Upload
truongdien
View
247
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
STUDI PERENCANAAN PERBAIKAN TANAH
DENGAN STONE COLUMN PADA STOCK PILE BATU BARA
RENCANA PLTU SORONG (4X7 MW)
JURNAL
TEKNIK PENGAIRAN KONSENTRASI SISTEM INFORMASI
SUMBER DAYA AIR
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
memperoleh gelar Sarjana Teknik
SYARIFUDIN BAHRI
NIM. 115060400111060 - 64
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
MALANG
2017
STUDI PERENCANAAN PERBAIKAN TANAH
DENGAN STONE COLUMN PADA STOCK PILE BATU BARA RENCANA PLTU
SORONG (4X7 MW)
(Study On Soil Improvement Plan With Stone Column On Coal Stock Pile Area On The Plan Of Steam Power Plant Sorong (4 X 7 MW) )
Syarifudin Bahri1, Suwanto Marsudi2, Runi Asmaranto2 1)Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya
2)Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Jl. MT. Haryono No. 167 Malang – 65145 Jawa Timur – Indonesia
Telp/Fax. 0341-562454
Email : [email protected]
ABSTRAK
Untuk menjamin kebutuhan listrik di Sorong, direncanakanlah sebuah pembangkit listrik tenaga uap (PLTU)
Sorong (4 x 7 MW). Namun diketahui bahwa kondisi tanah pada area tersebut adalah tanah lunak dan berrawa,
sehingga proses konsolidasi harus diatasi dengan seksama. Penggunaan metode prapembebanan dan stone column
adalah salah satu alternatif perbaikan tanah untuk solusi permasalahan tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah
mendesain pola stone column yang sesuai sehingga besar penurunan dan waktu konsolidasi berkurang. Selain itu,
di studi ini, hasil dari proses konsolidasi akan dihitung dengan analitis dan Plaxis 8.2 2D. Menurut hasil
perhitungan, didapatkan bahwa besarnya penurunan dan waktu penurunan dengan perhitungan analitis dan Plaxis
8.2 2D adalah mendekati sama. Perbedaan perhitungan antara analitis dan Plaxis 8.2 2D sebesar 6,96 % untuk
penurunan konsolidasi, dan 10,77 % untuk waktu konsolidasi. Hasil perhitungan dengan adanya stone column
menunjukkan penurunan dan waktu konsolidasi berkurang, selisih penurunan dan waktu konsolidasi sebelum dan
sesudah adanya stone column dipilih rencana yang terbaik dengan pola bujur sangkar dengan diameter 2 m adalah
31,5% untuk besar penurunannya, 99,84% untuk waktu konsolidasinya. Total harga biaya bahannya sebesar Rp.
2.920.953.600,00.
Kata kunci : Penurunan konsolidasi, metode prapembebanan, stone column, Plaxis 8.2 2D
ABSTRACT
To ensure the availability of electricity demand in Sorong, this plan design to built a power plant with steam
energy (PLTU) Sorong (4 x 7 MW). It has been found, however, that the soil condition at the area was very soft, so
the consolidation process must e solved accurately. The use of preloading method and stone column is one of the
selected alternative soil improvement to solve these problems. The aim of this study is to design the pattern of stone
column which correlated with settlement and time of consolidation being decreased. In addition, in this study, the
result of consolidation process will be calculated by using analytical and Plaxis 8.2 2D. From the results, it can be
obtained that the magnitude of consolidation and time of consolidation which calculated from analytical and
Plaxis 8.2 2D were almost similar. Calculation difference between analytical and plaxis 8.2 2D 6,96 % for
consolidated settlement, and 10,77% for time of consolidation. The result with adding stone column showing that
settlement and time of colnsolidation being decreased, the result difference between before and after adding stone
column by choosing the best planning with square pattren which 2 m of diameter showing 31,5% for settlement,
99,84% for time of consolidation. The total cost of the material cost is Rp. 2.920.953.600,00.
Key word : consolidation settlement, preloading method, stone column, Plaxis 8.2 2D
PENDAHULUAN
Dalam rangka mendukung peranan
pembangunan nasional dan daerah,
khususnya dalam sektor industri, maka
permintaan energi listrik terus meningkat.
Untuk memenuhi kebutuhan di atas,
direncanakanlah Pembangkit Listrik
Tenaga Uap (PLTU) Sorong sebesar (4 x 7
MW). Pembangunan dilakukan di atas
tanah yang strukturnya terbentuk oleh
pasang surut air laut dengan kondisi tanah
lunak, sehingga berpotensi mengalami
penurunan akibat konsolidasi. Untuk
penanganan permasalahan diatas,
diperlukan pengetahuan tentang perbaikan
tanah. Salah satu metode yang sering
digunakan sekarang ini adalah perbaikan
tanah dengan beban awal (preloading)
yang dikombinasikan dengan stone column.
Maksud dari penelitian ini adalah
memberikan alternatif perencanaan
perbaikan tanah dengan cara pembebanan
awal (preloading) dan dengan pemakaian
stone column serta memberikan gambaran
mengenai software Plaxis 8.2 2D.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui besar penurunan serta lama
penurunan akibat adanya metode perbaikan
tanah lunak dengan stone column, serta
dapat membandingkan hasil perhitungan
secara analitis dengan software dan
mengetahui besarnya biaya bahan
pekerjaan.
TINJAUAN PUSTAKA
Konsolidasi Tanah
Konsolidasi tanah adalah suatu proses
pengecilan volume secara perlahan-lahan
pada tanah jenuh sempurna dengan
permeabilitas rendah akibat pengaliran
sebagian air pori. Proses tersebut
berlangsung terus sampai kelebihan
tegangan air pori yang disebabkan oleh
kenaikan tegangan total telah benar-benar
hilang. (Craig, 1994:213).
