BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Gambaran Umum Obyek Penelitian 2.1.1
Material Geosintetik Penggunaan material geosintetik pada proyek perbaikan tanah semakin
luas, material geosintetik yang telah teruji kekuatannya menjadi bagian yang penting dalam menyelesaikan masalah geoteknik yang sering terjadi. Material geosintetik terdiri dari banyak jenis dan bentuk tergantung dari aplikasi dan kegunaan dari material tersebut. Salah satu jenis material geosintetik yang digunakan pada penelitian ini adalah geotekstil. Lingkup penelitian ini yaitu mencari nilai friksi antara material geotekstil dengan material timbunan dan nilai friksi antara material timbunan dengan material timbunan (tanpa geotekstil). Hal ini dikarenakan perbedaan jenis material dan perilaku dari masing-masing material maka diperkirakan friksi yang terjadi antara geotekstil dengan material timbunan akan berbeda dengan friksi antara material timbunan dengan material timbunan. Pada proyek timbunan, penggunaan geotekstil sebagai lapisan perkuatan sangat erat hubungannya dengan perilaku gesekan yang terjadi antara geotekstil dengan material timbunan yang ada diatasnya. Parameter kuat geser sangat penting dalam hal ini untuk menentukan kekuatan material geotekstil terhadap gaya geser yang terjadi akibat material timbunan yang berada diatasnya. Besar
6
7 kekuatan geser antara kedua jenis material tersebut dapat dijadikan parameter yang cukup penting dalam menghitung stabilitas struktur suatu timbunan dan proyek geoteknik lainya.
Gambar 2.1 Geotekstil pada proyek timbunan (Sumber : Internet) 2.2
Landasan Teori 2.2.1
Geotekstil Geotekstil adalah suatu material geosintetik yang berbentuk seperti karpet
atau kain. Umumnya material geotekstil terbuat dari bahan polimer polyester (PET) atau polypropylene (PP). Geotekstil adalah material yang bersifat permeable (tidak kedap air) dan memiliki fungsi yang bervariasi diantaranya yaitu sebagai lapisan penyaring (filter), lapisan pemisah (separator), lapisan perkuatan (reinforcement), lapisan pelindung (protector), dan juga bisa digunakan dalam perencanaan drainase. Pada aplikasi dilapangan geotekstil telah banyak digunakan dalam proyek teknik sipil diantaranya yaitu pada proyek jalan, lapangan terbang, proyek timbunan, waduk, bendungan, dan masih banyak lagi.
8 Geotekstil secara garis besar dibedakan menjadi dua jenis yaitu geotekstil woven dan geotekstil nonwoven. Perbedaan dari kedua jenis material geotekstil ini adalah pada cara pembuatannya. Geotekstil woven dibuat dengan cara dianyam sedangkan geotekstil nonwoven proses pembuatannya tidak dengan cara dianyam sehingga tekstur dari geotekstil woven terlihat lebih teratur dibandingkan dengan geotekstil nonwoven.
Gambar 2.2 Geotekstil woven (Sumber : Internet)
Gambar 2.3 Geotekstil nonwoven (Sumber : Internet) Perbedaan jenis, dan bentuk menjadikan tiap-tiap jenis geotekstil memiliki kelebihan dan kekurangan, sehingga memiliki fungsi dan aplikasi yang berbeda sesuai dengan kelebihan dan kekurangan yang dimiliki. Umumnya
9 geotekstil woven digunakan sebagai bahan perkuatan tanah dasar, hal ini dikarenakan tekstur dari geotekstil woven yang teranyam rapi sehingga memiliki kuat tarik (tensile strength) yang lebih besar dibandingkan dengan geotekstil tipe nonwoven. 2.2.2
Aplikasi Geotekstil di Lapangan Geotekstil memiliki beberapa kegunaan diantaranya yaitu sebagai lapisan
penyaring (filter), lapisan pemisah (separator), lapisan perkuatan (reinforcement) dan lapisan pelindung (protector). Untuk fungsi sebagai lapisan penyaring, geotekstil adalah bahan yang bersifat permeable (tembus air). Sehingga air dapat tembus melalui material geotekstil namun partikel tanah tetap tertahan. Untuk fungsi
sebagai
lapisan
pemisah,
material
geotekstil
dapat
mencegah
tercampurnya lapisan material yang satu dengan yang lainnya sebagai contoh pada proyek pembangunan jalan diatas tanah dasar lunak misalnya tanah berlumpur, pada aplikasi ini geotekstil berfungsi sebagai pemisah agar tanah berlumpur tersebut tidak naik ke sistem perkerasan jalan yang dapat mengakibatkan rusaknya lapisan perkerasan jalan.
