Analisis Lereng Dengan Perkuatan Pondasi Tiang.

(1)

ANALISIS LERENG DENGAN PERKUATAN PONDASI

TIANG

Nama : Donald HHL NRP : 0321083

Pembimbing : Ibrahim Surya, Ir., M.Eng

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

ABSTRAK

Akibat kondisi dan struktur dari suatu lereng ,masalah keruntuhan menjadi masalah yang paling mengkhawatirkan yang timbul akibat penggunaan lereng. Untuk itu ada berbagai macam cara dan metoda yang dibuat oleh para ahli untuk menghilangkan atau mengurangi kemungkinan keruntuhan suatu lereng. Mulai dari metoda memperkuat lereng secara kimiawi sampai memberikan elemen perkuatan yang dimasukkan ke dalam lereng.

Metoda perkuatan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah perkuatan menggunakan pondasi tiang. Jadi pondasi tiang disini digunakan sebagai elemen perkuatan bukan sebagai penyalur beban dari struktur atas ke tanah.

Data tanah yang akan digunakan dalam tugas akhir ini adalah data tanah yang berasal dari Cipularang. Tanah tersebut disimulasikan dengan beberapa macam kemiringan yang paling sering dijumpai dalam kondisi di lapangan. Pondasi tiang yang akan digunakan sebagai perkuatan diletakkan pada daerah lereng tersebut sebanyak satu barisan.

Tingkat kemungkinan suatu lereng runtuh dideskripsikan sebagai faktor keamanan suatu lereng. Jadi dalam tugas akhir ini analisis dilakukan dengan mencari nilai faktor keamanan dari suatu lereng dan memahami nilai-nilai faktor keamanan yang didapat.Dalam mencari nilai faktor keamanan ini digunakan metoda elemen hingga dalam bentuk penggunaan program Plaxis 7.11 dan menggunakan metoda hasil dari penelitian di lapangan dalam bentuk persamaan yang dibuat oleh S.Hassiotis,J.L. Chameau,M.Gunaratne.

(2)

DAFTAR ISI

Halaman

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR... i

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR... ii

ABSTRAK... iii

KATA PENGANTAR... iv

DAFTAR ISI... vi

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN... ix

DAFTAR GAMBAR... xi

1.4 Sistematika Penulisan... 4

BAB 2 . TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Keruntuhan Lereng... 5

2.2 Konsep Angka Keamanan... 7

2.3 Jenis Perkuatan Lereng ... 8

2.4 Prinsip Kerja Perkuatan Lereng ... 13

(3)

2.6.1 Mekanisme Transfer Perkuatan Fleksibel... 21

2.6.2 Mekanisme Transfer Perkuatan Kaku... 21

2.7 Penggunaan Metoda Limit Equilibrium dan Metoda Elemen Hingga dalam Mencari Kestabilan Lereng ... 22

2.8 Kestabilan Lereng dengan Pondasi Tiang Metoda Limit Equilibrium ... 24

2.9 Kestabilan Lereng dengan Pondasi Tiang Metoda Elemen Hingga 30 BAB 3. TINJAUAN PROGRAM KOMPUTER PLAXIS VERSI 7.11 3.1 Kemampuan dan Fasilitas yang Dimiliki... 41

3.2 Definisi Umum Mengenai Tegangan dan Regangan ... 43

3.3 Regangan Elastis ... 46

3.4 Regangan Plastis ... 47

3.5 Model Mohr-Coulomb ... 47

3.6 Kalkulasi Angka Keamanan... 51

BAB 4. STUDI KASUS PERKUATAN LERENG 4.1 Deskripsi ... 53

4.2 Lereng dan Pondasi Tiang... 54

4.3 Penghitungan Faktor Keamanan dengan Plaxis 7.11... 56

(4)

