BAB IV STUDI KASUS 4.1 UMUM

Tugas Akhir Analisis Stabilitas dan Penurunan Timbunan pada Tanah Lunak dengan Vertical Drain, Perkuatan Bambu dan Perkuatan Geotextile Studi kasus pada Discharge Channel Proyek PLTGU Tambak Lorok, Semarang

BAB IV STUDI KASUS

4.1

UMUM

Penimbunan pada tanah dengan metode drainase vertikal dilakukan secara bertahap dari ketinggian tertentu hingga mencapai elevasi yang diinginkan. Analisis penurunan atau deformasi tanah untuk kasus konstruksi timbunan pada tugas akhir ini dilakukan dengan bantuan program PLAXIS. Tipe analisis yang digunakan pada kasus timbunan ini adalah adalah analisis regangan bidang (plane strain analysis). Analisis penurunan tanah akibat timbunan yang dilakukan terdiri dari : 1. Penurunan tanah dengan drainase vertikal 2. Penurunan tanah dengan perkuatan cerucuk dan matting bambu 3. Penurunan tanah dengan perkuatan geotextile

Penurunan tanah dibagi dalam 2 kategori : 1. Penurunan segera (immediate settlement) 2. Penurunan konsolidasi (consolidation settlement) Penurunan konsolidasi (consolidation settlement) dibagi menjadi 2 bagian, yaitu : a. Penurunan konsolidasi primer b. Penurunan konsolidasi sekunder

Dalam tugas akhir ini, dilakukan adalah analisis penurunan konsolidasi primer.

Hotmatua Sinaga Fransiscus Tambunan

(15001108) (15002143)

IV-1


4.2

DESKRIPSI KASUS

Studi kasus berikut ini mengambil kasus proyek Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Tambak Lorok, Semarang. Suatu timbunan setinggi +3m akan dibangun di atas tanah lempung yang sangat lunak (very soft clay). Ternyata kondisi tanah dasar yang buruk di bawah timbunan menyebabkan timbunan tidak mungkin langsung dikerjakan hingga setinggi +3m, karena akan menyebabkan timbunan tersebut runtuh. Untuk itu perlu dipikirkan suatu alternatif perancangan dalam mengerjakan timbunan tersebut. Studi kasus berikut menggunakan vertical drain, perkuatan cerucuk bambu dan perkuatan geotextile untuk meningkatkan stabilitas timbunan sehingga diharapkan timbunan bisa langsung dikerjakan setinggi 3m. Analisa yang dilakukan dalam studi kasus berikut meliputi :

4.3

•

Analisis daya dukung

•

Analisis deformasi

•

Analisis stabilitas

ANALISIS DAYA DUKUNG TANAH

Analisis daya dukung dilakukan untuk menentukan apakah tanah dasar mempunyai kekuatan yang cukup untuk dapat menahan beban di atasnya, yang dalam hal ini adalah berat tanah timbunan. Perhitungan daya dukung tanah dilakukan dengan menggunakan formula daya dukung Terzaghi terhadap general failure dan local failure. Dari perhitungan daya dukung tanah, didapat hasil perhitungan bahwa tanah dasar tidak kuat mendukung beban timbunan. Untuk itu dicari alternatif untuk meningkatkan daya dukung tanah di dasar timbunan.Dalam studi kasus ini, alternatif yang digunakan


(15001108) (15002143)

IV-2


adalah dengan mengganti lapisan tanah lunak (very soft clay) dengan tanah dengan properti yang lebih baik. Alternatif lainnya adalah dengan memberikan perkuatan cerucuk dan matting bambu dan dengan perkuatan geotextile.

Terdapat tiga alternatif untuk memperbaiki daya dukung tanah, yaitu : •

Mengganti lapisan tanah lunak (very soft clay)

•

Memberikan perkuatan cerucuk dan matting bambu

•

Memberikan perkuatan geotextile

4.3.1

Model dan Parameter Tanah Model dan parameter tanah yang digunakan dalam analisa dapat dilihat pada gambar Gambar 4.1 berikut. Penyelidikan tanah yang dilakukan

meliputi

penyelidikan

lapangan

dan

penyelidikan

laboratorium. Untuk penyelidikan lapangan, dilakukan Standard Penetration Test (SPT), sedangkan untuk penyelidikan laboratorium dilakukan uji kadar air, berat jenis, derajat kejenuhan, uji konsolidasi, uji triaksial dan uji permeabilitas.


