Penelitian yang dilakukan oleh Josef Musílek, Petr Hrubý, dan Ondrej Stopka, dosen dari Institute of Technology and Business di České Budějovice, Republik Ceko, mengeksplorasi secara mendalam karakteristik tanah pasir sebagai tanah dasar fondasi bangunan. Artikel yang berjudul "Diversity of Characteristics of Sandy Soils in Relation to Foundation Engineering" ini dipresentasikan pada World Multidisciplinary Earth Sciences Symposium (WMESS) 2016 dan diterbitkan dalam IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Penelitian ini memfokuskan pada analisis daya dukung tanah pasir, mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhinya, dan memberikan rekomendasi praktis untuk teknik fondasi.
Pendahuluan dan Klasifikasi Tanah Pasir
Tanah pasir merupakan salah satu jenis tanah non-kohesif yang memiliki karakteristik beragam dalam konteks rekayasa fondasi. Musílek dkk. menjelaskan bahwa tanah pasir didefinisikan sebagai kelompok tanah dengan ukuran butir antara 0,06 hingga 2 mm. Dalam konteks fondasi bangunan, tanah pasir dapat dibagi menjadi lima kelas berbeda, yaitu S1 hingga S5, masing-masing dengan karakteristik dan nilai daya dukung yang bervariasi.
Standar CSN 73 1001 (Standar Republik Ceko tentang Fondasi Struktur, Tanah Dasar di bawah Fondasi Dangkal) digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini untuk menilai kesesuaian tanah pasir sebagai tanah dasar fondasi. Para peneliti berfokus pada kategori geoteknik 1, yang mencakup struktur kecil dan sederhana dengan risiko yang minimal. Dalam kategori ini, penilaian desain fondasi bangunan dilakukan berdasarkan pengalaman dan survei geoteknik tanpa perlu pengujian lapangan yang mahal.
Karakteristik Daya Dukung Tanah Pasir
Daya dukung tanah pasir sangat bervariasi dan dipengaruhi oleh berbagai faktor. Nilai perkiraan daya dukung ditentukan berdasarkan standar CSN 73 1001 dan berlaku hingga kedalaman fondasi 1 meter. Untuk struktur yang lebih kompleks dan kedalaman fondasi yang lebih besar, pengujian di lokasi (in situ) diperlukan.
Penelitian ini menemukan bahwa nilai daya dukung tanah pasir sangat bergantung pada:
- Kelas tanah pasir (S1-S5)
- Lebar fondasi
- Kandungan butir halus
- Tingkat kepadatan tanah
Hasil analisis menunjukkan pola yang menarik dalam nilai daya dukung tanah pasir berdasarkan lebar fondasi dan kelas tanah:
Pengaruh Lebar Fondasi
Penelitian menganalisis empat lebar fondasi yang berbeda: 0,5 meter, 1 meter, 3 meter, dan 6 meter. Fondasi dengan lebar 3 meter secara konsisten menunjukkan nilai daya dukung tertinggi untuk semua kelas tanah pasir (S1-S5). Nilai maksimum daya dukung mencapai 800 kPa untuk tanah pasir bergradasi baik (S1/SW).
Untuk fondasi dengan lebar 6 meter, nilai daya dukung lebih rendah, dengan nilai tertinggi mencapai 600 kPa (75% dari nilai maksimum) untuk kelas S1. Tren penurunan nilai daya dukung berlanjut untuk lebar fondasi 1 meter, dengan nilai tertinggi 500 kPa (62,5%) untuk kelas S1, dan mencapai nilai terendah untuk lebar fondasi 0,5 meter, dengan nilai tertinggi hanya 300 kPa (37,5%) untuk kelas S1.
Data menunjukkan bahwa fondasi dengan lebar 3 meter adalah yang paling optimal dalam kaitannya dengan daya dukung untuk semua kelas tanah pasir. Secara keseluruhan, perbedaan antara nilai daya dukung tertinggi dan terendah (antara kelas S1 dan S5) mencapai 575 kPa (72%) untuk lebar fondasi 3 meter.
