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
TUGAS AKHIR
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Sarjana di Program Studi Teknik Sipil
Disusun Oleh Hotmatua Sinaga NIM 15001108
Fransiscus Tambunan NIM 15002143
PEMBIMBING
Endra Susila, Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
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
Oleh
HOTMATUA SINAGA 15001108
FRANSISCUS TAMBUNAN 15002143
DISETUJUI PEMBIMBING
ENDRA SUSILA, Ph.D.
KELOMPOK KEPAKARAN GEOTEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
KOORDINATOR TUGAS AKHIR
KETUA
ENDRA SUSILA, Ph.D.
DR.Ir. HERLIEN D. SETIO
BANDUNG, 30 JUNI 2008
ii
ii
ABSTRAK
Semarang merupakan salah satu daerah dengan aktivitas perekonomian dan perindustrian yang tinggi di Indonesia. Untuk meningkatkan sumber energi di Semarang, maka dilakukan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Tambak Lorok. Pelaksanaan konstruksi tidak dapat langsung dilakukan di atas tanah aslinya karena kapasitas daya dukung tanahnya sangat kecil sehingga tidak mampu menahan beban konstruksi di atasnya. Untuk itu perlu dilakukan penimbunan untuk meningkatkan daya dukung tanah tersebut.
Masalah yang sering muncul pada pekerjaan penimbunan di atas tanah lunak adalah masalah mengenai stabilitas dan penurunan tanah. Oleh karena itu pekerjaan penimbunan harus dilakukan secara bertahap agar tidak terjadi kegagalan konstruksi sampai pada elevasi yang diinginkan.
Proses konsolidasi pada timbunan di atas tanah lunak membutuhkan waktu yang lama. Metode yang dapat digunakan untuk mempercepat proses konsolidasi tersebut adalah dengan menggunakan vertical drain.
Penimbunan yang dilakukan di atas tanah lunak mengakibatkan penurunan yang cukup besar sehingga diperlukan tanah timbunan yang lebih banyak untuk mencapai elevasi akhir yang diinginkan dari timbunan tersebut. Untuk mengatasi masalah ini, perlu dilakukan perkuatan tanah dasar dengan menggunakan perkuatan bambu dan perkuatan geotextile.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat, berkat, kasih, perlindungan, dan karunia-Nya, kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini kami susun sebagai syarat kelulusan tingkat sarjana di Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung .
Tugas Akhir ini berjudul 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
Banyak pengalaman dan pelajaran berharga yang kami dapatkan selama menyususn Tugas Akhir ini. Kami berharap manfaat yang kami peroleh dirasakan juga oleh orang lain melalui laporan Tugas Akhir ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini menjadi sesuatu yang berguna bagi pihak lain yang membaca dan mempelajarinya.
Tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dan membimbing kami dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Endra Susila, Ph.D., selaku dosen pembimbing kami dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini dan juga selaku Koordinator Tugas Akhir Kelompok Kepakaran Geoteknik di Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung. 2. Bapak Erza Rismantojo, Ph.D., selaku dosen penguji kami yang telah banyak memberikan masukan. 3. Bapak Hasbullah Nawir, Ph.D., selaku dosen penguji kami yang telah banyak memberikan masukan. 4. Ibu Dr.Ir. Herlien D. Setio, selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung. 5. Segenap dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung.
iv
Pengerjaan laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena keterbatasan waktu dan kemampuan kami, maka kritik dan saran yang konstruktif sangat diharapkan demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini sehingga bermanfaat bagi kami dan pihak-pihak lain yang telah memberikan sumbangan pemikiran.
Akhir kata, kami mohon maaf jika dalam pengerjaan laporan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Kritik dan saran yang membangun senantiasa kami harapkan agar dapat memperbaiki kekurangan tersebut .
