ANALISA PEMAMPATAN TANAH DI LOKASI PEMBANGUNAN DEPO KONTAINER KBN (KAWASAN BERIKAT NUSANTARA), CAKUNG-CILINCING, JAKARTA UTARA R. Kesumajaya, Abd. Rachman Djamaluddin, Ariningsih Suprapti Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Email:
[email protected] ABSTRAK Seiring dengan perkembangan volume ekspor dan impor yang semakin cepat menyebabkan timbulnya kebutuhan akan pengiriman barang yang lebih aman dan efisien. Dalam penanganan sistem container (peti kemas) memerlukan tempat lahan penimbunan atau penyimpanan yang memadai kapasitasnya. Oleh karena itu perlu adanya alternatif penyedia lahan penimbunan container diluar area pelabuhan sebagai salah satu cara mengatasi masalah tersebut. Penelitian ini berupa analisa pemampatan tanah, sebagai sumbangsih pemikiran untuk lahan pembangunan Depo Container di PT. KBN (Kawasan Berikat Nusantara) yang letaknya di luar area pelabuhan Tanjung Priok. Konsolidasi tanah adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan-lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori. Proses tersebut berlangsung terus sampai kelebihan tegangan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-benar hilang. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui besar penurunan dan lamanya waktu penurunan yang dihasilkan dari proses konsolidasi dibeberapa titik yang berbeda dengan fariasi beban yang berbeda pula. Hasil penelitian menunjukkan besar penurunan konsolidasi dan lamanya waktu penurunan yang terjadi jika tanah lempung dibebani dengan 5 tumpuk kontainer 40ft yang setara dengan 9.345 t/m² pada titik DB-1 sebesar 0,803881 selama 532,287 ℎ . Pada titik DB-2 sebesar 0,845568 selama 498,553 ℎ , pada titik DB-3 sebesar 1,524613 selama 438,877 ℎ dan pada titik DB-4 sebesar 1,015611 selama 318,443 ℎ . Kata kunci: Konsolidasi, waktu penurunan tanah.
ABSTRACT Along with the development of export and import increasing faster caused necessity for delivery of goods more safely and efficiently. In handling container system needed adequate hoarding land. Therefore needed alternative providers of container hoarding land outside of the port area as a way to resolve that problem. This study was conducted to analysis soil compression as a contribution for developments of container depots in PT. KBN which is outside of Tanjung Priok Port. Consolidation is a process of shrinkage volume slowly on saturated soil with low permeability due to drainage part of water pore. This process continues until the excess pore water pressure caused by increase total stress has been completely lost. This study was conducted to determine the settlement and consolidation time in several different points with variation load. The result showed that value of settlement that occurs when the ground is loaded with 5 stacks of container which is equivalent to 9.345 t/m2 at point DB-1 is 0.803881 m in 532.287 years. DB-2 is 0.845568 m for 498.553 years, DB-3 is 1.524613 m in 438.877 years and at point DB-4 amount 1.015611 m during 318.443 years. Keywords: Consolidation, time of settlement.
