bab iii metodologi penelitianthesis.binus.ac.id/doc/bab3/2007-3-00391-sp bab iii.pdf · berdasarkan...
TRANSCRIPT
56BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Dalam penelitian perlu diadakan alur kegiatan yang diharapkan dapat membantu
dalam pelaksanaan penelitian tersebut. Adapun langkah penelitian adalah:
Start Identifikasi masalah
Analisa faktor keamanan
ya tidak
Solusi dengan Perkuatan tanah
Geosintetik Cerucuk Bambu Corduroy ( Rakit Bambu )
Analisa dengan Program Plaxis tidak Faktor keamanan kuat
ya
Analisa Efektifitas Perkuatan
End Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian
57Langkah-langkah dalam metodologi program Plaxis, digambarkan dalam
diagram alir berikut:
Start
Input data - Data tanah - Data bambu/ Geosinetik
Proses data - Generated mesh - Air pori - Tegangan awal
Stage construction
Perhitungan faktor keamanan FK yang memenuhi tidak persyaratan ya Output hasil
End
Gambar 3.2 Flowchart program Plaxis
58
3.1. Pendekatan Penelitian
Dalam Perkuatan tanah, perlu diketahui metode yang digunakan untuk
mendapatkan parameter tanah dan memilih parameter yang digunakan untuk disain.
3.1.1 Klasifikasi Tanah dan Indeks Properties
Pada kebanyakan proyek, properti tanah dasar ditentukan melalui
penyelidikan tanah dan pengujian laboratorium:
2. Klasifikasi tanah (semua tanah),
3. Analisis ayakan (tanah tanpa kohesi),
4. Kandungan halus (yang dicampur dengan butiran halus dan tanah berbutir
kasar),
5. Natural moisture (kebanyakan pada tanah berbutir halus),
6. Batas Atterberg (tanah berbutir halus),
7. Kandungan organik.
3.1.2 Satuan Unit Berat Tanah
Satuan unit berat tanah merupakan parameter yang penting menganalisa
karena kekuatan ketidakstabilan secara langsung dipengaruhi unit berat. Unit
berat pada tanah berbiji-biji dan beberapa tanah berbutir halus dapat diperkirakan
dari uraian tanah dalam hubungan dengan uraian dari kepadatan relatif (Dr)
(Gambar 3.3) atau korelasi lain (Kulhawy dan Maine, 1990). Dalam Gambar 3.4,
γd/γw adalah perbandingan unit berat kering tanah dengan unit berat air. Untuk
tanah jenuh, kandungan air di tempat (wn) harus disatukan untuk perhitungan
unit berat jenuh (γsat) [γsat = γd ( 1 + wn )]. Unit berat tanah tanpa kohesi dapat
diperkirakan dari korelasi dengan nilai N-SPT. Pengujian langsung di
59laboratorium untuk tanah berbiji-biji tidaklah mudah dilaksanakan karena
kepadatan tanah tempat asal tidaklah mudah direproduksi laboratorium dalam
kaitan terjadi gangguan pada sampel. Unit berat dari tanah berbutir halus
mungkin dapat ditentukan di laboratorium dari contoh tanah tak terganggu (dari
thin-walled Shelby tubes).
\
Gambar 3.3 Korelasi dari sudut pergeseran efektif sebagai fungsi klasifikasi
tanah, kepadatan relatif dan unit berat.
(Sumber dimodifikasi setelah U.S. Navy, 1982, Kulhawy dan Mayne, 1990)
3.1.3 Kuat Geser Tanah tanpa Kohesi
Kuat geser tanah tanpa kohesi dapat diwakili dengan terdrainase, sudut
efektif dari pergeseran internal (Φ’). Nilai dari sudut pergeseran biasanya
diperkirakan dari korelasi hasil pengujian tanah (SPT dan CPT). Nilai dari sudut
pergeseran sebagai fungsi dari parameter ditentukan dari SPT dan CPT (Tabel
3.1).
