TUGAS AKHIR – RC 141501
PERENCANAAN PERBAIKAN TANAH DASAR DAN PERKUATAN STABILITAS TIMBUNAN JALAN TOL KRIAN-LEGUNDI-BUNDER-MANYAR STA 2+650 s/d 3+250
OCVAN HELMI NUGROHO 03111645000052
Dosen Pembimbing : Ir. Suwarno, M.Eng
Prof. Ir. Indrasurya B. Mochtar, M.Sc., Ph.D
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
Fakultas Teknik Sipil, Lingkungan, dan Kebumian Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2018
i TUGAS AKHIR – RC141501
PERENCANAAN PERBAIKAN TANAH DASAR DAN PERKUATAN STABILITAS TIMBUNAN JALAN TOL KRIAN-LEGUNDI-BUNDER- MANYAR STA 2+650 s/d 3+250
OCVAN HELMI NUGROHO 03111645000052
Dosen Pembimbing Ir. Suwarno, M.Eng
Prof. Ir. Indrasurya B. Mochtar, M.Sc., Ph.D
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
Fakultas Teknik Sipil, Lingkungan, dan Kebumian Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2018
ii
Halaman ini sengaja dikosongkan
iii TUGAS AKHIR – RC141501
SUBGRADE IMPROVEMENT AND
REINFORCEMENT FOR SLOPE STABILITY DESIGN ON KRIAN-LEGUNDI-BUNDER-
MANYAR HIGHWAY STA 2+650 TO STA 3+250
OCVAN HELMI NUGROHO 03111645000052
Advisor
Ir. Suwarno, M.Eng
Prof. Ir. Indrasurya B. Mochtar, M.Sc., Ph.D
DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING
Faculty of Civil, Environmental, and Geo-Engineering Sepuluh Nopember Institute of Technology
Surabaya 2018
iv
Halaman ini sengaja dikosongkan
v v
vi
Halaman ini sengaja dikosongkan
vii
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb.
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan buku Tugas Akhir dengan judul “Perencanaan Perbaikan Tanah Dasar Dan Perkuatan Stabilitas Timbunan Jalan Tol Krian-Legundi-Bunder-Manyar STA 2+650 s.d 3+250”. Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Strata-1 di Jurusan S1 Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil, Lingkungan dan Kebumian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Selama proses penulisan buku ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dari pihak-pihak lain sehingga makalah ini dapat terselesaikan dengan optimal. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah bersedia membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini baik secara langsung maupun tidak langsung, yaitu:
1. Orang tua penulis, Bapak Hariono dan Ibu Sulastri, yang selalu memberikan doa, motivasi, restu dan kasih sayang.
2. Ir. Suwarno, M. Eng dan Prof. Ir. Indrasurya B. Mochtar, MSc.PhD selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah dengan sabar memberikan bimbingan, masukan, nasehat, serta motivasi selama penyusunan buku Tugas Akhir ini.
3. Tri Joko Wahyu Adi, ST., MT., Ph.D selaku Dosen Wali selama Penulis mengenyam pendidikan di Teknik Sipil ITS.
4. Prof. Ir. Noor Endah, MSc. PhD, Trihanyndio Rendy Satrya, ST. MT, serta Putu Tantri Kumala Sari, ST. MT selaku dosen penguji sidang ujian tugas akhir atas saran dan masukan yang diberikan.
5. Teman-teman LJ 2016, khususnya bagi teman-teman Geotekwarrior yang selalu memberikan bantuan, dukungan dan motivasi.
6. Sahabat Fortension, khususnya Santika Purwitaningsih ST, yang selalu bersedia meluangkan waktu untuk berbagi cerita,
viii
pengalaman serta turut membantu menyukseskan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh dosen dan karyawan Departemen Teknik Sipil atas seluruh bantuan, bimbingan, dan dukungan yang diberikan dalam penyusunan buku Tugas Akhir ini.
8. PT. Waskita Karya atas kemudahan perijinan dan data yang diberikan selama melakukan penyusunan Tugas Akhir.
9. GFRIEND yang telah membeikan Spirit Booster serta teman- teman dan “adik-adik”ku sebagai Mood Booster dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
10. Serta pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu atas semua bantuan dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini.
Tak ada gading yang tak retak, penulis menyadari bahwa buku ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Semoga buku ini dapat memberikan manfaat baik bagi penulis maupun bagi pembaca.
Wassalamualaikum Wr. Wb.
ix
PERENCANAAN PERBAIKAN TANAH DASAR DAN PERKUATAN STABILITAS TIMBUNAN JALAN TOL KRIAN-LEGUNDI-BUNDER-MANYAR STA 2+650 s.d
3+250
Nama Mahasiswa : Ocvan Helmi Nugroho
NRP : 03111645000052
Jurusan : Teknik Sipil FTSLK-ITS Dosen Pembimbing : Ir. Suwarno, M.Eng
Prof. Ir. Indrasurya B. Mochtar, MSc. PhD Abstrak
Tol Krian Legundi Bunder Manyar memiliki tinggi timbunan yang bervariasi dengan kedalaman tanah keras yang bervariasi pula, sehingga perlu direncanakan perbaikan tanah dasar dan perkuatan timbunan agar dapat menahan beban dan tidak terjadi kegagalan konstruksi seperti kelongsoran.
Metode yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah menggunakan Prefabricated Vertical Desain (PVD) dengan pre- loading sebagai upaya perbaikan tanah dasar serta Geotextile atau Micropile sebagai perkuatan stabilitas timbunan. Pre-loading berguna untuk memberikan tekanan pada tanah sehingga air dari dalam tanah dapat keluar dan tanah menjadi padat dan lebih kuat sedangkan PVD digunakan untuk mempercepat proses keluarnya air dari dalam tanah sehingga tanah memadat lebih cepat.
Geotextile digunakan untuk menahan internal stability sehingga tanah tidak rawan longsor. Geotextile akan dipasang lapis demi lapis dengan tebal lapis yang sudah direncanakan dalam timbunan dengan panjang geotextile setiap lapisan harus memotong bidang longsor timbunan dengan panjang tertentu. Micropile berguna untuk menahan overall stability, sehingga tanah tidak rawan guling. Pemasangan micropile dilakukan setiap meter dengan pola bersilang dan kedalaman tiap micropile yang terpasang harus
x
melewati bidang longsor timbunan sedalam bidang longsor Safety Factor yang direncanakan.
Output yang didapat dari Tugas Akhir ini adalah formula lama waktu pemadatan dengan dan tanpa PVD serta kebutuhan geotextile atau micropile pada timbunan dengan ketinggian antara 4 meter hingga 14 meter dengan kedalaman tanah keras di lapangan.
Kata Kunci: Pre-loading, PVD, Geotextile, Micropile, Tol Krian- Legundi-Bunder-Manyar
xi
SUBGRADE IMPROVEMENT AND REINFORCEMENT FOR SLOPE STABILITY DESIGN ON KRIAN-LEGUNDI- BUNDER-MANYAR HIGHWAY STA 2+650 TO STA 3+250
Name : Ocvan Helmi Nugroho
SRN : 03111645000052
Department : Civil Engineering FTSLK-ITS Advisor : Ir. Suwarno, M.Eng
Prof. Ir. Indrasurya B. Mochtar, MSc. PhD Abstract
Krian-Legundi-Bunder-Manyar Highway has various piles and has various height of hard soil. It is necessary to repair the base ground and strengthen the slope to withstand the loads and to avoid construction failures such as landslides.
The method employed in this Final Project was Prefabricated Vertical Design (PVD) with pre-loading to repair the base ground and Geotextile or Micropile to strengthen the stability of the slope. 'Pre-loading' was used to put pressure on the ground so water from the soil can come out and the ground will be solid and stronger, while PVD was used to speed up the process of water discharge to the ground will solids faster. Geotextile was used to hold the internal stability to avoid landslides. Geotextile will be installed layer by layer. The thickness of each layer has already planned and the length of each geotextile must cut through the landslide surfaces with the certain length. Micropile was used to hold the overall stability to avoid the ground rolled over. The micropile was installed in each meter with crossed pattern. The height of each micropile must cut through the landslide surface as deep as the planned Safety Factor of the landslide surface.
The output obtained from this Final Project is the formula of compaction time when using PVD and without using PVD and the need of Geotextile or Micropile on a pile that has an altitude
xii
between 4 meters to 14 meters with a depth of hard ground in the field.