Pada umumnya, tahapan konsolidasi
dapat ditunjukkan oleh grafik hubungan
antara pemampatan dan waktu. Dari grafik
tersebut dapat dilihat bahwa ada tiga
tahapan yang berbeda yang dapat
dijalankan :
Gambar. 1. Hubungan waktu pemampatan
selama konsolidasi untuk suatu
penambahan beban yang diberikan
Sumber : Das, B.M, 1994 : 184
Tahap I : Pemampatan awal (initial
compression), yang pada umumnya terjadi
disebabkan oleh pembebanan awal
(preloading).
Tahap II : Konsolidasi primer (primary
consolidation), yaitu periode selama
tegangan air pori secara lambat laun
dipindahkan ke dalam tegangan efektif,
sebagai akibat dari keluarnya air dari pori-
pori tanah.
Tahap III : Konsolidasi sekunder
(secondary consolidation), yaitu terjadi
setelah tegangan air pori hilang seluruhnya.
Pemampatan yang terjadi adalah
disebabkan oleh penyesuaian yang bersifat
plastis dari butir-butir tanah setelah
konsolidasi primer.
Penurunan Tanah (Settlement)
Penambahan beban vertikal di atas
permukaan tanah akan menyebabkan
penurunan (settlement). Besarnya
penurunan yang terjadi pada lapisan tanah
yang diakibatkan adanya beban, adalah
merupakan penjumlahan dari tiga
komponen penurunan yaitu :
St = pi + Sc + Ss (1)
dengan :
St = penurunan total (m)
pi = penurunan segera (m)
Sc = penurunan akibat konsolidasi primer
(m)
Ss = penurunan akibat konsolidasi
sekunder (m)
Namun, dalam penelitian ini untuk
nilai Ss tidak dihitung karena dianggap
nilainya relatif kecil. Sehingga dapat
diabaikan.
Penurunan Segera (Si)
Untuk menghitung penurunan segera,
persamaannya diturunkan dengan
menggunakan prinsip dasar teori elastis
atau formula dari BIAREZ :
pi = q . ∑
(2)
dengan :
pi = penurunan segera (m)
hi = kedalaman tanah lapisan i (m)
E’ = modulus elastis Oedometrik di
lapisan i (t/m2)
Penurunan Akibat Konsolidasi
Primer (Sc)
Untuk tanah yang terkonsolidasi
normal (normally consolidated), besarnya
penurunan dihitung dengan persamaan :
Sc =
log(
) (3)
Sedangkan tanah yang terkonsolidasi
berlebih (over consolidated), besarnya
penurunan dihitung dengan persamaan :
Bila σ’o + Δσ ≤ σ’c, maka :
Sc =
log(
) (4)
Bila σ’o + Δσ > σ’c, maka :
Sc =
log(
) +
log(
) (5)
dengan :
h = tebal lapisan lempung (m)
eo = angka pori awal (Initial Void Ratio)
Cc = Compression Index
Cs = Swelling Index
Δp = besarnya tegangan dimuka tanah
(Surcharge) (t/m2)
po = tegangan overburden efektif (t/m2)
pc = tegangan prakonsolidasi efektif
(t/m2)
Kecepatan Waktu Penurunan
Untuk mengetahui kecepatan
penurunan konsolidasi didapat dari
penurunan matematis yang diperkenalkan
oleh Terzaghi (1925) dengan asumsi-
asumsi tetap berpegang kepada teori
konsolidasi satu dimensi.
Tv (time factor) =
(6)
dengan :
Tv = faktor waktu
Cv = koefisien konsolidasi
t = waktu
h = tebal lapisan tanah (m)
Perbaikan Tanah Lunak
Lapisan tanah lunak pada umumnya
adalah lempung (clay) atau lanau (silt),
kendala yang dihadapi ketika
merencanakan suatu bangunan pada
kondisi tanah tersebut adalah daya dukung
(bearing capacity) dan penurunan
(settlement).
Perbaikan Tanah dengan Pembebanan
Awal (Preloading)
Metode pembebanan awal
(preloading) adalah metode penimbunan
beban yang besarnya sama dengan besar
beban konstruksi yang akan dilaksanakan.
Ada pula yang menentukan tinggi
timbunan sesuai dengan nilai penurunan,
agar tanah timbunan tidak dibuang sia-sia
dan dapat dijadikan suatu pondasi dari
suatu konstruksi.
Pemasangan Stone Column
Pemasangan stone column adalah
salah satu metode perbaikan tanah. Fungsi
utama pemasangan stone column adalah
untuk meningkatkan daya dukung tanah
yang lembek sehingga tanah lembek
tersebut dapat menerima beban yang lebih
besar dan settlement yang terjadi akan
berkurang. Selain untuk meningkatkan
daya dukungtanah, menurut Barksdale dan
Banchus, 1982, ada beberapa keuntungan
lain, seperti :
1.Mengurangi total settlement tanah.
2.Memperpendek waktu konsolidasi.
3.Mengurangi bahaya liquefaction.
Stone column merupakan kolom-
kolom vertikal dari kerikil, semacam tiang-
tiang pancang tetapi dari bahan-bahan lepas
yang dipadatkan. Kerikil tersebut
merupakan kerikil lepas yang tidak diikat
oleh bahan pengikat semen atau yang
lainnya.
