seminar - respon seismik mse wall dengan perkuatan pada dua sisi – hendriawan kurniadi...

UNIVERSITAS INDONESIA

RESPON SEISMIK MSE WALL DENGAN PERKUATAN

PADA DUA SISI

SEMINAR

HENDRIAWAN KURNIADI

0906630292

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK


DEPOK 2013


RESPON SEISMIK MSE WALL DENGAN PERKUATAN

PADA DUA SISI

SEMINAR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

HENDRIAWAN KURNIADI

0906630292

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK


DEPOK 2013

ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Seminar ini adalah hasil karya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar

Nama : Hendriawan Kurniadi

NPM : 0906630292

Tanda Tangan :

Tanggal :

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Seminar ini diajukan oleh:


NPM : 0906630292

Program Studi : Teknik Sipil

Judul Seminar : Respon Seismik MSE Wall dengan Perkuatan pada Dua

Sisi

Telah berhasil dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan diterima

sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik,

Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Ir. Widjojo A. Prakoso Ph.D ( )

Penguji :

Penguji :

Ditetapkan di :

Tanggal :

iv

KATA PENGANTAR

v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini:


NPM : 0906630292

Program Studi : Teknik Sipil

Departemen : Teknik Sipil

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Seminar

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:

RESPON SEISMIK MSE WALL DENGAN PERKUATAN PADA DUA SISI

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia bebas menyimpan, mengalih

media/formatkan mengelola dalam bentuk pangkaln data (database), merawat, dan

mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis/pencipta dan pemilih Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal :

Yang menyatakan

vi

ABSTRAK

vii

ABSTRACT

viii

DAFTAR ISI

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

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ............................ v

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

DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................ x

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

1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1 1.2. Batasan Penelitian .................................................................................. 4 1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 4 1.4. Manfaat Penelitian ................................................................................. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 5

2.1. Pendahuluan ........................................................................................... 5 2.2. Penelitian Sebelumnya Terkait Respon Dinamik MSE Wall ................ 5 2.3. Pseudo-static .......................................................................................... 21 2.4. Displacement Based ............................................................................... 25 2.5. Finite Element Analysis ......................................................................... 28 2.6. Penelitian oleh Erick Yusuf Kencana (2012) ......................................... 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................ 38

3.1 Gambaran Umum Penelitian .................................................................. 38 3.2 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 40 3.3 Permodelan Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi ......................... 42 3.4 Validasi .................................................................................................. 42 3.5 Permodelan Dinding dengan Perkuatan pada Dua Sisi .......................... 42 3.6 Analisa ................................................................................................... 42 3.7 Kesimpulan ............................................................................................ 43

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 44

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Potongan Mechanically Stabilized Earth Walls (MSEW) ............ 1

Gambar 1.2 Railway Embankment .................................................................. 2

Gambar 1.3 Road Embankment ....................................................................... 3

Gambar 2.1 Pseudo Static Approach ................................................................ 22

Gambar 2.2 Mononobe-Okabe Method ............................................................ 24

Gambar 2.3 Model MSE Wall yang Diuji dengan Alat Centrifuge ................. 26

Gambar 2.4 Model Tiga Block Lateral Wall Displacement ............................ 26

Gambar 2.5 Lateral Displacement yang Terukur Terhadap Waktu ................. 27

Gambar 2.6 Perbandingan Hasil Analisa FLAC dengan Hasil Analisa Berbasis

FEM oleh Ho (1993) .................................................................... 29

Gambar 2.7 Grafik Am vs ag untuk Bagian Atas Dinding ................................ 30

Gambar 2.8 Grafik Am vs ag untuk Bagian Tengah Dinding ........................... 31

Gambar 2.9 Grafik Am vs ag untuk Bagian Bawah Dinding ............................ 31

Gambar 2.10 Perbandingan Trendline Am vs ag Bagian Atas, Tengah, dan

BawahDinding .............................................................................. 32

Gambar 2.11 Grafik z/H vs Am .............................................................................................................. 32

Gambar 2.12 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada ........................................ 33

Gambar 2.13 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Initial Dr ............................ 34

Gambar 2.14 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Tult ........................................................ 34

Gambar 2.15 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Sv ...................................... 35

Gambar 2.16 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Frekuensi ........................... 35

Gambar 2.17 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Frekuensi ........................... 36

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 39

Gambar 3.2 Geometri Model ............................................................................ 40

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Rangkuman Penelitian Terkait Respon Seismik MSEW ............. 6

Tabel 2.2 Pengaruh Berbagai Faktor terhadap MSE Wall ........................... 36

1


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu alternatif dinding penahan tanah selain gravity wall, cantilever

wall, anchored wall, dan soil nailed wall adalah MSEW (Mechanically Stabilized

Earth Wall). Pada MSEW ini, digunakan perkuatan berupa geosintetik

(extensible) atau logam (inextensible) di dalam tanah yang ingin diperkuat,

dengan facing yang vertikal atau hampir vertikal. Jenis geosintetik yang

digunakan pada MSEW ini biasanya geogrid, karena geogrid memang mempunyai

fungsi perkuatan, walaupun geotextile juga dapat digunakan.

