perilaku model tereduksi struktur rel kereta api …/perilaku... · perilaku model tereduksi...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

PERILAKU MODEL TEREDUKSI STRUKTUR REL KERETA API DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

DAN CERUCUK KAYU DI BAWAH BALLAST DENGAN ANALISIS PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6

Reduced Model Behavior of Railway Structure Reinforced by Geosynthetic and

Wooden-piles under Ballast with PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 Analysis

TUGAS AKHIR

Disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun Oleh:

ANJAR WIDO WICAKSONO NIM. I0108063

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

ii


commit to user

iii


commit to user

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi

dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang

pernah diterbitkan oleh orang lain kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah

ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Dan jika dalam perjalanan ditemui karya

lain yang mirip, maka hal itu menjadi sumber referensi tambahan bagi penulis.

Surakarta, Oktober 2012

Penulis


commit to user

v

MOTTO MOTTO MOTTO MOTTO

“ Born To Ride ”

(Anonim)

PERSEMBAHANPERSEMBAHANPERSEMBAHANPERSEMBAHAN

Kupersembahkan Karyaku ini kepada :

Ibu, Bapak, Kakak, dan segenap keluarga besar

Keluarga Kontrakan GAPUK

Civitas Akademika Teknik Sipil


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga

penyusun dapat menyelesaikan penulisan laporan skripsi ini dengan baik. Skripsi

ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan S-1 di

Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Selama penyusunan skripsi ini penyusun banyak mendapatkan bantuan,

bimbingan, dan pengarahan serta kemudahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu

penyusun menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

2. Bapak Bambang Setiawan, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Skripsi I.

3. Bapak Ir. Ary Setyawan, M.Sc., PhD. selaku Dosen Pembimbing Skripsi II.

4. Ir. Antonius Mediyanto, M.T. selaku dosen Pembimbing Akademis.

5. Segenap Dosen dan Crew Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

6. Rekan-rekan asisten Laboratorium Mekanika Tanah.

7. Rekan-rekan Kontrakan Gapuk.

8. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil Angkatan 2008.

Penyusun menyadari bahwa laporan skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh

sebab itu penyusun mengharap saran dan kritik yang membangun dari pembaca

demi kesempurnaan laporan skripsi yang akan datang. Akhir kata semoga laporan

skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penyusun pada khususnya dan semua

pihak pada umumnya.

Surakarta, September 2012

Penyusun


commit to user

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ....................................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... iii

PERNYATAAN ............................................................................................................. iv

MOTTO .......................................................................................................................... v

PERSEMBAHAN ........................................................................................................... v

ABSTRAK ..................................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ................................................................................................ viii

DAFTAR ISI .................................................................................................................. ix

DAFTAR TABEL ....................................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xxii

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................... xxx

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL .......................................................................... xxxi

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah. .......................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian. ....................................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................................ 5

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................................... 5

2.2 Dasar Teori ................................................................................................... 8

2.2.1 Struktur Rel Kereta Api....................................................................... 8

2.2.1.1 Beban Gandar ......................................................................... 9

2.2.1.2 Lebar Sepur ............................................................................. 9

2.2.1.3 Penampang Melintang ............................................................ 9

2.2.1.4 Bantalan ................................................................................ 10

2.2.1.5 Ballast ................................................................................... 11

2.2.1.6 Tanah Dasar .......................................................................... 12


commit to user

x

2.2.2 Tanah Lunak ..................................................................................... 16

2.2.3 Geosintetik ........................................................................................ 17

2.2.4 Pondasi Tiang Cerucuk ..................................................................... 18

2.2.5 Metode Elemen Hingga .................................................................... 19

2.2.6 Model Material Mohr-Coulomb (MC) ............................................. 21

2.2.7 Program PLAXIS 3D FOUNDATION V 1.6 ................................... 26

2.2.7.1 Data Masukan (Input Data) .................................................. 27

2.2.7.1 Keluaran (Output) ................................................................. 31

BAB III METODE PENELITIAN............................................................................... 32

3.1 Uraian Umum ............................................................................................. 32

3.2 Uji pendahuluan .......................................................................................... 33

3.3 Alat dan Bahan ........................................................................................... 33

3.3.1 Alat .................................................................................................... 33

3.3.2 Bahan ................................................................................................. 37

3.4 Tahapan Penelitian ..................................................................................... 38

3.4.1 Tahap Persiapan ................................................................................ 38

3.4.2 Tahap Pelaksanaan Uji Model Laboratorium.................................... 47

3.5 Pemodelan dengan PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 ............................. 49

3.5.1 Pengaturan Umum (General Setting) ............................................... 49

3.5.2 Kontur Geometri (Geometry Contour)............................................. 50

3.5.3 Set Data Material (Material Data Sets) ........................................... 51

3.5.4 Pembuatan Jaring-Jaring Elemen (Mesh Generations) .................... 53

3.5.5 Perhitungan (Calculations) .............................................................. 54

3.5.6 Keluaran (Output) ............................................................................ 56

3.6 Analisis dan Pengolahan Data .................................................................... 56

3.7 Alur Penelitian ............................................................................................ 57

BAB IVANALISIS DAN PEMBAHASAN ................................................................. 59

4.1 Indeks Properties Tanah ............................................................................. 59

4.2 Analisis Penurunan Struktur Rel Kereta Api dari Hasil Pembebanan

Model Tereduksi (Uji Laboratorium) ........................................................ .60

4.2.1 Beban di Posisi A ............................................................................ 61


commit to user

xi

4.2.1.1 Beban 16 kg .......................................................................... 61

4.2.1.2 Beban 32 kg .......................................................................... 65

4.2.1.3 Beban 48 kg .......................................................................... 69

4.2.1.4 Beban 64 kg .......................................................................... 73

4.2.1.5 Beban 80 kg .......................................................................... 77

4.2.2 Beban di Posisi B ............................................................................ 81

4.2.2.1 Beban 16 kg .......................................................................... 81

4.2.2.2 Beban 32 kg .......................................................................... 85

4.2.2.3 Beban 48 kg .......................................................................... 89

4.2.2.4 Beban 64 kg .......................................................................... 93

4.2.2.5 Beban 80 kg .......................................................................... 97

4.2.3 Beban di Posisi C .......................................................................... 101

4.2.3.1 Beban 16 kg ........................................................................ 101

4.2.3.2 Beban 32 kg ........................................................................ 105

4.2.3.3 Beban 48 kg ........................................................................ 109

4.2.3.4 Beban 64 kg ........................................................................ 113

4.2.3.5 Beban 80 kg ........................................................................ 117

4.2.4 Beban di Posisi D .......................................................................... 121

4.2.4.1 Beban 16 kg ........................................................................ 121

4.2.4.2 Beban 32 kg ........................................................................ 125

4.2.4.3 Beban 48 kg ........................................................................ 129

4.2.4.4 Beban 64 kg ........................................................................ 133

4.2.4.5 Beban 80 kg ........................................................................ 137

4.3 Analisis Penurunan Maksimum Struktur Rel Kereta Api dari Hasil Uji

Model Laboratorium ............................................................................... .141

4.3.1 Beban di Posisi A .......................................................................... 141

4.3.2 Beban di Posisi B .......................................................................... 144

4.3.3 Beban di Posisi C .......................................................................... 147

4.3.4 Beban di Posisi D .......................................................................... 149

4.4 Analisis Penurunan Struktur Rel Kereta Api dari Hasil PLAXIS 3D

FOUNDATION v 1.6 .............................................................................. .152

4.4.1 Parameter Uji ................................................................................ 154

4.4.2 Beban di Posisi A .......................................................................... 156


commit to user

xii

4.4.3 Beban di Posisi B .......................................................................... 159

4.4.4 Beban di Posisi C .......................................................................... 162

4.4.5 Beban di Posisi D .......................................................................... 165

4.5 Validasi dengan Program PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 ............... .168

4.5.1 Penurunan Struktur Rel Kereta Api di atas Tanah Pasir ............... 168

4.5.2 Penurunan Struktur Rel Kereta Api di atas Tanah Lunak tanpa

Perkuatan ...................................................................................... 172

4.5.3 Penurunan Struktur Rel Kereta Api di atas Tanah Lunak dengan

Perkuatan Geosintetik dan Cerucuk ............................................. 176

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 180

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 180

5.2 Saran ......................................................................................................... 181

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 183

LAMPIRAN


commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kelas jalan rel Indonesia (PJKA, 1986) ...................................................... 8

Tabel 2.2 Penampang melintang jalan rel (PJKA, 1986) .......................................... 10

Tabel 2.3 Gradasi lapisan ballast atas (Utomo, 2010)............................................... 12

Tabel 2.4 Gradasi lapisan ballast bawah (Utomo, 2010) .......................................... 12

Tabel 2.5 Penggolongan tanah berdasarkan N-SPT (Peck Hanson dan Thornburn,

1974)........................................................................................................... 16

Tabel 3.1 Perbandingan gradasi ballast dalam skala asli dan skala tereduksi ........... 43

Tabel 3.2 Perbandingan dimensi struktur rel kereta api dalam skala asli dengan

skala terduksi pada suatu model uji ........................................................... 45

Tabel 4.1 Rekapitulasi pengujian parameter tanah .................................................... 59

Tabel 4.2 Penurunan rel pada tanah pasir akibat beban 16 kg pada posisi A

(Siklus Pergi) ............................................................................................. 63

Tabel 4.3 Penurunan rel pada tanah pasir akibat beban 16 kg pada posisi A

(Siklus Pulang) .......................................................................................... 63

Tabel 4.4 Penurunan rel pada tanah lunak tanpa perkuatan akibat beban 16 kg di

posisi A (Siklus Pergi)................................................................................ 63


posisi A (Siklus Pulang) ............................................................................. 64

Tabel 4.6 Penurunan rel pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk

akibat beban 16 kg di posisi A (Siklus Pergi) ............................................ 64


akibat beban 16 kg di posisi A (Siklus Pulang) ......................................... 64

Tabel 4.8 Penurunan rel pada tanah pasir akibat beban 32 kg di posisi A (Siklus

Pergi) .......................................................................................................... 67


Pulang) ....................................................................................................... 67






commit to user

xiv






Pergi) .......................................................................................................... 71


Pulang) ....................................................................................................... 71










Pergi) .......................................................................................................... 75


Pulang) ....................................................................................................... 75










Pergi) .......................................................................................................... 79


Pulang) ....................................................................................................... 79


commit to user

xv









Tabel 4.32 Penurunan rel pada tanah pasir akibat beban 16 kg di posisi B (Siklus

Pergi) .......................................................................................................... 83


Pulang) ....................................................................................................... 83


posisi B (Siklus Pergi) ................................................................................ 84


posisi B (Siklus Pulang) ............................................................................. 84


akibat beban 16 kg di posisi B (Siklus Pergi) ............................................ 84


akibat beban 16 kg di posisi B (Siklus Pulang) .......................................... 84


Pergi) .......................................................................................................... 87


Pulang) ....................................................................................................... 87










commit to user

xvi


Pergi) .......................................................................................................... 91


Pulang) ....................................................................................................... 91










Pergi) .......................................................................................................... 95


Pulang) ....................................................................................................... 95










Pergi) .......................................................................................................... 99


Pulang) ....................................................................................................... 99




posisi B (Siklus Pulang) ........................................................................... 100


commit to user

xvii


akibat beban 80 kg di posisi B (Siklus Pergi) .......................................... 100


akibat beban 80 kg di posisi B (Siklus Pulang) ........................................ 100

Tabel 4.62 Penurunan rel pada tanah pasir akibat beban 16 kg di posisi C (Siklus

Pergi) ........................................................................................................ 103


Pulang) ..................................................................................................... 103


posisi C (Siklus Pergi) .............................................................................. 104


posisi C (Siklus Pulang) ........................................................................... 104


akibat beban 16 kg di posisi C (Siklus Pergi) .......................................... 104


akibat beban 16 kg di posisi C (Siklus Pulang) ........................................ 104


Pergi) ........................................................................................................ 107


Pulang) ..................................................................................................... 107










Pergi) ........................................................................................................ 111


Pulang) ..................................................................................................... 111


commit to user

xviii










Pergi) ........................................................................................................ 115


Pulang) ..................................................................................................... 115










Pergi) ........................................................................................................ 119


Pulang) ..................................................................................................... 119










commit to user

xix

Tabel 4.92 Penurunan rel pada tanah pasir akibat beban 16 kg di posisi D (Siklus

Pergi) ........................................................................................................ 123


Pulang) ..................................................................................................... 123


posisi D (Siklus Pergi).............................................................................. 124


posisi D (Siklus Pulang) ........................................................................... 124


akibat beban 16 kg di posisi D (Siklus Pergi) .......................................... 124


akibat beban 16 kg di posisi D (Siklus Pulang) ....................................... 124


Pergi) ........................................................................................................ 127


Pulang) ..................................................................................................... 127





Tabel 4.102 Penurunan rel pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan

cerucuk akibat beban 32 kg di posisi D (Siklus Pergi) ............................ 128


cerucuk akibat beban 32 kg di posisi D (Siklus Pulang) .......................... 128


Pergi) ........................................................................................................ 131


Pulang) ..................................................................................................... 131






commit to user

xx






Pergi) ........................................................................................................ 135


Pulang) ..................................................................................................... 135










Pergi) ........................................................................................................ 139