4.4 Penghitungan Faktor Keamanan dengan Prosedur Massa ... 84

4.4.1 Penghitungan Faktor Keamanan Lereng tanpa Pondasi Tiang 84 4.4.1.1 Lereng dengan Kemiringan 1:1... 87

4.4.1.2 Lereng dengan Kemiringan 1:1.5... 90

4.4.1.3 Lereng dengan Kemiringan 1:2... 93

4.4.2 Penghitungan Faktor Keamanan Lereng dengan Pondasi Tiang ... 96

4.5 Perbandingan Faktor Keamanan Hasil Plaxis 7.11 dan Metoda Prosedur Massa ... 131

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 133

5.2 Saran... 135

DAFTAR PUSTAKA... 137

(5)

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

A = Luas penampang pondasi tiang c = kohesi

ca = kohesi (persamaan prosedur massa) cd = kohesi yang terbentuk

CEO = sudut yang dibentuk antar Ft dan garis dari titik tengah lingkaran D1 = jarak antara titik tengah pondasi tiang

D2 = jarak antara bagian dalam pondasi tiang

E = modulus elastisitas Ec = modulus elastisitas beton fc’ = kuat tekan beton

Fc = faktor keamanan akibat kohesi tanah Fp = Ft/D1

(6)

r = jari-jari lingkaran

u = sudut antara W dan garis yang menuju titik tengah lingkaran ux = perpindahan arah x

uy = perpindahan arah y

v = sudut antara W dan lingkaran rsinΦ w = berat

x = panjang ujung ke ujung lingkaran bidang runtuh

y = sudut yang membagi lingkarang bidang runtuh sama besar

z = kedalaman, m

= rasio jarak ujung keruntuhan dari tumit lereng terhadap tinggi lereng

γ = berat volume efektif tanah, setelah dikurangi dengan γ_w

σ = tegangan normal tanah

τ = tegangan geser tanah

ν = rasio poisson

(7)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.8 Transfer Beban Melalui Perlawanan Pasif ... 15

Gambar 2.9 Perkuatan Lereng dengan Pondasi Tiang Diameter Besar ... 19

Gambar 2.10 Perkuatan Lereng dengan Inklusi Fleksibel ... 19

Gambar 2.11 Perkuatan Lereng dengan Micropile ... 20

Gambar 2.12 Interaksi Tanah dan Perkuatan dengan Struktur Fleksibel... 21

Gambar 2.13 Interaksi Tanah dan Perkuatan dengan Struktur Kaku ... 22

Gambar 2.14 Tanah Berdeformasi Plastis di Sekitar Pondasi Tiang ... 21

Gambar 2.15 Gaya pada Lereng ... 27

Gambar 2.16 Gaya pada Lereng dengan Perkuatan... 29

Gambar 2.17 Elemen Segitiga ... 34

Gambar 2.18 Elemen beam tiga titik nodal dan lima titik nodal ... 35

Gambar 2.19 Elemen Interface dengan Titik Nodal dan Titik Tegangan ... 35

Gambar 2.20 Boundary Condition pada Mesh ... 39

(8)

Gambar 3.1 Koordinat tiga dimensi dan konvensi tanda ... 44

Gambar 3.2 Bidang Tegangan Prinsipal ... 45

Gambar 3.3 Permukaan Yield Mohr-Coulomb ... 48

Gambar 3.4 Definisi E0 dan E50 untuk drained triaxial test standar ... 49

Gambar 3.5 Lingkaran tegangan saat yield... 51

Gambar 4.1 Tampak Melintang Lereng dengan Kemiringan 1:1 ... 55

Gambar 4.2 Tampak Melintang Lereng dengan Kemiringan 1:1.5 ... 55

Gambar 4.3 Tampak Melintang Lereng dengan Kemiringan 1:2 ... 55

Gambar 4.4 Input Data Tanah Plaxis 7.11... 57

Gambar 4.5 Mesh Lereng ... 58

Gambar 4.6 Mesh Keruntuhan Lereng... 58

Gambar 4.7 Nilai Faktor Keamanan Lereng ... 58

Gambar 4.9 Mesh Keruntuhan Lereng ... 59

Gambar 4.10 Nilai Faktor Keamanan Lereng... 59

Gambar 4.14 Posisi Pondasi Tiang pada Lereng ... 62

(9)

