STUDI EKSPERIMENTASI LABORATORIUM KEKUATAN TARIK PONDASI TIANG ALAS LEBAR PADA TANAH BUATAN '° CAMPURAN PASIR DAN KAOLIN
TESIS MAGISTER
Oleh GeniFiruliadhim NIM 250 98 047
BIDANG KHUSUS REKAYASA GEOTEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPEL PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TAHUN 2000
ABSTRAK
Kckuatan tarik pondasi tiang alas lebar sangat dipengaruhi oleh 3 faktor : gaya grafitasi, kuat tarik/geser tanah dan kuat hisap (suction). Suction cenderung bekerja ketika pondasi ditarik pada tanah yang lembab dan atau pondasi yang dalam. Tanah buatan campuran pasir dan kaolin yang dipadatkan dengan cara ditekan (statis) menghasilkan tanah yang cemented. Kandungan kohesi (c) dan sudut geser dalam (~) yang dimilikinya akan mempengaruhi bentuk keruntuhan tanah pondasi. Untuk tanah yang memiliki c besar dan ~ yang kccil bentuk dinding runtuh cenderung linier dan sebaliknya bentuk dinding runtuh cenderung lcngkung (parabolik) kearah permukaan tanah. Bcntuk alas pondasi sedikit mempenganuhi bentuk keruntuhan di permukaan tanah. Makin dalam alasnya, bentuk runtuh di permukaan tanah makm tidak dipengaruhi bentuk alas pondasi. Umumnya bentuk runtuh permukaan adalah melingkar/lingkaran. Suction pada tanah pondasi dapat dimodelkan dengan piston dalam bejana prismatis yang menghisap zat cair dalam pipa S. Kontribusi gaya hisap rata-rata terhadap kapasitas tarik sistem pondasi dalam adalah 5 Untuk rasio kedalaman-lebar alas DB < 5 nampak dengan jelas bahwa alas pondasi berbentuk bujur sangkar permukaan atas konus mempunyai kapasitas tarik terbesar dibandingkan dengan bentuk yang lain, dengan perbedaan 15-20 %. Peningkatan rasio DB satu satuan akan meningkatkan kapasitas tarik pondasi 20-30 %. Pondasi tarik akan runtuh rata-rata pada rasio displacement-kedalaman pondasi sekitar 3 %. Untuk keperluan disain maka asumsi keruntuhan tank merupakan pilihan terbaik. Kontribusi berat konus tanah terhadap kapasitas tank sistem pondasi dalam skala lapangan mencapai 60 °/a Makin dalam pondasi maka makin besar radius runtuh di permukaan tanah. Radius runtuh ditemukan hingga 6 kali diameter alas pondasi untuk DB < 5 dan hingga 9 kali diameter alas pondasi untuk 5 < DB < 8, dimana D = kedalaman dan B = lebar alas pondasi.
iii
DAFTAR ISI
Halaman i ii iii iv vii xiii xviii xix
KATA PENGANT AR ABSTRACT ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFFAR GAMBAR DAFFAR LAMPIRAN DAFTAR NOTASI BAB1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah 1.2. Maksud dan Tujuan 1.3. Pembatasan Masalah
1-1 1-6 I-7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tahanan Tarik Tiang 2.2. Tahanan Gcsek Tiang Dari Das and Scclcy 2.3 Kapasitas Tarik Tiang dari Mcycrhof and Adams (1968) 2.4 Kapasitas Tarik Tiang dari O'Neill (1987) 2.5 Kapasitas Tarik Tiang Alas Lebar dari Dickin and Leung (1990)
II-1 11-1 11-6 II-12 11-16
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Studi Literatur 3.2. Rancangan Penelitian 3.3.1 Sampling 3.3.2 Uji Indeks Propertis 3.3.3 Subgrade Pondasi 3.3.4 Miniatur Pondasi 3.3.5 Mould 3.3.6 Model Pondasi dan Uji Tarik Pondasi 3.3.7 Uji Shear Strength Undrained 3.4 Analisis Data Hasil Pengujian
