PERILAKU CABUT GEOGRID DALAM TANAH MERAH B E R D A S A R K A N A N A L I S I S P E N G U J I A N L A B O R A T O R I U M DAN METODE ELEMEN
HINGGA
{GEOGRID PULLOUTBEHA VTORINRED CLAYBASED ONANALYSIS O F LABORA TORY TESTS A N D FINITE E L E M E N T M E T H O D ) 1
1
3
Rakhman Taufik *, Dian Asri Moelyani ', Dea Pertiwi * 2
J
'>- > >Puslitbang Jalan dan Jembatan '>- > Jl A J I Kasution No. 264 Bandung 40294 2U
t-mail; riiklimiin.taurik^ijpusjsitan.pu.yo.id e-mail: dian.asri^puyatan.pu.go.id e-mail: (lea.pertiwi^pusjaran-pii.t'o.id Diterima: OrtMei 2014; direvisi: 14 Juli 2014: disetujui: 07 Agustus 2014 2,
1
ii 73
82
3)
ABSTRAK Beberapa pedoman perencanaan dinding penahan tanah dengan perkuatan geogrid mensyaratkan penggunaan bahan berbulir dengan kandungan butir halus kurang dari 15%. Di Indonesia, tanah merah dengan kandungan butir halus yang tinggi mulai digunakan sebagai pengganti bahan berbulir karena mempunyai sifat teknis yang baik. Akan tetapi, tercatat adanya dinding tanah yang tidak memberikan kinerja sesuai dengan persyaratan. Hal ini merupakan indikasi perlunya pemahaman perilaku interaksi antara tanah butir halus dengan geogrid. Oleh karena itu, salah satu mekanisme interaksi tanah dan geogrid. yaitu perilaku cabut, dibahas dalam tulisan ini. Pengujian cabut di laboratorium dilakukan dengan variasi jenis geogrid. Hasil pengujian cabut digunakan untuk mengembangkan model dengan metode elemen hingga untuk menambah pemahaman terhadap interaksi kedua material tersebut. Dari hasil analisa, akibat sifat geogrid yang dapat memanjang (extensible), respon geogrid ketika menerima beban cabut tidak seragam. Selain itu, perilaku cabut geogrid tidak hanya dipengaruhi oleh kekakuan geogrid, tetapi juga oleh konfigurasi geometri geogrid. Hasil analisis dengan metode elemen hingga memberikan gambaran pentingnya sistem drainase untuk mendisipasi tegangan air pori ekses jika tanah butir halus digunakan dalam dinding penahan tanah dengan perkuatan geogrid. Kata kunci: dinding penahan tanah, tanah merah, kandungan butir halus, geogrid, uji cabut, metode elemen hingga 10 ABSTRACT Several design guidelines required granular soils with jiner eontent less t ha n 15% in geogrid reinforeed wulls. In Indonesia, red clay with highfines eontent has been used to replace the granular soil due to its good engineering properties. However, a case of non-performance geogrid reinforeed wali with red clay was reeorded. This indicates the need ofa thorongh understanding ofthe interaetion mechamsms between highfines eontent soil and geogrid. Therefore, one ofthe mechanism interaetions, i.e. pullout behariors, is deseribed in this paper. A series ofpullout iaboratory tests with various geogrid types were carried out. Tlie results of the tesis were used to develop model with fmite element method to get tnore insight into the interaetion ofthe two materials. From the analysis, due to the e.rfensible properties of the geogrid, strain respon ofthe geogrid when subjected to pullout had was not uniform. More over, geogrid pullout behavior was not only influenced by the stiffness of geogrid but also its geometrical configuration. The results ofjinite element analysis deseribe the importance ofdrainage syslem j'or dissipating excess pore waterpressure ifhigh fmes eontent soil is used in geogrid-re'mfored retaining wulls. Keywords: retaining wali, red clay, fine soil eontent, geogrid, pullout tes t, jinite element method
Perilaku Cabut Geogrid Dalam Tanah Merah Berdasarkan Analisis Pengujian Laboratorium dan Metode Elemen Hingga, (Rakhman Taufik. Dian Asri Moelyani, Dea Pertiwi)
60
PENDAHULUAN Salah satu j e n i s d i n d i n g penahan tanah yang u m u m digunakan adalah dinding tanah y a n g d i s t a b i l i s a s i s e c a r a m e k a n i s (Mechanically Stabilized Earth Wall, MSE) d e n g a n p e r k u a t a n geogrid (selanjutnya disingkat menjadi dinding MSE). D i n d i n g MSE m e m p u n y a i k e l e b i h a n dibandingkan dinding kantilever beton, dinding gravitasi d a n dinding modular prafabrikasi ( A A S H T O 2 0 1 0 ) . K e u n g g u l a n d i n d i n g MSE dibandingkan struktur dinding lainnya adalah l e b i h dapat m e n g a k o m o d i r penurunan total d a n penurunan diferensial. Beberapa pedoman perencanaan di antaranya (Indonesia 2009 d a n F H W A 2009) mensyaratkan penggunaan bahan berbutir dengan kandungan halus lolos saringan N o . 200 k u r a n g d a r i 1 5 % u n t u k d i n d i n g MSE. A k a n tetapi, ketersediaan bahan berbutir yang m e m e n u h i syarat sering t i d a k tersedia d i lokasi pekerjaan. S e l a i n i t u , harga k e r i k i l d a n pasir yang lebih mahal dibandingkan material kohesif dapat menjadi penghambat penggunaan geogrid u n t u k d i n d i n g MSE. Di s i s i l a i n , m a t e r i a l t a n a h merah (yang m e m p u n y a i kandungan halus lebih dari 1 5 % ) telah banyak d i g u n a k a n sebagai timbunan j a l a n dan telah m e n u n j u k k a n kinerja yang cukup baik karena mempunyai karakteristik mekanis yang baik. T a n a h merah b a n y a k terdapat d i Indonesia karena m e r u p a k a n hasil pelapukan batuan setempat. D i Indonesia, tanah merah dengan kandungan butir halus yang tinggi mulai digunakan sebagai pengganti bahan berbutir. W c s l e y (2010) mencatat dinding tanah d i Bintaro V i a d u c t Jakarta setinggi 7 , 8 m d a n d i Jalan L i n g k a r L u a r C c g e r - H a n k a m R a y a Jakarta setinggi 7,3 m m e m b e r i k a n kinerja yang baik. A k a n tetapi, teridentifikasi pula satu kasus k e r u n t u h a n p e n u t u p m u k a {facing) d i n d i n g t a n a h merah d i abutmen j e m b a t a n T o l V e t e r a n Jakarta setinggi 7 m (Dobic 2010). H a l ini merupakan indikasi perlunya pemahaman perilaku interaksi tanah butir halus dalam sistem dinding tanah dengan perkuatan geosintetik. Salah satu aspek penting y a n g perlu dikaji sehubungan dengan penggunaan tanah k o h e s i f a d a l a h s t a b i l i t a s i n t e r n a l d i n d i n g MSE t e r h a d a p k e r u n t u h a n cabut. H a l i n i disebabkan m a t e r i a l tanah k o h e s i f sangat dipengaruhi o l e h kadar air
61
dan derajat pemadatan. K a r e n a permeabilitasnya y a n g rendah, k u a t geser e f e k t i f tanah m e r a h j u g a sangat dipengaruhi o l e h tegangan air p o r i ekses y a n g dapat t i m b u l akibat pemadatan d a n beban lainnya. O l e h karena itu,tulisan i n i memaparkan hasil penelitian perilaku tahanan cabut perkuatan geogrid dengan tanah merah melalui pengujian laboratorium dan analisis dengan metode elemen hingga.