Keywords: Pre-loading, PVD, Geotextile, Micropile, Krian- Legundi-Bunder-Manyar Highway
xiii Daftar Isi
Daftar Isi ... vii
Daftar Gambar ... xvii
Daftar Tabel ... xix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 4
1.3. Tujuan ... 4
1.4. Batasan Masalah ... 5
1.5. Manfaat ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1. Tanah Lempung dan Karakteristiknya ... 7
2.2. Pemampatan Tanah ... 7
2.2.1. Penurunan Konsolidasi Primer ... 10
2.3. Waktu Pemampatan ... 11
2.4. Preloading ... 13
2.5. Timbunan Bertahap ... 13
2.5.1. Penentuan H-Inisial ... 13
2.5.2. Penentuan H-Kritis ... 14
2.5.3. Distribusi dan Perubahan Tegangan ... 14
2.5.4. Peningkatan Daya Dukung Tanah ... 14
2.5.5. Penurunan Konsolidasi Timbunan Bertahap ... 14
2.6. Penggunaan Prefabricated Vertical Drain (PVD) ... 14
2.6.1. Penentuan Kedalaman PVD ... 15
2.6.2. Pola Pemasangan PVD ... 15
2.6.3. Waktu Pemampatan dengan PVD ... 16
2.7. Stabilitas Timbunan ... 18
2.7.1. Permodelan Timbunan ... 18
2.7.2. Perkuatan Geotextile ... 19
2.7.3. Perkuatan Micropile ... 21
xiv
BAB III METODOLOGI ... 23
3.1. Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir ... 23
3.2. Study Literatur ... 24
3.3. Pengumpulan Data ... 25
3.4. Perhitungan Besar Pemampatan ... 25
3.5. Perhitungan Waktu Pemampatan ... 25
3.6. Perhitungan Stabilitas Timbunan ... 25
3.7. Kesimpulan ... 25
BAB IV ANALISIS DATA ... 27
4.1. Data Tanah Dasar ... 27
4.2. Data Tanah Timbunan ... 28
4.3. Data Spesifikasi Bahan ... 28
4.3.1. PVD ... 28
4.3.2. Geotekstile ... 28
4.3.3. Micropile ... 28
BAB V PERENCANAAN TIMBUNAN ... 29
5.1. Perhitungan Besar Pemampatan Tanah ... 29
5.2. Perhitungan Tinggi Timbunan ... 31
5.3. Perhitungan Waktu Pemampatan ... 35
BAB VI PERENCANAAN PERBAIKAN TANAH DASAR .... 39
6.1. Percepatan Waktu Konsolidasi Menggunakan PVD ... 39
6.1.1. Perencanaan PVD Pola Segitiga ... 39
6.1.2. Perencanaan PVD Pola Segi Empat... 41
6.2. Perencanaan Timbunan Bertahap ... 42
6.3. Perhitungan Kenaikan Daya Dukung Tanah ... 43
BAB VII PERENCANAAN PERKUATAN STABILITAS TIMBUNAN... 47
7.1. Permodelan Timbunan Dengan Program Geo-Studio ... 47
7.2. Hasil Analisa Geo-Studio ... 47
7.3. Perkuatan Menggunakan Micropile ... 48
7.4. Perkuatan Menggunakan Geotekstile ... 50
BAB VIII PENUTUP ... 55
xv
8.1. Kesimpulan ... 55 8.2. Saran ... 56 DAFTAR PUSTAKA... 57
xvi
Halaman ini sengaja dikosongkan
xvii Daftar Gambar
Gambar 1.1 Lokasi Jalan Tol KLBM ... 3
Gambar 1.2 Jalan Tol KLBM STA 0+000 s.d 29+200 ... 3
Gambar 1.3 Jalan Tol KLBM STA 2+650 s.d 3+250 ... 4
Gambar 2.1 Karakteristik Tanah ... 7
Gambar 2.2 Penurunan Tanah Dasar Akibat Pemampatan ... 8
Gambar 2.3 Immediate Settlement ... 9
Gambar 2.4 Penurunan Konsolidasi ... 9
Gambar 2.5 Timbunan Bertahap ... 13
Gambar 2.6 Proses Keluarnya Air dengan dan tanpa PVD ... 15
Gambar 2.7 Pola Pemasangan PVD ... 16
Gambar 2.8 Diameter Equivalen PVD ... 18
Gambar 2.9 Rekayasa Kestabilan Timbunan ... 18
Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Tugas Akhir ... 24
Gambar 7.1 Hasil Permodelan Geo-Studio ... 47
xviii
Halaman ini sengaja dikosongkan
xix Daftar Tabel
Tabel 2.1 Variasi Faktor Waktu Terhadap Derajat Konsolidasi . 12
Tabel 4.1 Rekapitulasi data tanah compressible ... 27
Tabel 5.1 Tabel Perhitungan Tinggi Timbunan ... 33
Tabel 5.2 Tabel Tinggi Timbunan ... 35
Tabel 5.3 Tabel Waktu Konsolidasi ... 36
Tabel 6.1 Jadwal Penimbunan ... 43
Tabel 7.1 Perhitungan Geotekstile ... 51
Tabel 7.2 Kebutuhan Perkuatan Tanah ... 53
xx
Halaman ini sengaja dikosongkan
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Kabupaten Gresik dan Sidoarjo dikenal sebagai daerah yang memiliki pergerakan ekonomi yang baik di sektor industri. Banyak sekali industri kecil maupun besar terdapat dalam kedua kabupaten tersebut. Sebagai daerah industri, tentu banyak kendaraan kecil maupun besar berlalu lalang, dari kendaraan besar untuk distribusi barang-barang industri maupun kendaraan-kendaraan kecil yang sekadar lewat atau melakukan kunjungan industri. Keadaan inilah yang membuat jalan antara Kabupaten Gresik hingga Sidoarjo cenderung padat.
Selama ini akses yang tersedia antara kedua kabupaten adalah jalan nasional. namun seiring dengan berkembangnya industri antar kedua kabupaten membuat volume kendaraan yang berlalu lalang semakin meningkat. Hal ini membuat jalan antara Kabupaten Gresik dan Sidoarjo sering mengalami kemacetan. Pelebaran jalan sudah tidak bisa dilakukan karena keterbatasan lahan. Maka dari itu, diperlukan pembangunan jalan tol yang menghubungkan Kabupaten Gresik hingga Kabupaten Sidoarjo, yang selanjutnya dinamakan Proyek Pembangunan Jalan Tol Krian-Legundi-Bunder-Manyar.
Jalan Tol Krian-Legundi-Bunder-Manyar (KLBM) adalah jalan tol yang menghubungkan kedua kabupaten antara Krian, Sidoarjo hingga Manyar, Gresik. Dalam proses pembangunannya, jalan tol ini dibagi ke dalam 4 seksi. Seksi I dari STA 0+000 – 9+600, Seksi II dari STA 9+600 – 18+600, Seksi III dari STA 18+600 – 29+100, dan Seksi IV dari STA 29+100 – 38+290.
Jalan Tol Krian-Legundi merupakan Seksi I dari Proyek Pembangunan Jalan Tol Krian-Legundi-Bunder-Manyar.
Jalan tol ini rencananya akan dibangun diatas timbunan yang bervariasi. Selain itu, jalan tol ini dibangun diatas tanah lempung lunak dengan kedalaman yang relatif dalam. Apabila suatu timbunan tinggi dibangun di atas tanah dasar yang relatif lunak dan memiliki daya dukung tanah yang rendah, maka keberadaan tanah lunak akan mempengaruhi kestabilan timbunan di atasnya. Kestabilan timbunan ini dapat menyebabkan kelongsoran hingga kerusakan jalan akibat terjadinya penurunan yang tidak sama antara satu titik dengan titik lainnya. Oleh sebab itu, perlu dilakukan perbaikan tanah dasar dan perkuatan stabilitas timbunan pada Jalan Tol Krian- Legundi-Bunder-Manyar.
Perbaikan tanah dasar akan dilakukan menggunakan metode Prefabricated Vertical Drain (PVD) dan Preloading.
