PERENCANAAN EMBUNG SUNGAI KREO KECAMATAN MIJEN KOTA SEMARANG (The Design of Kreo River Dam at Sub District Mijen, Semarang City) - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)

(1)

VI - 1

Laporan Tugas Akhir Budi S. L2A002031

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092

BAB VI

ANALISA STABILITAS

6.1. SIMULASI KELONGSORAN DENGAN PROGRAM PLAXIS 7.2

Plaxis V.7.2 adalah program analisa geoteknik, terutama untuk analisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang mampu melakukan analisa yang dapat mendekati perilaku sebenarnya. Geometri tanah yang akan dianalisa memungkinkan untuk diinput dengan cukup teliti. Karena Plaxis dilengkapi fitur – fitur khusus yang berhubungan dengan banyak aspek dari struktur geometri yang komplek.

Aplikasi geoteknik memerlukan model konstruksi tingkat lanjut untuk simulasi perilaku tanah yang tidak linear dan perilaku yang bergantung pada waktu. Disamping itu, material tanah adalah material yang multiphase. Untuk analisa yang melibatkan keberadaan air tanah perlu diperhitungkan tekanan hidrostatis dalam tanah.

Selain itu Plaxis V.7.2 menyediakan berbagai analisa tentang displacement, tegangan-tegangan yang terjadi pada tanah, faktor keamanan dan lain-lain. Untuk melakukan analisis struktur tubuh embung dan spillway pada perencanaan Embung Sungai Kreo, digunakan metode elemen hingga dengan kondisi plane strain (regangan bidang). Model plane strain digunakan dengan asumsi bahwa sepanjang sumbu potongan melintang penampang dipandang relatif sama dan peralihan dalam arah tegak lurus potongan tersebut dianggap tidak terjadi.

(2)

VI - 2

Dengan menggunakan elemen 15 titik, hasil analisis cukup akurat dan dapat diandalkan.

6.2 . PEMODELAN MATERIAL

Perilaku tanah dan batuan dibawah beban umumnya bersifat non-linier. Perilaku ini dapat dimodelkan dengan berbagai persamaan, diantaranya Linear elastic model, Mohr Coulomb model, Hardening Soil model, Soft Soil model, dan Soft Soil Creep model. Pada analisis ini digunakan model Mohr-Coulomb yang memerlukan 5 buah parameter yaitu :

Pada Tabel 6.1 diberikan penjelasan mengenai parameter-parameter tanah yang digunakan pada analisa stabilitas

Tabel 6.1 Parameter desain material untuk tubuh embung dan spillway

(3)

VI - 3

4 Pasir

6.3. TAHAP PERHITUNGAN PLAXIS 7.2

6.3.1 TUBUH EMBUNG

PLAXIS INPUT V 7.2

(4)

VI - 4

standar diberikan dengan sehingga terbentuk suatu model seperti pada Gambar 6. 1.

Tabel 6.2. Koordinat untuk input geometri model pada Plaxis untuk tubuh embung

Point X

(5)

VI - 5

b. Proses berikutnya adalah melakukan meshing generation untuk membagi material tanah ke dalam elemen-elemen diskret yang berhingga, dengan menggunakan toolbar . Tingkat kekasaran meshing dapat dipilih :

• Sangat kasar (Very Coarse) : sekitar 50 elemen

• Kasar (Coarse) : sekitar 100 elemen

• Menengah (Medium) : sekitar 250 elemen

• Halus (Fine) : sekitar 500 elemen

• Sangat halus (Very Fine) : sekitar 1000 elemen

Dalam simulasi ini, material di-mesh Fine, kemudian klik .

Gambar 6.2. Tampilan geometry model setelah digenerate mesh fine

c. Penetapan kondisi awal (Initial Condition)

Pada model ini muka air tanah terletak pada tubuh embung yaitu di koordinat (38;127.9). Model geometri yang sudah dibuat harus ditetapkan kondisi awalnya. Kondisi awal memiliki 2 mode, yaitu :

Mode 1 untuk pembangkitan tekanan air awal (water condition mode).

(6)

VI - 6

Ko atau Gravity Loading. Ko Procedure dipilih jika kondisi geometri relatif horisontal, yaitu dengan memilih ikon Geometri initial stress, dengan menekan toolbar untuk menuju model Geometry configuration, tekan

(sebelah kanan) untuk mengaktifkan Ko-Procedure kemudian

klik .

Gambar 6.3. Tekanan tanah efektif

d. Tahapan perhitungan selanjutnya adalah mengidentifikasikan, mendefinisikan , dan mengeksekusi tahapan fase-fase perhitungan untuk memperoleh output program yang diinginkan dengan menekan toolbar untuk menuju PLAXIS CALCULATION V 7.2.

