PEMODELAN FISIK RESPON DINAMIK
DARI INTERAKSI ANTARA TANAH DENGAN GEOTEKSTIL
DWINATA APRIALDI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Pemodelan Fisik Respon Dinamik dari Interaksi Antara Tanah dengan Geotekstil adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan telah diajukan sebagai tesis dalam program DDIP (Double Degree Indonesia – Perancis) di Universitas Joseph Fourier, Perancis. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Maret 2014
RINGKASAN
DWINATA APRIALDI. Pemodelan Fisik Respon Dinamik dari Interaksi Antara Tanah dengan Geotekstil. Dibimbing oleh ERIZAL dan MEISKE WIDYARTI.
Banjir lumpur, batu jatuh (rockfall), dan longsor adalah bencana alam yang sering terjadi di daerah pegunungan. Dalam beberapa kasus, dinding penahan dapat digunakan untuk menghentikan atau menahan laju kecepatan tinggi dari bencana alam tersebut. Dinding penahan adalah bangunan masif yang dibangun tegak lurus terhadap lereng, yang ketinggiannya antara 3 sampai tinggi 25 m dan panjangnya beberapa ratus meter. Dinding penahan biasanya diperkuat oleh elemen penguat seperti geotekstil. Gesekan pada area permukaan properti geotekstil dalam desain landfill memegang peranan yang penting, seperti yang ditunjukkan oleh Kettleman Hills, California, terhadap peristiwa kegagalan landfill yang terjadi pada tahun 1988. Parameter utama dalam desain yang mengakibatkan terjadinya kegagalan adalah sudut gesek dalam. Alat yang paling umum digunakan untuk memperkirakan sudut gesek dalam (friction angle) statik adalah perangkat direct shear (baik ukuran kecil ataupun besar), box tarik (pullout), dan perangkat inclined plane. Nilai dari sudut gesek dalam (friction angle) dapat diperoleh dari uji statik dan dinamik. Pada perkembangannya, banyak literatur yang menjelaskan karakteristik dari interface tanah dengan geotekstil dengan pembebanan uji statik, namun belum ditemukan literatur untuk pengujian dinamik. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari perilaku dari interface tanah dengan geotekstil melalui pengujian dinamik dan statik kemudian membandingkan perilaku dari hasil pengujian.
Uji dinamik dilakukan dengan menggunakan bola yang dijatuhkan dengan ketinggian tertentu. Sedangkan uji statik dilakukan dengan memutar batang berulir dengan kecepatan yang lambat dan teratur. Dalam penelitian ini, dilakukan 27 percobaan, terdiri dari 24 percobaan dinamik dengan empat ketinggian jatuh yang berbeda ( 20 cm, 50 cm, 100 cm , dan 150 cm) dan 3 percobaan statik. Validitas setiap hasil percobaan kemudian dievaluasi dengan membandingkan percobaan yang dilakukan dengan ketinggian jatuh yang sama.
Untuk percobaan dinamik, diperoleh nilai sudut gesek dalam (friction angle) sekitar 45o - 46.7o. Hubungan gaya maksimum dengan ketinggian jatuh mengikuti pola eksponensial. Sedangkan kecepatan maksimum linear dengan ketinggian bola jatuh. Sedangkan pada uji statik, besarnya nilai tegangan geser adalah sekitar 13 kN menghasilkan sudut gesek 60o. Sudut gesek dalam (dari Mohr – Coloumb kriteria) dihitung dengan panjang gesekan termobilisasi yang tidak konstan selama percobaan. Sudut gesek dalam pada uji statik jauh lebih besar dari yang seharusnya dikarenakan adanya marked effect pada bagian depan tangki. Uji statik menghasilkan gaya maksimum sebesar 6.3 kN, lebih besar dibandingkan dengan gaya maksimum pada uji dinamik (5.6 kN).
SUMMARY
DWINATA APRIALDI. Physical Modeling of Dynamic Response of the Soil – Geotextile Interaction. Supervised by ERIZAL and MEISKE WIDYARTI.
In mountainous areas embankments, dykes, levees or breaking mounds are often used as protection structures against natural hazards for instance with the aim of slowing down, deviating or containing snow avalanches, rockfalls and mudflows. Embankments are massive earthworks constructed perpendicular to the slope, from 3 to 25 m high and up to a few hundred meters long. These structures are most often reinforced with horizontal inclusions such as geotextile layers. The importance of interfacial frictional properties of geosynthetics in landfill design was demonstrated by the Kettleman Hills, California landfill failure which occurred in 1988. The main parameters in the design that indicate the occurrence of a failure is the friction angle. The most common tool used to estimate the angle of friction (friction angle) are static direct shear device (either small or large size), drag box (pullout), and the inclined plane. The value of the friction angle (friction angle) can be obtained from static and dynamic tests. In its development, much of the literature that describes the characteristics of the soil with a geotextile interface with static loading test, but have not found the literature for dynamic testing. This research aims to study the behavior of the soil with geotextile interface through dynamic and static testing then compare the behavior of the test results.
Dynamic test carried out by using a ball that is dropped from a certain height. While the static test performed by rotating the threaded rod with a slow and steady pace. In this study, 27 experiments were conducted, consist of 24 dynamic experiments with four different fall heights (20 cm, 50 cm, 100 cm, and 150 cm) and 3 static experiments. The validity of any results of the experiment are then evaluated by comparing experiments performed with the same height fall.
For dynamic experiments, the value of the friction angle is around 45o- 46.7o. Relations of dropped height and the maximum force following an exponential pattern and the maximum velocity of the ball linearly with falling height. While from static experiments, the value of shear stress is about 13 kN generate friction angle of 60o. The friction angle (from Mohr - Coloumb criterion) is computed considering on the length of the mobilized friction and is not constant during the experiment. The friction angle in the static test is much larger and "unreasonable" due to the marked effect on the front of the tank. The static test produces a maximum force of 6.3 kN, which is greater than the maximum force of the dynamic test (5.6 kN).
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Sipil dan Lingkungan
PEMODELAN FISIK RESPON DINAMIK
DARI INTERAKSI ANTARA TANAH DENGAN GEOTEKSTIL
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
Judul Tesis : Pemodelan Fisik Respon Dinamik dari Interaksi Antara Tanah dengan Geotekstil
Nama : Dwinata Aprialdi NIM : F451110041
Disetujui oleh Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Erizal, M.Agr Ketua
Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknik Sipil dan Lingkungan
Dr. Satyanto K. Saptomo, STP, MSi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
PRAKATA
Puji syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan. Penelitian ini berjudul: Pemodelan Fisik Respon Dinamik dari Interaksi Antara Tanah dengan Geotekstil.
Pada kesempatan ini disampaikan ucapan terima kasih kepada Dr. Ir. Erizal, MAgr dan Dr. Ir. Meiske Widyarti, MEng selaku pembimbing, Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS selaku penguji, yang telah banyak memberikan banyak saran. Di samping itu, penghargaan disampaikan kepada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan atas Beasiswa Unggulan yang diberikan. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, istri dan anak serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Disadari bahwa penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan, karena itu saran dan kritikan yang dapat memberikan perbaikan sangat diharapkan untuk perbaikan hasil penelitian ini. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat untuk perkembangan ilmu terkait.
