tugas akhir abdul razaq i0107027 2011 - …... · 2.1.1 struktur rel kereta api dengan subgrade...

120
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user i PENURUNAN STRUKTUR REL KERETA API DI ATAS TANAH LUNAK DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menempuh Ujian Sarjana Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun Oleh : ABDUL RAZAQ NIM I 0107027 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011

Upload: duongkhanh

Post on 06-Feb-2018

221 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

i

PENURUNAN STRUKTUR REL KERETA API

DI ATAS TANAH LUNAK

DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menempuh Ujian Sarjana

Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta

Disusun Oleh :

ABDUL RAZAQ

NIM I 0107027

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

Page 2: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

Page 3: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

Page 4: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir 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. Jika dalam perjalanan ditemui

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

penulis.

Surakarta, September 2011

Penulis

Page 5: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Kebahagiaan itu sederhana, jangan berpikir terlalu rumit untuk

mendapatkannya. Rahasianya adalah ikhlas dan bersyukur.

bersikap lunak pada hidup, hidup akan bersikap keras pada kita.

Page 6: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

vi

ABSTRAK

ABDUL RAZAQ, 2011. Penurunan Struktur Rel Kereta Api di Atas Tanah Lunak dengan Perkuatan Geosintetik. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Sebagian besar konstruksi rel kereta api berada pada subgrade tanah dasar keras sampai sedang. Bagaimanapun, kebutuhan terhadap jalan rel meningkat secara signifikan dan mungkin akan dibangun pada tanah dasar lunak. Tanah lunak merupakan tanah kohesif dengan kapasitas daya dukung rendah dan kandungan kadar air tinggi sehingga dapat membahayakan struktur rel di atasnya akibat beban dari kereta api yang begitu besar. Penanganan bisa dilakukan dengan penambahan perkuatan pada tanah lunak sehingga dapat menopang dengan aman struktur rel kereta api di atasnya. Penelitian ini membahas penurunan yang terjadi pada struktur rel di atas subgrade tanah lunak menggunakan perkuatan geosintetik. Penelitian dilakukan dengan membuat model tereduksi struktur rel kereta api di laboratorium dengan skala 1:10 terhadap ukuran asli. Pengamatan dilakukan terhadap tiga kondisi subgrade yaitu tanah lunak, tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan pada tanah pasir. Dari hasil pengamatan uji model kemudian dilakukan validasi menggunakan simulasi program PLAXIS 8.2. Hasil kedua metode tersebut menggambarkan perilaku dan besar penurunan yang terjadi pada masing-masing kondisi subgrade akibat repetisi beban yang diberikan. Hasil analisis dengan model tereduksi dan simulasi program PLAXIS menunjukkan perilaku penurunan yang sama. Pengaplikasian geosintetik mampu mengurangi penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak. Pada pembebanan tepi struktur rel, geosintetik memberikan pengurangan penurunan rata-rata sebesar 52,5% berdasarkan pengujian model tereduksi. Sedangkan berdasarkan simulasi program PLAXIS 8.2, geosintetik memberikan pengurangan penurunan sebesar 19%. Pada pembebanan tengah struktur rel, geosintetik memberikan pengurangan penurunan rata-rata sebesar 60% berdasarkan pengujian model tereduksi. Sedangkan berdasarkan simulasi program PLAXIS 8.2, geosintetik memberikan pengurangan sebesar 34%.

Kata kunci : struktur rel kereta api, tanah lunak, geosintetik, model tereduksi,

penurunan, PLAXIS

Page 7: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

vii

ABSTRACT

ABDUL RAZAQ, 2011. Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil. Thesis of Civil Engineering Department of Engineering Faculty Sebelas Maret University Surakarta.