K A J I A N PUSTAKA Tanah merah Sifat-sifat teknis tanah m e r a h telah banyak dikaji diantaranya oleh W e s l c y (2010) dan Pertiwi d a n Taufik (2013). T a n a h merah l a z i m d i s e b u t j u g a s e b a g a i t a n a h l a t e r i t (lateritic soils). L a t e r i t t e r b e n t u k d a r i p r o s e s p e l a p u k a n tanah rcsidual atau disebut j u g a sebagai proses laterisasi. Tanah laterit i n i m e m p u n y a i k a n d u n g a n ferro-alumino silicates y a n g t i n g g i , a t a u sesquioxides (oksida sekunder dari besi/FeiOj atau aluminium/AbOs atau keduanya) d a n m e m p u n y a i kandungan silikat dasar d a n utama y a n g rendah, tetapi dapat mengandung j u m l a h kuarsa d a n kaolin yang cukup banyak menurut Blight dalam Peritiwi dan T a u f i k (2013). Tanah residual yang dihasilkan dari proses pelapukan batuan beku d a n v u l k a n i k u m u m n y a m e m i l i k i sifat teknis y a n g baik d a n m e m i l i k i kuat geser t a k terdrainase m a u p u n parameter kekuatan efektif yang cukup tinggi (Wesley 2010). Weslcy (2010) menyimpulkan b a h w a t i n g g i n y a k u a t geser e f e k t i f tanah residual adalah karena: 1. T a n a h r e s i d u a l m e m p u n y a i m i n e r a l l e m p u n g yang sifat friksi bagus. 2. A d a n y a efek m i k r o s t r u k t u r y a n g signifikan, b e r k o n t r i b u s i pada t i n g g i n y a k u a t geser. 3. M i k r o s t r u k t u r u m u m n y a j u g a b e r k o n t r i b u s i pada t i n g g i n y a k o m p o n e n kohesi pada k u a t geser tanah residual. S u d u t geser d a l a m u m u m n y a p a d a r e n t a n g 25 -35°, w a l a u p u n p a d a l e m p u n g allophane d a n halloysitc b i s a m e n c a p a i 40°. Pertiwi dan Taufik (2013) juga melakukan simulasi n u m e r i k dengan metode elemen hingga untuk timbunan tinggi dari tanah merah dengan piranti lunak Plaxis 2 D ( B r i n k g r e v e2002). Salah 0
Jurnal
Jatan-Jembatan,
Volume 31 No. 2 Agustus 2014.60 - 73
satu hasil k a j i a n n y a y a n g diacu d a l a m tulisan i n i adalah validasi m o d e l konstitutif tanah merah dari T a n j u n g Sari, Sumedang, Jawa Barat. D a r i h a s i l v e r i f i k a s i , m o d e l k o n s t i t u t i f Hardening Soil l e b i h s e s u a i u n t u k m e m o d e l k a n t a n a h m e r a h d i b a n d i n g k a n model Mohr-Couhmb. A d a p u n p a r a m e t e r t a n a h m e r a h m o d e l Hardening Soil yang telah diverifikasi diperlihatkan pada Tabel 1. Interaksi tanah dan perkuatan geosintetik Beberapa moda keruntuhan tanah d a n perkuatan gcosintetik dijabarkan oleh Falmeira (2009) pada G a m b a r 1 . Pada daerah A , massa tanah dapat tergelincir pada permukaan
perkuatan, sehingga j e n i s pengujian y a n g sesuai adalah u j i geser langsung. Pada daerah B , tanah dan perkuatan dapat berdeformasi d a l a m arah lateral, sehingga pengujian y a n g sesuai adalah u j i t a r i k d a l a m t a n a h (in-soil tensile tesi). D a e r a h C m e n u n j u k k a n situasi d i m a n a tanah d a n p e r k u a t a n digeser, o l e h k a r e n a im u j i geser langsung dengan perkuatan m i r i n g dapat digunakan. Pada daerah D , perkuatan ditarik sehingga dapat d i m o d e l k a n dengan u j i cabut. M o d a keruntuhan yang dikaji dalam tulisan ini adalah pada daerah D .
