ANALISIS STABILITAS LERENG MENGGUNAKAN PERKUATAN DOUBLE SHEET PILE DAN GEOGRID DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA (Studi Kasus Jalan Siantar – Parapat Km.152)
ANALISIS STABILITAS LERENG MENGGUNAKAN PERKUATAN DOUBLE SHEET PILE DAN GEOGRID DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA (Studi Kasus Jalan Siantar – Parapat Km.152)
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
ABSTRAK
Stabilitas lereng sangat erat kaitannya dengan longsor atau gerakan tanahyang merupakan proses perpindahan massa tanah secara alami dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Semakin besar sudut lereng semakin besar pula daya dorong disebabkan meningkatkan tegangan geser berbanding terbalik dengan tegangan normal berupa kekuatan penahan. Analisis stabilitas lereng mempunyai peran yang sangat penting pada perencanaan konstruksi-konstruksi sipil. Kondisi tanah asli yang tidak selalu sesuai dengan perencanaan yang diinginkan misalnya lereng yang terlalu curam diperlukan pemotongan bukit atau kondisi lain yang membutuhkan timbunan dan lain sebagainya. Sehingga diperlukan analisis stabilitas lereng yang lebih akurat agar diperoleh konstruksi lereng yang mantap (sesuai dengan syarat keamanan). Pada kasus ini kondisi Jalan Parapat KM 152 mengalami kelongsoran hingga badan jalan.
Adapun tujuan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui perbandingan nilai
safety factor (angka keamanan) dari perkuatan lereng dengan berbagai kondisi
yaitu kondisi awal sebelum perkuatan, kondisi pada pengerjaan di lapangan yaitu perkuatan dengan menggunakan double sheet pile dan geogrid, kondisi dengan perkuatan alternatif I dengan menggunakan single sheet pile, geogrid dan
conterweight , dan kondisi dengan perkuatan alternatif II dengan menggunakan
double sheet pile geogrid dan conterweight. Keempat kondisi ini dibandingkan dengan menggunakan Metode Elemen Hingga (Plaxis 8.2).
Dari hasil perhitungan didapatkan nilai safety factor pada kondisi awal adalah sebesar 0,78. Nilai safety factor pada perkuatan dengan menggunakan
double sheet pile dan geogrid adalah sebesar 1,09. Nilai safety factor dengan
menggunakan single sheet pile, geogrid dan conterweight adalah sebesar 1,23.Nilai safety factor dengan menggunakan double sheet pile, geogrid dan
conterweight adalah sebesar 1,43. Perhitungan safety factor teraman adalah
dengan penambahan beban conterweight dibelakang sheet pile sehingga didapatkan kelongsoran yang kecil.
Kata Kunci : stabilitas lereng, safety factor, double sheet pile, geogrid,
conterweight, metode elemen hingga
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Pengasih, yang telah memberikan berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang merupakan syarat utama yang harus dipenuhi untuk memperoleh gelar sarjana Teknik dari Universitas Sumatera Utara dengan judul ”Analisis
Stabilitas Lereng Menggunakan Perkuatan Double Sheetpile dan Geogrid
dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga (studi kasus : Ruas Jalan
Siantar – Parapat KM 152)”Penulis menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak baik moril maupun materil.
Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang setulusnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto MSCE, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., selaku dosen pembanding dan penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada penulis selama menempuh masa studi di kampus tercinta ini.
6. Kedua Orang Tua saya tercinta, A. Simarmata dan M. Sinambela, yang selalu memberi dukungan dan kasih sayangnya serta doa yang selalu menyertai penulis. Buat kakak dan adik yang saya sayangi Dr. Evita Goretti Simarmata, Sesilia Gloria Simarmata,ST., dan Gita Angela Simarmata, saya ucapkan terima kasih kepada kalian atas dorongan dan doanya.