Gambar 1.1 Potongan Mechanically Stabilized Earth Walls (MSEW)

MSEW modern termasuk sesuatu yang baru. Yang pertama kali

mempelopori penggunaan MSEW adalah seorang engineer Perancis, Henri Vidal,

pada tahun 1960an. MSEW pertama di Amerika Serikat dibangun pada tahun

1971 dekat Los Angeles. Hingga saat ini, behaviour dari MSEW ini belum terlalu

dimengerti, salah satu contoh kasus terkait hal tersebut adalah adanya MSEW di

Padang yang secara desain seharusnya runtuh karena gempa Padang, namun pada

kenyataannya tidak runtuh. Dari kasus tersebut dapat disimpulkan bahwa cara

mendesain MSEW cenderung konservatif, dari sisi teknis memang aman, namun

dari sisi ekonomi terjadi pemborosan.

2


Pada umumnya penelitian mengenai perilaku seismik MSEW wall, hanya

berpusat pada dinding dengan perkuatan pada satu sisi saja, padahal pada

kehidupan nyata, banyak sekali timbunan yang menggunakan perkuatan pada

kedua sisinya, seperti dalam kasus timbunan untuk jalan, atau timbunan untuk rel

kereta api seperti yang dapat dilihat pada gambar 1.1 dan 1.2 di bawah.

Berdasarkan hal tersebut dirasa perlu untuk dilakukan penelitian tentang perilaku

seismik dari MSWE dengan perkuatan pada dua sisi, karena bisa saja perilaku

seismik dari MSEW dengan perkuatan pada dua sisi ini berbeda dengan perilaku

seismik MSEW dengan perkuatan pada satu sisi saja. Perilaku seismik yang

menjadi fokus pada penelitian ini adalah faktor amplifikasi (Am), yang merupakan

rasio antara akselerasi pada suatu titik pada ketinggian tertentu pada MSEW,

dengan akselerasi gempa.

Gambar 1.2 Railway Embankment

(http://www.nunatsiaqonline.ca/pub/photos/embankments.jpg)

3


Gambar 1.3 Road Embankment

(TECHNICAL RECOMMENDATIONS FOR HIGHWAYS CONSTRUCTION OF ROAD EMBANKMENTS, Department of Transport Republic of South Africa, 1982)

4


1.2 Batasan Penelitian

Batasan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

Perilaku seismik yang menjadi fokus pada penelitian ini adalah faktor

amplifikasi (Am).

Backfill yang digunakan adalah pasir.

Geosintetik yang digunakan berjenis geogrid.

Facing yang digunakan berjenis concrete panel.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

Mengidentifikasi faktor yang mempengaruhi respon seismik dari MSEW,

dan bagaimana pengaruhnya terdahap MSEW.

Mengetahui perbedaan perilaku seismik dari MSEW dengan perkuatan pada

satu sisi dengan perilaku seismik dari MSEW dengan perkuatan pada dua

sisi.

Faktor-faktor yang dimaksud terkait dengan karakteristik gempa

(frekuensi dan akselerasi gempa).

Perilaku seismik yang menjadi fokus pada penelitian ini adalah faktor

amplifikasi (Am), yang merupakan rasio antara akselerasi pada suatu titik pada

ketinggian tertentu pada MSEW, dengan akselerasi gempa.

1.4 Manfaat Penelitian

Dengan diketahuinya perilaku MSE wall dengan perkuatan pada dua sisi

(yang mungkin berbeda dengan perilaku MSE wall dengan perkuatan hanya pada

satu sisi saja), maka akan didapatkan suatu asumsi design yang lebih akurat untuk

MSE wall dengan perkuatan pada dua sisi.

5


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan

Secara umum, dalam menganalisa MSE Wall yang mengalami beban

seismik, dapat digunakan tiga pendekatan yaitu pseudo-static method, pseudo-

dynamic method, displacement based analysis, dan FEA (Finite Element

Analysis).

2.2 Penelitian Sebelumnya terkait Respon Dinamik MSEW

Pada sub-bab ini akan dipaparkan ringkasan kronologis dari penelitian-

penelitian terkait MSE Wall yang telah dilakukan.

6


Tabel 2.1 Rangkuman Penelitian Terkait Respon Seismik MSEW

Penulis &

Tahun Gambaran Umum Hasil Variabel Bebas Variable Terikat

Bathurst & Cai

1995

Pada penelitian ini dilakukan

pengamatan terhadap stabilitas

dari segmental facing MSE wall

dengan menggunakan metode

pseudo-static.

PAE berbanding lurus dengan kh

PAE berbanding terbalik dengan

PAE berbanding lurus dengan

AE berbanding terbalik dengan kh

AE berbanding terbalik dengan

PAE berbanding lurus dengan kv, untuk kh < 0,35

FSbsl berbanding lurus dengan kh

FSbsl berbanding lurus dengan

FSbsl berbanding terbalik dengan kv

m berbanding lurus dengan kh

m berbanding lurus dengan

kh

kv

(wall inclination angle)

(backslope angle)

(sudut geser tanah dengan

dinding)

L/H

z/H (normalized

depth)

PAE

AE (sudut antara horizontal dengan

bidang

keruntuhan)

FSbsl (FS static

terhadap base

sliding untuk

memberikan FS

dinamis terhadap

base sliding

1,125)

m (lokasi dari

normalized

dynamic moment

arm

FSbot (FS static

terhadap

7


m berbanding lurus dengan

FSbot berbanding lurus dengan kh FSbot berbanding lurus dengan L/H

FSbot berbanding lurus dengan

FSbot berbanding terbalik dengan kv

rF berbanding lurus dengan kh

rF berbanding terbalik dengan z/H

Ldyn/Lsta berbanding lurus dengan kh

Ldyn/Lsta berbanding terbalik dengan kv

Ldyn/Lsta berbanding terbalik dengan

FSSC (dynamic) / FSSC (static)

berbanding terbalik dengan kh

FSSC (dynamic) / FSSC (static)

berbanding lurus dengan z/H

FSlot (dynamic) / FSlot (static) berbanding

terbalik dengan kh

overturning

untuk

memberikan FS

dinamis terhadap

overturning 1,5)

rF (dynamic

reinforcement

force

amplification

factor)

Ldyn/Lsta (rasio

antara L dinamis

dengan L stasis

agar geosintetik

menyentuh

bidang

keruntuhan)

FSSC (dynamic) /

FSSC (static)

FSlot (dynamic) /

FSlot (static)

8



lurus dengan z/H


lurus dengan kv

Koseki et al

1998

Pada penelitian ini diamati

kestabilan MSE wall & dinding

penahan tanah konvensional

terhadap beban seismik pada

shaking dan tilt table test.

