BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Deskripsi Proyek Proyek Jalan bebas Hambatan Medan Kualanamu merupakan proyek pembangunan yang meliputi struktur, jalan, jembatan, fly over dan lainnya, yang terletak di Kabupaten Deli Serdang. Proyek ini menghubungkan jalan dari Tanjung Morawa (KM 32+000) ke Lubuk Pakam (KM 42+750) dan dari Kualanamu (STA 0+000) ke Lubuk Pakam (STA 7+050). Berdasarkan hasil penyelidikan tanah diperoleh metode perbaikan tanah pada titik yang diteliti dengan menggunakan Geotekstil, oleh karena itu penulis perlu mengetahui besar penurunan yang terjadi, deformasi horizontal, dan tegangan tarik geotekstil dengan menggunakan metode elemen hingga. Adapun data umum yang diperoleh dari proyek Jalan bebas Hambatan Medan Kualanamu adalah sebagai berikut : 1. Nama Proyek : Toll Road Medan Kualanamu 2. Fungsi Bangunan : Jalan Tol 3. Pemilik Proyek : Kementrian Pekerjaan Umum, Direktorat Bina Marga, Republik Indonesia 4. Lokasi Proyek :Sei Merah Kab.Deli Serdang, Sumatera Utara 5. Konsultan Perencana : PT. Bina Karya 6. Kontraktor Pelaksana : CHEC - CSCEC - HK JO 41
(China Harbour Engineering, Co.Ltd China State ConstructionEng.Corp. Ltd- PT Hutama Karya (Persero)) 7. Status : Proyek Pemerintah 8. Kosultan Penelitian Tanah : Laboratorium Mekanika Tanah Universitas Darma Agung Medan 9. Geotextile Supplier : TENCATE MIRAFI PPW300 3.2. Data Teknis Geotekstil Gambar 3.1. Lokasi Proyek (Sumber : Google maps) Hasil penyelidikan tanah menunjukkan bahwa lapisan tanah bagian atas berupa tanah lempung berpasir, warna coklat keabu-abuan, kekakuan lunak hingga sangat lunak, kadar air sedang hingga tinggi dan plastis sedang. Sementara lapisan tanah keras terdapat pada kedalaman 34,5 m dari permukaan tanah 42
Dalam proyek ini digunakan Geotekstil dengan spesifkasi sebagai berikut: Ukuransample Geotekstil : 3,8 m x 5 m Tebal Geotekstil : 1,36 mm Tipe Geotekstil : PP woven polypropylene Geotextile Jenis Geotekstil : PPW300 Polyfelt 3.3 Tahap Penelitian Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis melakukan beberapa tahap dan pelaksanaan sehingga tercapai maksud dan tujuan dari penelitianseperti yang diuraikan pada Bab I, tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menghitung besarnya penurunan yang terjadi dengan metode elemen hingga, deformasi horizontal yang terjadi, dan menghitung tegangan tarik pada Geotekstil yang didasarkan pada data pengujian di lapangan, dan pengolahan data dengan menggunakan metode analisis dan metode elemen hingga, yakni dengan bantuan Program Metode Elemen Hingga. Dalam mencapai tujuan tersebut, maka dilakukan tahap-tahap sebagai berikut : a. Tahap pertama Mengumpulkan berbagai jenis literatur dalam bentuk buku maupun tulisan ilmiah yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini. b.tahap kedua Pada tahap ini di lakukan pengumpulan data-data dari hasil penyelidikan tanah yaitu berupa data hasil standart penetration test 43
(SPT),data konsolidasi, data permeability, data compaction, dan data teknis Geotekstil. Adapun data tersebut diperoleh dari PT. BINA KARYA yaitu selaku konsultan perencana dan CHEC - CSCEC - HK JO selaku kontraktor pelaksana. c. Tahap ketiga Melakukan analisa antara data yang diperoleh dari lapangan dengan sumber referensi yang berhubungan dengan penulisan Tugas Akhir ini. d. Tahap keempat Mencari besarnya penurunan tanah menggunakan metode elemen hingga, dengan memodelkan perilaku tanah pada Program Metode Elemen Hingga. Adapun pemodelan tanah yang digunakan adalah model Mohr-Coulomb. e. Tahap Kelima Mencari deformasi horizontal yang terjadi menggunakan metode elemen hingga, dengan memodelkan perilaku tanah pada Program Metode Elemen Hingga. Adapun pemodelan tanah yang digunakan adalah model Mohr-Coulomb. f. Tahap Keenam Mencari tegangan tarik yang terjadi pada geotekstil dengan menggunakan rumus yang didapat dari referensi jurnal. 44
3.3.1 Skema Tahap Penelitian: Mulai Studi Pustaka Pengumpulan Data Data Primer : Data Sekunder 1. Data SPT 1. Data Geotextile 2. Data Compaction 3. Data Permeability 4. Data Consolidation Analisis Data dan Perhitungan Metode analitisberdasarkan data SPT, Compaction, Permeability,Konsolidasi Metode elemen hingga dengan pemodelan Mohr-Coulomb Hasil Akhir Perhitungan Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 3.2 Alur penelitian. 45
