pemanfaatan beton styrofoam ringan sebagai ... - jurnalsmartek

ekSIPIL MESIN ARSITEKTUR ELEKTROPEMANFAATAN BETON STYROFOAM RINGAN SEBAGAI PENGGANTI TANAHURUG PADA RAFT FOOTING UNTUK MENINGKATKAN JUMLAH BEBANDI ATAS TANAH LUNAKIrdhiani *AbstractSoft soilCharacteristic is compressible that may lead to a large deformation due to the appliedloads. One of the alternatives to reduce such deformation is by reducing the weight ofconstruction using lighter materials for either upper structures or landfill in this case, the lightmaterial used is styrofoam as a concrete mixture for landfill filler. This research using styrofoamconcrete with styrofoam percentage 40%, 60% 80% dan 100%. The applied loads consist of bothconstruction and landfill weight. The construction weight was determined by using StructuralAnalysis Program (SAP). The safeti factor and the number of loads or structure floor which wasadded to three soil water surface, they are in very deep water surface, in foundation base andon soil surface. Can be determined through a counting analysis. The research result shows thatthe largest safety factor is in styrofoam concrete with 100% styrofoam with the highest safety forland bearing capacity with soil surface on the land surface and the largest number of loads orconstruction floor that can be added to styrofoam concrete with 100% styrofoam is as many as3,36 floor for land bearing capacity for very deep water surface.Key word: Raft footing, styrofoam, bearing capacity, safety factor, deformationAbstrakTanah lunak memiliki sifat compresibel sehingga memungkinkan terjadinya penurunan yangbesar akibat beban yang bekerja. Salah satu alternatif untuk mereduksi penurunan yang terjadiyaitu mereduksi berat bangunan berarti menggunakan material yang lebih ringan baik padastruktur bagian atas maupun pada timbunan. Dalam masalah ini, material ringan yangdigunakan adalah styrofoam yang digunakan sebagai campuran beton untuk bahan pengisitimbunan. Penelitian ini menggunakan beton Styrofoam dengan persentase styrofoam 40%, 60%,80% dan 100%. Beban yang bekerja terdiri dari berat bangunan dan berat timbunan. Beratbangunan ditentukan dengan menggunakan Structural Analysis Program (SAP), kemudian Faktoraman dan jumlah beban atau lantai bangunan yang dapat ditambahkan pada tiga kondisimuka air tanah yaitu muka air terletak sangat dalam, di dasar fondasi dan di permukaan tanahdapat ditentukan melalui suatu analisis hitungan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa faktoraman terbesar terjadi pada beton styrofoam dengan persentase styrofoam 100% yaitu diperolehsangat aman untuk kapasitas dukung tanah dengan letak muka air di permukaan tanah danjumlah beban atau lantai bangunan terbesar yang dapat ditambahkan terjadi pada betonstyrofoam dengan persentase styrofoam 100% yaitu sebanyak 3,36 lantai untuk kapasitas dukungtanah dengan letak muka air sangat dalam.Kata kunci: Raft footing, styrofoam, kapasitas dukung, faktor aman, deformasi1. PendahuluanSalah satu masalah yang seringdijumpai di dalam bidang teknik sipiladalah tanah lunak. Bangunan yangdidirikan di atas tanah tersebut akanmengalami penurunan (settlement),karena tanah memiliki kapasitas dukungtanah yang rendah. Untuk itu, duaalternatif dapat diungkapkan untukpenyelesaian masalah ini yaitu perludilakukan perbaikan kondisi tanah ataumenyesuaikan konstruksi denganparameter tanah yang ada.Salah satu fondasi yang dapatdigunakan di atas tanah lunak adalah* Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Tadulako, Palu