Perencanaan Stone Column
perencanaan diameter, jarak, dan
panjang stone column. Perencanaan
tersebut dikontrol terhadap kapasitas daya
dukung batas stone column sebagai stone
column tunggal dan kelompok, overall
stability terhadap sliding, serta settlement
yang terjadi setelah dipasang stone column.
Di dalam perencanaan stone column
banyak hal-hal yang harus dipertimbangkan,
antara lain :
1. Diameter stone column dan konsep
unit cell: Stone column diidealisasikan
sebagai suatu silinder dengan
penampang berbentuk lingkaran
berdiameter D. Diameter stone
column menentukan besarnya area
replacement ratio dan besarnya
distribusi tegangan pada tanah dan
stone column. Perencanaan
diameter stone column tergantung
dari tipe tanah yang diperbaiki,
beban yang harus didukung tanah,
dan pola pemasangannya. Untuk
mempermudah perhitungan, suatu
stone column dan tanah lunak
disekelilingnya akan diisolasikan
dari stone column kelompok (stone
column group). Stone column dan
tanah lunak disekelilingnya tersebut
disebut sebagai unit cell (Gambar
2). Pola pemasangan stone column
akan mempengaruhi bentuk unit
cell. Pola pemasangan stone
column dibedakan menjadi dua
pola, yaitu pola segitiga
(equilateral triangular pattern) dan
pola bujur sangkar (square pattern).
Gambar. 2. Idealisasi unit cell
Sumber: Anonim
Pola pemasangan segitiga akan
memberikan bentuk segienam pada
penampang unit cell, dan pola bujur
sangkar akan memberikan bentuk
bujur sangkar. Kedua bentuk
penampang tersebut bisa didekati
dengan bentuk lingkaran yang
mempunyai diameter Dw (diameter
equivalen). Untuk pola segitiga,
Dw = 1.05s dan untuk pola bujur
sangkar Dw = 1.13s, dimana s
adalah jarak antar stone column.
2. Panjang dan jarak stone column
Panjang stone column yang
direncanakan diukur dari muka
tanah asli sampai dengan batas
bawah perencanaan. Jarak stone
column adalah jarak antara pusat
penampang stone column dengan
pusat penampang stone column di
sebelahnya. Dengan demikian suatu
kelompok stone column
mempunyai dua arah spacing, yaitu
arah x dan arah y yang besarnya
sama. Selain itu spacing juga akan
mempengaruhi besarnya
pengurangan settlement stone
column dan tanah disekelilingnya.
3. Area replacement ratio
Area replacement ratio adalah
perbandingan antara luas
penampang stone column dengan
luas tanah lunak di sekelilingnya.
as =
atau as =C1 (
)
(7)
ac =
= 1 – as (8)
dimana :
as = Area replacement ratio
stone column
ac = Area replacement ratio
tanah lunak
As = Luas penampang stone
column
Ac = Luas penampang tanah
lunak dalam 1 unit cell
A = Luas penampang total 1
unit cell
D = Diameter stone column
S = spacing antar stone column
C1 = konstanta yang tergantung
pada pola penyusunan stone
column Pola segitiga C1 = 0.907,
dan pola bujur sangkar C1 = π/4.
4. Konsentrasi tegangan
Pada saat beban embankment
bekerja pada tanah yang diperbaiki
dengan stone column, konsentrasi
tegangan yang lebih besar terjadi
pada stone column dan
pengurangan tegangan terjadi pada
tanah disekitarnya. Faktor
konsentrasi tegangan (n), adalah
perbandingan tegangan antara
tegangan pada stone column dan
tegangan pada tanah sekitarnya.
n =
(9)
dimana :
σs = tegangan pada stone column
σc = tegangan tanah disekitar stone
columm
Berdasarkan keseimbangan gaya-gaya
vertikal yang ada sepanjang unit cell, maka
tegangan rata-rata yang bekerja pada unit
cell adalah fungsi dari area replacement
ratio (as).
Gambar. 3. Stone Column dengan Pola
Pemasangan Segitiga
Sumber: Anonim
Gambar. 4. Stone Column dengan Pola
Pemasangan Bujur Sangkar
Sumber: Anonim
σu = σs as + σc (1 – as) (10)
Dengan menggunakan persamaan-
persamaan di atas, tegangan yang bekerja
pada stone column dan tegangan yang
bekerja pada tanah lunak di sekeliling stone
column dapat ditentukan, yaitu:
σc = σu/(1+(n-1) . as) = . σ (11)
σs = n/(1+(n-1) . as) = . σ (12)
= 1/(1+(n-1) . ac) (13)
= n/(1+(n-1) . as) (14)
dimana :
n = faktor konsentrasi tegangan
as = area replacement ratio
σu = tegangan rata-rata di atas unit
cell akibat beban luar
σs = tegangan pada stone column
akibat beban luar
σc = tegangan pada tanah lunak
disekeliling stone column akibat
beban luar
μc = rasio tegangan pada tanah lunak
μs = rasio tegangan pada stone
column
5. Daya dukung stone column tunggal
Menurut Moreau (1835), sedikit
sekali beban yang mencapai dasar
stone column jika panjang stone
column lebih besar dari dua kali
lebarnya. Beban yang bekerja akan
ditransfer oleh stone column ke
tanah lunak sekitarnya. Pada saat
stone column mengalami bulging
dan penurunan, material butiran
stone column tertekan ke dalam
tanah lunak dan mentransferkan
tegangan geser ke tanah.
