ANALISA PENURUNAN DAN WAKTU KONSOLIDASI DENGAN METODE TERZAGHI 1 – D DAN PEMODELAN PLAXIS 3D : STUDI KASUS PROYEK PEMBANGUNAN JALAN TOL TEBING
TINGGI – INDRAPURA STA. 103 + 200
TESIS
OLEH
AWAL MANSUR NIM: 19 7016 001
PROGRAM STUDI S2/S3 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2021
ANALISA PENURUNAN DAN WAKTU KONSOLIDASI DENGAN METODE TERZAGHI 1 – D DAN PEMODELAN PLAXIS 3D : STUDI KASUS PROYEK PEMBANGUNAN JALAN TOL TEBING
TINGGI – INDRAPURA STA. 103 + 200
TESIS
Diajukan untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam
Program Studi Magister Teknik Sipil pada Program Studi S2/S3 Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
AWAL MANSUR NIM: 19 7016 001
PROGRAM STUDI S2/S3 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2021
Telah Diuji
Pada Tanggal : 21 Desember 2021
PANITIA PENGUJI TESIS:
Ketua : Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Anggota : Ir. Rudi Iskandar, M.T.
Penguji : Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc.
Ir. Gina Cyntia R Hasibuan, S.T., M.Sc., P.hd.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
1. Nama Lengap : Awal Mansur
2. Alamat : Dusun IV Sidorejo Desa Sei Muka Kabupaten Batubara 3. Tempat/tgl. Lahir : Indrapura/ 6 September 1991
4. Agama : Islam
B. RIWAYAT PENDIDIKAN
1. SD : SD Negeri 010145 Labuhan Ruku 2. SMP : SMPN 1 Talawi
3. SMA : SMAN 1 Talawi
4. Sarjana S1 : Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara 5. Pascasarjana S2 : Magister Teknik Sipil USU
C. RIWAYAT PEKERJAAN
1. CV. Karya Vitaloka Konsultan, Pengawas, Pembangunan Gedung Imigrasi Kelas 1A Medan, 2013
2. PT. Hutama Karya (Persero) Divisi EPC, Engineer, Clinker Line II Project Maros – South Sulawesi, 2013 – 2014
3. PT. Hutama Karya (Persero) Divisi EPC, Engineer, Proyek Pembangkit Listrik Mini Hydro 2 x 4 MW Cirompang – Garut – Jawa Barat, 2014-2015
4. Kementerian Perhubungan, Direktorat Jenderal Perkeretaapian, Balai Teknik Perkeretaapian Sumatera Bagian Barat, Pegawai Pemerintahan Non Pegawai Negeri, Proyek Pengembangan Perkeretaapian Sumatera Bagian Barat, 2015- 2017
5. Kementerian Perhubungan, Direktorat Jenderal Perkeretaapian, Balai Teknik Perkeretaapian Sumatera Bagian Utara, Pegawai Pemerintahan Non Pegawai Negeri, Proyek Pengembangan Perkeretaapian Sumatera Bagian Utara, 2017- Sekarang.
i
ABSTRAK
Transportasi darat memiliki peranan penting dalam sektor perhubungan.
Infrastruktur jalan berkembang pesat memenuhi kebutuhan dasar manusia yang semakin hari membutuhkan perpindahan yang cepat untuk distribusi kebutuhan pokok dan logistik lainnya. Tanah lunak mempunyai karakteristik daya dukung yang relatif rendah dan pemampatannya yang relatif besar serta berlangsung relatif lama. Salah satu faktor yang menyebabkan tanah lunak memiliki daya dukung yang rendah adalah memiliki kadar air yang tinggi. Tingginya tingkat komprebilitas pada tanah lunak disebabkan oleh angka pori yang tinggi. Perkembangan metode preloading dan drainase vertikal juga dikombinasikan lagi dengan penggunaan drainase horizontal. Preloading berfungsi untuk memampatkan tanah dasar. PVD (Prefebricate Horizontal Drain) berfungsi untuk mempercepat proses pemampatan tanah. PHD (Prefebricate Horizontal Drain) berfungsi untuk mengalirkan air pori dari PVD ke arah horisontal ke luar timbunan. Berlokasi pada Proyek Pekerjaan Pembangunan Jalan Tol Tebing Tinggi – Kisaran (Tahap 1) Ruas Tol Tebing Tinggi Inderapura pada zona 3 Sta 103 +200.
Tujuan penulisan Tesis ini Menganalisis besar penurunan dan waktu konsolidasi dengan metode analisis dan pemodelan pada PLAXIS 3D. Menganalisis efek smear zone akibat pemancangan PVD menggunakan mandrel. Menganalisis efektifitas penggunaan PHD sebagai drainase horizontal. Mengetahui tekanan air pori yang terjadi.
Membandingkan hasil pemodelan PLAXIS 3D dengan data setlement di lapangan.
Perhitungan besar penurunan konsolidasi menggunakan metode Terzaghi 1 dimensi diperoleh sebesar 102,46 mm. Hasil ini relatif dekat dengan kondisi yang terjadi di lapangan, dimana besar penurunan setlement plate SP-132 di lapangan adalah 103 mm dan penurunan Asaoka sebesar 102 mm. Lama waktu konsolidasi yang dibutuhkan saat terjadi penurunan sebesar 100 mm pada pemodelan PLAXIS 3D dengan efek smear zone adalah 243 hari dan tanpa efek smear zone adalah 240 hari. Lama waktu konsolidasi yang dibutuhkan tanpa penggunaan PHD adalah 242 hari dan lama waktu konsolidasi dari data setlement plate 132 (SP-132) adalah 239 hari. Perhitungan penurunan dan waktu konsolidasi dengan pemodelan PLAXIS 3D dengan memperhitungkan efek smear zone memberikan hasil yang mendekati keadaaan di lapangan. Dari hasil pemodelan PLAXIS 3D didapat besar tekanan air pori minimum yang terjadi sampai dengan akhir kegiatan penimbunan selama 248 hari. Penggunaan PVD kombinasi dengan PHD efektif diaplikasikan dilapangan, ditunjukkan dengan tekanan air pori minimum yang terjadi lebih kecil dibandingkan tanpa menggunakan PHD. Dari persentase tekanan air pori yang terjadi didalam tanah sebesar 64,4% lebih besar dengan menggunakan PHD berarti bahwa presentase air yang keluar lebih cepat dengan menggunakan PHD.
Kata kunci : Preloading, PVD, PHD, konsolidasi, PLAXIS 3D
ii
ABSTRACT
Land transportation has an important role in the transportation sector. Road infrastructure is growing rapidly to meet basic human needs which increasingly require rapid movement for distribution of basic needs and other logistics. Soil has the characteristics of a relatively low bearing capacity and relatively large compression and lasts a relatively long time. One of the factors that causes soft soil to have a low bearing capacity is having a high water content. The high level of compressibility in soft soils is caused by the high void ratio. The development of preloading and vertical drainage methods is also combined with the use of horizontal drainage. Preloading works to compress the subgrade. PVD (Prefebricate Horizontal Drain) serves to accelerate the process of soil compaction. PHD (Prefebricate Horizontal Drain) works to drain pore water from the PVD in a horizontal direction to the outside of the embankment. Located on the Tebing Tinggi Toll Road Construction Project – Kisaran (Phase 1), the Tebing Tinggi Inderapura Toll Road in zone 3 Sta 103 +200.
The purpose of writing this thesis is to analyze the magnitude of the settlement and consolidation time using analytical methods and using modeling in PLAXIS 3D. Analyzing the effect of the smear zone due to PVD erection using a mandrel. Analyzing the effectiveness of using PHD as horizontal drainage. Knowing the pore water pressure that occurs. Comparing the results of PLAXIS 3D modeling with data settlement in the field.
The calculation of the consolidation settlement using the 1-dimensional Terzaghi method was obtained at 102,46 mm. This result is relatively close to the conditions that occur in the field, where the decrease in the SP-132 settlement plate in the field is 103 mm and the decrease in Asaoka is 102 mm. The consolidation time required when there is a decrease of 100 mm in PLAXIS 3D modeling with a smear zone effect is 243 days and without a smear zone effect is 240 days. The required consolidation time without the use of PHD is 242 days and the consolidation time from the data settlement plate 132 (SP-132) is 239 days. Calculation of settlement and consolidation time using PLAXIS 3D modeling by taking into account the effect of the smear zone gives results that are close to the situation in the field. From the results of the PLAXIS 3D modeling, it is found that the minimum pore water pressure that occurs until the end of the stockpiling activity for 248 days. The use of PVD in combination with PHD is effectively applied in the field, indicated by the minimum pore water pressure that occurs is smaller than without using PHD. From the percentage of pore water pressure that occurs in the soil, 64,4% is greater by using PHD, meaning that the percentage of water that comes out is faster by using PHD.