Bogor, Maret 2014
DAFTAR ISI
2 TINJAUAN PUSTAKA Error! Bookmark not defined.
Uji Tarik (Pollout) 3
Prosedur Uji 3
Pengaruh dari Beberapa Parameter 4
3 METODE 10
Waktu dan Tempat 10
Alat dan Bahan 10
Tahapan Pelaksanaan Penelitian 13
Prosedur Persiapan Percobaan 13
Pengisian Tangki 13
Persiapan Uji Dinamik dan Statik 14
Rancangan Percobaan 16
4 HASIL DAN PEMBAHASAN 18
Hasil dari Percobaan Dinamik 18
Gambaran Umum 18
Ulangan (Repeatability) 20
Hasil Semua Uji Dinamik 21
Pengaruh dari Percobaan Beruntun 23
Hasil dari Percobaan Statik 23
Gambaran Umum 23
Ulangan (Repeatability) 26
Hasil Semua Percobaan Statik 27
Perbandingan Percobaan Dinamik dengan Percobaan Statik 27
DAFTAR TABEL
1 Ringkasan dari apparatus uji tarik (pullout) dan karakteristik material 3 2 Detail dari geotekstil yang digunakan selama uji tarik (pullout) 6
3 Karakteristik dari pasir Hostun RF 10
4 Rancangan percobaan 17
5 Hasil semua uji dinamik 22
6 Pengaruh dari percobaan beruntun 23
7 Hasil semua percobaan statik 27
DAFTAR GAMBAR
1 Lapisan penguat menunjukkan sebuah kejadian dari shear rupture 1 2 1. Panjang friksional termobilisasi dengan berbagai tingkat perpindahan
relatif, 2. Asumsi respon satuan interface gesekan (t) dengan pemindahan
relatif antara geotekstil dengan pasir 8
3 Skema vertikal penampang tangki (tampak samping) 11 4 Bukaan tangki di depan (kiri) dan tampak atas tangki (kanan) 11
5 Penjepit/klem 11
6 Sensor perpindahan depan (kiri) dan sensor gaya (kanan) 12 7 Skema perangkat bola berat jatuh (percobaan dinamik) 12
8 Bagan alir metodologi penelitian 13
9 Petunjuk pemasangan geotekstil ke klem/pengait 14 10 Petunjuk pemasangan sensor dan data logger untuk uji dinamik 15 11 Petunjuk pemasangan sensor dan data logger untuk uji statik 15
12 Contoh posisi bola jatuh untuk uji dinamik 15
13 Posisi sensor dan batang berulir pada uji statik 15
14 Perilaku dari pembebanan dinamik (D100R3) 18
15 Perbandingan gaya dan kecepatan pada percobaan dinamik (D100R3) 19 16 1. Gaya – waktu (D100), 2. Perpindahan di depan – waktu (D100) 20
17 Perpindahan di belakang – waktu (D100) 21
18 1. Gaya maksimum – perpindahan di depan maksimum, 2. Kecepatan
maksimum – ketinggian jatuh 22 19 1. Perilaku dari percobaan statik (StaR2), 2. Gaya-perpindahan di depan
(StaR2) 24
20 Panjang gesekan termobilisasi (StaR2) 25
21 1. Gaya-perpindahan depan, 2. Perpindahan depan-perpindahan belakang 26 22 1. Gaya-perpindahan depan, 2. Perpindahan depan dan perpindahan
belakang 28
DAFTAR LAMPIRAN
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Banjir lumpur, batu jatuh (rockfall), dan longsor adalah bencana alam yang sering terjadi di daerah pegunungan. Dalam beberapa kasus, dinding penahan dapat digunakan untuk menghentikan atau menahan laju dari bencana alam tersebut. Dinding penahan adalah bangunan masif yang dibangun tegak lurus terhadap lereng, yang ketinggiannya antara 3 sampai tinggi 25 m dan panjangnya beberapa ratus meter. Dinding penahan sesuai untuk kasus dimana energi kinetik dari suatu bencana yang datang bertingkat sedang (beberapa ratus kilojoule) sampai sangat tinggi (puluhan megajoule). Dinding penahan lebih sesuai digunakan daripada pagar jaring untuk dampak bencana yang diperkirakan lebih tinggi dari 5000 KJ (Descoudres, 1997). Keuntungan lain dari penggunaan dinding penahan adalah biaya perawatan yang rendah dan lebih baik secara visual (Brunet et al., 2009).
Kemampuan dinding penahan untuk menahan longsor ditingkatkan oleh lapisan penguat (reinforcement), (misalnya geosynthetics). Lapisan penguat (reinforcement) mendistribusikan beban dalam arah membujur (Peila et. al., 2007). Deformasi dinding penahan di sekitar titik yang terkena dampak di dalam lapisan penguat, berorientasi sepanjang sumbu longitudinal tanggul. Terdapat perberbedaan untuk kasus statik yang mempertimbangkan beban gravitasi, di mana lapisan penguat dimuat sepanjang sumbu melintang dari arah dinding penahan (Peila et al, 2002; Brandl dan Blovsky, 2004). Dampak negatifnya adalah ada kemungkinan planar lapisan penguat horisontal menunjukkan sebuah kejadian shear rupture (Gambar 1).
Gambar 1 Lapisan penguat menunjukkan sebuah kejadian dari shear rupture (Ronco et al., 2009).
2
atau monotonik dari permukaan geotekstil (Mitchell et al 1990a,. Mitchell et al 1990b, Byrne et al 1992;. Stark dan Poeppel 1994). Alat yang paling umum digunakan untuk memperkirakan sudut gesek dalam (friction angle) statik adalah perangkat direct shear (baik ukuran kecil ataupun besar), box tarik (pullout), dan perangkat inclined plane. Nilai dari sudut gesek dalam (friction angle) dapat diperoleh dari uji statik dan dinamik. Pada perkembangannya, banyak literatur yang menjelaskan karakteristik dari interface tanah dengan geotekstil dengan pembebanan uji statik, namun belum ditemukan literatur untuk pengujian dinamik. Oleh sebab itu penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik dan kecenderungan dari pengujian statik dan dinamik. Pada penelitian ini, alat yang digunakan adalah box tarik (pullout). Uji dinamik dilakukan dengan menggunakan bola yang dijatuhkan dengan ketinggian tertentu. Sedangkan uji statik dilakukan dengan memutar batang berulir dengan kecepatan yang lambat dan teratur.
Tujuan Penelitian
1. Menganalisis gaya maksimum dan kecepatan yang didapat dari uji dinamik. 2. Membandingkan besarnya tegangan geser dan sudut gesek dalam yang
didapat dari uji dinamik dan statik.
Ruang Lingkup
Penelitian ini fokus ke dampak dari jenis pembebanan (pembebanan dinamik dan pembebanan statik). Pembebanan siklik tidak diperhitungkan.
Manfaat Penelitian
Persiapan penelitian ini diharapkan mendapatkan beberapa keuntungan sebagai berikut :
1. Mampu menjelaskan perilaku yang berbeda dari interface tanah dengan geotekstil dengan uji dinamik dan uji statik.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Uji Tarik (Pullout)
Prosedur Uji
Uji tarik (pullout) adalah teknik umum yang digunakan sebagai elemen penguji untuk menyelidiki perilaku pullout dari penguat (reinforcement) yang tertanam dalam tanah. Aparatus pengujian pada dasarnya terdiri dari kotak dengan dinding kaku, alat pengatur untuk aplikasi tekanan normal dan beban pullout horisontal, penjepit frontal dan perangkat pengukuran eksternal (kadang-kadang internal). Tabel 1 menyajikan karakteristik utama dari sebagian besar kotak pullout dilaporkan dalam literatur.
Tabel 1 Ringkasan dari apparatus uji tarik (pullout) dan karakteristik material (Nayeri and Fakherian, 2009)
4
Pengaruh dari Beberapa Parameter
Pengujian pullout dari penguat yang tertanam di dalam tanah dan tingkat kecepatan pengujian dari direct shear telah menjadi alat utama dalam menghasilkan data yang dibutuhkan untuk memahami dasar-dasar interaksi antara tanah dengan geotekstil. Sehingga diperlukan pemilihan penguat dengan kekuatan, kekakuan, ketebalan yang tepat dengan permukaan properti untuk aplikasi tertentu. Uji direct shear dianggap memberikan hasil interpretasi perkembangan interface gaya gesek antara tanah dan penguat yang baik. Hasil dari uji tersebut telah umum digunakan dalam memprediksi respon pullout penguat tanah yang inextensible (AASHTO, 1990). Mekanisme yang ada dalam uji direct shear pada dasarnya tidak berbeda dari interaksi yang akan terjadi antara penguat yang ditanamkan dengan massa tanah dalam struktur yang stabil seperti dinding penahan dan tanggul. Argumen di atas berdasarkan asumsi bahwa bahan penguat relatif inextensible, yang artinya tetap tidak bertambah panjang apabila terjadi perpindahan besar bila dibandingkan dengan besarnya perpindahan pada interface antara tanah dengan penguat.
a. Sudut Gesek Dalam (Friction Angle) Antara Tanah dengan Geotekstil
Interaksi antara tanah dengan penguat menjadi lebih kompleks ketika penguat extensible seperti geosynthetic digunakan. Oleh karena itu hasil dari uji direct shear saja tidak dapat digunakan untuk memprediksi respon dari geotekstil yang tertanam untuk pembebanan pullout. Mallick dan Zhai (1996) menjelaskan bahwa resistansi puncak friksional dari uji direct shear tidak bergantung dari extensibility dan ketebalan geotekstil. Sebagai perbandingan, respon pullout secara keseluruhan merupakan cerminan dari perilaku gabungan antara sifat-sifat bahan geosynthetic dan perilaku antara geosynthetic dengan tanah. Tidak seperti geotekstil yang inextensible, gesekan sepanjang geotextile yang extensible akan berkembang secara progresif, dengan ujung depan geotekstil mencapai strain yang sangat besar sementara ujung belakang bahkan mungkin tidak merasakan kehadiran efek pullout (Long et al 1997;. Mak dan Lo 2001 ). Oleh karena itu, merupakan suatu kesalahan jika memilih seluruh panjang geotekstil untuk menghitung perkembangan gaya gesekan.
