BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Hasanuddin. 3.2 Bahan Penelitian Gambar 3.1 Lokasi Penelitian Tanah yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari tanah asli yang berlokasi di Kelurahan Tamalanrea, Kecamatan Tamalanrea, Kota Makassar untuk tanah dasar dan Kelurahan Tamamaung, Kecamatan Panakukkang untuk tanah timbunan. Jenis vertikal drain yang digunakan merupakan Prefabricated Vertikal Drains (PVD) yang merupakan vertikal drain sintetik dikarena lebih baik dari sisi kebutuhan penelitian dibandingkan dengan vertikal drain konventional. Jenis PVD yang digunakan adalah PVD Ceteau. 63
3.3 Kerangka Penelitian Kerangka penelitian ini diuraikan melalui skema dibawah ini Mulai Pendahuluan - Latar Belakang - Perumusan Masalah - Kajian Pustaka Persiapan Alat Uji Pengambilan Sampel (Tanah dan Drain) Pengujian Karakteristik Material Pengujian Karakteristik Tanah - Pemeriksaan Kadar Air dan Berat Isi - Pemeriksaan Berat Jenis - Pemeriksaan Analisa Saringan - Pemeriksaan Batas-Batas Atterberg - Pemeriksaan Konsolidasi - Pemeriksaan Kompaksi dan Permeabilitas - Pemeriksaan Kuat Tekan Bebas - Pemeriksaan Geser Langsung Pengujian Karakteristik PVD - Pemeriksaan Permeabilitas Permodelan Embankment Tanah : 1. Tanpa Perkuatan 2. Dengan Drain Analisa Numerik dengan menggunakan Plaxis V.8 Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 3.2 Kerangka Alir Penelitian 64
3.4 Tahapan Pelaksanaan Penelitian 3.4.1 Pemeriksaan Karakterisitik Tanah Pengujian karakteristik tanah yaitu secara indeks dan uji mekanis bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat fisik dari tanah. a. Pengujian Kadar Air dan Berat Isi Percobaan ini berguna untuk menentukan kadar air tanah yang ditempatkan pada cincin uji (ring) dengan cara membandingkan berat air yang terdapat didalam tanah dengan berat kering tanah yang dinyatakan dalam persen (%). Sedangkan berat isi tanah adalah perbandingan berat tanah dengan volume tanah. Alat yang digunakan adalah oven, timbangan, cincin uji, timer dan spatula. b. Pengujian Berat Jenis Pengujian berat jenis tanah disesuaikan dengan SNI 03-1964- 2008 / ASTM D-854-88(72). Alat yang digunakan adalah piknometer, timbangan, wash bottle, oven, desikator, termometer, cawan porselen (mortar), alat vacuum atau kompor. Cara pengujian berat jenis adalah piknometer kosong ditimbang, masukkan tanah ke dalam piknometer kira-kira 10 gram, diisi air kurang lebih 10 cc kedalam piknometer, sehingga tanah terendam seluruhnya kira-kira 2-10 jam, setelah itu piknometer beserta tanah di vacum sampai 65
gelembungnya hilang kemudian tambahkan air sampai penuh, kemudian ukur suhunya kemudian timbang. Piknometer dikosongkan dan dibersihkan, kemudian diisi penuh dengan air, ditutup kemudian ditimbang. c. Pengujian Batas-Batas Atterberg Pemeriksaan ini dilakukan untuk mengetahui konsistensi tanah yang lolos saringan No.40 melalui indikator pengujian batas cair (liquid limit), batas plastis (plastic limit) dan batas susut (shrinkage limit). Batas cair merupakan kadair air dari tanah yang dibutuhkan untuk menutup goresan selebar 2mm dan sepanjang 12,77 mm oleh 25 pukulan. Batas plastis merupakan kadar air dimana bagian tanah tersebut masih dalam keadaan plastis melalui memilin tanah dari bola-bola tanah seberat 8gram di atas kaca