(15001108) (15002143)

IV-3


Gambar 4.1 Model tanah asli

Parameter tanah asli : Tanah timbunan

:

γ = 20kN / m3 c = 6kPa

φ = 32° Very soft clay

:

γ = 16kN / m3 c = 6kPa

φ = 1° Soft clay

:

γ = 16kN / m3 c = 12kPa

φ = 1°


(15001108) (15002143)

IV-4


Lapisan 1

Lapisan 2

Lapisan 3

Very Soft Clay

Soft Clay

Timbunan

Undrained

Undrained

Drained

γ dry (kN/m3)

15

15

18

γ wet (kN/m3)

16

16

20

k x (m/day)

0.0000864

0.0000864

0.08

k y (m/day)

0.0000864

0.0000864

0.08

0.4

0.4

0.33

Eref (kN/m2)

1800

3200

22425

c (kN/m2)

6

12

6

φ

1

1

32

0

0

1

Einc (kN/m )

0

0

0

yref (m)

0

0

0

Ck

100000

100000

100000

einit

1

1

1

Rinter

0.7

0.7

1

impermeable

impermeable

neutral

Identifikasi Tipe

v

ϕ 3

Interface Permeability

Tabel 4.1 Parameter Tanah


(15001108) (15002143)

IV-5


4.3.2

Parameter Cerucuk dan Matting Bambu Dalam tugas akhir ini, struktur cerucuk dan matting bambu akan dimodelkan dengan cara equivalent beam dan equivalent spring, sedangkan struktur matting bambu hanya dimodelkan sebagai

equivalent beam (Irsyam). Dalam hal ini, material keduanya dianggap bersifat elastik. Jumlah bambu dalam satu tiang cerucuk (1 atau 3 batang/tiang), dengan penataan penampang seperti Gambar 4.2 dan

Gambar 4.3 Berikut akan dibahas cara pemodelan dengan kedua metode tersebut.

Gambar 4.2 Transformasi Deret Tiang Cerucuk (1 bambu/tiang) menjadi Equivalent Beam (Irsyam, M)


(15001108) (15002143)

IV-6


Gambar 4.3 Konfigurasi Jumlah Bambu per Tiang Cerucuk (Irsyam, M)

Bambu yang akan digunakan sebagai cerucuk diasumsikan memilki diameter rata–rata sebesar 100mm, dengan ketebalan dinding sebesar 8mm. Propertis material bambu dalam kondisi jenuh air yang akan digunakan adalah sebagai berikut : •

Modulus Young, E = 8400 Mpa = 8,4 . 106 kN/m2.

•

Berat jenis, γ = 6,0 kN/m3.


(15001108) (15002143)

IV-7


Parameter cerucuk dan matting bambu yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 4.2 berikut. Identifikasi

Matting

Cerucuk 1bambu/tiang

Cerucuk 3bambu/tiang

Momen Inersia (m4)

7.18E+01

4.27E-06

1.28E-05

Luas netto (m2)

1.01E-02

5.03E-03

1.51E-02

Berat ekuivalen (we)

6.00E-02

0.03

9.00E-02

EA (kN/m)

8.44E+04

4.22E+04

1.27E+05

EI (kN/m )

7.18E+01

35.89

5.24E+02

Tebal, d (m)

0.1

0.1

0.1

Poisson ratio, n

0.25

0.25

0.25

2

Tabel 4.2 Parameter Cerucuk dan Matting Bambu Spasi 1m (Irsyam, M)

Gambar 4.4 Proses Pemasangan Cerucuk Bambu


(15001108) (15002143)

IV-8


Gambar 4.5 Proses Perakitan Matting Bambu

4.3.3

Parameter Geotextile Pada umumya penggunaan geotextile dalam aplikasi geoteknik memiliki salah satu dari kelima fungsi berikut : •

Separasi (separation)

•

Filtrasi (filtration)

•

Drainase (drainage)

•

Perkuatan (reinforcement)

•

Proteksi (protection)


(15001108) (15002143)

IV-9


Pada studi kasus kali ini, aplikasi geotextile yang digunakan adalah sebagai perkuatan (reinforcement) timbunan di atas tanah lunak.