Diketahui dari uji shear dengan perpindahan besar (setelah pelebaran tanah awal), tahanan gesek akan berkurang dengan meningkatnya perpindahan. Efek ini dikenal sebagai perilaku degradasi gesekan, seperti yang diamati pada uji elemen tanah yang contohnya uji ring shear besar (Tan et al. 1998), uji pullout yang dilakukan pada geotekstil yang tertanam (Mak dan Lo 2001), uji pipa yang tertanam (Weerasekara dan Wijewickreme 2008), dan uji pile driving (misalnya White dan Lehane 2004). Perilaku ini dapat dijelaskan sebagai kontraksi yang terkait dengan penghancuran partikel dan penataan ulang partikel, khususnya di bawah perpindahan gaya geser yang besar (Johnston et al 1987; Foray et al 1998; Luo et al 2000; Zeghal dan Edil 2002). Pada tingkat tegangan geser tanah pasca-puncak, ketika jumlah kontraksi akibat penghancuran partikel lebih besar dari kecenderungan perluasan tanah, net effect terwujud sebagai akibat degradasi gesekan.
berbeda di sepanjang geotekstil akan mengalami berbagai tingkat perpindahan pada permukaan geser. Contohnya, selama pullout, karena ekstensibilitas tersebut, segmen geotekstil di sekitar akhir titik tarikan akan mengalami perpindahan yang besar dibandingkan pada ujung sisi yang lain. Sehingga tidak dapat mengkontribusikan gaya gesek puncak ke bagian-bagian dari geotekstil yang telah mengalami tingkat perpindahan besar.
Meski perilaku degradasi gesekan telah banyak diamati pada unit gesekan perpindahan besar, sangat sedikit penelitian yang telah dilakukan untuk mengevaluasi perilaku ini (Randolph et al. 1994). Perilaku degradasi dapat disebabkan oleh tingkat stress efektif yang bekerja pada partikel tanah. Misalnya, dalam stress efektif yang rendah, fenomena abrasi akan terjadi pada partikel tanah tetapi dalam stress efektif yang tinggi, baik abrasi maupun fenomena penghancuran akan terjadi. Perlu diamati juga bahwa degradasi tergantung pada rata-rata ukuran butir, kepadatan tanah, mineralogi partikel tanah (terkait dengan penghancuran butiran) dan kekasaran dari interface (Boulon dan Nova 1990). Hanya ada beberapa model interaksi untuk memodelkan aspek degradasi gesekan, tetapi hanya sedikit model yang memperhitungkan aspek partikulat-tingkat, seperti tingkat kekasaran dan butiran crushability (Zeghal dan Edil 2002). Sulit untuk menggabungkan semua aspek ini dan menjadikannya sebagai hukum konstitutif yang memperhitungkan degradasi gesekan. Sebagai hasilnya, beberapa model telah dikembangkan berdasarkan pendekatan semi-analitis (Selvadurai dan Boulon 1992). Berdasarkan hasil beberapa percobaan kekakuan normal yang konstan yang dilakukan di Universitas Grenoble, Hoteit (1990) mengusulkan satu set rumus untuk mengekspresikan perilaku degradasi gesekan dengan kepadatan, ukuran rata-rata partikel, tegangan efektif awal dan kekakuan normal yang berbeda.
Tabel 2 menunjukkan beberapa nilai sudut gesek dalam yang dilaporkan untuk uji pullout. Sudut ini dilaporkan langsung dan dihitung dari data uji pullout, berdasarkan distribusi gesekan rata-rata sepanjang geotekstil. Resistansi pullout yang diperoleh dari uji pullout bukan merupakan fungsi dari sudut geser dalam saja, tetapi merupakan respon gabungan dari perilaku bahan geotekstil dan respon gesekan yang tercermin dalam respon pullout. Respon yang sama dapat diamati dalam mempertimbangkan geotekstil dengan kekakuan yang berbeda. Bahkan jika respon permukaan gesek diukur dengan menggunakan elemen kaku untuk meniadakan dampak dari sifat tegangan-regangan geotekstil, sudut gesek dalam (friction angle) yang diukur dalam uji ini mungkin nilainya berlebihan, sebagai akibat dari peningkatan tegangan normal akibat pelebaran media (massa tanah).
b. Tegangan Normal (Normal Stress)
6
mungkin berhubungan dengan efek melengkung yang terjadi antara dua pengikat (strap) sehingga meningkatkan area gesekan di sekitar inklusi.
Tabel 2 Detail dari geotekstil yang digunakan selama uji tarik (pullout) (Weerasekara and Wijewickreme, 2008)
Peneliti Tipe Geotekstil
Massa per unit area
(g/m2)
Respon Gaya Tarik Sudut Gesek Dalam (Derajat) mempengaruhi perpindahan dan panjang gesekan termobilisasi sepanjang permukaan penguat selama uji pullout. Selain itu, Boyle et al. (1996) menemukan tentang tingkat perpindahan juga dapat berdampak pada respon pullout, dan menambahkan dimensi lain untuk menunjukkan kompleksitas interaksi antara tanah dengan penguat. Mengingat kompleksitas dan banyaknya variabel yang terkait dengan perilaku pullout, Huang dan Bathurst (2009) mempresentasikan pendekatan statistik untuk memprediksi kapasitas pullout geotekstil / geogrid dengan menggunakan database yang besar berdasarkan uji pullout dari berbagai sumber. Bourdeau et al. (1990) menyajikan model kekakuan termodifikasi yang menggunakan nilai ε0 di awal sesuai dengan jalur awal dari regangan, sebelum ada aplikasi tarik-beban. Model ini memperhitungkan pemanjangan inklusi yang fleksibel.
d. Panjang Angkur (Anchored)
pengikat (strip) linier untuk penguat dan model gesekan elasto-plastik (Cambefort, 1964, Frank dan Zhao, 1982) yang digunakan untuk menentukan interaksi antara tanah dengan penguat. Asumsi ini tidak cukup akurat ketika mempertimbangkan penguat sintetis. Tapi, pengaruh panjang angkur (anchored) tidak bisa diabaikan.
e. Deformasi Regangan (Strain Rate)
Sebagian besar bahan berbasis polimer menunjukkan sifat viskoelastik, sehingga respon stres-strain dari geotekstil diharapkan menjadi strain-rate yang bergantung pada temperatur. Aspek-aspek tersebut dapat dipertimbangkan dalam penentuan respon pullout, meskipun kesederhanaan model hiperbolik telah diusulkan. Misalnya, Suleiman dan Coree (2004) menggunakan model hiperbolik untuk mewakili perilaku material viskoelastik dari high density polyethylene. Parameter model hiperbolik (Eini dan η) untuk jenis strain yang berbeda dapat diperoleh dengan mengadopsi pendekatan yang sama. Selanjutnya, Eini pada temperatur yang berbeda dapat diperoleh dengan pendekatan yang sama seperti yang diusulkan oleh Bilgin et al. (2007) untuk medium-density polyethylene. Teknik ini dapat digunakan pada geotekstil yang berbeda untuk menentukan konstanta hiperbolik untuk pembebanan dan suhu yang berbeda. Meskipun banyak model viskoelastik lainnya, model itu dinilai akan terlalu rumit untuk dimasukkan dalam solusi analitik.
