Makassar. Kata kunci: Tanah Lunak, cerucuk, geomembran, micropile, pile slab, PLAXIS, Decision Tree

Kolokium Jalan dan Jembatan 2014

STUDI PENGAMBILAN KEPUTUSAN AKAN METODE PERKUATAN TIMBUNAN BADAN JALAN DI ATAS DEPOSISI TANAH LUNAK DENGAN MENGGUNAKAN PEMODELAN ELEMEN HINGGA DAN ASSESSMENT KEGAGALAN BERBASIS TEORI PELUANG STUDY OF SUBGRADE IMPROVEMENT METHOD ON SOFT SOIL USING FINITE ELEMENT MODEL AND FAILURE ASSESSMENT OF DECISION TREE Ardy Arsyad1, Lawalenna Samang2, Andi Yusmin3, Wahniar Hamid4, Fadly Ibrahim5 1,2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar 3,4,5

PT. Yodya Karya (Persero) Cabang Makassar 1 [email protected]

ABSTRAK Studi ini bertujuan untuk mengembangkan proses pengambilan keputusan yang lebih efektif dan handal dalam memilih alternatif metode perkuatan badan jalan di atas deposisi tanah lunak. Proses ini dimulai dari identifikasi lokasi, karakterisasi geomekanik, pemodelan dan simulasi berbasis metode elemen hingga, dan pemilihan alternatif metode perkuatan dengan pendekatan teori peluang kegagalan dalam bentuk decision tree. Proses ini mempertimbangkan probabilitas keberhasilan dan kegagalan alternatif metode yang akan dipilih beserta konsekuensi biayanya. Alternatif metode dengan ekspektasi biaya yang terkecil pada semua peluang keberhasilan dan peluang kegagalan menjadi pilihan yang sangat logis. Untuk menunjukkan efektifas proses pemilihan ini, maka studi kasus dilakukan pada kasus jalan bergelombang Tikke-Baras pada poros jalan nasional Makassar – Palu via Mamuju Utara di Sulawesi Barat. Data stratigrafi lokasi jalan menunjukkan bahwa formasi tanah alluvial dimana lapisan atas berupa clayey sand setebal 9 m di atas lapisan peat setebal satu meter, di bawahnya terdapat 12 m tebal loose sand. Pemodelan tanah dengan menggunakan PLAXIS dengan empat alternatif metode perkuatan yaitu penimbunan biasa dengan drainase, penimbunan dengan perkuatan cerucuk dan geogrid, penimbunan dengan perkuatan mikropile dan geogrid, dan pile slab. Keempat skenario tersebut dievaluasi dalam hal potensi penurunan yang diakibatkan oleh beban lalu lintas yang dianalisa sebagai beban dinamis dalam pemodelan ini, serta ekspektasi biaya dari masing-masing alternatif dengan mempertimbangkan peluang kegagalan akibat faktor alam. Didapatkan hasil bahwa dari ke-4 alternatif perkuatan tanah, alternatif penimbunan biasa memiliki ekspektasi biaya terendah sementara alternatif pile slab memiliki biaya tertinggi. Namun, alternatif penimbunan biasa berpeluang besar untuk meminta biaya tambahan perataan dan overlay karena potensi settlementnya cukup besar pada kondisi alam bercurah hujan sangat tinggi. Studi ini diharapkan dapat berkontribusi dalam menghasilkan proses pengambilan keputusan yang lebih logis, efisien dan efektif dalam memilih skenario teknologi penanganan jalan di atas tanah lunak yang deposisinya banyak tersebar di Indonesia. Kata kunci: Tanah Lunak, cerucuk, geomembran, micropile, pile slab, PLAXIS, Decision Tree ABSTRACT This study aims to develop a decision making process which is more reliable and effective used for assessing and selecting alternative methods of subgrade improvement of a road on soft soil deposition. The process starts from identification of Ardy Arsyad, Lawalenna Samang, Andi Yusmin, Wahniar Hamid, Fadly Ibrahim

1


site, geomechanic characterization, finite element modeling and simulation, and selecting alternative methods by using a decision tree with a single stage decision process. Decision was established based on the quantification of probability of successful and probability of failure of each alternative method. The method with high probability of successful and low cost would become more preferable rather than that with high probability of successful with high cost, and that with high probability of failure with low cost. To show the effectiveness of the process, it implements in the case of road embankment on soft soil in Tikke – Baras Road, a section in a national road of Makassar – Palu via North Mamuju, located in West Sulawesi. Stratigraphy based on log bore data shows that the embankment overlays a clayey sand with a 9 m thick and 1 m of peat soil. Below those layers, it was found loose sand with a 12 m thick. Finite element model was conducted in which four alternative methods simulated including embankment with improved drainage, wooden pile, geogrid, micropile and geogrid, and pile slab. The performance of each alternative method related to cost, settlement, probability of failure and additional cost was evaluated. It was found that alternative of embankment without any reinforcement would lead to high additional cost due to high probability of failure, while alternative pile slab would have consequence of high cost of construction with low probability of failure. While future research is still recommended in investigating spatial variability effect on the decision making, this study would contribute in enhancing infrastructure development on soft soil deposits. Keywords : soft soil, wooden pile, geomembran, micropile, pile slab, PLAXIS, Decision Tree PENDAHULUAN Tanah lunak merupakan masalah yang sering dihadapi dalam pembangunan jalan di Indonesia. Tanah lunak ini berupa tanah gambut, atau soft clay terdistribusi sebagian besar di pesisir timur Sumatera, Kalimantan Selatan dan Barat, Pesisir barat Sulawesi, Pantai Utara Jawa, dan Papua bagian Selatan (Gambar 1). Pada daerah ini, desain struktur jalan pada memerlukan desain non-standar dimana aspek pemahaman geoteknik akan tanah lunak sangat dibutuhkan. Akan tetapi, seringkali dijumpai banya desain berakhir pada kegagalan karena masih bertumpu pada desain standar atau konvensional dan rendahnya pemahaman geoteknik, apalagi data geoteknik yang disediakan sangat minim.