Tabel 1 . P a r a m e t e r tanah m e r a h m o d e l Hardening Soil ( P e r t i w i d a n T a u f i k 2 0 1 3 ) Parameter Tipe material B e r a t i s i tak j e n u h Berat isi j e n u h K o o i i s i e n p e r m a b i l i t a s arah h o r i s o n l a l Koofisien permabilitas arah vertikal R a s i o Poisson Kohesi efektif S u d u t geser d a l a m e f e k t i f S u d u t dilatansi F a k t o r r e d u k s i k u a t geser a n t a r m u k a M o d u l u s k e k a k u a n s e k a n pada t e k a n a n k e k a n g a n 1 0 0 k P a M o d u l u s k e k a k u a n tangen u n t u k k o n d i s i oedomeler pada t e k a n a n k e k a n g a n acuan M o d u l u s Young s e k a n u n t u k p e n g a n g k a t a n heban (unhading) d a n p e m b e b a n a n k e m b a l i (relaading) pada t e k a n a n k e k a n g a n acuan
Simbol -
Satuan kN/m kN/m m/hari m/hari kN/m derajat derajat kN/m kN/m
Nilai Undrained 17.03 17.46 2.590F-05 2.590E-05 0.2 26 29.4 11 0.7 5.904H+04 4.797E404
3
Yunsat
3
k, k v e' y
2
2
2
. kN/m
2
Perilaku Cabut Geogrid Dalam Tanah Merah Berdasarkan Analisis Pengujian Laboratorium dan Metode Elemen Hingga, (Rakhman Taufik, Dian Asri Moelyani, Dea Pertiwi)
1.77IE+05
62
M e n u r u t T c i x e i r a , ct a l ( 2 0 0 7 ) , p e r i l a k u struktur tanah yang diperkuat geosintetik sangat dipengaruhi oleh mekanisme interaksi yang t i m b u l antara perkuatan d a n t i m b u n a n tanah. Perkuatan tersebut berfungsi untuk meredistribusi tegangan dalam tanah u n t u k m e n i n g k a t k a n stabilitas internal dari struktur tanah yang diperkuat • geosintetik. Perkuatan akan mengalami regangan tarik ketika mentransfer beban dari zona y a n g stabil k e zona yang tidak stabil. Redistribusi tegangan d a n respon deformasi dalam massa tanah yang diperkuat geosintetik tergantung pada kuat geser tanah, kuat tarik perkuatan, dan m e k a n i s m e transfer tegangan antara tanah dan perkuatan. U j i cabut telah u m u m digunakan untuk mengkarakterisasi m e k a n i s m e transfer tegangan tersebut. A k a n tetapi, m e k a n i s m e cabut antara tanah dan geogrid lebih k o m p l e k dibandingkan d e n g a n p e r k u a t a n strip a t a u l e m b a r a n . H a l i n i d i s e b a b k a n s t r u k t u r g e o g r i d y a n g t e r d i r i d a r i rib m e l i n t a n g d a n . rib m e m a n j a n g m e m p u n y a i bukaan y a n g r e l a t i f besar. S e l a i n i t u , perkembangan tekanan air p o r i ekses tidak dapat dipantau d a l a m u j i cabut berdasarkan metode standar.
63
Oleh karena i t u , selain melalui serangkaian pengujian cabut laboratorium, metode elemen hingga juga digunakan dalam tulisan i n i untuk memberikan pemahaman yang lebih dalam terhadap interaksi tanah y a n g terjadi. Uji cabut dengan analisis metode elemen hingga Penggunaan metode elemen hingga dengan bantuan piranti lunak Plaxis 2 D (Brinkgreve 2002) telah digunakan diantaranya oleh Prakoso dan Ilyas (2013) dan Beckcr d k k ( 2 0 1 3 ) u n t u k m e m o d e l k a n pengujian cabut. P r a k o s o dan I l y a s ( 2 0 1 3 ) m e m o d e l k a n u j i cabut laboratorium dengan m e m b e r i k a n perpindahan (preseribed displacement) p a d a g e o g r i d d a n gaya tarik yang dibutuhkan u n t u k menghasilkan perpindahan tersebut didapat dari hasil analisis dengan metode elemen hingga. Sebaliknya, d a l a m p e m o d e l a n u j i cabut lapangan, Bccker d k k (2013) m e m b e r i k a n gaya t a r i k b e r u p a b e b a n t i t i k [point had) p a d a g e o g r i d dan perpindahannya diperoleh dari analisis dengan metode elemen hingga. U n t u k mencegah keruntuhan tanah lokal di daerah bukaan, kedua penulis menggunakan material linier elastik d i daerah bukaan dengan kekakuan d a n rasio pnissott y a n g s a n g a t k e c i l . S e c a r a l e b i h rinci,
Jurnal
Jalan-Jembatan,
Volume 31 No. 2 Agustus 2014, 60-73
kedua m o d e l tersebut Gambar 2 dan Gambar 3.
diperlihatkan
pada
G a m b a r 2. M o d e l alat cabut l a b o r a t o r i u m dan d e t a i l k l e m p e n j e p i t ( P r a k o s o dan I l y a s 2 0 1 3 )
G a m b a r 4. S k e m a alat cabut ( A S T M 2 0 0 7 )
HIPOTESIS
G a m b a r 3. D e t a i l m o d e l k l e m alat cabut l a p a n g a n (Beckcr dkk 2013) Pengujian cabut laboratorium Prosedur pengujian cabut laboratorium telah m e n j a d i standar A S T M D 6 7 0 6 - 0 I ( A S T M 2007). Pada dasarnya pengujian dilakukan dengan menempatkan benda u j i geosintetik d i antara d u a lapis tanah (yang dibebani suatu tekanan vertikal), kemudian gaya horizontal diterapkan pada geosintetik m e l a l u i k l e m penjepit d a n gaya yang dibutuhkan u n t u k m e n c a b u t g e o s i n t e t i k tersebut dicatat. Pada d a e r a h b u k a a n t e r d a p a t l i d a h (sleeve) m e t a l sepanjang 1 5 0 m m yang berfungsi u n t u k mentransfer gaya k e dalam benda u j i tanah sehingga tegangan pada bukaan kotak akan berkurang. A l a t cabut l a b o r a t o r i u m j u g a dilengkapi pengukur perpindahan k l e m penjepit benda u j i geogrid. Selain i t u , dapat d i u k u r pula perpindah pada beberapa lokasi d i benda u j i geogrid dengan transduser perpindahan elektronik, m i s a l n y a d a r i j e n i s Linear Variahle Differential Transformers (L VDT). S k e m a a l a t cabut diperlihatkan pada G a m b a r 4 .
D u a hipotesis akan dievaluasi dalam tulisan i n i . Hipolesis pertama adalah perilaku tahanan cabut tidak h a n y a dipengaruhi oleh sifat m u l u r dari geogrid. Hipotesis kedua adalah dengan kandungan butir halus diperlukan adanya penanganan u n t u k mendisipasi tegangan air pori ekses.