PLAXIS CALCULATIONS V 7.2

(7)

VI - 7

2. Tahap embung kosong, yaitu phase dimana terjadi tegangan dan regangan akibat beban embung sendiri

3. Tahap tanah asli, yaitu phase dimana tegangan dan regangan awal akibat berat tanah sendiri

4. Tahap embung + air, yaitu phase dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban embung dan beban air

5. Tahap Konsolidasi, yaiti phase dimana terjadi penurunan lapisan tanah akibat beban yang bekerja.

6. Tahap perhitungan faktor keamanan (SF), yaitu fase akibat perhitungan beban embung dan takanan air yang bekerja.

Pada perhitungan faktor keamanan (SF) digunakan metode Phi-c reduction. Phi-c reduction adalah option yang tersedia dalam Plaxis untuk menghitung faktor keamanan (SF). Option ini hanya tersedia untuk tipe perhitungan secara Plastic menggunakan Manual control atau dengan prosedur Load advencement number of steps. Dalam Phi-c reduction dilakukan pendekatan parameter-parameter kekuatan tanah tan φ dan c dengan mengurangi nilainya sampai tercapainya keadaan dimana kegagalan struktur terjadi. Jumlah pengali ΣMsf digunakan untuk mendefinisikan harga dari parameter-parameter kekuatan tanah.

ΣMsf =

(8)

VI - 8

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 Langkah-langkah perhitungan pada Plaxis Calculations adalah sebagai berikut :

1. Tahap Embung

• Pada window General pilih Plastic pada combo box (kotak kombo) pertama dari Calculation type dan Load adv. ultimate level pada kotak kombo kedua.

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 1 dengan Embung Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

Pada tahap embung ini dapat diketahui tegangan – tegangan awal akibat berat sendiri embung dan akibat berat sendiri dari massa tanah.

(9)

VI - 9

• Tekan window Parameters, pada window ini terdapat parameter-parameter untuk mengontrol perhitungan. Pada kotak kombo Additional steps = 100 ( default ) dan klik ignore undrained behaviour dan delete intermediate steps. Pada kotak Loading input pilih Staged construction, kemudian tekan tombol Define. Akan tampil geometry input, pilih geometry input yang akan dinonaktifkan dengan cara diklik pada bagian yang dimaksud. Staged Construction :

(10)

VI - 10

Gambar 6.6. Pendefinisian cluster padafase embung

• Pada window Multipliers secara otomatis akan ditutup oleh program sehingga yang aktif hanya Σ-Mweight dengan nilai 1. Jadi secara default program akan mengaktifkan gravity loading jika option staged construction dipilih user

(11)

VI - 11

Gambar 6.7. Window multipliers padafase embung

2. Tahap SF akibat embung

(12)

VI - 12

(13)

VI - 13

Gambar 6.9. Window parameters padafase sf embung

(14)

VI - 14

Gambar 6.11. Window multipliers padafase sf embung

3. Tahap Konsolidasi Embung

(15)

VI - 15

Gambar 6.12. Window general pada fase Konsolidasi embung

(16)

VI - 16

Gambar 6.13. Window parameters pada fase Konsolidasi embung

(17)

VI - 17

Gambar 6.14. Window multipliers pada fase Konsolidasi Embung

4. Tahap Tanah Asli

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 3 dengan Tanah Asli Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(18)

VI - 18

Gambar 6.15 Window general pada fase Tanah Asli

(19)

VI - 19

Gambar 6.16. Window parameters padafase tanah asli

(20)

VI - 20

.

Gambar 6.18. Window multipliers padafase tanah asli

5. Tahap SF akibat tanah asli

(21)

VI - 21

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 4 dengan sf tanah asli Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(22)

VI - 22

Gambar 6.20. Window parameters padafase sf tanah asli

(23)

VI - 23

Gambar 6.22. Window multipliers padafase sf tanah asli

6. Tahap Konsolidasi Tanah asli

(24)

VI - 24

Gambar 6.23. Window general pada fase Konsolidasi tanah asli

(25)

VI - 25

Gambar 6.24. Window parameters pada fase Konsolidasi tanah asli

(26)

VI - 26

Gambar 6.25. Window multipliers pada fase Konsolidasi tanah asli

7. Tahap Embung + air

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 7 dengan Embung + air Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(27)

VI - 27

Gambar 6.26 Window general pada fase Embung + air

(28)

VI - 28

Gambar 6.27. Window parameters padafase Embung + air

(29)

VI - 29

.