(10)

Gambar 4.50 Posisi Koordinat dari Pondasi Tiang... 78

Gambar 4.63 Posisi Titik o dan Jari Jari r... 84

Gambar 4.64 Posisi Titik Berat Bidang Runtuh ... 85

Gambar 4.65 Posisi Cd ... 85

Gambar 4.66 Lingkaran rsinΦ dan Sudut v ... 86

(11)

Gambar 4.68 Bidang Keruntuhan Lereng Kedua ... 88

Gambar 4.69 Bidang Keruntuhan Lereng Ketiga ... 89

Gambar 4.70 Bidang Keruntuhan Lereng Pertama... 90

Gambar 4.76 Tegangan q ... 96

Gambar 4.77 Resultan Ft dan W ... 97

Gambar 4.78 Perpotongan Ft dan W ... 97

Gambar 4.79 Posisi Sudut u dan v ... 98

(12)

(13)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Tabel Koordinat dan Faktor Keamanan ... 62

Tabel 4.13 Tabel Penggunaan Rumus untuk Lereng Pertama ... 87

Tabel 4.14 Tabel Penggunaan Rumus untuk Lereng Kedua ... 88

Tabel 4.15 Tabel Penggunaan Rumus untuk Lereng Ketiga... 89

(14)

Tabel 4.40 Perbandingan FK Plaxis 7.11 dan Prosedur Massa... 131

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

(16)

(17)

139

(18)

(19)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Lereng adalah tanah yang mempunyai posisi tidak horizontal. Salah satu

masalah yang terjadi pada lereng adalah potensi keruntuhan yang diakibatkan oleh

berat tanah dari lereng tersebut atau gaya gravitasi dari massa tanah lereng

tersebut. Padahal banyak sekali dalam pembangunan proyek sipil baik itu dalam

(20)

2

lereng. Sehingga kestabilan lereng tersebut sangat berpengaruh terhadap berhasil

atau tidaknya suatu proyek konstruksi dapat menjalankan fungsinya.

Salah satu cara dalam menghadapi masalah kestabilan lereng tersebut adalah

perbaikan atau perkuatan lereng. Perbaikan dan perkuatan tanah ini bermacam –

macam jenisnya misalnya perbaikan atau perkuatan secara kimia dan secara fisik.

Namun yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah penggunaan pondasi tiang

sebagai elemen perkuatan pada lereng. Lereng tersebut berada pada suatu

timbunan tanah yang akan digunakan sebagai jalan raya. Dalam tugas akhir ini

akan ditunjukkan bagaimana cara kerja dari pondasi tiang tersebut dalam

memperkuat suatu lereng dan juga berapa besar pengaruh yang diberikan oleh

pondasi tiang tersebut bagi lereng tersebut.

1.2 Maksud Dan Tujuan

Maksud dari penulisan tugas akhir ini adalah memberikan gambaran

bagaimana pondasi tiang bekerja sebagai elemen perkuatan pada suatu lereng dan

hasilnya. Penulisan tugas akhir ini juga bermaksud membandingkan metoda yang

digunakan dalam mencari nilai faktor keamanan pada lereng yaitu metoda elemen

hingga dan metoda prosedur massa.

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk memberi suatu masukan

mengenai penggunaan pondasi tiang sebagai elemen perkuatan terhadap lereng.

Hal-hal apa yang perlu dipertimbangkan dalam menggunakan pondasi tiang

sebagai elemen perkuatan suatu lereng. Tujuan penulisan tugas akhir ini juga

untuk mencari metoda mana yang paling dianjurkan untuk mencari suatu nilai

(21)

3

1.3 Pembatasan Masalah

Adapun pembatasan masalah yang digunakan dalam penulisan tugas akhir

ini adalah :

1. Lereng yang akan dianalisis adalah lereng dari suatu timbunan tanah..

2. Timbunan tanah tersebut mempunyai karakter tanah seperti timbunan tanah di

jalan tol Cipularang.