2.1Tren dan Model
Selama dua dekade terakhir telah ada beberapa upaya untuk mengembangkan metode analisis berdasarkan pendekatan mekanika kontinum, dengan menggabungkan tanggapan interface dan sifat material untuk mendapatkan respon dari penguat yang relatif extensible pada uji pullout (yaitu geotekstil). Abramento dan Whittle (1995) mengusulkan metode berdasarkan analisis shear-lag yang berasumsi pada sifat linier elastis dari perilaku tegangan-regangan geotekstil dan tanah. Dalam model analisis yang sama, untuk mewakili respon pullout, Madhav et al. (1998) menggunakan model bilinear untuk mencirikan perilaku geser nonlinier dari interface. Gurung dan Iwao (1999) menggunakan model hiperbolik komputasi yang lebih efisien daripada model bilinear. Beberapa model lainnya didasarkan pada derivasi matematika yang berbeda (seperti yang disampaikan oleh Konami et al 1996; Alobaidi et al 1997; Gurung et al 1999; Racana et al 2003). Semua metode di atas didasarkan pada asumsi bahwa perilaku tegangan-regangan dari bahan geotekstil bersifat elastis linier, yang dipergunakan untuk perpindahan pullout relatif besar. Mengingat keterbatasan ini, Perkins dan Cuelho (1999) mengusulkan model analitik di mana hubungan kekuatan-strain dari bahan geotekstil diasumsikan berbentuk hiperbolik. Dari model ini, dihasilkan solusi analitik yang diselesaikan dengan menggunakan pendekatan berbeda.
Penelitian lain memperhitungkan parameter interaksi antara tanah dengan penguat:
8
mengusulkan metode untuk memprediksi keadaan masing-masing zona penguat pada saat aplikasi tarik-beban di depan .
b. Gurung et al. (1999) mengungkapkan hasil perpindahan tarik-beban sepanjang penguat extensible yang mengalami uji pullout, dalam bentuk persamaan diferensial nonlinear hiperbolis. Hasil pemodelannya agak dekat dengan uji hasil laboratorium yang dilakukan oleh Sobhi dan Wu (1996) dan Abramento dan Whittle (1995).
c. Racana et al. (2003) menunjukkan bahwa beban tarik yang diterapkan yang sepanjang penguat fleksibel di tanah bersifat tidak homogen. Karena fleksibilitas, penguat menyajikan zona bergelombang dimana beban tarik lebih rendah dari zona lurus. Jadi, mereka menyarankan memperhitungkan panjang penguat yang lebih pendek yang mendekati kondisi nyata.
Beberapa penulis mengusulkan formulasi analisis yang dikembangkan untuk menyajikan respon dari geotekstil yang tertanam ketika mengalami pullout. Latar belakang untuk pekerjaan ini didasarkan pada teori balok pada pondasi elastis yang diusulkan oleh Hetenyi (1946), O'Rourke dan Nordberg (1992), Trigg Rizkalla (1994), Rajani et al. (1995), dan Weerasekara dan Wijewickreme (2008) berdasarkan pada respon pipa yang tertanam (buried pipeline) terhadap gerakan tanah. Formulasi dasarnya melibatkan satu set persamaan diferensial orde kedua yang diturunkan berdasarkan pertimbangan keseimbangan penguat di sepanjang panjang elemen dari geotekstil dan tanah ketika memperhitungkan boundary condition ynag diketahui. Geotekstil yang mengalami gesekan termobilisasi terdiri dari dua zona, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 dan 2.2. Panjang elemen geotekstil di zona pertama (zona pra-peak) baru saja mulai mengalami pergerakan relatif terhadap massa tanah (u). Dengan kata lain, sesuai dengan zona pra-puncak termobilisasi dari gesekan pada interface tanah (Gambar 2.1 dan 2.2). Dalam zona kedua (zona post-peak), panjang elemen geotekstil mengalami nilai-nilai pasca-puncak dari gesekan pada interface tanah.
Gambar 2.1 Panjang gesekan termobilisasi dengan berbagai tingkat perpindahan relatif (Weerasekara dan Wijewickreme, 2008)
10
3
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di IRSTEA (Institut National de Recherche en Sciences et Techonologies pour l’Environnement et l’Agriculture), Grenoble, Perancis. Penelitian ini dimulai dari bulan Februari sampai Juli 2013.
Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah fine sand yang dikenal dengan nama pasir Hostun RF. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mempelajari karakteristik dari material (Abdelouhab et al., 2010), seperti yang ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Karakteristik dari pasir Hostun RF (Abdelouhab et al., 2010)
Karakteristik Nilai
Granulometry (mm) 0.16-0.63
D10 (mm) 0.2
D60 (mm) 0.42
Maximum index of vacuums 1.041
Minimal index of vacuums 0.648
Sudut gesek dalam(o) 38
Dilatancy (o) 8
Unit weight of the grains (KN/m3) 26.5
Maximum volumic weight (kN/m3) 15.99
Minimal volumic weight (kN/m3) 13.24
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Bak/Tangki pullout dan Pengait (Klem)
Tangki memiliki dimensi 100 cm (panjang), 50 cm (lebar) dan 80 cm (tinggi). Tangki dilengkapi dengan bukaan yang lebarnya 50 cm, sehingga memungkinkan menarik keluar geotekstil yang berada di dalam tangki (Gambar 3).
Penjepit/klem digunakan untuk menarik keluar geotekstil yang terdiri dari dua bagian (Gambar 5). Klem dilengkapi dengan dua sekrup dan dua pin (tidak ditampilkan pada gambar) yang memungkinkan untuk menghindari terjadinya rotasi selama percobaan.
Pengukuran percobaan memperhatikan:
‐ Perpindahan di ujung geotekstil yang berada di dalam tangki (perpindahan
belakang, Gambar 4, kanan),
‐ Perpindahan ekstremitas klem dari geotekstil (perpindahan depan, (Gambar 6,
kiri dan kanan),
Gambar 3 Skema vertikal penampang tangki (tampak samping)
Gambar 4 Bukaan tangki di depan (kiri) dan tampak atas tangki (kanan)
Gambar 5 Penjepit (klem) 0
.2 m 0 .8 m
1 m
Pa
Sensor Perpindahan Belakang
Geote kstil
Sensor Perpindahan Depan
Sensor Gaya
12
Gambar 6 Sensor perpindahan depan (kiri) dan sensor gaya (kanan) 2. Geotekstil
Reinforcement sintetis yang digunakan pada percobaan adalah strap dengan lebar 49 cm dan panjang 49 cm. Geotekstil ini dikenal dengan nama NOTEX GX 100/50, dan biasa digunakan dalam struktur Reinforced Earth. Geotekstil ini memiliki modulus yang tinggi (392 kN), sehingga dapat mengurangi terjadinya deformasi selama percobaan pullout.
3. Sensor perpindahan dan sensor gaya 4. Peralatan bola jatuh (untuk uji dinamik)
Pembebanan dinamik diterapkan pada sistem (melalui penjepit + sensor gaya) yang dihasilkan dari jatuhnya bola berat pada ketinggian tertentu (Gambar 7). Awalnya, bola berat digantung oleh kabel dan terhubung dengan snap lalu kabel tersambung ke roda pemutar (winch) untuk menggantung bola. Bola dilepaskan dengan membuka snap dan pengetatan string.
Gambar 7 Skema perangkat bola berat jatuh (percobaan dinamik)
Kabel R
Tiang Pendukung
Bola Jatuh (Posisi Awal)
5. Peralatan untuk uji statik
Pembebanan statik diterapkan pada sistem (melalui penjepit + sensor gaya) yang dihasilkan dari memperketat poros dengan menggunakan kunci pas (Gambar 13). Percobaan pembebanan statis dilakukan dengan mengencangkan batang berulir secara perlahan dan teratur dengan memperhatikan pergerakan geotekstil.