I. PENDAHULUAN Tanah lunak mempunyai karakteristik yaitu kompresibilitas yang tinggi dengan kekuatan geser yang kecil, tanah lunak mempunyai kekuatan geser kurang dari 25 kPa. Oleh karna itu, penimbunan yang dilaksanakan di atas tanah lunak akan mengalami kegagalan geser dan penurunan yang berlebihan. Ini diakibatkan pada saat pemberian beban pada tanah akan mengakibatkan penurunan seketika diikuti oleh proses konsolidasi. Proses konsolidasi tergantung pada waktu antara berminggu-minggu hingga bertahun-tahun, tergantung pada tebal lapisan tanah lunaknya dan juga tergantung pada kemampuan tanah lunak dalam medisipasi tekanan air pori selama pembebanan berlangsung. Faktor yang sangat penting terhadap proses penurunan konsolidasi adalah muka air tanah, permeabilitas tanah, drain pada tanah dan beban yang diterima tanah. Kekuatan geser tanah akan meningkat sejalan dengan proses konsolidasi sedang berlangsung. Seiring dengan perkembangan volume ekspor dan impor yang semakin cepat menyebabkan timbulnya kebutuhan akan pengiriman barang yang lebih aman dan efisien. Dalam penanganan sistem container (peti kemas) memerlukan tempat lahan penimbunan container (peti kemas) yang merupakan tempat usaha yang bergerak dibidang penumpukan peti kemas bagi pelayaran maupun leasing company yang tidak memiliki tempat untuk menyimpan, sedangkan tempat penimbunan yang tersedia di area pelabuhan Tanjung Priok sudah tidak memadai kapasitasnya. Oleh karena itu perlu adanya alternatif penyedia lahan penimbunan container diluar area pelabuhan sebagai salah satu cara mengatasi masalah tersebut. Penelitian ini berupa analisa pemampatan tanah, sebagai sumbangsih pemikiran untuk lahan pembangunan Depo Container di PT. KBN (Kawasan Berikat Nusantara) yang letaknya di luar area pelabuhan Tanjung Priok. Berdasarkan latar belakang tersebut, penulis mencoba untuk menggali lebih jauh tentang permasalahan yang ada dengan segala kemampuan dengan menitik beratkan terhadap pemampatan tanah.
Kompresibilitas Tanah Sifat kembang susut akibat perubahan tekanan terjadi pada setiap material. Demikan juga pada tanah yang terdiri dari susunan partikel padat (soild), air (water), dan udara (air) akan mengecil bila menerima beban tekan dan mengembang kembali (akibat sifat elastisitas material) jika beban dihilangkan. Sifat perubahan volume akibat adanya perubahan tekanan tersebut disebut kompresibilitas tanah. Kompresibilitas tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain: 1. Deformasi partikel (butiran) tanah, 2. Pergeseran partikel tanah, 3. Perubahan volume rongga di antara butiran tanah (void) akibat perubahan volume air atau udara. Berkurangnya volume tanah akibat penambahan tekanan (Vertikal) dapat mengakibatkan terjadinya penurunan pada konstruksi yang dibangun diatasnya (settlement) (Gogot Setyo Budi, 2011). Konsolidasi Tanah Konsolidasi tanah adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan-lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori. Proses tersebut berlangsung terus sampai kelebihan tegangan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-benar hilang. (Djatmiko Soedarmo dan Edy Purnomo, 2001). Secara Umum, penurunan (settement) pada tanah yang disebabkan oleh pembebanan dapat terbagi dalam dua kelompok besar, yaitu: 1. Penurunan Konsolidasi (Consolidation settlement), yang merupakan hasil dari perubahan volume tanah jenuh air akibat dari keluarnya air yang menempati poripori tanah. 2. Penurunan segera (Immediate settement), yang merupakan akibat dari deformasi elastis tanah kering, basah, dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air. Perhitungan penurunan segera umumnya didasarkan pada penurunan yang diturunkan dari teori elastisitas. Pada gambar 2.1 menerangkan tahapan konsolidasi dimana grafik hubungan antara pemampatan dan waktu. (Braja M. Das, 1988)