3. Melakukan perhitungan analisis stabilitas lereng tanpa perkuatan dengan

perangkat lunak Plaxis versi7.11.

4. Melakukan perhitungan analisis stabilitas lereng dengan perkuatan

menggunakan perangkat lunak Plaxis versi 7.11.

5. Melakukan analisis hasil dari perhitungan lereng tanpa perkuatan dan lereng

yang menggunakan perkuatan pondasi tiang.

1.4 Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini akan dibagi dalam lima bab, yaitu:

BAB 1 Pendahuluan, membahas mengenai latar belakang permasalahan, tujuan penulisan, pembatasan masalah dan sistematika penulisan.

BAB 2 Tinjauan Pustaka, menguraikan tentang tinjauan umum teori pendukung tugas akhir ini.

(22)

4

BAB 4 Studi Kasus Perkuatan Lereng, melakukan analisis stabilitas lereng pada timbunan tanpa perkuatan maupun pada timbunan

dengan menggunakan perkuatan pondasi tiang.

(23)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Hasil yang didapat dengan metoda elemen hingga berbeda dengan hasil yang didapat

dengan metoda prosedur massa. Perbedaan tersebut cukup signifikan.

2. Sebelum mengerjakan bab 4, penulis mempunyai dugaan bahwa lokasi elemen

perkuatan yang paling ideal adalah berada pada daerah bidang keruntuhan pada

(24)

134

dugaan ini terbukti dengan posisi elemen perkuatan yang optimum berada pada

daerah bidang keruntuhan lereng tanpa elemen perkuatan.

3. Namun didapat hasil yang tidak diduga sebelumnya yaitu penggunaan elemen

perkuatan pondasi tiang tidak secara langsung memperkuat lereng. Penempatan posisi

pondasi tiang menentukan berhasilnya pondasi tiang menjalankan fungsinya sebagai

elemen perkuatan atau tidak. Pada posisi-posisi tertentu penggunaan elemen pondasi

tiang memperkecil faktor keamanan lereng tersebut..

4. Dari kesimpulan no.3 terlihat bahwa posisi penempatan pondasi tiang sebagai elemen

perkuatan memegang peranan penting dalam fungsinya sebagai elemen perkuatan.

Posisi elemen ini juga penting dalam menentukan posisi mana yang memberikan nilai

faktor keamanan yang terbesar.

5. Jarak antar pondasi tiang mempengaruhi faktor keamanan pada suatu lereng. Secara

umum,kecuali untuk lereng 1:2, semakin dekat jarak antar pondasi tiang maka akan

semakin besar nilai faktor keamanan yang didapat.Namun perbedaan nilai faktor

keamanan yang dihasilkan dengan mendekatkan jarak antar tiang tidaklah terlalu

besar. Untuk hasil diatas jarak antar tiang yang menghasilkan faktor keamanan

terbesar adalah 0.35m sedangkan untuk lereng 1:2 jarak yang menghasilkan faktor

keamanan terbesar adalah 0.8m.

6. Posisi pondasi yang paling ideal dari percobaan diatas adalah pada tumit lereng

kecuali untuk jarak tiang 0.35 m dimana posisi tiang yang menghasilkan faktor

keamanan terbesar berada pada 1m dari tumit lereng.

7. Dari hasil simulasi menggunakan Plaxis 7.11 terlihat bahwa dorongan paling besar

(25)

135

8. Persamaan yang dibuat oleh S.Hassiotis, J.L Chameau, dan N.Gunaratne tidak dapat

digunakan untuk jarak pondasi tiang yang terlalu dekat karena akan memberi hasil

yang tidak akurat. Seperti yang ditunjukkan pada penggunaan pondasi tiang yang

berjarak 0.35m nilai faktor keamanan yang dihasilkan adalah tak terhingga. Ini

disebabkan oleh nilai Ft yaitu gaya yang diberikan oleh pondasi tiang dalam

keseimbangan terlalu besar. Persamaan dalam mencari qz mengandung suatu fungsi

eksponen yang mengakibatkan semakin kecil jarak antar pondasi tiang maka akan

mengakibatkan nilai Ft semakin membesar secara eksponensial.