6. Data logger 7. Software TAOS
8. Software microsoft office
Tahapan Pelaksanaan Penelitian
Gambar 8 Bagan alir metodologi penelitian
Prosedur Persiapan Percobaan
1. Pengisian Tangki
a. Pasir dimasukkan ke dalam tangki dengan ketinggian 20 cm dari dasar tangki (lihat garis yang ada di dalam tangki).
b. Permukaan pasir diratakan dengan tangan kemudian menggunakan papan. c. Lapisan pasir dipadatkan dengan menggunakan alat penumbuk (pestle)
yang dijatuhkan dari ketinggian 15 cm. Pemadatan dilakukan dengan pola silang sehingga setiap area dipadatkan sebanyak 2 kali. Pemadatan ini disebut sebagai lapisan pertama.
d. Geotekstil yang akan digunakan dipotong dengan lebar maksimum 49 cm Perilaku Interface Tanah/Geotekstil
Uji Dinamik Uji Statik
Hasil dan Pembahasan
Solusi dan Rekomendasi Gaya, Kecepatan, Perpindahan
14
dan panjang 49 cm.
e. Permukaan geotekstil digambarkan garis hitam lurus untuk memisahkan bagian geotekstil yang dimasukkan ke tangki dan bagian yang keluar dari tangki.
f. Geotekstil dimasukkan ke dalam tangki, panjang geotekstil di dalam tangki sebesar 49 cm.
g. Sensor perpindahan dipasangkan 12 cm dari bagian ujung geotekstil yang berada di dalam tangki (untuk pengukuran perpindahan di belakang). h. Empat buah cup dimasukkan ke dalam tangki (untuk pengukuran densitas
pasir), lihat tanda yang ada di dalam tangki.
i. Pasir kembali dimasukkan ke dalam tangki dengan ketinggian 20 cm dari lapisan pertama (lihat garis yang berada di dalam tangki). Kemudian ulangi kembali langkah b dan c. Pemadatan pada tahap ini disebut sebagai lapisan kedua.
j. Langkah h diulangi kembali.
k. Pasir kembali dimasukkan ke dalam tangki dengan ketinggian 20 cm dari lapisan ketiga (lihat garis yang berada di dalam tangki). Ulangi kembali langkah b, c dan h. Pemadatan pada tahap ini disebut sebagai lapisan ketiga.
l. Pasir kembali dimasukkan sampai tangki terisi penuh oleh pasir. Langkah b dan c kembali diulangi.
m. Geotekstil dihubungkan dengan klem/pengait (lihat Gambar 4).
Gambar 9 Petunjuk pemasangan geotekstil ke klem/pengait 2. Persiapan Uji Dinamik dan Statik
Gambar 10 Petunjuk pemasangan sensor dan data logger untuk uji dinamik
Gambar 11 Petunjuk pemasangan sensor dan data logger untuk uji statik b. Untuk uji dinamik : Bola jatuh dinaikkan dengan ketinggian tertentu.
Klem/pengait dihubungkan dengan sistem tarik (pullout) seperti katrol, string, dll.
16
c. Untuk uji statik : Klem/pengait dihubungkan dengan batang berulir. Posisi ulir dipastikan horizontal dengan kedudukan klem (dengan menggunakan water pass).
Gambar 13 Posisi sensor dan batang berulir pada uji statik d. Setelah semua persiapan dilakukan, form percobaan diisi sebelum
melakukan percobaan (Lampiran 1).
Rancangan Percobaan
Dalam penelitian ini, dilakukan percobaan dinamik dan percobaan statik. Untuk percobaan dinamik, dilakukan dengan berbagai ketinggian jatuh : 20 cm, 50 cm, 100 cm, dan 150 cm (Tabel 4). Untuk setiap percobaan, dilakukan tiga pengulangan. Validitas setiap hasil percobaan kemudian dievaluasi dengan membandingkan percobaan yang dilakukan dengan ketinggian jatuh yang sama. Setiap percobaan diidentifikasi dengan membuat referensi/penamaan sesuai dengan kondisi percobaan. Misalnya, D50R2 mengacu pada percobaan kedua dengan ketinggian jatuh 50 cm (Tabel 4).
Percobaan beruntun dilakukan setelah percobaan yang pertama (untuk uji dinamik). Percobaan beruntun dilakukan dengan menaikkan ketinggian jatuh, dari satu percobaan ke yang lainnya dan mengikuti tingkat ketinggian jatuh seperti yang dijelaskan sebelumnya. Misalnya, percobaan D20D100R1 merupakan percobaan beruntun dengan ketinggian jatuh 100 cm setelah melakukan percobaan beruntun dengan ketinggian jatuh 50 cm, yang dilakukan setelah percobaan pertama dengan ketinggian jatuh 20 cm.
Dalam penelitian ini, dilakukan 27 percobaan, terdiri dari 24 percobaan dinamik dengan empat ketinggian jatuh yang berbeda dan 3 percobaan statik.
Ada beberapa parameter yang dapat diambil dari pengukuran yang dilakukan, seperti:
1. Gaya yang memungkinkan untuk dihitung tegangan gesernya (shear stress).
2.Pengukuran perpindahan di depan dimodifikasi untuk memperhitungkan deformasi geotekstil antara penjepit/klem dan pembukaan tangki.
kecepatan.
4.Panjang gesekan (friction length) dihitung dari waktu perpindahan di belakang mulai bergerak sampai berhenti bergerak.
5.Sudut gesek dalam (friction angle) dihitung berdasarkan tegangan geser dan tegangan normal yang bertindak pada geotekstil
18
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dari Percobaan Dinamik
Hasil percobaan dinamik pertama kali ditujukan untuk menjelaskan gambaran umum (fitur) yang diamati ketika menarik keluar geotekstil. Kemudian, masalah pengulangan (repeatability) ditujukan untuk melihat pengaruh ketinggian jatuh.
Gambaran Umum
Untuk memudahkan dalam memahami apa yang terjadi selama percobaan dinamik, maka diambil salah satu hasil percobaan dinamik. Percobaan D100R3 (ketinggian jatuh 100 cm, ulangan ketiga) dijadikan referensi untuk tujuan ini.
Gambar 14 Perilaku dari pembebanan dinamik (D100R3)
Dapat diamati bahwa terjadi penundaan perpindahan antara perpindahan di depan dan perpindahan di belakang. Perlu diingat bahwa sensor perpindahan di belakang ditempatkan 12 cm dari ujung geotekstil. Sebelum 0.03 det, tidak ada perpindahan di belakang tapi ada 15 mm perpindahan di depan. Perbedaan yang besar ini diperkirakan karena proses dari perataan progresif dari permukaan geotekstil dan pengetatan kabel sensor perpindahan di belakang. Setelah 0.03 detik, semua geosynthetic dalam keadaan ketat, gaya masih bekerja pada geotekstil dan perpindahan di depan terus bergerak sehingga perpindahan belakang mulai bergerak. Alasan kedua, setelah semua bagian dari geotekstil telah diperketat, seperti yang dijelaskan oleh Abdelouhab et al (2010), gaya serta perpindahan, secara bertahap dimobilisasi dari depan ke belakang strip geotekstil. Kemungkinan lainnya, penundaan terjadi mungkin dikarenakan elastisitas dari geotekstil. Jadi, bagian belakang bergerak setelah ambang perpindahan di depan tercapai. Mobilisasi panjang (mobilized length) penguat (reinforcement) tergantung pada perpindahan di depan dan gaya yang bekerja. Mobilisasi panjang dari pengikat (strip) meningkat seiring perpindahan di depan meningkat. Percobaan untuk ketinggian jatuh yang lainnya menunjukkan gambaran umum yang sama, beberapa ada yang lebih atau kurang tergantung pada ketinggian jatuh.
Gambar 15 Perbandingan gaya dan kecepatan pada percobaan dinamik (D100R3) Dari Gambar 15 dapat dilihat bahwa selama periode perpindahan di depan 0 - 5 mm, kecepatan dan gaya meningkat secara progresif. Ketika gaya mencapai nilai maksimum (perpindahan di depan sebesar 5.5 mm) kecepatan terus naik. Karena tidak memiliki cukup energi (asumsi yang kuat), setelah mencapai puncak, gaya hanya mulai berkurang. Tapi bisa diamati dengan jelas bahwa gaya mencapai area plateau (3.5 kN) dan selama pada kondisi plateau, kecepatan maksimum dicapai.
20
kasar (rough nail) dan palu berpermukaan halus (smooth nail). Dapat diamati bahwa, ketika respon gaya post-peak mencapai tahap sisa, peningkatan mendadak dari kecepatan pullout dapat dilihat dengan jelas, menunjukkan tiba-tiba terjadi "detachement" geotekstil di sekitar media pasir (mungkin ini disebabkan karena fakta bahwa seluruh geotekstil telah dimobilisasi dan dalam zona post-peak). Setelah itu, respon gaya hampir tidak terpengaruh oleh variasi kecepatan pullout.
