EFEKTIFITAS PONDASI RAFT & PILE DALAM MEREDUKSI PENURUNAN TANAH DENGAN METODE NUMERIK

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4) Sanur-Bali, 2- Juni 2010 EFEKTIFITAS PONDASI RAFT & PILE DALAM MEREDUKSI PENURUNAN TANAH DENGAN METODE NUMERIK Tri Harianto 1, Lawalenna Samang 1, Achmad Zubair 1 and Aditya Theodorus 2 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan km.10,makassar triharianto@unhas.ac.id, l.samang@unhas.ac.id, azubair@unhas.ac.id 2 Mahasiswa S1,Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan km.10,makassar aditya@yahoo.com ABSTRAK Inovatif desain pondasi Raft & Pile diperkenalkan dalam studi ini dalam mereduksi penurunan tanah. Metode Elemen Hingga (MEH) digunakan untuk menginvestigasi efektifitas dari pondasi Raft & Pile mereduksi penurunan tanah khusunya pada jalan raya yang dibangun di daerah rawa. Selanjutnya, model numerik digunakan di dalam mempelajari pengaruh dari tipe dan kedalaman pondasi yang dipasang di lapangan. Penurunan dan deformasi tanah dianalisa di dalam studi ini untuk menentukan efektifitas dan kemungkinan aplikasi dari model pondasi ini di lapangan. Hasil dari MEH yang digunakan menunjukkan bahwa tipe pondasi Raft & Pile secara siknifikan menurunkan besarnya penurunan dari badan jalan akibat beban permukaan. Demikian pula dengan pergerakan lateralnya (lateral movement) juga mengalami penurunan dengan bertambahnya panjang dari pile yang digunakan. Berdasarkan dari hasil studi ini menunjukkan bahwa pondasi raft & Pile cukup memberikan pengaruh yang besar dalam mereduksi besarnya penurunan dan deformasi lateral dari jalan raya. Kata kunci: Pondasi Raft & Pile, penurunan, deformasi, analisa numerik 1. PENDAHULUAN Pembangunan embankment jalan di atas tanah lunak mengakibatkan terjadinya penurunan yang besar dan pergerakan lateral. Berbagai metode telah dikembangkan untuk mengatasai masalah-masalah yang terjadi akibat pembangunan jalan di atas tanah lunak. Berbagai penelitian telah dilakukan sebelumnya antara lain dengan menggunakan PVD untuk mempercepat proses konsolidai (Chai et al., 2008). Penelitian oleh Poungchompu (2009) melaporkan pengaruh penggunaan kayu lokal yang diapplikasikan sebagai material tiang pondasi pada konstruksi jalan raya di atas tanah lunak. Disamping itu, Padmavathi et al. (2008) juga melaporkan bahwa pengaruh kedalaman berpengaruh terhadap perilaku tiang pancang. Pergerakan lateral dapar direduksi dengan meningkatkan kekakuan dati tiang. Selanjutnya, kombinasi antara PVD dan tanah yang telah diberi perkuatan dapat menurunkan penurunan dari embankment (Hayashi dan Nishimoto, 2008). Metode yang digunakan dalam studi ini adaalh kombinasi antara pondasi rakit (raft) dan tiang (pile) yang diperkenalkan dengan nama pondasi Raft & Pile. Jenis pondasi ini diharapkan dapat mereduksi baik penurunan maupun pergerakan lateral tanah akibat pembebanan embankment jalan. Dalam upaya menguji efektifitas dari pondasi Raft & Pile digunakan analisa numerik berupa metode elemen hingga. Model tes yang digunakan disimulasikan dengan menggunakan program komputer Plaxis v8. Sehingga apabila hasil verifikasi melalui metode numerik ini tervalidasi dengan baik dalam mereduksi penurunan dan pergerakan lateral, maka selanjutnya metode ini dapat diapplikasikan langsung di lapangan. 2. MATERIAL DAN METODOLOGI Penelitian ini dimulai dengan pengumpulan data karakteristik tanah dan kayu sebagai material perkuatan hingga penggunaan dan pembahasan besarnya deformasi yang terjadi dengan menggunakan program Plaxis v8. Lokasi pengambilan data tanah dilakukan di Saga Airport (Jepang) yang dapat dilihat pada Gambar 1. Selain data-data tanah, data asumsi model struktur berupa lebar jalan dan elastisitas lapisan pondasi badan jalan sangat diperlukan. Data-data ini kemudian dimasukkan sebagai data dasar untuk dianalisa dengan program Plaxis v8. Akurasi data yang tepat serta permodelan struktur yang benar akan menghasilkan prediksi deformasi yang mendekati hasil uji lapangan sehingga lebih dapat menghemat waktu dan juga lebih ekonomis. Hasil uji Penyelidikan tanah dilakukan di Airport Saga (Jepang) dengan menggunakan alat sondir. Data karakteristik tanah yang terdiri dari 8 lapisan setebal 21,4 meter berupa tanah silty clay,sandy soil,dan silty yang dirangkum di dalam Tabel 1 di bawah ini. Uji penyelidikan juga dilakukan hingga waktu konsolidasi 1 hari. Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 79

