ANALISIS STABILITAS LERENG MENGGUNAKAN PERKUATAN DOUBLE SHEET PILE DAN GEOGRID DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA (Studi Kasus Jalan Siantar Parapat Km.152) TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : ARAN GREGORIUS SIMARMATA 08 0404 095 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014 1
ABSTRAK Stabilitas lereng sangat erat kaitannya dengan longsor atau gerakan tanah yang merupakan proses perpindahan massa tanah secara alami dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Semakin besar sudut lereng semakin besar pula daya dorong disebabkan meningkatkan tegangan geser berbanding terbalik dengan tegangan normal berupa kekuatan penahan. Analisis stabilitas lereng mempunyai peran yang sangat penting pada perencanaan konstruksi-konstruksi sipil. Kondisi tanah asli yang tidak selalu sesuai dengan perencanaan yang diinginkan misalnya lereng yang terlalu curam diperlukan pemotongan bukit atau kondisi lain yang membutuhkan timbunan dan lain sebagainya. Sehingga diperlukan analisis stabilitas lereng yang lebih akurat agar diperoleh konstruksi lereng yang mantap (sesuai dengan syarat keamanan). Pada kasus ini kondisi Jalan Parapat KM 152 mengalami kelongsoran hingga badan jalan. Adapun tujuan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui perbandingan nilai safety factor (angka keamanan) dari perkuatan lereng dengan berbagai kondisi yaitu kondisi awal sebelum perkuatan, kondisi pada pengerjaan di lapangan yaitu perkuatan dengan menggunakan double sheet pile dan geogrid, kondisi dengan perkuatan alternatif I dengan menggunakan single sheet pile, geogrid dan conterweight, dan kondisi dengan perkuatan alternatif II dengan menggunakan double sheet pile geogrid dan conterweight. Keempat kondisi ini dibandingkan dengan menggunakan Metode Elemen Hingga (Plaxis 8.2). Dari hasil perhitungan didapatkan nilai safety factor pada kondisi awal adalah sebesar 0,78. Nilai safety factor pada perkuatan dengan menggunakan double sheet pile dan geogrid adalah sebesar 1,09. Nilai safety factor dengan menggunakan single sheet pile, geogrid dan conterweight adalah sebesar 1,23.Nilai safety factor dengan menggunakan double sheet pile, geogrid dan conterweight adalah sebesar 1,43. Perhitungan safety factor teraman adalah dengan penambahan beban conterweight dibelakang sheet pile sehingga didapatkan kelongsoran yang kecil. Kata Kunci : stabilitas lereng, safety factor, double sheet pile, geogrid, conterweight, metode elemen hingga 2
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Pengasih, yang telah memberikan berkat dan kasih-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang merupakan syarat utama yang harus dipenuhi untuk memperoleh gelar sarjana Teknik dari dengan judul Analisis Stabilitas Lereng Menggunakan Perkuatan Double Sheetpile dan Geogrid dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga (studi kasus : Ruas Jalan Siantar Parapat KM 152) Penulis menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak baik moril maupun materil. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang setulusnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto MSCE, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., selaku dosen pembanding dan penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3
5. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada penulis selama menempuh masa studi di kampus tercinta ini. 6. Kedua Orang Tua saya tercinta, A. Simarmata dan M. Sinambela, yang selalu memberi dukungan dan kasih sayangnya serta doa yang selalu menyertai penulis. Buat kakak dan adik yang saya sayangi Dr. Evita Goretti Simarmata, Sesilia Gloria Simarmata,ST., dan Gita Angela Simarmata, saya ucapkan terima kasih kepada kalian atas dorongan dan doanya. 7. Semua teman-teman stambuk 2008, yang selalu menemani disaat susah dan senang khususnya ipar Andry Gunawan L. Gaol, pahoppu Yusry Marihot Siagian, pal David Pramono Silalahi, parna Dhoni Dalimunthe, lae Saur Purba, Lae Danny Siagian, Dewi, Ardi. Dan juga teman - teman yang yang lain yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Terima kasih. 