Gambar 1 Grafik hubungan waktupemampatan selama konsolidasi untuk suatu pembebanan yang diberikan. (sumber: Braja M. Das, 1988) Penurunan Tanah (Settlement) Berkurangnya volume tanah akibat penambahan tekanan (vertikal) dapat mengakibatkan terjadinya penurunan dikarenakan ada beban di atasnya (Settlement). Penurunan total dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: = + + (1) dimana: = penurunan total (settlement) (m) = penurunan segera (m) = penurunan akibat konsolidasi primer (m) = penurunan akibat konsolidasi sekunder (m) Harga Si jauh lebih kecil dari pada harga dan waktu yang diperlukan jauh lebih kecil dari pada waktu . Sedangkan merupakan tahapan kedua sesudah selesainya penurunan pertama, waktu yang diperlukan sangat lama dan harga penurunanya juga kecil. (Djatmiko Soedarmo dan Edy Purnomo, 2001). Penurunan Segera (Immediate Settlement) Penurunan ini disebut juga distortion settlement, elastic settlement, atau initial settlement karena penurunan ini disebabkan oleh terjadinya perubahan bentuk volume tanah (secara elastis atau distrorsi) dan terjadi seketika beban diberikan. Pada tanah lempung dalam kondisi undrained, yaitu kondisi di mana tidak ada air
yang keluar dari pori tanah selama proses pembebanan. Penurunan terjadi disebabkan hanya oleh perubahan struktur (deformasi) partikel tanah, bukan akibat dari perubahan volume tanah. Namun pada tanah pasir lepas (loose sands), penurunan terjadi akibat berkurangnya volume udara dan air dari pori tanah. Besarnya penurunan tanah segera pada tanah lempung dapat ditentukan dengan persamaan berikut: = (1 − ) (2) dimana: q = tekanan pada dasar pondasi (atau σ) B = lebar pondasi (atau kedalaman tanah yang terpengaruh beban) μ = Poisson’s ratio E = modulus elastisitas tanah dalam keadaan undrained, dimana Is = faktor pengaruh (influence factor) Tabel 1 Faktor Pengaruh (Is)
(sumber: Gogot Setya Budi, 2011) Tabel 2 Korelasi Nilai N-SPT Dengan Modulus Young
(Sumber : Bowles 1977)
Tabel 3 Nilai Representatif Poisson Ratio Tanah
(Sumber : Bowles 1977) Penurunan Konsolidasi Primer (Primary Consolidation Settlement) Suatu tanah di lapangan pada kedalaman tertentu telah mengalami “tekanan efektif maksimum akibat berat tanah di atasnya” (maximum effektive overburden) dalam sejarah geologisnya. Tekanan overburden maksimum ini mungkin sama dengan atau lebih kecil dari tekanan overburden yang ada pada saat pengambilan contoh tanah. Berkurangnya tekanan di lapangan tersebut mungkin disebabkan oleh proses geologi alamiah atau proses yang disebabkan oleh mahluk hidup (misalnya manusia atau binatang). Pada saat diambil, contoh tanah tersebut terlepas dari tekanan overburden yang membebaninya selama ini, sebagai akibatnya tanah tersebut akan mengembang. Pada saat terhadap contoh tanah tersebut dilakukan uji konsolidasi, suatu pemampatan yang kecil (yaitu perubahan angka pori yang kecil) akan terjadi bila beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih kecil dari teganagn efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya oleh tanah yang bersangkutan. Apabila, tegangan total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih besar dari tekanan overburden maksimun yang pernah dialami oleh tanah yang bersangkutan, maka perubahan angka pori yang terjadi adalah lebih besar, hubungan antara e versus log p menjadi linear dan memiliki kemiringan yang tajam.
