WALL DESIGN WITH PLAXIS DIAPHRAGM HARDENING MODELING USING SOIL
Firdausi Handayani , Sri Wulandari, ST., MT. Undergraduate Program, Faculty of Civil and Planning Engineering, 2010 Gunadarma University http://www.gunadarma.ac.id
Keywords: The construction of retaining wall, Diapraghm Wall, PLAXIS
ABSTRACT The Project City Center, the Office Park, Central Jakarta, has a different ground water elevation of 16.5 m difference in elevation on both land is vulnerable to lateral movement of soil (Soil Movement). Ground movement can cause the soil erosion and endanger building around the site. At this writing the construction of retaining wall is planned to be applied at the elevation difference. The construction of retaining wall that will be used is a diaphragm wall. Retaining structures such as diaphragm wall has become an alternative design for the excavation of this basement. Diaphragm wall construction is a retaining wall of a technique for building underground continually from the basic level. Diaphragm wall construction is relatively no noise even when there is vibration disturbing, and is suitable for construction in urban areas, although quite expensive construction costs. In this project, diaphragm wall has 2 type. Type 1 has a depth of 27.5 m with dimensions of length 6 m and a width of 0.8 m. And type 2 has a depth of 27.5 m with dimensions of length 8 m and a width of 0.8 m. Deformation analysis was done using a computer program PLAXIS using modeling hardening soil. The calculation includes the maximum deformation and internal forces of the diaphragm wall structure wall, diaphragm wall type 1 and 2 showed the maximum deformation of 0.2267 and 0.2267 m. From the results of the analysis showed that diapraghm wall can be used in determining the choice of retaining wall.
DESAIN DIAPHRAGM WALL DENGAN PLAXIS MENGGUNAKAN PEMODELAN HARDENING SOIL Firdausi Handayani Email:
[email protected] Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma, Jakarta Sri Wulandari, ST., MT. Dosen Pembimbing Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma, Jakarta PENDAHULUAN Salah satu bagian struktur dari sebuah bangunan diantaranya adalah basement. Dalam pelaksanaan konstruksi sebuah basement diperlukan pengetahuan mengenai konstruksi dinding penahan tanah. Konstruksi dinding penahan tanah ini digunakan untuk menjaga kestabilan tanah dan mencegah keruntuhan tanah di samping basement tersebut. Salah satu dinding penahan tanah, diaphragm wall 2 telah digunakan secara luas sebagai elemen struktural utama suatu bangunan. Pembangunan diaphragm wall berdasarkan perhitungan kestabilan dan faktor keselamatan, karena kesalahan kecil yang terjadi dalam pembangunan diaphragm wall dapat berakibat kerugian harta benda serta hilangnya korban jiwa. Diaphragm wall merupakan dinding beton yang dapat dilaksanakan pada semua jenis dan kondisi tanah, tanpa harus menurunkan muka air tanah. Diaphragm wall dapat dibangun hingga kedalaman 100 meter dan lebar hingga 1,50 meter. Konstruksi diaphragm wall ini relatif tidak berisik dan tidak menyebabkan adanya getaran. Oleh karena itu, dinding penahan tanah ini menjadi alternatif pilihan utama di dalam pembangunan konstruksi gedung di daerah pusat kota. Salah satu gedung yang sudah menggunakan sistem konstrukisi seperti ini adalah The City Centre Office Park yang terletak di kawasan Karet, Jakarta Barat. Dalam hal, menganalisa diaphragm wall diperlukan PLAXIS, sebuah aplikasi komputer dalam analisis lanjutan masalah geoteknik. Aplikasi ini digunakan di seluruh dunia oleh konsultan, kontraktor, lembaga pemerintah dan universitas untuk analisis, desain dan penelitian. PLAXIS merupakan suatu aplikasi komputer yang berbasis elemen hingga yang digunakan secara
