SOLDIER PILE DESIGN WITH PLAXIS
Hardening MODELING USING SOIL
Uppit Yuliani, Sri Wulandari, ST., MT.
Undergraduate Program, Faculty of Civil and Planning Engineering, 2010 Gunadarma University
http://www.gunadarma.ac.id
Keywords : Basement, Soldier Pile, PLAXIS, Hardening Soil. ABSTRACT
Increasingly limited land and high price of land in strategic locations in major cities such as Jakarta resulted in the construction of tall buildings to make the most of existing land. The higher a building is built; more spacious parking also needs to be provided. To meet the needs of the basement parking is the alternative solution. The main problem in the construction of basements are often faced is the presence of high-rise buildings in the surrounding area so that the required retaining wall structure that is strong, because in the implementation of the basement excavation on the project in principle, should maintain soil stability. To overcome the problems mentioned above, the soldier pile wall used in a series / row of bored pile is made from a cast in place concrete (cast in situ). Basement excavation project of The City Center Office Park, Central Jakarta, has a depth of -16.5 m below ground level. From the results of investigation of soils is known that clay soil in the form of a partial sedimentation silt and alternately inserted by a very dense sand to a depth of 30 m. Soldier piles are used in diameter 1 m to a depth of 32.5 m. Analysis was performed using the program PLAXIS using hardening soil modeling and also program computer Excel. The calculation includes the maximum deformation and internal forces of the soldier pile wall structure. Maximum deformation obtained soldier pile of 0.11043 m. From the results of the analysis showed that soil retaining structures need to be made to withstand lateral soil. Results of the analysis also provides calculations PLAXIS an acceptable and accurate enough.
PENDAHULUAN
Di kota-kota besar basement mulai marak dibangun karena keterbatasaan lahan, keterbatasan ketinggian, atau karena adanya subway. Basement biasanya digunakan sebagai utilitas atau tempat parkir. Bagaimanapun juga dalam mendesain basement biasanya menemui beberapa kendala yang disebabkan oleh kondisi tanah dan air tanah yang tinggi. Untuk
mengatasinya harus digunakan dinding penahan tanah. Dinding penahan tanah adalah suatu struktur yang digunakan untuk menahan gerakan tanah arah lateral yang dapat menimbulkan kelongsoran. Pembangunan dinding penahan tanah haruslah benar-benar berdasarkan perhitungan kestabilan lereng dan faktor keamanan karena kesalahan yang terjadi dalam pembangunan dinding penahan tanah dapat berakibat fatal. Kestabilan dinding penahan tanah dipengaruhi oleh tekanan tanah lateral massa tanah, aliran air dan stabilitas daya dukung tanah pondasi pada dinding penahan tanah.
Proyek The City Center Office Park ini mempunyai struktur gedung 36 lantai keatas dan 3 lantai di bawah tanah (basement) sampai kedalaman -16,5 m di bawah muka tanah, yang digunakan sebagai lahan parkir. Keadaan tanah proyek ini berupa endapan (alluvium) sungai yang berupa lempung berlanau yang sebagian tersedimentasi dan secara bergantian disisipi oleh pasir yang sangat padat yang terdapat sampai
kedalaman 30 m dan juga lempung tersier pada kedalaman di bawahnya. Selain itu, terdapat pula bangunan perkantoran yaitu Menara Batavia yang berjarak +100 m dan bangunan perumahan padat penduduk yang berjarak ± 3 m dari lokasi proyek, oleh karena itu sangat diperlukan dinding penahan tanah dalam pelaksanaannya. Dengan melihat kondisi di atas maka
alternatif dinding penahan tanah soldier pile dapat digunakan. Soldier pile adalah
konstruksi penahan tanah pada suatu galian yang terdiri dari rangkaian/barisan bored pile, yang terbuat dari beton yang dicor di tempat (cast in situ) dan tidak menimbulkan suara bising dalam pelaksanaannya.
Untuk menganalisa deformasi digunakan aplikasi PLAXIS, sedangkan perhitungan faktor kemananan stabilitas lerengnya digunakan program komputer Excel. PLAXIS merupakan suatu aplikasi yang berbasis elemen hingga yang dapat
merancang prosedur-prosedur perhitungan yang handal dan baik secara teoritis yang kemudian dikemas dalam suatu pemodelan yang logis dan mudah digunakan.