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 1 - 8raft footing yaitu denganmerencanakan kedalaman galian samadengan jumlah berat bangunan ataumengganti bahan timbunan tanah dibawah raft footing dengan materialyang lebih ringan seperti betonstyrofoam sehingga penurunan strukturmenjadi tidak begitu penting.Penelitian ini bertujuan untukmengetahui kapasitas dukung, faktoraman dan jumlah beban atau lantaiyang dapat ditambahkan melalui suatuanalisis hitungan akibat beban yangbekerja di atasnya. Beban yang bekerjatersebut berupa beban bangunandengan bahan timbunan tanah dansirtu serta beton styrofoam ringandengan persentase styrofoam 40%, 60%,80% dan 100%. Penggunaan betonstyrofoam ringan ini diharapkan dapatmereduksi penurunan yang terjadisehingga jumlah bangunan dapatditingkatkan sesuai dengan faktor amanyang telah ditentukan.2. Studi Pustaka2.1 Tanah lunakTanah lunak umumya terdiri daritanah yang sebagian besarmengandung butir-butir yang sangathalus seperti lempung/lanau(Sosrodarsono & Nakazawa, 2000).Das (1998) menyatakan bahwalempung sebagian besar terdiri daripartikel mikroskopis dan submikroskopisyang berasal dari pelapukan kimiawiunsur-unsur penyusun batuan danbersifat plastis dalam selang kadar airsedang sampai tinggi, sedangkandalam keadaan kering bersifat sangatkeras dan tidak mudah terkelupashanya dengan jari tangan.Lebih lanjut Chen (1975)menyatakan bahwa mineral lempungmempunyai luas permukaan yang lebihbesar dan sangat mudah menyerap airdalam jumlah yang banyak yang dapatmenyebabkan lempung mempunyaisifat kembang susut yang besar. Akibatkepekaan terhadap air, maka lempungmempunyai stabilitas yang rendah jikakadar airnya tinggi.2.2 Penggunaan material ringan padatimbunanStabilitas dan besarnyapenurunan di atas tanah lunakdipengaruhi oleh berat konstruksi diatasnya. Semakin berat suatu konstruksimaka semakin besar pula penurunandan tegangan yang terjadi padatanah. Apabila suatu konstruksimembutuhkan suatu timbunan, makapenurunan dan tegangan yang terjadipada tanah dapat dikurangiBerat volume dari materialmaterialyang dapat digunakan untuktimbunan dapat dilihat pada Tabel 1.Tabel 1. Berat volume dari material ringan (Anonim, 2001)No. Material Berat volume (t/m 3 )1. Pasir 1,8 – 2,22. Tanah kohesif 1,6 – 1,93. Kayu (kordurol) 0,7 (a)4. Potongan ban bekas 0,4 – 0,6 (b)5. Batu apung 1,096. Ampas gergaji 1 (perkiraan)7. Bal gambut (peat bales) 1 (perkiraan)8. Pelet lempung yang dikembangkan 0,8 (c)9. Busa Expanded Polystyrene (EPS) 0,02 -0,0410. Pembentuk rongga (void formers) 0,5 – 1,5(a) 30% rongga, tak jenuh(b) Edil & Bosscher, 1994(c) Jenuh2

Pemanfaatan beton Styrofoam Ringan sebagai Pengganti Tanah Urug pada Raft FootingUntuk Meningkatkan Beban di Atas Tanah Lunak(Irdhiani)2.3 Beton ringanMenurut Murdock (1986), beratvolume beton ringan berkisar antara1360 – 1840 kg/m 3 dan berat volume1850 kg/m 3 dapat dianggap sebagaibatas dari beton ringan yangsebenarnya, meskipun nilai ini kadangkadangmelebihi.Beton ringan menurutDobrowolski (1998) merupakan betondengan berat beton di bawah 1900kg/m 3 lebih rendah dibandingkandengan berat beton normal. Nevilledan Brooks (1987) memberikan batasanbeton ringan yaitu beton dengan beratbeton di bawah 1800 kg/m 3 .2.4 StyrofoamStyrofoam dikenal sebagai salahsatu dari busa polystyrene