bab ii tinjauan pustaka 2.1 parameter tanah

D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

Fitri Gumbira Apriliati, Moh. Fikri Al-Basyir, Analisis Stabilitas Saluran.....

12

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Parameter Tanah

Tanah merupakan dasar sebuah konstruksi yang berperan sebagai

pendukung pondasi pada sebuah konstruksi bangunan. Maka diperlukan tanah

dengan kondisi kuat menahan beban di atasnya dan menyebarkannya. Dengan

fungsi utama tersebut diperlukan suatu rekayasa perkuatan terhadap kondisi tanah

yang ada, sehingga dihasilkan suatu kondisi tanah yang lebih baik secara kekuatan

maupun struktural untuk meninjau stabilitasnya terhadap pembebanan.

Adapun data parameter tanah dapat didapatkan dari hasil pengujian di

laboratorium maupun dari hasil interpolasi data-data tanah yang sudah ada. Hasil

dari nilai parameter tanah inilah yang menjadi masukan untuk pengukuran dan

analisa selanjutnya.

a. ��

��

� ��

� (2.1)

�� ! � "�#$� �$%$&

v = volume tanah

b. '�� (�� )�� *�

Kekuatan geser dalam mempunyai variable kohesi dan sudut geser dalam.

Sudut geser dalam bersamaan dengan kohesi menentukan ketahanan tanah

akibat tegangan yang bekerja berupa tekanan lateral tanah. Nilai ini juga

didapatkan dari pengukuran engineering properties tanah berupa Triaxial Test

dan Direct Shear Test.



13

c. Kohesi (c)

Kohesi merupakan gaya tarik menarik antar partikel tanah. Bersamaan dengan

sudut geser dalam, kohesi merupakan parameter kuat geser tanah yang

menentukan ketahanan tanah terhadap deformasi akibat tegangan yang bekerja

pada tanah dalam hal ini berupa gerakan lateral tanah. Deformasi ini terjadi

akibat kombinasi keadaan kritis pada tegangan normal dan tegangan geser yang

tidak sesuai dengan faktor aman dari yang direncanakan. Nilai ini didapat dari

pengujian Triaxial Test dan Direct Shear Test.

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro

Berdasarkan output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air

dibedakan atas:

1. Large-hydro : > 100 MW;

2. Medium-hydro : 15 � 100 MW;

3. Small-hydro : 100 kW < P < 1 MW;

4. Micro-hydro : 5 kW � 100 kW;

5. Pico-hydro : 5 kW.

Pembangkit tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga

air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan

menggunakan turbin air dan generator (Rakhman,2013).

Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut:

� �� (2.2)

Dimana :

P = daya keluaran secara teoritis (watt),

� = massa jenis fluida (kg/m3),

Q = debit air (m3/s),



14

h = ketinggian efektif (m),

g = gaya gravitasi = 9,81 (m/s2).

Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi

turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat

dipahami dari rumus di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi

jatuh dan debit air. Oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air

tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang

besar secara efektif dan ekonomis.

PLTA terdiri dari berbagai macam komponen yang secara umum terdiri

dari bendungan dan intake, saluran pembawa (head race), pipa pesat, pintu

saluran pembuangan, kolam penenang, pintu pengatur, rumah pembangkit (power

house), saluran buang, dan turbin air.

2.3 Lereng

Suatu permukaan yang menghubungkan permukaan tanah yang lebih

tinggi ke permukaan yang lebih rendah disebut lereng (Sunggono, 1982).

Jika terdapat dua permukaan tanah yang berbeda ketinggiannya, maka

akan ada gaya-gaya yang bekerja mendorong sehingga tanah yang lebih tinggi

kedudukannya cenderung bergerak ke bawah. Disamping gaya yang mendorong

ke bawah terdapat pula gaya-gaya dalam tanah yang bekerja menahan/melawan

sehingga kedudukan tanah tersebut tetap stabil.

Gaya-gaya pendorong berupa gaya berat, dan gaya tiris/muatan. Gaya-

gaya inilah yang dapat menyebabkan kelongsoran. Gaya-gaya penahan berupa

gaya gesekan/geseran, lekatan (dari kohesi), dan kekuatan geser tanah.

Kondisi curah hujan yang tinggi menjadi salah satu penyebab kelongsoran

karena terjadinya peningkatan derajat kejenuhan tanah dapat mengakibatkan

meningkatnya tegangan air pori tanah sehingga tegangan efektif tanah berkurang

dan kuat geser tanah juga berkurang. Disamping itu kondisi tanah dasar yang



15

lunak serta kemiringan lereng yang cukup curam juga dapat menjadi penyebab

lain terjadinya kelongsoran (Dharmawansyah, no date).

Lereng dapat digolongkan menjadi dua tipe, yaitu lereng dengan tinggi

terbatas (finite slope) dan lereng dengan tinggi tidak terbatas (unfinite slope).

(a) (b)

Gambar 2.1 Tipe lereng (a) Lereng dengan tinggi terbatas (b) Lereng dengan tinggi tak

terbatas

Lereng dengan tinggi terbatas adalah apabila harga Hcr mendekati tinggi

lereng (Das, 1985). Analisa terhadap lereng dengan tinggi terbatas yang berada

pada tanah yang homogen, dilakukan dengan asumsi bidang longsor terjadi pada

permukaan bidang yang lengkung.

Sedangkan lereng dengan tinggi tak terbatas/ lereng menerus diasumsikan

bahwa permukaan kelongsoran potensial adalah sejajar dengan permukaan lereng

dengan kedalaman yang dangkal bila dibandingkan dengan panjang lereng.

Lereng tersebut dianggap memiliki panjang tak terhingga dengan mengabaikan

pengaruh ujungnya (Craig, 1987).



16

2.4 Kelongsoran

Gerakan tanah merupakan proses perpindahan massa tanah atau batuan

dengan arah tegak, mendatar, atau miring terhadap kedudukan semula karena

pengaruh air, gravitasi, dan beban luar. Untuk mempermudah pengenalan tipe

gerak tanah dan membantu dalam menentukan penyebab serta cara

penanggulangannya maka perlu adanya pengklasifikasian tanah berdasar material

yang bergerak, jenis gerakan, dan mekanismenya. Adapun macam-macam

gerakan tanah akan dijelaskan sebagai berikut.