Keywords : Preloading, PVD, PHD, consolidation, PLAXIS 3D
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua serta kesehatan di masa pandemi ini dan kemudahan dalam menjalankan aktifitas terutama kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini. Shalawat serta salam tercurah kepada Rasulullah SAW beserta keluarganya semoga kita semua berada pada golongan orang – orang bertawqa.
Penulisan tesis untuk seminar isi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik (MT) di Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tesis ini adalah
“Analisa Penurunan Dan Waktu Konsolidasi Dengan Metode Terzaghi 1 – D Dan Pemodelan Plaxis 3D : Studi Kasus Proyek Pembangunan Jalan Tol Tebing Tinggi – Indrapura Sta. 103 + 200”.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tesis ini banyak sekali pihak yang membantu dan mendukung serta membimbing penulis sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Oleh karena itu, penulis ingin meyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE sebagai Dosen Pembimbing I saya yang telah dengan sabar memberi bimbingan, saran, dan dukungan serta waktu dan pemikiran untuk menyelesaikan Tesis ini.
2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, M.T. sebagai Dosen Pembimbing II saya yang telah dengan sabar memberi bimbingan, saran, dan dukungan serta waktu dan pemikiran untuk menyelesaikan Tesis ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc., Bapak Almarhum Dr. Ir. M. Sofian Asmirza Silalahi, M.Sc.selaku dosen penguji saya yang telah memberikan kritikan dan saran dalam penulisan Tesis ini.
4. Ibu Ir. Gina Cynthia R Hasibuan, S.T., M.Sc., Ph.d. selaku sekertaris Departemen Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang juga dosen penguji saya menggantikan Bapak Almarhum Dr. Ir. M. Sofian Asmirza Silalahi, M.Sc.
dan Ibu Dewi Riani Purba yang sudah banyak membantu dalam urusan administrasi perkulian.
iv 5. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Departemen Magister Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Teristimewa kepada kedua orang tua Surya Darma, S.Pd. dan Rahmawati S.Pd., mertua Supiah, S.H. dan Istri Indah Amalia, S.E. serta kedua putri saya Alesha Sheza Alia dan Adreena Shauqi Alia yang tidak pernah berhenti memberikan dukungan moril dan doa.
7. Bapak Muhammad Husin Gultom, S.T., M.T. dan Bapak Syiril Erwin, S.T., MT., Ph.d.
yang telah banyak membantu dan memberi masukan
8. Pimpinan Proyek Pembangunan Jalan Tol Tebing Tinggi – Indrapura Bapak Gita Priyambada beserta staff PT. Hutama Karya (Persero) Divisi Sipil Umum yang telah mengizinkan dan membantu saya untuk mendapatkan data dan melakukan penelitian.
9. Teman – teman geoteknik angkatan 2019, Handi, Ardi, Zul, Annisa, Ade yang membantu saya dalam perkuliahan
10. Seluruh rekan – rekan yang sudah mendukung yang tidak dapat saya tuliskan satu persatu
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tesis ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang tujuannya membangun dalam penyempurnaan tesis ini.
Akhir kata saya ucapkan terimakasih dan semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.
Medan, 21 Desember 2021 Penulis
Awal Mansur NIM : 19 7016 001
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR NOTASI ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
I.1 Latar belakang ... 1
I.2 Perumusan masalah ... 3
I.3 Tujuan dan manfaat ... 3
I.3.1 Tujuan ... 3
I.3.2 Manfaat ... 3
I.4 Pembatasan masalah ... 4
I.5 Sistematika penulisan ... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 6
II.1 Tanah ... 6
II.2 Tanah lunak ... 8
II.3 Proses pembentukan tanah lunak di Indonesia ... 9
II.4 Perbaikan tanah lunak ... 9
II.4.1 Metode preloading (pembebanan awal) ... 10
II.4.2 Prefabricated Vertical Drain (PVD) ... 12
II.4.3 Prefabricated Horizonral Drain (PHD) ... 13
II.4.4 Smear zone ... 13
II.5 Konsolidasi ... 15
II.5.1 Konsolidasi 1 (satu) dimensi ... 18
II.5.2 Konsolidasi dengan drainase vertikal ... 18
II.6. Program PLAXIS 3D ... 20
II.7. Review penelitian terkait ... 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 33
III.1 Data umum proyek ... 33
III.2 Data lapangan dan data laboratorium ... 36
III.3 Data instrumen geoteknik ... 40
III.4 Data material PVD dan PHD ... 40
III.5 Metode pengumpulan data ... 42
III.6 Tahapan penelitian ... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 44
IV.1 Umum ... 44
IV.2 Tahapan pelaksanaan konstruksi ... 44
IV.3 Analisis lama waktu konsolidasi dengan metode Terzaghi ... 47
IV.4 Analisa konsolidasi dengan pemasangan PVD pola segitiga ... 50
IV.5 Perhitungan efek smear zone ... 53
IV.6 Pemodelan dan perhitungan pada PLAXIS 3D ... 56
IV.6.1 Pemodelan tanpa efek smear zone (lebar daerah pemodelan 2,6 m) ... 56
IV.6.2 Pemodelan dengan efek smear zone (lebar daerah pemodelan 2,6 m) ... 63
IV.6.3 Efektifitas penggunaan PHD ... 68
IV.7 Pembahasan ... 71
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 75
V.1 Kesimpulan ... 75
V.2 Saran ... 76
DAFTAR PUSTAKA ... 77 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Preloading pada lapisan tanah dasar... 11
Gambar 2.2 Hasil penurunan akibat preloading ... 11
Gambar 2.3 Penurunan dengan dan tanpa drainase vertikal ... 12
Gambar 2.4 Pengaruh smear dan tahanan drainase vertikal ... 14
Gambar 2.5 Pola PVD kiri pola bujur sangkar, kanan pola segitiga ... 15
Gambar 2.6 Grafik waktu dengan pemampataan selama konsolidasi ... 16
Gambar 3.1 Lokasi pekerjaan Proyek Tol Tebing Tinggi – Indrapura ... 33
Gambar 3.2 Lokasi penelitian pada Proyek Pembangunan Jalan Tol Tebing Tinggi – Indrapura ... 34
Gambar 3.3 Penampang melintang jalan tol Sta. 103+200... 35
Gambar 3.4 Grafik sondir S – 54 ... 38
Gambar 3.6. Bagan alir penelitian ... 43
Gambar 4.1. Pemasangan PVD dan PHD di lapangan ... 45
Gambar 4.2. Pengaturan project properties ... 57
Gambar 4.3. Pendefinisian tanah eksisting ... 57
Gambar 4.4. Model situasi kondisi eksisting ... 58
Gambar 4.5. Model struktur timbunan dan PVD ... 59
Gambar 4.6. Model pola pemasangan PVD dan PHD ... 59
Gambar 4.7. Model pada proses mesh ... 60
Gambar 4.8. Model mesh coarse dan jumlah mesh yang terbentuk ... 60
Gambar 4.9. Model pada fase perhitungan (Stage Construction) ... 61
Gambar 4.10. Hasil perhitungan pada fase konsolidasi akhir didapat total penurunan sebasar 0,1071 meter ... 62
Gambar 4.11. Hasil perhitungan penurunan total pada elevasi pemasangan setlement plate 132 (SP-132) sebesar 0,1046 meter ... 62
Gambar 4.12. Tekanan air pori yang terjadi pada elevasi setlement plate (nilai maximum = 0,7830x10-6 kN/m2 dan nilai minimum = -0,04848x10-3 kN/m2) ... 63
Gambar 4.13. Grafik konsolidasi terhadap waktu (penurunan tanpa efek smear zone) .... 63
Gambar 4.14. Pendefinisian material tanah asli dengan adanya efek smear zone ... 64
Gambar 4.15. Model struktur timbunan ... 64
Gambar 4.16. Model zona terdampak efek smear ... 65
Gambar 4.17. Moedel mesh coarse dan jumlah mesh yang terbentuk ... 65