Keadaan ini mengarahkan kita kepada dua difinisi dasar yang didasarkan pada sejarah tegangan. 1. Terkonsolidasi secara normal (normally consolidastion), dimana tekanan efektif overburden pada saat ini adalah merupakan tekanan maksimum yang pernah dialami oleh tanah. 2. Terlalu terkonsolidasi (overconsolidated), dimana tekanan efektif overburden pada saat ini adalah lebih kecil dari tekanan yang pernah dialami oleh tanah itu sebelumnya. Tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya dinamakan tekanan prakonsolidasi (preconsolidation pressure) (Braja M. Das, 1988). Besarnya penurunan untuk tanah lempung yang terkonsolidasi normal (normally consolidated), dihitung dengan persamaan: ∙ = (3) dimana:
= tegangan awal = tegangan akhir = tekanan awal ∆ = penambahan tekanan Besarnya penurunan untuk tanah lempung yang terkonsolidasi berlebih (over consolidated), dihitung dengan persamaan: Bila P + ∆p ≤ P , maka: ∙ ∆ = ∙ 1+ (4) Bila P + ∆p > P , maka: =
∙
∙
+
∙
∙
∆
(5)
dimana: = tebal lapisan lempung (m) e = angka pori awal (Initial Void Ratio) C = Compression Index C = Swelling Index ∆σ= besarnya tegangan dimuka tanah (Surcharge) (t/m2) σ = tegangan overburden efektif (t/m2) σ = tegangan prakonsolidasi efektif (t/m2)
Tegangan Vertikal Yang Diakibat Beban Merata Berbentuk Empat Persegi Panjang (Rectangulary Loaded Area) Beban luar yang bekerja di atas permukaan tanah akan mengakibatkan lapisan tanah di bawahnya mengalami penambahan tegangan
sebesar ∆P. ∆P ini didistribusikan oleh massa tanah dimana semakin dalam lapisan tanah maka pengaruh ∆P yang diterima semakin sedikit. Parameter ini dapat dihitung dengan persamaan (6). ∆ = × (6) dimana: I = faktor pengaruh yang merupakan fungsi dari kedalaman tanah yang ditinjau (z) dengan luasan berbentuk empat persegi panjang. = beban terbagi rata di atas luasan (t/m²) Untuk memperoleh nilai I dapat menggunakan persamaan (7) jika bentuk bebannya empat persegi panjang atau grafik pada Gambar 2. (7) Dimana m adalah perbandingan lebar struktur atau permukaan tanah (B) dengan kedalaman tanah yang ditinjau (z), sedangkan n adalah perbandingan panjang struktur atau permukaan tanah (L) dengan kedalaman tanah yang ditinjau (z).
Tebal Lapisan Compressible Tebal lapisan compressible (H) yang diperhitungkan adalah yang masih bisa mengalami proses konsolidasi primer, yaitu yang memiliki nilai N-SPT < 10, sedangkan untuk tanah dengan N-SPT > 10 dianggap sudah tidak mengalami proses konsolidasi primer sehingga tidak perlu diperhitungkan sebagai bagian dari tebal lapisan compressible (H). Beban atau Surcharge yang dimaksud adalah besarnya beban yang bekerja di atas permukaan tanah asli (compressible soil) dalam satuan tegangan. Menghitung besarnya tegangan overburden efektif ditiap lapisan. Besarnya tegangan ini dihitung di tengah-tengah lapisan tanah dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: = ∙ (8) dimana: = ketebalan lapisan tanah (m) = berat volume tanah, Bila tanah terendam air, maka gamma yang digunakan adalah harga berat volume tanah efektif ( = − ) dimana adalah berat isi jenuh dan adalah berat volume air. Waktu Konsolidasi Tanah Menurut Terzaghi dalam Djatmiko Soedarmo dan Edy Purnomo (2001), lama waktu konsolidasi tanah ( ) sebagai bilangan tak berdimensi ditentukan dengan persamaan (9): =
(
)
(9)
dimana: = waktu konsolidasi = Faktor waktu = koevisien konsolidasi vertikal (cm2/s) = panjang aliran air drainage di dalam tanah (m)
Gambar 2 Variasi I terhadap m dan n (sumber: Hardiyatmo, 2010)
Parameter Tanah Untuk Lamanya Konsolidasi 1. Faktor Waktu Faktor waktu merupakan fungsi langsung dari derajat konsolidasi ( %) dan bentuk dari distribusi tegangan air pori ( ) didalam tanah (aliran 1 arah atau 2 arah). Apabila distribusi tegangan air porinya merata maka hubungan dan dapat dilihat pada Tabel 4
Tabel 4 Harga-Harga Faktor Waktu Derajat Konsolidasi U%
Faktor waktu Tv
0
0
10
0.008
20
0.031
30
0.071
40
0.126
50
0.197
60
0.287
70
0.403
80
0.567
90
0.848
100 (sumber: Djatmiko Purnomo, 2001)
Soedarmo
3. Derajat Konsolidasi Gambar 3 dan tabel 4 menunjukkan variasi derajat konsolidasi (U) terhadap faktor waktu (T ) dalam hal ini kelebihan tegangan air pori awal (U ) sama disetiap kedalaman lapisan yang terkonsolidasi. Nilai (T ) dan derajat konsolidasi juga dapat diperkirakan dengan persamaan: 0 < < 60%, maka: = untuk U > 60%, maka: T = 1,781 − 0,933log (100 − U%)
dan
∙
(10)
dimana: = koefisien konsolidasi (cm2/dtk) = faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi (U) = tebal lapisan tanah compressible (m) = waktu untuk mencapai derajat konsolidasi U% (dtk) Apabila lapisan tanah homogen dan mempunyai beberapa nilai , maka harga rata-rata dapat ditentukan dengan pers.(11).
