Analisa Perkuatan Tanah Dengan Geotekstil Pada Timbunan Konstruksi Jalan Tol Medan Kualanamu (STA 35 + 901) Dengan Metode Elemen Hingga
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TANAH
Tanah di alam terdiri dari campuran butiran-butiran mineral dengan atau
tanpa kandungan bahan organik. Butiran-butiran tersebut dapat dengan mudah
dipisahkan satu sama lain dengan kocokan air. Material ini berasal dari pelapukan
batuan, baik secara fisik maupun kimia. Sifat-sifat teknis tanah, kecuali oleh sifat
batuan induk yang merupakan material asal, juga dipengaruhi oleh unsur-unsur
luar yang menjadi penyebab terjadinya pelapukan batuan tersebut.
Istilah-istilah seperti kerikil, pasir, lanau, dan lempung digunakan dalam
Teknik Sipil untuk membedakan jenis-jenis tanah. Pada kondisi alam, tanah dapat
terdiri dari dua atau lebih campuran jenis-jenis tanah dan kadang-kadang terdapat
pula kandungan bahan organik. Material campurannya kemudian dipakai sebagai
nama tambahan di belakang material unsur utamanya. Sebagai contoh, lempung
berlanau adalah tanah lempung yang mengandung lanau dengan material
utamanya adalah lempung dan sebagainya.
Tanah terdiri dari 3 komponen, yaitu udara, air, dan bahan padat. Udara
dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat mempengaruhi
sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butiran-butiran, sebagian atau seluruhnya
dapat terisi oleh air atau udara. Bila rongga tersebut terisi air seluruhnya, tanah
dikatakan dalam kondisi jenuh. Bila rongga terisi udara dan air, tanah pada
kondisi jenuh sebagian (partially saturated). Tanah kering adalah tanah yang tidak
mengandung air sama sekali atau kadar airnya nol.
5
Universitas Sumatera Utara
2.1.1 Penyelidikan Tanah
Salah satu tahapan paling awal yang perlu dilakukan dalam perencanaan
pondasi adalah penyelidikan tanah. Uji penyelidikan tanah diperlukan untuk
mengetahui daya dukung dan karateristik tanah serta kondisi geologi, seperti
mengetahui susunan lapisan tanah/sifat tanah, mengetahui kekuatan lapisan tanah
dalam rangka penyelidikan tanah dasar untuk keperluan pondasi bangunan, jalan,
jembatan dan lain-lain, kepadatan dan daya dukung tanah serta mengetahui sifat
korosivitas tanah. Penyelidikan tanah dilakukan untuk mengetahui jenis pondasi
yang akan digunakan untuk konstruksi bangunan, selain itu dari hasil
penyelidikan tanah dapat ditentukan perlakuan terhadap tanah agar daya dukung
dapat mendukung konstruksi yang akan dibangun. Dari hasil penyelidikan tanah
ini akan dipilih alternatif atau jenis pondasi, kedalaman serta dimensi pondasi
yang paling ekonomis tetapi masih aman. Jadi penyelidikan tanah sangat penting
dan mutlak dilakukan sebelum struktur itu mulai dikerjakan. Dengan mengetahui
kondisi daya dukung tanah kita bisa merencanakan suatu struktur yang kokoh dan
tahan gempa, yang pada akhirnya akan memberi rasa kenyamanan dan keamanan
bila berada di dalam gedung. Penyelidikan tanah yang dilakukan di lapangan yaitu
Sondir (DCP), pengeboran tanah, pengujian Standard Penetration Test (SPT) dan
lain-lain. Dari sampel tanah yang diambil di lapangan untuk mengetahui sifat-sifat
dan karakteristik tanah maka dilakukan uji laboratorium.
6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 segitiga-tekstur-tanah
2.2 KONSOLIDASI
Salah satu permasalahan utama pada tanah lunak dalam suatu pekerjaan
konstruksi adalah penurunan tanah yang sangat besar. Penurunan yang besar
tersebut disebabkan oleh penurunan konsolidasi pada tanah, yang akan dijelaskan
pada bagian berikutnya.
Ketika tanah dibebani, maka sama dengan material lain, tanah akan
mengalami penurunan. Dalam ilmu Geoteknik, dikenal tiga jenis penurunan tanah.
1.
Penurunan Seketika (Immediate Settlement)
2.
Penurunan Konsolidasi/Primer (Consolidation Settlement)
3.
Penurunan Rangkak/Sekunder (Creep/Secondary Settlement)
7
Universitas Sumatera Utara
Penurunan seketika merupakan penurunan yang terjadi seketika saat beban
diberikan. Pada tanah jenuh air dan permeabilitas rendah, beban yang bekerja
diterima sepenuhnya oleh tegangan air pori. Pada tanah dengan permeabilitas
tinggi, tegangan air pori yang terjadi muncul hanya sebentar karena tegangan air
pori ini terdisipasi dengan cepat.Deformasi yang terjadi pada tanah tidak disertai
dengan perubahan volume.Perhitungan untuk penurunan seketika ini didasarkan
pada hukum elastisitas material (contoh, hukum Hooke).
Penurunan konsolidasi/Primer adalah penurunan pada tanah kohesif yang
diakibatkan terdisipasinya tegangan air berlebih di dalam tanah, dan akhirnya
menghasilkan perubahan dari segi volume.Jenis penurunan ini terjadi bersama
dengan waktu yang berlalu. Tegangan air pori berlebih di transfer menuju partikel
tanah menjadi tegangan efektif (σ’=σ-u). Saat tegangan air pori berlebih ini = 0,
penurunan konsolidasi sudah selesai dan tanah berada dalam keadaan Drained.
Penurunan sekunder merupakan penurunan yang terjadi setelah penurunan
konsolidasi.Penurunan ini terjadi seiring dengan waktu berlalu dan biasanya
terjadi sangat lama setelah beban mulai bekerja,di mana partikel tanah mengalami
creep. Penurunan ini terjadi saat semua tegangan air pori berlebih di dalma tanah
telah terdisipasi dam saat tegangan efektif yang terjadi berada dalam keadaan
konstan.
Dengan demikian, penurunan total dari suatu tanah yang dibebani adalah:
2.1
= Penurunan Total
(cm)
8
Universitas Sumatera Utara
= Penurunan Seketika (Immediate Settlement)
(cm)
= Penurunan Konsolidasi (Consolidation Settlement)
(cm)
= Penurunan Sekunder (Secondary Settlement)
(cm)
Dengan kata lain, Penurunan Sekunder terjadi ketika Penurunan Konsolidasi
selesai, yaitu pada saat tegangan air pori berlebih, U, sama dengan nol.
Si
Sc
Si
Ss
Si
Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara penurunan dengan waktu
Sumber: Gouw, 2010
Terlihat bahwa penurunan tanah sebagian besar terjadi pada saat penurunan
konsolidasi.Dan pada fase ini pula, tanah mengalami peningkatan kekuatan dan
stabilitas.Ada dua jenis penurunan konsolidasi, yaitu konsolidasi normal
(Normally Consolidated, NC), dan konsolidasi berlebih (Over Consolidated, OC).
Berdasarkan teori Terzaghi, tentang konsolidasi satu dimensi, penurunan
konsolidasi untuk konsolidasi normal dapat dihitung dengan persamaan berikut:
2.2
Di mana:
9
Universitas Sumatera Utara
Sc = Penurunan konsolidasi
(m)
Cc = Nilai Compression Index
(-)
e0
= Void Ratio awal
(-)
H
= Tinggi tanah terkonsolidasi
(m)
(kg/m2)
σz0 = Tegangan tanah awal
σzf = Tegangan tanah akhir, yaitu tegangan tanah awal + tegangan akibat
(kg/m2)
beban luar (σzf=σz0 + Δ σz)
Sedangkan untuk kondisi konsolidasi berlebih, penurunan dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
2.3
Di mana:
σzc
Penurunan
(kg/m2)
= Preconsolidation Pressure
juga
bisa
dihitung
dengan
menggunakan
koefisien
kompresibilitas volume (mv). Koefisien kompresibilitas volume adalah tegangan
volumetrik dalam tanah lempung per pertambahan unit dalam tekanan.
Maka, rumus penurunan konsolidasi adalah menjadi:
10
Universitas Sumatera Utara
2.4
2.2.1 Kecepatan Konsolidasi
Penurunan konsolidasi yang terjadi akibat peningkatan tegangan efektif
tanah dapat dihitung dengan persamaan di atas. Namun, perhitungan tersebut tidak
memberikan informasi apapun mengenai kecepatan proses konsolidasi. Terzaghi
(1925)
mengeluarkan
teori
pertama
untuk
memperhitungkan
kecepatan
konsolidasi satu dimensi untuk tanah lempung jenuh. Ada beberapa asumsi yang
digunakan dalam melakukan perhitungan:
1.
Campuran lempung dan air homogen
2.
Tanah jenuh sepenuhnya
3.
Air dianggap tidak dapat terkompresi
4.
Partikel tanah dianggap tidak dapat terkompresi
5.
Arah aliran air hanya satu arah, yaitu searah pembebanan.
6.
Hukum Darcy berlaku.
Persamaan untuk kecepatan konsolidasi menurut Terzaghi adalah:
2.5
Di mana:
= Waktu konsolidasi (s)
= Faktor waktu (-)
= Tinggi tanah yang terkonsolidasi (cm)
11
Universitas Sumatera Utara
= Koefisien Konsolidasi untuk Arah Vertikal (cm2/s)
Untuk nilai Faktor waktu,
, dapat digunakan grafik berikut:
Gambar 2.3 Grafik hubungan Time Factor dengan derajat konsolidasi
Sumber: Braja, 2009
2.3 GEOSINTETIK
Istilah geosintetik terdiri dari dua bagian, yaitu geo yang berhubungan
dengan tanah dan sintetik yang berarti bahan buatan manusia. Berbagai jenis
geosintetik telah digunakan di Indonesia sejak tahun 1980an. Bahan dasar
geosintetik merupakan hasil polimerisasi dari industri-industri kimia/minyak bumi
(Suryolelono, 1988) dengan sifat-sifat yang tahan terhadap senyawasenyawa
kimia, pelapukan, keausan, sinar ultra violet dan mikro organisme. Polimer utama
yang digunakan untuk pembuatan geosintetik adalah Polyester (PS), Polyamide
(PM), Polypropylene (PP) dan Polyethylene (PE). Jadi istilah geosintetik secara
umum didefinisikan sebagai bahan polimer yang diaplikasikan di tanah
(Departemen P. U., 2009).
