Analisis Stabilitas dan Penurunan Timbunan pada Tanah Lunak
dengan Vertical Drain, Perkuatan Bambu dan Perkuatan Geotextile
Studi Kasus pada Discharge Channel Proyek PLTGU Tambak Lorok, Semarang
TUGAS AKHIR
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Sarjana di Program Studi Teknik Sipil
Disusun Oleh
Hotmatua Sinaga Fransiscus Tambunan NIM 15001108 NIM 15002143
PEMBIMBING
Endra Susila, Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
TUGAS AKHIR
Analisis Stabilitas dan Penurunan Timbunan pada Tanah Lunak
dengan Vertical Drain, Perkuatan Bambu dan Perkuatan Geotextile
Studi Kasus pada Discharge Channel Proyek PLTGU Tambak Lorok, Semarang
Oleh
HOTMATUA SINAGA FRANSISCUS TAMBUNAN
15001108 15002143
DISETUJUI PEMBIMBING
ENDRA SUSILA, Ph.D.
KELOMPOK KEPAKARAN GEOTEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KOORDINATOR TUGAS AKHIR KETUA
ENDRA SUSILA, Ph.D. DR.Ir. HERLIEN D. SETIO BANDUNG, 30 JUNI 2008
ABSTRAK
Semarang merupakan salah satu daerah dengan aktivitas perekonomian dan perindustrian
yang tinggi di Indonesia. Untuk meningkatkan sumber energi di Semarang, maka
dilakukan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Tambak
Lorok. Pelaksanaan konstruksi tidak dapat langsung dilakukan di atas tanah aslinya
karena kapasitas daya dukung tanahnya sangat kecil sehingga tidak mampu menahan
beban konstruksi di atasnya. Untuk itu perlu dilakukan penimbunan untuk meningkatkan
daya dukung tanah tersebut.
Masalah yang sering muncul pada pekerjaan penimbunan di atas tanah lunak adalah
masalah mengenai stabilitas dan penurunan tanah. Oleh karena itu pekerjaan penimbunan
harus dilakukan secara bertahap agar tidak terjadi kegagalan konstruksi sampai pada
elevasi yang diinginkan.
Proses konsolidasi pada timbunan di atas tanah lunak membutuhkan waktu yang lama.
Metode yang dapat digunakan untuk mempercepat proses konsolidasi tersebut adalah
dengan menggunakan vertical drain.
Penimbunan yang dilakukan di atas tanah lunak mengakibatkan penurunan yang cukup
besar sehingga diperlukan tanah timbunan yang lebih banyak untuk mencapai elevasi
akhir yang diinginkan dari timbunan tersebut. Untuk mengatasi masalah ini, perlu
dilakukan perkuatan tanah dasar dengan menggunakan perkuatan bambu dan perkuatan
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat, berkat, kasih, perlindungan, dan karunia-Nya, kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini kami susun sebagai syarat kelulusan tingkat sarjana di Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung .
Tugas Akhir ini berjudul Analisis Stabilitas dan Penurunan Timbunan pada Tanah Lunak dengan Vertical Drain, Perkuatan Bambu dan Perkuatan Geotextile, Studi Kasus pada Discharge Channel Proyek PLTGU Tambak Lorok, Semarang
Banyak pengalaman dan pelajaran berharga yang kami dapatkan selama menyususn Tugas Akhir ini. Kami berharap manfaat yang kami peroleh dirasakan juga oleh orang lain melalui laporan Tugas Akhir ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini menjadi sesuatu yang berguna bagi pihak lain yang membaca dan mempelajarinya.
Tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dan membimbing kami dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada :
1. Bapak Endra Susila, Ph.D., selaku dosen pembimbing kami dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini dan juga selaku Koordinator Tugas Akhir Kelompok Kepakaran Geoteknik di Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung.
2. Bapak Erza Rismantojo, Ph.D., selaku dosen penguji kami yang telah banyak memberikan masukan.
3. Bapak Hasbullah Nawir, Ph.D., selaku dosen penguji kami yang telah banyak memberikan masukan.
4. Ibu Dr.Ir. Herlien D. Setio, selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung.
Pengerjaan laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena keterbatasan waktu dan kemampuan kami, maka kritik dan saran yang konstruktif sangat diharapkan demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini sehingga bermanfaat bagi kami dan pihak-pihak lain yang telah memberikan sumbangan pemikiran.
Akhir kata, kami mohon maaf jika dalam pengerjaan laporan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Kritik dan saran yang membangun senantiasa kami harapkan agar dapat memperbaiki kekurangan tersebut .
