UNIVERSITAS BINA NUSANTARA Jurusan Teknik Sipil Skripsi Sarjana Semester Genap Tahun 2007/2008 ANALISA PENGARUH TAHAPAN PENIMBUNAN TERHADAP PERKUATAN GEOTEKSTIL PADA DASAR TIMBUNAN DI ATAS TANAH LUNAK DENGAN PROGRAM PLAXIS 8.6 Arief Tjandianto 0800777503 ABSTRAK Sebagian besar tanah yang ada di Indonesia merupakan tanah lunak, yang dikenal sebagai tanah berkarakteristik buruk. Dikatakan demikian karena tanah lunak memiliki tingkat kompresibilitas yang tinggi serta memiliki daya dukung yang relatif rendah. Oleh karena itu, sebelum dilakukan pembebanan di atas tanah lunak diperlukan suatu upaya untuk memperbaiki tanah jenis ini. Metode perbaikan tanah yang umum digunakan akhir-akhir ini adalah dengan menggunakan material geosintetik, seperti geotekstil. Perencanaan geotekstil sebagai perkuatan dasar timbunan di atas tanah lunak umumnya dilakukan tanpa memperhatikan tahapan penimbunan. Para engineer umumnya menganalisa perkuatan dasar timbunan dengan menggunakan tinggi timbunan akhir. Melihat permasalahan yang ada, maka melalui penelitian ini akan dilakukan analisa untuk mengetahui pengaruh tahapan penimbunan terhadap gaya tarik yang timbul pada material geotekstil serta faktor keamanan struktur timbunan. Selain itu juga dilihat pengaruh penggunaan material geotekstil sebagai perkuatan dasar terhadap peningkatan tinggi timbunan dan faktor keamanan. Penelitian ini dimulai dengan identifikasi masalah melalui studi literatur terkait masalah penggunaan geotekstil sebagai material perkuatan dasar timbunan di atas tanah lunak. Setelah itu penelitian dilanjutkan dengan pengumpulan data sekunder. Data sekunder yang digunakan diperoleh dari hasil studi literatur dan juga dari hasil korelasi antar parameter. Data yang telah terkumpul kemudian akan dianalisa dengan menggunakan Program PLAXIS 8.6 dengan dua pendekatan, yaitu dengan menggunakan perkuatan geotekstil dan tanpa menggunakan perkuatan geotekstil pada dasar timbunan dimana timbunan dengan menggunakan perkuatan dasar dianalisa dengan memperhatikan tahapan penimbunan dan tanpa memperhatikan tahapan penimbunan. Hasil keluaran program yang diperoleh kemudian akan dibandingkan untuk mengetahui tingkat efisiensi kuat tarik perlu material geotekstil serta pengaruh penggunaan material geotekstil terhadap peningkatan tinggi timbunan dan faktor keamanan struktur timbunan. Setelah itu dilakukan penarikan kesimpulan atas hasil yang diperoleh. Berdasarkan hasil yang diperoleh diketahui bahwa pengaruh tahapan penimbunan terhadap gaya tarik geotekstil pada tanah lempung lunak dengan permeabilitas rendah tidak memberikan pengaruh yang signifikan, dimana tingkat efisiensi rata-rata yang dicapai adalah sebesar 5,50 % terhadap perhitungan analisa timbunan tanpa mempertimbangkan pengaruh tahapan penimbunan. Disamping itu juga diketahui bahwa penggunaan material geotekstil sebagai perkuatan dasar timbunan dapat meningkatkan tinggi timbunan hingga 25 % serta mampu meningkatkan faktor keamanan struktur timbunan hingga 21 %. Kata kunci: Tahapan penimbunan, geotekstil, perkuatan dasar timbunan, tanah lunak
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan laporan Skripsi yang berjudul ANALISA PENGARUH TAHAPAN PENIMBUNAN TERHADAP PERKUATAN GEOTEKSTIL PADA DASAR TIMBUNAN DI ATAS TANAH LUNAK DENGAN PROGRAM PLAXIS 8.6 ini tepat pada waktunya. Pada kesempatan ini penulis juga ingin berterima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Bapak Prof. Dr. Drs. Gerardus Polla, M.App.Sc selaku Rektor Universitas Bina Nusantara Bapak Iman H. Kartowisastro, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Bina Nusantara Ibu Amelia Makmur, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara Ibu Ir.Godeliva Juliastuti, M.T. selaku Koordinator Mata Kuliah dan Koordinator Skripsi Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara Bapak Dr. Ir. Made Suangga, M.T. selaku Koordinator Bidang Ilmu Teknik Sipil Universitas Bina Nuasantara Bapak Irpan Hidayat, S.T. selaku Kepala Laboratorium/Studio Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara Ibu Eko Sri Wahyuni selaku Administrasi Laboratorium/Studio Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara vi
