ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO

ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO 19901-4

TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Oleh Fauzi Achmad Zaky NIM 15510004

Program Studi Teknik Kelautan Fakultas Teknik Sipil Dan Lingkungan

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana

ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO 19901-4 Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, September2014 2014 Bandung,26 September Penulis Penulis

Achmad Zaky FauziFauzi Achmad Zaky NIM 15510004 NIM 15510004 Bandung, 26 September 2014 Pembimbing

Dr. Hendriyawan, ST., MT. NIP. 19720816 200801 1 010 Mengetahui: Program Studi Teknik Kelautan Ketua,

Harman Ajiwibowo, Ph.D NIP. 19651213 199001 1 001

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL & LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS AKHIR Diberikan kepada Nama NIM

: : Fauzi Achmad Zaky : 15510004

Judul Tugas Akhir adalah ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO 19901-4 Dengan isi Tugas Akhir sebagai berikut : BAB 1 BAB 2 BAB 3 BAB 4 BAB 5 BAB 6

PENDAHULUAN TINJAUAN PUSTAKA PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI BERDASARKAN PROSEDUR ISO 19901-4 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA ANALISIS STABILITAS FONDASI PENUTUP

Tugas Akhir ini dibuat rangkap 6 (enam) : 1. Untuk Mahasiswa

( 1 buah )

2. Untuk Pembimbing

( 1 buah )

3. Untuk Penguji Sidang Tugas Akhir

( 2 buah )

4. Untuk Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan

( 1 buah )

5. Untuk Perpustakaan

( 1 buah )

Bandung, 26 September 2014 Menyetujui, Koordinator,

Pembimbing,

Sri Murti Adiyastuti, Ph.D

Dr. Hendriyawan, ST., MT.

NIP. 19620407 199512 2 001

NIP. 19720816 200801 1 010

ABSTRAK Analisis Stabilitas Fondasi Dangkal Dengan Menggunakan Prosedur ISO 19901-4 Fauzi Achmad Zaky1 Program Studi Sarjana Teknik Kelautan, FTSL, ITB 1

[email protected]

Stabilitas fondasi adalah salah satu aspek yang harus diperhatikan dalam pembuatan anjungan lepas pantai. Fondasi yang stabil dibutuhkan agar kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak dan gas aman dilakukan. Kini dunia internasional memiliki satu acuan bersama dalam melakukan analisis stabilitas fondasi, yaitu ISO 19901-4. Studi kasus ini bertujuan untuk melakukan analisis stabilitas fondasi pada kondisi tanah undrained di perairan dangkal berdasarkan prosedur ISO 19901-4. Dalam studi kasus ini, analisis yang dilakukan menggunakan data yang telah ada sebelumnya. Data tersebut diolah untuk mendapatkan nilai beban yang diterima fondasi dan nilai parameter tanah. Setelah itu, nilai kekuatan tanah dihitung sesuai prosedur ISO 19901-4. Tanah yang menopang fondasi juga dimodelkan dengan perangkat lunak PLAXIS untuk mendapatkan perbandingan hasil kekuatan tanah. Nilai yang didapat dari kedua metode diatas kemudian dibandingkan dan dicocokkan dengan nilai beban pada fondasi. Kesimpulan dari studi kasus ini adalah bahwa struktur fondasi yang dianalisis telah memenuhi kriteria stabilitas fondasi menurut ISO 19901-4.

Kata Kunci : stabilitas fondasi dangkal, ISO 19901-4, metode elemen hingga


iii

KATA PENGANTAR

Segala puji serta syukur hanya patut dihaturkan kepada Allah SWT, Tuhan Semesta Alam. Shalawat dan salam semoga senantiasa tercurah kepada teladan umat manusia, Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, berkat rahmat, izin, dan pertolonganNya, penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan. Adapun Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk dapat lulus tahap pendidikan Strata 1 (S1) dan memperoleh gelar sarjana di Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung. Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Analisis Stabilitas Fondasi Dangkal Dengan

Menggunakan Prosedur ISO 19901-4”. Di dalam laporan ini dijelaskan tentang perhitungan stabilitas fondasi dangkal anjungan lepas pantai menggunakan dua metode : prosedur ISO 19901-4 dan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS. Hasil yang didapat kemudian dianalisis apakah memenuhi kriteria kestabilan fondasi atau tidak. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat berbahagia apabila terdapat saran dan kritik yang disampaikan kepada penulis. Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat khususnya kepada penulis pribadi dan umumnya kepada semua yang membaca laporan ini.

Bandung, 26 September 2014

Penulis


iv

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................................ ii ABSTRAK.............................................................................................................................................iii KATA PENGANTAR ........................................................................................................................iv UCAPAN TERIMA KASIH .............................................................................................................. v DAFTAR ISI........................................................................................................................................xv DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................................... xviii DAFTAR TABEL ..............................................................................................................................xxi NOMENKLATUR ......................................................................................................................... xxiii

BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................................................ 1-1 1.1

Umum ............................................................................................................................. 1-1

1.2

Latar Belakang ............................................................................................................. 1-3

1.3

Tujuan ............................................................................................................................. 1-5

1.4

Lingkup Pembahasan ................................................................................................ 1-5

1.5

Metodologi ................................................................................................................... 1-6

1.6

Sistematika Laporan .................................................................................................. 1-7

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................................. 2-1 2.1

Umum ............................................................................................................................. 2-1

2.2

Survei Tanah Di Laut.................................................................................................. 2-2

2.2.1

Survei Geofisika di Laut ................................................................................... 2-3

2.2.2

Survei Geoteknik Di Laut ................................................................................ 2-8


xv

2.2.2.1

Tes Lapangan .................................................................................................... 2-11

2.2.2.2

Tes Laboratorium ............................................................................................ 2-15

2.3

Mekanika Tanah ........................................................................................................ 2-24

2.3.1

Mineral Tanah ................................................................................................... 2-25

2.3.2

Klasifikasi Tanah ............................................................................................... 2-27

2.3.3

Parameter Tanah.............................................................................................. 2-30

2.4

Fondasi Dangkal........................................................................................................ 2-37

2.4.1

Jenis Fondasi Dangkal ................................................................................... 2-38

2.4.2

Pengujian dan Instrumentasi ...................................................................... 2-40

2.4.3

Daya Dukung Fondasi.................................................................................... 2-42

2.4.4

Stabilitas Fondasi ............................................................................................. 2-47

BAB 3 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI BERDASARKAN PROSEDUR ISO 19901-4............................................................................................................................................ 3-1 3.1

Umum ............................................................................................................................. 3-1

3.2

Standar Internasional ISO 19901-4 ...................................................................... 3-2

3.3

Profil Struktur ............................................................................................................... 3-5

3.3.1

Struktur Platform ............................................................................................... 3-5

3.3.2

Fondasi Mud Mat ............................................................................................ 3-13

3.4

Profil Tanah Lokasi ................................................................................................... 3-14

3.5

Parameter Tanah Lokasi ......................................................................................... 3-16

3.6

Perhitungan Area Fondasi ..................................................................................... 3-21

3.6.1

Faktor Keamanan............................................................................................. 3-22

3.6.2

Daya Dukung Tanah ....................................................................................... 3-23

3.7

Perhitungan Beban Horizontal ............................................................................ 3-27

3.8

Perhitungan Beban Vertikal .................................................................................. 3-29


xvi

BAB 4 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA ........................................................................................................................ 4-1 4.1.

Umum ............................................................................................................................. 4-1

4.2.

Metode Elemen Hingga ........................................................................................... 4-2

4.3.

Perangkat Lunak PLAXIS .......................................................................................... 4-4

4.4.

Pemodelan PLAXIS ..................................................................................................... 4-5

4.4.1.

Material Tanah .................................................................................................... 4-5

4.4.2.

Material Fondasi Mudmat ............................................................................ 4-12

4.4.3.

Tahapan Pemodelan....................................................................................... 4-12

4.4.4.

Langkah Pemodelan ....................................................................................... 4-13

4.4.5.

Hasil Pemodelan .............................................................................................. 4-34

BAB 5 ANALISIS STABILITAS FONDASI ........................................................................... 5-1 5.1.

Umum ............................................................................................................................. 5-1

5.2.

Beban Pada Fondasi .................................................................................................. 5-3

5.3.

Analisis Gaya Beban................................................................................................... 5-5

5.3.1

Komponen Horizontal ..................................................................................... 5-6

5.3.2

Komponen Vertikal ........................................................................................... 5-9

BAB 6 PENUTUP .......................................................................................................................... 6-1 6.1.

Kesimpulan.................................................................................................................... 6-1

6.2.

Saran................................................................................................................................ 6-2

DAFTAR PUSTAKA


xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Kontribusi sektor ESDM dalam penerimaan nasional ............................ 1-2 Gambar 1.2 Anjungan lepas pantai jenis Jacket Steel Platform .................................. 1-3 Gambar 1.3 Metodologi pengerjaan tugas akhir ............................................................. 1-7 Gambar 2.1 Jenis survei penyelidikan tanah....................................................................... 2-3 Gambar 2.2 Bagaimana echo sounder bekerja.................................................................. 2-4 Gambar 2.3 Bagaimana sub bottom profiler bekerja .................................................... 2-5 Gambar 2.4 Bagaimana side scan sonar bekerja .............................................................. 2-6 Gambar 2.5 Bagaimana alat survei seismik bekerja ......................................................... 2-7 Gambar 2.6 Bagaimana alat refraksi dasar laut bekerja ................................................. 2-8 Gambar 2.7 Tanah karbonat ................................................................................................... 2-10 Gambar 2.8 Geometri dari baling-baling (vane) pada VST ......................................... 2-13 Gambar 2.9 Tampak samping dari alat Presuremeter Test (PMT) ............................ 2-15 Gambar 2.10 Pycnometer ........................................................................................................ 2-18 Gambar 2.11 Ilustrasi saringan .............................................................................................. 2-20 Gambar 2.12 Hidrometer ......................................................................................................... 2-21 Gambar 2.13 Peralatan uji triaxial ......................................................................................... 2-24 Gambar 2.14 Grafik kepekatan tanah (plasticity chart) ................................................ 2-26 Gambar 2.15 Klasifikasi tanah menurut AASHTO ........................................................... 2-30 Gambar 2.16 Grafik estimasi nilai faktor korelasi ........................................................... 2-35 Gambar 2.17 Perbandingan D dan B pada struktur fondasi dangkal ..................... 2-37 Gambar 2.18 Contoh tipe fondasi dangkal ....................................................................... 2-39 Gambar 2.19 Jenis mat foundation ...................................................................................... 2-40 Gambar 2.20 Kegagalan Transcona Grain-Elevator ....................................................... 2-43


xviii

Gambar 2.21 Soil resistance envelope undrained soils ................................................ 2-56 Gambar 2.22 Soil resistance envelope drained soils ..................................................... 2-56 Gambar 3.1 Fondasi dangkal jenis Mud Mat...................................................................... 3-2 Gambar 3.2 Diagram Alir Perhitungan Stabilitas Fondasi Menurut ISO 19901-4 3-4 Gambar 3.3 Komponen struktur jacket platform .............................................................. 3-6 Gambar 3.4 Pemodelan struktur menggunakan SACS ................................................... 3-7 Gambar 3.5 Dimensi Fondasi Mud Mat.............................................................................. 3-13 Gambar 3.6 Profil berat jenis tanah di lokasi studi ........................................................ 3-19 Gambar 3.7 Profil kuat geser tanah untuk fondasi mat ............................................... 3-20 Gambar 3.8 Faktor koreksi, F .................................................................................................. 3-31

Gambar 4.1 Logo PLAXIS ........................................................................................................... 4-4 Gambar 4.2 Nilai kuat geser tanah pada lokasi studi...................................................... 4-8 Gambar 4.3 Data Plasticity Index tanah di lokasi studi................................................. 4-10 Gambar 4.4 Tahapan pemodelan dengan PLAXIS.......................................................... 4-12 Gambar 4.5 Tampilan awal PLAXIS ....................................................................................... 4-14 Gambar 4.6 Tampilan pengaturan umum, label Project .............................................. 4-15 Gambar 4.7 Tampilan pengaturan umum, label Dimension....................................... 4-15 Gambar 4.8 Dimensi model tanah ........................................................................................ 4-16 Gambar 4.9 Tampilan Material Sets ..................................................................................... 4-17 Gambar 4.10 Tampilan Mohr-Coloumb Model label General ................................... 4-18 Gambar 4.11 Tampilan Mohr-Coloumb Model label Parameters ............................ 4-18 Gambar 4.12 Tampilan Mohr-Coloumb Model label Interfaces ............................... 4-19 Gambar 4.13 Model geometri tanah ................................................................................... 4-19 Gambar 4.14 Standard Fixities pada Model...................................................................... 4-20 Gambar 4.15 Menentukan nilai k0 ....................................................................................... 4-21 Gambar 4.16 Tampilan Linear Elastic Model label General......................................... 4-22 Gambar 4.17 Tampilan Linear Elastic Model label Parameters.................................. 4-22


xix

Gambar 4.18 Tampilan Linear Elastic Model label Interfaces..................................... 4-23 Gambar 4.19 Model geometri fondasi mudmat ............................................................. 4-23 Gambar 4.20 Beban arah vertikal .......................................................................................... 4-24 Gambar 4.21 Pendefinisian beban ....................................................................................... 4-25 Gambar 4.22 Beban arah horizontal .................................................................................... 4-25 Gambar 4.23 Hasil Mesh Generation................................................................................... 4-26 Gambar 4.24 Berat jenis air ..................................................................................................... 4-27 Gambar 4.25 Gambar model pada pendefinisian kondisi awal................................. 4-28 Gambar 4.26 Tekanan air pada tanah ................................................................................. 4-28 Gambar 4.27 Tegangan efektif pada tanah ...................................................................... 4-29 Gambar 4.28 Tampilan jendela perhitungan label General ........................................ 4-30 Gambar 4.29 Tampilan jendela perhitungan label Parameters ................................. 4-30 Gambar 4.30 Fase sebelum pendefinisian beban ........................................................... 4-31 Gambar 4.31 Fase setelah pendefinisian beban.............................................................. 4-31 Gambar 4.32 Penentuan titik nodal ..................................................................................... 4-32 Gambar 4.33 Proses kalkulasi ................................................................................................. 4-33 Gambar 4.34 Tahap akhir perhitungan ............................................................................... 4-33 Gambar 4.35 Tampilan deformasi tanah akibat beban vertikal ................................ 4-35 Gambar 4.36 Tampilan Curve Generation ......................................................................... 4-35 Gambar 4.37 Grafik Deformasi-Gaya pada titik A akibat beban vertikal ............... 4-36 Gambar 4.38 Tampilan deformasi tanah akibat beban horizontal........................... 4-37 Gambar 4.39 Grafik Deformasi-Gaya titik A akibat beban horizontal .................... 4-38 Gambar 5.1 Hubungan 𝒒𝒖𝒍𝒕 dan 𝒒𝒂𝒍𝒍 dalam sistem fondasi ...................................... 5-2 Gambar 5.2 Gaya yang bekerja pada sistem fondasi ...................................................... 5-3 Gambar 5.3 Diagram gaya komponen horizontal fondasi ............................................ 5-6 Gambar 5.4 Diagram gaya komponen vertikal pada fondasi ...................................... 5-9


xx

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Dimensi Alat Pressuremeter Menurut ASTM ................................................ 2-14 Tabel 2.2 Specific Gravity pada Tanah Secara Umum ................................................... 2-19 Tabel 2.3 Tabel Jenis dan Ukuran Pori Saringan Standar U.S..................................... 2-20 Tabel 2.4 Nilai Empiris Konsistensi Tanah Kohesif ......................................................... 2-32 Tabel 2.5 Nilai Empiris Tanah Granular Berdasar Nilai SPT ......................................... 2-32 Tabel 2.6 Kisaran Nilai Poisson’s Ratio................................................................................ 2-33 Tabel 2.7 Nilai Empiris Modulus Young ............................................................................. 2-34 Tabel 2.8 Tipe Fondasi Dangkal............................................................................................. 2-38 Tabel 2.9 Persamaan Bearing Capacity Berbagai Metode........................................... 2-44 Tabel 2.10 Penggunaan Metode Perhitungan Bearing Capacity .............................. 2-46 Tabel 2.11 Faktor Bentuk pada Fondasi Persegi untuk Beban Vertikal .................. 2-53 Tabel 3.1 Dimensi Fondasi Mud Mat ..................................................................................... 3-1 Tabel 3.2 Dimensi Elemen Jacket ............................................................................................ 3-7 Tabel 3.3 Dimensi Elemen Deck .............................................................................................. 3-8 Tabel 3.4 Beban Equipment ...................................................................................................... 3-9 Tabel 3.5 Data Gelombang...................................................................................................... 3-10 Tabel 3.6 Data Arus .................................................................................................................... 3-11 Tabel 3.7 Data Angin ................................................................................................................. 3-11 Tabel 3.8 Beban Hasil Running Program SACS ............................................................... 3-12 Tabel 3.9 Beban dan Momen Struktur ................................................................................ 3-12 Tabel 3.10 Stratifikasi Tanah di Lokasi Studi..................................................................... 3-15 Tabel 3.11 Nilai Kuat Geser ..................................................................................................... 3-17 Tabel 3.12 Faktor Daya Dukung Terzaghi .......................................................................... 3-18


xxi

Tabel 3.13 Parameter Tanah di Lokasi Studi ..................................................................... 3-18 Tabel 3.14 Kondisi Acuan Perhitungan dan Analisis...................................................... 3-21 Tabel 3.15 Faktor Keamanan Berdasarkan API RP 2A ................................................... 3-22 Tabel 3.16 Faktor Koreksi Bentuk.......................................................................................... 3-32 Tabel 4.1 Stratifikasi Tanah di Lokasi Studi pada Pemodelan PLAXIS....................... 4-7 Tabel 4.2 Kisaran Modulus Elastisitas Tanah ...................................................................... 4-9 Tabel 4.3 Nilai Representatif Sudut Geser Dalam Berbagai Jenis Tanah ............... 4-11 Tabel 4.4 Input Parameter Tanah Pada Pemodelan PLAXIS ....................................... 4-11 Tabel 4.5 Input Material Fondasi Mudmat pada PLAXIS ............................................. 4-12 Tabel 5.1 Beban dari Struktur yang Ditransfer pada Fondasi....................................... 5-4 Tabel 5.2 Nilai Tahanan Geser Fondasi dari Dua Metode Perhitungan ................... 5-8 Tabel 5.3 Nilai Daya Dukung Fondasi dari Tiga Metode Perhitungan.................... 5-10


xxii

NOMENKLATUR

𝐴

= area fondasi total

𝐴′

= area fondasi efektif

𝑎

= soil attraction

𝐵′

= lebar fondasi efektif

𝑐𝑢

= gaya geser undrained tanah

𝑐𝑎𝑣𝑒

= gaya geser undrained rata-rata tanah antara dasar tanah dan dasar fondasi untuk gaya geser yang naik secara linear

𝑐𝑢,0

= gaya geser undrained tanah pada dasar fondasi

𝐷𝑏

= kedalaman hingga dasar fondasi

𝑒

= eccentricity

𝐻𝑏

= beban horizontal pada area dasar fondasi

𝐾𝑐

= faktor koreksi, yang terdiri atas faktor bentuk fondasi, faktor kedalaman, dan faktor kemiringan

𝐿

= lebar efektif area fondasi

𝑁𝑐

= faktor daya dukung tanah

𝑝′0

= overburden stres pada dasar fondasi

𝑄𝑑,ℎ

= desain tahanan geser (sliding resistance) tanah

𝑄𝑑,𝑣

= desain daya dukung (bearing capacity) tanah tanpa pengaruh gaya horizontal


xxiii

𝑞𝑎𝑙𝑙

= beban/daya dukung yang diperbolehkan (allowable) pada tanah

𝑞𝑑,𝑣

= desain unit daya dukung (unit bearing capacity) tanah

𝑞𝑢𝑙𝑡

= beban/daya dukung ultimate pada tanah

𝑆𝐹

= faktor keamanan (safety factor)

𝛾𝑚

= faktor material

𝛾′

= berat jenis tanah (submerged unit weights)

𝜅

= kenaikan gaya geser tanah terhadap kedalaman

𝜙′

= sudut efektif dari internal friction


xxiv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 UMUM Industri energi dan pertambangan masih diharapkan menjadi primadona dalam penerimaan devisa negara. Sektor energi dan sumber daya mineral, khususnya minyak dan gas, memberikan porsi tersendiri yang cukup banyak dalam penerimaan nasional. Gambar 1.1 menjelaskan kontribusi sektor energi dan sumber daya mineral dalam penerimaan Nasional tahun 2008. Data Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) tahun 2011 mengatakan bahwa sumber daya minyak dan gas di Indonesia masih diperkirakan mencapai 87,22 miliar barel dan 594,43 TSCF tersebar di berbagai wilayah di Indonesia. Selain itu, terakumulasi 60 cekungan sedimen (basin) masih tersebar hampir di seluruh wilayah Indonesia. Di antara 60 cekungan yang ada tersebut, 38 cekungan di antaranya telah dilakukan kegiatan eksplorasi dan sisanya masih belum. Sebagian besar lokasi cekungan, baik yang sudah dilakukan eksplorasi maupun yang belum, berada di kawasan lepas pantai (offshore). Untuk memenuhi kebutuhan eksplorasi dan pertambangan minyak dan gas, maka dibutuhkan pembangunan infrastruktur lepas pantai sebagai penunjangnya. Salah satu infrastruktur yang menjadi penunjang adalah anjungan lepas pantai.


1-1

Gambar 1.1 Kontribusi sektor ESDM dalam penerimaan nasional (Sumber : Renstra Kementerian ESDM 2010 – 2014)

Anjungan lepas pantai adalah struktur atau bangunan yang dibangun di area lepas pantai untuk mendukung proses eksplorasi atau eksploitasi bahan tambang dan mineral. Biasanya anjungan lepas pantai memiliki sebuah rig pengeboran yang berfungsi untuk membuat lubang yang memungkinkan pengambilan cadangan minyak bumi atau gas alam dari reservoir yang telah ditemukan. Telah banyak dibangun anjungan lepas pantai di beberapa wilayah laut Indonesia. Menurut data litbang Kementerian ESDM, saat ini terdapat sekitar 530 buah anjungan minyak bumi dan gas alam lepas pantai di laut Indonesia dan masih akan terus bertambah seiring dengan kegiatan eksplorasi dan pertambangan yang terus berlangsung. Sebagian besar perairan di Indonesia adalah perairan dangkal sehingga struktur yang umum digunakan di perairan Indonesia adalah struktur tipe tetap (jacket Steel

platform), karena struktur dengan tipe seperti itu cocok digunakan untuk perairan dangkal dengan kedalaman sampai dengan 100 meter (Subrata, 2005). Ilustrasi anjungan lepas pantai dengan tipe jacket steel platform dapat dilihat pada Gambar 1.2.


1-2

Gambar 1.2 Anjungan lepas pantai jenis Jacket Steel Platform (Sumber : indomigas.wordpress.com)

Untuk memenuhi tuntutan kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi dan gas alam di lepas pantai yang tinggi, maka dibutuhkan struktur anjungan lepas pantai yang lebih efisien baik dari segi teknis maupun ekonomis. Selain itu, anjungan lepas pantai harus dirancang sesuai kriteria yang disyaratkan oleh standar/peraturan mengenai desain anjungan lepas pantai (Rizaldi, 2013).

1.2 LATAR BELAKANG Pembuatan anjungan lepas pantai di perairan Indonesia akan terus bertambah seiring bertambahnya kebutuhan untuk melakukan kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi dan gas alam. Untuk itu, pengawasan terhadap pembuatan anjungan lepas pantai di Indonesia harus senantiasa dilakukan agar


1-3

tetap memenuhi kriteria standar. Salah satu standar yang digunakan dalam pembuatan anjungan lepas pantai adalah ISO 19900 – 19906. Standar Internasional ISO 19900 – 19906 membahas aspek-aspek umum yang harus dipenuhi dalam pembuatan dan penentuan elemen struktur saat proses desain serta melakukan penilaian terhadap seluruh struktur lepas pantai yang digunakan oleh industri minyak dan gas di dunia. Standar Internasional ini dibuat dengan tujuan untuk memberikan ruang gerak dalam menentukan konfigurasi struktur, material, dan teknis tanpa menghalangi proses inovasi. Fondasi adalah salah satu aspek penting dari struktur anjungan lepas pantai yang harus diawasi karena menyangkut kestabilan struktur di atasnya. Oleh karenanya, rancangan desain fondasi dan penyelidikan tanah harus dilakukan sebaik mungkin agar fondasi stabil dan tanah tidak mengalami keruntuhan. Analisis kestabilan fondasi tidak akan memberikan hasil yang mendekati presisi jika hanya menggunakan satu metode saja. Oleh karena itu, dibutuhkan minimal dua metode yang digunakan dalam menganalisis stabilitas fondasi. Hasil dari perhitungan satu metode dapat melengkapi atau menguatkan hasil perhitungan dari metode lainnya. Selain itu, hasil dari satu metode juga dapat dijadikan referensi ketika melakukan cross check hasil dari metode lain. Metode yang dapat digunakan dalam melakukan analisis stabilitas fondasi dangkal adalah metode perhitungan manual yang mengacu pada prosedur ISO 19901-4

Geotechnical and Foundation Design Consideration dan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS sebagai komparasi. Dengan dilakukannya analisis ini, diharapkan kestabilan fondasi dapat dicapai dan hal-hal yang dapat mengganggu stabilitas fondasi dapat dihindari.