Bandung, Juni 2008
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN ii ABSTRAK iii KATA PENGANTAR iv DAFTAR ISI DAFTAR TABEL vi xDAFTAR GAMBAR vii
BAB I PENDAHULUAN I-1
1.1 Umum I-1
1.2 Latar Belakang I-2
1.3 Tujuan I-3
1.4 Ruang Lingkup I-4
1.5 Metodologi I-5
1.6 Lokasi Studi Kasus I-8
1.7 Software Pendukung I-8
1.8 Sistematika Pembahasan I-9
1.9 Kesimpulan I-10
BAB II LATAR BELAKANG TEORI II-1
2.1 Umum II-1
2.1.1 Keruntuhan Pada Lereng 2.1.2 Konsep Angka Keamanan
2.1.3 Kriteria Keruntuhan Mohr - Coulomb
2.1.4 Stabilitas End of Construction Timbunan di Atas Tanah Lempung 2.1.5 Undrained Analysis II-3 II-6 II-10 II-11 II-15
2.2 Teori Penurunan (Settlement) II-16
2.2.1 Penurunan Elastik 2.2.2 Konsolidasi Primer 2.2.3 Konsolidasi Skunder II-17 II-18 II-23
vii
2.3.1 Penurunan Konsolidasi II-25
2.3.2 Tanah Timbunan dengan Geotextile 2.3.2.1 Kriteria Desain
2.3.2.2 Perhitungan Daya Dukung
2.3.2.3 Perhitungan Stabilitas Tanah Timbunan 2.3.2.4 Perhitungan Sudut Friksi Geotextile
2.3.2.5 Perhitungan Panjang Penyaluran Geotextile 2.3.2.6 Pelengkungan Geotextile
2.3.2.7 Pertimbangan Faktor Keamanan Parsial 2.3.2.8 Geotextile Untuk Drainase
2.3.2.9 Properti Geotextile
2.3.3 Tanah Timbunan dengan Cerucuk dan Matting Bambu 2.3.3.1 Metode equivalent beam
2.3.3.2 Metode equivalent spring
2.3.3.3 Propertis cerucuk dan matting bambu 2.4 Kuat Geser Tanah
2.5 Drainase Vertikal
2.5.1 Konsolidasi dengan Drainase Vertikal 2.5.2 Efek Smear dan Gangguan
2.5.3 Pemilihan Tipe Drainase Vertikal
2.5.4 Pemodelan Drainase Vertikal Dengan Finite Element Pada Tanah Lunak
2.5.5 Pemasangan (Installation) 2.6 Persamaan Desain
2.6.1 Persamaan Desain Umum Untuk Drainase Vertikal 2.6.2 Modifikasi Persamaan Desain Umum
2.6.3 Bagan Alir Desain 2.7 Kesimpulan II-28 II-29 II-31 II-32 II-33 II-34 II-35 II-35 II-37 II-38 II-41 II-41 II-42 II-43 II-43 II-46 II-47 II-49 II-51 II-52 II-53 II-54 II-54 II-58 II-60 II-61
BAB III METODE ANALISIS PLAXIS III-1
3.1. Umum III-1
3.2. Metode Elemen Hingga III-1
3.3.1 Defenisi Umum Stress dan Strain III-4 3.3.2 Regangan Elastis
3.3.3 Analisis Undrained dengan Parameter Efektif 3.3.4 Analisis Undrained dengan Parameter Undrained 3.3.5 Model Mohr – Coulomb
3.3.6 Modulus Kekakuan 3.3.7 Poisson Ratio 3.3.8 Sudut Geser 3.3.9 Kohesi
3.4 Faktor keamanan pada Timbunan 3.5 Pemodelan Drainase Vertikal 3.6 Perhitungan dengan Software Plaxis III-7 III-9 III-10 III-10 III-12 III-13 III-14 III-15 III-15 III-17 III-20
BAB IV STUDI KASUS IV-1
4.1 Umum IV-1
4.2 Deskripsi Kasus IV-2
4.3 Analisis Daya Dukung Tanah IV-2
4.3.1 Model dan Parameter Tanah
4.3.2 Parameter Cerucuk dan Matting Bambu 4.3.3 Parameter Geotextile
IV-3 IV-6 IV-9 4.4 Analisis Penurunan
4.4.1 Tinggi Tahapan Timbunan 4.4.2 Penurunan Konsolidasi
IV-10 IV-10 IV-11 4.5 Analisis Stabilitas
4.5.1 Kenaikakan Kuat Geser tiap tahapan Timbunan (Gain Strength) 4.5.2 Besarnya Excess Pore Pressure
4.5.3 Jarak Vertical Drain 4.6 Analisis Penurunan
4.6.1 Hasil Analisis Timbunan Bertahap (vertical drain)
4.6.2 Hasil Analisi Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Beam) 4.6.3 Hasil Analisis Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Spring)
4.6.4 Hasil Analisis Penurunan dengan Perkuatan Geotextile
IV-13 IV-13 IV-17 IV-19 IV-23 IV-23 IV-25 IV-27 IV-29
ix 4.7 Stabilitas Timbunan
4.8 Grafik konsolidasi dan excess pore pressure
IV-32 IV-33
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V-1
5.1 Kesimpulan 5.2 Saran V-1 V-2 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rekomendasi angka keamanan minimum II-9 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 2.7 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8
Angka keamanan minimum untuk lereng - tanpa gempa
Rekomendasi angka keamanan minimum dari beberapa institusi internasional
Hubungan untuk indeks pemampatan (Cc) empirik Nilai-nilai faktor keamanan parsial dan area aplikasinya Beberapa tipikal properti geotextile
Parameter cerucuk bambu spasi 1m
Parameter tanah
Parameter Cerucuk dan Matting Bambu Spasi 1m Lapisan Very Soft Clay (Cc = 0.6)
Lapisan Soft Clay (Cc = 0.4)
Penurunan Total tiap Tinggi Timbunan Excess pore pressure tiap Tinggi Timbunan
