4,5,.. untuk mencover setlement. Jika menggunakan rumus qult setlement yang terjadi 5-25% x b untuk tanah pasir dan 3-15% pada tanah lempung. Pondasi Mat / Raft memiliki setlement relatif besar karena b besar.


CONTOH 1 : HITUNG KAPASITAS DUKUNG TANAH

Hitung besarnya kapasitas dukung ijin tanah (qallNET), jika diketahui lebar pondasi (B) rencana diasumsikan 1,6 meter dan data tanah berdasarkan hasil penyelidikan tanah seperti Gambar C.1 dan Tabel C.1.

Tabel C.1. Soil Properties dan Hasil Direct Shear Depth

(m) GS w

(%) d

(ton/m3) e b

(ton/m3) S sat*)

(ton/m3) c

(kg/cm2) ()

-1.0 2,015 39,41 1,123 0,794 1,566 1 1,566 0,16 15 -2.0 2,020 37,88 1,144 0,765 1,578 1 1,578 0,15 15 -3.0 2,165 33,27 1,259 0,720 1,677 1 1,677 0,03 15 -4.0 2,170 39,48 1,167 0,859 1,628 1 1,628 0,03 14 -5.0 2,175 42,83 1,126 0,931 1,608 1 1,608 0,03 15

*) Pada kondisi S=1 (tanah jenuh) besarnya sat = b.

(a) (b)

Gambar C.1. (a) Penampang soil profile dan (b) Simplifikasi soil profile untuk analisis pondasi.

LEMPUNG

PADAT

PASIR HALUS

BERLANAU DAN

BERKULITKERANG

-2.25 -2.75

-5.00

0.00 LAPISAN 1

b1 = 1,566 ton/m3

LAPISAN 2

sat = 1,608 ton/m3 c = 0,03 kg/cm2

= 14

-2.00

-5.00

0.00

-2.25


PERHITUNGAN TEGANGAN IJIN TANAH Lebar pondasi (B) = 1,6 meter Kedalaman pondasi (Df) = 2 meter

Nilai faktor kapasitas dukung tanah Terzaghi untuk nilai = 14 : Nc=12,11 Nq=4,02 N=2,23 q = b1. Df = 1,566 . 2 = 3,132 ton/m2

= 1/B (.d + (sat 1)(B-d)) = 1/1,6 (1,566.0,25 + (1,608 1)(1,6 0,25)) = 0,7577 ton/m3

qult = 1,3.c.Nc + q.Nq + 0,4.b..N = 1,3.0,03.12,11 + (3,132/10).4,02 + 0,4.160.(0,7577/1000).2,23 = 0,47229 + 1,259064 + 0.108 = 1,84 kg/cm2

Faktor aman (FS) = 3 qallNET = (qult-q)/FS = (1,84 (3,132/10)) / 3 = 0,50 kg/cm2

Besarnya tegangan ijin yang dapat digunakan untuk mendesain pondasi adalah qallNET = 0,5 kg/cm2.


E. KAPASITAS DUKUNG TANAH IJIN DARI DATA SONDIR

Untuk Jenis Tanah Non-Kohesif

Persamaan kapasitas dukung ijin netto Mayerhof (1956) dalam Bowles (1996) dengan besar penurunan 25 mm :

Untuk B 1,2 meter

30qq ca =

Untuk B > 1,2 meter

2c

a B0,30481

50qq

+=

dengan, qa = kapasitas dukung ijin netto dalam kg/cm2 qc = nilai rata-rata qc dari kedalaman Df +0,5B hingga Df + 2B dalam kg/cm2 B = lebar pondasi telapak (dalam meter). Df = kedalaman pondasi telapak.

Bowles (1996) merekomendasikan nilai qa pada persamaan di atas dikalikan dengan 1,5.kd menjadi :

Untuk B 1,2 meter

dc

a .k20qq =

Untuk B > 1,2 meter

d

2c

a kB0,30481

33qq

+=

dengan, 1,33

B.D0,331k fd +=


Untuk Jenis Tanah Kohesif

Pendekatan Schmertmann (1978) untuk mencari kapasitas dukung ultimit pondasi telapak hanya sesuai untuk Df/B 1,5 :

qu = 5 + (0,34 . qc) qs = qu / SF

dengan, qu = kapasitas dukung ultimit dalam kg/cm2. qs = kapasitas dukung aman dalam kg/cm2. qc = nilai rata-rata qc dari kedalaman Df + 0,5B hingga Df + 1,1B dalam kg/cm2 B = lebar pondasi telapak. Df = kedalaman pondasi telapak. SF = faktor aman.


LAMPIRAN CONTOH SOAL


JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG UJIAN AKHIR SEMESTER Mata Kuliah : Mekanika Tanah 1 Hari/Tanggal : Selasa, 6 Januari 2003 Waktu : 30 menit Sifat : Buku Terbuka

1. Terangkan dengan jelas dan singkat tentang peristiwa yang terjadi pada percobaan tegangan efektif dari gambar (b) sampai dengan (f) di bawah ini :

Piston Piston

Pembaca tekanan

Muka air P

Pegas

Katup

Katup

P P P

Tanah Jenuh S=100%

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)


2. Pada bak silinder yang berisi tanah pasir (non-kohesif), diketahui perhitungan tegangan efektif adalah : v = sat.D u = w.(D+h) v = v - u = (sat-w).D - w.h dengan h adalah ketinggian dari muka air dalam tandon air.