1-4

1.3 TUJUAN Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisis stabilitas fondasi dangkal menggunakan prosedur ISO 19901-4 : Geotechnical and Foundation

Design Consideration.

1.4 LINGKUP PEMBAHASAN Lingkup pembahasan dalam penulisan tugas akhir ini meliputi : a) Studi literatur yang berkaitan dengan analisis dan desain untuk fondasi dangkal sesuai dengan prosedur pada ISO 19901-4 Geotechnical and

Foundation Design Consideration 2003. b) Stabilitas fondasi dianalisis pada kondisi tanah undrained soil . c) Perhitungan stabilitas fondasi berdasarkan persamaan dan kriteria standar yang terdapat pada ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design

Consideration 2003. d) Pemodelan stabilitas fondasi dangkal menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS.

e) Perbandingan hasil analisis stabilitas fondasi dangkal antara perhitungan manual sesuai prosedur ISO 19901-4 dan pemodelan menggunakan metode elemen hingga.


1-5

1.5 METODOLOGI Laporan Tugas Akhir ini berisi analisis mengenai stabilitas fondasi dangkal. Analisis yang dilakukan menggunakan metode keseimbangan batas (limit equilibrium

method) untuk memastikan keseimbangan antara kekuatan pada rancangan desain (design actions) dengan desain kekuatan tanah terhadap fondasi (design

resistance). Secara umum, pengerjaan tugas akhir ini berdasarkan tahapan kerja seperti berikut : a) Pengumpulan data tanah yang meliputi data properti tanah, data lapisan tanah, data spesifikasi fondasi struktur anjungan lepas pantai. b) Pengolahan properti tanah hingga akhirnya menghasilkan nilai-nilai parameter tanah. c) Perhitungan stabilitas fondasi berdasarkan prosedur ISO 19901-4

Geotechnical and Foundation Design Consideration 2003. d) Pemodelan stabilitas fondasi menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS. e) Analisis stabilitas fondasi struktur dari hasil perhitungan manual berdasarkan ISO 19901-4 dan metode elemen hingga.

Gambar 1.3 menunjukkan diagram alir sederhana untuk menjelaskan secara garis besar studi dari tugas akhir ini.


1-6

Mulai Studi Literatur dan Pengumpulan Data Pengolahan Data Perhitungan Manual Stabilitas Fondasi

Perhitungan dengan Metode Elemen Hingga

Analisis Stabilitas Fondasi

Kesimpulan dan Saran Selesai

Gambar 1.3 Metodologi pengerjaan tugas akhir

1.6 SISTEMATIKA LAPORAN Laporan ini disusun berdasarkan outline laporan dengan sistematika sebagai berikut :

BAB 1

PENDAHULUAN

Bab ini membahas penjelasan mengenai latar belakang, tujuan pengerjaan, ruang lingkup pembahasan, metodologi penulisan, serta sistematika dari laporan tugas akhir ini.


1-7

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menjelaskan mengenai teori dasar dan kriteria desain yang dijadikan acuan dalam pengerjaan tugas akhir ini.

BAB 3

PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI BERDASARKAN

PROSEDUR ISO 19901-4 Pada bab ini dilakukan perhitungan stabilitas fondasi berdasarkan prosedur perhitungan pada ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design Consideration 2003.

BAB 4

PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI MENGGUNAKAN

METODE ELEMEN HINGGA Bab ini berisikan perhitungan stabilitas fondasi dengan menggunakan metode elemen hingga. Perhitungan menggunakan bantuan perangkat lunak PLAXIS.

BAB 5

ANALISIS STABILITAS FONDASI

Pada bab ini dilakukan analisis berdasarkan hasil perhitungan yang telah dibuat, baik hasil perhitungan manual maupun hasil perhitungan dengan menggunakan metode elemen hingga.

BAB 6

PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari pengerjaan tugas akhir ini.


1-8

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

UMUM

Memahami kondisi tanah adalah prasyarat berhasilnya pembangunan sebuah fondasi. Secara keseluruhan, tujuan dari investigasi tanah dalam mendesain sebuah fondasi adalah untuk menentukan profil tanah, karakteristik tanah di setiap lapisan, dan kendala-kendala apa saja yang memungkinkan mengganggu stabilitas tanah (GEO, 2006). Dengan demikian, diperlukan studi khusus tentang tanah sebelum membuat sebuah fondasi, khususnya untuk fondasi anjungan lepas pantai. Untuk mendapatkan data tanah yang akurat, maka dibutuhkan beberapa jenis survei. Dua survei utama yang harus dilakukan dalam investigasi tanah adalah survei geofisika (geophysical survey) dan survei geoteknik (geotechnical survey). Informasi yang didapat dari survei tersebut digunakan untuk mendapatkan parameter desain yang nantinya akan digunakan untuk membuat model tanah (geological model). Model tanah yang telah dibuat dapat dijadikan pertimbangan dan data awal dalam pembuatan fondasi anjungan lepas pantai. Satu hal lain yang harus dipertimbangkan dalam pembuatan fondasi dan investigasi tanah adalah jenis tanah dan permasalahan tanah yang sering muncul di lepas pantai. Salah satu yang sering menjadi masalah dalam pembuatan fondasi adalah tanah karbonat (carbonate soil). Tanah karbonat yang tersusun dari calcium

carbonate (CaCO3) ini menjadi perhatian utama bagi insinyur fondasi lepas pantai. Saat persentase komposisi calcium carbonate ini mencapai lebih dari 20%, menurut


2-1

API RP 2A (1993), maka tanah ini akan menimbulkan masalah pada struktur di atasnya (Tyrant, 1994).

2.2

SURVEI TANAH DI LAUT

Survei tanah adalah sebuah proses identifikasi lapisan-lapisan tanah di bawah struktur beserta karakteristik fisiknya. Survei tanah lazim dilakukan sebelum membuat struktur fondasi, khususnya fondasi struktur anjungan lepas pantai. Pada umumnya, survei tanah dilakukan untuk mendapat data stratigrafi tanah, data yang memuat komposisi, umur relatif, properti tanah, dan distribusi pelapisan tanah serta interpretasi lapisan-lapisan batuan. Tujuan dari survei tanah ini adalah untuk mendapatkan informasi yang dapat membantu insinyur dalam hal berikut (Das, 2006) : a) Memilih tipe dan kedalaman yang sesuai dengan struktur yang akan dibuat. b) Melakukan evaluasi daya dukung fondasi. c) Melakukan estimasi kemungkinan terjadinya penurunan tanah di bawah struktur fondasi. d) Menentukan potensi permasalahan yang muncul pada fondasi, seperti : tanah yang mengembang, tanah runtuh, dan lain-lain). e) Menentukan lokasi permukaan air tanah. f)

Memprediksi tekanan lateral pada struktur seperti tembok penahan (retaining wall) atau dinding sheet pile.

g) Menentukan metode konstruksi yang akan digunakan jika terdapat perubahan kondisi tanah. Secara umum, survei tanah yang dapat dilakukan terbagi menjadi dua : survei Geofisika dan survei Geoteknik seperti yang dijelaskan sederhana pada Gambar


2-2

2.1. Survei geofisika dilakukan untuk mendapatkan data kualitatif tanah seperti bentuk permukaan tanah dan lapisan-lapisan tanah secara umum dan menyeluruh. Sedangkan survei geoteknik bertujuan untuk mendapatkan data kuantitatif tanah di titik-titik tertentu. Hasil dari kedua survei ini kemudian dikombinasikan untuk mendapatkan informasi stratigrafi tanah.

Kualitatif Geofisika Menyeluruh Survei Kuantitatif Geoteknik

Spot Tertentu

Gambar 2.1 Jenis survei penyelidikan tanah

2.2.1 Survei Geofisika di Laut Survei geofisika dapat membantu memberikan suplai data untuk pembuatan stratigrafi tanah serta memberikan informasi terkait aspek karakteristik geologi dari tanah seperti lereng curam, topografi tanah, lumpur vulkanik, gelombang pasir, retakan, erosi, gelembung gas pada sedimen, dan beberapa variasi dari ketebalan lapisan batuan. Informasi yang didapat dari hasil survei dasar laut ini bila dikombinasikan dengan data tanah (soil boring) dan tes in situ akan memberikan


2-3

bahan olahan yang cukup baik dalam pembuatan lapisan tanah pada area dangkal tersebut. Terdapat beberapa alat perlengkapan survei yang direkomendasikan untuk dijadikan pertimbangan saat melakukan survei geofisika berdasarkan ISO 19901-4

Geotechnical and Foundation Design Considerations :

a) Echo Sounder Echo sounder adalah salah satu tipe SONAR (Sound Navigation And Ranging) yang digunakan untuk menentukan kedalaman air di laut dengan mengirimkan gelombang suara ke dasar laut (sounding). Jarak antara gelombang dipancarkan dan ditangkap kembali digunakan dalam perhitungan jarak antara permukaan laut dan dasar laut. Gambar 2.2 memperlihatkan secara visual proses sounding menggunakan echo sounder. Echo Sounder disebut dengan sistem penyapuan batimetri (swathe batymetric system) yang juga dapat digunakan untuk mendefinisikan morfologi dari dasar laut. Data-data yang didapat dari sistem pembuatan batimetri ini hanya bisa digunakan untuk evaluasi awal.

Gambar 2.2 Bagaimana echo sounder bekerja (sumber : en.wikipedia.org/wiki/Echo_sounding)


2-4

b) Sub-bottom Profiler Sub-bottom Profiler (SBP) menjelaskan tampilan karakteristik struktural tanah di dasar laut di dekat area sedimentasi. SBP mengaplikasikan ilmu akustik dengan menggunakan refleksi seismologi untuk membuat gambar dua dimensi (2D) dari permukaan dasar laut. Boomer atau speaker pada alat ini dihubungkan pada kabel dengan voltase tinggi kemudian melakukan transfer energi melewati air laut untuk melakukan penetrasi ke dalam dasar laut. Ilustrasi bagaimana SBP bekerja dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Bagaimana sub bottom profiler bekerja (Sumber : www.ets.wessexarch.co.uk)

c)

Side Scan Sonar

Side Scan Sonar merupakan salah satu sistem SONAR (Sound Navigation And Ranging) yang sering digunakan untuk survei maritim. Alat ini membantu mendefinisikan struktur permukaan dasar laut dan daya pemantulan dari dasar laut dalam sebuah gambar dengan skala besar. Hasil yang dihasilkan dari alat ini


2-5

mampu menampilkan perbandingan material dan tekstur dari dasar laut. Gambar 2.4 memberikan gambaran bagaimana side scan sonar bekerja.

Gambar 2.4 Bagaimana side scan sonar bekerja (Sumber : www.iloapp.gasss-tech.com)

d) Survei Seismik Survei ini menggunakan bantuan gelombang suara dengan prinsip seismologi untuk memperkirakan properti tanah. Kapal survei telah dilengkapi oleh kabel dengan sumber seismik dan hidrofon. Sumber seismik digunakan untuk menghasilkan energi akustik, sedangkan hidrofon digunakan untuk menangkap gelombang yang kembali setelah dipantulkan. Sumber seismik dalam survei ini dapat mendefinisikan struktur pada kedalaman sekitar 100 m di bawah dasar laut dan dapat dikaitkan dengan data seismik dari studi reservoir. Sinyal dari sumber seismik dapat diterima dengan menggunakan hidrofon analog (single-channel)


2-6

atau hidrofon multi-channel. Gambar 2.5 menggambarkan bagaimana alat survei seismik bekerja.

Gambar 2.5 Bagaimana alat survei seismik bekerja (Sumber : www.fishsafe.eu)

e) Refraksi Dasar Laut Perlengkapan refraksi dasar laut (seabed refraction) memberikan informasi stratifikasi tanah beberapa meter di bawah dasar laut. Survei ini menggunakan metode tarikan secara berkesinambungan. Sistem refraksi ini menghasilkan penampang dasar laut yang analog dengan rekaman refraksi dalam real time. Informasi langsung didapat dari variasi kekerasan permukaan laut. Gambar 2.6 menggambarkan ilustrasi dari seabed refraction.


2-7

Gambar 2.6 Bagaimana alat refraksi dasar laut bekerja (sumber : http://www.fugrosurveytechnical.com/)

2.2.2 Survei Geoteknik Di Laut Survei geoteknik merupakan jenis survei lain dalam penyelidikan tanah. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa survei geoteknik lebih bersifat kuantitatif dan spesifik pada satu area saja. Hasil dari survei geoteknik ini, dikombinasikan dengan hasil dari survei geofisika, akan menghasilkan model tanah dan stratigrafi tanah. Langkah awal sebelum melakukan survei geoteknik, menurut ISO 19901-4, adalah dengan melakukan review terlebih dahulu terhadap data investigasi tanah sebelumnya, data geofisika, dan data geologi setempat. Hal ini bertujuan untuk mengidentifikasi hambatan yang mungkin akan muncul dan membantu dalam melakukan perencanaan investigasi selanjutnya. Di dalam ISO 19901-4 terdapat dua hal yang dilakukan dalam melakukan investigasi geoteknik :


2-8

a) Tes uji sampel untuk menentukan klasifikasi tanah dan properti tanah b) Tes in-situ, untuk menentukan profil beserta kekuatan tanah Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa terdapat dua jenis tes yang harus dilakukan pada survei geoteknik ini : tes lapangan dan tes laboratorium. Di dalam API RP 2A disebutkan bahwa jangkauan atau scope dari kedua tes ini merupakan fungsi dari desain platform dan karakteristik geologi tanah yang memungkinkan memberikan dampak pada struktur. Detail dari kedua tes ini bergantung pada variasi tanah, desain kondisi lingkungan (semisal gempa bumi), tipe struktur yang akan dibuat, perlengkapan yang akan dipasang, serta kemungkinan ada atau tidaknya bencana alam (geohazard). Selain itu, ISO 19901-4 memberikan tambahan rekomendasi untuk melakukan sebuah tes yang dapat membantu menentukan properti tanah dinamis dan potensi terjadinya likuifaksi pada area aktif seismik. Satu hal yang harus diperhatikan ketika melakukan investigasi geoteknik adalah keberadaan tanah yang mengandung material karbonat. Ketika melakukan investigasi geoteknik di area perbatasan (frontier areas) yang dimana disinyalir mengandung material karbonat, maka investigasi tanah tersebut harus disertai metode diagnostik untuk menentukan ada atau tidaknya tanah karbonat (API RP 2A, 2000). Di dalam ISO 19901-4 dijelaskan bahwa ketika tanah memiliki 15% - 20% material karbonat, maka kemungkinan besar akan memberikan pengaruh pada fondasi, berupa penampakan fondasi yang buruk. Contoh tanah karbonat dapat dilihat pada Gambar 2.7.


2-9

Gambar 2.7 Tanah karbonat (Sumber : www.nbmg.unr.edu)

Tanah karbonat berbeda dalam banyak hal dengan jenis tanah lainnya. Perbedaan paling utama dari tanah karbonat adalah unsur pokoknya adalah kalsium karbonat, material yang memiliki tingkat kekerasan yang rendah dibandingkan dengan

quartz. Tanah karbonat memiliki void ratio yang tinggi dan kepadatan yang rendah. Selain itu, tanah ini cenderung mudah menghasilkan perubahan endapan akibat adanya proses biologis dan kimiafisik (physiochemical) sehingga memberikan pengaruh yang amat besar terhadap karakteristik mekaniknya (ISO 19901-4, 2003). Hingga saat ini belum ada prosedur desain yang baku dalam membuat fondasi di atas tanah karbonat. Sejauh ini, pendekatan konservatif masih dilakukan dalam mendesain struktur di tanah karbonat.


2-10

2.2.2.1

Tes Lapangan

Tes lapangan sering juga disebut in situ test. Tes ini biasa dilakukan saat investigasi tanah berlangsung. Tes-tes yang biasa dilakukan diantaranya adalah Standard

Penentration Test (SPT), Cone Penetration Test (CPT), Pressuremeter Test, Vane Shear Test, dan beberapa jenis lainnya (GEO, 2006). Namun, khusus untuk tes tanah di laut, tidak dilakukan SPT dan CPT. Profil tanah di laut didapatkan melalui

Piezocone Penetration Test (PCPT). Di dalam ISO 19901-4 dijelaskan bahwa in situ test harus dipertimbangkan dalam investigasi tanah ketika gangguan pada saat sampling dan pemulihan tanah yang buruk (poor recovery) ditemukan. Gangguan pada sampel dan permasalahan pada pemulihan tanah biasanya ditemukan pada tanah silika, material yang mengandung karbonat, dan tanah halus. Tes in situ dilakukan untuk melakukan penyelidikan kekuatan tanah, membuat profil kuat geser tanah secara berkesinambungan, dan untuk memperkirakan kepadatan relatif, friksi pada tiang pancang, serta nilai end bearing.

a) Piezocone Penetration Test (PCPT) PCPT merupakan tes sederhana yang pada umumnya digunakan pada tanah lempung halus (soft clay), tanah lumpur halus (soft silts), dan tanah yang seukuran dengan endapan pasir dengan menggunakan alat penetrasi bernama piezocone. PCPT ini khusus digunakan pada survei geoteknik di laut. PCPT pada umumnya dilakukan di dasar laut dan pengujiannya bergantung pada kedalaman yang dibutuhkan untuk data investigasi tanah. Hasil dari PCPT dapat dikombinasikan dengan data tanah sebelumnya dan dapat digunakan untuk menentukan data profil kuat geser tanah lempung. Pada tanah pasir, hasil tes PCPT digunakan untuk melakukan estimasi kepadatan relatif (relative density) dari tanah, friksi pada tiang pancang, dan nilai end bearing.


2-11

b) Vane Shear Test (VST) VST digunakan selama operasi pengeboran untuk menentukan kuat geser tanah lempung pada suatu area. VST juga bisa digunakan untuk eksplorasi tanah di area lepas pantai. Peralatan yang digunakan dalam tes ini terdiri dari empat buah pisau di ujung batang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8. Sumber tenaga putar (torque) diletakkan di ujung atas batang untuk memutar baling-baling (vane) dengan kecepatan standar 0.1o/detik. Mula-mula, balingbaling diletakkan kemudian dimasukkan ke dalam tanah. Lalu sumber tenaga putar digerakkan beberapa saat kemudian selama kurang lebih 5 sampai 10 menit. Jika waktu kurang dari itu, maka nilai kuat geser akan berkurang. Sebaliknya, jika lebih dari waktu itu, maka akan terjadi konsolidasi tanah dimana nilai kuat geser bertambah. Tes ini akan memberikan hasil yang baik pada tanah lempung derajat halus dan sedang, serta memberikan hasil yang sangat baik dalam hal menentukan properti dari tanah lempung sensitif. Kemungkinan munculnya eror yang cukup signifikan pada tes ini berasal dari buruknya kalibrasi dari sumber tenaga putar (torque) dan baling-baling yang rusak. Selain itu, eror dapat muncul dari kecepatan putar baling-baling tidak dapat diatur dengan baik. VST dijelaskan lebih detail pada ASTM D-2573 “Standard Test Method for Field

Vane Shear Test in Cohesive Soil,” (2004).


2-12

Gambar 2.8 Geometri dari baling-baling (vane) pada VST

(Sumber : ASTM D-2573, 2004)

c) Pressuremeter Test (PMT) PMT merupakan tes in situ dengan menggunakan borehole berbentuk silinder yang dapat mengembang secara radikal. PMT digunakan untuk mengukur kekuatan dan kemampuan tanah mengalami deformasi atau perubahan bentuk. Tabung (probe) pressuremeter terdiri atas tiga bagian : atas, tengah, dan bawah seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.9. Bagian atas dan bawah disebut guard

cells, sedangkan bagian tengah disebut measuring cells. Perbandingan diameter tabung (probe) dan borehole dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabung yang sering digunakan berdiameter 58 mm dan panjang 420 mm. Sel tabung (probe cell) dapat dibuat mengembang dengan menggunakan liquid atau gas.


2-13

Tabel 2.1 Dimensi Alat Pressuremeter Menurut ASTM

Diameter Probe (mm)

Diameter Borehole Nominal Maksimum (mm) (mm)

44

45

53

58

60

70

74

76

89

(Sumber : ASTM D-4719, 2004)

Setelah pressuremeter dimasukkan ke dalam tanah, tekanan diberikan agar tabungnya kemudian mengembang. Tekanan yang diberikan bertambah secara bertahap kemudian volume baru dari cell dihitung. Proses berlanjut hingga tanah runtuh atau batas tekanan pada alat uji tercapai. Tanah dianggap gagal ketika total volume dari rongga yang mengembang sekitar dua kali lebih besar dibandingkan dengan rongga asal. Untuk mendapatkan hasil yang akurat, segala macam gangguan pada borehole harus diminimalisir. Setelah uji tekan selesai, tabung kembali mengempis dan siap digunakan pada tes yang lain. Detail dari Presuremeter Test dapat dilihat pada ASTM D 4719-00 “Standard Test

Method for Prebored Pressuremeter Testing in Soils.” (2004).


2-14

Gambar 2.9 Tampak samping dari alat Presuremeter Test (PMT) (Sumber : ASTM D-4719, 2004)

2.2.2.2

Tes Laboratorium

Salah satu bagian esensial dalam investigasi fondasi adalah tes laboratorium. Di dalam ISO 19901-4 dijelaskan bahwa tujuan dari adanya tes laboratorium adalah untuk menentukan properti kekuatan-deformasi-konsolidasi endapan tanah. Tes laboratorium dimulai setelah survei geofisika selesai dilaksanakan. Karena sampel tanah dapat mengering atau dapat mengalami perubahan struktur tanah seiring berjalannya waktu, maka setelah pengambilan sampel tanah, tanah harus sesegera mungkin diuji di laboratorium. Program uji tanah dalam tes laboratorium ini seharusnya lebih diutamakan pada area yang memiliki lapisan tanah kritis, yang dapat memberikan pengaruh langsung pada struktur fondasi. Dalam membuat sebuah struktur fondasi, juga penting untuk menentukan banyaknya pergerakan tanah yang dapat memberikan


2-15

efek pada struktur fondasi. Hasil dari tes laboratorium ini harus dapat memodelkan pergerakan tanah sehingga stabilitas tanah dapat dianalisis. Tes laboratorium ini harus sejalan dengan prosedur standar, seperti yang direkomendasikan oleh American Society for Testing Materials (ASTM) atau prosedur yang direkomendasikan oleh buku manual spesifik yang lain.. Terdapat beberapa tes laboratorium yang umum dilakukan sebagai bagian dari proses desain fondasi struktur, seperti uji kadar air (water content), atterberg limits, analisis saringan (sieve analysis), berat unit (unit weight), specific gravity. Tes-tes tersebut merupakan tes dasar yang biasa dilakukan pada penyelidikan sampel tanah. Tes dasar ini disebut juga index test.

a) Uji Kadar Air Uji kadar air (water content test) merupakan jenis uji laboratorium yang sering dan mudah untuk dilakukan. Tujuan dari tes ini adalah untuk mendapatkan natural

water content. Data kadar air ini umum digunakan pada studi perbaikan tanah. Tes ini meliputi penentuan massa dari tanah basah, kemudian pemanasan tanah basah tersebut selama 12 – 16 jam pada temperatur 110oC dengan tujuan untuk menentukan massa dari tanah kering. Dengan mengurangi massa tanah basah awal dengan massa tanah kering, massa air dalam tanah dapat dihitung. Data kadar air dapat memberikan informasi yang cukup diperlukan untuk mengidentifikasi permasalahan yang mungkin muncul pada fondasi. Sebagai contoh, jika lapisan lempung terletak di bawah struktur fondasi dangkal memiliki kadar air 100%, maka tanah tersebut memungkinkan untuk mudah mampat. Sebaliknya, jika lapisan lempung di bawah struktur fondasi memiliki kadar air 5%,


2-16

ini seperti lapisan lempung tersebut kering dan dapat membuat fondasi terangkat akibat pemuaian. Penjelasan lebih detail dari tes ini dapat dilihat pada ASTM D 2216-98 (2004) “Standard Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content

of Soil and Rock by Mass”, atau untuk metode alternatif menggunakan microwave oven, dapat mengikuti prosedur pada ASTM D 4643-00 (2004) “Standard Test Method for Determination of Water (Moisture) Content of Soil by The Microwave Oven Heating.”

b) Uji Berat Unit Tanah Berat unit tanah (total unit weight) didefinisikan sebagai berat tanah basah per unit volume. Istilah weight di sini diartikan sebagai gaya (Force). Unit weight mudah untuk diperkirakan pada tanah kohesif dengan memotong satu blok tanah kohesif menjadi potongan kecil, menimbangnya, lalu meletakkannya pada sebuah penghitung volume (volumetri), setelah itu dilakukan perhitungan berat air. Berat unit tanah diperlukan untuk menghitung tekanan berlebih (overburden

pressure) pada area in situ. Lebih jauh lagi, data tekanan berlebih yang didapat akan digunakan pada perhitungan penurunan tanah nantinya.

c) Uji Specific Gravity Specific gravity merupakan parameter tanpa dimensi yang berhubungan dengan kepadatan (density) partikel tanah dengan kepadatan (density) air. Dengan menentukan massa kering dari tanah dan menggunakan pycnometer (Gambar 2.10) untuk mendapatkan volume tanah padat, maka nilai specific gravity dari tanah tersebut akan didapatkan. Specific Gravity didapat dari pembagian nilai


2-17

kepadatan tanah oleh kepadatan air. Tes ini hanya bisa dilakukan pada pasir, lumpur, partikel tanah seukuran dengan lempung.

