Prosiding Seminar Nasional Teknik Sipil 2 (SeNaTS 2) Tahun 2017Sanur - Bali, 2015

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

STUDI PEMASANGAN PANEL BETON PRACETAK CORRUGATED SEBAGAIBADAN REL-KERETA API: KASUS JALUR PELABUHAN TANJUNG EMAS

SEMARANG

I Gede Adi Susila1, Made Dodiek W. Ardana1, IBP Adnyana1, IGN Dirgayusa1

1 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Udayana - Balie-mail : adisusila@unud.ac.id

ABSTRAK

Penggunaan dinding modular pabrikasi berupa panel beton semakin gencar diperkenalkan,sebagai dasar studi dan menjadi faktor utama untuk mengetahui kapasitas sistem struktur dalammenerima beban kerja berupa evaluasi safety factor yang tersedia dari interaksi struktur panelbeton dan tanah. Dinding modular telah banyak dipergunakan sebagai dinding penahan tanah(DPT), pada kasus ini panel beton difungsikan sebagai konstruksi wadah/badan rel kereta apiBeberapa bentuk panel beton telah diterapkan pada konstruksi selama ini, namun pada studi inibetuk panel berpenampang tidak beraturan (corrugated) menjadi bahan kajian. Pada sistimkonstruksi wadah, integritas struktur menghandalkan kekakuan interaksi tanah pengisi yangdipadatkan dengan pembatas panel beton. Penelitian dilakukan dengan simulasi untukmenentukan tegangan-tegangan yang terjadi dengan pendekatan Finite Element Model (software:Plaxis). Hasil studi menunjukan bahwa penampang tidak beraturan memberikan ketahanan inersiapenampang bervariasi, faktor penggunaan mutu beton yang relative tinggi dapat menggunakanketebalan panel yang relatif lebih tipis. Karena tanah dasar di Semarang yang relatif lunak, hasilanalisa menunjukan penggunaan panel beton pada badan rel memberikan nilai Safety Factor yangrelative kritis (SF =1.3) dengan beban maximum 11 ton per gandar. Penggunaan geogrid padabagian dasar/pondasi konstruksi mampu memberikan daya dukung yang relative baikdibandingkan menggunakan pondasi tiang yang sangat dalam dan relative sangat mahal.

Kata kunci: Dinding Penahan Tanah (DPT), beton pracetak, FEM, geogrid

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Pelaksanaan pemeriksaan/investigasi geoteknik Proyek Revisi Desain Reaktivasi Jalur KA AntaraStasiun Semarang Tawang – Pelabuhan Tanjung Emas, Semarang perlu dilakukan untuk mengetahui kondisikekuatan tanah dan kapasitas struktur pasangan dinding penahan tanah (DPT) berupa panel beton pracetak:struktur SPS (Sistem Panel Serbaguna). Analisa ini juga bertujuan untuk meneliti desain alternatif DPT yangdiperbaharui (update) dari desain yang sebelumnya (pasangan SPS miring) seperti terlihat pada Gambar 1.a.Dari analisa ini diharapkan dapat memberikan hasil kajian yang memadai/layak yang dapat dipergunakan padapemasangan struktur panel beton tersebut. Hal lain diharapkan mendapatkan kajian interaksi SPS terhadap tanah(soil-structure interaction) terkait perencanaan dengan pendekatan tahapan konstruksi (stage constructions) dansafety factor-nya antara lain: penggalian tanah, proses pemasangan panel secara aman dan bangunan DPT dapatdibangun secara aman serta bermanfaat.

Panel beton termasuk dinding modular pabrikasi telah diatur dalam SNI-1725-2016, sebagai bagian darisub bab standar pembebanan jembatan [1] dengan model pembebanan seperti pada Gambar 2. Berbagai kajianterkait dinding modular pabrikasi diperlukan karena sistem struktur yang bervariasi dan relatif baru diterapkanpada konstruksi di wilayah Indonesia. Dinding modular/ panel beton ini perlu mendapatkan kajian kestabilanstruktur yang berinteraksi dengan tanah yang lebih mendalam karena sistem struktur ini sangat tergantung padatanah dasarnya. Seperti halnya peristiwa alam dimana kelongsoran tanah pada tebing sering terjadi akibatpergerakan tanah dasar, meluapnya air bendung dan aliran sungai dan berdampak membahayakan padabangunan yang berdiri diatas tebing sepadan sungai. Penanggulangan telah dicoba dilakukan (seperti uji cobakelayakan struktur dilapangan) dengan membuat tanggul pengaman berupa DPT seperti pada kasus: kelongsoranpada dinding Bendung Ubung Kaja, Denpasar, Bali yang berdampak pada sekolah SD diatas bendungaplikasikan pada daerah rawan longsor. Berdasarkan hal tersebut di atas, maka pemerintah melalui BalaiWilayah Sungai Bali Penida di bawah Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat akanmelaksanakan upaya menanggulangi longsoran dengan cara Pembangunan Prasarana Pengamanan Tebing

