ANALISIS PENURUNAN TANAH LUNAK MENGGUNAKAN PVD MEMAKAI PROGRAM PLAXIS (STUDI KASUS PROYEK PEMBANGUNAN BEHANDLE AREA PELABUHAN KUALA TANJUNG)

ANALISIS PENURUNAN TANAH LUNAK MENGGUNAKAN PVD MEMAKAI PROGRAM PLAXIS

(STUDI KASUS PROYEK PEMBANGUNAN BEHANDLE AREA PELABUHAN KUALA TANJUNG)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi persyaratan mencapai gelar Sarjana S1 pada Departemen Teknik Sipil

PINGKY PURANA V 15 0404 142

BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2019

i ABSTRAK

Tanah lunak merupakan tanah yang terbentuk akibat pelapukan batuan yang tidak memiliki daya ikatan yang kuat antar partikelnya, berkarakteristik buruk dan memiliki sifat kurang menguntungkan untuk konstruksi karena memiliki kandungan air yang tinggi tapi sulit terdrainasi, memiliki permeabilitas yang rendah dan kompesibilitas yang tinggi sehingga mengakibatkan terjadinya penurunan yang besar dalam waktu yang lama. Maka dari itu, untuk membangun konstruksi di atas tanah lunak, diperlukan suatu teknik perbaikan tanah salah satunya adalah dengan menggunakan prefabricated vertical drain (PVD). Pada proyek pembangunan behandle area Pelabuhan Kuala Tanjung, perbaikan tanah lunak menggunakan prefabricated vertical drain (PVD). Penggunaan PVD menyebabkan terjadinya aliran drainase arah vertikal sehingga air pori dapat dikeluarkan lebih cepat.

Dalam tugas akhir ini, setelah data-data yang diperlukan dalam penelitian ini terkumpul dilanjutkan dengan menganalisa perhitungan secara analitis dan menggunakan program plaxis untuk mencari penurunan dan waktu untuk mencapai derajat konsolidasi 95%. Kemudian akan dibandingkan besar penurunan secara metode analitis, program plaxis, dan penurunan di lapangan.

Dari hasil perhitungan, dengan besar penurunan 0,932 m, untuk mencapai konsolidasi 95%, tanah lunak tanpa penggunaan PVDmemerlukan waktu selama 3824 hari, sedangkan tanah lunak dengan penggunaan PVDmemerlukan waktu selama 81 hari. Dari analisis, dapat disimpulkan bahwa penggunaan PVD dapat mempercepat proses konsolidasi. Jika dibandingkan, besar penurunan dengan metode analitis jauh lebih kecil dibandingkan dengan penurunan dengan program plaxis, yaitu 1,7033 m, dan penurunan di lapangan, yaitu 1,722 m.

Kata kunci: Tanah Lunak, Penurunan, Derajat Konsolidasi, Prefabricated Vertical Drain (PVD)

ii ABSTRAK

Soft soil is soil formed by weathering rocks that do not have strong bonding strength between particles, are poorly characterized and have properties that are less favorable for construction because they have high water content but are difficult to drain, have low permeability and high compatibility resulting in a decrease the big one in a long time. Therefore, to build construction on soft soil, a soil improvement technique is needed, one of which is to use prefabricated vertical drain (PVD). In the development project behandle area the Port of Kuala Tanjung, soft soil repairs using prefabricated vertical drain (PVD). The use of PVD causes a vertical flow of drainage so that pore water can be released faster.

In this final project, after the data needed in this study is collected, it is continued by analyzing analytical calculations and using plaids program to look for decreases and time to achieve 95% consolidation degree. Then it will be compared to the large decrease in analytical methods, plaids programs, and decreases in the field.

From the calculation, with a decrease of 0.932 m, to achieve 95%

consolidation, soft soil without PVD use takes 3824 days, while soft soil with PVD use takes 81 days. From the analysis, it can be concluded that the use of PVD can accelerate the consolidation process. When compared, the magnitude of the decline with the analytical method is much smaller than the decrease with the plaids program, which is 1.7033 m, and the decrease in the field, which is 1.722 m.

Keywords: Soft Soil, Consolidation, Degree of Consolidation, Prefabricated Vertical Drain (PVD)

iii KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbilalamin. Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, Tuhan Yang Maha Kuasa atas karunia-Nya kepada saya, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “ANALISIS PENURUNAN TANAH LUNAK MENGGUNAKAN PVD MEMAKAI PROGRAM PLAXIS (STUDI KASUS PROYEK PEMBANGUNAN BEHANDLE AREA PELABUHAN KUALA TANJUNG)” ini dimaksudkan untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

Saya menyadari bahwa dalam penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :

1. Terutama kepada kedua orang tua saya, Purnomo Syahputra, SE. dan Sri Rahayu Nengsih, SE. serta kepada kakak saya Dika Ratih Astari, S.Pd, dan adik saya Krisna Prayoga Syahputra yang telah memberikan dukungan penuh, nasehat, motivasi serta mendoakan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT. selaku pembimbing, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran kepada saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST, MT, Ph.D, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Dr. M. Ridwan Anas, ST. MT, sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, M.Sc, selaku Koordinator KBK Geoteknik dan Dosen Peguji yang telah memberikan masukan, arahan, dan bimbingan kepada saya.

6. Ibu Ika Puji Hastuty, ST. MT, selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan, arahan, dan bimbingan kepada saya.

7. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan

iv pengajaran kepada saya selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

8. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang memberikan bantuan selama ini kepada saya.

9. Sahabat saya The King’s yaitu Namira Jihan Fatima, Hanna Cynthia dan Joseph Tambunan yang selalu menghibur dan mencurahkan segala perhatiaannya kepada saya sedari SMA sampai dengan sekarang.

10. Sahabat saya ALYA NAFISA yang telah mau berjuang bersama saya menemani kemanapun selama perkuliahan, setia menunggu kesiapan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini dan membantu banyak hal dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

11. Sahabat-sahabat kesayangan saya yang cantik Seven Angels yaitu Alya, Ade, Ayudita, Idak, Suci dan Yossi yang telah membantu, menghibur, selalu ada dan juga mencurahkan perhatiannya kepada saya selama proses kuliah ini.

12. Kepada orang terspesial MUHAMMAD FADLY HARAHAP pacar saya yang sangat banyak membantu, memberikan arahan, memberikan dukungan, selalu ada dalam kondisi apapun serta yang selalu mencurahkan seluruh perhatiannya dalam segala hal termasuk dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

13. Teman-teman seperjuangan stambuk 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu terimah kasih buat kebersamaan yang selama ini baik diperkulihan maupun dipertemanan yang luar biasa , semoga kita semua sukses selalu.

14. Abang dan kakak stambuk 2012 dan 2013 dan adik – adik 2016 dan 2018 yang sangat banyak memberikan arahan dan masukan serta perhatiannya kepada saya dalam pengerjaan Tugas Akhir serta mengenal dunia perkulihan di teknik sipil.

15. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya yang sangat baik.

16. Last but not least, terima kasih kepada seluruh teman-teman yang sering di selasar yang selalu menemani ketika gak ada kerjaan, nunggu masuk kelas, ngerjai laporan dan tugas, nunggu asistensi dan juga dalam keadaan suntuk.

v Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Juli 2019 Penulis

Pingky Purana V 15 0404 142

vi DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Manfaat Penelitian... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Tanah Lunak ... 4