Gambar 2.10 Pycnometer (Sumber : Foundation Engineering Handbook 2nd)

Tes ini memerlukan kemampuan yang cukup baik dan waktu yang cukup lama. Oleh karena itu, tes ini sering dilakukan pada satu atau dua sampel tanah yang dinilai cukup representatif pada suatu proyek pembuatan fondasi. Penjelasan detail mengenai tes specific gravity ini terdapat pada ASTM D 854-02 (2004) “Standard

Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer.” Di beberapa proyek pembuatan struktur fondasi, uji specific gravity ini tidak dilakukan para engineer. Mereka lebih memilih untuk membuat asumsi dari tabel

specific gravity yang telah ada seperti pada Tabel 2.2.


2-18

Tabel 2.2 Specific Gravity pada Tanah Secara Umum

Tipe Tanah

Specific Gravity

Gravel

2.65 – 2.68

Sand

2.65 – 2.68

Silt, inorganic

2.62 – 2.68

Clay, organic

2.58 – 2.65

Clay, inorganic

2.68 – 2.75

(Sumber : Foundation Analysis and Design)

Karena nilai specific gravity tidak terlalu bervariasi pada sebagian besar jenis tanah, maka nilai yang tertera pada tabel di atas umumnya digunakan sebagai alternatif. Ketika ketidakpastian dari nilai specific gravity didapatkan, maka dilakukan tes minimal pada tiga jenis sampel tanah yang representatif terhadap tanah pada proyek pembuatan fondasi.

d) Uji Analisis Saringan Elemen mendasar dari sistem klasifikasi tanah adalah penentuan jumlah distribusi partikel tanah. Analisis Saringan (Sieve Analysis) ini dilakukan pada partikel tanah kering yang berukuran lebih besar dari 0.075 mm (saringan standar US nomor 200). Saringan standar US digunakan untuk memisahkan partikel dari sampel tanah menjadi beberapa jenis ukuran. Jenis dan ukuran pori-pori pada saringan standar US dapat dilihat pada Tabel 2.3. Semakin bawah, ukuran pori pada saringan semakin kecil sehingga saat saringan itu digetarkan secara mekanik, partikel tanah berukuran besar akan tertahan pada saringan paling atas sedangkan partikel tanah


2-19

berukuran kecil akan terus tersaring hingga melewati batas saringan ukuran 200. Ilustrasi saringan standar U.S. ini dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Tabel 2.3 Tabel Jenis dan Ukuran Pori Saringan Standar U.S.

No. Saringan 4 10 20 40 60 100 140 200

Ukuran Pori 4.75 mm 2.00 mm 0.85 mm 0.425 mm 0.25 mm 0.15 mm 0.106 mm 0.075 mm

(Sumber : U.S. Sieve Standard)

Prosedur tes analisis saringan ini dijelaskan lebih detail pada ASTM D 422-02 (2004) “Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils”.

Gambar 2.11 Ilustrasi saringan (Sumber : The Asphalt Handbook, 1989)


2-20

e) Uji Hydrometer Proses sedimentasi merupakan metode untuk menentukan distribusi partikel yang lebih halus dari partikel tertahan pada saringan standar U.S. ukuran 200. Hidrometer digunakan untuk mendapatkan data penting selama proses sedimentasi berlangsung. Pada tes ini, butiran tanah dengan diameter tertentu dihitung waktu tempuh saat ia dijatuhkan dengan jarak tertentu pada sebuah liquid yang telah diketahui nilai viskositasnya. Ketika analisis saringan menggunakan ukuran pori pada saringan untuk mendefinisikan ukuran partikel tanah, tes hidrometer menggunakan diameter butiran yang ekuivalen dengan butiran pada analisis saringan untuk mendefinisikan ukuran partikel tanah. Peralatan yang digunakan pada tes hidrometer dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Hidrometer (Sumber : Foundation Engineering Handbook 2nd)


2-21

Saat ukuran kehalusan tanah lebih kecil dari 5% (persentase lolos nomor 200 pada saringan lebih kecil dari 5%), tes hidrometer tidak dilakukan. Demikian juga jika persentase lolos saringan nomor 200 antara 5% dan 15%, tanah mungkin berjenis nonplastik dan tes hidrometer tidak perlu dilakukan untuk klasifikasi tanah. Pada umumnya, saat persentase lolos saringan nomor 200 lebih dari 15%, tes hidrometer dilakukan. Penjelasan detail dari tes hidrometer ini terdapat pada ASTM D 422-02 (2004) “Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils.”

f) Uji Atterberg Limits Atterberg limits didefinisikan sebagai kadar air pada kondisi berbeda dari tanah lumpur (silts) dan tanah lempung (clays). Istilah Atterberg limits hanya mengacu pada liquid limit (LL), plastic limit (PL), dan shrinkage limit (SL).

Liquid limit adalah water content yang berhubungan dengan perubahan perilaku antara kondisi liquid dan plastik pada tanah silts atau clays. Plastic limit adalah

water content yang berhubungan dengan perubahan perilaku antara kondisi plastik dan semi-padat pada tanah silts atau clays. Shrinkage limit adalah water

content yang berhubungan dengan perubahan perilaku antara kondisi semi-padat dan padat pada tanah silts atau clays. Jika tanah tergolong jenis nonplastik, tes atterberg limit tidak dilakukan. Hal ini dikarenakan tanah jenis nonplastik tidak dapat digulung atau dibentuk. Beberapa jenis tanah dapat mengalami kemiripan karakteristik dengan tanah nonplastik, karena kering dan mudah rapuh. Untuk mengecek apakah tanah tersebut merupakan tanah nonplastik atau tidak, air harus ditambahkan pada tanah tersebut. Jika tanah tersebut tidak dapat digulung ataupun dibentuk, maka tanah


2-22

tersebut tergolong nonplastik. Saat hasil tes atterberg nilai PL sama dengan nilai LL, maka tanah tersebut tergolong nonplastik. Menurut ASTM, tes LL dan PL harus dilakukan pada tanah yang lolos melewati saringan nomor 40 (0.425 mm). Penjelasan lebih detail tentang tes ini terdapat pada ASTM D 4318-00 (2004) “Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit,

and Plasticity Index of Soils.”

g) Uji Triaxial Tes ini tidak tergolong tes-tes sebelumnya yang termasuk ke dalam index test, namun merupakan salah satu tes yang sangat penting untuk dilakukan. Tes ini bertujuan untuk memahami gaya geser pada tanah, khususnya tanah kohesif. Prosedur pada tes triaxial meliputi menempatkan sampel berbentuk silinder dari tanah kohesif di tengah-tengah peralatan triaxial, menahan tanah dengan menggunakan selaput karet (rubber membrane), memberikan tanah tekanan fluida, lalu contoh tanah dipotong dengan menambah tekanan vertikal. Gambar 2.13 sebelah kiri mengilustrasikan alat yang digunakan dalam tes triaxial. Sedangkan bagian kanan menggambarkan tekanan yang bekerja pada tanah sampel selama tes triaxial berlangsung.


2-23

Gambar 2.13 Peralatan uji triaxial

(Sumber : Foundation Engineering Handbook 2nd)

2.3

MEKANIKA TANAH

Dalam proses mendirikan sebuah anjungan lepas pantai ataupun struktur bangunan jenis lain, fondasi adalah bagian penting dari struktur tersebut yang harus dirancang dengan baik. Perancangan fondasi yang baik tentu membutuhkan pengetahuan tentang mekanika tanah yang baik pula. Implementasi dari pengetahuan tentang mekanika tanah ini diperlukan pada saat proses perancangan dan pembuatan desain serta konstruksi fondasi, baik fondasi bangunan anjungan lepas pantai atau struktur bangunan lain.


2-24

2.3.1 Mineral Tanah Jenis dan jumlah mineral dalam tanah sangat berperngaruh signifikan terhadap karakteristik tanah seperti kepekatan tanah (plasticity), penggembungan tanah (swelling), penyusutan tanah (shrinkage), penurunan tanah (consolidation), gaya geser tanah (shear strength) , dan permeabilitas tanah (permeability). Ukuran kepekatan tanah disebut dengan plasticity index (PI). Definisi dari PI ini dapat dilihat pada persamaan di bawah ini : 𝐿𝐼 =

𝑤 − 𝑃𝐿 𝑃𝐼

dimana : LI = Liquidity Index PL = Plastic Limit w = persentase air dalam tanah

Liquidity Index digunakan untuk mengidentifikasi tanah sensitif. Nilai liquidity index mengindikasikan tanah tersebut telah kering dan memungkinkan mempunyai potensi mengembang lebih besar. Pengembangan dari perhitungan plasticity index adalah grafik kepekatan tanah (plasticity chart). Grafik ini kemudian digunakan pada Unified Soil Classification

System (USCS) untuk mengklasifikasikan jenis tanah. Pada Gambar 2.14, grafik kepekatan tanah merupakan plot dari Liquid Limit (LL) dan Plasticity Index (PI). Casagrande (1932a), pengembang grafik ini, mendefinisikan dua garis pembagi mendasar dalam grafik kepekatan tanah, diantaranya sebagai berikut : 1. LL = 50 skala. Garis ini digunakan untuk membagi tanah lempung dengan tanah lumpur menjadi kepekatan tinggi (LL > 50) dan kepekatan rendah (LL < 50).


2-25

2. A-line. Garis ini digunakan untuk memisahkan tanah lempung, yang diplot di atas A-line, dari tanah lumpur, yang diplot di bawah A-line. A-line ini didefinisikan sebagai : 𝑃𝐼 = 0.73 (𝐿𝐿 − 20) Selain itu, terdapat juga U-line (upper-limit line). U-line sangat baik digunakan untuk mengecek data yang keliru dan setiap hasil tes yang terplot di atas U-line harus dicek ulang. U-line didefinisikan sebagai : 𝑃𝐼 = 0.90 (𝐿𝐿 − 8)

Gambar 2.14 Grafik kepekatan tanah (plasticity chart) (Sumber : Foundation Engineering Handbook 2nd)


2-26

2.3.2 Klasifikasi Tanah Klasifikasi tanah adalah hal paling mendasar dalam mekanika tanah. Sistem klasifikasi tanah ini bertujuan untuk memudahkan para insinyur geoteknik memprediksi karakteristik tanah sehingga memudahkan mereka dalam merancang suatu struktur bangunan yang kokoh dan dapat bertahan dalam waktu yang lama. Terdapat beberapa macam sistem klasifikasi tanah, beberapa diantaranya yang umum digunakan adalah Unified Soil Classification System (USCS) dan American

Association of Stage Highway and Transportation Official (AASHTO). Secara keseluruhan, semua sistem klasifikasi tersebut membagikan jenis tanah berdasarkan ukuran partikel tanah.

a) United Soil Classification System (USCS) USCS pertama kali diusulkan oleh Casagrande saat Perang Dunia II tahun 1942. Saat ini, system klasifikasi ini dipakai oleh banyak insinyur. Ketika hendak menggunakan sistem klasifikasi unified soil, ada empat hal yang harus diingat : 1. Sistem klasifikasi didasarkan pada material tanah yang lolos melewati saringan 75 mm (3 in). 2. Coarse friction = persen tertahan di atas saringan No. 200 = 100 – F200 = R200 3. Fine friction = persen lolos saringan No. 200 = F200 4. Gravel friction = persen tertahan di atas saringan No. 4 = R4 USCS membagi tanah pada dua kelompok : tanah coarse-grained dan tanah fine-

grained. Tanah coarse-grained dikelompokkan berdasarkan distribusi ukuran tanah, sedangkan tanah fine-grained didasarkan pada kedekatan dengan


2-27

karakteristik kepekatan (plasticity characteristics). Secara detail, kedua kelompok tanah tersebut dapat dilihat pada penjelasan di bawah ini : 1. Tanah coarse-grained. Didefinisikan sebagai tanah yang partikelnya 50% (massa kering) tertahan pada saringan No. 200 (F200 < 50). Tanah coarse-

grained dibagi menjadi pasir dan kerikil. Keduanya kemudian dibagi menjadi empat subbagian.

2. Tanah fine-grained. Didefinisikan sebagai tanah yang partikelnya sejumlah 50% atau lebih melewati saringan No. 200. Tanah fine-grained dibagi menjadi tanah dengan kepekatan yang rendah dan tinggi. Kemudian dibagi lagi menjadi tiga subbagian mengacu pada liquid limit (LL) dan karakteristik kepekatan (PI). USCS menggunakan grup simbol untuk mengidentifikasi tipe tanah. Grup simbol tersebut terdiri dari dua huruf kapital dan huruf pertama mengindikasikan sebagai berikut : G

= Gravel (kerikil)

S

= Sand (pasir)

M

= Silt (lumpur)

C

= Clay (lempung)

O

= Organic (organik)

Huruf kedua mengindikasikan sebagai berikut : W

= Well-graded. Mengindikasikan tanah coarse-grained memiliki partikel pada semua ukuran

P

= poorly-graded. Mengindikasikan tanah coarse-grained memiliki partikel pada ukuran yang sama

M

= Mengindikasikan tanah coarse-grained yang memiliki partikel ukuran lumpur (silt)


2-28

C

= Mengindikasikan tanah coarse-grained yang memiliki partikel ukuran lempung (clay)

L

= Mengindikasikan tanah fine-grained dengan tingkat kepekatan (plasticity) tinggi

H

= Mengindikasikan tanah fine-grained dengan tingkat kepekatan (plasticity) rendah

b) AASHTO Soil Classification System American Association of State Highway and Transportation Official (AASHTO) adalah asosiasi yang mengembangkan sistem klasifikasi tanah ini. Sistem ini membagi tanah ke dalam dua kategori utama : organik dan anorganik. Tanah anorganik dibagi ke dalam tujuh grup (A-1, A-2, hingga A-7), sedangkan tanah organik didefinisikan ke dalam satu grup (A-8). Menurut AASHTO, klasifikasi tanah di bawah grup A-1, A-2, dan A-3 merupakan butiran kecil tanah yang dimana 35% atau kurang dari partikel tanah tersebut dapat lolos saringan No. 200. Partikel tanah yang lolos saringan No. 200 lebih dari 35% akan diklasifikasikan pada A-4, A-5, A-6, dan A-7. Tanah-tanah ini pada umumnya berjenis lumpur atau tanah lempung. Sistem klasifikasi pada AASHTO berdasarkan hal-hal berikut : a) Ukuran Tanah. Ukuran tanah terbagi menjadi tiga macam : kerikil, pasir, tanah lempung. Ketiga jenis tanah tersebut dibedakan dengan kemampuan lolos saringan. b) Kepadatan. Istilah silty diberikan ketika plasticity index dari tanah tersebut 10 atau di bawahnya. Ketika plasticity index dari tanah tersebut lebih dari 11, maka istilah clayey digunakan.


2-29

c) Jika kerikil dan batu ukuran besar (ukuran lebih dari 75 mm) ditemukan, maka mereka tidak termasuk bagian dari sampel tanah yang terdapat pada klasifikasi tanah. Gambar 2.15 di bawah menggambarkan klasifikasi tanah menurut sistem klasifikasi AASHTO.

Gambar 2.15 Klasifikasi tanah menurut AASHTO (Sumber : http://www.fhwa.dot.gov/)

2.3.3 Parameter Tanah Parameter tanah memberikan informasi spesifik tentang tanah. Melalui parameter tanah ini, kualitas tanah di tempat pembuatan fondasi struktur akan diketahui sehingga perlakuan spesifik terhadap tanah atau struktur dapat dilakukan lebih awal untuk menghindari terjadinya hal yang tidak diinginkan pada struktur fondasi. Informasi mengenai parameter tanah ini juga digunakan dalam analisis

engineering. Engineer harus memahami perilaku tahanan geser tanah untuk dapat


2-30

menganalisis permasalahan stabilitas tanah seperti daya dukung tanah, tekanan lateral pada tanah, struktur tanah, dan lain sebagainya. Parameter tanah yang dibahas di sini adalah parameter tanah yang memiliki korelasi dengan kriteria kegagalan Mohr-Coulomb (Mohr-Coulomb failure). Teori ini menjelaskan bahwa suatu material tanah dianggap runtuh karena kombinasi kritis dari tegangan normal dan tegangan geser pada tanah. Kriteria kegagalan Mohr-Coulomb sangat erat korelasinya dengan nilai kohesi tanah, sudut geser dalam tanah, modulus elastisitas, sudut dilatasi, dan rasio Poisson. Pemodelan dengan teori Mohr-Coulomb umum digunakan dalam pemodelan tanah karena parameter yang digunakan sederhana.

a) Kohesi (Cohesion) Kohesi (c) adalah istilah yang digunakan dalam mendeskripsikan kuat geser tanah. Kohesi diistilahkan untuk menjelaskan bagian tanah yang tak bergesekan (non-

frictional part) dari tahanan geser tanah. Kohesi merupakan gaya yang menarik molekul tanah untuk saling terikat. Kohesi terdapat pada tanah jenis lempung. Setiap jenis tanah lempung memiliki nilai kohesi yang berbeda-beda. Kohesi bergantung pada konsistensi dan kejenuhan tanah. Nilai kohesi didapat dari Direct

Shear Test. Kohesi tanah memiliki korelasi dengan nilai Unconfined Compressive Strength (𝑆𝑢𝑐 ) melalui persamaan berikut :

𝑐 = 𝑆𝑢𝑐 /2 Nilai 𝑆𝑢𝑐 didapat dari Triaxial Test atau Unconfined Compressive Strength Test. Nilai 𝑆𝑢𝑐 juga bisa didapat melalui nilai empiris pada Tabel 2.4.


2-31

Tabel 2.4 Nilai Empiris Konsistensi Tanah Kohesif

SPT Penetration (blows/ foot) 0-2

Estimated Consistency Very Soft

Suc (kips/ft2)

2-4

Soft

0.5 - 1.0

4-8

Medium

1.0 - 2.0

8 - 16

Stiff

2.0 - 4.0

16 - 32

Very Stiff

4.0 - 8.0

>32

Hard

>8

0 - 0.5

(Sumber : Bowles, 1996)

b) Sudut Friksi Dalam (Internal Friction Angle) Sudut friksi erat kaitannya dengan tahanan geser tanah. Istilah ini digunakan untuk mendeskripsikan tahanan friksi tanah bersamaan dengan tegangan normal efektif tanah. Sudut friksi internal didapat pada tanah berjenis pasir. Semakin tinggi nilai sudut friksi, akan didapatkan tanah pasir yang lebih rapat. Sudut friksi dinyatakan dalam derajat. Nilai sudut friksi dalam didapat dari tes laboratorium : Direct Shear

Test atau Triaxial Stress Test. Nilai empiris dari sudut friksi dalam, dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Nilai Empiris Tanah Granular Berdasar Nilai SPT

SPT Penetration, NValue (blows/ foot) 0

f (degrees) 25 - 30

4

27 - 32

10

30 - 35

30

35 - 40

50

38 - 43 (Sumber : Bowles, 1996)


2-32

c)

Poisson’s Ratio

Poisson’s Ratio digunakan pada studi tekanan dan penurunan yang didefinisikan sebagai rasio dari tekanan aksial dan ekspansi lateral. Tabel 2.6 merupakan nilai empiris dari Poisson’s Ratio.

Tabel 2.6 Kisaran Nilai Poisson’s Ratio


d) Modulus Young Modulus Young atau yang umum disebut dengan modulus elastisitas merupakan parameter elastisitas tanah dan kekakuan tanah. Modulus elastisitas didefinisikan sebagai rasio tegangan dan regangan. Nilai modulus elastisitas sering digunakan untuk melakukan estimasi penurunan tanah dan analisis deformasi elastisitas. Nilai modulus elastisitas didapat dari beberapa jenis tes seperti Triaxial Test,

Oedometer Test, Standar Penetration Test, Cone Penetration Test, Pressuremeter Test, atau secara tak langsung dari Dilatometer Test. Tabel 2.7 menampilkan nilai empiris dari modulus elastisitas.


2-33

Tabel 2.7 Nilai Empiris Modulus Young


Nilai modulus elastisitas juga bisa didapat dari persamaan korelasi dengan nilai kuat geser tanah. Persamaannya adalah sebagai berikut :

Es = Kc.Cu dimana : 𝐸𝑠 𝐾𝑐 𝐶𝑢

= Modulus Young = Faktor korelasi = Kuat Geser Undrained

Nilai faktor korelasi dapat diestimasi melalui grafik estimasi faktor korelasi pada Gambar 2.16.


2-34

Gambar 2.16 Grafik estimasi nilai faktor korelasi (Sumber : http://www.geotechnicalinfo.com/)

e) Sudut Dilatansi (Dilatancy Angle) Sudut dilatansi dinyatakan dalam derajat. Tanah lempung menunjukkan nilai sudut dilatansi 0. Sudut dilatansi pada tanah pasir bergantung pada kepadatan dan nilai sudut friksi dalam. Nilai sudut dilatansi dapat ditentukan melalui persamaan berikut : 𝜓 ≈ 𝜑 − 300

dimana : 𝜓 𝜑

= Sudut dilatansi = Sudut friksi dalam

Untuk tanah yang memiliki nilai sudut friksi dalam dibawah 300, nilai sudut dilatansi nol.


2-35

f)

Berat Jenis (Unit Weight)

Unit weight atau berat jenis tanah merupakan berat tanah per unit volume. Dalam bentuk persamaan, berat jenis tanah dituliskan sebagai berikut :

𝛾= dimana : 𝛾 W V

𝑊 𝑉

= Berat jenis tanah = Berat tanah = Volume tanah

Ketika semua celah terisi oleh air, berat jenis tanah menjadi identik dengan berat jenis jenuh (𝛾𝑠𝑎𝑡 ) sedangkan ketika semua celah tanah terisi oleh udara, berat jenis tanah menjadi identik dengan berat jenis kering ( 𝛾𝑑𝑟𝑦 ). Untuk kedua kondisi tersebut, persamaan berat jenis tanah menjadi :

𝛾𝑠𝑎𝑡 =

𝛾𝑤 (𝐺 + 𝑒) 1+𝑒

𝛾𝑑𝑟𝑦 =

𝛾𝑤 𝐺 1+𝑒

Submerged unit weight kadang-kadang sangat berguna untuk digunakan ketika tanah dalam keadaan jenuh. Pada kasus tanah di dasar laut, nilai berat unit tanah yang digunakan adalah submerged unit weight karena tanah berada di bawah rendaman air laut sehingga tanah pasti dalam keadaan jenuh.. Submerged unit

weight dituliskan dalam persamaan :

𝛾′ = 𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤


2-36

2.4

FONDASI DANGKAL

Fondasi dangkal adalah fondasi yang memiliki kedalaman tertanam kurang dari dimensi minimum lateral dari elemen fondasi. Bowles (1996) mengklasifikasikan fondasi berdasarkan dimana sebuah beban ditahan oleh tanah. Fondasi dangkal adalah fondasi yang memiliki kedalaman setara ketika nilai D/B ≤ 1. Perbandingan D dan B dapat dilihat pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17 Perbandingan D dan B pada struktur fondasi dangkal (Sumber : Bowles, 1996)

Di dalam API RP 2A WSD-2000 disebutkan bahwa di dalam mendesain fondasi dangkal, beberapa faktor di bawah ini harus dipertimbangkan : 1. Stabilitas, termasuk kegagalan yang dikarenakan struktur terbalik, gesekan, tergelincir, atau kombinasi dari semuanya. 2. Deformasi statis, termasuk kemungkinan adanya kerusakan pada komponen dari struktur fondasi atau fasilitas yang terdapat di sana. 3. Karakteristik dinamis, termasuk pengaruh fondasi pada respons dari struktur dan performa fondasi itu sendiri akibat beban dinamis.


2-37

4. Ketidakstabilan hidrolik, seperti pada saluran pipa, termasuk potensi kerusakan pada struktur dan potensi ketidakstabilan fondasi. 5. Pemasangan dan pembongkaran, termasuk memasukan atau mengeluarkan dasar fondasi serta efek dari tekanan yang didapat. Fondasi dangkal dipilih ketika beban dari struktur tidak akan menyebabkan penurunan berlebih pada lapisan tanah di bawah struktur fondasi. Secara umum, fondasi dangkal lebih ekonomis untuk dibangun dibandingkan dengan fondasi dalam.

2.4.1 Jenis Fondasi Dangkal Fondasi dangkal terdiri dari beberapa tipe struktur. Masing-masing tipe disesuaikan dengan kondisi tanah tempat fondasi itu dibuat. Tabel 2.8 memberikan gambaran tentang jenis umum fondasi dangkal.