Tanah longsor bergerak pada suatu bidang tertentu. Bidang ini disebut

bidang gelincir (slip surface) atau bidang geser (shear surface). Berdasarkan sifat

bergeraknya, kelongsoran tanah dibagi menjadi:

1. Kelongsoran Rotasi (Rotational Slide)

Pada kelongsoran rotasi (rotational slide), bentuk bidang gelincirnya sering

mendekati busur lingkaran seperti terlihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Kelongsoran rotasi (rotational slide)

Sumber: Kusuma, 2013

2. Kelongsoran Translasi (Translation Slide)

Kelongsoran translasi (translation slide) terjadi bila bidang gelincirnya

dipengaruhi oleh adanya kekuatan geser yang berbeda pada lapisan tanah yang



17

berbatasan, terlihat pada Gambar 2.3. Kelongsoran translasi cenderung terjadi

bila lapisan tanah yang berbatasan terletak pada kedalaman yang relatif

dangkal di bawah permukaan lereng, dimana bidang gelincirnya akan

berbentuk bidang yang hampir sejajar dengan kemiringan lereng.

Gambar 2.3 Kelongsoran translasi (translation slide)

Sumber: Kusuma, 2013

2.5 Pekerjaan Penanggulangan Kelongsoran

Pekerjaan penanggulangan longsoran meliputi pekerjaan pengendalian

(control works) dan pekerjaan penambatan (restraint work).

Adapun pekerjaan pengendalian ini dimaksudkan untuk mengurangi resiko

terjadinya kelongsoran dengan cara mengubah kondisi alam atau geometri atau

keadaan air di bawah permukaan seperti:

1. Pengendalian air permukaan (surface water drainage) dengan acara

perencanaan tata saluran permukaan, penanaman vegetasi, perbaikan

permukaan lereng dan menutup rekahan.

2. Pengendalian air rembesan (ground water drainage) dengan saluran terbuka,

pengalir tegak (vertical drain), pengalir datar (horizontal drain), pengalir parit

pencegat (interceptor drain).

3. Pekerjaan peningkatan counter weight.



18

Sedangkan pekerjaan penambatan dilaksanakan dengan membangun

konstruksi yang mampu menjaga kestabilan massa tanah/batuan, seperti:

1. Penambatan tanah dengan membangun dinding penahan tanah (retaining wall),

bronjong, sumuran, atau tiang pancang.

2. Penambatan batuan dengan tumpuan beton, batu batuan (rock bolt), pengikat

beton, jangkar kabel (rock anchor) jala kawat, dan beton semprot (shorcrete).

Jika kondisi penanggulangan di atas tidak efektif dan efisien untk

dilaksanakan maka dapat diambil alternatif lainnya yang lebih baik seperti

penggunaan bahan ringan, penggantian material, maupun relokasi.

2.6 Analisis Stabilitas Lereng

Pada prinsipnya, cara yang dipakai untuk menjadikan lereng supaya lebih

aman dapat dibagi dalam dua golongan, yaitu:

a. Memperkecil gaya penggerak atau momen penggerak

Gaya atau momen penggerak dapat diperkecil hanya dengan cara merubah

bentuk lereng. Untuk itu ada dua cara, dengan membuat lereng lebih datar,

yaitu mengurangi sudut kemiringan dan dengan memperkecil ketinggian

lereng.

b. Memperbesar gaya melawan atau momen melawan

Gaya melawan atau momen melawan dapat ditambah dengan beberapa cara,

yang paling sering dipakai ialah dengan memakai counter weight, yaitu tanah

timbunan pada kaki lereng, dengan mengurangi tegangan air pori dalam lereng,

dengan cara mekanis, yaitu dengan memasang tiang, dengan membuat dinding

penahan, atau dengan cara injeksi.



19

Stabilitas lereng (slope stability) sangat dipengaruhi oleh kekuatan geser

tanah untuk menentukan kemampuan tanah menahan tekanan tanpa mengalami

keruntuhan.

Dalam praktek, analisis stabilitas lereng didasarkan pada konsep

keseimbangan batas plastis (limit plastic equilibrium). Adapun maksud analisis

stabilitas adalah untuk menentukan faktor aman dari bidang longsor yang

potensial. Dalam tugas akhir ini, dasar-dasar teori yang dipakai untuk

menyelesaikan masalah tentang stabilitas lereng menggunakan teori metode irisan

(method of slide) dengan metode Bishop.

2.6.1 Angka Keamanan (Safety Factor)

Mengingat lereng terbentuk oleh banyaknya variabel dan banyaknya faktor

ketidakpastian antara lain parameter-parameter tanah seperti kuat geser tanah dan

kondisi tekanan air pori maka dalam menganalisis selalu dilakukan

penyederhanaan dengan berbagai asumsi. Secara teoritis massa yang bergerak

dapat dihentikan dengan meningkatkan kekuatan gesernya.

Analisis stabilitas lereng pada dasarnya dapat ditinjau sebagai mekanisme

gerak suatu benda yang terletak pada bidang miring. Benda akan tetap pada

posisinya jika gaya penahan R yang terbentuk oleh gaya geser antara benda dan

permukaan lereng lebih besar dibandingkan dengan gaya gelincir T dari benda

akibat gaya gravitasi. Sebaliknya benda akan tergelincir jika gaya penahan R lebih

kecil dibandingkan dengan gaya gelincir T. Gaya-gaya tersebut secara skematik

terlihat pada Gambar 2.4 (pada halaman berikutnya).



20

Gambar 2.4 Keseimbangan benda pada bidang miring

Sumber :PPT Stabilitas Lereng, (Suyono,2010)

Secara matematis stabilitas lereng dapat diformulasikan sebagai:

��

(2.3)

dimana :

FS = faktor keamanan,

�f = tahanan geser tanah,

�d = tegangan geser kerja,

Jika:

FS < 1, lereng tidak stabil;

FS = 1, lereng dalam keadaan kritis artinya dengan sedikit gangguan atau

tambahan momen penggerak maka lereng menjadi tidak stabil;

FS > 1, lereng stabil.