Dengan menggunakan persamaan
(14) dengan asumsi deep bulging
terjadi di atas stone column.
ult = σs = c c (15)
dimana :
ult atau σs = tegangan rerata
pada stone column
akibat beban luar
c = kekuatan geser
undrained sekitar
stone column
c = faktor daya
dukung stone
column ( 18 < c
< 22 )
6. Daya dukung stone column group
Daya dukung ultimat stone column
group sangat dipengaruhi oleh
tegangan pasif horisontal dari tanah
disekitar kelompok stone column,
undrained shear strenght blok
komposit, (Cavg) dan koefisien
tekanan tanah ke samping pasif
untuk blok komposit, (Kpkom).
Pult = ult . As (16)
dimana :
ult atau σs = tegangan rerata
pada stone column
akibat beban luar
As = Luas penampang
stone column
Pult = tegangan pada
luas penampang
stone column
akibat beban luar
Gambar. 5. Pengaturan global-lembartab
proyek
Sumber: Pedoman Plaxis 8.2 Indonesia
Penggunaan Plaxis 8.2 2D Untuk
Analisis Penurunan Plaxis 8.2 2D adalah program elemen
hingga untuk aplikasi geoteknik dimana
digunakan model-model tanah untuk
melakukan simulasi terhadap perilaku dari
tanah. Tampilan pengaturan awal pada
software Plaxis 8.2 2D disajikan Pada
Gambar. 5.
Simulasi permasalahan geoteknik
dengan menggunakan metode elemen
hingga sendiri telah secara implisit
melibatkan kesalahan pemodelan dan
kesalahan numerik yang tidak dapat
dihindari. Plaxis 8.2 2D dimaksudkan
sebagai suatu alat bantu analisis untuk
digunakan oleh ahli geoteknik yang tidak
harus menguasai metode numerik.
METODOLOGI PENELITIAN
Langkah-langkah studi disusun secara
sistematis sehingga mempermudah dalam
penyelesaian analisa ini. Langkah-langkah
studi yang dilakukan, disajikan dalam
bentuk flowchart Pada Gambar. 6. Sebagai
berikut.
Perhitungan Penurunan Akibat
Pembebanan Awal (Preloading)
Perhitungan penurunan akibat
pembebanan awal secara berurutan sebagai
berikut :
- Tinggi timbunan rencana yang
dipertahankan (H) adalah +5,25 dari
permukaan tanah (+0,00), sesuai dengan
nilai HWL+tinggi jagaan pada lokasi studi.
- Dalam perhitungan tinggi timbunan
rencana adalah 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 dan 11 m.
Langkah-langkah perhitungan
penurunan adalah sebagai berikut :
1. Menghitung tegangan efektif
overburden (σ’o) dari setiap lapisan
tanah.
2. Menetukan nilai pengaruh akibat
pembebanan dari grafik
OSTERBERG.
3. Hitung penambahan tegangan (Δσ)
sesuai dengan tinggi timbunan
rencana (Hr).
4. Menentukan nilai OCR (over
consolidated ratio) pada setiap
lapisan tanah.
5. Menghitung penurunan primer dan
penurunan segera pada setiap
lapisan tanah, kemudian
menjumlahkannya guna
mendapatkan penurunan totalnya.
6. Hitung waktu konsolidasi akibat
penurunan primer. Mulai
Pengumpulan
data
`
Tes LaboratoriumStandard Penetration
Test (SPT)
Data
Topografi
Data
Tanah
Pemodelan dengan Stone
Column
Menvariasikan
Diameter, Jarak Antar
Stone Column dan
Menggunakan Fixed
Type Stone Column
Model Stone Column
Pola Bujur Sangkar
Model Stone Column
Pola Segitiga
Hasil
Pemodelan
Analisa Biaya
Kesimpulan dan
Saran
Selesai
Menghitung Likuifaksi
Menentukan Parameter
Stone Column dan
Parameter Tanah
Menghitung Penurunan
Gambar. 6. Diagram Alir Penyelesaian
Studi
Sumber: Hasil Perhitungan
Perhitungan Penurunan dengan
Pembebanan Awal (Preloading) dengan
Program Plaxis 8.2 2D
Dari perhitungan pembebanan awal
didapatkan nilai tinggi timbunan efektif
yaitu besarnya nilai penurunan sama
dengan tinggi timbunan rencana dikurangi
tinggi timbunan yang dipertahankan (Hr –
H = Sc). Dari nilai penurunan tersebut
didapatkan waktu penurunan. Apabila
diharapkan penyelesaian waktu penurunan
lebih cepat, maka dapat digunakan
kombinasi dari pembebanan awal dan stone
column.
Langkah-langkah pengerjaannya
adalah sebagai berikut :
1. Gambarlah model lapisan tanahnya.
2. Masukkan data-data tanahnya.
3. Susunlah jaring elemennya.
4. Hitung kondisi awal.
Gambar. 7. Perhitungan besar penurunan
dan besar waktu penurunan dengan
software Plaxis 8.2 2D
Perhitungan Penurunan Akibat
Pembebanan Awal (Preloading) dan
Kombinasi Stone Column dengan
Program Plaxis 8.2 2D
Untuk memulai perhitungan Plaxis 8.2
2D terlebih dahulu menentukan tinggi
beban timbunan, dalam hal ini tinggi
timbunan yang dipakai adalah tinggi efektif
dari perhitungan analitis.
Untuk perhitungan penurunan akibat
pembebanan dengan bantuan program
Plaxis 8.2 2D secara berurutan sebagai
berikut :
1. Pembuatan model geometri dari
lapisan tanah dan timbunan dengan
bantuan (geometri line).
2. Input data material tanah dan stone
column pada (material sets).
3. Penyusunan jaring elemen (mesh
generation)
4. Perhitungan kondisi awal, dalam
hal ini meliputi tekanan air pori
awal (generate water pressure) dan
tegangan awal (generate initial
stresses).