Tabel 2.8 Tipe Fondasi Dangkal

Tipe Fondasi Dangkal Jenis Struktur Spread footings, wall Kolom individu, dinding footings

Combined footings

Mat foundation

Dua sampai empat kolom pada satu kaki dan/atau saat spasi terbatas Beberapa baris kolom paralel; kolom dengan beban berat; digunakan untuk mengurangi penurunan tanah

Kondisi Tanah Di kondisi tanah manapun, selama kuat tahan (bearing capacity) cukup menahan beban. Sama seperti kondisi spread footings di atas

Kuat tahan (bearing capacity) tanah lebih kecil dari spread footings pada umumnya.



2-38

Tipe struktur fondasi yang sering digunakan adalah spread footings, combined

footings, dan strip footings. Gambar 2.18 menunjukkan variasi tipe struktur fondasi dangkal.

Gambar 2.18 Contoh tipe fondasi dangkal (Sumber : Bowles, 1996)

Gambar di atas menampilkan berbagai jenis fondasi dangkal : (a) Combined

footing; (b) combined trapezoidal footing; (c) strap footing; (d) octagonal footing (e) eccentric loaded footing. Selain tipe spread footing dan combined footing, jenis struktur fondasi dangkal yang lain adalah mat foundation. Pembuatan mat foundation didasarkan pada pertimbangan ekonomis. Mat foundation dibuat ketika menemui kondisi seperti adanya lubang, pemampatan, penurunan tanah dangkal, distribusi beban tidak merata, dan terjadi uplift. Contoh ragam jenis dari mat foundation dapat dilihat pada Gambar 2.19.


2-39

Gambar 2.19 Jenis mat foundation (Sumber : Bowles, 1996)

Jenis mat foundation : (a) flat plate; (b) plate thickened; (c) beam-and-slab; (d)

pedestals plate; (e) basement wall.

2.4.2 Pengujian dan Instrumentasi Di dalam ISO 19901-4 dijelaskan bahwa ketika menemukan ketidakpastian dalam perilaku fondasi, maka perlu diadakan pengujian atau instrumentasi pada struktur fondasi tersebut agar didapat kondisi fondasi yang stabil. Metode yang dapat digunakan ketika menemukan ketidakpastian tersebut diantaranya adalah :


2-40

a) Uji Beban Uji beban atau tes lapangan dalam skala besar (large scale) harus dilakukan ketika ditemukan ketidakpastian yang bersifat khusus pada kapasitas fondasi (foundation

capacity) dan ketika faktor keamanan dan/atau pertimbangan ekonomi diprioritaskan.

b) Uji Model Uji model harus dilakukan ketika :

1. Susunan komponen fondasi berbeda jauh dengan susunan sebelumnya di saat kondisi operasi.

2. Kondisi tanah berbeda jauh dengan saat kondisi operasi. 3. Menggunakan metode pemasangan (installation) atau pembongkaran (removal) baru yang belum pernah digunakan sebelumnya.

4. Tingkat ketidakpastian pada struktur atau fondasinya tinggi.

c) Instrumentasi Sementara Struktur harus disusun dengan instrumentasi sementara ketika : 1. Metode pemasangan (installation) mensyaratkan adanya perhitungan data untuk melakukan kontrol saat operasi. 2. Metode pemasangan yang diterapkan memiliki sedikit atau tidak sama sekali pengalaman aplikasi lapangan sebelumnya (metode baru).


2-41

d) Instrumentasi Permanen Struktur harus disusun dengan instrumentasi permanen ketika : 1. Keamanan fondasi bergantung pada operasi aktif, contoh ketika sistem drainase digunakan, data harus segera dapat diakses oleh pengguna. 2. Susunan fondasi, kondisi tanah, berbeda dari apa yang pernah dilakukan sebelumnya. 3. Adanya kebutuhan untuk melakukan monitoring pada keseluruhan fondasi dengan memperhatikan penetrasi, penurunan tanah, atau yang lainnya. 4. Metode pembongkaran (removal) mensyaratkan adanya perhitungan data untuk melakukan kontrol saat operasi.

2.4.3 Daya Dukung Fondasi Tanah harus mampu untuk menahan beban dari berbagai macam tipe struktur yang dibangun di atasnya tanpa terjadinya shear failure dan dengan hasil penurunan tanah (settlement) yang boleh pada struktur tersebut (Bowles, 1996). Begitu pun dengan tanah yang berada di bawah struktur fondasi dangkal. Untuk mendapatkan hasil yang memuaskan, sebuah fondasi dangkal harus memiliki dua karakteristik (Das, 2007) : 1. Aman menghadapi shear failure pada tanah yang menopang fondasi tersebut. 2. Tidak melebihi penurunan tanah (settlement) atau displacement berlebih. Beban per unit area pada fondasi dimana shear failure pada tanah muncul disebut dengan daya dukung (bearing capacity). Ketika tegangan geser fondasi pada tanah melebihi tegangan geser tanah itu sendiri, maka akan terjadi kegagalan fondasi atau yang disebut dengan bearing capacity failure. Contoh dari bearing capacity


2-42

failure adalah kegagalan Transcona Grain-Elevator di Transcona, Kanada, seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Kegagalan Transcona Grain-Elevator (Sumber : Foundation Engineering Handbook 2nd)

Pada umumnya, metode yang sering digunakan dalam menghitung daya dukung

(bearing capacity) sebuah fondasi adalah metode yang dikembangkan oleh Terzaghi (1943) karena mudah digunakan dan tak perlu melakukan perhitungan faktor ekstra lainnya. Selain metode yang dikembangkan oleh Terzaghi, terdapat metode lain yang juga dapat digunakan dalam menghitung daya dukung tanah pada fondasi, seperti metode yang dikembangkan oleh Meyerhof (1963), Hansen (1970), dan Vesic (1975). Meyerhof (1963) mengembangkan metode yang mirip dengan Terzaghi, namun ia memasukkan faktor bentuk Sq dengan nilai kedalaman Nq.. Meyerhof juga memasukkan faktor kedalaman di dan faktor kemiringan ii untuk kasus dimana beban pada kaki struktur miring. (Bowles, 1996).


2-43

Hansen (1970) mengembangkan metode yang merupakan perluasan dari metode yang dikembangkan oleh Meyerhof. Hansen mengambangkan faktor kedalaman, faktor bentuk, dan faktor kemiringan yang telah ditetapkan sebelumnya oleh Meyerhof. Metode Hansen ini digunakan pada bentuk struktur dan faktor kedalaman yang rumit. Vesic (1975) mengembangkan metode yang prosedur penggunaannya sama dengan metode Hansen dengan sedikit perubahan. Nilai Nc dan Nq yang digunakan adalah nilai yang ditetapkan oleh Hansen, namun nilai Ny sedikit berbeda dari yang dimiliki Hansen. Selain itu ada beberapa perbedaan pada beberapa faktor lainnya. Persamaan Vesic ini lebih mudah digunakan dibandingkan persamaan Hansen. Tabel 2.9 memperlihatkan perbedaan persamaan antara metode Terzaghi, Meyerhof, Hansen, dan Vesic.

Tabel 2.9 Persamaan Bearing Capacity Berbagai Metode

Terzaghi

̅𝑵𝒒 + 𝟎. 𝟓𝜸𝑩𝑵𝜸 𝒔𝜸 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝒄𝑵𝒄 𝒔𝒄 + 𝒒 𝑵𝒒 =

𝒂𝟐 𝒂𝒄𝒐𝒔𝟐 (𝟒𝟓 + ∅/𝟐)

𝒂 = 𝒆(𝟎.𝟕𝟓𝝅−∅/𝟐)𝒕𝒂𝒏∅ 𝑵𝒄 = (𝑵𝒒 − 𝟏)𝒄𝒐𝒕∅ 𝑵𝜸 =

𝒕𝒂𝒏∅ 𝑲𝒑𝜸 ( − 𝟏) 𝟐 𝒄𝒐𝒔𝟐 ∅

Nilai strip round square Sc = 1.0 1.3 1.3 Sy = 1.0 0.6 0.8


2-44

Meyerhof Beban Vertikal :

̅𝑵𝒒 𝒔𝒒 𝒅𝒒 + 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵𝜸 𝒔𝜸 𝒅𝜸 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝒄𝑵𝒄 𝒔𝒄 𝒅𝒄 + 𝒒

Beban Miring :

̅𝑵𝒒 𝒊𝒒 𝒅𝒒 + 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵𝜸 𝒊𝜸 𝒅𝜸 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝒄𝑵𝒄 𝒊𝒄 𝒅𝒄 + 𝒒 𝑵𝒒 = 𝒆𝝅𝒕𝒂𝒏∅ 𝒕𝒂𝒏𝟐 (𝟒𝟓 +

∅ ) 𝟐

𝑵𝒄 = (𝑵𝒒 − 𝟏)𝒄𝒐𝒕∅ 𝑵𝜸 = (𝑵𝒒 − 𝟏)𝐭𝐚𝐧(𝟏. 𝟒∅) Hansen Umum :

̅𝑵𝒒 𝒔𝒒 𝒅𝒒 𝒊𝒒 𝒈𝒒 𝒃𝒒 + 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵𝜸 𝒔𝜸 𝒅𝜸 𝒊𝜸 𝒈𝜸 𝒃𝜸 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝒄𝑵𝒄 𝒔𝒄 𝒅𝒄 𝒊𝒄 𝒈𝒄 𝒃𝒄 + 𝒒

Ketika ⵁ=0 :

̅ 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝟓. 𝟏𝟒𝒔𝒖 (𝟏 + 𝒔′𝒄 + 𝒅′𝒄 − 𝒊′ 𝒄 − 𝒈′ 𝒄 − 𝒃′𝒄 ) + 𝒒 𝑵𝒒 = 𝒆𝝅𝒕𝒂𝒏∅ 𝒕𝒂𝒏𝟐 (𝟒𝟓 +

∅ ) 𝟐

𝑵𝒄 = (𝑵𝒒 − 𝟏)𝒄𝒐𝒕∅ 𝑵𝜸 = 𝟏. 𝟓(𝑵𝒒 − 𝟏)𝐭𝐚𝐧∅ Vesic Umum :

̅𝑵𝒒 𝒔𝒒 𝒅𝒒 𝒊𝒒 𝒈𝒒 𝒃𝒒 + 𝟎. 𝟓𝜸𝑩′𝑵𝜸 𝒔𝜸 𝒅𝜸 𝒊𝜸 𝒈𝜸 𝒃𝜸 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝒄𝑵𝒄 𝒔𝒄 𝒅𝒄 𝒊𝒄 𝒈𝒄 𝒃𝒄 + 𝒒

Ketika ⵁ=0 :

̅ 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝟓. 𝟏𝟒𝒔𝒖 (𝟏 + 𝒔′𝒄 + 𝒅′𝒄 − 𝒊′ 𝒄 − 𝒈′ 𝒄 − 𝒃′𝒄 ) + 𝒒 𝑵𝒒 = 𝒆𝝅𝒕𝒂𝒏∅ 𝒕𝒂𝒏𝟐 (𝟒𝟓 +

∅ ) 𝟐

𝑵𝒄 = (𝑵𝒒 − 𝟏)𝒄𝒐𝒕∅ 𝑵𝜸 = 𝟐(𝑵𝒒 − 𝟏)𝐭𝐚𝐧∅ (Sumber : Bowles, 1996)


2-45

Bowles (1996) membuat sebuah observasi akan penggunaan persamaan pada metode-metode tersebut di atas untuk melihat kondisi apa saja yang tepat untuk setiap penggunaan persamaan-persamaan tersebut, seperti yang ditampilkan pada Tabel 2.10.

Tabel 2.10 Penggunaan Metode Perhitungan Bearing Capacity

Metode

Baik Digunakan Pada

Terzaghi

Tanah kohesif dimana nilai D/B ≤ 1 atau untuk estimasi cepat nilai ultimate bearing capacity, komparasi dengan metode lain. Jangan gunakan metode ini untuk footing dengan momen dan/atau gaya horizontal atau untuk tanah miring.

Hansen, Meyerhof, Vesic

Berbagai situasi, bergantung pada preferensi pengguna atau kebiasaan dalam menggunakan suatu metode tertentu.

Hansen, Vesic

Ketika tanah miring dan footing berada pada kemiringan D/B > 1


Setelah memiliki nilai ultimate bearing capacity melalui berbagai persamaan di atas, perlu dihitung juga nilai allowable bearing capacity (qall), karena nilai tersebut yang akan dimasukkan pada desain struktur. Persamaan qall adalah :

𝑞𝑎𝑙𝑙 =

𝑞𝑢𝑙𝑡 𝑆𝐹

(1)

dimana q ult q all SF

= ultimate bearing capacity = allowable bearing capacity = Faktor keamanan, pada umumnya menggunakan nilai 2


2-46

2.4.4 Stabilitas Fondasi Stabilitas fondasi harus dianalisis dengan menggunakan metode keseimbangan terbatas (limit equilibrium). Karena pertimbangan dari perhitungan tersebut harus diberikan pada kemungkinan terjadinya displacement dan deformasi berlebih pada tanah di bawah struktur fondasi. Metode keseimbangan terbatas (limit equilibrium) secara umum berdasar pada model dua dimensi (potongan vertikal) dimana efek tiga dimensi termasuk kedalamannya dengan mendefinisikan tahanan (resistance) pada bagian vertikal. Hal ini membutuhkan pengidealan pada area fondasi dengan membuat fondasi seolah berbentuk fondasi. Area yang teridealkan tersebut didefinisikan sebagai sebuah persegi dengan lebar B dan panjang L dengan area yang sama. Atau secara sederhana dalam bentuk persamaan, pengidealan tersebut diperlihatkan seperti pada persamaan di bawah :

𝐴𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 𝐵𝐿 = 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙

Lebar efektif fondasi B’ mengakibatkan luas area fondasi menjadi luas efektif A’. Lebar efektif digunakan untuk menentukan faktor koreksi daya dukung dan tahanan geser (sliding resistance). Nilai B’ ditentukan oleh persamaan :

𝐵 ′ = 𝐵 − 2𝑒

dimana 𝑒 = (eccentricity) pada komponen vertikal beban pada desain. Contohnya adalah jarak antara titik pusat dari beban pada beban desain (design actions) total dan komponen vertikal pada dasar fondasi.


2-47

Pada kondisi drained, efek beban (action effects) dari pembebanan vertikal dan horizontal harus diasumsikan sebagai aksi pada area efektif fondasi saja. Pada kondisi undrained, efek beban (action effects) tersebut dapat diasumsikan terdistribusi pada seluruh area fondasi. ISO 19901-4 menetapkan bahwa setiap fondasi dangkal harus memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut :

1. Pada tanah halus (soft soils), fondasi harus menembus dasar laut (seabed) hingga kedalaman dimana nilai daya dukung (bearing capacity) tanah seimbang dengan tekanan (bearing pressure) yang diaplikasikan pada tanah tersebut.

2. Untuk fondasi sementara, desain berlandaskan pada kriteria displacement yang dibolehkan

3. Penurunan

tanah

tak

seimbang

(differential

settlement)

yang

diperbolehkan akibat fondasi bergantung pada tipe struktur dan metode instalasinya dan dari penilaian risiko (risk assessment).

4. Tindakan pencegahan yang sesuai harus diambil untuk meminimalkan penurunan tanah tak seimbang (differential settlement) di antara fondasi.

5. Batas penetrasi fondasi yang diperbolehkan pada tanah harus dipastikan melalui uji coba yang baik. Semua kombinasi dari reaksi horizontal dan vertikal pada fondasi yang dihasilkan dari desain berbeda, harus memenuhi kriteria persamaan berikut :

𝐸𝑒 ≤ 𝑅𝑑

(2)

dimana 𝐸𝑒 = faktor beban lingkungan 𝑅𝑑 = desain tahanan tanah


2-48

Untuk situasi dimana beban lingkungan diabaikan, kriteria di bawah ini menggantikan persamaan (3) :

𝑉 ≤ 𝑄𝑑,𝑣

(3)

dimana 𝑉 = komponen vertikal dari faktor permanen dan variasi beban 𝑄𝑑,𝑣 = desain daya dukung tanah tanpa beban horizontal (=𝑞𝑑,𝑣 𝐴)

dimana 𝑞𝑑,𝑣 = desain unit daya dukung tanah tanpa beban horizontal, dihitung menggunakan faktor material γm=1,5.

Untuk situasi dimana beban permanen kecil, kriteria di bawah ini menggantikan persamaan (4) :

𝐻𝐸 ≤ 𝑄𝑑,ℎ

(4)

dimana 𝐻𝐸 = komponen horizontal, resultan dari beban lingkungan ekstrim, 𝐸𝐸 𝑄𝑑,ℎ = desain tahanan geser (sliding resistance). Penjelasan lebih detail tentang tahanan geser akan dibahas pada poin di bawah.

Tahanan tanah (soil resistance) yang dimaksud didasarkan pada nilai daya dukung

(bearing capacity) tanah, yang nilainya akan ditentukan oleh persamaan (5), (6),


2-49

dan (7) dengan nilai faktor material γm=1,25. Hasil yang didapat dari persamaan tersebut dikombinasikan untuk mengembangkan soil resistance envelope. Gambar 2.21 dan Gambar 2.22 merupakan contoh dari soil resistance envelope. Kriteria yang disebutkan di atas hanya mewakili fondasi individu. Untuk struktur yang terdiri dari beberapa fondasi, redistribusi dari beban antar fondasi harus betul-betul dipertimbangkan sehingga struktur akan mengakomodasi hasil dari distribusi, dan respons dari tanah adalah ductile. Persamaan untuk menghitung unit daya dukung (bearing capacity) desain pada situasi yang umum ditemukan, dijelaskan pada penjelasan di bawah. Persamaan tersebut harus dipertimbangkan dalam melakukan evaluasi stabilitas fondasi dangkal (API RP 2A WSD-2000). Persamaan-persamaan ini berlaku untuk situasi ideal. Berikut persamaan unit daya dukung (bearing capacity) : Persamaan (5) merupakan persamaan umum yang bisa digunakan untuk menentukan unit daya dukung (bearing capacity) desain untuk kondisi undrained dengan gaya geser seragam yang hampir konstan dengan kedalaman di bawah fondasi :

𝑞𝑑,𝑣 = 𝑁𝑐

𝑐𝑢 𝐾 + 𝑝′𝑂 𝛾𝑚 𝑐

(5)

dimana 𝑁𝑐 = faktor daya dukung tanah 𝛾𝑚 = faktor material 𝐾𝑐 = faktor koreksi yang memperhitungkan kemiringan, bentuk fondasi, dan kedalaman


2-50

Faktor daya dukung tanah, 𝑁𝑐 direkomendasikan untuk beban vertikal pada fondasi strip tanpa embedment. Untuk kasus ini, faktor koreksi untuk persamaan di atas adalah :

𝐾𝑐 = 1 + 𝑠𝑐 + 𝑑𝑐 − 𝑖𝑐

dimana 𝑠𝑐 = faktor koreksi bentuk (shape) = 0,2 (1 − 2𝑖𝑐 )(𝐵′ /𝐿) 𝑑𝑐 = faktor koreksi kedalaman (depth) = 0,3 arctan(𝐷𝑏 /𝐵′) 𝑖𝑐 = faktor koreksi beban miring (inclined) = 0,5 − 0,5√1 − [𝐻𝑏 /(𝐴′ 𝑐𝑢 /𝛾𝑚 )]

Persamaan (5) digunakan pada situasi dengan gaya geser yang hampir seragam pada kedalaman yang setara dengan paling sedikit 2/3 lebar fondasi. Untuk situasi dengan gaya geser di bawah kaki fondasi rendah lalu kemudian bertambah seiring bertambahnya kedalaman, kegagalan daya dukung tanah bisa terjadi. Dengan demikian, nilai gaya geser Cu pada persamaan (5) tidak dapat digunakan. Persamaan (6) di bawah akan membantu menyelesaikan permasalahan ini.

a) Daya Dukung Undrained (Gaya Geser Bertambah secara Linier) Persamaan (6) merupakan persamaan umum yang digunakan untuk menentukan unit daya dukung (bearing capacity) desain untuk kondisi undrained dengan gaya geser seragam yang bertambah hampir linier dengan kedalaman di bawah fondasi :


2-51

𝑞𝑑,𝑣 = 𝐹 (𝑁𝑐 𝑐𝑢,𝑜 +

𝜅𝐵′ 𝐾𝑐 ) + 𝑝′𝑂 4 𝛾𝑚

(6)

dimana 𝑁𝑐 = faktor daya dukung tanah 𝐹

= faktor koreksi yang diberikan dengan fungsi 𝜅𝐵′ /𝑐𝑢,0

𝛾𝑚 = faktor material 𝐾𝑐 = faktor koreksi yang memperhitungkan kemiringan, bentuk fondasi, dan kedalaman

Untuk kasus dengan penambahan besar gaya geser undrained, faktor koreksi 𝐹 dan 𝐾𝑐 mengikuti persamaan berikut : 𝐹 merupakan fungsi dari 𝜅𝐵′ /𝑐𝑢,0 𝐾𝑐 = 1 + 𝑠𝑐 + 𝑑𝑐 − 𝑖𝑐 dimana 𝑠𝑐 = 𝑠𝑐𝑣 (1 − 2𝑖𝑐 )(𝐵′ /𝐿) 𝑠𝑐𝑣 dapat dilihat pada Tabel 2.11 𝑐𝑢,1

𝑑𝑐 = 0,3 (

𝑐𝑢,2

𝐷

) arctan ( 𝑏′ ) 𝐵

𝑖𝑐 = 0,5 − 0,5√1 − [𝐻𝑏 /(𝐴′ 𝑐𝑢,0 /𝛾𝑚 )]

dan 𝑐𝑢,1 = gaya geser rata-rata di atas level dasar (base level) 𝑐𝑢,2 = gaya geser ekuivalen dengan bagian bawah level dasar (base level) = 𝐹(𝑁𝑐 𝑐𝑢,0 + 𝜅𝐵′ /4)/𝑁𝑐


2-52

Tabel 2.11 Faktor Bentuk pada Fondasi Persegi untuk Beban Vertikal

𝜿𝑩′ /𝒄𝒖,𝟎 0 2 4 6 8 10

𝒔𝒄𝒗

0,20 0,00 -0,05 -0,07 -0,09 -0,10

(Sumber : ISO 19901-4, 2003)

b) Daya Dukung Drained Persamaan (7) merupakan persamaan umum yang digunakan untuk menentukan unit daya dukung (bearing capacity) desain untuk kondisi drained :

𝑞𝑑,𝑣 = 0.5𝛾 ′ 𝐵 ′𝑁𝛾𝐾𝛾 + (𝑝′ 𝑂 + 𝑎)𝑁𝑞 𝐾𝑞 − 𝑎

(7)

dimana 𝑁𝛾 𝑁𝑞 = faktor daya dukung tanah 𝐾𝛾 𝐾𝑞 = faktor koreksi yang memperhitungkan kemiringan, bentuk fondasi, dan kedalaman, termasuk faktor material 𝑎 𝑐

= soil attraction dan 𝑎 = 𝑐 ′ cot 𝜙 = cohesion

Faktor daya dukung tersebut di atas direkomendasikan pada beban vertikal pada fondasi strip. Faktor koreksi di atas mengikuti persamaan :


2-53

2

𝜋 tan 𝜙′ tan 𝜙′ 𝑁𝑞 = {tan [ + 0,5 arctan ( )]} [exp (𝜋 )] 4 𝛾𝑚 𝛾𝑚 𝑁𝑦 = 1,5 (𝑁𝑞 − 1) (

tan 𝜙′ ) 𝛾𝑚

Untuk kasus drained, faktor koreksi daya dukung di atas berdasarkan persamaan : 𝐾𝑞 = 𝑠𝑞 𝑑𝑞 𝑖𝑞 𝐾𝛾 = 𝑠𝛾 𝑑𝛾 𝑖𝛾

dimana tan 𝜙′ )] 𝛾𝑚

𝐵′

𝑠𝑞 = 1 + 𝑖𝑞 ( ) sin [arctan ( 𝐿

𝐷

𝐵′

2

tan 𝜙′ tan 𝜙′ ) {1 − sin [arctan ( )]} 𝛾𝑚 𝛾𝑚

𝑑𝑞 = 1 + 1,2 ( 𝑏) (

𝑖𝑞 = {1 − 0,5[𝐻𝑏 /(𝑉𝑏 + 𝐴′𝑎)]}5 𝑠𝛾 = 1 − 0,4𝑖𝛾 (𝐵′ /𝐿) 𝑑𝛾 = 1 𝑖𝛾 = {1 − 0,7[𝐻𝑏 /(𝑉𝑏 + 𝐴′𝑎)]}5

Direkomendasikan nilai 𝑑𝑞 = 1 jika beban horizontal menghasilkan tekanan pada tanah yang cukup besar di antara dasar laut dan dasar fondasi.

c)

Tahanan Geser Undrained (Gaya Geser Konstan)

Ketika tidak ada beban vertikal, desain tahanan geser (sliding resistance) pada dasar fondasi ditentukan oleh persamaan berikut :


2-54

(8)

𝑄𝑑,ℎ = (𝑐𝑢 /𝛾𝑚 )𝐴

d) Tahanan Geser Undrained (Gaya Geser Bertambah secara Linier) Ketika tidak ada beban vertikal, desain tahanan geser (sliding resistance) pada dasar fondasi ditentukan oleh persamaan berikut :

(9)

𝑄𝑑,ℎ = (𝑐𝑢,0 /𝛾𝑚 )𝐴

e) Tahanan Geser Drained Ketika tidak ada beban vertikal signifikan, desain tahanan geser (sliding resistance) pada dasar fondasi ditentukan oleh persamaan berikut :

tan 𝜙′

𝑄𝑑,ℎ = (𝑉𝑏 + 𝑎𝐴′) (

𝛾𝑚

)

(10)


2-55

Gambar 2.21 Soil resistance envelope undrained soils (Sumber : ISO 19901-4, 2003)

Gambar 2.22 Soil resistance envelope drained soils (Sumber : ISO 19901-4, 2003)


2-56

BAB 3 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI BERDASARKAN PROSEDUR ISO 19901-4

3.1

UMUM

Studi kasus pada tugas akhir ini berfokus pada pengaruh fondasi jenis mudmat pada tanah di perairan dangkal. Secara umum, tanah di lokasi studi berjenis lempung dengan berbagai tingkat kekerasan. Di beberapa tingkat kedalaman, terdapat jenis tanah pasir. Berdasarkan data perhitungan di lokasi, kedalaman air adalah 25 m dan lokasi peletakan fondasi mudmat berada tepat di atas dasar laut.