Preloading digunakan untuk mengaplikasikan beban ke tanah agar tanah dapat terkonsolidasi sebelum siap digunakan, sedangkan penggunaan PVD dilakukan untuk mempersingkat durasi konsolidasi. Pada pemasangan PVD akan direncanakan menggunakan kedalaman yang bervariasi untuk menemukan kedalaman yang paling efektif. Sedangkan untuk perkuatan stabilitas timbunan akan dilakukan 2 alternatif, yaitu menggunakan Geotextile dan Micropile. Pemilihan Geotextile dan Micropile disebabkan kedua metode itu mudah diaplikasikan dan dinilai cocok untuk diaplikasikan ke lapangan. Dari kedua alternatif itu akan dipilih mana yang paling optimum dari segi biaya material.
Pada Tugas Akhir ini, penulis akan merencanakan perbaikan tanah dasar dan perkuatan stabilitas timbunan pada Jalan Tol Krian-Legundi STA 2+650 sampai dengan STA 3+250. Hal ini disebabkan karena pada STA 2+650 sampai dengan STA 3+250 memiliki kedalaman tanah lunak yang dalam, bahkan hingga sampai 40 meter dengan tinggi timbunan yang tinggi hingga 16 meter, sehingga penulis beranggapan pada jalan tol dengan STA 2+650 sampai dengan
STA 3+250 bisa digunakan sebagai sampel untuk perencanaan jalan-jalan sekitarnya. Lokasi jalan tol Krian- Legundi-Bunder-Manyar dapat dilihat pada gambar 1.1, gambar 1.2 dan gambar 1.3.
Gambar 1. 1 Lokasi Jalan Tol KLBM (Sumber : Google Earth)
Gambar 1. 2 Jalan Tol KLBM STA 0+000 s.d 29+200 (Sumber : Google Earth)
Gambar 1. 3 Jalan Tol KLBM STA 2+650 s.d 3+250 (Sumber : Google Earth)
1.2. Rumusan Masalah
Permasalahan yang dibahas dari Tugas Akhir ini adalah : 1. Berapa besar pemampatan tanah dasar pada jalan tol
Krian-Legundi STA 2+650 – STA 3+250?
2. Berapa lama waktu normal yang dibutuhkan untuk pemampatan?
3. Bagaimana pola pemasangan, jarak, dan kedalaman efektif dari pemasangan PVD pada jalan tol STA 2+650 – STA 3+250?
4. Berapa jumlah micropile yang dibutuhkan sebagai penguatan stabilitas timbunan pada jalan tol Krian- Legundi STA 2+650 – STA 3+250?
5. Berapa jumlah dan panjang geotextile yang dibutuhkan sebagai penguatan stabilitas timbunan pada jalan tol Krian-Legundi STA 2+650 – STA 3+250?
1.3. Tujuan
Tujuan dari penyusunan Tugas Akhir ini adalah :
1. Mengetahui besar pemampatan yang terjadi pada tanah dasar jalan tol Krian-Legundi STA 2+650 – STA 3+250.
2. Mengetahui lama waktu pemampatan pada timbunan jalan tol Krian-Legundi STA STA 2+650 – STA 3+250.
3. Mengetahui pola pemasangan, jarak, dan kedalaman efektif dari pemasangan PVD pada jalan tol Krian- Legundi STA 2+650 – STA 3+250.
4. Mendapatkan jumlah dan pola pemasangan micropile yang dibutuhkan sebagai penguatan stabilitas timbunan pada jalan tol Krian-Legundi STA 2+650 – STA 3+250.
5. Mendapatkan jumlah dan panjang geotextile yang dibutuhkan sebagai penguatan stabilitas timbunan pada jalan tol Krian-Legundi STA 2+650 – STA 3+250.
1.4. Batasan Masalah
Batasan yang dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah:
1. Tidak meninjau konstruksi perkerasan jalan 2. Tidak meninjau underpass dan box culvert 3. Tidak membahas drainase jalan
4. Tidak meninjau biaya metode konstruksi 1.5. Manfaat
Dapat menjadi rujukan terhadap metode perbaikan tanah dan perkuatan stabilitas timbunan yang diterapkan pada proyek pembangunan jalan tol Krian-Legundi-Bunder- Manyar.
Halaman ini sengaja dikosongkan
7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tanah Lempung dan Karakteristiknya
Gambar 2. 1 Karakteristik Tanah (Sumber : www.geologinesia.com)
Tanah lempung adalah tanah yang memiliki partikel-partikel mineral tertentu yang menghasilkan sifat plastis pada tanah bila dicampur dengan air (Grim, 1953). Tanah Lempung terdiri dari butiran-butiran yang sangat kecil (<0,002 mm). Dan menunjukkan sifat-sifat plastisitas dan kohesi. Plastisitas adalah sifat yang memungkinkan perubahan bentuk tanpa ada pengurangan isi dan tak dapat kembali seperti semula, sedangkan kohesi adalah sifat partikel-partikel pada tanah lempung yang saling melekat satu sama lain. Permeabilitas tanah lempung sangat rendah, sehingga air susah masuk ataupun keluar melewati tanah lempung dan menyebabkan proses konsolidasi yang lama.
2.2. Pemampatan Tanah
Pemampatan tanah adalah keadaan ketika pori-pori dalam tanah mengecil yang menyebabkan tanah menjadi lebih padat. Hal ini disebabkan oleh penambahan beban pada tanah, sehingga membuat partikel-partikel tanah terdesak satu sama lain. Partikel- partikel tanah yang terdesak memaksa air dan udara dalam tanah
keluar. Air dan udara sebagai pengisi pori akan diisi oleh tanah sehingga tanah menjadi lebih padat.
Gambar 2. 2 Penurunan Tanah Dasar Akibat Pemampatan (Sumber : Modul Ajar Metode Perbaikan Tanah, 2012) Dari gambar 2.2 dapat kita lihat bahwa pemampatan dalam tanah membuat adanya penurunan tanah (settlement). Penurunan ini seringkali terjadi secara bersamaan, namun dalam beberapa kondisi, kadang penurunan berbeda antara satu titik dengan titik yang lain. Secara umum, penurunan pada tanah dibagi menjadi dua kelompok, yaitu :
a. Penurunan Segera (Immediate Settlement)
Penurunan yang terjadi segera setelah beban diberikan dan terjadi dalam waktu singkat. Penurunan ini diakibatkan karena perubahan elastisitas tanah tanpa perubahan kadar air (gambar 2.3). Dalam prakteknya, sangat sulit memperkirakan besarnya penurunan segera, hal ini disebabkan karena dalam kondisi di lapangan, tanah tidak homogen sehingga modulus elastisitasnya bervariasi.
Gambar 2. 3 Immediate Settlement
(Sumber : ppt settlement of shallow foundation UBN) b. Penurunan Konsolidasi
Penurunan yang terjadi akibat keluarnya air dalam pori- pori tanah (gambar 2.4). Waktu penurunan konsolidasi terjadi dalam durasi yang lama, biasanya membutuhkan waktu berbulan-bulan bahkan bertahun-tahun.
Gambar 2. 4 Penurunan Konsolidasi
(Sumber : Foundation Settlement by Dr. S. K. Prasad, Profesor of Civil Engineering S. J. College of Engineering, Mysore)
Penurunan total dari tanah berbutir halus adalah jumlah dari penurunan segera dan penurunan konsolidasi. Penurunan Konsolidasi pun dibedakan menjadi dua yaitu penurunan akibat konsolidasi primer dan konsolidasi sekunder.
2.2.1. Penurunan Konsolidasi Primer
Penurunan Konsolidasi Primer adalah penurunan tanah yang disebabkan oleh adanya penurunan kadar air dalam tanah akibat beban dari timbunan setinggi H di atas tanah lunak yang akan menyebabkan terjadinya penambahan tegangan pada tanah dasar.
Terdapat dua jenis konsolidasi berdasarkan tegangan yang diakibatkan, yaitu :
a. Tanah terkonsolidasi secara normal (Normally Consolidated Soil), dimana tegangan overburden efektif pada saat ini adalah merupakan tegangan maksimum yang pernah dialami oleh tanah tersebut.
b. Tanah terkonsolidasi lebih (Over Consolidated Soil), dimana tegangan overburden efektif lebih kecil daripada tegangan yang pernah diterima oleh tanah.
Tanah diklasifikasikan sebagai NC (Normally Consolidated) Soil atau OC (Over Consolidated) Soil tergantung kepada nilai Over Consolidated Ratio (OCR). OCR adalah perbandingan antara tegangan overburden sebelum dengan tegangan overburden saat ini, jika nilai OCR = 1 maka tanah diklasifikasikan NC Soil, jika OCR > 1 maka diklasifikan sebagai OC Soil.
