3. Kendali Mutu
2.10 Elemen Hingga Program Plaxis .1 Pendahuluan
2.10.5 Analisis Pondasi Tiang Pancang Menggunakan Metode Elemen Hingga
Plaxis merupakan suatu aplikasi program komputer menggunakan metoda elemen hingga (finite element) untuk menganalisa deformasi dan stabilitas dalam permasalahan geoteknik. Plaxis ini telah dikembangkan
sejak tahun 1987 oleh Delft University, Belanda.
Program ini dapat menganalisis untuk perhitungan kondisi plane-strain maupun axisymetris. Plane-strain digunakan untuk menganalisis struktur yang memiliki potongan melintang dengan pembebanan dan kondisi tegangan yang seragam, perpindahan/deformasi arah ini dianggap nol. Sedangkan axisymetris digunakan untuk struktur lingkaran (circular structures) yang memiliki potongan radial dan pembebanan seragam terhadap pusat, dengan deformasi dan tegangan yang dianggap sama pada arah radialnya.
Aplikasi dalam geoteknik umumnya membutuhkan permodelan struktur tanah untuk kemudian disimulasikan perilaku tanah secara non linear dan
time-dependent. Sebagai tambahan, dikarenakan tanah
adalah material berfasa banyak, prosedur tertentu dibutuhkan dalam mengatasi tekanan air pori (hydrostatic dan non-hydrostatic).Walaupun permodelan tanah itu sendiri merupakan salah satu faktor terpenting, namun sejumlah permasalahan dalam geoteknik berhubungan dengan permodelan struktur tanah dan
interaksi antara tanah dengan struktur konstruksi.
P r o g r a m ini bertujuan menyediakan jembatan penghubung antara praktek dengan teori dalam geoteknik dan menyediakan tool praktis yang dapat digunakan oleh para engineer dibidang geoteknik untuk menganalisis permasalahan geoteknik tanpa harus mendalami perhitungan numerik dan memperoleh hasil akurat.
Dalam metoda elemen hingga, harus dipenuhi 3 (tiga) kondisi, yaitu :
1. Keseimbangan, yaitu keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada setiap elemen
2. Kompatibilitas, yaitu hubungan regangan dan perpindahan yang berkaitan dengan geometri lereng dan materialnya
3. Persamaan konstitutif, yaitu hubungan tegangan-regangan dari material
Metoda elemen hingga adalah cara pendekatan solusi analisis struktur secara numerik dimana struktur kontinum dengan derajat kebebasan tak hingga
disederhanakan dengan diskretasi kontinum dalam elemen-elemen kecil yang umumnya memiliki geometri lebih sederhana dengan derajat kebebasan tertentu (berhingga), sehingga lebih mudah dianalisis. Elemen-elemen difereansial memiliki asumsi fungsi perpindahan yang dikontrol pada nodal-nodalnya. Pada nodal tersebut diberlakukan syarat keseimbangan dan kompatibilitas. Dengan menerapkan prinsip energi disusun matriks kekakuan untuk tiap elemen dan kemudian diturunkan persamaan keseimbangannya pada tiap nodal dari elemen diskret sesuai dengan kontribusi elemennya. Persamaan keseimbangan yang berbentuk persamaan aljabar simultan ini diselesaikan sehingga perpindahan nodal diperoleh. Regangan nodal dapat dihitung dari derajat kebebasan nodal sehingga tegangannya dapat ditentukan. Prosedur penyelesaian dengan metoda elemen hingga adalah sebagai berikut : a. Membagi model fisis menjadi sejumlah elemen yang memiliki
bentuk geometri tertentu, seperti : segitiga, trapesium atau persegi.
antar elemen sehingga syarat keseimbangan dan kompatibilitas terpenuhi.
c. Menentukan fungsi perpindahan dari titik-titik dalam elemen. d. Membentuk matriks kekakuan dan beban pada simpul untuk
setiap elemen
e. Menerapkan persamaan keseimbangan untuk tiap-tiap elemen dan menggabungkannya untuk seluruh model.
f. Melakukan perhitungan terhadap persamaan-persamaan yang telah terbentuk untuk menghasilkan perpindahan dan gaya elemen yang terjadi berdasarkan syarat-syarat batas yang telah ditentukan.
g. Melakukan perhitungan tegangan yang terjadi didalam elemen setelah gaya elemen diketahui.
