56 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Dalam penelitian perlu diadakan alur kegiatan yang diharapkan dapat membantu dalam pelaksanaan penelitian tersebut. Adapun langkah penelitian adalah: Start Identifikasi masalah
Analisa faktor keamanan ya tidak Solusi dengan Perkuatan tanah
Geosintetik
Cerucuk Bambu
Corduroy ( Rakit Bambu )
Analisa dengan Program Plaxis
tidak Faktor keamanan kuat ya Analisa Efektifitas Perkuatan End
Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian
57 Langkah-langkah dalam metodologi program Plaxis, digambarkan dalam diagram alir berikut: Start
Input data - Data tanah - Data bambu/ Geosinetik
Proses data - Generated mesh - Air pori - Tegangan awal
Stage construction
Perhitungan faktor keamanan
FK yang memenuhi persyaratan
tidak
ya Output hasil
End
Gambar 3.2 Flowchart program Plaxis
58
3.1. Pendekatan Penelitian Dalam Perkuatan tanah, perlu diketahui metode yang digunakan untuk mendapatkan parameter tanah dan memilih parameter yang digunakan untuk disain. 3.1.1
Klasifikasi Tanah dan Indeks Properties Pada kebanyakan proyek, properti tanah dasar ditentukan melalui
penyelidikan tanah dan pengujian laboratorium: 2.
Klasifikasi tanah (semua tanah),
3.
Analisis ayakan (tanah tanpa kohesi),
4.
Kandungan halus (yang dicampur dengan butiran halus dan tanah berbutir kasar),
5.
Natural moisture (kebanyakan pada tanah berbutir halus),
6.
Batas Atterberg (tanah berbutir halus),
7.
Kandungan organik.
3.1.2
Satuan Unit Berat Tanah Satuan unit berat tanah merupakan parameter yang penting menganalisa
karena kekuatan ketidakstabilan secara langsung dipengaruhi unit berat. Unit berat pada tanah berbiji-biji dan beberapa tanah berbutir halus dapat diperkirakan dari uraian tanah dalam hubungan dengan uraian dari kepadatan relatif (Dr) (Gambar 3.3) atau korelasi lain (Kulhawy dan Maine, 1990). Dalam Gambar 3.4, γd/γw adalah perbandingan unit berat kering tanah dengan unit berat air. Untuk tanah jenuh, kandungan air di tempat (wn) harus disatukan untuk perhitungan unit berat jenuh (γsat) [γsat = γd ( 1 + wn )]. Unit berat tanah tanpa kohesi dapat diperkirakan dari korelasi dengan nilai N-SPT. Pengujian langsung di
59 laboratorium untuk tanah berbiji-biji tidaklah mudah dilaksanakan karena kepadatan tanah tempat asal tidaklah mudah direproduksi laboratorium dalam kaitan terjadi gangguan pada sampel. Unit berat dari tanah berbutir halus mungkin dapat ditentukan di laboratorium dari contoh tanah tak terganggu (dari thin-walled Shelby tubes).
\
Gambar 3.3 Korelasi dari sudut pergeseran efektif sebagai fungsi klasifikasi tanah, kepadatan relatif dan unit berat. (Sumber dimodifikasi setelah U.S. Navy, 1982, Kulhawy dan Mayne, 1990)
3.1.3
Kuat Geser Tanah tanpa Kohesi Kuat geser tanah tanpa kohesi dapat diwakili dengan terdrainase, sudut
efektif dari pergeseran internal (Φ’). Nilai dari sudut pergeseran biasanya diperkirakan dari korelasi hasil pengujian tanah (SPT dan CPT). Nilai dari sudut pergeseran sebagai fungsi dari parameter ditentukan dari SPT dan CPT (Tabel 3.1). Gambar 3.3 diperlihatkan perkiraan pergeseran sudut didasarkan klasifikasi tanah USCS. Gambar 3.4(a) memperlihatkan perkiraan pergeseran sudut didasarkan nilai N-SPT. Tabel yang di sebelah kanan Gambar 3.4 memperlihatkan perkiraan pergeseran sudut tanah sebagai fungsi dari kepadatan
60 tanah, diuraikan pada Tabel 3.2 kolom (a). Nilai pergeseran sudut ditentukan dari nilai N-SPT yang belum dikoreksi dalam Tabel 3.1 dan Gambar 3.4(a) adalah perkiraan lebih luas jangkauan pada kondisi dan dapat digunakan sebagai nilai untuk persiapan. Bagaimanapun juga, perkiraan ini tidak mempertimbangkan peningkatan nilai N-SPT dengan peningkatkan penambahan beban yang biasanya diamati pada tanah sejenis tanpa kohesi. Gambar 3.4(b) mempertimbangkan efek ini dan menyediakan nilai-nilai sudut pergeseran berdasar nilai N-SPT dan sebagai fungsi yang dibebani lebih efektif yang dinormalisir di tempat asal permukaan tanah, σ'vo/Pa, di mana σ'vo adalah tekanan efektif permukaan tanah yang dibebani lebih di tempat asal, Pa adalah tekanan udara. Sudut pergeseran yang diperoleh dari Gambar 3.4(b) jadilah lebih akurat dibanding yang ditunjukkan Gambar 3.4(a) dan harus digunakan jika informasi yang ada cukup tersedia. Catatan bahwa ketika σ'vo/Pa = 1, nilai-N adalah sama dengan jumlah pukulan yang dikoreksi dan dinormalisir didefinisikan: (N1)60 (nilai-N yang setara yang diasumsikan 60 persen energi yang efisien). Tabel 3.1 Korelasi hasil dan sudut pergeseran antara SPT dan CPT tanah tanpa kohesi.