Gambar 1. Distribusi tanah lunak di Indonesia.

Ardy Arsyad, Lawalenna Samang, Andi Yusmin, Wahniar Hamid, Fadly Ibrahim

2


Selain keterbatasan data geoteknik, kegagalan desain juga dihadapkan pada kurangnya alternatif penanganan yang diusulkan, atau kalaupun ada banyak alternatif pilihan, masih sangat sulit mengevaluasi dan mengambil keputusan akan alternatif mana yang dipilih. Proses pemilihan masih didasari oleh ketersediaan pagu anggaran, kecenderungan akan metode konvensional apalagi jika lokasi penanganan berada di jauh di daerah. Kesalahan dalam pemilihan alternatif penanganan akan berakibat konstruksi jalan yang dibangun tidak sesuai dengan umur fungsi dan umur ekonomisnya. Oleh sebab itu, studi ini menyelidiki proses pengambilan keputusan yang lebih akurat, , dan logis dalam memilih alternatif perkuatan badan jalan di atas tanah lunak. Proses kerja dari desain dapat dijelaskan dalam Gambar 2, meliputi: identifikasi lokasi, karakterisasi deposit tanah lunak, modeling dan simulasi, evaluasi alternatif dan pengambilan keputusan. Identifikasi Lokasi Dalam pelaksanaan desain, identifikasi lokasi deposisi tanah lunak merupakan langkah awal. Dalam tahap ini, kita diharuskan untuk mendapatkan gambaran umum lokasi terutama tingkat remoteness (keterpencilan) dikaitkan dengan akses peralatan dan pekerja. Alternatif penanganan tanah lunak yang akan dipilih juga dipengaruhi oleh ketersediaan alat dan tingkat keterampilan pekerja. Gambaran umum bisa juga berupa foto satelit yang sekarang mudah didapatkan dengan informasi dari Google Earth. Dari foto satelit, proses pembentukan deposit tanah lunak dapat diketahui. Apalagi lokasi sungai sebagai transport material tanah dan pegunungan yang merupakan material asal sedimen dapat diidentifikasi. Vegetasi pada foto satelit juga memberikan informasi awal apakah ada tanah gambut atau hanya tanah lunak biasa. Data hidrologi sangat membantu apakah peluang curah hujan ekstrim sangat besar. Curah hujan mempengaruhi tingkat infiltrasi yang akan meningkatkan tekanan air pori tanah. Daya dukung tanah sedimen pada tekanan air pori yang tinggi akan mudah drop. Identifikasi dijelaskan pada Gambar 3. Karakterisasi Tanah Lunak Penyelidikan tanah bertujuan untuk mendapatkan parameter tanah lunak yang akan dimasukkan dalam pemodelan dan simulasi (Gambar 4). Pelaksanaan DCP untuk memperkirakan nilai CBR belumlah cukup dalam desain jalan pada tanah lunak. Olehnya itu perlu dilakukan bor inti dan SPT untuk mendapatkan stratigrafi tanah dan muka air tanah berikut parameter tanah dari uji laboratorium seperti kuat geser, permeabilitas,dan tingkat ekspansif tanah. Bahkan jika dari hasil uji saringan dan atterbergh diketahui apakah tanah lunak merupakan tanah ekspansif, maka perlu dilakukan uji scanning electron microscope (SEM) untuk mengetahui struktur mineral dari tanah tersebut. Identifkasi Lokasi

Konstruksi dan Monitoring

Modeling dan Simulasi

Karakterisasi Tanah Lunak

pemilihan Alternatif

Evaluasi

Gambar 2. Bagan alir desain.


3


Identifikasi Lokasi

Foto Satelit/Foto Udara

Data Regional

Data Geologi

Data Hidrologi

Existing infrastruktur

Zonasi sebaran tanah endapan

Tipikal formasi batuan

Curah Hujan

Jarak lokasi ke kota, bandara dan pelabuhan

Zonasi sungai, drainase, pantai

Proses sedimentasi tanah endapan

Frekuensi banjir

Data Topografi

Zonasi vegetasi

Gambar 3. Proses Identifikasi Lokasi

Karakterisasi Tanah

DCP atau CBR

Bor -SPT dan CPT

Stratigrafi tanah

Uji Laboratorium

Muka air tanah

Analisa saringan

Atterberg test

SEM

Oedometer test

Triaxial atau Kuat Geser Langsung

Gambar 4. Penyelidikan tanah pada kasus tanah lunak.