Bapak Ir. Andryan Suhendra, M.T. selaku pembimbing skripsi yang telah memberikan banyak masukan yang sangat berharga Bapak Ir. GOUW Tjie Liong, M.Eng., Ch.FC. selaku dosen Aplikasi Komputer dalam Teknik Sipil yang telah memberikan saran-saran yang sangat berharga bagi skripsi ini Kedua orang tua dan kakak saya yang selalu memberi doa, dukungan, serta dorongan Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara angkatan 2004 (Kristian, John, Iwan, Arie, Rendy, Victor, Yusan, Hardi, Dimas, Ricco, Evi, Wendy, Pascal, Gerry, Henry, Shellmy, Eras, Rachman, Andika, Gandung, Astri, dan Rony) Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara angkatan 2005 khususnya Mela, Dewi, Bagus yang telah banyak memberikan saran serta masukan kepada penulis tentang Program PLAXIS, Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil Universitas Bina Nusantara angkatan 2006 khususnya Frandy atas flash disk-nya, Devi, Lishia, dan Lungguk atas masukanmasukannya, Rekan-rekan mahasiswa angkatan 2007, dan Semua pihak yang telah banyak membantu penulis di dalam penyusunan laporan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu vii
Penulis menyadari bahwa laporan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran dari para pembaca sangat penulis harapkan demi kesempurnaan karya ilmiah penulis di masa yang akan datang. Akhir kata semoga laporan skripsi ini dapat menambah pengetahuan pembaca dan juga mampu memberikan sumbangan berharga bagi perkembangan Teknik Sipil di Indonesia khususnya dalam bidang Geoteknik. Terima kasih. Jakarta, Juli 2008 Penulis viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LUAR... i HALAMAN JUDUL DALAM... ii HALAMAN PERSETUJUAN HARD COVER... iii HALAMAN PERNYATAAN DEWAN PENGUJI... iv ABSTRAK... v PRAKATA...vi DAFTAR ISI...ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xvi DAFTAR NOTASI... xvii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 LATAR BELAKANG... 1 1.2 IDENTIFIKASI MASALAH... 2 1.3 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN... 3 1.4 LINGKUP PENELITIAN... 3 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN... 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 TANAH LUNAK... 7 2.2 GEOSINTETIK... 17 ix
2.3 TEKNIK PENINGKATAN STABILITAS TANAH DASAR PADA KONSTRUKSI TIMBUNAN... 24 2.4 ANALISA KESEIMBANGAN BATAS PADA TIMBUNAN DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK... 26 2.5 METODE ELEMEN HINGGA... 36 2.6 PLAXIS... 37 2.7 MATERIAL GEOSINTETIK DALAM PROGRAM PLAXIS... 44 2.8 KORELASI EMPIRIS ANTAR PARAMETER UNTUK TANAH LEMPUNG... 46 BAB 3 METODOLOGI... 52 3.1 PENDEKATAN PENELITIAN... 52 3.2 TEKNIK PENGUMPULAN DATA... 55 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 56 4.1 HASIL PENGUMPULAN DATA... 56 4.2 HASIL PENGOLAHAN DATA... 59 4.3 PEMBAHASAN HASIL... 67 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 81 5.1 KESIMPULAN... 81 5.2 SARAN... 82 DAFTAR PUSTAKA... 83 RIWAYAT HIDUP LAMPIRAN x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai Kisaran Parameter pada Tanah Lunak (Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah; 2002)... 50 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Tinggi Timbunan Maksimum Tanpa Perkuatan Geotekstil dengan Faktor Daya Dukung Pilot... 59 Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Gaya Tarik Geotekstil dan Faktor Keamanan Timbunan pada Program PLAXIS 8.6... 