PERENCANAAN STABILITAS LERENG DENGAN SHEET PILE DAN PERKUATAN GEOGRID MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA. Erin Anastasia Sebayang

Transkripsi

1 PERENCANAAN STABILITAS LERENG DENGAN SHEET PILE DAN PERKUATAN GEOGRID MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : Erin Anastasia Sebayang BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014 i

2 ABSTRAK Kelongsoran pada lereng yang disebabkan karena menurunnya kekuatan geser tanah sehingga tidak dapat memikul beban kerja yang terjadi dapat diperbaiki dengan menggunakan dinding penahan tanah (sheet pile) atau dengan perkuatan geogrid. Pada kasus jalan Kota Pematang Siantar dengan Parapat di Km. 171 badan jalan mengalami kelongsoran sehingga diperlukan penanganan untuk kasus ini. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh counterweight di belakang sheet pile, pengaruh kedalaman penanaman sheet pile dan pengaruh letak geogrid terhadap stabilitas lereng menggunakan Metode Elemen Hingga dengan Program Plaxis. Dari hasil perhitungan diperoleh lereng tanpa counterweight memiliki faktor keamanan sebesar 1,16 sedangkan lereng dengan counterweight memiliki faktor keamanan sebesar 2,29. Maka lereng dengan counterweight memiliki faktor keamanan yang lebih besar. Lereng dengan penambahan panjang sheet pile memiliki faktor keamanan sebesar 2,41 sedangkan lereng dengan pengurangan panjang sheet pile memiliki faktor keamanan sebesar 2,23. Maka lereng dengan penambahan panjang sheet pile memiliki faktor keamanan yang lebih besar. Lereng dengan pemasangan geogrid yang sebidang memiliki faktor keamanan sebesar 2,10 sedangkan lereng dengan pemasangan geogrid tidak sebidang memiliki faktor keamanan sebesar 2,29, maka geogrid yang tidak sebidang memiliki faktor keamanan yang lebih besar daripada geogrid yang sebidang. Kata Kunci : sheet pile, geogrid, counterweight, metode elemen hingga, faktor keamanan lereng ii

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas berkat dan karunia Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menghadapi berbagai kendala, tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., sebagai Dosen Pembimbing dan Penguji yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., dan Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Prof. Dr. Ing-.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. iii

4 5. Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 8. Kedua orang tuaku Bapak Ir. A. Sebayang dan Ibu R. Perangin-angin, SE yang dengan penuh cinta kasih, kesabaran, dan ketabahan dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta berjuang dengan keras untuk selalu memenuhi kebutuhan hidupku hingga berhasil mendapatkan kesempatan untuk menempuh pendidikan yang tinggi. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi beliau. 9. Kepada kakak dan adik-adikku, yang selalu mendukung dan memberi semangat serta doa demi kelancaran kuliahku, Ria Elevin Sebayang, Amd., Agriva Suranta Sebayang dan Meylisa Gabriela Sebayang. 10. Sahabat-sahabatku Febrina Ginting, Mei Tambunan, Yolanda Ginting dan Utami Tampubolon yang selalu memberikan semangat dan dukungan bagi Penulis. 11. Sahabat-sahabat seperjuangan di Teknik Sipil USU, Sandy C. Sinaga, Grace N. Simamora dan Elgina F. Manalu, terima kasih dukungan serta semangat dalam perkuliahan penulis dan pengerjaan tugas akhir ini. iv

5 12. Sahabat-sahabat Pengurus Permata Kemenangan Tani, Andos, Doanta, Yahya, Basri, Fran, Ebed, Priskila, Lia, Cici, dan terkhusus untuk Dapit Sembiring yang selalu memotivasi, memberi semangat, doa dan perhatian kepada penulis. 13. Teman-teman Geoteknik 2009, Hasoloan H.P Sinaga, Agrifa Sianipar, Elisa D.J Purba, Manna Grace Sihotang, Atina Rezky dan Nita Fadila, terima kasih atas segala bantuannya selama ini. 14. Seluruh rekan-rekan seperjuangan stambuk 2009, Frengky, Jostar, Sahala dan yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat dalam perkuliahan penulis. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. 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 berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat yang sebesar besarnya bagi kita semua. Amin. Medan, Februari 2014 Erin Anastasia Sebayang v