yangdipadatkan dan biasa digunakan untukmembungkus barang elektronik.Polystyrene sendiri dihasilkan dari styrene(C6H5CH9CH2), yang mempunyai gugusphenyl (enam cincin karbon) yangtersusun secara tidak teratur sepanjanggaris karbon dari molekul.Penggabungan acak benzenamencegah molekul membentuk garisyang sangat lurus, sebagai hasilnyapolyester mempunyai bentuk yang tidaktetap, transparan dan dalam berbagaibentuk plastik yang cukup regas.Polystyrene merupakan bahan yangbaik ditinjau dari segi mekanis maupunsuhu namun bersifat agak rapuh danlunak pada suhu di bawah 100°C(Billmeyer, 1984). Polystyrene memilikiberat sampai 1050 kg per 1 m 3 , kuat tariksampai 40 MN/m 2 , modulus lentursampai 3 GN/m 2 , modulus geser sampai0.990 GN/m 2 dan angka poisson 0.330(Crawford, 1998).Penelitian mengenai betonstyrofoam ringan dilakukan oleh Wijaya(2005), dengan menggunakan semenPortland tipe I sebesar 250 kg/m 3 . Daripenelitian ini, tampak bahwa untukberat beton tidak direndam denganpersentase styrofoam sebesar 20% dan40% pada campuran beton dapatmengurangi berat beton sebesar ± 28%dan ± 39% dari beton normal yangmempunyai berat beton sekitar 2400kg/m 3 sedangkan untuk berat betondirendam dengan persentase styrofoamsebesar 20% dan 40% pada campuranbeton dapat mengurangi berat betonsebesar ± 23% dan ± 35%.2.5 Analisis Kapasitas Dukung TanahKapasitas dukung tanahmerupakan kemampuan tanah dalammendukung beban fondasi yangbekerja di atasnya tanpa terjadikeruntuhan geser. Untuk analisiskapasitas dukung tanah digunakanpersamaan Mayerhoff (1955) dalamHardiyatmo (2002) yaitu denganmempertimbangkan bentuk fondasi,kemiringan beban dan kuat geser tanahdi atas fondasi pada persamaan 1.qu= FcsFcdFcicNc+ FqsFqdFqiqNq+ FsγFdγFiγ0, 5γ BNγ...................................................(1)dengan :2πtgϕNq = tg ( 45 + ϕ / 2) eNc = ( Nq −1) cot ϕN γ = 2 ( Nq +1) tan ϕFcs, Fqs, F γ s : faktor bentuk fondasiFcd, Fqd, F γ d : faktor kedalaman fondasiFci, Fqi, F γ i : faktor kemiringan bebanSuatu angka aman digunakanuntuk menghitung kapasitas dukungyang diijinkan untuk tanah di bawahfondasi. Angka aman yang digunakanuntuk beban normal = 3 dan untukbeban sementara = 2 (suryolelono,1994).Menurut Das (1998) kapasitasdukung ijin (qijin) merupakan beban persatuan luas yang diijinkan untukdibebankan pada tanah di bawahfondasi, agar kemungkinan terjadinyakeruntuhan dapat dihindari. Kapasitasdukung ijin dapat dihitung berdasarkanpersamaan 2.quqijin= ...........................(2)FS3

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 1 - 82.6 Pengaruh muka air tanahBerat volume tanah sangatdipengaruhi oleh kadar air dankedudukan muka air tanah, sehinggahal tersebut berpengaruh pula padakapasitas dukungnya. Dalam penelitianini ditinjau tiga kondisi muka air tanahyaitu muka air terletak sangat dalam,muka air terletak di dasar fondasi danmuka air terletak di permukaan tanahseperti dalam Gambar 1(hardiyatmo,2002).3. Metode Penelitian3.1 Data penelitianData penelitian yang digunakansebagai data analisis adalah gedungFakultas Hukum Universitas Islam SultanAgung, Semarang, Jawa Tengah, yangmenggunakan fondasi raft footing, yangdilaksanakan pada tahun 1995 dandata tanah yang digunakan sebagaipedoman analisis adalah data yangdiperoleh dari hasil uji di lapangan danuji di laboratorium yang dilakukan olehLaboratorium Mekanika Tanah FakultasTeknik Jurusan Teknik Sipil UniversitasIslam Sultan Agung, Semarang. Adapundata input material tanah dasar dapatdilihat pada Tabel 2.Gambar 2 merupakan Denahfondasi Gedung Fakultas HukumUniversitas Islam Sultan AgungSemarang. Raft footing pada Gambar 2tersebut terbuat dari beton bertulangdengan panjang 67,4 meter dan lebarfondasi terbesar 35 meter.γ sat DfγDγBBγ satDBγ satGambar 1. Letak muka air tanah terhadap dasar fondasi]Gambar 2. Denah fondasi Gedung Fakultas Hukum Universitas Islam Sultan AgungSemarang4

