bab 3 metodologi 3.1. teknik pengumpulan datathesis.binus.ac.id/doc/bab3/2007-3-00390-sp bab...
TRANSCRIPT
51
Bab 3
METODOLOGI
3.1. Teknik Pengumpulan Data
Terdapat berbagai teknik untuk mengumpulkan data tanah seperti melalui
penyelidikan tanah di lapangan dan pengujian tanah di laboratorium. Untuk memperoleh
data dalam penelitian ini tidak dilakukan penyelidikan lapangan dan pengujian
laboratorium karena keterbatasan waktu. Oleh karena itu pengumpulan data dilakukan
dengan mengambil data-data yang umum ditemukan di Indonesia dan melakukan
korelasi beberapa parameter. Data-data yang digunakan dalam penelitian ini disarikan
dalam sub bab 4.1.
3.1.1. Penyelidikan Tanah di Lapangan
Penyelidikan tanah di lapangan yang umum dilakukan adalah uji sondir dan
pengeboran untuk mendapatkan contoh tanah yang disertai dengan pengujian SPT
(Standard Penetration Test)
Uji sondir atau Cone Penetration Test (CPT) adalah uji sederhana yang lebih
banyak digunakan pada tanah lempung lunak dan pasir halus sampai pasir setengah
kasar. Pengujian ini jarang diterapkan pada tanah berkerikil dan lempung kaku/keras
karena akan sulit ditembusi. Pengujian ini dilakukan dengan mendorong kerucut baku ke
dalam tanah dengan kecepatan 10 sampai 20 mm/detik. Nilai tahanan kerucut statis atau
tahanan konus (qc) yang diperoleh dari pengujian dapat dikorelasikan secara langsung
dengan kapasitas dukung tanah dan penurunan pada pondasi dangkal atau pondasi tiang.
52
Standard Penetration Test (SPT, dalam Bahasa Indonesia Uji Penetrasi Standar)
merupakan percobaan yang paling sering digunakan untuk menentukan kondisi-kondisi
lapangan. Pada pengujian ini sifat-sifat tanah ditentukan dari pengukuran kerapatan
relatif secara langsung di lapangan. SPT dilakukan dengan cara memukul suatu tabung
belah standar ke dalam lubang bor pada lapisan tanah yang akan diuji. SPT
menghasilkan nilai N-SPT yang diukur dari jumlah pukulan (Nmeasured). Untuk
menentukan kapasitas dukung izin dari hasil uji SPT diperlukan estimasi kasar nilai
lebar pondasi dari pondasi terbesar pada bangunan.
3.1.2. Pengujian Tanah di Laboratorium
Pengujian tanah di laboratorium umumnya dilakukan untuk memperoleh properti
tanah yang lebih akurat. Percobaan-percobaan standar yang sering dilakukan disarikan
dalam tabel 3.1.
Tabel 3.1. Pengujian Tanah Laboratorium Secara Umum
STANDARD PROCEDURE TEST NAME
ASTM (1) AASHTO (2) APPLICABILITY
Visual and Manual Description and
Identification of Soils D2488-00 - All Soils
Classification Classification of Soils according to
USCS (3) D2487-00 M145 All Soils
Particle-Size Analysis (with sieves) D422-63
(1998) T88 Granular Soils
Soil Fraction Finer Than No. 200
Sieve (75 μm) D140-00 T11
Fine-grained and
Granular
Materials
Boundary
Index
Parameters
Moisture Content D2216-98 T265 All Soils
53
Atterberg Limits D4318-00 T89, T90 Fine-grained
soils
Organic Contents D2974-00 T194 Fine-grained
soils
Specific Gravity of Soil Solids D854-00 T100 All Soils
Unconfined Compressive Strength
(UC) D2166-00 T208
Fine-grained
soils
Unconsolidated-Undrained Triaxial
Compression (UU)
D2850-95
(1999) T296
Fine-grained
soils
Consolidated-Undrained Triaxial
Compression (CU) D4767-95 T234
Fine-grained
soils
Strength
Direct Shear (Consolidated) D3080-98 T236 Sands and Fine-
grained soils
Hydraulic
Conductivity Permeability (Constant Head)
D2434-68
(2000) T215 Granular Soils
One-Dimensional Consolidation D2435-96 T216 Fine-grained
soils Compressibility
One-Dimensional Consolidation
(Controlled-Strain Loading)
D4186-89 e 1
(1998) -
Fine-grained
soils
Frost Heave and Thaw Weakening
Susceptibility
D5918-96
(2001) - Silts
Collapse Potential D5333-92
(1996) - Loess, silt Other
Swelling Potential D4546-96 T258 Fine-grained
soils
(Sumber : Lazarte, 2003)
Catatan : (1) Standar ASTM tersendiri dapat ditemukan dalam ASTM (2002)
(2) Standar AASTHO tersendiri dapat ditemukan dalam AASTHO (1992)
(3) USCS (Unified Soil Classification System)
54
3.1.3. Korelasi Antar Parameter
Seringkali parameter tanah yang diinginkan tidak dapat diperoleh secara
langsung dari hasil penyelidikan tanah lapangan dan pengujian laboratorium. Oleh
karena itu diperlukan suatu korelasi empiris terhadap parameter tanah lain atau hasil
penyelidikan tanah lapangan.