Parameter geotextile yang akan digunakan adalah 84 kN/m.

Gambar 4.6 Aplikasi Perkuatan Tanah dengan Geotextile

4.4

ANALISIS PENURUNAN

4.4.1

Tinggi Tahapan Timbunan Dalam pelaksanaan konstruksi timbunan, harus diperhatikan elevasi dari timbunan yang akan dilaksanakan. Bila konstruksi timbunan direncanakan untuk mencapai elevasi tertentu, maka konstruksi dilakukan bertahap agar tidak terjadi kegagalan konstruksi berupa amblasnya timbunan.

H kritis =


5.Su γ .SF

(15001108) (15002143)

(4.1)

IV-10


Untuk kuat geser tanah di atas tanah lempung dengan φ = 0 :

Su = c + σ .tan φ '

(4.2)

Su = c

(4.3)

Substitusi persamaan 4.3 ke persamaan 4.1, didapat :

H kritis =

5.c γ .SF

(4.4)

Maka tinggi timbunan kritis :

H kritis =

4.4.2

5.(6) = 1, 2m 20.(1, 25)

(4.5)

Penurunan Konsolidasi Untuk tanah yang terkonsolidasi normal, besarnya penurunan dapat dihitung dengan persamaan dan 2.13

Tabel–tabel berikut menunjukkan penurunan konsolidasi yang terjadi pada tiap lapisan tanah lunak :

Tahap

Tinggi Timbunan (m)

po (i )

∆p(i )

Awal I II III IV V VI

O (Cut and fill 2,5) +3,5 +4,5 +5,5 +6,5 +7,5 +5,5

7.7375 7.7375 7.7375 7.7375 7.7375 7.7375 7.7375

50 70 90 110 130 150 160

eo

 po (i ) + ∆p(i )  log    po (i )  

Penurunan (m)

1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4

0.872857313 1.002029908 1.101460564 1.182314148 1.250451534 1.309334291 1.336029504

0.56925477 0.65349777 0.71834385 0.77107444 0.81551187 0.85391367 0.87132359

Tabel 4.3 Lapisan Very Soft Clay (Cc = 0.6)


(15001108) (15002143)

IV-11


Tahap

Tinggi Timbunan (m)

Awal I II III IV V VI

0 (Cut and fill 2,5) +1 +2 +3 +4 +5 +5,5

po (i )

∆p(i )

61.9 61.9 61.9 61.9 61.9 61.9 61.9

50 70 90 110 130 150 160

eo

 po (i ) + ∆p(i )  log    p o i ( )  

Penurunan (m)

1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

0.257139438 0.328554147 0.389867125 0.443585228 0.491384326 0.534440308 0.554466653

0.73468411 0.93872613 1.11390607 1.26738636 1.40395522 1.52697231 1.58419044

Tabel 4.4 Lapisan Soft Clay (Cc = 0.4)

Total Penurunan pada lapisan tanah lunak ditunjukkan pada Tabel 4.6 di bawah ini : Tahap Tinggi Timbunan (m) Awal

0 (Cut and fill 2,5)

I

+1

II

+2

III

+3

IV

+4

V

+5

VI

+5,5

Penurunan (m) 1.303939 1.592224 1.83225 2.038461 2.219467 2.380886 2.455514

Elevasi akhir (m) + 18,7 + 19,4 + 20,1 + 20,9 + 21,7 + 22,6 + 23,04

Tabel 4.5 Penurunan Total tiap Tinggi Timbunan


(15001108) (15002143)

IV-12


Dalam bentuk grafik, dapat diplot kurva penurunan konsolidasi terhadap tinggi timbunan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7 di bawah ini :