Gambar diambil dari http://geo.Verruijt.net

Pertanyaan : Apakah persamaan untuk menghitung tegangan efektif sudah benar ? jika salah tolong berikan alasannya. Pada gambar (d), pada saat tegangan efektif besarnya nol, kenapa orang yang berdiri di atas permukaan tanah menjadi terbenam dalam pasir.

v u

u


UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG UJIAN MID SEMESTER MATA KULIAH : MEKANIKA TANAH 2 KELAS : D3 TEKNIK SIPIL HARI / TANGGAL : SENIN, 10 MEI 2004

Struktur dinding penahan tanah dari pasangan batu kali yang dibebani oleh dinding bata mempunyai tinggi (H) = 3,5 meter. Jika ditentukan tanah urugan memiliki sudut geser dalam ()=19 dan berat volume tanah () = 1,82 ton/m3. Hitung :

Tekanan tanah lateral yang bekerja pada dinding penahan tanah. (50) Gambar tekanan tanah lateralnya. (40) Gambarkan bidang longsor yang mungkin terjadi. (10)

Tanah urugan

Tanah asli

H

Pasangan

dinding bata

Sloof

Balok Ring

Paving blok q = 0,3 t/m2


D3-TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG SOAL UJIAN AKHIR MATA KULIAH : MEKANIKA TANAH 1 TANGGAL : SENIN, 10 JANUARI 2005 WAKTU : 90 MENIT SIFAT : BUKU TERBUKA

1. (20) Tentukan besarnya berat air (Ww), jika volume butiran padat (Vs) sama dengan 1 pada diagram fase tanah di bawah ini :

2. (30) Menurut Anda, apakah prinsip pemadatan tanah yang digambarkan melalui diagram fase tanah sudah benar ? jelaskan dengan alasannya.

Drajat kejenuhan (S) < 1

e

w.G

1 GS.W

Ww

0 Udara

Air

Butiran

BERAT VOLUME

Udara

Air

Butiran

Udara Air

Butiran

Pemadatan

Kondisi Awal Setelah Proses Pemadatan


3. (50) Dari hasil pengujian tanah suatu proyek, dihasilkan data tanah sebagai berikut :

Anda sebagai staff enginner di sebuah konsultan diberi tugas untuk :

Memberikan komentar tentang hasil klasifikasi tanah dengan metode Unified (USCS) jika dibandingkan dengan hasil boring untuk kedalaman 2 meter jika diketahui LL=55% dan PL=23.93%.

Chek apakah lapisan tanah di bawah muka air tanah (m.a.t) sudah jenuh air? Jika belum hitung sat-nya.

Hitunglah besarnya tegangan efektif () di titik A.

Timbunan, timbunan=1.8 ton/m3 Lempung pasiran b=1.6943 ton/m3 w=44.82 % Gs=2.4594 e=1.1022

Lempung kelanauan b=1.4637 ton/m3 w=90.02 % Gs=2.5117 e=2.2607

0.0- 0.5

- 3.0

- 4.0

- 5.0

A

KEDALAMAN (meter)


D3-TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG SOAL UJIAN AKHIR MATA KULIAH : MEKANIKA TANAH 1 TANGGAL : SENIN, 10 JANUARI 2005 WAKTU : 90 MENIT SIFAT : BUKU TERBUKA

1. (20) Tentukan besarnya berat air (Ww), jika volume butiran padat (Vs) sama dengan 1 pada diagram fase tanah di bawah ini :

2. (30) Menurut Anda, apakah prinsip pemadatan tanah yang digambarkan melalui diagram fase tanah sudah benar ? jelaskan dengan alasannya.

Drajat kejenuhan (S) = 1

e

1 GS.w

W Air

Butiran

BERAT VOLUME

Udara

Air

Butiran

Udara Air

Butiran

Pemadatan

Kondisi Awal Setelah Proses Pemadatan


3. (50) Dari hasil pengujian tanah suatu proyek, dihasilkan data tanah sebagai berikut :

Anda sebagai staff enginner di sebuah konsultan diberi tugas untuk : Memberikan komentar tentang hasil klasifikasi tanah dengan metode Unified (USCS) jika dibandingkan dengan hasil boring boring untuk kedalaman 2 meter jika diketahui LL=54% dan PL=32.22%.

Chek apakah lapisan tanah di bawah muka air tanah (m.a.t) sudah jenuh air? Jika belum hitung sat-nya.

Hitunglah besarnya tegangan efektif () di titik A.

Lempung lunak b =1.7182 ton/m3

Lempung lunak b=1.6965 ton/m3 w=35.46 % Gs=2.6087 e=1.0830

Lempung kelanauan b=1.6547 ton/m3 w=46.64 % Gs=2.6489 e=1.3475

0.0

- 1.5

- 3.5

- 5.0A

- 6.0

KEDALAMAN (meter)


1

2

3 4

5 6

6 m

Muka tanah asli

D3-TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG SOAL UJIAN AKHIR 2006 MATA KULIAH : MEKANIKA TANAH 1 WAKTU : 90 MENIT SIFAT : BUKU TERBUKA

1. Hitunglah faktor aman stabilitas lereng suatu galian material untuk timbunan jalan dengan metode ORDINARY METHOD OF SLICE (OMS) untuk suatu bidang longsor asumsi. Jika diketahui perbandingan kemiringan lereng H:V=1:1 seperti pada Gambar 1. Hasil penyelidikan tanah = 35, c = 0 ton/m2, b=1,8 ton/m3 dan muka air tanah sedalam 30 meter dari muka tanah asli.

Pias A (m2) L (m)

1 2,4810 64 3,5474 2 5,0502 45 1,9076 3 4,8850 31 1,5653 4 3,9861 19 1,4107 5 2,6450 8 1,3486 6 0.9310 3 1,3341

Gambar 1. Bidang longsor asumsi untuk menghitung FS.

hand_out mekanika tanah

Documents