Railway structure is commonly laid on hard soil. However, the demand of railway raise significantly and it maybe will be build on soft soil. Soft soil is cohesive soil with low bearing capacity and high water content that can endanger railway structure above as result of load from train and locomotive. This problem can be handled by giving reinforcement on soft soil so that it can support railway structure safely. This research was discussed about railway structure settlement on soft soil sub grade with geosynthetic reinforcement. The research was held at laboratory by made reduced model of railway structure scaled 1:10 from its true size. Observation was done on three sub grade conditions those are soft soil, soft soil with geosynthetic reinforcement and on sand. The result from reduced model test was validated using PLAXIS 8.2 software. Outputs from these methods explain the behavior and settlement value that occurred on each sub grade conditions as result of load repetition those given. Analysis result of reduced model and PLAXIS 8.2 simulation are indicate the same behavior. Geosynthetic application on soft soil is able to decreasing settlement of railway structure on soft soil sub grade. From loading on edge of Railway structure, geosynthetic can decrease the settlement for 52,5% according to reduced model and 19% according to PLAXIS 8.2 simulation. From loading on the middle of railway structure, geosynthetic can decrease the settlement for 60% according to reduced model and 34% according to PLAXIS 8.2 simulation. Keyword: railway structure, soft soils, geosynthetic, settlement, reduced models,

PLAXIS

Page 8: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

viii

KATA PENGANTAR

puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

Penurunan Struktur Rel Kereta Api di Atas Tanah

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu

syarat meraih gelar sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

Pada pelaksanaannya, penulis telah banyak mendapatkan bantuan baik fasilitas,

bimbingan maupun kerjasama dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis

mengucapkan terimakasih kepada :

1. Pimpinan dan Staf Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Pimpinan dan Staf Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

3. Ir. Ary Setyawan, MSc, PhD, selaku Dosen Pembimbing I.

4. Bambang Setiawan, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing II.

5. Ir. Suryoto, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik.

6. Tim dosen penguji.

7. Habib, Huda dan Bram atas semua bantuannya selama penelitian.

8. Teman-teman Teknik Sipil Angkatan 2007.

9. Seluruh pihak yang telah berpartisipasi dalam penyusunan Tugas Akhir ini

yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Page 9: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

ix

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih ada

kekurangan, dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan saran yang

membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat yang sebesar-besarnya bagi penulis

secara khusus maupun seluruh pihak pada umumnya.

Surakarta, September 2011

Penulis

Page 10: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

x

DAFTAR ISI

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

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

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

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

MOTTO DAN PERSEMBAHAN .......................................................................... v

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

ABSTRACT .......................................................................................................... vii

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

DAFTAR ISI ........................................................................................................... x

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xix

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL ..................................................................... xx

