27 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir
Diagram alir yang akan dilakukan pada tugas akhir ini adalah seperti berikut ini:
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Mulai
Pengolahan data Lapangan dan data Laboratorium
Perbandingan besar penurunan dan nilai SF Metode Preloading dan kombinasi Preloading dan PVD pola segitiga dan segiempat spasi 1m, 1,5m dan 2m
Perhitungan Analisis
Kesimpulan
Selesai Pengumpulan data
Analisis Secara M anual Analisis dengan Program FEM Plaxis V.20
- Besar penurunan - Waktu penurunan - Tegangan air pori
- Tegangan air pori - Besar Penurunan - Nilai Safety Factor Studi Literatur
28 3.2. Lokasi Penelitian
Objek yang menjadi studi kasus pada tugas akhir ini adalah Jalan Tol Tebing Tinggi-Indrapura STA 86, Kabupaten Serdang Bedagai, Provinsi Sumatera Utara.
Kondisi tanah pada lokasi tersebut merupakan jenis tanah yang lunak yang harus dilakukan perbaikan tanah sebelum dilaksanakannya pembangunan ruas jalan tol.
Gambar 3.2. Lokasi Studi Kasus Tugas Akhir
Sumber: Dokumentasi PT. Hutama Karya
3.3. Data Sekunder
Data sekunder ini merupakan data penyelidikan tanah di lapangan dan di laboratorium yang didapatkan dari kontraktor pembangunan Jalan Tol Tebing Tinggi-Indrapura, berikut ini adalah data tanah yang ada pada proyek tersebut:
1. Penyelidikan tanah di lapangan
Berikut ini data yang didapatkan dari pengujian di Lapangan.
Tabel 3.1. Tabel Nilai N-SPT dari Kedalaman Tanah Tiap Bore Hole
Kedalaman BH4 BH5 Kedalaman BH4 BH5
0 0 0 20,45 37 24
2,45 7 12 22,45 33 11
4,45 7 6 24,45 35 19
6,45 6 11 26,45 31 28
8,45 2 2 28,45 36 21
10,45 5 3 30,45 38 41
12,45 2 2 32,45 60 60
14,45 3 2 34,45 60 60
16,45 8 3 36,45 60 60
18,45 3 7 38,45 60 60
20,45 37 24 40,45 60 60
29 Gambar 3.3. Hubungan antara Kedalaman dengan Nilai NSPT tiap Bore Hole 2. Penyelidikan tanah di laboratorium
Berikut ini berbagai data yang didapatkan dari pengujian di laboratorium:
a. Data pengujian indeks propertis
Tabel 3.2. Data Indeks Properties Tanah
Bore No
Kedalama n
Kadar Air
Berat Isi
Berat Isi Kering
Berat
Jenis Kejenuhan Angka
Pori Porositas
m % kN/m3 kN/m3 Gs % e n
BH-3 3,5 – 4,0 33,58 15,84 11,86 2,640 72,30 1,226 0,550
BH-4
3,5 - 4,0 29,85 15,09 11,62 2,526 64,25 1,173 0,539 9,5 - 10,0 45,48 15,90 10,93 2,634 85,00 1,409 0,584 13,5 - 14,0 47,25 15,57 10,71 2,620 85,57 1,446 0,591
BH-5
3,5 - 4,0 33,34 15,72 11,79 2,535 73,50 1,150 0,534 11,5 - 12,0 50,63 15,56 10,33 2,603 86,72 1,519 0,603 17,5 - 18,0 38,34 15,55 11,24 2,546 77,17 1,265 0,558
b. Data atterberg limit dan distribusi ukuran
Pengujian atterberg limit terdiri dari pengujian batas cair dan batas plastis yang dari kedua batas tersebut dapat menghasilkan nilai indeks plastisitas dari pengurangan nilai batas cair ke batas plastis. Sedangkan nilai distribusi ukuran didapatkan dari pengujian analisis saringan dan hydrometer.
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 10 20 30 40 50 60
Kedalaman (m)
Nilai N-SPT
BH 4 BH 5
30 Tabel 3.3. Data Batas Kadar Air Atterberg Limit dan Distribusi Ukuran
Bore No Kedalaman Atterberg Limit Distribusi Ukuran
LL PL PI Pasir Lanau Lempung
m % %
BH-3 3,5 - 4,0 48,46 27,71 20,75 18,26 16,94 64,80
BH-4
3,5 - 4,0 NP NP NP - - -
9,5 - 10,0 52,2 26,56 25,64 7,23 14,87 77,90 13,5 - 14,0 53,27 25,57 27,7 5,94 21,56 72,50
BH-5
3,5 - 4,0 NP NP NP - - -
11,5 - 12,0 55,74 24,32 31,42 3,73 13,37 82,90 17,5 - 18,0 28,47 18,56 9,91 71,89 20,76 6,90
c. Data konsolidasi tanah
Nilai parameter dari pengujian konsolidasi yang didapatkan adalah berupa nilai angka pori, indeks kompresi, indeks swelling, nilai tekanan prakonsolidasi, koefisien konsolidasi dan permeabilitas tanah dengan arah vertikal.