2.2 Penurunan (Settlement) ... 5

2.3 Konsolidasi ... . 8

2.3.1 Konsolidasi satu-dimensi ... 8

2.4 Tegangan Air Pori Akibat Beban Tak Terdrainasi... 14

2.5 Perbaikan pada Tanah Lunak ... .15

2.6 Prefabricated Vertical Drain (PVD)... 18

2.7 Verifikasi Pemodelan Vertical Drain ... .27

2.8 Plaxis ... .30

2.9 Instrumen Geoteknik ... .35

2.9.1 Settlement Plate ... 36

2.9.2 Pneumatic Piezometer ... 38

2.9.3 Water Stand Pipe ... 40

2.9.4 Inclinomete ... 41

2.10 Penelitian yang pernah dilakukan ... 43

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 45

3.1 Umum ... 45

3.2 Lokasi Penelitian ... 45

vii

3.3 Pengumpulan Data ... 45

3.3.1 Data Borehole dan Standart Penetration Test (SPT) ... 46

3.3.2 Data Laboratorium ... 47

3.3.3 Data Prefabricated Vertical Drain ... 48

3.4 Tahapan Penimbunan ... 48

3.5 Data Pada Aplikasi Plaxis ... 48

3.6 Prosedur Penelitian ... 50

3.8 Diagram AlirPenelitian ... 51

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 52

4.1 Umum ... 52

4.2 Perhitungan Penurunan Konsolidasi Primer 1-D secara Analitis (Unit Sel PVD) ... 52

4.3 Perhitungan Derajat Konsolidasi secara Analitis (Unit Sel PVD) ... 54

4.3.1 Derajat Konsolidasi Tanpa PVD ... 54

4.3.2 Derajat Konsolidasi dengan Menggunakan PVD ... 57

4.3.3Analisis Tegangan Excess Pore Water Pressure ... 61

4.4 Verifikasi Pemodelan Vertical Drain ... 63

4.5 Verifikasi Pemodelan PVD dengan Program Plaxis ... 64

4.6 Tahapan Pekerjaan Penimbunan Berdasarkan Waktu Konsolidasi... 68

4.7 Perhitungan Penurunan dan Waktu Konsolidasi Tanah Lunak Menggunakan Program Plaxis ... 69

4.7.1 Penurunan pada Program Plaxis ... 72

4.7.2 DisipasiExcess Pore Water Pressure pada Program Plaxis ... 74

4.8 Penurunan berdasarkan pemantauan Settlement Plate ... 83

4.9 Perbandingan Besar Penurunan yang Dihitung secara Analitis dan Menggunakan Program Plaxis ... 86

4.10 Fluktuasi Muka Air Tanah Berdasarkan Open Stand Pipe ... 87

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 89

5.1 Kesimpulan... 89

5.2 Saran ... 91 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

viii DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kriteria Tanah Lunak ... 4

Tabel 2.2 Variasi Faktor Waktu Terhadap Derajat Konsolidasi ... 13

Tabel 2.3 Besar Af untuk berbagai Kondisi Tanah ... 15

Tabel 2.4 Tipe Drainase Vertikal ... 19

Tabel 2.5 Persyaratan Teknis Material PVD ... 20

Tabel 2.6 Hubungan N-SPT dengan Berat Isi (𝜸)pada tanah pasir ... 30

Tabel 2.7 Hubungan N-SPT dengan Berat Isi (𝜸)pada tanah pasir ... 31

Tabel 2.8 Harga Koefisien Rembesan ... 31

Tabel 2.9 Modulus Elastisitas berdasarkan Jenis Tanah ... 32

Tabel 2.10 Nilai Poisson Ratio dari Tanah ... 32

Tabel 2.11 Hubungan N-SPT, Dr dan ɸ pada Pasir ... 33

Tabel 3.1 Hasil Pengujian Laboratorium Boring BH-05 ... 47

Tabel 3.2 Tahap Penimbunan di Lapangan ... 48

Tabel 3.3 Parameter Tanah Model Axisymmetry saat Verifikasi ... 49

Tabel 4.1 Analisa Penurunan Timbunan 1-D Terzaghi untuk Tanah Terkonsolidasi Normal ... 53

Tabel 4.2 Analisa Penurunan Timbunan 1-D Terzaghi untuk Tanah Terkonsolidasi Normal berdasarkan Nilai Cc yang sudah dikorelasi dengan Persamaan Empiris ... 54

Tabel 4.3 Analisa Derajat Konsolidasi Arah Vertikal Tanpa menggunakan PVD ... 56

Tabel 4.4 Analisa Derajat Konsolidasi menggunakan PVD dengan Pola Segitiga dan Jarak 1,5 m... 59

Tabel 4.5 Hasil Disipasi Excess Pore Water Pressure berdasarkan Tahapan Penimbunan ... 62

Tabel 4.6 Nilai Derajat Konsolidasi terhadap Waktu pada Tiap Titik Nodal ... 67

Tabel 4.7 Tahapan Penimbunan pada Proyek Pembangunan Behandle Area Pelabuhan Kuala Tanjung ... 68

Tabel 4.8 Parameter Tanah Ketika Model Skala Penuh ... 71

Tabel 4.9 Nilai Excess Pore Pressure pada Tiap Titik Nodal... 79

ix Tabel 4.10 Hubungan antara Derajat Konsolidasi Terhadap Waktu pada Tiap Nodal Ketika U90% dan U  95% Terhitung Mulai Dari Tahap Penimbunan ke 6 (hari ke 108) ... 82 Tabel 4.11 Hasil Penurunan Berdasarkan Tahap Penimbunan ... 86 Tabel 4.12 Rincian Nilai Fluktuasi Muka Air Tanah ... 87

x DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik antara Penurunan dan Waktu ... 6

Gambar 2.2 Konsolidometer (oedometer) ... 9

Gambar 2.3 Hubungan antara Pemampatan dan Waktu... 10

Gambar 2.4 Perkuatan Tanah Lunak menggunakan Geotekstil ... 16

Gambar 2.5 Perkuatan Tanah Lunak menggunakan Vertical Drain ... 16

Gambar 2.6 Perkuatan Tanah Lunak menggunakan Stone Matress ... 17

Gambar 2.7 Perkuatan Tanah Lunak menggunakan Pile ... 17

Gambar 2.8 Perkuatan Tanah Tunak menggunakan Vacuum Preloading ... 17

Gambar 2.9 Pre-Fabricted Vertical Drain (PVD) ... 18

Gambar 2.10 Skema tanah pada penampang PVD ... 21

Gambar 2.11 Skema pemasangan Prevebricated Vertical Drain ... 22

Gambar 2.12 Modifikasi Jarak Tempuh Air dengan Keberadaan PVD ... 22

Gambar 2.13 Transformasi tampang vertical drain ... 23

Gambar 2.14 Pola PVD ... 25

Gambar 2.15 Efek Smear ... 26

Gambar 2.16 Pengekivalenan Pengaruh Smear Zone Ketika PVD Berbentuk Lingkaran dan Segiempat ... 27

Gambar 2.17 Aliran Air Pori pada Vertical Drain ... 28

Gambar 2.18 Verifikasi bentuk penampang PVD dalam pemodelan Axisymmetry dan Plane Strain ... 29

Gambar 2.19 Perbandingan Hasil Penurunan Kondisi Axisymmetry dan Plane Strain ... 34

Gambar 2.20 Gambar Instrumen Geoteknik ... 36

Gambar 2.21 Pemasangan Settlement Plate ... 37

Gambar 2.22 Detail Pemasangan Settlement Plate ... 37

Gambar 2.23 Pemasangan Pneumatic Piezometer ... 38

Gambar 2.24 Detail Pemasangan Pneumatic Piezometer ... 40

Gambar 2.25 Pemasangan Water Stand Pipe ... 40

Gambar 2.26 Detail Pemasangan Water Stand Pipe ... 41

Gambar 2.27 Pemasangan Inclinometer ... 41

xi Gambar 2.28 Detail Pemasangan Inclinometer ... 42 Gambar 3.1 Lokasi penelitian Behandle AreaPelabuhan Kuala Tanjung ... 45 Gambar 3.2 Borhole BH-05 ... 46 Gambar 4.1 Hubungan derajat konsolidasi (95%) terhadap waktu dengan menggunakan metode analitis tanpa menggunakan PVD ... 57 Gambar 4.2 Hubungan derajat konsolidasi (95%) terhadap waktu dengan menggunakan metode analitis dengan menggunakan PVD pola segitiga spasi 1,500 m... 60 Gambar 4.3 Grafik perbandingan lamanya hari untuk mencapai derajat kosolidasi (95%) dengan dan tanpa menggunakan PVD ... 60 Gambar 4.4 Hasil disipasi excess pore water pressure dari persamaan Skempton berdasarkan besar beban timbunan ... 62 Gambar 4.5 Lokasi titik nodal pengamatan derajat konsolidasi untuk kondisi axisymmetry dan plane strain ... 65 Gambar 4.6 Grafik derajat konsolidasi dan waktu konsolidasi di titik nodal A pada kondisi axisymmetry dan plane strain ... 65 Gambar 4.7 Grafik derajat konsolidasi dan waktu konsolidasi di titik nodal B pada kondisi axisymmetry dan plane strain ... 66 Gambar 4.8 Grafik derajat konsolidasi dan waktu konsolidasi di titik nodal C pada kondisi axisymmetry dan plane strain ... 66 Gambar 4.9 Grafik derajat konsolidasi dan waktu konsolidasi di titik nodal D pada kondisi axisymmetry dan plane strain ... 67 Gambar 4.10 Grafik Tebal Timbunan Terhadap Waktu pada Proyek Pembangunan Behandle Area Pelabuhan Kuala Tanjung ... 68 Gambar 4.11 Pemodelan Pembangunan Pelabuhan Kuala Tanjung ... 70 Gambar 4.12 Penurunan yang terjadi pada output plaxis ... 72 Gambar 4.13 Mesh timbunan Proyek Pembangunan Pelabuhan Kuala Tanjung untuk peninjauan terhadap waktu ... 72 Gambar 4.14 Grafik Penurunan di Titik Nodal A ... 73 Gambar 4.15 Grafik Penurunan di Titik Nodal B ... 73 Gambar 4.16 Perbandingan Grafik Penurunan di Titik Nodal A (di Tengah Lapisan Permukaan) dan di Titik Nodal B (Settlement Plate) ... 74

xii Gambar 4.17 Excess pore pressure pada output plaxis Proyek Pembangunan

Pelabuhan Kuala Tanjung... 75

Gambar 4.18 Grafik Nilai Excess Pore Water Pressure Terhadap Waktu di Titik Nodal A ... 75