Ulangan (Repeatability)
Karena pada bagian sebelumnya telah dibahas percobaan dinamik dengan ketinggian jatuh 100 cm, jadi ulangan (repeatibility) dari percobaan ini akan dijadikan referensi. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16.1 Gaya – waktu (D100)
Gambar 17 Perpindahan di belakang – waktu (D100)
Gambar 16 menunjukkan bahwa percobaan dinamik yang dilakukan memiliki repeatibility yang bagus, dalam hal gaya dan perpindahan di depan. Satu-satunya perbedaan dapat dilihat pada Gambar 17. Pada gambar ini, hasil untuk perpindahan di belakang dalam pengulangan ketiga (D100R3) memberikan lebih sedikit perpindahan (6 mm dibandingkan dengan D100R1 dan D100R2). Fenomena ini muncul karena kerataan dari geotekstil dalam kondisi awal. Karena kerataan, pada D100R3 ada waktu-lag yang berbeda begitu pula dengan perpindahan di belakang. Tapi perbedaannya hanya 6 mm, dibandingkan dengan panjang geotekstil (49 cm), perbedaan ini dapat diabaikan. Perbandingan yang sama dilakukan untuk ketinggian jatuh yang berbeda dan tidak ada masalah untuk pengulangan dari ketinggian jatuh yang lain.
Hasil Semua Uji Dinamik
Tabel 5 memberikan ringkasan dari semua hasil percobaan dinamik. Dalam tabel ini akan dianalisis pengaruh ketinggian jatuh terhadap gaya, perpindahan dan kecepatan. Tidak mudah untuk menghitung tegangan geser (τ), karena perlu ditentukan panjang gesekan termobilisasi (mobilized frictional length) pada geotekstil selama percobaan dinamis (yaitu, panjang geotekstil terkena geseran). Setelah mendapatkan nilai panjang gesekan termobilisasi, selanjutnya dapat dihitung area termobilisasi. Dengan melihat nilai gaya pada plateau (F plateau) dapat dihitung nilai tegangan geser di titik ini. Tegangan normal didefinisikan oleh satuan berat pasir dan tinggi pasir di atas permukaan geotekstil (0.55 m). Dari percobaan, didapat nilai unit weight pasir sebesar 13.6 kN/m3. Untuk ketinggian jatuh 20 cm, dapat dilihat bahwa sensor perpindahan di belakang tidak bergerak (hampir sama dengan nol), fenomena ini membuat tegangan geser tidak dihitung. Dari empat posisi ketinggian jatuh, nilai sudut gesek dalam (friction angle) sekitar 45o- 46.7o.
22
σ adalah tegangan normal (normal stress) yang besarnya tetap (7.5 kPa), c adalah kohesi (diasumsikan bernilai 0) dan φ is sudut gesek dalam (internal friction angle). Nilai sudut gesek dalam dihitung berdasarkan gaya di plateau (F plateau), bukan Fmax. Karena, seperti yang bisa dilihat di Gambar 14, di Fmax, tidak ada perpindahan di belakang, sementara di daerah F plateau, terjadi peningkatan baik perpindahan di belakang maupun depan.
Tabel 5 Hasil semua uji dinamik Uji
Gambar 18.1 menunjukkan hubungan antara gaya maksimum dan perpindahan di depan maksimum. Nilai dari gaya maksimum diekstrak dari Tabel 5 (dengan 4 ketinggian jatuh yang berbeda). Dapat dilihat bahwa hubungan antara gaya maksimum dengan perpindahan di depan maksimum, mengikuti pola eksponensial dengan persamaan: y = 0.8681e0.809x dengan nilai R2 = 0.979. Gambar 18.2, menunjukkan dengan jelas bahwa kecepatan maksimum dengan ketinggian bola jatuh menunjukkan hubungan linier dengan persamaan : y = 0.0106x-0.00757, dengan R2 = 0.9926. Perlu diperhatikan bahwa kecepatan maksimum diukur berdasarkan kecepatan perpindahan di depan (seperti yang dijelaskan di rancangan percobaan), bukan berdasarkan kecepatan bola jatuh. Sehingga persamaan ini akan berbeda dengan kecepatan dari persamaan gerak jatuh bebas : vt = vo2 + 2gh; vt = √(2gh).
Gambar 18.2 Kecepatan maksimum – ketinggian jatuh Pengaruh dari Percobaan Beruntun
Percobaan beruntun dilakukan setelah didapat hasil untuk satu ketinggian jatuh awal. Misalnya, D50, setelah didapat hasilnya, bola jatuh diangkat sampai 100 cm dan dilakukan percobaan beruntun untuk ketinggian jatuh 100 cm. Jika dilihat Tabel 6 di bawah ini, tidak ada pengaruh yang signifikan dalam hal gaya dengan percobaan ketinggian jatuh awal dan percobaan berturut-turut. Dapat dilihat bahwa dalam percobaan beruntun (yaitu D50D100R1 dan D50D100R2) posisi geotekstil telah diperketat dengan baik (karena percobaan ketinggian jatuh awal sebelumnya) sehingga perbedaan antara perpindahan di belakang dan perpindahan di depan sedikit berbeda dibandingkan dengan percobaan ketinggian jatuh awal.
Tabel 6 Pengaruh dari percobaan beruntun
Uji Dinamik Fplateau (kN)
Fmax
(kN)
Perpindahan di Depan max(mm)
Kecepatan Max(m/s)
Sudut Gesek Dalam Mohr Coloumb (o)
D50rata-rata 3.5 4.5 10.3 0.4 45.0
D20D50rata-rata 3.8 4.6 8.0 0.4 47.6
D100rata-rata 3.6 5.4 24.5 1.0 46.7
D50D100rata-rata 3.6 5.5 27.0 1.2 47.0
D20D100rata-rata 3.4 5.2 29.7 1.3 45.1
Hasil dari Percobaan Statik
Gambaran Umum
24
Gambar 19.1 Gaya – perpindahan – waktu (StaR2)
Gambar 19.2 Gaya – perpindahan di depan (StaR2)
Dapat dilihat pada Gambar 19.1 bahwa perpindahan di belakang bergerak sebelum gaya mencapai puncak (6,1 kN). Juga dapat diamati ada penundaan antara perpindahan di belakang dan perpindahan depan. Fenomena ini juga terjadi di percobaan dinamik. Sebelum 120 detik, tidak ada perpindahan di belakang sedangkan perpindahan di depan terus meningkat. Alasan untuk ini periode penundaan telah dijelaskan dalam percobaan dinamik.
Pada Gambar 19.2, diamati dengan jelas bahwa setelah gaya mencapai puncak dengan perpindahan di depan 10 mm, perilaku pelunakan (softening behavior) muncul (dengan gaya sisa yang sedikit). Bisa diamati bahwa fenomena plateau tidak terjadi di sini.
bergerak. Selain itu, panjang gesekan termobilisasi pada saat ini akan sama dengan panjang geotekstil (semua bagian dari geotekstil yang telah diperketat). Setelah akhir geotekstil sudah mulai bergerak, resisten pullout total secara bertahap akan mulai menurun dengan meningkatnya perpindahan relatif di geotekstil / tanah. Fannin dan Raju (1993) melakukan percobaan sampai keseluruhan panjang geotekstil mulai bergerak : panjang gesekan termobilisasi pada saat ini akan sama dengan panjang geotekstil. Namun dalam penelitian ini untuk menghitung panjang gesekan lebih rumit. Untuk mengukur panjang gesekan, kita perlu perhatikan ketika semua bagian dari geotekstil telah diperketat (perpindahan di belakang mulai bergerak). Dengan pengetahuan ini, perhitungan menggunakan solusi analitik untuk kasus ini dibuat sampai panjang gesekan dihitung adalah sama dengan panjang geotekstil: yaitu, pada saat 170 detik untuk percobaan StaR2 (Gambar 19.1) dan saat ini panjang gesekan sebesar 49 cm. Dengan menggunakan pendekatan ini, panjang gesekan akan berubah karena perpindahan di belakang mulai bergerak (Gambar 20). Kemampuan untuk menangkap gaya dan perpindahan pada maksimum panjang gesekan termobilisasi menunjukkan bahwa pendekatan analitis yang diusulkan memiliki kemampuan untuk mengungkap respon keseluruhan geotekstil yang tertanam selama pullout. Setelah mendapat nilai panjang gesekan termobilisasi, akan memudahkan untuk menghitung luas permukaan termobilisasi.
Gambar 20 Panjang gesekan termobilisasi (StaR2)
Bagian belakang mulai bergerak
Sebagian Geotekstil sudah diperketat
26
Ulangan (Repeatability)
Pada bagian ini akan dilihat hasil dari ketiga percobaan statik. Sehingga dapat dilihat bagaimana ulangan untuk percobaan ini.