7. Semua teman-teman stambuk 2008, yang selalu menemani disaat susah dan senang khususnya ipar Andry Gunawan L. Gaol, pahoppu Yusry Marihot Siagian, pal David Pramono Silalahi, parna Dhoni Dalimunthe, lae Saur Purba, Lae Danny Siagian, Dewi, Ardi. Dan juga teman - teman yang yang lain yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Terima kasih.
8. Abang abang stambuk 2005 yang tiada hentinya memperhatikan dan memberikan motivasi, bg Ganda, bg Tonggo, bg Berlin, bg Gea, bg Ronal, bg Christian, bg Ucok, bg Kengkeng dan abang abang lainnya. Terima kasih bg.
9. Teman teman SMA saya khususnya Tejokers, Rudolfo, Bastian, Igor, Puji, Albert, Andi, Voky.
10. Adik-adik saya Maestoso Colia, Tam Saka, Ari Pinem, Ambon, Defrin, Ilham, Triboy, Mien, Mudek, Sormin, Jeriko, Piter terima kasih atas bantuan dan dukungan yang telah kalian berikan.
11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, dikarenakan keterbatasan pengetahuan dan kemampuan dari penulis, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran agar penulis dapat meningkatkan kemampuan menulis pada masa akan datang.
Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan sumbangan pengetahuan bagi yang membacanya.
Medan, Juli 2014
Aran Gregorius Simarmata
08 0404 095
DAFTAR ISI
Abstrak .................................................................................................................................. i Kata Pengantar ...................................................................................................................... ii Daftar Isi ............................................................................................................................... v Daftar Gambar ....................................................................................................................... ix Daftar Tabel .......................................................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1
1.1 Umum ............................................................................................................. 1
1.2 Tujuan ............................................................................................................ 2
1.3 Pembatasan Masalah ...................................................................................... 3
1.4 Sistematika Penulisan .................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 5
2.1 Tinjauan Umum .............................................................................................. 5
2.2 Parameter Tanah ............................................................................................ 5
2.2.1 Klasifikasi Tanah dari Data Sondir ...................................................... 7
2.2.2 BeratIsi…………………………………………………… ................. 9
2.2.3 ModulusYoung……………………………………………… ............. 9
2.2.4 Poisson Ratio ....................................................................................... 12
2.2.5 Sudut Geser Dalam .............................................................................. 12
2.2.6 Kohesi .................................................................................................. 13
2.3 Kekuatan Geser Tanah ……………………………………… ...................... 13
2.4 Kriteria Umum Tanah Timbunan ……………………………… .................. 14
2.5 Pemadatan Tanah Timbunan …………………………………… ................. 16
2.6 Tekanan Tanah Lateral ………………………………………… .................. 16
2.6.1 Tekanan Tanah dalam Keadaan Diam (At-Rest) ................................. 16
2.6.2 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif menurut Rankine ............................... 18
2.6.2.1 Kondisi Aktif ............................................................................ 19
2.6.2.2 Kondisi Pasif ............................................................................. 20
2.7 Stabilitas Lereng ............................................................................................ 21
2.7.1 Upaya Stabilisasi Lereng...................................................................... 22
2.7.2 Klasifikasi Tanah Longsor .................................................................. 24
2.7.3 Perhitungan Faktor Keamanan Lereng................................................ 25
2.8 Faktor Penyebab Kelongsoran ....................................................................... 28
2.8.1 Pengaruh Geologi ................................................................................ 28
2.8.2 Pengaruh Topografi ............................................................................. 29
2.8.3 Pengaruh Proses Cuaca ........................................................................ 30
2.8.4 Pengaruh Air dalam Tanah ................................................................... 30
2.9 Turap (Sheet pile) ........................................................................................... 32
2.9.1 Tipe-tipe Turap............................................................................ 33
2.9.1.1 Turap Kayu ..................................................................... 33