Modeling dan Simulasi Berbasis data dari karakterisasi tanah lunak, maka model stratigrafi tanah dapat dibuat. Pemodelan ini dapat dilakukan dengan menggunakan commercial software berbasis finite element seperti PLAXIS atau MIDAS, atau berbasis finite difference seperti FLAC (Gambar 5). Dalam model tanah, simulasi alternatif penanganan dapat dilakukan sehingga tingkat kehandalan alternatif penanganan diketahui terkait dengan tingkat settlement yang dihasilkan dalam periode waktu sesuai umur teknis konstruksi jalan yang direncanakan.


4


Modeling dan Simulasi

Simulasi dengan finite element simulator (PLAXIS, MIDAS) atau finite difference (FLAC)

Model tanah

Model stratigrafi tanah berdasarkan data bor

Input parameter untuk tiap lapisan tanah berdasarkan data lab

alternatif 1

evaluasi performance, biaya dan metode pelaksanaan

alternatif 2

alternatif 3



dimensi rencana embankment dan badan jalan

Gambar 5. Bagan Alir Pemodelan dan Simulasi.

Pemilihan Alternatif Metode Perkuatan Tanah Lunak Proses pemilihan alternatif perkuatan pada kasus jalan di atas tanah lunak dapat dijelaskan pada Gambar 6. Pada proses ini sebaiknya kita memilih single-stage decision process, dari multi-stage decision process karena tingkat kerumitan dan kompleksitas dimana setiap tahapan bisa saling mempengaruhi masih kurang dijumpai pada desain rekayasa sipil khususnya jalan raya. Selain itu, single-stage decision dipilih untuk memudahkan proses logika yang digunakan. Teori penggunaan singlestage decision dijelaskan oleh Dandy dan Warner (1989). Pemilihan alternatif perkuatan tanah lunak lebih mempertimbangkan hasil dan resiko yang akan didapatkan. Dalam hal ini, biaya konstruksi dari alternatif yang dipilih menjadi variabel utama, termasuk peluang kegagalan konstruksi yang diindikasikan dengan adanya excessive settlement. Biaya konstruksi dikalikan dengan peluang keberhasilan dan biaya konstruksi beserta biaya tambahan dikalikan dengan peluang kegagalan (Gambar 6). Semua alternatif memiliki konsekuensi biaya dan peluang kegagalan/keberhasilan. Pengambilan keputusan akan alternatif yang dipilih dapat didasarkan akan alternatif yang memiliki konsekuensi biaya terendah baik jika berhasil maupun jika gagal. Yang menjadi masalah adalah bagaimana menghitung peluang akan keberhasilan dan kegagalan konstruksi. Pendekatan dan asumsi dapat digunakan, namun yang terbaik adalah penggunaan data statistik. Kegagalan konstruksi karena faktor alam misalnya curah hujan tinggi dapat dihitung peluangnya dari data statistik yang ada.


5


Alternatif 1

Pemilihan Alternatif

Alternatif 2

Alternatif 3

Peluang terjadinya minor settlement

Biaya kons. 1 × peluang min stllmt

Peluang terjadinya excessive settlement

(Biaya kons. 1 + biaya tambahan) × peluang excessive stllmt




(Biaya kons. 2 + biaya tambahan) × peluang excessive stllmt




(Biaya kons.3+ biaya tambahan) × peluang excessive stllmt

Biaya konstruksi 1

Biaya Konstruksi 2

Biaya Konstruksi 3

Gambar 6. Decision Tree Proses Pemilihan Alternatif. STUDI KASUS Proses pemilihan alternatif perkuatan tanah lunak dilakukan pada kasus jalan dengan permukaan bergelombang yang terdapat di pada jalan nomor ruas 002 terletak di poros Tikke-Pasangkayu Kabupaten Mamuju Utara berjarak 641,5 Km dari Makassar Sulawesi Selatan (Gambar 7). Tata guna lahan disekitar jalan adalah perkebunan sawit dan tidak terdapat permukiman. Panjang jalan yang mengalami deformasi gelombang ini sejauh kurang lebih 3.35 km. Jalan mengalami deformasi tidak seragam pada sisi kiri jalan dari median ke arah Pasangkayu (Gambar 7). Kadang pula yang deformed berada sisi kanan median. Deformasi muka jalan termasuk cukup parah sehingga menciptakan retak rambut bahkan crack. Kondisi ini menyebabkan lalu lintas kendaraan mesti berhati-hati melintasi jalan ini. Berdasarkan pengamatan pada saat melakukan survai, volume lalu lintas yang melintas jalan ini cukup tinggi dikarenakan jalan ini termasuk dalam dalam jalan negara Poros Mamuju Sulbar – Palu Sulteng. Jenis kendaran yang lewat bervariasi mulai dari tronton, truck barang, bus umum, mikrolet, kendaraan pribadi dan sepeda motor.


6


Gambar 7. Kasus Jalan Bergelombang Tikke-Pasangkayu Mamuju Utara. Kondisi Geologi Tanah Sedimen di Tikke merupakan lapisan atas dari Formasi mudstone dan konglomerat Pasangkayu. Sedimen ini merupakan deposisi halus hasil dari proses erosi yang berlangsung era quartenary pada plutonic rock Molengraaff. Sedimen di daerah ini merupakan sedimen transport S ungai Lariang yang berhulu di Pegunungan Molengraaff dan bermuara di Selat Makassar. Formasi Pasangkayu memiliki tebal 2000 hingga 3500 meter (Calvert dan Hall, 2003). P ada permukaan tanah sedimen terdapat lapisan gambut setebal kurang dari satu meter. P roses pembentukan gambut ini umumnya terjadi pada dataran rendah cekungan dimana sisa tumbuhan mengalami pembusukan oleh drainase air yang melambat menuju ke pantai. Gambaran umum lokasi dari sisi geologi dapat dilihat pada Gambar 8.