Pada kasus overturning, observed critical

seismic acceleration coefficient

cenderung lebih kecil jika dibandingkan

dengan predicted critical seismic

acceleration coefficient pada dinding

jenis kantilever, gravity, dan leaning.

Pada kasus overturning, observed critical


cenderung lebih besar jika dibandingkan


acceleration coefficient pada MSE wall.

Pada kasus sliding, observed critical


cenderung lebih kecil jika dibandingkan


acceleration coefficient pada semua jenis

dinding.

jenis dinding percepatan

gempa

9


Matsuo et al

1998

Pada penelitian ini diamati respon

MSE Wall terhadap beban seismik

dengan shaking table test.

Panjang perkuatan adalah cara paling

efektif untuk mengurangi deformasi

dinding.

Tinggi dinding tidak terlalu berpengaruh

terhadap deformasi dinding.

Getaran sinusiodal menyebabkan

deformasi dinding yang lebih besar dari

pada getaran getaran gempa asli.

Deformasi pada dinding dengan facing

continuous lebih besar jika dibandingkan

dengan deformasi pada dinding dengan

facing discrete.

Kemiringan dinding tidak terlalu

berpengaruh terhadap deformasi dinding.

Respon akselerasi forward lebih tinggi

dari pada respon akselerasi backward.

Tekanan lateral tanah berbanding lurus

dengan kedalaman.

Tekanan lateral tanah berbanding lurus

dengan percepatan gempa.

Kenaikan tekanan lateral tanah karena

panjang perkuatan

tinggi dinding

jenis facing

kemiringan

dinding

jenis getaran

kedalaman

deformasi

dinding

tekanan lateral

tanah

gaya dalam tarik

pada

reinforcement

10


ada gempa lebih signifikan pada bagian

bawah dibandingkan dengan bagian atas.

Gaya dalam tarik pada reinforcement

berbanding lurus dengan kedalaman.

Gaya dalam tarik pada reinforcement

berbanding lurus dengan percepatan

gempa.

Bathurst &

Hatami 1998


analisis mengenai respon dari

MSE wall menggunakan program

FLAC.

Semakin tinggi elevasi, maka semakin

besar pula displacement.

Semakin besar kekakuan perkuatan,

maka semakin kecil displacement.

Seamakin panjang perkuatan, maka

maximum displacement akan semakin

kecil.

Dinding dengan fix base menghasilkan

end of seismic shaking displacement

yang lebih besar dari pada end of seismic

shaking displacement pada dinding

dengan sliding base.

Pada dinding dengan sliding base,

Base condition

(fix/sliding)

panjang perkuatan

kekakuan

perkuatan

jarak boundary

soil damping ratio

displacement

dinding

connection load

11


semakin tinggi elevasi, maka semakin

rendah connection load.

Pada dinding dengan fix base, connection

load terkonsentrasi pada bagian tengah

dinding.

Semakin besar kekakuan perkuatan,

maka beban maksimum yang di

tanggung perkuatan akan semakin besar.

Semakin jauh jarak boundary, maka

horizontal displacement juga akan

semakin besar.

Semakin jauh jarak boundary, maka

connection load juga akan semakin

besar.

Dinding dengan fix base akan

menghasilkan connection load yang lebih

kecil dibandingkan connection load pada

dinding dengan sliding base.

Semakin besar damping value, maka

displacement akan semakin kecil.

Damping ratio berbanding terbalik

12


dengan peak horizontal acceleration.

Helwany et al

2001


analisis perilaku segmental

retaining wall yang mendapatkan

beban seismik dengan FEA.

Permanent displacement hasil

perhitungan dengan Permanent

displacement hasil pengukuran tidak jauh

berbeda.

Terdapat perbedaan pada percepatan

gempa hasil perhitungan dengan

percepatan gempa hasil pengukuran,

karena terdapat noise pada pengukuran

percepatan gempa.

Displacement pada layer atas lebih besar

dibandingkan dengan displacement pada

layer di bawahnya.

Hasil pullout test dengan program

DYNA3D tidak jauh berbeda dengan

hasil pullout test di laboratorium.

posisi (ketinggian)

displacement

percepatan

gempa

Koseki et al

2004


perbandingan antara displacement

(displacement of wall bottom &

tilting angle) hasil pengukuran

dengan hasil perhitungan dengan

metode Newmark pada MSE wall

Sinusoidal excitation measured computed

Irregular excitation measured > computed

Percepatan gempa

Type getaran

(sinusoidal/tak

beraturan).

Displacement of

wall bottom

Tilting angle

13


dengan full height rigid facing

yang mendapatkan beban seismik

sinusoidal dan tak beraturan.