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

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

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

1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 2

1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3

BAB 2 LANDASAN TEORI .................................................................................. 4

2.1 Tinjauan Pustaka ...................................................................................... 4

2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak .................. 4

2.1.2 Geosintetik ........................................................................................ 5

2.2 Landasan Teori ......................................................................................... 6

2.2.1 Struktur Jalan Rel .............................................................................. 6

2.2.1.1. Beban gandar ............................................................................. 6

2.2.1.2. Lebar sepur ................................................................................ 6

2.2.1.3. Rel .............................................................................................. 7

Page 11: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xi

2.2.1.4. Bantalan ..................................................................................... 8

2.2.1.5. Balas......................................................................................... 10

2.2.1.6. Tanah Dasar ............................................................................. 11

2.2.2 Pembebanan pada struktur rel ......................................................... 13

2.2.2.1. Gaya vertikal ............................................................................ 14

2.2.2.2. Gaya horisontal tegak lurus sumbu sepur ................................ 16

2.2.2.3. Gaya horisontal membujur searah sumbu sepur ...................... 16

2.2.3 Metode Elemen Hingga................................................................... 16

2.2.3.1. Langkah-Langkah dalam Metode Elemen Hingga .................. 16

2.2.3.2. Model Material dalam Metode Elemen Hingga ...................... 18

2.2.4 PLAXIS ........................................................................................... 19

2.2.4.1. Pengaturan Umum (General Setting) ...................................... 19

2.2.4.2. Kontur Geometri (Geometri Contour) ..................................... 20

2.2.4.3. Kondisi Batas (Boundary Conditions) ..................................... 20

2.2.4.4. Set Data Material (Material Data Sets ) .................................. 21

2.2.4.5. Pembuatan Jaring-Jaring Elemen (Mesh Generations) ........... 21

2.2.4.6. Kondisi Awal (Initial Conditions) ........................................... 21

2.2.4.7. Perhitungan (Calculations) ...................................................... 22

2.2.4.8. Keluaran (Output) .................................................................... 22

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN................................................................ 23

3.1 Pendahuluan ........................................................................................... 23

3.2 Pengumpulan Data ................................................................................. 24

3.3 Alat dan Bahan ....................................................................................... 24

3.3.1 Alat .................................................................................................. 24

3.3.2 Bahan............................................................................................... 29

3.4 Metode Penelitian ................................................................................... 29

3.4.1 Penyiapan Benda Uji ....................................................................... 29

3.4.2 Penyiapan Media Tanah .................................................................. 30

3.4.3 Persiapan Peralatan Pengujian ........................................................ 34

3.4.4 Pengujian Pembebanan Model ........................................................ 37

3.4.5 Pelaksanaan Pengujian dan Pengambilan Data ............................... 38

Page 12: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xii

3.4.6 Pembahasan menggunakan Program PLAXIS................................ 38

3.4.7 Menganalisis hasil perbandingan data dari model uji dan software PLAXIS. ........................................................................................................ 38

3.5 Simulasi Struktur Rel Kereta Api dengan PLAXIS 8.2 ......................... 39

3.5.1 Tahapan Memulai Program ............................................................. 39

3.5.1 Pengaturan Umum (General Setting) .............................................. 39

3.5.2 Kontur Geometri (Geometri Contour) ............................................ 40

3.5.3 Set Data Material (Material Data Sets) .......................................... 41

3.5.5. Pembuatan Jaring-Jaring Elemen (Mesh Generations) ................... 43

3.5.6. Kondisi Awal (Initial Conditions ) ................................................. 44

3.5.7. Perhitungan (Calculations) ............................................................. 46

3.5.8. Keluaran (Output) ........................................................................... 50

3.6 Diagram Alir Penelitian .......................................................................... 52

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN .......................................................... 53

4.1 Model Tereduksi Struktur Rel Kereta Api ............................................. 53

4.1.1 Kriteria Perancangan ....................................................................... 53

4.1.2 Pengujian Pendahuluan ................................................................... 54

4.1.2.1. Hasil uji tanah pasir ................................................................. 54

4.1.2.2. Hasil uji tanah lunak ................................................................ 54

4.1.3 Penurunan pada Model Struktur Rel dengan Variasi Kondisi Subgrade Dibawahnya ................................................................................... 55

4.1.3.1. Pembebanan pada bidang A ..................................................... 56

4.1.3.2. Pembebanan pada bidang B ..................................................... 58

4.1.3.3. Pembebanan pada bidang C ..................................................... 61

4.1.3.4. Pembebanan pada bidang D ..................................................... 63

4.2 Validasi Model Tereduksi Struktur Rel Kereta Api dengan Menggunakan Program PLAXIS. ............................................................................................. 66

4.2.1 Parameter Uji .................................................................................. 66

4.2.2 Simulasi penurunan struktur rel akibat pembebanan pada program PLAXIS 8.2. .................................................................................................. 67

4.2.2.1. Pembebanan pada bidang A ..................................................... 67

4.2.2.2. Pembebanan pada bidang B ..................................................... 70

Page 13: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xiii

4.2.2.3. Pembebanan pada bidang C ..................................................... 73

4.2.2.4. Pembebanan pada bidang D ..................................................... 76

4.2.3 Hubungan Perilaku Penurunan Struktur Rel Uji Pemodelan dengan Program PLAXIS Versi 8.2. .......................................................................... 78