Berikut adalah beberapa korelasi empiris yang dapat digunakan untuk
memperoleh data sekunder dalam penulisan laporan penelitian ini.
- Korelasi antara parameter kekakuan (E) dengan parameter kuat geser tanah.
Ada beberapa korelasi empiris yang disarankan oleh para ahli, antara lain:
• Untuk lempung terkonsolidasi secara normal (NC Clay)
Menurut Termaat, Vermeer dan Vergeer (1985), nilai Eu50 bervariasi antara
1500cu – 150cu atau dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
%1500050
IPc
E uu ≈ (3.1)
Gambar 3.1. Korelasi antara Parameter cu, IP, dan E
(Sumber : Termaat, Vermeer & Vergeer, 1985)
55
• Untuk lempung terkonsolidasi berlebih (OC Clay)
Menurut Duncan dan Buchignani (1976), hubungan antara Eu dan cu
tergantung dari nilai indeks plastisitas tanah; Untuk nilai Over Consolidated
Ratio (OCR) lebih kecil dari dua berlaku:
* IP = 30% → Eu/cu = 600
* IP = 50% → Eu/cu = 300
Gambar 3.2. Korelasi antara Parameter cu dan E
(Sumber : Duncan dan Buchignani, 1976)
• Berdasarkan hasil uji triaksial
strainfailurec
E uu
250 = (3.2)
56
Gambar 3.3. Penentuan Nilai E dari Hasil Percobaan Triaksial
(Sumber : Brinkgreeve & Vermeer, 1998)
- Korelasi antara poisson ratio (υ) dan Indeks Plastisitas (IP)
Menurut Wroth (1975) nilai dari poisson ratio untuk tanah yang
terkonsolidasi normal atau sedikit terkonsolidasi lebih dapat dicari dari grafik
berikut.
Gambar 3.4. Hubungan antara Indeks Plastisitas dan υ
(Sumber : Wroth, 1975)
57
Parameter-parameter tersebut di atas umumnya diperuntukkan kondisi undrained
sedangkan untuk memperoleh parameter yang sesuai untuk kondisi drained dapat
dilakukan uji coba laboratorium atau korelasi-korelasi empiris. Percobaan laboratorium
untuk mendapatkan parameter drained secara langsung membutuhkan waktu yang lama
dan biaya yang besar sehingga percobaan tersebut jarang dilakukan. Oleh karena itu,
untuk mendapatkan parameter drained dilakukan korelasi empiris berdasarkan
parameter undrained yang tersedia. Beberapa korelasi yang digunakan untuk
mendapatkan parameter yang akan digunakan dalam penulisan laporan penelitian ini
adalah sebagai berikut.
uEE ×= 6,0'
0'≈c
3.2. Metodologi Penelitian
Penelitian dimulai dengan mengolah data tanah dasar, data tanah pengganti, jenis
pembebanan pada tanah, besar beban kerja pada tanah, geotekstil yang digunakan dan
parameter-parameter terkait daya dukung pada tanah lempung dengan pembebanan
berupa pondasi dangkal. Dalam penelitian ini digunakan program Plaxis untuk
membantu perhitungan daya dukung ultimit. Output program Plaxis adalah berupa nilai
faktor keamanan. Cara mengkorelasinya dengan nilai daya dukung ultimit adalah dengan
mengalikan besar beban bekerja dengan nilai faktor keamanan tersebut.
