6

B A B II

D A S A R T E O R I

2.1. BEBAN PADA STRUKTUR PELABUHAN

Beban pada struktur bangunan di pelabuhan sangat berhubungan erat dengan

tingkat keamanan yang diinginkan. Faktor keamanan harus diperhitungkan dalam

semua segi pekerjaan dimulai dari penyusunan desain, spesifikasi bahan, pelaksanaan

keamanan operasional dan keamanan pekerja. Pada penentuan beban yang bekerja pada

struktur harus mengacu pada aspek keamanan yang tergolong dalam keamanan desain.

Beban yang bekerja pada struktur bangunan di pelabuhan dikelompokkan menjadi

beban vertikal dan horisontal. Bedasarkan lokasi struktur beban dibagi dalam 2

kelompok yaitu beban di darat dan beban dari arah laut.

2.1.1. Beban di darat

Merupakan pembebanan di sekitar lapangan penumpukan ataupun gudang dan

daerah di wilayah apron dermaga, terdiri dari (Gambar 2.1) :

1. Beban vertikal

• Beban mati roda kendaraan di atasnya misalnya crane (P-P’), forklift (F-F’).

• Beban merata (qo), ditentukan bedasarkan beban muatan yang akan

ditimbun per unit luasan atau per m2, secara normal ditentukan sebesar 1

sampai 5 ton/m2.

• Beban sendiri struktur (W) misal berat paving blok atau berat pondasinya,

berat bangunan di atasnya, dll.

2. Beban horisontal

• Tekanan tanah aktif (E1-E2) di samping pondasi.

• Tekanan air (E3-E4), khususnya pengaruh dari pasang surut.

7

2.1.2. Beban dari arah laut

Merupakan akibat dari kapal yang bekerja pada struktur.

• Komponen horisontal dari boulder (H) untuk pengikat kapal yang sedang

merapat.

• Beban tumbukan kapal dengan fender (H’).

Besarnya gaya tarik boulder sesuai dengan berat kapal (GRT), sesuai dengan

Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Gaya tarik pada boulder

Gross Tonnage Gaya Tarik pada Boulder (ton)

200 – 500 10

501 – 1000 15

1001 – 2000 25

2001 – 3000 25

3001 – 5000 35

5001 – 10000 50

10001 – 15000 50

15001 – 20000 50

20001 – 100000 70

Sumber : Diktat Bahan Kuliah Pelabuhan S1

8

F'

F

H'

16 m

P'

O

WP

E1

H

E2

E3

E4

qo (t

/m²)

h1

h2 h3

h5

h6

h7

h4

+ 0.

00 L

WS

Sea

bed

Muk

a Ta

nah

B

Gam

bar

2.1

. Tip

e-tip

e be

ban

yang

bek

erja

pad

a po

ndas

i Cai

sson

9

2.2. PENENTUAN TITIK PUTAR MOMEN DI DASAR PONDASI

Sebelum melakukan perhitungan momen yang terjadi di dasar pondasi Caisson

baik momen penahan atau momen guling maka terlebih dahulu harus menentukan titik

putarnya. Penentuan titik putar ini dipengaruhi oleh nilai SPT tanah yang berada di

bawah pondasi. Apabila nilai SPT ≥ 50 maka titik putar berada di ujung dasar pondasi

(Gambar 2.2), apabila nilai SPT = 0 maka titik putar berada di tengah2 dasar pondasi

(Gambar 2.3) dan apabila nilai SPT berada diantara 0 dan 50 atau 0 < x < 50 maka

digunakan perbandingan.

NILAI SPT = 0( tengah2 pondasi )

Ganbar 2.2. Letak titik putar momen di tengah-tengah pondasi

NILAI SPT > 50( ujung pondasi )

Ganbar 2.3. Letak titik putar momen di ujung pondasi

10

2.3. ANALISA DATA TANAH

Parameter yang akan dilakukan analisa dari hasil tes penyelidikan tanah adalah N

(jumlah pukulan), φ dan γ`sat. Sebagai langkah pertama menganalisa data tanah adalah

melakukan pembagian layer tanah bedasarkan jenis tanahnya dan besarnya harga N

setelah itu pada setiap layer tersebut dilakukan perhitungan untuk merata-rata harga N.