Displacement berbanding lurus dengan

percepatan gempa

El Emam et al

2004


dilakukan komparasi antara respon

seismik dinding MSE hasil

metode numerik (menggunakan

program FLAC) dengan respon

seismik model dinding MSE yang

diperkecil (menggunakan shaking

table).

Pada model dinding hinged toe, top


berbeda dengan top displacement hasil

perhitungan.

Pada model dinding sliding toe, top


berbeda dengan top displacement hasil

perhitungan.

Pada model dinding sliding toe, toe

displacement hasil pengukuran berbeda

dengan toe displacement hasil

perhitungan.

Bidang keruntuhan hasil metode M-O

tidak jauh berbeda dengan bidang

keruntuhan hasil metode numerik

(FLAC) pada percepatan gempa yang

tidak terlalu tinggi (< 0,27g), sedangkan

pada percepatan gempa yang tinggi

metode M-O cenderung menghasilkan

failure surface yang lebih kecil

14


dibandingkan kenyataannya.

Ling et al 2005 Pada penelitian ini diamati respon

modular block reinforced soil

retaining wall yang mendapat

beban seismik dengan shaking

table test.

Semakin tinggi, maka horizontal

displacement akan semakin besar.

Residual horizontal displacement pada

first shaking wall 1 dan 2 lebih besar

dibandingkan dengan peak horizontal

displacementnya.


first shaking wall 3 lebih kecil


displacementnya.


second shaking semua wall lebih kecil


displacementnya.

Tegangan lateral tanah tidaklah konsisten

terhadap ketinggian.

Tegangan vertikal tanah agak seragam

pada bagian yang jauh dari dinding,

namun agak acak pada bagian yang dekat

dengan dinding.

Posisi (ketinggian,

jarak dari dinding)

horizontal

displacement

tegangan lateral

tanah

tegangan vertikal

tanah

settlement

15


Settlement pada first shaking kecil dan

dapat diabaikan.

Nouri et al 2007


penyelidikan terdapat efek gaya

pseudostatik vertikal dan

horizontal terhadap MSE wall.

Penelitian difokuskan pada efek

magnitude dan amplifikasi dari

gempa terhadap kestabilan dari

MSE wall dan reinforced slope,

menggunakan Horizontal Slice

Method (HSM).

Semakin besar , maka bidang gelincir akan semakin kecil.

Semakin curam lereng, maka bidang

gelincir akan semakin besar.

Semakin besar kh, maka bidang gelincir

akan semakin besar.

Semakin besar , maka panjang geosintetik yang dibutuhkan akan

semakin pendek.

Semakin besar kh, maka panjang

geosintetik yang dibutuhkan akan

semakin panjang.

Semakin besar , maka kekuatan yang dibutuhkan untuk mempertahankan

kestabilan akan semakin kecil.

Semakin besar kh, kekuatan yang

dibutuhkan untuk mempertahankan

kestabilan akan semakin besar.

(sudut inklinasi slope)

kh

Bidang

keruntuhan

16


Siddharthan et

al. 2010


perbandingan displacement yang

terjadi karena beban seismik

antara MSE wall dengan panjang

geosintetik seragam (L = 0,7H),

dengan MSE wall yang panjang

geosintetik bagian atasnya lebih

panjang (L = H).

Geosintetik yang lebih panjang yang

terletak dekat permukaan atas backfill

menyebabkan displacement yang lebih

kecil.


percepatan gempa


tinggi dinding


magnitude gempa

Panjang

geosintetik

(seragam/tidak

seragam),

Percepatan gempa,

tinggi dinding

Lateral

permanent

displacement

Basha &

Basudhar 2010


pengamatan kestabilan dari MSE

wall dengan metode pseudostatic

limit equilibrium. Kestabilan yang

dimaksudkan adalah kestabilan

terhadap pullout, fracture, sliding,

overturning, eccentricity, dan

bearing failure.

Semakin dalam, maka SFt akan semakin

kecil.

Semakin dalam, maka SFpo akan semakin

besar.

Semakin besar , maka SFt akan semakin kecil.

Semakin besar kh, maka SFt akan

semakin besar.

Semakin besar Q, maka SFt akan

kh

Surcharge

coefficient (Q)

kedalaman

Factor of Safety

Pullout length

17


semakin besar untuk n > 4.

Semakin besar Q, maka SFt akan

semakin kecil untuk n < 4.

Semakin besar , maka SFpo akan semakin besar.

Semakin besar kh, maka SFpo akan

semakin kecil.

Semakin besar Q, maka SFpo akan

semakin kecil.

Ling et al 2010


pengamatan respon full scale

modular block MSE wall terhadap

beban seismik dengan metode

finite element. Dilakukan juga

validasi terhadap hasil analisa

dengan finite element tersebut.

Terdapat perbedaan horizontal

displacement antara hasil pengukuran

dengan hasil perhitungan terutama pada

bagian atas dinding.

Settlement pada backfill bagian depan

cukup dapat disimulasikan, sedangkan

settlement pada bagian belakang backfill

kurang dapat disimulasikan.

Semakin tinggi, maka residual


waktu

ketinggian

jarak dari facing

horizontal

displacement

residual

displacement

backfill

settlement

tensile force in

reinforcement

18


Residual displacement hasil pengukuran

tidak jauh berbeda dengan residual

displacement hasil perhitungan.

Akselerasi pada backfill dapat

disimulasikan dengan baik.

Tensile force hasil perhitungan

cenderung lebih tinggi dibandingkan

dengan tensile force hasil pengukuran.

Guller et al 2011 Pada penelitian ini dilakukan

analisis mengenai respon dari

MSE wall dengan backfill tanah

lempung menggunakan FEM.