(Sumber Kulhawy dan Maine, 1990)
61 Catat : (1) Nilai-N dalam lapangan, nilai belum dikoreksi. (2) Pa adalah tekanan udara normal = 1 atm ~ 100 kN/m2 ~ 1 tsf. (3) Jarak dalam kolom (a) dari Peck, Hanson, dan Thornburn (1974). (4) Jarak dalam kolom (b) dan untuk CPT dari Meyerhof (1956). Gambar 3.4(b) menggambarkan variasi besar relatif hasil nilai pergeseran sudut tanah dari sangat lepas ke sangat padat, dengan tekanan efektif permukaan tanah yang dibebani lebih di tempat asal dijaga tetap. Sebab di tempat asal kepadatan tanah tanpa kohesi alami tidak bisa mudah direproduksi laboratorium dalam kaitan terjadi gangguan dengan sampel, sudut pergeseran tanah ini biasanya tidaklah dievaluasi dengan pengujian laboratorium. Oleh karena itu, untuk tanah tanpa kohesi, adalah umum untuk menggunakan hasil SPT dan korelasi yang serupa (Gambar 3.4). 3.1.4
Kuat Geser Tanah Berbutir Halus Pada tanah berbutir halus, kuat yang dikerahkan adalah fungsi dari
ukuran pembebanan dalam hubungannya dengan kemampuan tanah untuk mengalirkan kelebihan tekanan pori-pori air dan sifat dasar tanah. Tanah berbutir halus dapat memperlihatkan kuat geser dalam kondisi terdrainase dan tak terdrainase. Kuat tanah terdrainase terjadi ketika tidak ada kelebihan tekanan pori-pori air yang dihasilkan selama pembebanan (pori-pori air dibuang selama pembebanan) dan perubahan volume diijinkan untuk terjadi. Kuat geser tak terdrainase pada saat jenuh, tanah berbutir halus terjadi ketika terdapat kelebihan tekanan pori-pori air selama pembebanan (tidak terjadi pengeringan pori-pori air selama tanah dibebani) dan tanah tidak mengalami perubahan volume. Untuk konsolidasi normal, tanah berbutir halus jenuh, terjadi peningkatan tekanan pori-
62 pori air selama pembebanan, pengurangan tekanan efektif dalam tanah dan hingga pengurangan kuat tanah tak terdrainase, sedangkan pengurangan tekanan pori-pori air selama pembebanan peningkatan tekanan efektif dalam tanah dan bersesuaian dengan peningkatan kekuatan geser tak terdrainase.