2 Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus Gambar 1. Peta lokasi penelitian Tabel 1. Karakteristik Tanah di Saga Airport, Jepang (Field investigation of settlement of a highway on soft cohesive soils by Lawalenna Samang et.al.) G - 80 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

3 Efektifitas Pondasi Raft & Pile Dalam Mereduksi Penurunan Tanah Dengan Metode Numerik Pemodelan Geoteknis Dimensi atau ukuran tiang yang dipakai adalah diameter 2,8 cm dengan tinggi bervariasi dari 1,,dan meter sedangkan Dimensi Raft yang dipakai setebal 2 cm. Raft dan Pile terbuat dari bahan dari kayu cypress dengan elastisitas 9,92 x 10 6 KN/m 2. Besarnya tekanan kendaraan sebesar 2 x 0 KN yang dianalisa dengan metode plane strain. Pada Tabel 2 diberikan dimensi Raft dan Pile yang digunakan dalam studi ini. Tipikal desain geometris dari pondasi Raft & Pile diperlihatkan pada Gambar 2 dibawah ini. Tabel 2. Dimensi Raft dan Pile Model Perkuatan Raft (1R1P) (1RP) (1RP) Tebal Raft 6 m 6m 6 m 6 m Panjang Pile - 1 Meter Meter Meter Dimensi Pile 2 m 2 m 2 m 2 m Gambar 2. Desain contoh penampang D pondasi pile raft (Development of a timber raft & pile foundation for embankment on soft ground by Pounchompu et al, 2008) Metode Analisa Dalam menganalisa deformasi badan jalan dengan dan tanpa perkuatan digunakan finite element method (FEM) dengan menggunakan program Plaxis. Dengan metode analisa ini diharapkan perbedaan deformasi yang divalidasi dari hasil analisa dengan deformasi yang terjadi di lapangan tidak jauh berbeda sehingga dapat direncanakan tipe perkuatan yang efisien dan efektif. Analisa dilakukan dengan memberikan perilaku tanah berbeda-beda pada masing-masing lapisan tanah yang terdiri dari tanah lempung (silty soil), lempung kelanauan (silty clay), dan pasir (sandy soil). Perilaku tanah yang diberikan antara lain tipe Mohr-Coulomb, Linear-Elastic,dan Soft Soil. Input Data Plaxis Data-data karakteristik tanah diambil dari data tanah hasil penelitian yang telah dilakukan di Saga Airport (Field investigation of settlemen of a highway on soft cohesive soil by Lawalenna Samang et.al.) dapat dilihat pada Tabel dan data tanah yang telah disediakan didalam program plaxis seperti terlihat pada Tabel 4. Untuk data karakteristik perkuatan yang terbuat dari bahan kayu cypress diambil dari buku Wood Handbook;Wood as an Engineering Material. Proses pembuatan interpretasi analisa numerik dengan menggunakan program plaxis berada pada plaxis curves dimana pada hasil akhirnya berupa kurva deformasi vertikal dan deformasi lateral (horizontal). Kurva yang terbentuk adalah deformasi yang terjadi pada titik acuan yang telah ditentukan pada tahap calculation Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 81