Mudmat yang digunakan memiliki dimensi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.1. Ilustrasi dari fondasi mud mat dapat dilihat pada Gambar 3.1. Tabel 3.1 Dimensi Fondasi Mud Mat

Panjang (L)

Lebar (B)

10 meter

5 meter

Perhitungan studi kasus pada tugas akhir ini dilakukan dengan cara perhitungan manual dengan mengacu pada standari ISO 19901-4 dan analisis metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS. Perhitungan studi kasus meliputi analisis stratigrafi tanah, perhitungan komponen vertikal dan horizontal beban


3-1

tanah. Pada bab ini akan dilakukan perhitungan manual untuk menganalisis kekuatan tanah untuk mencapai stabilitas fondasi. Perhitungan dengan menggunakan metode elemen hingga akan dilakukan pada bab berikutnya.

Gambar 3.1 Fondasi dangkal jenis Mud Mat (Sumber : Google)

. 3.2 STANDAR INTERNASIONAL ISO 19901-4 International Organization and Standardization (ISO) merupakan lembaga independen, tidak terikat pemerintah manapun, dan lembaga dunia pengembang terbesar dalam membuat standar Internasional. Standar Internasional ISO memberikan spesifikasi produk, sistem, dan pelayanan berskala dunia untuk memastikan kualitas, keamanan, dan efisiensi. Saat ini, ISO telah mempublikasikan lebih dari 19.500 Standar Internasional untuk industri, teknologi, pangan,


3-2

agrikultur, dan kesehatan. Salah satu standar Internasional yang dikeluarkan ISO adalah standar untuk pembuatan struktur anjungan lepas pantai. Agar terdapat kesamaan acuan dalam pembuatan struktur anjungan lepas pantai, diperlukan sebuah standar bersama. Saat ini, terdapat banyak acuan yang dijadikan standar yang dipakai bersama. Namun, terdapat satu acuan yang menjadi standar Internasional di mana setiap insinyur di dunia harus mengacu pada standar tersebut. Untuk struktur anjungan lepas pantai, standar internasional yang digunakan adalah ISO 19900 hingga 19906. Penjelasan singkat tentang semua ISO tersebut telah dibahas pada Bab Pendahuluan sebelumnya. ISO 19901 adalah standar untuk kriteria spesifik struktur anjungan lepas pantai. ISO 19901 ini terbagi kedalam tujuh bagian dimana masing-masing bagian memuat detail kriteria spesifik sebagai berikut : Bagian 1 : Desain metocean dan pertimbangan operasi Bagian 2 : Proses dan kriteria desain seismic Bagian 3 : Struktur topside Bagian 4 : Geoteknik dan pertimbangan desain fondasi Bagian 5 : Kontrol berat selama proses engineering dan konstruksi Bagian 6 : Operasi kapal Bagian 7 : Sistem stasiun untuk struktur terapung lepas pantai dan unit mobile lepas pantai Standar yang dijadikan acuan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah bagian 4 dari ISO 19901, yaitu perihal geoteknik dan pertimbangan fondasi. Bagian ini memuat prasyarat yang harus dipenuhi dan rekomendasi terhadap aspek

geoscience dan struktur fondasi. Aspek-aspek tersebut diantaranya adalah : a) Karakteristik lokasi b) Karakteristik batuan dan tanah ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO 19901-4

3-3

c) Desain dan instalasi fondasi dangkal, dan d) Identifikasi bencana alam Prosedur melakukan perhitungan dan analisis stabilitas fondasi di dalam ISO 19901-4 dapat dilihat pada diagram alir di Gambar 3.2.

Mulai

Identifikasi Kondisi Tanah

Undrained

Drained

Identifikasi Kuat Geser

Bertambah

Konstan

Siapkan Data Tanah dan Struktur

Hitung Sliding

Resistance

Hitung Bearing

Capacity

Cek Stabilitas Fondasi

Selesai

Gambar 3.2 Diagram Alir Perhitungan Stabilitas Fondasi Menurut ISO 19901-4


3-4

3.3 PROFIL STRUKTUR Struktur fondasi yang dianalisis pada studi kasus ini adalah fondasi dari platform empat kaki (fourlegged) yang berjenis mudmat. Perhitungan beban yang diterima struktur menggunakan bantuan perangkat lunak SACS. Struktur yang dianalisis hanyalah struktur jacket nya saja, karena analisis yang dilakukan adalah analisis on

bottom stability dimana analisis tersebut dilakukan saat struktur dipancangkan di atas tanah. Nilai beban yang diambil adalah beban vertikal yang berasal dari berat sendiri

jacket dan beban horizontal yang berasal dari gaya gelombang dan arus. Beban ini ditransformasikan ke fondasi sebagai beban fondasi. Fondasi yang ditinjau adalah fondasi berjenis mudmat berdimensi 5x10 meter. Nilai dari beban pada fondasi ini yang kemudian akan dianalisis. Perhitungan beban tidak sepenuhnya dibahas di Tugas Akhir ini. Profil struktur yang akan dipaparkan diambil dari referensi lain (Zaky, 2013). Pada bagian ini hanya ditampilkan gambaran data yang digunakan dalam perhitungan beban beserta hasil perhitungan berupa nilai beban vertikal dan horizontal.

3.3.1 Struktur Platform Fondasi menerima beban dari struktur jacket di atasnya. Beban yang dimiliki dan yang ditangkap oleh struktur ditransfer ke fondasi di bawahnya. Pada struktur tipe

jacket platform, terdapat dua beban utama yang diterima oleh struktur : beban yang diterima secara vertikal dan horizontal. Beban vertikal berupa beban dari dek, beban peralatan yang ada di atasnya, dan beban strukturnya sendiri. Sedangkan beban horizontal berupa beban angin, gelombang, dan arus laut. Perhitungan beban dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak SACS.


3-5

3.3.1.1. Desain Struktur Komponen pertama anjungan lepas pantai adalah jacket. Jacket adalah struktur yang berfungsi untuk memberikan sarana tumpuan pada dek, memberikan tumpuan untuk conductor dan riser serta struktur lainnya seperti boatlanding dan

barge bumper. Biasanya struktur jacket dipasang mulai dari dasar laut (elevasi mudline). Pada studi kasus ini, fondasi dari struktur ini hanya diletakkan di atas dasar laut. Pada studi kasus ini, jenis jacket platform yang digunakan sebagai referensi perhitungan dan analisis adalah platform dengan empat kaki (fourlegged). Komponen dari jacket dengan fondasi mudmat dapat dilihat pada Gambar 3.3. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa platform ini berdimensi 5 x 10 meter. Digunakan kemiringan tiang pancang (apparent batter) 1:7 sehingga jika kemiringan tiang direncanakan proporsional terhadap arah sumbu x dan y akan dihasilkan true batter 1:9.8995.

Gambar 3.3 Komponen struktur jacket platform (Sumber : Google)

Pemodelan struktur menggunakan perangkat lunak SACS. Hasil dari pemodelan struktur dapat dilihat pada Gambar 3.4.


3-6

Gambar 3.4 Pemodelan struktur menggunakan SACS

Pada anjungan lepas pantai ini, terdapat sembilan buah konduktor. Konduktor ada sepanjang cellar deck hingga mudline. Pelindung konduktor (conductor guide) dipasang pada elevasi cellar deck dan juga dipasang pada setiap elevasi bracing yang ada pada jacket. Dimensi dari elemen-elemen jacket dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Dimensi Elemen Jacket

Elemen Jacket Leg Wish Bone Pile Deck Leg Crane Deck Leg Bracing Conductor Conductor Guide

Tipe Turbular Turbular Turbular Turbular Turbular Turbular Turbular Turbular

OD (in) 60 59 54 54 27 19-24 24 16


3-7

Kemudian, selain jacket, komponen anjungan lepas pantai lainnya adalah deck.

Deck adalah suatu fasilitas pada anjungan lepas pantai yang menampung berbagai peralatan dan beban pekerja anjungan. Deck didesain sebagai konstruksi balokbalok baja yang disusun dengan jarak tertentu. Jarak-jarak penyusunan balok ini disesuaikan dengan lebar pelat grating sebagai lantai deck yang dijual di pasaran. Pada tugas ini akan digunakan pelat Steel bar grating tipe W-15-4 dengan lebar pelat 3' dan 2.5'. Pada Tabel 3.3 berikut ditampilkan dimensi dari elemen pada deck. Tabel 3.3 Dimensi Elemen Deck

Grup Member D1 D2 D3 D4

Ukuran W36X800 W30X391 W27X368 W24X162

3.3.1.2. Desain Pembebanan Pembebanan pada struktur anjungan lepas pantai terbagi menjadi beban mati (Dead Load), beban hidup (Live Load), dan beban lingkungan (Enviromental Load).

Beban Mati Beban mati meliputi beban struktur itu sendiri. Perhitungan berat sendiri material struktur dilakukan dengan mengalikan berat jenis material elemen struktur dengan volumenya. Beban mati yang lain adalah beban pelat. Pelat grating yang digunakan adalah

steel bar grating type W-15-4 dengan berat 0.3 kN/m2, sementara pelat plating yang digunakan adalah diamond plate dengan tebal 1/8" serta berat 0.1 kN/m2.


3-8

Beban equipment juga termasuk ke dalam beban mati. Nilai tekanan dari beban

equipment diperoleh dengan membagi operating weight dari equipment dengan luasnya masing-masing. Tabel 3.4 menampilkan macam beban equipment yang bekerja pada struktur ini. Tabel 3.4 Beban Equipment

Beban Hidup Beban hidup dimasukkan sebagai beban merata pada deck. Besar beban hidup adalah 4.78 kPa (non wellhead) dan 3.6 kPa (around wellhead). Selain itu, beban operasi crane termasuk ke dalam beban hidup. Saat beroperasi, crane memberikan beban berupa momen pada struktur. Pemasukan arah momen crane ini didasarkan pada kemungkinan posisinya yang memberikan respon struktur paling besar yaitu pada sudut 90o pada arah sumbu x dan y.


3-9

Beban Lingkungan Anjungan lepas pantai didesain agar bisa menahan gaya gelombang pada saat operasi dan ketika terjadi badai. Anjungan lepas pantai didesain menggunakan tingkat keamanan yang tinggi sehingga digunakan gaya gelombang maksimum yang terjadi pada lokasi dibangunnya anjungan lepas pantai. Pada pemodelan ini, digunakan parameter Maximum Individual Wave pada Tabel 3.5. Data gelombang di bawah ini menunjukkan parameter gelombang di saat kondisi operasi dan storm. Tabel 3.5 Data Gelombang

Sedangkan untuk data arus, data arus yang digunakan adalah data arus dengan periode ulang 1 tahun untuk kondisi operasi dan periode ulang 100 tahun untuk kondisi storm. Tabel 3.6 memuat data arus. Perhitungan beban gelombang dan arus ini dilakukan oleh perangkat lunak SACS.


3-10

Tabel 3.6 Data Arus

Beban terakhir adalah beban angin. Dalam pemodelan ini, dilakukan dua kombinasi beban angin, yaitu beban angin dari arah x dan beban angin dari arah y. Kecepatan angin yang digunakan untuk pembebanan angin pada anjungan lepas pantai ini terdapat pada Tabel 3.7 di bawah ini.

Tabel 3.7 Data Angin

3.3.1.3. Ringkasan Beban Keseluruhan Setelah semua data di atas dimasukkan dan diproses di dalam SACS, maka didapat nilai beban keseluruhan dari beban hidup, beban mati, dan beban lingkungan, seperti yang terdapat pada Tabel 3.8.


3-11

Tabel 3.8 Beban Hasil Running Program SACS

Dari data di atas, dapat disimpulkan bahwa beban vertikal dan beban horizontal struktur anjungan lepas pantai tersebut adalah seperti yang tertera pada Tabel 3.9 di bawah. Data beban tersebut akan digunakan untuk perhitungan stabilitas fondasi tanah pada subbab yang lain.

Tabel 3.9 Beban dan Momen Struktur

Beban

Komponen Beban

Berat (kN)

Beban Vertikal

Beban Struktur Jacket

4.574

Beban Horizontal

Gelombang dan Arus

787


3-12

3.3.2 Fondasi Mud Mat Fondasi mud mat (mud mat foundation) yang digunakan pada studi kasus ini berdimensi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.

10 meter

Arah Beban Horizontal

5 meter

Gambar 3.5 Dimensi Fondasi Mudmat

Pada kondisi sesungguhnya, bentuk fondasi mudmat beragam. Namun, pada studi kasus kali ini, fondasi mudmat dibuat sederhana dengan dimensi seperti pada Gambar 3.5 dengan area tengah fondasi terbuat dari satu material yang sama. Material yang digunakan adalah beton dengan nilai 𝜸𝒖𝒏𝒔𝒂𝒕 = 𝟐𝟒 𝒌𝑵/𝒎𝟑 , 𝒗 = 𝟎, 𝟏𝟓, dan 𝑬 = 𝟐, 𝟒 𝒙 𝟏𝟎𝟕 𝒌𝑷𝒂. Dengan demikian, luas fondasi mudmat yang menjadi beban untuk tanah pada studi kasus ini berdasarkan pada persamaan (11) berikut ini:

𝐴=𝐵𝑥𝐿

(11)

𝐴 = (10 𝑥 5)𝑚 𝑨 = 𝟓𝟎 𝒎𝟐


3-13

Metode persamaan terbatas (limit equilibrium methods) pada umumnya mengacu pada model dua dimensi (potongan vertikal). Untuk itu, dibutuhkan idealisasi (idealization) dari area fondasi. Area yang telah teridealisasi dapat didefinisikan dengan empat persegi panjang dengan nilai B dan L yang sama dengan area pada lokasi sebenarnya. Di dalam ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design

Consideration 2003 dijelaskan bahwa luas area yang telah teridealisasi dapat dilihat pada persamaan (12) berikut :

𝐴𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑒𝑑 = 𝐵 𝑥 𝐿 = 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙

(12)

𝑨𝒊𝒅𝒆𝒂𝒍𝒊𝒛𝒆𝒅 = 𝟓𝟎 𝒎𝟐

Fondasi mudmat ini diletakkan tepat di atas dasar permukaan laut. Namun, karena lapisan atas dasar laut adalah tanah lunak (very soft clay), maka fondasi menembus lapisan tanah pertama dan langsung menempati lapisan tanah kedua sehingga nilai kedalaman fondasi mudmat adalah :

𝑫𝒇 = 𝟎. 𝟑 𝒎

3.4 PROFIL TANAH LOKASI Data tanah didapatkan dari hasil sampel tanah yang dilakukan di lapangan. Data ini didapat dari hasil uji lapangan. Data tanah berupa Boring Log dari beberapa titik tanah dan disajikan dalam bentuk tabel. Data tanah yang didapat merupakan data stratigrafi tanah yang menggambarkan profil tanah pada lokasi studi. Hasil tes laboratorium dan pengambilan sampel di lapangan menunjukkan jenis tanah di


3-14

setiap kedalaman beserta tingkat kekerasannya seperti yang ditampilkan pada Tabel 3.10. Profil tanah ini juga nantinya akan digunakan dalam melakukan pemodelan dengan menggunakan perangkat lunak. Kondisi tanah di lokasi studi kasus mengandung banyak material kohesif, dimana kekuatannya secara konsisten berkisar antara keras hingga sangat keras, kecuali pada kedalaman sangat dangkal. Tanah lempung pada lokasi ini disisipi oleh dua lapisan granular tipis. Lapisan granular ini terdiri atas lumpur pasir dengan derajat kehalusan 53% - 61%. Hasil uji Atterberg Limits menunjukkan bahwa tanah kohesif tersebut ditemui pada tempat dimana terdapat banyak tanah lempung plastik (plastic clays). Nilai

Plasticity Index (Ip) di atas 100% terdapat di area mudline hingga 14.8 m, juga terdapat pada kedalaman 56.7 m hingga 75 m. Di lapisan kohesif yang lain, nilai

Plasticity Index berkisar antara 40% hingga 100%. Nilai Liquidity Index (LI) menunjukkan kenaikan grafik konsisten dengan nilai antara 0.1 dan 0.4 sepanjang kedalaman. Tabel 3.10 Stratifikasi Tanah di Lokasi Studi

Lapisan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Penetrasi, (m) Dari Hingga 0.0 0.3 14.8 22.4 35.4 44.5 56.7 75.0 78.0 87.3 105.5

0.3 14.8 22.4 35.4 44.5 56.7 75.0 78.0 87.3 105.5 106.8

Kedalaman Lapisan, (m) 0.3 14.5 7.6 13.0 9.1 12.2 18.3 3.0 9.3 18.2 1.3

Deskripsi tanah

CLAY, very soft CLAY, firm to stiff CLAY, firm to stiff CLAY, stiff to very stiff CLAY, stiff to very stiff CLAY, very stiff CLAY, stiff to very stiff SILT, sandy CLAY, very stiff CLAY, very stiff to hard SILT, sandy

(Sumber : Data Tanah di Lokasi Studi)


3-15

Karena pada studi kasus ini yang diamati adalah pengaruh tanah dalam mendesain dan menganalisis fondasi dangkal, maka pengamatan tanah tidak akan dilakukan hingga kedalaman paling bawah sehingga dapat diambil sebuah kesimpulan bahwa pada studi kasus ini jenis tanah yang akan menahan fondasi dangkal adalah tanah lempung (clay). Kedalaman tanah yang diamati dan dianalisis hingga mengacu pada perhitungan empiris pengaruh beban pada tanah dalam persamaan sebagai berikut : 𝐷 = 1.5𝐿 dimana : 𝐷 L

= Kedalaman tanah yang ditinjau = Panjang fondasi

sehingga kedalaman yang ditinjau adalah 𝐷 = 1.5(10) 𝑫 = 𝟏𝟓 𝒎𝒆𝒕𝒆𝒓

3.5 PARAMETER TANAH LOKASI Selain profil tanah, data parameter tanah di lokasi pembuatan fondasi juga diperlukan untuk membantu perhitungan analisis stabilitas fondasi. Terdapat beberapa parameter tanah yang digunakan dalam perhitungan stabilitas fondasi di lokasi, beberapa diantaranya adalah : a) Berat jenis (submerged unit weight) b) Kuat geser undrained (undrained shear strength) c) Faktor daya dukung tanah (bearing capacity factor)


3-16

Gambar 3.6 memperlihatkan profil berat jenis tanah pada lokasi studi. Data tersebut diambil dari hasil tes lapangan di lokasi studi. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa dalam 100 m kedalaman tanah di lokasi studi, terdapat 10 layer tanah dengan nilai berat jenis rata-rata tanah yang berbeda-beda di setiap lapisannya. Berat jenis tanah di lokasi studi berkisar antara 5.7 kN/m3 hingga 8.1 kN/m3. Fondasi diletakkan pada permukaan dasar laut sehingga nilai berat jenis tanah yang digunakan adalah 𝛾 ′ = 5.7 kN/m3. Tanah yang menahan fondasi pada lokasi studi adalah tanah undrained. Pada Gambar 3.7 terlihat bahwa terjadi penambahan nilai kuat geser (shear strength) secara konstan. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa nilai kuat geser (shear

strength) yang memengaruhi daya dukung tanah (bearing capacity) bertambah secara linier. Untuk perhitungan analisis fondasi dangkal, kedalaman yang dijadikan acuan dalam analisis hanya sampai 15 meter di bawah permukaan dasar laut seperti yang ditunjukkan pada profil kuat geser (undrained shear strength) untuk fondasi mat pada Gambar 3.7. Dari data kuat geser tersebut dapat ditentukan nilai kuat geser pada dasar fondasi (cu,0). Selain itu, terdapat juga nilai rata-rata kuat geser antara dasar laut dengan dasar fondasi (cu,ave) yang didapat dari hasil perhitungan di lokasi studi. Kedua nilai tersebut digunakan pada perhitungan dan analisis kemudian. Nilainya dapat dilihat pada Tabel 3.11. Tabel 3.11 Nilai Kuat Geser

Cu,0

Cu,ave

40 kPa

3 kPa


Nilai faktor daya dukung tanah (bearing capacity factor) untuk nilai ∅ = 00 tidak dapat mengacu pada persamaan yang dikembangkan oleh Vesic pada Tabel 2.9, sesuai yang direkomendasikan oleh API RP 2A. Karena nilai 𝑁𝑐 = 0 . Dengan


3-17

demikian, nilai faktor daya dukung tanah diambil dari nilai faktor daya dukung Terzaghi seperti yang ditampilkan pada Tabel 3.12. Tabel 3.12 Faktor Daya Dukung Terzaghi

(sumber : Bowles, 1996)

Dengan demikian, nilai faktor daya dukung tanahnya adalah :

𝑵𝒄 = 𝟓. 𝟕 Merangkum dari apa yang telah dipaparkan di atas, parameter tanah pada lokasi studi ini dapat dilihat pada Tabel 3.13 di bawah ini.

Tabel 3.13 Parameter Tanah di Lokasi Studi

𝜸′

𝒄𝒖,𝟎

𝒄𝒖,𝒂𝒗𝒆

𝑵𝒄

5.7 kN/m3

40 kPa

3 kPa

5.7


3-18

Gambar 3.6 Profil berat jenis tanah di lokasi studi (Sumber : Data Tanah di Lokasi Studi)


3-19

Gambar 3.7 Profil kuat geser tanah untuk fondasi mat (Sumber : Data Tanah di Lokasi Studi)


3-20

3.6 PERHITUNGAN AREA FONDASI Aspek pertama yang harus diperhatikan dalam melakukan analisis stabilitas fondasi adalah area sekitar fondasi. Pemahaman tentang jenis dan parameter tanah di bawah fondasi diperlukan untuk menentukan apakah daya dukung tanah tersebut mampu untuk menahan beban fondasi. Apabila kekuatan daya dukung tanah lebih kecil dibandingkan dengan beban fondasi, maka akan menyebabkan keruntuhan tanah (bearing capacity

failure). Selain itu, perlu diperhatikan nilai faktor keamanan yang diambil dalam perhitungan dan analisis. Hal ini dikarenakan kondisi lapangan tidak akan seideal saat proses desain sehingga faktor keamanan perlu diperhatikan agar struktur fondasi yang dibangun tidak mengalami keruntuhan. Berdasarkan apa yang telah disampaikan dan dijelaskan sebelumnya, perhitungan dan analisis fondasi mudmat pada studi kasus ini mengacu pada parameter di Tabel 3.14. Lingkup perhitungan dan analisis juga berdasarkan kondisi parameter pada Tabel 3.14 tersebut.

Tabel 3.14 Kondisi Acuan Perhitungan dan Analisis

Kedalaman (m)

Jenis Tanah

Kuat Geser Undrained (kPa)

0.3 - 15

Clay, firm to stiff

40 - 60


3-21

3.6.1 Faktor Keamanan Fondasi harus memiliki margin yang cukup dalam hal keamanan agar tidak mengalami keruntuhan. Di dalam API RP 2A, faktor keamanan yang direkomendasikan

berbeda

berdasarkan

jenis

keruntuhan.

Tabel

3.15

menampilkan faktor keamanan yang direkomendasikan di dalam RP 2A.