12
Universitas Sumatera Utara
Teknologi Geosintetik telah berkembang menjadi salah satu pionir dalam
hal perkuatan tanah maupun timbunan di belakang dinding penahan. Karena
dalam prateknya, dinding penahan tanah banyak mengalami kegagalan seperti
rendahnya daya dukung tanah dasar, penurunan yang terlalu besar dalam jangka
waktu lama, kelongsoran dan gelincir serta sampai permasalahan akibat air tanah
pada timbunan di belakang dinding. Material geosintetik telah banyak digunakan
untuk mengatasi persoalan-persoalan tersebut. Salah satu kelebihannya adalah
sifatnya yang fleksibel sehingga memberikan ketahanan yang cukup terhadap
beban-beban yang ditanggungnya.
2.3.1 Klasifikasi Geosintetik
Geosintetik adalah suatu produk berbentuk lembaran yang terbuat dari
bahan polimer lentur yang digunakan dengan tanah, batuan, atau material
geoteknik lainnya sebagai bagian yang tidak terpisahkan dari suatu pekerjaan,
struktur atau sistem (ASTM D 4439).
Untuk mempermudah pemahaman tentang jenis geosintetik, Gambar 2.4
memperlihatkan
pengelompokkan
geosintetik
yang
dimulai
dengan
pengelompokkan berdasarkan bentuk fisik, sifat kelulusan air dan proses
pembuatannya, sedangkan klasifikasi tersebut diterangkan secara ringkas seperti
pada Gambar 2.5
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Contoh-contoh geosintetik
Sumber : (Geotextile Geomembrane Geogrid Center)
Gambar 2.5 Klasifikasi geosintetik
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
14
Universitas Sumatera Utara
2.3.1.1 Geosintetik Berbentuk Tekstil
Berdasarkan sifat kelulusan air (permeabilitas), geosintetik berbentuk
tekstil dapat dibagi menjadi kedap air dan lolos air. Geotekstil adalah jenis
geosintetik yang lolos air yang berasal dari bahan tekstil. Geomembran dan
Geosynthetic Clay Liner (GCL) merupakan jenis geosintetik kedap air yang biasa
digunakan sebagai penghalang zat cair. Geotekstil kemudian dikelompokkan
berdasarkan proses pembuatannya. Jenis geotekstil yang utama adalah teranyam
(woven), tak-teranyam (non-woven) dan rajutan (knitted).
a. Tak Teranyam
b. Teranyam
c. Rajutan
Gambar 2.6 Geotekstil lulus air
15
Universitas Sumatera Utara
2.3.1.2 Geosintetik Berbentuk Jaring
Geosintetik berbentuk jaring (web) yang terdiri dari geosintetik dengan
jaring rapat dan jaring terbuka. Net dan matras merupakan salah satu jenis
geosintetik berbentuk jaring rapat. Geogrid merupakan suatu contoh dari jenis
geosintetik yang berbentuk jaring (web) terbuka. Fungsi geogrid yang utama
adalah sebagai perkuatan. Geogrid dibentuk oleh suatu jaring teratur dengan
elemen-elemen tarik dan mempunyai bukaan berukuran tertentu sehingga saling
mengunci (interlock) dengan bahan pengisi di sekelilingnya. Gambar 2.7 dan
Gambar 2.8 secara berturut-turut memperlihatkan contoh geotekstil kedap air, dan
geogrid.
a. Geomembran
b. Geosynthetic Clay Liner
Gambar 2.7 Geotekstil Kedap Air
16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Geogrid
2.3.2 Fungsi Geosintetik
Geosintetik memiliki lima fungsi yaitu sabagai separator, perkuatan,
penyaring, drainase dan penahan.
1. Separator, yaitu pemisah material. Sebagai contoh, bahan ini digunakan untuk
mencegah bercampurnya lapis pondasi jalan dengan tanah dasar yang lunak
sehingga integritas dan tebal rencana struktur jalan dapat dipertahankan. Bahan
geosintetik digunakan di antara dua material tanah yang tidak sejenis untuk
mencegah terjadi.
Gambar 2.9 Separator
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
17
Universitas Sumatera Utara
2. Perkuatan, yaitu sifat tarik bahan geosintetik dimanfaatkan untuk menahan
tegangan atau deformasi pada struktur tanah. Untuk fungsi ini, geosintetik
banyak digunakan untuk perkuatan timbunan di atas tanah lunak, perkuatan
lereng dan dinding tanah yang distabilisasi secara mekanis (mechanically
stabilized earth wall, MSEW).
Gambar 2.10 Perkuatan
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
3. Penyaring (filter), yaitu bahan geosintetik digunakan untuk mengalirkan air ke
dalam sistem drainase dan mencegah terjadinya migrasi partikel tanah melalui
filter.
Gambar 2.11 Penyaring (filter)
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
18
Universitas Sumatera Utara
4.Drainase, yaitu bahan geosintetik digunakan untuk mengalirkan air dari
dalam
tanah.
Gambar 2.12 Drainase
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
5. Penahan, yaitu
bahan
geosintetik
digunakan
untuk
mencegah
perpindahan zat cair atau gas. Sebagai contoh, geomembran pada kolam
penampung limbah berfungsi untuk mencegah pencemaran limbah cair
pada tanah.
Gambar 2.13 Penahan
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
19
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Pemilihan Jenis Geosintetik
Tabel 2.1 memperlihatkan fungsi utama atau fungsi primer yang dapat
diperoleh dari setiap jenis geosintetik. Akan tetapi, pada beberapa kasus
geosintetik dapat juga memberikan fungsi sekunder atau bahkan fungsi tersier.
Sebagai contoh, geosintetik untuk perkuatan timbunan di atas tanah lunak fungsi
primernya adalah perkuatan, tetapi juga mempunyai fungsi sekunder sebagai
separator dan fungsi tersier sebagai filter.
Table 2.1 Identifikasi Fungsi Geosintetik
Sumber : (Koerner, 2005)
Pemilihan geosintetik dipengaruhi beberapa faktor seperti spesifikasi,
durabilitas, ketersediaan bahan, biaya dan konstruksi. Durabilitas dan sifat-sifat
geosintetik lainnya termasuk biaya tergantung dari jenis polimer yang digunakan
sebagai bahan mentah geosintetik. Tabel 2.2 memperlihatkan sifat umum
beberapa jenis polimer yang sering digunakan dan Tabel 2.3 memperlihatkan
nilai-nilai sifat geosintetik berdasarkan proses pembuatannya geosintetik . Kedua
tabel tersebut dapat membantu memilih jenis geosintetik.
20
Universitas Sumatera Utara
Perlu dipahami bahwa faktor lingkungan dan kondisi lapangan juga
menentukan geosintetik yang akan dipilih. Kadang-kadang, beberapa jenis
geosintetik memenuhi persyaratan yang diinginkan. Dalam kasus ini, geosintetik
harus dipilih berdasarkan nilai ekonomis (rasio biaya-manfaat), termasuk
pengalaman lapangan. Sifat-sifat geosintetik dapat berubah seperti akibat penuaan
(ageing), kerusakan mekanis (terutama saat pemasangan di lapangan),
rangkak,hidrolisis atau reaksi dengan air, serangan biologi dan kimia,
paparan sinar matahari dan sebagainya.
Tabel 2.2 Nilai Umum Sifat Polimer
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
21
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Rentang Umum Sifat-sifat Geosintetik
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
Tabel 2.4 memperlihatkan sifat-sifat utama yang perlu diperhatikan
sehubungan dengan fungsi yang direncanakan. Perlu diperhatikan bahwa data
interaksi tanah dengan geosintetik diperlukan untuk perkuatan dan separator.
Data interaksi tersebut dibutuhkan suatu kasus dimana dapat terjadi perbedaan
pergerakan antara geosintetik dan material di sekitarnya yang
dapat
membahayakan
untuk
struktur.
Data
rangkak
tarik
juga
dibutuhkan
memberikan indikasi durabilitas geosintetik terhadap beban konstan dalam
jangka panjang jika kita menggunakan geosintetik sebagai perkuatan. Data kuat
tusuk
diperlukan untuk filter dan separator jika kondisi lapangan dapat
22
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkan tertusuknya geosintetik.
Tabel 2.4 Sifat Penting Geosintetik Sesuai Fungsinya
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
2.3.4 Pengertian Geotekstil
Geotekstil adalah lembaran sintesis yang tipis, fleksibel, permeable yang
digunakan untuk stabilisasi dan perbaikan tanah dikaitkan dengan pekerjaan
teknik sipil. Pemanfaatan geotekstil merupakan cara modern dalam usaha untuk
perkuatan tanah lunak.
Beberapa fungsi dari geotekstil yaitu:
1. untuk perkuatan tanah lunak.
2. untuk konstruksi teknik sipil yang mempunyai umur rencana cukup lama dan
mendukung beban yang besar seperti jalan rel dan dinding penahan tanah.
23
Universitas Sumatera Utara
3. sebagai lapangan pemisah, penyaring, drainase dan sebagai lapisan pelindung.
Geotextile dapat digunakan sebagai perkuatan timbunan tanah pada kasus:
1. Timbunan tanah diatas tanah lunak
2. Timbunan diatas pondasi tiang
3. Timbunan diatas tanah yang rawan subsidence.
Dalam penggunaannya, geotekstil memiliki kelebihan dan kekurangan
tersendiri. Kenyataan tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.5 di bawah ini.
Tabel 2.5 Kelebihan dan kekurangan geotekstil
Kelebihan
Kekurangan
Kekuatan tarik tinggi,
Tidak
Aplikasi cepat dan mudah,
Memungkinkan
penggunaan
material
sekitar,
Dapat dibangun lebih tinggi dan tegak,
Tambahan PVC sebagai pelindung terhadap
ultraviolet,
Lebih murah dibandingkan beton,
Struktur fleksibel dan tahan terhadap gaya
gempa,
Tidak beresiko terhadap deformasi struktur,
Tipe elemen penutup lapisan luar dinding
penahan dapat dimodifikasi.