Gambar 6.29. Window multipliers padafase Embung + air

8. Tahap SF akibat Embung + air

(30)

VI - 30

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 8 dengan sf embung + air Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(31)

VI - 31

Gambar 6.31. Window parameters padafase sf Embung + air

(32)

VI - 32

Gambar 6.33. Window multipliers padafase sf Embung + air

9. Tahap Konsolidasi Embung + air

(33)

VI - 33

Gambar 6.34. Window general pada fase Konsolidasi Embung + air

(34)

VI - 34

Gambar 6.35. Window parameters pada fase Konsolidasi Embung + air

(35)

VI - 35

Gambar 6.36. Window multipliers pada fase Konsolidasi Embung + air

(36)

VI - 36

• Tekan tombol <Calculate> untuk memulai perhitungan fase-fase tersebut. Fase-fase yang akan dihitung akan diberi tanda anak panah biru di depan tulisan Phase, yang akan menjadi centang hijau apabila perhitungan sukses dilakukan.

(37)

VI - 37

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 PLAXIS OUTPUT V 7.2

1. Tahap Embung

Pada tahap embung ini beban yang bekerja adalah beban embung sendiri + dengan berat dari massa tanah. Akibat beban yang bekerja tersebut terjadi deformasi sebesar 3,5 cm.

Gambar 6.39. Deformasi mesh akibat embung

(38)

VI - 38

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 2. SF akibat embung

Safety factor akibat dari beban yang terjadi adalah sebesar 1,647 lebih besar dari SF minimal yaitu sebesar 1,5 sehingga bangunan embung tersebut aman.

3. Konsolidasi Embung

Pasa tahap konsolidasi embung ini terjadi deformasi yang tidak terlalu besar yaitu 3,6 cm.

(39)

VI - 39

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 4. Tahap tanah asli

Pada tahap tanah asli ini beban yang bekerja adalah berat dari massa tanah sendiri. Akibat beban yang bekerja tersebut terjadi deformasi sebesar 2,6 cm.

Gambar 6.43. Deformasi mesh akibat tanah asli

Gambar 6.44. Arah pergerakan tanah akibat tanah asli

5. SF tanah asli

(40)

VI - 40

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 6. Konsolidasi Tanah asli

Pasa tahap konsolidasi embung ini terjadi deformasi yang tidak terlalu besar yaitu 2,6 cm.

Gambar 6.45. Deformasi mesh akibat konsolidasi tanah asli

Gambar 6.46. Arah pergerakan tanah akibat konsolidasi tanah asli

7. Tahap Embung + air

(41)

VI - 41

Gambar 6.47. Deformasi mesh akibat Embung + air

Gambar 6.48. Arah pergerakan tanah akibat Embung + air

8. SF Embung + air

9. Konsolidasi Embung + air

(42)

VI - 42

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 Gambar 6.49. Deformasi mesh akibat konsolidasi Embung + air

(43)

VI - 43

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 PLAXIS CURVES V 7.2

Gambar 6.51. Angka keamanan akibat embung, tanah asli, dan embung + air

6.3.2 SPILLWAY

PLAXIS INPUT V 7.2

(44)

VI - 44

mengetikkan pada point on geometri line pada sisi bawah window. Material tanah diinput sesuai dengan parameter desainnya yaitu soil properties tanah masing-masing sesuai dengan jenis tanahnya. kemudian diinput sesuai dengan parameter desainnya yaitu properties bahannya.. Hasil dari permodelan penampang melintang tanah kemudian diberikan suatu kondisi batas pada tiap sumbu. Jika suatu model tidak diberi kondisi batas maka kondisi alamiah akan terjadi di mana gaya yang ditentukan sama dengan nol dan terjadi kondisi bebas bergerak. Kondisi batas yang digunakan adalah standard fixities (kekakuan standar) yang memodelkan lapisan bawah tanah terjepit sempurna atau tidak bergerak sama sekali, sedangkan untuk bagian samping kiri-kanan memungkinkan untuk bergerak secara vertikal (Ux=0; Uy= bebas). Kekakuan

standar diberikan dengan sehingga terbentuk suatu model seperti pada Gambar 6. 52.