6 DAFTAR ISI Abstrak... ii Kata Pengantar... iii Daftar Isi... vi Daftar Gambar... x Daftar Tabel... xiv Daftar Notasi dan Singkatan... xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Identifikasi Masalah Tujuan dan Manfaat Pembatasan Masalah Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tanah Dinding Penahan Tanah Sistem Stabilisasi Eksternal Faktor Keamanan terhadap kegagalan geser Faktor Keamanan terhadap kegagalan guling Faktor Keamanan terhadap kegagalan stabilitas global vi

7 Sistem Stabilisasi Internal Tanah Bertulang Prinsip dan Interaksi tulangan tanah Akibat penggunaan tulangan pada kekuatan geser tanah Koefisien Geser Tampak Sudut Geser, Kohesi Tanah dan Tegangan Overburden Tekanan Tanah Lateral Tekanan Tanah dalam Keadaan Diam (At-Rest) Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Menurut Rankine Bidang Longsor Distribusi Tegangan Vertikal Distribusi Tegangan Horizontal Gaya Horisontal yang Ditahan Tulangan Sheet Pile Metode Konstruksi Sheet Pile Desain Kedalaman Sheet Pile Geogrid Jenis Geogrid Kelebihan Pemakaian Geogrid Kekurangan Pemakaian Geogrid Desain Perkuatan Geogrid pada Sheet Pile Metode Elemen Hingga Matriks Kekakuan Elemen vii

8 2.8.2 Tipe Tipe Elemen Dalam Metode Elemen Hingga Konsep Tegangan Regangan Sifat Mekanik Bahan BAB III METODOLOGI PENELITIAN Data Umum Data Tanah Data Teknis Geogrid Data Teknis Sheet Pile Metode Pengumpulan Data Metode Perencanaan Menggunakan Metode Elemen Hingga BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN Kondisi Lereng Setelah Konstruksi Faktor Keamanan Lereng Deformasi Lereng Deformasi pada sheet pile Deformasi pada geogrid Pengaruh Beban Counterweight terhadap Konstruksi Lereng Faktor Keamanan Lereng Deformasi Lereng Deformasi pada sheet pile Deformasi pada geogrid viii

9 4.3 Pengaruh Panjang Sheet Pile terhadap Konstruksi Lereng Lereng dengan Penambahan Panjang Sheet Pile Faktor Keamanan Lereng Deformasi Lereng Deformasi pada sheet pile Deformasi pada geogrid Lereng dengan pengurangan panjang sheet pile Faktor Keamanan Lereng Deformasi Lereng Deformasi pada sheet pile Deformasi pada geogrid Pengaruh Pemasangan Geogrid terhadap Konstruksi Lereng Faktor Keamanan Lereng Deformasi Lereng Deformasi pada sheet pile Deformasi pada geogrid BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran ix

10 DAFTAR GAMBAR No. Judul Hal 2.1 Diagram Fase Tanah Klasifikasi Dinding Penahan Tanah Gravity Walls Sheet Pile Wall Mekanisme kegagalan dinding penahan (a) Kegagalan Pergeseran; (b) Kegagalan Penggulingan; (c) Kegagalan daya dukung tanah (d) Kegagalan stabilitas lereng global Gaya-gaya yang bekerja pada analisis stabilitas eksternal menggunakan asumsi Meyerhoff Mechanically Stabilized Earth Zona aktif dan zona penahan dinding penahan Bidang-bidang Longsor Potensial Transfer geser tanah-tulangan Variasi gaya tarik sepanjang tulangan Hubungan linear antara tegangan normal dan tegangan geser Penjelasan kohesi tampak pada peningkatan kekuatan karena tulangan Konsep naiknya confinement tanah bertulang Garis kekuatan untuk pasir dan pasir bertulang Distribusi tekanan tanah dalam keadaan diam (at rest) pada x

11 dinding penahan Grafik hubungan pergerakan dinding penahan dan tekanan tanah Dinding Penahan Tanah tanpa Tulangan Dinding Penahan Tanah dengan Tulangan Gaya horizontal yang harus ditahan tulangan Metode konstruksi dari Backfilled Structure Metode konstruksi dari Dregde Structure Sheet pile pada tanah lempung Geogrid Uni-Axial Geogrid Bi-Axial Geogrid Triax Tipe dari perkuatan geogrid (a) geogrid wraparound wall; (b) wall with gabion facing; (c) concrete panel-faced wall Elemen 1 dimensi Susatio, Yerri. (2004) Elemen 2 dimensi segitiga dan segiempat Susatio, Yerri. (2004) Elemen 3 dimensi tetrahedra dan balok Susatio, Yerri. (2004) Tegangan yang berkerja pada suatu bidang Gere, Timoshenko.(2000) Diagram tegangan-regangan Indrakto, Rifky. (2007) Bagan Alir Penelitian Model Penampang Melintang Lereng Lereng yang telah diberi beban, sheet pile, geogrid dan counterweight Tahapan perhitungan Perhitungan Safety Factor 81 xi