Tabel 3.4. Data Parameter Konsolidasi Tanah
Bore No Kedalaman Konsolidasi
e0 Cc Cv Ky Pc'
m Cm2/s cm/s (kg/cm2)
BH-3 3,5 - 4,0 1,222 0,625 0,0076 3,54E-07 1,57
BH-4
3,5 - 4,0 - - - - -
9,5 - 10,0 1,391 0,879 0,00921 5,03E-07 1,55 13,5 - 14,0 1,469 0,863 0,00997 7,2E-07 1,60
BH-5
3,5 - 4,0 - - - - -
11,5 - 12,0 1,534 1,031 0,00758 5,42E-07 1,75 17,5 - 18,0 1,253 0,396 0,0516 3,68E-06 1,15
3. Data Prefabricated Vertical Drain Data Prefabricated Vertical Drain:
Dengan pola pemasangan PVD : segitiga dan segiempat Jarak atau spasi pemasangan PVD : 1 m, 1,5 m dan 2m
Dimensi mandrel : 12,5 cm x 5 cm
Tabel 3.5. Dimensi PVD
Karakteristik Syarat Dimensi PVD Test Method
Kuat Tarik >2000 N 2280 N ASTM D-4595
Kekuatan di 10% pemanjangan kondisi kering dan basah
>1000 N 1880 N
ASTM D-4595 Permeabilitas Minimal 1 x 10-4 7,730 x 10-4 m/s ASTM D-4491
Ukuran Bukaan <90 microns ASTM D-4751
Kapasitas pelepasan di 300 kPa, lurus
Minimal 50 x 10-6 m3/s
132,70 x 10-6 ASTM D-4716
31
Kapasitas pelepasan di 200 kPa, tertekuk
Minimal 35 x 10-6 m3/s
72,5 x 10-6 ASTM D-4716
Kuat Tusuk Minimal 220 N 233,81 ASTM D-4683
Tebal Minimal 3 mm 4 mm -
Lebar Minimal 100 mm 100 mm -
3.4. Stratifikasi Tanah
Berdasarkan penyelidikan tanah yang dilakuakan di lapangan maupun di laboratorium pada data BH4 dan BH5 pada tanah, diperoleh stratifikasi tanah seperti pada Gambar 3.3. Lapisan tanah dasarnya adalah setebal 22 m, diamana lapis pertama itu adalah tanah lempung lunak dengan tebal 2,5 meter pada kedalaman 0-2,5 m. Lapisan kedua adalah tanah pasir dengan tebal 1,5 meter pada kedalaman 2,5-4 m. Lapisan ketiga adalah lempung sedang dengan tebal tanah 1,5 meter pada kedalaman 4-5,5 m. Lapisan keempat adalah pasir sedang dengan tebal 2,5 meter pada kedalaman 5,5-8 m. Lapisan kelima adalah lempung lunak dengan tebal 6 meter pada kedalaman 8-16 m. Lapisan tanah keenam adalah tanah pasir lunak dengan tebal 3 meter pada kedalaman 16-19 m. Lapisan ketujuh adalah tanah pasir padat dengan tebal 3 meter pada kedalaman 19-22 m.
Gambar 3.4. Stratifikasi Tanah
3.5. Data Parameter Tanah untuk Analisis Menggunakan Plaxis 2D
Parameter pada tanah dasar untuk pemodelan di program PLAXIS didapatkan dari
hasil pengujian di laboratorium yang disimpulkan dari BH4 dan BH5, serta dengan
korelasi nilai dengan pendekatan yang terdahulu. Parameter yang akan digunakan
dapat dilihat pada tabel 3.6.