Tabel 6.3. Koordinat untuk input geometri model pada Plaxis untuk Spillway

(45)

VI - 45

Gambar 6.52. Model geometri penampang melintang yang akan dianalisa

b. Proses berikutnya adalah melakukan meshing generation untuk membagi material tanah ke dalam elemen-elemen diskret yang berhingga, dengan menggunakan toolbar . Tingkat kekasaran meshing dapat dipilih :

• Sangat kasar (Very Coarse) : sekitar 50 elemen

• Kasar (Coarse) : sekitar 100 elemen

• Menengah (Medium) : sekitar 250 elemen

• Halus (Fine) : sekitar 500 elemen

• Sangat halus (Very Fine) : sekitar 1000 elemen

(46)

VI - 46

Gambar 6.53. Tampilan geometry model setelah digenerate mesh fine

c. Penetapan kondisi awal (Initial Condition)

Pada model ini muka air tanah terletak pada tubuh embung yaitu di koordinat (-10;128 ,1;128, 10;121, 22;121) Model geometri yang sudah dibuat harus ditetapkan kondisi awalnya. Kondisi awal memiliki 2 mode, yaitu :

Mode 1 untuk pembangkitan tekanan air awal (water condition mode).

Mode 2 untuk menetapkan konfigurasi tekanan efektif awal (geometry configuration mode). Langkah ini dapat ditentukan dengan memilih prosedur Ko atau Gravity Loading. Ko Procedure dipilih jika kondisi geometri relatif horisontal, yaitu dengan memilih ikon Geometri initial stress, dengan menekan toolbar untuk menuju model Geometry configuration, tekan

(sebelah kanan) untuk mengaktifkan Ko-Procedure kemudian

(47)

VI - 47

Gambar 6.54. Tekanan tanah efektif

d. Tahapan perhitungan selanjutnya adalah mengidentifikasikan, mendefinisikan , dan mengeksekusi tahapan fase-fase perhitungan untuk memperoleh output program yang diinginkan dengan menekan toolbar untuk menuju PLAXIS CALCULATION V 7.2.

PLAXIS CALCULATIONS V 7.2

Tahap-tahap perhitungan (calculation) dibagi menjadi enam tahap / phase yaitu: 1. Initial Phase, merupakan default dari program (fase 0).

2. Tahap Spillway kosong, yaitu phase dimana terjadi tegangan dan regangan akibat beban spillway sendiri

(48)

VI - 48

4. Tahap spillway + air, yaitu phase dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban spillway dan beban air

5. Tahap Konsolidasi, yaitu phase dimana terjadi penurunan lapisan tanah akibat beban yang bekerja.

6. Tahap perhitungan faktor keamanan (SF), yaitu fase akibat perhitungan beban embung dan tekanan air yang bekerja.

Pada perhitungan faktor keamanan (SF) digunakan metode Phi-c reduction. Phi-c reduction adalah option yang tersedia dalam Plaxis untuk menghitung faktor keamanan (SF). Option ini hanya tersedia untuk tipe perhitungan secara Plastic menggunakan Manual control atau dengan prosedur Load advencement number of steps. Dalam Phi-c reduction dilakukan pendekatan parameter-parameter kekuatan tanah tan φ dan c dengan mengurangi nilainya sampai tercapainya keadaan dimana kegagalan struktur terjadi. Jumlah pengali ΣMsf digunakan untuk mendefinisikan harga dari parameter-parameter kekuatan tanah.

ΣMsf =

Parameter-parameter kekuatan tanah secara otomatis dikurangi sampai tercapainya kegagalan struktur.

Langkah-langkah perhitungan pada Plaxis Calculations adalah sebagai berikut : 1. Tahap Spillway

(49)

VI - 49

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 1 dengan Spillway Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

Pada tahap spillway ini dapat diketahui tegangan – tegangan awal akibat berat sendiri spillway dan akibat berat sendiri dari massa tanah.

0.

Gambar 6.55 Window general pada fase spillway

(50)

VI - 50

geometry input, pilih geometry input yang akan dinonaktifkan dengan cara diklik pada bagian yang dimaksud. Staged Construction :

Gambar 6.56. Window parameters padafasespillway

(51)

VI - 51

.

Gambar 6.58. Window multipliers padafasespillway

2. Tahap SF akibat spillway

(52)

VI - 52

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 2 dengan sf spillway Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(53)

VI - 53

Gambar 6.60. Window parameters padafase sf spillway

(54)

VI - 54

Gambar 6.62. Window multipliers padafase sf spillway

3. Tahap Konsolidasi Spillway

(55)

VI - 55

Gambar 6.63. Window general pada fase Konsolidasi spillway

(56)

VI - 56

Gambar 6.64. Window parameters pada fase Konsolidasi spillway

(57)

VI - 57

Gambar 6.65. Window multipliers pada fase Konsolidasi spillway

4. Tahap Tanah Asli

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 4 dengan Tanah Asli Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(58)

VI - 58

Gambar 6. 66 Window general pada fase Tanah Asli

(59)

VI - 59

Gambar 6.67. Window parameters padafase tanah asli

(60)

VI - 60

.

