BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL ANALISIS. MRT (twin tunnel) dengan shield pada tanah lempung berlanau konsistensi lunak

BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL ANALISIS Plaxis mempunyai fasilitas khusus untuk pembuatan terowongan dengan penampang lingkaran maupun non lingkaran serta proses simulasi konstruksi terowongan. Dalam bab ini akan dibahas suatu konstruksi terowongan kembar MRT (twin tunnel) dengan shield pada tanah lempung berlanau konsistensi lunak sedang dan pengaruh penurunannya (settlement) pada permukaan tanah. Terowongan dengan shield dikerjakan dengan menggali tanah di depan mesin pembor terowongan atau TBM (tunnel boring machine) dan memasang dinding terowongan (lining) dibelakangnya. Pada prosedur pemboran seperti ini, tanah umumnya tergali secara berlebih yaitu bahwa luas penampang melintang final yang digunakan oleh terowongan lebih kecil dibandingkan dengan luas penampang tanah yang digali. Walaupun tindakan pencegahan telah dilakukan untuk mengisi celah ini, namun redistribusi tegangan dan deformasi dalam tanah akibat proses konstruksi terowongan tidak dapat dihindari. Untuk menghindari terjadinya kerusakan struktur bangunan akibat penurunan yang ditimbulkan oleh konstruksi terowongan perlu dilakukan analisis untuk memprediksi efek efek tersebut. Analisis semacam ini dapat dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga pada Program Plaxis. Geometri melintang proyek dan statigrafi lapisan tanah yang dimodelkan pada program tertera pada gambar berikut. IV - 1

0 10 KN/m 2 CH 1 C = 21 KN/m 2 γ unsat = 9.195 KN/m 3 = 38.3 N avg = 5.5 14 m -7 m.a.t 18 m γ sat = 15.415 KN/m3-14 C = 20.83 KN/m 2 MH 1 γ unsat = 9 KN/m3 6 m = 42.9 6.65 m N avg = 11.8 γ sat = 15.32 KN/m3-20 15 m 4m C = 14.4 KN/m 2 MH 2 γ unsat = 7.8 KN/m3-24 = 42.9 N avg = 13.67 γ sat = 14.53 KN/m3 C = 10.92 KN/m 2 ML γ unsat = 7.92 KN/m3 6m = 42.9 N avg = 16.83 γ sat = 14.610 KN/m3-30 Gambar 4.1 Geometri Melintang Proyek Rencana Shield Tunnel Dan Statigrafi Lapisan Tanahnya Terowongan kembar memiliki kedalaman 18 m berdiameter 6.65 m. Profil tanah pada statigrafi menunjukkan empat buah lapisan tanah yang berbeda. Lapisan tanah paling atas atau lapisan pertama yang berwarna hijau muda merupakan lapisan lempung dengan plastisitas tinggi (CH) dengan ketebalan lapisan 14 m. Lapisan kedua yang berwarna ungu merupakan lapisan lanau kelempungan pertama dengan plastisitas tinggi IV - 2

(MH 1) dengan ketebalan lapisan 6 m. Lapisan ketiga yang berwarna ungu merupakan lapisan lanau kelempungan kedua dengan plastisitas tinggi (MH 2) dengan ketebalan lapisan 4 m. Lapisan keempat yang berwarna hitam merupakan lapisan lanau kelempungan dengan plastisitas trendah (ML) dengan ketebalan lapisan 6 m. Lapisan tanah dimana terowongan akan dibuat berada pada lapisan kedua dan ketiga. Muka air tanah berada pada kedalaman 7 m dari permukaan tanah. Beban yang bekerja di permukaan tanah akibat struktur jalan diatasnya sebesar 10 KN/m 2. Dari koordinat awal terowongan model melebar ke arah horizontal hingga sejauh 30 m. Elemen dengan 15 titik nodal digunakan pada perhitungan kasus ini. 4.1 Geometri dan Satuan Geometri dasar yang terdiri dari empat buah lapisan tanah seperti ditunjukkan gambar 4.1 (tidak termasuk terowongan) dapat digambarkan dengan garis geometri dengan batas penggambaran pada input general settings serta satuan panjang, gaya dan waktu yang digunakan tertera pada gambar 4.2 sebagai berikut : Gambar 4.2 Input General Settings IV - 3

Untuk menggambarkan terowongan digunakan tunnel designer yaitu suatu alat bantu khusus dalam Plaxis yang memungkinkan penggunaan segmen lingkaran (lengkumg) dan garis untuk memodelkan geometri dari terowongan. Gambar 4.3 Tunnel Designer Langkah langkah pembuatan geometri pada tunnel designer adalah sebagai berikut : 1. Pilih gambar geometri terowongan penuh di toolbar bagian atas untuk memodelkan bentuk geometri lingkaran penuh terowogan. 2. Pada shape pilih symetric tunnel untuk menggambarkan segmen terowongan yang simetris. 3. Pilh bored tunnel pada type of tunnel. 4. Pada section 1, pilih acrh pada type, isikan radius terowongan sebesar 3.325 m dan angle sebesar 90. Angle menyatakan sudut dimana segmen tersebut berhenti diperpanjang. Masukkan nilai 90 yang merupakan sudut maksimum dari suatu segmen terowongan. IV - 4

