Bab 3 METODOLOGI
3.1.
Teknik Pengumpulan Data Terdapat berbagai teknik untuk mengumpulkan data tanah seperti melalui
penyelidikan tanah di lapangan dan pengujian tanah di laboratorium. Untuk memperoleh data dalam penelitian ini tidak dilakukan penyelidikan lapangan dan pengujian laboratorium karena keterbatasan waktu. Oleh karena itu pengumpulan data dilakukan dengan mengambil data-data yang umum ditemukan di Indonesia dan melakukan korelasi beberapa parameter. Data-data yang digunakan dalam penelitian ini disarikan dalam sub bab 4.1.
3.1.1. Penyelidikan Tanah di Lapangan Penyelidikan tanah di lapangan yang umum dilakukan adalah uji sondir dan pengeboran untuk mendapatkan contoh tanah yang disertai dengan pengujian SPT (Standard Penetration Test) Uji sondir atau Cone Penetration Test (CPT) adalah uji sederhana yang lebih banyak digunakan pada tanah lempung lunak dan pasir halus sampai pasir setengah kasar. Pengujian ini jarang diterapkan pada tanah berkerikil dan lempung kaku/keras karena akan sulit ditembusi. Pengujian ini dilakukan dengan mendorong kerucut baku ke dalam tanah dengan kecepatan 10 sampai 20 mm/detik. Nilai tahanan kerucut statis atau tahanan konus (qc) yang diperoleh dari pengujian dapat dikorelasikan secara langsung dengan kapasitas dukung tanah dan penurunan pada pondasi dangkal atau pondasi tiang.
51
52 Standard Penetration Test (SPT, dalam Bahasa Indonesia Uji Penetrasi Standar) merupakan percobaan yang paling sering digunakan untuk menentukan kondisi-kondisi lapangan. Pada pengujian ini sifat-sifat tanah ditentukan dari pengukuran kerapatan relatif secara langsung di lapangan. SPT dilakukan dengan cara memukul suatu tabung belah standar ke dalam lubang bor pada lapisan tanah yang akan diuji. SPT menghasilkan nilai N-SPT yang diukur dari jumlah pukulan (Nmeasured). Untuk menentukan kapasitas dukung izin dari hasil uji SPT diperlukan estimasi kasar nilai lebar pondasi dari pondasi terbesar pada bangunan. 3.1.2. Pengujian Tanah di Laboratorium Pengujian tanah di laboratorium umumnya dilakukan untuk memperoleh properti tanah yang lebih akurat. Percobaan-percobaan standar yang sering dilakukan disarikan dalam tabel 3.1. Tabel 3.1. Pengujian Tanah Laboratorium Secara Umum PROCEDURE
TEST NAME Visual and Manual Description and
Classification
Identification of Soils Classification of Soils according to USCS (3)
Index Parameters
Particle-Size Analysis (with sieves)
STANDARD
APPLICABILITY
ASTM (1)
AASHTO (2)
D2488-00
-
All Soils
D2487-00
M145
All Soils
D422-63 (1998)
T88
Granular Soils Fine-grained and
Soil Fraction Finer Than No. 200 Sieve (75 μm)
D140-00
T11
Granular Materials Boundary
Moisture Content
D2216-98
T265
All Soils
53
Atterberg Limits
D4318-00
T89, T90
Organic Contents
D2974-00
T194
Specific Gravity of Soil Solids
D854-00
T100
D2166-00
T208
Unconfined Compressive Strength (UC) Unconsolidated-Undrained Triaxial Compression (UU)
D2850-95 (1999)
T296
Fine-grained soils Fine-grained soils All Soils Fine-grained soils Fine-grained soils
Strength Consolidated-Undrained Triaxial Compression (CU) Direct Shear (Consolidated) Hydraulic Conductivity