Dilakukan juga perbandingan

respon MSE wall dengan bacfill

tanah lempung dengan respon

MSE wall dengan backfill tanah

granular.

Semakin tinggi, maka horizontal


Horizontal displacement hasil FEM

sangat dekat jika dibandingkan dengan

horizontal displacement hasil

pengukuran.

Maximum geogrid tensile load hasil

FEM sangat dekat jika dibandingkan

dengan maximum geogrid tensile load

hasil pengukuran.

Horizontal displacement berbanding

terbalik dengan kekuatan geogrid.

ketinggian

jenis perkuatan

jenis tanah

percepatan gempa

horizontal

displacement

maximum

geogrid tensile

load

19


Reinforcement bagian bawah

menanggung beban yang lebih besar

dibandingkan dengan reinforcement

bagian atas.

Beban yang ditanggung reinforcement

berbanding lurus dengan kekuatannya.

Wall displacement cenderung lebih kecil

jika menggunakan backfill tanah

lempung jika dibandingkan dengan

displacement jika menggunakan tanah

granular.

Beban yang di tanggung oleh

reinforement cenderung lebih kecil jika

digunakan material backfill tanah

lempung.

Horizontal displacement berbanding

lurus dengan percepatan gempa.

20


Kencana et al

2012


pengamatan terhadap fenomena

amplifikasi dan atenuasi pada

MSE wall.

Am berbanding terbalik dengan amax.

Am berbanding lurus dengan z/H, pada

amax < 0,4g

Am berbanding terbalik dengan z/H, pada

amax > 0,4g

Am berbanding lurus dengan frekuensi.

amax

Lokasi (z/H)

Frekuensi

Am

21


Pada tabel di atas dapat terlihat penelitian-penelitian yang telah dilakukan

terkait MSE wall yang mendapatkan beban seismik. Dari situ dapat terlihat bahwa

belum ada penelitian yang secara khusus membahas tentang perbandingan antara

respon seismik MSE wall dengan perkuatan pada satu sisi dengan respon seismik

MSE wall dengan perkuatan pada dua sisi.

2.3 Pseudo-static

Pada pendekatan ini, sesuai namanya yang mengandung kata statik,

beban dinamik gempa dianggap sebagai beban statik, dan tidak memperhatikan

efek dari waktu, dengan kata lain tidak ada perubahan beban terhadap waktu. Pada

pendekatan ini digunakan koefisien gempa untuk merepresentasikan kekuatan

gempa, yaitu koefisien horizontal (kh) dan koefisien vertikal (kv). Gaya gempa

merupakan hasil perkalian antara koefisien gempa dengan berat dari massa yang

mengalami gaya gempa. Gaya ini bekerja pada titik berat dari massa yang

mengalami gaya gempa.

(2.1)

(2.2)

Percepatan gempa merupakan hasil perkalian antara koefisien gempa

dengan percepatan gravitasi (g).

(2.3)

(2.4)

22


Gambar 2.1 Pseudo Static Approach

(modified Ebeling, et al., 2007)

Yang termasuk dalam dalam metode pseudo-static ini antara lain namun

tidak terbatas pada:

Mononobe-Okabe (1926, 1929)

Metode Mononobe-Okabe merupakan salah satu cara yang paling sering

digunakan untuk mendapatkan beban seismik aktif.

(2.5)

(2.6)

23


[ {

}

]

(2.7).

[ {

}

]

(2.8).

Pae = seismic active force per unit length of the wall

Ppe = seismic passive force per unit length of the wall

Kae = seismic active earth pressure coefficient

Kpe = seismic passive earth pressure coefficient

= unit weight of soil

H = height of the retaining wall

= soil friction angle

= tan-1[kh/(1-kv)]

= angel of friction between the wall and the soil

= backfil slope angle

= angle of backface of the wall with the vertical

24


Gambar 2.2 Mononobe-Okabe Method

(Munfakh, et. al., 1998)

Gaya Pae ini bekerja pada ketinggian m H dari toe dinding, dengan H

adalah tinggi dinding, dan m adalah faktor dengan nilai antara 0,33 hingga 0,6.

Metode Mononobe-Okabe ini dapat menghasilkan gaya yang sangat

besar bahkan cenderung mendekati tak terhingga dalam kasus percepatan gempa

yang besar atau kemiringan dari slope backfill sangat curam. Hal ini dapat terjadi

jika salah satu atau kedua kondisi berikut terpenuhi:

(2.9)

(2.10)

Kapila and Maini (1692)

Arya and Gupta (1966)

Prkash and Saran (1966)

Madhav and Kameswara Rao (1969)

Ebeling and Morrison (1992)

25


Morrison and Ebeling (1995)

Bathurst & Cai (1995)

Choudhury et al. (2002)

Subba Rao and Choudhury (2005)

Choudhury and Singh (2006)

2.4 Displacement Based

Pada pendekatan displacement based ini, diasumsikan dinding akan

mengalami deformasi pada saat gempa, dan akan dicari seberapa besar deformasi

tersebut.