METODOLOGI Pengujian cabut berdasarkan A S T M D 6706-01 (ASTM 2007) dilaksanakan di Laboratorium Geosintetik, Pusat Litbang Jalan dan Jembatan (alat u j i diperlihatkan pada G a m b a r 5 ) . A l a t cabut tersebut m e m p u n y a i kotak dengan panjang 1520 m m , lebar 7 6 0 m m dan tinggi 305 m m . T e k a n a n vertikal d a n gaya cabut diterapkan dengan m e s i n hidrolik y a n g d i k o n t r o l secara e l e k t r o n i k . T e k a n a n d a n g a y a dari s e l beban dicatat secara o t o m a t i s m e l a l u i d a t a logger. A l a t i n i j u g a d i l e n g k a p i d e n g a n e m p a t b u a h LVDT, J a r a k s e t i a p LVDT d a r i b u k a a n a l a t a d a l a h : LVDT 1 = 1 8 5 m m , LVDT2 = 4 2 5 m m , LVDT Z = 6 6 5 m m d a n 1 * 2 ) 7 4 = 8 1 5 mm. Benda uji tanah yang digunakan dalam uji cabut d i a m b i l dari k u a r i T a n j u n g Sari, Kabupaten Sumedang, Jawa Barat. T a n a h tersebut m e m p u n y a i indeks plastisitas 3 8 % , kandungan lolos saringan N o . 2 0 0 sebesar 9 6 % , berat i s i m a k s i m u m 12,5 k N / m 3 d a n kadar a i r o p t i m u m 3 8 , 5 % . T a n a h tersebut termasuk j e n i s t a n a h m e r a h t r o p i s d e n g a n m i n e r a l halloysite m e n u r u t W e s l e y ( 2 0 1 0 ) , l a n a u elastis dengan batas cair tinggi ( M H ) d a l a m sistem unifikasi
Peritaku Cabut Geogrid Dalam Tanah Merah Berdasarkan Analisis Pengujian Laboratorium dan Metode Elemen Hingga, (Rakhman Taufik. Dian Asri Moelyani, Dea Pertiwi)
64
klasifikasi, kelas A - 7 - 5 menurut Indonesia (2002), dan termasuk timbunan biasa berdasarkan Indonesia (2010). Tana]] m e r a h dipadatkan d a l a m k o t a k alat cabut dengan target kepadatan m i n i m a l 9 5 % dan pada kadar air o p t i m u m . Pemadatan dikontrol dengan m e n g u k u r berat isi tanah d a n kadar air y a n g m a s u k pada k o t a k alat cabut. T a n a h dipadatkan d a l a m k o t a k alat cabut dengan menggunakan alat bantu pemadat pneumatik.
G a m b a r 5.
Alat
prosedur I S O 1 0 3 1 9 ( I S O 2 0 0 S ) dan A S T M D 6637-11 ( A S T M 2011). Pengujian cabut d i l a k u k a n dengan variasi tegangan vertikal 20 kPa, 40 k P a , 80 k P a dan 120 kPa sedangkan panjang benda uji geogrid adalah sekitar 0,7 m . S e m u a pengujian cabut d i l a k u k a n pada arah m e s i n geogrid. H a s i l pengujian cabut l a b o r a t o r i u m (dari satu j e n i s geogrid) tersebut digunakan u n t u k memvalidasi model elemen hingga. Validasi dilakukan dengan membandingkan respon perpindahan k l e m penjepit, perpindahan geogrid dan gaya cabut terhadap hasil u j i laboratorium. Validasi lainnya yang d i l a k u k a n adalah validasi m o d e l konstitutif tanah. V a l i d a s i tersebut d i l a k u k a n dengan membandingkan perilaku h u b u n g a n tegangan dan regangan dari hasil pengujian laboratorium triaksial terkonsolidasi t a k terdrainase {consolidated undrained, C U ) t e r h a d a p r e s p o n d a r i m o d e l elemen hingga. Analisis metode elemen hingga yang digunakan adalah m o d e l dua dimensi regangan b i d a n g {plane strain). P i r a n t i l u n a k y a n g digunakan adalah Plaxis 2 D (Brinkgreve 2002). E l e m e n segitiga 15 nodai digunakan u n t u k material tanah. D u a m o d e l konstitutif tanah d i k a j i d a l a m t u l i s a n i n i , y a i t u Mohr-Coulomb d a n Hardening Soil. B e b a n v e r t i k a l d i m o d e l k a n sebagai beban m e r a t a d i sisi atas m o d e l . B e b a n titik diberikan secara bertahap sampai terjadi k e r u n t u h a n cabut pada m o d e l .
u j i cabut l a b o r a t o r i u m
Empat jenis geogrid dengan variasi geometri, kuat tarik, jenis p o l i m e r dan metode pembuatan digunakan dalam penelitian i n i (Gambar 6 dan Tabel 2). Sebelum dilakukan pengujian cabut, d i l a k u k a n u j i k u a t tarik u n t u k k e e m p a t j e n i s geogrid tersebut berdasarkan
65
Jurnal
Jalan-Jembatan,
Volume 31 No. 2 Agustus 2014. 60 - 73
G G 3 (Poliester
Gambar 6.
Welded Geogrid)
CiGl (Polipropilcna Welded Geogrid)
Midtifilament Yar/is
Geogrid)
GG3 (Poliester Welded Geogrid) Density
Keterangan:
Hish
D e n s i t y
mtyethylene,
HDPE Integral Geogrid)
benda uji geogrid
Kode Benda Uji dan Keterangan Geogrid
CjG4 (High
t
Benda uji geogrid yang digunakan dalam uji cabut laboratorium
Tabel 2. Geometri
GG2 (Poliester
Q Q I
Pafytthylene,
IIDPH Integral Geogrid)
Si
s,.