Gambar 4.18. Moedel pada fase perhitungan dengan efek semar zone ... 66
Gambar 4.19. Hasil perhitungan pada fase konsolidasi akhir didapat total penurunan dengan efek smear zone sebasar 0,1042 meter ... 66
Gambar 4.20. Hasil perhitungan penurunan total pada elevasi pemasangan setlement plate 132 (SP-132) dengan efek smear zone sebesar 0,1013 meter ... 67
Gambar 4.21. Tekanan air pori yang terjadi pada elevasi setlement plate dengan efek smear zone (nilai maximum = 0,05251x10-6 kN/m2 dan nilai minimum = -0,3450x10-3 kN/m2) ... 67
Gambar 4.22. Grafik konsolidasi terhadap waktu
(penurunan dengan efek smear zone) ... 68 Gambar 4.23. Model zona terdampak efek smear tanpa PHD ... 68 Gambar 4.24. Hasil perhitungan pada fase konsolidasi akhir didapat total penurunan
dengan efek smear zone dan tanpa PHD sebasar 0,1042 meter ... 69 Gambar 4.25. Hasil perhitungan penurunan total pada elevasi pemasangan
setlement plate 132 (SP-132) dengan efek smear zone dan tanpa PHD sebesar 0,1014 meter ... 69 Gambar 4.26. Tekanan air pori yang terjadi pada elevasi setlement plate dengan
efek smear zone dan tanpa PHD (nilai maximum = 0,08278x10-6 kN/m2 dan nilai minimum = -0,5954x10-3 kN/m2) ... 70 Gambar 4.27. Grafik konsolidasi terhadap waktu
(penurunan dengan efek smear zone dan tanpa PHD) ... 70 Gambar 4.28. Grafik hubungan penurunan dan waktu konsolidasi ... 72
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kriteria tanah lunak ... 8
Tabel 2.2 Persyatan teknis material PVD ... 13
Tabel 2.3 Hubungan N-SPT dengan berat isi (γ) untuk pasir ... 22
Tabel 2.4 Hubungan N-SPT dengan berat isi (γ) untuk tanah lempung ... 22
Tabel 2.5 Hubungan N-SPT dengan berat isi (γ) ... 23
Tabel 2.6 Hubungan antara jenis tanah dengan koefisien permeabilitas ... 23
Tabel 2.7 Nilai modulus elastisitas berbagai jenis tanah ... 24
Tabel 2.8 Nilai Poisson’s ratio pada tanah ... 25
Tabel 2.9 Hubungan antara konsistensi dengan nilai kohesi ... 25
Tabel 2.10 Hubungan N-SPT, Dr, dan φ dari pasir ... 26
Tabel 3.1 Data boring log BH – 23T ... 36
Tabel 3.2 Data laboratorium BH – 23 T ... 37
Tabel 3.3 Data hand bore HB -54 ... 39
Tabel 3.4 Data material PVD dan PHD yang digunakan ... 41
Tabel 4.1 Material properties BH-23T ... 46
Tabel 4.2 Data nilai Cv dari hasil laboratorium sampel tabung ... 47
Tabel 4.3 lapisan tanah dasar ... 48
Tabel 4.4 Hasil perhitungan secara analitis ... 50
Tabel 4.5 Hasil analisis penurunan dengan pemasangan PVD pola segitiga ... 51
Tabel 4.6 Tabel material Properties BH-23T dengan pengaruh Efek smear zone ... 56
Tabel 4.7 Perbandingan penurunan analisis metode Terzaghi, PLAXIS 3D tipe mesh coarse dengan data setlement plate SP-132... 71
Tabel 4.8. Perbandingan penurunan PLAXIS 3D tipe mesh coarse dengan PHD dan tanpa PHD ... 73
Tabel 4.9. Perbandingan tekanan air pori minimum yang terjadi pada fase konsolidasi akhir ... 73
DAFTAR NOTASI
B Setengah dari jarak vertical drain
C Kohesi tanah
Cc Indeks pemampatan
Ch Koefisien konsolidasi arah horizontal Cv Koefisien konsolidasi arah vertikal dw Diameter PVD
ds Diameter smear zone dm Diameter mandrel De Diameter ekivalen DR Kepadatan relatif tanah eo Angka pori awal
E Modulus elastisitas tanah H Tebal lapisan kompresibel Hdr Panjang aliran
HR Tinggi timbunan rencana
khp Koefisien permeabilitas horizontal tanah pada undisturb zone k’hp Koefisien permeabilitas horizontal tanah pada smear zone
k Perbandingan koefisien permeabilitas horizontal dengan koefisien smear zone kx Koefisien permeabilitas tanah arah x
ky Koefisien permeabilitas tanah arah y kz Koefisien permeabilitas tanah arah z kh Koefisien permeabilitas horizontal tanah kv Koefisien permeabilitas vertikal tanah
kax Koefisien permeabilitas tanah arah horizontal kondisi axisymertry kpl Koefisien permeabilitas tanah arah horizontal kondisi plane strain
kve Koefisien permeabilitas vertical drain
l Lebar PVD
N-SPT Jumlah pukulan SPT
p Panjang PVD
pc Tegangan prakonsolidasi
q Beban rencana
qc Daya dukung tanah qu Beban preloading
R Jari-jari ekivalen kondisi axisymertry rs Jari-jari smear zone
re Jari-jari ekivalen rw Jari-jari vertical drain S Penurunan konsolidasi
Sult Penurunan unltimate dengan PVD Tv Faktor waktu konsolidasi
Ucr Derajat konsolidasi rencana Uv Derajat konsolidasi arah vertikal Ur Derajat konsolidasi arah radial W Berat total tanah
V Volume total tanah
z Kedalaman PVD
p0 Tegangan overburden efektif awal Δ Tegangan di muka tanah
dry Berat isi tanah kering Berat isi tanah timbunan
sat Berat isi tanah jenuh
unsat Berat volume tidak jenuh
Poisson’s ratio
φ Sudut geser
Ψ Sudut dilatansi
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar belakang
Transportasi darat memiliki peranan penting dalam sektor perhubungan. Salah satu prasarana transportasi darat yang sangat penting adalah jalan. Saat ini infrastruktur jalan berkembang pesat memenuhi kebutuhan dasar manusia yang semakin hari membutuhkan perpindahan yang cepat untuk distribusi kebutuhan pokok dan logistik lainnya. Salah satunya jalan tol trans Sumatera yang menghubungkan Provinsi Nangroe Aceh Darussalam sampai Provinsi Lampung yang akan menjadi salah satu urat nadi perpindahan orang dan logistik di Pulau Sumatera.
Dalam proses perencanaan dan pelaksanaan pekerjaan konstruksi dibidang teknik sipil, persoalan geoteknik merupakan salah satu objek yang penting. Setiap konstruksi direncanakan sedemikian rupa sehingga memiliki beban tertentu dan pada elevasi tertentu yang terkadang tidak dapat dilayani oleh kondisi tanah eksisting karena karakteristik tanah yang lunak, sementara pelaksanaan pekerjaan konstruksi diupayakan selesai sesuai dengan target waktu yang cepat agar manfaatnya dapat segera dirasakan oleh masyarakat banyak.
Tanah memiliki 3 (tiga) peran utama pada bangunan infrastruktur transportasi, yaitu sebagai pendukung, bahan dan beban bangunan infrastruktur transportasi. Sebagai peran pendukung, tanah harus mempunyai daya dukung yang mampu mendukung bangunan infrastruktur transportasi yang berada di atasnya. Apabila tanah mengalami pemampatan maka penurunan bangunan yang diakibatkannya tidak menyebabkan bangunan infrastruktur transportasi rusak
Sebagai pendukung bangunan infrastruktur transportasi, tanah lunak mempunyai karakteristik daya dukung yang relatif rendah dan pemampatannya yang relatif besar serta berlangsung relatif lama (Nawir, 2012). Apabila tanpa dilakukan perbaikan terlebih dahulu maka bangunan infrastruktur transportasi yang dibangun di atasnya berpotensi mengalami kerusakan sebelum mencapai umur konstruksi yang direncanakan Salah satu faktor yang menyebabkan tanah lunak memiliki daya dukung yang rendah adalah tanah ini memiliki kadar air yang tinggi. Selain itu, tingginya tingkat komprebilitas pada tanah lunak disebabkan oleh angka pori yang tinggi (Iskandar, 2018). Jika tanah tersebut diberi beban, lapisan tanah di bawahnya mengalami
pemampatan. Pemampatan tersebut disebabkan oleh adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara dari dalam pori, dan sebab-sebab lain.