Gambar 4.19 Grafik Nilai Excess Pore Water Pressure Terhadap Waktu di Titik Nodal B ... 76

Gambar 4.20 Grafik Nilai Excess Pore Water Pressure Terhadap Waktu di Titik Nodal C ... 76

Gambar 4.21 Grafik Nilai Excess Pore Water Pressure Terhadap Waktu di Titik Nodal D ... 77

Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Nilai Excess Pore Water Pressure Terhadap Waktu di Titik Nodal A, B, C, dan D ... 78

Gambar 4.23 Derajat Konsolidasi Terhadap Waktu di Titik Nodal A ... 80

Gambar 4.24 Derajat Konsolidasi Terhadap Waktu di Titik Nodal B ... 80

Gambar 4.25 Derajat Konsolidasi Terhadap Waktu di Titik Nodal C ... 81

Gambar 4.26 Derajat Konsolidasi Terhadap Waktu di Titik Nodal D ... 81

Gambar 4.27 Grafik Perbandingan Derajat Konsolidasi terhadap Waktu pada Titik Nodal A, B, C dan D ... 82

Gambar 4.28 Grafik Hubungan Antara Tebal Timbunan Terhadap Tanggal Pembacaan Settlement Plate (SP-03) ... 84

Gambar 4.29 Grafik Hubungan Antara Penurunan Terhadap Tanggal Pembacaan Settlement Plate (SP-03)... 85

Gambar 4.30 Perbandingan grafik penurunan yang menggunakan program plaxis dan secara analitis ... 86

Gambar 4.31 Elevasi Muka Air Tanah Terhadap Tanggal Pembacaan Open Stand Pipe ... 88

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang

Tanah merupakan bagian penting dalam suatu konstruksi mengingat hampir semua konstruksi berada diatas atau dibawah permukaan tanah sehingga struktur konstruksi tersebut ditopang oleh tanah itu sendiri. Namun yang menjadi masalah adalah jika suatu konstruksi dibangun diatas tanah lunak karena daya dukungnya yang rendah.

Tanah lunak merupakan tanah yang terbentuk akibat pelapukan batuan yang tidak memiliki daya ikatan yang kuat antar partikelnya, berkarakteristik buruk dan memiliki sifat kurang menguntungkan untuk konstruksi karena memiliki kandungan air yang tinggi tapi sulit terdrainasi, memiliki permeabilitas yang rendah dan kompesibilitas yang tinggi sehingga mengakibatkan terjadinya penurunan yang besar dalam waktu yang lama. Tanah lunak sendiri dibagi menjadi dua yaitu, tanah lempung lunak dan tanah gambut (Panduan Geoteknik 1 Proses Pembentukkan dan Sifat-Sifat Dasar Tanah Lunak, 2002).

Salah satu cara untuk mengatasi masalah terkait pembangunan diatas tanah lunak adalah dengan menggunakan sistem Prefabricated Vertical Drain (PVD).

Pada proyek pembangunan Behandle Area pelabuhan Kuala Tanjung menggunakan PVD. Prefabricated Vertical Drain (PVD) digunakan karena dapatmembantu mempercepat waktu aliran air yang keluar dari dalam pori–pori tanah sehingga proses penurunan dapat berlangsung lebih cepat. Hal ini dikarenakan vertical drain terus menekan keluar air pori yg keluar dari arah horizontal saat proses konsolidasi.

Konsolidasi adalah suatu proses berkurangnya volume pada tanah lunak secara perlahan akibat pengaliran sebagian air pori yang berlangsung hingga kelebihan tekanan air pori akibat meningkatnya tegangan total benar-benar hilang.

Ketika proses konsolidasi berlangsung kekuatan geser tanah pun turut meningkat sehingga dapat memungkinkan penambahan beban (Craig, 1991).

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang akan dijawab dalam tugas akhir ini antara lain:

a. Berapa besar penurunan tanah dengan menggunakan PVD?

b. Berapa besar penurunan tanah tanpa menggunakan PVD?

c. Berapa besar tegangan ekses air pori pada tanah?

d. Berapa lama waktu yang dibutuhkan tanah lunak untuk mencapai konsolidasi 95%?

e. Bagaimana pemodelan PVD menggunakan Plaxis?

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:

a. Mengetahui berapa besar penurunan tanah dengan PVD.

b. Mengetahui berapa besar penurunan tanah tanpa PVD.

c. Mengetahui tegangan ekses air pori pada tanah yang dihitung secara analitis dan menggunakan plaxis.

d. Mengetahui waktu yang dibutuhkan untuk tercapainya konsolidasi 95%.

e. Mengetahui pemodelan PVD menggunakan Plaxis.

1.4 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan pembahasan permasalahan yang lebih terfokus yang dibahas dalam tugas akhir ini, maka dibuat batasan masalah yang akan dibahas diantaranya:

a. Data-data yang digunakan berasal dari proyek pembangunan behandle area pelabuhan Kuala Tanjung meliputi data borehole, SPT, settlement plate,open standpipe, pneumatic piezometer dan spesifikasi PVD.

b. Penurunan yang ditinjau hanya penurunan konsolidasi.

c. Analisis biaya tidak dilakukan.

d. Pemodelan PVD menggunakan program Plaxis.

e. Perhitungan lama waktu tanah mendisipasi air pori ditinjau hingga mencapai derajat konsolidasi 95 persen.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain:

a. Memberikan pengetahuan kepada penulis dan pembaca berapa besar penurunan dan lama waktu konsolidasi pada tanah lunak dengan dan tanpa PVD yang dimodelkan dengan Plaxis.

b. Menjadi referensi bagi pihak-pihak yang membutuhkan informasi dan ingin mempelajari hal yang dibahas ditugas akhir ini.

c. Menjadi bahan referensi terutama untuk mahasiswa yang akan mengambil tugas akhir dengan bahasan topik yang sama.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah Lunak

Tanah lunak merupakan tanah yang memiliki daya dukung rendah dan pemampatan yang relatif besar dan berlangsung dalam waktu yang lama akibat pori-pori tanah yang terisi oleh banyak air, yang bila diukur kuat gesernya <40 Kpa (dengan caravane shear test). Tanah lunak memiliki sifat kurang menguntungkan untuk konstruksi karena memiliki kandungan air yang tinggi tapi sulit terdrainasi, memiliki permeabilitas yang rendah dan kompesibilitas yang tinggi sehingga mengakibatkan terjadinya penurunan yang besar dalam waktu yang lama. Tanah lunak dibagi menjadi dua yaitu, tanah lempung lunak dan tanah gambut.

Tanah lunak merupakan tanah kohesif yang terdiri dari sebagian besar butir- butir yang sangat kecil seperti lempung atau lanau. Braja M. Das (1995) menyatakan bahwa nilai hasil dari pengujian di lapangan dan di laboratorium akan menunjukkan bahwa tanah tersebut lunak apabila:

- Koefisien rembesan (k) sangat rendah ≤ 0,0000001 cm/dtk - Batas cair (LL) ≥ 50%

- Angka pori (e) antara 2,5 – 3,2

- Kadar air dalam keadaan jenuh antara 90% - 120%

- Berat spesifik (Gs) berkisar antara 2,6 – 2,9 Kriteria tanah lunak dapat juga dilihat pada Tabel 2.1:

Tabel 2.1 Kriteria tanah lunak

Very Soft Soil Soft Soil

c (t/m²) < 2 2 – 4

qc (kg/cm²) < 6 6 – 10

N-SPT < 2 3 – 5

(Sumber: Panduan Geoteknik1, 2002)

2.2 Penurunan (Settlement)

Penurunan tanah selalu menjadi masalah besar dalam suatu kegiatan konstruksi. Ketika lapisan tanah diberikan beban maka akan terjadi penurunan (settlement) akibat adanya penambahan tegangan pada partikel tanah yang membuat berkurangnya volume tanah dikarenakan air pori keluar dari tanah.