5. Perhitungan konsolidasi.
ANALISA PERHITUNGAN DAN
PEMBAHASAN
Perhitungan Penurunan Total (Stot)
Perhitungan penurunan total (Stot)
akibat beban timbunan (γ = 1,8 t/m3)
disajikan dalam Tabel 1. Dari perhitungan,
dapat dibandingkan besarnya nilai
penurunan total akibat pembebanan pada
setiap bore hole. Hal ini dapat membantu
untuk memberikan referensi awal dalam
memilih perhitungan dari bore hole berapa
yang sekiranya dipakai untuk perencanaan.
Tinggi timbunan efektif (Hef) adalah
tinggi timbunan yang direncanakan sesuai
dengan penurunan total (Stot) yang terjadi
pada lapisan tanah. Sehingga, tinggi
timbunan efektif adalah besarnya tinggi
timbunan rencana dikurangi dengan
penurunan total.
Tabel 1. Rekapitulasi Penurunan Total Akibat Si dan Sc
Sumber : Hasil Perhitungan
Sehingga, tinggi timbunan efektif
dapat dilihat Pada Tabel 2. Berikut :
Tabel 2. Rekapitulasi Heff
H timbunan (m) 5,25
Total Penurunan Primer
(Sc) m 1,137682
Total Penurunan Segera
(Si) m 0,109158
Total Penurunan (Stot) m 1,24684
Sumber: Hasil Perhitungan
Perhitungan Waktu Penurunan Untuk
Masing-masing Derajat Konsolidasi
Dengan persamaan (6), hubungan
antara waktu penurunan (t) dengan besar
penurunan (Sc) disajikan Pada Gambar. 8.
Dari perhitungan penurunan akibat
pembebanan telah diketahui bahwa,
penurunan yang terjadi tidak terlalu besar,
namun akan selesai dalam waktu sangat
lama pula. Untuk mempercepat waktu
penurunan konsolidasi tersebut, salah satu
metode yang dapat digunakan adalah
dengan mengkombinasikan pembebanan
awal dengan pemasangan stone column.
Perhitungan Penurunan Dengan
Pembebanan Awal (Preloading)
Menggunakan Plaxis 8.2 2D
Jenis material yang digunakan pada
analisis ini adalah model Mohr- Coulomb
dan Soft Soil, dan parameterparameter
tanah yang akan dipakai pada program ini
adalah berat isi jenuh dan tak jenuh (γsat
dan γunsat), permeabilitas (kx dan ky),
modulus Young (E), angka Poisson (μ),
kohesi (c), sudut geser ( ) dan sudut
dilatasi (ψ). Jenis material yang digunakan
Htim 4 5 6 7 8 9 10 11
Sc 1,00 1,11 1,21 1,30 1,38 1,45 1,52 1,58
Si 0,06 0,10 0,14 0,19 0,25 0,32 0,40 0,48
Stot 1,06 1,21 1,35 1,49 1,63 1,78 1,92 2,06
bisa dilihat Pada Tabel 3. Adapun keluaran
software Plaxis 8.2 2D untuk besar
penurunan dan waktu penurunan disajikan
Pada Gambar 9.
Perbandingan Penurunan dan Waktu
Konsolidasi Secara Analitis Dengan
Program Plaxis 8.2 2D
Pada sub bab ini akan membandingkan
hasil perhitungan antara analitis dengan
program Plaxis 8.2 2D, dengan
membandingkan nilai penurunan akhir dan
waktu penurunan akhir. Hasil perbandingan
dapat dilihat Pada Gambar 10 dan Tabel 4.
Gambar. 8. Kurva Korelasi Stot dengan t Menggunakan Perhitungan Analitis
Sumber:Hasil Perhitungan
Tabel 3. Sifat-sifat Material dan Paameter Desain
Sumber: Hasil Perhitungan
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00
Pen
uru
na
n (
m)
Waktu Penurunan, t (tahun)
St - t Analitis
Parameter Timbunan Lapisan 1 Lapisan 2 Lapisan 3
Tebal (m) 5,25 5 7 5
Kondisi Tanah Padat Lunak Lunak Lunak
Model Mohr
Coulomb Soft Soil Soft Soil Soft Soil
Tipe Drained Undrained Undrained Undrained
y unsat (kN/m3
) 10 13,55106228 15,5438656 15,0456647
y sat (kN/m3) 18 20,03 20,13 20,13
kx (m/hari) 1 9,52132E-05 1,73387E-05 1,7628E-06
ky (m/hari) 1 9,52132E-05 1,73387E-05 1,7628E-06
E (kN/m2) 3000 - - -
µ 0,3 - - -
c (kN/m2) 1 6,974811469 15,9424262 65,7625081
ᶲ (°) 30 19,76 31,73 36,67
Cc - 0,31 0,46 0,26
Cs - 0,062 0,092 0,052
eo - 0,95 1,73 1
Gambar. 9. Kurva Korelasi Stot dengan t Menggunakan Perhitungan Plaxis 8.2 2D
Sumber:Hasil Perhitungan
Tabel 4. Selisih Antara Analitis dan Plaxis 8.2 2D
Hr (m) S (m) selisih (%)
t (tahun) selisih (%)
Analitis 5,25
1,25 6,96
209,77 10,77
Plaxis 1,16 189,37
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar. 10. Perbandingan Kurva Korelasi Stot dengan t Antara Perhitungan Analitis dengan
Plaxis 8.2 2D
Sumber:Hasil Perhitungan
Perhitungan Estimasi Potensi
Likuifaksi
Tabel 5. Perhitungan Nilai FSL
Sumber: Hasil Perhitungan
Hasil perhitungan menunjukkan
bahwa lapisan tanah dengan kedalaman >
5 m atau lapisan 2 dan 3 tidak mengalami
likuifaksi, dikarenakan FSL > 1,
sedangkan pada kedalaman 5 m atau
lapisan 1 mengalami likuifaksi,
dikarenakan FSL < 1. Untuk itu
dibutuhkan penanganan terhadap tanah di
lokasi tersebut. Metode yang digunakan
adalah metode pemasangan stone column.