Gambar 2.4 Geotekstil sebagai lapisan pemisah (Sumber : Internet)
10 Untuk fungsinya sebagai lapisan perkuatan yang biasa digunakan pada proyek
timbunan
atau
perkuatan
lereng.
Material
geotekstil
bekerja
menggunakan metode membrane effect yang hanya mengandalkan tensile strength (kuat tarik) dari material itu sendiri. Adapun beberapa faktor yang harus diperhatikan ketika akan menggunakan material geotekstil sebagai lapisan perkuatan yaitu :
Jenis geotekstil yang akan digunakan
Kondisi lingkungan, perubahan cuaca, dan kondisi asam atau basa dapat mempengaruhi kekuatan dari geotekstil.
Material timbunan yang akan digunakan
Interaksi antara material timbunan dengan geotekstil
Beberapa aplikasi geotekstil di lapangan berdasarkan fungsinya yaitu : Sebagai lapisan pemisah :
Sebagai lapis pemisah antara tanah dasar dan lapisan batuan pada jalan yang beraspal atau pada proyek di lapangan udara.
Sebagai lapis pemisah antara tanah dasar dan lapisan batuan pada jalan yang tidak beraspal.
Sebagai pemisah antara tanah dasar dengan bebatuan pemberat (basal) pada jalan rel.
Sebagai lapisan pemisah yang biasa diletakkan di antara geomembran dan lapisan drainase pada tanah.
11
Sebagai lapisan pemisah yang diletakkan di antara lapisan aspal yang lama dengan lapisan aspal yang baru.
Sebagai lapisan pemisah yang diletakkan di bawah trotoar.
Sebagai lapisan perkuatan :
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan di atas tanah lunak pada proyek jalan.
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan di atas tanah lunak pada proyek lapangan udara.
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan di atas tanah lunak pada proyek jalan rel kereta api.
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan diatas tanah lunak pada proyek lapangan atletik dan olahraga.
Sebagai lapisan perkuatan pada proyek timbunan.
Sebagai lapisan perkuatan pada konstruksi lereng yang curam.
Sebagai lapisan perkuatan pada proyek bendungan.
Sebagai lapisan perkuatan yang berfungsi menahan tanah lunak pada konstruksi bendungan.
Sebagai lapisan penyaring :
Sebagai lapisan penyaring yang diletakkan di sekitar bebatuan yang mengelilingi saluran.
Sebagai lapisan penyaring yang diletakkan di bawah batuan pemberat (ballast) di bawah rel kereta api.
12
Sebagai lapisan penyaring yang diletakkan di dasar tempat pembuangan sampah akhir yang menyaring air lindi dari TPA tersebut.
Sebagai lapisan yang fleksibel untuk menahan pasir atau tanah pada sistem kontrol erosi.
Sebagai lapis pelindung :
Sebagai lapisan pelindung yang melindungi geomembran pada proyek TPA karena lapisan geomembran adalah lapisan kedap air yang mampu mencegah terkontaminasinya tanah dari air limbah sampah namun geomembran adalah lapisan yang rentan dan butuh perlindungan pada saat geomembran tersebut di pasang dan pada saat TPA tersebut beroperasi dan geotekstil berperan melindungi lapisan geomembran tersebut
Sebagai lapisan pelindung yang dapat melindungi tanah dari erosi.
Sebagai lapisan pelindung pada proyek jalan agar lapisan perkerasan jalan tidak terkontaminasi dengan lapisan tanah lunak dibawahnya yang dapat merusak sistem perkerasan jalan tersebut.