Gambar 3.4 Sudut pergeseran tanah tanpa kohesi (a) dari nilai N-SPT yang belum dikoreksi (yang dimodifikasi setelah Peck, Hanson, dan Thornburn, 1974) dan (b) sebagai fungsi penambahan beban yang dinormalisir (Sumber: dimodifikasi setelah Schmertmann, 1975)
Kekuatan terdrainase harus dipertimbangkan hanya ketika meneliti stabilitas untuk jangka waktu yang panjang yang sudah mantap, kondisi pembebanan statik. Untuk kasus ini, kekuatan yang terdrainase digunakan ketika beban diterapkan dalam ukuran lambat dan tidak dihasilkan kelebihan tekanan pori. Bagaimanapun, kondisi ini secara khusus bukan yang paling kritis pada konsolidasi normal tanah berbutir halus. Kuat geser terdrainase tanah berbutir halus dinyatakan sebagai sudut pergeseran efektif (Φ'). Korelasi ditunjukkan dalam Gambar 3.6 antara sudut pergeseran efektif maksimum dan indeks
63 kekenyalan (PI) dapat digunakan untuk perkiraan kuat geser terdrainase pada tanah berbutir halus. Karena yang ditunjukkan Gambar 3.5 berbentuk menyebar, maka dalam pengujian laboratorium direkomendasikan untuk menentukan sudut pergeseran efektif tanah berbutir halus. Pengujian dengan triaxial konsolidasi tak terdrainase dengan ukuran tekanan air merupakan pengujian laboratorium yang paling umum dilakukan menguji untuk mengevaluasi parameter ini. Kuat geser tak terdrainase harus dipertimbangkan untuk stabilitas lereng yang jangka waktu pendek dan struktur tanah lain yang dibangun pada tanah jenuh, lunak ke kekakuan sedang pada tanah berbutir halusKuat geser tak terdrainase harus dipertimbangkan untuk situasi lain jika tingkat pembebanan secara relatif tinggi, sebagai contoh kasus untuk pembebanan gempa.
Gambar 3.5 Korelasi antara sudut pergeseran terdrainase pada tanah berbutir halus dan indeks kekenyalan. (Sumber :Mitchell, 1993, Kulhawy dan Mayne, 1990)
Dalam studi kelayakan, kuat geser tak terdrainase pada tanah berbutir halus dapat diperkirakan dari pengujian VST, di mana kuat tak terdrainase secara langsung dapat diukur. Sebagai tambahan, umumnya digunakan nilai N-SPT
64 (bukan yang sangat dapat dipercaya) atau hasil CPT untuk menaksirkan kuat tak terdrainase pada tanah berbutir halus. Tabel 3.4 memberikan beberapa korelasi yang umum dan biasa digunakan untuk kuat tak terdrainase menggunakan hasil SPT dan CPT. Korelasi dari kekuatan geser tak terdrainase ke nilai N-SPT mempunyai batasan penting dan harus digunakan hanya untuk perkiraan persiapan lebih. Korelasi kuat geser tak terdrainase ke hasil CPT menggunakan Nk = 15 secara khusus menyediakan perkiraan layak. Salah satu keuntungan yang penting menggunakan CPT yaitu bahwa pada perkiraan nilai kuat geser tak terdrainase pada penampang menerus dapat dikembangkan. Dalam ketidakhadiran hasil pengujian lapangan, Tabel 3.2 memberikan ringkasan korelasi antara perbandingan kuat geser tak terdrainase yang dinormalisir, indeks kekenyalan (PI) dan sejarah preconsolidation. Tekanan preconsolidation (σ'p), ditentukan dari test konsolidasi (lihat tabel 3.1 untuk acuan pada test ini). Tabel 3.4 Korelasi antara hasil SPT dan CPT dan kekuatan kondisi tak terdrainase tanah berbutir halus.
(Sumber: Kulhawy dan Maine, 1990)
65 Tabel 3.5 Korelasi dengan parameter indeks dan sejarah preconsolidation untuk lempung.
(Sumber: Kulhawy dan Mayne, 1990)
3.1.5. Korelasi Tanah Gambut Berdasarkan klasifikasi pada tanah gambut makan, didapatkan nilai korelasi antara tiap jenis tanah gambut, adapun korelasi dari nilai parameter tanah gambut dapat dilihat dari tabel 3.6. Tabel 3.6 Korelasi nilai tanah Gambut
( Sumber: Amaryan,dkk.Peat Eng Handbook)
66 3.2 Teknik Pengumpulan Data Data yang akan di gunakan pada penelitian ini adalah data yang didapat dari proyek konstruksi di daerah Perkebunan Kelapa Sawit di Rantau - Sumatra. Adapun sampel data yang diambil terbatas pada 1 proyek konstruksi sipil. 3.2.1. Penyelidikan Tanah Penyelidikan Tanah merupakan suatu upaya memperoleh informasi tanah untuk perencanaan pondasi. Penyelidikan tanah mencakup pengeboran tanah, pengambilan contoh tanah, pengujian lapangan, pengujian laboratorium dan observasi muka air tanah. A. Penyelidikan Lapangan Penyelidikan lapangan bertujuan untuk mengumpulkan informasi langsung dari pengamatan di lapangan yang berupa data – data dampak proyek pada bangunan lain disekitar proyek, data pondasi bangunan disekitar, sejarah penggunaan tanah terdahulu yang mungkin berdampak pada perencanaan pondasi, data penyelidikan tanah terdahulu yang mungkin ada dan informasi geologi
sekitar
proyek. Penyelidikan lapisan tanah asli terdiri dari : Pengujian di tempat properti tanah / batu. Memperoleh sampel yang mewakili tanah / batuan untuk klasifikasi secara visual dan atau pengujian laboratorium. Identifikasi dan pengamatan dari lokasi air tanah.