I Gede Adi Susila

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

Bendung Ubung Kaja-Denpasar. Contoh lain struktur panel ini telah diterapkan pada proyek Long-StorageTukad Mati, Badung, Bali (2015), proyek Cek Dam Gelagah Yogyakarta (2009), Normalisasi Sungai KawasanIndustri Surya Cipta Karawang (2016).

(a)

(b)

(c)Gambar 1. (a) Potongan Melintang DPT modular miring dan (b) Typical Panel Beton Pracetak 6m, c).

Update Sambungan Panel Beton Pracetak 8m

Gambar 2. Distribusi tekanan tanah untuk dinding modular fabrikasi dengan tekanan permukaan menerus [1]

Dari pihak pemilik paten atau prabrikator yang membuat desain biasanya melakukan upaya praktis dari segipembuatan, pengangkutan dan pemasangan dan biasanya relative pragmatis dimana pihak pabrikatormemanfaatkan sheet pile yang biasanya dipasang berdiri tegak kemudian dipasang melintang seperti dindingmelintang. Kajian kapasitas berupa properties dari penampang dan juga termasuk susunan tulangan yang tersediadan jumlah tulangan terpasang dan kecukupannya terhadap gaya-gaya luar yang bekerja menjadi pokokpersoalan yang relatif berbeda dengan peruntukan awal dari sheet pile. Kajian baik experimental maupunnumerik yang lebih detail perlu dipertimbangkan untuk menentukan kemampuan (integritas) struktur dimaksud.Sehingga studi ini memiliki tujuan antara lain untuk menganalisa integritas struktur panel modifikasi sertamengevaluasi kinerja struktur DPT tersebut.

Studi Pemasangan Panel Beton Pracetak Corrugated Sebagai Badan Rel-Kereta Api:Kasus Jalur Pelabuhan Tanjung Emas Semarang

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

1.2. Ruang lingkup penelitian

Ruang lingkup penelitian pada paper ini meliputi:1. Analisa Safety Factor (SF)2. Analisa gaya yang diterima oleh tanah disekitar pemasangan (soil structure interaction) dan

kemungkinan pemasangan geogrid pada dasar galianKonsep awal dari konstruksi ini adalah sebagai DPT, tanggul penahan banjir untuk normalisasi alur sungai yangdimodifikasi sehingga tanggul tersebut tidak hanya digunakan sebagai mitigasi banjir tapi juga dapat digunakansebagai pengarah aliran sungai untuk jangka waktu tertentu. Tanggul (DPT) dibangun dengan menggunakansystem struktur SPS (Sistem Panel Serbaguna) yang tersusun dari bebarapa modul pasangan dinding pracetakyang diikat dengan batang tarik maupun tekan dan tersambung dengan profil IWF (untuk mengindikasikansambungan sendi pada struktur). Selanjutnya, modifikasi-modifikasi dilakukan pemilik paten yangmenggunakan material dan bahan yang tersedia sebagai salah satu penampang panel yang relatif berbeda daribentuk panel sebelumnya. Panel regular sebelumnye berupa panel beton berbentuk persegi dengan tebal tertentu:misalnya 2x3m dengan tebal 20cm. Pada panel modifikasi: corrugated, bentuk penampang berupa tekukanseperti huruf U atau V yang lebar seperti pada Gambar 1 (b).

1.3. Manfaat penelitian

Memberikan informasi tentang ketahanan struktur berkaitan dengan kinerjanya terhadap beban statik maupundinamik. Untuk menentukan kapasitas beban kereta yang mampu ditahan oleh sistim struktur termasuk interaksistruktur terhadap tanah dasarnya. Dari hasil pengamatan dapat ditetapkan safety factor yang didapatkan daribeban ultimate uang bekerja. Dari kajian ini dapat dilakukan monitoring terhadap beban-beban yang bekerjapada system struktur dimana peringatan awal dapat diberikan kepada operator kereta api dengan melaukanpembatasan beban maksimum yang boleh lewat pada jalur yang dimaksud. Kontrol beban pada gerbong keretamerupakan keharusan untuk menjaga kondisi struktur badan rel dan strukturnya berada pada kondisi aman.