Yang termasuk dalam dalam pendekatan displacement based ini antara

lain namun tidak terbatas pada:

Newmark (1965)

Richards and Elms (1979)

Prakash (1981)

Nadim and Whitman (1983)

Sherif and Fang (1984)

Ling and Leshchinsky (1998)

Rathje and Bray (1999)

Koseki et al. (2004)

Choudhury and Nimbalkar (2006)

Siddharthan et al. (2010)

Siddharthan et al telah melakukan penelitian tentang efek panjang

geosintetik yang tidak seragam pada MSE wall yang mendapatkan beban

seismik. Dilakukan pengujian pada dua dinding yang saling membelakangi

dengan menggunakan alat centrifuge. Pada wall 1 dipasang geosintetik

dengan panjang seragam 0,7 H, sedangkan pada wall 2, dipasang geosintetik

dengan panjang 1,4 H pada bagian atas, dan 0,7 H pada bagian tengah dan

bawah seperti gambar di bawah. Pada pengujian ini digunakan faktor skala

24 (percepatan 24 g), sehingga dimensi dari model lebih kecil 24 kali

dibandingkan dengan dimensi dari prototipe.

26


Gambar 2.3 Model MSE Wall yang Diuji dengan Alat Centrifuge

(Siddharthan et al, 2010)

Berdasarkan hasil pengujian centrifuge, digunakan mekanisme

keruntuhan yang terdiri dari 3 block seperti gambar berikut:

Gambar 2.4 Model Tiga Block Lateral Wall Displacement


27


Gambar 2.5 Lateral Displacement yang Terukur Terhadap Waktu


Dalam uji centrifuge ini, diukur displacement dari bagian tengah

dinding dan hasilnya diplot pada grafik di atas. Pada grafik di atas dapat

terlihat kurva permanent component dan kurva cyclic component.

Permanent component adalah displacement dari wall yang menjauh dari

backfill, sedangkan cyclic componet adalah displacement seketika dari wall

akibat dari getaran gempa. Setelah 12 sekon, hanya ada permanent

component. Pada grafik juga dapat terlihat kurva penjumlahan displacement

kedua dinding dimana tidak terlihat cyclic componet yang signifikan pada

kurva ini. Dari hal tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa (1) permanent

displacement dari wall terjadi secara proggressif menjauhi backfill dengan

cyclic component yang dapat diabaikan, (2) cyclic component terjadi sebagai

akibat dari gaya inersia dari getaran, (3) Pergerakan dinding mendekati

backfill sangatlah kecil sehingga dapat diabaikan.

Dari grafik 2.5 di atas, dapat terlihat bahwa displacement dari wall

1, lebih besar jika dibandingkan dengan displacement dari wall 2, sehingga

dapat ditarik kesimpulan bahwa penggunaan geosintetik yang lebih panjang

pada bagian atas wall dapat mengurangi displacement akibat beban seismik.

28


2.5 Finite Element Analysis

Bathurst & Hatami (1998)

Bathurst & Hatami melakukan penelitian tentang pengaruh dari

kekakuan perkuatan, panjang perkuatan, dan kondisi batas dari dasar

dinding terhadap respon MSE wall terhadap beban seismik. Analisa

dilakukan dengan menggunakan program FLAC (Fast Lagrangian Analysis

of Continua yang menggunakan metode finite difference.

Dilakukan komparasi antara hasil analisa dari FLAC dengan hasil

analisa berbasis FEM yang telah ada, hal ini dilakukan untuk memastikan

bahwa hasil dari program FLAC ini valid.

29


Gambar 2.6 Perbandingan Hasil Analisa FLAC dengan Hasil Analisa

Berbasis FEM oleh Ho (1993)

(Bathurst & Hatami, 1998)

Dari grafik di atas dapat terlihat bahwa hasil analisa FLAC dengan

hasil analisa berbasis FEM oleh Ho tidak jauh berbeda, sehingga dapat

30


diambil kesimpulan bahwa program FLAC ini menghasilkan result yang

valid.

2.6 Penelitian oleh Erick Yusuf Kencana (2012)

Pada penelitian ini dilakukan dynamic centrifuge test dan hasilnya

digabungkan dengan kompilasi penelitian-penelitian sebelumnya tentang

MSE Wall. Dari kompilasi tersebut, dilakukan evaluasi terhadap pengaruh

berbagai faktor (lokasi, kemiringan facing, initial Dr, kekuatan geosintetik,

spasi vertikal, beban luar, frekuensi, dan akselerasi gempa) terhadap faktor

amplifikasi (Am) dan beban perkuatan dinamik pada MSE wall.

Gambar 2.7 Grafik Am vs ag untuk Bagian Atas Dinding

(Kencana, 2012)

31


Gambar 2.8 Grafik Am vs ag untuk Bagian Tengah Dinding

(Kencana, 2012)

Gambar 2.9 Grafik Am vs ag untuk Bagian Bawah Dinding

(Kencana, 2012)

32


Gambar 2.10 Perbandingan Trendline Am vs ag Bagian Atas, Tengah, dan

Bawah Dinding

(Kencana, 2012)

Gambar 2.11 Grafik z/H vs Am

(Kencana, 2012)

33


Dari grafik 2.7 hingga 2.10 dapat terlihat bahwa semakin tinggi

akselerasi gempa, maka faktor amplifikasi akan semakin rendah, bahkan

pada akselerasi di atas 0,4 g terjadi atenuasi.

Dari grafik 2.11 dapat terlihat bahwa faktor amplifikasi tidaklah

linear terhadap ketinggian (atas, tengah, bawah). Dari grafik z/H vs Am di

bawah ini juga dapat terlihat bahwa hubungan Am dengan ketinggian

tidaklah linear.

Gambar 2.12 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada

(Kencana, 2012)

Dari gambar 2.12 di atas, dapat terlihat bahwa semakin besar ,

maka akan semakin besar pula faktor amplifikasi.

34


Gambar 2.13 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada initial Dr

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.13 di atas dapat terlihat bahwa kenaikan initial Dr

akan menyebabkan kenaikan faktor amplifikasi.