Hal yang perlu dipertimbangkan dalam penentuan kriteria faktor keamanan

adalah resiko yang dihadapi, kondisi beban, dan parameter yang digunakan dalam

melakukan analisis stabilitas lereng. Resiko yang dihadapi dibagi menjadi tiga

yaitu: tinggi, menengah, dan rendah. Tugas seorang engineer meneliti stabilitas

lereng untuk menentukan faktor keamanannya.

� �

�

�

�



21

Kekuatan geser satu lahan terdiri dari dua komponen, friksi dan kohesi,

dan dapat ditulis,

�f � � � � �� (2.4)

dimana:

c = kohesi tanah penahan,

= sudut geser penahan,

� = tegangan normal rata-rata pada permukaan bidang longsor,

atau dapat ditulis,

�d = cd � � �� d (2.5)

Dimana cd �� d sudut geser yang bekerja sepanjang bidang

longsor. Dengan mensubstitusikan Persamaan 2.3 dan Persamaan 2.4 ke dalam

Persamaan 2.2 sehingga didapatkan persamaan yang baru,

��

�� (2.6)

sehingga dapat diketahui beberapa parameter lain yang mempengaruhi angka

keamanan, yaitu angka keamanan terhadap kohesi, Fcr, dan angka keamanan

terhadap sudut geser F�. Dengan demikian Fc dan F� dapat didefinisikan sebagai :

Fc = �

�� (2.7)

dan

��

�� (2.8)

Bilamana Persamaan 2.7, 2.8, dan 2.9 dibandingkan, maka Fc menjadi

sama dengan F� harga tersebut memberikan angka keamanan terhadap kekuatan

tanah. Atau jika :

�

��

��

��

dapat dituliskan:

FS � � � � (2.9)

Biasanya 1,25 untuk angka keamanan terhadap kekuatan geser yang dapat

diterima untuk merencanakan suatu stabilitas lereng (SKBI-2.3.06,1987).



22

2.6.2 Metode Bishop

Pada umumnya analisis stabilitas lereng dapat dibagi menjadi dua

kelompok besar yaitu prosedur massa (mass procedure) dan metode irisan

(method of slice). Pada analisis Tugas Akhir ini digunakan analisis stabilitas

lereng dengan metode irisan (method of slice).

Metode irisan yaitu tanah yang ada di atas bidang gelincir dibagi menjadi

beberapa irisan-irisan paralel tegak. Stabilitas dari tiap-tiap irisan dihitung secara

terpisah. Metode ini lebih teliti karena tanah yang tidak homogen dapat juga

dimasukkan dalam perhitungan (Das, 1985).

Analisis stabilitas dengan menggunakan metode irisan dapat dijelaskan

dengan Gambar 2.5, dimana busur AC adalah sebuah lengkungan dari lingkaran

yang menunjukkan permukaan bidang longsor. Tanah yang berada di atas bidang

longsor dibagi menjadi beberapa irisan tegak. Lebar dari setiap irisan tidak harus

sama. Dengan meninjau satu satuan tebal tegak lurus irisan melintang lereng

seperti Gambar 2.6, gaya-gaya yang bekerja pada irisan tertentu (irisan no.n)

ditunjukkan pada Gambar 2.6. Wn adalah berat irisan. Gaya-gaya Nr dan Tr

adalah komponen tegak dan sejajar dari reaksi R. Pn dan Pn+1 dan juga garis-

garis kerjanya segaris (Das, 1985).

Gambar 2.5 Permukaan bidang yang dicoba



23

Sumber : Das,1985

Gambar 2.6 Gaya yang bekerja pada irisan nomor n

Sumber: Das,1985

Untuk pengamatan kesetimbangan

�� (2.10)

dimana:

Wn = berat tanah pada irisan nomor n,

�� ,

�� = sudut pada irisan nomor n.

Gaya geser perlawanan dapat ditunjukkan dengan

��

�� ! �� (2.11)

dimana:

Tr = gaya tangensial reaksi,

�� = tegangan geser kerja.

"#$%&$%& &'()%*+ , -%.% /#(0%maan 2.9 sama dengan,

12

345 65 78� 95

345 (2.12)

Untuk keseimbangan blok percobaan ABC, momen gaya dorong terhadap

titik P adalah sama dengan momen gaya perlawanan terhadap titik P, atau



24

� ��

� ��

��

��

atau

!� � "�#$%&'%�� (% �� )%�*%�� '% �� (%%�*%��

(2.13)

Catatan : +,� dalam Persamaan 2.11 sama dengan "-�)./0 ��

, dengan bn =lebar

potongan nomor n.

12342 5n adalah positif jika lereng bidang longsor yang merupakan sisi

bawah dari irisan. Berada pada kuadran yang sama dengan lereng muka tanah

yang merupakan sisi atas dari irisan. Untuk mendapatkan angka keamanan yang

minimum yaitu angka keamanan untuk lingkaran kritis, beberapa percobaan

dibuat dengan cara mengubah letak pusat lingkaran yang dicoba. Metode ini

umumnya dikenal sebagai Metode Irisan Sederhana (Ordinary Method of Slice)

(Das, 1985).

Prosedur umum dari analisis stabilitas tanah adalah sama. Tetapi ada

beberapa hal yang perlu diingat. Selama menggunakan Persamaan 2.11 untuk

menghitung angka keamanan, harga-62342 7 829 : ;<82= 2=29 >2?2 @9;@= >A?@2

potongan (Das, 1985).