Besar penurunan konsolidasi pada tanah lempung setebal H dapat dihitung dengan persamaan :
a. Untuk tanah Normally Consolidated (NC Soil)
𝑆𝑐 =𝐶𝑐.𝐻0
1+𝑒0. log𝜎𝑣𝑜′+∆𝜎
𝜎𝑣𝑜′
b. Untuk tanah Over Consolidated (OC Soil)
σvo'+Δσ ≤ σc 𝑆𝑐 =𝐶𝑠.𝐻0
1+𝑒0. log𝜎𝑣𝑜′+∆𝜎
𝜎𝑣𝑜′
σvo'+Δσ > σc 𝑆𝑐 =𝐶𝑠.𝐻0
1+𝑒0. log 𝜎𝑐
𝜎𝑣𝑜′+𝐶𝑐.𝐻0
1+𝑒0. log𝜎𝑣𝑜′+∆𝜎
𝜎𝑜′
dimana:
Sc = Besar penurunan Cc = Indeks pemampatan Cs = Indeks pemuaian eo = Angka pori
σo = Tegangan overburden efektif Δσ = Penambahan tekanan vertikal σc = Tekanan prakonsolidasi 2.3. Waktu Pemampatan
Proses pemampatan dalam tanah lempung umumnya terjadi dalam waktu yang lama. Perbandingan antara pemampatan tanah pada waktu tertentu dengan pemadatan total dinamakan dengan derajat konsolidasi. Adapun nilai derajat konsolidasi dirumuskan sebagai berikut :
a. Derajat konsolidasi antara 0% s.d 60%
𝑈 = (2√𝑇
𝜋) . 100%
b. Derajat konsolidasi diatas 60%
𝑈 = (100 − 𝑎)%
Dari kedua persamaan tersebut didapatkan variasi faktor waktu terhadap derajat konsolidasi yang terdapat pada tabel 2.1 sebagai berikut :
Tabel 2. 1 Variasi Faktor Waktu Terhadap Derajat Konsolidasi (Sumber : www.geologinesia.com)
U % T
0 0
10 0,008
20 0,031
30 0,071
40 0,126
50 0,196
60 0,283
70 0,403
80 0,567
90 0,848
100 -
Pemampatan konsolidasi lapisan tanah dasar yang terjadi karena keluarnya air pori ke lapisan yang lebih porous, yaitu ke atas atau ke bawah saja (singgle drainage) maupun ke atas dan ke bawah (double drainage).
Waktu pemampatan dapat diasumsikan sebagai berikut : 𝑡 =𝑇(𝐻𝑑𝑟)2
𝐶𝑣 dimana:
t = waktu konsolidasi T = faktor waktu
Hdr = jarak terjauh air pori di lapisan tanah
. untuk keluar
Cv = koefisien konsolidasi akibat aliran air
. pori arah vertikal
Waktu pemampatan tergantung pada koefisien konsolidasi (Cv). Pada tanah dengan Cv yang berbeda-beda maka digunakan Cv gabungan. Harga Cv gabungan dapat dihitung sebagai berikut :
𝐶𝑣𝑔𝑎𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = (𝐻1+ 𝐻2+ 𝐻3+. . . +𝐻𝑛)2 [ 𝐻1
√𝐶𝑣1+ 𝐻2
√𝐶𝑣2+ 𝐻3
√𝐶𝑣3+. . . + 𝐻𝑛
√𝐶𝑣𝑛]
2
2.4. Preloading
Preloading adalah beban yang diberikan berupa timbunan tanah yang digunakan untuk pemampatan. Dengan adanya preloading, tanah akan memampat karena menerima beban sehingga tanah memadat dan daya dukungnya akan berubah.
2.5. Timbunan Bertahap
Dalam pelaksanaan di lapangan, timbunan dilaksanakan tidak langsung sesuai dengan tinggi awal rencana, namun dilakukan penimbunan setinggi H meter setiap minggu, hal ini dilakukan karena daya dukung tanah akan meningkat seiring dengan waktu sehingga tanah dapat menahan beban dari timbunan.
Gambar 2. 5 Timbunan Bertahap
(Sumber : Modul Ajar Metode Perbaikan Tanah, 2012) 2.5.1. Penentuan H-Inisial
Tinggi timbunan awal tidak sama dengan tinggi timbunan rencana, hal ini disebabkan karena adanya penurunan tanah akibat konsolidasi. H Inisial adalah tinggi awal timbunan yang didapat dengan menjumlahkan tinggi rencana ditambah dengan tinggi konsolidasi yang terjadi. Sehingga :
𝐻𝑖𝑛𝑖𝑠𝑖𝑎𝑙 = 𝐻 + 𝑆𝑐 2.5.2. PenentuanH-Kritis
Tinggi timbunan kritis adalah tinggi timbunan dimana stabilitas timbunan memiliki angka keamanan 1 atau timbunan akan mengalami kegagalan. Tinggi timbunan ini berguna untuk menentukan tinggi maksimal timbunan lapisan pertama yang dapat dikerjakan dalam tanah tersebut.
2.5.3. Distribusi dan Perubahan Tegangan
Tegangan akan mengalami perubahan akibat penambahan timbunan per minggu. Setiap lapis timbunan akan memberikan distribusi beban dan tegangan yang berbeda ke tanah dasar sesuai dengan umur timbunan.
2.5.4. Peningkatan Daya Dukung Tanah
Daya dukung tanah dasar dapat meningkat akibat penambahan timbunan yang menyebabkan beban semakin besar. Beban tersebut menyebabkan pemampatan tanah dan meningkatkan daya dukungnya.
2.5.5. Penurunan Konsolidasi Timbunan Bertahap
Penurunan konsolidasi akibat timbunan bertahap dihitung setiap lapisan, dengan cara seperti perhitungan timbunan biasa.
2.6. Penggunaan Prefabricated Vertical Drain (PVD)
Lamanya waktunya pemampatan tanah lunak disebabkan karena lamanya proses air pori keluar dari tanah secara vertikal.
Hal ini menyebabkan pelaksanaan konstruksi tidak berjalan efektif karena membutuhkan waktu hingga berbulan-bulan. Untuk mempercepat proses keluarnya air pori, maka digunakanlah Prefabricated Vertical Drain (gambar 2.6). Prefabricated Vertical Drain (PVD) adalah bahan geosynthetics yang diproduksi di pabrik, bahan ini dapat mengalirkan air dengan sangat baik.
Dengan menggunakan PVD, air pori tanah tidak hanya mengalir keluar ke arah vertical saja, namun juga ke arah horizontal. PVD
akan ditanam di tanah sampai kedalaman yang dapat terkompresi.
Preloading pada tanah akan memampatkan tanah dan memaksa air pori untuk keluar. Air pori akan mencari jalan terpendek untuk keluar, yaitu melalui PVD.
Gambar 2. 6 Proses Keluarnya Air dengan dan tanpa PVD (Sumber : http://www.retech.in/prefa.html)
2.6.1. Penentuan Kedalaman PVD
PVD dipasang hingga kedalaman tanah compressible untuk memudahkan air pori untuk keluar. Namun, dengan mempertimbangkan waktu dan biaya, PVD dapat dipasang tidak sampai tanah compressible. Hal ini terjadi jika penurunan tanah yang terjadi setelah pemasangan PVD (Secondary Settlement) tidak mencapai lebih dari 2,5 cm per tahun. Kedalaman PVD dikatakan optimal jika penurunan setelah pemasangan PVD kurang dari 2,5 cm per tahun.
2.6.2. Pola Pemasangan PVD
Pemasangan PVD memiliki pola tertentu untuk membagi catchment area dari air pori yang akan keluar. Pola-pola ini mengacu pada titik-titik pemasangan PVD sehingga membentuk pola tertentu. Hingga saat ini terdapat dua pola dalam pemasangan
PVD, yaitu pola segitiga dan pola segi empat. Masing-masing pola memiliki kelebihan dan kekurangan tersendiri tergantung kondisi di lapangan. Ilustrasi pola segitiga dan segi empat dijelaskan dalam gambar 2.7
Gambar 2. 7 Pola Pemasangan PVD (Sumber : Stabilisasi Tanah Hidrolis : PVD) 2.6.3. Waktu Pemampatan dengan PVD
Pemasangan PVD atau sistem drainase vertikal diharapkan dapat mempercepat keluarnya air pori dan konsolidasi dari tanah kompresif sehingga dapat memperpendek periode konstruksi.