TINJAUAN PUSTAKA
Stabilitas lereng sangat erat kaitannya dengan longsor atau gerakan tanah yang merupakan proses perpindahan massa tanah secara alami dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah. Pergerakan tanah ini terjadi karena perubahan keseimbangan daya dukung tanah dan akan berhenti setelah mencapai keseimbangan baru. Longsoran umumnya terjadi jika tanah sudah tidak mampu menahan berat lapisan tanah di atasnya karena ada penambahan beban pada permukaan lereng dan berkurangnya daya ikat antara butiran tanah relief (Bowles & Joseph, E., 2001). Analisis kestabilitan lereng dilakukan untuk :
a. Memberikan tinjauan kestabilan lereng dari berbagai jenis lereng yang terjadi dialam maupun buatan manusia
b. Untuk memberikan evaluasi terhadap potensi longsoran dari lereng yang ada c. Untuk menganalisis kelongsoran yang telah terjadi
d. Untuk memberikan kemungkinan redesign dari lereng yang baru
e. Untuk mengkaji pengaruh dari beban yang tak terduga seperti gempa dan beban lalu lintas.
Konsep Stabilitas Lereng
Analisis stabilitas didasarkan pada konsep umum keseimbangan batas (General Limit Equilibrium), untuk menghitung faktor keamanan (SF) yang melawan gaya runtuh pada stabilitas lereng tersebut. Faktor keamanan digambarkan dimana pergeseran tanah harus dikurangi dengan menempatkan massa tanah pada daerah batas
keseimbangan sepanjang daerah longsoran. Faktor keamanan dirumuskan:
Dengan :
SF = Angka keamanan terhadap kekuatan tanah
Sf = kekuatan geser rata-rata dari tanah (kN/m2)
Sd = Tegangan geser rata-rata yang bekerja sepanjang bidang longsor (kN/m2).
Sedangkan Faktor keamanan (F) = gaya penahan / gaya penggerak
Dimana untuk keadaan :
1. F > 1,0 : lereng dalam keadaan mantap 2. F = 1,0 : lereng dalam keadaan seimbang, dan siap untuk longsor
3. F < 1,0 : lereng tidak mantap
Sumber : Pengantar Kestabilan Lereng (2009)
Faktor keamanan adalah titik terikat pada tingginya keserongan jika c ditetapkan nol, tingginya keserongan secara umum
mempengaruhi stabilitas. Pada tegangan yang rendah, material boleh tidak berkohesi jika tegangan tanah meningkat bersamaan dengan kenaikan ketinggian, material tanah akan memperlihatkan nilai kohesi yang nyata. Faktor kemanan untuk tanah yang berkohesi dapat diambil sebesar ≤ 1,2 (SNI - 03.1962 – 1990 dan Pd T-09-2005-B 2006). Metode Fellenius
Metode ini banyak digunakan untuk menganalisis kestabilan lereng yang
tersusun oleh tanah, dan bidang gelincirnya berbentuk busur (arc-failure). Metode ini dilakukan dengan membagi massa longsoran
menjadi segmen. Dapat dilihat pada Gambar berikut :
W x l R
i i i i l R FK W x Dimana :
Wi = berat segmen tanah
xi = jarak horizontal dari pusat gelincir ke titik berat segmen li = panjang busur lingkaran pada segmen yang dihitung R = jari-jari lingkaran keruntuhan τ = tegangan geser
c = kuat geser tanah Untuk tanah c-υ
Pada kondisi tegangan total :
tan cos sin c L W FK W Pada kondisi tegangan efektif :
' tan ' ( cos ) sin c L W ul FK W
PLAXIS Pemodelan Hardening Soil PLAXIS Versi 8 merupakan suatu aplikasi berbasis elemen hingga yang digunakan dalam analisis deformasi dan stabilitas dua dimensi dalam rekayasa geoteknik. PLAXIS telah dikembangkan sejak tahun 1987 oleh Delf University, Belanda.
PLAXIS dimaksudkan sebagai suatu alat bantu analisis untuk ahli geoteknik yang tidak harus menguasai metode numerik. Umumnya para praktisi menganggap bahwa perhitungan dengan metode elemen hingga yang non-linier adalah sulit dan
menghabiskan banyak waktu. Tim riset dan pengembangan PLAXIS menjawab masalah tersebut dengan merancang
prosedur-prosedur perhitungan yang handal dan baik secara teoritis yang kemudian dikemas dalam suatu pemodelan yang logis dan mudah digunakan. Hasilnya, banyak praktisi geoteknik di seluruh dunia yang telah menerima dan menggunakannya untuk keperluan rekayasa teknis.