Setelah didapat harga N, dilakukan perhitungan φ dengan menggunakan rumus OSAKI

yaitu :

φ = (20.N)0.5+ 15

digunakan rumus ini karena menghasilkan nilai paling kecil sehingga didapatkan nilai

terkritis bila dibandingkan dengan rumus DUNHAMM : ( 12N)0.5 + 25.

Setelah itu dilakukan perhitungan untuk merata-rata harga γd yang didapat dari hasil

tes penyelidikan tanah untuk mendapatkan harga γsat. Harga γsat tersebut didapatkan

dengan melihat Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Korelasi parameter-parameter tanah (Biarez-Favre-Simon)

γ d e * n wsat γ sat *Nature des sols

g/cm3 lb.cb.ft % g/cm3

0,5 31,25 4,4 0,8 163 1,31

0,6 37,50 3,5 0,78 129,6 1,38

0,7 43,75 2,86 0,74 105,8 1,44

0,8 50,00 2,38 0,7 88,0 1,5

0,9 56,25 2 0,67 74,1 1,57

1,0 62,50 1,7 0,63 63 1,63

1,1 68,75 1,45 0,59 53,9 1,69

sables,graviers, etroitea granulo etendue

1,2 75,00 1,25 0,56 46,3 1,76

1,3 81,25 1,08 0,52 39,9 1,82

1,4 87,50 0,93 0,48 34,4 1,88

1,5 93,75 0,8 0,44 29,6 1,94

1,6 100 0,69 0,41 25,5 2,01

1,7 106,25 0,59 0,37 21,8 2,07

1,8 112,50 0,5 0,33 18,5 2,13

Argiles mollesmoyennes

11

1,9 118,75 0,42 0,3 15,6 2,2

2,0 125 0,35 0,26 13,0 2,26

2,1 131,25 0,29 0,22 10,6 2,32

2,2 137,50 0,23 0,19 8,4 2,39

2,3 143,75 0,17 0,15 6,4 2,45

2,4 150 0,13 0,11 4,63 2,51

2,5 156,25 0,08 0,074 2,96 2,57

2,6 162,50 0,038 0,037 1,42 2,64

2,7 168,75 0 0 0 2,70

2.4. PERHITUNGAN TEKANAN TANAH AKTIF

2.4.1. Prinsip dasar

Pada perhitungan kestabilan suatu struktur pondasi ataupun dinding penahan tanah

(retaining wall) faktor tekanan tanah aktif maupun pasif sangat mutlak diperhatikan

karena tekanan yang diakibatkan oleh tanah serta beban yang bekerja di atasnya (beban

surcharge) memiliki nilai yang cukup besar.

Secara prinsip besarnya tekanan tanah menurut catatan diktat kuliah teknik pondasi

lanjut adalah (Gambar 2.4) :

σ’H = Ko . σ’V

dimana : σ’H = tegangan tanah efektif horisontal

σ’V = tegangan tanah efektif vertikal

( dalam hal ini σ’V = ( ){ }'. HH −γ + { }''.Hγ )

Ko = Koefisien tekanan tanah netral atau dalam kondisi istirahat,

Ko max = 1

γ ’ = γ sat - γ w

12

Ganbar 2.4. Prinsip dasar perhitungan tekanan tanah

2.4.2. Perhitungan koefisien tekanan tanah

• Koefisien tanah aktif :

Ka γ = tg 2 ⎟⎠⎞

⎜⎛ ⎝

−24φπ 045

4=

π

• Koefisien tanah pasif :

Kp γ = tg 2 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

24φπ 045

4=

π

Berlaku untuk : λ = 0 β = 0 δ = 0

H'

H

γ'

σ' H

MUKA TANAH

σ' Vγ

M A T

• Koefisien transmisi akibat surcharge vertikal :

1. Ka q = ( )λβγ−cos

Ka

2. Ka q = ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −+

− )..2.(sin1

cos.sincos εφφ

ωδφδ tge

dimana : ε dalam radians

ε = ( ) λδωδ −−21

ωδ φδωδ

sinsinsin = , 0 < ωδ <

2π

13

φδ32

+= , untuk tanah aktif

φδ32

−= , untuk tanah pasif

• Koefisien tekanan tanah akibat kohesi :

Ka c = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ − Kaqg

δφ

cos1cot

penjelasan mengenai notasi selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 2.5.