(mm)
(mm)
t (mm)
d (mm)
37.9
41.2
0.8
0.8
28.5
24.9
0.8
0.8
76.7
41.4
1.0
1.2
277.1
22.3
2.4
7.4
S i = jarak antar rib transversal; d=tcbal rib longitudinal;, t=tebal rib transversal, Si = jarak antara rih logiludinal
Geometri model dalam penelitian i n i m e r u j u k pada model Prakoso d a n Ilyas (2013) dan Becker d k k . (2013) dengan beberapa m o d i f i k a s i agar sesuai dengan alat u j i cabut y a n g digunakan dalam penelitian i n i . Modifikasi t e r s e b u t a d a l a h a d a n y a l i d a h (sleeve) p a d a a l a t uji cabut yang digunakan dalam penelitian (lihat Gambar 7.a). Seperti halnya model m o d e l Prakoso dan Ilyas ( 2 0 1 3 ) dan Becker d k k ( 2 0 1 3 ) ,
pada m o d e l e l e m e n hingga d a l a m penelitian i n i d i g u n a k a n m a t e r i a l dummy p a d a d a e r a h b u k a a n u n t u k mencegah keruntuhan lokal, seperti pada G a m b a r 7.b. Luaran hasil analisis dengan metode elemen hingga yaitu gaya tarik dan perpindahan pada geogrid digunakan untuk mengevaluasi mekanisme interaksi antara tanah dan geogrid.
Perilaku Cabut Geogrid Dalam Tanah Merah Berdasarkan Analisis Pengujian Laboratorium dan Metode Elemen Hingga. (Rakhman Taufik, Dian Asri Moelyani, Dea Pertiwi)
66
Gambar 7.a. Potongan meliniang
G a m b a r 7.b. D e t a i l k l e m Gambar 7. M o d e l alat u j i cabut d a n detail k l e m
dan geogrid putus pada daerah antara k l e m dan l i d a h (sleeve).
HASIL DAN ANALISIS Hasil pengujian laboratorium Hasil pengujian kuat tarik diperlihatkan pada Tabel 3 d a n Gambar 8. Terlihat bahwa benda u j i G G 3 dan G G 4 m e m p u n y a i kekakuan yang tinggi dibandingkan benda uji G G 1 d a n GG2. Hasil pengujian pengujian cabut d i r a n g k u m pada Tabel 4 . Seluruh pengujian mengalami k e r u n t u h a n c a b u t k e c u a l i untuk b e n d a u j i G G 1 . Hasil pengujian didefinisikan mengalami keruntuhan cabut ketika ujung geogrid m e n g a l a m i p e r p i n d a h a n d a r i h a s i l b a c a a n LVDT dan berdasarkan pengamatan v i s u a l setelah pengujian. Pada benda u j i G G 1 , ujung paling belakang geogrid tidak mengalami perpindahan Tabel 3.
Regangan [%) Gambar 8. Hasil uji kuat tarik
Hasil pengujian kuat tarik geogrid Kode Benda Uji dan Keterangan Geogrid
OG1 (n'e/cfcrf Polipropilena Geogrid) GG2 (Geogrid Poliester Multifikimcnt GG3 (Wthled
Yurns)
Poliester Geogrid)
( K"i4 (Geogrid Integral Higli Density Polyeihyh-ne, 1IDPE)
Kuat Tarik (kN/m")
1
1
2
Llonsjasi saat putus (%)
Kekakuan , i % (kN/m)
47.2
11.4
841
100
27.5
720
131
12.1
1050
13.8
2S30
166
1
2
2
Keterangan: Berdasakaii ISO 10319, kecuali GG1 berdasarkan A5TM D6637; Kekakuan geogrid saut reganean 2%;
67
Jurnal
Jalan-Jembatan.
Volume 31 No. 2 Agustus 2014.60 - 73
Tabel 4,
serta M o h i u d d i n ( 2 0 0 3 ) y a n g telah m e n e l i t i h u b u n g a n a n t a r a j a r a k rib d e n g a n t a h a n a n c a b u t .
Hasil pengujian cabut laboratorium
Tahanan Cabut Tegangan Vertikal, o\(kN'.-'m) (kPa) 30.0 20 32.3 40 26.9 80 40 50.1 GG2 51.8 80 55.7 120 40 59.5 GG3 80 75.7 80.0 120 GG4 40 65.6 61.7 80 63.5 120 Keterangan: GG1 mengalami keruntuhan geogrid. Jenis Geogrid CK31
100
100
100
150
Tegangan vertikal (kPa) Gambar 10.
.2 U W s*
20 Perpindahan
40
60
(mm)
Gambar 9. Hubungan perpindahan dan gaya cabut pada benda uji G G 3
Hubungan tahanan cabut maksimum dan tegangan vertikal
K e t i k a dibebani gaya cabut, geogrid memberikan respon regangan yang tidak s e r a g a m a k i b a t s i f a t n y a y a n g m u l u r (extensible). H a l i n i ditandai oleh perbedaan perpindahan d i s e t i a p t i t i k LVDT p a d a b e n d a u j i g e o g r i d ( G a m b a r 11). G a m b a r tersebut m e m p e r l i h a t k a n data pembacaan perpindahan k l e m penjepit dan d a t a p e r p i n d a h a n d a r i e m p a t LVDT d i b e b e r a p a posisi pada benda u j i G G 3 . 80 —O— Tegangan vertikal 4 0 k P a
Secara k e s e l u r u h a n k e r u n t u h a n cabut yang terjadi m e m i l i k i pola hubungan teganganp e r p i n d a h a n y a n g b e r s i f a t g e t a s (brittle) s e p e r t i d i c o n t o h k a n pada G a m b a r 9 . P o l a getas y a i t u pola dengan nilai puncak yang jelas. Nilai puncak atau nilai m a k s i m u m inilah yang digunakan u n t u k m e n e n t u k a n tahanan cabut pada G a m b a r 10. D a r i G a m b a r 1 0 , dapat d i s i m p u l k a n b a h w a tahanan cabut s e m a k i n besar dengan meningkatnya tegangan vertikal. A k a n tetapi, geometri geogrid j u g a berpengaruh terhadap besarnya tahanan cabut. H a l i n i terlihat pada benda u j i G G 4 , w a l a u p u n tegangan vertikal m e n i n g k a t tetapi n i l a i tahanan cabut r e l a t i f k o n s l a n . P e n y e b a b n y a k a r e n a s p a s i rib d a n u k u r a n b u k a a n G G 4 sangat besar. H a s i l i n i konsisten dengan Irsyam d a n H r y c i w (1991)
~ & — T e g a n g a n vertikal 80 k P a —<>—Tegangan vertikal 120 k P a