dimana:
=
⋯
(13)
Edy
2. Koefisien Konsolidasi Vertikal Koefisien konsolidasi vertikal menentukan kecepatan pengaliran pada arah vertikal dalam tanah karena pada umumnya konsolidasi berlangsung satu arah saja yaitu arah vertikal, maka koefisien konsolidasi sangat berpengaruh terhadap kecepatan konsolidasi yang terjadi. Harga dapat di cari menggunakan persamaan (10):
=
(12)
(11)
= koefisien konsolidasi lapisan-i (cm2/dtk) = tebal lapisan tanah compressible (m) = tebal lapisan tanah compressible lapisan-i (m)
Gambar 3 Hubungan antara derajat konsolidasi dan faktor waktu (Sumber : Gogot Setyo Budi, 2011) II. METODE PENELITIAN Data yang digunakan berupa data sekunder dari instansi atau pihak terkait pada proyek Depo Kontainer PT. KBN, Cakung, Jakarta Utara. Data Lapangan: − Bore Log dan Standard Penetration Test (SPT) − Data Sondir (CPT) Data yang didapat dari uji laboratorium: − Data Soil properties berupa specific gravity, kohesi (c), sudut geser (Ø), berat isi tanah (∂), water content (w), void ratio (e) − Data Uji Geser Langsung (Direct Shear Test) − Data Distribusi Ukuran Butiran (Grain Size) − Data Konsolidasi (Consolidation Test) − Data batas – batas Atterberg (Atterberg limit) − Data Kadar air
Data-data yang diperoleh akan diolah secara manual dengan menggunakan Microsoft Excel. Metode yang digunakan dalam perhitungan penuruna segera adalah sebagai berikut:
Metode yang digunakan dalam perhitungan penuruna akibat konsolidasi primer adalah sebagai berikut:
Mulai
Input Nilai : L, B, E, q dan μ
Mencari Nilai: Is (lihat tabel 1) =
Mencari Nilai: =
(1 −
)
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Penurunan Segera (Immediate Settlement) Ini merupakan pemampatan yang diakibatkan oleh adanya perubahan elastis tanah tanpa adanya perubahan kadar air. Dihitungan dengan menggunakan persamaan (2) sedangkan harga faktor pengaruh ( ), modulus elastisitas tanah ( ) dan angka poisson ( ) yang dibutuhkan dapat dilihat pada Tabel (1), Tabel (2) dan Tabel (3). Tabel 5 Hasil perhitungan ( , dan ) dititik DB-1
Selesai
(sumber : Hasil Analisis)
Berdasarkan dari perhitungan, dapat diperoleh total akibat penurunan segera pada titik DB-1 dapat dilihat pada tabel 6 adalah sebagai berikut: Tabel 6 Total Penurunan Segera (Si) akibat beban tumpuk kontainer dititik DB-1
Analisis Penurunan Konsolidasi Primer Berdasarkan hasil perhitungan, diperoleh total penurunan tanah yang terjadi akibat beban tumpukan kontainer seperti yang tertera pada tabel 10. Tabel 10 Analisis Penurunan konsolidasi primer (Sc) akibat beban kontainer dititik DB1