δ

P1λ

β

q

AktifPasif

Ganbar 2.5. Penjelasan notasi

Bedasarkan dari teori Boussinesq, untuk mencari harga Ka γ dan Kp γ dapat

menggunakan tabel koefisien tekanan tanah aktif dan pasif. Untuk lebih jelasnya dapat

dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Koefisien tekanan tanah aktif dan pasif untuk β = γ = 0

(Caquot & Kerisel, 1966)

Nilai φ

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0,81 0,65 0,53 0,44 0,37 0,31 0,26 0,22 0,185 0,1551=

φδ

0,99 0,98 0,97 0,95 0,93 0,90 0,86 0,80 0,73 0,64

14

Nilai φ

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0,81 0,66 0,54 0,44 0,36 0,3 0,25 0,2 0,16 0,13

32

=φδ

1,08 1,16 1,24 1,33 1,44 1,56 1,68 1,8 1,7 1,6

0,82 0,67 0,56 0,45 0,37 0,3 0,25 0,2 0,16 0,13

31

=φδ

1,15 1,3 1,49 1,7 1,93 2,20 2,5 2,8 3,2 3,6

0,84 0,7 0,59 0,49 0,41 0,33 0,27 0,22 0,17 0,13 0=

φδ

1,19 1,42 1,70 2,04 2,46 3,0 3,7 4,6 5,8 7,5

0,88 0,75 0,64 0,52 0,46 0,39 0,32 0,26 0,2 0,16

31

−=φδ

1,22 1,52 1,89 2,38 3,03 4,02 5,55 8,1 12 19

0,94 0,81 0,72 0,64 0,56 0,48 0,4 0,34 0,27 0,22

32

−=φδ

1,24 1,59 2,06 2,72 3,61 5,25 8,0 12,8 21 41

1,04 1,06 1,05 1,04 1,02 0,98 0,94 0,88 0,82 0,72 1−=

φδ

1,26 1,66 2,2 3,04 4,26 6,56 10,7 18,2 35 75

Keterangan : Harga Ka γ pada baris pertama

Harga Kp γ pada baris kedua

Harga β dan γ adalah 0

2.5. PERHITUNGAN STABILITAS EKSTERNAL

Perhitungan stabilitas eksternal pondasi Caisson meliputi kontrol terhadap guling

(Overturning), geser (Horizontal Displacement), kelongsoran (Sliding), penurunan

(Settlement) dan daya dukung (Bearing Capacity). Output dari perhitungan stabilitas

eksternal tersebut berupa Safety Factor (SF).

Safety factor (SF) adalah angka keamanan terhadap suatu kontrol stabilitas, dalam

hal ini adalah kontrol stabilitas pondasi Caisson terhadap guling, geser, kelongsoran,

penurunan dan daya dukung. Pada umunya besarnya angka keamanan adalah > 1,5.

15

Apabila hasil perhitungan didapat SF < 1,5 maka struktur tersebut dapat dikatakan tidak

aman, sehingga harus dilakukan suatu perencanaan ulang.

Secara prinsip perhitungan stabilitas eksternal adalah sebagai berikut :

BN M

LK

ql

G

Muka Tanah

Seabed

+ 0.00 LWS

h4

h7

h6

h5

h3

h2

h1

q0 (t/m2)

E4

E3

E2

H (ton)

E1W

O

P (ton) P' (ton)16 m

Ganbar 2.6. Gaya-gaya yang bekerja pada pondasi caisson

2.5.1. Perhitungan guling

Secara prinsip perhitungan terhadap guling adalah sebagai berikut (Gambar 2.6):

5,1≥Σ

Σ=

gMomenGulinanMomenPenahSF

5,176541

2.3.

4321

≥++++

+=

hEhEhEhEhHhPhWSF

dimana : W = berat sendiri pondasi caisson (ton)

H = beban akibat boulder (ton)

P = beban akibat kaki crane (ton)

qo = beban surcharge (t/m2)

O = titik putar momen

E = gaya akibat tekanan tanah aktif (ton)

16

Untuk perhitungan terkritis, beban-beban yang justru memperbesar momen

penahan tidak diperhitungkan karena apabila momen penahan semakin besar maka

harga safety factor akan semakin besar pula dan struktur akan relatif lebih aman.