4.3 Analisis Penurunan Struktur Rel Kereta Api di Atas Tanah Lunak dengan Perkuatan Geosintetik. .......................................................................... 85

4.3.1 Bidang Pembebanan A .................................................................... 85

4.3.2 Bidang Pembebanan B .................................................................... 86

4.3.3 Bidang pembebanan C .................................................................... 88

4.3.4 Bidang pembebanan D .................................................................... 89

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 92

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 92

5.2 Saran ....................................................................................................... 93

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 94

LAMPIRAN

Page 14: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Hubungan nilai N, konsistensi, dan kuat tekan bebas (qu) untuk tanah

lempung jenuh ...................................................................................... 4

Tabel 2. 2 Tipe rel yang digunakan pada jalan rel .................................................. 7

Tabel 2. 3 Karakteristik Rel .................................................................................... 7

Tabel 2. 4 Gradasi Lapisan Ballast Atas ............................................................... 10

Tabel 2. 5 Gradasi Lapisan Ballast Bawah ........................................................... 10

Tabel 2. 6 Ukuran-ukuran pada lapisan balas ....................................................... 11

Tabel 3. 1 Perbandingan dimensi struktur rel kereta api dalam skala asli dengan

skala terduksi pada suatu model uji ................................................... 35

Tabel 4. 1 Pengujian tanah pasir ........................................................................... 54

Tabel 4. 2 Pengujian tanah lunak .......................................................................... 54

Tabel 4. 3 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel

diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm). .......................... 56

Tabel 4. 4 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel

diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm). .......................... 58

Tabel 4. 5 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel

diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm). .......................... 61

Tabel 4. 6 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel

diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm). .......................... 63

Tabel 4. 7 Parameter material tanah ...................................................................... 66

Tabel 4. 8 Parameter material pelat....................................................................... 66

Tabel 4. 9 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang A (dalam

0,01 mm). ........................................................................................... 68

Tabel 4. 10 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang B

(dalam 0,01 mm). ............................................................................... 71

Tabel 4. 11 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang C

(dalam 0,01 mm). ............................................................................... 73

Page 15: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xv

Tabel 4. 12 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang D

(dalam 0,01 mm). ............................................................................... 76

Tabel 4. 13 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas

kondisi subgrade tanah pasir (dalam 0,01 mm).................................. 79

Tabel 4. 14 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi

subgrade tanah pasir antara model tereduksi dengan program PLAXIS

8.2. ...................................................................................................... 79

Tabel 4. 15 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas

kondisi subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik (dalam

0,01 mm). ........................................................................................... 81

Tabel 4. 16 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi

subgrade tanah lunak denan perkuatan geosintetik antara model

tereduksi dengan program PLAXIS 8.2. ............................................ 81

Tabel 4. 17 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas

kondisi subgrade tanah lunak (dalam 0,01 mm). ............................... 83

Tabel 4. 18 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi

subgrade tanah lunak antara model tereduksi dengan program

PLAXIS 8.2. ....................................................................................... 83

Page 16: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Bogie K9 ............................................................................................. 5

Gambar 2. 2 Efek Pumping dan Fungsi Separasi (PT. Geoforce Indonesia ) .......... 6

Gambar 2. 3 Lebar sepur pada rel kereta api ........................................................... 7

Gambar 2. 4 Potongan melintang pada jalan lurus ................................................ 11

Gambar 2. 5 Contoh model-model elastic linear dan elastic plastic ...................... 18

Gambar 3. 1 Satu unit box uji 3 dimensi ............................................................... 25

Gambar 3. 2 Sketsa tampak atas alat model 3 dimensi (Subekti, 2009) ............... 25

Gambar 3. 3 Sketsa potongan A-A alat model 3 dimensi (Subekti, 2009) ........... 26