Beberapa atau semua faktor tersebut mempunyai hubungan dengan keadaan tanah yang bersangkutan (Das dalam Mochtar, 1998).
Untuk menanggulangi problematika pembangunan infrastruktur transportasi pada tanah lunak, ditunjukkan beberapa metoda perbaikan tanah dimana untuk tanah lunak metoda perbaikan yang tersedia adalah preloading (with vertical drain), electroosmosis, vacuum consolidation, lightweight fill, stone column, jet grouting, lime columns, fracture grouting, ground freezing, vitrification, electrokinetic treatment dan electroheating, dan lainnya.
Metode perbaikan tanah dengan preloading yang dikombinasikan dengan PVD akan mempercepat waktu penurunan konsolidasi dan memampatkan tanah dasar.
Preloading yang dilakukan dengan penimbunan secara bertahap mengakibatkan kenaikan tegangan air pori pada tanah lunak yang secara perlahan-lahan akan berkurang diikuti dengan meningkatknya tegangan Efektif yang mengakibatkan daya dukung tanah tersebut meningkat (Zhafirah dan Amalia, 2019). Dalam dua dekade terakhir penggunaan PVD sebagai metode perbaikan tanah telah diakui sebagai salah satu metode yang Efektif dan efisien membantu preloading pada lokasi dengan endapan tanah lunak yang tebal (Holtz et al. 1991 dan Indraratna et al. 2005).
Perkembangan metode preloading dan drainase vertikal juga dikombinasikan lagi dengan penggunaan drainase horizontal. Preloading berfungsi untuk memampatkan tanah dasar. PVD (Prefebricate Vertical drain) berfungsi untuk mempercepat proses pemampatan tanah. PHD (Prefebricate Horizontal Drain) berfungsi untuk mengalirkan air pori dari PVD ke arah horisontal ke luar timbunan. Instrumen geoteknik berfungsi untuk memantau proses dan mengetahui kinerja hasil perbaikan tanah yang telah dilakukan. Namun pada saat pemasangan PVD, alat yang digunakan (mandrel) merusak daerah tanah disekitarnya sehingga mempengaruhi koefisien permeabilitas horizontal dari tanah sehingga mengurangi laju air yang masuk menuju PVD.
Dalam perencanaan perbaikan tanah dibutuhkan analisis penurunan dan waktu konsolidasi, sehingga dapat diperkirakan besar penurunan yang harus dicapai hingga konsolidasi sembilan puluh persen dan waktu yang dibutuhkan untuk proses tersebut.
Lokasi yang ditinjau pada thesis ini merupakan Proyek Pekerjaan Pembangunan (Design and Build) Jalan Tol Tebing Tinggi – Kisaran (Tahap 1) Ruas Tol Tebing Tinggi Inderapura pada zona 3 (tiga) Sta 103 +200.
Dalam thesis ini, analisis dilakukan menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan program PLAXIS 3D (tiga dimensi) untuk mendapatkan besar penurunan dan waktu yang dibutuhkan untuk proses konsolidasi. Hasil dari pemodelan 3D akan dibandingkan sehingga didapat hasil yang paling mendekati dengan kondisi lapangan.
Dalam permodelannya juga akan diperhitungkan Efek smear zone akibat pemancangan PVD dengan mandrel.
I.2 Perumusan masalah
Bagaimana menganalisis penurunan dan waktu konsolidasi tanah lunak dengan metode preloading dan prefabricated vertical drain dikombinasikan dengan prefabricated Horizontal drain sebagai drainase horizontal menggunakan Program PLAXIS 3D.
I.3 Tujuan dan manfaat I.3.1 Tujuan
Adapun tujuan penulisan Tesis ini adalah :
1. Menganalisis besar penurunan dan waktu konsolidasi dengan metode Terzaghi 1 dimensi dan pemodelan pada PLAXIS 3D
2. Menganalisis efek smear zone akibat pemancangan PVD menggunakan mandrel.
3. Menganalisis efektifitas penggunaan PHD sebagai drainase horizontal dan mengetahui tekanan air pori yang terjadi.
I.3.2 Manfaat
Manfaat dari penulisan thesis ini antara lain :
1. Memberikan wawasan untuk penulis dan pembaca tentang penerapan mata kuliah geoteknik khususnya pada masalah perbaikan tanah pada pekerjaan konstruksi jalan khususnya jalan tol.
2. Sebagai bahan pertimbangan alternatif penggunaan PHD untuk drainase horizontal selain sand blanket
3. Sebagai referensi khususnya bagi mahasiswa lainnya apabila ingin menulis dengan topik pembahasan yang hampir sama.
I.4 Pembatasan masalah
Untuk mendapatkan pembahasan yang lebih fokus dalam penulisan thesis ini dan untuk mempermudan penulis dalam melakukan analisa, maka dibuat batasan – batasan masalah yaitu sebagai berikut :
1. Analisis penurunan dan waktu konsolidasi pada penelitian ini dilakukan pada titik bor hole 23T (BH – 23T) dan sebagai pembanding analisis adalah setlement plate SP – 132 pada Proyek Pekerjaan Pembangunan (Design and Build) Jalan Tol Tebing Tinggi - Kisaran (Tahap 1) Ruas Tebing Tinggi - Inderapura (Sta. 86+250 s.d 106+650).
2. Drainase Horizontal digunakan material PHD dan pada PLAXIS 3D dimodelkan sebagai line drain
3. Parameter – parameter tanah yang digunakan dalam analisa dari korelasi nilai NSPT di lapangan.
4. Tidak membahas biaya pelaksanaan
5. Tidak membahas finite element method (FEM) 6. Tidak membahas aspek hidrologi
I.5 Sistematika penulisan
Penulisan thesis ini disajikan dalam lima bab dengan sistematika sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan manfaat, pembatasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II : KAJIAN PUSTAKA
Bab ini berisikan dasar teori, rumus dan segala sesuatu yang digunakan untuk menyelesaikan tulisan ini, yang diperoleh dari buku literatur, tulisan ilmiah, website/search engine, dan hasil penulisan sebelumnya BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Berisi tentang metodologi yang dilakukan dalam analisa berupa urutan tahapan pelaksanaan dan pencarian data, studi literatur hingga analisa data yang telah diperoleh.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang perhitungan besarnya dan lamanya waktu konsolidasi pada Proyek Pekerjaan Pembangunan (Design and Build) Jalan Tol Tebing Tinggi - Kisaran (Tahap 1) Ruas Tebing Tinggi - Inderapura (Sta. 86+250 s.d 106+650) dengan memodelkan PHD sebagai line drain pada pemodelan PLAXIS 3D menggunakan data- data yang diperoleh dari lapangan.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran – saran berdasarkan kajian yang telah disimpulkan pada Thesis ini.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
II.1 Tanah
Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruangruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut. (Das, 1995)
Menurut Bowles (1989) tanah adalah campuran partikel-partikel yang terdiri dari salah satu atau seluruh jenis berikut :
a. Berangkal (boulders), merupakan potongan batu yang besar, biasanya lebih besar dari 250 mm sampai 300 mm. Untuk kisaran antara 150 mm sampai 250 mm, fragmen batuan ini disebut kerakal (cobbles).
b. Kerikil (gravel), partikel batuan yang berukuran 5 mm sampai 150 mm.
c. Pasir (sand), partikel batuan yang berukuran 0,074 mm sampai 5 mm, berkisar dari kasar (3-5 mm) sampai halus (kurang dari 1 mm).
d. Lanau (silt), partikel batuan berukuran dari 0,002 mm sampai 0,074 mm. Lanau dan lempung dalam jumlah besar ditemukan dalam deposit yang disedimentasikan ke dalam danau atau di dekat garis pantai pada muara sungai.
e. Lempung (clay), partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari 0,002 mm.
Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari kohesi pada tanah yang kohesif.
f. Koloid (colloids), partikel mineral yang “diam” yang berukuran lebih kecil dari 0,001 mm.
Tanah terdiri dari berbagai fase padat, cair, dan gas,dimana karakteristiknya bergantung pada perilaku fase interaksi ini, dan pada tegangan yang diterimanya. Fasa padat meliputi tanah liat, mineral non-tanah liat, dan bahan organik. Unsur-unsur ini dikategorikan menurut ukurannya seperti tanah liat, pasir, dan kerikil. Fasa cair terdiri dari air yang mengandung senyawa organik yang tersedia dari tumpahan kimiawi, limbah, dan air tanah, sedangkan fasa gas biasanya udara. Ukuran, bentuk, sifat kimia, kemampuan kompresibilitas, dan daya dukung muatan partikel tanah ditentukan oleh mineralogi tanah, yang merupakan ilmu yang terkait dengan kimia, struktur, dan sifat fisik mineral. Struktur
tanah tergantung pada susunan partikel, kelompok partikel, ruang pori, dan komposisinya.