Sistem drainase vertikal telah dijelaskan oleh Barron (1948) berdasarkan teori aliran arah vertikal yang menggunakan asumsi teori Terzaghi tentang konsolidasi linier satu dimensi. Teori Barron menjelaskan beberapa anggapan yaitu :
1. Lempung jenuh air dan homogen
2. Semua regangan tekan dalam tanah bekerja secara vertikal
3. Aliran air pori horizontal, tidak ada aliran arah vertikal 4. Kebenaran hukum Darcy tentang koefisien
permeability pada semua lokasi
5. Air dan butiran tanah relatif tidak termampatkan dibandingkan dengan ketidakmampumampatan struktur susunan partikel tanah lempung.
6. Beban tambahan pada mulanya diterima oleh air pori sebagai tegangan air pori (U)
7. Pada vertical drain, tidak terjadi tegangan pori yang melebihi tegangan hidrostatis.
8. Daerah pengaruh aliran dari setiap drain berbentuk silinder.
Teori ini menetapkan hubungan antara waktu, diameter drain, jarak antar drain, koefisien konsolidasi, dan rata-rata derajat konsolidasi. Penentuan waktu konsolidasi dari teori ini dapat dibuat dengan persamaan sebagai berikut:
𝑡 = 𝐷2
8𝐶ℎ. 𝐹(𝑛). ln 1 1 − 𝑈ℎ
Pada 1979, Hansbo mengembangkan teori Barron tentang PVD. Pada dasrnya, teori Hansbo mendekati teori Baron, tetapi lebih disederhanakan dengan memasuki dimensi fisik dan karakteristik dari PVD. Sehingga didapatkan :
𝑡 = 𝐷2
8𝐶ℎ. (𝐹(𝑛) + 𝐹𝑠 + 𝐹𝑟). ln 1 1 − 𝑈ℎ
dimana:
t = waktu yang diperlukan untuk mencapai Uh D = diameter ekivalen lingkaran tanah daerah
. pengaruh vertical drain
Ch = koefisien konsolidasi akibat aliran air pori arah
. horizontal
F(n)= faktor hambatan karena jarak antar PVD Fs = faktor hambatan tanah
Fr = faktor hambatan akibat PVD
Uh = derajat konsolidasi akibat aliran air pori arah . horizontal
Gambar 2. 8 Diameter Equivalen PVD
(Sumber : Modul Ajar Metode Perbaikan Tanah, 2012) 2.7. Stabilitas Timbunan
Kestabilan timbunan merupakan faktor penting dalam perencanaan, karena berhubungan dengan keamanan bangunan di atasnya. Maka dari itu, perlu direncanakan perkuatan timbunan agar tidak longsor.
Gambar 2. 9 Rekayasa Kestabilan Timbunan (Sumber : Modul Ajar Metode Perbaikan Tanah, 2012) 2.7.1. Permodelan Timbunan
Dalam perencanaan stabilitas, dilakukan permodelan timbunan pada suatu program, dalam hal ini digunakan program
XSTABL untuk memodelkan dan mencari gaya-gaya yang bekerja pada timbunan.
XSTABL adalah program bantu yang digunakan untuk mendapatkan gaya-gaya yang bekerja pada timbunan. Dari program bantu XSTABL, akan didapatkan data sebagai berikut :
Momen Dorong
Momen Tahan
Safety Faktor
Titik Pusat Bidang Longsor
SF dari timbunan biasanya akan memiliki nilai yang lebih kecil dari SF rencana, maka perlu adanya perkuatan pada timbunan senilai selisih momen tahan dari SF timbunan dengan SF rencana.
2.7.2. Perkuatan Geotextile
Geotextile adalah salah satu geosyntethics yang berguna sbagai penyaring dan penahan partikel tanah halus supaya tidak terbawa oleh aliran rembesan tanah, serta mencegah erosi dan gerusan.
Perencanaan geotextile sebagai perkuatan tergantung dari besar peningkatan momen tahan serta radius garis longsor.
Kekuatan tarik geotextile akan direduksi oleh beberapa faktor keamanan. Sehingga :
𝑇𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤= 𝑇𝑢𝑙𝑡
𝐹𝑆𝐼𝐷. 𝐹𝑆𝐶𝑅. 𝐹𝑆𝐶𝐷. 𝐹𝑆𝐵𝐷 dimana:
Tallow = Kekuatan geotextile yang digunakan Tult = Kekuatan tarik maksimum
FSID = Faktor keamanan akibat kerusakan saat
. pemasangan
FSCR = Faktor keamanan akibat rangkak
FSCD = Faktor keamanan akibat bahan-bahan
. kimia
FSBD = Faktor keamanan akibat aktifitas
. biologi dalam tanah
Kekuatan tahanan geotextile berbeda setiap lapis sesuai dengan radius antara geotextile dengan titik pusat bidang longsor.
Pemasangan geotextile adalah lapis demi lapis dari tanah dasar dengan ketebalan tiap lapis adalah H meter sampai kedalaman bebas timbunan. Pemasangan geotextile hanya dibatasi sampai 2 lembar per lapis untuk mencegah terjadinya reduksi kekuatan akibat gesekan antar geotextile. Jumlah pemasangan geotextile akan dirasa cukup setelah peningkatan kekuatan tahan yang diberikan geotextile lebih besar daripada peningkatan kekuatan tahan rencana.
Dalam pemasangan geotextile, panjang geotextile yang dibutuhkan harus melewati bidang longsor, sehingga kebutuhan panjang geotextile tiap lapisan dapat dihitung sebagai berikut:
a. Di belakang bidang longsor 𝐿𝑒= 𝑇𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤. 𝑆𝐹
(𝜏1+ 𝜏2). 𝐸 b. Di depan bidang longsor
𝐿𝑑 = (𝐻 − 𝑍) tan(45 − ∅ 2⁄ ) c. Lipatan
𝐿𝑜 =1 2 𝐿𝑒
Sehingga panjang geotextile yang dibutuhkan tiap lapisan adalah :
𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐿𝑒+ 𝐿𝑑+ 𝐿𝑜
2.7.3. Perkuatan Micropile
Penggunaan micropile dimaksudkan untuk menaikkan tahanan geser tanah, sehingga dapat menaikkan daya dukung tanah.
Mochtar, I.B (2000) mengembangkan teori untuk konstruksi micropile dengan menggunakan asumsi sebagai berikut :
1. Kelompok micropile dianggap sebagai kelompok tiang dengan “rigid cap” di muka tanah yang menerima gaya horizontal.
2. Gaya horizontal merupakan tegangan geser yang terjadi di sepanjang bidang longsor.
Sesuai dengan syarat kestabilan lereng, harga angka keamanan dari kestabilan lereng yang telah diberikan micropile harus direncanakan sekurang-kurangnya 1,1 untuk kondisi dengan beban kendaraan dan sekurang-kurangnya 1,5 untuk kondisi hanya beban timbunan saja.
Untuk menghitung kekuatan micropile, terlebih dahulu harus ditentukan faktor kekuatan relatif (T) dari micropile seperti yang telah dijelaskan dalam NAVFAC DM-7, 1971, yaitu :
𝑇 = (𝐸𝐼 𝑓)
1 5
Harga f didapat dengan bantuan grafik hubungan antara f dengan unconfined compression strength. Harga T yang telah diperoleh dipakai untuk menghitung gaya horizontal yang mampu ditahan oleh satu tiang (P) dengan formula:
𝑃 = 𝑀𝑝 𝐹𝑀. 𝑇 dimana :
T = faktor kekuatan relatif E = modulus elastisitas tiang
I = momen inersia tiang
f = koefisien variasi modulus tanah
P = gaya horizontal yang diterima micropile Mp = momen lentur akibat beban P
FM = koefisien momen gaya lateral P
Harga FM ditentukan dengan menggunakan grafik dengan terlebih dahulu merencakan panjang micropile yang tertahan di bawah bidang gelincir (L).
Untuk menghitung banyak micropile per satuan panjang, pertama ditentukan gaya horizontal tambahan pada bidang gelincir (Pt) yang diperlukan untuk menambah kekuatan geser tanah. Gaya horizontal tersebut kemudian direncanakan untuk dipikul oleh cerucuk. Untuk itu, momen dorong (MD) yang terjadi akibat beban timbunan dan beban yang lainnya perlu dihitung. Kemudian, dapat dihitung kebutuhan micropile dengan rumus:
𝑛 = 𝑃𝑡 𝑃𝑚𝑎𝑘𝑠
23 BAB III METODOLOGI
3.1. Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir
Berikut ini merupakan uraian tahapan pengerjaan tugas akhir.