Gambar 3.3 diperlihatkan perkiraan pergeseran sudut didasarkan
klasifikasi tanah USCS. Gambar 3.4(a) memperlihatkan perkiraan pergeseran
sudut didasarkan nilai N-SPT. Tabel yang di sebelah kanan Gambar 3.4
memperlihatkan perkiraan pergeseran sudut tanah sebagai fungsi dari kepadatan
60tanah, diuraikan pada Tabel 3.2 kolom (a). Nilai pergeseran sudut ditentukan dari
nilai N-SPT yang belum dikoreksi dalam Tabel 3.1 dan Gambar 3.4(a) adalah
perkiraan lebih luas jangkauan pada kondisi dan dapat digunakan sebagai nilai
untuk persiapan. Bagaimanapun juga, perkiraan ini tidak mempertimbangkan
peningkatan nilai N-SPT dengan peningkatkan penambahan beban yang biasanya
diamati pada tanah sejenis tanpa kohesi. Gambar 3.4(b) mempertimbangkan efek
ini dan menyediakan nilai-nilai sudut pergeseran berdasar nilai N-SPT dan
sebagai fungsi yang dibebani lebih efektif yang dinormalisir di tempat asal
permukaan tanah, σ'vo/Pa, di mana σ'vo adalah tekanan efektif permukaan tanah
yang dibebani lebih di tempat asal, Pa adalah tekanan udara. Sudut pergeseran
yang diperoleh dari Gambar 3.4(b) jadilah lebih akurat dibanding yang
ditunjukkan Gambar 3.4(a) dan harus digunakan jika informasi yang ada cukup
tersedia. Catatan bahwa ketika σ'vo/Pa = 1, nilai-N adalah sama dengan jumlah
pukulan yang dikoreksi dan dinormalisir didefinisikan: (N1)60 (nilai-N yang
setara yang diasumsikan 60 persen energi yang efisien).
Tabel 3.1 Korelasi hasil dan sudut pergeseran antara SPT dan CPT
tanah tanpa kohesi.
(Sumber Kulhawy dan Maine, 1990)
61Catat : (1) Nilai-N dalam lapangan, nilai belum dikoreksi.
(2) Pa adalah tekanan udara normal = 1 atm ~ 100 kN/m2 ~ 1 tsf.
(3) Jarak dalam kolom (a) dari Peck, Hanson, dan Thornburn (1974).
(4) Jarak dalam kolom (b) dan untuk CPT dari Meyerhof (1956).
Gambar 3.4(b) menggambarkan variasi besar relatif hasil nilai pergeseran
sudut tanah dari sangat lepas ke sangat padat, dengan tekanan efektif permukaan
tanah yang dibebani lebih di tempat asal dijaga tetap. Sebab di tempat asal
kepadatan tanah tanpa kohesi alami tidak bisa mudah direproduksi laboratorium
dalam kaitan terjadi gangguan dengan sampel, sudut pergeseran tanah ini
biasanya tidaklah dievaluasi dengan pengujian laboratorium. Oleh karena itu,
untuk tanah tanpa kohesi, adalah umum untuk menggunakan hasil SPT dan
korelasi yang serupa (Gambar 3.4).