Dalam geoteknik penurunan dibagi menjadi 3, yaitu :

1. Penurunan Seketika (Immediate Settlement), yaitu ketika proses pembebanan pada tanah dilakukan. Penurunan ini terjadi akibat deformasi tanah kering atau basah, dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air.

2. Penurunan Konsolidasi/Primer (Consolidation Settlement), yaitu penurunan yang ditandai dengan adanya tekanan yang besar pada tanah yang dapat menurunkan struktur tanah, dan juga penyusutan susunan dan pergerakan partikel tanah kedalam rongga tanah akibat tanah mampat dan memadat.

3. Penurunan Rangkak/Sekunder (Creep/Secondary Settlement), yaitu penurunan yang terjadi setelah semua tekanan air pori telah terdisipasi seluruhnya, merupakan proses pemampatan yang disebabkan oleh penyesuaian butir-butir tanah yang bersifat plastis.

Apabila pada suatu lapisan tanah jenuh air diberikan tambahan beban, maka angka tekanan air pori akan naik secara mendadak. Akibat keluarnya air dari dalam pori yang menyebabkan volume tanah berkurang mengakibatkan terjadinya penurunan lapisan tanah.

Apabila pada suatu lapisan tanah lempung jenuh air yang mampumampat (compressible) diberi penambahan tegangan, maka penurunan (settlement) akan terjadi dengan segera. Dibandingkan dengan koefisien rembesan pasir, koefisien rembesan pada lempung sangat kecil sehingga penambahan tekanan air pori yang disebabkan oleh pembebanan akan berkurang secara perlahan dan membutuhkan waktu yang sangat lama. Oleh karena itu, untuk tanah lempung-lembek perubahan volume yang disebabkan keluarnya air dari dalam pori (yaitu konsolidasi)

akanterjadi sesudah penurunan segera. Penurunan konsolidasi tersebut biasanya jauh lebih lama dan lebih besar dibandingkan dengan penurunan segera.

Dengan demikian, penurunan total dari suatu tanah yang dibebani adalah :

St = Si + Sc + Ss (2.1)

dimana :

St = Penurunan Total

Si = Penurunan Seketika (Immediate Settlement)

Sc = Penurunan Konsolidasi/Primer (Consolidation Settlement) Ss = Penurunan Rangkak/Sekunder (Creep/Secondary Settlement)

Penurunan Sekunder terjadi ketika Penurunan Konsolidasi selesai, yaitu pada saat tegangan air pori berlebih, U, sama dengan nol.

Gambar 2.1 Grafik antara penurunan dan waktu Sumber: Gouw, 2010

Perhitungan besar penurunan (settlement) akibat penimbunan dibedakan menjadi 2 yaitu :

1. Penurunan konsolidasi primer untuk lempung yang terkonsolidasi secara normal (normally consolidated):

𝑆 = ^𝐶𝑐𝐻

1+𝑒𝑜log (^{𝑝𝑜∆𝑝}

𝑝𝑜 ) (2.2)

2. Penurunan untuk lempung yang terlalu terkonsoidasi (over consolidated):

 Bila (𝑝_𝑜+ ∆𝑝) ≤ 𝑝_𝑐 , maka:

𝑆 = ^𝐶𝑠𝐻

1+𝑒𝑜log (^{𝑝𝑜+∆𝑝}

𝑝𝑜 ) + ^𝐶𝑐𝐻

1+𝑒𝑜log (^{𝑝𝑜+∆𝑝}

𝑝𝑜 ) (2.3)

 Bila (𝑝_𝑜+ ∆𝑝) > 𝑝_𝑐 , maka:

𝑆 = ^𝐶𝑠𝐻

1+𝑒_𝑜log (^{𝑝𝑜+∆𝑝}

𝑝_𝑜 ) + ^𝐶𝑐𝐻

1+𝑒_𝑜log (^{𝑝𝑜+∆𝑝}

𝑝_𝑜 ) (2.4) dimana:

H = tebal lapisan tanah lunak yang memampat (m) 𝑒_𝑜 = angka pori awal (Initial Void Ratio)

𝐶_𝑐 = indeks pemampatan (Compression Index)

∆𝑝 = besarnya tegangan di muka tanah (surcharge)(t/m²) 𝑝_𝑜 = tegangan overburden efektif awal (t/m²)

𝑝_𝑐 = tegangan prakonsolidasi efektif (t/m²)

Penurunan masih terus terjadi sebagai akibat dari penyesuaian plastis butiran tanah ketika tekanan air pori sama dengan nol yang penurunan ini dinamakan sebagai konsolidasi sekunder. Kurva hubungan antara deformasi dan log waktu (t) merupakan garis lurus selama konsolidasi sekunder berlangsung.

Perbandingan pemamapatan sekunder terhadap pemampatan primer untuk suatu lapisan tanah dengan ketebalan tertentu tergantung pada perbandingan antara penambahan tegangan (∆𝑝) dengan tegangan efektif awal (𝑝_𝑜) . Perbandingan pemampatan sekunder dan primer besar apabila ^∆𝑝′

𝑝_𝑜 kecil.

Terzaghi dan Peck (1967), menyarankan pemakaian persamaan empiris berikut ini untuk menghitung indeks pemampatan:

 Untuk lempung yang struktur tanahnya belum terganggu (undisturbed) 𝐶_𝑐 = 0,009 (𝐿𝐿 − 10) (2.5)

 Untuk lempung yang terbentuk kembali (remolded)

𝐶_𝑐 = 0,007(𝐿𝐿 − 10) (2.6) Apabila data hasil percobaan di laboratorium tidak tersedia, maka persamaan (2.5) digunakan untuk menghitung konsolidasi primer yang terjadi dilapangan.

2.3 Konsolidasi

Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan-lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori. Proses tersebut berlangsung terus sampai kelebihan tegangan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-benar hilang (Craig,1994).

Pada umumnya peristiwa konsolidasi terjadi pada kondisi 3 dimensi, yaitu untuk aliran air dan deformasi (dan regangan) tanah yang terjadi dalam 3 dimensi.

Pemakaian kondisi ini umumnya sangat kompleks dan cukup sulit untuk digunakan dalam praktek. Sehingga untuk kondisi praktis umumnya digunakan konsolidasi satu dimensi, dimana kondisi regangan lateral diambil sebesar nol.

2.3.1 Konsolidasi satu-dimensi Terzaghi

Teori konsolidasi satu dimensi yang diperkenalkan oleh Terzaghi merupakan salah satu teori umum yang sering digunakan untuk memprediksi penurunan dan waktu yang dibutuhkan, dimana arah aliran dan deformasi hanya terjadi pada satu arah yaitu arah vertikal. Prosedur dalam melakukan uji konsolidasi 1-D adalah dilakukan dalam konsolidometer (biasa disebut oedometer). Dengan cara meletakkan contoh tanah dalam cincin logam dengan dua buah batu berpori yang diletakkan diatas dan dibawah contoh tanah tersebut, kemudian pembebanan pada contoh tanah dilakukan dengan cara meletakkan beban pada ujung sebuah balok datar, dan pemampatan (compression) contoh tanah diukur dengan menggunakan skala ukur dengan skala micrometer. Untuk ukuran contoh tanah biasanya digunakan yang berdiameter 2,5 inchi (63,5 mm) dan tebal 1 inchi (25,4 mm).Beban diberikan setiap 24 jam dan dinaikkan sampai dua kali lipat dari sebelumnya, pengukuran pemampatan diteruskan. Dari hasil percobaan dapat ditentukan berat kering dari contoh tanah tersebut.

Gambar 2.2 Konsolidometer (oedometer) (Sumber: Braja M. Das,1985)

Angka pori akhir, kadar air (water content) dan berat kering (dry weight) pada setiap periode penambahan beban dapat dihitung dari pembacaan arloji pengukur dari contoh tanah pada akhir pengujian. Dengan diagram fase tanah terdapat satu metode perhitungan:

Kadar air yang diukur pada akhir pengujian = Wt

∆𝑒

∆𝐻 =^1+𝑒0

𝐻₀ (2.7) dimana:

𝑒₁ = Angka pori pada akhir pengujian = 𝑊₁∗ 𝐺_𝑠 (diasumsikan 𝑆_𝑟= 100%) 𝑒₀ = Angka pori pada awal pengujian

∆_𝑒 = Perubahan angka pori selama pengujian = 𝑒₁− 𝑒₀ 𝐻₀ = Tebal contoh tanah pada awal pengujian

∆𝐻 = Perubahan tebal selama pengujian

Dengan metode yang sama ∆_𝑒 dapat dihitung sampai akhir periode penambahan beban atau tekanan.

Terdapat tiga tahapan antara hubungan pemampatan dan waktu yaitu:

- Tahap pertama

Pemampatan awal (initial compression) yang pada umumnya disebabkan oleh pembebanan awal (preloading).

- Tahap kedua

Konsolidasi primer (primary consolidation), yaitu periode selama tekanan air pori secara lambat laun dipindahkan ke dalam tegangan efektif, sebagai akibat dari keluarnya air dari pori-pori tanah.

- Tahap ketiga

Konsolidasi sekunder (secondary consolidation), yang terjadi setelah tekanan air pori hilang seluruhnya. Pemampatan yang terjadi di sini disebabkan oleh penyesuaian yang bersifat plastis dari butir-butir tanah.

Gambar 2.3 Hubungan antara pemampatan dan waktu (Sumber: Braja M. Das, 1988)

Teori tentang kecepatan konsolidasi satu dimensi untuk tanah lempung yang jenuh air diperkenalkan oleh Terzaghi (1925) dengan anggapan – anggapan sebagai berikut:

1. Campuran lempung dan air homogen 2. Tanah jenuh sepenuhnya

3. Air dianggap tidak dapat terkompresi

4. Partikel tanah dianggap tidak dapat terkompresi

5. Arah aliran air hanya satu arah, yaitu searah pembebanan.

6. Hukum Darcy berlaku.

Dari teori konsolidasi oleh Terzaghi memiliki dasar persamaan diferensial sebagai berikut:

𝜕𝑢

𝜕𝑡 = 𝐶_𝑣^𝜕²𝑢

𝜕𝑧² (2.8)

dimana:

u = tekanan air pori (KN/m²) t = waktu peninjauan (detik) z = kedalaman peninjauan (m)

𝜕𝑢

𝜕𝑡 = turunan pertama tekanan air pori terhadap waktu

𝜕²𝑢

𝜕𝑧² = turunan kedua tekanan air pori terhadap kedalaman

Untuk mendapatkan nilai derajat konsolidasi arah vertikal (Uv) dapat dicari dengan rumus:

- untuk Uv ≤ 60%, maka:

𝑈_𝑣 = ^√

4𝑇𝑣 𝜋

(1+(^4𝑇𝑣_𝜋 )^2.8)^0.179 (2.9)

- untuk Uv > 60%, maka:

𝑈𝑣 = 1 − ⁸

𝜋²∑ ¹

(2𝑚+1)²𝐸𝑥𝑝 − [𝜋²(2𝑚 + 1)²/4]𝑇_𝑣

𝑚=∞𝑚=0 (2.10)

dimana:

m = bilangan bulat 𝑇_𝑣 = faktor waktu = ^𝐶𝑣𝑡

𝐻² (2.11)

𝐶_𝑣 = koefisien konsolidasi arah vertikal (cm²/detik)

t = waktu yang dibutuhkanuntuk mencapai derajat konsolidasi (detik) H = panjang maksimum lintasan drainase (cm)

Untuk mendapatkan nilai derajat konsolidasi arah radial (Ur) dapat dicari dengan metode equal strain consolidation (Baron,1948) dengan menganggap k terdistribusi konstan di smear zone:

U_r = 1 −^uav

ui = 1 − Exp^{(−8Trm )} (2.12) dimana:

Ur = derajat konsolidasi arah radial Tr = faktor waktu radial

m = ⁿ

2

n²−Sz²ln (ⁿ

Sz) −³

4+ ^Sz2

4n²+^kr

ks(^n2−Sz2

n² ) ln Sz (2.13) Sz = ^𝑟𝑠

𝑟_𝑤 (2.14)

n = ^𝑑𝑒

𝑑𝑤 (2.15)

Kr

Ks= 2 (2.16)

𝑑_𝑒 = diameter ekivalen (setelah penampang berbentuk lingkaran) 𝑑_𝑤 = diameter vertical drain

𝑟_𝑠 = jari-jari smear zone 𝑟_𝑤 = jari-jari sand drain

Ks = koefisien permeabilitas tanah arah radial pada smear zone Kr = koefisien permeabilitas tanah arah radial

Menentukan faktor waktu radial, Tr : T_r = ^{Cr∗ t}

d_e² (2.17)

dimana :

Tr = Faktor waktu arah radial, tergantung dari koefisien derajat konsolidasi (U) Cr = Koefisien konsolidasi radial

T = Waktu konsolidasi

de = Diameter ekivalen pengaruh dari jarak pemasangan antar vertical drain

= 1,13 * jarak antar PVD, untuk pola susunan bujur sangkar

= 1,05 * jarak antar PVD, untuk pola susunan segitiga

Faktor waktu dan derajat konsolidasi dapat disesuaikan dengan keadaan yang diberikan dengan hubungan yang sederhana:

Tabel 2.2 Variasi faktor waktu terhadap derajat konsolidasi Derajat konsolidasi

U%

Faktor waktu Tv

0 0

10 0.008

20 0.031

30 0.071

40 0.126

50 0.197

60 0.287

70 0.403

80 0.567

90 0.848

100 ∞

(Sumber: Braja M. Das, 1985)

Grafik 2.1 Hubungan faktor waktu dengan derajat konsolidasi (Sumber : Braja M. Das, 1985)

Kecepatan pengalian air pada tanah dari arah vertikal dapat ditentukan dengan koefisien konsolidasi vertikal (C_v). Rumus untuk menentukan nilai C_v adalah:

C_v = ^{Tv . H²}

t (2.18)

Dimana :

t = waktu konsolidasi (s)

T_v = faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi H = panjang aliran air pori selama konsolidasi (cm) C_v = koefisien konsolidasi untuk arah vertikal (cm²/s)

Untuk menentukan kecepatan pengaliran air pada tanah dari arah horizontal dapat ditentukan dengan rumus.

𝐶_ℎ = (1 − 2)𝐶_𝑣 (2.19)

dimana:

Ch = Koefisien konsolidasi horizontal (cm²/detik)

2.4 Tegangan Air Pori Akibat Beban Tak Terdrainase

Jika suatu lapisan lempung dengan tebal 2Hdr diberikan penambahan beban sebesar ∆p yang terletak antara dua lapis pasir yang sangat tembus air (high permeable), maka tekanan air pori di dalam lapisan tanah lempung tersebut akan mengalir keluar kearah vertikal, yaitu mengarah kearah lapisan pasir. Perubahan angka air pori terjadi karena penambahan tegangan efektif, yaitu pengurangan tekanan air pori. Dengan anggapan bahwa pengurangan tekanan air porisebanding dengan penambahan tegangan.

Kecepatan air yang mengalir ke luar dan kecepatan air yang mengalir masuk sama dengan kecepatan perubahan volume. Perubahan tegangan air pori pada triaxial undrainded test pada sampel tanah berbentuk silinder dapat dicari dengan menggunakan persamaan:

ΔU = B [Δσ3 + A( Δσ1 − Δσ3 )] (2.20)

dimana:

ΔU = Kenaikan tegangan air pori akibat beban tak terdrainase Δσ3 = Perubahan tegangan normal yang bekerja pada bidang utama Δσ1 = Perubahan tegangan aksial (tegangan deviator)

A dan B = Parameter Skempton

Tabel 2.3 Besar Af untuk Berbagai Kondisi Tanah

Type of Clay Af

Highly Sensitive Clays + ³

4 sampai dengan + 1¹

2

Normally Consolidated Clays + ¹

2 sampai dengan + 1 Compacted Sandy Clays + ¹

4 sampai dengan + ³

4

Lightly Overconsolidated Clays 0 sampai dengan + ¹

2

Compacted Clay-Gravels – ²

4 sampai dengan + ³

4

Heavily Overconsolidated Clays – ¹

2 sampai dengan 0 (Sumber: An Introduction to Geotechnical Engineering)

2.5 Perbaikan Pada Tanah Lunak

Tanah lunak pada umumnya terdiri dari lempung (clay) dan lanau (silt). Daya dukung (bearing capacity) dan penurunan (settlement) merupakan masalah yang sering dihadapi dalam merancang suatu konstruksi. Untuk menghindari terjadinya penurunan pada tanah lunak ketika diberi beban diatasnya maka harus dilakukan perbaikan pada tanah tersebut. Terdapat beberapa cara untuk melakukan perbaikan pada tanah lunak antara lain :

1. Perkuatan dengan Geotekstil

2. Prefabricated Vertical Drain (PVD) 3. Perkuatan dengan Stone Mattress 4. Perkuatan tanah dengan Pile

5. Perbaikan tanah dengan Vacuum Preloading

Gambar 2.4 Perkuatan tanah lunak mengunakan geotekstil (Sumber : Gourc, 2003)

Gambar 2.5 Perkuatan tanah lunak menggunakan vertical drain (Sumber : Gourc, 2003)

Gambar 2.6 Perkuatan tanah lunak menggunakan stone matress (Sumber : Gourc, 2003)

Gambar 2.7 Perkuatan tanah lunak menggunakan pile (Sumber : Gourc, 2003)

Gambar 2.8 Perkuatan tanah lunak menggunakan vacuum preloading (Sumber : Gourc, 2003)

2.6 Prefabricated Vertical Drain (PVD)

Prefabricated vertical drain (PVD) menjadi salah satu metode yang paling sering digunakan karena dapat membantu mempersingkat penurunan konsolidasi yang ingin dicapai yaitu dengan cara membuat saluran vertikal yang memiliki permeabilitas tinggi, yaitu drainase vertikal.