2.9.1.2 Turap Beton .................................................................... 34
2.9.1.3 Turap Baja ...................................................................... 34
2.9.2 Pengertian Angka Keamanan (Safety Factor) dan Perlunya Perancangan Dinding Turap…………… ......................... 37
2.9.3 Tipe-tipe Dinding Turap ............................................................. 39
2.9.3.1 Dinding Turap Kantilever ............................................... 39
2.9.3.2 Dinding Turap Diangker ................................................. 40
2.9.3.3 Dinding Turap dengan Landasan (Plafform) .................. 41
2.9.3.4 Bendungan Elak Seluler ................................................. 42
2.10 Geogrid ......................................................................................................... 42
2.10.1 Jenis Geogrid ...................................................................................... 43
2.10.1.1 Geogrid Uni-Axial ................................................................. 43
2.10.1.2 Geogrid Bi-Axial ................................................................. 44
2.10.1.3 Geogrid Triax ...................................................................... 45
2.10.2 Keuntungan dari Penggunaan Geogrid .............................................. 46
2.10.3 Kekurangan Pemakaian Geogrid ........................................................ 47
2.10.4 Metode / Cara Pemasangan Geotekstil .............................................. 47
2.11
48 Plaxis…………………………………………………………….
2.11.1 Metode Elemen Hingga .................................................................... 48
2.11.1.1 Elemen untuk Analisa Dua Dimensi…………… .............. 49
2.11.1.2 Interpolasi Displacement…………. ………… .................. 50
2.11.1.3 Regangan…………………………..……… ...................... 51
2.11.1.4 Matrix Kekakuan Elemen……………………… ............... 51
3.6 Metode Analisis .............................................................................................. 75
96
4.3 Analisis dengan Perkuatan Alternatif I (Kondisi III) …….........
89
4.2 Kondisi Lereng dengan Pengerjaan di Lapangan (Kondisi II)….....
4.1 Kondisi Awal Lereng (Kondisi I) ................................................................... 85
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ........................................................................ 85
3.8 Denah Lokasi dan Potongan Melintang Pemasangan Proyek ........................ 84
3.7 Metode Perencanaan Menggunakan Metode Elemen Hingga ........................ 76
3.5 Data Teknis Geogrid, Sheet Pile .................................................................... 75
2.11.1.5 Matrix Kekakuan Global…………..………… .................. 52 2.11.1.6 Analisa Elastis Dua Dimensi…………………......
3.4 Data Sekunder ................................................................................................ 73
3.3 Data Primer ..................................................................................................... 69
3.2 Data Umum .................................................................................................... 68
3.1 Umum ............................................................................................................. 68
BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................................... 68
2.11.4 Output ............................................................................................... 67
2.11.3 Calculation ................................................................................ 64
2.11.2 Input ................................................................................................. 53
53
4.4 Analisis dengan Perkuatan Alternatif II (Kondisi IV)................... ................. 104
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ ............ 111
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 111
5.2 Saran ............................................................................................................... 112 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Hal2.14 Geogrid Bi-Axial
2.11 Bendungan elak selular
42
2.12 Jenis-jenis geosintetik
43
2.13 Geogrid Uni-Axial
44
45
2.10 Dinding turap dengan landasan yang didukung tiang-tiang
2.15 Geogrid Triax
46
2.16 Contoh jaring-jaring dari elemen hingga
49
2.17 Elemen-elemen triangular dan lagrange
49
2.18 Elemen dan six-noded triangular
41
40
2.1 Hubungan antar fase tanah
28
6
2.2 Distribusi tekanan tanah dalam keadaan diam (at rest) pada Dinding penahan
18
2.3 Grafik hubungan pergerakan dinding penahan dan tekanan tanah
19
2.4 Grafik hubungan antara angka stabilitas dengan sudut kemiringan lereng
2.5 Turap kayu
2.9 Dinding turap diangker
33
2.6 Turap beton
33
2.7 Variasi turap baja
35
2.8 Dinding turap kantilever
39
50
2.19 Analisa tegangan bidang
4.2 Tahapan perhitungan dengan Plaxis 2D
67
3.1 Peta lokasi proyek
74
3.2 Bagan alir penelitian
83
3.3 Potongan melintang pemasangan geogrid dan sheet pile
84 4.1 Model penampang asli lereng.