Gambar 6.69. Window multipliers padafase tanah asli

5. Tahap SF akibat tanah asli

(61)

VI - 61

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 5 dengan sf tanah asli Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(62)

VI - 62

Gambar 6.71. Window parameters padafase sf tanah asli

(63)

VI - 63

Gambar 6.73. Window multipliers padafase sf tanah asli

6. Tahap Konsolidasi Tanah asli

(64)

VI - 64

Gambar 6.74. Window general pada fase Konsolidasi tanah asli

(65)

VI - 65

Gambar 6.75. Window parameters pada fase Konsolidasi tanah asli

(66)

VI - 66

Gambar 6.76. Window multipliers pada fase Konsolidasi tanah asli

7. Tahap Spillway + air

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 7 dengan spillway + air Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(67)

VI - 67

Gambar 6.77 Window general pada fase spillway + air

(68)

VI - 68

Gambar 6.78. Window parameters padafase spillway + air

(69)

VI - 69

.

Gambar 6.80. Window multipliers padafase spillway + air

8. Tahap SF akibat spillway + air

(70)

VI - 70

• Pada kotak Number/ID beri nama fase 8 dengan sf embung + air Calculation type : plastic/ load adv. ultimate level

(71)

VI - 71

Gambar 6.82. Window parameters padafase sf spillway + air

(72)

VI - 72

Gambar 6.84. Window multipliers padafase sf spillway + air

9. Tahap Konsolidasi spillway + air

• Pada Phase box Number/ID beri nama untuk fase perhitungan kelima

(73)

VI - 73

Gambar 6.85. Window general pada fase Konsolidasi spillway + air

(74)

VI - 74

Gambar 6.86. Window parameters pada fase Konsolidasi spillway + air

(75)

VI - 75

Gambar 6.87. Window multipliers pada fase Konsolidasi spillway + air

(76)

VI - 76

• Tekan tombol <Calculate> untuk memulai perhitungan fase-fase tersebut. Fase-fase yang akan dihitung akan diberi tanda anak panah biru di depan tulisan Phase, yang akan menjadi centang hijau apabila perhitungan sukses dilakukan.

(77)

VI - 77

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 PLAXIS OUTPUT V 7.2

1. Tahap Spillway

Pada tahap spillway ini beban yang bekerja adalah beban spillway sendiri + dengan berat dari massa tanah. Akibat beban yang bekerja tersebut terjadi deformasi sebesar 4,47 cm.

Gambar 6.90. Deformasi mesh akibat spillway

(78)

VI - 78

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 2. SF akibat spillway

Safety factor akibat dari beban yang terjadi adalah sebesar 1,928 lebih besar dari SF minimal yaitu sebesar 1,5 sehingga bangunan spillway tersebut aman.

3. Konsolidasi spillway

Pada tahap konsolidasi spillway ini terjadi deformasi yang tidak terlalu besar yaitu 4,48 cm.

(79)

VI - 79

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 4. Tahap tanah asli

Pada tahap tanah asli ini beban yang bekerja adalah berat dari massa tanah sendiri. Akibat beban yang bekerja tersebut terjadi deformasi sebesar 4,32 cm.

Gambar 6.94. Deformasi mesh akibat tanah asli

(80)

VI - 80

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 5. SF tanah asli

6. Konsolidasi Tanah asli

Pada tahap konsolidasi embung ini terjadi deformasi yang tidak terlalu besar yaitu 4,335 cm.

Gambar 6.96. Deformasi mesh akibat konsolidasi tanah asli

(81)

VI - 81

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 7. Tahap spillway + air

Pada tahap tanah asli ini beban yang bekerja adalah beban spillway, beban air dan berat massa tanah sendiri. Akibat beban yang bekerja tersebut terjadi deformasi sebesar 5,24 cm.

Gambar 6.98. Deformasi mesh akibatspillway + air

(82)

VI - 82

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 8. SF spillway + air

Safety factor akibat dari beban yang terjadi adalah sebesar 1,931 lebih besar dari SF minimal yaitu sebesar 1,5 sehingga bangunan spillway tersebut aman.

9. Konsolidasi spillway + air

Pada tahap konsolidasi spillway ini terjadi deformasi yang tidak terlalu besar yaitu 4,548 cm.

Gambar 6.100. Deformasi mesh akibat konsolidasi spillway + air

(83)

VI - 83

Perencanaan Embung Sungai Kreo Kukuh Dwi P. L2A002092 PLAXIS CURVES V 7.2