Pada tahun 1955, Bishop memperkenalkan suatu penyelesaian yang lebih

teliti dari pada metode irisan. Dalam metode Bishop ini, pengaruh gaya-gaya pada

sisi tepi tiap irisan diperhitungkan. Gaya-gaya yang bekerja pada irisan nomor n,

yang ditunjukkan dalam Gambar 2.5. Misalkan B� C B�&� DB E F� C F�&�

DFG juga dapat dituliskan (Das, 1985):

HI JIKLM� NOP � QO DR� JI S��TU V � � #$%

TU (2.14)

Gambar 2.8b menunjukkan adanya poligon gaya untuk keseimbangan dari

irisan nomor n. Dijumlahkan gaya dalam arah vertikal.

WI � DH JI XY� Z� � [\] ��TU� � #$%

TU^ �� Z�



25

atau

��

� ��

��

��

�

(2.15)

Untuk keseimbangan blok ABC (Gambar 2.8), mengambil momen

terhadap P

� �� !��"#�"$

�"#�"$ (2.16)

Gambar 2.7 Analisis stabilitas dengan metode irisan untuk tanah berlapis

(a) (b)

Gambar 2.8 Sudut gaya pada suatu elemen menurut Bishop

dengan

!� $

%�&' ( ) *+� ,-./� (2.16)

$

%�&' ./� ( �� *+� ,-



26

Dengan memasukkan Persamaan 2.14 ke dalam Persamaan 2.16,

didapatkan:

��

� ��

��

��

� ��

(2.17)

dimana :

FS = faktor keamanan,

�� ! "#$# %#&"�&� #� '#(# � � ) �#&*

bn = lebar irisan potongan nomor n.

dengan

+�� ,-� .� /�� 0 ��

12 (2.18)

34567 894:9;9<=>4>>4? @AB> 7A5> C94D6C8>C>7>4 EF G H? C>7>

Persamaan 2.17 berubah menjadi:

��

� ��

��

��

� ��

(2.19)

Perhatikan bahwa FS muncul pada kedua sisi dari Persamaan 2.17. Oleh

karena itu, cara coba-coba perlu dilakukan untuk mendapatkan harga FS. Gambar

2.9 (pada halaman berikutnya) menunjukkan variasi dari mIJKL ;94D>4 M5>4 NOP QR

untuk bermacam-C>S>C =><D> Tn.

Seperti pada metode irisan sederhana, beberapa bidang longsor harus

diselidiki untuk mendapatkan bidang longsor yang paling kritis yang akan

memberikan angka keamanan minimum.

Metode Bishop ini mungkin merupakan metode yang paling banyak

digunakan. Bila kita menerapkannya dengan program komputer, maka metode ini

akan memberikan hasil yang memuaskan dalam banyak masalah.



27

Gambar 2.9 Variasi m�� s �� n

Sumber : Das, 1985

2.7 Analisis Stabilitas Lereng dengan Bantuan Slope/W

Slope/W ini berbasis pada sistem operasi Windows, sehingga dalam

pengoperasiannya cukup mudah dan user friendly. Slope/W terdiri dari tiga

bagian program utama, yakni: input (define), kalkulasi (solve), dan output

(contour). Sebelum memulai penggunaan software ini pengguna disarankan untuk

membuat sketsa terlebih dahulu, yang berisi geometri penampang lereng yang

akan dianalisis, kondisi pelapisan serta parameter tanah dari masing-masing

lapisan, kondisi permukaan air tanah (jika ada), dan beban-beban luar yang



28

bekerja pada penampang lereng. Setelah input sesuai sketsa dimasukkan dengan

benar selanjutnya kita jalankan program kalkulasi. Komputer membutuhkan

beberapa saat untuk menyelesaikan perhitungan, dan apabila perhitungan selesai

pengguna bisa melihat seluruh hasil perhitungan (berupa angka dan grafis).

Langlah-langkah dalam melakukan perhitungan dengan Slope/W:

1. Menentukan ukuran halaman (page), skala (scale), grid dan diagram kartesius

(axes), semua perintah terdapat pada toolbar Set (lihat Gambar 2.10).

(a)

(b)



29

(c)

(d)

Gambar 2.10 Tampilan berbagai menu pada toolbar Set: (a) Page ; (b) Scale ; (c)

Grid ; dan (d) Axes

2. Membuat pemodelan sketsa lereng yang akan dihitung dengan menggunakan

perintah Line pada toolbar Sketch (lihat gambar 2.11).

Gambar 2.11 Perintah Line pada toolbar Sketch



30

3. Membuat region masing-masing lapisan lereng dengan menggunakan perintah

Region pada toolbar Draw (lihat gambar 2.12).

Gambar 2.12 Region

4. Menentukan propeti-properti tanah (soil properties) untuk perhitungan, semua

perintah perdapat pada toolbar KeyIn (lihat gambar 2.13 pada halaman

berikutnya).

Gambar 2.13 Pendefinisian properties material lapisan tanah

5. Menentukan titik pusat longsor (grid) dalam bentuk matriks dan jari-jari

kelongsoran (radius) dengan perintah pada toolbar KeyIn. Ikon grid, , pada

tollbars Define. Seperti gambar di bawah ini.



31

Gambar 2.14 Tollbars Define

6. Menentukan ketetapan-ketetapan dalam melakukan analisa dengan perintah

Analysis Settings pada toolbar KeyIn (lihat gambar 2.15).

Gambar 2.15 Analysis Settings

7. Melakukan verifikasi terhadap gambar lereng dan parameter lainnya dengan

perintah verify pada toolbar Tools.

8. Memulai perhitungan dengan perintah solve pada toolbar Tools.

ikon SOLVE, , pada toolbar DEFINE. Seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.16 Tampilan pada saat akan running solve



32

9. Melihat kontur pada matriks titik acuan dimana nilai konstur tersebut adalah

pemetaan nilai-nilai faktor keamanan pada lereng dengan perintah countour

pada toolbar Tools.

Untuk melihat hasil dari kasus yang dianalisis, klik pada ikon CONTOUR,

, yang berada pada toolbar DEFINE

Gambar 2.17 Tampilan pada saat melihat countour

Untuk perhitungan dengan Slope/W ini penulis melakukan beberapa

percobaan dengan merubah grid atau titik pusat longsor untuk mencari gambaran

kelongsoran yang paling kritis dari lereng yang dimodelkan.