5. Koordinat lokal x dan y dari koordinat awal lengkung pertama selalu berada pada koordinat awal lokal (x = 0, y = 0) untuk bored tunnel. 6. Aktifkan tanda centang pada shell dan interface. Kembali ke bidang gambar, terowongan harus digabungkan dengan model geometri. Hal ini dilakukan dengan menetapkan posisi global dari pusat koordinat lokal dari terowongan. Klik pada titik yang telah ada di posisi (30,12) untuk terowongan pertama dan (45,12) pada terowongan kedua. 4.2 Kondisi Batas (Standard Fixities) Setelah geometri proyek terbentuk lengkap aktifkan kondisi batas/ standard fixities yang terletak di bagian tengah toolbar kedua. Pada prinsipnya seluruh batas harus mempunyai sebuah kondisi batas tiap arah. Dengan kata lain, jika kondisi batas tidak dinyatakan secara eksplisit pada suatu batas tertentu (batas bebas) maka kondisi alami akan diterapkan yaitu dimana gaya tertentu adalah nol dan perpindahan adalah bebas. Pilihan jepit standar berlaku untuk sebagian besar permasalahan geoteknik. 4.3 Beban di Permukaan Tanah (Load On Surface) Pemberian beban terdistribusi merata di permukaan tanah akibat stuktur jalan sebesar 10 KN/m 2 dengan menggunakan dengan menggunakan fasilitas distributed load load system A. Nilai beban merata pada koordinat ujung kiri sampai koordinat ujung kanan geometri pada arah vertikal/ sumbu Y diisikan sebesar 10 KN/m 2. Tanda negatif berarti beban bekerja pada arah ke bawah. Gambar 4.4 distributed load load system A on Surface IV - 5

Hasil penggambaran sementara geometri proyek terowongan ini dapat dilihat pada gambar 4.5 Gambar 4.5 Hasil penggambaran sementara geometri proyek terowongan 4.4 Sifat Material Terowongan ( Material Properties Of Tunnel Lining ) Lining/dinding terowongan yang terbuat dari segmen beton precast dimodelkan sebagai elemen pelat. Elemen pelat pada Program Plaxis digunakan untuk memodelkan prilaku dari dinding yang tipis, pelat atau cangkang yang tipis seperti turap dan dinding terowongan. Sifat sifat dinding terowongan sebagai elemen pelat meliputi kekauan lentur (EI), kekakuan normal (EA), tebal pelat (d), berat pelat (w) dan angka poisson (v). Nilai dari sifat sifat tersebut dapat diinput pada set material properies lalu pilih plate dan isikan pada plate properties dimana nilai nilainya dapat dilihat pada gambar 4.6 Gambar 4.6 Input Sifat- sifat material dinding terowongan pada plate properties IV - 6

4.5 Pemodelan Material Tanah Pemodelan perilaku tanah mencakup input sifat sifat material tanah yang terdapat pada Program Plaxis yang meliputi Mohr Coulomb, Hardening Soil, Soft Soil dan Soft Soil Creep. Masing masing model tanah ditinjau dalam keadaan undrained untuk mengetahui penurunan jangka pendek dan dalam keadaan drained untuk mengetahui penurunan jangka panjang. Input material properties masing masing model tanah dilakukan pada set material properties dan pilih soil and interfaces pada set type project database kemudian pilih new untuk membuat suatu model tanah. 4.5.1 Model Mohr Coulomb Undrained Model Mohr Coulomb Undrained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda IV - 7

Gambar 4.7 Input Nilai Material Properties Model Mohr Coulomb Undrained Pada General b. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. Parameter kekakuan terdiri dari modulus kekakuan Young (E) dan angka poisson (v). Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). Gambar 4.8 Input Nilai Material Properties Model Mohr Coulomb Undrained Pada Parameter c. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. IV - 8

Gambar 4.9 Input Nilai Material Properties Model Mohr Coulomb Undrained Pada Interfaces 1. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : Tabel 4.1 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Mohr Coulomb Undrained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - MC MC MC Type - Undrained Undrained Undrained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 Modulus KN/m 2 25500 25500 25500 Young (E) Angka - 0.3 0.3 0.3 poisson (v) Kohesi ( C ) KN/m 2 20.835 14.4 10.915 Sudut geser - 0 0 0 IV - 9

dalam ( ) Sudut - 0 0 0 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam 4.5.2 Model Mohr Coulomb Drained Model Mohr Coulomb drained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda Gambar 4.10 Input Nilai Material Properties Model Mohr Coulomb Drained Pada General IV - 10

b. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. Parameter kekakuan terdiri dari modulus kekakuan Young (E) dan angka poisson (v). Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). Gambar 4.11 Input Nilai Material Properties Model Mohr Coulomb Drained Pada Parameter c. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. Gambar 4.12 Input Nilai Material Properties Model Mohr Coulomb Drained Pada Interfaces IV - 11

2. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : Tabel 4.2 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Mohr Coulomb Drained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - MC MC MC Type - Drained Drained Drained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 Modulus KN/m 2 22425 22425 22425 Young (E) Angka - 0.3 0.3 0.3 poisson (v) Kohesi ( C ) KN/m 2 0.5 0.5 0.5 Sudut geser - 42.9 42.9 42.9 dalam ( ) Sudut - 12.9 12.9 12.9 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam IV - 12

4.5.3 Model Soft Soil Undrained Model Soft Soil Undrained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda Gambar 4.13 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Undrained Pada General b. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. Parameter kekakuan terdiri dari indeks kompresi termodifikasi (λ*) dan indeks muai termodifikasi (k*). Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). Parameter Cc = 0.45 dan Cr = 1/10 Cc = 0.045. IV - 13

Gambar 4.14 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Undrained Pada Parameter c. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. Gambar 4.15 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Undrained Pada Interfaces 2. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : IV - 14

Tabel 4.3 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Soft Soil Undrained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - Soft Soil Soft Soil Soft Soil Type - Undrained Undrained Undrained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 Cc - 0.50 0.55 0.6 Cr - 0.050 0.055 0.06 λ* - 0.0836 0.092 0.100 K* - 0.017 0.0184 0.020 Kohesi (c) KN/m 2 20.835 14.4 10.915 Sudut geser - 0.1 0.1 0.1 dalam ( ) Sudut - 0 0 0 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam IV - 15

4.5.4 Model Soft Soil Drained Model Soft Soil Drained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda Gambar 4.16 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Drained Pada General b. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. Parameter kekakuan terdiri dari indeks kompresi termodifikasi (λ*) dan indeks muai termodifikasi (k*). Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). Parameter Cc = 0.45 dan Cr = 1/10 Cc = 0.045. IV - 16

Gambar 4.17 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil drained Pada Parameter c. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. Gambar 4.18 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Drained Pada Interfaces 2. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : IV - 17

Tabel 4.4 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Soft Soil Drained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - Soft Soil Soft Soil Soft Soil Type - Drained Drained Drained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 Cc - 0.50 0.55 0.6 Cr - 0.050 0.055 0.06 λ* - 0.0836 0.092 0.100 K* - 0.017 0.0184 0.020 Kohesi (c) KN/m 2 0.5 0.5 0.5 Sudut geser - 42.9 42.9 42.9 dalam ( ) Sudut - 12.9 12.9 12.9 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam IV - 18

4.5.5 Model Soft Soil Creep Undrained Model Soft Soil Creep Undrained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. Parameter Model Soft Soil Creep Undrained serupa dengan parameter Model Soft Soil Undrained hanya saja pada Model Soft Soil Creep Undrained yang melibatkan waktu rangkak, maka diperlukan indeks rangkak termodifikasi (µ*) 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda. Gambar 4.19 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Creep Undrained Pada General b. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. IV - 19

Parameter kekakuan terdiri dari indeks kompresi termodifikasi (λ*), indeks muai termodifikasi (k*) dan indeks rangkak termodifikasi (µ*). Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). Parameter Cc = 0.45 dan Cr = 1/10 Cc = 0.045. Gambar 4.20 Input Nilai Material Properties Model Soft Creep Undrained Pada Parameter c. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. Gambar 4.21 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Creep Undrained Pada Interfaces IV - 20

2. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : Tabel 4.5 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Soft Soil Creep Undrained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - Soft Soil Creep Soft Soil Creep Soft Soil Creep Type - Undrained Undrained Undrained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 Cc - 0.50 0.55 0.6 Cr - 0.050 0.055 0.06 λ* - 0.0836 0.092 0.100 K* - 0.017 0.0184 0.020 µ* Kohesi (c) KN/m 2 20.835 14.4 10.915 Sudut geser - 0.1 0.1 0.1 dalam ( ) Sudut - 0 0 0 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam IV - 21