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pendahuluan Di dalam bab ini penulis akan membahas besar penurunan yang terjadi pada STA 35 + 901, Sei Merah, Deli Serdang dalam proyek pembangunan jalan tol Medan-Kualanamu, yaitu dengan metode elemen hingga. Penurunan yang terjadi dicari dari hasil data yang telah dikumpulkan dan diolah dalam Metode Elemen Hingga,yakni dengan Program Metode Elemen Hingga Adapun data yang diperoleh pada Proyek ini antara lain : 1. Data Standard Penetration Test (SPT) 2. Data Konsolidasi 3. Data Pemampatan ( compaction ) 4. Data Permeability 5. Data Geotekstil Kondisi tanah yang ditinjau di STA 35 + 901 dapat dilihat dari tabel 4.1. Tanah dengan ketebalan 34,5 meter yang terdiri dari enam lapisan tanah dengan jenis yang berbeda-beda akan ditimbun secara bertahap setinggi 8,5 meter. Muka air tanah terletak pada kedalaman 2 meter dari permukaan tanah. Timbunan setinggi 8,5 meter tersebut akan berfungsi sebagai preloading untuk mempercepat proses konsolidasi. Pada lapisan tanah lempung itu sendiri akan dipasang prefabricated vertical drain & Geotextile yang difungsikan sebagai separator 46
Geotextile yang digunakan adalah woven geotextile. Besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi bergantung pada besarnya derajat konsolidasi arah vertikal dan arah radial. 4.2 Pemodelan Penurunan tanah dengan program Metode Elemen Hingga Model tanah yang digunakan di dalam pemodelan ini adalah model Mohr Coloumb dengan analisis axisymmetric, yaitu kondisi awal digambarkan seperempat namun sudah mewakili sisi yang lain karena dianggap simetris. Pada model ini diasumsikan perilaku tanah bersifat plastis sempurna. Adapun parameter yang dibutuhkan dalam pemodelan ini yaitu : Model material (Mohr- Coulomb), Berat isi tanah diatas muka air tanah ( unsat ), Berat isi tanah di bawah muka air tanah ( sat), Permeabilitas horizontal (kx), Permeabilitas vertikal (ky), Modulus elastisitas (Eref), Angka Poisson (v), Kohesi (cref), Sudut geser dalam (ɸ), dan Sudut dilatasi ( ). Proses pemodelan tanah dengan metode elemen hingga digambarkan seperti berikut : INPUT CALCULATION OUTPUT 4.2.1 Input Data tertentu. Tanah dengan total kedalaman 34,5 m memiliki 6 lapisan dan ketebalan 47
Timbunan : Silty Clay (8,5 m) Lapisan 1 : Sandy Clay (0,7 m) Lapisan 2 : Clay (3,3 m) Lapisan 3 : Sand Some Clay (3,3 m) Lapisan 4 : Coarse Sand (6,7 m) Lapisan 5 : Coarse Sand Mixed Tuff Some Silt (12,5 m) Lapisan 6 : Silty Sand Mixed Tuff (8 m) Gambar 4.1 : Potongan Melintang Tanah 48
Gambar 4.2 : Input data Metode Elemen Hingga Geotekstil pada program dimodelkan dengan garis berwarna kuning pada gambar 4.2 yang memiliki perameter kuat tarik ( Tensile strength ) = 60,01 KN/m. 49
Adapun nilai dari parameter setiap lapisan tersebut adalah : Tabel 4.1 Parameter Tanah Parameter Nama Sandy Clay Clay Sand Some C.S Mixed Silty Sand Coarse Sand Clay Tuff Some Silt Mixed Tuff Timbunan Satuan Model Material Model MC MC MC MC MC MC MC Jenis Perilaku Material Jenis Undrained Undrained Drained Drained Drained Drained Undrained Berat Isi Tanah Unsat Diatas MAT 9.8 9.42 10 10.43 10.32 10.69 10.1 kn/m3 Berat Isi Tanah Sat Dibawah MAT 15.2 15.15 15.29 15.48 15.35 15.7 15.31 kn/m3 Permeabilitas Horisontal kx 1.5 x 10-3 1.1 x 10-3 0.864 8.64 4.32 8.64 2.3 m/hari Permeabilitas Vertikal ky 1.3 x 10-3 1.0 x 10-3 0.78 7.9 3.8 7.9 2.1 m/hari Modulus Young Eref 1000 1400 2700 19320 16560 22000 2900 kn/m2 Angka poisson v 0.3 0.3 0.3 0.35 0.35 0.35 0.31 Kohesi cref 19.5 19.5 18 0.0001 0.0001 0.0001 8 kn/m2 Sudut Geser ɸ 7 6 8 38 37 40 28 0 Dilatasi 0 0 0 0 0 0 0 0 50