Penelitian ini dilakukan dengan melakukan perhitungan daya dukung pondasi
dangkal baik secara manual maupun dengan bantuan program Plaxis untuk kondisi
sebagai berikut.
58
1. Pondasi menerus beton bertulang dengan lebar 2 meter dan tinggi 50 cm
diletakkan di atas permukaan tanah dasar dan di atas pondasi bekerja beban
terpusat sebesar 10 kN. Persamaan-persamaan yang akan digunakan dalam
penelitian ini antara lain:
- γγBNNpcNq qcu 5,00 ++=
SF u=
2. Kondisi seperti kondisi pertama dengan adanya pemasangan geotekstil
pada kedalaman tertentu yang disertai penggantian tanah dasar dengan
tanah pengganti.
Setelah diperoleh hasil dari perhitungan manual maupun dengan bantuan
program Plaxis kemudian dilakukan analisa lebih lanjut untuk melihat kontribusi dari
geotekstil terhadap kenaikan daya dukung yang disajikan berupa perubahan nilai faktor
keamanan daya dukung tanah.
59
MULAI
PENGOLAHANDATA
PERHITUNGANDAYA DUKUNG
ANALISA HASILPERHITUNGAN
SELESAI
IDENTIFIKASIMASALAH
PENGUMPULANDATA
PENYIMPULAN
OUTPUTDATA
KESIMPULAN
DATA TANAHDASAR, DATA
TANAHPENGGANTI, DATA
BEBAN, DATAGEOTEKSTIL,
Gambar 3.5. Bagan Alir Penelitian Secara Umum
60
Perhitungan menggunakan program Plaxis akan dijelaskan melalui langkah-
langkah berikut.
1. Untuk melakukan input data baru pada program Plaxis dapat dilakukan
dengan memilih option New Project pada menu Create/Open Project.
Gambar 3.6. Menu Create/Open Project
2. Langkah selanjutnya adalah menentukan General Setting antara lain nama
proyek, standar satuan ukuran yang digunakan, dimensi layar kerja dan
jarak antar grid untuk membuat gambar geometri. Setelah menentukan
setting tersebut, pilih OK.
61
(a)
(b)
Gambar 3.7. Menu General Settings
(a) Project (b) Dimensions
62
3. Setelah itu akan muncul sebuah layar kerja dengan geometri grid. Pada
bagian toolbar terdapat ikon-ikon yang mungkin dibutuhkan saat membuat
gambar sesuai perencanaan.
Gambar 3.8. Layar Kerja Program Plaxis Versi 8.2.
4. Untuk menggambar di layar kerja, pilih ikon Geometry Line kemudian
mulai menggambar sesuai gambar rencana. Cara lain untuk menggambar
adalah dengan memasukkan koordinat titik-titik yang digunakan untuk
membuat gambar rencana. Angka koordinat x dan y dipisahkan oleh tanda
titik koma (;). Setelah gambar geometri tanah selesai dibuat, dapat
63
ditambahkan beban pelat dan beban terpusat. Geotekstil juga digambar
pada bagian yang direncanakan.
Gambar 3.9. Input Geometri
5. Karena diasumsikan bahwa tanah tidak mengalami pergerakan ke arah kiri,
kanan dan dasar maka diberikan batas berupa Standar Fixities.
Gambar 3.10. Model yang Telah Diberi Standard Fixities
64
6. Untuk mendefinisi material tanah, geotekstil, beban pelat maka dipilih ikon
Material Set . Setelah itu akan muncul sebuah window baru dengan
pilihan pendefinisian parameter tanah, pelat dan geotekstil.