Pulang) ..................................................................................................... 139









Tabel 4.122 Hubungan beban dan besar penurunan maksimum pada posisi A .......... 143

Tabel 4.123 Hubungan beban dan besar penurunan maksimum pada posisi B .......... 146

Tabel 4.124 Hubungan beban dan besar penurunan maksimum pada posisi C .......... 148

Tabel 4.125 Hubungan beban dan besar penurunan maksimum pada posisi D .......... 151

Tabel 4.126 Sifat-sifat material untuk bantalan kayu dan rel ..................................... 154


commit to user

xxi

Tabel 4.127 Sifat-sifat material untuk goesintetik ...................................................... 154

Tabel 4.128 Sifat-sifat material untuk tanah lunak, pasir, ballast, dan cerucuk ......... 155

Tabel 4.129 Hubungan beban dan besar penurunan maksimum hasil PLAXIS 3D

FOUNDATION v 1.6 pada posisi A ........................................................ 158


FOUNDATION v 1.6 pada posisi B ........................................................ 161


FOUNDATION v 1.6 pada posisi C ........................................................ 164


FOUNDATION v 1.6 pada posisi D ........................................................ 167

Tabel 4.133 Perbandingan penurunan maksimum pada tanah pasir dari uji

pembebanan model laboratorium dengan PLAXIS 3D FOUNDATION

v1.6 ........................................................................................................... 168

Tabel 4.134 Perbandingan penurunan maksimum pada tanah lunak tanpa perkuatan

dari uji pembebanan model laboratorium dengan PLAXIS 3D

FOUNDATION v 1.6 ............................................................................... 172

Tabel 4.135 Perbandingan penurunan maksimum pada tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik dan cerucuk dari uji pembebanan model laboratorium dengan

PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 .......................................................... 176


commit to user

xxii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tekanan pada lapisan tanah dasar (Chopra, 2009)................................ 6

Gambar 2.2 Penampang melintang jalan rel (PJKA, 1986) .................................... 10

Gambar 2.3 Hubungan antara tekanan pada tanah dasar dengan CBR tanah dasar

dan mud pumping (Utomo, 2010) ....................................................... 13

Gambar 2.4 Kurva berat isi kering dan kadar air untuk beberapa kondisi tanah

(Utomo, 2010) ..................................................................................... 14

Gambar 2.5 Hubungan antara γd dengan LL, PL, dan IP (Utomo, 2010) ............... 14

Gambar 2.6 Hubungan antara kadar air dengan LL, PL, dan IP (Utomo, 2010) .... 15

Gambar 2.7 Hubungan antara kadar air dengan nilai CBR soaked, CBR unsoaked,

nilai swelling, dan γd (Utomo, 2010) .................................................. 15

Gambar 2.8 Efek pumping dan fungsi separasi (PT. Geoforce Indonesia) ............. 17

Gambar 2.9 Diskretisasi elemen (Pramugani & Setiawan, 2007)........................... 20

Gambar 2.10 Model Material Mohr – Coulomb (Brinkgreve et al., 2006) ............... 22

Gambar 2.11 Kurva Tegangan Regangan Mohr-Coulomb

(Brinkgreve et al., 2006) ..................................................................... 23

Gambar 2.12 Tiga dimensi permukaan Model Mohr-Coulomb (Brinkgreve et al.,

2006) ................................................................................................... 25

Gambar 3.1 Satu unit box uji baja ........................................................................... 34

Gambar 3.2 Sketsa potongan melintang set up pembebanan pada media tanah

pasir ..................................................................................................... 34


lunak tanpa perkuatan ......................................................................... 35


lunak dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk................................ 35

Gambar 3.5 Detail set up pembebanan pada pada media tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik dan cerucuk ...................................................... 36

Gambar 3.6 Dial gauge ........................................................................................... 36

Gambar 3.7 Nivo ..................................................................................................... 36

Gambar 3.8 Slotted weights .................................................................................... 37

Gambar 3.9 Model geosintetik ................................................................................ 38

Gambar 3.10 Model benda uji small size tiang cerucuk ........................................... 39


commit to user

xxiii

Gambar 3.11 Penjemuran tanah di bawah sinar matahari ......................................... 40

Gambar 3.12 Penghancuran tanah dengan soil crusher ............................................ 41

Gambar 3.13 Penyaringan tanah dengan ayakan No. 4 ............................................ 41

Gambar 3.14 Pencampuran tanah dengan air............................................................ 42

Gambar 3.15 Pemadatan tanah dengan alat pemadat ................................................ 42

Gambar 3.16 Pengujian kepadatan tanah dengan alat CBR...................................... 43

Gambar 3.17 Penghamparan ballast di atas media tanah ......................................... 44

Gambar 3.18 Pengujian kepadatan ballast dengan alat uji CBR .............................. 44

Gambar 3.19 Potongan melintang strukur rel kereta api skala tereduksi

(dalam cm) .......................................................................................... 45

Gambar 3.20a Perletakan dial dan posisi pembebanan pada model rel ..................... 46

Gambar 3.20b Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api ......................................... 46

Gambar 3.21 Pemasangan boogie di atas struktur rel kereta api .............................. 47

Gambar 3.22 Pemasangan beban di atas model struktur rel kereta api..................... 48

Gambar 3.23a Pembebanan dan pembacaan dial saat beban di posisi A ................... 48

Gambar 3.23b Pembebanan dan pembacaan dial saat beban di posisi B .................... 48

Gambar 3.23c Pembebanan dan pembacaan dial saat beban di posisi C .................... 48

Gambar 3.23d Pembebanan dan pembacaan dial saat beban di posisi D ................... 48

Gambar 3.24 General settings (Project) ................................................................... 50

Gambar 3.25 General settings (Dimensions) ............................................................ 50

Gambar 3.26 Kontur geometri .................................................................................. 51

Gambar 3.27a Set data material tanah umum ............................................................. 52

Gambar 3.27b Set data material tanah parameter ....................................................... 52

Gambar 3.28 Set data material Beams ...................................................................... 53

Gambar 3.29 Set data material Floors ...................................................................... 53

Gambar 3.30 Pembuatan jaring-jaring elemen 2D.................................................... 54

Gambar 3.31 Pembuatan jaring-jaring elemen 3D.................................................... 54

Gambar 3.32 Dialog box fase perhitungan ............................................................... 55

Gambar 3.33 Proses perhitungan .............................................................................. 55

Gambar 3.34 Deformed mesh.................................................................................... 56

Gambar 3.35 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan maksimum dari

hasil uji pembebanan laboratorium ..................................................... 57

Gambar 3.36 Alur penelitian ..................................................................................... 58


commit to user

xxiv

Gambar 4.1 Tampak samping set up posisi pembebanan ....................................... 60

Gambar 4.2 Grafik penurunan rel akibat beban 16 kg pada posisi A

(Siklus Pergi) ....................................................................................... 61


(Siklus Pulang) .................................................................................... 62


(Siklus Pergi) ....................................................................................... 65


(Siklus Pulang) .................................................................................... 66


(Siklus pergi) ....................................................................................... 69


(Siklus pulang) .................................................................................... 70


(Siklus pergi) ....................................................................................... 73


(Siklus pulang) .................................................................................... 74


(Siklus pergi) ....................................................................................... 77


(Siklus pulang) .................................................................................... 78

Gambar 4.12 Grafik penurunan rel akibat beban 16 kg pada posisi B

(Siklus pergi) ....................................................................................... 81

Gambar 4.13 Grafik penurunan rel akibat beban 16 kg pada posisi

(Siklus pulang) .................................................................................... 82


(Siklus pergi) ....................................................................................... 85


(Siklus pulang) .................................................................................... 86


(Siklus pergi) ....................................................................................... 89


(Siklus pulang) .................................................................................... 90


commit to user

xxv


(Siklus pergi) ....................................................................................... 93


(Siklus pulang) .................................................................................... 94


(Siklus pergi) ....................................................................................... 97


(Siklus pulang) .................................................................................... 98

Gambar 4.22 Grafik penurunan rel akibat beban 16 kg pada posisi C

(Siklus pergi) ..................................................................................... 101


(Siklus pulang) .................................................................................. 102


(Siklus pergi) ..................................................................................... 105


(Siklus pulang) .................................................................................. 106


(Siklus pergi) ..................................................................................... 109


(Siklus pulang) .................................................................................. 110


(Siklus pergi) ..................................................................................... 113


(Siklus pulang) .................................................................................. 114


(Siklus pergi) ..................................................................................... 117


(Siklus pulang) .................................................................................. 118

Gambar 4.32 Grafik penurunan rel akibat beban 16 kg pada posisi D

(Siklus pergi) ..................................................................................... 121


(Siklus pulang) .................................................................................. 122


commit to user

xxvi


(Siklus pergi) ..................................................................................... 125


(Siklus pulang) .................................................................................. 126


(Siklus pergi) ..................................................................................... 129


(Siklus pulang) .................................................................................. 130


(Siklus pergi) ..................................................................................... 133


(Siklus pulang) .................................................................................. 134


(Siklus pergi) ..................................................................................... 137


(Siklus pulang) .................................................................................. 138

Gambar 4.42 Grafik perbandingan penurunan maksimum struktur rel pada

posisi A ............................................................................................. 142

Gambar 4.43 Grafik hubungan antara beban dengan penurunan maksimum

posisi A ............................................................................................. 143


posisi B .............................................................................................. 145


posisi B .............................................................................................. 146


posisi C .............................................................................................. 147


posisi C .............................................................................................. 148


posisi D ............................................................................................. 150


posisi D ............................................................................................. 151


commit to user

xxvii

Gambar 4.50a Model geometri pada PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 tanah lunak

dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk ....................................... 153

Gambar 4.50b Model geometri pada PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 tanah lunak

tanpa perkuatan ................................................................................. 153

Gambar 4.50c Model geometri pada PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6

tanah pasir ......................................................................................... 153

Gambar 4.51 Grafik perbandingan penurunan di posisi A pada tiap variasi tanah

dasar dari hasil PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 ......................... 157


PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 pada posisi A ............................ 158

Gambar 4.53 Grafik perbandingan penurunan di posisi B pada tiap variasi tanah



PLAXIS 3D FOUNDATION pada posisi B ..................................... 161

Gambar 4.55 Grafik perbandingan penurunan di posisi C pada tiap variasi tanah



PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 pada posisi C ............................ 164

Gambar 4.57 Grafik perbandingan penurunan di posisi D pada tiap variasi tanah



PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 pada posisi D ............................ 167

Gambar 4.59 Perbandingan penurunan uji laboratorium dan hasil PLAXIS 3D

FOUNDATION v 1.6 pada tanah pasir di posisi A .......................... 169


FOUNDATION v 1.6 pada tanah pasir di posisi B .......................... 169


FOUNDATION v 1.6 pada tanah pasir di posisi C .......................... 169


FOUNDATION v 1.6 pada tanah pasir di posisi D .......................... 169

Gambar 4.63a Perbandingan penurunan hasil uji pembebanan model laboratorium

dengan PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 pada tanah pasir

posisi A ............................................................................................. 171


commit to user

xxviii

Gambar 4.63b Perbandingan penurunan hasil uji pembebanan model laboratorium


posisi B .............................................................................................. 171

Gambar 4.63c Perbandingan penurunan hasil uji pembebanan model laboratorium


posisi C .............................................................................................. 171

Gambar 4.63d Perbandingan penurunan hasil uji pembebanan model laboratorium


posisi D ............................................................................................. 171


FOUNDATION v 1.6 pada tanah lunak tanpa perkuatan di

posisi A ............................................................................................. 173



posisi B .............................................................................................. 173



posisi C .............................................................................................. 173



posisi D ............................................................................................. 173


dengan PLAXIS 3D FOUNDATION v1.6 pada tanah lunak tanpa

perkuatan posisi A. ............................................................................ 175



perkuatan posisi B. ............................................................................ 175



perkuatan posisi C. ............................................................................ 175



perkuatan posisi D. ............................................................................ 175


commit to user

xxix


FOUNDATION v 1.6 pada tanah lunak dengan perkuatan di

posisi A ............................................................................................. 177



posisi B .............................................................................................. 177



posisi C .............................................................................................. 177



posisi D ............................................................................................. 177


dengan PLAXIS 3D FOUNDATION v1.6 pada tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik dan cerucuk posisi A. ..................................... 179



perkuatan geosintetik dan cerucuk posisi B. ..................................... 179



perkuatan geosintetik dan cerucuk posisi C. ..................................... 179



perkuatan geosintetik dan cerucuk posisi D. ..................................... 179


commit to user

xxx

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Data Hasil Penelitian Pendahuluan

• Moisture Content Test

• Bulk Density Test

• Atterberg Limmit

• Grain Size Analysis Test

• Triaksial Test

• Unconfined Compression Test

• Standart Proctor Test

• California Bearing Ratio

Lampiran B Data Hasil Penelitian utama

• Uji Pembebanan Statis Repetitif • Hasil analisis program PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6

Lampiran C Surat-surat Tugas Akhir


commit to user

xxxi

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL

A : Luasan (m2)

{ }B : Matrik tranformasi regangan

{ }C : Matrik tranformasi tegangan

c : Kohesi tanah (kg/cm2)

'c : Kohesi efektif (kN/m2)

{ }d : Matrik perpindahan

E : Modulus elastisitas tanah (kN/m2)