60 Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Deformasi dan Faktor Keamanan Timbunan Tanpa Perkuatan Geotekstil... 62 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Deformasi dan Faktor Keamanan Timbunan Dengan Perkuatan Geotekstil... 63 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Peningkatan Tinggi Timbunan pada Timbunan Dengan dan Tanpa Geotekstil untuk Faktor Keamanan yang Relatif Sama... 65 Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Efisiensi Kuat Tarik Geotekstil dengan Memperhatikan Tahapan Penimbunan... 74 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Peta Penyebaran Tanah Lunak di Indonesia... 7 Gambar 2.2 Koefisien µ 0 dan µ 1 (Janbu, Bjerrum, dan Kjaernsli; 1956)... 9 Gambar 2.3 Hubungan Antara Penurunan dan Waktu... 12 Gambar 2.4 Hubungan Gaya Terhadap Waktu Penurunan Total... 13 Gambar 2.5 Kenaikan Kuat Geser Tanah Dasar Akibat Konsolidasi... 15 Gambar 2.6 Material Geosintetik Sebagai Lapis Pemisah... 18 Gambar 2.7 Material Geosintetik Sebagai Lapis Perkuatan... 19 Gambar 2.8 Ilustrasi Perilaku Material Perkuatan pada Pengujian Direct Shear... 22 Gambar 2.9 Konsep Perkuatan Tanah dengan Material Geotekstil... 23 Gambar 2.10 Teknik Penimbunan dengan Metode Penimbunan Bertahap... 24 Gambar 2.11 Teknik Penimbunan dengan Menggunakan Berm... 25 Gambar 2.12 Teknik Penimbunan dengan Perkuatan Dasar Timbunan... 25 Gambar 2.13 Model Keruntuhan pada Internal Stability (Hird dan Jewel; 1990)... 27 Gambar 2.14 Keseimbangan Batas pada Stabilitas Internal... 27 Gambar 2.15 Model Keruntuhan pada Foundation Stability (Hird dan Jewel; 1990). 30 Gambar 2.16 Keseimbangan Batas pada Stabilitas Pondasi... 31 Gambar 2.17 Model Keruntuhan pada Overall Stability (Hird dan Jewel; 1990)... 32 Gambar 2.18 Faktor Kapasitas Daya Dukung (Pilot; 1976)... 36 Gambar 2.19 Contoh Permasalahan Regangan Bidang dan Axi-simetri... 39 Gambar 2.20 Posisi Titik Nodal dan Titik Tegangan pada Elemen Tanah... 40 Gambar 2.21 Sistem Koordinat dan Perjanjian Tanda Positif untuk Tegangan... 41 xii
Gambar 2.22 Posisi Titik Nodal dan Titik Tegangan dalam Elemen Geogrid dengan 3 dan 5 Buah Titik Nodal... 46 Gambar 2.23 Interval Nilai Kohesi Tanah dalam Kondisi Undrained Berdasarkan Konsistensi Tanah (Hamilton; 1987)... 47 Gambar 2.24 Korelasi Antara Kohesi Tanah dan Modulus Young Tanah dalam Kondisi Undrained Berdasarkan Nilai OCR dan Indeks Plastisitas (Ducan dan Buchignani; 1976)... 48 Gambar 2.25 Korelasi Antara Kohesi Tanah dan Modulus Young Tanah dalam Kondisi Undrained Berdasarkan Nilai Indeks Plastisitas (Termaat, Vermeer, dan Vergeer; 1985)... 49 Gambar 2.26 Hubungan Antara Indeks Plastisitas dengan Poisson Rasio (Wroth; 1975)... 49 Gambar 2.27 Interval Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah Berdasarkan Jenis Tanah (Casagrande dan Fadum; 1940)... 51 Gambar 3.1 Metodologi Penelitian... 53 Gambar 3.2 Diagram Alir Analisa Stabilitas Timbunan pada Program PLAXIS 8.6... 54 Gambar 4.1 Pemodelan Timbunan dalam Program PLAXIS 8.6... 58 Gambar 4.2 Perbandingan Gaya Tarik Geotekstil Untuk Kuat Tarik Batas 10 kn/m dengan Variasi Nilai Kuat Geser... 67 Gambar 4.3 Perbandingan Gaya Tarik Geotekstil Untuk Kuat Tarik Batas 50 kn/m dengan Variasi Nilai Kuat Geser... 68 Gambar 4.4 Perbandingan Gaya Tarik Geotekstil Untuk Kuat Tarik Batas 100 kn/m dengan Variasi Nilai Kuat Geser... 68 xiii