Gambar 4.7 Grafik Prediksi Penurunan Konsolidasi

4.5

ANALISIS STABILITAS 4.5.1

Kenaikan Kuat Geser tiap Tahapan Timbunan (Gain Strength) Pada setiap penambahan timbunan akan terjadi kenaikan tegangan air pori pada tanah lunak yang secara perlahan–lahan akan berkurang diikuti dengan meningkatnya tegangan efektif. Dengan meningkatnya tegangan efektif, maka daya dukung tanah lunak juga akan bertambah. Olek karena itu pada pekerjaan penimbunan bertahap, kecepatan pekerjaan penimbunan ditentukan oleh kecepatan meningkatnya daya dukung tanah lunak akibat pekerjaan penimbunan pada tahap sebelumnya.


(15001108) (15002143)

IV-13


Untuk tanah kohesif, kenaikan kekuatan tanah adalah : ∆C = 0.22∆σ '

(4.6)

Sebelum ada timbunan atau pembebanan : C0 = Ctanah asli

(4.7)

Setelah timbunan awal (tahap 1) :

C = C0 + 0.22∆σ '1

(4.8)

Setelah timbunan berikutnya (tahap 2) :

C = C0 + 0.22∆σ '1 + 0.22∆σ '2

(4.9)

Awal (cut and fill 2,5 m) •

Penurunan yang terjadi : 1.3 m

•

Gain strength : Su = c + σ '.tan φ '

Su1 = co + 0.22∆σ 1 Jika terdisipasinya tegangan air pori 100%, maka :

Su1 = 6 + 0.22(18 x 2.5) x 100% = 15.9 kN/m2 Untuk menimbun 1

m, maka terdisipasinya tegangan air pori

sebesar : U% =

σ' 1*18 = = 36% σ o 2.5* 20

Tinggi timbunan di atas dapat dilakukan jika terdisipasinya tegangan air pori sebesar 36%.


(15001108) (15002143)

IV-14


Timbunan I (1m) •


•



Su 2 = 15.9 + 0.22(18 x 1) x 100% = 19.86 kN/m2 Tinggi timbunan di atas dapat dilakukan jika terdisipasinya tegangan air pori sebesar 38%.

Timbunan II (2m) •


•




Timbunan III (3m) •


•



Su 2 = 23.82 + 0.22(18 x 1) x 100% = 27.78 kN/m2


(15001108) (15002143)

IV-15


Tinggi timbunan di atas dapat dilakukan jika terdisipasinya tegangan air pori sebesar 42%.

Timbunan IV (4m) •


•



Su 2 = 27.78 + 0.22(18 x 0.5) x 100% = 31.74 kN/m2 Tinggi timbunan di atas dapat dilakukan jika terdisipasinya tegangan air pori sebesar 44%.

Timbunan V (5 m) •


•




Timbunan VI (5,5 m) •


•


Su1 = co + 0.22∆σ 1


(15001108) (15002143)

IV-16


Jika terdisipasinya tegangan air pori 100%, maka :

Su 2 = 35.7 + 0.22(18 x 0.5) x 100% = 37.68 kN/m2

4.5.2

Besarnya Excess Pore Pressure Dalam perhitungan waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan kenaikan effective overburden pressure, terlebih dahulu harus dihitung besarnya excess pore pressure yang timbul untuk masing–masing tahapan timbunan.

Besarnya excess pore pressure tersebut dihitung dengan metoda berikut : 1. Timbunan tahap awal, besarnya excess pore pressure (U1) dihitung dengan metoda elemen hingga atau manual. Tinggi timbunan awal adalah 2.5 m. 2. Tahapan timbunan berikutnya dengan tinggi timbunan 1 m, excess

pore pressure sisa adalah (U1) dikalikan (1-U%) ditambah 1*18kN/m3. Dengan asumsi U% disesuaikan dengan waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh tambahan effective overburden

pressure sebesar 18 kN/m2 akibat disipasi excess pore pressure timbunan tahap awal. Excess pore pressure sisa = (1-U%) * excess pore pressure awal = (1-36%) * (25,5) = 16,32 kN/m2 Dengan adanya gain strength, excess pore pressure menjadi : Excess pore pressure