67 Pengujian dan pengambilan contoh tanah dilakukan dengan: 1. Pengeboran. Pengujian tanah dan pengambilan contoh untuk perkuatan biasanya dilakukan dengan pengeboran tanah. Sifat – sifat tanah dapat diperoleh dari uji coba di dalam lobang bor. Oleh karena itu, pengeboran untuk penyelidikan tanah tidak sama dengan perngeboran untuk sumur air atau sumur minyak. Pengeboran harus dilakukan sehati – hati mungkin untuk menjaga struktur tanah asli. Hasil uji dalam bor dan uji laboratorium sangat tergantung dari kualitas lubang bor atau dari contoh tanah yang diperoleh. Sedang kualitas lubang bor dipengaruhi oleh metode pengeboran, keterampilan juru bor, dan aksesori pengeboran. 2. Uji Penetrasi Standar / Standard Penetration Test Uji standar penetrasi (Standard Penetration Test, SPT) sejauh ini merupakan teknik yang paling populer untuk menentukan kondisi lapangan. Dalam proyek, percobaan SPT secara luas banyak digunakan pada teknik penyelidikan. SPT menghasilkan nilai N-SPT, yang diukur jumlah pukulan (Nmeas), yang diperlukan untuk mengendalikan standar splitspoon sampel tanah dalam jarak 300 mm pada dasar lubang bor. Nilai N-SPT dapat digunakan dalam tingkat kelayakan perancangan. Beberapa korelasi antara nilai N-SPT dan teknik
68 rancang bangun properti telah berkembang beberapa dekade terakhir. SPT memberikan pengukuran yang baik pada kepadatan relatif dari tanah tanpa kohesi (Tabel 3.1). Dengan batasan, SPT dapat juga memberikan suatu perkiraan konsekuensi dari tanah berbutir halus (Tabel 3.2). Tabel 3.7 Uraian kepekatan tanah tanpa kohesi berdasarkan pada nilai N-SPT
(Sumber:Terzaghi et al, 1996)
Tabel 3.8 Uraian kemantapan tanah berbutir halus berdasarkan pada nilai N-SPT
(Sumber: Terzaghi et al, 1996)
69 Beberapa korelasi berdasarkan pada nilai SPT menyediakan perkiraan parameter dari kekuatan geser untuk kedua-duanya tanah berbutir halus dan tanpa kohesi. 3. Uji Penetrasi Kerucut (CPT) Sebagai catatan, SPT tidaklah cocok untuk mendapatkan perkiraan konsistensi dan kuat geser tanah berbutir halus dari tanah di tempat. Yang lebih tepat dalam pengujian langsung di tempat untuk memperkirakan kuat geser tak terdrainase (Su) pada tanah berbutir halus secara langsung diambil dari tanah. Beberapa dari pengujian langsung di tempat meliputi Cone Penetration Test (CPT), Vane Shear Test (VST), Pressuremeter Test (PMT) dan Dilatometer Test (DMT). CPT merupakan suatu metode untuk mengetahui jenis lapisan permukaan tanah yang cepat dan hemat biaya. Sebagai yang didasarkan CPT jenis tanah adalah berlanjut, teknik ini mengidentifikasikan lapisan tanah tipis yang mungkin sulit untuk dideteksi secara relatif dalam massa tanah yang sejenis. Kemampuan ini membuktikan kegunaan saat menyelidiki adanya
lapisan
pada
tanah
lunak
yang
mendorong
ketidakstabilan tanah yang akan diperkuat. Secara umum, CPT lebih menghemat biaya dan pengerjaannya lebih cepat dari pada SPT. Namun, CPT kurang tepat digunakan pada tanah berkerikil (gravelly) atau bongkahan batuan.