2.5.2. Perhitungan geser

Seacara prinsip perhitungan terhadap geser adalah sebagai berikut (Gambar 2.6):

5,14321

≥++++

=HEEEE

GSF

5,1tan.

4321

≥++++

+=

HEEEEWBaSF ψ

dimana : W = berat sendiri pondasi caisson (ton)

a = karakteristik adhesi antara tanah dengan abutmen

nilai a dianggap = 0 (Terzaghi & Peck)

B = lebar pondasi (m)

ψ = faktor lekatan/hambatan antara tanah dengan pondasi (...o)

H = beban akibat boulder (ton)

E = gaya akibat tekanan tanah aktif (ton)

Beberapa peneliti (Terzhagi & Peck) mengabaikan unsur adhesi (a=0), tetapi tetap

menggunakan unsur ψ sebagai berikut :

• Tanah pondasi dengan butiran besar ,

tanpa lempung, tanpa lanau................................................. ψ = 300

• Tanah pondasi berbutir kasar,

dengan lanau atau lempung.................................................. ψ = 250

• Kasus yang lain.................................................................... ψ = 200

2.5.3. Perhitungan daya dukung

Secara prinsip perhitungan daya dukung adalah sebagai berikut (Gambar 2.6):

3≥Σ

=σ

qlSF

17

( ) 3/

.'.'.2,01.2

'.2,01≥

++

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=AqoWP

NDNCLBNB

LB

SFqc γγγ

dimana : W = berat sendiri pondasi caisson (ton)

P = beban akibat kaki crane (ton)

qo = beban surcharge (t/m2)

B = lebar dasar pondasi (m)

L = panjang pondasi (m)

Nγ, Nc dan Nq = koefisien daya dukung, besarnya tergantung dari besarnya

harga φ tanah yang berada di dasar pondasi

A = luas pondasi (m2)

γ’ = γ sat - γ water (t/m3)

D = kedalaman pondasi (m)

Tabel 2.4. Harga-harga Nc, Nγ, Nq (Caquot & Kerisel)

φ Nc Nγ Nq

0 5,14 0 1,00

5 6,5 0,10 1,60

10 8,4 0,50 2,50

15 11,00 1,40 4,00

20 14,80 3,50 6,40

25 20,70 8,10 10,70

30 30,00 18,10 18,40

35 46,00 41,10 33,30

40 75,30 100,00 64,20

45 134,00 254,00 135,00

18

2.5.4. Perhitungan kelongsoran

2.5.4.1. Metode bishop

Metode irisan yang disederhanakan diberikan oleh BISHOP (1955).Metode ini

menganggap bahwa gaya-gaya yang bekerja pada sisi-sisi irisan mempunyai

resultan nol pada arah vertikal. Secara prinsip metode BISHOP adalah sebagai

berikut :

( )[ ] ( ) 2

sin.

/'.1cos1'.'.

1

1≥+

−+Σ=

Σ=

=

=

=

iwi

Ftgitgitgbiuiwibic

F mi

i

mi

i

α

φααφ

dimana : F = faktor aman

c’ = kohesi tanah efektif

φ’ = sudut geser dalam tanah

bi = lebar irisan ke-i

Wi = berat tanah irisan ke-i

αi = sudut yang didefinisikan pada Gambar 2.7

ui = tekanan air pori pada irisan ke-i

i+ 1

x

W i

b ih

i

RR

O

α i

Gambar 2.7. Metode BISHOP

19

αi

Ni

RO

Ti

ai

i - 1

i + 1i

bi

Wi

Gambar 2.8. Gaya-gaya yang bekerja pada pias-i

Metode Bishop lebih disukai karena lintasan longsor kritis yang dihasilkan dari

hasil perhitungan mendekati dengan hasil pengamatan di lapangan selain itu metode

ini lebih detail dan lebih teliti.

2.5.4.2. Perhitungan program STABLE

Pada tugas akhir ini digunakan program STABLE untuk perhitungan stabilitas

kelongsoran (sliding) pondasi Caisson. Pada prinsipnya software ini menggunakan

metode BISHOP sebagai dasar perhitunganya. Adapun output dari software

STABLE ini adalah berupa safety factor dengan 10 lintasan terkritis (the ten most

20

critical surfaces). Software ini termasuk software under dos yaitu software yang

penggunaannya dibawah operasi program dos.