= excess pore pressure sisa + 0.22(1*18) = 16,32 + 3.96 = 20,28 kN/m2


(15001108) (15002143)

IV-17


Dalam bentuk Tabel 4.6 berikut dapat dilihat excess pore pressure pada tiap penambahan timbunan. Tahapan

Tinggi

Excess pore

Timbunan

Timbunan Initial

pressure

(m)

(kN/m2)

Awal

Cut and fill 2.5

25,5

I

1

20,28

II

2

16,54

III

3

13,88

4

12,01

V

5

10,69

VI

5,5

7,75

IV

Waktu

U%

Tunggu (Bulan)

0.36

0.5 0.38

0.40

0.7 0.74

0.42 0.44

0.8 0.9

0.46

0.95

Tabel 4.6 Excess pore pressure tiap Tinggi Timbunan

Gambar 4.8 Grafik Excess pore pressure vs Time


(15001108) (15002143)

IV-18


4.5.3

Jarak Vertical Drain (Spasi Drain = S) Cv = 0.003 cm2/sec

Diketahui :

Ch = (1.2 – 3.0)Cv, ambil Ch = 2Cv

.

Perhitungan laju waktu penurunan :

Tv 90% = 0.848 H (m) = 10m

Dari persamaan Cv =

Tv .H 2 dr , didapat t = 436 bulan. t

Agar konsolidasi berlangsung cepat, perlu didesain vertical drain. Konfigurasi vertical drain yang akan digunakan ditunjukkan pada Gambar 4.9 berikut ini.

Gambar 4.9 Konfigurasi vertical drain


(15001108) (15002143)

IV-19


Untuk t90%, maka U

= 0,9

Diameter drainase (dw)

= 0,4 m

Tebal lapisan lempung

= 10 m = panjang vertical drain

Spasi vertical drain (d)

=1m

de = 1,05d (pola segitiga) n = de/dw = 2.625

t90 0 0 =

de 2 .Th Ch

t90 0 0 =

(1.05) 2 *0.13 = 4.78 bulan 0.03

Pengaruh jarak vertical drain terhadap waktu proses konsolidasi untuk berbagai spasi telah dihitung. Hasil dari perhitungan tersebut dapat dilihat dalam Tabel 4.7 dan Gambar 4.10 hingga Gambar 4.12 berikut Th

U

Waktu (bulan)

%

Spasi 1m

Spasi 1.2m

V.drain spasi 1m

V.drain spasi 1.2m

Tanpa V.drain

90

0.13

0.17

4.78

9.00

436

80

0.08

0.125

2.94

6.62

282

70

0.055

0.085

2.02

4.50

210

60

0.04

0.06

1.47

3.18

146

50

0.028

0.041

1.03

2.17

100

40

0.02

0.029

0.74

1.53

65

30

0.0125

0.018

0.46

0.95

36

20

0.006

0.009

0.22

0.48

16

10

0.0018

0.0028

0.07

0.15

4

0

0

0

0.00

0.00

0

Tabel 4.7 Perhitungan Waktu Vs Derajat Konsolidasi untuk spasi Vertical Drain


(15001108) (15002143)

IV-20


Gambar 4.10 Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain

Gambar 4.11 Kecepatan laju konsolidasi dengan vertical drain (spasi 1,2m)


(15001108) (15002143)

IV-21


Gambar 4.12 Kecepatan laju konsolidasi dengan vertical drain (spasi 1m)

Dari grafik di atas dapat dilihat pengaruh spasi vertical drain sangat menentukan lamanya waktu konsolidasi. Sebagai contoh, akibat perbedaan jarak spasi sebesar 20cm antara spasi 1m dan spasi 1,2m, perbedaan waktu untuk mencapai konsolidasi 90% dapat mencapai 4 bulan. Maka pada analisis dengan menggunakan software PLAXIS, digunakan vertical drain dengan spasi 1m.