4.5.6 Model Soft Soil Creep Drained Model Soft Soil Creep Drained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. Parameter Model Soft Soil Creep Drained serupa dengan parameter Model Soft Soil Drained hanya saja pada Model Soft Soil Creep Drained yang melibatkan waktu rangkak, maka diperlukan indeks rangkak termodifikasi (µ*) 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda. Gambar 4.22 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Creep Drained Pada General b. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. IV - 22

c. Parameter kekakuan terdiri dari indeks kompresi termodifikasi (λ*), indeks muai termodifikasi (k*) dan indeks rangkak termodifikasi (µ*). Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). Parameter Cc = 0.45 dan Cr = 1/10 Cc = 0.045. Gambar 4.23 Input Nilai Material Properties Model Soft Creep Drained Pada Parameter d. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. Gambar 4.24 Input Nilai Material Properties Model Soft Soil Creep Drained Pada Interfaces IV - 23

2. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : Tabel 4.6 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Soft Soil Creep Drained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - Soft Soil Creep Soft Soil Creep Soft Soil Creep Type - Drained Drained Drained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 Cc - 0.50 0.55 0.6 Cr - 0.050 0.055 0.06 λ* - 0.0836 0.092 0.100 K* - 0.017 0.0184 0.020 µ* Kohesi (c) KN/m 2 0.5 0.5 0.5 Sudut geser - 42.9 42.9 42.9 dalam ( ) Sudut - 12.9 12.9 12.9 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam IV - 24

4.4.8 Model Hardening Soil Drained Model Hardening Soil Drained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda. Gambar 4.25 Input Nilai Material Properties Model Hardening Soil Drained Pada General b. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. Parameter kekakuan terdiri dari E ref 50, E ref oed dan E reff ur. Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). IV - 25

Gambar 4.26 Input Nilai Material Properties Model Hardening Soil Drained Pada Parameter e. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. Gambar 4.27 Input Nilai Material Properties Model Hardening Soil Undrained Pada Interfaces 2. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : IV - 26

Tabel 4.7 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Hardening Soil Drained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - Hardening Soil Hardening Soil Hardening Soil Type - Drained Drained Drained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 E reff 50-25500 25500 25500 E reff oed - 25500 25500 25500 E reff ur - 76500 76500 76500 Kohesi (c) KN/m 2 0.5 0.5 0.5 Sudut geser - 42.9 42.9 42.9 dalam ( ) Sudut - 12.9 12.9 12.9 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam IV - 27

4.4.7 Model Hardening Soil Undrained Model Hardening Soil Undrained yang ditinjau meliputi empat lapisan tanah pada statigrafi potongan melintang pada rencana proyek Shield Tunnel MRT Jakarta. Langkah langkah input nilai material properties pada Program Plaxis dijabarkan pada lapisan pertama sedangkan sisanya dirangkum dalam bentuk tabel. 1. Lapisan Pertama ( CH 1) a. Nilai Material Properties yang diinput pada general meliputi kepadatan kering (γ unsat) dan kepadatan jenuh (γ sat). Nilai permeabilitas tidak diinput karena tidak melibatkan analisis konsolidasi dan aliran air tanah. Lapisan pertama diberi warna hijau muda. Gambar 4.28 Input Nilai Material Properties Model Hardening Soil Undrained Pada General c. Nilai Material Properties yang diinput pada parameter meliputi dua parameter yaitu kekakuan dan kekuatan. Parameter kekakuan terdiri dari E ref 50, E ref oed dan E reff ur. Parameter kekuatan terdiri dari kohesi (C), sudut geser dalam ( ) dan sudut dilatansi ( ). IV - 28

Gambar 4.29 Input Nilai Material Properties Model Hardening Soil Undrained Pada Parameter f. Nilai Material Properties yang diinput pada interfaces berupa parameter strength yang rigid. Gambar 4.30 Input Nilai Material Properties Model Hardening Soil Undrained Pada Interfaces 2. Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) Nilai nilai input parameter Lapisan 2 ( MH 1), lapisan 3 (MH 2) dan lapisan 4 (ML) dijabarkan dalam tabel berikut : IV - 29

Tabel 4.8 Input Parameter Lapisan 2 ( MH 1), Lapisan 3 (MH 2) Dan Lapisan 4 (ML) Hardening Soil Undrained Parameter Unit MH 1 MH 2 ML Model - Hardening Soil Hardening Soil Hardening Soil Type - Undrained Undrained Undrained γ unsat KN/m 3 9 7.8 7.92 γ sat KN/m 3 15.320 14.53 14.610 E reff 50-25500 25500 25500 E reff oed - 25500 25500 25500 E reff ur - 76500 76500 76500 Kohesi (c) KN/m 2 20.835 14.4 10.915 Sudut geser - 0.1 0.1 0.1 dalam ( ) Sudut - 0 0 0 dilatansi ( ) R inter - Rigid Rigid Rigid Warna - Ungu Merah muda Hitam 4.6 Penyusunan Jaring Elemen ( Generated Mesh ) Setelah model geometri telah didefinisikan secara lengkap dan sifat material telah diaplikasikan ke seluruh obyek klaster dan obyek struktural maka geometri harus dibagi bagi menjadi elemen elemen untuk melakukan perhitungan elemen IV - 30