sampai membentuk tanah dengan diameter 1/8 dan mencapai keadaan retak. Batas susut merupakan kadar air minimum dimana pengurangan kadar air selanjutnya tidak menyebabkan berkurangnya volume tanah. Cara pengujian batas susut adalah contoh tanah diambil sedikit taruh pada cawan porselen kemudian diberi air sedikit sampai campuran tanah tersebut dapat dicetak pada cawan penguap, setelah itu tanah dicetak dan diketok-ketok untuk menghilangkan rongga udara yang ada setelah itu ditimbang baru dioven selama 24 jam, setelah itu 66
tanah kering ditimbang kembali cawan kaca ditimbang siapkan air raksa secukupnya taruh pada mangkok kaca yang bawahnya diberi juga diberi alas untuk tempat air raksa nanti yang tumpah, tanah kita ambil dan kita masukkan kedalam air raksa kemudian kita tekan dan geser-geser dengan lempengan kaca air raksa akan tumpah, air raksa yang tumpah tersebut kita taruh pada cawan kaca yang sudah diketahui beratnya dan kita timbang bersama air raksa yang tumpah tadi. Gambar 3.3 Peralatan Uji Batas Atterberg(Hardiyatmo, 2010) d. Pengujian Analisa Saringan Tujuan dari pemeriksaan ini yaitu untuk mengklasifikasikan dan mengelompokkan jenis tanah yang lolos saringan agar mudah menganalisis sifat-sifat umum tanah. Alat yang 67
digunakan antara lain : satu unit saringan standard ASTM yaitu saringan No.4, No.8, No.16, No.40, No.60, No.100, No.200 dengan pan, oven dengan pengatur suhu, mesin pengguncang saringan dan timbangan. Ada dua cara yang digunakan untuk mendapatkan distribusi ukuran partikel tanah yaitu analisa ayakan (grain size coarse analysis) dan analisa hydrometer (finer size analysis part). Gambar 3.4 Alat Uji Analisa Saringan (Hardiyatmo, 2010) e. Pengujian Konsolidasi Pengujian ini bermaksudkan untuk mengetahui derajat konsolidasi dari tanah yang diuji beserta lamanya waktu untuk mencapai derajat konsolidasi yang ditentukan dan mendapatkan koefisien indeks pemampatan dan pengembangan (Cc, Cr), koefisien konsolidasi (Cv) serta 68
tekanan prakonsolidasi (pc) Batasan dalam pengujian ini adalah pengujian yang dilakukan hanya 1D konsolidasi artiannya tegangan air pori hanya mengalir melalui satu arah saja. Alat-alat yang digunakan adalah oedometer set, dial penurunan, beban uji, ring contoh uji dan ekstruder, spatula, stopwatch dan timbangan. Gambar 3.5 Perangkat Uji Konsolidasi Tanah f. Pengujian Kompaksi Pemadatan dilakukan dengan menggunakan beban standar berdasarkan ASTM D-1568 (1998) dan AASHTO (1982). Alat yang digunakan adalah silinder untuk pemadatan Proctor dengan diameter 10 cm, penumbuk (rammer) dengan berat 5,5 lbs, cawan aluminium, timbangan dan oven. 69
Cara pengujian pemadatan standar Proctor adalah timbang silinder tanpa alas dan penyambungnya, ukur diameter dan tingginya, setelah itu plat diolesi minyak kemudian masukkan contoh tanah, setelah itu pemadatan dibagi tiga lapis tiap lapis 25 kali secara merata, sambungan dan plat alas dilepas dari silinder utama lalu permukaan silinder diratakan dengan pisau perata kemudian timbang dan catat beratnya, sampel tanah dikeluarkan dari silinder dengan alat extruder kemudian dimasukan ke dalam cawan yang diambil dari ketiga lapis sampel tersebut, setelah itu timbang dan catat beratnya kemudian cari kadar airnya. Gambar 3.6 Alat Standard Proctor Test (Hardiyatmo, 2010) g. Pengujian Permeabilitas Tanah Menurut persamaan Bernoulli tinggi energi total pada suatu titik didalam air yang mengalir dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dari tinggi tekanan, tinggi kecepatan, dan tinggi 70