86
87
66
4.3 Kondisi displacement asli lereng
87
4.4 Perhitungan safety factor asli lereng
88
4.5 Potongan melintang tipikal perkuatan standar
89
4.6 Tahapan perhitungan dengan Plaxis 2D
92
4.7 Kondisi displacement dengan perkuatan standar
2.31 Titik yang ditinjau
2.30 Tahap perhitungan
53
2.24 Tab sheet parameters
2.20 Dialog box create/open project
54
2.21 Tab sheet project dari windows general setting
54
2.22 Tab sheet dimensions dari windows general setting
56
2.23 Tab sheet general dari windows soil and interfaces data sets
58
60
64
2.25 Tab shee interfaces
60
2.26 Tampilan setelah geometry model, standard fixities dan material setting
61
2.27 Bentuk mesh dari potongan melintang model
62
2.28 harga KO-procedure
63
2.29 Effective stress
92
4.8 Kondisi strain pada lereng dengan perkuatan standar
4.17 Perhitungan Plaxis 2D 100
4.30 Displacement pada sheetpile 1 dan 2 109
4.29 Shear strains 108
4.28 Total displacement 107
4.27 Perhitungan plaxis 2D 107
4.26 Effective stresses 106
4.25 Kondisi air tanah model 106
4.24 Pembentukan mesh 105
4.23 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif 105
4.22 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif 104
4.21 Safety factor perkuatan alternative 103
4.20 Displacement pada sheet pile 102
4.19 Shear strains 101
4.18 Total Displacement 101
4.16 Effective stresses 100
93
99
4.15 Kondisi air tanah model
99
4.14 Pembentukan mesh
98
4.13 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif
97
4.12 Data parameter tanah counterweight
96
4.11 Potongan melintang tipikal perkuatan alternatif
95
4.10 Safety factor dengan perkuatan standar
94
4.9 Displacement pada sheet pile 1 dan 2
4.31 Safety factor perkuatan alternatif 110
DAFTAR TABEL
No. Judul Hal11
3.4 Data sheet pile yang dipakai
71
3.3 Parameter Geogrid
70
3.2 Data geogrid yang dipakai
70
3.1 Data Tanah
26
2.11 Nilai faktor keamanan untuk perencanaan lereng (Sosrodarsono, 2003)
13
2.10 Hubungan antara sudut geser dalam dengan jenis tanah
12
2.9 Nilai perkiraan angka poisson tanah (Bowles, 1997)
2.8 Nilai perkiraan modulus elastisitas tanah (Bowles, 1997)
2.1 Korelasi berbagai jenis parameter tanah
10
2.7 Korelasi berat jenis tanah jenuh ( γ sat ) untuk tanah non kohesif
2.6 Korelasi berat jenis tanah ( γ) untuk tanah non kohesif dan kohesif 10
9
untuk tanah kohesif
γ sat )
2.5 Korelasi empiris antara nilai N-SPT dengan unconfined compressive strength dengan berat jenis tanah jenuh (
9
2.4 Hubungan antara kepadatan, relative density, nilai N, qc, dan ø (Mayerhof,1965)
8
2.3 Hubungan antara konsistensi dengan nilai tekanan konus pada sondir
8
2.2 Klasifikasi tanah dari data sondir
7
71
3.5 Parameter sheet pile
72
4.1 Klasifikasi jenis tanah
86
4.2 Data parameter sheet pile
90
4.3 Data parameter Geogrid dan Geotextile
91
5.1 Nilai safety factor pada berbagai kondisi 111