Karakteristik dasar ini menentukan jenis struktur yang akan dibangun dan tindakan dukungan eksternal apa, jika ada, harus diambil untuk membuat struktur tersebut bertahan lama.
Tanah dikelompokkan berdasarkan sesuai dengan karakteristiknya, Sistem klasifikasi ini menjelaskan secara singkat sifat-sifat umum tanah yang sangat bervariasi namun tidak ada yang benar-benar memberikan penjelasan yang tegas mengenai kemungkinan pemakainya (Das, 1995). Tujuan klasifikasi tanah adalah untuk menentukan kesesuaian terhadap pemakaian tertentu, serta untuk menginformasikan tentang keadaan tanah dari suatu daerah kepada daerah lainnya dalam bentuk berupa data dasar. seperti karakteristik pemadatan, kekuatan tanah, berat isi, dan sebagainya (Bowles, 1989).
Dalam ilmu mekanika tanah terdapat dua sistem klasifikasi yang umum dikelompokkan . kedua sistem tersebut memperhitungkan distribusi ukuran butiran dan batas-batas Atterberg, sistem-sistem tersebut adalah :
a. Sistem Klasifikasi American Association of State Highway and Transportation Official (AASHTO) Sistem ini dikembangkan pada tahun 1929 sebagai Public Road Administrasion Classification System. Sistem ini telah mengalami beberapa perbaikan, yang berlaku saat ini adalah yang 8 diajukan oleh Commite on Classification of Material for Subgrade andGranular Type Road of the Highway Research Board pada tahun 1945 (American Society for Testing and Materials (ASTM) Standar No. D-3282, AASHTO model M105)
b. Sistem Klasifikasi Tanah Unifed Soil Classification System (USCS) Klasifikasi ini pada awalnya diperkenalkan oleh Casagrande pada tahun 1942, untuk digunakan pada pekerjaan pembuatan lapangan terbang (Das, 1995).
Daya dukung tanah dalam menahan beban tergantung dari jenis tanah yang ada.
Semua jenis tanah jika dibebani maka tanah akan mengalami penurunan (setlement).
Penurunan yang terjadi dalam tanah disebabkan oleh berubahnya susunan tanah maupun oleh pengurangan rongga pori atau air di dalam tanah tersebut. Jumlah dari penurunan sepanjang kedalaman lapisan merupakan penurunan total tanah. Penurunan akibat beban adalah jumlah total dari penurunan segera dan penurunan konsolidasi (Das, 1995).
II.2 Tanah lunak
Tanah lunak merupakan tanah kohesif yang terdiri dari tanah yang sebagian besar terdiri dari butir-butir yang sangat kecil seperti lempung dan lanau. Lapisan tanah lunak mempunyai sifat gaya geser yang rendah, kemampatan yang tinggi, koefisien permeabilitas yang rendah, dan mempunyai daya dukung yang rendah.
Tanah lunak adalah tanah-tanah yang jika tidak dikenali dan diselidiki secara seksama dapat menyebabkan masalah ketidakstabilan dan penurunan jangka panjang yang tidak dapat ditolerir, tanah tersebut mempunyai kuat geser yang rendah dan kompresibilitas yang tinggi (Panduan Geoteknik I, 2002).
Tanah lunak diklasifikasikan menjadi 3 kelompok utama yaitu:
a. Tanah inorganik berbutir halus, yang termasuk dalam kelompok ini adalah lanau dan lempung yang memiliki nilai kuat geser tidak terdrainase (CU) lebih kecil dari 2,5 kPa.
b. Tanah organik, adalah tanah yang didefenisikan sebagai tanah yang mengandung organik antara 25% sampai 75%.
c. Tanah gambut, adalah tanah dengan kadar organik lebih dari 75% dan memiliki kadar serat yang relatif tinggi.
Berdasarkan data-data tanah yang diperoleh dari pengujian tanah kriteria tanah lunak seperti pada Tabel 2.1.di bawah ini :
Tabel 2.1: Kriteria tanah lunak (Das, 1998)
Very Soft Soil Soft Soil
c(t/m2) < 2 2 – 4
qc(kg/cm2) < 6 6 – 10
N-SPT < 2 3 – 10
Dimana: c : kohesi tanah dari pengujian tekan tidak terkekang qc : nilai tahanan ujung dari pengujian sondir
N-SPT : nilai N dari pengujian SPT
II.3 Proses pembentukan tanah lunak di Indonesia
Dari tinjauan geologi, tanah yang bersifat lunak biasanya secara alamiah terbentuk dari proses pengendapan sebagai lapisan aluvial yang ditemukan di dataran rendah, rawa dan danau. Pelapisan semacam ini biasanya berpotensi sebagai jenis tanah lunak.
Di Indonesia endapan ini terbentuk pada periode Holosen (±11.000 tahun yang lalu) yang umumnya hasil proses fluviatil dan fluviomarin. Tanah lunak hasil proses fluviatil endapannya terdapat sepanjang lembah lembah, aliran sungai, danau danau, endapan ters atau kipas alivial. Sedangkan yang terbentuk oleh proses fluviomarin antara lain endapan endapan delta, rawa dan pasir pantai. Endapan ini pada umumnya mudah diuraikan dan belum terkonsilidasi dimana proses pembentukannya (litifikasi) relatif belum cukup lama. Secara garis besarnnya endapan tersebut masih termasuk formasi continental atau endapan terestrial.
II.4 Perbaikan tanah lunak
Tanah lunak dapat diperbaiki dengan beberapa metode, salah satunya yang paling sederhana adalah dengan preloading. Namun, preloading umumnya memberikan tingkat konsolidasi rata-rata dari peningkatan yang homogen diseluruh lapisan tanah.
Selain itu, tidak ada proses percepatan yang terlibat pada saat proses preloading saja digunkan. Alternatif untuk melakukan preloading adalah untuk memperbaiki tanah lunakdan memastikan lebih banyak peningkatan yang homogen.
Metode lain yang sesuai untuk meningkatkan kekuatan geser tanah lunak termasuk preloading vakum, menurunkan muka air tanah, dan proses elektro-osmosis.
Detail perbaikan metode tanah ini telah didiskusikan secara luas oleh Bjerrum dkk.
(1967), Esrig (1968), Hausmann (1990) dan Bo & Choa (2004). Masing-masing metode memiliki kelebihan dan kekurangan, tetapi metode preloading dengan kombinasi dengan PVD diterima dengan baik oleh para insinyur yang berlatih.
Karena permeabilitas tanah lunak sangat rendah, maka waktu konsolidasi untuk mencapai penurunan atau kuat geser yang diinginkan mungkin memakan waktu yang terlalu lama. Tujuan dari penginstalan drainase vertikal adalah untuk mempercepat konsolidasi pada lapisan lempung dan memperbaiki stabilitas pada lempung lunak.
Penggunaan drainase vertikal dapat mempercepat konsolidasi dengan cara memberi
fasilitas kepada air pori untuk mengalir melalui lintasanlintasan yang berarah radial pada drainase vertikal tersebut.
Penggunaan PVD dengan metode preloading dianggap pilihan metoda yang paling layak untuk teknik perbaikan tanah pada pekerjaan berdasarkan kedalaman lapisan tanah yang akan diperbaiki, biaya, waktu yang tersedia untuk preloading dan pertimbangan lainnya.
II.4.1 Metode preloading (pembebanan awal)
Secara umum preloading atau pembebanan awal merupakan proses kompresi tanah dengan memberikan tekanan vertikal sebelum dilakukan pembebanan kostruksi sebenarnya. Beban preloading adalah beban yang setara dengan beban konstruksi sebenarnya dimana beban tersebut dilakukan dengan melakukan timbunan sebanding dengan berat konstruksi yang akan dilaksanakan. Ada pula yang menentukan tinggi timbunan sesuai dengan nilai penurunan, agar tanah timbunan tidak dibuang sia-sia dan dapat dijadikan suatu pondasi dari suatu konstruksi. Perhitungan tinggi timbunana rencana sebagai pembebanan awal dapat menggunakan persamaan berikut :
HR = ………. (2.1)
dengan :
HR = Tinggi timbunan rencana, q = Beban rencana, dan
= Berat volume tanah timbunan.
Ketika beban sebenarnya bekerja, penurunan yang terjadi diharapkan akan kecil dan dapat diabaikan.
T. Stapelfeldt (2006) mengelompokkan preloading atas dua bagian umum:
1. Conventional preloading yaitu dengan meletakkan beban preloading di atas lapisan tanah lunak. Air akan mengalir ke atas pori tanah yang permeable.
Beban ini biasanya diberikan secara bertahap untuk menjaga stabilitas tanah.
Selanjutnya, apabila penurunan yang diinginkan telah tercapai maka beban preloading akan dibuang. Surcharging adalah beban preloading yang melebihi beban akhir struktur. Diberikan dengan tujuan untuk menghasilkan tingkat kompresi yang lebih besar pada tanah lunak dan sedikit rebound saat
beban dihilangkan. Teknik Preloading dirancang untuk mengurangi penurunan yang akan terjadi setelah beban rencana bekerja. Preloading bertujuan meningkatkan tegangan vertical Efektif dan mengurangi kompresibilitas tanah yang lunak dengan memaksa tanah lunak untuk melakukan konsolidasi. Dengan demikian, proses konsolidasi juga meningkatkan kekuatan tanah lunak dilapangan.
2. Vacuum Preloading yaitu tahun 1962, Kjelman menemukan alat vacumm preloading yang digunakan untuk mempercepat konsolidasi. Pada vacuum Preloading, Beban Surcharge diganti dengan atmospheric pressure.
Prinsip preloading dan pemberian beban surcharge disajikan pada Gambar 2.1 dan hasil penurunan akibat preloading di sajikan pada Gambar 2.2 berikut ini.
Gambar 2.1 Preloading pada lapisan tanah dasar
Gambar 2.2 Hasil penurunan akibat preloading
II.4.2 Prefabricated Vertical drain (PVD)
PVD merupakan metode perbaikan tanah yang mempercepat terjadinya proses konsolidasi dengan memperpendek lintasan drainase air pori dalam lapisan tanah lunak, sehingga air dapat terdisipasi dengan cepat. Penggunaan PVD memaksimalkan konsolidasi arah radial dengan menempatkan material dengan permeabilitas tinggi di tanah. Penjelasan lebih jelas dapat dilihat pada gambar penurunan tanah dengan drainase vertikal dan tanpa menggunakan drainase vertikal terhadap waktu sebagai berikut ini.
Pada perbaikan tanah dengan pembebanan awal, masalah yang timbul adalah lamanya proses waktu penurunan. Hal ini sering terjadi pada lapisan tanah yang cukup dalam dan mempunyai permeabilitas yang rendah. Untuk mempercepat konsolidasi dan menghemat waktu penurunan timbunan pada tanah lunak, cara yang digunakan adalah membuat saluran vertikal yang mempunyai permeabilitas tinggi, yaitu drainase vertikal.
Gambar 2.3 menunjukkan grafik penurunan dengan dan tanpa drainase vertikal terhadap waktu.
Gambar 2.3 Penurunan dengan dan tanpa drainase vertikal
Drainase vertikal hanya mempercepat konsolidasi primer saja, karena pengaliran air yang signifikan hanya terjadi pada saat konsolidasi primer. Konsolidasi sekunder hanya mengalirkan jumlah air yang sangat sedikit dari tanah dan seperti penurunan sekunder tidak dipercepat oleh drainase vertikal. Drainase vertikal Efektif terutama terhadap deposit lempung yang mengandung banyak lapisan horizontal pasir atau lanau
tipis yang sedikit (lapisan mikro). Berikut ini persyartan teknis material PVD dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Persyatan Teknis Material PVD (Barimbing, 2017)
Property(ies) Requirment Testing Method
Width Minimum 100 mm
Thickness Minimum 3.3 mm
Tensile strength Lebih besar dari 2000N ASTM D-4595 Strength at 10% elongation, dry and wet
condition Lebih besar dari 1000N ASTM D-4595
Filter Permeability Minimum 1x10-4 m/second ASTM D-4491 Opening Size Lebih kecil dari 90 microns ASTM D-4751 Discharge Capacity at 300 kPa straight Minimum 50x10-6 m3/second ASTM D-4716 Discharge Capacity at 200 kPa, buckled Minimum 35x10-6 m3/second ASTM D-4716 Discharge Capacity at 100 kPa, buckled Minimum 40x10-6 m3
/second ASTM D-4716
II.4.3 Prefabricated Horizontal Drain (PHD)
Prefabricated Horizontal Drain (PHD) adalah bahan berbentuk pita komposit terdiri dari inti (core) dan selimut (jacket) yang dipasang secara horizontal dengan metode pemasangan tertentu yang berfungsi sebagai penyalir.
II.4.4 Smear zone
Rowe (1968) dalam Barimbing (2017) menyatakan “pada pemasangan PVD diasumsikan bahwa sifat-sifat tanah sekelilingnya tidak berubah, tetapi pada kenyataannya pemasangan PVD sedikit mengganggu (disturb) tanah, tergantung pada sensifitas tanahnya”. PVD dimasukkan ke dalam tanah dengan menggunakan mandrel dan di ujungnya diberikan sepatu. Akibat pemasangan ini, maka lapisan tanah yang ditusuk mandrel akan terganggu. Gangguan yang terjadi tersebut disebut Efek smear.
Efek smear adalah berkurangnya nilai koefisien permeabilitas tanah arah radial (kr) akibat proses peremasan (remoulding) selama pemasangan PVD (terutama jika digunakan paksa). Gangguan tersebut tergantung pada ukuran dan bentuk mandrel, soil macrofabric dan prosedur penginstalannya. Solusi yang mungkin dilakukan adalah
dengan memperkecil luas penampang mandrel, akan tetapi kekakuan mandrel tetap dipertahankan.
Jamiolkowski et al (1983) merekomendasikan untuk suatu perencanaan diameter smear zone dapat diestimasi (2-3) kali diameter mandrel seperti pada persamaan berikut ds = (2-3) dm ………. (2.2)
dm = ………. (2.3)
dengan :
ds = diameter smear zone, dm = diameter mandrel, dan Am = luasan ukuran mandrel.
Gambar 2.4 Pengaruh smear dan tahanan drainase vertikal (Rixner et al, 1986) Daerah pengaruh pemasangan PVD (jangkauan kerja PVD) yang disebut sebagai diameter ekuivalen (De), bergantung kepada pola dan jarak pemasangan PVD. Pada umumnya, PVD dipasang dengan pola bujur sangkar atau segitiga seperti gambar. yang berlaku untuk mengetahui daerah pengaruh pemasangan PVD yaitu persamaan dibawah ini.
De = 1,13 S (untuk pola bujur sangkar) ……….…………. (2.4) De = 1,05 S (untuk pola segitiga) ………..…………. (2.5)
dengan :
De = Diameter ekivalen (setelah penampang diubah menjadi bentuk lingkaran) S = spacing atau jarak antar PVD.
Besaran nilai Permeabilitas arah horizontal akibat pemancangan PVD sebagai berikut dengan metode Hird et. al (1995) :
………..…………. (2.6) ax dan p pada metode ini adalah menunjukkan kondisi axisymmetric dan plane strain.
Gambar 2.5 Pola PVD kiri pola bujur sangkar, kanan pola segitiga (Barimbing, 2017) Pemasangan pola bujur sangkar akan lebih mudah untuk dikontrol, sedangkan dari segi penurunan maka pola segitiga akan memberikan penurunan yang lebih seragam.
II.5 Konsolidasi
Barimbing (2017) menyatakan bahwa “konsolidasi merupakan salah satu proses pengecilan volume yang terjadi secara perlahan-lahan pada tanah jenuh sempurna dengan keadaan permeabilitas yang rendah akibat pengaliran sebagian air pori”. Proses ini berlangsung secara terus menerus sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total benar-benar hilang.
Total konsolidasi yang terjadi pada tanah yang mengalami pembebanan terdiri atas tiga komponen, yakni :
1. Konsolidasi elastis, yaitu perubahan bentuk pada volume konstan, yaitu karena kompresi vertikal dan ekspansi lateral.
2. Konsolidasi primer/konsolidasi sederhana (primary or simply consolidation), adalah perubahan karena aliran air yang keluar dari rongga, dan merupakan fungsi dari permeabilitas dan kompresibilitas tanah.