(sumber : Hasil Analisis) Tabel 7 Total Penurunan Segera (Si) akibat beban tumpuk kontainer dititik DB-2 (sumber : Hasil Analisis) Tabel 11 Analisis Penurunan konsolidasi primer (Sc) akibat beban tumpuk kontainer dititik DB-2
(sumber : Hasil Analisis) Tabel 8 Total Penurunan Segera (Si) akibat beban tumpuk kontainer dititik DB-3
Tabel 12 Analisis Penurunan konsolidasi primer (Sc) akibat beban tumpuk kontainer dititik DB-3 (sumber : Hasil Analisis) Tabel 9 Total Penurunan Segera (Si) akibat beban tumpuk kontainer dititik DB-4
(sumber : Hasil Analisis)
(sumber : Hasil Analisis)
Tabel 13 Analisis Penurunan akibat konsolidasi primer (Sc) akibat beban tumpuk kontainer dititik DB-4
Hubungan Derajad Konsolidasi terhadap waktu konsolidasi Tabel 14 Hubungan Derajad Konsolidasi terhadap waktu konsolidasi pada 5 tumpuk kontainer
(sumber: Hasil Analisis) (sumber : Hasil Analisis)
Gambar 4 Grafik Hubungan Derajat Konsolidasi Terhadap Waktu pada 5 tumpuk kontainer (sumber : Hasil Analisis)
Gambar 5 Grafik hubungan waktu dan penurunan tanah akibat beban kontainer 5 tumpuk kontainer (Sumber: Hasil Analisis) Tabel 16. Hubungan Penurunan terhadap waktu pada 5 tumpuk kontainer pada U 90%.
Hubungan Penurunan terhadap waktu konsolidasi Tabel 15 Hubungan Penurunan terhadap waktu konsolidasi pada 1 tumpuk kontainer
(Sumber: Hasil Analisis)
Gambar 4.15 Diagram Histogram hubungan waktu konsolidasi dan penurunan tanah akibat beban kontainer 5 tumpuk kontainer pada kondisi U 90% (Sumber: Hasil Analisis)
VI. KESIMPULAN 1. Dari hasil analisis menyatakan bahwa bila dalam suatu lokasi/kawasan diberi beban yang sama pada titik bor yang berbeda, maka akibat dari beban yang sama tersebut akan terjadi penurunan konsolidasi tanah yang berbeda-beda pada setiap titik bor yang ditinjau. Besarnya total penurunan yang terjadi pada setiap titik akibat beban 5 tumpuk kontainer 40 ft yang setara dengan = 9,344548 ⁄ pada titik DB-1 sebesar 0,803881 , pada titik DB-2 sebesar 0,845568 , pada titik DB-3 sebesar 1,524613 , dan pada titik DB-4 sebesar 1,015611 . 2. Untuk mencapai derajat konsolidasi U 90% lamanya waktu yang dibutuhkan dengan beban 5 tumpuk kontainer atau setara dengan beban = 9,344548 ⁄ pada titik DB-1 sebesar 532,287 ℎ , pada titik DB-2 sebesar 498,553 ℎ , pada titik DB-3 sebesar 438,877 ℎ , pada titik DB-4 sebesar 318,443 ℎ .
DAFTAR PUSTAKA Budi Gogot Setya. 2011. Pondasi Dangkal. Yogyakarta: ANDI Das, Braja M.1988. Mekanika Tanah: Prinsipprinsip Rekayasa Geoteknis. Diterjemahkan oleh Noor Endah dan Indrasurya B. Mochtar. Surabaya: Erlangga. Hardiyatmo, Hary Christady. 2010. Mekanika Tanah 2. Jogjakarta: Gadjah Mada University Press. Soedarmo G. Djatmiko dan S. J. Edy Purnomo. 2001. Mekanika Tanah 2. Malang: Kanisius.