7


Gambar 8. Peta Geologi Mamuju Utara (Calvert dan Hall, 2003).

Penyelidikan Tanah Penyelidikan tanah dilakukan berupa dynamic cone penetrometer (DCP) per 100 meter, dan Bor inti-standar penetration test (SPT) pada lokasi dengan posisi koordinat X=0763995 ; Y=9844551. SPT dilakukan pada interval 2,00 m. Sementara cone penetration test (CPT) dilaksanan pada 2 titik (Gambar 9). CPT S-01,pada posisi X = 0763713 ; Y = 9845510; sementara CPT S-02, X = 0763750 ; Y = 9845910. Dari hasil pengeboran inti dilakukan interpretasi terhadap jenis tanah dan batuan secara visual yang kemudian dilakukan pengujian sampel laboratorium untuk mengetahui karakteristik jenis sample secara pasti. Soil log dari bor dapat dilihat pada Gambar 10. Hasil pengeboran inti dideskripsikan sebagai berikut: Lapisan pertama pada elevasi 0,00 m hingga -0,60 m merupakan sand dengan gravel, non-plastic Pada lapisan berikutnya, elevasi -0,60 m hingga -3,00 m adalah clayey sand, low plastic dengan konsistensi medium. Pada elevasi -3,00 hingga -9,00 m terdapat clayey sand dengan lime stone, low plastic dengan konsistensi medium. Terdapat pula lapisan tanah gambut pada elevasi -9,00 m hingga -10,00 m. Di bawah lapisan gambut, terdapat sand dengan silt, non-plastic dengan konsistensi very loose sampai very Dense. Pada kedalaman 0,60 m hingga 9,00 m diperkirakan sebagai material bekas urugan.


8


Dari hasil pengujian CPT (Gambar 11) sebanyak dua titik didapatkan posisi kedalaman tanah keras yang berbeda antara titik S-01 dengan titik S-02. Pada titik sondir S-01, letak tanah keras berada pada kedalaman -10,00 meter dari elevasi permukaan. Akan tetapi, berdasarkan hasi diskusi kami, sangat diduga bahwa pada kedalaman tersebut dimungkinkan konus CPT menembus material sisa tumbuhan yang belum lapuk sehingga pembacaan manometer mengindikasikan tanah keras. Pada CPT S-02 didapatkan letak tanah keras pada kedalaman -16,00 m dari elevasi permukaan. Dari analisa data BH-01, S-01 S-02, maka dapat diindikasikan bahwa stratigrafi tanah yang paling buruk terdapat pada lokasi BH-01 dimana ketebalan lapisan tanah lunaknya mencapai 22 meter. Dapat diperkirakan pula kronologis penimbunan tanah lunak ini yang dimulai dari tahun 2008. Tanah gambut pada kedalaman 9.00 meter merupakan tanah asli dan dibawahnya adalah lapisan tanah pasir lunak hingga kedalaman 22 meter. Proses perintisan jalan pada lokasi ini telah menimbun tanah hingga 9 meter secara bertahap. Tanah timbunan diambil dari bukit yang tidak jauh dari lokasi, dimana tanah timbunan ini merupakan jenis pasir dengan kandungan lempung cukup tinggi. Tanah jenis ini juga digunakan penduduk sekitar untuk membuat batu bata. Tanah ini memiliki daya dukung yang rendah terutama dalam keadaan jenuh air. Jadi dapat disimpulkan bahwa proses penurunan permukaan eksisting badan jalan secara tidak beraturan (differential settlement) terjadi karena penimbunan tanah lunak menggunakan material tanah berdaya dukung rendah dengan kedalaman muka air tanah yang sangat dangkal.

Gambar 9. Posisi Bor-SPT dan CPT


9


10

20

30

40

50 60

15.5

14.00

16.0

13.50

16.5

13.00

17.0

12.50

17.5

12.00

18.0

11.50

18.5

11.00

19.0

10.50

19.5

0

10

20

30

40

50 60

0.0

(0,00 - 0,60) m Sand with Gravel, Weak Brown, Non Plasticity, Relative density is medium

-3.0 29.50

0.5

29.00

1.0

28.50

1.5

28.00

2.0

27.50

2.5

27.00

3.0

26.50

3.5

26.00

4.0

25.50

4.5

25.00

5.0

24.50

5.5

24.00

6.0

23.50

6.5

23.00

7.0

22.50

7.5

22.00

8.0

21.50

8.5

21.00

9.0

20.50

9.5

20.00

10.0

19.50

10.5

19.00

11.0

18.50

11.5

18.00

12.0

17.50

12.5

17.00

13.0

16.50

13.5

16.00

14.0

15.50

14.5

15.00

0.00 1.00

(0,60 - 3,00) m Sandy Clay, Weak Brown to Dark Brown, Low Plasticity, Consistency is medium