iv
III-1 III-1 III-1 III-2 III-2 111-4 111-4 III-4 III-7 III-7
3.5 Pembahasan 3.6 Kesimpulan dan Saran
III-8 III-8
BAB IV. PRESENTASI DAN ANALISA DATA 4.1 Deskripsi dan Identifikasi Contoh Tanah 4.2 Sifat-Sifat Tanah Remoulded 4.3 Shear Strength Undrained 4.4 Korelasi Su-hosirontat Versus Su-vertikal 4.5 Modulus elastisitas dan Poisson's Rasio 4.6 Pull Out Capacity Model Test Laboratorium 4.6.1 Faktor Bentuk 4.6.2 Rasio D/B dan D/Bs 4.6.3 Pendekatan Rumus Meyerhof and Adams (1986) dan Perbandingan nya dengan Hasil Uji Model. 4.7 Bentuk, Radius serta Displacement Runtuh 4.7.1 Bentuk Keruntuhan 4.7.2 Radius Runtuh 4.7..3 Displacement Runtuh 4.8 Kajian Proscntasc Butiran Halus Terhadap Beberapa Parameter Tanah BAB V. STUDI ANALISA PONI?ASI TARIK 5.1. Hipotes4 I : Ken)ntuhan Tarik 5.1.1. Teori 5.1.2. Distribpsi 13erat Pondasi dan Berat Tanah 5.1.3. Gaya Hisap (Suction) 5.1.3.1. Distribusi Gaya Hisap Alas Fb dan Gaya Hisap Samping Fs 5.1.3.2. Kapasitas Hisap 5.1.4. Kekuatan Tarik Tanah 5.1.4.1. Kapasitas Tarik Tanah 5.1.5. Hasil Perhitungan Hipotesa I 5.2. Mpotesa 11 : Keruntuhan Geser 5.2.1. Teori Keruntuhan Geser Pada Pondasi Tarik 5.2.2. Hasil Perhitungan Hipotesa II
v
IV-1 IV-3 IV-7 IV-11 IV-12 IV-15 IV-19 IV-19
IV-20 IV-22 IV-22 IV-26 IV-27 IV-29
V-2 V-4 V-10 V-10 V-13 V-14 V-14 V-22 V-24 V-29 V-29 V-32
5.3. Radius Runtuh (S) 5.4. Displacement Runtuh (xt) 5.5. Radius Konus Tanah (d), Sudut Tarik ((x) dan Bidang Tarik/Geser (A). 5.6. Pefiandingan Harga-Harga Pull Out Capacity 5.7. Validitas Rumus-Rumus Meyerhof and Adams 5.8. Evaluasi Harp Pull Out Capacity dari Formula Penulis 5.9. Contoh Perhitunpn Pull Out Capacity Skala Lapangan BAB VI. PENUTUP 6.1 Kesimpulan 6.2 Saran
V-37 V-39 V-39 V-43 V-49 V-50 V-56
VI-1 VI-3
DAFTAR PUSTAKA
vi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1 Gambar 1.2 Gambar 1.3 Gambar 2.1 Gambar 2.2
Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6
Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5
Tahanan Tarik Tiang Lurus. Tahanan Tarik Tiang Alas Lebar. Komponen Gaya Penahan Uplift Pada Sistem Pondasi Tiang Alas Lebar. Kapasitas Tahanan Tarik Tiang (a) Variasi alami fu ; (b) Koefisien tarikan Ku ; (c) Variasi S/~ and (L/D)a tertiadap kepadatan relatif pasir. Perbandingan uji tarik jangka pendek dan jangka panjang pada tanah lempung (Meyerhof and Adams, 1968) Kondisi konus tanah terangkat pada sebuah pondasi dalam yang dibebani tank (Kulhawy, 1991) Tambahan kapasitas tarik pada pondasi dalam dengan alas lebar. Breakout factor, Nu, untuk pondasi alas lebar pada tanah pasir (diambil dari Dickin and Leung, 1990) Chart untuk estimasi kadar air optimum (OMC) (Johnson and Sallberg, 1962) Miniatur Pondasi Model pondasi tarik alas tiang diperbesar. Kurva Distribusi Ukuran Butir Tanah Bagan Plastisitas Casagrande Tipikal basil Triaxial-UU Test untuk pencetakan contoh vertikal dan horisontal matrial 1 Pasir : 3 Kaolin (Contoh 1) Tipikal basil Triaxial-UU Test untuk pencetakan contoh vertilml dan horisontal matrial 1 Pasir : 3 Kaolin (Contoh 2) Tipikal basil Triaxial-UU Test untuk pencetakan contoh vertikal dan horisontal matrial 1 Pasir : 1 Kaolin (Contoh 1)