Gambar 2.14 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Tult

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.14 di atas dapat terlihat bahwa kenaikan kekuatan

geosintetik akan mengakibatkan turunnya faktor amplifikasi

35


Gambar 2.15 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Sv

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.15 di atas dapat terlihat bahwa penurunan Sv akan

mengakibatkan naiknya faktor amplifikasi.

Gambar 2.16 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Frekuensi

(Kencana, 2012)

36


Gambar 2.17 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Frekuensi

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.16 dan 2.17 di atas dapat terlihat bahwa

peningkatan frekuensi akan mengakibatkan naiknya faktor amplifikasi.

Tabel 2.2 Pengaruh Berbagai Faktor terhadap MSE Wall

(Kencana, 2012)

37


Secara ringkas, berdasarkan penelitian Kencana (2012), pengaruh

dari berbagai faktor terhadap MSE wall dapat di lihat pada tabel 2.2 di atas.

Dari tabel tersebut dapat terlihat bahwa frekuensi dan akselerasi gempa

merupakan faktor yang mempunyai pengaruh yang tinggi terhadap faktor

amplifikasi.

38


BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Gambaran Umum Penelitian

Secara garis besar penelitian ini dapat dibagi menjadi dua bagian besar,

yaitu permodelan dinding dengan perkuatan pada satu sisi, dan yang kedua adalah

permodelan dinding dengan perkuatan pada dua sisi.

Permodelan dinding dengan perkuatan pada satu sisi ini bertujuan untuk

mengkalibrasi model dengan acuan penelitian Kencana (2012). Model dinding

dengan perkuatan pada satu sisi dibuat sedemikian rupa sehingga menghasilkan

perilaku yang sama dengan dinding pada penelitian Kencana (2012). Pada kasus

ini, perilaku dinding pada penelitian Kencana (2012) dianggap sebagai perilaku

dinding yang benar, sehingga model dinding dengan perkuatan satu sisi dibuat

sedemikian rupa sehingga menghasilkan perilaku yang mendekati kebenaran

tersebut.

Setelah didapatkan model dinding dengan perkuatan pada satu sisi yang

benar, penelitian dilanjutkan dengan permodelan dinding dengan perkuatan

pada dua sisi. Permodelan dinding dengan perkuatan pada dua sisi ini masih

menggunakan dasar konfigurasi dan spesifikasi yang sama dengan dinding dengan

perkuatan pada satu sisi, hanya saja dinding dibuat menjadi dua sisi, sisi kiri dan

sisi kanan. Pada dinding dua sini ini juga akan diperhatikan bagaimana

perilakunya. Bisa saja perilaku dinding dengan perkuatan pada dua sisi ini tidak

sama dengan dinding dengan perkuatan hanya pada satu sisi saja.

Perilaku dinding dengan perkuatan pada dua sisi ini akan dibandingkan

dengan perilaku dinding dengan perkuatan hanya pada satu sisi saja. Hasil dari

perbandingan tersebut akan dianalisa, dan diharapkan memberikan gambaran yang

lebih luas mengenai perilaku dinding dengan perkuatan pada dua sisi yang

mendapatkan beban seismik.

39


3.2 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

40


3.3 Permodelan Dinding dengan Perkuatan Pada Satu Sisi

Pada tahapan ini akan dilakukan permodelan dinding dengan

perkuatan pada satu sisi. Yang menjadi variabel bebas adalah frekuensi

gempa, dan akselerasi gempa. Dengan perubahan variabel bebas ini, akan

diamati perubahan dari faktor amplifikasi (Am).

Gambar 3.2 Geometri Model

Digunakan dinding dengan spesifikasi sebagai berikut:

Jenis facing : Concrete panel

Material model : Mohr - Coulomb

Ketinggian dinding (H) : 6 m

Tebal panel : 15 cm

Lebar panel : 100 cm

Tinggi panel : 100 cm

Material : Beton

: 24 kN/m3

Berat : 3,6 kN/m2

E : 30000000 kN/m2

Elastic stiffness (EA) : 4,5 106 kN /m

Flextural rigidity (EI) : 8438 kNm2 /m

Poisson ratio () : 0,1

Digunakan juga selapis tipis tanah setebal 2 cm di bawah dinding,

dengan maksud agar bagian bawah dinding dapat mengalami displacement.

41


Digunakan perkuatan dengan spesifikasi sebagai berikut:

Jenis perkuatan : geogrid

Panjang perkuatan (L) : 4,2 m

Spasi vertikal (Sv) : 1 m

Elastic stiffness (EA) : 10000 kN/m

Digunakan backfill dengan spesifikasi sebagai berikut:

Jenis backfill : pasir


Berat jenis () : 18 kN/m3

Modulus elastisitas (E) : 30000 kN/m2

Poissons ratio () : 0,3

Kohesi (c) : 5 kN/m2

Sudut geser () : 35

Sudut dilatansi () : 0

Modulus geser (G) : 11540 kN/m2

Digunakan base soil dengan spesifikasi sebagai berikut:


Berat jenis () : 22 kN/m3

Modulus elastisitas (E) : 200000 kN/m2

Poissons ratio () : 0,1

Kohesi (c) : 100 kN/m2

Sudut geser () : 30

Sudut dilatansi () : 0

Modulus geser (G) : 90909 kN/m2

Untuk gempanya, digunakan getaran sinusoidal dengan durasi 30

detik, dan variasi akselerasi dan frekuensi sebagai berikut:

Akselerasi : 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g

Frekuensi : 1 Hz, 3 Hz, 5 Hz

42


Dengan adanya variasi pada akselerasi dan juga frekuensi gempa

ini, akan diperhatikan pengaruhnya terhadap faktor amplifikasi (Am).