2.00

3 /15

2.45

4 /15

2.00

3.00

3 /15 3 /15

4.00

4.00 5.00

6.00

3 /15

6.45

4 /15

5.00 8

6.00

4 /15 6.00 7.00

8.00

3 /15

8.45

4 /15

15.00 13

16.00

16.00 17.00

18.00

5/15

18.45

17.00

8/15

20

18.00

12/15 18.00 19.00

3.00 7

4 /15

(3,00 - 9,00) m Sandy Clay with lime stone, Dark Brown, Low Plasticity, Consistency is medium

5/15

1.00 10

2.00

4.45

3/15

16.45

8/15

6 /15

4.00

16.00

7.00 9

10.00

20.0

9.50

20.5

9.00

21.0

8.50

21.5

8.00

22.0

7.50

22.5

7.00

23.0

6.50

23.5

8.00

6.00

24.0

5.50

24.5

5.00

25.0

4.50

25.5

4.00

26.0

3.50

26.5

3.00

27.0

2.50

27.5

8/15

20.45

10/15

19.00 22

20.00

12/15 20.00 21.00

(10,00 - 30,00) m Sand with silt, Blackish Brown, Non Plasticity, Relative Density is Very loose until Very Dense

22.00

10/15

22.45

12/15

21.00 27

22.00

15/15 22.00 23.00

8.00

5 /15

20.00

24.00

14/15

24.45

16/15

23.00 37

24.00

21/15

9.00

(9,00 - 10,00) m Peat, Dark Brown to Black, Spongy Consistency, Texture ranging from Fibrous to Amorphous

10.00

0 /15

10.45

1 /15

9.00 2

24.00 25.00

10.00

1 /15 10.00

26.00

20/15

26.45

23/15

25.00 53

26.00

30/15

11.00

(10,00 - 30,00) m Sand with silt, Blackish Brown, Non Plasticity, Relative Density is Very loose until Very Dense

12.00

1 /15

12.45

1 /15

11.00 3

12.00

2 /15 12.00 13.00

14.00

2 /15

14.45

3 /15

13.00 6

2.00

28.0

1.50

28.5

1.00

29.0

0.50

29.5

26.00 27.00

20/15

28.45

25/15

29.00

21/15

30.0

29.00

26/15 30.45

14.00

15.0

28.00

28.00

30.00 0.00

27.00 >60

36/15

14.00

3 /15

28.00

>60

30.00

36/15

End of Boring

15.00

Gambar 10. Soil Log dan N-SPT. Friction Ratio , Rf (%)

Conus Resistance, qc (kg/cm²) 50

100

150

200

0

1

2

3

4

5

Conus Resistance, qc (kg/cm²) 6

7

8

0

50

100

150

Friction Ratio, Rf (%) 200

0

0.0

0.0

0.0

0.5

0.5

0.5

0.5

1.0

1.0

1.0

1.0

1.5

1.5

1.5

1.5

2.0

2.0

2.0

2.0

2.5

2.5

2.5

2.5

3.0

3.0

3.0

3.0

3.5

3.5

3.5

3.5

4.0

4.0

4.0

4.0

4.5

4.5

4.5

4.5

5.0

5.0

5.0

5.0

5.5

5.5

5.5

5.5

6.0

6.0

6.0

6.0

6.5

6.5

6.5

6.5

7.0

7.0

7.0

7.0

7.5

7.5

7.5

7.5

8.0

8.0

8.0

8.0

8.5

8.5

8.5

8.5

9.0

9.0

9.0

9.5

9.5

10.0

10.0

10.5

Depth(m)

Depth(m)

0 0.0

9.5

10.0

10.0

10.5

10.5

10.5

11.0

11.0

11.0

11.0

11.5

11.5

11.5

11.5

12.0

12.0

12.0

12.0

12.5

12.5

12.5

12.5

13.0

13.0

13.0

13.0

13.5

13.5

13.5

13.5

14.0

14.0

14.0

14.0

14.5

14.5

14.5

14.5

15.0

15.0

15.0

15.0

15.5

15.5

15.5

15.5

16.0

16.0

16.0

16.0

16.5

16.5

16.5

16.5

17.0

17.0

17.0

17.0

17.5

17.5

17.5

17.5

18.0

18.0

18.0

18.0

18.5

18.5

18.5

18.5

19.0

19.0

19.0

19.5

19.5

19.5

20.0

20.0

0

200

400

600

800

1,000

Local Resistance Total, Tf (kg/cm)

2

3

4

5

6

9.0

9.5

20.0

1

19.0 19.5 0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

20.0

Local Resistance Total, Tf (kg/cm)

qc (kg/cm²)

qc (kg/cm²)

Tf (kg/cm)

Tf (kg/cm)

Gambar 11. Data CPT S-01 dan S-02. PEMODELAN DAN SIMULASI Pemodelan stratigrafi tanah pada posisi BH-01 dilakukan untuk memodelan pola deformasi yang terjadi jika ada pembebanan dan perkuatan. Parameter tanah dari hasil SPT dan uji lab dimasukkan ke dalam model (Tabel 1). Modulus elastisitas tanah Ardy Arsyad, Lawalenna Samang, Andi Yusmin, Wahniar Hamid, Fadly Ibrahim

10

7

8

(%)

(m)

Depth

N - Value

RQD

N - Value

(N / foot)