elevasi. Adapun beberapa cara untuk menentukan daya rembes suatu tanah, salah satu diantaranya adalah pengujian permeabilitas. Pemeriksaan ini dimaksudkan untuk mengetahui tingkat permeabilitas atau daya rembes untuk tanah. Analisa perhitungan jika diketahui : A = luas sampel (cm 2 ), tinggi (cm), waktu (detik), volume air (cc), dan temperatur (C ), diperoleh rumus (a). Metode Constant Head k = Q.L A.h.t (b). Metode Falling Head k = a. L h1 ln A. t h2 h. Pengujian Kuat Tekan Bebas Untuk menentukan kuat tekan bebas tanah kohesif dalam keadaan asli (undisturbed) maupun keadaan buatan (remoulded). Pengertian kuat tekan bebas adalah tekanan aksial benda uji pada saat mengalami keruntuhan atau pada saat regangan aksial mencapai 20%. Dari besaran kuat tekan yang dihasilkan, dapat pula di tentukan konsistensi tanah dari sampel yang diuji. 71
3.4.2 Pembuatan Model Preloading Embankment a. Tanpa Perkuatan Tanah lempung dimasukkan kedalam bak pengujian berukuran 100 cm x 50 cm x 180 cm sampai setinggi 60cm (tanah dasar). Dalam masa rekonstruksi, tanah dibuat jenuh dengan cara mengisinya dengan air lalu di kontrol dengan pengatur tinggi muka air (levelling water control). Setelah bak pengujian diisi tanah, tanah timbunan berupa tanah lempung lalu dimasukkan diatas lapisan tanah dasar yang dimodelkan sebagai embankment jalan setinggi 30 cm. Dial indikator (dial gauge) di letakkan pada lima (5) posisi. Yang pertama tepat diatas embankment; kedua diletakkan di tanah dasar sekitar 10 cm diujung timbunan, yang ketiga di tanah dasar 5cm dari lereng, yang keempat ditempatkan dengan jarak 20 cm dari lereng trial embankment dan yang kelima ditempatkan dengan jarak 40cm dari lereng trial embankment. 72
Gambar 3.7 Model Embankment Tanpa Perkuatan b. Dengan Prefabricated Drain Tanah lempung dimasukkan kedalam bak pengujian berukuran 100 cm x 50 cm x 180 cm sampai setinggi 60cm (tanah dasar). Dalam masa rekonstruksi, tanah dibuat jenuh dengan cara mengisinya dengan air lalu di kontrol dengan pengatur tinggi muka air (levelling water control). Setelah bak pengujian diisi tanah, tanah timbunan berupa tanah lempung lalu dimasukkan diatas lapisan tanah dasar yang dimodelkan sebagai embankment jalan setinggi 30 cm. Setelah itu, PVD dipasangkan kedalam tanah dasar hingga kedalaman 40cm dengan jarak antar titik pemasangan sebesar 30 cm. Setelah PVD terpasang, diikat dengan PHD pada titik-titik pemasangan PVD dengan panjang sepanjang 90 cm. 73
Dial indikator (dial gauge) di letakkan pada lima (5) posisi. Yang pertama tepat diatas embankment; kedua diletakkan di tanah dasar sekitar 10 cm diujung timbunan, yang ketiga di tanah dasar 5cm dari lereng, yang keempat ditempatkan dengan jarak 20 cm dari lereng trial embankment dan yang kelima ditempatkan dengan jarak 40cm dari lereng trial embankment. Gambar 3.8 Model Embankment Dengan Drain 3.4.3 Pembuatan Model pada Program PLAXIS v.8 Plaxis adalah suatu analisa program berbasis metode elemen hingga yang memudahkan kita dalam mengoperasikanya sehingga didapatkan parameter-parameter perencaanan yang dibutuhkan. Adapun prosedur perencaanan penelitian dengan menggunakan analisa Plaxis v.8 adalah 74
