METODOLOGI PENELITIAN

3.4.2 Penyiapan Media Tanah

a. Tanah baik (dominan pasir) Media tanah pertama yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah baik (termasuk tanah dominan pasir) yang diambil dengan sistem pengambilan terganggu (disturbed sample). Persiapan media tanah ini dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

Menjemur tanah di bawah sinar matahari atau pengeringan di udara hingga kering untuk mendapatkan tanah yang dapat disaring (Bowles, 1984).

Menyaring tanah dengan lolos ayakan No. 4 (diameter 4,75 mm). Mencampur tanah dengan air menggunakan rasio air tanah yang

diperhitungkan terlebih dahulu menggunakan uji standard proctor. Dalam penelitian ini rasio yang didapatkan saat kadar air optimum ialah 360 ml / 2 kg.

Memasukkan tanah ke dalam kotak uji. Menumbuk tanah dan memadatkannya dengan tinggi jatuh 20 s/d 30 cm

sebanyak 1/3 tinggi kotak uji.. Memasukkan tanah lagi hingga mencapai 2/3 tinggi kotak uji,

kemudian melakukan pemadatan. Memasukkan tanah hingga penuh, kemudian dilakukan pemadatan.

Menguji kepadatan tanah pasir dengan alat uji CBR pada 3 titik yang berbeda.

b. Tanah Lunak. Media tanah kedua yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah lunak dengan sistem pengambilan terganggu (disturbed sample). Persiapan media tanah ini dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

Menjemur tanah di bawah sinar matahari hingga kering ditunjukkan pada gambar .

Gambar 3. 11 Penjemuran tanah di bawah sinar matahari Menghancurkan tanah dengan soil crusher (Gambar 3.12).

Gambar 3. 12 Penghancuran tanah dengan soil crusher

Menyaring tanah yang sudah hancur dengan spesifikasi lolos ayakan No. 4 (diameter 4,75 mm) (Gambar 3.13).

Gambar 3. 13 Penyaringan tanah dengan ayakan No. 4

Mencampur tanah dengan air menggunakan rasio air tanah yang diperhitungkan terlebih dahulu menggunakan uji standard proctor. Dalam penelitian ini rasio yang didapatkan saat kadar air optimum ialah 620 ml / 2 kg. Setelah rasio air diketahui, tanah dicampur dengan air dengan rasio air yang lebih atau dengan kadar yang membuat tanah tersebut menjadi lebih lunak (bukan kepadatan maksimum) (Gambar 3.14).

Gambar 3. 14 Pencampuran tanah dengan air

Mengganti separuh tinggi dari media tanah pasir dengan memasukkan tanah lempung tersebut di atasnya.

Memasukkan tanah ke dalam kotak uji. Menumbuk tanah dan memadatkannya dengan tinggi jatuh 20 s/d 30 cm

sebanyak 1/3 tinggi kotak uji. (Gambar 3.15)

Gambar 3. 15 Pemadatan tanah dengan alat pemadat 5 kg

Memasukkan tanah lagi hingga mencapai 2/3 dari separuh tinggi kotak uji, kemudian melakukan pemadatan.

Memasukkan tanah hingga penuh, kemudian dilakukan pemadatan. Menguji kepadatan pasir dengan alat uji CBR pada 3 titik yang berbeda.

(Gambar 3.15)

Gambar 3. 16 Pengujian kepadatan tanah dengan alat CBR

3.4.3 Persiapan Peralatan Pengujian

Alat pengujian terdiri dari statif dan alat pembebanan aksial. Cara pembebanan alat dijelaskan sebagai berikut :

a. Alat uji dibuat dalam bak uji berukuran 100 x 100 x 60 cm.

b. Pembebanan kereta api terhadap badan rel bertumpu pada bogie kereta api. Tiap bogie pada umumnya terdapat 2 gandar (depan dan belakang) dan setiap gandar terdapat dua roda (kanan dan kiri). Oleh sebab itu, pendekatan pembebanan pada model uji ini dapat dilihat pada gambar

Gambar 3. 17 Sketsa konstruksi dan pembebanan pada rel kereta api dalam suatu model uji

c. Struktur rel kereta api dibuat dengan skala tereduksi (small size) dari kondisi aslinya.

