Post on 26-Feb-2019
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