32 Tabel 3.6. Parameter Pemodelan Tanah Dasar pada Plaxis
Parameter Nama
Kedalaman
(m) - 0,0-2,5 2,5-4,0 &
5,5-8,0 4,0-5,5 8,0-16,0 16,0-19,0 19,0-22,0 Kondisi Tipe Undraine
d (A) Drain Undraine d (A)
Undraine
d (A) Drain Drain
General Jenis
Model Model Soft Soil Mohr
Coloumb Soft Soil Soft Soil Mohr Coloumb
Mohr Coloumb Jenis
Tanah Lempung Pasir Lempung Lempung Pasir Pasir
Soil unit weight
unsat
(kN/m3 )
11,86 11,70 11,86 10,65 11,24 19
Soil unit weight
sat
(kN/m3 )
17,37 17,08 17,27 16,58 16,82 20
Parameter Effective
cohession
c’
(kN/m2 )
5 1 5 2 1 1
friction
angle 25 33 25 20 33 34
friction
dilatanci 0 3 0 0 3 4
Vertical Permeabili ty
kv
(m/day) 0,00031 8,64 0,00031 0,00051 0,864 8,64 Horizontal
Permeabili ty
kh
(m/day) 0,00046 8,64 0,00046 0,00076 0,864 8,64 void
ratio/Einit Einit 1,226 1,162 1,226 1,45 1,253 1
poisson
ratio v' 0,25 - 0,25 0,2 0,25 0,35
Compressi
on index λ * 0,12 - 0,12 0,16 - -
Swelling
Index Ƙ * 0,049 - 0,049 0,066 - -
Young’s Modulus, Es
kN/m2 - 3000 - - 1500 9500
OCR - 10,81 - 7,83 2,95 - -
Material timbunan yang digunakan pada proyek ini adalah tanah berlempung
dengan nilai
unsatadalah 16 kN/m
3. Tinggi elevasi timbunan yang direncanakan
adalah setinggi 6,7 meter. Parameter dari model Mohr Coloumb yang akan
digunakan untuk tanah timbunan dapat dilihat pada Tabel 3.7.
33 Tabel 3.7. Parameter Pemodelan Tanah Timbunan pada Plaxis
Parameter Nama Timbunan
Kedalaman (m) - -
Kondisi Tipe Undrained (A)
Jenis Model Model Mohr Coloumb
Jenis Tanah Lempung
Soil unit weight unsat (kN/m3) 16
Soil unit weight sat (kN/m3) 19
Cohession c 40
Young's Modulus E (kN/m2) 14000
friction angle (o) 30
friction dilatanci 0
Horizontal & Vertical
Permeability kv = kh (m/hari) 0,000864
poisson ratio v' 0,35
void ratio/Einit Einit 0,5
3.6. Tahapan Pemodelan Menggunakan Plaxis
Berikut ini adalah beberapa tahapan yang dilakukan pada pemodelan tugas akhir ini menggunakan program PLAXIS 2D CONNECT edisi V20:
1. Memulai program input dengan memasukkan nama atau judul yang diinginkan, memilih model pemodelan, dan mengatur jumlah elemen yang diinginkan, kemudian memasukkan angka sebagai batas kontur tanah.
Gambar 3.5. Tahap Awal Pemodelan
2. Menginput jenis pemodelan dan semua parameter tanah sesuai dengan parameter
pemodelan yang dinginkan.
34 Gambar 3.6. Tahap Input Parameter Material
3. Membuat geometeri tanah kemudian menginput parameter tanah yang dibuat pada tahap sebelumnya berdasarkan jenis tanah tiap lapisnya. Kemudian membuat struktur, aliran air dan tahapan penimbunan yang ada pada struktur yang akan dianalisis.
Gambar 3.7. Tahap Membuat Geometri dan Struktur
4. Memproses data yang sudah diinput yaitu generate mesh, menentukan letak titik
kurva yang akan menjadi output dari pemodelan.
35 Gambar 3.8. Tahap Mesh Generation
5. Kemudian tahap selanjutnya adalah tahap Flow Condition. Tahap ini adalah menginput posisi dari muka air tanah.
Gambar 3.9. Tahap Menginput Posisi Muka Air Tanah
6. Selanjutnya masuk ke tahap stage construction. Membuat semua tahapan
konstruksi yang sebagaimana adanya di lapangan, kemudian melakukan proses
perhitungan (calculation). Sebelum melakukan proses perhitungan perlu
menentukan titik-titik tinjau yang akan ditinjau pada grafik maupun kurva
sebagai keluaran dari proses analisis ini. Pada Tugas Akhir ini titik tinjau yang
akan ditinjau adalah pada permukaan tanah yang ada di tengah seluruh timbunan
(titik A dan di tengah geometri timbunan yaitu titik B).