3. Konsolidasi sekunder, adalah perubahan yang tergantung pada perilaku tanah seperti creep, particle fracture, dan sebagainya.
Gambar 2.6 Grafik waktu dengan pemampataan selama konsolidasi (Das, 1998) Konsolidasi primer merupakan komponen konsolidasi yang utama, dan dapat diperkirakan secara wajar. Sebuah teori umum untuk konsolidasi, yang menggabungkan aliran tiga dimensi, namun cukup rumit dan hanya digunakan untuk penyelesaian masalah yang sangat terbatas di dalam rekayasa geoteknik. Untuk sebagian besar penyelesaian masalah secara praktis,cukup dengan berasumsi bahwa rembesan, deformasi dan regangan pada tanah hanya berlangsung dalam satu arah saja, sebagai konsolidasi satu dimensi yaitu dalam arah vertical (one-dimensional consolidation).
Persamaan matematis untuk konsolidasi 1-D dari Terzaghi dalam menentukan nilai derajat konsolidasi arah vertikal (Uv) dapat dinyatakan dengan persamaan berikut
………..…………. (2.7)
dengan :
Uv = Derajat konsolidasi arah vertikal, m = Bilangan bulat, dan
Tv = Faktor waktu.
Menurut Terzaghi (1943) menyatakan bahwa faktor waktu penurunan konsolidasi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini
Tv = ………..………….………. (2.8)
dengan :
t = Waktu Konsolidasi, Tv = Faktor waktu,
Hdr = Panjang aliran = 0,5 H ,dan Cv = Koefisien Konsolidasi vertikal.
Dimana nilai Cv dihitung mrnggunakan persamaan berikut ini :
− " = $
%&)* ('( +,&)*' +,⋯& '.
)* .+/
………..………….………. (2.9)
Dimana :
z = tebal tanah (m) h = tebal lapisan (m) Cvi = Cv lapisan-i (m2 /thn)
Koefisien konsolidasi vertikal (Cv) biasanya akan berkurang dengan bertambahnya batas cair (LL) dari tanah. Rentang dari variasi harga Cv untuk suatu batas cair tanah tertentu adalah agak lebar. Koefisien konsolidasi vertikal (Cv) menentukan kecepatan pengaliran air pada arah vertikal dalam tanah. Pada umumnya konsolidasi berlangsung satu arah saja yaitu arah vertikal. Koefisien konsolidasi sangat berpengaruh terhadap kecepatan konsolidasi yang akan terjadi.
II.5.1 Konsilidasi 1 (satu) dimensi
Persamaan penurunan konsolidasi 1-D dari Terzaghi digunakan untuk menghitung penurunan ultimit untuk pekerjaan timbunan sampai pada level rencana.
Penurunan konsolidasi dihitung secara terpisah untuk masing-masing lapisan tanah dan dijumlahkan untuk mendapatkan penurunan ultimate konsolidasi untuk setiap pembebanan. Penurunan ultimate untuk tanah lepung yang normal konsolidasi dihitung dengan menggunakan persamaan:
CD =G,HEF
Ilog LMIM,∆M
I O ………. (2.10)
Untuk tanah yang berlapis lapis digunakan persamaan:
CD = ∑EF(.) (.)G,H
I log &MI(.)M,∆M(.)
I(.) + ………. (2.11)
Penurunan ultimate untuk tanah lempung yang overkonsolidasi adalah : Apabila (QR+
∆Q) ≤ QR digunakan persamaan:
CD =G,HE Ilog LMIM,∆MI O ………. (2.12) Apabila (QR+ ∆Q) ≥ QR digunakan persamaan:
CD =G,HE
IlogMMF
I+G,HEF
IVWX LMIM,∆M
F O………. (2.13)
dimana:
CD = Besar konsolidasi primer,
Y = Indeks pemanpatan tanah,
Z = Indeks pengembangan tanah,
H = Tebal lapisan tanah yang akan manpat,
QR = Tegangan vertical Efektif akibat berat sendiri tanah,
∆Q = Penambahan tegangan Efektif, [R = Angka pori awal.
II.5.2 Konsolidasi dengan drainase vertikal
Teori untuk konsolidasi vertikal drain pertama kali diperkenalkan oleh Barron pada tahun 1948. Pada dasarnya teori ini adalah lanjutan dari teori konsolidasi satu dimensi Terzaghi. Pada saat melakukan analisa konsolidasi dan keberadaan vertical drain, Barron membagi kondisi menjadi 2 keadaan yaitu sebagai berikut ini.
1. Kondisi regangan bebas (free strain)
2. Kondisi regangan sebanding (equal strain)
Dalam regangan bebas (free strains), Barron mengasumsikan tidak terjadi arching pada tanah yang berakibat pada tidak akan terjadi perbedaan penurunan pada waktu terjadi peristiwa konsolidasi. Metode ini pada awalnya didasari pada asumsi tidak terdapat perbedaan kepadatan tanah akibat penginstalan, sehingga instalasi drainase vertikal dianggap tidak akan mempengaruhi sifat-sifat tanah. Pada perkembangan selanjutnya Barron kemudian mempertimbangkan Efek gangguan akibat instalasi yang disebut dengan zona smear, permeabilitas tanah pada area ini (ks) akan lebih kecil dari permeabilitas horizontal tanah (kh)
Pada kondisi regangan sebanding (equal strain) mulai dipertimbangkan adanya gesekan antara mandrel dan tanah sehingga terjadi arching, dimana dalam analisa area arching tersebut Barron mendistribusikan penurunan arching menjadi penurunan rata- rata sehingga pada kedalaman tertentu penurunannya dianggap sama.
Menurut Muller dan Larsson pada jurnal Aspects on the modelling of smearzones around vertical drain dalam Barimbing (2017) untuk material tanah jenis lempung homogen maka nilai koefisien konsolidasi horizontal (Ch) dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut ini
Ch = (1 s/d 2) x Cv ………. (2.14) dengan : Ch = Koefisien konsolidasi arah radial, dan Cv = Koefisien konsolidasi arah vertikal Pada perhitngan untuk mencari nilai faktor waktu horizontal (Th) menggunakan persamaan berikut
Th = '
\] ………. (2.15)
dengan :
Th = Faktor waktu horizontal,
Ch = Koefisien konsolidasi arah vertikal, De = Diameter jangkauan PVD, dan t = Waktu ke-n
Perhitungan untuk menentukan derajat konsolidasi arah horizontal (Uh) dapat menggunakan persamaan berikut
Uh = 1 − exp(`a b c' d(e) )………. (2.16)
dengan :
Uh = Derajat konsolidasi arah radial, Th = Faktor waktu horizontal, dan F(n) = Faktor hambatan
Nilai faktor hambatan akibat jarak PVD dicari dengan menggunakan persamaan berikut
F(n) = ln f
\g−h ………. (2.17)
dengan :
F(n) = Faktor hambatan,
D = Diameter jangkauan kerja PVD, dan Dw = Diameter lingkaran ekivalen PVD
Derajat konsolidasi tanah (U) adalah perbandingan penurunan tanah pada waktu tertentu dengan penurunan total. Persamaan derajat konsolidasi pada tanah yang distabilisasi dengan menggunakan sistem PVD menurut Carillo (1942) dalam Barimbing (2017) dapat menggunakan persamaan berikut ini,
U = 1 – (1 – Uv) (1 – Uh) ………. (2.18) dengan :
U = Derajat konsolidasi rata-rata,
Uv = Derajat konsolidasi arah vertikal, dan Uh = Derajat konsolidasi arah radial.
Besar penurunan akibat pemasangan PVD dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini
Sc = U x Sult ………. (2.19)
Dimana Sult adalah besar penurunan total pada perhitungan penurunan satu dimensi dengan metode Terzaghi.
II.6 Program PLAXIS 3D
PLAXIS adalah salah satu program aplikasi komputer berdasarkan metode elemen hingga dua dimensi yang digunakan secara khusus untuk menganalisis deformasi dan stabilitas untuk berbagai aplikasi dalam bidang geoteknik, seperti daya dukung tanah. Kondisi sesungguhnya dapat dimodelkan dalam regangan bidang maupun secara axisymetris. Program ini menerapkan metode antarmuka grafis yang mudah
digunakan sehingga pengguna dapat dengan cepat membuat model geometri dan jaring elemen berdasarkan penampang melintang dari kondisi yang ingin dianalisis. Program ini terdiri dari empat buah sub-program yaitu masukan, perhitungan, keluaran, dan kurva.