Tabel 3.15 Faktor Keamanan Berdasarkan API RP 2A

Mode Keruntuhan

Faktor Keamanan

Keruntuhan Daya Dukung (Bearing Failure)

2.0

Keruntuhan Geser (Sliding Failure)

1.5

(Sumber : API RP 2A)

Sedangkan di dalam ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design

Consideration 2003 dijelaskan bahwa margin keamanan diperlukan untuk mengatasi kemungkinan munculnya risiko akibat pengaruh langsung pemasangan struktur fondasi atau gerakan alat-alat berat saat proses instalasi. Berdasarkan pengalaman di lapangan, faktor keamanan yang dipakai paling sedikit bernilai 2.0. Untuk itu, nilai faktor keamanan yang digunakan pada analisis studi kasus ini adalah :

𝑺𝑭 = 𝟐. 𝟎


3-22

3.6.2 Daya Dukung Tanah Kemampuan tanah dalam memikul beban atau beban maksimum yang diizinkan di atasnya disebut dengan daya dukung tanah. Daya dukung ultimate tanah (ultimate

bearing capacity) adalah daya kemampuan tanah pada batas runtuh. Daya dukung tanah yang diperbolehkan (allowable bearing capacity) dihitung setelah mendapatkan nilai daya dukung ultimate untuk keperluan desain dan analisis. Daya dukung tanah perlu dihitung dan dipertimbangkan dalam pembuatan fondasi dangkal, agar fondasi tidak menimbulkan tekanan berlebihan pada tanah di bawahnya, karena tekanan berlebihan akan mengakibatkan keruntuhan. Untuk menghitung daya dukung ultimate tanah dapat menggunakan persamaan (6) yang dikembangkan oleh Vesic. Persamaan daya dukung tanah dan faktor daya dukung tanah yang dikembangkan Vesic direkomendasikan oleh API RP 2A untuk digunakan dalam perhitungan dan analisis daya dukung tanah. Berdasarkan persamaan daya dukung tanah yang direkomendasikan oleh Vesic, nilai daya dukung tanah sebagai berikut :

𝑞𝑢𝑙𝑡 = 𝑐𝑁𝑐 𝑠𝑐 𝑑𝑐 𝑖𝑐 𝑔𝑐 𝑏𝑐 + 𝑞̅ 𝑁𝑞 𝑠𝑞 𝑑𝑞 𝑖𝑞 𝑔𝑞 𝑏𝑞 + 0.5𝛾𝐵′𝑁𝛾 𝑠𝛾 𝑑𝛾 𝑖𝛾 𝑔𝛾 𝑏𝛾

Persamaan yang dikembangkan Vesic memperhitungkan faktor tanah (g) dan faktor dasar fondasi (b) di samping faktor bentuk (s), faktor kedalaman (d), dan faktor kemiringan fondasi (i). Hal ini yang menyebabkan persamaan Vesic jarang dipakai walaupun direkomendasikan oleh API RP 2A. Persamaan berbagai jenis faktor di bawah didapat dari pengembangan persamaan daya dukung tanah oleh Vesic (Bowles, 1996).


3-23

Faktor Bentuk (Shape Factors) 𝑆𝑐 = 1.0 +

𝑁𝑞 𝐵 . 𝑁𝑐 𝐿

𝒔𝒄 = 𝟏. 𝟎𝟖𝟖

𝑆𝑞 = 1.0 +

𝐵 𝑡𝑎𝑛𝜙 𝐿

𝒔𝒒 = 𝟏. 𝟎

𝑆𝛾 = 1.0 − 0.4.

𝐵 ≥ 0.6 𝐿

𝒔𝜸 = 𝟎. 𝟖

Faktor Kedalaman (Depth Factors) Untuk nilai D/B ≤ 1, nilai k adalah sebagai berikut : 𝑘 = 𝐷/𝐵 𝒌 = 𝟎. 𝟎𝟔

𝑑𝑐 = 1.0 + 0.4𝑘 𝒅𝒄 = 𝟏. 𝟎𝟐𝟒

𝑑𝑞 = 1.0 + 2𝑡𝑎𝑛𝜙(1 − 𝑠𝑖𝑛𝜙)2 𝑘 𝒅𝒒 = 𝟏. 𝟎


3-24

𝒅𝜸 = 𝟏. 𝟎

Faktor Kemiringan (Inclination Factors) Persamaan faktor kemiringan dapat dilihat di bawah. Namun, karena tiang fondasi dipasang tegak lurus dengan fondasi, maka nilai dari faktor kemiringan ini diabaikan. 𝑖𝑐 = 𝑖𝑞 −

𝑖𝑞 = [1.0 −

1 − 𝑖𝑞 𝑁𝑞 − 1

𝑚 𝐻𝑖 ] 𝑉 + 𝐴′𝑐𝑎 𝑐𝑜𝑡𝜙

𝑚+1 𝐻𝑖 𝑖𝛾 = [1.0 − ] 𝑉 + 𝐴′𝑐𝑎 𝑐𝑜𝑡𝜙

dimana 𝐻𝑖 = beban horizontal 𝑐𝑎 = nilai adesi dasar fondasi (0.6 – 1.0c) 𝑚=

2+𝐵/𝐿 1+𝐵/𝐿

Faktor Tanah (Ground Factors) Faktor tanah bergantung pada kemiringan tanah. Dikarenakan pemasangan fondasi mudmat pada studi kasus ini di tanah yang datar, maka faktor tanah diabaikan. Persamaan faktor tanah dapat dilihat pada persamaan di bawah. 𝑔𝑐 = 𝑖𝑞 −

1 − 𝑖𝑞 5.14 tan 𝜙


3-25

𝑔𝑞 = 𝑔𝛾 = [1.0 − tan 𝛽]2 dimana 𝛽 = sudut antara fondasi miring dengan tanah 𝛽 dalam radian

Faktor Dasar Fondasi (Base Factors) Faktor dasar fondasi bergantung pada kemiringan dasar fondasi atau fondasi yang dimiringkan secara sengaja. Karena posisi fondasi mudmat pada studi kasus ini sejajar dengan dasar permukaan laut yang rata, maka nilai faktor dasar fondasi ini diabaikan seperti faktor kemiringan dan faktor tanah. Persamaan faktor dasar fondasi dapat dilihat pada persamaan di bawah. 𝑏𝑐 = 1 −

2𝛽 5.14 tan 𝜙

𝑏𝑞 = 𝑏𝛾 = [1.0 − η tan 𝜙]2

dimana 𝜂 = 90𝑜 − 𝜙 𝜂 dalam radian Dari perhitungan semua faktor yang telah dihitung di atas, maka nilai daya dukung tanah ultimate adalah sebagai berikut : 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 𝑐𝑁𝑐 𝑠𝑐 𝑑𝑐 + 𝑞̅ 𝑁𝑞 𝑠𝑞 𝑑𝑞 + 0.5𝛾′𝐵′𝑁𝛾 𝑠𝛾 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 237.025 𝑘𝑁/𝑚2 𝒒𝒖𝒍𝒕 = 𝟐𝟑𝟕. 𝟎𝟐𝟓 𝒌𝑷𝒂


3-26

Dapat disimpulkan bahwa tanah akan mengalami keruntuhan ketika beban yang disimpan di atasnya melebihi nilai daya dukung ultimate tanah (ultimate bearing

capacity) tersebut. Dari hasil yang telah didapat, dapat ditentukan nilai daya dukung tanah yang diperbolehkan (allowable bearing capacity). Dengan menggunakan persamaan (8) sehingga didapat :

𝑞𝑎𝑙𝑙 =

𝑞𝑢𝑙𝑡 𝑆𝐹

𝑞𝑎𝑙𝑙 = 118.513 𝑘𝑁/𝑚2 𝒒𝒂𝒍𝒍 = 𝟏𝟏𝟖. 𝟓𝟏𝟑 𝒌𝑷𝒂

3.7 PERHITUNGAN BEBAN HORIZONTAL Beban horizontal adalah beban yang disebabkan oleh aktivitas lingkungan di sekitar tanah, seperti getaran pada tanah. Beban yang disebabkan oleh lingkungan ini memberikan pengaruh pada tahanan geser (sliding resistance) tanah sehingga nilai ini perlu diperhitungkan agar tidak banyak aktivitas lingkungan yang akan mengganggu stabilitas fondasi. Seperti yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, bahwa di dalam ISO 19901-

4 Geotechnical and Foundation Design Consideration 2003 disebutkan persamaan yang digunakan untuk menghitung tahanan tanah (sliding resistance) adalah persamaan sebagai berikut :

𝑄𝑑,ℎ = (𝑐𝑢,0 /𝛾𝑚 )𝐴


3-27

dimana 𝑐𝑢,0 = gaya geser pada level dasar (base level) 𝛾𝑚 = faktor material 𝐴

= luas fondasi

Dari data yang telah didapat sebelumnya, didapat bahwa nilai 𝒄𝒖,𝟎 = 40 kPa. Nilai faktor material yang direkomendasikan dalam ISO 19901-4 Geotechnical and

Foundation Design Consideration 2003 adalah 𝜸𝒎 = 1.25. Luas fondasi telah dihitung sebelumnya yaitu A= 50 m2. Dengan demikian, nilai tahanan tanah (sliding resistance) adalah sebagai berikut :

𝑄𝑑,ℎ = (40/1.25)50 𝑸𝒅,𝒉 = 𝟏𝟔𝟎𝟎 𝒌𝑵

Jika tanpa dikali luas fondasi, maka nilai tahanan geser tanah adalah sebagai berikut :

𝒒𝒅,𝒉 = 𝟑𝟐 𝒌𝑷𝒂


3-28

3.8 PERHITUNGAN BEBAN VERTIKAL Beban vertikal adalah beban struktur yang diteruskan pada tanah di bawahnya. Beban vertikal terdiri dari beban hidup dan beban mati. Beban hidup adalah beban bergerak seperti manusia dan mesin, sedangkan beban mati adalah beban struktur yang sifatnya tetap dan permanen. Beban struktur ini memberikan pengaruh pada daya dukung tanah undrained (undrained bearing capacity) tanah sehingga nilai ini perlu diperhitungkan dalam melakukan analisis stabilitas fondasi. Seperti yang telah dijelaskan di dalam ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation

Design Consideration 2003 bahwa persamaan yang digunakan untuk menghitung tahanan tanah (sliding resistance) adalah persamaan sebagai berikut :


𝜅𝐵′ 𝐾𝑐 ) + 𝑝′𝑂 4 𝛾𝑚

dimana 𝑁𝑐 = faktor daya dukung tanah 𝐹

= faktor koreksi yang diberikan dengan fungsi 𝜅𝐵′ /𝑐𝑢,0

𝛾𝑚 = faktor material 𝐾𝑐 = faktor koreksi yang memperhitungkan kemiringan, bentuk fondasi, dan kedalaman

Beberapa parameter telah didapatkan sebelumnya. Faktor daya dukung tanah dari hasil perhitungan sebelumnya bernilai 𝑵𝒄 = 𝟓. 𝟕 . Nilai kuat geser undrained (undrained shear strength) di dasar fondasi adalah 𝒄𝒖,𝟎 = 40 kPa. Lebar fondasi yang diambil tidak seperti pada persamaan (11) karena pada kondisi ini, tidak ada beban horizontal sehingga tidak terjadi momen dan tidak menciptakan lebar efektif. Oleh karena itu nilai B’ sama dengan nilai B, B’ = 5 m. Nilai faktor material


3-29

yang direkomendasikan oleh ISO 19901-4 Geotechnical and Foundation Design

Consideration 2003 untuk menghitung daya dukung (bearing capacity) adalah 𝜸𝒎 = 1.5. Angka kenaikan (rate of increase) kuat geser undrained (undrained

shear strength) terhadap kedalaman adalah 𝜿 = 2 kPa/m. 𝑝′𝑂 adalah tegangan overburden efektif di bagian dasar fondasi. Diketahui, nilai

submerged unit weight 𝛾′= 5.7 kN/m3 dan dasar fondasi berada pada kedalaman 0.3 meter dari permukaan dasar laut sehingga didapat :

𝑝′𝑂 = 𝛾′𝐷𝑏 𝑝′𝑂 = 1.71 𝑘𝑁/𝑚2 𝒑′𝑶 = 𝟏. 𝟕𝟏 𝒌𝑷𝒂

Faktor koreksi, F, merupakan fungsi dari 𝜅𝐵′ /𝑐𝑢,0 . Nilai F bergantung juga pada karakteristik permukaan fondasi. 𝐹𝑠 untuk faktor koreksi ketika tidak ada gesekan antara tanah dan fondasi. 𝐹𝑟 untuk gesekan yang nilainya sebanding dengan kuat gesert tanah pada permuakaan. Pada kasus ini, faktor koreksi yang digunakan adalah 𝐹𝑟 karena adanya gesekan yang sebanding dengan kuat geser tanah pada permukaan fondasi. Nilai F didapat dari grafik pada Gambar 3.8. Nilai 𝜅𝐵′ /𝑐𝑢,0 adalah sebagai berikut:

𝜅𝐵′ /𝑐𝑢,0 = (2)(5)/40 𝜿𝑩′ = 𝟎. 𝟐𝟓 𝒄𝒖,𝟎


3-30

Gambar 3.8 Faktor koreksi, F (Sumber : ISO 19901-4, 2003)

Dari hasil interpolasi, didapat nilai 𝑭𝒓 = 𝟏. 𝟎𝟏𝟐𝟓 𝐾𝑐 merupakan faktor koreksi yang termasuk di dalamnya memperhitungkan aspek kemiringan, bentuk fondasi, dan kedalaman penempatan fondasi. Nilai 𝐾𝑐 didapat dari persamaan berikut : 𝐾𝑐 = 1 + 𝑠𝑐 + 𝑑𝑐 − 𝑖𝑐

Faktor Kemiringan Faktor koreksi kemiringan didapat dari persamaan :

𝑖𝑐 = 0.5 − 0.5√1 − [𝐻𝑏 /(𝐴′ 𝑐𝑢,0 /𝛾𝑚 )]

Karena fondasi dipasang tegak lurus dengan permukaan tanah, maka tidak ada kemiringan yang terbentuk sehingga faktor kemiringan diabaikan sehingga ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO 19901-4

3-31

𝒊𝒄 = 𝟎

Faktor bentuk Faktor koreksi bentuk didapat dari persamaan :

𝑠𝑐 = 𝑠𝑐𝑣 (1 − 2𝑖𝑐 )(𝐵′ /𝐿)

Nilai 𝑠𝑐𝑣 didapat dari Tabel 3.16 Sebagai fungsi dari 𝜅𝐵′ /𝑐𝑢,0 . Nilai 𝑠𝑐𝑣 berasal dari beban vertikal pada fondasi dan diasumsikan mendekati valid.

Tabel 3.16 Faktor Koreksi Bentuk

𝜿𝑩′ /𝒄𝒖,𝟎

𝒔𝒄𝒗

0 2 4 6 8 10

0.2 0.0 -0.05 -0.07 -0.09 -0.10

(Sumber : ISO 19901-4, 2003)

Dari hasil interpolasi didapat nilai 𝒔𝒄𝒗 = 𝟎. 𝟏𝟕𝟓 sehingga nilai 𝑠𝑐 adalah : 𝑠𝑐 = 0.175(1 − 0)(5/10) 𝒔𝒄 = 𝟎. 𝟎𝟖𝟕𝟓


3-32

Faktor Kedalaman Faktor koreksi kedalaman didapat dari persamaan :

𝑑𝑐 = 0.3 (

𝑐𝑢,1 𝐷𝑏 ) arctan 𝑐𝑢,2 𝐵′

dimana 𝑐𝑢,1 = kuat geser rata-rata tanah di atas dasar fondasi 𝑐𝑢,2 = kuat geser ekivalen tanah di bawah dasar fondasi 𝑐𝑢,2 = 𝐹 (𝑁𝑐 𝑐𝑢,𝑜 +

𝜅𝐵′ 4

)/𝑁𝑐

Dari data sebelumnya diketahui bahwa fondasi mudmat terletak pada kedalaman 0.3 meter di bawah permukaan dasar laut. Nilai kuat geser rata-rata (average shear

strength) tanah di atas dasar fondasi sama dengan nilai kuat geser tanah pada kedalaman 0 – 0.3 m sehingga nilai 𝒄𝒖,𝟏 = 𝟑𝒌𝑷𝒂. Kedalaman tanah yang dijadikan parameter dalam perhitungan dan analisis fondasi pada studi kasus ini hingga kedalaman 10 meter. Kuat geser ekuivalen (equivalent

shear strength) dengan kuat geser tanah di bawah tanah fondasi didapat :

𝑐𝑢,2 = 𝐹 (𝑁𝑐 𝑐𝑢,𝑜 +

𝜅𝐵′ ) /𝑁𝑐 4

𝑐𝑢,2 = 1.0125 ((5.7)(40) +

(2)(5) ) /5.7 4

𝒄𝒖,𝟐 = 𝟒𝟎. 𝟗𝟒𝟒 𝒌𝑷𝒂


3-33

Semua komponen faktor kedalaman telah didapat. Faktor kedalaman kini dapat dihitung. Nilai faktor kedalaman adalah :

3 0.3 𝑑𝑐 = 0.3 ( ) arctan 40.944 5 𝒅𝒄 = 𝟎. 𝟎𝟕𝟔

Setelah semua komponen faktor koreksi dihitung, maka dapat dihitung nilai faktor koreksi secara keseluruhan sebagai berikut : 𝐾𝑐 = 1 + 𝑠𝑐 + 𝑑𝑐 − 𝑖𝑐 𝐾𝑐 = 1 + 0.0875 + 0.076 − 0 𝑲𝒄 = 𝟏. 𝟏𝟔𝟑𝟓 Dengan demikian, beban vertikal pada fondasi mudmat dan tanah adalah sebagai berikut:


𝑞𝑑,𝑣 = 1.0125 ((5.7)(40) +

𝜅𝐵′ 𝐾𝑐 ) + 𝑝′𝑂 4 𝛾𝑚 (2)(5) 1.1635 ) + 1.71 4 1.5

𝒒𝒅,𝒗 = 𝟏𝟖𝟐. 𝟕𝟑𝟔 𝒌𝑷𝒂

Dimana 𝑄𝑑,𝑣 = 𝑞𝑑,𝑣 𝐴 sehingga

𝑸𝒅,𝒗 = 𝟗𝟏𝟑𝟔. 𝟖𝟎𝟑 𝒌𝑵


3-34

BAB 4 PERHITUNGAN STABILITAS FONDASI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

4.1. UMUM Analisis studi kasus tugas akhir pada bab ini menggunakan dua metode. Metode pertama adalah perhitungan manual sesuai prosedur yang ditetapkan oleh ISO 19001-4 dan metode kedua adalah perhitungan menggunakan metode elemen hingga (finite element) dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS. Setelah sebelumnya dijelaskan perhitungan manual dengan mengacu pada prosedur dalam ISO 19901-4, pada bab ini perhitungan dan analisis menggunakan perangkat lunak PLAXIS. PLAXIS merupakan program komputasi elemen hingga yang cocok untuk analisis deformasi pada tanah dan batu (PLAXIS,1998). Perangkat lunak ini digunakan untuk menganalisis stabilitas fondasi dangkal berdasarkan parameter tanah dan data pendukung lain yang ada. Bab ini menjelaskan bagaimana mencari nilai gaya maksimum yang dapat diterima tanah. Nilai yang didapat nantinya akan dibandingkan dengan nilai hasil perhitungan manual yang dilakukan pada bab sebelumnya. Data parameter tanah yang menjadi input pada pemodelan menggunakan PLAXIS ini mengacu pada data tanah yang telah dipaparkan pada bab sebelumnya.


4-1

Dalam pemodelan ini, potongan lapisan tanah diambil melintang dengan pembebanan dan kondisi tegangan seragam sehingga dalam memodelkan tanah digunakan mode plane-strain. Output yang diharapkan dari pemodelan ini adalah nilai beban maksimum yang mampu ditahan oleh tanah sehingga ketika beban disimpan di atasnya tanah tidak mengalami keruntuhan. Nilai gaya maksimum tersebut disajikan dalam bentuk grafik. Dari grafik itulah analisis stabilitas fondasi dilakukan.

4.2. METODE ELEMEN HINGGA Metode elemen hingga adalah metode pendekatan solusi secara numerik dan matematis. Metode ini biasa digunakan pada masalah-masalah rekayasa atau

engineering,

dimana exact

solution/analytical

solution tidak

dapat

menyelesaikannya. Inti dari metode elemen hingga adalah membagi suatu benda yang akan dianalisis, menjadi beberapa bagian dengan jumlah berhingga (finite). Sebagai ilustrasi, misal suatu batang panjang yang berbentuk fisik tidak beraturan kemudian dipotong sependek mungkin hingga terbentuk batang-batang pendek yang besar dan ukurannya relatif lurus. Bentang panjang sebelum dipotong tadi disebut kontinum, sedangkan batang yang pendek dan relatif lurus disebut elemen hingga. Penyelesaian masalah pada metode elemen hingga menggunakan pendekatan diskretisasi elemen untuk menemukan perpindahan titik simpul/joint/grid dan gaya-gaya dari struktur. Persamaan yang menggunakan elemen diskret mengacu pada metode matrik untuk analisis struktur dan hasil yang diperoleh identik dengan analisis klasik untuk struktur. Diskretisasi yang dilakukan dapat dilakukan dengan menggunakan elemen satu dimensi (elemen garis), dua dimensi (elemen bidang, ataupun tiga dimensi (elemen solid/kontinum). Pendekatan menggunakan


4-2

elemen kontinum untuk menentukan pendekatan penyelesaian masalah yang lebih mendekati sebenarnya. Metode dengan diskretasi (pembagian) sebuah kontinum menjadi elemen-elemen kecil berupa geometri sederhana dengan derajat kebebasan berhingga ini mempermudah dalam melakukan analisis dan pemecahannya lebih sederhana. Dalam kasus pembebanan tanah, tanah dikenai gaya dari beban yang menimpa di atasnya. Akibat dari pembebanan tersebut adalah timbul perubahan bentuk (deformasi) pada tanah. Sifat distribusi dari akibat yang ditimbulkan dari deformasi tersebut bergantung pada karakteristik sistem gaya dan beban itu sendiri. Dalam metode elemen hingga, akibat-akibat tersebut dinyatakan dengan perpindahan (displacement). Penyebab dan akibat dari perpindahan tanah tersebut yang kemudian dianalisis pada akhirnya. Secara umum, pemodelan dalam metode elemen hingga pada kasus rekayasa (engineering) mengikuti langkah berikut : 1. Pembuatan geometri awal struktur yang akan dianalisis 2. Penentuan jumlah elemen yang akan diberikan pada model geometri tersebut 3. Pembuatan elemen dari hasil pemodelan geometri struktur yang akan dianalisis (mesh generation) 4. Pemberian kondisi batas (boundary condition) yang diperlukan untuk menentukan bagaimana model tersebut tertumpu pada dudukannya dalam kondisi nyata. 5. Penentuan jenis material dan properti dari material yang digunakan 6. Pemberian kondisi pembebanan (loading condition) yang bergantung pada kondisi nyatanya dengan tujuan untuk mendapatkan hasil yang sedekat mungkin dengan kondisi nyatanya 7. Analisis hasil pemodelan


4-3

Pada pemodelan studi kasus ini, area tanah di dasar laut yang luas dan dalam disederhanakan menjadi area berbatas dan ditinjau pada satu titik saja. Area tersebut kemudian dimodelkan, dihitung pembebanan dan deformasinya serta dianalisis

hasilnya.

Hasil

dari

pemodelan

tersebut

diasumsikan

dapat

merepresentasikan kondisi tanah beserta akibat dari pembebanannya secara umum pada area tersebut.

4.3. PERANGKAT LUNAK PLAXIS PLAXIS adalah sebuah perangkat lunak yang dikembangkan berdasarkan pengembangan metode elemen hingga dan digunakan untuk melakukan analisis geoteknik. Program pada perangkat lunak ini terutama digunakan untuk menganalisis stabilitas tanah. PLAXIS mampu melakukan analisis mendekati kondisi sebenarnya. PLAXIS dilengkapi fitur-fitur khusus yang berhubungan dengan aspekaspek struktur geometri. PLAXIS juga menyediakan berbagai bentuk analisis perpindahan (displacement), tegangan-tegangan yang terjadi pada tanah, perilaku akibat pembebanan, faktor keamanan, dan lain-lain. Gambar 4.1 merupakan logo dari perangkat lunak PLAXIS.

Gambar 4.1 Logo PLAXIS (Sumber : http://hmtsunsoed.files.wordpress.com/)


4-4

Perilaku tanah pada kenyataannya tidak linear dan bergantung pada waktu sehingga pada aplikasi suatu kasus geoteknik diperlukan simulasi tingkat lanjut dengan membuat sebuah model konstruksi. Selain itu material tanah adalah material yang multiphase. Untuk analisis yang melibatkan keberadaan air tanah, diperlukan perhitungan tekanan hidrostatis dalam tanah.

4.4. PEMODELAN PLAXIS Pada bagian ini akan dibahas terkait masukan (input) dan langkah pemodelan yang akan digunakan pada perangkat lunak PLAXIS. Hal-hal yang dibahas pada bagian ini meliputi data tanah yang menjadi input dalam pemodelan, tahapan pemodelan dengan menggunakan perangkat lunak PLAXIS, dan perhitungan gaya maksimum yang diterima tanah akibat pembebanan. Beban yang dianalisis menggunakan perangkat lunak PLAXIS ini adalah beban horizontal dan beban vertikal. Dalam setiap langkah pemodelan dan hasil, memuat langkah pemodelan dan hasil pemodelan untuk setiap beban (vertikal dan horizontal) pada studi kasus ini. Data yang digunakan pada input pemodelan PLAXIS ini sama dengan data yang telah

disajikan

pada

bagian

sebelumnya.

Hasil

dari

pemodelan

akan

dikomparasikan dengan hasil perhitungan manual pada bab sebelumnya.