Biasanya perbaikan tanah dengan perkuatan
dilakukan secara horizontal artinya digelar
karena lebih mudah pelaksanaannya
ketimbang arah tegak vertikal. Perkuatan
horizontal dapat menerima beban tekan
dari permukaan atau tarik dari arah
horizontal. Sedangkan perbaikan tanah
arah vertikal lebih utama menerima beban
vertikal dari permukaannya tanpa mampu
menerima beban horizontal.
tahan
terhadap
paparan sinar matahari,
Mudah rusak, terutama
akibat
tusukan benda
tajam,
Peka
terhadap
naik
turunnya
temperatur
udara,
Mudah memuai sehingga
dapat mengurangi kuat
tarik,
Mudah
mengalami
penurunan
tingkat
kemampuan
penahan
gaya tarik, khususnya
pada geotekstil
tanpa
PVC
24
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan konstruksi perkuatan pada lahan basah pertama kali dilaporkan
dengan menggunakan steel mseh di bawah konstruksi timbunan pada daerah
pasang surut di Perancis. Perbandingan antara timbunan di atas tanah gambut di
Afrika dengan dan tanpa perkuatan dilaporkan. Dinyatakan bahwa selain woven
polypropylene fabric, tegangan tarik semua jenis geotextile yang diambil
contohnya dari pemasangan setahun sebelumnya berkurang antara 25% sampai
36% dari tegangan tarik awalnya, meskipun tidak berpengaruh banyak pada
fungsinya.
Pelaksanaan konstruksi jalan di atas lahan basah dengan perkuatan
geotextile dapat menghindarkan terjadinya keruntuhan lokal pada tanah lunak
karena rendahnya daya dukung tanah. Keuntungan pemasangan geotextile pada
pelaksanaan jalan di atas tanah lunak adalah kecepatan dalam pelaksanaan dan
biaya yang relatif lebih murah di bandingkan dengan metoda penimbunan
konvensional.
2.3.4.1 Jenis – jenis Geotextile
Jenis geotextile ada 2 ,yaitu;
1. Woven Geotextile (Anyaman)
Pengertian
geotextile
woven
adalah
salah
satu
jenis
Geotextile
teranyam.yang terbuat dari bahan dasar Polypropilene. agar mempermudah
pengaplikasiannya, Geotextile Woven seperti karung beras tapi bukan yang
terbuat dari bahan goni tetapi berwarna hitam dari bahan sintetik.
Geotextile Woven memiliki fungsi sebagai bahan stabilisasi tanah dasar
terutama tanah dasar lunak agar tanah tersebut bisa terlapisi dan tidak mudah
turun permukaannya karena dilapisi geotextile woven, karena Geotextile jenis
25
Universitas Sumatera Utara
ini mempunyai tensile strength (kuat tarik) yang lebih tinggi dibandingkan
dengan Geotextile Non Woven sekitar 2 kali lipat untuk gramasi atau berat per
m2 yang sama.
2. Non-Woven Geotextile (Nir-Anyam)
Geotextile Non Woven, adalah Filter Fabric yang jenisnya tidak teranyam,
berbentuknya seperti karpet kain. Umumnya bahan dasarnya terbuat dari
bahan polimer Polyesther atau Polypropylene.
Geotextile Non Woven digunakan sebagai :
Penyaring (Filter)
Penyaring Geotextile Non Woven bermanfaat untuk mencegah terbawanya
partikel tanah pada aliran air. Geotextile Non Woven bersifat permeable
(tembus air) oleh karena itu air dapat melewati Geotextile dan partikel tanah
dapat tersaring. Aplikasi Geotextile Non Woven biasanya digunakan sebagai
aplikasi filtrasi pada proyek drainase bawah tanah.
26
Universitas Sumatera Utara
Aplikasi Separator / Pemisah
Bahan geotextile non woven digunakan sebagai aplikasi pemisah agar
mencegah tercampurnya material yang satu dengan material yang lain. Seperti
penggunaan Geotextile pada proyek pembangunan jalan di atas tanah yang
dasarnya lunak. Pada proyek tersebut, Geotextile berguna untuk mencegah
naiknya lumpur ke sistem perkerasan, Supaya tidak terjadi pumping effect
yang akan merusak perkerasan jalan yang sudah terbentuk. Keberadaan
Geotextile dapat mempermudah proses pemadatan sistem pengerasan.
Aplikasi Stabilisator
Manfaat Geotextile biasa disebut sebagai Reinforcement / Perkuatan.
Contohnya dipakai untuk proyek timbunan tanah, penguatan lereng agar tidak
longsor dll. Fungsi tersebut masih dijadikan perdebatan dikalangan ahli
geoteknik, karena Geotextile metode kerjanya menggunakan membrane effect
yang hanya mengandalkan tensile strength (kuat tarik) sehingga kemungkinan
terjadinya penurunan pada timbunan setempat masih besar, dan geotextile
kekuatannya kurang karena bahan geotextile memiliki sifat mudah mulur bila
terkena air (terjadi reaksi hidrolisis) hal tersebut rawan untuk bahan penguatan
lereng.
Fungsi Lainnya
Fungsi Geotextile lainnya yaitu sebagai pengganti karung goni pada proses
curing beton karena dapat mencegah terjadinya retak saat proses pengeringan
beton baru.
27
Universitas Sumatera Utara
Dalam penggunaan geotekstil kita harus menetapkan perkuatan sebesar apa
yang dibutuhkan, berikut faktor-faktor yang harus diperhatikan;
1. Jenis geotekstil yang akan digunakan
2. Sifat hubungan dan regangan,hal ini diperlukan agar deformasi yang terjadi
pada konstruksi perkuatan kecil.
3. Sifat pembebanan, perkuatan di atas tanah lunak,beban timbunan yang lebih
besar akan memerlukan perkuatan dengan tensile strength yang lebih besar
pula.
4. Kondisi lingkungan, Perubahan cuaca, air laut, kondisi asam atau basa serta
Mikro organisme seperti bakteri akan mengurangi kekuatan geotextile.
5. Bahan timbunan yang akan digunakan
Beberapa keuntungan menggunakan geotekstil,diantaranya :
1. Mencegah kontaminasi agregat subbase dan base oleh tanah dasar lunak dan
mendistribusikan beban lalulintas yang efektif melalui lapisan-lapisan
timbunan.
2. Meniadakan kehilangan agregat timbunan ke dalam tanah dasar yang lunak dan
memperkecil biaya dan kebutuhan tambahan ‘lapisan agregat terbuang.
3. Mengurangi tebal galian stripping dan meminimalkan pekerjaan persiapan.
28
Universitas Sumatera Utara
4. Meningkatkan ketahanan agregat timbunan terhadap keruntuhan setempat pada
lokasi beban dengan memperkuat tanah timbunan.
5. Mengurangi penurunan dan deformasi yang tidak merata serta deformasi dari
struktur jadi.
2.3.4.2 Tegangan Tarik Pada Geotextile
Kekuatan tarik geotextile harus cukup kuat untuk menahan sobekan pada
pertemuan dengan permukaan runtuh. Dalam hal ini geotextile didesain dengan
kekuatan pada arah-arah tegangan utama. Pada dasarnya analisa terdiri dari dua
tahap, yaitu :
1. Analisa keseimbangan batas tanpa ada perkuatan.
2. Analisa keseimbangan batas dengan perkuatan
Kekuatan tarik geotextile dapat dihitung dengan rumus :
τg = (cg + σg tanδ )
2.6
τg = gaya tarik geotextile
(KN/ m2)
cg = adhesi tanah dengan geotextile
(KN/ m2)
{ Untuk tanah lunak, adhesi anatara tanah dan geotekstil (cg) dapat dianggap
sama dengan kohesi (cu) tanahnya , jadi cg = cu }
σg = daya dukung geotextile
δ = sudut geser tanah dengan geotextile
(KN/ m2)
(-)
Daya dukung geotextile dapat dihitung dengan persamaan :
σg =
2.7
29
Universitas Sumatera Utara
σg = daya dukung geotextile
(KN/ m2)
= modulus geotextile
(-)
E
{ Nilai efisien gesek dari geotekstil ke tanah (E),untuk geotekstil
E = 0,6 – 0,8}
= tekanan tarik geotextile
(KN/ m2)
a
= panjang geotextile dibagi 2
(m)
S
= penurunan di bawah beban
(m)
2.3.4.3 Metode/cara Pemasangan Geotekstil
1. Geotextile harus digelar di atas tanah dalam keadaan terhampar tanpa
gelombang atau kerutan.
2. Sambungan geotekstil tiap lembarannya dipasang overlapping terhadap
lembaran berikutnya.
3. Pada daerah pemasangan yang berbentuk kurva (misalnya tikungan jalan),
geotekstil dipasang mengikuti arah kurva.
4. Jangan membuat overlapping atau jahitan pada daerah yang searah dengan
beban roda (beban lalu-lintas).
5. Jika Geotextile dipasang untuk terkena langsung sinar matahari maka
digunakan geotekstil yang berwarna hitam.
2.3.4.4 Teknik Penjahitan untuk Geotekstil
Teknik penjahitan menjadi alternatif yang lebih praktis dan ekonomis apabila
lebar tumpang tindih geotekstil yang dibutuhkan sangat besar (1,0 m atau lebih).
Penjahitan dapat dilakukan di pabrik maupun di lapangan. Variabel-variabel
berikut perlu diperhatikan jika ingin memperoleh kualitas jahitan yang baik dan
efektif:
30
Universitas Sumatera Utara
a. Jenis benang;
Bahan dasar benang berdasarkan urutan kekuatan dan harga tertinggi adalah
polietilena, poliester, atau polipropilena.Durabilitas benang harus sesuai
dengan persyaratan proyek.
b. Tegangan benang;
Pada aplikasi di lapangan, benang sebaiknya ditegangkan dengan cukup
kencang tetapi tidak sampai merobek geotekstil.
c. Kerapatan jahitan;
Biasanya digunakan 200 jahitan sampai dengan 400 jahitan per meter untuk
jenis geotekstil ringan, dan hanya 150 jahitan sampai dengan 200 jahitan yang
diperbolehkan untuk geotekstil yang lebih berat.
d. Jenis jahitan:
1) Tipe 101, dengan rantai jahitan tali tunggal
2) Tipe 401, dengan rantai jahitan tali rangkap atau terkunci, untuk
menghindari lepasnya jahitan
Tipe 101:
Rantai jahitan dengan benang tunggal
Tipe 401:
Rantai jahitan dengan benang
rangkap atau jahitan terkunci
31
Universitas Sumatera Utara
e. Jumlah baris;
Dua baris atau lebih dan sejajar untuk meningkatkan keamanan.
f. Jenis penyambungan.