Struktur perkuatan tanah dengan material geotekstil membutuhkan pengetahuan mengenai perilaku gesekan (friction) antara tanah dengan geotekstil. Parameter kuat geser adalah parameter yang penting dalam menganalisa interaksi tanah dengan geotekstil.
13 Berdasarkan jenisnya, geotekstil dibagi menjadi beberapa jenis diantaranya yaitu:
Geotekstil woven monofilament
Geotekstil woven multifilament
Geotekstil woven slit-film
Geotekstil nonwoven continuous filament heat bonded
Geotekstil nonwoven continuous filament needle punched
Geotekstil nonwoven staple needle punched
Geotekstil nonwoven resin-bonded
Knitted
Material geotekstil yang digunakan pada penelitian ini adalah material geotekstil dengan jenis woven slit-film, gotekstil jenis nonwoven continous filament needle punched dan geotekstil komposit.
Gambar 2.5 Geotekstil woven slit-film
14
Gambar 2.6 Geotekstil nonwoven continous filament needle punched.
Gambar 2.7 Geotekstil komposit 2.2.3
Kelebihan dan Kekurangan Geotekstil woven Ada beberapa keuntungan dari material geotekstil woven yaitu:
Bentuknya teratur dan teranyam sehingga memiliki kuat tarik yang besar dibandingkan geotekstil nonwoven sehingga sangat cocok sebagai lapis perkuatan
Permeable (tembus air) sehingga bisa digunakan sebagai lapisan penyaring
15 Adapun beberapa kekurangannya yaitu:
Tidak tahan terhadap sinar matahari, hal ini dikarenakan sinar matahari mengandung sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan degradasi yang cepat.
2.2.4
Rentan terhadap tusukan benda tajam
Kelebihan dan kekurangan Geotekstil Nonwoven Ada beberapa kelebihan geotekstil nonwoven yaitu:
Memiliki permeabilitas yang cukup besar, sehingga cocok untuk aplikasi pada tanah dasar yang banyak mengandung sisa-sisa tanaman.
Memiliki sifat properti hidrolis yang lebih bagus sehingga bisa sekaligus berfungsi sebagai lapisan penyaring yang hanya melarutkan air tanpa membawa partikel tanah.
Ketahanan terhadap tusukan benda tajam lebih baik dibandingkan dengan geotekstil woven.
Adapun beberapa kekurangan diantaranya yaitu:
Memiliki nilai kuat tarik yang lebih kecil dibandingkan dengan geotekstil woven sehingga kurang baik bila digunakan
untuk
stabilisasi tanah dasar. 2.2.5
Kelebihan dan kekurangan Geotekstil Komposit Geotekstil
komposit
merupakan
geotekstil
yang dibuat
dengan
menggabungkan fungsi geotekstil woven dan nonwoven sehingga memiliki beberapa kelebihan diantaranya yaitu :
16
Geotekstil komposit memiliki kuat tarik yang besar
Geotekstil komposit memiliki ketahanan terhadap tusukan benda tajam yang lebih baik
Gotekstil komposit memiliki permeabilitas yang besar
Adapun kekurangan dari geotekstil komposit yaitu:
Karena geotekstil komposit merupakan gabungan dari fungsi geotekstil woven dan nonwoven maka harga dari geotekstil komposit lebih mahal dibandingkan geotekstil woven dan nonwoven.
2.2.6
Uji Kuat Geser Langsung Uji kuat geser langsung merupakan uji kuat geser dalam bentuk yang
paling sederhana untuk suatu susunan uji kuat geser. Alat uji kuat geser langsung terdiri dari sebuah kotak logam berisi sampel tanah yang akan di uji. Sampel tanah tersebut dapat berbentuk penampang bujur sangkar atau lingkaran. Gaya normal pada sampel tanah didapat dengan menaruh beban mati di atas sampel tanah tersebut. Gaya geser diberikan dengan mendorong sisi kotak sebelah atas sampai terjadi keruntuhan geser pada tanah.