Untuk menjalankan software ini, langkah-langkah yang dilakukan adalah

sebagai berikut :

1. Memasukkan input data tanah dengan memilih prepare slope data pada

main menu. Di dalam main menu ini terdapat beberapa menu di

antaranya adalah prepare slope data, load data from disk, clear existing

data, dos file operations dan stability analysis. Gambar 2.9.

2. Memasukkan koordinat surface (x,y) dan sub surface (x,y) dengan

memilih menu profile. Gambar 2.10.

3. Memasukkan data tanah berupa γ, c, dan φ pada menu soil. Gambar

2.11.

4. Memasukkan koordinat muka air tanah pada menu water. Di dalam menu

ini juga dibutuhkan parameter γ water. Gambar 2.12.

5. Selanjutnya memasukkan besarnya beban-beban yang bekerja

diantaranya beban akibat gempa (earthquake load) dan beban surcharge.

Gambar 2.13.

6. Langkah selanjutnya adalah kembali ke main menu dengan menekan

tombol escape (esc), lalu masuk pada menu stabiltiy analysis. Gambar

2.14.

7. Ketik nama input dan output file yang dikehendaki (Gambar 2.15.),

setelah itu akan muncul gambar sketsa hasil analisa, input data, output

data keseluruhan dan output data untuk 10 lintasan terkritis saja.

Gambar hasil sketsa ini nantinya akan tersimpan berupa file yang berextension gp1

(*.gp1), gp2 (*.gp2) dan gp3 (*.gp3). Untuk input data dan output data masing-masing

akan tersimpan berupa file yang berextension ipt (*.ipt) dan opt (*.opt).

21

Gambar 2.9. Langkah 1

Gambar 2.10. Langkah 2

22

Gambar 2.11. Langkah 3

Gambar 2.12. Langkah 4

23

Gambar 2.13. Langkah 5

Gambar 2.14. Langkah 6

24

Gambar 2.15. Langkah 7

2.5.5. Perhitungan penurunan

Pada prinsipnya penurunan (settlement) terbagi atas 2 macam jenis yaitu :

1. Penurunnan Segera (Si), yaitu penurunan yang terjadi dalam waktu segera

setelah adanya beban yang bekerja di atas suatu lapisan tanah.

2. Konsolidasi (Sc), yaitu penurunan suatu lapisan tanah akibat adanya beban

yang bekerja di atasnya dan proses penurunannya terjadi dalam kurun waktu

yang lama misalnya beberapa bulan atau tahun.

Besarnya penurunan total (St) adalah :

St = Si + Sc

St = E

Pqa Ho ...2 + ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡ ∆+

+ '1log

1*

ooeHCc

σσ

dimana :

a = ½ x lebar dasar Caisson

qo = Stress atau surcharge (t/m2) yang bekerja dipermukaan tanah dibawah

dasar Caisson.

25

PH = Koefisien karakteristik tanah, tergantung dari β = H/a dan µ

(koefisien Poisson), yang diperoleh dengan cara grafis.

H = Ketebalan lapisan pasir rata-rata dibawah Caisson (N-SPT < 30)

E = Elastic modulus (Braja M Das. 1985)

Cc = Compresion index

eo = Angka pori awal

∆σ = Tegangan yang bekerja di atas permukaan tanah

σo’ = Tegangan efektif overbourden

2a = b

substratum

H

qo = t / m2

B

a

Gambar 2.16. Teori dasar immediate settlement (Biarez dan Giroud)

Tabel 2.5. Harga E dan υ (DAS B.M)

Jenis Tanah Young Modulus (E) Koef POISSON (υ)

Pasir Lepas 0,2 - 0,4

Pasir agak padat 10350 - 27600 KN /m2

0,25 - 0,4

Pasir padat 0,3 - 0,45

Pasir berlanau 34500 – 69000 KN /m2

0,2 - 0,4

Lempung lembek 0,15 - 0,25

Lempung agak kaku 1380 – 3450 KN /m2

0,2 - 0,5

Lempung keras 5865 – 13800 KN /m2 -

26

Gambar 2.17. Metode perhitungan immediate settlement cara grafis dari Giroud