khusus untuk melakukan analisis deformasi dan stabilitas untuk berbagai aplikasi dalam bidang geoteknik. Metode elemen hingga memberikan alternatif solusi desain diaphragm wall karena dapat mengevaluasi stabilitas desain diaphragm wall. TINJAUAN PUSTAKA Analisa kestabilan lereng berguna untuk memberikan suatu tinjauan dan perencanaan lereng yang aman dan ekonomis. Metode analisis kestabilan lereng tidak dapat dilepaskan dari pengetahuan mengenai mekanisme dari keruntuhan lereng, jenis material, dan asalusulnya, topografi dan kondisi geologi setempat. Kondisi alam amat menentukan batasan-batasan dari penerapan metode yang dipilih. Analisis stabilitas pada permukaan tanah yang tidak horisontal ini, disebut analisis stabilitas lereng. Analisis stabilitas lereng dilakukan untuk : a. Memberikan tinjauan kestabilan lereng dari berbagai jenis lereng yang terjadi dialam maupun buatan manusia b. Memberikan evaluasi terhadap longsoran dari lereng yang ada
potensi
c. Menganalisis kelongsoran yang telah terjadi d. Memberikan kemungkinan re-design dari lereng yang baru e. Mengkaji pengaruh dari beban yang tak terduga seperti gempa dan beban lalu lintas. Metode Analisis Stabilitas Lereng Lereng dapat dianalisis melalui perhitungan faktor keamanan lereng dengan melibatkan data sifat fisik tanah, mekanika tanah (geoteknis tanah) dan bentuk geometri lereng (Pangular, 1985). Cara analisis kestabilan lereng banyak dikenal, tetapi secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu:cara pengamatan visual, cara komputasi dan cara grafik (Pangular, 1985) sebagai berikut : 1) Cara pengamatan visual adalah cara dengan mengamati langsung di lapangan dengan membandingkan kondisi lereng yang bergerak atau diperkirakan bergerak dan yang tidak, cara ini memperkirakan lereng labil maupun stabil dengan memanfaatkan pengalaman di lapangan (Pangular, 1985). Cara ini kurang teliti, tergantung dari pengalaman seseorang. Cara ini dipakai bila tidak ada resiko longsor terjadi saat pengamatan. Cara ini mirip dengan memetakan indikasi gerakan tanah dalam suatu peta lereng. 2) Cara komputasi adalah dengan melakukan hitungan berdasarkan rumus (Fellenius, Bishop, Janbu, Sarma, Bishop modified dan lain-lain). Cara Fellenius dan Bishop menghitung Faktor
Keamanan lereng dan dianalisis kekuatannya. Menurut Bowles (1989), pada dasarnya kunci utama gerakan tanah adalah kuat geser tanah yang dapat terjadi : a) tak terdrainase, b) efektif untuk beberapa kasus pembebanan, c) meningkat sejalan peningkatan konsolidasi (sejalan dengan waktu) atau dengan kedalaman, d) berkurang dengan meningkatnya kejenuhan air (sejalan dengan waktu) atau terbentuknya tekanan pori yang berlebih atau terjadi peningkatan air tanah. Dalam menghitung besar faktor keamanan lereng dalam analisis lereng tanah melalui metoda sayatan, hanya longsoran yang mempunyai bidang gelincir yang dapat dihitung. 3) Cara grafik adalah dengan menggunakan grafik yang sudah standar (Taylor, Hoek & Bray, Janbu, Cousins dan Morganstren). Cara ini dilakukan untuk material homogen dengan struktur sederhana. Material yang heterogen (terdiri atas berbagai lapisan) dapat didekati dengan penggunaan rumus (cara komputasi). Stereonet, misalnya diagram jaring Schmidt (Schmidt Net Diagram) dapat menjelaskan arah longsoran atau runtuhan batuan dengan cara mengukur strike/dip kekar-kekar (joints) dan strike/dip lapisan batuan. 