(15001108) (15002143)

IV-22


4.6

ANALISIS PENURUNAN

Analisis dibantu dengan software PLAXIS 7.11 dengan tipe regangan bidang

(plane strain). Satuan yang digunakan adalah meter (m) untuk panjang, kilo Newton (kN) untuk gaya dan hari (day) untuk waktu. Hasil analisis penurunan menggunakan beberapa metoda, yaitu : •

Vertical drain

•

Cerucuk bambu dengan metoda Equivalent Beam (beam)

•

Cerucuk bambu dengan metoda Equivalent Spring (node to node

anchor) •

4.6.1

Geotextile

Hasil analisis Penurunan Timbunan Bertahap (vertical drain) Hasil analisis penurunan pada tanah yang dilengkapi dengan vertical

drain hampir sama dengan perkuatan tanah yang menggunakan cerucuk dan matting bambu. Adapun data-data keluaran untuk metoda

vertical drain dapat dilihat pada Gambar 4.13 sampai Gambar 4.16.

Gambar 4.13 Deformed mesh timbunan awal (vertical drain) Hotmatua Sinaga Fransiscus Tambunan

(15001108) (15002143)

IV-23


Gambar 4.14 Total displacement timbunan awal

Gambar 4.15 Deformed mesh setelah akhir konstruksi


(15001108) (15002143)

IV-24


Gambar 4.16 Total displacement setelah akhir konstruksi

4.6.2

Hasil analisis Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Beam) Pada metoda ini, cerucuk bambu akan dimodelkan sebagai elemen

beam yang kontinu dalam arah yang sama. Adapun data-data keluaran untuk perkuatan ini dapat dilihat pada Gambar 4.17 sampai Gambar

4.20.

Gambar 4.17 Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent beam)


(15001108) (15002143)

IV-25


Gambar 4.18 Total displacement pemasangan bambu (equivalent beam)



(15001108) (15002143)

IV-26



4.6.3

Hasil analisis Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Spring) Pada metoda ini, cerucuk bambu akan dimodelkan hanya memikul gaya aksial saja dengan node to node anchor. Adapun data-data keluaran untuk perkuatan ini dapat dilihat pada Gambar 4.21 sampai

Gambar 4.24.

Gambar 4.21 Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent spring)


(15001108) (15002143)

IV-27


Gambar 4.22 Total displacement pemasangan bambu (equivalent spring)



(15001108) (15002143)

IV-28



4.6.4

Hasil analisis Penurunan dengan Perkuatan Geotextile Parameter geotextile yang digunakan 84 kN/m. Adapun data-data keluaran untuk perkuatan geotextile dapat dilihat pada Gambar

4.25sampai Gambar 4.28.

Gambar 4.25 Deformed mesh pemasangan Geotextile Hotmatua Sinaga Fransiscus Tambunan

(15001108) (15002143)

IV-29


Gambar 4.26 Total displacement pemasangan Geotextile



(15001108) (15002143)

IV-30



Pada Gambar 4.11 hingga Gambar 4.24, dapat dilihat perbandingan penurunan antara metoda percepatan konsolidasi dengan metoda perkuatan lapisan tanah lunak. Untuk metoda dengan vertical drain, equivalent beam,

equivalent spring dan geotextile berturut-turut penurunannya sebesar 0,1m , 0,025m , 0,027m , 0,074m.


(15001108) (15002143)

IV-31


4.7

STABILITAS TIMBUNAN

Analisis stabilitas timbunan diperoleh dengan perhitungan angka keamanan berdasarkan metoda phi-reduction yang terdapat pada calculation software

PLAXIS. Dalam kasus ini dapat dilihat angka keamanan stabilitas timbunan berdasarkan displacement yang terjadi seperti yang ditunjukkan pada Tabel

4.8 berikut.

SF Vertical Drain

Equivalent Beam

Equivalent Spring

Geotextile

1,26

4.2

3.8

2.2

Tabel 4.8 Hasil perhitungan SF pada akhir konstruksi


(15001108) (15002143)

IV-32

BAB IV STUDI KASUS 4.1 UMUM

Recommend Documents