Tabel 3. 1 Perbandingan dimensi struktur rel kereta api dalam skala asli dengan skala terduksi pada suatu model uji

No

Faktor

Skala Asli

Skala Tereduksi

(mm)

(mm)

1 Lebar sepur

1200

120

Bantalan kayu

Jarak antar bantalan

600

60

Balas Atas Lebar Atas

2800

280*

Lebar Bawah

Balas Bawah

Lebar Atas

4800

Lebar Bawah

Jarak antar roda

20

220

(depan dan belakang)

d. Balas berupa kerikil / batu pecah yang keras dan tidak mudah pecah, serta berdiameter antara 28 50 mm. Sedangkan rel kereta api terbuat dari besi siku. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.18

Gambar 3. 18 Potongan melintang struktur rel kereta api skala tereduksi

e. Beban aksial yang akan diberikan berupa lempengan besi yang dicoak (Slotted Weights). Beban beserta perlengkapan lainnya dapat dilihat pada Gambar 3.19 dan Gambar 3.20.

Gambar 3. 19 Set Up Pembebanan pada Media Pasir

Gambar 3. 20 Set Up Pembebanan pada Media Pasir dan Lempung dengan

Perkuatan Geosintetik

3.4.4 Pengujian Pembebanan Model

Pengujian pembebanan dilakukan untuk mengetahui penurunan model sistem rel kereta api skala tereduksi. Pekerjaan yang dilakukan pada tahap pengujian ini meliputi :

Melakukan pembebanan dengan metode beban tertahan (maintained load ) sesuai ASTM D1143-57T dalam Hardiyatmo (2010).

Metode ini dilakukan secara bertahap. Beban awal yang akan diberikan adalah 16 kg dan menerus dari ujung ke ujung rel per jarak 22,5 cm. Setelah bacaan berhenti (stabil), kemudian dilakukan pembacaan penurunan pada dial., penambahan beban selanjutnya dengan kelipatan

16 kg hingga maksimal 80 kg dapat diterapkan. (Gambar 3.21 dan gambar 3.22)

Gambar 3. 21 Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api

Gambar 3. 22 Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api

3.4.5 Pelaksanaan Pengujian dan Pengambilan Data

Pengambilan data dilakukan dengan membaca dial gauge yang dipasang merata pada masing-masing sisi rel sebanyak 5 buah.

Pembacaan dilakukan apabila dial gauge sudah tidak mengalami pergerakan lagi (kondisi stabil).

Data yang diambil berupa bacaan dial gauge Beban (kg)

Gambar 3. 23 Grafik hubungan besar penurunan pada saat beban ultimit

3.4.6 Pembahasan menggunakan Program PLAXIS.

Membuat model pada software PLAXIS Menganalisis model yang sudah dibuat dan mencari data hubungan tegangan-perpindahan model tanah Membandingkan hasil data output software PLAXIS dengan hasil uji

3.4.7 Menganalisis hasil perbandingan data dari model uji dan software PLAXIS.

Mengambil kesimpulan dari hasil analisis tersebut.

Penurunan (mm)

3.5 Simulasi Struktur Rel Kereta Api dengan PLAXIS 8.2

3.5.1 Tahapan Memulai Program

Tahapan memulai program pada PLAXIS 8.2 ditandai dengan tampilan Splash Screen PLAXIS 8.2 Input. Tampilan Splash Screen terdapat pada Gambar 3.24.

Gambar 3. 24 Splash Screen PLAXIS 8.2

3.5.1 Pengaturan Umum (General Setting)

Langkah-langkah yang akan ditampilkan memakai contoh simulasi pembebanan struktur rel kereta api pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik.