Bandung, Juni 2008
Penulis
v
vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
ABSTRAK
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
vii
BAB I PENDAHULUAN
I-1
1.1 Umum
I-1
1.2 Latar Belakang
I-2
1.3 Tujuan
I-3
1.4 Ruang Lingkup
I-4
1.5 Metodologi
I-5
1.6 Lokasi Studi Kasus
I-8
1.7 Software Pendukung
I-8
1.8 Sistematika Pembahasan
I-9
1.9 Kesimpulan
I-10
BAB II LATAR BELAKANG TEORI
II-1
2.1 Umum
II-1
2.1.1 Keruntuhan Pada Lereng
II-3
2.1.2 Konsep Angka Keamanan
II-6
2.1.3 Kriteria Keruntuhan Mohr - Coulomb
II-10
2.1.4 Stabilitas End of Construction Timbunan di Atas Tanah Lempung
II-11
2.1.5 Undrained Analysis
II-15
2.2 Teori Penurunan (Settlement)
II-16
2.2.1 Penurunan Elastik
II-17
2.2.2 Konsolidasi Primer
II-18
2.2.3 Konsolidasi Skunder
II-23
2.3 Timbunan di Atas Tanah Lunak
II-25 vi
2.3.1 Penurunan Konsolidasi
II-25
2.3.2 Tanah Timbunan dengan Geotextile
II-28
2.3.2.1 Kriteria Desain
II-29
2.3.2.2 Perhitungan Daya Dukung
II-31
2.3.2.3 Perhitungan Stabilitas Tanah Timbunan
II-32
2.3.2.4 Perhitungan Sudut Friksi Geotextile
II-33
2.3.2.5 Perhitungan Panjang Penyaluran Geotextile
II-34
2.3.2.6 Pelengkungan Geotextile
II-35
2.3.2.7 Pertimbangan Faktor Keamanan Parsial
II-35
2.3.2.8 Geotextile Untuk Drainase
II-37
2.3.2.9 Properti Geotextile
II-38
2.3.3 Tanah Timbunan dengan Cerucuk dan Matting Bambu
II-41
2.3.3.1 Metode equivalent beam
II-41
2.3.3.2 Metode equivalent spring
II-42
2.3.3.3 Propertis cerucuk dan matting bambu
II-43
2.4 Kuat Geser Tanah
II-43
2.5 Drainase Vertikal
II-46
2.5.1 Konsolidasi dengan Drainase Vertikal
II-47
2.5.2 Efek Smear dan Gangguan
II-49
2.5.3 Pemilihan Tipe Drainase Vertikal
II-51
2.5.4 Pemodelan Drainase Vertikal Dengan Finite Element Pada Tanah Lunak 2.5.5 Pemasangan (Installation) 2.6 Persamaan Desain
II-52 II-53 II-54
2.6.1 Persamaan Desain Umum Untuk Drainase Vertikal
II-54
2.6.2 Modifikasi Persamaan Desain Umum
II-58
2.6.3 Bagan Alir Desain
II-60
2.7 Kesimpulan
II-61
BAB III METODE ANALISIS PLAXIS
III-1
3.1. Umum
III-1
3.2. Metode Elemen Hingga
III-1
3.3 Teori Dasar Plaxis
III-4 vii
3.3.1 Defenisi Umum Stress dan Strain
III-4
3.3.2 Regangan Elastis
III-7
3.3.3 Analisis Undrained dengan Parameter Efektif
III-9
3.3.4 Analisis Undrained dengan Parameter Undrained
III-10
3.3.5 Model Mohr – Coulomb
III-10
3.3.6 Modulus Kekakuan
III-12
3.3.7 Poisson Ratio
III-13
3.3.8 Sudut Geser
III-14
3.3.9 Kohesi
III-15
3.4 Faktor keamanan pada Timbunan
III-15
3.5 Pemodelan Drainase Vertikal
III-17
3.6 Perhitungan dengan Software Plaxis
III-20
BAB IV STUDI KASUS
IV-1
4.1 Umum
IV-1
4.2 Deskripsi Kasus
IV-2
4.3 Analisis Daya Dukung Tanah
IV-2
4.3.1 Model dan Parameter Tanah
IV-3
4.3.2 Parameter Cerucuk dan Matting Bambu
IV-6
4.3.3 Parameter Geotextile
IV-9
4.4 Analisis Penurunan
IV-10
4.4.1 Tinggi Tahapan Timbunan
IV-10
4.4.2 Penurunan Konsolidasi
IV-11
4.5 Analisis Stabilitas
IV-13
4.5.1 Kenaikakan Kuat Geser tiap tahapan Timbunan (Gain Strength)
IV-13
4.5.2 Besarnya Excess Pore Pressure
IV-17
4.5.3 Jarak Vertical Drain
IV-19
4.6 Analisis Penurunan
IV-23
4.6.1 Hasil Analisis Timbunan Bertahap (vertical drain)
IV-23
4.6.2 Hasil Analisi Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Beam)
IV-25
4.6.3 Hasil Analisis Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Spring) 4.6.4 Hasil Analisis Penurunan dengan Perkuatan Geotextile
IV-27 IV-29 viii
4.7 Stabilitas Timbunan
IV-32
4.8 Grafik konsolidasi dan excess pore pressure
IV-33
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V-1
5.1 Kesimpulan
V-1
5.2 Saran
V-2
DAFTAR PUSTAKA
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 2.7 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8
Rekomendasi angka keamanan minimum Angka keamanan minimum untuk lereng - tanpa gempa Rekomendasi angka keamanan minimum dari beberapa institusi internasional Hubungan untuk indeks pemampatan (Cc) empirik Nilai-nilai faktor keamanan parsial dan area aplikasinya Beberapa tipikal properti geotextile Parameter cerucuk bambu spasi 1m Parameter tanah Parameter Cerucuk dan Matting Bambu Spasi 1m Lapisan Very Soft Clay (Cc = 0.6) Lapisan Soft Clay (Cc = 0.4) Penurunan Total tiap Tinggi Timbunan Excess pore pressure tiap Tinggi Timbunan Perhitungan Waktu Vs Derajat Konsolidasi untuk spasi Vertical Drain