36 Gambar 3.10. Penentuan Titik Tinjau pada Pemodelan Untuk Pengeluaran
Kurva
Pada penelitian ini metode preloading kombinasi prefabricated vertical drain perlu dilakukan pemodelan dengan Axisymmetric dengan satu unit sampel PVD dengan parameter asli kemudian dilakukan pemodelan Plane Strain juga satu sampel PVD dengan menggunakan parameter permeabilitas baru yang sudah diekivalenkan sebagai verifikasi nilai permeabilitas tanah yang dapat digunakan pada pemodelan full plane strain apabila nilai penurunan di axisymmetric dan plane strain sudah mendekati. Adapun tahapan proses perhitungan pada program
ini ditunjukkan pada Tabel 3.8. berikut ini:
Tabel 3.8. Penjelasan Semua Tahapan Stage Construction pada Pemodelan
No Phase Keterangan
1. Initial Phase Mengaktifkan semua tanah yang ada pada tanah dasar dan mengatur boundary pada geometri.
2. Timbunan 1
Mengaktifkan timbunan tahap 1 dan memasukkan waktu pengerjaan penimbunan. Untuk tahap dengan metode preloading kombinasi PVD, pada tahap ini PVD juga sudah diaktifkan.
Kondisi ini akan sama pada tahap selanjutnya apabila tidak diatur kembali. Dengan memilih calculation type adalah consolidation.
Pada tahap ini hari yang diinputkan pada waktu adalah waktu penimbunan tahap 1 yaitu 13 hari.
3. Konsolidasi Timbunan 1
Dengan kondisi yang sama dengan timbunan 1, memasukkan waktu konsolidasi yang sudah dihitung. Dengan memilih calculation type adalah consolidation. Pada tahap ini diinputkan waktu konsolidasi 172 hari untuk metode preloading, untuk kombinasi PVD pola segiempat spasi 1 m 6 hari, spasi 1,5 m 15 hari, spasi 2 m 40 hari, untuk pola segitiga spasi 1 m 5 hari, spasi 1,5 m 13 hari dan spasi 2 m 24 hari.
4. Timbunan 2
Mengaktifkan timbunan tahap 2 dan memasukkan waktu pengerjaan penimbunan. Dengan memilih calculation type adalah consolidation. Pada tahap ini hari yang diinputkan pada waktu adalah waktu penimbunan tahap 2 yaitu 9 hari.
5. Konsolidasi Timbunan 2
Dengan kondisi yang sama dengan timbunan 2, memasukkan waktu konsolidasi yang sudah dihitung. Dengan memilih
37
calculation type adalah consolidation. Pada tahap ini diinputkan waktu konsolidasi 160 hari untuk metode preloading, untuk kombinasi PVD pola segiempat spasi 1 m 6 hari, spasi 1,5 m 15 hari, spasi 2 m 40 hari, untuk pola segitiga spasi 1 m 5 hari, spasi 1,5 m 13 hari dan spasi 2 m 24 hari.
6. Timbunan 3
Mengaktifkan timbunan tahap 3 dan memasukkan waktu pengerjaan penimbunan. Dengan memilih calculation type adalah consolidation. Pada tahap ini hari yang diinputkan pada waktu adalah waktu penimbunan tahap 3 yaitu 6 hari.
7. Konsolidasi Timbunan 3
Dengan kondisi yang sama dengan timbunan 3, memasukkan waktu konsolidasi yang sudah dihitung. Dengan memilih calculation type adalah consolidation. Pada tahap ini diinputkan waktu konsolidasi 153 hari untuk metode preloading, untuk kombinasi PVD pola segiempat spasi 1 m 6 hari, spasi 1,5 m 15 hari, spasi 2 m 40 hari, untuk pola segitiga spasi 1 m 5 hari, spasi 1,5 m 13 hari dan spasi 2 m 24 hari.
8. Timbunan 4
Mengaktifkan timbunan tahap 1 dan memasukkan waktu pengerjaan penimbunan. Dengan memilih calculation type adalah consolidation. Pada tahap ini hari yang diinputkan pada waktu adalah waktu penimbunan tahap 4 yaitu 3 hari.
9. Konsolidasi Timbunan 4
Dengan kondisi yang sama dengan timbunan 4, memasukkan waktu konsolidasi yang sudah dihitung. Dengan memilih calculation type adalah consolidation. Pada tahap ini diinputkan waktu konsolidasi 149 hari untuk metode preloading, untuk kombinasi PVD pola segiempat spasi 1 m 6 hari, spasi 1,5 m 15 hari, spasi 2 m 40 hari, untuk pola segitiga spasi 1 m 5 hari, spasi 1,5 m 13 hari dan spasi 2 m 24 hari.
10. Pengecekan SF
Pengecekan SF dilakukan pada setiap tahap di atas dengan membuat phase baru setelah tiap tahap dan mengganti calculation type menjadi safety.