(blow /cm)

(m)

Depth

(m)

14.50

Sample

(m)

Depth

(m)

15.0

Boring Log

(%)

(m)

GWL

15.00

Description

Number of Blows

0

RQD - Value

N - Value

: AHMAD, ST

Standard Penetration Test

RQD

Depth

N - Value

(N / foot)

(blow / cm)

Number of Blows

Depth

(m)

BoringLog

(m)

Sample

(m)

Depth

(m)

GWL

Elevation

30.00

Description

LOGGED BY

: AHMAD, ST Elevation

LOGGED BY Standard Penetration Test

RQD - Value

: AUGUST 2013

DATE : AUGUST 2013

DATE


dihitung dari korelasi nilai N pada SPT dengan E (Bowles, 1996), dan permeabilitas diestimasi dari tipikal tanah (Look, 2009). Program komersial berbasis finite element, PLAXIS, digunakan dalam pemodelan ini, seperti diperlihatkan pada Gambar 12. Sementara struktur penanganan tanah lunak disimulasikan pada model meliputi micropile, cerucuk, geogrid, dan pile slab. Parameter mekanik dari struktur ini dapat dilihat pada Tabel 2.

18 14 0

19 17 15 16

3

1

2

4 6

5 7

8

9

10

11

y

12

x

13

Gambar 12. Model Geometri dari tanah pada lokasi BH-01.

Tabel 1. Parameter geomekanik lapisan tanah pada model. Depth 1 (m) 0 0.6 3 9 10 15 22

Depth 2 (m) 0.6 3 9 10 15 22 30

thickness (m) 0.6 2.4 6 1 5 7 8

Type Embankment clayey sand clayey sand with limestone Peat silty sand loose Silty sand medium dense Sand very dense

UnSat Density 18.1 16 16 11.9 16 16 16

Hor Ver Permeability Permeability E Sat Density (1 m /day) (1 m /day) (kN/m2) c (kPa) 20 1 1 31200 2 19 0.0001 0.0001 8000 50 18 0.0001 0.0001 7200 45 14.9 0.002 0.001 350 5 19.1 1 1 2400 1 19.1 1 1 5400 0 19.1 1 1 26000 0

 35 20 21 16 34 35 50

v 0.3 0.33 0.33 0.35 0.3 0.3 0.3

Model Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb

Tabel 2. Parameter mekanik dari struktur perkuatan tanah. Material Micropile Cerucuk geogrid Pile slab

EA (kN/m) EI (kN/m2/m) 6000000 20000 62800 157 100000 6000000 80000

Model elastic elastic elastic elastic

Model tanah diberi pembebanan dinamis sesuai tekanan gandar kendaraan. Pembebanan dinamis dilakukan karena getaran lalu lintas kendaraan memberikan beban getar kepada perkerasan jalan dengan frekuensi antara 10 Hz sampai 15 Hz. Sementara kendaraan truk bertonase besar memberikan frekuensi 50 Hz – 200 Hz (Gullu, 2013). Pada studi ini, pembebanan dinamis sebesar 3 ton/m dengan frekuensi 100 Hz dan periode 0,1 detik. Simulasi dilakukan pada beberapa skenario penanganan yang berbeda (Tabel 3).


11

Type drained drained drained undrained drained drained drained


Tabel 3. Skenario Perkuatan Tanah. Jenis Penanganan

Skenario

Tujuan

Alternatif 1

Penimbunan badan jalan setinggi 1 meter tanpa perkuatan apapun. Drainase jalan dilengkapi dengan geomembran.

Memberikan kesempatan untuk tanah berkonsolidasi alami

Alternatif 2

Penimbunan dengan perkuatan cerucuk 4 meter dan geogrid

Memperkecil settlement

Alternatif 3

Alternatif 4

Pile slab dengan pile 22 meter

Penimbunan dengan perkuatan micropile 12 meter dan geogrid Menghilangkan potensi settlement

Memperkecil settlement

Konsekuensi Penimbunan kembali akan dilakukan jika terjadi penurunan yang besar. Badan jalan belum perlu diberi perkerasan aspal sampai settlement sekunder sudah mengecil. Penyediaan cerucuk dari kayu galam harus dalam volume besar karena tanah lunak yang ditangani hingga 3.5 km. Biaya konstruksi sangat besar dan memerlukan alat berat.

Biaya konstruksi sangat mahal dan memerlukan banyak alat berat.