xiii
1-3 1-4 I-4 1I-2 11-4
II-11 11-13 11-15 II-16
111-3 III-5 111-6 IV-2 IV-3 IV-8
IV-8 IV-9
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Tiang-tiang yang menyangga bangunan seperti menara air, liang-tiang Irinsmisi listrik dan bangunan tinggi lainnya sexing dibululikan untuk mctuiltan gaya-gaya tank atau kcluar. Untuk bang-tiang bcrdiamcicr scragam dan lurus, tahanan angkat dihilung dcngan mcnjumlahkan tahanan gesek kulit ditambah boat bang. Taitanan gcsck kulit tiang lurus nilainya akan tergantung pada • • •
Faklor adhesi (a) Sudut gesek antara tanah dan bahan tiang (8) Kedalaman tiang menancap dalam tanah (L) Faktor adhcsi (a) nilainya selalu lebih kecil dari satu,
scmeniara sudut gesek (8) nilainya juga selalu lebih kecil dari sudut gescr dalam tanah (~), sehingga bila kedalaman tiang yang tidak memadai maka sulit mendapatkan tahanan tarik yang besar, yang dapat dipahami mclalui rumus scdcrhana Pus = (c . a + ko. av' tan 8 ) As
...................... (1.1)
Dimana Pus = tahanan gcsck kulit tiang c = kohesi tanah GeniFiruliadhim S-2 GCoteknik/NIM. 25Q98047
1-1
= teganav'gan efektif rata-rata setebal L As =1uas selimut tiang yang kontak dengan tanah. ko = koefisien tekanan tanah latcral Suatu metoda untuk meningkatkan tahanan tarik dari suatu tiang ialah dengan memperbesar dasarnya. Bila pondasi tidak tcrcndam dalam air maka tahanan tank tiang tadi mendapat tambahan tahanan berupa gesekan tanah dengan tanah ditambah berat tanah diatas alas pondasi. Kejadian ini menghasilkan faktor adhesi lama dengan satu ((x = 1) dan sudut gesek sama dengan sudut gcscr dalam tanali (S Rumus tahanan gesek menjadi ............ (1.2) Pus = (c + ko . av' tan ~) As' Dimana : ~ = sudut geser dalam tanah. As' = luas bidang tanah yang tcrgcscr, nilainya lebili bcsar dari leas selimut tiang (As') Perbandingan tahanan tarik pada bang lurus dan tiang alas lebar dapat dilihat pada Gambar 1.1. Bila pondasi terendam dalam air atau didinkan dalam lempung jenuh terjadi pengurangan dan peningkatan tahanan tank. Pengurangan tahanan tank terjadi akibat volume air yang digantikan olch volume pondasi yang terendam (Bk. Archimides). Sedangkan peningkatan tahanan tarik terjadi akibat tekanan dalam ruang pori tanah bcmilai negatif (suction), yang dapat teijadi untuk pembebanan tank jangka pendek (kurang dari 1 menit) menurut O'Neill (1987), Gambar 1.3.
Geniftutiadhim S-2 Geoteknik/NIM. 25098047
I-2
Beberapa rumus talianan tarik tclah dipublikasikan, antara lain olch •
Das and Seeley (1975) : tahanan tarik tiang pada tanah pasir.
•
Das and Seeley (1982) : tahanan tarik tiang pada tanah lempung.
•
Meycrhof and Adan6(1968) : tahanan tarik tiang pada tanah.
•
O'Ncill (1987) : tahanan tank tiang pada cohesive soil.
•
Dickin ;in(] Lctmg (199:)) : taluumn tank tiang pda colicsionlcss soil.