{ }E : Modulus elastisitas

[ ]K : Matrik kekakuan

[ ]k : Matrik properti elemen

LL : Batas cair, %

[ ]N : Matrik Interpolasi

PI : Indeks plastisitas, %

PL : Batas plastis, %

q : Tekanan pada dasar pondasi (kN/m2)

{ }R : Global nodal force vector

{ }r : Global nodal displacement vector

Su : kohesi tak terdrainase

[ ]T : Matrik transformasi

U : Formulasi energi regangan

),( zru : Fungsi perpindahan elemen segitiga

ν : Rasio poisson (-)

zyx ,, : Koordinat elemen isoparametrik

{ }ε : Matrik regangan

{ }σ : Matrik tegangan

λ : Plastic multiplier

ε : Regangan (m)

ψ : Sudut dilatansi (o)


commit to user

xxxii

φ : Sudut geser dalam efektif ( o)

'σ : Tegangan efektif (kN)

γ : Berat volume tanah (gram/cm3)

γb : Bulk Density (gram/cm3)

γd : Berat volume tanah kering (gram/cm3)

γsat : Berat volume tanah jenuh (gram/cm3)


commit to user

vi

ABSTRAK

ANJAR WIDO WICAKSONO, 2012. PERILAKU MODEL TEREDUKSI STRUKTUR REL KERETA API DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK DAN CERUCUK KAYU DI BAWAH BALLAST DENGAN ANALISIS PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Struktur rel kereta api merupakan prasarana utama dalam industri perkeretaapian. Oleh karena itu, perlu dijaga keamanan dan kenyamanannya untuk mengurangi tingkat kecelakaan seperti anjloknya kereta api. Hal tersebut mungkin terjadi apabila struktur rel tersebut berada di atas tanah lunak. Rendahnya daya dukung dari tanah lunak menjadi salah satu penyebab rusaknya struktur rel tersebut. Pemanfaatan geosintetik dan cerucuk adalah salah satu solusi untuk menanggulangi hal tersebut. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis perilaku struktur rel kereta api di atas tanah lunak dengan memanfaatkan geosintetik dan cerucuk ditinjau dari besar penurunan yang terjadi. Penelitian ini merupakan penelitian skala kecil uji model laboratorium dengan uji pembebanan statis repetitif (perulangan tiap titik pemberhentian) terhadap model struktur rel kereta api tereduksi. Hasilnya kemudian dikontrol dengan simulasi program PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pada semua posisi pembebanan, tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk mampu mengurangi penurunan sebesar 51,42% - 70,989% dibandingkan tanah lunak tanpa perkuatan. Bila dibanding dengan pasir, mampu mengurangi penurunan sebesar 20,746% - 21,46% di posisi ujung. Sedang di posisi tengah, mempunyai selisih penurunan sebesar 19,745% - 24,32%. Dari hasil PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6, tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk mampu mengurangi penurunan sebesar 56,563% - 62,81% dibandingkan tanah lunak tanpa perkuatan, dan lebih kecil 27,834% - 36,582% dari tanah pasir. Sementara hasil validasi dengan program tersebut menunjukkan nilai penurunan di bawah beban mempunyai selisih hingga mencapai 38,43% pada tanah dasar pasir, 58,41% pada tanah lunak tanpa perkuatan dan 47,54% pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk. Pembebanan secara berulang (siklus pulang-pergi) membuat kondisi tanah dasar cenderung kurang stabil. Kata kunci : tanah lunak, pasir, geosintetik, tiang cerucuk, penurunan, repetitif


commit to user

vii

ABSTRACT

ANJAR WIDO WICAKSONO, 2012. REDUCED MODEL BEHAVIOUR OF RAILWAY STRUCTURE REINFORCED BY GEOSYNTHETIC AND WOODEN-PILES UNDER BALLAST WITH PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 ANALYSIS. Final Task. Civil Engineering Department of Engineering Faculty of Sebelas Maret University. Railway structures is main infastructure in railways industry. Therefore, safety and comfort should be maintained to reduced accident rate. This condition may occured if the railway structure located on soft soil. The low bearing capacity of soft soil can be one of damage’s reasons of the rail structure. The use of Geosynthetic and wooden-piles is one of the solutions to solve it. The purpose of this study was to analyze the structural behavior of the railroad tracks on the soft soil by using geosynthetic and wooden-piles based on vertical displacement. This research is a small-scale model test laboratory with repetitive static loading test (looping each point of discharge) towards the reduced model of the railway structure. The results were then controlled with the simulation of PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 program. The results of this study indicate that in all loading position, the soft soil reinforced by geosynthetic and wooden-piles is able to reduce the displacement about 51,42% - 70,989% over soft soil without reinforcement. If compared with sand, able to reduce the displacement about 20,746% - 21,46% at the end position. At middle position, the displacement has difference about 19,745% - 24,32%. From the results of PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6, the soft soil with geosynthetic and wooden-piles reinforcement able to reduce the displacement in the amount of 56,563% - 62,81% than the soft soil without reinforcement, and smaller than sand at about 27,834% - 36,582%. While the validation result of the program showed that the value of the displacement under the loads has a difference up to 38.43% on the sand, 58.41% on soft soil without reinforcement and 47.54% on the soft soil with geosynthetic and wooden-piles reinforcement. The repeated loading (round-trip cycle) makes subgrade tend to be less stable. Keywords: soft soil, sand, Geosynthetic, wooden-pile, displacement, repetitive


commit to user 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Indonesia merupakan Negara dengan pertumbuhan penduduk yang pesat. Hal itu

mendorong pergerakan manusia yang sangat pesat pula. Untuk menunjang

pergerakan manusia itu sangat diperlukan moda transportasi massal yang aman,

cepat, dan nyaman. Kereta api nampaknya menjadi salah satu pilihan moda

transportasi yang dapat memenuhi faktor-faktor tersebut. Hal itu ditandai dengan

semakin padatnya lalu lintas darat melalui jalan rel.

Struktur rel kereta api merupakan hal yang perlu diperhatikan seiring dengan

padatnya transportasi yang melalui jalan rel. Struktur rel kereta yang kuat dan dapat

menahan beban yang besar akan mendukung kinerja dari kereta api secara optimal.

Namun hal itu semua bukanlah tanpa masalah, struktur rel kereta yang berada di atas

tanah lunak menimbulkan berbagai kendala. Permasalahan yang sering timbul pada

tanah lunak adalah rendahnya daya dukung tanah, sehingga dikhawatirkan tanah tidak

mampu menahan beban yang besar akibat dari pergerakan kereta api secara berulang-

ulang. Selain itu tanah lunak juga mempunyai potensi mengalami penurunan yang

cukup besar, dimana hal tersebut dapat mengakibatkan rel kereta api “anjlok”.

Upaya yang diyakini mampu untuk menangani hal tersebut adalah perkuatan struktur

rel. Perkuatan struktur tersebut dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan

geosintetik, tiang cerucuk, dan lain-lain. Tiang cerucuk adalah salah satu jenis

pondasi yang terbuat dari kayu. Pemasangannya pun tidak perlu mencapai lapisan

tanah keras (pondasi mengapung). Daya dukung pondasi ini umumnya berasal dari

gaya gesek antara sisi tiang cerucuk dengan tanah. Keunggulan yang lain dari tiang


commit to user

2

cerucuk adalah biaya yang murah, mudah didapat, dan pelaksanaannya sederhana.

Geosintetik adalah suatu produk buatan pabrik dari bahan polymer yang digunakan

dalam sistem atau struktur yang berhubungan dengan tanah, batuan, atau bahan

rekayasa geoteknik lainnya. Dengan menggabungkan antara geosintetik sebagai

separator dan tiang cerucuk sebagai pondasi mengapung, diharapkan dapat

menanggulangi permasalahan-permasalahan tersebut.

Berdasar permasalahan yang ada dan solusi yang dapat digunakan sangat menarik

untuk dilakukan penelitian lebih lanjut. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk

mengetahui sejauh mana tiang cerucuk dapat digunakan untuk mengatasi masalah

penurunan rel kereta api yang ada di Indonesia.

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana perbandingan penurunan struktur rel kereta api (dengan variasi

beban) pada tanah pasir, tanah lunak tanpa perkuatan dan tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik dan cerucuk berdasarkan pengamatan fisik di

laboratorium.

2. Bagaimana perbandingan penurunan struktur rel kereta api (dengan variasi

beban) pada tanah pasir, tanah lunak tanpa perkuatan dan tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik dan cerucuk berdasarkan hasil simulasi program PLAXIS

3D FOUNDATION v 1.6.

3. Bagaimana selisih dan perbandingan penurunan struktur rel kereta api yang

terjadi pada pengamatan fisik laboratorium dengan hasil simulasi program

PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6.


commit to user

3

1.3 Tujuan Penelitian

1. Membandingkan penurunan struktur rel kereta api model tereduksi pada tanah

pasir, tanah lunak tanpa perkuatan dan tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik dan cerucuk berdasarkan pengamatan fisik di laboratorium.

2. Membandingkan penurunan struktur rel kereta api model tereduksi pada tanah

pasir, tanah lunak tanpa perkuatan dan tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik dan cerucuk berdasarkan hasil simulasi program PLAXIS 3D

FOUNDATION v 1.6.

3. Mengontrol penurunan rel kereta api yang terjadi pada pengamatan fisik

laboratorium dengan hasil simulasi program PLAXIS 3D FOUNDATION v

1.6.

1.4 Batasan Masalah

Untuk memfokuskan agar penelitian dapat terarah, maka perlu batasan-batasan

masalah, antara lain :

1. Penelitian yang dilakukan berupa permodelan di laboratorium Mekanika Tanah

UNS.

2. Sistem struktur rel kereta api digunakan dengan model tereduksi dari ukuran

yang sebenarnya dan tanpa memperhitungkan mutu material aslinya.

3. Tanah yang digunakan adalah tanah baik (pasir) dan tanah bermasalah / lunak

(lempung).

4. Sampel tanah dimasukkan ke dalam bak terbuat dari plat baja yang berukuran

100 cm × 100 cm × 60 cm.

5. Tinggi tanah dalam bak pengujian adalah 50 cm.

6. Geosintetik yang digunakan menyerupai bahan geotekstil yang terbuat dari ex-

karung pupuk.


commit to user

4

7. Tiang cerucuk yang digunakan berbentuk silinder pejal dan terbuat dari kayu

dengan diameter 1 cm dan panjang 25 cm dipasang di bawah ballast.

8. Beban yang diberikan berupa beban statis yang dipindahkan dengan perulangan

tertentu (static repetitive).

9. Pembebanan dilakukan pada empat posisi di sepanjang rel.

10. Bak pengujian dianggap sudah terbebas dari bidang runtuh akibat pembebanan.

11. Kecepatan kereta api diabaikan.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat pada penelitian ini adalah :

1. Manfaat Teoritis

a. Pengembangan ilmu pengetahuan di bidang Teknik Sipil terutama pengaruh

perkuatan rel kereta api dengan geosintetik dan tiang cerucuk.

b. Mengetahui perilaku sistem rel kereta api di atas subgrade tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik dan tiang cerucuk.

2. Manfaat Praktis

Pemanfaatan PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 untuk menganalisis

permasalahan geosintetik dan tiang cerucuk pada perkuatan struktur rel kereta api

dalam perencanaan di lapangan.


commit to user 5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Kereta api adalah sarana transportasi berupa kendaraan dengan tenaga gerak, baik

berjalan sendiri maupun dirangkaikan dengan kendaraan lainnya, yang akan ataupun

sedang bergerak di rel. Kereta api merupakan alat transportasi massal yang umumnya

terdiri dari lokomotif (kendaraan dengan tenaga gerak yang berjalan sendiri) dan

rangkaian kereta atau gerbong (dirangkaikan dengan kendaraan lainnya). Rangkaian

kereta atau gerbong tersebut berukuran relatif luas sehingga mampu memuat

penumpang maupun barang dalam skala besar. Karena sifatnya sebagai angkutan

massal efektif, beberapa negara berusaha memanfaatkannya secara maksimal sebagai

alat transportasi utama angkutan darat baik di dalam kota, antarkota, maupun

antarnegara. (Undang-Undang Perkeretaapian, 2007)

Struktur jalan rel konvensional atau Teknologi Adhesi Dua Rel terdiri atas struktur

bangunan atas / superstructure dan struktur bangunan bawah / substructure. Struktur

bangunan atas terdiri atas komponen-komponen rel (rail) , bantalan (sleeper/ties),

penambat rel (fastening). Struktur bangunan bawah dengan komponen-komponen

balas (ballast), subbalas (subballast), tanah dasar (improved subgrade) dan tanah asli

(subgrade) (Utomo, 2010).

Holm (2002), Mengatakan bahwa material ballast yang dibebani berulang-ulang

(siklik) pada tegangan cukup tinggi, material akan terdegradasi, sebagai contoh setiap

siklus pembebanan akan mengurangi modulusnya menjadi kecil. Hal ini akan

menyebabkan masalah stabilitas di tanah dasar dan struktur rel.


commit to user

6

Tekanan maksimum pada formasi ballast bagian bawah dengan desain yang baik

tidak boleh melebihi 0,3 MN/m2 atau 3 kg/cm2, sedangkan pada sub-soil (subgrade)

tidak boleh melebihi 0,1 MN/m2 atau 1 kg/cm2 seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.

(Chopra, 2009)

Gambar 2.1 Tekanan pada lapisan tanah dasar (Chopra, 2009)

Subgrade yang terdiri dari tanah berlempung, total ketebalan ballast dan sub-ballast

dapat digunakan sesuai dengan Design Chart (diambil dari ORE D-71, RP12) untuk

axle load berbeda dan batas kekuatan tanah. Batas tekan dari tanah dapat diasumsikan

sebesar 45% dari UCC-strenght. Untuk subgrade yang terdiri dari selain tanah

berlempung, ketebalan konstruksi direncanakan berdasar dari Modulus Elastisitas,

sebagai contoh Nilai E dari subgrade, seperti pada European Railways. Kasus

subgrade kohesif dengan muatan penumpang dan barang, diperlukan selimut dari

material berbutir kasar dengan ketebalan sekitar 100 cm sebagai batas minimal

(RDSO, 1993).

Berdasarkan fungsinya dalam struktur rel kereta api, tanah dasar (subgrade) sebagai

pondasi harus mampu menopang gaya-gaya yang ditimbulkan akibat beban di

atasnya. Apabila tanah dasar merupakan tanah lunak, maka tanah tersebut

memerlukan perkuatan agar mampu menahan beban tersebut (Utomo, 2010).


commit to user

7

Nugroho (2011), dalam sebuah penelitiannya menyebutkan bahwa perkuatan struktur

rel pada tanah lunak dengan geosintetik di bawah ballast dapat meningkatkan

kapasitas dukung tanah. Penelitian tersebut membandingkan kapasitas dukung ijin

pada tiga tipe tanah yaitu tanah lunak tanpa perkuatan, tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik, dan tanah pasir. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan kapasitas

dukung ijin pasir yang paling tinggi yaitu qijin = 614,644 kN/m2, tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik qijin = 360,811 kN/m2, tanah lunak tanpa perkuatan qijin =

214,601 kN/m2.

Teknik stabilisasi untuk tanah lunak yang sedang berkembang pada saat ini adalah

perkuatan dengan tiang cerucuk. Sebenarnya pemanfaatan tiang cerucuk telah dimulai

sejak lama, tetapi pada awalnya hanya terbatas untuk bangunan rumah sederhana saja.

Teknik perkuatan dengan menggunakan tiang cerucuk (short-piles) berfungsi untuk

meningkatkan daya dukung tanah dan menyebarkan tegangan ke lapisan tanah yang

lebih dalam. (Pd T-11-2005-B)

Irsyam dan Krisnanto (2008) meneliti tentang perkuatan tanah dasar menggunakan

cerucuk matras bambu di lokasi Tambak Oso, Surabaya. Sistem ini diajukan sebagai

alternatif terhadap rancangan awal tersebut. Sistem cerucuk matras bambu merupakan

sistem perkuatan tanah dasar yang mengkombinasikan cerucuk bambu dan matras

bambu untuk memikul timbunan badan jalan. Sistem ini memanfaatkan perilaku

cerucuk bambu sebagai pondasi, matras bambu untuk meratakan beban timbunan dan

gaya apung bambu untuk menambah daya dukung terhadap beban timbunan.

Abdillah (2011), mengemukakan hasil penelitian tentang perkuatan bantalan rel

kereta api menggunakan cerucuk kayu, dengan membandingkan uji pembebanan

model tereduksi pada semua posisi pada tanah lunak tanpa perkuatan, tanah lunak

dengan perkuatan cerucuk kayu, dan tanah pasir yang dianggap sebagai tanah baik.

Didapatkan hasil bahwa perilaku rel kereta api di atas tanah lunak dengan perkuatan

cerucuk menunjukkan penurunan paling kecil. Hal ini ditunjukkan dengan nilai


commit to user

8

penurunan lebih kecil hingga 60,392 % dibanding pada tanah lunak tanpa perkuatan

dan lebih kecil hingga 36,657 % dibanding pada tanah pasir.

Suhendra (2007) memaparkan mengenai tinjauan bahwa penggunaan program Plaxis

sebagai sarana analisis konstruksi timbunan pada tanah gambut dengan perkuatan

cerucuk kayu. Cerucuk kayu dianalogikan sebagai elemen pegas melalui node to node

anchor.

2.2 Dasar Teori

2.2.1 Struktur Rel Kereta Api

Keberadaan struktur rel kereta api memang tidak dapat dipisahkan dari transportasi

kereta api. Dalam keputusan Menteri Perhubungan Tahun 2000 (KM 52 Th. 2000)

disebutkan bahwa jalan rel adalah satu kesatuan konstruksi yang terbuat dari baja,

beton, atau konstruksi lain yang terletak di permukaan, di bawah, dan di atas tanah

atau bergantung beserta perangkatnya yang mengarahkan jalannya kereta api. Seluruh

jalan rel yang ada di Indonesia diklasifikasikan ke menjadi 5 jenis berdasar

persyaratan tertentu yang dijelaskan pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Kelas jalan rel Indonesia (PJKA, 1986)

Keterangan : EG = Elastik Ganda, ET = Elastik Tunggal


commit to user

9

Struktur rel kereta api terdiri dari dua bagian, yaitu struktur atas (superstructure) dan

struktur bawah (substructure). Struktur atas merupakan konstruksi rel kereta api

bagian atas yang menerima beban langsung dari kereta api. Beban tersebut kemudian

didistribusikan kepada struktur bawah. Bagian struktur atas antara lain rel itu sendiri,

bantalan (sleeper), penambat (fastener), dan ballast, sedangkan struktur bawahnya

berupa lapisan tanah subgrade. Beberapa hal mengenai struktur rel baik

superstructure dan substructure antara lain :

2.2.1.1 Beban gandar

Di Indonesia, satu lokomotif biasanya terdiri dari 2 boogie dengan masing-masing

boogie terdiri atas 2 sampai 3 gandar. Beban gandar direncanakan menahan beban

sebesar 18 ton agar efisien dan efektif dalam pengangkutan, baik penumpang maupun

barang.

2.2.1.2 Lebar sepur

Lebar sepur (rail gauge) adalah jarak terpendek antara kedua sisi dalam kepala rel.

Lebar sepur yang biasa dipakai di Indonesia adalah 1067 mm yang diukur pada

daerah 0-14 mm di bawah permukaan kepala rel paling atas.

2.2.1.3 Penampang melintang

Penampang melintang jalan rel adalah potongan pada jalan rel, dengan arah tegak

lurus sumbu jalan rel, di mana terlihat bagian-bagian dan ukuran-ukuran jalan rel

dalam arah melintang. Ukuran-ukuran penampang melintang jalan rel berjalur

tunggal tercantum pada Tabel 2.2. Pada tempat-tempat khusus, seperti di perlintasan,

penampang melintang dapat disesuaikan dengan keadaan setempat.


commit to user

10

Gambar 2.2 Penampang melintang jalan rel pada bagian lurus (PJKA, 1986)

Tabel 2.2 Penampang melintang jalan rel (PJKA, 1986)

2.2.1.4 Bantalan

Berdasarkan Peraturan Dinas no. 10 tentang Perencanaan Konstruksi Jalan Rel,

bantalan merupakan bagian dari struktur kereta api yang berfungsi meneruskan beban

dari rel ke ballast, menahan lebar sepur, dan stabilitas ke arah luar jalan rel. Bantalan

yang sering dipakai di Indonesia terdiri dari bantalan kayu dan beton. Penggunaan

bantalan yang mudah adalah bantalan kayu, karena mudah dibentuk. Bantalan kayu

yang digunakan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :


commit to user

11

• Pada jalan yang lurus bantalan kayu mempunyai ukuran :

Panjang (L) = 2000 mm

Tinggi (t) = 130 mm

Lebar (b) = 220 mm

• Mutu kayu yang dipergunakan untuk bantalan kayu harus memenuhi ketentuan

Peraturan Bahan Jalan Rel Indonesia (PBJRI)

• Bentuk penampang melintang bantalan kayu harus berupa empat persegi panjang

pada seluruh tubuh bantalan.

2.2.1.5 Ballast

Lapisan ballast pada dasarnya adalah tersusun dari lapisan tanah dasar dan terletak di

daerah yang mengalami konsentrasi tegangan yang terbesar akibat lalu lintas kereta

pada jalan rel, oleh karena itu material pembentuknya harus sangat terpilih.

Fungsi Utama ballast adalah untuk:

• Meneruskan dan menyebarkan beban bantalan ke tanah dasar

• Mengokohkan kedudukan bantalan

• Meluruskan air sehingga tidak terjadi penggenangan air di sekitar bantalan rel.

Untuk menghemat biaya pembuatan jalan rel maka lapisan ballast dibagi menjadi

dua, yaitu lapisan ballast atas dengan material pembentuk yang sangat baik dan

lapisan alas bawah dengan material pembentuk yang tidak sebaik material pembentuk

lapisan ballast atas.

Lapisan ballast atas terdiri dari batu pecah yang keras, dengan bersudut tajam

(angular) dengan salah satu ukurannya antara 2-6 cm serta memenuhi syarat-syarat

lain yang tercantum dalam peraturan bahan Jalan Rel Indonesia (PBJRI). Lapisan ini

harus dapat meneruskan air dengan baik. Tabel 2.3 di bawah ini menunjukkan

gradasi bahan yang diijinkan untuk digunakan sebagai bahan lapisan ballast atas,

sedangkan Tabel 2.4 merupakan persyaratan gradasi bahan ballast bawah.


commit to user

12

Tabel 2.3 Gradasi Lapisan Ballast Atas (Utomo,2010)

Ukuran nominal

(inci)

Persen lolos saringan Ukuran saringan (inci)

3 2,5 2 1,5 1 0,75 0,5 3/8 2,5 – 0,75 100 90-100 25-60 25-60 0-10 0-5

2 – 1 100 95-100 35-70 0-15 0-5 1,5 – 0,75 100 90-100 20-15 0-15 0-5

Keterangan : untuk jalan rel kelas I dan II digunakan ukuran minimal 2,5 – 0,75 inci

: untuk jalan rel kelas III digunakan ukuran minimal 1 inci

Tabel 2.4 Gradasi Lapisan Ballast Bawah (Utomo,2010)

Ukuran Saringan (inci) 2 1 3/8 No. 10 No. 40 No. 200 % Lolos (optimum) 100 95 67 38 21 7

1,5 – 0,75 100 90-100 50-84 26-50 12-30 0-10

2.2.1.6 Tanah dasar (subgrade)

Merupakan bagian sub-structure rel kereta api yang berfungsi untuk menahan beban

dari upper-structure. Bahan penyusunnya dapat berupa tanah asli yang berasal dari

lokasi tersebut atau tanah urugan dari lokasi lain. Menurut ketentuan yang digunakan

oleh PT. Kereta Api (persero) kuat dukung tanah dasar (dalam hal ini adalah nilai

CBR) minimum ialah sebesar 8%. Tanah dasar yang harus memenuhi syarat

minimum CBR 8% adalah tanah dasar setebal 30 cm. Tanah dasar harus mempunyai

kemiringan ke arah luar sebesar 5% dan harus mencapai kepadatan 100% kepadatan

kering maksimum. Tanah dasar erat hubungannya dengan penggunaan ballast. Jika

lapisan ballast tidak kokoh dan mudah runtuh maka tanah dasar akan menerima

beban yang lebih besar. Akibatnya, ballast akan menekan tanah dasar ke bawah. Jika

proses ini terus terjadi, akan terjadi kantong ballast. Hal ini disebabkan juga karena

mud pumping (pemompaan lumpur / pertikel halus). Terjadinya kantong ballast akan

bertambah parah jika sering terjadi hujan. Untuk menghindari mud pumping, Japan

Railway Technical Service memberikan persyaratan yang harus dimiliki oleh tanah

dasar.


commit to user

Gambar 2.3 Hubu

Jika struktur rel berada pada tanah timbunan, maka perlu dilakukan proses pemadatan

tanah. Hasil pemadatan tanah sangat bergantung dari kadar air tanah, jenis tanah,

besar energi alat pemadat. Pemadatan harus dilakukan pada saat w

kadar air dapat diambil sebesar ± 2% ke arah kiri dan kanan w

sangat bergantung pada gradasi dan plastisitas tanah.

Hubungan antara tekanan pada tanah dasar dengan CBR tanah dasar

dan mud pumping (Utomo, 2010)


tanah. Hasil pemadatan tanah sangat bergantung dari kadar air tanah, jenis tanah,

besar energi alat pemadat. Pemadatan harus dilakukan pada saat w

kadar air dapat diambil sebesar ± 2% ke arah kiri dan kanan w

sangat bergantung pada gradasi dan plastisitas tanah.

13

gan antara tekanan pada tanah dasar dengan CBR tanah dasar


tanah. Hasil pemadatan tanah sangat bergantung dari kadar air tanah, jenis tanah, dan

besar energi alat pemadat. Pemadatan harus dilakukan pada saat woptimum.. Toleransi

kadar air dapat diambil sebesar ± 2% ke arah kiri dan kanan woptimum. Jenis tanah


commit to user

Gambar 2.4 Kurva berat isi kering dan kadar air untuk beberapa kondisi tanah

Gambar 2.5 Hubungan antara

Kurva berat isi kering dan kadar air untuk beberapa kondisi tanah

(Utomo, 2010)

Hubungan antara γd dengan LL, PL, dan IP (Utomo, 2010)

14

Kurva berat isi kering dan kadar air untuk beberapa kondisi tanah

(Utomo, 2010)


commit to user

Gambar 2.6 Hubungan antara kadar air dengan LL, PL, dan IP

Sedangkan untuk jenis tanah

tanah, yaitu akan mengalami pengembangan maupun penyusutan. Oleh sebab itu,

pelaksanaan pemadatan tanah disesuaikan dengan grafik berikut.

Gambar 2.7 Hubungan antara kadar air dengan nilai CBR

Hubungan antara kadar air dengan LL, PL, dan IP

Sedangkan untuk jenis tanah lempung, sangat sensitif terhadap perubahan kadar air


pelaksanaan pemadatan tanah disesuaikan dengan grafik berikut.

Hubungan antara kadar air dengan nilai CBR soaked,

nilai swelling, dan γd (Utomo, 2010)

15

Hubungan antara kadar air dengan LL, PL, dan IP (Utomo, 2010)

lempung, sangat sensitif terhadap perubahan kadar air


soaked, CBR unsoaked,


commit to user

16

2.2.2 Tanah Lunak

Tanah lunak adalah tanah yang tidak stabil. Tanah ini mempunyai sifat

kompresibilitas tinggi dan kekuatan yang rendah. Sifat-sifat tersebut menimbulkan

penurunan yang besar dan lama, apalagi bila di atasnya diberikan beban yang besar

dan berulang-ulang. Pada akhirnya akan mengakibatkan konstruksi menjadi tidak

stabil akibat sifat-sifat yang ada pada tanah tersebut. Jenis tanah ini biasanya terdiri

atas tanah yang sebagian besar mempunyai butiran-butiran yang sangat kecil, seperti

lempung atau lanau. Sehingga, tanah ini memerlukan treatment khusus untuk

mengatasi masalah tersebut.

Identifikasi tanah lunak dapat dilakukan di laboratorium maupun langsung di

lapangan. Ciri-ciri dari tanah lunak menurut Sasanti (2008) antara lain mempunyai

kadar air yang tinggi (≥ 40%), indeks plastisitas sedang-tinggi, (>20%), dan nilai Su

< 25 kPa. Pengamatan langsung di lapangan terhadap tanah lunak dapat dilakukan

dengan cara meremas tanah tersebut mengacu pada kuat geser tak terdrainasenya.

Apabila keluar di antara jari tangan pada saat diremas atau mudah dibentuk dengan

tangan, maka tanah tersebut merupakan tanah lunak. Tanah lunak juga dapat dilihat

bedasarkan nilai N-SPT. Berikut adalah tabel yang menunjukkan penggolongan tanah

berdasarkan nilai N-SPT :

Tabel 2.5 Penggolongan tanah berdasarkan N-SPT (Peck Hanson dan Thornburn,

1974)

Soil Consistency N-SPT

Very Soft 0-2

Soft 3-5

Medium 6-9

Stiff 10-16

Very Stiff 17-30

Hard >30


commit to user

17

2.2.3 Geosintetik

Geosintetik adalah suatu produk buatan pabrik dari bahan polymer yang digunakan

dalam sistem atau struktur yang berhubungan dengan tanah, batuan, atau bahan

rekayasa geoteknik lainnya.

Penurunan yang tidak seragam dari batuan ke tanah dasar akibat beban beban siklik

kereta api, dapat mengurangi umur dari penyusun struktur rel dan kenyamanan

penumpang. Penanganan masalah ini adalah dengan memasang geosintetik di bawah

bagian ballast. (Hardiyatmo,2008)

Hardiyatmo (2008), menyebutkan bahwa geosintetik yang dipasang di bawah struktur

rel mempunyai fungsi :

1. Memberikan tambahan kekuatan tanah dasar

2. Menyebarkan beban ke area yang lebih luas, sehingga mereduksi tegangan

3. Mereduksi regangan yang terjadi di dalam tanah dan menjaga tanah dasar agar

tidak retak akibat tarik.

4. Memberikan tambahan fasilitas filtrasi, permeabilitas searah bidang geosintetik.

5. Memberikan pemisah antara tanah dasar dan ballast.

Gambar 2.8 Efek Pumping dan Fungsi Separasi (PT. Geoforce Indonesia)


commit to user

18

2.2.4 Pondasi Tiang Cerucuk

Hardiyatmo (2002) memaparkan beberapa maksud digunakannya pondasi tiang,

antara lain :

1 Meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau tanah lunak, ke tanah

pendukung yang kuat.

2 Meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman tertentu

sehingga pondasi bangunan mampu memberikan dukungan yang cukup untuk

mendukung beban tersebut oleh gesekan dinding tiang dengan tanah di

sekitarnya.

3 Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah tergerus

oleh air.

Hardiyatmo (2010), menjelaskan bahwa tiang kayu (tiang cerucuk) termasuk pondasi

tiang dalam kategori tiang perpindahan besar. Artinya bahwa tiang pejal atau

berlubang dengan ujung tertutup yang dipancang ke dalam tanah sehingga terjadi

perpindahan volume tanah yang relatif besar. Dikarenakan tiang yang dipancang

maka tiang cerucuk dianalogikan sebagai tiang pancang.

Hardiyatmo (2001) mengemukakan bahwa apabila ditinjau dari cara mendukung

beban, pondasi tiang dapat dibagi menjadi dua macam, antara lain :

a. Tiang Dukung Ujung (end bearing pile)

Tiang dukung ujung adalah tiang yang kapasitas dukungnya ditentukan oleh

tahanan ujung tiang. Umumnya tiang dukung ujung berada dalam zona tanah

lunak yang berada di atas tanah keras. Kapasitas tiang sepenuhnya ditentukan

dari tahanan dukung lapisan keras yang berada di bawah ujung tiang.

b. Tiang Gesek (friction pile)

Tiang gesek adalah tiang yang kapasitas dukungnya lebih ditentukan oleh

perlawanan gesek antara dinding tiang dan tanah di sekitarnya. Tahanan gesek


commit to user

19

dan pengaruh konsolidasi lapisan tanah di bawahnya diperhitungkan pada

hitungan kapasitas tiang.

2.2.5 Metode Elemen Hingga

Metode elemen hingga (MEH) adalah teknik analisis numerik untuk mendapatkan

solusi pendekatan dari berbagai persoalan-persoalan teknik. Teknologi dari komputer

didukung dengan perkembangan software elemen hingga menghasilkan kemampuan

yang besar dalam mensimulasikan proses desain teknik (Huebner K.H, 1995 dalam

Pramugani & Setiawan, 2007 ).

Perkembangan MEH didukung secara langsung oleh perkembangan teknologi

komputer yang sangat cepat. Peningkatan kemampuan hitung dari komputer

menyebabkan kemungkinan yang semakin besar untuk melakukan analisis persoalan

teknik yang besar dan lebih kompleks (Hidajat R.L.L, 2005 dalam Pramugani &

Setiawan, 2007).

Prinsip dasar dari Metode Elemen Hingga adalah diskretisasi yaitu prosedur dimana

problem kompleks yang besar dibagi-bagi atau diskretisasi menjadi satu ekivalen

yang lebih kecil atau komponen. Secara garis besar ada 5 langkah dasar :

1. Diskretisasi

yaitu pembagian suatu continuum menjadi sistem yang lebih kecil yang disebut

sebagai finite element. Pertemuan antara nodal line disebut nodal point (Gambar

2.9). Pada metode elemen hingga, masing-masing elemen dianalisis secara

tersendiri menggunakan persamaan konstitutif sehingga persamaan sifat dan

kekakuan masing-masing elemen diformulasi. Kemudian secara berurutan, setiap

elemen dirakit untuk mendapatkan persamaan secara keseluruhan. Untuk 1D,

digunakan elemen garis, sedangkan 2D digunakan elemen segitiga dan segiempat

(quadrilateral), sedangkan untuk 3D digunakan tetrahedra dan hexahedra.


commit to user

20

Gambar 2.9 Diskretisasi elemen (Pramugani & Setiawan, 2007)

2. Pemilihan fungsi aproximasi

Langkah ini digunakan untuk menentukan perpindahan setiap elemen

menggunakan polynomial berderajat n. Semakin tinggi n, semakin tinggi

ketelitiannya. Perpindahan suatu node dituliskan sebagai

{u} = [N] {q} ................................... (2-1)

Dimana [N] = matriks fungsi interpolasi, {q} = {u1,u2,...,v1,v2,...}T

3. Penurunan persamaan elemen

Menggunakan metode variational atau residual (misal metode Galerkin).

Persamaan elemen dapat ditulis sebagai

[k] {q} = {Q} ................................... (2-2)

Dimana [k] adalah matriks properti elemen, dan {Q} vektor gaya node

4. Assembling properti elemen ke persamaan global

Persamaan-persamaan eleman pada langkah c dikombinasi sehingga menghasilkan

stiffness relation untuk seluruh elemen. Langkah ini dibuat untuk mendapatkan

kompatibilitas displacement setiap node.

Stiffness relation ditulis :

[K] {r} = {R} ................................... (2-3)

Dimana

[K] = global stiffness matriks

{r} = global nodal displacement vector

node

elemen

nodal line


commit to user

21

{R} = global nodal force vector

5. Komputasi strain dan stress

Persamaan yang telah ada diselesaikan/dipecahkan untuk mendapatkan besaran-

besaran yang tidak diketahui, baik primer (perpindahan) maupun sekunder

(regangan, tegangan, momen, dan geser), dengan menggunakan rumus tambahan:

[ε] = [B] {q} ................................... (2-4)

[σ] = [C] { ε} = [C] [B] {q} ................................... (2-5)

2.2.6 Model Material Mohr-Coulomb (MC)

Salah satu hal yang sangat penting dalam permodelan menggunakan elemen hingga

adalah menentukan model material. Model material adalah sekumpulan persamaan

matematika yang menjelaskan hubungan antara tegangan-regangan. Suatu material

harus dimodelkan secara mekanis menggunakan persamaan konstitutif. Penentuan

model suatu material dibuat sesuai dengan kondisi material yang ditinjau serta derajat

keakuratan yang diinginkan.

Beberapa model material yang digunakan dalam material tanah dan batuan misalnya

Isotropic Elasticity (Hooke’s Law), Mohr-Coulomb atau Elastic Plastic (MC),

Hardening-Soil (HS), Soft-Soil-Creep (SSC), Cam Clay (CC), Modified Cam Clay

(MCC), Nonlinier Elasticity (Hiperbolic), Strain Softening, Slip Surface, Soft Soil

(SS), serta Jointed Rock (JR).

Model material tanah yang dipakai untuk verifikasi data yaitu model tanah Mohr-

Coulomb atau Elastic-Plastic (MC), dimana bentuknya seperti terlihat pada Gambar

2.10 berikut.


commit to user

22

Load

Unload

σ

ε

Gambar 2.10 Model Material Mohr – Coulomb (Brinkgreve et al., 2006)

Masing-masing modal di atas memiliki parameter tersendiri serta memiliki kelebihan

dan kekurangan. Keakuratan permodelan menggunakan metode elemen hingga sangat

tergantung pada keahlian memodelkan, pemahaman terhadap model serta

keterbatasannya, pemilihan parameter dan model material tanah, serta kemampuan

menilai hasil komputasi.

Model tanah Mohr-Coulomb (Elastic-Plastic) adalah model tanah plastis. Plastisitas

adalah kondisi saat regangan tidak kembali ke angka nol akibat beban. Prinsip utama

dari Perilaku elastic-plastic atau elastoplastic adalah tegangan dan regangan rata-rata

dibagi menjadi dua bagian, yaitu : bagian elastik dan plastik.

pe εεε += pe εεε &&& += ..................................................... (2-6)

Hukum Hoooke digunakan untuk menghubungkan tegangan dan regangan rata-rata :

)(' peee CC εεεσ &&&& −== ............................................................. (2-7)

Menurut teori klasik tentang plastisitas Hill (1950), regangan plastik rata-rata

proporsional dapat dipersentasikan sebagai vektor tegak lurus terhadap permukaan

bidang. Secara umum regangan rata-rata dapat ditulis sebagai berikut (Pramugani dan

Setiawan, 2007) :

'σλε

∂∂= gp

&

................................................................................. (2-8)


commit to user

23

ε

σ

λ adalah plastic multiplier. λ sama dengan nol saat kondisi elastik murni, dan λmenjadi positif pada saat kondisi plastik.

0=λ untuk 0<f atau 0'

≤∂∂ ε

σ&

eT

Cf

(Elastisitas) .......... (2-9)

0>λ untuk 0=f atau 0'

>∂∂ ε

σ&

eT

Cf

(Plastisitas) ....... (2-10)

Kurva tegangan regangan utuk model material Mohr-Coulomb dapat dilihat pada

Gambar 2.11 berikut :

Gambar 2.11 Kurva Tegangan Regangan Mohr-Coulomb (Brinkgreve et al.,

2006)

Persamaan ini digunakan untuk menghubungkan antara tegangan efektif rata-rata dan

regangan rata-rata untuk elastoplastic menurut Smith dan Giffith (1982), Vermeer

dan de Borst (1984). (Pramugani dan Setiawan, 2007)

εσσ

ασ &&e

Tee C

fgC

dC

'''

∂∂

∂∂−=

................................................ (2-11)

dimana :

'' σσ ∂∂

∂∂= g

Cf

d eT

....................................................................... (2-12)

Parameter α digunakan sebagai hasil, jika perilaku material adalah elastis, maka α

adalah nol, Koiter (1960) melibatkan dua atau lebih fungsi potensial plastik:

...''

22

11 +

∂∂+

∂∂=

σλ

σλε ggp

&

. ............................................... (2-13)


commit to user

24

Fomulasi model Mohr-Coulomb sekarang adalah perkembangan dari formulasi umum

tegangan. Hukum umum tegangan pada kenyataannya dipakai dalam seluruh elemen

material. Smith dan Griffith (1982) memformulasikan lengkap dari Mohr-Coulomb

yang memiliki enam fungsi yang merupakan hasil dari formulasi umum tegangan

(Pramugani dan Setiawan, 2007). Gambar tegangan model material Mohr-Coulomb

dapat dilihat pada Gambar 2.12 dibawah ini :

0cossin)''(2

1)''(

2

132321 ≤−++−= φφσσσσ cf a

0cossin)''(2

1)''(

2

132231 ≤−++−= φφσσσσ cf b

0cossin)''(2

1)''(

2

131132 ≤−++−= φφσσσσ cf a

.......... (2-14)

0cossin)''(2

1)''(

2

131312 ≤−++−= φφσσσσ cf b

0cossin)''(2

1)''(

2

112213 ≤−++−= φφσσσσ cf a

0cossin)''(2

1)''(

2

112123 ≤−++−= φφσσσσ cf b


commit to user

Gambar 2.12 Tiga Dimensi Permukaan Model Mohr

Model dengan sudut geser

dalam menggambarkan tegangan utama. Model

potensial, yaitu :

σσ '(2

121 −=ag

σσ '(2

131 −=bg

σσ '(2

132 −=ag

σσ '(2

112 −=bg

σσ '(2

113 −=ag

σσ '(2

123 −=bg

Tiga Dimensi Permukaan Model Mohr-Coulomb 2006)

Model dengan sudut geser φ dan kohesi c , mempresentasikan bentuk heksagonal

dalam menggambarkan tegangan utama. Model Mohr-Coulomb

ψσσσ sin)''(2

1)' 323 ++

ψσσσ sin)''(

2

1)' 322 ++

ψσσσ sin)''(

2

1)' 311 ++

..............................

ψσσσ sin)''(2

1)' 313 ++

ψσσσ sin)''(2

1)' 122 ++

ψσσσ sin)''(2

1)' 121 ++

25

(Brinkgreve et al.,

, mempresentasikan bentuk heksagonal

Coulomb memiliki 6 fungsi

.............................. (2-15)


commit to user

26

Model material mohr-coulomb akan tetap stabil pada saat c> 0, sedangkan pada

kenyataannya tegangan naik seiring dengan naiknya kohesi, oleh karena itu tension

cut-off (kegagalan tanah akibat kompresi) memperkenalkan fungsi tiga dimensi, yaitu

sebagai berikut:

011 ≤−= tf σσ &&

022 ≤−= tf σσ && ............................................................... (2-16)

033 ≤−= tf σσ &&

Model Mohr-Coulomb membutuhkan lima parameter yang secara umum dapat

didapatkan dari tes tanah sederhana, yaitu :

E : Modulus Young [kN/m2]

c ’ : Kohesi efektif [kN/m2]

ν : Rasio Poisson [-]

φ ’ : Sudut geser dalam efektif [o]

ψ : Sudut dilatansi [o]

2.2.7 Program PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6

Program PLASXIS 3D FOUNDATION v 1.6 merupakan program komputer yang

digunakan untuk menganalisis deformasi dan stabilitas berbagai macam tipe pondasi

pada tanah dan batuan dengan metode elemen hingga. Program ini menerapkan

metode anatarmuka grafis yang mudah digunakan sehingga pengguna dapat dengan

cepat membuat model geometrid an jaring elemen hingga tiga dimensi berdasarkan

komposisi penampang melintang horizontal dalam arah vertikal yang berbeda.

Program ini juga bisa memodelkan geometri tanah yang tidak homogeny serta dapat

menampilkan urutan konstruksi. Pemodelan tanah merupakan suatu hal yang penting

pada saat masukan data. Seringkali praktisi geoteknik juga terlibat dalam


commit to user

27

memodelkan struktur dan interaksi antara struktur dan tanah. Oleh karena itu,

program komputer PLAXIS ini dilengkapi dengan pemodelan khusus untuk

menghubungkan banyak aspek yang kompleks dari permasalahan geoteknik. Dengan

adanya pemodelan antara struktur dan tanah, diharapkan praktisi geoteknik akan

mendapatkan nilai suatu tegangan yang lebih akurat. Beberapa tahapan pemodelan

dengan PLAXIS adalah sebagai berikut :

2.2.7.1 Data Masukan (Input Data)

Input digunakan untuk menggambarkan seluruh kondisi yang ada dari lokasi proyek,

baik secara geometris maupun karakteristik material yang ada. Fase perhitungan

dilakukan setelah seluruh elemen yang ada selesai digambarkan atau didefinisikan.

Sub-program Input sendiri dibagi menjadi dua tahap : Model dan Calculation. Berikut

adalah tahapan input secara umum :

2.2.7.1.1 Pengaturan Umum (General Setting)

Dalam pengaturan ini terdapat dua input utama yang diperlukan yaitu project dan

dimensions. Pada project input, data yang diperlukan adalah judul pekerjaan yang

sesuai dengan pekerjaan yang akan dilakukan, data gravitasi dan data berat isi air

(γw). Dapat pula diisikan uraian singkat mengenai pekerjaan yang akan dilakukan

pada kolom comments untuk memberikan keterangan tambahan tentang pekerjaan

tersebut.

Pada dimensions input, data yang diperlukan adalah satuan untuk panjang, gaya, dan

waktu, dimensi geometri yang merupakan luas area gambar yang diinginkan pada

sumbu x dan sumbu y, serta jarak grid sebagai garis bantu yang akan digunakan

untuk mempermudah dalam penggambaran geometri.

2.2.7.1.2 Kontur Geometri (Geometri Countour)

Dalam tahap ini, dibuat batasan luas model tanah yang akan ditinjau, sesuai

kebutuhan luasan yang akan kita inginkan. Sebagai acuan dimensi, dapat dilihat pada


commit to user

28

samping kiri serta atas dari area gambar, dimana terdapat ukuran sesuai dengan

dimensi awal yang telah kita atur pada pengaturan umum saat kita memulai

pekerjaan. Bentuk geometri yang dapat dibuat di Plaxis bervariasi, sesuai kebutuhan

pekerjaan. Tampilan awal pada pembuatan kontur geometri ini merupakan tampak

atas atau pada sumbu x dan sumbu z. Untuk pengaturan sumbu y digunakan toolbar

workplanes. Berikut adalah toolbar yang sering digunakan pada pembuatan kontur

geometri :

Selection tool untuk memilih komponen geometri yang telah digambar

pada input geometri

Points and lines merupakan perintah standar untuk menggambarkan suatu

geometri kondisi

Work Planes adalah bidang horizontal arah x-z pada elevasi tertentu (y)

yang berfungsi untuk mendefinisikan struktur dan beban yang dikenakan.

Beams adalah obyek struktural digunakan untuk menggambarkan struktur

ramping (satu dimensi) di tanah dengan kekakuan lentur dan kekakuan

aksial yang signifikan.

Pile dapat digunakan untuk menggambarkan suatu tiang pondasi dengan

bentuk lingkaran, persegi, atau sesuai dengan permintaan user.

Borehole berfungsi sebagai perintah penggambaran maupun pendefinisan

lapisan-lapisan tanah yang ada.

Point Load adalah perintah pemberian pembebanan titik pada kondisi yang

sudah ada.

Distributed Load juga digunakan untuk mendefinisikan pembebanan tetapi

dalam bentuk beban merata.

2.2.7.1.3 Set Data Material (Material Data Set)

Tahap ini diperlukan untuk menentukan bahan yang akan digunakan dalam model

seperti jenis tanah, beton dan lain sebagainya. Pada proses ini, kita pilih tipe material

yang akan kita definisikan. Ada empat jenis yaitu soil & interfaces, beams, walls,

floors, dan springs.


commit to user

29

Untuk tanah, digunakan tipe soil & interfaces, lalu definisikan jenis tanah yang akan

digunakan dengan membuat isian data pada tombol new. Selanjutnya untuk kolom

identification diisi nama jenis tanah yang akan kita gunakan. Untuk model material

terdapat empat pilihan yang tersedia, antara lain Linear Elastik, Mohr-Coulomb serta

model material yang lainnya. Sedangkan untuk tipe material terdapat tiga pilihan,

yaitu drained, undrained, dan non-porous.

Untuk mendeskripsikan rel dan bantalan digunakan tipe beams, kemudian diisikan

parameter yang sesuai dengan data. Material beams secara umum menampilkan jenis

material balok tertentu atau profil balok dan diberikan pada elemen horizontal dan/

atau vertikal sesuai pada model geometri.

Untuk menggambarkan geogrid digunakan floors. Secara umum floors menampilkan

jenis material lantai tertentu atau profil lantai dan dapat diberikan pada cluster yang

sesuai pada elemen lantai pada model geometri. Untuk tipe walls dan springs tidak

digunakan.

Untuk mendefinisikan suatu sifat dan karakteristik dari setiap elemen yang

telah digambarkan seperti lapisan tanah, pile, dan sebagainya digunakan

Material sets.

2.2.7.1.4 Pembuatan Jaring-Jaring Elemen (Mesh Generations)

Digunakan untuk membuat pembagian luasan model menjadi bagian-bagian lebih

kecil yang disebut cluster. Dalam Plaxis 3D, digunakan fasilitas 2D mesh generator

untuk pembuatan jaring elemen 2D pada model, kemudian selanjutnya digunakan 3D

mesh generator untuk membuat jaring elemen 3D. Secara otomatis model akan

terbagi menjadi bagian-bagian kecil berbentuk segitiga yang saling berhubungan

membentuk model secara utuh.


commit to user

30

2D Mesh Generator merupakan pembangkit jaring-jaring dua dimensi

dengan hasil tidak terstruktur (unstructured mesh). Walaupun tidak

terstruktur, perhitungan yang dihasilkan umumnya lebih baik daripada

yang terstruktur (structured mesh).

3D mesh Generator berfungsi untuk membentuk jaring-jaring elemen tiga

dimensi setelah jaring-jaring dua dimensi terbentuk.

2.2.7.1.5 Perhitungan (Calculations)

Perhitungan menggunakan program kalkulasi dapat dilakukan setelah pembuatan

geometri model dan pembuatan jarring elemen selesai, prosedur perhitungan ini

perlu menentukan tipe perhitungannya dan tipe dari pembebanannya.

Pemodelan suatu pembebanan tanah dalam suatu proyek biasanya dibagi menjadi

beberapa fase perhitungan, misalkan fase pertama, memperhitungkan kondisi awal,

sedangkan fase kedua, memperhitungkan fase pertama, fase ketiga memperhitungkan

fase kedua dan seterusnya. Pada menu general ditulis fase sesuai dengan nama fase

pembebanan, dan tipe kalkulasi menggunakan plastic calculation. Parameter yang

dimasukkan (additional step) sebesar 250 langkah, sedangkan loading input memakai

staged contruction untuk perhitungan.

Pada kolom parameters, diperlukan pendefinisian beban serta pengaktifan model

pondasi dan beban yang telah dibuat sebelumnya. Untuk beban, diberikan nilai beban

pada sumbu Y nilai negatif, yang berarti arah beban berlawanan dengan sumbu Y (ke

arah bawah).

Langkah selanjutnya adalah penentuan titik acuan pada dasar pondasi untuk

menentukan acuan pada perhitungan dan pembuatan grafik beban perpindahan.

Selanjutnya perhitungan dapat dilakukan dan akan menghasilkan keluaran setelah

keseluruhan tahapan perhitungan selesai.


commit to user

31

Toolbar Calculation digunakan untuk

mendefinisikan kondisi perhitungan yang akan

dilakukan.

Tombol Next phase untuk memproses ke tahap perhitungan selanjutnya.

Phase Window adalah tombol untuk mengurutkan semua fase perhitungan

yang telah ditetapkan.

Select Point for Curves dapat dipakai untuk pra-pilih titik untuk dibuat

kurva beban-perpindahan maupun tegangan.

Setelah semuanya telah disiapkan, perhitungan dapat dilakukan

dengan menggunakan perintah Calculate.

2.2.7.2 Keluaran (Output)

Sub-program output dipakai apabila perhitungan dalam sub-program selesai

dilakukan. Keluaran utama dari perhitungan elemen hingga adalah perpindahan pada

titik-titik nodal dan tegangan pada titik-titik tegangan. Selain itu, saat model elemen

hingga mengikutsertakan elemen structural, maka gaya-gaya struktural juga akan

dihitung dalam elemen ini. Hasil yang diperoleh antara lain perpindahan total,

perpindahan horizontal, perpindahan vertical, tegangan efektif, tegangan total, dan

lain-lain berupa gambar geometri sesuai input. Umumnya hasil-hasil tersebut

disajikan dalam bentuk gradasi warna atau kontur sesuai dengan tipe output.


commit to user

32

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Uraian Umum

Penelitian ini terdiri atas dua tahap, yaitu penelitian laboratorium dan analisis data

hasil penelitian. Sebelum dilaksanakan penelitian laboratorium dilakukan terlebih

dahulu pengujian pendahuluan untuk mengetahui sifat dan karakteristik dari tanah

yang dipakai.

Penelitian laboratorium dilakukan dengan model uji laboratorium dalam box uji.

Pembebanan dilakukan pada model rel kereta api dengan 3 macam kondisi tanah

dasar. Kondisi yang digunakan pada tanah dasar adalah tanah pasir, tanah lunak

tanpa perkuatan, dan tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk.

Setelah itu dilakukan analisis terhadap data hasil pengujian. Analisis tersebut

dilakukan dengan 2 metode, yaitu :

1. Analisis Data Pengujian Laboratorium

Pengujian yang dilaksanakan akan menghasilkan hubungan anatara beban

yang diberikan dengan nilai displacement yang terjadi pada model kereta api.

Selanjutnya dibuat grafik hubungan antara jarak rel dan displacement di

sepanjang model kereta api pada masing-masing beban.

2. Analisis dengan PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6

Software Plaxis merupakan software yang dibuat khusus untuk kepentingan

ilmu geoteknik. Nilai displacement tanah diperoleh setelah memasukkan data-

data uji pendahuluan yang akan dikalkulasi dengan cara menjalankan

program Plaxis.


commit to user

33

3.2 Uji Pendahuluan

Tahap-tahap yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi :

1. Uji water content (ASTM D 2216-92) untuk mengetahui kadar air tanah.

2. Uji bulk density (ASTM D 4253-91) untuk mengetahui berat isi tanah

basah.

3. Uji specific gravity (ASTM D 854-92) untuk mengetahui berat jenis

butiran tanah.

4. Uji grain size (ASTM D 422-63) untuk mengetahui persentase susunan

butiran tanah sehingga dapat diketahui jenis tanah yang akan diuji.

5. Uji Atterberg limits (ASTM D 4318–95a) untuk mengetahui batas cair,

batas plastis dan indeks plastisitas tanah.

6. Uji direct shear (ASTM D 3080-90) untuk mengetahui besarnya sudut

geser dalam.

7. Uji unconfined compression strength/UCS (ASTM D 2166–85) untuk

mengetahui besarnya kohesi undrained.

8. Uji standard proctor (ASTM D 698-91) untuk mencari kadar air optimum

yang digunakan untuk menentukan kepadatan tanah.

9. Uji california bearing ratio/CBR (ASTM D 1883–94) untuk menentukan

kepadatan tanah uji berdasarkan nilai CBR.

3.3 Alat Dan Bahan

3.3.1 Alat

Alat-alat uji pembebanan yang terdiri dari :

1. Satu unit box uji baja

Box uji ini terbuat dari baja berukuran panjang 100 cm, lebar 100 cm dan tinggi

60 cm. Gambar berikut ini menunjukkan box uji. Boks uji digunakan sebagai

tempat tanah serta model rel kereta api. Gambar berikut menunjukkan boks


commit to user

ujidan model struktur rel kereta api

tanah dasar.

Gambar 3.2 Sketsa

Balok Kayu 10cmx6cm

struktur rel kereta api dalam boks uji dengan berbagai kondisi

Gambar 3.1 Satu unit box uji baja

Sketsa potongan melintang set up pembebanan pada

pasir.

Baut

Balok Kayu (10cmx6cm)2

Balok Kayu 10cmx6cm

Beban

Pasir

Dial Gauge

Plat Penyangga

34

dalam boks uji dengan berbagai kondisi

embebanan pada media tanah

Baut

Box Uji


commit to user

35


lunak tanpa perkuatan


lunak dengan perkuatan geosintetik dan cerucuk

Lempung

Pasir

Baut

Balok Kayu (10cmx6cm)2

Balok Kayu 10cmx6cm

Beban

Dial Gauge

Plat Penyangga

Tiang Cerucuk LepasØ 1 cm, p = 25 cm

Geosintetik


commit to user

36

Gambar 3.5 Detail set up pembebanan pada pada media tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik dan cerucuk

2. Dial gauge

Alat ini digunakan untuk mengetahui besarnya deformasi permukaan tanah

pada saat uji pembebanan. Dial gauge yang digunakan berjumlah 5 buah

(kanan dan kiri) dengan ketelitian 0,01 mm (Gambar 3.6).

Gambar 3.6 Dial gauge

3. Nivo

Alat ini digunakan untuk mengukur permukaan bantalan maupun rel terhadap

tanah agar benar-benar rata secara horizontal.

Gambar 3.7 Nivo

Lempung

Beban

Dial Gauge

Plat Penyangga


Bantalan

Ballast

Boogie

Geosintetik


commit to user

37

4. Beban (Slotted Weights)

Beban yang digunakan dalam pengujian utama dalam penelitian ialah berupa

10 unit besi coak yang masing-masing bobotnya sebesar 8 Kg.

Gambar 3.8 Slotted weights

5. Alat Pendukung

Alat pendukung lainnya, seperti palu, obeng, tang, pemadat tanah, penggaris ,

gelas ukur dan tempat mencampur tanah.

3.3.2 Bahan

1. Tanah

Tanah yang digunakan sebagai media uji pada penelitian ini merupakan tanah

lunak yang diambil dari daerah Palur, Kabupaten Karanganyar, Jawa Tengah.

Sedangkan untuk tanah pasir telah tersedia di laboratorium Mekanika Tanah

Jurusan Teknik Sipil Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta.

2. Air

Air yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari laboratorium Mekanika

Tanah Jurusan Teknik Sipil Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta.

3. Kayu Bantalan

Kayu yang digunakan sebagai bantalan kereta api terbuat dari kayu jati muda.

4. Besi Rel

Besi rel yang digunakan terbuat dari besi siku yang di potong dua bagian

masing-masing panjangnya 90 cm.


commit to user

38

5. Ballast

Ballast yang digunakan untuk melengkapi model sistem struktur rel kereta api

terbuat dari batu pecah yang keras dengan diameter antara 28 – 50 mm yang

nantinya akan disaring kemudian sesuai ukuran yang telah ditentukan.

6. Geosintetik

Model geosintetik yang digunakan dalam penelitian merupakan bahan yang

terbuat dari kain anyam ex - karung pupuk. Pemilihan bahan didasarkan pada

kemiripan sifat dengan salah satu produk geosintetik yaitu geotekstil yang

terbuat dari bahan polymer polypropylene. Gambar berikut menunjukkan

model geosintetik yang digunakan.

Gambar 3.9 Model geosintetik

7. Cerucuk Kayu

Cerucuk kayu merupakan pemodelan pondasi tiang yang terbuat dari kayu jati

muda pejal, dengan diameter 1 cm dan panjang 25 cm.

3.4 Tahapan Penelitian

3.4.1 Tahap Persiapan

1. Penyiapan Benda Uji

Benda uji merupakan tiang cerucuk sebagai permodelan reduksi dari tiang

pancang yang terbuat dari kayu pejal. Pemasangannya dilakukan dengan

memasukkan tiang cerucuk ke dalam tanah lunak, kemudian di atasnya dipasang


commit to user

39

geosintetik berupa bahan yang terbuat dari kain anyam ex – karung pupuk yang

berada di bawah ballast yang berukuran 100 cm x 51 cm.

Gambar 3.10 Model benda uji small size tiang cerucuk

Benda uji small size berdiameter 1 cm dan panjang 25 cm. Tiang cerucuk

sejumlah 2 buah dipasang di bawah ballast sebelah kanan dan kiri bantalan.

2. Penyiapan Media Tanah

Media tanah yang digunakan sebagai subgrade berupa tanah pasir dan tanah

lempung lunak. Tanah pasir diasumsikan sebagai tanah dasar yang baik,

diambil dengan sistem pengambilan terganggu (disturbed sample). Tanah

lunak juga diambil dengan system pengambilan terganggu (disturbed

sample).

a. Tanah baik (dominan pasir)

Media tanah pertama yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah baik

(termasuk tanah dominan pasir) yang diambil dengan sistem pengambilan

terganggu (disturbed sample). Persiapan media tanah ini dilakukan dengan

langkah-langkah sebagai berikut :

• Menjemur tanah di bawah sinar matahari atau pengeringan di udara hingga

kering untuk mendapatkan tanah yang dapat disaring (Bowles, 1984).

• Menyaring tanah dengan lolos ayakan No. 4 (diameter 4,75 mm).

• Mencampur tanah dengan air menggunakan rasio air tanah yang

diperhitungkan terlebih dahulu menggunakan uji standard proctor. Dalam

Lempung

Beban

Dial Gauge

Plat Penyangga


Bantalan

Ballast

Boogie

Geosintetik


commit to user

40

penelitian ini rasio yang didapatkan saat kadar air optimum ialah 380 ml /

2 kg.

• Memasukkan tanah ke dalam kotak uji.

• Menumbuk tanah dan memadatkannya dengan tinggi jatuh 20 s/d 30 cm

sebanyak 1/3 tinggi kotak uji..

• Memasukkan tanah lagi hingga mencapai 2/3 tinggi kotak uji, kemudian

melakukan pemadatan.

• Memasukkan tanah hingga penuh, kemudian dilakukan pemadatan.

• Menguji kepadatan tanah pasir dengan alat uji CBR pada 3 titik yang

berbeda.

b. Tanah Lunak.

Media tanah kedua yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah lunak

dengan sistem pengambilan terganggu (disturbed sample). Persiapan media

tanah ini dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

• Menjemur tanah di bawah sinar matahari hingga kering. (Gambar 3.11)

Gambar 3.11 Penjemuran tanah di bawah sinar matahari


commit to user

41

• Menghancurkan tanah dengan soil crusher. (Gambar 3.12)

Gambar 3.12 Penghancuran tanah dengan soil crusher

• Menyaring tanah yang sudah hancur dengan spesifikasi lolos ayakan No. 4

(diameter 4,75 mm). (Gambar 3.13)

Gambar 3.13 Penyaringan tanah dengan ayakan No. 4

• Mencampur tanah dengan air menggunakan rasio air tanah yang

diperhitungkan terlebih dahulu menggunakan uji standard proctor. Dalam

penelitian ini rasio yang didapatkan saat kadar air optimum ialah 361,37

ml / 2 kg. Setelah rasio air diketahui, tanah dicampur dengan air dengan


commit to user

42

rasio air yang lebih atau dengan kadar yang membuat tanah tersebut

menjadi lebih lunak (bukan kepadatan maksimum). (Gambar 3.14)

Gambar 3.14 Pencampuran tanah dengan air

• Mengganti separuh tinggi dari media tanah pasir dengan memasukkan

tanah lempung tersebut di atasnya.

• Memasukkan tanah ke dalam kotak uji.

• Menumbuk tanah dan memadatkannya dengan tinggi jatuh 20 s/d 30 cm

sebanyak 1/3 tinggi kotak uji. (Gambar 3.15)

Gambar 3.15 Pemadatan tanah dengan alat pemadat


commit to user

43

• Memasukkan tanah lagi hingga mencapai 2/3 dari separuh tinggi kotak uji,

kemudian melakukan pemadatan.

• Memasukkan tanah hingga penuh, kemudian dilakukan pemadatan.

• Menguji kepadatan lempung dengan alat uji CBR pada 3 titik yang

berbeda. (Gambar 3.16)

Gambar 3.16 Pengujian kepadatan tanah dengan alat CBR

c. Persiapan Struktur Rel Kereta Api Tereduksi

• Menyaring batu pecah yang akan digunakan sebagai ballast dengan

perbandingan gradasi seperti yang telah tersedia pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.1 Perbandingan gradasi ballast atas dalam skala asli dengan skala

tereduksi.

Ukuran Persen Lolos Saringan (%)

Saringan Skala Asli Skala Tereduksi

(inci) 2 1,5 1 0,75 0,5 3/8 0,75 0,5 3/8

No.

4

No.

8

100 90-100 20-15 0-15 - 0-5 100 90-100 20-15 0-15 0-5


commit to user

44

• Menyusun ballast di atas media tanah, baik tanah pasir maupun tanah

lunak. Untuk tanah lunak yang menggunakan perkuatan geosintetik, kain

anyam diletakkan terlebih dahulu sebelum ballast dihamparkan di atas

media tanah. (Gambar 3.17)

Gambar 3.17 Penghamparan ballast di atas media tanah

• Memadatkan ballast dan menjaga agar permukaanya tetap datar.

• Menguji kepadatan ballast dengan alat uji CBR pada 3 titik yang berbeda.

(Gambar 3.18)

Gambar 3.18 Pengujian kepadatan ballast dengan alat uji CBR


commit to user

45

• Memotong besi siku sebagai rel, lempeng besi sebagai boogie dan kayu

bantalan sesuai dengan ukuran yang telah direduksi dari skala aslinya,

seperti yang diperlihatkan pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.2 Perbandingan dimensi struktur rel kereta api dalam skala asli

dengan skala terduksi pada suatu model uji

No Faktor Skala Asli Skala Tereduksi 1. Lebar sepur 1200 mm 120 mm

2.

Bantalan kayu a. Panjang b. Lebar c. Tinggi d. Jarak antar bantalan

2100 mm 200 mm 140 mm 600 mm

210 mm 20 mm 14 mm 60 mm

3.

Ballast atas a. Lebar atas b. Lebar bawah c. Tebal

2700 mm 4200 mm 390 mm

*270 mm *510 mm *54 mm

4.

Ballast bawah a. Lebar atas b. Lebar bawah c. Tebal

4800 mm 6000 mm 150 mm

- - -

5. Jarak antar roda (depan dan belakang)

2300 mm 230 mm

* gabungan antara balas atas dan balas bawah

Gambar 3.19 Potongan Melintang Struktur Rel Kereta Api Skala Tereduksi

(dalam cm)

• Mempersiapkan ke-sepuluh dial gauge dan menepatkannya pada 10 titik

yang telah ditentukan jaraknya.

21

5,4 1,4

27

51


commit to user

46

• Menyusun seluruh alat dan bahan di atas menjadi satu kesatuan yang

memperlihatkan rangkaian struktur rel kereta api tereduksi seperti

ditunjukkan pada gambar di bawah.

(a)

(b)

Gambar 3.20 (a) Perletakan dial dan posisi pembebanan pada model rel

(b) Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api

d. Persiapan Alat Pembebanan

Alat pembebanan terdiri dari slotted weights yang memepunyai massa 8 kg.

• Meletakkan media tanah pada box uji dengan ukuran 100 cm x 100 cm x

60 cm dengan mekanisme yang tercantum dalam poin 2 tahap persiapan.

• Memasang model geosintetik, perkuatan cerucuk kayu dan struktur rel

kereta api di atas media tanah tersebut.


commit to user

47

• Memasang boogie secara presisi di atas rel kereta pada titik pertama dari 4

titik yang direncanakan.

• Menyusun slotted weights di atas boogie dengan beban awal yaitu 16 kg.

3.4.2 Tahap Pelaksanaan Uji Model Laboratorium

1. Pengaturan Pembebanan

• Mengambil prinsip kereta api melewati rel secara berulang dengan

melakukan pemberhentian di tiap titik pembebanan, dimana setiap titiknya

posisi roda depan dan belakang tepat di posisi kedua dial.

• Melakukan sebanyak lima kali siklus (pergi-pulang), maka pembebanan

diasumsikan pada tahap pembebanan statis repetitif.

2. Pelaksanaan Pengujian dan Pengambilan Data

• Mulanya meletakkan boogie pada titik pertama (posisi A) kemudian

melakukan pembacaan awal dial gauge, kondisi ini menggambarkan

kondisi saat struktur rel tidak mengalami pembebanan. (Gambar 3.21)

Gambar 3.21 Pemasangan boogie di atas struktur rel kereta api


commit to user

48

• Memberikan beban sebesar 16 kg di atas boogie pada titik pertama (posisi

A) dan melakukan pembacaan dial gauge kembali. (Gambar 3.22)

Gambar 3.22 Pemasangan beban di atas model struktur rel kereta api

• Menarik boogie bersama beban ke titik kedua (posisi B) diikuti dengan

membaca dial gauge pada tiap titik pembebanan hingga jarum pada dial

dalam keadaan stabil.

• Setelah pembebanan titik pertama dan kedua selesai, melakukan

pembebanan di titik ketiga dan keempat dengan langkah yang sama.

(Gambar 3.23)

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 3.23 Pembebanan dan pembacaan dial.(a) beban di posisi A. (b)

beban di posisi B.(c) beban di posisi C. (d) beban di posisi D.


commit to user

49

• Melakukan langkah yang sama dengan sebelumnya dengan berbalik arah

(pulang).

• Siklus pembebanan (pergi-pulang) dilakukan sebanyak lima kali.

Pembebanan berikutnya menggunakan beban 32 kg, 48 kg, 64 kg, dan 80

kg dilakukan dengan menggunakan langkah yang sama pula.

3.5 Pemodelan dengan PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6

Pemodelan dalam Plaxis diusahakan semirip mungkin dengan kondisi uji

pemodelan untuk mendapatkan perilaku yang mirip pula. Tahap pemodelan dalam

Plaxis meliputi :

3.5.1 Pengaturan Umum (General Setting)

Langkah-langkah yang akan ditampilkan memakai contoh perhitungan pada

pembebanan struktur rel kereta api pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik

dan tiang cerucuk.

Pada project input, dialog box description diisi lunak perkuatan”, sedangkan

untuk mempermudah mengidentifikasi pekerjaan apa yang sedang dilakukan

komentar yang dicantumkan adalah ”pembebanan pada tanah lunak perkuatan”.

Kemudian terima saja bagian dialog box gravitasi bumi sebesar 9,8 m/s2 dan γair

sebesar 10 kN/m3. Pada dimensions input, satuan yang digunakan adalah meter,

kN dan hari. Dimensi geometri yang digunakan untuk Xmin, Xmax, Zmin, Zmax

berturut-turut adalah 0.00, 1.00, 0.00, 1.00, sedangkan grid yang digunakan

adalah 0.1 m dengan interval 20.


commit to user

50

Gambar 3.24 General settings (Project)

Gambar 3.25 General settings (Dimensions)

3.5.2 Kontur Geometri (Geometry Contour)

Pada tahap ini, proses yang dilakukan adalah pembuatan luasan model geometri,

bidang kerja (work planes), rel, bantalan, geosintetik, pondasi tiang cerucuk,

pembebanan pada rel dan penentuan lapisan tanah. Bidang kerja (work planes)

merupakan bidang horizontal arah x-z pada elevasi tertentu (y) yang berfungsi

untuk mendefinisikan struktur dan beban yang dikenakan. Pemodelan rel dan

bantalan menggunakan beams dengan parameter yang telah ditentukan. Untuk

pemodelan geosintetik menggunakan floor, sedangkan pemodelan pondasi tiang


commit to user

51

cerucuk menggunakan pile. Pembebanan yang dikenakan pada rel menggunakan

point load. Pada penentuan lapisan tanah digunakan borehole.

Gambar 3.26 Kontur geometri

3.5.3 Set Data Material (Material Data Sets)

Pada proses ini, kita pilih tipe material yang akan kita definisikan. Beberapa

material yang digunakan yaitu soil & interfaces, beams, floors.

Untuk tanah, menggunakan tipe material soil & interfaces. Jenis tanah yang

digunakan adalah tanah pasir, tanah lunak dan ballast. Material model yang

digunakan adalah Mohr-Coulomb. Tipe material dipilih undrained karena tanah

yang dijadikan model adalah tanah yang memiliki nilai permeabilitas sangat kecil,

sehingga dianggap tidak terjadi aliran air. Cerucuk menggunakan material model

linear elastic, dengan tipe material Non-porous.


commit to user

52

(a)

(b)

Gambar 3.27 Set data material tanah : (a) Umum (b) Parameter

Untuk rel dan bantalan, menggunakan tipe material beams. Kemudian diisi

parameter yang sesuai dengan data yang telah ditentukan. Untuk menggambarkan

geosintetik, menggunakan floor kemudian parameter pada floor diisi sesuai

dengan sifat-sifat yang mewakili geosintetik.


commit to user

53

Gambar 3.28 Set data material Beams

\

Gambar 3.29 Set data material Floors

3.5.4 Pembuatan Jaring-Jaring Elemen (Mesh Generations)

Proses ini dilakukan setelah pembuatan kontur geometri dan set data material

selesai. Tujuan proses ini adalah untuk membuat pembagian luasan model

menjadi bagian-bagian lebih kecil yang disebut cluster. Dalam Plaxis 3D,

digunakan fasilitas 2D mesh generator untuk pembuatan jaring elemen 2D pada

model, kemudian selanjutnya digunakan 3D mesh generator untuk membuat

jaring elemen 3D. Secara otomatis model akan terbagi menjadi bagian-bagian

kecil berbentuk segitiga yang saling berhubungan membentuk model secara utuh.


commit to user

54

Gambar 3.30 Pembuatan jaring-jaring elemen 2D

Gambar 3.31 Pembuatan jaring-jaring elemen 3D

3.5.5 Perhitungan (Calculations)

Setelah jaring elemen 2D dan 3D disusun dengan lengkap, maka proses

perhitungan sudah dapat dimulai. Tetapi untuk memulai sebuah proses

perhitungan, harus ditentukan terlebih dahulu tahapan perhitungannya. Untuk

memulai perhitungan klik tombol Calculation, kemudian menentukan fase yang

akan digunakan dalam perhitungan. Fase yang secara otomatis terbentuk adalah

”initial phase” . Pada fase tersebut, seluruh elemen struktural dan beban yang

tampil pada geometri awal secara otomatis tidak aktif, hanya cluster tanah yang

aktif. Pada fase ini pula secara otomatis terpilih metode gravity loading untuk


commit to user

55

menyusun tegangan awal. Kemudian pada jendela parameter menggunakan

langkah perhitungan sebanyak 250 sesuai dengan standar PLAXIS. Untuk

membuat fase baru dipilih toolbar next phase, kemudian kita beri nama posisi A

pergi 1. Pada fase tersebut mulai mengaktifkan elemen-elemen yang telah

digambarkan pada model geometri, diantaranya rel, bantalan, dan beban pada

posisi paling pinggir. Fase selanjutnya diberi nama posisi B pergi 1, bagian yang

diaktifkan adalah beban pada posisi B, beban pada posisi A dinonaktifkan. Hal

tersebut dilakukan berulang-ulang sampai fase posisi D pergi 1. Untuk fase

pulang, dilakukan perintah yang sama juga dengan arah terbalik dari fase pergi,

dengan fase pertama adalah posisi D pulang 1 dan diakhiri fase posisi A pulang 1.

Fase pergi dan pulang tersebut diulangi sebanyak 5 kali.

Gambar 3.32 Dialog box fase perhitungan

Gambar 3.33 Proses perhitungan


commit to user

56

3.5.6 Keluaran (Output)

Setelah perhitungan selesai, hasilnya dapat dilihat pada sub program output.

Dalam jendela output dapat dilihat perpindahan dan tegangan-tegangan yang

terjadi di seluruh geometri atau pada potongan tertentu serta gaya-gaya elemen

struktural, jika diperlukan. Hasil komputasi juga dapat dilihat dalam bentuk tabel.

Gambar 3.34 Deformed mesh

3.6 Analisis dan Pengolahan Data

Pengujian yang dilakukan baik itu dari hasil uji pemodelan laboratorium maupun

dari hasil PLAXIS 3D FOUNDATION v 1.6 akan menghasilkan hubungan antara

beban (load) dan penurunan (displacement) yang selanjutnya dari data tersebut

akan dilanalisis untuk mendapatkan perilaku dari pemodelan struktur rel kereta

api tersebut yang merupakan tujuan utama dari penelitian ini. Dari hasil uji

pemodelan nilai penurunan diperoleh dari bacaan dial gauge. Sedangkan nilai

penurunan dari Metode Elemen Hingga diperoleh setelah proses calculation. Nilai

penurunan pada program Plaxis diperoleh dari soil node displacement, kemudian

dibuat hubungan antara beban (load) dan penurunan (displacement). Gambar

3.34 di bawah ini merupakan contoh hubungan antara beban dan penurunan yang

pada akhirnya akan digunakan sebagai analisis.


commit to user

Gambar 3.35 Grafik

3.7 Alur Penelitian

• Bak Uji

• Alat Pembebanan (

• Struktur Rel Kereta Api (rel, bantalan, lempung)

• Bantalan dengan tiang cerucuk

PEMASANGAN ALAT

PELEPASAN ALAT

Grafik hubungan antara beban dengan penurunan maksimum

hasil uji pembebanan laboratorium

Alur Penelitian

MULAI

DESK STUDY LITERATUR

PERSIAPAN ALAT DAN BAHAN

Alat Pembebanan (dial gauge, slotted weights, dan plat penyangga)

Struktur Rel Kereta Api (rel, bantalan, ballast, tanah pasir, dan tanah lempung)

Bantalan dengan tiang cerucuk

UJI PENDAHULUAN • Moisture Content • Specific Gravity • Bulk Density • Grain Size Analysis • Atterberg Limit Test • Direct Shear • Standard Proctor • UCS • CBR

PEMASANGAN ALAT DAN BAHAN PENGUJIAN PADA MEDIA PASIR

PELEPASAN ALAT DAN BAHAN PENGUJIAN

UJI PEMBEBANAN STATIS REPETITIF I

A

57

penurunan maksimum dari

, dan plat penyangga)

, tanah pasir, dan tanah


commit to user

58

Gambar 3.36 Alur penelitian

KESIMPULAN dan SARAN

SELESAI

ANALISA DAN PEMBAHASAN

A

PELEPASAN ALAT DAN BAHAN PENGUJIAN

ANALISIS DATA HASIL PENGUJIAN

VALIDASI DENGAN METODE ELEMEN HINGGA (PLAXIS 3D)

PEMASANGAN ALAT DAN BAHAN PENGUJIAN PADA MEDIA LEMPUNG LUNAK

UJI PEMBEBANAN STATIS REPETITIF II

PEMASANGAN ALAT DAN BAHAN PENGUJIAN PADA MEDIA LEMPUNG LUNAK DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK DAN

CERUCUK

perilaku model tereduksi struktur rel kereta api …/perilaku... · perilaku model tereduksi...

Documents