4.2.2 Kalkulasi (Calculation) Tahap selanjutnya ialah kalkulasi yang dimana pada tahap ini semua parameter pada tabel 4.1 yang telah diinput diolah dengan metode elemen hingga. Tahap per tahap di hitung dengan teliti dengan pengerjaan seperti berikut : Tahap 1 : Penghitungan Geotextile dengan lama pemasangan 1 hari Tahap 2 : Penghitungan timbunan 1 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 3 : Penghitungan konsolidasi timbunan 1 dengan lama 4 hari Tahap 4 : Penghitungan timbunan 2 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 5 : Penghitungan konsolidasi timbunan 2 dengan lama 4 hari Tahap 6 : Penghitungan timbunan 3 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 7 : Penghitungan konsolidasi timbunan 3 dengan lama 4 hari Tahap 8 : Penghitungan timbunan 4 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 9 : Penghitungan konsolidasi timbunan 4 dengan lama 4 hari Tahap 10 : Penghitungan timbunan 5 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 11 : Penghitungan konsolidasi timbunan 5 dengan lama 4 hari Tahap 12 : Penghitungan timbunan 6 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 13 : Penghitungan konsolidasi timbunan 6 dengan lama 4 hari 51
Tahap 14 : Penghitungan timbunan 7 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 15 : Penghitungan konsolidasi timbunan 7 dengan lama 4 hari Tahap 16 : Penghitungan timbunan 8 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 17 : Penghitungan konsolidasi timbunan 8 dengan lama 4 hari Tahap 18 : Penghitungan timbunan 9 dengan lama penimbunan 2 hari Tahap 19 : Penghitungan Tekanan air pori minimum. Kalkulasinya dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Gambar 4.3 : Kalkulasi Pada Metode Elemen Hingga 52
4.2.3 Hasil (Output) Keluaran dari metode elemen hingga ini adalah tinjauan terhadap penurunan tanah dan deformasi horizontal pada tanah dengan menggunakan geotekstil yang ditampilkan dalam bentuk pemodelan tanah dan grafik. 4.2.3.1 Hasil Penurunan Tanah Dengan Metode Elemen Hingga 0,45 meter Perhitungan penurunan dengan metode elemen hingga diperoleh sebesar Gambar 4.4 : Penurunan Tanah Pada Metode Elemen Hingga 53
4.2.3.2 Hasil Pemodelan Deformasi Horizontal Dengan Metode Elemen Hingga Dalam mencari hasil pemodelan deformasi horizontal parameter yang digunakan sama dengan parameter mencari penurunan begitu juga dengan cara kerjanya. Hasil perhitungan deformasi horizontal yang didapat dengan menggunakan metode elemen hingga dan menggunakan geotekstil adalah deformasi horizontal yang extreme yang diperoleh sebesar 0,08 m. Sedangkan deformasi horizontal yang didapat tanpa menggunakan geotekstil diperoleh sebesar 0,09 m. Berikut dibawah gambar pemodelannya. Gambar 4.5 : Deformasi Horizontal dengan tanpa Geotekstil 54
Gambar 4.6 : Deformasi Horizontal dengan Geotekstil 4.2.3.3 Hasil Peninjauan Dari Tujuh Titik Berbeda Dengan Pemodelan MEH. Pada metode tersebut ada tujuh titik yang ditinjau, yaitu titik A ( 52,42 ; 34,50 ), titik B ( 52,06 ; 34,25 ), titik C ( 52,27 ; 33,80 ), titik D ( 52,27 ; 32,15 ), titik E ( 52,27 ; 30,50 ), titik F ( 52,27 ; 28,85 ),titik G ( 52,27 ; 27,20 ). Setiap titik memiliki besar penurunan yang berbeda beda namun dengan waktu konsolidasi yang sama. 55
Gambar 4.7 : Titik yang Ditinjau Pada Metode Elemen Hingga Grafik 4.8 dibawah menggambarkan besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi pada titik A (52,42 ; 34,50). Besarnya penurunan yang terjadi pada saat tanah mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 0,36 meter, dan waktu konsolidasi pada saat derajat konsolidasi mencapai 90% adalah 111 hari. 0,40 0,35 Penurunan (m) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu (hari) Point A Gambar 4.8 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik A 56
Grafik 4.9 dibawah menggambarkan besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi pada titik B (52,06 ; 34,25). Besarnya penurunan yang terjadi pada saat tanah mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 0,34 meter, dan waktu konsolidasi pada saat derajat konsolidasi mencapai 90% adalah 111 hari. Penurunan (m) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu (hari) Point B Gambar 4.9 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik B Grafik 4.10 dibawah menggambarkan besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi pada titik C (52,27 ; 33,80). Besarnya penurunan yang terjadi pada saat tanah mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 0,31 meter, dan waktu konsolidasi pada saat derajat konsolidasi mencapai 90% adalah 111 hari. Penurunan (m) 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu (hari) Gambar 4.10 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik C Point C 57