Sambungan jenis datar Tipe SS
Sambungan J Tipe SSn-2
Sambungan kupu-kupu Tipe SSd-2
Hal-hal yang perlu diperhatikan mengenai kekuatan jahitan:
a. Akibat kerusakan jarum dan konsentrasi tegangan pada jahitan, lokasi
sambungan terjahit akan lebih lemah daripada geotekstilnya;
b. Kekuatan maksimum penyambungan di lapangan yang pernah dicapai adalah
200 kN/m (berdasarkan pabrik pembuatnya) dengan menggunakan geotekstil
330 kN/m;
32
Universitas Sumatera Utara
c. Kekuatan penyambungan di lapangan akan lebih rendah daripada kekuatan
penyambungan di laboratorium atau pabrik;
d. Semua jahitan berpotensi untuk terlepas, bahkan jahitan yang terkunci
sekalipun;
e. Penjahitan harus diawasi. Untuk mempermudah pengawasan maka gunakan
benang yang berwarna kontras untuk mempermudah pengawasan.
2.4 METODE ELEMEN HINGGA
Metode elemen hingga (finite element method) adalah suatu metode
perhitungan berdasarkan konsep diskretisasi, yaitu membagi sebuah elemen
kontinyu menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Dengan cara seperti ini, sebuah
sistem yang mempunyai derajat kebebasan yang tidak terhingga dapat didekatkan
dengan sejumlah elemen yang mempunyai derajat kebebasan tertentu. Jadi dapat
dikatakan metode elemen hingga ini adalah suatu analisa pendekatan. Untuk
mendapatkan hasil yang cukup akurat, maka elemen kontinyu harus dibagi
menjadi elemen-elemen hingga yang kecil sehingga setiap elemen bias bekerja
secara simultan. Metode ini dapat digunakan untuk mengetahui deformasi ataupun
tegangan yang terjadi pada suatu elemen yang disebabkan oleh distribusi beban
atau gaya.
2.5 Program Metode Elemen Hingga
Metode Elemen Hingga adalah program analisa geoteknik, terutama untuk
analisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang mampu
melakukan analisa yang dapat mendekati perilaku sebenarnya.
33
Universitas Sumatera Utara
Metode Elemen Hingga merupakan sebuah paket program dalam dunia
teknik sipil yang dibuat berdasarkan metode elemen hingga dan telah
dikembangkan sedemikian rupa, sehingga dapat digunakan untuk melakukan
analisa deformasi, penurunan, ataupun stabilitas dalam bidang Geoteknik. Tahap
pemodelan dalam program Metode Elemen Hingga sendiri dapat dilakukan secara
grafis, sehingga memungkinkan pembuatan suatu model elemen hingga yang
cukup kompleks menjadi lebih cepat dan mudah. Sedangkan untuk semua tools
dan komponen di dalam program Metode Elemen Hingga juga sudah dibuat
sedemikian rupa sehingga dapat mendukung hasil komputasi yang mendetail.
Untuk tahap perhitungan dalam program Metode Elemen Hingga sendiri,
dilakukan secara otomatis dengan berdasarkan kepada prosedur numerik. Pada
bagian output program Metode Elemen Hingga, users dapat menampilkan datadata yang diperlukan bilamana diperlukan untuk mendesain suatu proyek.
Terdapat pula menu curve yang dapat digunakan untuk membuat kurva dengan
meninjau pada poin tertentu yang dikenal dengan nodal.
Perkembangan program Metode Elemen Hingga dimulai pada tahun 1987
di Universitas Delft (Technical University of Delft) atas inisiatif dari Departemen
Tenaga Kerja dan Pengelolaan Sumber Daya Air Belanda (Dutch Department of
Public Works and Water Management). Tujuan awal dari program Metode
Elemen Hingga adalah untuk menganalisa tanggul-tanggul yang dibangun pada
tanah lunak di dataran rendah wilayah Holland.Kemudian program Metode
Elemen Hingga dikembangkan lebih lanjut sehingga dapat menganalisa dan
menyelesaikan masalah-masalah yang lebih kompleks dalam seluruh aspek
perencanaan Geoteknik lainnya.
34
Universitas Sumatera Utara
Pada program Metode Elemen Hingga, model struktur Geoteknik dapat
dimodelkan dengan 2 cara yaitu plane strain dan axi-simetri. Model (plane strain)
biasa digunakan untuk model geometri dengan penampang melintang yang cukup
seragam, dengan kondisi tegangan dan kondisi pembebanan yang terjadi cukup
panjang dalam arah tegak lurus terhadap penampang. Perpindahan dan regangan
dalam arah tegak lurus terhadap bidang penampang diasumsikan tidak terjadi atau
bernilai nol. Walaupun diasumsikan tidak terjadi,tegangan normal pada arah tegak
lurus terhadap bidang penampang tetap diperhitungkan sepenuhnya dalam analisa.
Sedangkan untuk model axi-simetri biasa digunakan untuk struktur
Geoteknik yang berbentuk lingkaran dengan bidang penampang radial yang cukup
seragam dan kondisi pembebanan mengelilingi sumbu aksial.Untuk deformasi dan
kondisi tegangan diasumsikan tersebar rata mengelilingi arah radial.Dalam model
axi-simetri koordinat (x) menyatakan radius, sedangkan untuk koordinat (y)
menyatakan sumbu simetris dalam arah aksial.
Gambar 2.14 Perbedaan Model Plane strain dan axi simetri
Sumber: manual Metode Elemen Hingga
Elemen tanah dalam program Metode Elemen Hingga dimodelkan sebagai
elemen segitiga, dimana elemen segitiga ini dibagi menjadi dua jenis yaitu elemen
35
Universitas Sumatera Utara
segitiga dengan 6 titik nodal dan elemen segitiga dengan 15 titik nodal.Metode
yang digunakan dalam elemen segitiga dengan 6 titik nodal adalah metode
interpolasi ordo dua untuk menghitung perpindahan dan integrasi numerik dengan
mengunakan tiga titik Gauss (titik tegangan).Sedangkan untuk elemen segitiga
dengan 15 titik nodal adalah metode interpolasi dengan ordo empat dan integrasi
numerik dengan mengunakan 12 titik Gauss. Oleh sebab itu analisa elemen hingga
dalam program Metode Elemen Hingga akan memberikan hasil yang lebih akurat
dengan mengunakan segitiga dengan 15 titik nodal dibandingkan dengan analisa
dengan hanya 6 titik nodal. Akan tetapi proses perhitungan dengan 15 titik nodal
ini akan lebih lambat karena banyaknya jumlah perhitungan yang dilakukan
dibandingkan hanya dengan mengunakan 6 titik nodal.
Gambar 2.15
Perbedaan 6 titik nodal dengan 15 titik nodal (atas stress points,bawah nodes)
Sumber: manual Metode Elemen Hingga
Dalam model analisa regangan bidang (plane-strain), gaya yang
disebabkan adanya perpindahan dinyatakan dalam gaya persatuan lebar dalam
arah tegak urus penampang. Sedangkan dalam model analisa axi-simetri, gaya
36
Universitas Sumatera Utara
yang dihasilkan merupakan gaya yang bekerja pada bidang batas yang
membentuk busur lingkaran sebesar 1 radian yang saling berhadapan.
2.5.1. Proses Input Data
Pada saat program Plaxis mulai operasikan, maka tampilan jendela general
settings akan muncul untuk pengaturan awal model yang akan disusun seperti
ditunjukan oleh Gambar 2.16. tampilan general settings terdiri dari:
1.
Pada program Metode Elemen Hingga terdapat dua jenis model yaitu model
plane strain dan axisymmetry, pemilihan jenis model yang akan digunakan
disesuaikan dengan kondisi masalah geoteknik yang akan dimodelkan.
a. Plane strain merupakan jenis model yang dapat dipilih jika struktur yang
dimodelkan memiliki penampang melintang yang seragam sepanjang
tegak lurus bidang gambar, artinya perpindahan atau regangan dalam arah
tegak lurus bidang gambar diasumsikan nol (ε =0).
b. Axisymmetry merupakan jenis model yang dapat dipilih jika struktur yang
dimodelkan memiliki penampang radial atau lingkaran, artinya deformasi
dan tegangan diasumsikan sama di setiap arah radialnya.
2.
Penentuan jumlah nodal didasarkan pada tingkat kerumitan model. Analisis
elemen hingga dalam Metode Elemen Hingga menggunakan bidang
berbentuk segitiga dengan enam nodal atau lima belas nodal. Jika
menginginkan hasil yang lebih detail disarankan memilih 15 nodal, terutama
untuk kasus-kasus yang rumit. Namun, jika kasus yang dimodelkan
sederhana, maka lebih baik menggunakan nodal 6
37
Universitas Sumatera Utara
untuk meminimalkan kapasitas memori dan mempercepat proses perhitungan.
3.
Pada bagian general settings terdapat bagian dimensions, yang dapat
digunakan untuk mengatur satuan yang akan digunakan pada pemodelan.
Setelah dilakukan pengaturan general settings selesai dilakukan, selanjutnya
muncul lembar kerja untuk penggambaran geometri model. Secara umum,
proses penggambaran geometri model melalui tahap sebagai berikut:
Gambar 2. 16 Tampilan awal general setting Metode Elemen Hingga
1.
Geometry line digunakan untuk menggambarkan model yang akan dianalisis.
2.
Boundary conditions digunakan untuk mengambarkan perilaku interaksi
struktur dan tanah.
3.
Material properties digunakan mendefinisikan parameter-parameter tanah
dan struktur yang telah ditentukan sebelumnya.
38
Universitas Sumatera Utara
4.
Mesh generation digunakan untuk menentukan tingkat kehalusan jaringjaring elemen hingga (mesh). Jika menghendaki perhitungan yang semakin
akurat, maka tingkat kehalusan mesh dibuat semakin halus.
5.
Initial conditions digunakan untuk memodelkan kondisi initial effective stress
dan initial geometry configuration, pengaturan disesuaikan dengan pengaruh
air pada model.
2.5.2 Proses Perhitungan
Pada
program
Metode Elemen Hingga terdapat
perhitungan disesuaikan dengan
beberapa
tipe
kebutuhan yang paling sesuai dengan
permasalahan geoteknik yang akan dimodelkan. Ada tiga tipe perhitungan
pada Metode Elemen Hingga, yaitu perhitungan Plastic, analisis Consolidation
(pemampatan), analisis Phi–c Reduction (faktor keamanan) dan perhitungan
Dynamic.
Gambar 2. 17 Tampilan proses perhitungan
39
Universitas Sumatera Utara
2.5.3 Hasil
Hasil dari suatu perhitungan elemen hingga adalah perpindahan pada
titik-titik nodal dan tegangan pada titik-titik tegangan. Selain itu terdapat
juga fasilitas program curve yang memungkinkan untuk memploting tegangan
regangan yang terjadi pada nodal yang dikehendaki.