0 + 200
400
600
-O 800
J a r a k dari k l e m (mm)
Gambar 1 1 . R e s p o n r e g a n g a n g e o g r i d y a n g t i d a k seragam ( G G 3 , beban vertikal 4 0 k P a ) G a m b a r 12 m e m p e r l i h a t k a n p e r b a n d i n g a n respon regangan geogrid. Terlihat bahwa geogrid G G 4 dengan kekakuan yang lebih tinggi memberikan respon regangan yang relatif lebih merata d i sepanjang geogrid dibanding G G 2 dan
Perilaku Cabut Geogrid Dalam Tanah Merah Berdasarkan Analisis Pengujian Laboratorium dan Metode Elemen Hingga, (Rakhman Taufik, Dian Asri Moelyani, Dea Pertiwi)
68
G G 3 . K e k a k u a n geogrid G G 4 pada regangan 2 % = 2 8 3 0 k N / m , G G 3 = 720 k N / m dan G G 2 = 1990 k N / m (lihat Tabel 3). Pada gambar tersebut j u g a terlihat gaya cabut m a k s i m u m G G 4 d a n G G 3 termobilisasi ketika seluruh bagian geogrid m e n g a l a m i perpindahan, sedangkan pada G G 2 hanya sekitar 5 0 % dari panjang geogrid mengalami perpindahan. 1 0 0 -i
0
1
200
400
J a r a k dari klem
600 (mm)
Gambar 12. P e r b a n d i n g a n respon regangan g e o g r i d (tegangan v e r t i k a l 120 k P a ) Hasil analisis metode elemen hingga uji cabut laboratorium Parameter tanah y a n g digunakan adalah p a r a m e t e r Hardening-Soil p a d a T a b e l 1 y a n g telah divalidasi oleh Pertiwi dan Taufik (2013). Material dummy u n t u k daerah bukaan d i p e r l i h a t k a n d i m o d e l k a n s e b a g a i m a t e r i a l linier elastic d e n g a n k e k a k u a n y a n g s a n g a t k e c i l ( m o d u l u s elastisitas, E = 0 , 1 0 k N / m 2 ; d a n rasio poissoru v = 0 , 0 1 ) . Parameter kekakuan elemen geogrid ( E A ) d i t e n t u k a n dari G a m b a r 8. K e k a k u a n d i h i t u n g dengan menggunakan persamaan J = T / ( A L / L o ) (Becker d k k 2 0 1 3 ) dengan J adalah k e k a k u a n dan T adalah kuat tarik geogrid. U n t u k G G 3 , dengan k u a t tarik m a k s i m u m sebesar 131 k N / m 2 d a n elongasi pada k u a t tarik m a k s i m u m sebesar 1 2 , 1 % d i p e r o l e h E A sebesar 1082 k N / m . U n t u k e l e m e n a n t a r m u k a (interface), d i g u n a k a n faktor reduksi k u a t geser ( I W r ) y a n g m e r u p a k a n p e r b a n d i n g a n a n t a r a k o h e s i interface (ci) dengan k o h e s i tanah ( c ) d a n sudut geser interface (fa) d e n g a n s u d u t g e s e r t a n a h (<(>). R i „ t c r untuk timbunan dengan kadar air o p t i m u m (Wopt), d i g u n a k a n sebesar 0 , 7 sesuai dengan hasil kajian M o e l y a n i dan T a u f i k (2012).
69
Verifikasi hasil pemodelan elemen hingga dilakukan dengan membandingkan respon perpindahan g e o g r i d dengan gaya cabut dengan hasil u j i laboratorium. Perpindahan geogrid diperoleh dari bacaan instrumen pengukur p e r p i n d a h a n LVDT l s a m p a i d e n g a n LVDT 4 sedangkan gaya cabut d i u k u r dengan sel beban p a d a alat u j i cabut. G a m b a r 13 m e m p e r l i h a t k a n p e r b a n d i n g a n antara hasil pengujian laboratorium d a n hasil pemodelan elemen hingga dengan d a n tanpa e l e m e n interface p a d a g e o g r i d . T e r l i h a t p a d a gambar tersebut b a h w a m o d e l tanpa e l e m e n interface l e b i h m e n d e k a t i h a s i l p e n g u j i a n laboratorium dibandingkan model dengan e l e m e n interface. M o d e l d e n g a n elemen interface m e m b e r i k a n n i l a i k u a t t a r i k y a n g l e b i h rendah dibandingkan dengan hasil pengujian laboratorium karena m o d e l i n i tidak dapat menggambarkan tahanan pasif dari rib melintang. Dengan menghilangkan elemen interface, k u a t t a r i k d a r i h a s i l p e m o d e l a n e l e m e n hingga menjadi lebih tinggi dari pada m o d e l dengan elemen interface dan menjadi k o m p e n s a s i u n t u k k o n t r i b u s i t a h a n a n p a s i f rib melintang geogrid.
Perpindahan (mm)
Gambar 13. P e r b a n d i n g a n t a h a n a n cabut dan p e r p i n d a h a n pada LVDT 1 Gambar 14 sampai Gambar 16 memperlihatkan perbandingan antara hasil analisis dengan metode elemen hingga dan hasil pengujian laboratorium dari titik pengukuran l a i n n y a (LVDT 2 s a m p a i LVDT 4 ) , s e h i n g g a disimpulkan bahwa model elemen hingga i n i dianggap cukup dapat menggambarkan respon cabut d i l a b o r a t o r i u m .
Jurnal
Jalan-Jembatan,
Volume 31 No. 2 Agustus 2014, 60 - 73
di sekelilingnya. Gambar 1 7 memperlihatkan contoh v e k t o r perpindahan setelah pemberian gaya tarik sebesar 2 0 k N / m d a n tegangan v e r t i k a l ( o \ ) sebesar 4 0 k P a . P a d a G a m b a r 1 8 diperlihatkan kontur konsentrasi tegangan h o r i s o n t a l setelah p e m b e r i a n gaya tarik sebesar 20 k N / m , d a n o \ = 4 0 k P a , terlihat bahwa konsentrasi tegangan terjadi pada bagian k l e m alat u j i cabut.
70
j2
10 v
—O-Pemodelan
o
0
—
0
10
20
30
40
50
. . . .
"
•
•
•
•
.