Grafik 4.11 dibawah menggambarkan besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi pada titik D (52,27 ; 32,15). Besarnya penurunan yang terjadi pada saat tanah mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 0,23 meter, dan waktu konsolidasi pada saat derajat konsolidasi mencapai 90% adalah 111 hari. 0,25 Penurunan (m) 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu (hari) Point D Gambar 4.11 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik D Grafik 4.12 dibawah menggambarkan besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi pada titik E (52,27 ; 30,50). Besarnya penurunan yang terjadi pada saat tanah mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 0,16 meter, dan waktu konsolidasi pada saat derajat konsolidasi mencapai 90% adalah 111 hari. Penurunan (m) 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu( Hari) Point E Gambar 4.12 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik E 58
Grafik 4.13 dibawah menggambarkan besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi pada titik F (52,27 ; 28,85). Besarnya penurunan yang terjadi pada saat tanah mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 0,12 meter, dan waktu konsolidasi pada saat derajat konsolidasi mencapai 90% adalah 111 hari. Penurunan (m) 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu (hari) Point F Gambar 4.13 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik F Grafik 4.14 dibawah menggambarkan besarnya penurunan dan lamanya waktu konsolidasi pada titik G (52,27 ; 27,20). Besarnya penurunan yang terjadi pada saat tanah mencapai derajat konsolidasi 90% adalah 0,08 meter, dan waktu konsolidasi pada saat derajat konsolidasi mencapai 90% adalah 111 hari. 0,10 Penurunan (m) 0,08 0,06 0,04 0,02 Point G 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu (hari) Gambar 4.14 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik G 59
ditinjau. Grafik 4.15 dibawah menunjukkan perbedaan penurunan setiap titik yang Penurunan (m) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 3 13 19 26 33 43 49 111 Waktu ( hari) Point A Point B Point C Point D Point E Point F Point G Gambar 4.15 Grafik Penurunan Terhadap Waktu Pada Titik A,B,C,D,E,F,G 4.3 Tegangan Tarik Pada Geotekstil Dalam mencari tegangan tarik geotekstil digunakan rumus persamaan 2.6 dan persamaan 2.7: τg = (cg + σg tanδ ) τg = ( 19,5 + σg tan 7 ) Mencari, σg = ( ) σg =, (, ) (, ) σg =,, σg = 0,13 KN/ 60
jadi, τg = ( 19,5 + σg tan 7 ) τg = ( 19,5 + 0,13 tan 7 ) τg = 19,51 KN/ Setelah dihitung maka diperoleh besar tegangan tarik pada geotextile sebesar 19,51 KN/ 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Dari perhitungan dengan menggunakan metode elemen hingga terhadap penurunan tanah pada STA 35 + 901 dengan tanpa menggunakan Geotextile hingga mencapai derajat konsolidasi 90 % diperoleh penurunan sebesar 0,46 m. Sedangkan hasil penurunan total yang diperoleh dari program metode elemen hingga pada STA 35 + 901 dengan menggunakan Geotextile hingga mencapai derajat konsolidasi 90 % adalah 0,45 m 2. Hasil Deformasi Horizontal yang didapat dengan menggunakan metode elemen hingga yang paling extreme dengan geotekstil diperoleh sebesar 0,08 m sedangkan deformasi horizontal yang terjadi dengan tanpa geotekstil sebesar 0,09 m 3. Teknik perbaikan tanah yang dipeeroleh pada proyek tersebut dengan menggunakan Geotextile memiliki kegunaan, yaitu sebagai separator (pemisah) 4. Dari hasil perhitungan yang telah didapat,diperoleh tegangan tarik pada geotextile sebesar 19,51 Kn/ 62
5.2 Saran 1. Pada program Metode Elemen Hingga, nilai parameter, waktu pelaksanaan serta tahapan yang yang dimasukkan sebagai data merupakan hasil dari penyesuaian terhadap data yang diperoleh dilapangan. 2. Untuk kedepan, diharapkan kepada para pendidik untuk memberikan mata kuliah ilmu-ilmu yang lebih berkaitan langsung dengan penanganan permasalahan-permasalahan tanah dan yang sering dijumpai di lapangan selain pelajaran-pelajaran yang telah disesuaikan dengan silabus yang sudah ditetapkan. 63