Analisis Stabilitas dan Penurunan Timbunan pada Tanah Lunak dengan Vertical Drain, Perkuatan Bambu dan Perkuatan Geotextile Studi Kasus pada Discharge Channel Proyek PLTGU Tambak Lorok, Semarang TUGAS AKHIR Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Sarjana di Program Studi Teknik Sipil Disusun Oleh Hotmatua Sinaga Fransiscus Tambunan NIM 15001108 NIM 15002143 PEMBIMBING Endra Susila, Ph.D PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TUGAS AKHIR Analisis Stabilitas dan Penurunan Timbunan pada Tanah Lunak dengan Vertical Drain, Perkuatan Bambu dan Perkuatan Geotextile Studi Kasus pada Discharge Channel Proyek PLTGU Tambak Lorok, Semarang Oleh HOTMATUA SINAGA FRANSISCUS TAMBUNAN 15001108 15002143 DISETUJUI PEMBIMBING ENDRA SUSILA, Ph.D. KELOMPOK KEPAKARAN GEOTEKNIK KOORDINATOR TUGAS AKHIR PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KETUA ENDRA SUSILA, Ph.D. BANDUNG, 30 JUNI 2008 DR.Ir. HERLIEN D. SETIO ii
ii
ABSTRAK Semarang merupakan salah satu daerah dengan aktivitas perekonomian dan perindustrian yang tinggi di Indonesia. Untuk meningkatkan sumber energi di Semarang, maka dilakukan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Tambak Lorok. Pelaksanaan konstruksi tidak dapat langsung dilakukan di atas tanah aslinya karena kapasitas daya dukung tanahnya sangat kecil sehingga tidak mampu menahan beban konstruksi di atasnya. Untuk itu perlu dilakukan penimbunan untuk meningkatkan daya dukung tanah tersebut. Masalah yang sering muncul pada pekerjaan penimbunan di atas tanah lunak adalah masalah mengenai stabilitas dan penurunan tanah. Oleh karena itu pekerjaan penimbunan harus dilakukan secara bertahap agar tidak terjadi kegagalan konstruksi sampai pada elevasi yang diinginkan. Proses konsolidasi pada timbunan di atas tanah lunak membutuhkan waktu yang lama. Metode yang dapat digunakan untuk mempercepat proses konsolidasi tersebut adalah dengan menggunakan vertical drain. Penimbunan yang dilakukan di atas tanah lunak mengakibatkan penurunan yang cukup besar sehingga diperlukan tanah timbunan yang lebih banyak untuk mencapai elevasi akhir yang diinginkan dari timbunan tersebut. Untuk mengatasi masalah ini, perlu dilakukan perkuatan tanah dasar dengan menggunakan perkuatan bambu dan perkuatan geotextile. iii
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat, berkat, kasih, perlindungan, dan karunia-nya, kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini kami susun sebagai syarat kelulusan tingkat sarjana di Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung. Tugas Akhir ini berjudul Analisis Stabilitas dan Penurunan Timbunan pada Tanah Lunak dengan Vertical Drain, Perkuatan Bambu dan Perkuatan Geotextile, Studi Kasus pada Discharge Channel Proyek PLTGU Tambak Lorok, Semarang Banyak pengalaman dan pelajaran berharga yang kami dapatkan selama menyususn Tugas Akhir ini. Kami berharap manfaat yang kami peroleh dirasakan juga oleh orang lain melalui laporan Tugas Akhir ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini menjadi sesuatu yang berguna bagi pihak lain yang membaca dan mempelajarinya. Tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dan membimbing kami dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Endra Susila, Ph.D., selaku dosen pembimbing kami dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini dan juga selaku Koordinator Tugas Akhir Kelompok Kepakaran Geoteknik di Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung. 2. Bapak Erza Rismantojo, Ph.D., selaku dosen penguji kami yang telah banyak memberikan masukan. 3. Bapak Hasbullah Nawir, Ph.D., selaku dosen penguji kami yang telah banyak memberikan masukan. 4. Ibu Dr.Ir. Herlien D. Setio, selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung. 5. Segenap dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung. iv
Pengerjaan laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena keterbatasan waktu dan kemampuan kami, maka kritik dan saran yang konstruktif sangat diharapkan demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini sehingga bermanfaat bagi kami dan pihak-pihak lain yang telah memberikan sumbangan pemikiran. Akhir kata, kami mohon maaf jika dalam pengerjaan laporan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Kritik dan saran yang membangun senantiasa kami harapkan agar dapat memperbaiki kekurangan tersebut. Bandung, Juni 2008 Penulis v
vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR i ii iii iv vi x vii BAB I PENDAHULUAN I-1 1.1 Umum I-1 1.2 Latar Belakang I-2 1.3 Tujuan I-3 1.4 Ruang Lingkup I-4 1.5 Metodologi I-5 1.6 Lokasi Studi Kasus I-8 1.7 Software Pendukung I-8 1.8 Sistematika Pembahasan I-9 1.9 Kesimpulan I-10 BAB II LATAR BELAKANG TEORI II-1 2.1 Umum II-1 2.1.1 Keruntuhan Pada Lereng II-3 2.1.2 Konsep Angka Keamanan II-6 2.1.3 Kriteria Keruntuhan Mohr - Coulomb II-10 2.1.4 Stabilitas End of Construction Timbunan di Atas Tanah Lempung II-11 2.1.5 Undrained Analysis II-15 2.2 Teori Penurunan (Settlement) II-16 2.2.1 Penurunan Elastik II-17 2.2.2 Konsolidasi Primer II-18 2.2.3 Konsolidasi Skunder II-23 2.3 Timbunan di Atas Tanah Lunak II-25 vi
2.3.1 Penurunan Konsolidasi II-25 2.3.2 Tanah Timbunan dengan Geotextile II-28 2.3.2.1 Kriteria Desain II-29 2.3.2.2 Perhitungan Daya Dukung II-31 2.3.2.3 Perhitungan Stabilitas Tanah Timbunan II-32 2.3.2.4 Perhitungan Sudut Friksi Geotextile II-33 2.3.2.5 Perhitungan Panjang Penyaluran Geotextile II-34 2.3.2.6 Pelengkungan Geotextile II-35 2.3.2.7 Pertimbangan Faktor Keamanan Parsial II-35 2.3.2.8 Geotextile Untuk Drainase II-37 2.3.2.9 Properti Geotextile II-38 2.3.3 Tanah Timbunan dengan Cerucuk dan Matting Bambu II-41 2.3.3.1 Metode equivalent beam II-41 2.3.3.2 Metode equivalent spring II-42 2.3.3.3 Propertis cerucuk dan matting bambu II-43 2.4 Kuat Geser Tanah II-43 2.5 Drainase Vertikal II-46 2.5.1 Konsolidasi dengan Drainase Vertikal II-47 2.5.2 Efek Smear dan Gangguan II-49 2.5.3 Pemilihan Tipe Drainase Vertikal II-51 2.5.4 Pemodelan Drainase Vertikal Dengan Finite Element Pada Tanah Lunak II-52 2.5.5 Pemasangan (Installation) II-53 2.6 Persamaan Desain II-54 2.6.1 Persamaan Desain Umum Untuk Drainase Vertikal II-54 2.6.2 Modifikasi Persamaan Desain Umum II-58 2.6.3 Bagan Alir Desain II-60 2.7 Kesimpulan II-61 BAB III METODE ANALISIS PLAXIS III-1 3.1. Umum III-1 3.2. Metode Elemen Hingga III-1 3.3 Teori Dasar Plaxis III-4 vii
3.3.1 Defenisi Umum Stress dan Strain III-4 3.3.2 Regangan Elastis III-7 3.3.3 Analisis Undrained dengan Parameter Efektif III-9 3.3.4 Analisis Undrained dengan Parameter Undrained III-10 3.3.5 Model Mohr Coulomb III-10 3.3.6 Modulus Kekakuan III-12 3.3.7 Poisson Ratio III-13 3.3.8 Sudut Geser III-14 3.3.9 Kohesi III-15 3.4 Faktor keamanan pada Timbunan III-15 3.5 Pemodelan Drainase Vertikal III-17 3.6 Perhitungan dengan Software Plaxis III-20 BAB IV STUDI KASUS IV-1 4.1 Umum IV-1 4.2 Deskripsi Kasus IV-2 4.3 Analisis Daya Dukung Tanah IV-2 4.3.1 Model dan Parameter Tanah IV-3 4.3.2 Parameter Cerucuk dan Matting Bambu IV-6 4.3.3 Parameter Geotextile IV-9 4.4 Analisis Penurunan IV-10 4.4.1 Tinggi Tahapan Timbunan IV-10 4.4.2 Penurunan Konsolidasi IV-11 4.5 Analisis Stabilitas IV-13 4.5.1 Kenaikakan Kuat Geser tiap tahapan Timbunan (Gain Strength) IV-13 4.5.2 Besarnya Excess Pore Pressure IV-17 4.5.3 Jarak Vertical Drain IV-19 4.6 Analisis Penurunan IV-23 4.6.1 Hasil Analisis Timbunan Bertahap (vertical drain) IV-23 4.6.2 Hasil Analisi Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Beam) IV-25 4.6.3 Hasil Analisis Penurunan dengan Perkuatan Bambu (Equivalent Spring) IV-27 4.6.4 Hasil Analisis Penurunan dengan Perkuatan Geotextile IV-29 viii
4.7 Stabilitas Timbunan 4.8 Grafik konsolidasi dan excess pore pressure IV-32 IV-33 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V-1 5.1 Kesimpulan V-1 5.2 Saran V-2 DAFTAR PUSTAKA ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Rekomendasi angka keamanan minimum II-9 Tabel 2.2 II-9 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 2.7 Angka keamanan minimum untuk lereng - tanpa gempa Rekomendasi angka keamanan minimum dari beberapa institusi internasional Hubungan untuk indeks pemampatan (Cc) empirik Nilai-nilai faktor keamanan parsial dan area aplikasinya Beberapa tipikal properti geotextile Parameter cerucuk bambu spasi 1m II-10 II-28 II-36 II-40 II-43 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Parameter tanah Parameter Cerucuk dan Matting Bambu Spasi 1m Lapisan Very Soft Clay (Cc = 0.6) Lapisan Soft Clay (Cc = 0.4) Penurunan Total tiap Tinggi Timbunan Excess pore pressure tiap Tinggi Timbunan Perhitungan Waktu Vs Derajat Konsolidasi untuk spasi Vertical Drain Hasil perhitungan SF pada akhir konstruksi IV-5 IV-8 IV-11 IV-12 IV-12 IV-18 IV-20 IV-32 x