Berikut ini beberapa kelengkapan yang dimiliki program Plaxis :
a. Graphical input of geometry models yaitu : input program berupa lapisan tanah, struktur, langkah konstruksi, pembebanan, dan kondisi batas yang dimasukkan dalam bentuk grafis (CAD), sehingga diharapkan permodelan yang akurat dan medetail dari kondisi sebenarnya di lapangan dapat tercapai. Dari input permodelan geometri ini, finite element mesh dibuat secara otomatis oleh Plaxis.
b. Automatic mesh generation yaitu : pembuatan unstructered finite element mash secara otomatis.
c. High-order elements yaitu : elemen orde tinggi yang dibutuhkan untuk memperoleh keakuratan distribusi tegangan tanah dan perkiraan beban runtuh.
d. Beams yaitu : struktur balok yang khusus digunakan sebagai dinding penahan tanah, struktur terowongan dan struktur ramping lainnya. Perilaku struktur tersebut di defenisikan dengan tingkat kelenturan, kekakuan dan ultimate bending moment. Sendi plastis dapat segera terbentuk jika momen mencapai batas ultimate. Struktur diatas dapat digunakan secara bersamaan untuk memperoleh hasil yang diinginkan dalam rekayasa geoteknik.
e. Interfaces yaitu : elemen sambungan yang diperlukan dalam kalkulasi dimana terjadi interaksi tanah dan struktur. Interface digunakan untuk mensimulasikan lapisan tipis dimana terjadi geser seperti pada alas pondasi, tiang, geotekstil, dinding penahan tanah dan lain-lain. Nilai koefisien geser dan adhesi antara tanah dan dinding dapat dimasukkan sebagai input dan tidak harus selalu sama dengan koefisien geser dan kohesi tanah. f. Anchors yaitu : dimodelkan sebagai elemen pegas elastoplastis.
Perilaku elemen ini didefinisikan dengan tingkat kekakuan dan gaya yang dapat diterima. Analisis dapat dilakukan untuk angkur prestressed.
g. Geotextile yaitu : elemen yang disimulasikan secara khusus oleh Plaxis sebagai elemen dengan tahanaan tarik. Geotextiles dan geogrid umumnya digunakan pada konstruksi perkuatan tanah atau pada struktur penahan tanah. Penggabungan elemen geotextile dan interfaces pada Plaxis dapat mendekati kondisi sebenarnya.
h. Tunnels, dalam permodelan terowongan ini Plaxis memiliki pilihan parabolik dan non-parabolik. Beams dan interfaces dapat dimasukkan kedalam permodelan struktur terowongan dan interaksinya dengan lapisan tanah sekitarnya.
i. Mohr-Coulomb model yaitu : model non-linear sederhana yang didasari oleh data parameter tanah. Tidak semua perilaku non-linear tanah termasuk kedalam model ini. Model Mohr-Coulomb dapat digunakan untuk menghitung beban ultimate untuk pondasi lingkaran, tiang pancang dangkal, dan lain-lain. Model ini juga dapat digunakan untuk menghitung angka keamanan dengan menggunakan pendekatan Phi-c reduction.
tambahan dari model Mohr-Coulomb. Agar dapat menganalisis perilaku pemampatan logaritmik tanah lunak terkonsolidasi normal, model Cam-Clay dapat digunakan. Referensi pada manual yang dapat digunakan adalah Soft Soil Model. Pengembangan versi model ini adalah pemodelan secondary
compression (creep). Untuk tanah keras, seperti lempung overconsolidated dan pasir, digunakan model hardening soil.
Referensi manual yang dapat digunakan adalah Material Models
Manual.
k. Steady state pore pressure, terdapat dua jenis pendekatan yang digunakan dalam permodelan tekanan pori rembesan tetap. Distribusi tekanan pori kompleks didasari oleh analisis aliran air tanah dua dimensi.Sebagai alternatif penyederhanaan, distribusi tekanan air pori multi linear yang diturunkan dari permukaan air tanah.
l. Excess pore pressure, dalam Plaxis dibedakan antara tanah teralirkan (drained) dan tanah takteralirkan (undrained) didalam pemodelan pasir (permeable) dan lempung (impermeable). Kelebihan tekanan air pori diperhitungkan dalam perhitungan Plastis, jika lapisan tanah undrained diberi pembebanan.