3.1.4 Kuat Geser Tanah Berbutir Halus
Pada tanah berbutir halus, kuat yang dikerahkan adalah fungsi dari
ukuran pembebanan dalam hubungannya dengan kemampuan tanah untuk
mengalirkan kelebihan tekanan pori-pori air dan sifat dasar tanah. Tanah berbutir
halus dapat memperlihatkan kuat geser dalam kondisi terdrainase dan tak
terdrainase. Kuat tanah terdrainase terjadi ketika tidak ada kelebihan tekanan
pori-pori air yang dihasilkan selama pembebanan (pori-pori air dibuang selama
pembebanan) dan perubahan volume diijinkan untuk terjadi. Kuat geser tak
terdrainase pada saat jenuh, tanah berbutir halus terjadi ketika terdapat kelebihan
tekanan pori-pori air selama pembebanan (tidak terjadi pengeringan pori-pori air
selama tanah dibebani) dan tanah tidak mengalami perubahan volume. Untuk
konsolidasi normal, tanah berbutir halus jenuh, terjadi peningkatan tekanan pori-
62pori air selama pembebanan, pengurangan tekanan efektif dalam tanah dan
hingga pengurangan kuat tanah tak terdrainase, sedangkan pengurangan tekanan
pori-pori air selama pembebanan peningkatan tekanan efektif dalam tanah dan
bersesuaian dengan peningkatan kekuatan geser tak terdrainase.
Gambar 3.4 Sudut pergeseran tanah tanpa kohesi (a) dari nilai N-SPT yang belum
dikoreksi (yang dimodifikasi setelah Peck, Hanson, dan Thornburn, 1974) dan
(b) sebagai fungsi penambahan beban yang dinormalisir (Sumber: dimodifikasi setelah Schmertmann, 1975)
Kekuatan terdrainase harus dipertimbangkan hanya ketika meneliti
stabilitas untuk jangka waktu yang panjang yang sudah mantap, kondisi
pembebanan statik. Untuk kasus ini, kekuatan yang terdrainase digunakan ketika
beban diterapkan dalam ukuran lambat dan tidak dihasilkan kelebihan tekanan
pori. Bagaimanapun, kondisi ini secara khusus bukan yang paling kritis pada
konsolidasi normal tanah berbutir halus. Kuat geser terdrainase tanah berbutir
halus dinyatakan sebagai sudut pergeseran efektif (Φ'). Korelasi ditunjukkan
dalam Gambar 3.6 antara sudut pergeseran efektif maksimum dan indeks
63kekenyalan (PI) dapat digunakan untuk perkiraan kuat geser terdrainase pada
tanah berbutir halus. Karena yang ditunjukkan Gambar 3.5 berbentuk menyebar,
maka dalam pengujian laboratorium direkomendasikan untuk menentukan sudut
pergeseran efektif tanah berbutir halus. Pengujian dengan triaxial konsolidasi tak
terdrainase dengan ukuran tekanan air merupakan pengujian laboratorium yang
paling umum dilakukan menguji untuk mengevaluasi parameter ini.
Kuat geser tak terdrainase harus dipertimbangkan untuk stabilitas lereng
yang jangka waktu pendek dan struktur tanah lain yang dibangun pada tanah
jenuh, lunak ke kekakuan sedang pada tanah berbutir halusKuat geser tak
terdrainase harus dipertimbangkan untuk situasi lain jika tingkat pembebanan
secara relatif tinggi, sebagai contoh kasus untuk pembebanan gempa.
Gambar 3.5 Korelasi antara sudut pergeseran terdrainase pada tanah berbutir halus
dan indeks kekenyalan. (Sumber :Mitchell, 1993, Kulhawy dan Mayne, 1990)
Dalam studi kelayakan, kuat geser tak terdrainase pada tanah berbutir
halus dapat diperkirakan dari pengujian VST, di mana kuat tak terdrainase secara
langsung dapat diukur. Sebagai tambahan, umumnya digunakan nilai N-SPT
64(bukan yang sangat dapat dipercaya) atau hasil CPT untuk menaksirkan kuat tak
terdrainase pada tanah berbutir halus. Tabel 3.4 memberikan beberapa korelasi
yang umum dan biasa digunakan untuk kuat tak terdrainase menggunakan hasil
SPT dan CPT. Korelasi dari kekuatan geser tak terdrainase ke nilai N-SPT
mempunyai batasan penting dan harus digunakan hanya untuk perkiraan
persiapan lebih. Korelasi kuat geser tak terdrainase ke hasil CPT menggunakan
Nk = 15 secara khusus menyediakan perkiraan layak. Salah satu keuntungan yang
penting menggunakan CPT yaitu bahwa pada perkiraan nilai kuat geser tak
terdrainase pada penampang menerus dapat dikembangkan.