33

2.8 Pondasi

Pondasi adalah suatu konstruksi bagian dasar bangunan yang berfungsi

sebagai penerus beban dari struktur atas ke lapisan tanah di bawahnya yang

diharapkan bisa menghindari terjadinya:

a. Keruntuhan geser;

b. Penurunan yang berlebihan.

Berdasarkan kondisi pelapisan tanah dimana pondasi bertumpu serta besar

beban bangunan struktur atas, pondasi bisa dibagi dalm 2 jenis, yaitu:

1. lapisan tanah keras dangkal

a. pondasi tapak (segi empat, lingkaran),

b. pondasi menerus,

c. pondasi rakit (mat foundation).

2. ��

a. pondasi tiang pancang,

b. pondasi sumuran (dengan dan tanpa casing),

c. pondasi caisson.

Di dalam pekerjaan perencanaan suatu fondasi terdapat 2 kriteria yang

tidak bisa diabaikan, yakni:

a. Daya dukung sistem pondasi (qult) harus lebih besar daripada tegangan kontak

yang terjadi akibat beban.

b. Penurunan pondasi akibat beban harus lebih kecil daripada penurunan yang

diijinkan.

Hal-hal yang berpengaruh terhadap daya dukung dan penurunan sistem

pondasi, yaitu:

a. kondisi pelapisan tanah dasar dimana pondasi bertumpu,

b. beban struktur atas yang bekerja pada pondasi,

c. pondasi : bentuk, dimensi, elevasi.



34

2.8.1 Pondasi Tiang Pancang

Pondasi tiang pancang adalah bagian dari sturktur yang digunakan untuk

menerima dan mentransfer (menyalurkan) beban dari struktur atas ke tanah

penunjang yang terletak pada kedalaman tertentu. Bahan utama dari tiang adalah

kayu, bata (steel), dan beton.

Pondasi tiang pancang menurut pemasangannya dibagi menjadi dua bagian

besar, yaitu:

a. Tiang pancang pracetak

Tiang pancang pracetak adalah tiang pancang yang dicetak dan dicor di dalam

acuan beton (bekisting), kemudian setelah cukup kuat lalu diangkat dan

dipancangkan. Tiang pancang pracetak ini menurut cara pemasangannya terdiri

dari:

1. Cara penumbukan

Dimana tiang pancang tersebut dipancangkan ke dalam tanah dengan cara

penumbukan oleh alat penumbuk (hammer).

2. Cara penggetaran

Dimana tiang pancang tersebut dipancangkan ke dalam tanah dengan cara

penggetaran oleh alat penggetar (vibrator).

3. Cara penanaman

Dimana permukaan tanah dilubangi terlebih dahulu sampai kedalaman tertentu,

lalu tiang pancang dimasukkan, kemudian lubang tadi ditimbun lagi dengan

tanah.

Cara penanaman ini ada beberapa metode yang digunakan:

i. Cara pengeboran sebelumnya, yaitu dengan cara mengebor tanah

sebelumnya lalu tiang dimasukkan kedalamnya dan ditimbun kembali.

ii. Cara pengeboran inti, yaitu tiang ditanamkan dengan mengeluarkan tanah

dari bagian dalam tiang.



35

iii. Cara pemasangan dengan tekanan, yaitu tiang dipancangkan ke dalam

tanah dengan memberikan tekanan pada tiang.

iv. Cara pemancaran, yaitu pondasi diganggu dengan semburan air yang

keluar dari ujung serta keliling tiang, sehingga tidak dapat dipancangkan

ke dalam tanah.

b. Tiang yang dicor di tempat (cast in place pile)

Tiang yang dicor di tempat (cast in place pile) ini menurut teknik

penggaliannya terdiri dari:

1. Cara penetrasi alas

2. Cara penggalian

2.8.2 Reaksi Tanah terhadap Beban

Jika pondasi tiang dikenakan beban luar, maka reaksi terhadap beban ini

tergantung dari besar, arah dan jenis beban. Berikut adalah gambar arah gaya yang

bekerja pada tiang.

1. Gaya Vertikal ke bawah 2. Gaya Vertikal ke atas

Gambar 2.17 Gaya vertikal ke bawah Gambar 2.18 Gaya vertikal ke atas



36

3. Gaya Horizontal 4. Momen

Gambar 2.19 Gaya horizontal Gambar 2.20 Momen

5. Kombinasi Gaya Vertikal, Horizontal, dan Momen

Gambar 2.21 Kombinasi gaya vertikal, horizontal, dan momen

2.8.3 Daya Dukung Tiang

Tipe tiang berdasarkan daya dukung dibedakan berdasarkan:

1. Tiang pancang yang dipancang masuk sampai lapisan tanah keras, sehingga

daya dukung tanahuntuk pondasi ini lebih ditekankan untuk tahanan ujungnya.

Tiang pancang tipe ini disebut end bearing piles atau point bearing piles. Yang

perlu diperhatikan pada tiang tipe ini adalah, bahwa ujung tiang harus terletak

pada lapisan tanah keras.

2. Apabila tiang tidak mencapai lapisan tanah keras, maka untuk menahan beban

yang diterima tiang, mobilisasi tahan sebagian besar ditimbulkan oleh gesekan

tiang dengan tanah (skin friction). Tiang pancang seperti ini disebut friction

piles.



37

Daya dukung tiang (DDT) dibedakan atas:

a. Daya dukung Ujung;

b. Daya dukung Friksi/ geser.

Seperti yang ditunjukan pada gambar di halaman selanjutnya.

(a) (b)

Gambar 2.22 Jenis tiang berdasarkan letak ujungnya (a) End Bearing Pile; (b) Frition Pile.

Perhitungan daya dukung tiang tunggal didasarkan pada tingkat

penyelesaian pekerjaan apakah tahap desain, pelaksanaan atau sudah terpasang.

Berikut ini adalah tabel yang menjelaskan hubungan perencanaan pondasi.