Rumus-rumus untuk mcnghitung tahanan tarik tiang alas lebar dari sunibcr-sumbcr di atas secara umum dipisahkan untuk tanah kohesif dan tanah granular. Penclitian dan runusan untuk mendapatkan bcsarnya taltanan tarik tiang alas lobar yang menggunakan parameter tanah campuran (yang memiliki parameter kohesi c dan sudut geser dalam ~) jumlahnya masih sangat sedikit dan bahkan pengaruh bentuk alas pondasi belum tcrlihat. Tidak setiap buku teknik pondasi mengulas tcntang itu. Pcmakaian nunus tahanan tarik bang alas lebar pada tanah campuran (c-4 soil) kebanyakan Pemakai menafsirkan sendiri-sendiri, misalnya dengan menjumlahkan atau superposisi. Walaupun begitu barangkali masih dibcnarkan selama menggunakan asumsi dan batasbatas yang wajar, dan menggunakan faktor keamanan yang cukup. Namun kepastian nilai ultimate tahanan tarik tiang alas lobar masih dipcrtanyakan, apalagi bila mcmpcrhitungkan bidang longsor yang nyata dan gays hisap (suction) bcnar-bcnar ada dengan nilai yang berarti. Untuk kcadaan kllusus tahanan tarik tiang alas lobar arch horisontal scperti deadman pada konstruksi sheet pile wall berangker masih bisa diasumsikan sistem pondasi dangkal yang memikul beban vertikal karena mengingat pola keruntuhannya. Nilai ultimate tahanan tarik tiang alas lebar pada tanah campuran (c-4 soil) dan pengaruh bentuk (geometri) alas pondasi secara eksperimen di laboratorium menjadi perhatian penulis, kapankah nunus rumus yang telah dipublikasikan di atas nilai tahanan tariknya mendekati kenyataan ? Perlukah menunmkan formula barn pull out capacity ? Melalui tesis ini, tahanan tarik tiang alas lobar sebagai topik penelitian yang akan direalisasikan melalui uji model di laboratorium GeniFirutiadhim S-2 Geoteknik/NIM. 25098047
I-5
menggunakan miniatur pondasi tiang alas lebar (skala kecil) yang tertanam dalam tanah padat buatan (remoulded) di dalam mould. Modcl pondasi tersebut kemudian ditarik sampai runtuh dengan mcnggunakan mesm yang biasa dipakai dalam uji California Bearing Ratio, dengan memodifikasi posisi proving ring yang bekerja tetap sistem tekan (tidak tarik). 1.2 Maksud Dan Tujuan Maksud penelitian ini adalah mengumpulkan nilai-nilai tahanan tarik ultimate bang alas lebar yang tertanacn dalam tanall padat buatan di dalam mould. Nilai-nilai tahanan tarik ultimate tiang alas lebar dari uji model di laboratorium tersebut kemudian dibandingkan dcngan nilainilai ultimate yang dihitung berdasarkan rumus-rumus yang telah dipublikasikan. Disamping itu mempelajari pcngacuh bentuk alas pondasi dan perilakunya terutama bidang longsor dan penyebarannya yang nampak di permukaan tanah, serta sifat-sifat fisik dan mekanik lainnya. Tujuan clan penelitian ini adalah dapat mcmbcrikan gambaran mengenai kekuatan tarik tiang alas lebar (berdasarkan kckuatan tanah) yang divariasikan dengan berbagai kekuatan geser tanah, bentuk alas pondasi dan rasio DB, dimana D & B = kedalaman dan lebar alas tiang), serta dapat menyimpulkan kedekatan rumus-rumus tahanan tarik ultimate tiang alas lebar yang telah dipublikasikan dengan kenyataan.
GeniFiruliadhim S-2 Geoteknik/NIM. 23098047
1-6
1.3 Pembatasan Masalah Penelitian ini menggunakan campuran tanah lempung (diwakili olch kaolinitc) + pasir yang diatur komposisinya yang dipadatkan dalam mould (yang biasa dipakai pada percobaan kompaksi / CBR) sehingga menghasilkan parameter kohesi c dan sudut geser dalam ~ yang bervariasi. Adapun nilai-nilai tahanan tarik ultimate tiang alas lebar dapat dihubungkan dengan variasi • Bentuk alas pondasi • Rasio DB (D = kcdalamim alas tiang ; B = lebas alas tiang) • Kohesi c dan sudut geser dalam ~. Tidak dilupakan pula parameter tanah yang diperlukan untuk klasifikasi tanah akan dilakukan pemeriksaannya di laboratorium, scpcrti uji indeks propertis • Batas-batas Atterberg (Liquid limit dan Plastic limit) • • •
Analisa ukuran butir Berat jcnis (Gs) Berat isi (y)
•
Kadar air (w) Dari uji tersebut menghasilkan parameter indeks propertis yang akan dipakai untuk menghasilkan nilai-nilai • Angka pori (e) • Porositas (n) • Dcmjat kcjcnuhan (Sr) • Berat isi kering (yd) •
Indeks Plastiisitas (PI)
GeniFiruliadhim S-2 Geoteknik/NIM. 25098047
I-7