9. Program komputer Plaxis 7.11 memberikan gambaran yang lebih lengkap mengenai

penggunaan pondasi tiang sebagai elemen perkuatan dibandingkan metoda prosedur

massa. Plaxis 7.11 memberikan gambaran bagaimana keruntuhan dari suatu lereng

tersebut terjadi sedangkan prosedur massa hanya menggambarkan bidang runtuh dari

lereng tersebut tanpa menggambarkan bagaimana keadaan lereng lainnya.

5.2 Saran

1. Pada studi kasus yang dilakukan pada bab 4 , dilakukan penelitian terhadap efek

perkuatan lereng dengan elemen perkuatan pondasi tiang . Penelitian dilakukan

dengan metoda elemen hingga dan metoda prosedur massa. Dari hasil penghitungan

dengan kedua metoda terdapat perbedaan hasil yang cukup signifikan. Untuk

melihat metoda mana yang paling mendekati keadaan yang sebenarnya di lapangan

perlu dilakukan penelitian langsung di lapangan atau penelitian dengan model

(26)

136

dapat ditentukan metoda mana yang paling mendekati kenyataan dilapangan yaitu

metoda elemen hingga atau metoda prosedur massa.

2. Dengan melakukan penelitian pada model lereng yang sesungguhnya , dapat juga

diteliti apakah mekanisme keruntuhan yang diperlihatkan oleh metoda elemen

hingga sesuai dengan mekanisme keruntuhan pada model lereng yang

sesungguhnya.

3. Dari kecepatan perhitungan maka metoda elemen hingga dengan menggunakan

program komputer menghasilkan analisis yang lebih cepat dari metoda prosedur

massa. Sehingga untuk efisiensi lebih dianjurkan menggunakan metoda elemen

hingga dengan program komputer.

4. Untuk menempatkan posisi pondasi tiang yang menghasilkan nilai faktor keamanan

yang paling baik hendaknya dilakukan perhitungan kestabilan terlebih dahulu.

5. Pembuatan program komputer atas dasar metoda prosedur massa sangat dianjurkan

sehingga didapat nilai faktor keamanan yang lebih akurat dibandingkan dengan

metoda manual. Dengan demikian perbandingan metoda elemen hingga dan metoda

(27)

DAFTAR PUSTAKA

1. Brinkgreve,R.B.J., (1998), Finite Element Code for Soil and Rock Analyses, A.A. Balkema

2. Das, Braja M.,(1983), Advanced Soil Mechanics, Hemisphere Publishing Corporation

3. Das, Braja M.,(1990), Principles of Foundation Engineering, Second Edition, PWS Publishing Company

4. Das, Braja M.,(1994), Principles of Geotechnical Engineering, Third Edition, PWS Publishing Company

5. Griffiths, D.V., Lane, P.A.,(1999),Slope Stability Analysis by Finite Elements,Geotechnique

6. Hassiotis,S., Chameau,J.L., Gunaratne, M.,(April 1997),Design Method for Stabilization of Slopes with Piles,Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering

7. Logan, Daryl L.,(1992),A First Course in the Finite Element Method,PWS- Kent Publishing Company

8. Mitchell, James K.,(June 1987),Reinforcement of Earth Slopes and Embankments,Transportation Research Board

9. Prakash,Shamser,(1990),Pile Foundation in Engineering Practice,A Wiley-Interscience Publication

10. Purba, Aleksander M.,(2001), Analisis Sistem Pondasi Piled-Raft Menara Amartapura dengan Metoda Elemen Hingga Menggunakan Model Tanah dan Interface Hyperbolik,Departemen Teknik Sipil ITB