38

Tabel 2.1 Hubungan tahapan, metode, dan data yang diperlukan

Tahapan Metode Data yang diperlukan

Desain Statik

Salah satu dari data :

��

b. NSPT

c. Data sondir (qc dan JHP)

Pelaksanaan

(Khusus untuk tiang

pancang)

Dinamik

Data pemancangan :

c. Berat pemukul

d. Tinggi jatuh pemukul

e. Jenis alat

f. Penurunan/pukulan

Sudah terpasang Tes beban (Loading

Test)

Penurunan vs beban

Sumber : Hendry, 2012

1. Metode Statik

Salah satu cara yang dipakai untuk menghitung daya dukung pondasi tiang

adalah metode statik dimana pondasi masih dalam taraf perencanaan. Akurasi

hasil perhitungan daya dukung masih sangat kasar karena tergantung dari tingkat

akurasi data tanah yang sering kali berbeda dengan kondisi aktual. Formula

metode ini tergantung dari data tanah yang tersedia seperti yang akan dibahas

sebagai berikut.

a. Dari Data Tes Laboratorium

Daya dukung tiang tunggal dapat diestimasi dari data tanah hasil tes

laboratorium mekanika tanah. Percobaan ini minimal terdiri dari :

1. Percobaan Triaxial / Geser Langsung ( c , );

2. Percobaan Berat Isi ( � ).



39

Daya dukung sebuah tiang adalah terdiri dari 2 komponen yaitu komponen

skin resistance dan point bearing.

Qu = Qe + Qs (2.32)

Qa = ��

�� (2.33)

dimana :

Qu = daya dukung tiang ultimate (maksimum),

Qe = daya dukung ujung tiang,

Qs = daya dukung friksi,

Qall = daya dukung ijin,

SF = faktor keamanan.

Selanjutnya masing-masing komponen dapat dijabarkan dengan parameter

kontrol sebagai berikut :

Qe � �� (2.34)

dimana :

Ab = Luas dasar fondasi (m²),

C = kohesi tanah ( kg/m²),

q = Tekanan tanah efektif ( effective ovrburded pressure)

= �� , dimana h= tebal lapisan tanah,

B = Diameter tiang (m),

Nc, Nq dan Ny = bearing capacity factor.

Sedangkan untuk komponen Qs dapat dihitung sebagai berikut:



40

Qs � �� (2.35)

dimana :

As = luas bidang kontak antara tanah dan tiang [m²],

= keliling x panjang tiang ( � D. L ),

�� = faktor adhesi yang besarnya 0,35 � 0,40,

Untuk tiang bor (bored Pile) faktor ini harus direduksi

sebesar 20 -30% (menurut Skemton, 1959),

c = kohesi tanah,

K = koefisien tekanan tanah lateral,

= 1- �� ,

� = berat volume tanah efektif,

� sat � w,

� = sudut gesekan efektif antara tiang denan tanah

(lihat Tabel 2.2 pada halaman 42 ),

� � �� ! ��

pelaksanaannya).

Daya dukung tiang juga dipengaruhi oleh metoda pelaksanaan yang

dipakai dan berikut adalah faktor koreksinya.

a. Tiang Bor Cor di Tempat

�"�� 1 harus direduksi sebesar 20 - #$% � �� 1 harus dikalikan 0,7 -

0,8. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya kadar air tanah disekitar tiang

akibat air pada waktu pemboran dan air beton yang dicor.

&�� ' �� (�� ' � � � # �� ) �' ��

�� -mula sebelum pelaksanaan

pemboran dimulai.



41

b. Tiang Pancang

Untuk tiang pancang terjadi peningkatan kepadatan tanah disekitar tiang.

Kishida memberikan koreksi terhadap sudut geser sebagai berikut :

��

� (2.36)

Untuk faktor adhesi, belum ada penjelasan secara kuantitatif mengenai

tambahan koreksinya, sehingga faktor koreksi = 1

Perhitungan daya dukung tiang tunggal selanjutnya dapat diestimasi

dengan menggunakan persamaan yang dikembangkan oleh Terzaghi, Meyerhof,

dan Tomlinson.

2. Metode Dinamik

Metode ini hanya dipakai untuk pondasi tiang pancang, karena antara

energi yang ditransfer oleh pemukul (hammer) ke pondasi dengan daya dukung

pondasi dapat dibuat korelasinya.



42

Tabel 2.2 ��

Jenis Material Jenis Tanah � � ��

Beton Cor atau pas.

Batu Kali

Batuan

Kerikil, Pasir karas

Pasir Sedang, kerikil bercampur lanau/

lempung

Pasir Halus, Pasir Sedang/kasar bercampur

lempung/lanau

Lanau berpasir

Lempung keras

Lempung Medium, lempung berlana

35

29 � 31

24 � 29

19 � 24

17 � 19

22 � 26

17 � 19

Beton Pracetak

Kerikil-kerikil bercampur pasir

Pasir, Pasir bercampur lanau dan kerikil

Pasir Berlanau

Lanau berpasir

22 � 26

17 � 22

17

14

Baja

Kerikil, kerikil berpasir

Pasir, Campuran Pasir-kerikil-lanau

Pasir berlanau, Campuran Kerikil- pasir-lanau-

lempung

Lanau Berpasir

22

17

14

11

Kayu Tanah 14 � 16 Sumber : Hendry, 2012

�� ! " #! $% &'()$!* +,(�!� - . / (�%� 0 . /



43

2.8.4 Daya Dukung Tiang Gabungan (Pile Group)

1. Penentuan Awal Jumlah Tiang

Pada umumnya, untuk meneruskan beban di atas pondasi ke bawahnya,

pondasi tiang digunakan dalam bentuk kelompok (grup). Masing-masing tiang

dalam grupnya selanjutnya diikat bagian atasnya dengan kepala tiang (pile

cap/poor).