4.4.1. Material Tanah Langkah awal pemodelan dengan PLAXIS mensyaratkan adanya input lapisan tanah dari hasil penyelidikan tanah, baik penyelidikan tanah di lapangan maupun di laboratorium, yang telah didapat pada survei tanah sebelumnya. Data tanah


4-5

yang kurang lengkap didekati nilainya dengan nilai standar yang umum digunakan pada aplikasi geoteknik. Nilai-nilai tersebut didapat dari buku “Foundation Analysis

and Design” karya Joseph E. Bowles. Perilaku tanah dan batuan di bawah beban umumnya bersifat non-linier. Pada PLAXIS, perilaku ini dimodelkan dengan berbagai persamaan, diantaranya Linear

elastic model, Mohr Coulomb model, Hardening Soil model, Soft Soil model, dan Soft Soil Creep model. Pada analisis ini digunakan model Mohr-Coulomb. Model ini dinilai lebih sederhana dan membutuhkan parameter tanah yang relatif mudah untuk didapat. Model Mohr-Coulomb ini memerlukan 5 buah data parameter tanah, yaitu : 1. Kohesi ( c ) 2. Sudut geser dalam ( φ ) 3. Modulus Young ( Eref ) 4. Poisson’s ratio ( ν ) 5. Dilatancy angle ( ψ ) Oleh karenanya, data tanah yang dimiliki haruslah mencakup kelima parameter tanah tersebut di atas. Dari data tanah sebelumnya, didapat bahwa tanah yang berada di bawah fondasi didominasi oleh tanah lempung (clay) dengan berbagai macam tingkat kekerasan. Penjelasan tentang data stratifikasi tanah di lokasi studi dapat dilihat pada Tabel 3.10 di bab sebelumnya. Sebenarnya, karena objek yang dianalisis adalah fondasi dangkal, maka cakupan kedalaman tanah yang perlu ditinjau tidak perlu terlalu dalam. Hal ini disebabkan pengaruh dari fondasi pada tanah hanya berkisar pada kedalaman yang senilai 2/3 lebar fondasi saja. Oleh karena itu, pada bab sebelumnya, kedalaman tanah yang ditinjau hanya sampai kedalaman 15 meter saja sehingga pada pemodelan ini,


4-6

kedalaman tanah yang dimodelkan adalah 15 meter di bawah dasar laut (seabed). Karena lapisan pertama bersifat sangat lunak dan kedalamannya sangat dangkal, maka lapisan pertama pada pemodelan ini diabaikan, karena pengaruhnya tidak terlalu besar. Tabel 4.1 memuat data stratifikasi tanah yang parameter tanahnya akan dimasukkan pada input pemodelan PLAXIS ini.

Tabel 4.1 Stratifikasi Tanah di Lokasi Studi pada Pemodelan PLAXIS

Lapisan 2

Penetrasi, (m) Dari Hingga 0.3 15.3

Kedalaman Lapisan, (m) 15

Deskripsi tanah CLAY, firm to stiff


Berdasarkan data yang didapat dari Gambar 3.3 dan Gambar 4.2, maka didapat nilai berat jenis tanah (submerged unit weight) dan nilai kuat geser tanah atau kohesi tanah pada lokasi yang ditinjau pada pemodelan PLAXIS ini. Pada bagian sebelumnya telah disebutkan bahwa dari data tanah tersebut, nilai kuat geser tanah untuk lapisan pertama, lapisan clay very soft, nilai kuat geser tanahnya c = 50 kPa. Data tanah yang didapat tidak memuat data Modulus Young sehingga pendekatan nilai ini didapat dari kisaran nilai modulus elastisitas yang terdapat pada buku “Foundation Analysis and Design” karya Joseph E. Bowles seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.2. Berdasarkan kisaran nilai pada Tabel 4.2, diambil nilai asumsi dari modulus elastisitas tanahnya adalah 𝑬𝒔 = 15000 kPa.


4-7

Gambar 4.2 Nilai kuat geser tanah pada lokasi studi (Sumber : Data Tanah di Lokasi Studi)


4-8

Tabel 4.2 Kisaran Modulus Elastisitas Tanah


Nilai sudut geser dalam (internal friction) untuk tanah clay undrained jenuh bernilai 0o sehingga untuk ketiga lapisan tersebut, nilai sudut geser dalam semua sama φ = 0o. Hal tersebut sesuai dengan kisaran nilai sudut geser dalam pada berbagai jenis tanah seperti yang digambarkan pada Tabel 4.3. Nilai sudut geser dalam erat hubungan dengan nilai dilatancy angle sehingga untuk tanah lempung, tidak ada nilai dilatancy angle atau ψ = 0. Untuk nilai Poisson’s Ratio, manual PLAXIS menyarankan kisaran Poisson’s Ratio antara 0.3 dan 0.4 dan untuk tipe tanah undrained, nilai Poisson’s Ratio yang disarankan ≤ 0.35. Pada pemodelan studi kasus ini, nilai Poisson’s Ratio sama untuk setiap lapisan yaitu ν = 0.35. Berdasarkan data tanah yang didapat, nilai rata-rata PI untuk lapisan kedua adalah PI = 95,6. Data PI ini dapat dilihat pada Gambar 4.3.


4-9

Gambar 4.3 Data Plasticity Index tanah di lokasi studi (Sumber : Data Tanah di Lokasi Studi)


4-10

Tabel 4.3 Nilai Representatif Sudut Geser Dalam Berbagai Jenis Tanah


Dengan demikian, merangkum dari semua yang telah dipaparkan di atas, data tanah yang akan dimasukkan ke dalam pemodelan PLAXIS seperti yang disajikan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Input Parameter Tanah Pada Pemodelan PLAXIS

Lapisan

2

Kuat Geser Tanah (c) 50 kPa

Berat Unit Tanah

submerged (𝜸’) 5,7 kN/m3

Sudut Geser Dalam (φ) 0o

Modulus Young (Eref)

Poisson’ s ratio

15000 kPa

0,35

Plasticity Index (PI)

(ν) 95,6


4-11

4.4.2. Material Fondasi Mudmat Material fondasi mudmat adalah beton dengan spesifikasi material yang ditampilkan pada Tabel 4.5. Tabel 4.5 Input Material Fondasi Mudmat pada PLAXIS

Berat Unit Tanah unsaturated (𝜸𝒖𝒏𝒔𝒂𝒕 )

Modulus Young (Eref) 2,1 x 107 kPa

24 kN/m3

Poisson’s ratio (ν) 0,15

4.4.3. Tahapan Pemodelan Secara garis besar, tahapan dalam pemodelan menggunakan perangkat lunak PLAXIS tergambar pada Gambar 4.4.

Input

Calculation

• Model Geometri • Properti Material • Mesh Generation • Kondisi Awal

Output

• Definisi fase • Memilih titik nodal

• Grafik deformasi gaya • Tampilan deformasi

Gambar 4.4 Tahapan pemodelan dengan PLAXIS (Sumber : Kusuma, 2013)


4-12

Pada tahapan input, model dari area yang akan dianalisis dibuat dalam bentuk 2D atau biasa disebut pendefinisian model geometri. Elemen tanah yang akan dianalisis dibatasi pada jarak dan kedalaman tertentu. Setelah itu pendefinisian material tanah. Data parameter tanah yang telah didapat di masukan pada model geometri yang telah ditentukan sebelumnya lalu dilakukan mesh generation untuk memperbaharui model tanah. Kemudian dilakukan penentuan kondisi awal (initial

condition) yang berisi pendefinisian tekanan air dan initial stress. Pada tahapan perhitungan (calculation), pendefinisian fase perhitungan dan perhitungan itu sendiri dilakukan. Tahapan konstruksi, dan titik mana yang akan ditinjau didefinisikan pada tahapan ini juga. Pada tahapan output, disajikan keluaran dari hasil input parameter dan perhitungan sebelumnya. Output pada studi kasus ini berupa tampilan deformasi tanah akibat pembebanan, tampilan tegangan efektif dan total, serta grafik deformasi-gaya yang akan dianalisis pada bagian selanjutnya.

4.4.4. Langkah Pemodelan Pada bagian ini dijelaskan secara umum tentang cara-cara yang dilakukan untuk memodelkan area tanah yang akan dianalisis dalam bentuk model sederhana yang dapat dihitung oleh PLAXIS. Selain itu juga dijelaskan langkah untuk melakukan perhitungan dan menampilkan keluaran dari pemodelan PLAXIS tersebut. Pada beberapa tahap di bagian ini, akan dijelaskan langkah tertentu untuk beban vertikal dan beban horizontal secara berbeda, seperti pada tahap pemberian beban dan perhitungan, karena pada tahap tersebut input pemodelan yang dimasukkan berbeda antara beban vertikal dan horizontal. Adapun langkah-langkah tersebut adalah sebagai berikut :


4-13

1. Membuat File Baru Saat membuka PLAXIS, akan muncul tampilan seperti pada Gambar 4.5. Karena akan memulai pemodelan baru, maka klik “New Project”.

Gambar 4.5 Tampilan awal PLAXIS

2. Membuat Model Geometri Setelah membuat file baru, tampilan selanjutnya, Gambar 4.6, menampilkan pengaturan umum dari pemodelan PLAXIS ini. Beri nama pemodelan ini terlebih dahulu untuk memudahkan dalam mendefinisikan pemodelan agar tidak tertukar dengan pemodelan yang lain. Setelah melakukan pemberian nama, dua kolom yang harus diperhatikan adalah kolom “Model” dan kolom

“Elements”. Pada kasus ini, digunakan model plane-strain karena struktur tanah dimodelkan memanjang dan ditinjau secara 2D dari tampak samping. Selain itu dipilih mode elemen 15-node agar analisis elemen lebih detail. Gravitasi digunakan sesuai default yaitu 9.8 m/s2.


4-14

Selanjutnya buka label “Dimensions”. Tampilan label ini seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7. Kolom yang perlu diperhatikan pada label ini adalah kolom “Time” dan “Geometry Dimensions”. Pada kasus ini, tinjauan waktu yang digunakan adalah detik (Second). Dimensi kedalaman air adalah 20 meter dan kedalaman tanah yang ditinjau adalah 25 meter sehingga dipilih elevasi geometri 50 meter dengan panjang 50 meter. Kolom “Grid” menentukan batas ruang kerja dalam menggambar geometri dan menentukan spasi dan interval yang digunakan untuk mempermudah dalam menggambar.

Gambar 4.6 Tampilan pengaturan umum, label Project

Gambar 4.7 Tampilan pengaturan umum, label Dimension


4-15

Setelah pendefinisian geometri secara umum selesai, saatnya menggambar model struktur tanah. Gunakan geometry line untuk menggambar area dan penampang tanah. Gambar lapisan tanah disesuaikan dengan data tanah yang telah ada sebelumnya. Gambar 4.8 memuat gambar model geometri tanah dalam pemodelan PLAXIS. Tanah tersebut memiliki kedalaman 15 meter dengan panjang 70 meter.

Gambar 4.8 Dimensi model tanah

3. Mendefinisikan Material Tanah Seperti yang telah dipaparkan sebelumnya, bahwa dalam pemodelan ini, tanah dimodelkan sebagai Mohr-Coloumb Model dengan sifat undrained. Pada bagian ini setiap lapisan tanah didefinisikan sesuai dengan parameter tanah pada data tanah sebelumnya. Properti tanah sudah terpaparkan secara jelas pada Tabel 4.4. Klik “Material Sets” untuk mendefinisikan parameter tanah di setiap lapisan. Tampilan “Material Sets” tergambar pada Gambar 4.9. Pilih “Soil & Interface”


4-16

untuk mendefinisikan tanah dan parameternya. Setelah itu klik new untuk menambah jenis tanah beserta parameternya. Setelah klik new, akan muncul tampilan seperti Gambar 4.10, Gambar 4.11, dan Gambar 4.12. Kolom-kolom pada tampilan tersebut diisi sesuai dengan data parameter tanah yang ada sebelumnya.

Gambar 4.9 Tampilan Material Sets

Ada beberapa parameter yang perlu diperhatikan. Karena tanah berada di bawah laut dan terendam air, maka nilai berat unit tanah jenuh dan tak jenuhnya sama. Dalam melakukan input berat jenis tanah, nilai berat jenis air harus ditambahkan pada berat jenis tanah submerged yang terdapat pada data tanah (nilai 𝛾′ = 5,7 𝑘𝑁/𝑚3 ditambah 𝛾𝑤 = 10 𝑘𝑁/𝑚3 ) sehingga 𝜸𝒖𝒏𝒔𝒂𝒕 = 𝜸𝒔𝒂𝒕 = 𝟏𝟓, 𝟕 𝒌𝑵/𝒎𝟑 . Nilai permeabilitas tanahnya sangat kecil sehingga dapat


4-17

diabaikan. Kolom “Strength” pada lebel “Interface” dipilih manual dengan nilai Rinter = 0.5. Nilai ini direkomendasikan oleh PLAXIS untuk tanah lempung.

Gambar 4.10 Tampilan Mohr-Coloumb Model label General

Gambar 4.11 Tampilan Mohr-Coloumb Model label Parameters


4-18

Gambar 4.12 Tampilan Mohr-Coloumb Model label Interfaces

Setelah melakukan pendefinisian material tanah, material tanah tersebut di

drag pada lapisan model geometri yang telah dibuat. Model geometri yang telah didefinisikan lapisan tanahnya dapat dilihat pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Model geometri tanah

Langkah selanjutnya adalah mengaplikasikan batas daerah dari model yang akan dianalisis dengan standard fixities. Model yang telah diaplikasikan

standard fixities dapat lihat pada Gambar 4.14.


4-19

Gambar 4.14 Standard Fixities pada Model

Terakhir, perlu didefinisikan nilai k0 pada tanah. K0 adalah koefisien lateral tekanan pada tanah. Kisaran nilai k0 adalah dari 0 sampai 1. Nilai K0 bisa didapat dari korelasi nilai Plasticity Index (PI) tanah melalui persamaan yang dikembangkan oleh Brooker dan Ireland (1965) yang diperlihatkan pada persamaan berikut :

K onc = 0.4 + 0.007 PI

untuk PI < 40

K onc = 0.64 + 0.001 PI

untuk PI > 40

Pada studi kasus ini, nilai k0 didapat dari perhitungan :

K 0 = 0.64 + 0.001 (95,6) 𝐊 𝟎 = 𝟎, 𝟕𝟑𝟔

Nilai tersebut di atas dimasukkan pada properti tanah. Input nilai K0 dapat dilakukan dengan melakukan klik dua kali material tanah pada bidang kerja di PLAXIS. Gambar 4.15 menampilkan tampilan jendela untuk memasukkan nilai k0 pada setiap lapisan tanah.


4-20

Gambar 4.15 Menentukan nilai k0

4. Mendefinisikan Material Fondasi Mudmat Pemodelan

Fondasi

Mudmat

menggunakan

metode

sama

seperti

mendefinisikan material tanah. Perbedaannya adalah model material yang dipilih adalah “Linear Elastic” dengan tipe material “Non-Porous” karena pada beton diasumsikan tidak berporos. Properti fondasi mudmat sudah terpaparkan secara jelas pada Tabel 4.5 Dalam kolom input berat jenis material fondasi, masukkan nilai 𝜸𝒖𝒏𝒔𝒂𝒕 = 𝟐𝟒 𝒌𝑵/𝒎𝟑 . Kemudian setelah itu nilai modulus elastisitas dan poisson’s ratio diinput pada tab setelahnya. Kolom “Strength” pada lebel “Interface” dipilih manual dengan nilai Rinter = 1. Gambar 4.16, Gambar 4.17, dan Gambar 4.18 memuat tampilan input material fondasi mudmat.


4-21

Gambar 4.16 Tampilan Linear Elastic Model label General

Gambar 4.17 Tampilan Linear Elastic Model label Parameters


4-22

Gambar 4.18 Tampilan Linear Elastic Model label Interfaces

Setelah melakukan pendefinisian material fondasi, material tersebut di drag pada lapisan model geometri fondasi yang telah didefinisikan di atas lapisan tanah. Geometri fondasi dapat dilihat pada Gambar 4.19.

Gambar 4.19 Model geometri fondasi mudmat


4-23

5. Memasukkan Beban Beban yang digunakan pada pemodelan ini adalah distribution load. Beban diaplikasikan pada fondasi dengan diberi nilai tertentu. Setelah proses kalkulasi selesai, akan dilihat pada stage berapa tanah mengalami keruntuhan. Nilai yang diambil merupakan nilai daya dukung tanah dan tahanan geser tanah. Untuk setiap komponen vertikal dan horizontal, dipilih beban yang akan membuat tanah runtuh, dengan tujuan untuk mencari titik dimana beban maksimum masih dapat diaplikasikan di atas tanah. Untuk beban vertikal dipilih beban sebesar 250 kN/m2, sedangkan untuk beban horizontal dipilih beban sebesar 70 kN/m2. Kedua beban tersebut mampu membuat tanah runtuh.

Beban Vertikal Untuk beban vertikal, beban yang diaplikasikan sebesar 250 kN/m2. ke arah sumbu y negatif. Gambar 4.20 menampilkan gambar model yang telah diberi beban distribution load untuk arah vertikal.

Gambar 4.20 Beban arah vertikal


4-24

Untuk mendefinisikan beban tersebut, klik dua kali diagram gaya pada model. Setelah itu akan muncul tampilan seperti pada Gambar 4.21. Masukkan nilai 250 pada kolom sumbu y.

Gambar 4.21 Pendefinisian beban

Beban Horizontal Pengaturan beban untuk arah horizontal hampir sama seperti pada beban vertikal, hanya saja displacement ditujukan ke arah sumbu x positif. Jadi, pada Gambar 4.21 di atas, sumbu Y dibuat 0 dan sumbu X diisi beban sebesar 70 kN/m2. Gambar 4.22 menampilkan gambar model yang telah diberi beban

distribution load untuk arah horizontal.

Gambar 4.22 Beban arah horizontal


4-25

6. Mesh Generation Pada bagian ini mesh generation dilakukan untuk menghaluskan permukaan model secara global, termasuk interaksi pada tanah. Distribusi elemen yang digunakan adalah very fine agar elemen pada tanah semakin banyak dan interaksi antar nodal bisa semakin rapat. Untuk melakukan mesh generation, masuk pada menu “Mesh”, lalu masuk pada pilihan “global coarseness”. Lalu pilih jenis coarseness yang diinginkan. Hasil dari mesh generation dapat dilihat pada Gambar 4.23. Setelah itu klik

update.

Gambar 4.23 Hasil Mesh Generation


4-26

7. Mendefinisikan Kondisi Awal Setelah melakukan mesh generation, kondisi awal (initial condition) perlu didefinisikan. Input kondisi awal terpisah dari input geometri model dan material tanah. Pada bagian ini, ada dua hal yang perlu diperhatikan : tekanan air (water pressures) dan tekanan awal (initial stresses). Sebelum melakukan

input untuk kedua hal tersebut di atas, perlu dilakukan pendefinisian nilai berat jenis air. Berat jenis air yang digunakan adalah 10 kN/m3. Pendefinisian berat jenis air dapat dilihat pada Gambar 4.24.

Gambar 4.24 Berat jenis air

Langkah pertama adalah menggambarkan muka air tanah menggunakan

phreatic level. Karena tanah tertimbun di dalam air, muka air digambar jauh di atas permukaan tanah. Pada kasus ini, muka air digambar 25 meter di atas permukaan tanah. Gambar model pada pendefinisian kondisi awal dapat dilihat pada Gambar 4.25.


4-27

Gambar 4.25 Gambar model pada pendefinisian kondisi awal

Setelah memodelkan muka air tanah, perlu dihitung tekanan air yang bekerja. Klik water pressure untuk melihat besar tekanan air yang bekerja pada tanah. Gambar 4.26 memperlihatkan besar tekanan air yang bekerja pada tanah. Setelah itu klik update.

Gambar 4.26 Tekanan air pada tanah


4-28

Initial Stress dihitung berdasarkan K0-procedure, dimana perhitungan tegangan awal dilakukan sesuai dengan definisi kondisi awal yang diberikan. Nilai K0 telah didapat pada perhitungan sebelumnya. Nilai ini kemudian dipastikan ulang dengan melakukan generate initial stresses. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.27. Setelah itu klik update.

Gambar 4.27 Tegangan efektif pada tanah

8. Melakukan Perhitungan Jendela perhitungan berbeda dengan jendela input sebelumnya. Pada bagian ini, ada dua label yang perlu diperhatikan, pertama label “General”, lalu yang kedua label “Parameters”. Tampilan kedua label ini dapat dilihat pada Gambar 4.28 dan Gambar 4.29. Karena output yang dihasilkan adalah grafik deformasi-gaya, maka tipe perhitungan (calculation type) yang digunakan pada label “General” adalah

plastic analysis. Setelah itu, isian pada label “Parameters” biarkan sesuai default kecuali untuk control parameters. Nilai yang dimasukkan adalah 1000 untuk


4-29

melihat deformasi pada waktu yang lebih lama. Hal ini dimaksudkan untuk mengantisipasi deformasi-gaya yang terlewat.

Gambar 4.28 Tampilan jendela perhitungan label General

Gambar 4.29 Tampilan jendela perhitungan label Parameters


4-30

Setelah itu klik define untuk mendefinisikan tahapan konstruksi beban pada tanah yang nantinya akan di analisis karena PLAXIS berbasis pada konstruksi bertahap. Karena pada kasus ini tidak ada tahapan konstruksi yang berarti, maka cukup mendefinisikan satu fase yaitu fase pembebanan tanah oleh struktur di atasnya. Gambar 4.30 adalah gambar saat fase belum didefinisikan dan Gambar 4.31 adalah gambar saat fase pembebanan didefinisikan dan siap untuk dikalkulasikan. Saat sebelum didefinisikan, warna beban distribution load masih berwarna abu-abu. Setelah didefinisikan, warna beban berubah menjadi warna biru. Artinya, pada fase setelah fase awal (initial phase) adalah fase pembebanan tanah oleh suatu beban struktur di atasnya.

Gambar 4.30 Fase sebelum pendefinisian beban

Gambar 4.31 Fase setelah pendefinisian beban


4-31

Langkah selanjutnya adalah menentukan nodal permukaan tanah yang akan ditinjau. Karena pada kasus ini ingin dilihat daya dukung tanah, maka nodal diletakkan tepat di bawah beban. Penentuan titik nodal dapat dilihat pada Gambar 4.32.

Gambar 4.32 Penentuan titik nodal

Setelah penentuan titik nodal selesai dilakukan, klik update. Segala hal yang perlu didefinisikan pada bagian ini telah selesai. Model siap dihitung. Klik

calculate. Proses kalkulasi seperti ditampilkan pada Gambar 4.33. Saat perhitungan selesai dilakukan, tampilan yang akan muncul adalah seperti pada Gambar 4.34. Hasil perhitungan dapat dilihat pada kolom identification

phase dan log info. Jika aman, kolom identification akan dibubuhi centang, sedangkan jika pemodelan tidak aman, kolom identification akan dibubuhi cakra dan akan diberikan komentar apa penyebab tidak aman pada kolom log

info. Pada umumnya komentar yang diberikan adalah keruntuhan tanah (body collapse).


4-32

Gambar 4.33 Proses kalkulasi

Gambar 4.34 Tahap akhir perhitungan


4-33

9. Menganalisis Keluaran (Output) Setelah proses perhitungan selesai, klik output. Keluaran yang ditampilkan siap untuk dianalisis. Analisis dari hasil pemodelan pada studi kasus, baik yang arah vertikal maupun arah horizontal, akan dibahas pada bagian selanjutnya.

4.4.5. Hasil Pemodelan Pilihan untuk melihat output akan muncul setelah proses kalkulasi selesai dilakukan. Output yang dapat dihasilkan oleh PLAXIS pada pemodelan studi kasus ini adalah : 1.

Deformasi mesh

2.

Grafik deformasi-gaya

3.

Nilai beban maksimum (ultimate)

Keluaran akan disajikan berbeda antara beban vertikal dan horizontal. Penjelasan berikut di bawah menunjukkan tampilan dan analisis keluaran dari pemodelan menggunakan PLAXIS tersebut.

Beban Vertikal Bentuk deformasi tanah yang tercipta pada pemodelan ini dapat dilihat pada Gambar 4.35. Deformasi yang terlihat pada gambar tersebut adalah deformasi yang terjadi saat beban 250 kN/m2 diaplikasikan. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa tanah mengalami keruntuhan, maka beban 250 kPa terlalu besar untuk diaplikasikan. Dari grafik pembebanan yang dihasilkan akan dilihat pada titik berapa beban masih aman untuk diaplikasikan pada tanah.


4-34

Gambar 4.35 Tampilan deformasi tanah akibat beban vertikal

Untuk melihat grafik, masuk pada jendela PLAXIS curve program. Pada jendela ini akan diminta file pemodelan yang akan dilihat grafiknya. Pilih nama file pemodelan studi kasus ini, lalu tampilan Curve Generation pada Gambar 4.36 akan muncul.

Gambar 4.36 Tampilan Curve Generation


4-35

Untuk melihat grafik deformasi-gaya, pilih Displacement untuk x-axis dan

Multiplier untuk y-axis. Hasil perhitungan berupa grafik deformasi-gaya pada titik A dapat dilihat pada Gambar 4.37.