,
'
'
,
'
l
l
t
l
l
4
i
i
l
,
t
'
l
Perpindahan (mm) G a m b a r 1 4 . P e r b a n d i n g a n t a h a n a n cabut dan p e r p i n d a h a n pada LVDT2
G a m b a r 17. V e k t o r p e r p i n d a h a n setelah p e m b e r i a n gaya t a r i k 2 0 k N / m dan c j = 4 0 k P a v
G a m b a r 18. K o n t u r tegangan h o r i z o n t a l setelah p e m b e r i a n gaya t a r i k 2 0 k N / m d a n a = 4 0 kPa v
0
10
20
30
40
50
Perpindahan (mm)
Gambar
16.
P e r b a n d i n g a n tahanan cabut d a n p e r p i n d a h a n pada L V D T A
PEMBAHASAN Aplikasi gaya tarik menyebabkan timbulnya perpindahan pada geogrid d a n tanah
Akibat permeabilitas tanah merah yang rendah dikarenakan kandungan butir halus yang tinggi ( 9 6 % ) , m e n j a d i k a n tegangan air pori ekses t i m b u l k e t i k a geogrid m e n e r i m a gaya cabut. P e r k e m b a n g a n tegangan air p o r i ekses tersebut diperlihatkan pada G a m b a r 19. Terlihat bahwa tegangan air pori ekses m u l a - m u l a terjadi pada daerah bukaan k e m u d i a n dengan bertambahnya beban cabut pada geogrid, tegangan a i r pori ekses b e r k e m b a n g hingga k e bagian u j u n g geogrid.
Perilaku Cabul Geogrid Dalam Tanah Merah Berdasarkan Analisis Pengujian Laboratorium dan Metode Elemen Hingga, (Rakhman Taufik, Dian Asri Moelyani, Dea Pertiwi)
70
»H(» IIJIItlUUlMIIWH rt»ll I H IIIIIHHMUIIH HIltWWM »1111 IHHHIIII» HIHIHMIlim IHJ IMUN lili IIIHHIHI
Itll IlUtlll IIIIllIHHIIIMtlll lll>U
>i*IIUIUMIIIIII)IUlllllllllll lili IIIHHIIIIHUIIIIIIM>tt< III >llllll II1HII
G a y a c a b u l 10 k N
G a y a cabut 10 k N Wllll IIIUWIHIIIWIUIIIIIIH4UIIII lltMUtlll " I IHMIIIIIIIWW»! IIHUIUIUIIIMUtlll IIIIHUIII1IIIHH1II HMI I
Hmmi4ll«WlirilM4M^IIH»lll IIIUWIHII ItHtllllllWlIHIIII IW
"'M ....
i ' . . . " j ' / • • •:,
G a y a cabut 3 0 k N
G a y a cabut 3 0 k N
G a y a cabut 5 0 k N
G a y a cabut 5 0 k N Keterangan: 4 legangan air pori Gambar 19. P e r k e m b a n g a n t e g a n g a n air p o r i ekses
Gambar 20. T e g a n g a n geser r e l a t i f pada u j i cabut 60 Gaya cabut 20 kN
T i m b u l n y a tegangan a i r p o r i ekses tersebut menyebabkan pola keruntuhan yang sama dengan perkembangan tekanan air pori ekses (lihat G a m b a r 2 0 ) . G a m b a r tersebut m e m p e r l i h a t k a n distribusi tegangan efektif d a l a m bentuk tegangan geser relatif y a n g terjadi akibat geogrid diberi gaya cabut. T e g a n g a n geser relatif memberikan indikasi dekatnya titik tegangan (stress points) pada selubung k e r u n t u h a n (failure envelope). D e n g a n s e m a k i n meningkatnya tegangan air pori ekses, keruntuhan y a n g terjadi s e m a k i n merata d i sepanjang geogrid. Dari hasil pemodelan elemen hingga dapat d i s i m p u l k a n b a h w a akibat sifat geogrid y a n g d a p a t m e m a n j a n g (extensiblc), r e s p o n geogrid k e t i k a m e n e r i m a beban cabut tidak seragam seperti diperlihatkan pada G a m b a r 2 1 . G a m b a r tersebut m e m p e r l i h a t k a n distribusi gaya aksial tarik d i sepanjang geogrid y a n g diberi gaya cabut sebesar 2 0 k N , 4 0 k N d a n 5 0 k N . Terlihat b a h w a tegangan aksial larik pada geogrid pada bagian depan sama besarnya dengan gaya y a n g d i b e r i k a n , a k a n tetapi tegangan aksial tarik semakin mengecil pada bagian belakang geogrid. P e r i l a k u transfer beban dari m o d e l elemen hingga ini konsisten dengan hasil p e n g u j i a n cabut d i l a b o r a t o r i u m pada G a m b a r 11 d a n G a m b a r 1 2 .