Perhitungan Waktu Vs Derajat Konsolidasi untuk spasi Vertical Drain Hasil perhitungan SF pada akhir konstruksi
II-9 II-10 II-28 II-36 II-40 II-43 IV-5 IV-8 IV-11 IV-12 IV-12 IV-18 IV-20 IV-32
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Metodologi studi I-6
Gambar 1.2 Metodologi studi kasus I-7
Gambar 1.3 Lokasi PLTGU Tambak Lorok, Semarang I-8
Gambar 2.1 Variasi angka keamanan II-7
Gambar 2.2 Kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb II-10 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12
Timbunan di atas tanah lunak
Perubahan faktor keamanan pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment
Perubahan kuat geser tanah pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment
Perubahan tekanan pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment
Lapisan lempung yang mengalir ke atas dan ke bawah Kondisi tegangan pada saat t = 0
Kondisi tegangan pada saat 0 < t < ∞ Kondisi tegangan pada saat t = ∞
Variasi e vs log t, untuk indeks konsolidasi sekunder Grafik settlement ratio dan bearing capacity dari University Drexel untuk tanah soft saturated clay dengan menggunakan woven slit-film fabric
II-11 II-13 II-14 II-14 II-19 II-20 II-21 II-21 II-23 II-32 Gambar 2.13 Tegangan karakteristik tanah kohesif II-45 Gambar 2.14 Drainase vertikal di bawah timbunan II-46 Gambar 2.15 Pengaruh panjang dan jarak drainase vertikal terhadap waktu
konsolidasi II-48
Gambar 2.16 Skema PDVP dengan pengaruh tahanan drain dan gangguan
tanah II-50
Gambar 2.17 Diameter ekivalen PDVP II-50
Gambar 2.18 Perkiraan zona terganggu di sekeliling mandrel II-51 Gambar 2.19 Hubungan antara jarak drain(S) dengan zona pengaruh drain (D) II-52
Gambar 2.20 Alat pemasangan PDVP II-53
Gambar 2.21 Gambar 2.22
Proses pemasangan vertical drain
Konsolidasi akibat drainase vertikal dan radial
II-54 II-56 Gambar 2.23 Diagram alir desain vertical drain II-60
Gambar 4.1 Model tanah asli IV-4 Gambar 4.2 Transformasi deret tiang cerucuk menjadi equivalent beam IV-6 Gambar 4.3 Konfigurasi jumlah tiang per cerucuk bambu IV-7 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Gambar 4.18 Gambar 4.19 Gambar 4.20 Gambar 4.21 Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24 Gambar 4.25 Gambar 4.26 Gambar 4.27 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28 Gambar 4.28
Proses pemasangan cerucuk bambu Proses perakitan matting bambu
Aplikasi perkuatan tanah dengan geotextile Grafik prediksi penurunan konsolidasi Grafik excess pore pressure vs time Konfigurasi vertical drain
Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain
Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain spasi 1,2 m Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain spasi 1 m Deformed mesh timbunan awal (vertical drain)
Total displacement timbunan awal (vertical drain) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (vertical drain) Total displacement setelah akhir konstruksi (vertical drain) Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent beam) Total displacement pemasangan bambu (equivalent beam) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (equivalent beam) Total displacement setelah akhir konstruksi (equivalent beam) Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent spring) Total displacement pemasangan bambu (equivalent spring) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (equivalent spring) Total displacement setelah akhir konstruksi (equivalent spring) Deformed mesh pemasangan (geotextile)
Total displacement pemasangan (geotextile)
Deformed mesh setelah akhir konstruksi (geotextile) Total displacement setelah akhir konstruksi (geotextile) Grafik konsolidasi vertical drain
Grafik excess pore pressure vertical drain Grafik konsolidasi equivalent beam
Grafik excess pore pressure equivalent beam Grafik konsolidasi equivalent spring
Grafik excess pore pressure equivalent spring Grafik konsolidasi geotextile
Grafik excess pore pressure geotextile
IV-8 IV-9 IV-10 IV-13 IV-18 IV-19 IV-21 IV-21 IV-22 IV-23 IV-24 IV-24 IV-25 IV-25 IV-26 IV-26 IV-27 IV-27 IV-28 IV-28 IV-29 IV-29 IV-30 IV-30 IV-31 IV-32 IV-32 IV-33 IV-33 IV-34 IV-34 IV-35 IV-35
