Daya dukung pondasi dari hasil sondir (cpt)

Daya dukung pondasi dapat ditentukan dari hasil perhitungan sondir,lihat pembahasan tentang sondir dalam blog ini, dan tujuan perhitungan daya dukung ini dipergunakan untuk menentukan klas tanah (Soil Class) dan juga menentukan tipe pondasi yang akan didesain. Ada dua tipe pondasi yang biasa didesain yaitu tipe pondasi dangkal (shallow foundation) ataupun pondasi dalam (deep foundation).

Pondasi dangkal yang sering digunakan pada proyek TL di Indonesia , antara lain :
Pondasi Telapak (yaitu tipe Pad & Chimney), istilah dalam teknik sipil biasa disebut dengan spread foundation (pondasi telapak menyebar) yang berbentuk bujur sangkar pada dasar pondasi;
Pondasi Raft atau Mat Foundation, atau dikenal dengan nama pondasi gabungan pada keempat kaki tower;
Pondasi Enlarged Pad and Chimney yaitu pondasi dengan tipe pad yan diperbesar (enlarged) dan seringkali digunakan untuk menggantikan tipe pondasi raft;dan ada
Pondasi sumuran (drilled shaft) yang umum dilaksanakan dimana pada kedalaman yang cukup dangkal terdapat lapisan batuan lunak (soft rock) yang cukup tebal, kadangkala berbentuk blok yang dipasang miring mengikuti stub tower;
Pondasi angkur (anchorage type), dimana kaki menara (tower leg atau stub) dianggap sebagai angkur dan ditancapkan kedalam lapisan batuan keras/batuan yang masif /solid (hard rock) dan dilapisi mortar (grouting) pada semua sisi yang terpendam kedalam tanah.

Pondasi dalam yang sering dipakai pula adalah pondasi pancang, apakah bored pile (pancang bor) atau tiang pancang(driven pile), driven pile bisa terdiri dari besi H (steel profile H-beam) ataupun pre-cast prestressed concrete pile, dengan penampang pile berbentuk bulat, bujur sangkar atau segitiga sama sisi.

Kedalaman pondasi dangkal ditentukan berdasarkan panjang stub tower yang masuk kedalam tanah, umumya berkisar 3,5 m sampai dengan 4 meter. Kedalaman ini disebut dengan design depth (kedalaman rancangan). Untuk jenis tertentu untuk pondasi raft(mat) kedalaman bisa hanya sampai 2- 2,5 m saja, karena tanah dipermukaan yang relatif lunak ketika digali.

Kedalaman pondasi dalam biasanya lebih dari 7 m. Kedalaman pemancangan ditentukan berdasarkan letak kedalam lapisan yang memiliki daya dukung yang cukup atau sampai mencapai lapisan tanah keras. Kadang kedalamannya sampai dengan 25 meter untuk bored pile, efektifnya kira-kira 18m, dan lebih dari 25 m untuk tiang pancang

Untuk penentuan daya dukung bagi pondasi dangkal adalah dengan mengambil langsung (directly) nilai daya dukung ujung konus, qc (cone point resistance), walupun diijinkan secara tidaklangsung (indirectly) yaitu dengan pengambilan nilai CPT untuk dikonversikan ke dalam metode SPT (standard Penetration Test). Dalam penentuan daya dukung dari hasil uji CPT (cone penetration test) kita dapat mengambil dari berbagai referensi. Ada banyak buku yang menjelaskan bagaimana menghitung daya dukung tanah untuk pondasi, antara lain buku dari Pak Bowles (alm), yang sampai saat ini terakhir adalah edisi ke-5, dan tiap-tiap edisi ada perubahan baik penambahan ataupun penghapusan dari rangkuman berbagai teori dari para dedengkot yg mendalami “kasus” penyondiran, namun buku Bowles ini masih dianggap sebagai “buku sakti” pegangan para mahasiswa teknik sipil. Buku lainnya sekelas dengan Joseph Bowles ini adalah buku Donald P. Coduto dan Braja M. Das, yang juga merangkum hasil penelitian beberapa ahli, ahli tersebut adalah seperti Terzaghi (Father of Soil Mechanic), Meyerhoff, Schmertmann, Begemann, Hansen, Vesic dll. Ahli mana yang benar, wallahu alam, jangan nanya saya. Selagi ada yang namanya Safety Factor (angka faktor keamanan) yg disarankan oleh ahli-ahli tanah ini, mudah-mudahan para engineer untuk desain pondasi paling tidak bisa “tidur nyenyak” tanpa kekhawatiran berlebihan terhadap hasil penentuan daya dukung tanah dan hasil rancangannya.

Dari Meyerhoff (1956, 1965) mengusulkan untuk menentukan estimasi bearing capacity (daya dukung) izin tanah dengan asumsi penurunan (setlement) pondasi sebesar 25mm, tanpa memperhatikan faktor lebar bawah pondasi telapak adalah :

qa = qc / 30, satuan qc dalam kPa atau kg/cm²

angka 30 dianggap sangat konservatif (aman), dan bisa dipakai nila berkisar 10 – 60 tergantung dari pengalaman lokal (local experience). Oleh PLN diijinkan untuk mengambil angka kisaran 20-40.

Dari Schmertmann (1978) dan Awkati, mengusulkan untuk pondasi telapak berbentuk bujur sangkar, dengan Kedalaman pondasi (D)/lebar pondasi (B) <= 1.5, dan qc adalah nilai rata-rata nilai q pada kedalaman B/2 diatas design depth dan 1.1B dibawah design depth, maka daya dukung ultimate :

pada tanah granular (berbutir/sand)) : qu = 48 – 0.009(300-qc)^1.5 (catatan. notasi ^ adalah operasi pangkat, kalau ditulis misalnya 2^3 = 2 x 2 x 2)

pada tanah lempung (clay):qu = 5 + 0.34.qc (disini bila qc = 0, tanah masih punya daya dukungnya)

untuk selanjutnya , dalam mencari qa (daya dukung izin atau gross allowable bearing capacity), maka nilai qu harus dibagi dengan safety factor (SF) yang nilainya biasa diambil 3.

qa = qu/SF = qu/3

Dalam penentuan qc ada beberapa metode, seperti dengan mengambil langsung dari qc sondir pada kedalam rencana dasar pondasi, misalnya direncanakan kedalama pondasin 4 meter, maka langsung diambil qc hasil pada kedalaman 4m, dan ada yang mengambil secara rata-rata qc (atau qc average), dengan jarak beberapa meter diatas design depth dan dan beberapa meter dibawah design depth, jarak ini bervariasi, tergantung keyakinan engineer dan disetujui oleh klien(owner) ataupun konsultan.

Untuk penentuan daya dukung tanah (berang capacity atau bearing pressure), disarankan untuk banyak membaca berbagai referensi, dan mengambil referensi yang tentu saja memuaskan dari sisi ekonomis dan waktu dan dapat meyakinkan klien, karena penetuan daya dukung CPT ini masih dianggap semacam “ilmu hitam”, tidak mnegherankan kalau saja di Amerika masih jarang memakai data hasil CPT dan lebih cenderung menggunakan data SPT, namun penggunaan untuk konstruksi2 tertentu masih diijinkan disana seiring dengan berkembangnya metode ini.

Dari grafik sondir bila terdapat suatu lapisan pada kedalaman tertentu yang daya dukungnya membesar tiba-tiba/ekstrim (ataupun menurun), biasanya diabaikan dalam mengambil nilai qc pada kedalam tersebut, dan dianggap bahwa hanya terdapat lapisan tipis saja yang mempunyai daya dukung dengan nilai istimewa tersebut. Maka nilai qc mengikuti nilai qc yang cenderung mirip dengan lapisan diatas dan dibawahnya, misalnya qc (kg/cm²) pada 2,2 m = 30, kemudian 2,4 m = 90, dan 2,6 m = 40, maka dianggap qc pada 2,4 m dianggap rata2 qc pada 2,2, dan 2,6 m saja yaitu (30+40)/2 = 35.

Bila dari hasil grafik sondir, dimana lapisan tanah “keras” atau tanah yang mempunyai lapisan pendukung cukup besar terletak pada kedalaman lebih dari design depth untuk pondasi dangkal (lebih dari 4 m) dan katakanlah lebih dari 10 m, maka perhitungan daya dukung pondasi menggunakan perhitungan daya dukung pondasi dalam (pile foundation). Pile yang dipergunakan adalah tiang pancang dengan permukaan berbentuk lingkaran baik driven ataupun tipe bored. Kedalaman pemancangan diambil pada kedalaman yang cukup sampai ujung tiang berada kira-kira 1 D dibawah lapisan tanah keras, hal ini dianggap pancang mengandalkan tahanan ujung (end bearing capacity), jika lapisan tanah keras sangat dalam sekali sehingga ujung tiang tidak mencapai lapisan tanah keras yang memadai, maka pancang bekerja berdasarkan tahanan geser (side friction), namun pada prakteknya seringkali kedua tahanan tersebut itu digabungkan untuk mencari daya dukung pondasi dalam.

Formulasi yang banyak dipakai dalam penentuan daya dukung pancang tunggal (single) adalah :

qa = qc.Ap/SF1 + JHP. Φ/SF2, dimana :

qc = nilai konus, qc rata-rata yang diambil berdasarkan saran ahli tanah, antara lain (pilih salah satu)
Mayerhoff:  nilai qc diantar rentang 4D diatas sampai 4D dibawah dari ujung tiang, dan D adalah diameter tiang pancang;
Van der Vee : nilai qc diantara rentang 3.75 D diatas sampai dengan D dibawah ujung tiang.

Ap = luas penampang tiang = 1/4 π D²
JHP = Jumlah Hambatan Pelekat
Φ = keliling tiang = π D
SF1 = angka kemananan daya dukung ujung tiang, nilai yang disarankan adalah 3; dan
SF2 = angka keamanan daya dukung geser tiang, nilai yang disarankan adalah 5

Walaupun dalam konstruksi kenyataannya bahwa pancang selalu dalam keadaan berkelompok (pile group/kelompok tiang), namun perhitungan daya dukung yang diperlukan adalah daya dukung pancang yang berdiri sendiri/tunggal (single).