Metode Elemen Hingga adalah program analisa geoteknik, terutama untuk analisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang mampu melakukan analisa yang dapat mendekati perilaku sebenarnya.
Metode Elemen Hingga merupakan sebuah paket program dalam dunia teknik sipil yang dibuat berdasarkan metode elemen hingga dan telah dikembangkan sedemikian rupa, sehingga dapat digunakan untuk melakukan analisa deformasi, penurunan, ataupun stabilitas dalam bidang Geoteknik. Tahap pemodelan dalam program Metode Elemen Hingga sendiri dapat dilakukan secara grafis, sehingga memungkinkan pembuatan suatu model elemen hingga yang cukup kompleks menjadi lebih cepat dan mudah. Sedangkan untuk semua tools
dan komponen di dalam program Metode Elemen Hingga juga sudah dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mendukung hasil komputasi yang mendetail. Untuk tahap perhitungan dalam program Metode Elemen Hingga sendiri, dilakukan secara otomatis dengan berdasarkan kepada prosedur numerik. Pada bagian output program Metode Elemen Hingga, users dapat menampilkan data-data yang diperlukan bilamana diperlukan untuk mendesain suatu proyek. Terdapat pula menu curve yang dapat digunakan untuk membuat kurva dengan meninjau pada poin tertentu yang dikenal dengan nodal.
Perkembangan program Metode Elemen Hingga dimulai pada tahun 1987 di Universitas Delft (Technical University of Delft) atas inisiatif dari Departemen Tenaga Kerja dan Pengelolaan Sumber Daya Air Belanda (Dutch Department of Public Works and Water Management). Tujuan awal dari program Metode Elemen Hingga adalah untuk menganalisa tanggul-tanggul yang dibangun pada tanah lunak di dataran rendah wilayah Holland.Kemudian program Metode Elemen Hingga dikembangkan lebih lanjut sehingga dapat menganalisa dan menyelesaikan masalah-masalah yang lebih kompleks dalam seluruh aspek perencanaan Geoteknik lainnya.
Pada program Metode Elemen Hingga, model struktur Geoteknik dapat dimodelkan dengan 2 cara yaituplane straindanaxi-simetri. Model (plane strain) biasa digunakan untuk model geometri dengan penampang melintang yang cukup seragam, dengan kondisi tegangan dan kondisi pembebanan yang terjadi cukup panjang dalam arah tegak lurus terhadap penampang. Perpindahan dan regangan dalam arah tegak lurus terhadap bidang penampang diasumsikan tidak terjadi atau bernilai nol. Walaupun diasumsikan tidak terjadi,tegangan normal pada arah tegak lurus terhadap bidang penampang tetap diperhitungkan sepenuhnya dalam analisa.
Sedangkan untuk model axi-simetri biasa digunakan untuk struktur Geoteknik yang berbentuk lingkaran dengan bidang penampang radial yang cukup seragam dan kondisi pembebanan mengelilingi sumbu aksial.Untuk deformasi dan kondisi tegangan diasumsikan tersebar rata mengelilingi arah radial.Dalam model axi-simetri koordinat (x) menyatakan radius, sedangkan untuk koordinat (y) menyatakan sumbu simetris dalam arah aksial.
Elemen tanah dalam program Metode Elemen Hingga dimodelkan sebagai elemen segitiga, dimana elemen segitiga ini dibagi menjadi dua jenis yaitu elemen
Gambar 2.14 Perbedaan ModelPlane straindan axi simetri Sumber: manual Metode Elemen Hingga
segitiga dengan 6 titik nodal dan elemen segitiga dengan 15 titik nodal.Metode yang digunakan dalam elemen segitiga dengan 6 titik nodal adalah metode interpolasi ordo dua untuk menghitung perpindahan dan integrasi numerik dengan mengunakan tiga titik Gauss (titik tegangan).Sedangkan untuk elemen segitiga dengan 15 titik nodal adalah metode interpolasi dengan ordo empat dan integrasi numerik dengan mengunakan 12 titik Gauss. Oleh sebab itu analisa elemen hingga dalam program Metode Elemen Hingga akan memberikan hasil yang lebih akurat dengan mengunakan segitiga dengan 15 titik nodal dibandingkan dengan analisa dengan hanya 6 titik nodal. Akan tetapi proses perhitungan dengan 15 titik nodal ini akan lebih lambat karena banyaknya jumlah perhitungan yang dilakukan dibandingkan hanya dengan mengunakan 6 titik nodal.