Gambar 2. 18 Tampilan hasil akhir penurunan
40
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TANAH
Tanah di alam terdiri dari campuran butiran-butiran mineral dengan atau
tanpa kandungan bahan organik. Butiran-butiran tersebut dapat dengan mudah
dipisahkan satu sama lain dengan kocokan air. Material ini berasal dari pelapukan
batuan, baik secara fisik maupun kimia. Sifat-sifat teknis tanah, kecuali oleh sifat
batuan induk yang merupakan material asal, juga dipengaruhi oleh unsur-unsur
luar yang menjadi penyebab terjadinya pelapukan batuan tersebut.
Istilah-istilah seperti kerikil, pasir, lanau, dan lempung digunakan dalam
Teknik Sipil untuk membedakan jenis-jenis tanah. Pada kondisi alam, tanah dapat
terdiri dari dua atau lebih campuran jenis-jenis tanah dan kadang-kadang terdapat
pula kandungan bahan organik. Material campurannya kemudian dipakai sebagai
nama tambahan di belakang material unsur utamanya. Sebagai contoh, lempung
berlanau adalah tanah lempung yang mengandung lanau dengan material
utamanya adalah lempung dan sebagainya.
Tanah terdiri dari 3 komponen, yaitu udara, air, dan bahan padat. Udara
dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat mempengaruhi
sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butiran-butiran, sebagian atau seluruhnya
dapat terisi oleh air atau udara. Bila rongga tersebut terisi air seluruhnya, tanah
dikatakan dalam kondisi jenuh. Bila rongga terisi udara dan air, tanah pada
kondisi jenuh sebagian (partially saturated). Tanah kering adalah tanah yang tidak
mengandung air sama sekali atau kadar airnya nol.
5
Universitas Sumatera Utara
2.1.1 Penyelidikan Tanah
Salah satu tahapan paling awal yang perlu dilakukan dalam perencanaan
pondasi adalah penyelidikan tanah. Uji penyelidikan tanah diperlukan untuk
mengetahui daya dukung dan karateristik tanah serta kondisi geologi, seperti
mengetahui susunan lapisan tanah/sifat tanah, mengetahui kekuatan lapisan tanah
dalam rangka penyelidikan tanah dasar untuk keperluan pondasi bangunan, jalan,
jembatan dan lain-lain, kepadatan dan daya dukung tanah serta mengetahui sifat
korosivitas tanah. Penyelidikan tanah dilakukan untuk mengetahui jenis pondasi
yang akan digunakan untuk konstruksi bangunan, selain itu dari hasil
penyelidikan tanah dapat ditentukan perlakuan terhadap tanah agar daya dukung
dapat mendukung konstruksi yang akan dibangun. Dari hasil penyelidikan tanah
ini akan dipilih alternatif atau jenis pondasi, kedalaman serta dimensi pondasi
yang paling ekonomis tetapi masih aman. Jadi penyelidikan tanah sangat penting
dan mutlak dilakukan sebelum struktur itu mulai dikerjakan. Dengan mengetahui
kondisi daya dukung tanah kita bisa merencanakan suatu struktur yang kokoh dan
tahan gempa, yang pada akhirnya akan memberi rasa kenyamanan dan keamanan
bila berada di dalam gedung. Penyelidikan tanah yang dilakukan di lapangan yaitu
Sondir (DCP), pengeboran tanah, pengujian Standard Penetration Test (SPT) dan
lain-lain. Dari sampel tanah yang diambil di lapangan untuk mengetahui sifat-sifat
dan karakteristik tanah maka dilakukan uji laboratorium.
6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 segitiga-tekstur-tanah
2.2 KONSOLIDASI
Salah satu permasalahan utama pada tanah lunak dalam suatu pekerjaan
konstruksi adalah penurunan tanah yang sangat besar. Penurunan yang besar
tersebut disebabkan oleh penurunan konsolidasi pada tanah, yang akan dijelaskan
pada bagian berikutnya.
Ketika tanah dibebani, maka sama dengan material lain, tanah akan
mengalami penurunan. Dalam ilmu Geoteknik, dikenal tiga jenis penurunan tanah.
1.
Penurunan Seketika (Immediate Settlement)
2.
Penurunan Konsolidasi/Primer (Consolidation Settlement)
3.
Penurunan Rangkak/Sekunder (Creep/Secondary Settlement)
7
Universitas Sumatera Utara
Penurunan seketika merupakan penurunan yang terjadi seketika saat beban
diberikan. Pada tanah jenuh air dan permeabilitas rendah, beban yang bekerja
diterima sepenuhnya oleh tegangan air pori. Pada tanah dengan permeabilitas
tinggi, tegangan air pori yang terjadi muncul hanya sebentar karena tegangan air
pori ini terdisipasi dengan cepat.Deformasi yang terjadi pada tanah tidak disertai
dengan perubahan volume.Perhitungan untuk penurunan seketika ini didasarkan
pada hukum elastisitas material (contoh, hukum Hooke).
Penurunan konsolidasi/Primer adalah penurunan pada tanah kohesif yang
diakibatkan terdisipasinya tegangan air berlebih di dalam tanah, dan akhirnya
menghasilkan perubahan dari segi volume.Jenis penurunan ini terjadi bersama
dengan waktu yang berlalu. Tegangan air pori berlebih di transfer menuju partikel
tanah menjadi tegangan efektif (σ’=σ-u). Saat tegangan air pori berlebih ini = 0,
penurunan konsolidasi sudah selesai dan tanah berada dalam keadaan Drained.
Penurunan sekunder merupakan penurunan yang terjadi setelah penurunan
konsolidasi.Penurunan ini terjadi seiring dengan waktu berlalu dan biasanya
terjadi sangat lama setelah beban mulai bekerja,di mana partikel tanah mengalami
creep. Penurunan ini terjadi saat semua tegangan air pori berlebih di dalma tanah
telah terdisipasi dam saat tegangan efektif yang terjadi berada dalam keadaan
konstan.
Dengan demikian, penurunan total dari suatu tanah yang dibebani adalah:
2.1
= Penurunan Total
(cm)
8
Universitas Sumatera Utara
= Penurunan Seketika (Immediate Settlement)
(cm)
= Penurunan Konsolidasi (Consolidation Settlement)
(cm)
= Penurunan Sekunder (Secondary Settlement)
(cm)
Dengan kata lain, Penurunan Sekunder terjadi ketika Penurunan Konsolidasi
selesai, yaitu pada saat tegangan air pori berlebih, U, sama dengan nol.
Si
Sc
Si
Ss
Si
Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara penurunan dengan waktu
Sumber: Gouw, 2010
Terlihat bahwa penurunan tanah sebagian besar terjadi pada saat penurunan
konsolidasi.Dan pada fase ini pula, tanah mengalami peningkatan kekuatan dan
stabilitas.Ada dua jenis penurunan konsolidasi, yaitu konsolidasi normal
(Normally Consolidated, NC), dan konsolidasi berlebih (Over Consolidated, OC).
Berdasarkan teori Terzaghi, tentang konsolidasi satu dimensi, penurunan
konsolidasi untuk konsolidasi normal dapat dihitung dengan persamaan berikut:
2.2
Di mana:
9
Universitas Sumatera Utara
Sc = Penurunan konsolidasi
(m)
Cc = Nilai Compression Index
(-)
e0
= Void Ratio awal
(-)
H
= Tinggi tanah terkonsolidasi
(m)
(kg/m2)
σz0 = Tegangan tanah awal
σzf = Tegangan tanah akhir, yaitu tegangan tanah awal + tegangan akibat
(kg/m2)
beban luar (σzf=σz0 + Δ σz)
Sedangkan untuk kondisi konsolidasi berlebih, penurunan dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
2.3
Di mana:
σzc
Penurunan
(kg/m2)
= Preconsolidation Pressure
juga
bisa
dihitung
dengan
menggunakan
koefisien
kompresibilitas volume (mv). Koefisien kompresibilitas volume adalah tegangan
volumetrik dalam tanah lempung per pertambahan unit dalam tekanan.
Maka, rumus penurunan konsolidasi adalah menjadi:
10
Universitas Sumatera Utara
2.4
2.2.1 Kecepatan Konsolidasi
Penurunan konsolidasi yang terjadi akibat peningkatan tegangan efektif
tanah dapat dihitung dengan persamaan di atas. Namun, perhitungan tersebut tidak
memberikan informasi apapun mengenai kecepatan proses konsolidasi. Terzaghi
(1925)
mengeluarkan
teori
pertama
untuk
memperhitungkan
kecepatan
konsolidasi satu dimensi untuk tanah lempung jenuh. Ada beberapa asumsi yang
digunakan dalam melakukan perhitungan:
1.
Campuran lempung dan air homogen
2.
Tanah jenuh sepenuhnya
3.
Air dianggap tidak dapat terkompresi
4.
Partikel tanah dianggap tidak dapat terkompresi
5.
Arah aliran air hanya satu arah, yaitu searah pembebanan.
6.
Hukum Darcy berlaku.
Persamaan untuk kecepatan konsolidasi menurut Terzaghi adalah:
2.5
Di mana:
= Waktu konsolidasi (s)
= Faktor waktu (-)
= Tinggi tanah yang terkonsolidasi (cm)
11
Universitas Sumatera Utara
= Koefisien Konsolidasi untuk Arah Vertikal (cm2/s)
Untuk nilai Faktor waktu,
, dapat digunakan grafik berikut:
Gambar 2.3 Grafik hubungan Time Factor dengan derajat konsolidasi
Sumber: Braja, 2009
2.3 GEOSINTETIK
Istilah geosintetik terdiri dari dua bagian, yaitu geo yang berhubungan
dengan tanah dan sintetik yang berarti bahan buatan manusia. Berbagai jenis
geosintetik telah digunakan di Indonesia sejak tahun 1980an. Bahan dasar
geosintetik merupakan hasil polimerisasi dari industri-industri kimia/minyak bumi
(Suryolelono, 1988) dengan sifat-sifat yang tahan terhadap senyawasenyawa
kimia, pelapukan, keausan, sinar ultra violet dan mikro organisme. Polimer utama
yang digunakan untuk pembuatan geosintetik adalah Polyester (PS), Polyamide
(PM), Polypropylene (PP) dan Polyethylene (PE). Jadi istilah geosintetik secara
umum didefinisikan sebagai bahan polimer yang diaplikasikan di tanah
(Departemen P. U., 2009).