Gambar 21.1 Gaya-perpindahan depan
Gambar 21.2 Perpindahan depan – perpindahan belakang
Hasil Semua Percobaan Statik
Tabel 7 memberikan gambaran mengenai tegangan geser dan sudut gesek dalam pada percobaan statik. Sudut gesek dalam ini diperoleh dari persamaan Mohr – Coloumb (sama seperti uji dinamik) dengan besarnya gaya normal yang tetap (7.5 kPa). Jika dibandingkan hasil ini dengan hasil percobaan dinamik, dapat dilihat bahwa sudut gesek dalam memiliki nilai yang lebih tinggi. Sudut gesek ini jauh lebih tinggi dibandingkan dengan penulis lain (Tabel 2) dan lebih besar dari yang seharusnya. Mungkin fenomena ini terjadi karena nilai gaya yang didapat overestimated, yang disebabkan adanya fenomena marked effect pada bagian depan tangki. Beberapa literatur telah menunjukkan bahwa kondisi di bagian depan tangki dapat memiliki fenomena marked effect yang ditandai pada hasil percobaan (Palmeira, 1987, Palmeira dan Milligan, 1989, Johnston dan Romstad, 1989; Farrag et al, 1993;. Lopes dan Ladeira, 1996; Raju, 1995; Moraci dan Montanelli, 2000; Sugimoto et al, 2001). Fenomena marked effect ini harus dihindari dengan cara mengurangi gesekan yang terjadi di bagian depan tangki. Pengurangan gesekan ini biasanya bisa dilakukan dengan menggunakan lapisan film plastik dan minyak atau lemak (Palmeira, 1987, Abramento, 1993). Alternatif lain dapat dilakukan dengan penggunaan lengan (Farrag et al, 1993; Wilson - Fahmy et al, 1994; Perkins dan Cuelho, 1999) atau pengaturan di mana panjang penguat (reinforcement) yang efektif jauh dari dinding bagian depan (Palmeira, 1987). Kemungkinan lainnya adalah dengan memiliki bagian frontal fleksibel atau bergerak yang terbuat dari kantong bertekanan atau piring (Sugimoto et al., 2001).
Tabel 7 Hasil Semua Percobaan Statik Percobaan
Perbandingan Percobaan Dinamik dengan Percobaan Statik
28
karena perlawanan tambahan inersia partikel pasir dalam percobaan pullout dinamik. Namun, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memverifikasi postulat ini. Pada Gambar 22.2, jelas terlihat kemiringan pada percobaan statik lebih landai daripada kemiringan di percobaan dinamik. Perpindahan di belakang dari percobaan statik mulai bergerak ketika gaya akan mencapai puncak. Sedangkan untuk percobaan dinamik, perpindahan di belakang mulai berubah setelah gaya mencapai puncak (di daerah plateau) .
Gambar 22.1 Gaya – perpindahan di depan
Gambar 22.2 Perpindahan Depan dan Perpindahan Belakang
30
5
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Pada uji dinamik, hubungan gaya maksimum dengan ketinggian jatuh mengikuti pola eksponensial. Sedangkan kecepatan maksimum linear dengan ketinggian bola jatuh. Kecepatan maksimum diukur berdasarkan kecepatan perpindahan di depan, bukan berdasarkan kecepatan bola jatuh. Uji statik menghasilkan gaya maksimum sebesar 6.3 kN dan lebih besar dibandingkan dengan gaya maksimum pada uji dinamik (5.6 kN).
2. Pada uji statik, diperoleh nilai tegangan geser sekitar 13 kN dan menghasilkan sudut gesek dalam sebesar 60o. Sedangkan pada uji dinamik, diperoleh sudut gesek dalam sekitar 45o – 46.7o. Sudut gesek dalam (dari Mohr – Coloumb kriteria) dihitung dengan mengingat panjang gesekan termobilisasi yang tidak konstan selama percobaan. Sudut gesek dalam pada uji statik jauh lebih besar dari yang seharusnya dikarenakan adanya marked effect pada bagian depan tangki.
Saran
1. Untuk mengukur unit weight, hanya digunakan 12 cup tertanam dalam tanah. Nilai unit weight ini mungkin tidak bisa mewakili seluruh unit weight pasir dalam tangki. Sehingga untuk percobaan berikutnya, disarankan untuk menggunakan metode lain untuk mengukur unit weight.
2. Untuk percobaan berikutnya, disarankan untuk membuat bentuk frontal fleksibel atau bergerak yang terbuat dari kantong bertekanan, untuk menghindari marked effect di bagian depan tangki.
DAFTAR PUSTAKA
AASHTO. 1990. Design Guidelines for Use of Extensible Reinforcements (Geosynthetic) for Mechanically Stabilized Earth Walls in Permanent Applications, American Association of State Highway and Transportation Officials, Task Force 27 Report, In Situ Soil Improvement Techniques. Washington, DC, USA.
Abdelouhab, A., Dias, D., and Freitag, N. 2010. Physical and Analytical Modeling of Geosynthetic Strip Pull-Out Behavior. Geotextiles and Geomembranes. 28(1):44-53.
Abramento, M. 1993. Analysis and Measurement of Stresses in Planar Soil Reinforcements. Ph.D. thesis, Massachusetts Institute of Technology, USA. Abramento, M. & Whittle, A. J. 1995. Analysis of Pullout Tests for Planar
Reinforcements in Soil. Journal of Geotechnical Engineering. 121(6):476– 485.
Alobaidi, I. M., Hoare, D. J. & Ghataora, G. S. 1997. Load Transfer Mechanism in Pull-out Tests. Geosynthetics International. 4(5):509–521.
Bilgin, O., Stewart, H. E. & O’Rourke, T. D. 2007. Thermal and Mechanical Properties of Polyethylene Pipes. Journal of Materials in Civil Engineering. 19(12):1043–1052.
Boulon, M. & Nova, R. 1990. Modeling Of Soil–Structure Interface Behavior: A Comparison Between Elastoplastic and Rate Type Laws. Computers and Geomechanics. 9(1):21–46.
Bourdeau, Y., Kastner, R., Bollo-Kamara, N., Bahloul, F. 1990. Comportement en Ancrage d’un Geosynthetique Enfoui dans un Materiau Bidimensionnel. 5eme Colloque Franco-Polonais de Mecanique des Sols Appliquee, 4–7 Septembre. Boyle, S. R., Gallaghar, M. & Holtz, R. D. 1996. Influence of Strain Rate,
Specimen Length and Confinement on Measured Geotextile Properties. Geosynthetics International. 3(2):205–225.
Brandl, H., Blovsky, S. 2004. Protective Barriers Against Rockfall. Proceedings of the 3rd European Geosynthetics Conference-Eurogéo III, Munich, Germany, pp. 95–100.
Brunet, G., Giacchetti, G., Bertolo, P., Peila, D. 2009. Protection From High Energy Rockfall Impacts Using Terramesh Embankment: Design and Experiences. Proceedings of the 60th Highway Geology Symposium, Buffalo, New York, pp. 107–124. Isoles et des Groupes de Pieux. Annales I.T.B.T.P., no 204, Decembre 1964. Descoeudres, F. 1997. Aspects Géomécaniques des Instabilités de Falaises
Rocheuses et des Chutes de Blocs. Publications De La Société Suisse De Mécanique Des Sols et Des Roches. 135(1): 3–11.
32
Farrag, K., Acar, Y.B., Juran, I. 1993. Pullout Resistance of Geogrid Reinforcements. Geotextiles and Geomembranes. 12 (2):133–160.
Foray, P., Balachowski, L. & Colliat, J. L. 1998. Bearing Capacity of Model Piles Driven Into Overconsolidated Sands. Canadian Geotechnical Journal. 35(2):374–385.
Frank, R., Zhao, S.R. 1982. Estimation par les Parametres Pressiometriques de l’enfoncement Sous Charge Axiale de Pieux Fores dans les Sols Fins. Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussees. 119(1):17–24.
Gurung, N. & Iwao, Y. 1999. Numerical Simulation of Pullout Response for Planar Soil Reinforcements. Canadian Geotechnical Journal. 36 (2):455– 466.
Hetenyi, M. 1946. Beams on Elastic Foundations, University of Michigan Press, Ann Arbor, MI, USA, 255 pp.
Hoteit, N. 1990. Contribution a` l’e´tude du Comportement d’Interface Sable: Inclusion et Application au Frottement Apparent, PhD thesis, Institut National Polytechnique de Grenoble, Grenoble, France, 277 pp.