2. METODE PENELITIAN

Berdasarkan tinjauan ulang terhadap kelayakan konstruksi dan finansial, terdapat beberapa revisi desain yangdiajukan untuk dapat dikonfirmasi, yaitu:

1. Perubahan yang mendasar adalah SPS direncanakan seperti Gambar 1.1, dimana penampang puncakdari tanggul difungsikan sebagai akses jalan rel KA yang lebar puncak struktur 8 m. Panjang panelmenyesuaikan kondisi lapangan. Akibatnya diperlukan analisa ulang terkait pemasangan SPS dengancontrol kestabilan pasangan yang berinteraksi dengan tanah akan ditinjau dengan menggunakansoftware Plaxis [2].

2. Perubahan sangat signifikan terkait sytem dan material yang digunakan pada struktur. Penyesuaiankemiringan pemasangan SPS juga dimaksudkan untuk mengurangi terjadainya kegagalan struktur yangsebagian besar adalah material pengisi pilihan. Cek kesetabilan dilakukan dengan trial-error untukmenghindari soil body collapse tersebut.

Gambar 3. Potongan Rencana Pasangan SPS

I Gede Adi Susila

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

2.1. Tahapan Analisis Plaxis 2D

Terdapat 3 Tahapan Konstruksi Pokok (Stage Construction) dalam peneliti pada program Plaxis 2Dmeliputi:

A. Stage 1 (Galian: Cek Gravitasi Load, Kondisi Existing, Excavation 1 & 2)Pada stage ini, kondisi tanah digali sehingga kosong, panel dan beban hidup belum terpasang,pemasangan tanpa/dengan geogrid bias dilakukan pada dasar pasangan. Kondisi muka airtanah dapat diasumsikan dilakukan pemompaan sedalam 1 meter dari dasar titik penggalian.

B. Stage 2 ( Pemasangan DPT: SPS)Pada stage ini, kondisi tanah digali sehingga kosong, panel sudah terpasang (tanpa tanahdidalamnya), geogrid sudah terpasang. Kondisi muka air tanah asumsi dipompa sedalam 1meter dari dasar titik penggalian.

C. Stage 3 (Final)Pada stage ini, panel beton (SPS) sudah terpasang dengan frame dan batang Tarik maupuntekan. Dilakukan penimbunan badan SPS dengan material filler yang dipersyaratkan. Padasaat penimbunan dan beban hidup sudah dapat diberikan pada bagian permukaan penimbunandimana, tanah didalam panel sudah terisi, geogrid sudah terpasang. Kondisi muka air tanahdiasumsi berada pada ketinggian +/- 0.5 meter dibawah panel ke-4 (puncak).

2.2. Parameter-Parameter yang Digunakan

Beberapa parameter meliputi parameter tanah, panel, dan geogrid yang digunakan peneliti: ParameterTanah

Tabel 2.1 Parameter Jenis Tanah

Warna Tanah

ϕ c γJenis(◦) (kN/m2) (kN/m3)

20 25 16 Timbunan ex Galian

34 30 16 Limestone/filler pilihan

11 10 12 Original Soil

20 20 16 Silt clay

30 20 18 Hard clay sand

24 Concrete panel

Parameter Panel

Gambar 4. Parameter A dan I

Mass: 0.148Volume: 0.148Bounding box: X: 801686.311 -- 801686.660

Y: 9749743.960 -- 9749744.985Z: 0.000 -- 1.000

Centroid: X: 801686.480, Y: 9749744.466, Z: 0.500Moments of inertia: X: 1.405E+13

Y: 94983021799.812Z: 1.414E+13

Products of inertia: XY: 1.155E+12, YZ: 720443.788ZX: 59239.506

Radii of gyration: X: 9749744.466, Y: 801686.480Z: 9782648.842

Principal moments and X-Y-Z directions about centroid:I: 0.025 along [1.000 0.000 0.000]J: 0.015 along [0.000 1.000 0.000]K: 0.014 along [0.000 0.000 1.000]

Studi Pemasangan Panel Beton Pracetak Corrugated Sebagai Badan Rel-Kereta Api:Kasus Jalur Pelabuhan Tanjung Emas Semarang

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

Tipe Panel Beton dengan tipe material Elastic.Untuk mutu beton f’c = 30MPa, Modulus Elastisitas Beton E = 4700 sqrt (30) = 25742.96 MPa=25742960 kN/m2

Nilai EA Panel = 257420960 kN/m2*0.148 m2= 3809958.1 kN per mNilai EI Panel = 257420960 kN/m2 *0.025 m4 = 3.61689E+20 kN m2 per mNilai A Panel = 0.148 m2

Nilai w Panel = A x γpanel = 3.552 kN/m per m*Asumsi terdapat beban hidup merata pada bagian atas panel sepanjang 6 meter sebesar 1kN/m2

Parameter Geogrid

Gambar 5. Spesifikasi Geogrid

Tipe Geogrid merupakan tipe material Elastic dengan bahan Polymer Polypropylene yang memilikinilai Tensile Strength 21 kN/m dengan 5% Strain (Ultimate Tensile Strength 30 kN/m).

Sehingga didapatkan nilai EA geogrid =/% = 420 kN/m

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Analisa berdasarkan potongan 3 Jalur Rel

Analisa Potongan Pemasangan SPS pada Jalur KA Antara Stasiun Semarang Tawang – PelabuhanTanjung Emas

Gambar 6. Potongan SPS untuk 3 Jalur Rel

I Gede Adi Susila

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

(a)

(b)Gambar 7. Tahapan Konstruksi: (a) Kondisi Existing & (b) Exavation 1

Gambar 8. Tahapan Konstruksi: Pemasangan panel dan urugan kembali

Gambar 9. Hasil Analisa pada Tahap Uji Beban Gravitasi, Penurunan Total relative rendah = 13 mmuntuk urugan penuh setinggi total panel

Studi Pemasangan Panel Beton Pracetak Corrugated Sebagai Badan Rel-Kereta Api:Kasus Jalur Pelabuhan Tanjung Emas Semarang

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

Gambar 10. Hasil Analisa pada Tahap Uji Beban Gravitasi, Penurunan Total relative rendah = 7 mmuntuk existing

(a)

(b)

(c)Gambar 11. Hasil Analisa pada Tahap SPS terpasang dan Beban Penuh: a) Terjadi Konsentrasi

Regangan Geser tanah = 0.0097 (Garis longsor pada pijakan SPS sisi kanan dan kiri dinding panel), b)Tegangan Effektif (compression) = 70 kN/m2 pada bagian bawah SPS, c) Tegangan Geser

I Gede Adi Susila

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

3.2. Perhitungan Tiap Stage Gabungan 3 dan 1 Jalur

A. Stage 1 (Gravity Load & Nil Condition Test):

Pada stage ini merupakan tes awal berupa pengaruh gravitasi sebagai beban pada kondisi existingdan setelah seluruh komponen SPS terpasang penuh. Penurunan (displacement) ditinjau danpergerakan lainnya, sementara beban hidup belum terpasang, geogrid belum diperlukan. Kondisi mukaair tanah asumsi dipompa sedalam 1 meter dari dasar titik penggalian atau dialihka. Dari hasil reaksiPhi/c reduction untuk stage 1 ini didapatkan untuk gravity load SF Sebesar 1.922 dan kondisiexisting SF= 110-11

Gambar 12. Hasil Output reaksi tanah terhadap perhitungan beban gravitasi untuk pasangan SPS total

a. Perpindahan Vertikal

Gambar 13. Perpindahan (displacement) Vertikal

b. Perpindahan Horisontal

Gambar 14. Lokasi Perpindahan Horisontal Tanah

Studi Pemasangan Panel Beton Pracetak Corrugated Sebagai Badan Rel-Kereta Api:Kasus Jalur Pelabuhan Tanjung Emas Semarang

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

B. Stage 2 ( Kondisi Existing )

Pada stage ini, kondisi tanah existing di uji terhadap beban gravitasi dalam keadaan kosong sepertipada gambar dibawah, Komponen SPS belum dipasang. Kondisi muka air tanah asumsi dipompasedalam 1 meter dari dasar titik penggalian. Dari hasil reaksi Phi/c reduction untuk stage 2 inididapatkan SF Sebesar 2.058

Gambar 15. Kondisi existing (SPS belum terpasang)

Gambar 16. Hasil Output reaksi kondisi existing (kosong)

a. Perpindahan vertikal

Gambar 17. Lokasi Perpindahan Vertikal Tanah

b. Perpindahan horisontal

I Gede Adi Susila

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

Gambar 18. Lokasi Perpindahan Horisontal Tanah

C. Stage 3 ( Exavation)

Pada stage ini, kondisi tanah sedang digali. Timbunan, panel dan beban hidup belum terpasang,Kondisi muka air tanah diasumsi berada pada ketinggian 1 meter dibawah panel ke-3 (puncak). Darihasil reaksi Phi/c reduction didapatkan SF diatas 5.0-6.19

Gambar 19. Kondisi penggalian (excavation 1 & 2)

D. Stage 4 ( SPS terpasang)

Pada stage ini, kondisi tanah ditimbun, panel dan beban hidup sudah terpasang, tanah didalam panelsudah terisi, geogrid belum dipertimbangkan. Kondisi muka air tanah diasumsi berada pada ketinggian1 meter dibawah panel ke-3 (puncak).Dari hasil reaksi Phi/c reduction didapatkan SF Sebesar 2.289

.Gambar 20. Penurunan total pada kondisi final

Studi Pemasangan Panel Beton Pracetak Corrugated Sebagai Badan Rel-Kereta Api:Kasus Jalur Pelabuhan Tanjung Emas Semarang

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

(a)

(b)Gambar 21. Perpindahan tanah kondisi final SPS terpasang: (a) Vertikal & (b) Horisontal

E. Stage 5 ( SPS terpasang + beban Hidup)

Pada stage ini, kondisi tanah ditimbun, panel dan beban hidup sudah terpasang, tanah didalampanel sudah terisi. Kondisi muka air tanah diasumsi dipompa atau dialihkan, muka air asumsi beradapada ketinggian dasar sungai. Dari hasil reaksi Phi/c reduction didapatkan SF sebesar 1.332

Gambar 22. Penurunan total pada kondisi final + beban hidup, Extreme dengan beban Gandar masing-masing 11.3T aktif pada semua jalur bersamaan secara statis (diam)

I Gede Adi Susila

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

(a)

(b)Gambar 23. Penurunan total pada kondisi final + beban hidup: (a) Vertikal & (b) Horisontal

F. Stage 6 ( SPS terpasang + beban Hidup + Air pasang)

Pada stage ini, kondisi tanah ditimbun, panel dan beban hidup sudah terpasang, tanah didalampanel sudah terisi. Kondisi muka air diasumsi berada pada ketinggian 0.5 meter dibawah balas ke-3(puncak). Dari hasil reaksi Phi/c reduction didapatkan SF sebesar 1.32

Gambar 24. Penurunan total pada kondisi final + beban hidup

Studi Pemasangan Panel Beton Pracetak Corrugated Sebagai Badan Rel-Kereta Api:Kasus Jalur Pelabuhan Tanjung Emas Semarang

Program Studi Magister Teknik Sipil, Program Pascasarjana Universitas Udayana SM-

(a)

(b)Gambar 25. Penurunan total pada kondisi final + beban hidup+air pasang: (a) Vertikal & (b)

Horisontal

4. KESIMPULAN

Perbedaan Safety Factor (SF) Revisi Desain Reaktivasi Jalur KA Antara Stasiun Semarang Tawang –Pelabuhan Tanjung Emas. Dapat diketahui SF untuk masing-masing stage sebagai berikut:

1. Safety factor pada stage 1 Gravity Load adalah 1.9222. Safety factor pada stage 2 Kondisi Existing sebesar 5.03. Safety factor pada stage 3 Kondisi Exavation 1 & 2 sebesar 6.194. Safety factor pada stage 4 SPS terpasang sebesar 2.2895. Safety factor pada stage 5 SPS terpasang + beban Hidup sebesar 1.3326. Safety factor pada stage 5 SPS terpasang + beban Hidup + Air Pasang sebesar 1.32

Revitalisasi Rel KA dengan menggunakan SPS pada Sungai Abe Kelating Tabanan memberikan nilaiSafety Factor yang relative baik (Safety Factor, SF > =1.25).

Dapat disarankan bahwa untuk mendapatkan nilai keamanan yeng lebih baik, pemasangan geogridberlapis dan pengurugan pilihan yang memiliki kuat tekan beton dan lebih kaku (padat) tetapi berat :salah satunya mortar busa dapat dipertimbangkan memberikan nilai Safety Factor yang lebih besardaripada tanpa geogrid. SF tidak dipertimbangkan pada saat melakukan galian. Geogrid diharapkanbekerja optimum pada SPS terpasang penuh dan mendapatkan beban-beban rencana yang menjadibeban struktur menyeluruh pada tanah.

5. DAFTAR PUSTAKA

[1] SNI-1725, "Pembebanan Jembatan," ed. Jakarta, 2016.[2] Plaxis. (2015). Plaxis - 2D. Available: http://www.plaxis.nl/plaxis2d/manuals/