Dalam ketidakhadiran hasil pengujian lapangan, Tabel 3.2 memberikan
ringkasan korelasi antara perbandingan kuat geser tak terdrainase yang
dinormalisir, indeks kekenyalan (PI) dan sejarah preconsolidation. Tekanan
preconsolidation (σ'p), ditentukan dari test konsolidasi (lihat tabel 3.1 untuk
acuan pada test ini).
Tabel 3.4 Korelasi antara hasil SPT dan CPT dan
kekuatan kondisi tak terdrainase tanah berbutir halus.
(Sumber: Kulhawy dan Maine, 1990)
65Tabel 3.5 Korelasi dengan parameter indeks dan sejarah preconsolidation
untuk lempung.
(Sumber: Kulhawy dan Mayne, 1990)
3.1.5. Korelasi Tanah Gambut
Berdasarkan klasifikasi pada tanah gambut makan, didapatkan nilai korelasi
antara tiap jenis tanah gambut, adapun korelasi dari nilai parameter tanah gambut dapat
dilihat dari tabel 3.6.
Tabel 3.6 Korelasi nilai tanah Gambut
( Sumber: Amaryan,dkk.Peat Eng Handbook)
663.2 Teknik Pengumpulan Data
Data yang akan di gunakan pada penelitian ini adalah data yang didapat dari
proyek konstruksi di daerah Perkebunan Kelapa Sawit di Rantau - Sumatra. Adapun
sampel data yang diambil terbatas pada 1 proyek konstruksi sipil.
3.2.1. Penyelidikan Tanah
Penyelidikan Tanah merupakan suatu upaya memperoleh informasi tanah
untuk perencanaan pondasi. Penyelidikan tanah mencakup pengeboran tanah,
pengambilan contoh tanah, pengujian lapangan, pengujian laboratorium dan
observasi muka air tanah.
A. Penyelidikan Lapangan
Penyelidikan lapangan bertujuan untuk mengumpulkan informasi
langsung dari pengamatan di lapangan yang berupa data – data
dampak proyek pada bangunan lain disekitar proyek, data pondasi
bangunan disekitar, sejarah penggunaan tanah terdahulu yang
mungkin berdampak pada perencanaan pondasi, data penyelidikan
tanah terdahulu yang mungkin ada dan informasi geologi sekitar
proyek.
Penyelidikan lapisan tanah asli terdiri dari :
Pengujian di tempat properti tanah / batu.
Memperoleh sampel yang mewakili tanah / batuan untuk
klasifikasi secara visual dan atau pengujian laboratorium.
Identifikasi dan pengamatan dari lokasi air tanah.
67Pengujian dan pengambilan contoh tanah dilakukan dengan:
1. Pengeboran.
Pengujian tanah dan pengambilan contoh untuk perkuatan
biasanya dilakukan dengan pengeboran tanah. Sifat – sifat
tanah dapat diperoleh dari uji coba di dalam lobang bor. Oleh
karena itu, pengeboran untuk penyelidikan tanah tidak sama
dengan perngeboran untuk sumur air atau sumur minyak.
Pengeboran harus dilakukan sehati – hati mungkin untuk
menjaga struktur tanah asli. Hasil uji dalam bor dan uji
laboratorium sangat tergantung dari kualitas lubang bor atau
dari contoh tanah yang diperoleh. Sedang kualitas lubang bor
dipengaruhi oleh metode pengeboran, keterampilan juru bor,
dan aksesori pengeboran.