Metode elemen hingga merupakan cara pendekatan solusi analisis struktur secara numerik. Analisis ini menerapkan struktur derajat kebebasan tak hingga yang
elemen-elemen kecil yang memilki geometri lebih sederhana dengan derajat kebebasan tertentu (berhingga), sehingga lebih mudah untuk dianalisis. Elemen-elemen diferensial ini memiliki asumsi fungsi perpindahan yang dikontrol pada nodal-nodalnya. Pada nodal tersebut diberlakukan syarat
keseimbangandan kompatibilitas. Dalam metode elemen hingga harus dipenuhi 3 kondisi yaitu :
1. Keseimbangan, yaitu keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada setiap elemen 2. Kompatibilitas, yaitu hubungan regangan dan perpindahan yang berkaitan dengan geometri dan materialnya.
3. Persamaan konstitutif, yaitu hubungan tegangan regangan dari material.
Tekanan Tanah Lateral
Tekanan tanah lateral adalah gaya yang ditimbulkan akibat dorongan tanah di belakang struktur penahan tanah. Besarnya tekanan tanah lateral sangat dipengaruhi oleh perubahan letak (displacement) dari dinding penahan dan sifat-sifat tanahnya. Tekanan tanah lateral dapat digolongkan ke dalam 3 jenis yaitu :
1. Tekanan tanah dalam keadaan diam (at rest), terjadi jika dinding tidak bergerak. Massa tanah berada dalam kondisi static equilibrium. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar (a).
2. Tekanan tanah aktif, terjadi jika dinding bergerak menjauh dari tanah yang ditahan. Massa tanah telah berada dalam kondisi plastic equilibrium. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar (b).
3. Tekanan tanah pasif, terjadi jika dinding bergerak menuju tanah yang ditahan. Pada kondisi ini, masssa tanah juga tlah berada dalam kondisi plastic equilibrium. Kondisi ini dapat ditunjukkan pada Gambar (c). Sumber : Principles of Geotechnical
Engineering, Braja M.Das, 5th edition, 2002 Tekanan Tanah Lateral Diam
Berdasarkan percobaan oleh Jaky (1944), didapat persamaan empiris untuk
mendapatkan koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam pada tanah berbutir yaitu : Ko = 1 – sin
Tekanan Tanah Lateral Aktif
Jika suatu dinding licin yang membatasi suatu massa tanah tersebut diijinkan bergerak, maka tekanan tanah horizontal dalam elemen tanah tersebut akan berkurang secara terus menerus dan akhirnya dicapai suatu keseimbangan plastis. Kondisi tersebut dinamakan sebagai kondisi aktif menurut Rankine (1857) “Rankine’s active state”. Tekanan tanah yang bekerja pada dinding tersebut (σa) dinamakan tekanan tanah aktif. 2 2 (2.14) dimana Ka= koefisien tekanan tanah aktif Ka = tan 45 2 a v Ka c Ka
Tekanan Tanah Lateral Pasif
Sedangkan keadaan tanah pasif adalah apabila suatu dinding licin tak terhingga didorong masuk secara perlahan-lahan ke arah dalam tanah, maka tegangan horizontal (σh) akan bertambah secara terus menerus. Pada keadaan ini, keruntuhan tanah akan terjadi yang kita kenal sebagai kondisi tanah pasif menurut Rankine (1857) “Rankine’s passive state”.
2 2 (2.15) dimana Kp = koefisien tekanan tanah pasi f tan 45 2 p v Kp c Kp Kp
Pengaruh Beban Merata Di Atas Tanah Urugan
Kadang-kadang tanah urug di belakang dinding penahan tanah dipengaruhi oleh beban terbagi rata. Dengan menganggap beban terbagi rata q sebagai beban tanah setebal hs dengan berat volume γ tertentu, maka tinggi lapisan tanah hs = q / γ. Tekanan tanah lateral pada kedalaman hs dari tinggi tanah anggapan (atau di permukaan tanah urug) akan sebesar : Pa = hs.γ.Ka = q.Ka
Dinding penahan tanah adalah suatu struktur yang digunakan untuk menahan gerakan tanah arah lateral/horizontal yang dapat menimbulkan kelongsoran. Untuk
melaksanakan perencanaan dinding penahan tanah, langkah-langkah kegiatan yang dilakukan sebagai berikut :
1. Menghitung ukuran/dimensi yang diperlukan dari dinding penahan tanah. 2. Mencari besarnya tekanan tanah baik secara analitis maupun grafis berdasarkan cara yang sesuai dengan tipe dinding penahan,
apakah dengan cara Couloumb atau Rankine. 3. Lebar dasar dinding penahan tanah harus cukup untuk memobilisasi daya dukung tanah.