4 Banyak rumus perhitungan Faktor Keamanan lereng (material tanah) yang diperkenalkan untuk mengetahui tingkat kestabilan lereng ini. Rumus dasar faktor keamanan (Safety Factor, F) lereng (material tanah) yang diperkenalkan oleh Fellenius (Lambe & Whitman, 1969; Parcher & Means, 1974). Besar faktor keamanan (F) sangat tergantung pada kualitas hasil penyelidikan tanah, fungsi lereng dan pengalaman perencana. Semakin rendah kualitas penyelidikan tanah dan pengalaman perencana maka semakin beasar faktor keamanan yang diambil. Nilai faktor keamanan (F) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara kuat geser (shear strenght) dan tegangan geser (shear stress) yang bekerja pada tanah/bidang longsor. (2.1) F s dimana F = Faktor Keamanan τ = gaya tahanan geser s = gaya doromg Berdasarkan penelitian-penelitian yang dilakukan dan studi-studi yang menyeluruh tentang keruntuhan lereng, maka dibagi 3 kelompok rentang Faktor Keamanan(F) ditinjau dari intensitas kelongsorannya (Bowles, 1989), dimana untuk keadaan :
1. F < 1,07 : lereng terjadi biasa/sering (lereng labil). 2. 1,07 < F <1,25 : lereng pernah terjadi (lereng kritis). 3. F > 1,25 : lereng jarang terjadi (lereng relatif stabil). Sumber : Bowles (1989)
Metode Fellenius Cara ini dapat digunakan pada lereng-lereng dengan kondisi isotropis, non isotropis dan berlapis-lapis. Massa tanah yang bergerak diandaikan terdiri dari atas beberapa elemen vertikal. Lebar elemen dapat diambil tidak sama dan sedemikian sehingga lengkung busur di dasar elemen dapat dianggap garis lurus. Berat total tanah/batuan pada suatu elemen (W),termasuk beban luar yang bekerja pada permukaan lereng Wt, diuraikan dalam komponen tegak lurus dan tangensial pada dasar elemen. Dengan cara ini, pengaruh gaya T dan E yang bekerja disamping elemen diabaikan. Faktor keamanan adalah perbandingan momen penahan longsor dengan penyebab longsor. 5 Mpenahan = R.r Dimana : R = gaya geser r = jari-jari bidang longsor Tahanan geser pada dasar tiap elemen adalah : R= S.b = b(c’ + σ tan υ’) ; σ = W COS ab Momen penahan yang ada sebesar : Mpenahan = r(c’b + W1 cos a tan υ’) Komponen tangensial Wt, bekerja sebagai penyebab longsoran yang menimbulkan momen penyebab sebesar : Mpenyebab = (W1 sin a ).r
Faktor keamanan dari lereng menjadi FK = Σ(c’b + W1 cos a tan υ’)Σ(W1 sin a ) PLAXIS Versi 8 Pemodelan Hardening Soil PLAXIS Versi 8 merupakan suatu aplikasi berbasis elemen hingga yang digunakan dalam analisis deformasi dan stabilitas dua dimensi dalam rekayasa geoteknik. PLAXIS telah dikembangkan sejak tahun 1987 oleh Delf University, Belanda. PLAXIS dimaksudkan sebagai suatu alat bantu analisis untuk ahli geoteknik yang tidak harus menguasai metode numerik. Umumnya para praktisi menganggap bahwa perhitungan dengan metode elemen hingga yang non-linier adalah sulit dan menghabiskan banyak waktu. Tim riset dan pengembangan PLAXIS menjawab masalah tersebut dengan merancang prosedur-prosedur perhitungan yang handal dan baik secara teoritis yang kemudian dikemas dalam suatu pemodelan yang logis dan mudah digunakan. Hasilnya, banyak praktisi geoeknk di seluruh dunia yang telah menerima dan menggunakannya untuk keperluan rekayasa teknis. Metode elemen hingga merupakan cara pendekatan solusi analisis struktur secara numerik. Analisis ini menerapkan struktur derajat kebebasan tak hingga yang disederhanakan dalam bentuk elemen-elemen kecil yang memilki geometri lebih sederhana dengan derajat kebebasan tertentu (berhingga), sehingga lebih mudah untuk dianalisis. Elemen-elemen diferensial ini memiliki asumsi fungsi perpindahan yang dikontrol pada nodal-nodalnya. Pada nodal tersebut diberlakukan syarat keseimbangan dan kompabilitas. Dalam metode elemen hingga harus dipenuhi 3 kondisi yaitu : 1. Keseimbangan,yaitu keseimbangan gayagaya yang bekerja pada setiap elemen 2. Kompatibilitas, yaitu hubungan regangan dan perpindahan yang berkaitan dengan geometri dan materialnya. 