Pemanfaatan beton Styrofoam Ringan sebagai Pengganti Tanah Urug pada Raft FootingUntuk Meningkatkan Beban di Atas Tanah Lunak(Irdhiani)Tabel 2. Data input material tanah dasarγdry(kN/m 3 )γwet(kN/m 3 )cφ(°)Clay 1 10,97 16,62 15,67 7,50Clay 2 10,81 16,51 4,17 5,08Clay 3 11,91 17,18 7,25 6,10Clay 4 11,91 17,18 7,25 6,10Tabel 3. Hasil pemeriksaan berat beton dengan semen portland tipe I 250 kg/m 3PerbandinganBerat Beton Rerata (kg/mVolume Bahan3 )VariasiAdukanNilaifasStyrofoam Pasir DirendamTidakDirendamI 0.425 100% 0% 391 321II 0.500 80% 20% 817 758III 0.700 60% 40% 1239 1157IV 0.875 40% 60% 1568 1454Tabel 4. Total berat bangunan untuk muka air terletak di permukaan tanahBerat lantai 2, lantai 3 dan atap hasil analisis SAP (a) 26,706Berat lantai satu di atas timbunan (b) 5,504Tanah & sirtu 65,611σtanah yangterjadi (kN/m 2 )Akibat timbunan (c)styrofoam100% 23,31780% 35,37960% 46,39240% 54,589Akibat tanah asli (sebelum digali) (d) 40,670Tanah & sirtu 57,151Total berat bangunan (kN/m 2 ) 100% 14,858(a+b+c-d) 80% 26,919styrofoam60% 37,93240% 46,130Beton styrofoam ringan padapenelitian ini digunakan sebagai bahanpengganti timbunan sirtu dan tanah.Data beton styrofoam ringan yangdigunakan yaitu dari hasil penelitian(Wijaya, 2005). Adapun hasil penelitiantersebut dapat dilihat pada Tabel 3.Beban yang bekerja pada raftfooting merupakan beban bangunanyang terdiri dari 3 lantai dengan tinggitimbunan sebesar 3,35 m. Selisih antaratekanan akibat penggalian dengantekanan akibat penimbunan termasukbeban lantai satu dengan bebanpenimbunan pada penelitian ini adadua macam yaitu sirtu dan tanah sesuaipelaksanaan di lapangan serta betonstyrofoam ringan yang berfungsi untukmereduksi total berat bangunan yangbekerja. Gambar 2 merupakanpotongan melintang struktur yangditinjau dan data beban dapat dilihatpada Tabel 4 dan Tabel 5.5

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 1 - 8Tabel 5. Total berat bangunan untuk muka air terletak sangat dalam muka airterletak di dasar fondasiBerat lantai 2, lantai 3 dan atap hasil analisis SAP (a) 26,706Berat lantai satu di atas timbunan (b) 5,504Tanah & sirtu 65,611σtanah yangterjadi (kN/m 2 )100% 25,249Akibat timbunan80% 37,007styrofoam60% 48,65540% 57,736Akibat tanah asli (sebelum digali) (d) 40,670gaya uplift 24,500Tanah & sirtu 32,651Total berat bangunan (kN/m 2 ) 100% -7,710(a+b+c-d) 80% 4,048styrofoam60% 15,69640% 24,7763.2 Prosedur penelitianPenelitian ini terdiri atas sirtu dantanah sebagai timbunan sesuai denganpelaksanaan di lapangan dan betonstyrofoam ringan dengan persentasestyrofoam 40%, 60% 80% dan 100%sebagai pengganti sirtu dan tanah.Analisis dilakukan dalam 3 kondisi mukaair yaitu muka air terletak sangat dalam,muka air terletak di dasar fondasi danmuka air terletak di permukaan tanah.Langkah-langkah penelitian yangdilakukan adalah sebagai berikut :1. pengumpulan data sekunder berupadata tanah hasil uji di lapangan dandi laboratorium serta gambar strukturbangunan Fakultas HukumUniversitas Islam Sultan Agung,Semarang,2. menentukan berat total lantai dua,lantai tiga dan atap per m 2 yaitudengan cara menentukan bebanatau gaya axial pada tiap-tiapkolom yang akan ditransfer olehstruktur atas ke sistem fondasi yangada dengan menggunakanStructural Analysis Program (SAP2000) kemudian dibagi denganluasan bangunan,3. menentukan beban lantai satu perm 2 dengan cara menghitung bebanlantai satu di atas timbunan danmenghitung beban merata akibattimbunan yang bekerja di atastanah dasar setinggi 3,35 meter.Beban merata pada muka airterletak terletak sangat dalam dandi dasar fondasi menggunakanberat volume kering untuk sirtu dantanah dan berat beton tidakdirendam untuk beton styrofoamringan sedangkan pada muka airterletak di permukaan tanahmenggunakan berat volume basahuntuk sirtu dan tanah dan beratbeton direndam untuk betonstyrofoam ringan,4. menentukan berat total bangunanper m 2 untuk sirtu dan tanah sertabeton styrofoam ringan dengan tigakondisi muka air tanah,5. menentukan kapasitas dukung ultimittanah untuk tiga kondisi muka airtanah,6. menentukan jumlah lantaibangunan yang dapat ditambahkanuntuk bahan timbunan sirtu dantanah serta beton styrofoam ringanpada tiga kondisi muka air tanahyang memiliki kapasitas dukungultimit yang berbeda,7. menentukan faktor aman untukbahan timbunan sirtu dan tanahserta beton styrofoam ringan pada6

Pemanfaatan beton Styrofoam Ringan sebagai Pengganti Tanah Urug pada Raft FootingUntuk Meningkatkan Beban di Atas Tanah Lunak(Irdhiani)tiga kondisi muka air tanah yangmemiliki kapasitas dukung ultimityang berbeda,4. Hasil dan PembahasanDari Tabel 6, Tabel 7 dan Tabel 8dapat dilihat bahwa total beratbangunan bervariasi tergantung bahantimbunan yang digunakan, dimanasemakin kecil berat volume bahan yangdigunakan maka semakin kecil selisihtekanan antara timbunan dan galianyang dihasilkan sehingga total beratbangunannya juga semakin kecil.Tabel 6. Jumlah beban atau lantai bangunan yang dapat ditambahkan dan faktoraman untuk muka air terletak sangat dalamKapasitas Kapasitas Faktor Selisih kapasitas Jumlah lantaiTotal berat bangunan dukung dukung ijin keamanan dukung ijin dengan bangunanper m2 ultimit tanah (q ijin ) (FS) total berat bangunan yang dapat(kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) ditambahkanab c = b/3 d = b/a e = c - a f = e/12.5tanah & sirtu 50,933 3,55 9,3385 0,75100% 14,842 12,18 45,4294 3,63Styrofoam80% 26,903 180,8135 60,2712 6,72 33,3677 2,6760% 37,916 4,77 22,3549 1,7940% 46,114 3,92 14,1573 1,13Tabel 7. Jumlah beban atau lantai bangunan yang dapat ditambahkan dan faktoraman untuk muka air terletak di dasar fondasiKapasitas Kapasitas Faktor Selisih kapasitas Jumlah lantaiTotal berat bangunan dukung dukung ijin keamanan dukung ijin dengan bangunanper m2 ultimit tanah (q ijin ) (FS) total berat bangunan yang dapat(kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) ditambahkanab c = b/3 d = b/a e = c - a f = e/12.5tanah & sirtu 50,933 2,75 -4,2646 -0,34100% 14,842 9,43 31,8263 2,55Styrofoam80% 26,903 140,0042 46,6681 5,20 19,7646 1,5860% 37,916 3,69 8,7518 0,7040% 46,114 3,04 0,5542 0,04Tabel 8. Jumlah beban atau lantai bangunan yang dapat ditambahkan dan faktoraman untuk muka air terletak di permukaan tanahKapasitas Kapasitas Faktor Selisih kapasitas Jumlah lantaiTotal berat bangunan dukung dukung ijin keamanan dukung ijin dengan bangunanper m2 ultimit tanah (q ijin ) (FS) total berat bangunan yang dapat(kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) ditambahkanab c = b/3 d = b/a e = c - a f = e/12.5tanah & sirtu 32,635 1,54 -15,8524 -1,27100% -7,726 sangat aman 24,5090 1,96Styrofoam80% 4,032 50,3488 16,7829 12,49 12,7510 1,0260% 15,680 3,21 1,1033 0,0940% 24,760 2,03 -7,9775 -0,647