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 50 100 150 200
Pen
uru
na
n (
m)
Waktu Penurunan, t (tahun)
St - t Plaxis
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 50 100 150 200 250
Pen
uru
na
n (
m)
Waktu Penurunan, t (tahun)
St -t Analitis
St -t Plaxis
No Lapisan CSR CRR MSF SFL
1 1 0,399 0,129 0,323
2 2 0,115 0,520 4,528
3 3 0,068 0,675 9,892
1,001
Fungsi utama pemasangan stone column
adalah untuk meningkatkan daya dukung
tanah yang lembek sehingga tanah
lembek tersebut dapat menerima beban
yang lebih besar dan settlement yang
terjadi akan berkurang dan juga bisa
mengatasi terjadinya likuifaksi.
Penurunan Akibat Pembebanan Awal
(Preloading) dengan Adanya Stone Column
Dalam pemodelan geometri tidak ada
perbedaan dengan pemodelan penurunan
tanpa stone column, hanya saja kondisi
tanah lunak yang sebelumnya tak
terdrainase (undrained) di ganti dengan
pilihan terdrainase (drained). Dengan
menggunakan 2 pola, yaitu pola bujur
sangkar dan pola segitiga. Dengan
menggunakan 3 variasi diameter dan jarak
pemasangan, yaitu (D = 1 m, s = 2 m), (D
= 1,5 m, s = 3 m), (D = 2 m, s = 4 m).
Sedangkan untuk parameter stone column
bisa dilihat Pada Tabel 6. Hasil perhitungan
besar penurunan dan waktu penurunan
dengan adanya stone column pada Plaxis
8.2 2D ditunjukkan Pada gambar 11 dan 12.
Tabel 6. Data Parameter Stone Column
Pemodelan h
(m)
ysat
(kN/m2)
yunsat
(kN/m2)
E'
(kN/m2)
v c
(kN/m2)
φ
(o)
Kh=Kv
(m/hari)
Stone
column 17 21 20 45000 0,2 5 42
7,128
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar. 11. Kurva Korelasi St dengan t Hasil Keluaran (output) Dengan Adanya Stone
Column Pola Bujur Sangkar Sumber:Hasil Perhitungan
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Pen
uru
na
n (
m)
Waktu Penurunan, t (tahun)
St - t BS D1 S2
St - t BS D1,5 S3
St - t BS D2 S4
Gambar. 12. Kurva Korelasi St dengan t Hasil Keluaran (output) Dengan Adanya Stone
Column Pola Segitiga
Sumber:Hasil Perhitungan
Perbandingan Antara Hasil Perhitungan
Penurunan Akibat Pembebanan Awal
(Preloading) Sebelum dan Sesudah
Adanya Stone Column
Pada sub bab ini akan membandingkan
secara keseluruhan semua hasil perhitungan
yang telah dilakukan sebelumnya, dan
harapannya dari hasil tersebut dapat di
berikan analisa mengenai kedua metode
perhitungan penurunan konsolidasi dan
lama waktu konsolidasi dengan
pembebanan maupun pembebanan yang
digabungkan dengan pemakaian stone
column, baik secara analitis maupun plaxis
8.2 2D.
Untuk mendukung analisa diatas,
maka diperlukan penggabungan hasil dari
semua perhitungan. Penggabungan tersebut
dapat dilihat pada grafik yang akan
disajikan Pada Tabel 7 dan Gambar 13.
Tabel 7. Perbandingan Penurunan dan Waktu Penurunan Sebelum dan Sesudah Adanya Stone
Column
no D
(m) S (m)
S 90%
(m)
t
(tahun)
Selisih S
(%)
Selisih t
(tahun) Keterangan
1 - 1,247 1,122 209,773 - - Analitis
2 - 1,160 1,044 189,370 - - Plaxis
3 1 0,805
0,724 0,684 30,633 99,639 Bujur
Sangkar 4 1,5 0,762 0,686 0,456 34,280 99,759
5 2 0,795 0,715 0,342 31,492 99,819
6 1 0,788 0,709 0,592 32,063 99,687
Segitiga 7 1,5 0,855 0,769 0,395 26,317 99,792
8 2 1 0,9 0,296 13,793 99,844
Sumber: Hasil Perhitungan
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Pen
uru
na
n (
m)
Waktu Penurunan, t (tahun)
St - t SG D1 S2
St - t SG D1,5 S3
St - t SG D2 S4
Gambar 13. Perbandingan Kurva Korelasi St dengan t Hasil Keluaran (output) Dengan
Adanya Stone Column
Sumber: Hasil Perhitungan
Perhitungan Volume Pekerjaan dan
Biaya Bahan
Perhitungan Volume Pekerjaan
a) Pembebanan Awal (Preloading)
Untuk kebutuhan material urugan total
dapat dihitung berdasarkan luas area
rencana perbaikan tanah. Contoh
perhitungannya sebagai berikut:
Luas area perbaikan tanah (A) = 120 x 60
= 7200 m2
Tinggi timbunan pembebanan (Heff)
= 5,25 m
Total volume timbunan (V) = A x Heff
= 7200 x 5,25
=37800 m3
b) Stone column
Untuk satu titik pemasangan
memerlukan kedalaman sebesar 17 m.
