Validasi Model Tereduksi Struktur Rel Kereta Api dengan Menggunakan Program PLAXIS.

4.2 Validasi Model Tereduksi Struktur Rel Kereta Api dengan Menggunakan Program PLAXIS.

Program PLAXIS dijalankan sebagai pembanding terhadap pengujian model yang dilakukan. Perbandingan dilakukan terhadap perilaku yang terjadi pada struktur rel dan besarnya penurunan yang terjadi antara model tereduksi dengan model dalam PLAXIS.

4.2.1 Parameter Uji

Besaran parameter yang diberikan pada Input PLAXIS diperoleh dari pengujian pendahuluan yang dilakukan terhadap material-material yang digunakan dalam program PLAXIS. Besaran-besaran parameter tersebut disajikan dalam Tabel 4.7 dan Tabel 4.8 berikut.

Tabel 4. 7 Parameter material tanah

Parameter

Tanah lunak

Tanah Pasir

Kerikil Satuan

Model

Mohr Coulumb

Mohr Coulumb

Mohr Coulumb - Jenis

Undrained

Undrained

Undrained - unsat 14 19 20 kN/m 3

sat 16 22 22 kN/m 3

k x 0,0001

1 m/hari

k y 0,0001

1 m/hari

E ref 2500

1500000 kN/m 2

c ref 19,9

1 kN/m 2 Ø

Tabel 4. 8 Parameter material pelat

Jenis material

10 kN/m/m

4.2.2 Simulasi penurunan struktur rel akibat pembebanan pada program

PLAXIS 8.2.

Simulasi pengujian dilakukan sesuai dengan langkah pada pengujian model, yaitu dengan memberikan pembebanan pada 4 bidang, dengan masing masing bidang menerima lima variasi beban yaitu 16 kg, 32 kg, 48 kg, 64kg, dan 80 kg. Perbedaanya adalah pada program PLAXIS tidak dilakukan repetisi pembebanan, hanya dilakukan pembebanan satu kali. Hasil yang ditampilkan pada grafik penurunan merupakan hasil dari tabel PLAXIS Curve yang kemudian dibuat dalam bentuk grafik.

4.2.2.1. Pembebanan pada bidang A Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan A memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tidak tercapai. Artinya struktur subgrade runtuh sebelum langkah pembebanan 80 kg diberikan. Keruntuhan terjadi pada pembebanan 12,84 kg untuk subgrade pasir, 15,51 kg untuk subgrade tanah lunak + geosintetik dan 6,59 kg untuk subgrade tanah lunak.

Program PLAXIS secara otomatis menghentikan perhitungan ketika telah terjadi keruntuhan, sehingga besar penurunan yang terjadi dihitung hanya sampai keruntuhan terjadi. Pada permodelan tereduksi, penurunan terus terjadi meskipun telah terjadi keruntuhan pada struktur subgrade. Sehingga kedua hasil penurunan tidak bisa dibandingkan secara langsung. Untuk mengatasi hal tersebut kemudian dilakukan interpolasi secara statistik. Interpolasi dilakukan menggunakan bantuan program MS Excel dengan fungsi forecast terhadap data output dari program PLAXIS untuk memperoleh penurunan akibat beban 16 kg, 32 kg, 48 kg, 64 kg dan 80 kg. Fungsi forecast menggunakan pendekatan secara linear untuk memperoleh nilai yang dicari, sehingga hal ini sesuai dengan program PLAXIS yang juga menggunakan metode elemen hingga dengan pendekatan secara linear. Data yang ditampilkan pada Tabel 4.9 merupakan hasil fungsi forecast terhadap output dari program PLAXIS.

Tabel 4. 9 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang A (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade

Titik pengamatan

Tanah lunak

16 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

32 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

48 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

64 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

80 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tabel 4.9 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada bidang A terjadi pada titik pengamatan 1 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (1,0745 mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel disajikan dalam Gambar 4.6.

Gambar 4. 6 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang A berdasarkan simulasi program PLAXIS 8.2.

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

64 Kg

48 Kg

16 Kg

32 Kg

80 Kg

Gambar 4.6 diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan

A. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar terdapat pada titik pengamatan 1.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak, berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik. Penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah pasir.

c. Pada titik 4 dan titik 5 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada kedua titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi yang jelas tampak pada jenis subgrade tanah lunak dan tanah lunak dengan perkuatan geosintetik, sedangkan pada subgrade tanah pasir peningkatan elevasi yang terjadi relatif kecil.

4.2.2.2. Pembebanan pada bidang B Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan B memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tercapai. Artinya struktur subgrade tidak runtuh hingga langkah pembebanan 80 kg diberikan.