8. Abang abang stambuk 2005 yang tiada hentinya memperhatikan dan memberikan motivasi, bg Ganda, bg Tonggo, bg Berlin, bg Gea, bg Ronal, bg Christian, bg Ucok, bg Kengkeng dan abang abang lainnya. Terima kasih bg. 9. Teman teman SMA saya khususnya Tejokers, Rudolfo, Bastian, Igor, Puji, Albert, Andi, Voky. 10. Adik-adik saya Maestoso Colia, Tam Saka, Ari Pinem, Ambon, Defrin, Ilham, Triboy, Mien, Mudek, Sormin, Jeriko, Piter terima kasih atas bantuan dan dukungan yang telah kalian berikan. 11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 4
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, dikarenakan keterbatasan pengetahuan dan kemampuan dari penulis, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran agar penulis dapat meningkatkan kemampuan menulis pada masa akan datang. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan sumbangan pengetahuan bagi yang membacanya. Medan, Juli 2014 Aran Gregorius Simarmata 08 0404 095 5
DAFTAR ISI Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... v Daftar Gambar... ix Daftar Tabel... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Umum... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Pembatasan Masalah... 3 1.4 Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Tinjauan Umum... 5 2.2 Parameter Tanah... 5 2.2.1 Klasifikasi Tanah dari Data Sondir... 7 2.2.2 BeratIsi... 9 2.2.3 ModulusYoung... 9 6
2.2.4 Poisson Ratio... 12 2.2.5 Sudut Geser Dalam... 12 2.2.6 Kohesi... 13 2.3 Kekuatan Geser Tanah... 13 2.4 Kriteria Umum Tanah Timbunan... 14 2.5 Pemadatan Tanah Timbunan... 16 2.6 Tekanan Tanah Lateral... 16 2.6.1 Tekanan Tanah dalam Keadaan Diam (At-Rest)... 16 2.6.2 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif menurut Rankine... 18 2.6.2.1 Kondisi Aktif... 19 2.6.2.2 Kondisi Pasif... 20 2.7 Stabilitas Lereng... 21 2.7.1 Upaya Stabilisasi Lereng... 22 2.7.2 Klasifikasi Tanah Longsor... 24 2.7.3 Perhitungan Faktor Keamanan Lereng... 25 2.8 Faktor Penyebab Kelongsoran... 28 2.8.1 Pengaruh Geologi... 28 2.8.2 Pengaruh Topografi... 29 2.8.3 Pengaruh Proses Cuaca... 30 2.8.4 Pengaruh Air dalam Tanah... 30 2.9 Turap (Sheet pile)... 32 7
2.9.1 Tipe-tipe Turap... 33 2.9.1.1 Turap Kayu... 33 2.9.1.2 Turap Beton... 34 2.9.1.3 Turap Baja... 34 2.9.2 Pengertian Angka Keamanan (Safety Factor) dan Perlunya Perancangan Dinding Turap... 37 2.9.3 Tipe-tipe Dinding Turap... 39 2.9.3.1 Dinding Turap Kantilever... 39 2.9.3.2 Dinding Turap Diangker... 40 2.9.3.3 Dinding Turap dengan Landasan (Plafform)... 41 2.9.3.4 Bendungan Elak Seluler... 42 2.10 Geogrid... 42 2.10.1 Jenis Geogrid... 43 2.10.1.1 Geogrid Uni-Axial... 43 2.10.1.2 Geogrid Bi-Axial... 44 2.10.1.3 Geogrid Triax... 45 2.10.2 Keuntungan dari Penggunaan Geogrid... 46 2.10.3 Kekurangan Pemakaian Geogrid... 47 2.10.4 Metode / Cara Pemasangan Geotekstil... 47 2.11 Plaxis. 48 2.11.1 Metode Elemen Hingga... 48 2.11.1.1 Elemen untuk Analisa Dua Dimensi... 49 2.11.1.2 Interpolasi Displacement.... 50 2.11.1.3 Regangan..... 51 8
2.11.1.4 Matrix Kekakuan Elemen... 51 2.11.1.5 Matrix Kekakuan Global..... 52 2.11.1.6 Analisa Elastis Dua Dimensi... 53 2.11.2 Input... 53 2.11.3 Calculation... 64 2.11.4 Output... 67 BAB III METODE PENELITIAN... 68 3.1 Umum... 68 3.2 Data Umum... 68 3.3 Data Primer... 69 3.4 Data Sekunder... 73 3.5 Data Teknis Geogrid, Sheet Pile... 75 3.6 Metode Analisis... 75 3.7 Metode Perencanaan Menggunakan Metode Elemen Hingga... 76 3.8 Denah Lokasi dan Potongan Melintang Pemasangan Proyek... 84 BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN... 85 4.1 Kondisi Awal Lereng (Kondisi I)... 85 4.2 Kondisi Lereng dengan Pengerjaan di Lapangan (Kondisi II)... 89 4.3 Analisis dengan Perkuatan Alternatif I (Kondisi III)... 96 4.4 Analisis dengan Perkuatan Alternatif II (Kondisi IV)...... 104 9