hingga. Komposisi dari elemen elemen ini disebut sebagai jaring elemen hingga. Jaring elemen yang digunakan adalah segitiga dengan 15 titik nodal. Gambar 4.31 Hasil Penyusunan Jaring Elemen Hingga (Generated Mesh) pada Model Geometri 4.7 Kondisi Awal (Initial Condition) Setelah model geometri terbentuk dan jaring elemen hingga telah selesai disusun maka kondisi tegangan awal dan konfigurasi awal harus ditentukan lebih dahulu. Kondisi awal terbagi dari tiga bagian yaitu modus untuk menghitung tekanan air, modus untuk spesifikasi dari konfigurasi awal geometri serta perhitungan tegangan efektif awal untuk dilapangan (modus konfigurasi geometri). 4.7.1 Perhitungan Tekanan Air Muka air tanah/ garis freatik berada pada kedalaman 7 m dari permukaan tanah dan berat isi air 9.81 KN/m 3. Dari Menu Generate Water Pressure didapatkan tegangan air pori yang bekerja pada kondisi awal proyek pada gambar berikut : (ditunjukkan dengan gambar yang bertanda + ) IV - 31

Gambar 4.32 Letak Muka Air Tanah Pada Geometri Proyek Gambar 4.33 Tegangan Air Pori pada Kondisi Awal 4.7.2 Kondisi Geometri Awal Proyek Kondisi geometri awal proyek adalah kondisi asli tanah sebelum dilakukan konstruksi terowongan yaitu dengan penonaktifan dinding terowongan dan beban dipermukaan tanah serta klaster klaster tanah berada pada kondisi aktif. Gambar 4.34 Kondisi Awal Geometri Proyek IV - 32

4.7.3 Perhitungan Tegangan Awal Perhitungan tegangan awal digunakan untuk menghitung teganga efektif awal dengan prosedur Ko. Tegangan awal pada massa tanah dipengaruhi oleh berat material tanah. Kondisi tegangan ini umunya dinyatakan dengan tegangan vertikal efekif awal. Tegangan horizontal efektif awal dihubungkan dengan tegangan vertikal efektif awal oleh koefisien tekanan tanah lateral (Ko), dimana Ko = 1- sin. Khusus untuk model soft soil creep dan hardening soil pada saat dilakukan prosedur Ko, diperlukan parameter berupa OCR (overconsolidation ratio) dan tegangan prakonsolidasi (preconsolidation pressure). Salah satu dari nilai ini akan digunakan untuk membentuk tegangan prakonsolidasi. Penggunaan model material lain tidak memerlukan parameter OCR dan POP. Perhitungan OCR dari kedua model tanah tersebut dapat dilihat pada tabel berikut Tabel 4.9 Perhitungan Nilai Nilai OCR Dari Kedua Model Tanah Kedalaman Teg. Overburden (KN/m2) Teg. Prakonsolidasi Z (m) Tengah lapis Bawah lapis (KN/m2) OCR ket. 0-14/ CH 1 70 113.33 160 2.285714 OC 14-20/MH 1 128.9 144.47 170 1.318852 OC 20-24/MH 2 154.85 165.23 180 1.162415 OC 24 30/ML 1 180.8 196.37 180 0.995575 NC Sebelum memasukkan nilai nilai dalam tabel, sebuah nilai untuk parameter Mweight harus ditentukan terlebih dahulu. Parameter ini menyatakan proporsi dari percepatan gravitasi yang diaplikasikan. Umumnya nilai pra pilih 1.0 dapat digunakan yang berimplikasi bahwa berat tanah secara penuh akan diaplikasikan. IV - 33

Gambar 4.35 Prosedur Ko Gambar 4.36 Input Nilai OCR Pada Model Soft Soil Creep Pada Prosedur Ko Gambar 4.37 Input Nilai OCR Pada Model Hardening Soil Pada Prosedur Ko Dengan menekan tombol Ok, perhitungan tegangan awal akan dimulai. Prosedur Ko hanya akan melibatkan berat sendiri tanah dan hanya menghitung tegangan IV - 34

efektif dari massa tanah. Setelah perhitungan tegangan maka program keluaran akan dimulai dan kondisi tegangan efektif awal akan ditampilkan. Gambar 4.38 Perhitungan Tegangan Vertikal Efektif Awal 4.8 Perhitungan (Calculation) Untuk memodelkan konstruksi terowongan jelas diperlukan sebuah tahapan konstruksi dimana dinding terowongan diaktifkan dan klaster tanah didalamya dinonaktifkan. Penonaktifan tanah didalam terowongan hanya berpengaruh pada kekuatan tanah, kekakuan tanah dan kondisi tegangan efektif saja. Tanpa masukan tambahan maka tekanan air akan tetap bekerja. Untuk menghikangkan tekanan air didalam terowongan, kedua klaster didalan terowongan harus diatur menjadi klaster kering (cluster dry) dalam modus tekanan air dan tekanan air harus kembali dihitung untuk menggambarkan proses dewatering selama kontruksi terowongan. Langkah langkah perhitungan dijelaskan sebagai berikut : 1. Tahap perhitungan pertama (phase 1) digunakan untuk mengaktifkan beban yang bekerja akibat struktur jalan raya di permukaan tanah. Pilih perhitungan plastis (plastic) dengan menggunakan tahapan konstruksi (stage construction). Dalam define tahapan konstruksi aktifkan beban IV - 35

dan masukkan nilai beban sebesar 10 KN/m 2. Lalu pilih update untuk meneruskan ke tahapan perhitungan berikutnya. Gambar 4.39 Phase 1 ( Pengaktifan beban yang bekerja di permukaan tanah ) 2. Tahap perhitungan kedua juga merupakan perhitungan plastis (plastic) berupa tahapan konstruksi (stage construction). Pada lembar tab parameter aktifkan atur perpindahan menjadi nol (reset displacement to zero). Pilih tombol define lalu aktifkan kedua dinding terowongan dan nonaktifkan kedua klaster tanah didalam terowongan untuk simulasi penggalian tanah. Pilihan atur perpindahan menjadi nol (reset displacement to zero) dapat digunakan jika perpindahan yang tidak relevan dari langkah langkah sebelumnya akan diabaikan pada awal tahap perhitungan saat ini sehingga perhitungan yangbaru akan dimulai dari kondisi perpindahan nol. Sebagai contoh, deformasi akibat beban gravitasi secara fisik tidak mempunyai arti karena itu pilihan ini dapat digunakan pada tahapan perhitungan setelah beban gravitasi untuk menghapus perpindahan perpindahan ini. Jika pilihan ini belum digunakan maka peningkatan perpindahan yang terjadi pada tahap IV - 36

perhitungan saat ini akan ditambahkan pada perpindahan yang terjadi pada tahap sebelumnya. Pada proyek ini hanya ditinjau perpindahan hanya akibat konstruksi terowongan perisai (shield tunneling) dan tidak melibatkan perpindahan akibat beban jalan raya yang terlebih dahulu sudah bekerja pada permukaan tanah.penggunaan reset displacement to zero tidak mempengaruhi kondisi tegangan yang telah terbentuk. Gambar 4.40 Phase 2 ( Pengaktifan kedua dinding terowongan dan penonaktifan kedua klaster di dalam terowongan untuk simulasi penggalian tanah) Untuk memodelkan dewatering, pilih tombol switch untuk melanjutkan ke modus tekanan air. Pilih kedua klaster tanah di dalam terowongan secara bersamaan. Klik ganda pada salah satu klaster lalu pilih klaster kering (cluster dry) pada distribusi tekanan air pori klaster. Gambar 4.41 Cluster dry pada distribusi tekanan air pori klaster IV - 37

Gambar 4.42 Phase 2 ( Simulasi Proses Dewatering Akibat Konstruksi Shied Tunnel ) Setelah langkah tersebut lalu klik hitung tekanan air kembali (generate water presurre) untuk menghitung kembali tekanan air setelah proses dewatering. Dalam tampilan akan terlihat bahwa tidak ada tekanan air yang bekerja didalam terowongan akibat proses dewatering. Lalu pilih update untuk meneruskan ke tahapan perhitungan berikutnya. Gambar 4.43 Tekanan air pori setelah proses dewatering IV - 38

3. Tahapan perhitungan ketiga (Phase 3) Setelah pengaktifan beban, pemasangan dinding terowongan, penggalian tanah dan dewatering selesai dilakukan maka tahap berikutnya adalah memodelkan kehilangan volume (volume loss) dengan mengaplikasikan suatu kontraksi pada dinding terowongan. Kontraksi ini akan didefinisikan pada phase 3. Untuk memodelkan kehilangan volume tanah akibat konstruksi dinding terowongan, metode kontraksi atau penyusutan dapat digunakan. Dalam etode ini suatu kontraksi diaplikasikan pada dinding terowongan untuk memodelkan suatu reduksi dari luas penampang terowongan. Kontraksi dinyatakan dalam presentase yang menyatakan rasio dari reduksi luas penampang terhadap luas penampang luar dari terowongan semula. Tegangan yang terjadi pada dinding terowongan setelah penerapan prosedur kontraksi diakibatkan oleh redistribusi tegangan yang terjadi pada tanah disekeliling terowongan. Pilih perhitungan plastis (plastic) lalu tahapan konstruksi (stage construction) dan pilih define. Klik ganda di koordinat awal kedua terowongan untuk membuka kontraksi terowongan (tunnel contraction). Masukkan nilai kontraksi sebesar 2% lalu pilih Ok.. Lalu pilih update untuk memulai perhitungan. Gambar 4.44 Input Nilai Kontraksi Sebesar 2% IV - 39