Gambar 3.11. Menu Material Sets
Untuk pendefinisian parameter tanah, set type dipilih Soil & Interfaces.
Kemudian pilih New sehingga akan muncul window baru yang berisi
pilihan parameter tanah.
65
(a)
(b)
66
(c)
Gambar 3.12. Menu Setting Paramater Soil & Interface –Tanah Dasar maupun
Tanah Pengganti Untuk Pilihan Material Model Mohr-Coulomb
(a) Untuk General (b) Untuk Parameters (c) Untuk Interfaces
Untuk set type Soil & Interfaces dibuat dua jenis tanah yaitu tanah dasar
dengan variasi perubahan nilai sudut geser dalam dan nilai kohesi dan
tanah pengganti yang telah ditetapkan parameternya. Nilai stiffness E pada
tanah dasar diambil sebesar 600 kali nilai kohesi. Drag tanah dasar pada
model geometri sehingga model geometri terdefinisikan.
Pendefinisian beban pelat dilakukan dengan memilih set type Plates
kemudian pilih New. Properti pondasi dapat diisi pada bagiannya lalu klik
OK.
67
Gambar 3.13. Menu Setting Plates Properties – Pondasi
Drag pula bagian pondasi ke model geometri pondasi untuk
mendefinisikannya. Apabila telah terdefinisi, bagian pelat pada model
geometri akan berubah warna sebentar.
Pendefinisian geotekstil dilakukan dengan memilih Set Type Geogrids lalu
pilih New. Nilai kuat tarik batas yang digunakan akan dicoba untuk nilai 30
kN/m, 40 kN/m, dan 60 kN/m. Untuk mendapatkan nilai EA, nilai kuat
tarik batas harus dibagi dengan faktor keamanan geotekstil yang umum
yaitu 3 dan elongasi geotekstil dimana geotekstil mulai bekerja (diambil
5%). Setelah meng-klik OK, drag ke model geometri bagian geotekstil.
68
Gambar 3.14. Menu Setting Geogrid Properties - Geotekstil
7. Setelah mendefinisi parameter tanah, properti pondasi dan properti
geotekstil maka langkah selanjutnya adalah Generate Mesh yang dilakukan
dengan mengklik ikon . Setelah itu akan muncul window baru yang
menunjukkan bahwa model geometri telah di-generate. Kemudian pilih
Update. Window baru tersebut akan hilang dan kembali ke layar window
model geometri yang pertama.
69
Gambar 3.15. Generated Mesh View
8. Pilih Initial Condition sehingga akan muncul window baru yang meminta
nilai berat jenis air yang digunakan. Pada penelitian ini, berat jenis air
adalah 10 kN/m3.
Gambar 3.16. Menu Penentuan Berat Jenis Air
70
9. Setelah itu ditentukan batas muka air tanah dengan memilih ikon Phreatic
Level. Kemudian tempatkan batas muka air tanah pada permukaan tanah.
Gambar 3.17. Tampilan Initial Condition
Setelah itu tekanan air diperhitungkan dengan men-generate water
presurres. Untuk melakukan generation water pressure, dipilih generate by
phreatic level.
71
Gambar 3.18. Pilihan Water Pressure Generation
Setelah itu akan muncul output akibat perhitungan tekanan air kemudian di-
update.
Gambar 3.19. Pore Pressure View
72
10. Setelah itu, ganti initial pore pressure yang aktif ke initial stress.
ke
11. Langkah selanjutnya adalah men-generate initial stress dengan mengklik
ikonnya. Akan muncul sebuah window baru, klik OK.
Gambar 3.20. KO-Procedure
Setelah di-generate, akan muncul output akibat perhitungan initial stress
kemudian di-update.
73
Gambar 3.21. Initial Soil Stresses View
12. Setelah itu pilih Calculate. Dengan memilih calculate, program Plaxis akan
keluar dari bagian input dan memasuki tahap calculation. Tahap ini dimulai
dengan suatu window yang berisi fase-fase yang akan dihitung oleh
program Plaxis.