4 Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus Tabel. Karakteristik Jenis Tanah Jenis Tanah silty clay 1 (lempung kelanauan) silty lay 2 (lempung kelanauan) silty soil 1 (lempung) silty soil 2 (lempung) silty soil (lempung) silty soil 4 (lempung) Fill (Embankm ent sandy soil (pasir) Type χ unsat χ sat kx ky λ* * υ K0nc M cref R Eref [kn/ m [kn /m Undrained 1 16 Undrained Undrained Undrained Undrained Undrained [m/da y 2.0E [m/day 2.0E [ Undrained Undrained [ [ - [ [ - [kn / m 2 [ [ - [kn/ m Tabel 4. Karakteristik Material pada Raft, Pile,dan Pavement No. Identification EA EI w ν [kn/m [knm²/m [kn/m/m [- 1 Raft 8.9E8 9.92E Pile 2.1E9 9.92E6 94 Pavement 1E9 1E Analisa Numerik efektifitas pondasi pile raft untuk berbagai model struktur dapat dianalisis dengan metode Finite Element Method (FEM). Metode FEM digunakan untuk mensimulasikan konstruksi timbunan badan jalan yang berada diatas tanah rawa dengan menggunakan program komputer Plaxis v8. Timbunan setinggi 1 meter diatas tanah lunak akan dianalisis untuk memprediksi besarnya penurunan yang terjadi. Penggunaan pondasi raft pile diharapkan dapat menambah daya dukung tanah rawa dan mengurangi besarnya penurunan tanah timbunan sebagai badan jalan diatasnya. Material pondasi pile raft yang digunakan dalam analisa numerik adalah kayu cypress mengingat efek yang ditimbulkan oleh kayu pada tanah lebih baik dibanding beton. Kondisi batas standar (boundary condition) digunakan pada bidang vertikal kiri dan kanan serta pada bagian bawah horisontal. Model tanah dengan tipe tak terdrainase (Undrained) digunakan untuk semua lapisan tanah. Pilihan model tak terdrainse digunakan untuk pembentukan tekanan air pori secara penuh. Letak ketinggian muka air (garis freatik) berada pada kedalaman 2 meter dibawah pavement seperti diperlihatkan pada Gambar. Pondasi pile raft diasumsikan sebagai tipe elastic dengan elastisitas dan berat sendiri. Tipe tanah di asumsikan sebagai tipe mohr-coulomb untuk tanah timbunan, tipe linear elastic untuk pasir, dan tipe soft soil/ Cam clay untuk tanah lempung endapan.. Detail analisa numerik untuk menghitung besarnya deformasi dikelompokkan dalam kasus diantaranya tanpa perkuatan, perkuatan dengan raft, perkuatan dengan raft dan pile setinggi 1 meter, perkuatan dengan raft dan pile setinggi meter, perkuatan dengan raft dan pile setinggi meter. Hasil analisa berupa deformasi vertikal dan horizontal pada masing masing kasus akan menjadi perhatian khusus. G - 82 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

5 Efektifitas Pondasi Raft & Pile Dalam Mereduksi Penurunan Tanah Dengan Metode Numerik 1 m 4. y A A (0 kn/m) EMBANKMENT 21 x 4 6 Silty Clay m Silty Clay 2 m 1 m m 9 10 Sandy Soil 11 Silty Soil Silty Soil Silty Soil Silty Soil Gambar. Komposisi lapisan tanah dan pembebanan pada badan jalan. HASIL DAN PEMBAHASAN Aspek penting dalam mendesain pondasi tipe pile raft pada badan jalan adalah seberapa besar deformasi yang dapat terjadi pada embankment ketika jalan tersebut dioperasikan. Untuk embankment dengan ketinggian 1 meter akan sangat efektif jika digunakan pondasi pile raft tipe 1RP seperti yang dinyatakan dalam Tabel. Besarnya penurunan yang terjadi hanya sebesar 22 meter sepanjang waktu konsolidasi 1800 hari. Hal ini menggambarkan sangat efektifnya pondasi dengan tipe pile raft. Pada saat pembebanan dimulai pada badan jalan maka tegangan secara vertikal akan bertambah pada bagian tanah dibawah timbunan. Penurunan vertikan terbesar berada pada daerah sekitar pembebanan. Besarnya penurunan juga sangat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi serta besarnya kecepatan rembesan air dalam tanah. Gambar 4 memperlihatkan efektifitas pondasi pile raft untuk beberapa model dalam mereduksi penurunan secara vertikal saat mulainya pembebanan hingga waktu konsolidasi 1800 hari kemudian. Diharapkan setelah 1800 hari,besarnya penurunan yang terjadi sudah mencapai faktor keamanan yang memadai. Tabel. Variasi Penurunan pada Beberapa Tipe Perkuatan Tipe Model Geometri Deformasi maximum badan jalan Tanpa Perkuatan Penelitian Lapangan Perkuatan dengan Raft Perkuatan dengan pile raft sepanjang 1 meter Perkuatan dengan pile raft sepanjang meter Perkuatan dengan pile raft sepanjang meter 1 m m m m 4 m 7 m 271 m 246 m 22 m Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 8