3. Persamaan konstitutif, yaitu hubungan tegangan regangan dari material. PLAXIS merupakan program yang bertujuan untuk menyediakan tool praktis yang dapat
digunakan oleh para engineer di bidang geoteknik dalam menganalisis permasalahan geoteknik. Tekanan tanah lateral Dalam perencanaan struktur dinding penahan tanah, tekanan tanah lateral merupakan suatu parameter penting yang harus diperhatikan, baik untuk analisa perencanaan maupun untuk analisa stabilitas. Analisis tekanan tanah lateral digunakan untuk perancangan dinding penahan tanah dan struktur yang lain, seperti: pangkal jembatan, turap, terowongan, saluran beton dibawah tanah dan lain-lainya. Tekanan tanah lateral adalah gaya yang ditimbulkan oleh akibat dorongan tanah dibelakang struktur penahan tanah. Besarnya tekanan lateral sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor di bawah ini: a. Berat jenis tanah / Density (γ) b. Sudut geser dalam (ϕ) c. Sudut geser dinding (δ) d. Kohesi e. Pengaruh air pada backfill Tekanan Tanah Lateral Diam Berdasarkan percobaan oleh Jaky (1944), didapat persamaan empiris untuk mendapatkan koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam pada tanah berbutir yaitu : Ko = 1 – sin Tekanan Tanah Lateral Aktif Jika suatu dinding licin yang membatasi suatu massa tanah tersebut diijinkan bergerak, maka tekanan tanah horizontal dalam elemen tanah tersebut akan berkurang secara terus menerus dan akhirnya dicapai suatu keseimbangan plastis. Kondisi tersebut dinamakan sebagai kondisi aktif menurut Rankine (1857) “Rankine’s active state”. Tekanan tanah yang bekerja pada dinding tersebut (σa) dinamakan tekanan tanah aktif. Tekanan Tanah Lateral Pasif 2 2 dimana Ka= koefisien tekanan tanah aktif Ka = tan 45 2 a v Ka c Ka Sedangkan keadaan tanah pasif adalah apabila suatu dinding licin tak terhingga didorong masuk secara perlahan-lahan ke arah dalam tanah, maka tegangan horizontal (σh) akan bertambah secara terus menerus. Pada keadaan
ini, keruntuhan tanah akan terjadi yang kita kenal sebagai kondisi tanah pasif menurut Rankine (1857) “Rankine’s passive state”. 2 2 dimana Kp = koefisien tekanan tanah pasif tan 45 2 p v Kp c Kp Kp 7
Dinding Penahan Tanah Dinding penahan tanah adalah suatu struktur yang digunakan untuk menahan gerakan tanah arah lateral/horizontal yang dapat menimbulkan kelongsoran. Sedangkan Konstruksi penahan tanah adalah suatu bangunan yang dibangun untuk mencegah keruntuhan tanah yang curam atau lereng yang dibangun di tempat dimana kestabilannya tidak dapat dijamin oleh lereng tanah itu sendiri. Dinding penahan tanah (retaining wall) merupakan istilah di bidang teknik sipil. Dinding penahan tanah merupakan struktur bangunan yang digunakan untuk menahan tanah atau memberikan kestabilan tanah atau bahan lain yang memiliki beda ketinggian dan tidak memperbolehkan tanah memiliki kemiringan longsor lebih dari kemiringan alaminya. Oleh karena itu, konstruksi dinding penahan tanah dipasang vertikal ke dalam tanah untuk membentuk suatu dinding vertikal yang menerus fungsinya untuk mencegah keruntuhan tanah yang berada di sekelilingnya. Dalam pemilihan jenis dinding penahan tanah diperlukan pertimbangan-pertimbangan baik dari segi teknis maupun ekonomis. Perencanaan konstruksi dinding penahan tanah harus mempertimbangkan beberapa faktor stabilitas dan faktor keamanan yang dapat menimbulkan kelongsoran tanah. Alternatif pilihan umtuk konstruksi dinding penahan tanah ini ada beberapa pilihan, diantaranya seperti sheet pile, secant pile, soldier pile, diaphragm wall dan sebagainya. Dinding Penahan Tanah Diapraghm Wall Diaphragm wall adalah suatu konstruksi penahan tanah yang teknik untuk membangun dinding bawah tanah terus menerus dari tingkat dasar. Diaphragm wall memberikan dukungan struktural dan air juga keketatan . Diaphragm wall juga disebut slurry parit
adalah dinding karena referensi yang diberikan dengan konstruksi teknik di mana penggalian dimungkinkan dengan mengisi dan menjaga dinding rongga penuh dengan air campuran bentonit selama penggalian untuk mencegah runtuhnya galian vertikal. Konstruksi Diaphragm wall relatif tidak bising walaupun pada saat penggaliannya terdapat getaran yang cukup mengganggu. Cocok untuk konstruksi di perkotaan juga dapat digunakan sebagai dinding struktural permanen walaupun biaya konstruksinya lumayan mahal. Keuntungan penggunaan diaphragm wall sebagai dinding penahan tanah adalah sebagai berikut: 1. Dapat dilaksanakan pada semua jenis dan kondisi tanah, tanpa harus menurunkan muka air tanah. 2. Diaphragm wall berfungsi untuk menutup masuknya air, menahan tekanan tanah dan memikul beban vertikal. 3. Pelaksanaan konstruksi diaphragm wall tidak menimbulkan suara dan getaran pada di daerah sekelilingnya. 4. Diaphragm wall dapat berfungsi sebagai konstruksi sementara maupun konstruksi permanen. 5. Pelaksanaan konstruksi diaphragm wall tidak memerlukan ruang gerak luas. 6. Pelaksanaan konstruksi diaphragm wall dapat menyediakan daerah kerja yang lebih bersih. Sedangkan kerugian penggunaan diaphragm wall sebagai dinding penahan tanah adalah sebagai berikut: 1. Untuk mencegah terjadinya pencemaran akibat slurry, maka harus dilakukan perlakuan khusus terhadap slurry tersebut. 2. Kualitas dari diaphragm wall pada peralatan yang digunakan dan tipe tanah yang digali. 3. Diperlukan daerah pembuangan lumpur.
4. Sering terjadi penggalian yang tidak lurus, sehingga peletakkan diaphragm wall tidak vertikal. Hal ini tergantung kemampuan dan pengalaman operatornya.
METODE PERENCANAAN Metode ini merupakan langkah-langkah yang akan dilaksanakan dalam mendesain dinding penahan tanah. Gambar Alur Perencanaan Dinding Penahan Tanah DATA TANAH Data ini merupakan data hasil penyelidikan tanah yang dilakukan pada proyek ini berupa penyelidikan tanah di lapangan dan di laboratorium. Penyelidikan tanah di lapangan yang dilakukan yaitu Standart Penetration Test (SPT) dan hasil uji N-SPT pada Bore Hole 1 dapat dilihat pada Tabel 4.1. Proyek : The City Centre Office Park Lokasi :JL.K.H.Mas Mansyur, Karet Boring No. : BT.1 Elevation :12,775 m Muka Air Tanah : 8,05 m di bawah 9 Kedalama Harga N-SPT Tabel n (m) Pekerjaan Data (Rp) Hasil Uji N-SPT No. 1
0-8,05
2
8,05-9,00
3
9,00-10,00
4.
10,0012,00
5.
12,0016,50
Stiff, reddish brown silty clay Medium stiff, reddish brown silty clay Soft, brown mottled light grey clayey silt Soft, light grey silty clay Soft, brownish grey
74,556
52,974
47,088
82,404
294,3
6.
16,5018,00
7
18-22.5
8
22.5-26
9
26-30.5
10
30.5-31.4
clayey silt Hard, brownish grey cemented silt Very dense, brownish grey cemented fine sandy silt Very hard, grey cemented silt Very hard, light grey cemented silt Very hard, light grey cemented silt
537,588
588,6
588,6
603,315
588,6