Dari hasil simulasi, didapatkan bahwa Alternatif 1 berupa penimbunan badan jalan akan mengakibatkan tambahan settlement mencapai 24.8 cm dalam 5 tahun ke depan (Gambar 13a). Penurunan pada tahun pertama sudah mencapai 22.95 cm, kemudian pada empat tahun berikutnya pertambahan penurunan hanya 2 cm. Sementara itu, alternatif 2 penggunaan cerucuk dan geogrid tetap menimbulkan penurunan 12.55 cm pada tahun pertama, dan 14.13 cm pada tahun kelima (Gambar 13b). Ini berarti cerucuk dan geogrid tidak banyak membantu dalam perkuatan tanah. Jika dilihat dari vertical displacement yang terjadi, maka cerucuk hanya mengurangi magnitude penurunan dan tidak berfungsi dalam mengurangi sebaran penurunan. Displacement yang significant masih terjadi hingga pada kedalaman 22 meter. Alternatif 3 micropile dan geogrid mampu mengurangi penurunan hingga 60% dari penurunan akibat penimbunan biasa yakni hanya 7.9 cm pada tahun pertama dan pada tahun kelima turun lagi 8 mm (Gambar 14a). Selain itu, micropile menyebabkan penurunan terjadi seragam, berbeda dengan cerucuk dan penimbunan biasa. Micropile nampak efektif menstabilkan penurunan pada tahun kedua setelah penimbunan. Alternatif 4 sebagaimana bisa diduga, paling efektif karena tidak bergantung pada perkuatan namun sudah berfungsi struktur murni. Penurunan yang terjadi hanya 3.79 cm pada tahun pertama, dan hanya bertambah turun 2 mm saja hingga tahun kelima Ardy Arsyad, Lawalenna Samang, Andi Yusmin, Wahniar Hamid, Fadly Ibrahim

12


(Gambar 14b). Jika semua alternatif tersebut dibandingkan (Gambar 15), maka bisa diindikasikan bahwa mikropile dan pile slab sudah menstabilkan tanah lunak lebih awal, sementara perkuatan dengan cerucuk, apalagi dengan penimbunan biasa, masih akan dapat menyisakan potensi penurunan. Hal ini dikarenakan mikropile memberikan daya dukung karena panjang pile yang cukup untuk perkuatan friction pada selimut pile, meskipun end-toe pile masih berpijak pada lapisan pasir yang loose. Sementara itu, pile slab dengan panjang mencapai tanah pasir yang padat, memaksimalkan endbearingnya. Yang menarik, penurunan yang diakibatkan micropile dan pile slab tidaklah jauh berbeda. Hal ini akan menjadi menarik untuk dikaji dalam pemilihan alternatif penanganan yang diuraikan pada bagian akhir paper ini.

(a)

(b)

Gambar 13. Total Displacement yang dihasilkan pada Alternatif 1 (a) dan Alternatif 2 (b).

(a)

(b)

Gambar 14. Total Displacement yang dihasilkan pada Alternatif 3 (a) dan Alternatif 4 (b).


13


settlement (cm)

0

1

2

Periode (tahun) 3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30 Embankment

Micropile + geogrid

cerucuk + geogrid

Pile slab

Gambar 15. Komparasi settlement pada 4 skenario dalam periode 5 tahun.

Pemilihan Alternatif Dalam memilih keempat skenario penanganan yang sudah dimodel dan disimulasikan maka perlu. Olehnya itu, kami mengestimasi biaya skenario penanganan tersebut seperti dijelaskan pada Tabel 4. Estimasi ini berdasarkan standar biaya lokal dan aturan Bina Marga Kementrian PU. Peluang kegagalan dari skenario alternatif penanganan tanah lunak dihitung dengan pendekatan curah hujan bulanan. Untuk kasus tanah lunak, semakin tingginya curah hujan maka semakin besar pula peluang menurunnya daya dukung tanah. Berbasis data curah hujan (Mamuju Utara dalam Angka, 2009), maka peluang hujan dapat dihitung sebagaimana ditampilkan pada Tabel 5. Dari gambar 16, dapat diperkirakan bahwa biaya yang diharapkan dari Alternatif 1 merupakan biaya terendah. Alternatif 1 berupa penimbunan dengan perbaikan drainase memiliki perkiraan biaya pada semua peluang keberhasilan maupun kegagalan penanganan sebesar 38.26 milyar rupiah. Biaya konstruksi Alternatif 1 hanya sebesar 26,5 milyar rupiah.Namun, pada peluang curah hujan tinggi dan ekstrim sebesar total 0,84 maka Alternatif 1 harus mempertimbangkan biaya overlay akibat penurunan pada tahun ke-2 setelah konstruksi sebesar 14 milyar rupiah. Pada Alternatif 2, biaya konstruksi sebesar 34,2 milyar rupiah. Pada peluang curah hujan tinggi, menyebabkan Alternatif 2 memasukkan biaya overlay pada tahun ke-2 setelah konstruksi sebesar 12 milyar rupiah. Olenya itu, ekspektasi biaya pada semua peluang keberhasilan maupun kegagalan adalah 44,28 milyar rupiah. Sementara itu, Alternatif 3 berupa penimbunan dengan perkuatan mikropile dan geogrid memiliki biaya sekitar 53,6 milyar rupiah. Alternatif 3 hanya memiliki peluang kegagalan pada kondisi curah hujan ekstrim yang berpeluang 0,5. Pada kondisi ini, maka biaya overlay yang pada tahun kedua setelah konstruksi hanya 6 milyar rupiah saja. Total ekspektasi biaya pada semua peluang keberhasilan dan kegagalan adalah 56,59 milyar rupiah. Pada Alternatif 4 berupa pile slab, tidak memiliki ketergantungan dengan faktor alam. Konstruksi ini sangat efektif dalam penanganan tanah lunak pada lokasi namun ekspektasi biayanya mencapai 57.7 milyar rupiah, tidak berbeda jauh dengan Alternatif 3. Dalam evaluasi kesemua altenatif tersebut, sangat jelas bahwa Alternatif 1 memiliki resiko biaya terkecil, dan Alternatif 4 yang terbesar. Namun patut diperhitungkan bahwa akan dimungkinkan adanya Alternatif 1, 2, dan 3 berpeluang memiliki tahapan lanjutan pekerjaan pada tahun kedua pasca konstruksi yang berimplikasi pada tambahan alokasi dana dan waktu pekerjaan. Ekspektasi biaya bukanlah biaya sebenarnya, namun parameter biaya yang membantu kita dalam Ardy Arsyad, Lawalenna Samang, Andi Yusmin, Wahniar Hamid, Fadly Ibrahim