Permeability (Constant Head)
D4767-95
T234
D3080-98
T236
D2434-68 (2000)
One-Dimensional Consolidation
D2435-96
One-Dimensional Consolidation
D4186-89 e 1
T215
T216
Fine-grained soils Sands and Finegrained soils Granular Soils Fine-grained soils
Compressibility (Controlled-Strain Loading) Frost Heave and Thaw Weakening Susceptibility Other
Collapse Potential
Swelling Potential
(1998) D5918-96 (2001) D5333-92 (1996) D4546-96
-
Fine-grained soils
-
Silts
-
Loess, silt
T258
Fine-grained soils
(Sumber : Lazarte, 2003)
Catatan :
(1)
Standar ASTM tersendiri dapat ditemukan dalam ASTM (2002)
(2)
Standar AASTHO tersendiri dapat ditemukan dalam AASTHO (1992)
(3)
USCS (Unified Soil Classification System)
54 3.1.3. Korelasi Antar Parameter Seringkali parameter tanah yang diinginkan tidak dapat diperoleh secara langsung dari hasil penyelidikan tanah lapangan dan pengujian laboratorium. Oleh karena itu diperlukan suatu korelasi empiris terhadap parameter tanah lain atau hasil penyelidikan tanah lapangan. Berikut adalah beberapa korelasi empiris yang dapat digunakan untuk memperoleh data sekunder dalam penulisan laporan penelitian ini. -
Korelasi antara parameter kekakuan (E) dengan parameter kuat geser tanah. Ada beberapa korelasi empiris yang disarankan oleh para ahli, antara lain:
•
Untuk lempung terkonsolidasi secara normal (NC Clay) Menurut Termaat, Vermeer dan Vergeer (1985), nilai Eu50 bervariasi antara
1500cu – 150cu atau dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. Eu
50
≈
15000cu IP%
(3.1)
Gambar 3.1. Korelasi antara Parameter cu, IP, dan E (Sumber : Termaat, Vermeer & Vergeer, 1985)
55 •
Untuk lempung terkonsolidasi berlebih (OC Clay) Menurut Duncan dan Buchignani (1976), hubungan antara Eu dan cu
tergantung dari nilai indeks plastisitas tanah; Untuk nilai Over Consolidated Ratio (OCR) lebih kecil dari dua berlaku: *
IP = 30% →
Eu/cu = 600
*
IP = 50% →
Eu/cu = 300
Gambar 3.2. Korelasi antara Parameter cu dan E (Sumber : Duncan dan Buchignani, 1976)
•
Berdasarkan hasil uji triaksial Eu
50
=
2c u failure strain
(3.2)
56
Gambar 3.3. Penentuan Nilai E dari Hasil Percobaan Triaksial (Sumber : Brinkgreeve & Vermeer, 1998)
-
Korelasi antara poisson ratio (υ) dan Indeks Plastisitas (IP) Menurut Wroth (1975) nilai dari poisson ratio untuk tanah yang
terkonsolidasi normal atau sedikit terkonsolidasi lebih dapat dicari dari grafik berikut.
Gambar 3.4. Hubungan antara Indeks Plastisitas dan υ (Sumber : Wroth, 1975)
57 Parameter-parameter tersebut di atas umumnya diperuntukkan kondisi undrained sedangkan untuk memperoleh parameter yang sesuai untuk kondisi drained dapat dilakukan uji coba laboratorium atau korelasi-korelasi empiris. Percobaan laboratorium untuk mendapatkan parameter drained secara langsung membutuhkan waktu yang lama dan biaya yang besar sehingga percobaan tersebut jarang dilakukan. Oleh karena itu, untuk mendapatkan parameter drained dilakukan korelasi empiris berdasarkan parameter undrained yang tersedia. Beberapa korelasi yang digunakan untuk mendapatkan parameter yang akan digunakan dalam penulisan laporan penelitian ini adalah sebagai berikut. E ' = 0,6 × Eu c' ≈ 0
3.2.
Metodologi Penelitian Penelitian dimulai dengan mengolah data tanah dasar, data tanah pengganti, jenis
pembebanan pada tanah, besar beban kerja pada tanah, geotekstil yang digunakan dan parameter-parameter terkait daya dukung pada tanah lempung dengan pembebanan berupa pondasi dangkal. Dalam penelitian ini digunakan program Plaxis untuk membantu perhitungan daya dukung ultimit. Output program Plaxis adalah berupa nilai faktor keamanan. Cara mengkorelasinya dengan nilai daya dukung ultimit adalah dengan mengalikan besar beban bekerja dengan nilai faktor keamanan tersebut. Penelitian ini dilakukan dengan melakukan perhitungan daya dukung pondasi dangkal baik secara manual maupun dengan bantuan program Plaxis untuk kondisi sebagai berikut.
58 1.
Pondasi menerus beton bertulang dengan lebar 2 meter dan tinggi 50 cm diletakkan di atas permukaan tanah dasar dan di atas pondasi bekerja beban terpusat sebesar 10 kN. Persamaan-persamaan yang akan digunakan dalam penelitian ini antara lain:
2.
-
qu = cN c + p 0 N q + 0,5γBN γ
-
SF =
qu q
Kondisi seperti kondisi pertama dengan adanya pemasangan geotekstil pada kedalaman tertentu yang disertai penggantian tanah dasar dengan tanah pengganti.
Setelah diperoleh hasil dari perhitungan manual maupun dengan bantuan program Plaxis kemudian dilakukan analisa lebih lanjut untuk melihat kontribusi dari geotekstil terhadap kenaikan daya dukung yang disajikan berupa perubahan nilai faktor keamanan daya dukung tanah.
59 MULAI
IDENTIFIKASI MASALAH
PENGUMPULAN DATA
PENGOLAHAN DATA
DATA TANAH DASAR, DATA TANAH PENGGANTI, DATA BEBAN, DATA GEOTEKSTIL,
PERHITUNGAN DAYA DUKUNG
OUTPUT DATA
ANALISA HASIL PERHITUNGAN
PENYIMPULAN
KESIMPULAN
SELESAI
Gambar 3.5. Bagan Alir Penelitian Secara Umum
60 Perhitungan menggunakan program Plaxis akan dijelaskan melalui langkahlangkah berikut. 1.
Untuk melakukan input data baru pada program Plaxis dapat dilakukan dengan memilih option New Project pada menu Create/Open Project.
Gambar 3.6. Menu Create/Open Project
2.
Langkah selanjutnya adalah menentukan General Setting antara lain nama proyek, standar satuan ukuran yang digunakan, dimensi layar kerja dan jarak antar grid untuk membuat gambar geometri. Setelah menentukan
setting tersebut, pilih OK.
61
(a)
(b) Gambar 3.7. Menu General Settings (a) Project (b) Dimensions
62 3.
Setelah itu akan muncul sebuah layar kerja dengan geometri grid. Pada bagian toolbar terdapat ikon-ikon yang mungkin dibutuhkan saat membuat gambar sesuai perencanaan.
Gambar 3.8. Layar Kerja Program Plaxis Versi 8.2.
4.
Untuk menggambar di layar kerja, pilih ikon Geometry Line
kemudian
mulai menggambar sesuai gambar rencana. Cara lain untuk menggambar adalah dengan memasukkan koordinat titik-titik yang digunakan untuk membuat gambar rencana. Angka koordinat x dan y dipisahkan oleh tanda titik koma (;). Setelah gambar geometri tanah selesai dibuat, dapat
63 ditambahkan beban pelat dan beban terpusat. Geotekstil juga digambar pada bagian yang direncanakan.
Gambar 3.9. Input Geometri
5.
Karena diasumsikan bahwa tanah tidak mengalami pergerakan ke arah kiri, kanan dan dasar maka diberikan batas berupa Standar Fixities.
Gambar 3.10. Model yang Telah Diberi Standard Fixities
64
6.
Untuk mendefinisi material tanah, geotekstil, beban pelat maka dipilih ikon
Material Set
. Setelah itu akan muncul sebuah window baru dengan
pilihan pendefinisian parameter tanah, pelat dan geotekstil.
Gambar 3.11. Menu Material Sets Untuk pendefinisian parameter tanah, set type dipilih Soil & Interfaces. Kemudian pilih New sehingga akan muncul window baru yang berisi pilihan parameter tanah.
65
(a)
(b)
66
(c) Gambar 3.12. Menu Setting Paramater Soil & Interface –Tanah Dasar maupun Tanah Pengganti Untuk Pilihan Material Model Mohr-Coulomb (a) Untuk General (b) Untuk Parameters (c) Untuk Interfaces Untuk set type Soil & Interfaces dibuat dua jenis tanah yaitu tanah dasar dengan variasi perubahan nilai sudut geser dalam dan nilai kohesi dan tanah pengganti yang telah ditetapkan parameternya. Nilai stiffness E pada tanah dasar diambil sebesar 600 kali nilai kohesi. Drag tanah dasar pada model geometri sehingga model geometri terdefinisikan. Pendefinisian beban pelat dilakukan dengan memilih set type Plates kemudian pilih New. Properti pondasi dapat diisi pada bagiannya lalu klik OK.
67
Gambar 3.13. Menu Setting Plates Properties – Pondasi
Drag
pula
bagian
pondasi
ke
model
geometri
pondasi
untuk
mendefinisikannya. Apabila telah terdefinisi, bagian pelat pada model geometri akan berubah warna sebentar. Pendefinisian geotekstil dilakukan dengan memilih Set Type Geogrids lalu pilih New. Nilai kuat tarik batas yang digunakan akan dicoba untuk nilai 30 kN/m, 40 kN/m, dan 60 kN/m. Untuk mendapatkan nilai EA, nilai kuat tarik batas harus dibagi dengan faktor keamanan geotekstil yang umum yaitu 3 dan elongasi geotekstil dimana geotekstil mulai bekerja (diambil 5%). Setelah meng-klik OK, drag ke model geometri bagian geotekstil.
68
Gambar 3.14. Menu Setting Geogrid Properties - Geotekstil
7.
Setelah mendefinisi parameter tanah, properti pondasi dan properti geotekstil maka langkah selanjutnya adalah Generate Mesh yang dilakukan dengan mengklik ikon
. Setelah itu akan muncul window baru yang
menunjukkan bahwa model geometri telah di-generate. Kemudian pilih
Update. Window baru tersebut akan hilang dan kembali ke layar window model geometri yang pertama.
69
Gambar 3.15. Generated Mesh View
8.
Pilih Initial Condition sehingga akan muncul window baru yang meminta nilai berat jenis air yang digunakan. Pada penelitian ini, berat jenis air adalah 10 kN/m3.
Gambar 3.16. Menu Penentuan Berat Jenis Air
70 9.
Setelah itu ditentukan batas muka air tanah dengan memilih ikon Phreatic
Level. Kemudian tempatkan batas muka air tanah pada permukaan tanah.
Gambar 3.17. Tampilan Initial Condition Setelah itu tekanan air diperhitungkan dengan men-generate water
presurres. Untuk melakukan generation water pressure, dipilih generate by phreatic level.
71
Gambar 3.18. Pilihan Water Pressure Generation
Setelah itu akan muncul output akibat perhitungan tekanan air kemudian di-
update.
Gambar 3.19. Pore Pressure View
72 10. Setelah itu, ganti initial pore pressure yang aktif ke initial stress.
ke 11. Langkah selanjutnya adalah men-generate initial stress dengan mengklik ikonnya. Akan muncul sebuah window baru, klik OK.
Gambar 3.20. KO-Procedure
Setelah di-generate, akan muncul output akibat perhitungan initial stress kemudian di-update.
73
Gambar 3.21. Initial Soil Stresses View
12. Setelah itu pilih Calculate. Dengan memilih calculate, program Plaxis akan keluar dari bagian input dan memasuki tahap calculation. Tahap ini dimulai dengan suatu window yang berisi fase-fase yang akan dihitung oleh program Plaxis.
74
Gambar 3.22. Tampilan Program Plaxis Calculation
13. Fase yang akan diinput antara lain: Tabel 3.2. Fase-fase yang akan dihitung dengan program Plaxis Calculation Phase
Start
Number
from
Initial Phase
0
0
N/A
Pondasi 1
1
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
2
1
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
3
2
Geotekstil 1
4
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
5
4
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
6
5
Pondasi 2
7
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
8
7
Plastic
Total Multipliers
Identification
Calculation
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Loading input N/A
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
75 Phi/c
Safety Factor
9
8
Geotekstil 2
10
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
11
10
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
12
11
Pondasi 3
13
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
14
13
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
15
14
Geotekstil 3
16
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
17
16
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
18
17
Pondasi 4
19
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
20
19
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
21
20
Geotekstil 4
22
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
23
22
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
24
23
Pondasi 5
25
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
26
25
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
27
26
Geotekstil 5
28
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
29
28
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
30
29
Pondasi 6
31
0
reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction Plastic
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers Staged Construstion
76 Point Load
32
31
Plastic
Safety Factor
33
32
Geotekstil 6
34
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
35
34
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
36
35
Pondasi 7
37
0
Plastic
Staged Construstion
Point Load
38
37
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
39
38
Geotekstil 7
40
0
Plastic
Staged Construction
Point Load
41
40
Plastic
Total Multipliers
Safety Factor
42
41
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Phi/c reduction
Total Multipliers Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
Incremental Multipliers
14. Setelah memasukkan fase-fase dan memastikan bahwa tanda di depan fase tersebut adalah tanda panah, pilih nodal yang akan ditinjau dengan mengklik ikon
kemudian akan keluar window sebagai berikut.
77
Gambar 3.23. Nodal Selection Window
15. Setelah diupdate, tampilan akan kembali ke Plaxis Calculation, kemudian pilih Calculate
16. Setelah proses calculation selesai, akan keluar nilai safety factor di bagian
Multiplier yaitu di bagian ∑ Msf sedangkan untuk melihat extreme displacement dapat dilihat dengan memilih fase point load kemudian memilih Output. Dengan memilih Output, akan keluar window yang menunjukkan besarnya extreme displacement sebagai berikut.
78
Gambar 3.24. Output Program Plaxis Berupa Extreme Displacement
Secara sederhana langkah-langkah pada program Plaxis tersebut dapat digambarkan dengan bagan alir berikut.
79 MULAI
INPUT GEOMETRI
INPUT DATA: - TANAH DASAR - TANAH PENGGANTI - PONDASI - GEOTEKSTIL PLAXIS INPUT
INITIAL CONDITION
GENERATE - TEKANAN AIR - MUKA AIR TANAH - TEKANAN AWAL TANAH
PENENTUAN FASE-FASE, PARAMETER, MULTIPLIER
PENENTUAN NODAL PLAXIS CALCULATION PROSES KALKULASI
TIDAK OK
SAFETY FACTOR
OK
PLAXIS OUTPUT
OUTPUT (FASE POINT LOAD) EXTREME DISPLACEMENT
SELESAI
Gambar 3.25. Bagan Alir Program Plaxis
80 Pilihan Phi/c Reduction untuk menghitung Faktor keamanan pada program Plaxis hanya akan tersedia untuk perhitungan kondisi plastik dengan memilihnya pada
Calculation Type. Pada pendekatan Phi/c reduction, parameter kuat geser tanah φ dan c dikurangi secara bertahap sampai terjadi keruntuhan. Kekuatan interface juga dikurangi dengan cara yang sama. Faktor keamanan pada program Plaxis didefinisikan sebagai:
SF =
available strength strength at failure
= nilai ∑ Msf saat runtuh
(3.3)
dimana ∑ Msf didefinisikan sebagai nilai parameter kuat geser tanah pada setiap tahapan analisis atau:
∑ Msf =
tan φinput tan φ reduced
=
cinput c reduced
(3.4)
Faktor keamanan untuk penggunaan model tanah Mohr-Coulomb didefinisikan sebagai berikut. SF =
c + σ n tan φ c r + σ n tan φ r
dengan:
c, φ
= parameter kuat geser tanah
σn
= tegangan normal
cr, φr
= parameter kuat geser yang tereduksi
(3.5)