Gambar 4.45 Phase 3 (Memodelkan Kehilangan Volume Tanah Akibat Konstruksi Terowongan) Gambar 4.46 Tahapan Perhitungan ( Calculation Phase ) 4.9 Hasil Analisis Penurunan (Settlement) Dengan Program Plaxis Setelah perhitungan selesai, sebagai hasil dari perhitungan tahap pertama dan kedua yaitu pengaktifan beban, pemasangan dinding terowongan, penggalian tanah dan dewatering akan terjadi penurunan dari permukaan tanah dan dinding terowongan akan menunjukkan terjadinya deformasi. IV - 40

Tahap perhitungan ketiga menunjukkan hasil yang diperoleh dari simulasi terjadinya kehilangan volume. Jaring elemen terdeformasi menunjukkan penurunan sepanjang permukaan tanah. Gambar 4.47 Tahapan Perhitungan Selesai ( Checklist Pada Tiap Phase ) Gambar 4.48 Penurunan (Settlement) Dipermukaan Tanah Pada Model Mohr Coulomb Drained IV - 41

Gambar 4.49 Penurunan (Settlement) Dipermukaan Tanah Pada Model Mohr Coulomb Undrained Hasil analisis penurunan (settlement) dipermukaan tanah akibat konstruksi shield tunelling pada masing masing model tanah ditabelkan dan dibuat grafik sebagai berikut : Tabel 4.10 Penurunan Permukaan Tanah Dalam Kondisi Drained Akibat Konstruksi Shield Tunneling. Penurunan Maksimal Model Tanah (cm) Mohr Coulomb 3.3 Soft Soil 4.7 Soft Soil Creep 5.1 Hardening Soil 4.2 Tabel 4.11 Penurunan Permukaan Tanah Dalam Kondisi Undrained Akibat Konstruksi Shield Tunelling Penurunan Maksimal Model Tanah (cm) Mohr Coulomb 4.84 Soft Soil 6.47 Soft Soil Creep 6.76 Hardening Soil 5.52 IV - 42

Gambar 4.50 Penurunan Permukaan Tanah Dalam Kondisi Drained Akibat Konstruksi Shield Tunelling Gambar 4.51 Penurunan Permukaan Tanah Dalam Kondisi Undrained Akibat Konstruksi Shield Tunelling IV - 43

4.10 Hasil Analisis Penurunan (Settlement) Dengan Metode Manual Berdasarkan analisis terdahulu, dapat disimpulkan bahwa dengan adanya penggalian untuk terowongan maka akan terjadi penurunan (settlement) diatas terowongan. Umumnya deformasi disekitar terowongan berupa suatu depresi yang simetris. Pola penurunan tanah bergantung pada jenis tanah, diameter terowongan serta kedalaman dibawah terowongan dan cara konstruksinya. Dengan asumsi bahwa pelaksanaan konstruksi yang baik maka beberapa analisis (Peck, 1969; O Reilly dan New 1982; Fujita, 1989) menunjukkan bahwa pada arah melintang dari sumbu terowongan terjadi penurunan seketika yang mengikuti distribusi Gaussian dalam bentuk formula berikut : Dimana : S max = Penurunan maksimum pada titik pusat terowongan (m) y = Jarak horizontal diukur dari titik pusat (m) i = Jarak horizontal yang diukur dari titik pusat terowongan ke inflection point (m) V L = Kehilangan volume akibat penggalian terowongan (%) D = diameter terowongan (m) Zo = Kedalaman pusat terowongan dari permukaan terowongan (m) K = Parameter empirik untuk lempung 0.5 dan untuk pasir dan kerikil 0.35 (Mair dan Taylor, 1997) IV - 44

O Reilly dan New (1982) merekomendasikan harga i dengan menggunakan pendekatan fungsi linier terhadap kedalaman titik pusat dari permukaan tanah (Zo) dan tidak bergantung pada metode penggalian terowongan. Besar harga i tersebut adalah K x Zo. Diketahui : 1. D = 6.65 m 2. Zo = 18 m 3. V L = 2% 4. K = 0.50 S max = 0.313.V L.D 2 / K. Zo = 0.313.2%.6.65 2 /0.5.18 = 0.031 m = 3.1 cm 4.11 Interpretasi Hasil Analisis Hasil analisis dengan Program Plaxis menunjukkan bahwa penurunan maksimal dipermukaan tanah akibat konstruksi shield tunneling berbeda beda pada setiap model tanah. Hal ini terjadi karena tiap model tanah memiliki karakteristik dan tingkat akurasi yang berbeda yang telah dijelaskan sebelumnya pada bab ll. Model Mohr Coulomb yang merupakan model tanah paling sederhana dalam Program Plaxis yang merupakan suatu pendekatan awal dari prilaku tanah menghasilkan nilai penurunan yang terkecil sebesar 3.3 cm pada kondisi drained dan 4.84 cm pada kondisi undrained. Model model tanah tingkat lanjut yang meliputi Soft Soil, Soft Soil Creep dan Hardening Soil menghasilkan nilai penurunan yang lebih besar dari model Mohr Coulomb. Model Soft Soil Creep yang menyertakan efek rangkak (creep) pada tanah menghasilkan nilai penurunan yang terbesar sebesar 5.1 cm pada kondisi drained dan 6.76 cm pada kondisi undrained. IV - 45

Penurunan yang dihasilkan oleh model Mohr Coulomb masih kurang aman diambil dibanding penurunan yang dihasilkan oleh model model tanah tingkat lanjut lainnya. Analisis jangka pendek (short term) pada kondisi undrained dari semua model tanah menghasilkan nilai penurunan yang lebih tinggi dibanding analisis jangka panjang (long term) pada kondisi drained. Hal ini diakibatkan karena pada kondisi undrained terdissipasinya air pori dari pori pori tanah sehingga terjadi pengurangan volume tanah yang mengakibatkan nilai penurunan lebih tinggi dari kondisi drained. Hasil analisis dengan metode manual menunjukkan bahwa penurunan maksimal dipermukaan tanah akibat konstruksi shield tunneling sebesar 3.1 cm lebih kecil dibandingkan nilai penurunan yang diperoleh dari Program Plaxis. Jika dianalisis lebih lanjut hal ini terjadi karena pada metode manual nilai penurunan hanya bergantung pada parameter diameter dan kedalaman terowongan serta hanya sebuah parameter tanah yang nilainya sudah tertentu yang dilibatkan pada proses perhitungan dan hanya merupakan suatu pendekatan kasar saja. Berbeda dengan hasil analisis dengan menggunakan Program Plaxis yang mengikutsertakan prilaku dari berbagai macam model tanah dengan tingkat akurasi yang tinggi dan melibatkan banyak parameter tanah dengan ketelitian yang tinggi. 4.12 Profil Penurunan di Potongan Melintang Jalan Sudirman Thamrin Berikut hasil perhitungan profil penurunan di potongan melintang jalan Sudirman Thamrin pada sta 12 + 900 pada kawasan setiabudi dengan metode distribusi Gaussian. IV - 46

Tabel 4.12 Perhitungan Profil Penurunan di Potongan Melintang Jalan Sudirman Thamrin dengan Metode Distribusi Gaussian (Sta 12 +900) S max (m) i = K.Zo Y (m) (-y 2 /2i 2 ) EXP Sett. (cm) 0.0676 9-30 5.55555556 3.16E-07-2.13624E-08 0.0676 9-27.5 4.66820988 3.45E-06-2.33288E-07 0.0676 9-25 3.85802469 3.06E-05-2.06944E-06 0.0676 9-22.5 3.125 0.000221-1.49118E-05 0.0676 9-20 2.4691358 0.001291-8.72823E-05 0.0676 9-17.5 1.8904321 0.006139-0.000414993 0.0676 9-15 1.38888889 0.02371-0.001602775 0.0676 9-12.5 0.96450617 0.074383-0.005028322 0.0676 9-10 0.61728395 0.189559-0.012814202 0.0676 9-7.5 0.34722222 0.392402-0.026526392 0.0676 9-5 0.15432099 0.659836-0.044604935 0.0676 9-2.5 0.03858025 0.901279-0.060926433 0.0676 9 0 0 1-0.0676 0.0676 9 2.5 0.03858025 0.901279-0.060926433 0.0676 9 5 0.15432099 0.659836-0.044604935 0.0676 9 7.5 0.34722222 0.392402-0.026526392 0.0676 9 10 0.61728395 0.189559-0.012814202 0.0676 9 12.5 0.96450617 0.074383-0.005028322 0.0676 9 15 1.38888889 0.02371-0.001602775 0.0676 9 17.5 1.8904321 0.006139-0.000414993 0.0676 9 20 2.4691358 0.001291-8.72823E-05 0.0676 9 22.5 3.125 0.000221-1.49118E-05 0.0676 9 25 3.85802469 3.06E-05-2.06944E-06 0.0676 9 27.5 4.66820988 3.45E-06-2.33288E-07 0.0676 9 30 5.55555556 3.16E-07-2.13624E-08 IV - 47

Gambar 4.52 SETTLEMENT AS EFFECT OF SHIELD TUNNELLING ON ROAD OF SUDIRMAN - THAMRIN (Sta 12 + 900 at Setiabudi Cross Section) IV - 48

IV - 49