3.4 Validasi

Pada tahapan ini akan dilakukan perbandingan antara respon

seismik dinding MSE Wall hasil dari tahapan sebelumnya dengan respon

seismik dinding MSE Wall hasil penelitian Kencana (2012) yang

menggunakan centrifuge. Jika respon dari MSEW dengan perkuatan pada

satu sisi pada peneliaan ini memiliki trend yang sama dengan penelitian

Kencana (2012), maka dapat disimpulkan bahwa model ini valid, namun

sebaliknya jika respon dari MSEW pada penelitian ini tidak memiliki trend

yang sama dengan penelitian Kencana (2012), maka dapat disimpulkan

bahwa model pada penelitian ini tidak valid. Respon seismik yang dimaksud

adalah faktor amplifikasi (Am)

Jika model valid, maka dilanjutkan ke tahap selanjutnya, yaitu

permodelan dinding dengan perkuatan pada dua sisi. Jika hasilnya tidak

valid, maka dilakukan refinement pada model dinding dengan perkuatan

pada satu sisi, hingga modelnya valid.

3.5 Permodelan Dinding dengan Perkuatan Pada Dua Sisi

Pada tahapan ini akan dilakukan permodelan dinding dengan

perkuatan pada dua sisi. Model dinding dengan perkuatan pada dua sisi ini

menggunakan spesifikasi yang sama dengan dinding dengan perkuatan pada

satu sisi, dan juga mendapatkan getaran seismik dengan karakteristik yang

sama.

Sama seperti dinding dengan perkuatan pada satu sisi, pada kasus

dinding dengan perkuatan pada dua sini ini juga akan diperhatikan pengaruh

perubahan akselerasi dan frekuensi gempa terhadap faktor amplifikasi (Am).

3.6 Analisa

Pada tahapan ini akan dilakukan perbandingan dari respon seismik

MSE wall dengan perkuatan pada satu sisi dengan respon seismik MSE wall

43


dengan perkuatan pada dua sisi, dan akan diidentifikasi faktor-faktor yang

mempengaruhinya.

3.7 Kesimpulan

Pada tahapan ini akan dipaparkan kesimpulan dari penelitian ini.

44


DAFTAR PUSTAKA

Kumar, Kamalesh. Basic Geotechnical Earthquake Engineering. New Delhi: New

Age International, 2008.

South Carolina Department of Transportation. SCDOT Geotechnical Design

Manual. Columbia: SCDOT, 2010.

Passe, Paul D. Mechanically Stabilized Earth Wall Inspectors Handbook.

Tallahasse: Florida Department of Transportation, 2000.

Kencana, Erick Yusuf. Evaluation of Acceleration Amplified Response and

Mobilized Reinforcement Loads within Geosynthetic Reinforced Structures under

Dynamic Loading. Master Thesis. Taipei: National Taiwan University of Science

and Technology, 2012.

Holst, Martin. Numerical and Analytical Analysis of Geogrid Reinforced Soil Wall

Subjected to Dynamic Loading. Master Thesis. Trondheim: Norwegian University

of Science and Technology, 2012.

Basha, B. Munwar, dan P. K. Basudhar. Pseudo Static Seismic Stability Analysis

of Reinforced Soil Structures. 2010.

Koseki, J., et al. Evaluation of Seismic Displacement of Reinforced Walls. 2004.

Nouri, H., A. Fakher, dan C. J. F. P. Jones. Evaluating the effects of the magnitude

and amplification of pseudo-static acceleration on reinforced soil slopes and

walls using the limit equilibrium Horizontal Slices Method. 2007.

45


El-Emam, Magdy M., Richard J. Bathurst, dan Kianoosh Hatami. Numerical

Modeling of Reinforced Soil Retaining Walls Subjected to Base Acceleration.

2004.

Ling, Hoe I., et al. Finite Element Simulations of Full Scale Mudular Block

Reinforced Soil Retaining walls under Earthquake Loading. 2010.

Guller, Erol, et al. Numerical Analysis of Reinforced Soil Walls With Granular

and Cohesive Backfills Under Cyclic Loads. 2011.

Bathurst, R. J., dan Z. Cai. Pseudo-Static Seismic Analysis of Geosynthetic-

Reinforced Segmental Retaining Walls. 1995.

Koseki, J., et al. Shaking and Tilt Table Tests of Geosynthetic-Reinforced Soil and

Conventional-Type Retaining Walls. 1998.

Matsuo, O., et al. Shaking Table Tests and Analyses of Geosynthetic-Reinforced

Soil Retaining Walls. 1998.

Bathurst, R. J., dan K. Hatami. Seismic Response Analysis of a Geosynthetic-

Reinforced Soil Retaining Wall. 1998.

Helwany, Sam M. B., M. Budhu, dan David McCallen. Seismic Analysis of

Segmental Retaining Walls. I: Model Verification. 2001.

Siddharthan, R., V. Gopalan, dan S. Bukhary. Application of Displacement-Based

Seismic Design Approach for MSE Walls with Uneven Reinforcement. 2010.

Ling, Hoe I., et al. Large-Scale Shaking Table Tests on Modular-Block Reinforced

Soil Retaining Walls. 2005.

seminar - respon seismik mse wall dengan perkuatan pada dua sisi – hendriawan kurniadi...

Documents