Adapun diagram alir dari pengerjaan tugas akhir adalah seperti dalam gambar 3.1
Study Literatur
Pengumpulan Data 1. Data Tanah 2. Long Section 3. Cross Section
Perhitungan Besar Pemampatan
10T 15T 20T 25T 30T
Perhitungan H initial dan H final
4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 11m 12m 13m 14m
A
Gambar 3. 1 Diagram Alir Metodologi Tugas Akhir
3.2. Study Literatur
Study literatur adalah pengumpulan referensi-referensi yang ada terkait perencanaan pengerjaan yang dalam hal ini digunakan sebagai acuan dalam proses pengerjaan tugas akhir, antara lain :
Teori pemadatan dan daya dukung tanah
Teori pemampatan tanah menggunakan Prefabricated Vertica Drain (PVD) dan Preloading
Teori perkuatan stabilitas timbunan menggunakan geotekstile
Teori perkuatan stabilitas tanah menggunakan micropile
Perhitungan Waktu Pemampatan
Tanpa PVD Dengan PVD
Pola Segitiga Pola Segi Empat
Perkuatan Stabilitas Timbunan
Micropile Geotextile
Kesimpulan
3.3. Pengumpulan Data
Data-data yang digunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini didapatkan dari PT Waskita Karya proyek Jalan Tol Krian Legundi Bunder Manyar (KLBM) meliputi :
Data Tanah
Gambar Layout Jalan
Gambar Cross Section Jalan 3.4. Perhitungan Besar Pemampatan
Perhitungan besar pemampatan tanah dasar yang berguna untuk mengetahui besar penurunan tanah sehingga dapat digunakan untuk menentukan tinggi awal perencanaan (H inisial) agar ketika timbunan sudah selesai mengalami penurunan, elevasi timbunan sesuai dengan elevasi yang sudah direncanakan sebelumnya.
3.5. Perhitungan Waktu Pemampatan
Perhitungan waktu pemampatan ini digunakan untuk membandingkan waktu yang dibutuhkan oleh tanah untuk mengalami konsolidasi total tanpa PVD maupun menggunakan PVD, perhitungan ini juga menentukan jarak PVD yang dibutuhkan untuk mencapai waktu pemampatan tercepat.
3.6. Perhitungan Stabilitas Timbunan
Perhitungan stabilitas timbunan berguna untuk menentukan banyak penambahan dan jarak penggunaan Geotekstile dan Micropile. Pada pengerjaan tugas akhir ini, tinggi timbunan direncanakan bervariasi antara 4 meter hingga 14 meter.
3.7. Kesimpulan
Pada Bab Kesimpulan akan didapatkan formula untuk perbaikan tanah dan perkuatan stabilitas timbunan dengan tinggi timbunan 4 meter hingga 14 meter.
Halaman ini sengaja dikosongkan
27
ANALISIS DATA 4.1. Data Tanah Dasar
Data tanah yang digunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah data borlog Proyek Jalan Tol Krian Legundi Bunder Manyar seksi 1 yang dilakukan oleh PT Waskita Karya. Data tanah disajikan dalam bentuk gambar statigrafi berisikan NSPT.
Selain itu juga terdapat tabel berisi data jenis tanah, kedalaman, komposisi tanah, berat kering tanah (γd), porositas (n), kadar air (Wc), Spesifik Grafiti (GS), rasio air pori (e), Cu, Indeks Plastisitas (IP), Liquid Limit (LL), serta Plastis Limit (PL).
Data tanah yang didapatkan dari proyek ada 13 titik data tanah. Data tanah yang digunakan adalah data tanah dengan letak paling dekat dengan Jalan Tol Krian STA 2+650 sampai 3+300.
Data tanah yang didapatkan masih belum lengkap. Maka dari itu, kemudian dicari nilai berat tanah jenuh air (γsat), Cc, Cs, Cv, dan Ch.
Dari analisa tanah dasar, maka didapatkan data compressible soil adalah sebagai berikut :
Tabel 4. 1 Rekapitulasi data tanah compressible
No. H z N-SPT Jenis Ɣd Gs Ɣsat eo Cc Cs LL Cv
1 0 0
2 1 1 5 Lanau Kelempungan 1,276 2,634 1,86 0,90 0,58 0,072 74,36 0,00030 3 1 2 5 Lanau Kelempungan 1,276 2,634 1,86 0,90 0,58 0,072 74,36 0,00030 4 1 3 5 Lanau Kelempungan 1,276 2,634 1,86 0,90 0,58 0,072 74,36 0,00030 5 1 4 7 Lanau Kelempungan 1,252 2,628 1,80 1,04 0,62 0,078 79,41 0,00026 6 1 5 7 Lanau Kelempungan 1,252 2,628 1,80 1,04 0,62 0,078 79,41 0,00026 7 1 6 8 Lanau Kelempungan 1,247 2,642 1,81 1,02 0,61 0,077 78,17 0,00027 8 1 7 8 Lanau Kelempungan 1,247 2,642 1,81 1,02 0,61 0,077 78,17 0,00027 9 1 8 5 Lanau Kelempungan 1,226 2,616 1,82 0,96 0,61 0,076 77,63 0,00027 10 1 9 5 Lanau Kelempungan 1,226 2,616 1,82 0,96 0,61 0,076 77,63 0,00027
4.2. Data Tanah Timbunan Sifat fisik tanah timbunan :
C = 0
γsat = 1,85 t/m2
ɸ = 30
Adapun untuk potongan melintang timbunan dapat dilihat dalam lampiran.
Timbunan dalam pengerjaan tugas akhir ini direncanakan bervariasi antara 4 meter hingga 14 meter dengan lebar bagian atas timbunan adalah 24,2 meter. Timbunan direncanakan memiliki kemiringan 1:2.
4.3. Data Spesifikasi Bahan 4.3.1. PVD
Jenis PVD yang digunakan adalah CeTeau Drain CT-D822 yang diproduksi oleh PT. Teknindo Geosistem Unggul. Adapun spesifikasi materialnya adalah sebagai berikut :
Weight = 75 g/m
Thickness = 100 mm
Width = 4 m 4.3.2. Geotekstile
Geotekstile yang digunakan sebagai perkuatan stabilitas timbunan adalah Geotekstile Stabilenka 200/54 yang memiliki kuat tarik sebesar 200 kNm.
4.3.3. Micropile
Micropile yang digunakan adalah micropile square 500x500 dengan Panjang 12 meter, produk dari waskita.
29 BAB V
PERENCANAAN TIMBUNAN
5.1. Perhitungan Besar Pemampatan Tanah
Perhitungan besar pemampatan dihitung akibat beban di atasnya, dalam hal ini beban yang dimaksud adalah beban dari timbunan yang memiliki tinggi yang bervariasi. Beban yang digunakan adalah beban ketika timbunan sudah mengalami konsolidasi total, sehingga beban yang digunakan adalah beban estimasi. Tanah yang diberikan beban akan mengalami tegangan.
Tegangan yang terjadi antara lain adalah tegangan overburden (σo) yaitu tegangan yang disebabkan oleh tanah asli, tegangan prakonsolidasi (σc) yaitu tegangan besar yang pernah terjadi pada tanah di waktu lampau, serta distribusi tegangan (Δσ) yaitu tegangan yang diakibatkan oleh beban yang bekerja pada tanah.
Pada umumnya, tegangan prakonsolidasi didapatkan melalui tes tegangan di lab, namun pada pengerjaan tugas akhir ini tegangan prakonsolidasi didapatkan dengan menambahkan tegangan overburden dengan fluktuasi muka air setinggi 2 meter.
Pehitungan tegangan tanah ditinjau pada setiap kedalaman tanah dengan interval 1 meter.