Hasil perhitungan SF pada akhir konstruksi
II-9 II-9 II-10 II-28 II-36 II-40 II-43 IV-5 IV-8 IV-11 IV-12 IV-12 IV-18 IV-20 IV-32
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Gambar 1.2 Gambar 1.3
Metodologi studi Metodologi studi kasus Lokasi PLTGU Tambak Lorok, Semarang
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4
Gambar 2.17 Gambar 2.18 Gambar 2.19 Gambar 2.20 Gambar 2.21 Gambar 2.22 Gambar 2.23
Variasi angka keamanan Kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb Timbunan di atas tanah lunak Perubahan faktor keamanan pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment Perubahan kuat geser tanah pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment Perubahan tekanan pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment Lapisan lempung yang mengalir ke atas dan ke bawah Kondisi tegangan pada saat t = 0 Kondisi tegangan pada saat 0 < t < ∞ Kondisi tegangan pada saat t = ∞ Variasi e vs log t, untuk indeks konsolidasi sekunder Grafik settlement ratio dan bearing capacity dari University Drexel untuk tanah soft saturated clay dengan menggunakan woven slit-film fabric Tegangan karakteristik tanah kohesif Drainase vertikal di bawah timbunan Pengaruh panjang dan jarak drainase vertikal terhadap waktu konsolidasi Skema PDVP dengan pengaruh tahanan drain dan gangguan tanah Diameter ekivalen PDVP Perkiraan zona terganggu di sekeliling mandrel Hubungan antara jarak drain(S) dengan zona pengaruh drain (D) Alat pemasangan PDVP Proses pemasangan vertical drain Konsolidasi akibat drainase vertikal dan radial Diagram alir desain vertical drain
Gambar 3.1
Input geometri
Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12
Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 2.16
I-6 I-7 I-8 II-7 II-10 II-11 II-13 II-14 II-14 II-19 II-20 II-21 II-21 II-23
II-32 II-45 II-46 II-48 II-50 II-50 II-51 II-52 II-53 II-54 II-56 II-60 III-20
xi
Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Gambar 4.18 Gambar 4.19 Gambar 4.20 Gambar 4.21 Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24 Gambar 4.25 Gambar 4.26 Gambar 4.27 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28
Model tanah asli Transformasi deret tiang cerucuk menjadi equivalent beam Konfigurasi jumlah tiang per cerucuk bambu Proses pemasangan cerucuk bambu Proses perakitan matting bambu Aplikasi perkuatan tanah dengan geotextile Grafik prediksi penurunan konsolidasi Grafik excess pore pressure vs time Konfigurasi vertical drain Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain spasi 1,2 m Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain spasi 1 m Deformed mesh timbunan awal (vertical drain) Total displacement timbunan awal (vertical drain) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (vertical drain) Total displacement setelah akhir konstruksi (vertical drain) Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent beam) Total displacement pemasangan bambu (equivalent beam) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (equivalent beam) Total displacement setelah akhir konstruksi (equivalent beam) Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent spring) Total displacement pemasangan bambu (equivalent spring) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (equivalent spring) Total displacement setelah akhir konstruksi (equivalent spring) Deformed mesh pemasangan (geotextile) Total displacement pemasangan (geotextile) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (geotextile) Total displacement setelah akhir konstruksi (geotextile) Grafik konsolidasi vertical drain Grafik excess pore pressure vertical drain Grafik konsolidasi equivalent beam Grafik excess pore pressure equivalent beam Grafik konsolidasi equivalent spring Grafik excess pore pressure equivalent spring Grafik konsolidasi geotextile Grafik excess pore pressure geotextile
IV-4 IV-6 IV-7 IV-8 IV-9 IV-10 IV-13 IV-18 IV-19 IV-21 IV-21 IV-22 IV-23 IV-24 IV-24 IV-25 IV-25 IV-26 IV-26 IV-27 IV-27 IV-28 IV-28 IV-29 IV-29 IV-30 IV-30 IV-31 IV-32 IV-32 IV-33 IV-33 IV-34 IV-34 IV-35 IV-35
xii