12
Universitas Sumatera Utara
Teknologi Geosintetik telah berkembang menjadi salah satu pionir dalam
hal perkuatan tanah maupun timbunan di belakang dinding penahan. Karena
dalam prateknya, dinding penahan tanah banyak mengalami kegagalan seperti
rendahnya daya dukung tanah dasar, penurunan yang terlalu besar dalam jangka
waktu lama, kelongsoran dan gelincir serta sampai permasalahan akibat air tanah
pada timbunan di belakang dinding. Material geosintetik telah banyak digunakan
untuk mengatasi persoalan-persoalan tersebut. Salah satu kelebihannya adalah
sifatnya yang fleksibel sehingga memberikan ketahanan yang cukup terhadap
beban-beban yang ditanggungnya.
2.3.1 Klasifikasi Geosintetik
Geosintetik adalah suatu produk berbentuk lembaran yang terbuat dari
bahan polimer lentur yang digunakan dengan tanah, batuan, atau material
geoteknik lainnya sebagai bagian yang tidak terpisahkan dari suatu pekerjaan,
struktur atau sistem (ASTM D 4439).
Untuk mempermudah pemahaman tentang jenis geosintetik, Gambar 2.4
memperlihatkan
pengelompokkan
geosintetik
yang
dimulai
dengan
pengelompokkan berdasarkan bentuk fisik, sifat kelulusan air dan proses
pembuatannya, sedangkan klasifikasi tersebut diterangkan secara ringkas seperti
pada Gambar 2.5
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Contoh-contoh geosintetik
Sumber : (Geotextile Geomembrane Geogrid Center)
Gambar 2.5 Klasifikasi geosintetik
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
14
Universitas Sumatera Utara
2.3.1.1 Geosintetik Berbentuk Tekstil
Berdasarkan sifat kelulusan air (permeabilitas), geosintetik berbentuk
tekstil dapat dibagi menjadi kedap air dan lolos air. Geotekstil adalah jenis
geosintetik yang lolos air yang berasal dari bahan tekstil. Geomembran dan
Geosynthetic Clay Liner (GCL) merupakan jenis geosintetik kedap air yang biasa
digunakan sebagai penghalang zat cair. Geotekstil kemudian dikelompokkan
berdasarkan proses pembuatannya. Jenis geotekstil yang utama adalah teranyam
(woven), tak-teranyam (non-woven) dan rajutan (knitted).
a. Tak Teranyam
b. Teranyam
c. Rajutan
Gambar 2.6 Geotekstil lulus air
15
Universitas Sumatera Utara
2.3.1.2 Geosintetik Berbentuk Jaring
Geosintetik berbentuk jaring (web) yang terdiri dari geosintetik dengan
jaring rapat dan jaring terbuka. Net dan matras merupakan salah satu jenis
geosintetik berbentuk jaring rapat. Geogrid merupakan suatu contoh dari jenis
geosintetik yang berbentuk jaring (web) terbuka. Fungsi geogrid yang utama
adalah sebagai perkuatan. Geogrid dibentuk oleh suatu jaring teratur dengan
elemen-elemen tarik dan mempunyai bukaan berukuran tertentu sehingga saling
mengunci (interlock) dengan bahan pengisi di sekelilingnya. Gambar 2.7 dan
Gambar 2.8 secara berturut-turut memperlihatkan contoh geotekstil kedap air, dan
geogrid.
a. Geomembran
b. Geosynthetic Clay Liner
Gambar 2.7 Geotekstil Kedap Air
16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Geogrid
2.3.2 Fungsi Geosintetik
Geosintetik memiliki lima fungsi yaitu sabagai separator, perkuatan,
penyaring, drainase dan penahan.
1. Separator, yaitu pemisah material. Sebagai contoh, bahan ini digunakan untuk
mencegah bercampurnya lapis pondasi jalan dengan tanah dasar yang lunak
sehingga integritas dan tebal rencana struktur jalan dapat dipertahankan. Bahan
geosintetik digunakan di antara dua material tanah yang tidak sejenis untuk
mencegah terjadi.
Gambar 2.9 Separator
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
17
Universitas Sumatera Utara
2. Perkuatan, yaitu sifat tarik bahan geosintetik dimanfaatkan untuk menahan
tegangan atau deformasi pada struktur tanah. Untuk fungsi ini, geosintetik
banyak digunakan untuk perkuatan timbunan di atas tanah lunak, perkuatan
lereng dan dinding tanah yang distabilisasi secara mekanis (mechanically
stabilized earth wall, MSEW).
Gambar 2.10 Perkuatan
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
3. Penyaring (filter), yaitu bahan geosintetik digunakan untuk mengalirkan air ke
dalam sistem drainase dan mencegah terjadinya migrasi partikel tanah melalui
filter.
Gambar 2.11 Penyaring (filter)
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
18
Universitas Sumatera Utara
4.Drainase, yaitu bahan geosintetik digunakan untuk mengalirkan air dari
dalam
tanah.
Gambar 2.12 Drainase
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
5. Penahan, yaitu
bahan
geosintetik
digunakan
untuk
mencegah
perpindahan zat cair atau gas. Sebagai contoh, geomembran pada kolam
penampung limbah berfungsi untuk mencegah pencemaran limbah cair
pada tanah.
Gambar 2.13 Penahan
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
19
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Pemilihan Jenis Geosintetik
Tabel 2.1 memperlihatkan fungsi utama atau fungsi primer yang dapat
diperoleh dari setiap jenis geosintetik. Akan tetapi, pada beberapa kasus
geosintetik dapat juga memberikan fungsi sekunder atau bahkan fungsi tersier.
Sebagai contoh, geosintetik untuk perkuatan timbunan di atas tanah lunak fungsi
primernya adalah perkuatan, tetapi juga mempunyai fungsi sekunder sebagai
separator dan fungsi tersier sebagai filter.
Table 2.1 Identifikasi Fungsi Geosintetik
Sumber : (Koerner, 2005)
Pemilihan geosintetik dipengaruhi beberapa faktor seperti spesifikasi,
durabilitas, ketersediaan bahan, biaya dan konstruksi. Durabilitas dan sifat-sifat
geosintetik lainnya termasuk biaya tergantung dari jenis polimer yang digunakan
sebagai bahan mentah geosintetik. Tabel 2.2 memperlihatkan sifat umum
beberapa jenis polimer yang sering digunakan dan Tabel 2.3 memperlihatkan
nilai-nilai sifat geosintetik berdasarkan proses pembuatannya geosintetik . Kedua
tabel tersebut dapat membantu memilih jenis geosintetik.
20
Universitas Sumatera Utara
Perlu dipahami bahwa faktor lingkungan dan kondisi lapangan juga
menentukan geosintetik yang akan dipilih. Kadang-kadang, beberapa jenis
geosintetik memenuhi persyaratan yang diinginkan. Dalam kasus ini, geosintetik
harus dipilih berdasarkan nilai ekonomis (rasio biaya-manfaat), termasuk
pengalaman lapangan. Sifat-sifat geosintetik dapat berubah seperti akibat penuaan
(ageing), kerusakan mekanis (terutama saat pemasangan di lapangan),
rangkak,hidrolisis atau reaksi dengan air, serangan biologi dan kimia,
paparan sinar matahari dan sebagainya.
Tabel 2.2 Nilai Umum Sifat Polimer
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
21
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Rentang Umum Sifat-sifat Geosintetik
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
Tabel 2.4 memperlihatkan sifat-sifat utama yang perlu diperhatikan
sehubungan dengan fungsi yang direncanakan. Perlu diperhatikan bahwa data
interaksi tanah dengan geosintetik diperlukan untuk perkuatan dan separator.
Data interaksi tersebut dibutuhkan suatu kasus dimana dapat terjadi perbedaan
pergerakan antara geosintetik dan material di sekitarnya yang
dapat
membahayakan
untuk
struktur.
Data
rangkak
tarik
juga
dibutuhkan
memberikan indikasi durabilitas geosintetik terhadap beban konstan dalam
jangka panjang jika kita menggunakan geosintetik sebagai perkuatan. Data kuat
tusuk
diperlukan untuk filter dan separator jika kondisi lapangan dapat
22
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkan tertusuknya geosintetik.
Tabel 2.4 Sifat Penting Geosintetik Sesuai Fungsinya
Sumber : (Departemen P. U., 2009)
2.3.4 Pengertian Geotekstil
Geotekstil adalah lembaran sintesis yang tipis, fleksibel, permeable yang
digunakan untuk stabilisasi dan perbaikan tanah dikaitkan dengan pekerjaan
teknik sipil. Pemanfaatan geotekstil merupakan cara modern dalam usaha untuk
perkuatan tanah lunak.
Beberapa fungsi dari geotekstil yaitu:
1. untuk perkuatan tanah lunak.
2. untuk konstruksi teknik sipil yang mempunyai umur rencana cukup lama dan
mendukung beban yang besar seperti jalan rel dan dinding penahan tanah.
23
Universitas Sumatera Utara
3. sebagai lapangan pemisah, penyaring, drainase dan sebagai lapisan pelindung.
Geotextile dapat digunakan sebagai perkuatan timbunan tanah pada kasus:
1. Timbunan tanah diatas tanah lunak
2. Timbunan diatas pondasi tiang
3. Timbunan diatas tanah yang rawan subsidence.
Dalam penggunaannya, geotekstil memiliki kelebihan dan kekurangan
tersendiri. Kenyataan tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.5 di bawah ini.
Tabel 2.5 Kelebihan dan kekurangan geotekstil
Kelebihan
Kekurangan
Kekuatan tarik tinggi,
Tidak
Aplikasi cepat dan mudah,
Memungkinkan
penggunaan
material
sekitar,
Dapat dibangun lebih tinggi dan tegak,
Tambahan PVC sebagai pelindung terhadap
ultraviolet,
Lebih murah dibandingkan beton,
Struktur fleksibel dan tahan terhadap gaya
gempa,
Tidak beresiko terhadap deformasi struktur,
Tipe elemen penutup lapisan luar dinding
penahan dapat dimodifikasi.