Pengaruh Kelas Tanah Pasir
Penelitian ini menunjukkan bahwa kelas S1 (SW, pasir bergradasi baik) memiliki nilai daya dukung tertinggi untuk semua lebar fondasi, sedangkan kelas S5 (SC, pasir lempungan) memiliki nilai daya dukung terendah. Penurunan nilai daya dukung terjadi secara bertahap dari kelas S1 hingga S5:
- Untuk lebar fondasi 3 meter, nilai daya dukung menurun dari 800 kPa (S1) hingga 225 kPa (S5), penurunan sebesar 575 kPa (72%).
- Penurunan terbesar terjadi antara kelas S1 (SW) dan S2 (SP), juga antara S2 (SP) dan S3 (S-F), masing-masing sekitar 200 kPa (25%).
- Penurunan lebih kecil terjadi antara kelas S3 (S-F) dan S4 (SM) sebesar 100 kPa (12,5%), serta antara S4 (SM) dan S5 (SC) sebesar 75 kPa (9,4%).
Pola serupa juga diamati untuk lebar fondasi lainnya, meskipun dengan nilai absolut yang berbeda dan perbedaan antar kelas yang kurang signifikan.
Pengaruh Kandungan Butir Halus
Para peneliti mengidentifikasi bahwa kandungan butir halus merupakan faktor kunci yang mempengaruhi daya dukung tanah pasir. Berdasarkan kandungan butir halus, tanah pasir dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama:
- Kelompok dengan kandungan butir halus 0-5%: Meliputi pasir bergradasi baik (SW) dan pasir bergradasi buruk (SP). Kelompok ini memiliki kondisi paling menguntungkan dalam hal daya dukung.
- Kelompok dengan kandungan butir halus 5-15%: Meliputi pasir dengan campuran tanah berbutir halus (S-F). Nilai daya dukung pada kelompok ini secara signifikan lebih rendah daripada kelompok pertama, tetapi masih lebih baik daripada kelompok ketiga.
- Kelompok dengan kandungan butir halus 15-35%: Meliputi pasir lempungan (SC) dan pasir lanau (SM). Kelompok ini mewakili kelompok dengan daya dukung terendah dalam konteks tanah pasir.
Penelitian mencatat bahwa selain kandungan butir halus, tingkat gradasi butir pasir juga memainkan peran penting. Pasir heterogen dengan butiran berbagai ukuran (bergradasi baik) memiliki sifat yang jauh lebih baik daripada pasir bergradasi buruk (dengan ukuran butir yang seragam).
Analisis Perbandingan dan Implikasi Praktis
Studi ini memberikan wawasan berharga tentang perilaku tanah pasir sebagai tanah dasar fondasi. Beberapa temuan penting yang dapat diterapkan dalam praktik rekayasa fondasi meliputi:
- Optimalisasi Lebar Fondasi: Lebar fondasi 3 meter secara konsisten memberikan nilai daya dukung tertinggi untuk semua kelas tanah pasir. Namun, pemilihan lebar fondasi harus mempertimbangkan berbagai faktor lain seperti jenis struktur, beban, dan kondisi tanah spesifik.
- Seleksi Tanah Dasar: Bila memungkinkan, pemilihan lokasi dengan tanah pasir bergradasi baik (S1/SW) akan memberikan daya dukung yang optimal. Daerah dengan tanah pasir lempungan (S5/SC) mungkin memerlukan strategi fondasi alternatif atau perbaikan tanah.
- Pertimbangan Kandungan Butir Halus: Kandungan butir halus yang lebih tinggi secara signifikan mengurangi daya dukung tanah pasir. Oleh karena itu, analisis komposisi tanah menjadi penting dalam tahap perencanaan.