14


mengambil keputusan alternatif mana yang sangat reasonable dan feasible. Dalam proses ini yang diperhitungkan adalah peluang kegagalan akibat faktor alam. Faktor ketersediaan material yang bermutu rendah, dan kesiapan kontraktor lokal dalam penguasaan teknologi belum ditinjau dalam studi ini. Tabel 4. Estimasi biaya dari masing-masing Skenario Penanganan Skenario

Jenis penanganan

Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4

Penimbunan + talud + drainase Penimbunan + cerucuk + geogrid Penimbunan + micropile + geogrid Pile Slab

Biaya (Milyar Rupiah) 26.5 34.2 53.59 57.718

Tabel 5. Peluang hujan di Mamuju Utara. Curah hujan bulanan Curah hujan < 100 mm 100 mm < Curah hujan < 300 mm 300 mm < curah hujan < 400 mm Curah hujan > 500 mm

Jenis hujan

Jumlah bulan

Peluang

Ringan

0

0

Menengah

4

0.34

Tinggi

2

0.16

Ekstrim

6

0.5

KESIMPULAN 1. Proses pemilihan alternatif perkuatan tanah lunak mempertimbangkan ekspektasi biaya biaya konstruksi dalam semua peluang kegagalan dan keberhasilan. 2. Perhitungan peluang kegagalan karena faktor alam dapat dihitung dari data statistik. 3. Dari hasil simulasi, metode penimbunan dan perbaikan drainase masih akan menyebabkan penurunan 23 cm pada tahun pertama pasca konstruksi dan 25 cm pada akhir tahun ke-5. Sementara alternatif perkuatan dengan cerucuk dan geogrid meminimalisir penurunan menjadi 12,5 cm pada tahun pertama dan 14 cm pada tahun ke-5. 4. Alternatif perkuatan dengan mikropile dan geogrid mampu mengurangi penurunan menjadi 7,9 cm pada tahun pertama dan menjadi 8 cm pada tahun ke-5. Sementara alternatif penggunaan pile slab, penurunan yang terjadi hanya 3,79 cm dan pada tahun ke-5 mencapai 4 cm. 5. Penanganan berupa penimbunan dan drainase memiliki ekspektasi biaya paling kecil dari semua alternatif metode sementara alternatif pile slab memiliki ekspektasi biaya paling besar.


15


Penimbunan + talud + drainase

P = 0.34

38.5 Milyar

0.34 34×38.5 = 18.0.2 Milyar

P = 0.16

26.5 Milyar

00.16×26.5= 4.24 Milyar

P = 0.5

penimbunan + cerucuk + geogrid

38.5 Milyar

36.58. Milyar

00.5×38.5 = 26.5 Milyar

P = 0.34

46.2 Milyar

0.34 × 46.2 = 15.7 Milyar

P = 0.16

34.2 Milyar

0.16 × 34.2 = 5.472 Milyar

P = 0.5

46.2 Milyar

0.5 × 46.2 = 23.1 Milyar

P = 0..34

53.6 Milyar

00.34 × 53.6 = 18.2 Milyar

P = 0.16

53.6 Milyar

0.16 × 53.6 = 8.6 Milyar

P = 0.5

59.59 Milyar

0.5 × 59.59 = 19.62 Milyar

P = 0.34

57.7 Milyar

0.34 × 57.7 = 19.6 Milyar

P = 0.16

57.7 Milyar

0.16 × 57.7 = 9.23 Milyar

P = 0.5

57.7 Milyar

0.5 × 57.7 = 28.9 Milyar

44.28 Milyar

Pemilihan skenario

Penimbunan + micopile + geogrid

Pile Slab

56.59 Milyar

Gambar 16. Decision tree pemilihan alternatif perkuatan tanah pada kasus Tikke Mamuju Utara


16

57.7 Milyar


DAFTAR PUSTAKA Bowles, J.E., 1996. Foundation Analysis and Design, McGraw-Hill, 1175p. Calvert, S. J., Hall. R., 2003. The cenozoic geology of the Lariang and Karama Regions, Western Sulawesi: new insight into the evolution of the Makassar Strait region, Proceedings Indonesian Petroleum Association, Twenty-Ninth Annual Convention & Exhibition. Dandy, G.C., Warner, R.F., 1989. Planning and Design of Engineering Systems, Allen & Unwin Ltd, Australia. Gullu, H., 2013. Numerical study on geotextile stabilized hightway embankment under vibration loading, 2nd International Balkans Conference on Challenges of Civil Engineering, BCCCE, 23 – 25 May 2013, Albania. Look, B.G., 2007. Handbook of Geotechnical Investigation and Design Tables, Taylor & Francis, London UK.


17

Makassar. Kata kunci: Tanah Lunak, cerucuk, geomembran, micropile, pile slab, PLAXIS, Decision Tree

Recommend Documents