Berikut ini adalah contoh perhitungan tegangan tanah dan besar pemampatan kedalaman 0-2m dengan Q akhir = 10 t/m2 :
Lapisan 0-1 m γsat = 1,86 t/m3 γw = 1 t/m3
σo1 = (γsat- γw). 0,5. H
= (1,86 – 1). 0,5. 1
= 0,43 t/m2
σc1 = σo1 + fluktuasi muka air. γw
= 0,43 + 2.1
= 2,43 t/m2 Q = 10 t I = 0,5 Δσ = 2. I. Q
= 2. 0,5. 10
= 10 t/m2 Lapisan 1-2 m γsat = 1,86 t/m3 γw = 1 t/m3
σo2 = σo1 + (γsat1- γw). 0,5H1 + (γsat2- γw). 0,5H2
= 0,43 + (1,86 – 1). 0,5 + (1,86 – 1). 0,5
= 1,29 t/m2
σc2 = σo2 + fluktuasi muka air. γw
= 1,29 + 2.1
= 3,29 t/m2 Q = 10 t I = 0,5 Δσ = 2. I. Q
= 2. 0,5. 10
= 10 t/m2
Setelah mendapatkan tegangan pada tanah, maka dapat dihitung pemampatan konsolidasi primer (Primary Settlement).
Karena jumlah tegangan dan distribusi tegangan memiliki nilai yang lebih besar daripada tegangan prakonsolidasi, maka tanah dikategorikan sebagai tanah OC Soil (Over Consolidated Soil), Sehingga untuk menentukan besar pemampatan menggunakan cara sebagai berikut :
Lapisan 0-1m 𝑆𝑐 = 𝐻
1 + 𝑒0(𝐶𝑠log𝜎𝑐′
𝜎0′+ 𝐶𝑐log𝜎0′+ ∆𝜎 𝜎𝑐′ )
𝑆𝑐 = 1
1 + 0,899(0,07 log2,43
0,43+ 0,58 log0,43 + 10 2,43 ) 𝑆𝑐 = 0,222 𝑚
Lapisan 1-2m 𝑆𝑐 = 𝐻
1 + 𝑒0(𝐶𝑠log𝜎𝑐′
𝜎0′+ 𝐶𝑐log𝜎0′+ ∆𝜎 𝜎𝑐′ )
𝑆𝑐 = 1
1 + 0,899(0,07 log3,29
1,29+ 0,58 log1,29 + 10 3,29 ) 𝑆𝑐 = 0,179 𝑚
Begitu seterusnya, untuk variasi perhitungan tegangan, distibusi tegangan dan besar pemampatan seluruh lapisan akan ditunjukkan pada lampiran.
Besar pemampatan setiap kedalaman tanah akan dijumlahkan sehingga didapatkan hasil pemampatan total dari suatu variasi timbunan. Hasil yang didapatkan oleh timbunan satu berbeda dengan timbunan lainnya dikarenakan besarnya beban (Q) dan factor distribusi beban (I).
5.2. Perhitungan Tinggi Timbunan
Tinggi timbunan awal (H inisial) diperoleh dengan menjumlahkan tinggi timbunan rencana (H akhir) dengan besar pemampatan (Sc). Beban (Q) yang diberikan kepada tanah adalah besar beban dari timbunan yang sudah mengalami konsolidasi total, sehingga besar Q adalah jumlah beban dari timbunan akhir
dan timbunan yang mengalami konsolidasi. Berikut ini adalah contoh menghitung tinggi timbunan dengan beban Q = 10 t/m2.
Sc = 1,211 m γtimb = 1,85 t/m3
Q = Hakhir. γtimb + Sc. γ'
10 = Hakhir. 1,85 + 1,211. (1,86-1)
Hakhir = 3,64 m
Hintial = Hakhir + Sc
= 3,64 + 1,211
= 4,85 m
Perhitungan tersebut juga dilakukan untuk beban Q yang lain, dalam pengerjaan tugas akhir ini menggunakan variasi Q antara 10 t/m2 hingga 30t/m2 dengan interval Q 5 t/m2. Dari perhitungan H dari Q, didapatkan grafik dan persamaan. Persamaan ini yang bisa digunakan untuk mencari tinggi awal dan tinggi akhir timbunan yang lainnya. Berikut adalah hasil dari perhitungan tinggi timbunan.
Tabel 5. 1 Tabel Perhitungan Tinggi Timbunan
10 ton 15 ton 20 ton 25 ton 30 ton
1 0 0 0 0 0 0
2 1 0,222 0,274 0,311 0,340 0,363
3 2 0,179 0,227 0,263 0,291 0,314
4 3 0,153 0,199 0,233 0,260 0,282
5 4 0,136 0,180 0,212 0,238 0,260
6 5 0,123 0,164 0,195 0,221 0,242
7 6 0,111 0,150 0,180 0,204 0,225
8 7 0,102 0,139 0,168 0,191 0,211
9 8 0,096 0,132 0,161 0,184 0,204
10 9 0,090 0,124 0,152 0,175 0,194
Total 1,21 1,59 1,87 2,10 2,30
H final 3,64 5,79 8,08 10,44 12,86
H initial 4,85 7,38 9,95 12,55 15,16 SC
No. z Q
y = 2.1628x + 2.3463
0 ton 5 ton 10 ton 15 ton 20 ton 25 ton 30 ton 35 ton
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
Hubungan H Final dan Beban
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00
0 ton 5 ton 10 ton 15 ton 20 ton 25 ton 30 ton 35 ton
Hubungan H Initial dan Beban
y = 1.1158x + 0.869
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
Hubungan H Initial dan H final
Tabel 5. 2 Tabel Tinggi Timbunan STA H final Hinitial Beban
2+650 2,25 3,38 7,21
2+700 2,5 3,66 7,75
2+750 3,25 4,50 9,37
2+800 4 5,33 11
2+850 4,75 6,17 12,62
2+900 5,25 6,73 13,7
2+950 6,05 7,62 15,43
3+000 6,44 8,05 16,27
3+050 9,5 11,47 22,89
3+100 9,75 11,75 23,43 3+150 10,5 12,58 25,05 3+200 11,75 13,98 27,76
3+250 13 15,37 30,46
5.3. Perhitungan Waktu Pemampatan
Dalam terjadinya proses konsolidasi, biasanya dibutuhkan waktu yang cukup lama. Cepat atau lambatnya proses konsolidasi terantung oleh nilai Koefisien Konsolidasi (Cv) pada tiap lapisan tanah. Setiap lapisan tanah memiliki Cv yang berbeda, sehingga dalam perencanaan digunakan Cv gabungan yang mewakili Cv seluruh lapisan tanah. Untuk mendapatkan nilai Cv gabungan, dapat menggunakan cara berikut ini :
𝐶𝑣𝑔𝑎𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = (∑ 𝐻)2 (∑ 𝐻
√𝐶𝑣)
2
𝐶𝑣𝑔𝑎𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = 81 291169,5
𝐶𝑣𝑔𝑎𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = 0,00028 𝑐𝑚2/𝑠 𝐶𝑣𝑔𝑎𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = 0,877 𝑚2/𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
Sedangkan untuk menghitung lama waktu pemampatan adalah sebagai berikut :
𝑡 =𝑇𝑣. (𝐻)2 𝐶𝑣 𝑡=0,848. (9)2
0,877 𝑡= 78,295 tahun
Besar derajat konsolidasi terhadap waktu dapat dilihat pada tabel dan grafik berikut ini :
Tabel 5. 3 Tabel Waktu Konsolidasi
Uv Tv t (tahun)
0 0 0
10 0,0079 0,725152 20 0,0314 2,900608 30 0,0707 6,526369 40 0,1257 11,60243 50 0,1963 18,1288 60 0,2827 26,10548 70 0,403 37,19445 80 0,567 52,36351 90 0,848 78,29519
Dari hasil perhitungan, dapat diketahui bahwa untuk mencapai derajat konsolidasi 90% membutuhkan waktu hingga lebih dari 78 tahun, maka dari itu maka diperlukan percepatan pemampatan tanah menggunakan Prefabricated Vertical Drain (PVD).
0 20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
Grafik Hubungan Derajat Konsolidasi
dan Waktu
Halaman ini sengaja dikosongkan
39 BAB VI
PERENCANAAN PERBAIKAN TANAH DASAR
6.1. Percepatan Waktu Konsolidasi Menggunakan PVD Perhitungan perencanaan pemasangan PVD dilakukan dengan dua variasi pola, yaitu pola segitiga dan segi empat, dimana akan ditentukan pola dan jarak yang paling efektif dalam mempercepat waktu konsolidasi.