Dengan menggunakan dua pola, yaitu pola
segitiga dan pola bujur sangkar. Dari dua
pola tersebut dibagi lagi dengan tiga
diameter yang berbeda.
Pola segitiga
D1 = 1 m
s = 2 m
Jumlah titik pemasangan = 732
Luas stone column (As) =
d2
=
12
= 0,79 m2
Volume stone column (Vs) = As . z
= 0,79 . 17
=13,35 m3
Kebutuhan bahan = Vs . jumlah titik
pemasangan
= 13,35 . 732
= 9768,54 m3
Jadi, unuk melaksanakan pemasangan
stone column dibutuhkan setidaknya
9768,54 m3. Untuk perhitungan selanjutnya,
bisa dilihat Pada Tabel 8 di bawah ini.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Pe
nu
run
an (
m)
Waktu Penurunan, t (tahun)
St -t BS D1 S2
St - t BS D1,5 S3
St - t BS D2 S4
St - t SG D1 S2
St - t SG D1,5 S3
St - t SG D2 S4
Tabel 8. Kebutuhan Bahan Stone Column
no z D
(m)
s
(m)
As
(m2)
Vs
(m3)
jumlah titik
pemasangan
kebutuhan
bahan Keterangan
1
17
1 2 0,79 13,35 732 9768,54
Pola Segitiga 2 1,5 3 1,77 30,03 332 9968,72
3 2 4 3,14 53,38 167 8914,46
4 1 2 0,79 13,35 741 9888,65 Pola Bujur
Sangkar 5 1,5 3 1,77 30,03 338 10148,87
6 2 4 3,14 53,38 171 9127,98
Sumber: Hasil Perhitungan
Perhitungan Biaya Bahan
Analisa biaya yang dilakukan hanya
berdasarkan harga pokok bahan tanpa
memperhitungkan faktor pelaksanaan dan
pengangkutan bahan sampai ke lokasi,
berikut adalah contoh perhitungannya.
a. Biaya timbunan (Preloading)
Harga bahan = Rp. 50.000/m3
(Daftar harga upah dan bahan Kota Sorong
2016)
Total timbunan = 37800 m3
Total biaya bahan = 50.000 x 37.800
= Rp. 1.890.000.000
b. Biaya stone column
Harga bahan = Rp. 320.000/m3
Pola segitiga
D1 = 1 m
Kebutuhan bahan = 9768,54 m3
Total biaya bahan = Harga bahan x
Kebutuhan bahan
= 320.000 x 9768,54
= Rp. 3.125.932.800,00
Perhitungan lengkapnya dapat dilihat Pada
Tabel 9 berikut.
Tabel 9. Total Biaya Bahan Stone Column
no D
(m)
kebutuhan
bahan
Harga
Bahan Total Biaya Bahan Keterangan
1 1 9768,54
320000
3125932800,00
Pola Segitiga 2 1,5 9968,72 3189988800,00
3 2 8914,46 2852627200,00
4 1 9888,65 3164366400,00 Pola Bujur
Sangkar 5 1,5 10148,87 3247639200,00
6 2 9127,98 2920953600,00
Sumber: Hasil Perhitungan
KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan
sebelumnya, maka dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. penurunan akibat pembebanan awal
telah diketahui tinggi timbunan
efektif sebesar 5,25 m dengan total
penurunan akibat penurunan segera
dan penurunan primer sebesar 1,25
m. Dan dari hasil perhitungan
derajat konsolidasi 90% waktu
penurunan diketahui membutuhkan
waktu penurunan sebesar 209,77
tahun dengan besar penurunannya
1,12 m. Dari perhitungan
penurunan akibat pembebanan awal
pada program Plaxis 8.2 2D telah
diketahui total penurunan sebesar
1,16 m dengan tinggi timbunan
sebesar 5,25 m. Dan dari hasil
perhitungan derajat konsolidasi
90% waktu penurunan diketahui
membutuhkan waktu penurunan
sebesar 189 tahun dengan besar
penurunannya 1,04 m. Selisih
penurunan antara perhitungan
analitis dengan plaxis hanya
sebesar 6,96 % saja. Sedangkan
untuk waktu penurunannya sebesar
10,77 %.
2. Pada lapisan tanah dengan
kedalaman > 5 m tidak terjadi
likuifaksi, dikarenakan nilai faktor
keamanan ( factor of safety, FS)
lebih dari satu, FS > 1. Nilai FS ini
masing-masing sebesar 4,528 pada
lapisan kedua dan 9,892 pada
lapisan ketiga. Sedangkan pada
lapisan dengan kedalaman 5 m
atau pada lapisan pertama
mengalami likuifaksi, dikarenakan
FS < 1, dengan nilai FS sebesar
0,323. Diperoleh dari cyclic
resistance ratio (CRR) dibagi
dengan cyclic stress ratio (CSR)
(Youd dan Idris, 1971).
3. Dari perhitungan penurunan dengan
stone column akibat pembebanan
awal pada program Plaxis 8.2 2D
dengan pola bujur sangkar dengan
(D = 1 m, S = 0,80466 m), ( D =
1,5 m, S = 0,76235 m) dan (D = 2
m, S = 0,79469). Dengan pola
segitiga (D= 1 m, S = 0,78807), (D
= 1,5 m, 0,85472 m) dan (D = 2 m,
S = 1 m). Sedangkan hasil
perhitungan derajat konsolidasi
90% waktu penurunannya adalah
pola bujur sangkar dengan (D = 1
m, t = 0,59 tahun), ( D = 1,5 m, t =
0,39 tahun) dan (D = 2 m, t = 0,29
tahun). Dengan pola segitiga (D= 1
m, t = 0,53 tahun), (D = 1,5 m, t =
0,35 tahun) dan (D = 2 m, t = 0,26
tahun).
4. Untuk total biaya bahan pola bujur
sangkar dengan (D = 1 m, total
biaya bahan = Rp.
3.164.366.400,00), (D = 1,5 m,
total biaya bahan = Rp.
3.247.639.200,00) dan (D = 2 m,
total biaya bahan = Rp.
2.920.953.600,00). Sedangkan
untuk pola bujur sangkar dengan (D
= 1 m, total biaya bahan = Rp.
3.125.932.800,00), (D = 1,5 m,
total biaya bahan = Rp.
3.189.988.800,00) dan (D = 2 m,
total biaya bahan = Rp.
2.852.627.200,00).
Tabel 10. Hasil Perhitungan Perencanaan Pemasangan Stone Column
No D (m) S (m) t
(tahun)
Total Biaya
Bahan Pola
1 1 0,805 0,597 3164366400,00
Bujur Sangkar 2 1,5 0,762 0,398 3247639200,00
3 2 0,795 0,298 2920953600,00
4 1 0,788 0,537 3125932800,00
Segitiga 5 1,5 0,855 0,358 3189988800,00
6 2 1,000 0,269 2852627200,00
Sumber: Hasil Perhitungan
Dari tabel diatas untuk penurunannya,
pola bujur sangkar lebih kecil jika
dibandingkan dengan pola segitiga,
sedangkan waktu konsolidasi pola bujur
sangkar lebih besar. Untuk total biaya
bahannya, pola segitiga lebih kecil
dibandingkan dengan pola bujur sangkar,
maka perencanaan perbaikan tanah dengan
menggunakan stone column dipilih hasil
terbaik dari segi teknis dan dari segi
ekonomisnya. Yaitu perencanaan
pemasangan stone column pola bujur
sangkar dengan diameter sebesar 2 m dan
total harga biaya bahannya sebesar Rp.
2.920.953.600,00.
SARAN
Penggunaan metode perbaikan tanah
dengan mengkombinasikan pembebanan
(preloading) dan stone column bukanlah
satu-satunya metode perbaikan tanah yang
ada. Hal ini tergantung dari beberapa faktor
seperti geologi tanah, topografi tanah dan
sebagainya.
Untuk mendapatkan tingkat akurasi
yang tinggi dari hasil perhitungan analitis
maupun program Plaxis 8.2 2D perlu
dilakukan perbandingan dengan hasil yang
ada di lapangan. Parameter tanah yang
digunakan sebagai data masukan sangat
berpengaruh terhadap analisis, oleh karena
itu dalam penentuan harga parameter
tersebut harus dilakukan secermat mungkin.
DAFTAR PUSTAKA
Anhar, R., 2016. Pengaruh Floating Stone
Column Dalam Perbaikan Tanah
Pada Tanah Lempung Lunak
Menggunakan Metode Elemen Hingga.
Skripsi.Tidak dipublikasikan.
Malang: Institut Teknologi Nasional.
Das, Braja, M., 1994. Mekanika Tanah II
(Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis)
Jilid 1 dan 2. Jakarta: Erlangga.
FHWA-NHI 132034 Ground Improvement
Techniques
FHWA/RD-83/026. 1983. Design and
Construction of Stone column Vol. I
FHWA/RD-83/027. 1983. Design and
Construction of Stone column Vol. II
Fitriani, F., 2016. Pemodelan Numerik
Pada Perbaikan Tanah Menggunakan
Stone Column Di Tanah Lempung
Lunak Di Bawah Tanah Timbunan.
Skripsi. Tidak dipublikasikan.
Malang: Institut Teknologi Nasional.
Hepma, I., 2016. Studi Parameter
Perencanaan Stone Column untuk
Perbaikan Bearing Capacity dan
Settlement Pada Tanah Lempung.
Skripsi. Tidak dipublikasikan.
Bandung: Institut Teknologi Bandung.
Indraratna, B. & Redana, I.W., 2000.
Numerical modelling of vertical drains
with smear and well resistance
installed in soft clay. Canadian
Geotechnical Journal. 37(1): 132–
145.
Indraratna, B, 2013. Numerical Solution of
Stone Column Improved Soft Soil
Considering Arching, Clogging and
Smear Effects.
Nurtjahjaningtyas, I., 2016. Efektifitas
Penggunaan Stone Column Untuk
Mengurangi Besar Pemampatan
Pada Tanah Dengan Daya Dukung
Rendah. Skripsi. Tidak
dipublikasikan. Jember: Universitas
Jember.
Pramukti, Daru, N., 2014. Perencanaan
Drainase Vertikal (Vertical Drain)
Untuk Mempercepat Waktu
Konsolidasi Pada Pembangunan Pltu
Ipp Kaltim 3 ( 2X 100 Mw). Skripsi.
Tidak dipublikasikan. Malang:
Universitas Brawijaya.
Saito, A., K. Tagawa, T. Tamura, H. Oishi,
H. Nagayama and H. Shimaoka., 1987.
A countermeasure for sand
liquefaction by gravel drains method.
Nippon Kokan Technical Report
Overseas. No. 51, pp. 46-52.
Seed, H.B. and Idriss, I.M., 1982. Ground
Motions and Soil Liquefaction During
Earthquakes. Earthquake Engineering
Research Institute Monograph.
Weber, T.M. & Springman, S.M.
Numerical modelling of stone columns
in soft clay under an embankment.