Gambar 4.5 Perbandingan Gaya Tarik Geotekstil Untuk Kuat Tarik Batas 500 kn/m dengan Variasi Nilai Kuat Geser... 69 Gambar 4.6 Perbandingan Gaya Tarik Geotekstil Untuk Kuat Tarik Batas 1000 kn/m dengan Variasi Nilai Kuat Geser... 69 Gambar 4.7 Perbandingan Faktor Keamanan Timbunan Untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 10 kn/m... 70 Gambar 4.8 Perbandingan Faktor Keamanan Timbunan Untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 50 kn/m... 71 Gambar 4.9 Perbandingan Faktor Keamanan Timbunan Untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 100 kn/m... 71 Gambar 4.10 Perbandingan Faktor Keamanan Timbunan Untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 500 kn/m... 72 Gambar 4.11 Perbandingan Faktor Keamanan Timbunan Untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 1000 kn/m... 72 Gambar 4.12 Peningkatan Tinggi Timbunan untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 10 kn/m... 76 Gambar 4.13 Peningkatan Tinggi Timbunan untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 50 kn/m... 76 Gambar 4.14 Peningkatan Tinggi Timbunan untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 100 kn/m... 77 Gambar 4.15 Peningkatan Tinggi Timbunan untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 500 kn/m... 77 Gambar 4.16 Peningkatan Tinggi Timbunan untuk Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 1000 kn/m... 78 xiv
Gambar 4.17 Perbandingan Faktor Keamanan Struktur Timbunan Dengan dan Tanpa Perkuatan Geotekstil... 79 Gambar 4.18 Gaya Tarik Geotekstil dengan Kuat Tarik Batas 1000 kn/m... 80 xv
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN 1 LANGKAH PEMODELAN ANALISA STABILITAS TIMBUNAN PADA PROGRAM PLAXIS 8.6 LAMPIRAN 2 PERHITUNGAN MANUAL ANALISA STABILITAS TIMBUNAN LAMPIRAN 3 OUTPUT ANALISA STABILITAS TIMBUNAN PADA PROGRAM PLAXIS 8.6 xvi
DAFTAR NOTASI l t σ σ' τ ΣMsf α ε φ φ all φ r φ ult γ s, γ γ w = Pertambahan panjang material geosintetik/geogrid akibat F = Selang waktu terjadinya penurunan sekunder = Perubahan tegangan = Perubahan tegangan efektif = Perubahan kuat geser = Faktor keamanan pada PLAXIS = Kemiringan slice pada bidang keruntuhan = Regangan aksial material geotekstil/geogrid = Sudut geser dalam = Sudut geser dalam yang diijinkan = Sudut geser dalam tereduksi = Sudut geser dalam yang tersedia = Berat isi = Berat isi air µ 0 = Koefisien (terkait perbandingan antara D dan B) µ 1 = Koefisien (terkait perbandingan antara H dan B) σ 0 ' σ n σ p ' τ all = Tegangan efektif awal = Tegangan normal = Tegangan prakonsolidasi efektif awal = Kuat geser ijin xvii
τ ult a b B c c all C c c r C s c u c ult C v C α D E e 0 EA E a e p E p 50 E u F F internal = Kuat geser batas = Koefisien = Lebar slice = Lebar timbunan ekivalen = Kohesi = Kohesi yang diijinkan = Indeks kompresi = Kohesi tereduksi = Indeks swelling = Kohesi undrained = Kohesi yang tersedia = Koefisien konsolidasi = Indeks kompresi penurunan sekunder = Tebal lapisan tanah dasar dimana terjadi keruntuhan = Modulus Young = Angka pori awal = Kekakuan aksial material geotekstil/geogrid = Tegangan lateral aktif = Angka pori pada akhir konsolidasi = Tegangan lateral pasif = Modulus Young undrained = Kuat tarik material geotekstil/geogrid = Gaya internal xviii
G H H 0 H dr I p k K a l M r m v n N c q Q ult S S c SF S i S s T t t p T v U = Gaya geser = Tinggi timbunan = Tebal lapisan tanah = Panjang lintasan drainase air = Indeks plastisitas = Koefisien permeabilitas = Koefisien tegangan lateral aktif = Panjang awal material geosintetik/geogrid = Momen penahan tambahan akibat material geotekstil = Koefisien kompresibilitas = Kemiringan kaki timbunan = Faktor kapasitas daya dukung = Tegangan pada bidang kontak antara beban dengan tanah dasar = Daya dukung batas = Penurunan total = Penurunan konsolidasi = Faktor keamanan = Penurunan segera = Penurunan rangkak (sekunder) = Kuat tarik perlu geotekstil = Waktu konsolidasi = Waktu ketika konsolidasi selesai = Faktor waktu = Derajat konsolidasi xix
u W y = Tegangan air pori = Berat slice = Ordinat pusat kelongsoran xx