70 Untuk beberapa proyek besar, penggunaan CPT dan pengeboran konvensional cukup menarik karena memberikan informasi geoteknik dalam biaya yang secara komparatif lebih dibandingkan hanya pengeboran konvensional sendiri. Pada tahap awal, CPT memberikan gambaran stratigrafi tanah dan identifikasi awal lapisan yang lunak (kekuatan rendah atau compressibility tinggi) yang mungkin membawa dampak pada disain. Pada awal yang didasarkan CPT dapat membantu menemukan lokasi dimana bisa didapat contoh tanah tidak terganggu. Pada tahap kedua, dapat digunakan pengeboran konvensional dan sampel tanah yang didapatkan hanya pada kedalaman yang kita inginkan. Penggunaan kedua tahap strategi penyelidikan, pengambilan dapat dioptimalkan dan jumlah sampel dapat dikurangi. B. Pengujian Laboratorium Tanah Pengujian laboratorium dari sampel tanah dilakukan untuk menghasilkan penggolongan tanah, indeks properti, satuan berat, dan kekuatan. Tabel 3.8 menunjukkan pengujian laboratorium yang biasa digunakan untuk menghasilkan parameter indeks dan properti lain yang digunakan untuk rancang bangun tanah. Tabel 3.8 sesuai dengan ASTM dan AASHTO pengujian standar. Apalagi Tabel 3.8 juga memberikan metode lain dalam pengujian, seperti untuk mengevaluasi galian yang dipadatkan, mencairkan kepekaan, potensi keruntuhan, dan potensi mengembang, yang mungkin ada untuk beberapa kasus pada proyek .
71 Tabel 3.9 Standar pengujian laboratorium untuk tanah secara umum
(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. 3.3.
Faktor Keamanan Penentuan sampai sebatas manakah suatu konstruksi dapat menanggung beban,
sehingga tidak membahayakan disebut dengan faktor keamanan Dalam mendesain suatu konstruksi, faktor keamanan adalah hal yang paling penting untuk ditentukan. Tingkat paling kritis dari suatu stabilitas timbunan pada saat sedang dibangun dan beberapa saat ketika konstruksi selesai, oleh karena itu faktor keamanan dipandang penting untuk di analisa.
72 3.3.1. Faktor Keamanan pada Program Plaxis Faktor keamanan pada Program Plaxis dapat dihitung dengan memilih option Phi-c reduction yang tersedia untuk perhitungan kondisi plastic dengan menggunakan prosedur manual control atau load advancement number of steps. Faktor keamanan (SF) pada Program Plaxis didefinisikan sebagai: SF = available strength = nilai ∑Msf saat runtuh strength at failure di mana ∑Msf didefinisikan sebagai nilai parameter kuat geser tanah pada setiap tahapan analisis atau: ∑Msf = tan øinput = tan øreduced
cinput creduced
Untuk penggunaan model tanah Mohr-Coulomb, maka faktor keamanan (SF) didefinisikan sebagai berikut: SF = c + σn tan ø cr + σn tan ør di mana: c,ø
= parameter kuat geser tanah,
σn
= tegangan normal,
cr , ør
= parameter kuat geser yang tereduksi.
73 3.2.2 Batasan Fakttor Keamanan Faktor keamanan minimum yang direkomendasikan untuk mendesain konstruksi dapat dilihat dari tabel 3.8 : Tabel 3.10 Faktor keamanan minimun yang di syaratkan untuk konstruksi
(Sumber: Lazarte, 2003)
3.4. Struktur program Plaxis Dengan memasukkan semua parameter dan geometri tanah, pengolahan perhitungan program dengan metode elemen hingga. Permasalahan pemodelan diselesaikan dengan membagi suatu struktur menjadi elemen – elemen yang kecil dan beraturan. Pada dasarnya Plaxis hanya melakukan analisa balik terhadap keamanan suatu struktur atau konstruksi.
74 Berikut adalah struktur program secara garis besar Input, proses dan output program PLAXIS : •
Menentukan data Umum
Gambar 3.9 Input program plaxis •
Menentukan Dimensi
Gambar 3.10 Penentuan Dimensi
75 •
Hasil Pengambaran
Gambar 3.11 Dimensi tanah •
Input Properti Tanah
Gambar 3.12 input properti tanah
76 •
Permodelan Elemen Hingga (generate mesh)
Gambar 3.13 Permodelan Elemen Hingga (generate mesh) •
Menentukan Tinggi Muka Air
Gambar 3.13 Menentukan Tinggi Muka Air
77 •
Update Tekanan Tanah
Gambar 3.13 Tekanan Tanah •
Update Air Pori
Gambar 3.14 Air Pori
78 •
Proses Calculations (Stage Construction)
Gambar 3.15 Penghitungan
•
Menentukan titik deformasi
Gambar 3.15 Menentukan titik deformasi
79 •
Proses Calculate
Gambar 3.16 Proses Penghitungan •
Output Faktor keamanan
Gambar 3.17 Faktor keamanan