Kondisi di lapangan yang disimulasikan ke dalam program PLAXIS ini bertujuan untuk mengimplementasikan tahapan pelaksanaan di lapangan ke dalam tahapan pengerjaan pada program, dengan harapan pelaksanaan di lapangan dapat didekati sedekat mungkin pada program, sehingga respon yang dihasilkan dari program dapat diasumsikan sebagai cerminan dari kondisi yang sebenarnya terjadi di lapangan.
Secara umum PLAXIS 2D dan PLAXIS 3D tidaklah jauh berbeda, hanya saja pada PLAXIS 3D menyajikan tampilan dengan bentuk tiga dimensi dan dengan perhitungan yang lebih baik dan pengerjaan yang lebih mudah karena elemen yang dihasilkan lebih banyak dan pola yang dibentuk dari elemen lebih mendetail dan dimodelkan full seperti kondisi dilapangan.
Adapun input data pada PLAXIS 3D meliputi parameter parameter tanah yang didapat dari hasil pengujian laboratorium maupun dari korelasi data dari penelitian penelitian dan pengujian pengujian sebelumnya. Data parameter tanah tersebut diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Berat volume tanah kering / dry soil weight (γdry) 2. Berat volume tanah basah / wet soil weight (γwet)
3. Permeabilitas arah horizontal / horisontal permeability (kx, ky) 4. Permeabilitas arah vertikal / vertical permeability (kz)
5. Modulus young / young’s modulus (E), 6. Poisson’s ratio (v)
7. Kohesi / cohesion (c)
8. Sudut geser / friction angle (φ) 9. Sudut dilatasi / dilatancy angle (ψ) 10. Koefisien konsolidasi (Cv)
Jika tidak terdapat hasil pengujian laboratorium tanah, maka nilai-nilai diatas dapat diperoleh melalui korelasi-korelasi empriris sebagai berikut :
1. Berat volume tanah (γ)
Berat volume tanah dibutuhkan pada perhitungan untuk menentukan besarnya tegangan konfining pada kedalaman tertentu dari lapisan tanah baik dalam kondisi kering maupun jenuh air. Berat volume tanah, merupakan perbandingan berat tanah terhadap volume tanah tersebut, ditulis dalam Persamaan 2.20
γ = i
j ………. (2.20)
dimana :
W=berat total tanah (kg) dan V= volume total tanah (m3)
Mayerhof (1956) telah membuat korelasi empiris antara besar nilai NSPT dengan berat volume tanah untuk berbagai jenis tanah. Korelasi empiris untuk tanah pasir dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan 2.4 berikut ini:
Tabel 2.3 Hubungan N-SPT dengan berat isi (γ) untuk pasir (Mayerhof, 1956) N-SPT Kepadatan Relatif DR (10%)
Berat Volume (γ)
Moist (psf) Submerged (psf)
< 4 < 20 Very loosed < 100 < 60
4 – 10 20 – 40 Loose 95 – 125 55 – 65
10 – 30 40 – 60 Medium 110 – 125 60 – 70
30 – 50 60 – 80 Dense 110 – 140 65 – 85
> 50 > 80 Very dense > 130 > 75
Tabel 2.4 Hubungan N-SPT dengan berat isi (γ) untuk tanah lempung (Mayerhof, 1956) Consistency qu (psf) N-SPT Saturated Unit Weight (psf)
Verry soft 0 – 500 0 – 2 < 100
Soft 500 – 1000 3 – 4 100 – 200
Medium 1000 – 2000 5 – 8 110 – 125
Stiff 2000 – 4000 9 – 16 115 – 130
Verry stiff 4000 – 8000 16 – 32 120 – 140
Hard > 8000 > 32 > 130
Sementara itu Das (1998) menyajikan nilai korelasi N-SPT dengan berat isi tanah seperti pada Tabel 2.5 berikut ini.
Tabel 2.5 Hubungan N-SPT dengan berat isi (γ) (Das, 1998) Tanah kohesif
Harga N < 10 10 – 30 30 – 50 > 50 Berat isi, γ (kN/m3) 12 – 16 14 – 18 16 – 20 18 – 23 Tanah tidak kohesif Harga N < 4 4 – 5 16 – 25 > 25
Berat isi, γ (kN/m3) 14 – 18 16 – 18 16 – 18 > 20
2. Koefisien permeabilitas tanah (k)
Koefisien permeabilitas dari tanah dipergunakan untuk menghitung kecepatan pengurangan tegangan air pori ekses selama proses pengeluaran air dari pori-pori tanah.
Parameter ini pada analisa undrain akan mengontrol besarnya penurunan terhadap waktu. Harga koefisien rembesan diberikan dalam Tabel 2.6.
Tabel 2.6 Hubungan antara jenis tanah dengan koefisien permeabilitas (Das, 1998) Material Coefficient of permeability (mm/s)
Coarse 10 – 103
Fine gravel, coarse, and medium sand 10-2 – 10
Fine sand, loose silt 10-4 – 10-2
Dense silt, clayed silt 10-5 – 10-4
Silty clay, clay 10-8 – 10-5
3. Modulus young / young’s modulus (E)
Modulus young merupakan parameter yang bersama-sama dengan Poisson’s ratio akan membentuk matriks kekakuan yang akan dipergunakan untuk melakukan analisa elemen hingga di dalam program Plaxis. Nilai modulus akan menggambarkan kekakuan dari suatu tanah, di mana ditunjukkan dari besaran rasio tegangan-regangan tanah tersebut. Penggunaan modulus adalah dapatnya diperkirakan batasan regangan yang akan terjadi, di mana material dengan kekuatan yang sama bisa saja memiliki kekakuan yang berbeda.
Look (2007) telah membuat perkiraan besaran nilai modulus ini dengan berbagai pendekatan. Perkiraan modulus tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.7.
Tabel 2.7 Nilai modulus elastisitas berbagai jenis tanah (Look, 2007)
Type Strenght of soil Elastic modulus, E (Mpa) Short term Long term
Gravel
Loose 25 – 50
Medium 50 – 10
Dense 100 – 200
Medium to coarse sand
Verry loose < 5
Loose 3 – 10
Medium dense 8 – 30
Dense 25 – 50
Very dense 40 – 100
Fine sand
Loose 5 – 10
Medium 10 – 25
Dense 25 – 50
Silt
Soft < 10 < 8
Stiff 10 – 20 8 – 15
Hard > 20 > 15
Clay
Very soft < 3 < 2
Soft 2 – 7 1 – 5
Firm 5 – 12 4 – 8
Stiff 10 – 25 7 – 20
Very stiff 20 – 50 15 – 35
Hard 40 – 80 30 – 60
4. Poisson ratio dari tanah (µ)
Bersama dengan Modulus Young membentuk matriks kekakuan tanah. Nilai dari poisson ratio berbagai jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 2.8.
Tabel 2.8 Nilai Poisson’s ratio pada tanah (Meyerhof,1956)
Type of soil Poisson’s ratio, µ
Loose sand 0,20 – 0,40
Medium densen sand 0,25 – 0,40
Dense sand 0,30 – 0,45
Silty sand 0,20 – 0,40
Sand and gravel 0,15 – 0,25
Soft clay 0,20 – 0,50
Medium clay 0,20 – 0,50
Stiff clay 0,20 – 0,50
5. Kohesi / cohesion (c)
Nilai kohesi tanah dibutuhkan oleh program Plaxis untuk menghitung besar daya dukung tanah. Kohesi adalah kemampuan tanah untuk tetap menyatu antar partikelnya ketika mendapatkan tekanan. Kohesi memiliki dimensi yang sama dengan tegangan.
Kohesi akan cenderung meningkat sesuai dengan kedalaman yang ditinjau. Nilai kohesi dapat diperoleh dari beberapa jenis pengujian antara lain adalah pengujian triaxial dan unconfined compression test. Hubungan antara konsistensi tanah dan kohesi dapat dilihat pada Tabel 2.9.
Tabel 2.9 Hubungan antara konsistensi dengan nilai kohesi (Begeman, 1965)
Konsistensi tanah Tekanan konus qc (Kg/cm2) Undrained cohesion (t/m2)
Very soft < 2,5 < 1,25
Soft 2,5 – 5 1,25 – 2,5
Medium stiff 5 - 10 2,5 - 5
Stiff 10 – 20 5 – 10
Very stiff 20 – 40 10 – 20
Hard > 40 > 20