Biasanya perbaikan tanah dengan perkuatan
dilakukan secara horizontal artinya digelar
karena lebih mudah pelaksanaannya
ketimbang arah tegak vertikal. Perkuatan
horizontal dapat menerima beban tekan
dari permukaan atau tarik dari arah
horizontal. Sedangkan perbaikan tanah
arah vertikal lebih utama menerima beban
vertikal dari permukaannya tanpa mampu
menerima beban horizontal.
tahan
terhadap
paparan sinar matahari,
Mudah rusak, terutama
akibat
tusukan benda
tajam,
Peka
terhadap
naik
turunnya
temperatur
udara,
Mudah memuai sehingga
dapat mengurangi kuat
tarik,
Mudah
mengalami
penurunan
tingkat
kemampuan
penahan
gaya tarik, khususnya
pada geotekstil
tanpa
PVC
24
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan konstruksi perkuatan pada lahan basah pertama kali dilaporkan
dengan menggunakan steel mseh di bawah konstruksi timbunan pada daerah
pasang surut di Perancis. Perbandingan antara timbunan di atas tanah gambut di
Afrika dengan dan tanpa perkuatan dilaporkan. Dinyatakan bahwa selain woven
polypropylene fabric, tegangan tarik semua jenis geotextile yang diambil
contohnya dari pemasangan setahun sebelumnya berkurang antara 25% sampai
36% dari tegangan tarik awalnya, meskipun tidak berpengaruh banyak pada
fungsinya.
Pelaksanaan konstruksi jalan di atas lahan basah dengan perkuatan
geotextile dapat menghindarkan terjadinya keruntuhan lokal pada tanah lunak
karena rendahnya daya dukung tanah. Keuntungan pemasangan geotextile pada
pelaksanaan jalan di atas tanah lunak adalah kecepatan dalam pelaksanaan dan
biaya yang relatif lebih murah di bandingkan dengan metoda penimbunan
konvensional.
2.3.4.1 Jenis – jenis Geotextile
Jenis geotextile ada 2 ,yaitu;
1. Woven Geotextile (Anyaman)
Pengertian
geotextile
woven
adalah
salah
satu
jenis
Geotextile
teranyam.yang terbuat dari bahan dasar Polypropilene. agar mempermudah
pengaplikasiannya, Geotextile Woven seperti karung beras tapi bukan yang
terbuat dari bahan goni tetapi berwarna hitam dari bahan sintetik.
Geotextile Woven memiliki fungsi sebagai bahan stabilisasi tanah dasar
terutama tanah dasar lunak agar tanah tersebut bisa terlapisi dan tidak mudah
turun permukaannya karena dilapisi geotextile woven, karena Geotextile jenis
25
Universitas Sumatera Utara
ini mempunyai tensile strength (kuat tarik) yang lebih tinggi dibandingkan
dengan Geotextile Non Woven sekitar 2 kali lipat untuk gramasi atau berat per
m2 yang sama.
2. Non-Woven Geotextile (Nir-Anyam)
Geotextile Non Woven, adalah Filter Fabric yang jenisnya tidak teranyam,
berbentuknya seperti karpet kain. Umumnya bahan dasarnya terbuat dari
bahan polimer Polyesther atau Polypropylene.
Geotextile Non Woven digunakan sebagai :
Penyaring (Filter)
Penyaring Geotextile Non Woven bermanfaat untuk mencegah terbawanya
partikel tanah pada aliran air. Geotextile Non Woven bersifat permeable
(tembus air) oleh karena itu air dapat melewati Geotextile dan partikel tanah
dapat tersaring. Aplikasi Geotextile Non Woven biasanya digunakan sebagai
aplikasi filtrasi pada proyek drainase bawah tanah.
26
Universitas Sumatera Utara
Aplikasi Separator / Pemisah
Bahan geotextile non woven digunakan sebagai aplikasi pemisah agar
mencegah tercampurnya material yang satu dengan material yang lain. Seperti
penggunaan Geotextile pada proyek pembangunan jalan di atas tanah yang
dasarnya lunak. Pada proyek tersebut, Geotextile berguna untuk mencegah
naiknya lumpur ke sistem perkerasan, Supaya tidak terjadi pumping effect
yang akan merusak perkerasan jalan yang sudah terbentuk. Keberadaan
Geotextile dapat mempermudah proses pemadatan sistem pengerasan.
Aplikasi Stabilisator
Manfaat Geotextile biasa disebut sebagai Reinforcement / Perkuatan.
Contohnya dipakai untuk proyek timbunan tanah, penguatan lereng agar tidak
longsor dll. Fungsi tersebut masih dijadikan perdebatan dikalangan ahli
geoteknik, karena Geotextile metode kerjanya menggunakan membrane effect
yang hanya mengandalkan tensile strength (kuat tarik) sehingga kemungkinan
terjadinya penurunan pada timbunan setempat masih besar, dan geotextile
kekuatannya kurang karena bahan geotextile memiliki sifat mudah mulur bila
terkena air (terjadi reaksi hidrolisis) hal tersebut rawan untuk bahan penguatan
lereng.
Fungsi Lainnya
Fungsi Geotextile lainnya yaitu sebagai pengganti karung goni pada proses
curing beton karena dapat mencegah terjadinya retak saat proses pengeringan
beton baru.
27
Universitas Sumatera Utara
Dalam penggunaan geotekstil kita harus menetapkan perkuatan sebesar apa
yang dibutuhkan, berikut faktor-faktor yang harus diperhatikan;
1. Jenis geotekstil yang akan digunakan
2. Sifat hubungan dan regangan,hal ini diperlukan agar deformasi yang terjadi
pada konstruksi perkuatan kecil.
3. Sifat pembebanan, perkuatan di atas tanah lunak,beban timbunan yang lebih
besar akan memerlukan perkuatan dengan tensile strength yang lebih besar
pula.
4. Kondisi lingkungan, Perubahan cuaca, air laut, kondisi asam atau basa serta
Mikro organisme seperti bakteri akan mengurangi kekuatan geotextile.
5. Bahan timbunan yang akan digunakan
Beberapa keuntungan menggunakan geotekstil,diantaranya :
1. Mencegah kontaminasi agregat subbase dan base oleh tanah dasar lunak dan
mendistribusikan beban lalulintas yang efektif melalui lapisan-lapisan
timbunan.
2. Meniadakan kehilangan agregat timbunan ke dalam tanah dasar yang lunak dan
memperkecil biaya dan kebutuhan tambahan ‘lapisan agregat terbuang.
3. Mengurangi tebal galian stripping dan meminimalkan pekerjaan persiapan.
28
Universitas Sumatera Utara
4. Meningkatkan ketahanan agregat timbunan terhadap keruntuhan setempat pada
lokasi beban dengan memperkuat tanah timbunan.
5. Mengurangi penurunan dan deformasi yang tidak merata serta deformasi dari
struktur jadi.
2.3.4.2 Tegangan Tarik Pada Geotextile
Kekuatan tarik geotextile harus cukup kuat untuk menahan sobekan pada
pertemuan dengan permukaan runtuh. Dalam hal ini geotextile didesain dengan
kekuatan pada arah-arah tegangan utama. Pada dasarnya analisa terdiri dari dua
tahap, yaitu :
1. Analisa keseimbangan batas tanpa ada perkuatan.
2. Analisa keseimbangan batas dengan perkuatan
Kekuatan tarik geotextile dapat dihitung dengan rumus :
τg = (cg + σg tanδ )
2.6
τg = gaya tarik geotextile
(KN/ m2)
cg = adhesi tanah dengan geotextile
(KN/ m2)
{ Untuk tanah lunak, adhesi anatara tanah dan geotekstil (cg) dapat dianggap
sama dengan kohesi (cu) tanahnya , jadi cg = cu }
σg = daya dukung geotextile
δ = sudut geser tanah dengan geotextile
(KN/ m2)
(-)
Daya dukung geotextile dapat dihitung dengan persamaan :
σg =
2.7
29
Universitas Sumatera Utara
σg = daya dukung geotextile
(KN/ m2)
= modulus geotextile
(-)
E
{ Nilai efisien gesek dari geotekstil ke tanah (E),untuk geotekstil
E = 0,6 – 0,8}
= tekanan tarik geotextile
(KN/ m2)
a
= panjang geotextile dibagi 2
(m)
S
= penurunan di bawah beban
(m)
2.3.4.3 Metode/cara Pemasangan Geotekstil
1. Geotextile harus digelar di atas tanah dalam keadaan terhampar tanpa
gelombang atau kerutan.
2. Sambungan geotekstil tiap lembarannya dipasang overlapping terhadap
lembaran berikutnya.
3. Pada daerah pemasangan yang berbentuk kurva (misalnya tikungan jalan),
geotekstil dipasang mengikuti arah kurva.
4. Jangan membuat overlapping atau jahitan pada daerah yang searah dengan
beban roda (beban lalu-lintas).
5. Jika Geotextile dipasang untuk terkena langsung sinar matahari maka
digunakan geotekstil yang berwarna hitam.
2.3.4.4 Teknik Penjahitan untuk Geotekstil
Teknik penjahitan menjadi alternatif yang lebih praktis dan ekonomis apabila
lebar tumpang tindih geotekstil yang dibutuhkan sangat besar (1,0 m atau lebih).
Penjahitan dapat dilakukan di pabrik maupun di lapangan. Variabel-variabel
berikut perlu diperhatikan jika ingin memperoleh kualitas jahitan yang baik dan
efektif:
30
Universitas Sumatera Utara
a. Jenis benang;
Bahan dasar benang berdasarkan urutan kekuatan dan harga tertinggi adalah
polietilena, poliester, atau polipropilena.Durabilitas benang harus sesuai
dengan persyaratan proyek.
b. Tegangan benang;
Pada aplikasi di lapangan, benang sebaiknya ditegangkan dengan cukup
kencang tetapi tidak sampai merobek geotekstil.
c. Kerapatan jahitan;
Biasanya digunakan 200 jahitan sampai dengan 400 jahitan per meter untuk
jenis geotekstil ringan, dan hanya 150 jahitan sampai dengan 200 jahitan yang
diperbolehkan untuk geotekstil yang lebih berat.
d. Jenis jahitan:
1) Tipe 101, dengan rantai jahitan tali tunggal
2) Tipe 401, dengan rantai jahitan tali rangkap atau terkunci, untuk
menghindari lepasnya jahitan
Tipe 101:
Rantai jahitan dengan benang tunggal
Tipe 401:
Rantai jahitan dengan benang
rangkap atau jahitan terkunci
31
Universitas Sumatera Utara
e. Jumlah baris;
Dua baris atau lebih dan sejajar untuk meningkatkan keamanan.
f. Jenis penyambungan.