Gambar 4.37 Grafik Deformasi-Gaya pada titik A akibat beban vertikal

Dari grafik di atas terlihat bahwa dengan beban 250 kN/m2 , tanah mengalami keruntuhan. Agar fondasi tetap stabil, maka nilai beban yang boleh diaplikasikan harus di bawah nilai batas maksimum sebelum tanah mengalami keruntuhan. Titik maksimum yang diambil adalah saat tanah mengalami kenaikan plastisitas namun masih dalam batas wajar. Titik 0,1 dari total deformasi yang terjadi, yaitu saat terjadi deformasi sebesar 0,1 x 42,8 cm = 4,28 cm, masih dianggap aman sehingga mengambil titik tersebut sebagai titik maksimum beban yang boleh


4-36

diaplikasikan masih dapat dilakukan. Nilai tersebut berada pada stage 0,754 dari beban awal yang diberikan sehingga nilai daya dukung tanah ultimate adalah sebagai berikut :

𝒒𝒖 = 𝟏𝟖𝟖, 𝟓 𝒌𝑷𝒂

Beban Horizontal Untuk beban horizontal, deformasi tanah yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 4.38. Pada gambar tersebut terlihat lapisan tanah sedikit bergeser dari tempatnya semula. Namun, pergeseran tanah tersebut tidak terlalu besar.

Gambar 4.38 Tampilan deformasi tanah akibat beban horizontal

Untuk melihat grafik, masuk pada jendela PLAXIS curve program. Pada jendela ini akan diminta file pemodelan yang akan dilihat grafiknya. Pilih nama file pemodelan studi kasus ini. Kemudian pilih Displacement untuk x-axis dan Multiplier untuk y-


4-37

axis. Hasil perhitungan berupa grafik deformasi-gaya pada titik A dapat dilihat pada Gambar 4.39

Gambar 4.39 Grafik Deformasi-Gaya titik A akibat beban horizontal

Terlihat pada grafik, bahwa setelah titik 0,664 plastisitas tanah mulai naik hingga akhirnya tanah runtuh pada titik 0,890. Titik 0,664 ini diambil sebagai batas maksimum beban yang boleh diaplikasikan pada tanah. Dengan demikian, nilai tahanan geser tanah ultimate adalah 0,664 dari beban awal yang diberikan, yaitu

𝒒𝒖 = 𝟒𝟔, 𝟒𝟖 𝒌𝑷𝒂


4-38

BAB 5 ANALISIS STABILITAS FONDASI

5.1. UMUM Analisis stabilitas fondasi perlu dilakukan saat proses desain struktur, sebelum suatu struktur ditempatkan pada area konstruksi. Hal ini dimaksudkan agar tidak terjadi bearing capacity failure atau kegagalan fondasi yang menyebabkan tanah mengalami keruntuhan dan struktur di atasnya menjadi tidak stabil sehingga bangunan yang tertopang tanah ikut runtuh. Agar tidak terjadi bearing capacity failure, maka harus dipastikan tegangan geser

(shear strength) tanah melebihi dari tegangan geser (shear strength) fondasi pada tanah. Oleh karena itu, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menghitung kuat geser tanah dengan mencari tahu nilai maksimum gaya (𝑞𝑢𝑙𝑡 ) yang mampu diterima oleh tanah. Kemudian setelah itu, menentukan nilai gaya yang diperbolehkan dibebankan pada tanah dengan memasukkan unsur faktor keamanan (safety factor) dalam gaya maksimum yang telah didapat. Beban struktur yang akan diletakkan di atas tanah tidak boleh melebihi gaya yang diperbolehkan (𝑞𝑎𝑙𝑙 ) tersebut. Hubungan 𝑞𝑢𝑙𝑡 dan 𝑞𝑎𝑙𝑙 dapat dilihat pada Gambar 5.1. Penentuan gaya yang diperbolehkan ( 𝑞𝑎𝑙𝑙 ) dapat dilihat pada persamaan (1) pada bab sebelumnya.


5-1

𝒒𝒂𝒍𝒍

𝒒𝒖𝒍𝒕 Gambar 5.1 Hubungan 𝒒𝒖𝒍𝒕 dan 𝒒𝒂𝒍𝒍 dalam sistem fondasi

Nilai gaya yang diperbolehkan atau daya dukung izin ( 𝑞𝑎𝑙𝑙 ) bergantung pada seberapa besar faktor keamanan (safety factor) yang dipilih. Pada umumnya, nilai faktor keamanan yang dipilih adalah 2. ISO 19901-4 juga merekomendasikan nilai faktor keamanan yang dipilih adalah 2 sehingga pada studi kasus ini, persamaan (8) yang digunakan untuk mencari nilai 𝑞𝑎𝑙𝑙 menjadi :

𝒒𝒂𝒍𝒍 =

𝒒𝒖𝒍𝒕 𝟐

Pada bagian ini akan dianalisis apakah beban struktur yang telah dirancang mampu ditahan oleh tanah yang akan menopang struktur tersebut nantinya. Pada bab sebelumnya telah dilakukan perhitungan nilai kuat geser (shear strength) tanah dengan menggunakan berbagai macam metode : perhitungan manual dengan menggunakan prosedur ISO 19901-4, perhitungan menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS, dan perhitungan tambahan dengan menggunakan rumus Vesic.


5-2

5.2. BEBAN PADA FONDASI Analisis stabilitas fondasi merupakan bagian dari analisis on bottom stability. Analisis dilakukan hanya saat struktur jacket mulai dipancangkan pada tanah sehingga beban lain selain beban dari struktur jacket seperti beban deck, crane, dan beban hidup diabaikan. Selain itu, gaya angin yang dirancang pada desain struktur juga diabaikan. Hanya gaya gelombang dan arus, serta gaya vertikal dari struktur jacket yang diperhitungkan dalam analisis ini. Total gaya yang diterima struktur, baik yang berasal dari struktur itu sendiri maupun yang berasal dari lingkungan, akan ditransfer ke fondasi. Pada fondasi, total gaya ini diterjemahkan menjadi beban vertikal (𝑉) dan beban horizontal (𝐻𝐸 ). Gaya yang bekerja pada fondasi dapat dilihat pada Gambar 5.2.

Beban Vertikal

Beban Horizontal

𝒑𝒆𝒓𝒎𝒖𝒌𝒂𝒂𝒏 𝒕𝒂𝒏𝒂𝒉 Tahanan geser

(sliding resistance) Daya dukung tanah

(bearing capacity)

Gambar 5.2 Gaya yang bekerja pada sistem fondasi


5-3

Dari perhitungan beban struktur menggunakan perangkat lunak SACS pada bab sebelumnya, didapat nilai beban vertikal dan beban horizontal dari struktur yang ditransfer ke fondasi. Nilai beban-beban tersebut tercantum pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Beban dari Struktur yang Ditransfer pada Fondasi

Kekuatan Beban

Jenis Beban Beban Mati

Gaya Vertikal

1.017,3 kips

Gaya Gaya Vertikal Gelombang Gaya Horizontal dan Arus

7,786 kips 177,033 kips

Total Kekuatan Beban 1.025,086kips

4.559,809 kN

177,033 kips

787,482 kN

Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa besar gaya vertikal (𝑉 ) dan gaya horizontal (𝐻𝐸 ) dari struktur yang akan membebani tanah adalah sebagai berikut :

𝑽 = 𝟒. 𝟓𝟓𝟗, 𝟖𝟎𝟗 𝒌𝑵 𝑯𝑬 = 𝟕𝟖𝟕, 𝟒𝟖𝟐 𝒌𝑵

Apabila nilai beban vertikal dan beban horizontal lebih kecil dari nilai daya dukung tanah dan tahanan geser tanah, maka fondasi akan stabil dalam menopang struktur di atasnya. Namun, apabila sebaliknya, maka perlu dilakukan tindak lanjut atas desain struktur yang telah dibuat. Hal ini yang akan dibahas pada analisis di bagian selanjutnya.


5-4

5.3. ANALISIS GAYA BEBAN Di dalam ISO 19901-4 dijelaskan bahwa kombinasi beban horizontal dan vertikal pada fondasi harus memenuhi kriteria persamaan (9) sebagai berikut :

𝑬 𝒆 ≤ 𝑹𝒅

Bahwa nilai beban pada fondasi (𝐸𝑒 ) harus lebih kecil atau sama dengan nilai desain tahanan tanah (𝑅𝑑 ). Untuk melihat apakah kondisi tersebut terpenuhi atau tidak, analisis dengan cara meninjau satu beban lalu mengabaikan atau mengasumsikan kecil beban lainnya dapat dilakukan. Persamaan (10) adalah situasi dimana beban lingkungan atau beban horizontal diabaikan sehingga kondisi pada fondasi dikatakan stabil ketika nilai beban struktur atau beban vertikal (𝑉 ) yang diterima fondasi lebih kecil atau sama dengan desain daya dukung (bearing capacity) tanah (𝑄𝑑,𝑣 ), atau seperti dalam persamaan :

𝑽 ≤ 𝑸𝒅,𝒗

Sedangkan persamaan (11) adalah kondisi dimana beban struktur atau beban vertikal diasumsikan bernilai kecil sehingga kondisi stabil pada fondasi didapat ketika nilai beban lingkungan atau beban horizontal (𝐻𝐸 ) lebih kecil atau sama dengan desain tahanan geser (sliding resistance) tanah ( 𝑄𝑑,ℎ ), seperti pada persamaan berikut :

𝑯𝑬 ≤ 𝑸𝒅,𝒉

Pada bagian ini, analisis stabilitas fondasi akan dilakukan pada setiap komponen gaya yang bekerja pada tanah. Pada bagian komponen horizontal, nilai beban


5-5

horizontal akan dicocokkan dengan nilai tahanan geser tanah. Pada bagian komponen vertikal, nilai beban vertikal akan dicocokkan dengan nilai daya dukung tanah yang didapat dari berbagai macam metode : prosedur ISO 19901-4, metode elemen hingga, dan metode manual menggunakan persamaan Vesic sebagai komparasi tambahan.

5.3.1 Komponen Horizontal Komponen horizontal pada analisis gaya beban ini mencakup beban horizontal (𝐻𝐸 ) pada fondasi dan nilai tahanan geser (𝑄𝑑,ℎ ) tanah. Beban horizontal pada fondasi merupakan refleksi dari beban lingkungan, dalam hal ini gelombang dan arus, pada struktur yang dipindahkan pada fondasi. Gambar 5.3 merupakan gambar yang memvisualisasikan diagram gaya untuk komponen horizontal pada sebuah fondasi.

Beban Horizontal

Tahanan geser

(sliding resistance)

Gambar 5.3 Diagram gaya komponen horizontal fondasi


5-6

Jika beban horizontal lebih besar dari nilai tahanan geser tanah, maka fondasi tidak akan stabil, bahkan mungkin bisa mengalami keruntuhan. Gaya tahanan geser tanah yang mengarah berlawanan dari beban horizontal harus lebih besar nilainya agar fondasi tetap kokoh. Dari perhitungan sebelumnya, didapat nilai beban horizontal adalah 𝑯𝑬 = 𝟕𝟖𝟕, 𝟒𝟖𝟐 𝒌𝑵. Sedangkan nilai tahanan tanah adalah 𝑄𝑑,ℎ = 1600 𝑘𝑁. Karena nilai tahanan tanah tersebut dalam keadaan ultimate, maka nilai tersebut harus dibagi dengan faktor keamanan (safety factor) sehingga nilai tahanan tanah yang yang diperbolehkan adalah sebagai berikut :

𝑄𝑑,ℎ =

1600 𝑘𝑁 2

𝑸𝒅,𝒉(𝒂𝒍𝒍) = 𝟖𝟎𝟎 𝒌𝑵

Nilai tahanan tanah juga didapat dari pemodelan menggunakan perangkat lunak PLAXIS. Dari hasil pemodelan, didapat nilai tahanan geser ultimate tanah adalah 20,93 kPa. Jika dikalikan dengan luas fondasi 50 m2, maka didapat nilai tahanan tanah maksimum hasil pemodelan adalah :

𝑄𝑑,ℎ = 𝑞𝑢 . 𝐴 𝑄𝑑,ℎ = 46,48.50 𝑸𝒅,𝒉 = 𝟐. 𝟑𝟐𝟒 𝒌𝑵

Untuk mendapatkan nilai gaya yang diperbolehkan, maka nilai tersebut di atas dibagi dengan nilai faktor keamanan sehingga menjadi :


5-7

𝑄𝑑,ℎ =

2.324 𝑘𝑁 2

𝑸𝒅,𝒉(𝒂𝒍𝒍) = 𝟏. 𝟏𝟔𝟐 𝒌𝑵

Dengan demikian, hasil perhitungan tahanan geser tanah terhadap fondasi dengan menggunakan kedua metode (perhitungan manual dan pemodelan) di atas dapat dilihat pada Tabel 5.2 berikut.

Tabel 5.2 Nilai Tahanan Geser Fondasi dari Dua Metode Perhitungan

Metode Perhitungan

Nilai Tahanan Geser Fondasi Ultimate

Allowable

Prosedur ISO 19901-4

1.600 kN

800 kN

Metode Elemen Hingga

2.324 kN

1.162 kN

Berdasarkan data yang sudah ada, dapat disimpulkan bahwa komponen horizontal dari gaya yang bekerja pada fondasi stabil karena memenuhi kriteria kestabilan fondasi dimana nilai beban horizontal lebih kecil dari desain tahanan tanah yang diperbolehkan.

𝑯𝑬 < 𝑸𝒅,𝒉(𝒂𝒍𝒍)


5-8

5.3.2 Komponen Vertikal Komponen vertikal pada analisis gaya beban mencakup beban struktur yang diteruskan pada fondasi menjadi beban vertikal (𝑉 ) pada fondasi dan nilai daya dukung tanah ( 𝑄𝑑,𝑣 ). Gambar 5.4 merupakan gambar yang memvisualisasikan diagram gaya untuk komponen vertikal pada sebuah fondasi. Jika beban vertikal lebih besar dari nilai daya dukung tanah, maka tanah di bawah fondasi tak akan kuat menopang beban dari fondasi yang diterima tanah sehingga akan mengalami keruntuhan (bearing capacity failure). Gaya daya dukung tanah harus bernilai dari beban vertikal agar fondasi dan struktur di atasnya tetap kokoh. Nilai daya dukung tanah yang dimaksud adalah nilai dalam kondisi yang diperbolehkan (allowable) bukan dalam kondisi ultimate untuk mengantisipasi beban berlebih yang diterima fondasi pada kondisi tak terduga atau diluar kontrol. Beban Vertikal

Daya Dukung Tanah

(bearing capacity)

Gambar 5.4 Diagram gaya komponen vertikal pada fondasi


5-9

Dari hasil perhitungan beban sebelumnya, didapat nilai beban vertikal pada fondasi adalah 𝑽 = 𝟒. 𝟓𝟓𝟗, 𝟖𝟎𝟗 𝒌𝑵. Perhitungan daya dukung tanah dilakukan dengan dua metode utama, yaitu dengan mengacu pada standar prosedur ISO 19901-4 dan menggunakan perangkat lunak PLAXIS, serta dengan perhitungan tambahan menggunakan rumus daya dukung tanah yang dikembangkan oleh Vesic. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa pada studi kasus ini digunakan dua metode, yaitu perhitungan berdasarkan prosedur ISO 19901-4 dan perhitungan menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS. Perhitungan menggunakan persamaan Vesic dipakai sebagai alat bantu perbandingan lain dalam menghitung nilai daya dukung tanah terhadap fondasi. Hasil perhitungan yang mengacu pada prosedur ISO 19901-4 menghasilkan nilai daya dukung tanah 𝑸𝒅,𝒗 = 𝟗𝟏𝟑𝟔. 𝟖𝟎𝟑 𝒌𝑵. Hasil pemodelan menggunakan PLAXIS menghasilkan pressure maksimum yang boleh diberikan pada tanah sebesar 𝒒𝒅,𝒗 = 𝟏𝟖𝟖 𝒌𝑷𝒂. Jika pressure tersebut dikalikan dengan luas fondasi 50m2, maka didapat nilai 𝑸𝒅,𝒗 = 𝟗. 𝟒𝟎𝟎 𝒌𝑵. Sebagai komparasi, dilakukan perhitungan daya dukung tanah menggunakan persamaan Vesic dan didapat nilai 𝒒𝒅,𝒗 = 𝟐𝟑𝟕. 𝟎𝟐𝟓 𝒌𝑷𝒂 . Setelah dikalikan dengan luas fondasi, didapat 𝑸𝒅,𝒗 = 𝟏𝟏. 𝟖𝟓𝟏 𝒌𝑵 Nilai daya dukung tanah yang diperbolehkan dapat dilihat pada Tabel 5.3 berikut.

Tabel 5.3 Nilai Daya Dukung Fondasi dari Tiga Metode Perhitungan

Metode Perhitungan

Nilai Daya Dukung Fondasi Ultimate

Allowable

9.136,8 kN

4.568,4 kN

Metode Elemen Hingga

9.400 kN

4.700 kN

Persamaan Vesic

11.851 kN

5.925,63 kN

Prosedur ISO 19901-4


5-10

Dari ketiga hasil perhitungan tersebut didapat bahwa nilai daya dukung tanah

allowable bernilai sekitar 4.600 kN. Nilai ini di atas nilai beban vertikal pada fondasi, yaitu 4.559 kN. Pada komponen vertikal, nilai beban vertikal lebih kecil dari nilai daya dukung tanah, maka dapat dikatakan bahwa beban vertikal dari struktur pada fondasi masih aman untuk diberikan karena tanah mampu untuk menopangnya. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa untuk komponen vertikal, nilai beban vertikal lebih kecil dari nilai daya dukung tanah sehingga fondasi dalam keadaan stabil.

𝑽 < 𝑸𝒅,𝒗(𝒂𝒍𝒍)

Untuk komponen vertikal, kondisi yang dianalisis menyatakan bahwa kondisi tersebut memenuhi kriteria kestabilan fondasi.


5-11

BAB 6 PENUTUP

6.1. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis pada bab sebelumnya, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1.

Perhitungan stabilitas fondasi yang mengacu pada prosedur ISO 19901-4 menghasilkan

nilai

daya

dukung

(bearing

capacity)

fondasi 𝒒𝒅,𝒗 =

𝟏𝟖𝟐. 𝟕𝟑𝟔 𝒌𝑷𝒂 dan nilai tahanan geser (sliding resistance) tanah terhadap fondasi 𝒒𝒅,𝒉 = 𝟑𝟐 𝒌𝑷𝒂. Kedua nilai tersebut adalah nilai maksimum (ultimate).

2.

Perhitungan stabilitas fondasi menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak PLAXIS menghasilkan nilai daya dukung (bearing

capacity) tanah ultimate

𝒒𝒅,𝒗 = 𝟏𝟖𝟖 𝒌𝑷𝒂 dan nilai tahanan geser tanah

terhadap fondasi ultimate 𝒒𝒅,𝒉 = 𝟒𝟐, 𝟒𝟔 𝒌𝑷𝒂.

3.

Berdasarkan hasil analisis, didapat bahwa nilai beban horizontal lebih kecil dari nilai tahanan geser yang diperbolehkan (𝑯𝑬 < 𝑸𝒅,𝒉), dan nilai beban vertikal lebih kecil dari nilai daya dukung yang diperbolehkan (𝑽 < 𝑸𝒅,𝒗 ) sehingga dapat dikatakan bahwa kondisi tersebut memenuhi kriteria kestabilan fondasi (𝑬𝒆 < 𝑹𝒅 ).


6-1

6.2. SARAN Adapun saran terkait hasil dari laporan ini adalah sebagai berikut :

1.

Pengecekan berulang perhitungan beban struktur pada perangkat lunak SACS secara detail perlu dilakukan agar data beban yang dihasilkan lebih presisi sehingga perhitungan stabilitas fondasi akan lebih akurat.

2.

Selain data profil karakteristik tanah, profil berat jenis tanah, dan profil kuat geser tanah, juga diperlukan data detail Boring Log tanah agar profil tanah yang dimodelkan lebih mendekati kondisi tanah yang sebenarnya di lapangan.


6-2

DAFTAR PUSTAKA

ASTM. 2004. Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04.08, Soil and Rock (I). Standard

No. D 2573-01, “Standard Test Method for Field Vane Shear Test in Cohesive Soil,”. West Conshohocken, PA. pp. 272–280. ASTM. 2004. Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04.08, Soil and Rock (I). Standard

No. D 4719-00, “Standard Test Method for Prebored Pressuremeter Testing in Soils,”. West Conshohocken, PA. pp. 897–905. API RP 2A WSD. 2000. Recommended Practice for Planning, Designing, and

Constructing Fixed Offshore Platforms. Washington D.C. : American Petroleum Institute. Bowles, J.E. 1996. Foundation Analysis and Design 5th Edition. New York : McGrawHill. Brinkgreve, R.B.J. 202. PLAXIS Version 8 User Manual. Netherland : A.A Balkema Publisher. Das, Braja M. 2006. Principles of Geotecnical Engineering Fifth Edition. California : Thomson. Day, Robert W. 2009. Foundation Engineering Handbook Second Edition : Design

Construction with The 2009 International Building Code. California : ASCE Press. Geotechnical Engineering Office Hongkong. 2006. Foundation Design and

Construction. Geo Publication No.1. ISO 19901-4. 2003. Petroleum and Natural Gas Industries-Specific Requirements

for Offshore Structures : Geotechnical and Foundation Design Considerations. Geneva : International Organization for Standardization.

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2010. Rencana Strategis

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Tahun 2010 - 2014. Jakarta: KESDM. Lambe, T. W., & Whitman, R. V. 1969. Soil Mechanics. New York : Wiley. Meng, Qiuhong. 2013. Bearing Capacity Failure envelopes of Foundations with Skirt

Subjected to Combined Loading. Norwegia : NTNU. Rizaldi, A. & Nasution, A. 2013. Kajian Analitik dan Eksperimental Frekuensi Sistem

Struktur Braced Monopod Anjungan Lepas Pantai. Jurnal Teknik Sipil, Vol. 20 No.3. pp 217-232. Schmertmann, J. H. 1977. Guidelines for Cone Penetration Test, Performance and

Design. Washington, DC : U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration 145 pp. Subrata, K. Chakrabarti. 2005. Handbook of Offshore Engineering, Vol.1. Illnois: Elsevier. Terzaghi, K. & Peck, R. B. 1967. Soil Mechanics in Engineering Practice, 2nd edition. New York : Wiley. Tyrant, Pierre Le. 1994. Design Guide for Offshore Sructures: Foundation in

Carbonate Soils. Paris : Editions Technip. Wardana, Hendra Kusuma. 2013. Studi Dampak Pemancangan Tiang Pancang Pada

Struktur Bangunan Sekitar. Bandung : Institut Teknologi Bandung Wardana, Hendra Kusuma. 2014. Studi Pengaruh Hydraulic Fracture Di Sekitar

Conductor Terhadap Pondasi Anjungan Lepas Pantai. Bandung : Institut Teknologi Bandung Zakaria, Zufialdi. 2006. Daya Dukung Tanah Fondasi Dangkal. Bandung Laboratorium Geologi Teknik, Jurusan Geologi, FMIPA UNPAD. Zaky, Fauzi Achmad., dkk. 2013. Laporan Tugas Besar KL 4120 Anjungan Lepas

Pantai. Bandung : Institut Teknologi Bandung.

http://digilib.itb.ac.id/ (diakses 19 September 2014, 23:20) http://en.wikipedia.org/wiki/Echo_sounding (diakses 27 Juni 2014, 08:17) http://en.wikipedia.org/wiki/Side-scan_sonar (diakses 27 Juni 2014, 09:22) http://en.wikipedia.org/wiki/Sonar (diakses 27 Juni 2014, 08:17) http://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_seismology (diakses 27 Juni 2014, 09:33) http://eprints.undip.ac.id/ (diakses 19 September 2014, 23:34) http://id.wikipedia.org/wiki/Stratigrafi (diakses 25 Juni 2014, 10:40) http://kkp.go.id/ (diakses 18 Agustus 2014, 20:05) http://operator-it.blogspot.com/2013/11/anjungan-lepas-pantai-2.html (diakses 13 Juni 2014, 02:02) http://personal.its.ac.id/ (diakses 19 September 2014, 22:07) http://repository.usu.ac.id/ pdf (diakses 19 September 2014, 17:46) http://thesis.binus.ac.id/ (diakses 19 September 2014, 23:34) http://web.stanford.edu/pdf (diakses 16 Agustus 2014, 11:57) http://www.appliedacoustics.com/sub-bottom-profiling (diakses 27 Juni 2014, 08:45) http://www.esdm.go.id/berita/artikel/56-artikel/4586-peluang-investasi-migas-diindonesia.html (diakses 12 Juni 2014, 13:22) http://www.fugrosurveytechnical.com/ (diakses 27 Juni 2014, 10:20) http://www.geotechdata.info/parameter/angle-of-friction.html (diakses 16 Agustus 2014, 12:11) http://www.indonesia.go.id/in/potensi-daerah/sumber-daya-alam (12 Juni 2014, 13:20) http://www.intelligentcompaction.com/ (diakses 6 agustus 2014, 02:33)

http://www.iso.org/iso/home/about.html (diakses 16 Agustus 2014, 16:11) http://www.litbang.esdm.go.id/ (diakses 12 Juni 2014, 14:15) http://www.pemudamaritim.com/2014/03/pembongkaran-bangunan-lepaspantai-di.html (diakses 13 Juni 2014, 02:08) http://www.seismicsurvey.com.au/ (diakses 27 Juni 2014, 09:33)

ANALISIS STABILITAS FONDASI DANGKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROSEDUR ISO

Recommend Documents