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Metodologi studi I-6 Gambar 1.2 Metodologi studi kasus I-7 Gambar 1.3 Lokasi PLTGU Tambak Lorok, Semarang I-8 Gambar 2.1 Variasi angka keamanan II-7 Gambar 2.2 Kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb II-10 Gambar 2.3 Gambar 2.4 II-11 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Timbunan di atas tanah lunak Perubahan faktor keamanan pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment Perubahan kuat geser tanah pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment Perubahan tekanan pada kurun waktu tertentu akibat adanya embankment Lapisan lempung yang mengalir ke atas dan ke bawah Kondisi tegangan pada saat t = 0 Kondisi tegangan pada saat 0 < t < Kondisi tegangan pada saat t = Variasi e vs log t, untuk indeks konsolidasi sekunder Grafik settlement ratio dan bearing capacity dari University Drexel untuk tanah soft saturated clay dengan menggunakan woven slit-film fabric II-13 II-14 II-14 II-19 II-20 II-21 II-21 II-23 II-32 Gambar 2.13 Tegangan karakteristik tanah kohesif II-45 Gambar 2.14 Drainase vertikal di bawah timbunan II-46 Gambar 2.15 Pengaruh panjang dan jarak drainase vertikal terhadap waktu konsolidasi II-48 Gambar 2.16 Skema PDVP dengan pengaruh tahanan drain dan gangguan tanah II-50 Gambar 2.17 Diameter ekivalen PDVP II-50 Gambar 2.18 Perkiraan zona terganggu di sekeliling mandrel II-51 Gambar 2.19 Hubungan antara jarak drain(s) dengan zona pengaruh drain (D) II-52 Gambar 2.20 Alat pemasangan PDVP II-53 Gambar 2.21 Proses pemasangan vertical drain II-54 Gambar 2.22 Konsolidasi akibat drainase vertikal dan radial II-56 Gambar 2.23 Diagram alir desain vertical drain II-60 Gambar 3.1 Input geometri III-20 xi
Gambar 4.1 Model tanah asli IV-4 Gambar 4.2 Transformasi deret tiang cerucuk menjadi equivalent beam IV-6 Gambar 4.3 Konfigurasi jumlah tiang per cerucuk bambu IV-7 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Gambar 4.18 Gambar 4.19 Gambar 4.20 Gambar 4.21 Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24 Gambar 4.25 Gambar 4.26 Gambar 4.27 Proses pemasangan cerucuk bambu Proses perakitan matting bambu Aplikasi perkuatan tanah dengan geotextile Grafik prediksi penurunan konsolidasi Grafik excess pore pressure vs time Konfigurasi vertical drain Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain spasi 1,2 m Kecepatan laju konsolidasi tanpa vertical drain spasi 1 m Deformed mesh timbunan awal (vertical drain) Total displacement timbunan awal (vertical drain) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (vertical drain) Total displacement setelah akhir konstruksi (vertical drain) Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent beam) Total displacement pemasangan bambu (equivalent beam) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (equivalent beam) Total displacement setelah akhir konstruksi (equivalent beam) Deformed mesh pemasangan bambu (equivalent spring) Total displacement pemasangan bambu (equivalent spring) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (equivalent spring) Total displacement setelah akhir konstruksi (equivalent spring) Deformed mesh pemasangan (geotextile) Total displacement pemasangan (geotextile) Deformed mesh setelah akhir konstruksi (geotextile) Total displacement setelah akhir konstruksi (geotextile) Grafik konsolidasi vertical drain Grafik excess pore pressure vertical drain Grafik konsolidasi equivalent beam Grafik excess pore pressure equivalent beam Grafik konsolidasi equivalent spring Grafik excess pore pressure equivalent spring Grafik konsolidasi geotextile Grafik excess pore pressure geotextile IV-8 IV-9 IV-10 IV-13 IV-18 IV-19 IV-21 IV-21 IV-22 IV-23 IV-24 IV-24 IV-25 IV-25 IV-26 IV-26 IV-27 IV-27 IV-28 IV-28 IV-29 IV-29 IV-30 IV-30 IV-31 IV-32 IV-32 IV-33 IV-33 IV-34 IV-34 IV-35 IV-35 xii