12 4.5 Deformation Mesh Kondisi displacement dengan perkuatan sheet pile dan geogrid Kondisi strain pada lereng dengan perkuatan sheet pile dan geogrid Displacement pada sheet pile Displacement pada Geogrid Kondisi Lereng tanpa beban counterweight Tahap perhitungan safety factor Deformation Mesh Kondisi displacement tanpa counterweight Kondisi strain pada lereng tanpa counterweight Displacement pada sheet pile Displacement pada Geogrid Kondisi lereng dengan penambahan panjang sheet pile Tahap perhitungan faktor keamanan Deformation Mesh Kondisi displacement dengan penambahan panjang sheet pile Kondisi strain pada lereng dengan penambahan panjang sheet pile Displacement pada sheet pile Displacement pada Geogrid Kondisi lereng dengan pengurangan panjang sheet pile Tahapan perhitungan Deformation Mesh 97 xii

13 4.27 Kondisi displacement dengan pengurangan panjang sheet pile Kondisi strain pada lereng dengan pengurangan panjang sheet pile Displacement pada sheet pile Displacement pada Geogrid Kondisi lereng dengan geogrid yang sebidang Tahap Perhitungan Deformation Mesh Kondisi displacement dengan geogrid yang sebidang Kondisi strain pada lereng dengan geogrid yang sebidang Displacement pada sheet pile Displacement pada Geogrid 106 xiii

14 DAFTAR TABEL No. Judul Hal 3.1 Data Tanah Data geogrid yang digunakan Parameter Geogrid Data Sheet Pile yang digunakan Parameter Sheet Pile Deskripsi tanah Perbandingan lereng terhadap beban counterweight Perbandingan lereng berdasarkan panjang sheet pile Perbandingan lereng berdasarkan pemasangan geogrid 107 xiv

15 DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN A b i c Cu F luas bidang L -L p (garis keruntuhan sesuai dengan bidang longsor Rankine) kohesi koefisien keseragaman gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan FS non tulangan faktor keamanan terhadap kelongsoran lereng tanah non-tulangan FS tulangan faktor keamanan terhadap kelongsoran lereng tanah bertulangan geogrid H HDPE K Ka Ko Kp L M D M g OCR PE P Eh PI PM tinggi dinding penahan High Density Polyethelene koefisien tekanan tanah lateral koefisien tekanan tanah aktif koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam koefisien tekanan tanah pasif panjang tulangan jumlah momen guling akibat gaya horizontal momen stabilitas overconsolidation ratio Polyethylene tekanan tanah aktif horisontal akibat berat sendiri tanah Indeks Plastis Polyamide xv

16 PS PP Pq P qh q SF T maks V Va Vs Vv Vw W Ws Ww W Z M R M D γ γ dry γ wet δ b σ Polyester Polypropylene resultan tekanan tanah horisontal akibat beban surcharge tekanan tanah aktif horizontal akibat beban q beban surcharge Safety Factor gaya tarik maksimum geogrid untuk setiap lapisan volume total volume udara volume butiran tanah volume pori volume air berat total tanah berat butiran tanah berat air berat struktur dinding penahan kedalaman jumlah momen penahan guling jumlah momen penyebab guling berat isi tanah berat isi kering tanah berat isi jenuh sudut geser tanah antara tanah dasar dan dasar dinding tegangan normal xvi

17 ø σv sudut geser dalam tanah tegangan normal μ* koefisien geser tampak τ P h H tegangan geser gaya horisontal per meter lebar pada dinding setinggi jumlah dari jarak setengah tinggi tanah bagian atas dan setengah tinggi tanah bagian bawah σ x σ y σ z τ xy τ xz τ yx τ yz {ε} {u} tegangan normal yang bekerja pada bidang x tegangan normal yang bekerja pada bidang y tegangan normal yang bekerja pada bidang z tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah y tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah z tegangan geser yang bekerja pada bidang normal y dalam arah x tegangan geser yang bekerja pada bidang normal y dalam arah z matrik kolom regangan matriks kolom berisi perpindahan translalasi dan rotasi nodal elemen. {σ} {F} [d] [E] [K] vektor tegangan matriks kolom gaya dan momen pada nodal elemen matrik operator dengan peralihan matriks elastisitas elemen matriks kekakuan elemen. xvii