Huang, B. & Bathurst, R. J. 2009. Evaluation of Soil-Geogrid Pullout Models Using A Statistical Approach. Geotechnical Testing Journal. 36(6):1–15. Johnston, I. W., Lam, T. S. K. & Williams, A. F. 1987. Constant Normal Stiffness
Direct Shear Testing for Socketed Pile Design In Weak Rock. Geotechnique. 37(1):83–89.
Johnston, R.S., Romstad, K.M. 1989. Dilation and Boundary Effects in Large Scale Pullout Tests. In: 12th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Rio de Janeiro, Brazil. 2(2):1263–1266.
Konami, T., Imaizumi, S. & Takashashi, S. 1996. Elastic Considerations of Field Pull-Out Tests on Polymer Strips. Proceedings of the International Symposium on Earth Reinforcement, Fukuoka, Kyushu, Japan, November 1996. 1(2):57–62.
Long, P. V., Bergado, D. T., Balasubramaniam, A. S. & Delmas, P. 1997. Interaction Between Soil and Geotextile Reinforcement, Ground Improvement, Ground Reinforcement, Ground Treatment: Developments 1987–1997. Proceedings of Sessions Sponsored by the Committee on Soil Improvement and Geosynthesis of the Geo-Institute of the ASCE in Conjunction with Geo-Logan ’97. 69(2):560–578.
Lopes, M.L., Ladeira, M. 1996. Influence of the Confinement, Soil Density and Displacement Ratio on Soil–Geogrid Interaction. Geotextiles and Geomembranes. 14(10):543–554.
Luo, S. Q., Tan, S. A. & Yong, K. Y. 2000. Pull-Out Resistance Mechanism of A Soil Nail Reinforcement In Dilative Soils. Soils and Foundations. 40(1):47– 56.
Madhav, M. R., Gurung, N. & Iwao, Y. 1998. A Theoretical Model For Pull-Out Response of Extensible Reinforcements. Geosynthetics International. 5(4): 399–424.
Mallick, S. B. & Zhai, H. 1996. A Laboratory Study on The Pullout Performance of Woven Geotextiles. Proceedings of Geosynthetics’95, Nashville, TN, USA, February 1995. 2(1):1169–1178.
Mitchell, J.K., Seed, R.B. and Seed. H.B. 1990a. Kettleman Hills Waste Landfill Slope Failure. I: Liner-System Properties, Journal of Geotechnical Engineering. 116(4):647-668.
Mitchell, J.K., Seed, R.B. and Seed H.B. 1990b. Stability Considerations in the Design and Construction of Lined Waste Depositories, Geotechnics of Waste Fills - Theory and Practice, ASTM Special Technical Publication 1070, Landva, A. And Knowles, G.D., Editors, proceedings of a symposium held in Pittsburgh, Pennsylvania, USA, September 1989, pp. 209-224.
Moraci, N., Montanelli, F. 2000. Analise di Prove di Sfilamento di Geogriglie Estruses Installate in Terreno Graulare Compattato. Rivista Italiana di Geotecnica. 4(1):5–21.
Nayeri, Arash and Fakharian, Kazem. Study on Pullout Behavior of Uniaxial HDPE Geogrids Under Monotonic and Cyclic Loads, International Journal of Civil Engineering. 7(4):212-213.
O’Rourke, M. J. & Nordberg, C. 1992. Longitudinal Permanent Ground Deformation Effects on Buried Continuous Pipelines, Technical report NCEER-92-0014, National Center for Earthquake Engineering Research (NCEER), Buffalo, NY.
Palmeira, E.M. 1987. The Study of Soil–Reinforcement Interaction by Means of Large Scale Laboratory Tests. Ph.D. thesis, University of Oxford, UK, 238 pp.
Palmeira, E.M., Milligan, G.W.E. 1989. Scale and Other Factors Affecting the Results of Pullout Tests of Grids Buried in Sand. Geotechnique. 39 (3):511– 524.
Peila, D., Oggeri, C., Castiglia, C. 2007. Ground Reinforced Embankments for Rockfall Protection: Design and Evaluation of Full Scale Tests. Landslides. 4(3):255–265.
Peila, D., Oggeri, C., Castiglia, C., Recalcati, P., Rimoldi, P. 2002. Testing and Modelling Geogrid Reinforced Soil Embankments to High Energy Rock Impacts. Proceedings of the 7th International Conference on Geosynthetics, Nice, France, pp. 133–136.
Perkins, S. W. & Cuelho, E. V. 1999. Soil-Geosynthetic Interface Strength and Stiffness Relationship From Pullout Tests. Geosynthetics International. 6(5):321–346.
Racana, N., Grediac, M. & Gourves, R. 2003. Pull-Out Response of Corrugated Geotextile Strips. Geotextiles And Geomembranes. 21(5):265–288.
Rajani, B. B., Robertson, P. K. & Morgenstern, N. R. 1995. Simplified Design Method for Pipelines Subject to Transverse and Longitudinal Soil Movements. Canadian Geotechnical Journal. 32(3):309– 323.
Raju, D.M. 1995. Monotonic and Cyclic Pullout Resistance of Geosynthetic. Ph.D. Thesis, University of British Columbia, Canada.
34
Ronco, C., Oggeri, C., Peila, D. 2009. Design of Reinforced Ground Embankments Used for Rockfall Protection. Natural Hazards and Earth System Sciences. 9(1): 1189–1199.
Selvadurai, A. P. S. & Boulon, M. 1992. Boundary Element Modeling of The Mechanics of A Near Surface Cylinder. Proceedings of the Conference on Numerical Models in Geomechanics, Swansea, UK, August, pp. 629–643. Sobhi, S., Wu, J.T.H. 1996. An Interface Pullout Formula for Extensible Sheet
Reinforcement. Geosynthetics International Journal. 3(5):565–582.
Stark, T.D. and Poeppel, A.R. 1994. Landfill Liner Interface Strengths from Torsional- Ring-Shear Tests. Journal of Geotechnical Engineering. 120(3):597-615.
Sugimoto, M., Alagiyawanna, A.N.M., Kadoguchi, K. 2001. Influence of Rigid and Flexible Face on Geogrid Pullout Tests. Geotextiles and Geomembranes. 19(5):257–277.
Suleiman, M. T. & Coree, B. J. 2004. Constitutive Model for High Density Polyethylene Material: Systematic Approach. Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE. 16(6):511–515.
Tan, S. A., Chew, S. H. & Wong, W. K. 1998. Sand/Geotextile Interface Shear Strength by Torsional Ring Shear Tests. Geotextiles and Geomembranes. 16(1):161–174.
Tan, S.A., Ooi, P. H., Park, T.S and Cheang, W.L. 2008. Rapid Pullout Test of Soil Nail. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 134(1):1327-1338.
Trigg, A. & Rizkalla, M. 1994. Development and Application of A Closed-Form Technique for The Preliminary Assessment of Pipeline Integrity in Unstable Slopes. Proceedings of the 13th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Houston, TX, USA, February/March 1995, pp. 127–139.
Weerasekara, L. & Wijewickreme, D. 2008. Mobilization of Soil Loads on Polyethylene Natural Gas Pipelines Subject to Relative Axial Ground Displacements. Canadian Geotechnical Journal. 45(9):237–1249.
White, D. J. & Lehane, B. M. 2004. Friction Fatigue on Displacement Piles in Sand. Geotechnique. 54(10):645–658.
Wilson-Fahmy, R.F., Koerner, R.M., Sansone, L.J. 1994. Experimental behaviour of polymeric geogrids in pullout. Journal of Geotechnical Engineering. 120(4):661–677.
Lampiran 1 Form Percobaan
Kondisi Awal (Kondisi Kabel dan Bola Jatuh)
Jarak Pengait/Klem Observasi penting setelah percobaan, photo, dll
36
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Binjai pada tanggal 01 April 1988 dari ayah Tukimun dan ibu Gulmah Sugiharti. Penulis adalah putra ketiga dari lima bersaudara. Tahun 2005 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Binjai dan pada tahun yang sama penulis masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB dan diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam organisasi seperti BEM KM IPB dan Agroedutourism IPB. Pada tahun 2009 penulis melakukan penelitian untuk skripsi dengan judul Optimasi Proses dan Modifikasi Desain Bak Pasteurisasi – Pendingin di PT. Triteguh Manunggal Sejati, Tangerang. Penulis menyelesaikan studi S1 pada tahun 2010.