Gambar 2.15
Perbedaan 6 titik nodal dengan 15 titik nodal (atasstress points,bawah nodes) Sumber: manual Metode Elemen Hingga
Dalam model analisa regangan bidang (plane-strain), gaya yang disebabkan adanya perpindahan dinyatakan dalam gaya persatuan lebar dalam arah tegak urus penampang. Sedangkan dalam model analisa axi-simetri, gaya
yang dihasilkan merupakan gaya yang bekerja pada bidang batas yang membentuk busur lingkaran sebesar 1 radian yang saling berhadapan.
2.5.1. ProsesInputData
Pada saat program Plaxis mulai operasikan, maka tampilan jendela general settings akan muncul untuk pengaturan awal model yang akan disusun seperti ditunjukan oleh Gambar 2.16. tampilangeneral settingsterdiri dari:
1. Pada program Metode Elemen Hingga terdapat dua jenis model yaitu model
plane strain dan axisymmetry, pemilihan jenis model yang akan digunakan disesuaikan dengan kondisi masalah geoteknik yang akan dimodelkan.
a. Plane strain merupakan jenis model yang dapat dipilih jika struktur yang dimodelkan memiliki penampang melintang yang seragam sepanjang tegak lurus bidang gambar, artinya perpindahan atau regangan dalam arah tegak lurus bidang gambar diasumsikan nol (ε =0).
b. Axisymmetrymerupakan jenis model yang dapat dipilih jika struktur yang dimodelkan memiliki penampang radial atau lingkaran, artinya deformasi dan tegangan diasumsikan sama di setiap arah radialnya.
2. Penentuan jumlah nodal didasarkan pada tingkat kerumitan model. Analisis elemen hingga dalam Metode Elemen Hingga menggunakan bidang berbentuk segitiga dengan enam nodal atau lima belas nodal. Jika menginginkan hasil yang lebih detail disarankan memilih 15 nodal, terutama untuk kasus-kasus yang rumit. Namun, jika kasus yang dimodelkan sederhana, maka lebih baik menggunakan nodal 6
untuk meminimalkan kapasitas memori dan mempercepat proses perhitungan.
3. Pada bagian general settings terdapat bagian dimensions, yang dapat digunakan untuk mengatur satuan yang akan digunakan pada pemodelan. Setelah dilakukan pengaturan general settings selesai dilakukan, selanjutnya muncul lembar kerja untuk penggambaran geometri model. Secara umum, proses penggambaran geometri model melalui tahap sebagai berikut:
Gambar 2. 16 Tampilan awalgeneral settingMetode Elemen Hingga 1. Geometry linedigunakan untuk menggambarkan model yang akan dianalisis. 2. Boundary conditions digunakan untuk mengambarkan perilaku interaksi
struktur dan tanah.
3. Material properties digunakan mendefinisikan parameter-parameter tanah dan struktur yang telah ditentukan sebelumnya.
4. Mesh generation digunakan untuk menentukan tingkat kehalusan jaring-jaring elemen hingga (mesh). Jika menghendaki perhitungan yang semakin akurat, maka tingkat kehalusanmeshdibuat semakin halus.
5. Initial conditionsdigunakan untuk memodelkan kondisiinitial effective stress
dan initial geometry configuration, pengaturan disesuaikan dengan pengaruh air pada model.
2.5.2 Proses Perhitungan
Pada program Metode Elemen Hingga terdapat beberapa tipe perhitungan disesuaikan dengan kebutuhan yang paling sesuai dengan permasalahan geoteknik yang akan dimodelkan. Ada tiga tipe perhitungan pada Metode Elemen Hingga, yaitu perhitungan Plastic, analisis Consolidation
(pemampatan), analisis Phi–c Reduction (faktor keamanan) dan perhitungan
Dynamic.
2.5.3 Hasil
Hasil dari suatu perhitungan elemen hingga adalah perpindahan pada titik-titik nodal dan tegangan pada titik-titik tegangan. Selain itu terdapat juga fasilitas program curve yang memungkinkan untuk memploting tegangan regangan yang terjadi pada nodal yang dikehendaki.