- Variabilitas dalam Perilaku Tanah: Kelas S1 (SW) menunjukkan variabilitas terbesar dalam nilai daya dukung terkait dengan lebar fondasi (perbedaan hingga 500 kPa atau 62,5% antara lebar fondasi 3 m dan 0,5 m). Sebaliknya, kelas S5 (SC) menunjukkan variabilitas terkecil (perbedaan 100 kPa atau 12,5%).
Konteks yang Lebih Luas
Penelitian ini memberikan kontribusi signifikan pada bidang teknik fondasi, terutama untuk bangunan dalam kategori geoteknik 1. Namun, penting untuk mencatat bahwa nilai-nilai yang disajikan berlaku untuk kedalaman fondasi hingga 1 meter. Untuk struktur yang lebih kompleks atau fondasi yang lebih dalam, diperlukan pengujian lapangan yang lebih ekstensif.
Pendekatan yang diambil oleh Musílek dkk. melengkapi penelitian sebelumnya oleh Mayerhof (1950, 1974), Schmertmann (1970), dan De Beer (1965, 1970) yang juga menyelidiki daya dukung tanah pasir tetapi dengan fokus yang berbeda. Penelitian ini menyediakan referensi praktis untuk para insinyur dan perencana yang bekerja dengan proyek-proyek kecil dan sederhana, memungkinkan mereka untuk membuat keputusan berdasarkan data tanpa perlu pengujian lapangan yang mahal.
Keterbatasan dan Arah Penelitian Masa Depan
Meskipun penelitian ini memberikan informasi yang berharga, terdapat beberapa keterbatasan yang perlu dipertimbangkan:
- Batasan Kedalaman: Nilai-nilai yang disajikan hanya berlaku untuk kedalaman fondasi hingga 1 meter, membatasi aplikasinya untuk struktur yang lebih besar dan kompleks.
- Fokus pada Kategori Geoteknik 1: Penelitian ini menargetkan bangunan kecil dan sederhana dengan risiko minimal, sehingga mungkin tidak sepenuhnya berlaku untuk proyek yang lebih kompleks.
- Kurangnya Pertimbangan Faktor Dinamis: Faktor seperti beban dinamis, pengaruh air tanah, dan efek seismik tidak dibahas secara mendalam dalam penelitian ini.
Penelitian masa depan dapat memperluas temuan ini dengan:
- Menganalisis perilaku tanah pasir pada kedalaman yang lebih besar
- Mempertimbangkan lebih banyak jenis beban dan kondisi tanah
- Mengintegrasikan analisis numerik dan pemodelan komputer
- Mengembangkan panduan yang lebih komprehensif untuk berbagai kategori geoteknik
Kesimpulan
Penelitian yang dilakukan oleh Josef Musílek, Petr Hrubý, dan Ondrej Stopka memberikan analisis mendalam tentang karakteristik tanah pasir dalam konteks rekayasa fondasi. Temuan utama penelitian menunjukkan bahwa daya dukung tanah pasir sangat dipengaruhi oleh kelas tanah, lebar fondasi, dan kandungan butir halus.
Pasir bergradasi baik (S1/SW) dengan lebar fondasi 3 meter menunjukkan nilai daya dukung tertinggi hingga 800 kPa, sementara pasir lempungan (S5/SC) dengan lebar fondasi 0,5 meter menunjukkan nilai terendah 125 kPa. Penurunan signifikan dalam daya dukung terjadi dengan peningkatan kandungan butir halus, yang membagi tanah pasir menjadi tiga kelompok utama berdasarkan persentase butir halus (0-5%, 5-15%, dan 15-35%).
Penelitian ini menyediakan dasar yang kuat untuk pengambilan keputusan dalam rekayasa fondasi, terutama untuk bangunan kecil dan sederhana dalam kategori geoteknik 1. Dengan memahami karakteristik beragam tanah pasir, para insinyur dan perencana dapat mengoptimalkan desain fondasi, meningkatkan keamanan, dan mengurangi biaya konstruksi.
Sumber: Musílek, J., Hrubý, P., & Stopka, O. (2016). Diversity of Characteristics of Sandy Soils in Relation to Foundation Engineering. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 44, 022017.