74
Gambar 3.22. Tampilan Program Plaxis Calculation
13. Fase yang akan diinput antara lain:
Tabel 3.2. Fase-fase yang akan dihitung dengan program Plaxis Calculation
Identification Phase
Number
Start
from Calculation Loading input
Initial Phase 0 0 N/A N/A
Pondasi 1 1 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 2 1 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 3 2 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Geotekstil 1 4 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 5 4 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 6 5 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Pondasi 2 7 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 8 7 Plastic Total Multipliers
75
Safety Factor 9 8 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Geotekstil 2 10 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 11 10 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 12 11 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Pondasi 3 13 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 14 13 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 15 14 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Geotekstil 3 16 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 17 16 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 18 17 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Pondasi 4 19 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 20 19 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 21 20 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Geotekstil 4 22 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 23 22 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 24 23 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Pondasi 5 25 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 26 25 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 27 26 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Geotekstil 5 28 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 29 28 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 30 29 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Pondasi 6 31 0 Plastic Staged Construstion
76
Point Load 32 31 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 33 32 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Geotekstil 6 34 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 35 34 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 36 35 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Pondasi 7 37 0 Plastic Staged Construstion
Point Load 38 37 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 39 38 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
Geotekstil 7 40 0 Plastic Staged Construction
Point Load 41 40 Plastic Total Multipliers
Safety Factor 42 41 Phi/c
reduction Incremental Multipliers
14. Setelah memasukkan fase-fase dan memastikan bahwa tanda di depan fase
tersebut adalah tanda panah, pilih nodal yang akan ditinjau dengan
mengklik ikon kemudian akan keluar window sebagai berikut.
77
Gambar 3.23. Nodal Selection Window
15. Setelah diupdate, tampilan akan kembali ke Plaxis Calculation, kemudian
pilih Calculate
16. Setelah proses calculation selesai, akan keluar nilai safety factor di bagian
Multiplier yaitu di bagian Msf∑ sedangkan untuk melihat extreme
displacement dapat dilihat dengan memilih fase point load kemudian
memilih Output. Dengan memilih Output, akan keluar window yang
menunjukkan besarnya extreme displacement sebagai berikut.
78
Gambar 3.24. Output Program Plaxis Berupa Extreme Displacement
Secara sederhana langkah-langkah pada program Plaxis tersebut dapat
digambarkan dengan bagan alir berikut.
79
MULAI
INPUT DATA:- TANAH DASAR- TANAH PENGGANTI- PONDASI- GEOTEKSTIL
INPUT GEOMETRI
INITIAL CONDITION
GENERATE- TEKANAN AIR- MUKA AIR TANAH- TEKANAN AWAL TANAH
PLAXIS INPUT
PENENTUAN FASE-FASE,PARAMETER, MULTIPLIER
PENENTUAN NODAL
PROSES KALKULASI
SAFETYFACTOR
OUTPUT(FASE POINT LOAD)
EXTREMEDISPLACEMENT
OK
TIDAKOK
SELESAI
PLAXISCALCULATION
PLAXISOUTPUT
Gambar 3.25. Bagan Alir Program Plaxis
80
Pilihan Phi/c Reduction untuk menghitung Faktor keamanan pada program
Plaxis hanya akan tersedia untuk perhitungan kondisi plastik dengan memilihnya pada
Calculation Type. Pada pendekatan Phi/c reduction, parameter kuat geser tanah φ dan c
dikurangi secara bertahap sampai terjadi keruntuhan. Kekuatan interface juga dikurangi
dengan cara yang sama. Faktor keamanan pada program Plaxis didefinisikan sebagai:
==failureatstrength
strengthavailableSF nilai Msf∑ saat runtuh (3.3)
dimana Msf∑ didefinisikan sebagai nilai parameter kuat geser tanah pada setiap
tahapan analisis atau:
reduced
input
reduced
input
cc
Msf ==∑φφ
tantan
(3.4)
Faktor keamanan untuk penggunaan model tanah Mohr-Coulomb didefinisikan
sebagai berikut.
rnr
n
cc
SFφσφσ
tantan
++
= (3.5)
dengan:
c, φ = parameter kuat geser tanah
σn = tegangan normal
cr, φr = parameter kuat geser yang tereduksi