Daya dukung grup tiang secara keseluruhan sangat tergantung dari jarak

anat tiang (s). Secara praktis jarak antar tiang dalam grup minimum adalah 2,5d

(d=diameter tiang), tetapi secara umum jarak ini dibuat antara 3 sampai 3,5 kali

diameter tiang.

a. friction pile smin = 3d

b. end bearing pile smin = 2,5d

2. Konfigurasi Tiang

Untuk jumlah tiang tertentu dalam satu kelompok untuk mendukung

sebuah kolom, maka susunan tiang dapat ditetapkan sebagai berikut : (s > 2,5 d)

Gambar 2.23 Susunan tiang dalam pile group



44

3. Efisiensi dan Daya Dukung Pile Group

Apabila jarak antar tiang dalam satu grup tidak memenuhi jarak minimum

yang disyaratkan, maka daya dukung grup tiang tidak akan sama dengan daya

dukung satu tiang dikalikan dengan jumlah tiang dalam grup tersebut, melainkan

ada satu faktor pengali yang besarnya kurang dari satu dan biasa disebut dengan

efisiensi grup tiang. Dengan demikian daya dukung total grup ting bisa dituliskan:

�� (2.37)

dimana:

Qug = daya dukung grup tiang,

Qut = daya dukung tiang tunggal,

n = jumlah tiang dalam grup,

Eg � �� .

Untuk menghitung efisiensi grup tiang, dapat digunakan persamaan

Labarre berikut ini:

��

!"#�#� (2.38)

dimana:

Q = $%&��'

()*+,

d = diameter tiang (m),

s = jarak antar as tiang (m),

n = jumlah tiang dalam baris,

m = jumlah baris.

2.9 Tiang dengan Beban Lateral

Beban lateral dan momen dapat bekerja pada pondasi tiang akibat gaya

gempa, gaya angin pada struktur atas, beban statik seperti misalnya tekanan aktif

tanah pada abutment jembatan atau soldier piles, dll. Dalam analisis kondisi



45

kepala tiang dibedakan menjadi kepala tiang bebas (free head) dan kepala tiang

terjepit (fixed head atau restrained).

Beban lateral yang diijinkan pada pondasi tiang diperoleh berdasarkan salah satu

dari dua kriteria berikut:

1. Beban lateral ditentukan berdasarka defleksi minimum yang diijinkan.

2. Beban lateral yang diijinkan sama dengan saya dukung lateral dibagi dengan

angka keamanan.

2.9.1 Penentuan Kriteria Tiang Pendek dan Tiang Panjang

Dalam perhitungan pondasi tiang yang menerima beban lateral, disamping

kondisi kepala tiang umunya tiang juga perlu dibedakan berdasarkan perilakunya

sebagai pondasi tiang pendek (tiang kaku) dan pondasi tiang panjang (tiang

elastis).

Pada tanah lempung teguh yang terkonsolidasi secara berlebih, modulus

subgrade tanah (coefficient of horizontal subgrade reaction atau ks) umumnya

diasumsikan konstan terhadap kedalaman tanah. Dalam hal ini digunakan faktor

kekakuan R untuk menentukan perilaku tiang sebagai berikut:

� ��

� (2.39)

dimana :

E = modulus elastisitas tiang (ton/m2),

I = momen inersia tiang (m4),

K = ��,

ks = modulus of subgrade reaction tanah dalam arah horizontal

(ton/m3),

B = diameter atau sisi tiang (m),



46

Tabel 2.3 Hubungan ks dengan Cu pada tanah OC

Consistency Stiff Very Stiff Hard

Cu kN/m2 100-200 200-400 >400

ks MN/m3 18-36 36-72 >72

Recommended ks 27 54 >108

Pada lempung lunak yang terkonsolidasi normal dan tanah berbutir kasar,

nilai modulus subgrade tanah umumnya meningkat secara linear terhadap

kedalaman, sehingga digunakan kriteria lain, yaitu faktor kekakuan T sebagai

berikut:

� ��

� (2.40)

�h � ��

Tabel 2.4 �� h pada tanah nonkohesif dalam [MN/m3]

Relative Density Loose Med.Dense Dense

Tanah Kering/lembab 2,5 7,5 20

Tanah Jenuh 1,4 5 12

Untuk menentukan apakah tiang yang dibebani secara lateral sebagai tiang

pendek (kaku) atau tiang panjang (elastis) bisa dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 2.5 Kriteria tiang panjang atau pendek

Jenis Tiang Faktor Kekakuan

Tanah NC Tanah OC

Pendek (Kaku) � !" � !#

Panjang (Elastis) �$%" �$&'(#

2.9.2 Metode Perhitngan Daya Dukung Lateral

Dalam menghitung daya dukung lateral pondasi tiang dapat digunakan

beberapa metode, yaitu:

1. Metode Reese-Matlock



47

2. Metode Brinch Hansen

Metode Brinch Hansen ini cukup praktis dan hanya dipakai untuk

menghitung daya dukung pondasi tiang pendek (kaku).

3. Metode Broms

Metode ini bisa dipakai untuk menghitung daya dukung tiang dengan

beban lateral baik pada tiang pendek (kaku) maupun tiang panjang (lentur).

Meskipun demikian metode Broms hanya dipakai untuk menghitung daya dukung

��

a. Kondisi Tiang Pendek

i) Kepala Tiang Bebas (Free Head)

Broms mengambil penyederhanaan dengan menganggap bahwa tekanan

tanah mencapai nilai ultimitnya di seluruh kedalaman tiang. Rahardjo dan

Anjasmara (1993) telah menunjukkan bahwa asumsi ini dapat memberikan

estimasi yang terlalu tinggi dalam daya dukung tiang lateral ultimit, khususnya

pada tanah dengan konsistensi sangat teguh atau very stiff.

Pola keruntuhan yang mungkin terjadi dan distribusi dari tahanan ultimit

tanah ditunjukkan oleh Gambar 2.24.