Adapun spesifikasi Prefabricated Vertical Drain (PVD) yang digunakan adalah sebagai berikut :
a = 100 mm
b = 5 mm
6.1.1. Perencanaan PVD Pola Segitiga
Berikut ini contoh perhitungan PVD pola segitiga dengan jarak pemasangan 1 m dan kedalaman 9 m.
Cv = 0,0003 cm2/s = 0,017 m2/minggu Ch = 3.Cv = 0,051 m2/minggu t = 1 minggu
S = 1 m
D = 1,05.S = 1,05 m = 1050 mm 𝑑𝑤 =2(𝑎 + 𝑏)
𝜋 =2(100 + 5)
𝜋 = 66,845 𝑚𝑚
𝑛 = 𝐷
𝑑𝑤= 1050
66,845= 16 𝑏𝑢𝑎ℎ 𝐹(𝑛) = ( 𝑛2
𝑛2− 1) [ln(𝑛) −3 4− 1
4𝑛2] 𝐹(𝑛)= ( 162
162− 1) [ln(16) −3 4− 1
4.162] 𝐹(𝑛)= 2,03
𝑇𝑣 = 𝑡. 𝐶𝑣
𝐻2 =1.0,017
92 = 0,000208
Kemudian dapat dihitung derajat konsolidasi vertical (Uv), derajat konsolidasi horizontal (Uh), dan derajat konsolidasi rata- rata (U) adalah sebagai berikut :
𝑈𝑣 = 2. √𝑇𝑣
𝜋 = 2√0,000208
𝜋 = 0,0162 = 1,62%
𝑈ℎ = 1 − 1
𝑒(
8.𝑡.𝐶ℎ
2.𝐷2𝐹(𝑛))= 1 − 1 𝑒(
8.1.0,051
2.1,0522,03)= 0,113 = 11,3%
𝑈̅ = 1 − (1 − 𝑈ℎ). (1 − 𝑈𝑣) 𝑈̅= 1 − (1 − 0,113). (1 − 0,0162) 𝑈̅= 12,8%
Perhitungan tersebut digunakan untuk seluruh variasi jarak pemasangan PVD pola segitiga yang direncanakan dan ditinjau pada setiap minggu. Sehingga didapatkan hasil seperti pada grafik sebagai berikut :
6.1.2. Perencanaan PVD Pola Segi Empat
Berikut ini contoh perhitungan PVD pola segi empat dengan jarak pemasangan 1 m dan kedalaman 9 m.
Cv = 0,0003 cm2/s = 0,017 m2/minggu Ch = 3.Cv = 0,051 m2/minggu t = 1 minggu
S = 1 m
D = 1,13.S = 1,13 m = 1130 mm 𝑑𝑤 =2(𝑎 + 𝑏)
𝜋 =2(100 + 5)
𝜋 = 66,845 𝑚𝑚
𝑛 = 𝐷
𝑑𝑤= 1130
66,845= 17 𝑏𝑢𝑎ℎ 𝐹(𝑛) = ( 𝑛2
𝑛2− 1) [ln(𝑛) −3 4− 1
4𝑛2] 𝐹(𝑛)= ( 172
172− 1) [ln(17) −3 4− 1
4.172] 𝐹(𝑛)= 2,09
𝑇𝑣 = 𝑡. 𝐶𝑣
𝐻2 =1.0,017
92 = 0,000208
Kemudian dapat dihitung derajat konsolidasi vertical (Uv), derajat konsolidasi horizontal (Uh), dan derajat konsolidasi rata- rata (U) adalah sebagai berkut :
𝑈𝑣 = 2. √𝑇𝑣
𝜋 = 2√0,000208
𝜋 = 0,0162 = 1,62%
𝑈ℎ = 1 − 1
𝑒(
8.𝑡.𝐶ℎ
2.𝐷2𝐹(𝑛))= 1 − 1 𝑒(
8.1.0,051
2.1,1322,09)= 0,096 = 9,6%
𝑈̅ = 1 − (1 − 𝑈ℎ). (1 − 𝑈𝑣) 𝑈̅= 1 − (1 − 0,113). (1 − 0,0162) 𝑈̅= 12,8%
Perhitungan tersebut digunakan untuk seluruh variasi jarak pemasangan PVD pola segitiga yang direncanakan dan ditinjau pada setiap minggu. Sehingga didapatkan hasil seperti pada grafik sebagai berikut :
6.2. Perencanaan Timbunan Bertahap
Dalam kegiatan pelaksanaan pekerjaan timbunan di lapangan, penimbunan tanah dilakukan secara bertahap dengan kecepatan penimbunan tertentu. Pada pengerjaan tugas akhir ini, penahapan timbunan dilakuka dengan kecepatan penimbunan 0,5 m/minggu hingga 0,6 m/minggu. Sehingga waktu untuk penimbunan sesuai dengan H inisial masing-masing tinggi timbunan.
Dalam penimbunan, waktu sangat berpengaruh terhadap stabilitas timbunan. Hal ini dikarenakan tanah dasar yang membutuhkan waktu untuk berkonsolidasi secara maksimal, sehingga diperlukan untuk mengetahui H kritis timbunan, atau
tinggi timbunan maksimal yang dapat diterima oleh tanah asli. SF dari H kritis direncanakan 1,1. Cara mencari H kritis secara teoritis adalah sebagai berikut :
𝐻𝑐𝑟 = 𝐶𝑢. 𝑁𝑐
𝛾𝑠𝑎𝑡. 𝑆𝐹𝑘𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠=1,95.5,7
1,86.1 = 5,97 𝑚
Timbunan akan dilaksanakan dengan menimbun tanah setinggi 0,5 meter sampai 0,6 meter per minggu. Karena menggunakan PVD sebagai alternatif perbaikan tanah, waktu pemampatan akan berlangsung dalam waktu yang singkat sehingga tidak diperlukan penundaan jadwal dalam waktu penimbunan, berikut adalah contoh jadwal penimbunan tanah STA 2+800 dengan tinggi H initial 5,33 meter :
Tabel 6. 1 Jadwal Penimbunan
6.3. Perhitungan Kenaikan Daya Dukung Tanah
Dalam proses konsolidasi, adanya kenaikan tegangan tanah dasar menyebabkan terjadinya kenaikan daya dukung tanah. Maka dari itu dirasa perlu untuk menghitung kenaikan daya dukung tanah dasar (Cu). Berikut merupakan salah satu perhitungan kenaikan daya dukung tanah timbunan 14 m.
Dari tabel 5.2 diketahui bahwa beban pada timbunan 14 meter adalah 32,625 t/m2.
U = 91,4 %
Tahap Penimbunan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tinggi Timbunan Bertahap 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,53
Tinggi Timbunan Total 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,6 4,2 4,8 5,33
0
1 0
2 1 0
3 2 1 0
4 3 2 1 0
5 4 3 2 1 0
6 5 4 3 2 1 0
7 6 5 4 3 2 1 0
8 7 6 5 4 3 2 1 0
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
U M U R
Lapisan 1 (H=3m) 𝑃𝐼 = 42,2 𝜎1= (𝑄
𝑝0)
𝑈
. 𝑝0− 𝑝0
= (3,263 0,043 )
0,914
. 0,043 − 0,043 = 2,23𝑘𝑔 𝑐𝑚2
⁄ 𝑃1𝑢= 𝑃0+ 𝜎1
= 0,043 + 2,23 = 2,27𝑘𝑔 𝑐𝑚2
⁄
𝐶𝑢𝑏𝑎𝑟𝑢1= 0,0737 + (0,1899 − 0,0016 ∗ 𝑃𝐼) ∗ 𝑃1𝑢
= 0,0737 + (0,1899 − 0,0016 ∗ 42,2) ∗ 2,27
= 0,35 𝑘𝑔 𝑐𝑚2
⁄
𝜎2= (𝑄 𝑝1
)
𝑈
. 𝑝1− 𝑝1
= (3,263 0,52 )
0,914
. 0,52 − 0,52 = 2,67𝑘𝑔 𝑐𝑚2
⁄ 𝑃2𝑢= 𝑃1+ 𝜎2
= 0,52 + 2,67 = 3,18𝑘𝑔 𝑐𝑚2
⁄
𝐶𝑢𝑏𝑎𝑟𝑢2= 0,0737 + (0,1899 − 0,0016 ∗ 𝑃𝐼) ∗ 𝑃2𝑢
= 0,0737 + (0,1899 − 0,0016 ∗ 42,2) ∗ 3,18
= 0,4𝑘𝑔 𝑐𝑚2
⁄