Gambar 2.9 Pre-Fabricted Vertical Drain (PVD) (Sumber : WordPress.com)

Berdasarkan konsep dasar mekanika tanah terhadap beban dengan nilai permeabilitas yang rendah bahwa proses konsolidasi tidak akan berhenti sampai tekanan air pori terdisipasi semua atau bernilai nol. Semakin jauh aliran drainasenya maka semakin lama pula proses konsolidasi akan terjadi. Didalam teori, besar penurunan konsolidasi pada akhirnya sama hanya saja laju penurunannya yang berbeda – beda.

Grafik 2.2 Perbandingan penurunan dengan dan tanpa vertical drain

Drainase verikal hanya mempercepat konsolidasi primer saja, karena pengaliran air yang signifikan hanya terjadi pada saat konsolidasi primer. Dan penurunan sekunder tidak dipercepat oleh drainase vertikal karena penurunan sekunder hanya mengalirkan jumlah air yang sangat sedikit.

Kjellman (1948) memperkenalkan drainase cetakan berbentuk pita (prefabricated band shaped drain) untuk perbaikan tanah dengan sebuah inti plastik beralur yang dibalut dengan selubung filler terbuat dari kertas karton (cardboard). Pada umumnya ukuran drainase vertikal adalah 100 mm untuk lebarnya dan 4 mm untuk ketebalannya. Hansbo (1981) menyatakan bahwa fungsi utama saringan drainase vertikal adalah untuk memastikan pertikel halus tidak lolos dan menyumbat saluran drainase dalam inti.

Menurut Bergado et al. (1991) drainase vertikal diklasifikasikan ke dalam 3 tipe umum :

1. sand drain

2. fabric-encased sand drains 3. pre-fabricated band drain Tabel 2.4 Tipe drainase vertikal

(Sumber : Geotextiles and Geomembranes,1993)

Ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan dalam memilih vertical drain seperti ketahanan, kelenturan, kapasitas penyerapan, karakteristik pelindung, diameter ekivalen. PVD sangat berpengaruh pada proses konsolidasi berjalan lebih cepat. Ada persyaratan teknis material PVD yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.5:

Tabel 2.5 Persyaratan teknis material PVD

Property(ies) Requirment Testing Method

Width Minimun 100 mm

Thickness Minimum 3,3 mm

Tensile strength Lebih besar dari 2000N ASTM D-4595 Strength at 10% elongation, dry and

wet condition Lebih besar dari 1000N ASTM D-4595 Filter permeability Miminum 1𝑥10⁻⁴m/s ASTM D-4491

Opening size Lebih kecil dari 90

microns ASTM D-4751

Discharge Capacity at 300 kPa, straight

Minimum

50𝑥10⁻⁶m³/s ASTM D-4716 Discharge Capacity at 200 kPa,

buckled

Minimum

35𝑥10⁻⁶m³/s ASTM D-4716 Discharge Capacity at 100 kPa,

buckled

Minimum

40𝑥10⁻⁶m³/s ASTM D-4716

Gambar 2.10 Skema tanah pada penampang PVD

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi proses konsolidasi menjadi lebih cepat :

1. Jarak antar PVD

Jarak antar PVD sangat mempengaruhi proses konsolidasi karena semakin jauh jarak antar PVD maka semakin jauh jarak yang harus ditempuh air untuk mencapai PVD dan keluar sehingga mengakibatkan proses konsolidasi semakin lama. Jarak minimum yang diizinkan antar PVD adalah 1 m karena jika lebih dari 1 m dapat mengurangi kekuatan tahanan geser tanah.

2. Panjang PVD

PVD hanya mampu mempercepat proses konsolidasi pada daerah vertical drain saja dan hanya dapat mempersempit jarak aliran drainase pada arah sepanjang PVD, sedangkan untuk daerah dibawahnya hanya akan mengalami konsolidasi biasa.

Gambar 2.11 Skema pemasangan prevebricated vertical drain (Sumber: Dokumen Proyek Pembangunan Pelabuhan Kuala Tanjung) PVD hanya mempercepat proses konsolidasi pada daerah sepanjang vertical drain saja dan hanya dapat memperpendek jarak aliran drainase pada arah sepanjang aliran PVD, sedangkan untuk daerah di bawahnya hanya akan mengalami konsolidasi biasa. Peran PVD sendiri dapat dilihat pada Gambar 2.12 berikut :

Gambar 2.12 Modifikasi Jarak Tempuh Air dengan Keberadaan PVD (Sumber: Gouw, 2010)

Hansbo (1960) menyatakan asumsi bahwan pada saat dilakukan perhitungan PVD tersebut maka penampang dari PVD akan dimodelkan menjadi bentuk lingkaran dengan perhitungan diameter ekivalen yang diasumsikan sebagai keliling persegi panjang dibagi π. Asumsi tersebut berdasarkan rumus:

Keliling lingkaran = Keliling persegi panjang 𝜋𝑑_𝑤 = 2 (𝑝 + 𝑙)(2.21)

𝑑_𝑤 =^2(𝑝+𝑙)

𝜋 (2.22)

dimana:

𝑑_𝑤= diameter PVD (cm) p = panjang PVD (cm) l = lebar PVD (cm)

Gambar 2.13 Transformasi tampang vertical drain (Sumber: repository.usu.ac.id)

Untuk mendesain PVD menggunakan nilai arah horizontal yang didapat dari nilai faktor jarak dan koefisien konsolidasi. Salah satu metode yg paling sering digunakan adalah metode Baron (Baron’s Equation) :

𝑡 = ^𝐷2

8𝐶ℎ𝐹_𝑛ln ¹

1−𝑈ℎ (2.23)

dimana :

t = waktu konsolidasi (s) D = zona pengaruh PVD (m)

𝐶_ℎ = koefisien konsolidasi untuk aliran horizontal (m²/s) 𝐹_𝑛 = faktor jarak drain = 𝑙𝑛 (^𝐷

𝑑) −^𝑏

𝑎

d = diameter equivalen dari PVD = (a+b)/2 a = lebar PVD (m)

b = tebal PVD (m)

𝑈_ℎ = derajat konsolidasi (%)

Untuk mempermudah pemasangan PVD biasanya ditentukan pola-pola tertentu seperti pola segitiga atau pola persegi dimana dapat ditentukan dengan rumus :

- Pola segitiga

R = 0,525S atau D = 1,05S - Pola persegi

R = 0,546S atau D = 1,13S dimana :

R = jari-jari jangkauan PVD D = diameter jangakaun PVD S = spacing atau jarak antar PVD

Gambar 2.14 Pola PVD (Sumber: repository.usu.ac.id)

Pada pola segitiga, bangun yang digunakan untuk melakukan pendekatan dengan bangun segienam (terdiri dari 6 segitiga sama sisi) untuk luas zona pengaruh PVD

𝐿_{𝑙𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛} = 𝐿_{𝑠𝑒𝑔𝑖𝑒𝑛𝑎𝑚} 1

4𝜋𝐷² = 61 2𝑎𝑡 𝜋

4𝐷² = 3𝑎𝑡

𝑡 =1

2𝑆𝑎 = 2

1 2𝑆 tan 60 𝜋

4𝐷² = 3.2

1 2𝑆 tan 60

1 2𝑆 𝜋

4𝐷² =

3 2𝑆² 1.73

𝐷² = 4 𝜋𝑥 1.5

1.73 𝑥 𝑆² 𝐷² = 1.103 𝑥 𝑆²

𝐷 = 1.05 𝑥 𝑆 (2.24)

Untuk pola segiempat digunakan pendekatan menggunakan bangun segiempat untuk luas zona pengaruh PVD

𝐿_{𝑙𝑖𝑛𝑔𝑘𝑟𝑎𝑛}= 𝐿_{𝑠𝑒𝑔𝑖𝑒𝑚𝑝𝑎𝑡} 1

4𝜋𝐷² = 𝑆² 𝐷² = 4

𝜋 𝑥 𝑆² 𝐷² = 1.273 𝑥 𝑆²

𝐷 = 1.13 𝑥 𝑆 (2.25)

Pola yang digunakan dalam pemasangan PVD tidak mempengaruhi kinerja PVD itu sendiri tetapi hanya untuk mempermudah proses pemasangan, dalam proses penurunan pola segitiga lebih memberikan penurunan yang seragam sedangkan untuk kemudahan dalam kontrolnya pola persegi lebih mudah untuk dikontrol.

Gambar 2.15Efek Smear (Sumber:Hansbo, 1994)

Pada saat proses pemasangan PVD dengan memasukkan mandrel kedalam tanah terjadi efek gangguan struktur pada tanah tersebut yang disebut dengan smear zone, yang mengakibatkan pengurangan nilai koefisien permeabilitas tanah dari arah radial (𝑘_𝑟).

Gambar 2.16 Pengekivalenan Pengaruh Smear Zone Ketika PVD Berbentuk; (a) Lingkaran; (b) Segiempat

(Sumber: repository.usu.ac.id)

Jamiokowski et. Al., 1983. Hansbo 1987, Miura et. Al, 1993 merekomendasikan untuk suatu perencanaan diameter smear zone dapat diestimasi (2-3) kali diameter mandrel.

𝑑_𝑠 = (2-3)𝑑_𝑚 (2.26)

𝑑_𝑚 = √^{4 𝑥 𝐴𝑚}

𝜋 (2.27)

dimana :

𝑑_𝑠 = Diameter smear zone 𝑑_𝑚 = Diameter mandrel 𝐴𝑚 = Luasan ukuran mandrel 2.7 Verifikasi Pemodelan Vertical Drain

Pada umumnya dibandingkan dengan tanah pasir, tanah lempung memilki koefisien permeabilitas yang relatif lebih kecil, sehingga pada saat proses

konsolidasi pada tanah lempung relatif lebih lama dibandingkan dengan tanah pasir.

Untuk mempercepat proses konsolidasi, dibuat suatu konstruksi vertical drain yang ditanamkansecara vertikal. Pola penanaman vertical drain yang terpasang di lapangan setempat-setempat, dengan jarak tertentu, sementara itu di dalam program elemen hingga pengimlementasikan vertical drain bersifat menerus (plane strain). Untuk dapat mengimplementasikan vertical drain yang terpasang di lapangan ke dalam program, maka terlebih dahulu diverifikasi kedalam bentuk plane strain yang akan menghasilkan koefisien permeabilitas tanah (k) yang baru, selanjutnya dengan koefisien permeabilitas tanah yang baru tersebut proses pensimulasian pada program elemen hingga dapat dilakukan.

Gambar 2.17 Aliran air pori pada vertical drain (Sumber: Li dan Rowe, 2002)

Menurut D. Russell, C.C Hird, dan I.C Pyrah, 1999 proses pengekuivalenan tersebut dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu:

1. Jarak antar vertical drain pada kondisi plane strain dapat diubah (perubahan geometri), dengan permeabilitas yang dibuat tetap pada kondisi axisymmetry dan plane dtrain(𝑘_𝑎𝑥 = 𝑘_𝑝𝑙).

2. Permeabilitas pada kondisi plane strain dapat diubah, dengan geometri yang dibuat sama.

3. Mengkombinasikan perubahan geometri dan permeabilitas.

Pengekivalenan koefisien permeabilitas (k) dilakukan dengan rumusan sebagai berikut :

2𝐵²

3 𝑘_𝑎𝑥 = 𝑅²∗ 𝑘_𝑝𝑙[ln (^𝑛

𝑠) + (^𝑘𝑎𝑥

𝑘𝑠) ln 𝑆 −³

4] (2.28) dimana :

𝑘_𝑎𝑥 = Permeabilitas tanah arah horizontal kondisi axisymmetry 𝑘_𝑝𝑙 = Permeabilitas tanah arah horizontal kondisi plane strain 𝑘_𝑠 = Permeabilitas tanah pada daerah smear zone

B = ½ dari jarak vertical drain untuk kondisi plane strain R = Jari-jari ekivalen kondisi axisymmetry

S = ^𝑟𝑠

𝑟𝑤 (2.29)

n = ^𝑟𝑒

𝑟𝑤 (2.30)

rs = bs = Jari-jari smear zone (cm)

re = be = Jari-jari ekivalen (setelah penampang diubah menjadi bentuk lingkaran)

rw = bw = Jari-jari vertical drain

Gambar 2.18 Verifikasi bentuk penampang PVD dalam pemodelan (a) Axisymmetry (b) Plane Strain

(Sumber: Indraratna dan Redana, 2000)

2.8 Plaxis

Plaxis adalah program analisis geoteknik yang dapat menganalisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang dapat melakukan analisis yang dapat mendekati perilaku sebenarnya. Plaxis juga dapat mengitung konsolidasi melalui metode konsolidasi Biot. Kondisi sesungguhnya dapat dimodelkan dalam plane strain maupun secara axisymetris.

Tujuan dari kondisi yang dimodelkan menggunakan plaxis adalah agar mengimplementasikan pelaksanaan di lapangan ke dalam pengerjaan pada program sebagai cerminan dari kondisi yang sesungguhnya terjadi dilapangan.

Prosedur dalam penggunaan plaxis adalah sebagai berikut :

1. Persiapkan parameter yang telah didapatkan dari pengujian dilaboratorium ataupun dilapangan.

a. Berat volume tanah (𝛾)

Parameter ini digunakan untuk mendapatkan tegangan konfining pada kedalaman tertentu dan pada kondisi jenuh maupun kering. Berat volume tanah juga dapat dicari melalui korelasi nilai SPT.

𝛾 = ^𝑤

𝑣 (2.31)

dimana:

w = berat total tanah (satuan berat: kg,lb, kN dan lain-lain) v = volume total tanah (satuan volume: m³, ft³ dan lain-lain)

Korelasi N-SPT dengan berat isi air tanah pasir dapat dilihat pada Tabel 2.6:

Tabel 2.6 Hubungan N-SPT dengan berat isi (𝛾) pada tanah pasir

N-SPT Kepadatan Relatif, Dr (%)

Berat Volume (𝛾)

Moist (psf) Submerged (psf)

< 4 < 20 Very loose < 100 <60

4 – 10 20 – 40 Loose 95 – 125 55 – 65

10 – 30 40 – 60 Medium 110 – 125 60 – 70

30 – 50 60 – 80 Dense 110 – 140 65 – 85

>50 >80 Very dense >130 >75 (Sumber: Meyerhoff,1956)

Tabel 2.7 Hubungan N-SPT dengan berat isi (𝛾) pada tanah pasir Consistency qu (psf) N-SPT Saturated Unit Weigh (psf)

Very Soft 0 – 500 0 – 2 <100

Soft 500 – 1000 3 – 4 100 – 200

Medium 1000 – 2000 5 – 8 110 – 125

Stiff 2000 – 4000 9 – 16 115 – 130

Very stiff 4000 – 8000 16 – 32 120 – 140

Hard >8000 >32 >130

(Sumber: Meyerhoff, 1956) b. Koefisien permeabilitas dari tanah (k)

Nilai koefisien rembesan (k) untuk setiap tanah berbeda-beda sehingga dapat dilihat dari Tabel 2.8:

Tabel 2.8 Harga koefisien rembesan

Material Coefficient of permeability (mm/s)

Coarse 10 - 10³

Fine gravel, coarse, and medium sand 10⁻²− 10 Fine sand, loose silt 10⁻⁴− 10⁻²

Dense silt, clayey silt 10⁻⁵−10⁻⁴

Silty clay, clay 10⁻⁸−10⁻⁵

(Sumber: Braja M. Das, 1985) c. YoungModulus dari tanah (E)

Young modulus dan poisson ratio merupakan parameter yang akan membentuk matriks kekauan yang digunakan untuk menganalisa elemen hingga didalam plaxis. Perkiraan modulus tanah bersarkan tipe tanahnya dapat dilihat pada Tabel 2.9:

Tabel 2.9 Modulus elastisitas berdasarkan jenis tanah

Tipe tanah Kondisi Modulus Elastisitas, E (Mpa)

Fine sand

Loose 5 – 10

Medium 10 – 25

Dense 25 – 50

Silt

Soft < 8

Stiff 8 – 15

Hard >15

Clay

Very soft < 2

Soft 1 – 5

Firm 4 – 8

Stiff 7 – 20

Very stiff 15 – 35

Hard 30 – 60

(Sumber: Handbook of Geotechnical Investigation and DesignTables hal.127) d. Poisson ratio dari tanah

Sama seperti modulus young parameter ini membentuk matriks kekakuan tanah. Nilai dari Poisson Ratio dapat dilihat pada Tabel 2.10.

Tabel 2.10 Nilai Poisson ratio dari tanah

Type of Soil Poisson Ratio, μ

Loose sand 0.20 – 0.40

Medium dense sand 0.25 – 0.40

Dense sand 0.30 – 0.45

Silty sand 0.20 – 0.40

Sand and gravel 0.15 – 0.25

Soft clay 0.20 – 0.50

Medium clay 0.20 – 0.50

Stiff clay 0.20 – 0.50

(Sumber: Meyerhoff, 1956)

e. Kohesi (c)

Dalam parameter ini kohesi berguna untuk menghitung kekuatan tanah karena kohesi memiliki dimensi yang sama dengan tegangan.

Nilai kohesi akan meningkat sesuai kedalamannya.

f. Sudut geser dalam tanah (ɸ)

Sama halnya dengan kohesi, sudut geser juga digunakan untuk menghitung kekuatan dari tanah. Semakin halus butiran dan semakin padat susunan butirannya maka sudut geser dalamnya akan meningkat.

Nilai sudut geser dan kohesi dapat dicari dengan pengujian triaxial dan unconfined compression test atau dapat juga dari nilai SPT.

Nilai sudut geser juga dapat ditentukan melalui korelasi hubungan kepadatan relatif (Dr) dan sudut geser dalam tanah (ɸ) berdasarkan nilai jumlah pukulan (N) untuk tanah non-kohesif.

Table 2.11 Hubungan N-SPT, Dr dan ɸ pada pasir

N-SPT (blows/ft) Relative density (Dr), % Angle of friction, ɸ (deg)

0 – 4 Very loose <20 <30

4 – 10 Loose 20 – 40 30 – 35

10 – 30 Compact 40 – 60 35 – 40

30 – 50 Dense 60 – 80 40 – 45

>50 Very dense >80 >45

(Sumber: Das, 2007)

2. Kemudian jalankan program plaxis dengan melakukan setting awal.

- Pengaturan jenis analisa yang akan dipakai

 Analisa axisymmetry, yaitu dengan meninjau dimana vertikalnya merupakan sumbu z dan horizontalnya merupakan sumbu radial.

 Analisa plane strain, yaitu dimana regangan pada arah tegak lurus bidang gambar akan diabaikan.

Gambar 2.19 Perbandingan Hasil Penurunan Kondisi Axisymmetry dan Plane Strain

(Sumber: repository.usu.ac.id)

- Pengaturan jenis elemen hingga yang akan digunakan

 Elemen hingga segitiga dimana dari setiap elemennya terdiri dari enam titik nodal.

 Elemen hingga segitiga dimana dari setiap elemennya terdiri dari lima belas titik nodal.

3. Kemudian gambar geometris dan pemberian boundary condition.

4. Kemudian definisikan dari material properties. Definisikan juga model tanah yang akan digunakan serta kondisi analisa seperti apa yang akan digunakan drained atau undrained.

5. Kemudian tentukan geometris yang bersesuaian dengan material properties yang dipakai lalu pembentukan elemen hingga (meshing).

6. Selanjutnya lakukan perhitungan kondisi awal (initial conditions) baik dari kondisi awal air tanah ataupun geometrisnya.

7. Lanjutkan dengan tahap perhitungan dengan mendefinisikan jenis perhitungan dan tahapan konstruksi.

8. Selanjutnya lakukan tahapan perhitungan (calculate) dengan tanda jika seluruh tahapan telah selesai dihitung maka akan bertanda (√) dan jika pada saat proses perhitungan kondisi tanah telah failure maka akan bertanda (x) dan ditandai dengan berhentinya proses perhitungan.

9. Selanjutnya setelah selesai akan keluar hasil output yang merupakan hasil perhitungan.

2.9 Instrumen Geoteknik

Instrumen geoteknik merupakan perangkat geoteknik yang dipasang sebelum proses penimbunan dilakukan untuk mempelajari perilaku tanah berupa penurunan tanah, tekanan air pori, kuat geser tanah, deformasi lateral pada permukaan tanah. Kondisi tanah dan pengamatan perilaku tanah merupakan syarat keberhasilan perbaikan tanah dengan menggunakan PVD dengan teknik penimbunan bertahap.Instrumen geoteknik harus dipantau secara periodik pada jangka waktu tertentu, yaitu:

1. Pantauan Harian

Proses pemantauan ini dilakukan diawal kegiatan selama penimbunan berlangsung dan sebulan setelah penimbunan selesai. Pemantauan harian yang dilakukan diawal kegiatan dapat juga berfungsi sebagai peringatan awal apabila terjadi resiko tidak stabilnya tanah akibat timbunan yang sedang berlangsung sehingga dapat langsung diantisipasi dengan memperlambat penimbunan atau bahkan menghentikan penimbunan apabila timbul tanda- tanda kritis ketidakstabilan tanah dibawah timbunan. Pada proses pemantauan harian diperlukan frekuensi pemantauan yang lebih sering dikarenakan saat periode ini berlangsung penurumam timbunan, deformasi lateral, dan tekanan air pori yang terjadi pada tanah merespon langsung beban timbunan.

2. Pemantauan Mingguan

Pemantauan mingguan merupakan proses kedua setelah satu bulan dari selesainya proses penimbunan.Biasanya proses pada pemantauan mingguan dilakukan 3 sampai 6 bulan tergantung jadwal dan perpanjangan evaluasi.

Frekuensi pemantauan pada proses ini dapat dikurangi karena pada umumnya kondisi timbunan relatif stabil dan pada proses ini juga dapat membuktikan efektivitas stabilisasi dangkal.

3. Pemantauan Bulanan

Pemantauan bulanan dilakukan untuk mengetahui perilaku stabilisasi dangkal setelah terbebani timbunan dan dilakukan setelah pemantauan mingguan selesai. Pada proses pemantauan ini, perubahan penurunan timbunan, deformasi lateral, dan tekanan air pori umumnya kecil.

Gambar 2.20 Gambar Instrumen Geoteknik

(Sumber: Dokumen Proyek Pembangunan Pelabuhan Kuala Tanjung) 2.9.1 Settlement Plate

Settlement Plate (SP) merupakan salah satu instrument geoteknik yang berfungsi untuk mengamati nilai perbedaan penurunan pada permukaan tanah dan memantau deformasi vertikal (penurunan) lapisan tanah lunak akibat beban timbunan diatasnya. Settlement plate diletakkan dibagian tengah dan kedua ujung timbunan untuk memantau perbedaan penurunan.

Final Settlement merupakan pengamatan penurunan tanah yang menjadi dasar apakah kondisi tanah masih mengalami penurunan atau sudah tidak terjadi penurunan lagi. Tetapi, data SP dapat menjadi tidak akurat dikarenakan proses pemasangan yang salah atau karena SP tidak berfungsi dengan baik akibat penempatan yang tidak mewakili lokasi yang akan dianalisa dan juga bisa diakibatkan oleh material yang tidak bagus sehingga mudah rusak.

PNEUMATIC PIEZOMETER SETTLEMENT PLATE

INCLINOMETER WATER STANDPIPE

Gambar 2. 21 Pemasangan Settlement Plate

(Sumber: Dokumen Proyek Pembangunan Pelabuhan Kuala Tanjung) Spesifikasi peralatan settlement plate pada behandle area adalah seperti berikut:

1. Square plate yang terbuat dari baja dengan ukuran minimum 500 mm dan tebal minimum 6 mm.

2. Pipa PVC dengan diameter minimum 75 mm.

3. Riser pipe yang terbuat dari baja dengan diameter minimum 25 mm.

4. Peralatan survei untuk mengukur ujung atas dari riser pipe.

Gambar 2.22Detail PemasanganSettlement Plate

(Sumber: Dokumen Proyek Pembangunan Pelabuhan Kuala Tanjung) SETTLEMENT PLATE