Pada tab project, dimasukkan input sebagai berikut:

Title Comments

Pada tab dimensions, dimasukkan input sebagai berikut:

Units

: meter, kN dan day

Geometri dimension : right =1 m; top=1 m Spacing

: 0.025 m

interval

b. Dimensions Gambar 3. 25 General Settings: (a) Project (b) Dimensions

3.5.2 Kontur Geometri (Geometri Contour)

Pada tahap ini, proses yang dilakukan adalah pembuatan luasan model geometri, pelat rel, pelat box uji, geogrid dan pembebanan pada pelat rel. Permodelan tersebut dibuat dengan ketentuan sebagai berikut:

a. Model dibuat dengan luasan 1 x 0.6 m dengan anggapan bahwa bidang geser yang akan dihasilkan oleh pondasi dapat ditampilkan dan tidak terpotong oleh batas geometri.

b. Pelat diasumsikan sebagai rel kereta api yang menerima beban dari struktur, juga box uji yang melindungi tanah dari keruntuhan.

c. Geogrid diasumsikan sebagai geosintetik yang menerima beban dari struktur diatasnya .

d. Beban titik diberikan diatas pelat, dengan satuan gaya per panjang (kN/m).

e. Digunakan standard fixities.

Gambar 3. 26 Permodelan struktur rel kereta api

3.5.3 Set Data Material (Material Data Sets)

a. Jenis tanah yang digunakan adalah tanah pasir, tanah lunak dan ballast . Pada ketiga jenis tanah tersebut, berlaku ketentuan sebagai berikut:

Material model

: Mohr-Coulomb.

Material type

: undrained.

Data lainnya adalah data parameter tanah yang diisikan sesuai dengan Tabel 4.1 dan Tabel 4.2. Input data material tanah dapat dilihat pada gambar 3.27.

b. Jenis pelat yang digunakan adalah rel dan box uji. Parameter input diberikan sesuai pada data standar untuk pondasi yang kaku (rigid). Input data untuk pelat dapat dilihat pada Gambar 3.28 berikut ini.

c. Material geosintetik dimodelkan dengan geogrid. Proses pemasukan data untuk geogrid dapat dilihat pada Gambar 3.29 berikut ini.

a. General

b. Parameters

Gambar 3. 27 Set Data Material Tanah: (a) General (b) Parameters

Gambar 3. 28 Set Data Material Pelat

Gambar 3. 29 Set Data Material Geogrid

3.5.5. Pembuatan Jaring-Jaring Elemen ( Mesh Generations) Gambar tampilan PLAXIS setelah diterapkan automesh pada model

geometri dapat dilihat pada gambar 3.30.

Gambar 3. 30 Jaring-Jaring Elemen

3.5.6. Kondisi Awal (Initial Conditions )

Karena struktur rel terletak jauh diatas permukaan air tanah, maka perhitungan tidak menyertakan tekanan akibat air tanah. Kondisi awal tanpa tekanan air yang kita pilih, yaitu pada bagian kanan dari dua pilihan initial condition .

Berat isi dari air kita tentukan 10 kN/m 3 yang merupakan nilai standar. Tampilan penentuan berat volume dari air dapat dilihat pada Gambar

Gambar 3. 31 Penentuan Berat Volume dari Air

Berikutnya menampilkan jendela K 0 -procedure dengan memilih icon Generate Initial Stress

Gambar 3. 32 Tampilan K0-procedure

Parameter ini adalah proporsi dari gravitasi yang bekerja. Nilai standar 1.0 ditentukan, dengan maksud bahwa berat tanah total diaktifkan.

Pada kolom pertama adalah nomer cluster, kolom kedua adalah model material yang digunakan pada cluster, pada kolom ketiga dan keempat adalah tampilan dari overconsolidation ratio (OCR) dan pre-overburden pressure (POP). OCR dan POP pada anlisis Mohr-Coulomb tidak ada karena hanya dapat digunakan pada model material Soft Soil (Creep) dan

Hardening Soil. Kolom kelima adalah nilai dari K 0 . Setelah dipilih OK pada prosedur K 0 maka tampil jendela baru yang

menampilkan kondisi tekanan awal pada tanah. Gambar tampilan tekanan awal pada tanah dapat dilihat pada gambar 3.33.