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...... 111 5.1 Kesimpulan... 111 5.2 Saran... 112 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 10
DAFTAR GAMBAR No. Judul Hal 2.1 Hubungan antar fase tanah 6 2.2 Distribusi tekanan tanah dalam keadaan diam (at rest) pada Dinding penahan 18 2.3 Grafik hubungan pergerakan dinding penahan dan tekanan tanah 19 2.4 Grafik hubungan antara angka stabilitas dengan sudut kemiringan lereng 28 2.5 Turap kayu 33 2.6 Turap beton 33 2.7 Variasi turap baja 35 2.8 Dinding turap kantilever 39 2.9 Dinding turap diangker 40 2.10 Dinding turap dengan landasan yang didukung tiang-tiang 41 2.11 Bendungan elak selular 42 2.12 Jenis-jenis geosintetik 43 2.13 Geogrid Uni-Axial 44 2.14 Geogrid Bi-Axial 45 2.15 Geogrid Triax 46 2.16 Contoh jaring-jaring dari elemen hingga 49 2.17 Elemen-elemen triangular dan lagrange 49 2.18 Elemen dan six-noded triangular 50 11
2.19 Analisa tegangan bidang 53 2.20 Dialog box create/open project 54 2.21 Tab sheet project dari windows general setting 54 2.22 Tab sheet dimensions dari windows general setting 56 2.23 Tab sheet general dari windows soil and interfaces data sets 58 2.24 Tab sheet parameters 60 2.25 Tab shee interfaces 60 2.26 Tampilan setelah geometry model, standard fixities dan material setting 61 2.27 Bentuk mesh dari potongan melintang model 62 2.28 harga KO-procedure 63 2.29 Effective stress 64 2.30 Tahap perhitungan 66 2.31 Titik yang ditinjau 67 3.1 Peta lokasi proyek 74 3.2 Bagan alir penelitian 83 3.3 Potongan melintang pemasangan geogrid dan sheet pile 84 4.1 Model penampang asli lereng. 86 4.2 Tahapan perhitungan dengan Plaxis 2D 87 4.3 Kondisi displacement asli lereng 87 4.4 Perhitungan safety factor asli lereng 88 4.5 Potongan melintang tipikal perkuatan standar 89 4.6 Tahapan perhitungan dengan Plaxis 2D 92 4.7 Kondisi displacement dengan perkuatan standar 92 12
4.8 Kondisi strain pada lereng dengan perkuatan standar 93 4.9 Displacement pada sheet pile 1 dan 2 94 4.10 Safety factor dengan perkuatan standar 95 4.11 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif 96 4.12 Data parameter tanah counterweight 97 4.13 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif 98 4.14 Pembentukan mesh 99 4.15 Kondisi air tanah model 99 4.16 Effective stresses 100 4.17 Perhitungan Plaxis 2D 100 4.18 Total Displacement 101 4.19 Shear strains 101 4.20 Displacement pada sheet pile 102 4.21 Safety factor perkuatan alternative 103 4.22 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif 104 4.23 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif 105 4.24 Pembentukan mesh 105 4.25 Kondisi air tanah model 106 4.26 Effective stresses 106 4.27 Perhitungan plaxis 2D 107 4.28 Total displacement 107 4.29 Shear strains 108 4.30 Displacement pada sheetpile 1 dan 2 109 4.31 Safety factor perkuatan alternatif 110 13
DAFTAR TABEL No. Judul Hal 2.1 Korelasi berbagai jenis parameter tanah 7 2.2 Klasifikasi tanah dari data sondir 8 2.3 Hubungan antara konsistensi dengan nilai tekanan konus pada sondir 8 2.4 Hubungan antara kepadatan, relative density, nilai N, qc, dan ø (Mayerhof,1965) 9 2.5 Korelasi empiris antara nilai N-SPT dengan unconfined compressive strength dengan berat jenis tanah jenuh (γ sat ) untuk tanah kohesif 9 2.6 Korelasi berat jenis tanah (γ) untuk tanah non kohesif dan kohesif 10 2.7 Korelasi berat jenis tanah jenuh (γ sat ) untuk tanah non kohesif 10 2.8 Nilai perkiraan modulus elastisitas tanah (Bowles, 1997) 11 2.9 Nilai perkiraan angka poisson tanah (Bowles, 1997) 12 2.10 Hubungan antara sudut geser dalam dengan jenis tanah 13 2.11 Nilai faktor keamanan untuk perencanaan lereng (Sosrodarsono, 2003) 26 3.1 Data Tanah 70 3.2 Data geogrid yang dipakai 70 3.3 Parameter Geogrid 71 3.4 Data sheet pile yang dipakai 71 14
3.5 Parameter sheet pile 72 4.1 Klasifikasi jenis tanah 86 4.2 Data parameter sheet pile 90 4.3 Data parameter Geogrid dan Geotextile 91 5.1 Nilai safety factor pada berbagai kondisi 111 15