a. Pengaturan General Setting Dalam hal ini, penamaan proyek yang akan kita gunakan dan metode analisa yang dipakai. Merujuk pada permasalahan yang ada di penelitian ini maka pada menu drop down pada general option, pilih model plain strain dan element 15 nodes. Gambar 3.9 Tampilan Menu General Setting pada Plaxis Setelah itu, masuk ke menu dimentions, input nilai pengaturan dimensi sesuai dengan dimensi yang diterapkan. b. Penggambaran Model Penelitian Setelah pengaturan general setting, pembuatan model di layar kerja plaxis dapat dikerja. Gunakan fungsi line sebagai geometri garis untuk menggambarkan profil 2D dari penggambaran model, node to node anchor sebagai cerucuk kayu, standard fixities untuk 75
memberikan batasan bidang analisis pada plaxis. Drain sebagai vertikal horisontal drain. c. Pengaturan Material Set Permasalahan didalam penelitian adalah material lempung lunak. Dikarenakan itu, pengaturan model tanah dasar dianggap menjadi soft soil model sehingga nilai dari koefisien konsolidasi (Cv) dan koefisien kembang-susut (Cs) harus diketahui. Untuk mengetahui pengaruh tegangan air pori, maka tipe material yang digunakan haruslah undrained. Gambar 3.10 Pengaturan Material Tanah Dasar Sedangkan embankment yang digunakan berasakan dari lapisan sirtu maka material model yang digunakan adalah Mohr Coulomb dengan material type drained. d. Pengaturan Meshing Setelah material sudah terinput dalam geometri model, maka material sudah siap untuk dilakukan analisis. Sebelum itu, langkah 76
harus dilakukan adalah generate mesh yang artinya mengatur titiktitik analisa. Analisa plaxis berdasarkan suatu proses yang disebut iterasi. Jadi semakin halus tingkatan mesh yang dipilih, maka semakin banyak proses iterasi sehingga tindakan analisis hampir mendekati kesalahan terkecil. e. Tahapan Initial Condition Bilamana mesh telah digenerate, maka model sudah siap untuk dianalisa. Langkah analisa pertama adalah menentukan keadaan awal suatu lapisan tanah sebelum semua beban dan perkuatan bekerja. Langkah ini yang disebut Initial Condition. Didalam fase inilah, pengaturan muka air tanah, batas analisa konsolidasi dan prosedur tekanan tanah diam (KO) atau gravity loading dapat dilakukan. Semua struktur luar seperti cerucuk, preloading, drain haruslah dalam keadaan off (tampilan abu-abu pada layar) bilamana untuk memberikan isyarat bahwa tahapan ini merupakan tahapan asli dari tanah. Gambar 3.11 Ilustrasi Tahapan Initial Condition 77
f. Tahapan Kalkulasi Ditahapan ini, semua aktifitas yang akan dilakukan kepada deposit tanah diandaikan disini. Selayaknya suatu pekerjaan proyek yang mengenal divisi-divisi pekerjaan, di program plaxis ini, tahapan analisa bisa diatur sesuai dengan tahapan pekerjaan. dikarenakan penelitian ini berguna sebagai metode perbaikan tanah dengan cara konsolidasi tanah dasar yaitu tanah lunak agar dapat mampu menahan beban diatasnya. Maka calculation type yang digunakan hendaknya menggunakan consolidation analysis. Didalam tahapan analisis konsolidasi, bisa ditentukan waktu tempuh untuk mendapatkan waktu pemampatan yang direncanakan sehingga diperkirakan tanah akan mampu untuk memikul tegangan yang terjadi. Gambar 3.12 Tampilan Calculation Phase 78