6 Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus Gambar 4 Kurva penurunan pada permukaan tanah dibawah timbunan Pada Gambar (a) dibawah memperlihatkan deformasi secara vertikal pada lapisan atas tanah lunak. Embankment setinggi 1 meter pada grafik tanpa perkuatan dengan analisa numerik dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 00 Hari pertama deformasi vertikal pada lapisan atas tanah lunak diidentifikasi hingga 29 meter dan hingga hari ke 1800 deformasi mencapai 1 meter. Pada Gambar (b) memperlihatkan deformasi secara lateral pada ujung timbunan hingga kedalaman 21.4 meter. Deformasi lateral dianalisa dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 00 Hari pertama deformasi lateral sebesar 087 meter pada kedalaman 4. meter dan hingga hari ke 1800 deformasi lateral mencapai 09 meter pada kedalaman 4. meter. (a) Gambar. Tipikal deformasi tanpa pondasi: (a) vertikal dan (b) lateral Gambar 6(a) dibawah memperlihatkan deformasi secara vertikal pada lapisan atas tanah lunak. Embankment setinggi 1 meter pada grafik tanpa perkuatan dengan analisa numerik dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 00 Hari pertama deformasi vertikal pada lapisan atas tanah lunak diidentifikasi hingga 12 meter dan hingga hari ke 1800 deformasi mencapai 268 meter. Pada Gambar 6(b) dibawah memperlihatkan deformasi secara lateral pada ujung timbunan hingga kedalaman 21.4 meter.deformasi lateral dianalisa dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 00 Hari pertama deformasi lateral sebesar 064 meter pada kedalaman 4. meter dan hingga hari ke 1800 deformasi lateral turun hingga hanya 061 meter pada kedalaman 4. meter. (b) G - 84 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

7 Efektifitas Pondasi Raft & Pile Dalam Mereduksi Penurunan Tanah Dengan Metode Numerik (a) Gambar 6. Tipikal deformasi pondasi Raft and Pile (m): (a) vertikal dan (b) lateral Pada Gambar 7(a) dibawah memperlihatkan deformasi secara vertikal pada lapisan atas tanah lunak. Embankment setinggi 1 meter dianalisa secara numerik dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 00 Hari pertama deformasi vertikal pada lapisan atas tanah lunak diidentifikasi hingga 10 meter dan hingga hari ke 1800 deformasi mencapai 22 meter. Selanjutnya, deformasi secara lateral pada ujung timbunan hingga kedalaman 21.4 meter seperti terlihat pada Gambar 7(b). Deformasi lateral dianalisa dalam rentang waktu konsolidasi sepanjang 1800 hari. Pada 00 Hari pertama deformasi lateral sebesar 06 meter pada kedalaman meter dan hingga hari ke 1800 deformasi lateral naik hingga 041 meter pada kedalaman meter. (b) (a) (b) Gambar 7. Tipikal deformasi pondasi Raft and Pile (m): (a) vertikal dan (b) lateral 4. KESIMPULAN Dari hasil analisa studi ini dengan menggunakan metode numerik maka disimpulkan : 1. Pondasi raft & pile efektif dalam mengurangi deformasi baik vertikal maupun lateral. 2. Pondasi raft sendiri hanya sedikit mengurangi besarnya penurunan secara vertikal bahkan cenderung tidak berfungsi tetapi dapat menambah stabilitas daya dukung tanah.. Pengaruh panjang pile cukup signifikan dalam mereduksi deformasi vertikal dan lateral. Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 8

8 Tri Harianto, Lawalenna Samang, Achmad Zubair and Aditya Theodorus 4. Semakin bertambah panjang pondasi ( m) dapat mengurangi deformasi secara vertikal sebesar 4% dan deformasi lateral sebesar 98% jika dibandingkan embankment tanpa pondasi raft & pile. DAFTAR PUSTAKA Chai, J. C., Miura, N, Kirekawa., T and Hino, T. (2008). Design methods of PVD instalation depth for two-way drainage deposit. Proceedings of the International Symposium on Lowland Technology, 1-2 Brinkgreve, R.B.J. (2007). Dasar Teori Plaxis. Delft University of Technology & PLAXIS b.v. Belanda. Forest Products laboratory (1999). Wood Handbook;Wood as an Engineering Material. United States Departement Of Agriculture. USA. Hayashi, H. And Nishimoto, S. (2008). Improvement effect of combined method PVD and reinforced fill on peaty ground. Proceedings of the International Symposium on Lowland Technology, Padmavathi, V., Madhav, M. R., Rao, P. N. and Reddy, E. S. (2008). Lateral displacement response of a rigid pile in soft soil overlain by sand. Proceedings of the International Symposium on Lowland Technology, Pongsagorn, P. (2009). Development Of A Timber Raft and Pile Foundation For Embankment On Soft Ground. Disertation of Phillosophy in Civil Engineering Saga University. Japan. Samang, L. (1997). Settlement of Soft Cohesive Deposit Induced by Cyclic Loading. Doctor of Engineering Dissertation, Saga University. Japan. G - 86 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta