Analisis Konsolidasi Pada Tanah Lunak Dengan Metode Preloading dan Metode Kombinasi Preloading dan Pre-Fabricated Vertical Drain Pada Proyek Karimun Regency.

(1)

ANALISIS KONSOLIDASI PADA TANAH LUNAK

DENGAN METODE PRELOADING DAN METODE

KOMBINASI PRELOADING DAN PRE-FABRICATED

VERTICAL DRAIN PADA PROYEK KARIMUN

REGENCY

Denny Nugraha NRP : 1021058

Pembimbing : Ir. Asriwiyanti Desiani, MT.

ABSTRAK

Kebutuhan lahan untuk pembangunan terus bertambah, pembangunan baru terpaksa harus dilakukan di atas tanah yang kurang memenuhi syarat, yaitu antara lain di atas tanah lunak. Tanah ini pada umumnya mempunyai daya dukung yang rendah, memiliki sifat kompresible tinggi dan permeabilitas yang sangat rendah. Karena memiliki sifat-sifat tersebut, tanah ini cenderung memiliki potensi penurunan konsolidasi yang besar dan dalam waktu yang cukup lama.

Tujuan dari studi ini adalah untuk menganalisis penurunan dan waktu konsolidasi tanah lunak pada Proyek Karimun Regency. Metode preloading dan kombinasi antara metode preloading dengan instalasi pre-fabricated vertical drains (PVD) merupakan salah satu metode untuk mempercepat proses konsolidasi. Kombinasi pada metode ini dilakukan dengan cara memberikan beban awal berupa timbunan (preloading) pada tanah lunak yang telah diberi sistem drainase vertikal berupa PVD. Analisis penurunan dan waktu konsolidasi dilakukan dengan bantuan perangkat lunak Plaxis.

Dari hasil analisis yang telah dilakukan, dengan metode preloading saja didapatkan penurunan tanah yang terjadi sebesar 1,2 m dengan waktu penurunan 14830 hari (40,63 tahun). Dengan metode kombinasi antara metode preloading

dengan instalasi pre-fabricated vertical drains (PVD) didapatkan waktu penurunan 3348 hari (9,172 tahun) untuk spasi PVD 1,5 m, dan 2927 hari (8,019 tahun) untuk spasi PVD 1 m. Berdasarkan hasil analisis, maka dapat disimpulkan bahwa tanah yang ditinjau tidak memungkinkan untuk didirikan konstruksi di atasnya.

(2)

CONSOLIDATION ANALYSIS OF SOFT SOIL USING

PRELOADING METHOD AND PRELOADING WITH

PRE-FABRICATED VERTICAL DRAIN COMBINATION

METHOD IN KARIMUN REGENCY PROJECT

Denny Nugraha NRP : 1021058

Adviser : Ir. Asriwiyanti Desiani, MT.

ABSTRACT

The land needs for development keeps increasing, the new development will have to be done over the less qualified land, among others, built on soft soil.. This soil generally has low bearing capacity, large compressibility, and low permeability. Because of these characteristics, the soil tends to experience a large value of settlement and takes a long time process.

The purpose of the study is to analyze settlement and time of consolidation of soft soil inthe project of Karimun Regency. Preloading method and preloading with pre-fabricated vertical drains (PVD) combination method is an improvement method to exceed the soil consolidation process. The combination of this method is applied by providing the initial load in the form of preloading into the soft soil that has been given the vertical drains system in the form of PVD. The settlement and time of consolidation analysis is implemented through software (Plaxis).

According to the analysis results, with only preloading produce 1,2 m of settlement and it takes time for 14830 days (40,63 years). Combination preloading with pre-fabricated vertical drains (PVD) spaced 1,5 m for 3348 days (9,172

years), and spaced 1 m for 2927 days (8,019 years). Based on the analysis results above, it can be concluded that the under review soil is not allowed to be built by any kind of constructions.

(3)

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... iii

PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN ... iv

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... v

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

ABSTRAK ... ix

ABSTRACT ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR NOTASI ... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penulisan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Sistematika Penulisan ... 3

1.5 Lisensi Perangkat Lunak ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah Lempung Lunak ... 5

2.2 Konsolidasi...6

2.2.1 Koefisien Konsolidasi Vertical (Cv) ... 7

2.2.2 Derajat konsolidasi ... 7

2.2.3 Waktu Konsolidasi ... 8

2.3 Penurunan (Settlement) ... 8

2.3.1 Penurunan Seketika (Immediately Settlement) ... 9

2.3.2 Penurunan Konsolidasi (Consolidation Settlement) ... 9

2.4 Preloading (beban awal) ... 12

2.5 Parameter Tanah... 14

2.5.1 Koefisien Permeabilitas (kx dan ky) ... 15

2.5.2 Modulus Young (E) ... 15

2.5.3 Kohesi (C) ... 16

2.5.4 Sudut Geser Dalam () ... 16

2.5.5 Angka Poison (µ) ... 16

2.6 Drainasi Vertikal ... 17

2.7 Prefabricated Vertical Drains ... 18

2.8 Perangkat Lunak Plaxis... 21

2.7.1 Sifat – Sifat Material ... 23

2.7.2 Penyusunan Jaring Elemen ... 26

(4)

xii

BAB III RENCANA PVD DAN CARA PENGGUNAAN PERANGKAT LUNAK PLAXIS

3.1 Data Geoteknik... 30

3.1.1 Pekerjaan Bor ... 30

3.1.2 Pekerjaan Undisturbed Sampling (UDS) ... 30

3.1.3 Pekerjaan Standard Penetration Test (SPT) ... 30

3.1.4 Hasil Penyelidikan Geoteknik ... 31

3.2 Perencanaan PVD... 33

3.2.1 Mencari Tinggi Inisial Timbunan dan Sc Perencanaan ... 33

3.2.2 PVD Rencana ... 38

3.3 Perangkat Lunak Plaxis... 39

3.3.1 Input ... 39

3.3.2 Output ... 48

BAB IV ANALISIS DENGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK 4.1 Parameter Design ... 50

4.2 Analisis Penurunan Tanah Dengan Preloading Tanpa PVD ... 52

4.3 Analisis Penurunan Tanah Dengan Kombinasi Preloading dan PVD... 62

BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ... 75

5.2 Saran ... 76

DAFTAR PUSTAKA ... 77

(5)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Peta Penyebaran Tanah Lunak di Indonesia ...1

Gambar 2.1 Grafik waktu – pemampatan selama konsolidasi untuk penimbunan beban...11

Gambar 2.2 Lapisan Tanah Sebelum dan Sesudah Diberi Drainasi Vertikal ...17

Gambar 2.3 Prefabricated Vertical Drains ...19

Gambar 2.4 Prosedur instalasi PVD ...20

Gambar 3.1 Diagram tegangan tanah akibat timbunan ...34

Gambar 3.2 Grafik Hubungan Antara Hfinal dengan Hinisial ...37

Gambar 3.3 Grafik Hubungan Antara Hfinal dengan Sc ...38

Gambar 3.4 Kotak Dialog Quick select ...39

Gambar 3.5 Project Properties ...40

Gambar 3.6 Project Properties - Model ...41

Gambar 3.7 Pemodelan Layer ...41

Gambar 3.8 Standar Fixities ...42

Gambar 3.9 Material Data Sets ...43

Gambar 3.10 Material Sets - General (Mohr-Coloumb) ...43

Gambar 3.11 Material Sets - Parameters (Mohr-Coloumb) ...44

Gambar 3.12 Memasukkan jenis tanah pada layer ...45

Gambar 3.13 Generate Mesh...45

Gambar 3.14 View generate mesh ...46

Gambar 3.15 Calculate process ...46

Gambar 3.16 Generate Water Pressure ...47

Gambar 3.17 ViewGenerate Water Pressure ...47

Gambar 3.18 Faktor Keamanan...48

Gambar 3.19 Jaring Elemen Terdeformasi...49

Gambar 4.1 Pemodelan sebelum diberi PVD dengan tinggi timbunan preloading 9 m ...52

Gambar 4.2 Phase 1 - General Calculation ...53

Gambar 4.3 Phase 1 - Parameters Calculation ...53

Gambar 4.4 Phase 2 - General Calculation ...54

Gambar 4.5 Phase 2– Parameters calculation ...55

Gambar 4.6 Phase 3 - General Calculation ...55

Gambar 4.7 Phase 3– Parameters calculation ...56

Gambar 4.8 Hasil Calculation ...57

Gambar 4.9 Multipliers calculation ...57

Gambar 4.10 Pemodelan sebelum diberi PVD dengan tinggi timbunan preloading 6 m ...58

Gambar 4.11 Hasil Calculation ...59

Gambar 4.12 Penurunan tanah total tanpa PVD dengan tinggi timbunan preloading 6 m ...59

Gambar 4.13 Penurunan tanah total tanpa PVD dengan tinggi timbunan preloading 6 m ...60

(6)

xiv

Gambar 4.15 Waktu penurunan tanah total akibat beban timbunan preloading

setinggi 6 m ...61

Gambar 4.16 Nilai Σ-Msf ...61

Gambar 4.17 Pemodelan kombinasi preloading dan PVD spasi 1,5 m ...62

Gambar 4.18 Phase 1 - General Calculation ...63

Gambar 4.19 Phase 1 - Parameters Calculation ...64

Gambar 4.20 Geometry configuration...64

Gambar 4.21 Water pressures ...64

Gambar 4.22 Phase 2 - General Calculation ... 65

Gambar 4.23 Phase 2– Parameters calculation ... 66

Gambar 4.24 Phase 3 - General Calculation ... 66

Gambar 4.25 Phase 3– Parameters calculation ... 67

Gambar 4.26 Hasil Calculation ...67

Gambar 4.27 Penurunan tanah total dengan PVD spasi 1,5 m dan tinggi timbunan 6 m ... 68

Gambar 4.28 Penurunan tanah total dengan PVD spasi 1,5 m dan tinggi timbunan 6 m ... 68

Gambar 4.29 Arah keruntuhan yang terjadi ...69

Gambar 4.30 Waktu penurunan tanah total akibat beban preloading setinggi 6 m dikombinasikan dengan PVD dengan jarak 1,5 m ...69

Gambar 4.31 Nilai Σ-Msf ...70

Gambar 4.32 Hasil Calculation ...71

Gambar 4.33 Penurunan tanah total dengan PVD spasi 1 m dan tinggi timbunan 6 m ...71

Gambar 4.34 Penurunan tanah total dengan PVD spasi 1 m dan tinggi timbunan 6 m ...72

Gambar 4.35 Arah keruntuhan yang terjadi ...72

Gambar 4.36 Waktu penurunan tanah total akibat beban preloading setinggi 6 m dikombinasikan dengan PVD dengan jarak 1 m ...73

Gambar 4.37 Nilai Σ-Msf ...73

Gambar 4.38 Rekapitulasi Perhitungan Waktu penurunan dengan Metode Preloading dan Metode Kombinasi Preloading dan PVD ...74

(7)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Harga-harga koefisien rembesan ...15 Tabel 2.2 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah ...15 Tabel 2.3 Nilai Perkiraan Angka Poison (µ) ...17 Tabel 3.1 Hubungan Nilai N – SPT dengan Konsistensi dan Kepadatan Tanah ....31 Tabel 3.2 Rekapitulasi Hasil Pengujian pada Titik B1 ...31 Tabel 3.3 Jenis Tanah Tiap Lapisan ...32 Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Hfinal dengan Ketinggian Timbunan yang Bervarisi ..37

Tabel 4.1 Parameter Tanah...51 Tabel 4.2 Rekapitulasi Analisis Penurunan Tanah ... 74

(8)

xvi

DAFTAR NOTASI

qc Tahanan Konus

Cv Koefisien Konsolidasi Vertical

Tv faktor waktu, tergantung dari derajat konsolidasi

Hdr Jarak drainasi

U Derajat konsolidasi

t Waktu Konsolidasi

Sc Penurunan / Settlement

Cc Indeks pemampatan

Cs Indeks pemuaian

e0 Angka pori

γ’ Gamma efektif

Po’ Tegangan overburden

Pc’ Tegangan pra konsolidasi

∆P Tambahan tegangan

qo Beban timbunan

C Kohesi

E Modulus Young

FK Faktor Keamanan

kx Koefisien permeabilitas arah horizontal ky Koefisien permeabilitas arah vertical

 Sudut Geser Dalam

µ Angka Poison

Msf Multiplier safety factor

γ Berat volume tanah

γdry Berat volume tanah kering

(9)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 PERHITUNGAN SETTLEMENT

LAMPIRAN 2 DATA HASIL LABORATORIUM (B-1) DAN BORING LOG (B1)

(10)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Kebutuhan lahan untuk pembangunan terus bertambah, pembangunan baru terpaksa harus dilakukan di atas tanah yang kurang memenuhi syarat, yaitu antara lain di atas tanah lunak. Indonesia merupakan daerah yang memiliki tanah lunak yang cukup besar. Tanah jenis ini umumnya dapat ditemui di wilayah Sumatera, Kalimantan, dan Irian Jaya. Ketebalan tanah lunak pada ketiga wilayah di atas dapat mencapai lebih dari 30 m. Selain ketiga wilayah yang telah disebutkan di atas, tanah lunak juga tersebar di kawasan Indonesia lainnya walaupun dalam jumlah yang relatif lebih sedikit. Adapun peta penyebaran tanah lunak di Indonesia dapat dilihat pada Gambar 1.1 dibawah ini.

Gambar 1.1 Peta Penyebaran Tanah Lunak di Indonesia

(Sumber: Panduan Geoteknik 1, Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah)

Jenis tanah ini merupakan jenis tanah yang memiliki sifat kurang menguntungkan secara teknis untuk mendukung suatu pekerjaan konstruksi karena plastisitasnya dan kembang susut yang tinggi serta daya dukung yang rendah. Tanah jenis ini juga memiliki kandungan air yang tinggi dan sulit terdrainasi karena sifat permeabilitas tanahnya yang relatif rendah serta kompresibilitas yang besar yang menyebabkan tanah ini mengalami penurunan

(11)

2 Universitas Kristen Maranatha yang besar dan dalam waktu yang sangat lama. Hal tersebut sering menjadi kendala dalam pelaksanaan suatu pekerjaan konstruksi sehingga banyak kasus kegagalan bangunan atau kegagalan konstruksi yang terjadi saat pembangunan konstruksi di atas tanah lunak.

Salah satu metode untuk menanggulangi penurunan yang besar dan waktu penurunan yang lama adalah dengan menggunakan sistem Preloading yang dikombinasikan dengan penggunaan pre-fabricated vertical drain. Preloading

atau pemberian beban awal dilakukan dengan cara memberikan beban berupa timbunan sehingga menyebabkan tanah lempung akan termampatkan sebelum bangunan didirikan. Pre-fabricated vertical drain adalah sistem drainase buatan yang dipasang secara vertikal di dalam lapisan tanah lunak. Sistem drainase vertikal ini memiliki bentuk berupa sabuk berpenampang persegi panjang yang terdiri dari bagian luar berupa penyaring yang terbuat dari bahan geotekstil atau bahan sintetis.

Kombinasi dari sistem ini bertujuan untuk mempersingkat waktu perbaikan lapisan tanah lempung yang cukup tebal karena dengan penggunaan

pre-fabricated vertical drain akan menyebabkan terjadinya aliran air pori arah radial/horisontal selain aliran arah vertikal yang menyebabkan air pori dapat dikeluarkan dengan lebih cepat.

Berdasarkan hal tersebut di atas, maka untuk Tugas Akhir ini akan menganalisis mengenai besarnya penurunan dan lamanya waktu yang diperlukan pada proses konsolidasi tanah lunak dengan metode preloading dan metode kombinasi preloading dengan pre-fabricated vertical drain (PVD) pada tanah lunak di kawasan Karimun Regency, Pulau Karimun anak, kepulauan Riau.

1.2Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk memperoleh besar penurunan tanah dan lamanya waktu yang diperlukan tanah lunak akibat penggunaan beban preloading dan penggunaan kombinasi antara beban

(12)

3 Universitas Kristen Maranatha 1.3Batasan Masalah

Adapun pembatasan masalah dalam penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Data tanah yang akan digunakan adalah data hasil pengujian tanah di

kawasan Karimun Regency, Pulau Karimun anak, kepulauan Riau yaitu berupa data hasil Bor Log dan pengujian di laboratorium pada titik B1. 2. Analisis besarnya penurunan dan lamanya waktu yang diperlukan pada

proses konsolidasi dengan menggunakan beban preloading dan dengan kombinasi preloading dan pre-fabricated vertical drain (PVD) yang dihitung menggunakan perangkat lunak Plaxis.

3. Perhitungan besarnya penurunan tanah yang menggunakan PVD dimodelkan dengan mengasumsikan kondisi Plane strain.

4. Pemodelan material yang digunakan pada saat perhitungan dengan program Plaxis adalah model Mohr Coulomb.

5. Pemodelan pre-fabricated vertical drain (PVD) yang digunakan pada saat perhitungan dengan program Plaxis menggunakan elemen drain.

1.4.Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari 5 (lima) bab, dengan beberapa sub bab di dalamnya. Secara garis besar, sistematika isi dari tiap bab adalah sebagai berikut:

Pada Bab 1 Pendahuluan membahas latar belakang permasalahan, tujuan penulisan, pembatasan masalah, sistematika penulisan serta lisensi perangkat lunak.

Pada Bab 2 Tinjauan pustaka berisi gambaran tentang tanah lempung lunak, pengertian konsolidasi tanah, penurunan tanah (settlement), preloading, parameter tanah, drainasi vertikal (vertical drain), PVD (Prefabricated Vertical Drain), dan perangkat lunak Plaxis.

Pada Bab 3 Rencana PVD dan Cara Penggunaan Perangkat Lunak Plaxis berisi tentang data geoteknik, rencana PVD yang akan dipakai dalam analisis, dan langkah-langkah penggunaan program Plaxis dalam kasus permasalahan tanah lunak.

(13)

4 Universitas Kristen Maranatha Pada Bab 4 Analisis data dengan menggunakan perangkat lunak berisi tentang parameter design yang dipakai dan analisis penurunan tanah lunak dengan

preloading dan kombinasi preloading dan PVD menggunakan perangkat lunak. Pada Bab 5 Simpulan dan saran berisi penutup dari penulisan Tugas Akhir yang berupa kesimpulan dan saran mengenai analisis yang telah dilakukan pada Tugas Akhir ini.

1.5Lisensi Perangkat Lunak

Program yang digunakan Plaxis 2D (versi 2010), dengan sifat lisensi akademik, atas nama Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Maranatha.

(14)

75 Universitas Kristen Maranatha

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1Simpulan

Analisis penurunan tanah lunak dilakukan dengan menggunakan metode

preloading dan metode kombinasi antara preloading dengan Prefabricated Vertical Drains (PVD).

Hasil analisis dengan menggunakan perangkat lunak Plaxis versi 2010

adalah sebagai berikut :

1. Dengan metode preloading, didapat penurunan tanah yang terjadi sebesar 1,186 meter dengan waktu penurunan 14830 hari ( 40,63 tahun ).

2. Dengan analisis dengan menggunakan metode preloading yang dikombinasikan dengan prefabricated vertical drains (PVD) diperoleh besar penurunan yang hampir sama seperti menggunakan metode

preloading saja yaitu sebesar 1,18 meter walaupun menggunakan jarak antar PVD yang berbeda.

3. Diperoleh perbedaan lamanya waktu dari analisis dengan metode kombinasi preloading dengan jarak antar prefabricated vertical drains

(PVD) sebagai berikut :

a. Kombinasi preloading dan PVD dengan jarak 1,5 m sebesar 3348 hari. b. Kombinasi preloading dan PVD dengan jarak 1 m sebesar 2927 hari. 4. Diperoleh kesamaan nilai Σ-Msf dari analisis penurunan tanah lunak yang

dilakukan dengan menggunakan metode preloading dan metode kombinasi antara preloading dengan Prefabricated Vertical Drains (PVD): dengan berbagai variasi jarak antar PVD yaitu 1,152.

5. Berdasarkan hasil analisis dengan menggunakan metode preloading dan kombinasi antara preloading dan prefabricated vertical drain, tanah yang ditinjau tidak memungkinkan untuk didirikan konstruksi di atasnya, maka perlu dicari metode perbaikan tanah yang lain agar tanah tersebut layak untuk didirikan konstruksi di atasnya.

(15)

76 Universitas Kristen Maranatha 5.2Saran

Setelah melakukan analisis penurunan tanah dengan menggunakan metode

preloading dan metode kombinasi antara preloading dan PVD , terdapat beberapa saran yang dapat diberikan, diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Mencoba penggunaan geotekstil untuk menambah daya dukung tanah yang lebih besar sehingga beban preloading dapat dilaksanakan sesuai dengan tinggi yang direncanakan tanpa mengalami kelongsoran.

2. Mencoba material tanah yang lebih baik.

(16)

DAFTAR PUSTAKA

1. Craig, R. F (S., Budi Susilo), 1989, MEKANIKA TANAH, Edisi ke-4, Penerbit Erlangga, Jakarta

2. Das, B. M (Noor Endah, Indrasurya B. Mochtar), 1998, Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid I Cetakan Pertama, Penerbit Erlangga, Jakarta.

3. Das, B. M. 2004, Principles Of Foundation Engineering 5th Edition, Brook/ Cole-Thompson Learning, CA.

4. Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah. Panduan Geoteknik 1.

5. Gulhati, S. K. 2005, Geotecnical Engineering 1st Edition, Tata McGraw-Hill Education, India.

6. Hardiyatmo, H.C. 2006, Teknik Fondasi I Cetakan Ke-3. Penerbit Beta Offset, Yogyakarta.

7. Mochtar, I. B. 2000, Teknologi Perbaikan Tanah dan Alternatif Perencanaan Pada Tanah Bermasalah (Problematic Soils), Teknik Sipil, Institut Teknologi 10 November, Surabaya

8. NAVFAC DM-7, 1971, Design Manual : Soil Mechanic, Foundations, and Earth Structure, Department of The Navy, VA.

9. Plaxis, 2010, Reference Manual.

10.Raharjo, P.P. 2008, Penyelidikan Geoteknik dengsn Uji In-Situ, Penerbit Geotechnical Engineering Centre Universitas Katolik Parahyangan, Bandung.

11.Wesley, L.D. 2012, Mekanika Tanah Untuk Tanah Endapan & Residu, Penerbit ANDI, Yogyakarta.

12.www.americanwick.com

(1)

2 Universitas Kristen Maranatha

yang besar dan dalam waktu yang sangat lama. Hal tersebut sering menjadi kendala dalam pelaksanaan suatu pekerjaan konstruksi sehingga banyak kasus kegagalan bangunan atau kegagalan konstruksi yang terjadi saat pembangunan konstruksi di atas tanah lunak.