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 1 - 8Untuk muka air terletak sangatdalam memiliki kapasitas dukung ijintanah yang paling besar dibandingkanmuka air yang terletak di dasar fondasidan di permukaan tanah. Ini berartibahwa selisih kapasitas dukung ijintanah dengan total berat bangunanpada muka air terletak sangat dalamadalah paling besar diantara keduamuka air tanah tersebut sehinggajumlah lantai bangunan yang dapatditambahkan juga lebih banyak.Faktor aman pada muka airterletak sangat dalam untuk semuabahan timbunan dan pada muka airterletak di dasar fondasi dan dipermukaan tanah untuk bahantimbunan beton styrofoam ringanadalah aman. Hal ini berarti total beratbangunan masih dapat dipikul olehtanah di bawah fondasi tanpamenyebabkan keruntuhan.Untuk muka air di permukaantanah memiliki total berat bangunanlebih kecil dibandingkan muka airterletak sangat dalam dan di dasarfondasi. Hal ini disebabkan adanyagaya uplift yang bekerja setinggi 2,45 mpada fondasi sehingga dapatmereduksi besarnya total beratbangunan yang bekerja tersebut. Selainitu, faktor aman yang dihasilkan padamuka air di permukaan tanah lebih kecildibandingkan muka air terletak sangatdalam dan di dasar fondasi karenakapasitas dukung ultimit tanah dalamkeadaan jenuh adalah sangat kecil.5. Kesimpulan dan Saran5.1 Kesimpulan1) Semakin kecil berat volume bahantimbunan yang digunakan makasemakin banyak pula jumlah lantaiyang dapat ditambahkan. Padapenelitian ini, jumlah lantaibangunan terbanyak yang dapatditambahkan yaitu pada betonstyrofoam dengan persentasestyrofoam 100% yaitu 3,63 lantai.2) Faktor aman dipengaruhi olehkapasitas dukung tanah dan berattotal bangunan. Faktor amanterbesar terjadi pada betonstyrofoam dengan persentasestyrofoam 100% untuk ketiga kondisimuka air tanah.5.2 SaranKetelitian uji lapangan dan ujilaboratorium yang menghasilkanparameter serta ketelitian penentuanparameter tersebut adalah menentukanketepatan hasil analisa.6. Daftar PustakaAnonim, 2001, Panduan Geoteknik 4(Desain dan Konstruksi), PusatLitbang Prasarana Transportasi,Bandung.Bilmeyer, Jr, FW., 1984, Text Book ofPolymer Science, Third Edition,John Wiley and Sons, Inc,Singapore.Chen, F.H., 1975, Foundation OnExpansive Soil, elsevier SciencePublishing Company, New York.Crawford, R.J., 1998, Plastic Engineering,Third Edition.Das, B.M., 1998, Principles of FoundationEnggineering, PWS Publisher,Boston, USA.Hardiyatmo, H.C., 2002, Teknik Fondasi I,Jurusan Teknik Sipil, FakultasTeknik, Universitas GadjahMada, Yogyakarta.Murdock. L.J., et.all., 1986, Bahan danPraktek beton, edisi ke-4,Erlangga, Jakarta.Neville, A.M., and Brooks, J.J., 1987,Concrete Technology, FirtsEdition, Longman Scientific &Technical England.Suryolelono, K.B., 1994, Teknik Fondasi I,Nafiri, Yogyakarta.Sosrodarsono, S., & Nakazawa, K., 2000,Mekanika Tanah dan TeknikFondasiI, Cetakan Ketujuh, PT.Pradnya Paramita, Jakarta.Wijaya, S.N., 2005, Efek PerendamanBeton Styrofoam Ringan denganSemen Portland Tipe I 250 kg/m 3 ,Jurusan Teknik Sipil, FakultasTeknik, Universitas GadjahMada, Yogyakarta.8