4. Perhitungan kekuatan struktur dari konstruksi dinding penahn tanah yaitu dengan memeriksa tegangan geser dan tekan yang diijinkan untuk struktur dinding
penahan tanah.
5. Dinding penahan tanah harus aman terhadap stabilitas gesernya (sliding stability)
6. Dinding penahan tanah harus aman terhadap stabilitas gulingnya (overtuning stability)
7. Tinjauan terhadap lingkungan lokasi penempatan dinding penahan tanah. Dinding Penahan Tanah Soldier Pile Soldier pile adalah dinding penahan tanah pada suatu galian yang terdiri dari
rangkaian/barisan bored pile yang terbuat dari beton yang dicor di tempat (cast in situ). Sebagai struktur penahan tanah, soldier pile dapat digunakan pada hampir semua jenis tanah dan segala jenis lapangan. Pada ahan yang padat dan ramai, soldier pile cocok digunakan karena tidak menimbulkan kebisingan dalam pelaksanaannya. Dari segi ekonomi juga cukup hemat karena material langsung dibuat di tempat.
Kedalaman dan diameter dari soldier pile tergantung dari perhitungan kekuatan,
berdasarkan ketinggian basement, jenis tanah dan perkiraan beban horizontal yang ada.
Di bawah ini adalah contoh soldier pile yang digunakan di luar negeri yaitu Triangle of the Arch di Paris, France Gambar (a) dan Rolland Garros Stadium di Paris, France Gambar (b).
(a) (b)
Detail konstruksinya seperti gambar dibawah ini
METODE PERENCANAAN Metode ini merupakan langkah-langkah yang akan dilaksanakan dalam mendesain dinding penahan tanah. Gambar 3.1 merupakan alur perencanaan dinding penahan tanah
berbentuk flowchart. Pada Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa langkah pertama adalah mengetahui data tanah, setelah itu menganalisis stabilitas lereng, lalu menentukan koefisien tekanan tanah dan menghitung tekanan tanah lateral, serta mendesain dimensi, ukuran,
Perhitungan manual Selesai
momen dan perencanaan tulangan untuk dinding penahan, langkah akhir adalah cek stabilitas baik dengan perhitungan manual maupun menggunakan program PLAXIS. Data dan Parameter Tanah
Analisa stabilitas lereng
Menentukan koefisien tekanan tanah dan menghitung tekanan tanah lateral
Mendesain kedalaman pemancangan, dimensi, momen dan perencanaan tulangan untuk dinding penahan soldier pile
Cek stabilitas
PLAXIS menggunakan pemodelan Hardening Soil
Gambar 3.1 Alur Perencanaan Dinding Penahan Tanah DATA
Data Tanah
Data ini merupakan data hasil penyelidikan tanah yang dilakukan pada proyek ini berupa penyelidikan tanah di lapangan dan di laboratorium. Penyelidikan tanah di
lapangan yang dilakukan yaitu Standart Penetration Test (SPT) dan hasil uji N-SPT pada Bore Hole 1 dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Proyek : The City Centre Office Park Lokasi :JL.K.H.Mas Mansyur, Karet Boring No. : BT.1
Elevation : 12,775 m 12,775 m Muka Air Tanah : 8,05 m di bawah Tabel 4.1 Data Hasil Uji N-SPT No. Kedala man (m) Harga Pekerja an (Rp) N-SPT 1 0-8,05 Stiff, reddish brown silty clay 74,556 2 8,05-9,00 Medium stiff, reddish brown silty clay 52,974 3 9,00-10,00 Soft, brown mottled light grey clayey silt 47,088 4. 10,00-12,00 Soft, light grey silty clay 82,404 5. 12,00-16,50 Soft, brownis h grey clayey silt 294,3 6. 16,50-18,00 Hard, brownis h grey 537,588 cemente d silt 7 18-22.5 Very dense, brownis h grey cemente d fine sandy silt 588,6 8 22.5-26 Very hard, grey cemente d silt 588,6 9 26-30.5 Very hard, light grey cemente d silt 603,315 10 30.5-31.4 Very hard, light grey cemente d silt 588,6