2. Uji Penetrasi Standar / Standard Penetration Test
Uji standar penetrasi (Standard Penetration Test, SPT)
sejauh ini merupakan teknik yang paling populer untuk
menentukan kondisi lapangan. Dalam proyek, percobaan SPT
secara luas banyak digunakan pada teknik penyelidikan. SPT
menghasilkan nilai N-SPT, yang diukur jumlah pukulan
(Nmeas), yang diperlukan untuk mengendalikan standar split-
spoon sampel tanah dalam jarak 300 mm pada dasar lubang
bor. Nilai N-SPT dapat digunakan dalam tingkat kelayakan
perancangan. Beberapa korelasi antara nilai N-SPT dan teknik
68rancang bangun properti telah berkembang beberapa dekade
terakhir.
SPT memberikan pengukuran yang baik pada kepadatan
relatif dari tanah tanpa kohesi (Tabel 3.1). Dengan batasan,
SPT dapat juga memberikan suatu perkiraan konsekuensi dari
tanah berbutir halus (Tabel 3.2).
Tabel 3.7 Uraian kepekatan tanah tanpa kohesi berdasarkan
pada nilai N-SPT
(Sumber:Terzaghi et al, 1996)
Tabel 3.8 Uraian kemantapan tanah berbutir halus berdasarkan
pada nilai N-SPT
(Sumber: Terzaghi et al, 1996)
69 Beberapa korelasi berdasarkan pada nilai SPT menyediakan
perkiraan parameter dari kekuatan geser untuk kedua-duanya
tanah berbutir halus dan tanpa kohesi.
3. Uji Penetrasi Kerucut (CPT)
Sebagai catatan, SPT tidaklah cocok untuk mendapatkan
perkiraan konsistensi dan kuat geser tanah berbutir halus dari
tanah di tempat. Yang lebih tepat dalam pengujian langsung di
tempat untuk memperkirakan kuat geser tak terdrainase (Su)
pada tanah berbutir halus secara langsung diambil dari tanah.
Beberapa dari pengujian langsung di tempat meliputi Cone
Penetration Test (CPT), Vane Shear Test (VST), Pressuremeter
Test (PMT) dan Dilatometer Test (DMT).
CPT merupakan suatu metode untuk mengetahui jenis
lapisan permukaan tanah yang cepat dan hemat biaya. Sebagai
yang didasarkan CPT jenis tanah adalah berlanjut, teknik ini
mengidentifikasikan lapisan tanah tipis yang mungkin sulit
untuk dideteksi secara relatif dalam massa tanah yang sejenis.
Kemampuan ini membuktikan kegunaan saat menyelidiki
adanya lapisan pada tanah lunak yang mendorong
ketidakstabilan tanah yang akan diperkuat. Secara umum, CPT
lebih menghemat biaya dan pengerjaannya lebih cepat dari
pada SPT. Namun, CPT kurang tepat digunakan pada tanah
berkerikil (gravelly) atau bongkahan batuan.
70Untuk beberapa proyek besar, penggunaan CPT dan
pengeboran konvensional cukup menarik karena memberikan
informasi geoteknik dalam biaya yang secara komparatif lebih
dibandingkan hanya pengeboran konvensional sendiri. Pada
tahap awal, CPT memberikan gambaran stratigrafi tanah dan
identifikasi awal lapisan yang lunak (kekuatan rendah atau
compressibility tinggi) yang mungkin membawa dampak pada
disain.
Pada awal yang didasarkan CPT dapat membantu
menemukan lokasi dimana bisa didapat contoh tanah tidak
terganggu. Pada tahap kedua, dapat digunakan pengeboran
konvensional dan sampel tanah yang didapatkan hanya pada
kedalaman yang kita inginkan. Penggunaan kedua tahap
strategi penyelidikan, pengambilan dapat dioptimalkan dan
jumlah sampel dapat dikurangi.
B. Pengujian Laboratorium Tanah
Pengujian laboratorium dari sampel tanah dilakukan untuk menghasilkan
penggolongan tanah, indeks properti, satuan berat, dan kekuatan. Tabel 3.8
menunjukkan pengujian laboratorium yang biasa digunakan untuk menghasilkan
parameter indeks dan properti lain yang digunakan untuk rancang bangun tanah.
Tabel 3.8 sesuai dengan ASTM dan AASHTO pengujian standar. Apalagi Tabel
3.8 juga memberikan metode lain dalam pengujian, seperti untuk mengevaluasi
galian yang dipadatkan, mencairkan kepekaan, potensi keruntuhan, dan potensi
mengembang, yang mungkin ada untuk beberapa kasus pada proyek .
71Tabel 3.9 Standar pengujian laboratorium untuk tanah secara umum
(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.
3.3. Faktor Keamanan
Penentuan sampai sebatas manakah suatu konstruksi dapat menanggung beban,
sehingga tidak membahayakan disebut dengan faktor keamanan Dalam mendesain suatu
konstruksi, faktor keamanan adalah hal yang paling penting untuk ditentukan. Tingkat
paling kritis dari suatu stabilitas timbunan pada saat sedang dibangun dan beberapa saat
ketika konstruksi selesai, oleh karena itu faktor keamanan dipandang penting untuk di
analisa.
723.3.1. Faktor Keamanan pada Program Plaxis
Faktor keamanan pada Program Plaxis dapat dihitung dengan memilih
option Phi-c reduction yang tersedia untuk perhitungan kondisi plastic dengan
menggunakan prosedur manual control atau load advancement number of steps.
Faktor keamanan (SF) pada Program Plaxis didefinisikan sebagai:
SF = available strength = nilai ∑Msf saat runtuh
strength at failure
di mana ∑Msf didefinisikan sebagai nilai parameter kuat geser tanah pada setiap
tahapan analisis atau:
∑Msf = tan øinput = cinput
tan øreduced creduced
Untuk penggunaan model tanah Mohr-Coulomb, maka faktor keamanan
(SF) didefinisikan sebagai berikut:
SF = c + σn tan ø cr + σn tan ør
di mana:
c , ø = parameter kuat geser tanah,
σn = tegangan normal,
cr , ør = parameter kuat geser yang tereduksi.
733.2.2 Batasan Fakttor Keamanan
Faktor keamanan minimum yang direkomendasikan untuk mendesain
konstruksi dapat dilihat dari tabel 3.8 :
Tabel 3.10 Faktor keamanan minimun yang di syaratkan untuk konstruksi
(Sumber: Lazarte, 2003)
3.4. Struktur program Plaxis
Dengan memasukkan semua parameter dan geometri tanah, pengolahan
perhitungan program dengan metode elemen hingga. Permasalahan pemodelan
diselesaikan dengan membagi suatu struktur menjadi elemen – elemen yang kecil
dan beraturan. Pada dasarnya Plaxis hanya melakukan analisa balik terhadap
keamanan suatu struktur atau konstruksi.
74Berikut adalah struktur program secara garis besar Input, proses dan output
program PLAXIS :
• Menentukan data Umum
Gambar 3.9 Input program plaxis
• Menentukan Dimensi
Gambar 3.10 Penentuan Dimensi
75• Hasil Pengambaran
Gambar 3.11 Dimensi tanah
• Input Properti Tanah
Gambar 3.12 input properti tanah
76• Permodelan Elemen Hingga (generate mesh)
Gambar 3.13 Permodelan Elemen Hingga (generate mesh)
• Menentukan Tinggi Muka Air
Gambar 3.13 Menentukan Tinggi Muka Air
77• Update Tekanan Tanah
Gambar 3.13 Tekanan Tanah
• Update Air Pori
Gambar 3.14 Air Pori
78• Proses Calculations (Stage Construction)
Gambar 3.15 Penghitungan
• Menentukan titik deformasi
Gambar 3.15 Menentukan titik deformasi
79• Proses Calculate
Gambar 3.16 Proses Penghitungan
• Output Faktor keamanan
Gambar 3.17 Faktor keamanan