71
Gaya cabut 40 kN Gaya cabut 50 kN
J a r a k dari bukaan d e p a n (m)
Gambar 21. D i s t r i b u s i gaya a k s i a l t a r i k d i sepanjang g e o g r i d
K E S I M P U L A N DAN SARAN Kesimpulan 1. K a r e n a sifat g e o g r i d y a n g dapat m e m a n j a n g (extensible), r e s p o n g e o g r i d k e t i k a m e n e r i m a beban cabut tidak seragam. Dari hasil analisis dengan metode elemen hingga, diketahui tegangan aksial tarik pada geogrid pada bagian depan (yang dekat dengan gaya cabut) termobilisasi terlebih dahulu dibandingkan dengan bagian belakang geogrid. 2. Tahanan cabut geogrid tidak hanya dipengaruhi oleh kekakuan geogrid dan ketebalan r i b m e l i n t a n g , tetapi j u g a o l e h konfigurasi geometri geogrid. H a l i n i
J u m a i Jalan-Jembatan,
Volume 31 No. 2 Agustus 2014, 60-73
disebabkan tahanan cabut j u g a dipengaruhi oleh persentase luas bukaan dan j a r a k antar rib m e l i n t a n g . 3. D a r i hasil analisis dengan metode elemen hingga diketahui bahwa akibat permeabilitas tanah merah y a n g kedap air, tegangan air p o r i ekses t i m b u l ketika geogrid m e n g a l a m i gaya cabut. T e r i d e n t i f i k a s i b a h w a tegangan a i r p o r i ekses m u l a - m u l a terjadi pada daerah bukaan kemudian dengan semakin m e n i n g k a t n y a beban cabut, tegangan air pori ekses berkembang hingga k e bagian ujung geogrid. Saran 1. K a r e n a sifat kandungan butir halus mempunyai nilai permeabilitas yang kecil, m a k a sistem drainase perlu didesain dengan benar untuk mengatasi potensi t i m b u l n y a tegangan air pori. 2. Selain parameter kekakuan geogrid, disarankan parameter luas b u k a a n d a n spasi rib m e l i n t a n g j u g a d i p e r t i m b a n g k a n d a l a m pemilihan jenis geogrid. DAFTAR PUSTAKA American Association o f State Highway T r a n s p o r t a t i o n O f f i c i a l s Standard. 2 0 1 0 . AASHTO LRFD Bridge Design Spetification, 5 Hdilion. Washington, D C : A A S H T O . American Society f o r Testing and Material. 2007. "Standard Test M e t h o d f o r Measuring G e o s y n t h e t i e P u l l o u t Resistance i n S o i l " . A S T M D 6 7 0 6 - 0 1 ( R e a p p r o v c d 1 9 9 7 ) . Annual BookofASTM Standards, Volume 04.13. W e s t Conshotiocken: A S T M International. . 2007. "Standard Test M e d i o d f o r detennining Tcnsile Properties o f Gcogrids by the S i n g l e o r M u l t i - R i b T e n s i l e M e t h o d " . A S T M D 6 6 3 7 - 1 I . Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.13. West Conshohocken: A S T M International. Becker, L . D . B . , S a y a o , A . S . F . J . , and N u n e s , A . L . L . S . 2 0 1 3 . " N u m c r i c a l S i m u l a t i o n o f P u l l o u t Tests i n R e s i d u a l C l a y e y S i l t " . Proceedings of Geosynthetie 2013 Conference, Geosynthetics for Water and Energy Challenges. L o n g B e a c h : t h e I n d u s t r i a l Fabrics A s s o c i a t i o n International, 347-354. B r i n k g r e v e , R . B . J . 2 0 0 2 . Plaxis 2D - Version S. T h e Netherlands: A . A . B a l k e m a Publishers. lh
Dobie, M i c h a c l . 2010. " Practical Use o f C l a y Fills i n Reinforeed S o i l Suuctures' . Prosiding Pertemuan Ilmiah Tahunan XIV HATTI. Development of Geotechnical Engineering in Civil Works and Geo-Environtnent, Yogyakarta: H A T T I F e d e r a l H i g h w a y A d m i n i s t r a t i o n , 2 0 0 9 . Design and Construction ofMechanically StabtlizedEarlh Walls and Reinforeed Soil Slopes - Volume 1. F H W A . PublicationNo. FHWA-NH1-10-024, F H W A G F C 0 1 1 - V o l u m e 1. W a s h i n g t o n , DC: F H W A Indonesia. Departemen Pekerjaan U m u m . Direktorat Jenderal B i n a M a r g a . 2 0 0 9 . Pedoman Perencanaan dan Pelaksanaan Perkuatan Tanah dengan Geosintetik. Jakarta: D i r e k t o r a t Jenderal B i n a M a r g a . . 2 0 0 2 . Tata Cara Klasifikasi Tanah dan Campuran Tanah dan Agregat untuk Konstruksi Jalan. S N 1 - 0 3 - 6 7 9 7 - 2 0 0 2 . Jakarta: B a d a n Standarisasi N a s i o n a l . . 2 0 1 0 . Spesifikasi Umum Bina Marga Edisi 2010 - Revisi 2. Jakarta: D i r e k t o r a t Jenderal Bina Marga. International Standard Organizau'on. 2008. Geosynthetics - Wide Width Tensile Test. I S O 10319. Switzerland: I S O . Irsyam, M . dan H r y c i w , R . D . 1991. "Friction a n d Passive Resistance i n S o i l R e i n f o r e e d b y Planc R i b b c d Construction'*. Geotechnique 4 1 , N o . 4: 485-498. Moelyani, Dian Asri, dan Taufik. Rakhman. 2012. Bahan Kohesif untuk Timbunan dengan Perkuatan Geosintetik. B a n d u n g : P e n e r b i t Informatika. M o h i u d d i n , A t h e r . 2003. A n a l y s i s o f L a b o r a t o r y a n d F i c l d P u l l - o u t TcsLs o f G e o s y n t h e t i c s i n C l a y e y S o i l s . M . S c . T h c s i s , L o u i s i a n a State University. P a l m c i r a , H n n i o M . 2 0 0 9 . Soil-Geosymhetie Interaetion: Modelling and Analysis. G e o t e x t i l e s and G e o m e m b r a n e s 2 7 : 3 6 8 - 3 9 0 . P e r t i w i , Dea dan T a u f i k , R a k h m a n . 2013. "Prediksi K i n e r j a K o n s t r u k s i T i m b u n a n T i n g g i dari Tanah M e r a h dengan Pemodelan N u m e r i k " . Kolokium Jalan dan Jembatan 2013. P u s l i l b a n g Jalan d a n Jembatan: B a n d u n g . Prakoso, W . A dan Ilyas, T . 2 0 1 3 . " M o d e l i n g o f L a b P u l l o u t Tests o f P o l y e s t c r Straps. A d v a n c e s i n G e o t e c h n i c a l l n f r a s t r u c t u r e " . Procee.ding of the ISth Southeast Asian Geotechnical Conference Cum Inaugural AGSSEA Conference. Singapore: Research P u b l i s h i n g .
Perilaku Cabut Geogrid Dalam Tanah Merah Berdasarkan Analisis Pengujian Laboratorium dan Metode Elemen Hingga, (Rakhman Taufik, Dian Asri Moelyani. Dea Pertiwi)
1
7 2
Tcixeira, S.H.C, Bueno, B . S , Zornberg, J.G. 2007. "Pullout Resistance of Individual Longitudinal and Transvcrse Geogrid Ribs". Journal of Geotechnical and GeoenvironmentalEngineering. V o l . 133, N o . 1, January 1 , 2 0 0 7 : 3 7 - 5 0 .
73
Wcsley, Laurencc D . 2 0 1 0 . Geotechnical Enginmring in Residual Soils. N e w Jcrsey: John W i l c y & Sons.
Jurnal
Jatan-Jembatan,
Volume 31 No. 2 Agustus 2014, 60 - 73