Gambar 2.24 (a) Pola keruntuhan dan reaksi tanah juga momen lentur tiang pendek kepala

tiang bebas pada tanah non-kohesif



48

Sumber:Broms,1964

Gambar 2.24 (b) Reaksi tanah dan momen lentur tiang pendek kepala tiang bebas pada

tanah kohesif

Sumber: Broms, 1964

Pada tanah butir kasar atau pasiran, titik rotasi diasumsikan berada dekat

ujung tiang sehingga tegangan yang cukup besar bekerja di dekat ujung seperti

Gambar 2.24 dapat diganti dengan sebuah gaya terpusat. Dengan mengambil

momen terhadap kaki tiang diperoleh:

��

�� (2.41)

Momen maksimum diperoleh pada kedalaman x0, dimana:

�� (2.42)

Hubungan di atas dapat dinyatakan dalam bentuk diagram yang

menggunakan suku tak berdimensi dari L/B terhadap nilai �� !� "#� $%�

seperti ditunjukkan Gambar 2.25(a).



49

Gambar 2.25(a) Kapasitas lateral ultimit untuk tiang pendek pada tanah non-kohesif

Sumber: Broms, 1964

Pada tanah kohesif, momen maksimum diberikan untuk dua rentang

kedalaman, yaitu:

�� untuk 1,5B + x0 (2.43)

�� untuk L � x0 (2.44)

Solusi perhitungan diberikan dalam Gambar 2.25(b) dimana dengan

mengetahui rasio L/B dan e/B maka akan diperoleh nilai Hu/(Cu.B2) ,sehingga

nilai Hu kemudian dapat dihitung.



50

Gambar 2.25(b) Kapasitas lateral ultimit untuk tiang pendek pada tanah kohesif

Sumber: Broms, 1964

ii) Kepala tiang terjepit (fixed head)

Mekanisme keruntuhan yang mungkin terjadi dan distribusi dari tahanan

untuk tiang pendek dengan kondisi terjepit (fixed head) dapat dilihat pada Gambar

2.26.

Gambar 2.26(a) Pola keruntuhan tiang pendek dengan kepala tiang terjepit

Sumber: Broms, 1964



51

Gambar 2.26(b) Reaksi tanah dan momen lentur pada tiang pendek dengan kepala tiang

terjepit pada tanah non-kohesif

Sumber: Broms, 1964

Gambar 2.26(c) Reaksi tanah dan momen lentur pada tiang pendek dengan kepala tiang

terjepit pada tanah kohesif

Sumber:Broms, 1964

Pada tanah non-kohesif seperti tanah pasiran, kapasitas lateral tiang dan

momen maksimum dinyatakan sebagai berikut:

�� (2.45)

�� (2.46)

Untuk tanah kohesif, kapasitas lateral tiang dan momen maksimum adalah

sebagai berikut:

�� (2.47)

��

�� (2.48)



52

Seperti halnya pada kondisi tiang bebas, maka untuk kondisi kepala tiang

terjepit juga diberikan solusi grafis berupa diagram dengan suku tak berdimensi.

L/B seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.25(a) dan Gambar 2.25(b).

b. Kondisi Tiang Panjang

i) Kepala tiang bebas (free head)

Untuk tiang panjang, mekanisme keruntuhan, distribusi tahanan tanah serta

momen lentur ditunjukkan pada Gambar 2.36. Dari gambar tersebut, terlihat

bahwa defleksi tiang terutama berada di daerah dekat permukaan tanah sehingga

respon tanah di bagian bawah tiang semakin mengecil, begitu pula besarnya

momen dan distribusinya sepanjang tiang. Hal ini sesuai dengan kenyataan di

lapangan.

Gambar 2.27 Perlawanan tanah dan momen lentur pada tiang panjang dengan kepala tiang

bebas (a) pada tanah non-kohesif dan (b) pada tanah kohesif

Sumber:Broms, 1964

Karena momen maksimum terletak pada titik dengan gaya geser sama

dengan nol, maka momen maksimum dan gaya ultimit lateral tiang pada tanah

pasir dapat dihitung sebagai berikut:

�� (2.49)



53

dengan:

��

��

(2.50)

��

�� !"

#$% (2.51)

dimana Mu adalah momen kapasitas ultimit tiang dari penampang tiang.

Nilai Hu dapat dihitung dengan menggunakan diagram yang menyatakan

&'(')*+) +),+-+ )./+. 0'1234567583) terhadap n./+. 9'1234567584

) seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.27(a).

Gambar 2.27(a) Kapasitas lateral ultimit untuk tiang panjang pada tanah non-kohesif

Sumber: Broms, 1964

Untuk tanah kohesi seperti tanah lempung, juga berlaku persamaan seperti

yang digunakan untuk tiang pendek, yaitu:

:;<= �� >? @ A�BC @ ��B� ��D (2.52)

dimana:

��

E�F�� (2.53)

Dengan mengetahui nilai Mu/(Cu.B3) maka nilai Hu/(Cu.B

2) dapat

ditentukan dari Gambar 2.27(b), sehingga nilai Hu dapat diperoleh kemudian.



54

Gambar 2.27(b) Kapasitas lateral ultimit untuk tiang panjang pada tanah kohesif

Sumber: Broms, 1964

ii) Kepala tiang terjepit (fixed head)

Gambar 2.28 menunjukkan ilustrasi mekanisme keruntuhan, distribusi

tahanan ultimit tanah serta momen lentur sepanjang tiang untuk kondisi kepala

tiang terjepit pada tanah kohesif dan non-kohesif.

Gambar 2.28 Perlawanan tanah dan momen lentur tiang panjang dengan kondisi kepala

tiang terjepit pada (a) tanah non-kohesif dan (b) pada tanah kohesif



55

Momen maksimum dan gaya lateral ultimit untuk tanah non-kohesi dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan:

��

�� (2.54)

��

�� (2.55)

!"� �� #$ % ��&'� ��( (2.56)

Sedangkan untuk tanah kohesif dapat digunakan persamaan:

�� )�*��

(2.57)

�� +�,�� (2.58)

Untuk perhitungan kapasitas ultimit dari tiang dengan kondisi kepala tiang

terjepit, Gambar 2.28(a) dapat digunakan untuk tanah non-kohesif, sedangkan

untuk tanah kohesif dapat digunakan Gambar 2.28(b).

bab ii tinjauan pustaka 2.1 parameter tanah

Documents