Program PLAXIS melakukan perhitungan dengan menambah beban secara bertahap. Akan tetapi beban tidak ditambahkan dengan pola interval tertentu, sehingga tidak diketahui secara langsung penurunan yang terjadi pada beban 16 kg, 32 kg, 48 kg, 64 kg dan 80 kg. Untuk mengatasi hal tersebut kemudian dilakukan interpolasi secara statistik. Interpolasi dilakukan menggunakan bantuan program MS Excel dengan fungsi forecast terhadap data output dari program PLAXIS untuk memperoleh penurunan akibat beban tersebut. Hasil Tabel 4.10 merupakan hasil fungsi forecast terhadap output dari program PLAXIS.

Tabel 4. 10 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang B (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade

Titik pengamatan

Tanah lunak

16 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

32 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

48 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

64 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

80 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tabel 4.10 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada bidang B terjadi pada titik pengamatan 2 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (0,4797 mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel disajikan dalam Gambar 4.7.

Gambar 4. 7 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang B berdasarkan simulasi program PLAXIS 8.2.

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

80 Kg

16 Kg

64 Kg

32 Kg

48 Kg

Gambar 4.7 diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan

B. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar akibat semua beban terdapat pada titik pengamatan 2.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak, berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah pasir.

c. Pada titik 5 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi tampak pada ketiga jenis subgrade.

4.2.2.3. Pembebanan pada bidang C Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan C memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tercapai. Artinya struktur subgrade tidak runtuh hingga langkah pembebanan 80 kg diberikan. Hasil penurunan yang terjadi pada titik C mempunyai besaran yang sama dengan penurunan pada titik B, dengan perbedaan letak penurunan yang terjadi. Hasil Tabel 4.11 merupakan hasil fungsi forecast terhadap output dari program PLAXIS.

Tabel 4. 11 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang C (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade

Titik pengamatan

Tanah lunak

16 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

32 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

-17,14 -12,15

Tabel 4. 11 (lanjutan)

Beban (kg)

Kondisi Subgrade

Titik pengamatan

Tanah lunak

4,38

-12,29

-27,01 -28,72 -18,34

48 Tanah lunak+geosintetik

2,37

-12,55

-25,46 -27,71 -20,42

Tanah pasir

1,82

-11,52

-23,74 -25,76 -18,17

Tanah lunak

6,01

-16,38

-36,08 -38,34 -24,39

64 Tanah lunak+geosintetik

3,29

-16,73

-34,02 -37,00 -27,16

Tanah pasir

2,59

-15,35

-31,70 -34,38 -24,18

Tanah lunak

7,65

-20,46

-45,15 -47,97 -30,44

80 Tanah lunak+geosintetik

4,22

-20,91

-42,59 -46,29 -33,89

Tanah pasir

3,35

-19,17

-39,65 -43,00 -30,20

Tabel 4.11 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada bidang B terjadi pada titik pengamatan 4 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (0,4797 mm).

Gambar 4.8 menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan C. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar akibat semua beban terdapat pada titik pengamatan 3.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak, berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah pasir.

c. Pada titik 1 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi tampak pada ketiga jenis subgrade.

Gambar 4. 8 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang C berdasarkan simulasi program PLAXIS 8.2.

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

16 Kg

32 Kg

48 Kg

64 Kg

80 Kg

4.2.2.4. Pembebanan pada bidang D Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan D memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tidak tercapai. Artinya struktur subgrade runtuh sebelum langkah pembebanan 80 kg diberikan. Keruntuhan terjadi pada pembebanan 12,84 kg untuk subgrade pasir, 15,51 kg untuk subgrade tanah lunak + geosintetik dan 6,59 kg untuk subgrade tanah lunak. Hasil Tabel 4.12 merupakan hasil fungsi forecast terhadap output dari program PLAXIS.

Tabel 4. 12 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang D (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade

Titik pengamatan

Tanah lunak

16 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

32 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

48 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

64 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tanah lunak

80 Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Tabel 4.12 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada bidang D terjadi pada titik pengamatan 5 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (1,0745 mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel disajikan dalam Gambar 4.9.

Gambar 4. 9 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang D berdasarkan simulasi program PLAXIS 8.2.

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

Jarak (cm)

Tanah lunak Tanah lunak+geosintetik Tanah pasir

16 Kg

32 Kg

48 Kg

64 Kg

80 Kg

Gambar 4.9 diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan

D. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar terdapat pada titik pengamatan 5.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak, berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik. Penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah pasir.

c. Pada titik 1 dan titik 2 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada kedua titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi yang jelas tampak pada jenis subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik, sedangkan pada subgrade tanah lunak dan tanah pasir peningkatan elevasi yang terjadi relatif kecil.