Sambungan jenis datar Tipe SS
Sambungan J Tipe SSn-2
Sambungan kupu-kupu Tipe SSd-2
Hal-hal yang perlu diperhatikan mengenai kekuatan jahitan:
a. Akibat kerusakan jarum dan konsentrasi tegangan pada jahitan, lokasi
sambungan terjahit akan lebih lemah daripada geotekstilnya;
b. Kekuatan maksimum penyambungan di lapangan yang pernah dicapai adalah
200 kN/m (berdasarkan pabrik pembuatnya) dengan menggunakan geotekstil
330 kN/m;
32
Universitas Sumatera Utara
c. Kekuatan penyambungan di lapangan akan lebih rendah daripada kekuatan
penyambungan di laboratorium atau pabrik;
d. Semua jahitan berpotensi untuk terlepas, bahkan jahitan yang terkunci
sekalipun;
e. Penjahitan harus diawasi. Untuk mempermudah pengawasan maka gunakan
benang yang berwarna kontras untuk mempermudah pengawasan.
2.4 METODE ELEMEN HINGGA
Metode elemen hingga (finite element method) adalah suatu metode
perhitungan berdasarkan konsep diskretisasi, yaitu membagi sebuah elemen
kontinyu menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Dengan cara seperti ini, sebuah
sistem yang mempunyai derajat kebebasan yang tidak terhingga dapat didekatkan
dengan sejumlah elemen yang mempunyai derajat kebebasan tertentu. Jadi dapat
dikatakan metode elemen hingga ini adalah suatu analisa pendekatan. Untuk
mendapatkan hasil yang cukup akurat, maka elemen kontinyu harus dibagi
menjadi elemen-elemen hingga yang kecil sehingga setiap elemen bias bekerja
secara simultan. Metode ini dapat digunakan untuk mengetahui deformasi ataupun
tegangan yang terjadi pada suatu elemen yang disebabkan oleh distribusi beban
atau gaya.
2.5 Program Metode Elemen Hingga
Metode Elemen Hingga adalah program analisa geoteknik, terutama untuk
analisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang mampu
melakukan analisa yang dapat mendekati perilaku sebenarnya.
33
Universitas Sumatera Utara
Metode Elemen Hingga merupakan sebuah paket program dalam dunia
teknik sipil yang dibuat berdasarkan metode elemen hingga dan telah
dikembangkan sedemikian rupa, sehingga dapat digunakan untuk melakukan
analisa deformasi, penurunan, ataupun stabilitas dalam bidang Geoteknik. Tahap
pemodelan dalam program Metode Elemen Hingga sendiri dapat dilakukan secara
grafis, sehingga memungkinkan pembuatan suatu model elemen hingga yang
cukup kompleks menjadi lebih cepat dan mudah. Sedangkan untuk semua tools
dan komponen di dalam program Metode Elemen Hingga juga sudah dibuat
sedemikian rupa sehingga dapat mendukung hasil komputasi yang mendetail.
Untuk tahap perhitungan dalam program Metode Elemen Hingga sendiri,
dilakukan secara otomatis dengan berdasarkan kepada prosedur numerik. Pada
bagian output program Metode Elemen Hingga, users dapat menampilkan datadata yang diperlukan bilamana diperlukan untuk mendesain suatu proyek.
Terdapat pula menu curve yang dapat digunakan untuk membuat kurva dengan
meninjau pada poin tertentu yang dikenal dengan nodal.
Perkembangan program Metode Elemen Hingga dimulai pada tahun 1987
di Universitas Delft (Technical University of Delft) atas inisiatif dari Departemen
Tenaga Kerja dan Pengelolaan Sumber Daya Air Belanda (Dutch Department of
Public Works and Water Management). Tujuan awal dari program Metode
Elemen Hingga adalah untuk menganalisa tanggul-tanggul yang dibangun pada
tanah lunak di dataran rendah wilayah Holland.Kemudian program Metode
Elemen Hingga dikembangkan lebih lanjut sehingga dapat menganalisa dan
menyelesaikan masalah-masalah yang lebih kompleks dalam seluruh aspek
perencanaan Geoteknik lainnya.
34
Universitas Sumatera Utara
Pada program Metode Elemen Hingga, model struktur Geoteknik dapat
dimodelkan dengan 2 cara yaitu plane strain dan axi-simetri. Model (plane strain)
biasa digunakan untuk model geometri dengan penampang melintang yang cukup
seragam, dengan kondisi tegangan dan kondisi pembebanan yang terjadi cukup
panjang dalam arah tegak lurus terhadap penampang. Perpindahan dan regangan
dalam arah tegak lurus terhadap bidang penampang diasumsikan tidak terjadi atau
bernilai nol. Walaupun diasumsikan tidak terjadi,tegangan normal pada arah tegak
lurus terhadap bidang penampang tetap diperhitungkan sepenuhnya dalam analisa.
Sedangkan untuk model axi-simetri biasa digunakan untuk struktur
Geoteknik yang berbentuk lingkaran dengan bidang penampang radial yang cukup
seragam dan kondisi pembebanan mengelilingi sumbu aksial.Untuk deformasi dan
kondisi tegangan diasumsikan tersebar rata mengelilingi arah radial.Dalam model
axi-simetri koordinat (x) menyatakan radius, sedangkan untuk koordinat (y)
menyatakan sumbu simetris dalam arah aksial.
Gambar 2.14 Perbedaan Model Plane strain dan axi simetri
Sumber: manual Metode Elemen Hingga
Elemen tanah dalam program Metode Elemen Hingga dimodelkan sebagai
elemen segitiga, dimana elemen segitiga ini dibagi menjadi dua jenis yaitu elemen
35
Universitas Sumatera Utara
segitiga dengan 6 titik nodal dan elemen segitiga dengan 15 titik nodal.Metode
yang digunakan dalam elemen segitiga dengan 6 titik nodal adalah metode
interpolasi ordo dua untuk menghitung perpindahan dan integrasi numerik dengan
mengunakan tiga titik Gauss (titik tegangan).Sedangkan untuk elemen segitiga
dengan 15 titik nodal adalah metode interpolasi dengan ordo empat dan integrasi
numerik dengan mengunakan 12 titik Gauss. Oleh sebab itu analisa elemen hingga
dalam program Metode Elemen Hingga akan memberikan hasil yang lebih akurat
dengan mengunakan segitiga dengan 15 titik nodal dibandingkan dengan analisa
dengan hanya 6 titik nodal. Akan tetapi proses perhitungan dengan 15 titik nodal
ini akan lebih lambat karena banyaknya jumlah perhitungan yang dilakukan
dibandingkan hanya dengan mengunakan 6 titik nodal.
Gambar 2.15
Perbedaan 6 titik nodal dengan 15 titik nodal (atas stress points,bawah nodes)
Sumber: manual Metode Elemen Hingga
Dalam model analisa regangan bidang (plane-strain), gaya yang
disebabkan adanya perpindahan dinyatakan dalam gaya persatuan lebar dalam
arah tegak urus penampang. Sedangkan dalam model analisa axi-simetri, gaya
36
Universitas Sumatera Utara
yang dihasilkan merupakan gaya yang bekerja pada bidang batas yang
membentuk busur lingkaran sebesar 1 radian yang saling berhadapan.
2.5.1. Proses Input Data
Pada saat program Plaxis mulai operasikan, maka tampilan jendela general
settings akan muncul untuk pengaturan awal model yang akan disusun seperti
ditunjukan oleh Gambar 2.16. tampilan general settings terdiri dari:
1.
Pada program Metode Elemen Hingga terdapat dua jenis model yaitu model
plane strain dan axisymmetry, pemilihan jenis model yang akan digunakan
disesuaikan dengan kondisi masalah geoteknik yang akan dimodelkan.
a. Plane strain merupakan jenis model yang dapat dipilih jika struktur yang
dimodelkan memiliki penampang melintang yang seragam sepanjang
tegak lurus bidang gambar, artinya perpindahan atau regangan dalam arah
tegak lurus bidang gambar diasumsikan nol (ε =0).
b. Axisymmetry merupakan jenis model yang dapat dipilih jika struktur yang
dimodelkan memiliki penampang radial atau lingkaran, artinya deformasi
dan tegangan diasumsikan sama di setiap arah radialnya.
2.
Penentuan jumlah nodal didasarkan pada tingkat kerumitan model. Analisis
elemen hingga dalam Metode Elemen Hingga menggunakan bidang
berbentuk segitiga dengan enam nodal atau lima belas nodal. Jika
menginginkan hasil yang lebih detail disarankan memilih 15 nodal, terutama
untuk kasus-kasus yang rumit. Namun, jika kasus yang dimodelkan
sederhana, maka lebih baik menggunakan nodal 6
37
Universitas Sumatera Utara
untuk meminimalkan kapasitas memori dan mempercepat proses perhitungan.
3.
Pada bagian general settings terdapat bagian dimensions, yang dapat
digunakan untuk mengatur satuan yang akan digunakan pada pemodelan.
Setelah dilakukan pengaturan general settings selesai dilakukan, selanjutnya
muncul lembar kerja untuk penggambaran geometri model. Secara umum,
proses penggambaran geometri model melalui tahap sebagai berikut:
Gambar 2. 16 Tampilan awal general setting Metode Elemen Hingga
1.
Geometry line digunakan untuk menggambarkan model yang akan dianalisis.
2.
Boundary conditions digunakan untuk mengambarkan perilaku interaksi
struktur dan tanah.
3.
Material properties digunakan mendefinisikan parameter-parameter tanah
dan struktur yang telah ditentukan sebelumnya.
38
Universitas Sumatera Utara
4.
Mesh generation digunakan untuk menentukan tingkat kehalusan jaringjaring elemen hingga (mesh). Jika menghendaki perhitungan yang semakin
akurat, maka tingkat kehalusan mesh dibuat semakin halus.
5.
Initial conditions digunakan untuk memodelkan kondisi initial effective stress
dan initial geometry configuration, pengaturan disesuaikan dengan pengaruh
air pada model.
2.5.2 Proses Perhitungan
Pada
program
Metode Elemen Hingga terdapat
perhitungan disesuaikan dengan
beberapa
tipe
kebutuhan yang paling sesuai dengan
permasalahan geoteknik yang akan dimodelkan. Ada tiga tipe perhitungan
pada Metode Elemen Hingga, yaitu perhitungan Plastic, analisis Consolidation
(pemampatan), analisis Phi–c Reduction (faktor keamanan) dan perhitungan
Dynamic.
Gambar 2. 17 Tampilan proses perhitungan
39
Universitas Sumatera Utara
2.5.3 Hasil
Hasil dari suatu perhitungan elemen hingga adalah perpindahan pada
titik-titik nodal dan tegangan pada titik-titik tegangan. Selain itu terdapat
juga fasilitas program curve yang memungkinkan untuk memploting tegangan
regangan yang terjadi pada nodal yang dikehendaki.
Gambar 2. 18 Tampilan hasil akhir penurunan
40
Universitas Sumatera Utara