Gambar 3. 33 Tekanan Awal Tanah

Setelah dipilih icon update maka tekanan awal tanah diterapkan dan jendela kembali ke input.

3.5.7. Perhitungan (Calculations)

Dengan memilih icon calculate maka kita akan masuk ke proses perhitungan. Pada jendela calculations tipe perhitungan yang dipilih adalah tipe plastic, karena tujuan dari analisis ini adalah untuk menghasilkan perpindahan secara elastik-plastik. Gambar 3.34 menjelaskan tentang fase dan tipe perhitungan serta parameter perhitungan.

a. Umum

b. Parameter

Gambar 3. 34 Perhitungan : (a) Umum (b) Parameter

Pada jendela parameter kita menggunakan langkah perhitungan sebanyak 250 sesuai dengan standar PLAXIS. Pembebanan dilakukan dengan staged construction. Dengan memilih tombol define pada loading input akan terbuka jendela baru yang bertujuan untuk mengaktifkan material dan beban yang diberikan. Dengan memilih Pada jendela parameter kita menggunakan langkah perhitungan sebanyak 250 sesuai dengan standar PLAXIS. Pembebanan dilakukan dengan staged construction. Dengan memilih tombol define pada loading input akan terbuka jendela baru yang bertujuan untuk mengaktifkan material dan beban yang diberikan. Dengan memilih

Gambar 3. 35 Pengaktifan Material dan Pemberian Beban

Langkah selanjutnya adalah penentuan titik acuan perhitungan. Dengan memilih simbol select point for curve, kemudian akan muncul jendela baru berupa geometri. Selanjutnya titik acuan kita letakkan pada bagian ujung pelat. Gambar penentuan titik acuan dapat dilihat pada gambar

Gambar 3. 36 Penentuan Titik Acuan

Setelah penentuan titik acuan, pemilihan simbol update akan menutup jendela pemilihan titik acuan dan akan kembali ke jendela perhitungan.

Dengan pemilihan simbol calculate maka proses perhitungan dimulai. Proses perhitungan dapat dilihat pada gambar 3.37 .

Gambar 3. 37 Proses Perhitungan

3.5.8. Keluaran ( Output)

Setelah proses perhitungan, maka simbol calculate otomatis berganti dengan simbol output. Dengan memilih simbol output, akan muncul jendela output berupa deformed mesh. Gambar deformed mesh dapat dilihat pada gambar 3.38.

Gambar 3. 38 Deformed Mesh

Untuk memunculkan kurva beban-perpindahan, dipilih simbol curves yang akan memunculkan jendela baru menampilkan kurva. Selanjutnya dipilih new curves lalu ditentukan lokasi tempat file disimpan. Setelah pemilihan lokasi dilakukan, muncul pilihan untuk menentukan jenis kurva. Untuk sumbu y dipilih displacement dan untuk sumbu x dipilih multiplier , lalu pilih OK untuk menampilkan kurva. Gambar 3.39 menampilkan proses pembuatan kurva.

a. Penentuan jenis kurva

b. Kurva beban-perpindahan Gambar 3. 39 Proses Pembuatan Kurva : (a) Penentuan Jenis Kurva (b) Kurva

beban-perpindahan

3.6 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3. 40 Diagram Alir Penelitian

MULAI

DESK STUDY LIITERATUR

PERSIAPAN ALAT dan BAHAN

Kotak Pengujian Permodelan Struktur Rel Kereta Api

Alat Pembebanan (dial gauge, slotted weights, dan plat penyangga)

UJI PENDAHULUAN

Moisture Content Specific Gravity Bulk Density Grain Size Analysis Atterberg Limit Test Direct Shear Standard Proctor UCS

UJI PEMBEBANAN AXIAL

(Pada Tanah Lunak)

UJI PEMBEBANAN AXIAL (Dengan geosintetik pada Tanah Lunak)

OLAH DATA

VALIDASI MODEL

DENGAN PLAXIS

VERIFIKASI DATA

ANALISIS PERILAKU STRUKTUR REL

DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

KESIMPULAN DAN SARAN

SELESAI