Gambar 2.8 Kotak Geser alat Direct shear
17 Ada dua macam cara pengujian geser dengan alat kuat geser langsung. Pertama yaitu dengan cara tegangan geser terkendali (stress-controlled) dimana penambahan gaya geser dibuat konstan dan diatur. Kedua yaitu dengan cara regangan terkendali (strain-controlled), dimana kecepatan geser uji yang diatur. Pada uji tegangan terkendali (stress-controlled), tegangan geser diberikan dengan menambahkan beban mati secara bertahan, dan dengan penambahan beban mati yang sama besar setiap kali sampai runtuh. Keruntuhan akan terjadi sepanjang bidang geser. Setelah kita melakukan penambahan beban, maka pergerakan geser pada shear box bagian atas diukur dengan penambahan arloji ukur (dial gauge) horizontal. Perubahan tebal sampel (tanah dengan sedemikian juga merupakan perubahan volume sampel tanah tersebut) selama pengujian dapat diukur dengan menggunakan sebuah arloji ukur (dial gauge) yang lain yang mengukur perubahan gerak arah vertikal dari pelat beban. Pada uji regangan terkendali (strain-controlled), suatu kecepatan gerak mendatar tertentu dilakukan pada bagian atas dari pergerakan geser horizontal tersebut dapat diukur dengan bantuan sebuah dial gauge horizontal. Besarnya gaya hambatan gaya hambatan dari tanah yang bergeser dapat diukur dengan dial yang berada di tengan proving ring. Kelebihan pengujian dengan cara regangan terkendali adalah pada pasir padat, tahanan geser puncak (yaitu pada saat tahanan runtuh) dan tahanan geser maksimum yang lebih kecil (yaitu pada titik setelah keruntuhan terjadi) dapat diamati dan dicatat, sedangkan pada uji tegangan terkendali hanya tahanan geser puncak saja yang dapat diamati. Tahanan geser puncak pada uji tegangan terkendali besarnya hanya dapat diperkirakan saja. Hal ini disebabkan karena keruntuhan terjadi hanya pada tingkat tegangan geser
18 sekitar puncak antara penambahan beban sebelum runtuh sampai sesudah runtuh. Namun
demikian
uji
tegangan
terkendali
lebih
menyerupai
keadaan
sesungguhnya keruntuhan dilapangan daripada uji regangan terkendali. Pada penelitian ini, untuk uji kuat geser antara material timbunan dan geotekstil diletakan ditempat terjadinya gesekan yaitu diantara shear box rangka atas dan bawah. Gaya normal
Batu porous Shear box atas
Sampel tanah
Geotekstil
Gaya geser
Shear box bawah
Batu porous
Gambar 2.9 Posisi Geotekstil 2.2.7
Kuat Geser Tanah Kuat geser tanah adalah kemampuan dari tanah dalam menahan tegangan
geser yang terjadi pada kondisi tanah tersebut terbebani. Keruntuhan geser tanah (shear failure) bukan disebabkan karena hancurnya butir-butir tanah tersebut tetapi karena adanya pergerakan pada butir-butir tanah tersebut. Kekuatan geser yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan oleh:
Untuk tanah kohesif misalnya pada tanah lempung, kekuatan geser yang
dimiliki tanah tersebut disebebkan adanya daya lekat antar
butiran tanah tersebut yang dinamakan kohesi ( c ).
19
Untuk tanah non kohesif misalnya pada pasir, maka kekuatan geser tanah tersebut disebabkan adanya gesekan antara butiran-butiran pasir yang besar nilainya dinyatakan dalam sudut gesek (υ).
Pada tanah yang merupakan campuran tanah halus dan kasar, kekuatan tanah disebabkan adanya kohesi (c) dan adanya gesekan antara butiran tanah (υ).
2.2.8
Interaksi antara Geotekstil dengan Material Timbunan Interaksi antara material geotekstil dengan material timbunan tidak
terlepas dari perilaku interface yang terjadi antara kedua material tersebut. Parameter kuat geser interface adalah parameter yang penting dalam melakukan analisa timbunan yang diperkuat oleh lapisan geotekstil. Korelasi antara tegangan geser (τ) dengan tegangan normal (σ) pada percobaan kuat geser antara material timbunan dengan geotekstil yaitu dengan menggunakan kriteria keruntuhan Mohr-Coloumb yang dijelaskan dengan grafik dibawah ini:
Tegangan Geser
τ
φ
C
σ σ3
Tegangan Normal
σ1
Gambar 2.10 Grafik Kriteria Keruntuhan Mohr-Coloumb
20 Hubungan linear antara tegangan normal dengan tegangan geser dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut : τ = c + σ tan υ
(2.1)
dimana : τ = tegangan geser (kg/cm2) c = kohesi (kg/cm2) σ = tegangan tekan (kg/cm2) υ = sudut geser (o) Tegangan geser menyatakan besar tahanan maksimum suatu material terhadap gaya geser yang diberikan dimana material tersebut berada dalam kondisi dibebani dengan berat tertentu. Pada tes kuat geser langsung, tegangan geser didapat dengan cara membagi besar gaya geser maksimum dengan luas penampang sampel. Untuk tegangan normal, besar nilai tegangan normal dicari dengan cara membagi besar beban yang diberikan pada sampel dengan luas penampang sampel.
Tegangan Geser (𝜏) =
Gaya Geser Luas Penampang
Tegangan Normal σ =
Gaya Normal (Beban) Luas Penampang
Setelah nilai tegangan normal dan tegangan geser didapat, kemudian membuat grafik hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser. Untuk material tanah, grafik yang dihasilkan akan memiliki nilai kohesi yang lebih
21 besar dibandingkan material pasir atau agregat kasar. Setelah grafik hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser dibuat, maka dapat ditarik garis linier yang merupakan hasil kombinasi antara tegangan normal dan tegangan geser. Setelah itu didapat persamaan dan dari persamaan tersebut dapat dicari parameter kohesi (c) dan sudut geser (υ). Garis keruntuhan (failure envelope) adalah garis lurus yang menunjukan hubungan linear antara tegangan normal dan tegangan geser. Pengertian dari garis keruntuhan tersebut ialah bila suatu masa tanah
mengalami tegangan
normal dan tegangan geser yang besarnya tegangan-tegangan tersebut berada dibawah garis keruntuhan, maka keruntuhan geser tidak akan terjadi. Namun bila suatu masa tanah mengalami tegangan normal dan tegangan geser yang besarnya tegangan-tegangan tersebut tepat berada pada garis keruntuhan, maka keruntuhan geser akan terjadi pada bidang tersebut. Kombinasi tegangan normal dengan tegangan geser tidak mungkin terjadi di luar garis keruntuhan, karena keruntuhan geser sudah pasti terjadi sebelumnya. Aplikasi dari parameter kuat geser banyak kegunaanya, parameter kuat geser seperti kohesi (c) dan sudut geser (υ) umunya digunakan untuk mendesain struktur seperti dinding penahan tanah, pada analisa stabilitas lereng, pada analisa stabilitas tanah seperti daya dukung tanah, dan salah satunya yaitu pada saat mendesain dengan program plaxis. Program plaxis adalah salah satu program elemen hingga yang memperhitungkan pengaruh variasi nilai parameter kuat geser interface. Salah satunya yaitu pada program plaxis dengan metoda phi-c reduction yang dapat digunakan untuk menghitung faktor keamanan
22 dengan mereduksi parameter kohesi (c) dan sudut geser (υ) secara berturut-turut sampai keruntuhan pada struktur tanah terjadi. Parameter interface adalah suatu parameter yang menyatakan bahwa adanya gesekan antara dua buah permukaan struktur yang mengalami kontak satu sama lain dan besar gesekan yang terjadi dinyatakan dalam kuat geser dengan (c) dan (υ) sebagai faktor yang mempengaruhi besar kekuatan geser tersebut. 2.2.9
Kekuatan Antarmuka (Rinter) Rinter adalah suatu parameter didefinisikan sebagai suatu faktor reduksi
kekuatan pada elemen interface (elemen antarmuka), Rinter adalah faktor reduksi kekuatan tanah akibat adanya gesekan antara tanah dengan material lain. Faktor ini menghubungkan kekuatan interface (adhesi dan friksi) dengan kekuatan tanah (sudut geser dan kohesi). Pada program plaxis, Rinter tidak dimasukkan langsung sebagai suatu sifat elemen interface, tetapi didefinisikan bersama dengan parameter kuat geser tanah dalam kumpulan data material untuk tanah dan interface. Pada program plaxis, pemodelan elastis-plastis digunakan untuk mendeskripsikan perilaku interface pada pemodelan interaksi tanah dan struktur. Kriteria dari coloumb digunakan untuk membedakan antara perilaku elastis dimana perpindahan yang kecil dapat terjadi pada elemen interface dan perilaku plastis dimana perpindahan permanen dapat terjadi. Agar interface tetap elastis maka tegangan geser (τ) harus memenuhi syarat sebagai berikut: τ < σn . tan φi + ci
(2.2)
23 dan untuk perilaku plastis maka tegangan geser (τ) harus : τ = σn . tan φi + ci
(2.3)
dimana φI dan ci adalah sudut geser dan kohesi (adhesi) dari interface. Sifat kekuatan dari interface selalu berhubungan dengan sifat-sifat kekuatan dari lapisan tanah. Setiap kumpulan data material tanah memiliki faktor reduksi kekuatan interface (R
inter
). Sifat-sifat dari interface akan dihitung berdasarkan
sifat-sifat kumpulan data tanah uang bersangkutan serta faktor reduksi kekuatan dengan menerapkan aturan-aturan berikut: ci = R inter + ctanah
(2.4)
tan φi = Rinter . tan φtanah ≤ tan φtanah
(2.5)
ψi = 0o untuk Rinter < 1, selain itu ψi = ψtanah
(2.6)
ψ = sudut dilatansi Selain kriteria tegangan geser dari coloumb, kriteria batas tegangan tarik seperti dijelaskan diatas juga berlaku pada interface (jika tidak di nonaktifkan): σn = σt,i = Rinter + σt tanah
(2.7)
kekuatan dari antar muka dapat diatur dengan menggunakan pilihan-pilihan sebagai berikut :
Kaku Pilihan ini digunakan jika suatu interface tidak mempengaruhi kekuatan dari tanah disekitarnya. Contohnya interface yang diperpanjang di
24 sekitar sudut suatu obyek struktural, interface tersebut tidak ditujukan untuk interaksi tanah-struktur dan seharusnya tidak mereduksi kekuatan. Interface seperti ini harus diatur pada kondisi kaku (yaitu dengan nilai Rinter = 1). Sebagai hasilnya sifat-sifat dari interface, termasuk sudut dilatansi ψi akan menjadi sama dengan sifat-sifat dari kumpulan data material, kecuali untuk nilai angka poisson vi.
Manual Apabila kekuatan dari interface diatur ke manual, maka nilai Rinter dapat dimasukkan secara manual. Umumnya pada interaksi tanah-struktur yang sesungguhnya. Interface lebih lemah dan lebih fleksibel dibandingkan dengan lapisan tanah yang bersangkutan, yang berarti bahwa nilai R inter yang sesuai untuk kasus interaksi antara berbagai jenis tanah dengan struktur dapat ditemukan dalam berbagai literatur. Jika tidak tersedia informasi apapun, dapat diambil asumsi Rinter sebesar 2/3. Nilai Rinter yang lebih besar dari 1 umumnya tidak digunakan.
Gambar 2.11 Kotak dialog untuk memasukan parameter interface
25 Saat interface bersifat elastis, maka baik gelinciran (gerakan relative sejajar dengan interface) maupun celah (perpindahan relatif pada arah tegak lurus terhadap interface) dapat terjadi. Besarnya perpindahan-perpindahan tersebut adalah:
Celah elastis =
𝜎 𝐾𝑁
𝜎×𝑡 𝑖
=𝐸
Gelinciran elastis =
𝜏 𝐾𝑆
(2.8)
𝑜𝑒𝑑 ,𝑖
=
𝜏×𝑡 𝑖 𝐺𝑖
dimana Gi adalah modulus geser dari interface dan Eoed,i
(2.9)
adalah modulus
kompresi satu dimensi dari interface dan ti adalah ketebalan virtual (virtual thickness) dari interface, yang dihasilkan pada proses pembuatan interface dalam model geometri.