4.2.3 Hubungan Perilaku Penurunan Struktur Rel Uji Pemodelan dengan Program PLAXIS Versi 8.2.

Melalui pembahasan yang telah dilakukan pada sub bab sebelumnya telah diketahui bahwa perilaku struktur rel akibat pembebanan berdasarkan uji model maupun simulasi Program PLAXIS 8.2 menunjukkan perilaku penurunan yang sama. Namun demikian, nilai penurunan yang terjadi berdasarkan kedua metode tersebut menunjukkan hasil yang berbeda. Perbedaan tersebut terjadi karena faktor kelebihan dan kekurangan dari masing-masing metode yang digunakan.

Pengujian model tereduksi memberikan hasil perilaku penurunan yang nyata, akan tetapi kontrol keseragaman dari parameter tanah, ballast dan rel sangat mempengaruhi hasil yang muncul. Selain itu faktor kesalahan pembacaan dial oleh pengamat juga berpengaruh. Simulasi program PLAXIS memberikan hasil yang cukup mendekati dan memberikan hasil yang baik karena parameter- parameter yang ada dipastikan seragam. Namun input parameter ini sangat mempengaruhi hasil yang muncul, sehingga perlu ketelitian dalam pengujian pendahuluan yang dilakukan untuk mencari nilai parameter ini. Selain itu, dalam Pengujian model tereduksi memberikan hasil perilaku penurunan yang nyata, akan tetapi kontrol keseragaman dari parameter tanah, ballast dan rel sangat mempengaruhi hasil yang muncul. Selain itu faktor kesalahan pembacaan dial oleh pengamat juga berpengaruh. Simulasi program PLAXIS memberikan hasil yang cukup mendekati dan memberikan hasil yang baik karena parameter- parameter yang ada dipastikan seragam. Namun input parameter ini sangat mempengaruhi hasil yang muncul, sehingga perlu ketelitian dalam pengujian pendahuluan yang dilakukan untuk mencari nilai parameter ini. Selain itu, dalam

Tabel 4. 13 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas kondisi subgrade tanah pasir (dalam 0,01 mm).

Bidang

Metode

Titik pengamatan (cm) pembebanan

0 22,5

45 67,5 90 A

Model uji

program Plaxis V.8.2

Model uji

program Plaxis V.8.2

Model uji

program Plaxis V.8.2

Model uji

program Plaxis V.8.2

Dari data hubungan diatas kemudian dicari selisih penurunan antara metode uji model dan metode PLAXIS 8.2. Hasil yang muncul menggambarkan nilai selisih absolut antara dua metode yang digunakan.

Tabel 4. 14 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi subgrade tanah pasir antara model tereduksi dengan program PLAXIS 8.2.

Bidang

Titik pengamatan (cm)

Gambar 4.10 menunjukkan perbandingan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program PLAXIS pada tanah pasir pada pembebanan 80 kg.

Gambar 4. 10 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program PLAXIS pada tanah pasir dengan perkuatan geosintetik.

Tabel 4. 15 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas kondisi subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik (dalam 0,01 mm).

Bidang

Metode

Titik Pengamatan (cm) pembebanan

0 22,5

45 67,5 90

Model uji

program PLAXIS V.8.2

Model uji

program PLAXIS V.8.2

Model uji

37,58

-4,75

-49,25 -59,00 -29,50

program PLAXIS V.8.2

4,22

-20,91

-42,59 -46,29 -33,89

Model uji

21,17

8,83

-10,83 -49,08 -90,92

program PLAXIS V.8.2

37,35

12,06

-18,43 -58,64 -102,16

Dari data hubungan diatas kemudian dicari selisih penurunan antara metode uji model dan metode PLAXIS 8.2. Hasil yang muncul menggambarkan nilai selisih absolut antara dua metode yang digunakan.

Tabel 4. 16 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi subgrade tanah lunak denan perkuatan geosintetik antara model tereduksi dengan program PLAXIS 8.2.

Bidang

titik pengamatan (cm)

Gambar 4.11 menunjukkan perbandingan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik pada pembebanan 80 kg.

Gambar 4. 11 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik.

Tabel 4. 17 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas kondisi subgrade tanah lunak (dalam 0,01 mm).

Bidang

Metode

Titik Pengamatan (cm) pembebanan

0 22,5

45 67,5 90

Model uji

program PLAXIS V.8.2

Model uji

program PLAXIS V.8.2

Model uji

31,20

-10,45

-53,68 -63,70 -26,28

program PLAXIS V.8.2

7,65

-20,46

-45,15 -47,97 -30,44

Model uji

23,92

11,87

-9,28 -50,45 -101,25

program PLAXIS V.8.2

18,27

3,30

-20,08 -58,88 -107,45

Tabel 4. 18 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi subgrade tanah lunak antara model tereduksi dengan program PLAXIS 8.2.

Bidang

titik pengamatan (cm)

Gambar 4.12 menunjukkan perbandingan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program PLAXIS pada tanah lunak pada pembebanan 80 kg.

Gambar 4. 12 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik