Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta BAB III ... · Tugas Akhir Studi Stabilitas...

Tugas Akhir

Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Muhammad Yazid (15003005)

III-1

BAB III

METODE ANALISIS PLAXIS

3.1 PROGRAM PLAXIS 3D TUNNEL

Aplikasi dalam geoteknik umumnya membutuhkan permodelan

struktur tanah untuk kemudian disimulasikan perilaku tanah secara

non linear dan time-dependent. Sebagai tambahan, dikarenakan

tanah adalah material berfasa banyak, prosedur tertentu

dibutuhkan dalam mengatasi tekanan air pori (hydrostatic dan non-

hydrostatic). Walaupun permodelan tanah itu sendiri merupakan

salah satu faktor terpenting, namun sejumlah permasalahan dalam

geoteknik berhubungan dengan permodelan struktur tanah dan

interaksi antara tanah dengan struktur konstruksi.

Prosedur perhitungan dengan metoda elemen hingga adalah sebagai

berikut:

1. Membagi model fisis menjadi sejumlah elemen yang memiliki

bentuk geometri tertentu, seperti : segitiga, trapesium atau

persegi.

2. Menentukan titik-titik simpul elemen sebagai titik hubung

antar elemen sehingga syarat keseimbangan dan kompatibilitas

terpenuhi.

3. Menentukan fungsi perpindahan dari titik-titik dalam elemen.

4. Membentuk matriks kekakuan dan beban pada simpul untuk

setiap elemen

5. Menerapkan persamaan keseimbangan untuk tiap-tiap elemen

dan menggabungkannya untuk seluruh model.

Tugas Akhir



III-2

6. Melakukan perhitungan terhadap persamaan-persamaan yang

telah terbentuk untuk menghasilkan perpindahan dan gaya

elemen yang terjadi berdasarkan syarat-syarat batas yang

telah ditentukan.

7. Melakukan perhitungan tegangan yang terjadi di dalam elemen

setelah gaya elemen diketahui.

Berikut beberapa kelengkapan yang dimiliki program Plaxis 3D

Tunnel :

a. Graphical input of geometry models, yaitu input program

berupa lapisan tanah, struktur, langkah konstruksi,

pembebanan, dan kondisi batas yang dimasukkan dalam bentuk

grafis (CAD), sehingga diharapkan permodelan yang akurat dan

medetail dari kondisi sebenarnya di lapangan dapat tercapai.

Dari input permodelan geometri ini, finite element mesh

dibuat secara otomatis oleh Plaxis.

b. Automatic mesh generation, yaitu pembuatan unstructered

finite element mash secara otomatis.

c. High-order elements, yaitu elemen orde tinggi yang

dibutuhkan untuk memeperoleh keakuratan distribusi

teganagan tanah dan perkiraan beban runtuh.

d. Beams, yaitu struktur balok yang khusus digunakan sebagai

dinding penahan tanah, struktur terowongan dan struktur

ramping lainnya. Perilaku struktur tersebut didefinisikan

dengan tingkat kelenturan, kekakuan dan ultimate bending

moment. Sendi plastis dapat segera terbentuk jika momen

mencapai batas ultimate. Struktur diatas dapat digunakan

secara bersamaan untuk memperoleh hasil yang diinginkan

dalam rekayasa geoteknik.

e. Interfaces, yaitu elemen sambungan yang diperlukan dalam

kalkulasi dimana terjadi interaksi tanah dan struktur. Interface

Tugas Akhir



III-3

digunakan untuk mensimulasikan lapisan tipis dimana terjadi

geser seperti pada alas fundasi, tiang, geotekstil, dinding

penahan tanah dan lain-lain. Nilai koefisien geser dan adhesi

antara tanah dan dinding dapat dimasukkan sebagai input dan

tidak harus selalu sama dengan koefisien geser dan kohesi

tanah.

f. Anchors, yaitu dimodelkan sebagai elemen pegas elastoplastis.

Perilaku elemen ini didefinisikan dengan tingkat kekakuan dan

gaya yang dapat diterima. Analisis dapat dilakukan untuk

angkur prestressed.

g. Geotextile, yaitu elemen yang disimulasikan secara khusus

oleh Plaxis sebagai elemen dengan tahanaan tarik. Geotextiles

dan geogrid umumnya digunakan pada konstruksi perkuatan

tanah atau pada struktur penahan tanah. Penggabungan

elemen geotextile dan interfaces pada Plaxis dapat mendekati

kondisi sebenarnya.

h. Tunnels, dalam permodelan terowongan ini Plaxis memiliki

pilihan parabolik dan non-parabolik. Beams dan interfaces

dapat dimasukkan kedalam permodelan struktur terowongan

dan interaksinya dengan lapisan tanah sekitarnya.

i. Mohr-Coulomb model, yaitu model non-linear sederhana yang

didasari oleh data parameter tanah. Namun tidak semua

perilaku non-linear tanah termasuk kedalam model ini. Model

Mohr-Coulomb dapat digunakan untuk menghitung beban

ultimate untuk fondasi lingkaran, tiang pancang dangkal, dan

lain-lain. Model ini juga dapat digunakan untuk menghitung

angka keamanan dengan menggunakan pendekatan phi-c

reduction.

j. Advance soil model, yaitu berbagai macam model tanah

sebagai tambahan dari model Mohr-Coulomb. Agar dapat

menganalisis perilaku pemampatan logaritmik dari tanah lunak

Tugas Akhir



III-4

terkonsolidasi normal, model Cam-Clay dapat digunakan.

Referensi pada manual yang dapat digunakan adalah Soft Soil

Model. Pengembangan versi dari model ini adalah permodelan

secondary compression (creep). Untuk tanah keras, seperti

lempung overconsolidated dan pasir, dapat digunakan model

hardening soil. Referensi pada manual yang dapat digunakan

adalah Material Models Manual.

k. Steady state pore pressure, terdapat dua jenis pendekatan

yang digunakan dalam permodelan tekanan pori rembesan

tetap. Distribusi tekanan pori kompleks didasari oleh analisis

aliran air tanah dua dimensi. Sebagai alternatif

penyederhanaan, distribusi tekanan air pori multi linear yang

diturunkan dari permukaan air tanah.

l. Excess pore pressure, dalam Plaxis dibedakan antara tanah

teralirkan (drained) dan tanah takteralirkan (undrained)

didalam permodelan pasir (permeable) dan lempung

(impermeable). Kelebihan tekanan air pori diperhitungkan

dalam perhitungan Plastis, jika lapisan tanah undrained diberi

pembebanan.

Secara umum tahapan metodologi perhitungan menggunakan Plaxis

3D Tunnel terdiri dari 3 tahap, yaitu :

1. Tahap input data (input)

2. Tahap perhitungan (calculation)

3. Hasil perhitungan (output)

Penjabaran dari ketiga tahap tersebut akan dijelaskan pada sub

bab berikut ini.

Tugas Akhir



III-5

3.2 PERHITUNGAN DENGAN SOFTWARE PLAXIS

3.2.1 Geometry Modeling

Analisis dengan Metode Elemen Hingga dimulai dengan pembuatan model

geometri.

Pembuatan model geometri meliputi :

• Pemodelan topografi, kontur, penampang, dan geometri

• Pemodelan stratigrafi tanah

• Pemodelan struktur (pondasi tiang, dinding penahan tanah, dsb.)

• Pemodelan fase konstruksi

• Pemodelan beban

• Pemodelan boundary condition

Gambar 3.1 Toolbar untuk pembuatan model geometri

3.2.2 Material Properties

Gambar 3.2 memperlihatkan input material properties untuk tanah dan

struktur. Inputnya dilakukan dengan menggunakan pilihan material data

sets yang terdiri atas:

1. Soil and interfaces, pemodelannya dalam pada PLAXIS meliputi :

a. Material model, material model digunakan untuk mensimulasikan

model tanah berdasarkan karakteristik regangan-regangan.

Terdapat lima tipe material model, yaitu :

− Linear elastic, yaitu untuk memodelkan material yang

bersifat linear elastic (hukum Hooke). Input parameter

meliputi Modulus Young (E) dan Poisson’s ratio (ν). Tipe ini

biasanya digunakan untuk memodelkan struktur masif seperti

gravity wall.

geometry line

beam

beam hinge

geotextile

interfaces

node to node anchor

fixed end anchor

tunnel

boundary condition

beban

Tugas Akhir



III-6

− Mohr-Coulomb, yaitu pemodelan tanah yang paling umum

digunakan. Perilakunya mengikuti Mohr-Coulomb kriteria.

Terdapat 5 input parameter, yaitu Modulus Young (E),

Poisson’s ratio (ν), cohesion (c), friction angle (f), dan

dilatancy angle (y).

− Hardening soil, yaitu untuk memodelkan perilaku tanah yang

memiliki friction hardening plasticity. Model ini dapat

digunakan untuk mensimulasikan perilaku gravel dan

overconsolidated clay.

− Soft soil, merupakan model Cam Clay yang digunakan untuk

memodelkan perilaku tanah lunak seperti normally

consolidated clay dan gambut (peat).

− Soft soil creep, yaitu untuk memodelkan perilaku rangkak

(creep) dan time dependent pada tanah lunak.

b. Material type, digunakan untuk mensimulasikan interaksi air-

tanah. Terdapat tiga tipe perilaku, yaitu :

− Drained behaviour, model ini mensimulasikan kondisi dimana

tidak terjadi excess pore pressure. Contohnya pada kasus

tanah kering (dry soil) dan full drainage karena permeabilitas

yang tinggi (pasir) atau kecepatan pembebanan yang rendah.

Option ini dapat juga digunakan untuk mensimulasikan

kondisi long term.

− Undrained behaviour, model ini untuk mensimulasikan

kondisi dimana terjadi excess pore pressure. Contohnya pada

kasus no drainage karena permeabilitas yang rendah (clay)

atau kecepatan pembebanan yang tinggi.

− Non porous behaviour, model ini untuk mensimulasikan

kondisi dimana initial pore pressure dan excess pore pressure

tidak diperhitungkan. Option ini biasanya digunakan untuk

pemodelan struktur beton atau batu.

Tugas Akhir



III-7

c. Properties dan parameter, digunakan untuk mendefinisikan

berbagai properti dan parameter dari tanah.

d. Interfaces, digunakan untuk mensimulasikan interaksi antara

tanah dan struktur. Input meliputi strength dan permeabilitas di

interfaces.

2. beams

3. geotextiles

4. anchors

a)Lapisan 1

Tugas Akhir



III-8

b)Lapisan 2

c)Lapisan 3

Tugas Akhir



III-9

d)Lapisan 4

Gambar 3.2 Tampilan input material properties tiap lapisan. a)lapisan 1,

b)lapisan 2, c)lapisan 3, d)lapisan 4

3.2.3 Mesh Generation

Mesh dibentuk secara otomatis oleh PLAXIS. Jumlah mesh/kehalusan

dapat ditentukan melalui option global coarsenes. Semakin halus mesh,

perhitungan akan semakin akurat tetapi akan membutuhkan memori yang

lebih besar dan waktu yang lebih lama. Gambar 3.3 memperlihatkan

tampilan mesh generation.

(a)Coarse (b)Very Coarse

Tugas Akhir



III-10

Gambar 3.3 Tampilan mesh Generation

3.2.4 Initial Condition

Initial Condition digunakan untuk memodelkan kondisi initial effective

stress dan initial geometry configuration. Initial effective stress

ditentukan menggunakan Ko-procedure (lateral coefficient at rest).

Untuk memodelkan fase konstruksi, option deactivating geometry

components dapat dipilih. Contoh kasus timbunan badan jalan, di mana

pada kondisi initial timbunan belum ada, maka model geometry timbunan

dapat dinonaktifkan dengan option ini.

Gambar 3.4 Tampilan initial stress generation (K0-procedure)

3.2.5 Water Condition

Tugas Akhir



III-11

Water Condition digunakan untuk memodelkan kondisi initial active pore

pressure. Pemodelan dapat dilakukan dengan dua option, phreatic line

dan ground water flow. Phreatic line digunakan untuk memodelkan

kondisi hidrostatis. Sedangkan ground water flow digunakan untuk

memodelkan aliran air. Gambar tampilannya dapat dilihat pada gambar

berikut:

Gambar 3.5 Tampilan water pressure generation

3.2.6 Calculation

Bagian-bagian yang perlu diperhatikan dalam kalkulasi antara lain:

1. General Calculation Setting

Tugas Akhir



III-12

2. Calculation Control Parameters

3. Load Multiplier

4. Staged Construction

5. phi-c Reduction (SF)

Berikut adalah gambar tampilan umum calculation windows:

Gambar 3.6 Tampilan umum calculation.

3.2.7 General Calculation Setting

Terdapat beberapa pilihan tipe kalkulasi yang dapat digunakan untuk

pemodelan. Tipe kalkulasi tersebut adalah :

a. Plastic, pilihan ini digunakan untuk analisis deformasi elastis-plastis.

Analisis ini tidak memperhitungkan pengaruh waktu terhadap

perilaku tegangan-regangan. Kalkulasi ini juga dapat digunakan

untuk memodelkan perilaku undrained dan drained pada tanah

lempung. Kalkulasi ini juga dapat digunakan untuk menghitung

besarnya penurunan (settlement) pada akhir konsolidasi, namun

tidak dapat digunakan untuk menghitung besarnya time rate

Tugas Akhir



III-13

consolidation dan tidak dapat menggambarkan historis pembebanan

dan tegangan yang terjadi.

b. Consolidation, pilihan ini digunakan untuk mensimulasikan proses

disipasi ekses tekanan air pori pada tanah lempung jenuh sebagai

fungsi dari waktu (proses konsolidasi). Dengan tipe ini dapat

diketahui besarnya konsolidasi serta kecepatan konsolidasi (time

rate).

c. Updated Mesh, pilihan ini digunakan untuk memodelkan pengaruh

dari large deformation. Dalam beberapa kasus geoteknik, deformasi

yang terjadi besar dan sangat mempengaruhi bentuk geometri.

Kasus-kasus yang dimodelkan dengan updated mesh ini antara lain

:analisis struktur perkuatan tanah, analisis beban saat runtuh pada

pondasi offshore (gravity platform) dan studi perilaku tanah lunak.

d. Dynamic Analysis, pilihan ini digunakan untuk analisis dinamik pada

kasus-kasus geoteknik.

Berikut adalah tampilan tab general dalam calculation windows:

Gambar 3.7 Tampilan tab general dalam calculation windows

3.2.8 Calculation Control Parameters

Calculation control parameters ini digunakan untuk mendefinisikan

parameter pengatur dari tahapan perhitungan tertentu serta prosedur

Tugas Akhir



III-14

penyelesaiannya. Calculation control parameters ini terdapat pada tab

parameters di tampilan calculation. Gambar tab parameters dapat dilihat

pada Gambar 3.8 Lembar tab ini memuat parameter-parameter berikut :

a. Additional Steps, pilihan ini menyatakan jumlah maksimum dari

langkah perhitungan (langkah beban) yang dilakukan dalam tahapan

perhitungan tertentu..

b. Reset displacements to zero, pilihan ini dapat digunakan jika

perpindahan yang tidak relevan dari langkah-langkah perhitungan

sebelumnya akan diabaikan pada awal tahapan perhitungan saat ini,

sehingga perhitungan yang baru dimulai dari kondisi perpindahan

nol.

c. Ignore undrained behaviour, pilihan ini harus digunakan jika

diinginkan untuk sementara mengabaikan efek perilaku undrained

dalam situasi dimana dalam set data material yang digunakan diatur

ke undrained.

d. Delete intermediate steps, pilihan ini secara default telah

diaktifkan untuk menghemat ruang dalam hard disk. Dengan pilihan

ini maka seluruh langkah keluaran dalam tahapan perhitungan ini,

kecuali satu langkah yang terakhir, akan dihapus setelah tahapan

perhitungan tersebut berhasil diselesaikan. Umumnya langkah

keluaran final memuat hasil yang paling relevan dari tahapan

perhitungan tersebut, sedangkan langkah-langkah sebelumnya

umumnya kurang penting.

Tugas Akhir



III-15

Gambar 3.8 Tampilan tab parameters dalam calculation windows

3.2.9 Iterative Procedure Control Parameters

Prosedur iterasi,khususnya pada prosedur peningkatan beban,

dipengaruhi oleh beberapa parameter pengatur. Parameter-parameter ini

dapat diatur dalam bagian iterative procedure. PLAXIS memiliki sebuah

pilihan untuk menggunakan standard setting untuk parameter-parameter

ini, yang umumnya menghasilkan kinerja yang baik dari prosedur iterasi.

Pengguna yang tidak terbiasa dengan pengaruh dari parameter pengatur

untuk prosedur iterasi disarankan untuk menggunakan standard setting.

Dalam beberapa situasi tertentu, mungkin diinginkan atau bahkan

diperlukan untuk mengubah pengaturan standar. Dalam kasus ini

pengguna harus memilih manual setting dan meng-klik tombol define

dalam kotak iterative procedure. Sebuah jendela akan muncul dimana

parameter-parameter pengatur ditampilkan dengan nilainya.

3.2.10 Loading Input

Kotak Loading Input digunakan untuk menentukan jenis pembebanan

yang akan digunakan dalam suatu tahapan perhitungan tertentu. Hanya

satu jenis pembebanan saja yang dapat diaktifkan untuk tiap tahapan

perhitungan.

3.2.11 Load Multipllier

Tugas Akhir



III-16

Load multiplier digunakan sebagai pengaktif atau pengali terhadap

input-input yang telah kita definisikan saat input program. Load

Multiplier meliputi :

a. Mdisp : untuk mengaktifkan prescribed displacement (non zero

displ.)

b. McontrA : untuk mengatifkan contraction pada tunnel lining

c. McontrB : untuk mengatifkan contraction pada tunnel lining

d. MloadA : untuk mengatifkan traction load atau point load

e. MloadB : untuk mengatifkan traction load atau point load

f. Mweight : untuk mengatifkan gravity loading (berat sendiri tanah-

gH )

g. Maccel : untuk mengatifkan pseudo static forces yang dinyatakan

dalam acceleration

Gambar 3.9 Load multiplier

3.2.12 Staged Construction

Tugas Akhir



III-17

Digunakan untuk mensimulasikan konstruksi bertahap. Dalam kalkulasi

ini kita dapat mengaktifkan/mematikan model geometri atau model

struktur, mengganti properties material, atau merubah distribusi

tekanan air. Contoh untuk analisis ini adalah konstruksi timbunan dan

galian bertahap.

a) Sebelum digali

a) Sesudah digali

Gambar 3.10 Staged Construction galian

3.2.13 Phi-c Reduction (SF)

Tugas Akhir



III-18

Digunakan untuk meghitung besarnya angka keamanan (SF). SF dihitung

dengan membagi kuat geser aktual dengan kuat geser minimal yang

dibutuhkan pada kondisi seimbang (SF =1).

dimana cr dan φr adalah parameter kuat geser terkurangi (reduced shear

strength). Pengurangan parameter dilakukan secara bertahap sampai

mencapai kondisi keruntuhan.

3.2.14 Output Perhitungan Plaxis

Output dari perhitungan pada PLAXIS antara lain:

a. Kalkulasi angka keamanan (kurva ∑MSF vs displacement)

b. Deformasi yang terjadi pada permodelan jaringan elemen hingga

c. Tegangan yang terjadi pada permodelan jaringan elemen hingga

Gambar 3.11 Output 2D

3.2.15 Angka Keamanan Plaxis

rrccSF

φσφσ

tantan⋅+⋅+

=

Tugas Akhir



III-19

Angka keamanan yang dihitung dalam program PLAXIS disajikan dalam

bentuk kurva ∑MSF vs displacement yang terdapat pada modul load

displacement curves untuk titik-titik referensi yang telah dimasukkan

pada input data.

Untuk menghitung angka keamanan, digunakan modul load advencement

number-of-steps dengan memasukkan increment MSF. Pada kalkulasi,

nilai c dan φ akan dikurangi sesuai increment yang dimasukkan. Selama

kalkulasi berlangsung kekuatan tanah adalah:

∑

=SF

r Mφφ tantan dan

∑=

SFr M

cc

Pada kondisi runtuh, angka keamanan sama dengan ∑MSF, hasil kalkulasi

tersebut hanya terpenuhi bila tercapai kondisi steady-state. Kondisi

steady-state ditunjukkan oleh kurva ∑MSF vs displacement dimana

tercapai keseimbangan antara gaya yang meruntuhkan dan daya tahan

kuat geser tanah pada lereng tersebut.

Nilai-nilai ∑MSF lain sebelum tercapai kondisi tersebut tidak memiliki arti

fisik yang berarti. Nilai-nilai tersebut hanya digunakan dalam proses

numerik. Total displacement yang didapat akibat kalkulasi phi-c

reduction juga tidak memiliki arti fisik. Increment displacement hanya

menunjukkan mekanisme yang paling kritis.

Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta BAB III ... · Tugas Akhir Studi Stabilitas...

Documents

Transcript of Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta BAB III ... · Tugas Akhir Studi Stabilitas...