Gambar 3. 4 Sketsa potongan B-B alat model 3 dimensi (Subekti, 2009)............ 26

Gambar 3. 5 Model geosintetik ............................................................................. 27

Gambar 3. 6 Sketsa penempatan lembar model geosintetik dalam pengujian ...... 27

Gambar 3. 7 Dial gauge ........................................................................................ 27

Gambar 3. 8 Nivo .................................................................................................. 28

Gambar 3. 9 Slotted Weights ................................................................................. 28

Gambar 3. 10 Aplikasi geosintetik untuk jalan rel (Rankilor, 1981) .................... 30

Gambar 3. 11 Penjemuran tanah di bawah sinar matahari .................................... 31

Gambar 3. 12 Penghancuran tanah dengan soil crusher ....................................... 31

Gambar 3. 13 Penyaringan tanah dengan ayakan No. 4 ....................................... 32

Gambar 3. 14 Pencampuran tanah dengan air ....................................................... 32

Gambar 3. 15 Pemadatan tanah dengan alat pemadat 5 kg ................................... 33

Gambar 3. 16 Pengujian kepadatan tanah dengan alat CBR ................................. 33

Gambar 3. 17 Sketsa konstruksi dan pembebanan pada rel kereta api dalam suatu

model uji .......................................................................................... 34

Gambar 3. 18 Potongan melintang struktur rel kereta api skala tereduksi............ 35

Gambar 3. 19 Set Up Pembebanan pada Media Pasir ........................................... 36

Gambar 3. 20 Set Up Pembebanan pada Media Pasir dan Lempung dengan

Perkuatan Geosintetik ...................................................................... 36

Gambar 3. 21 Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api .................................... 37

Gambar 3. 22 Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api .................................... 37

Page 17: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xvii

Gambar 3. 23 Grafik hubungan besar penurunan pada saat beban ultimit ........... 38

Gambar 3. 24 Splash Screen PLAXIS 8.2 ............................................................ 39

Gambar 3. 25 General Settings: (a) Project (b) Dimensions ................................ 40

Gambar 3. 26 Permodelan struktur rel kereta api ................................................. 41

Gambar 3. 27 Set Data Material Tanah: (a) General (b) Parameters ................... 42

Gambar 3. 28 Set Data Material Pelat ................................................................... 43

Gambar 3. 29 Set Data Material Geogrid.............................................................. 43

Gambar 3. 30 Jaring-Jaring Elemen ...................................................................... 44

Gambar 3. 31 Penentuan Berat Volume dari Air .................................................. 44

Gambar 3. 32 Tampilan K0-procedure ................................................................. 45

Gambar 3. 33 Tekanan Awal Tanah ..................................................................... 46

Gambar 3. 34 Perhitungan : (a) Umum (b) Parameter .......................................... 47

Gambar 3. 35 Pengaktifan Material dan Pemberian Beban .................................. 48

Gambar 3. 36 Penentuan Titik Acuan ................................................................... 49

Gambar 3. 37 Proses Perhitungan ......................................................................... 49

Gambar 3. 38 Deformed Mesh .............................................................................. 50

Gambar 3. 39 Proses Pembuatan Kurva : (a) Penentuan Jenis Kurva (b) Kurva

beban-perpindahan ........................................................................... 51

Gambar 3. 40 Diagram Alir Penelitian ................................................................. 52

Gambar 4. 1 Sketsa tampak atas posisi bidang pembebanan dan dial gauge. ...... 53

Gambar 4. 2 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan A.

......................................................................................................... 57

Gambar 4. 3 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan B.

......................................................................................................... 60

Gambar 4. 4 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan C.

......................................................................................................... 62

Gambar 4. 5 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan D.

......................................................................................................... 65

Gambar 4. 6 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang A berdasarkan

simulasi program PLAXIS 8.2......................................................... 69

Page 18: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xviii

Gambar 4. 7 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang B berdasarkan

simulasi program PLAXIS 8.2......................................................... 72

Gambar 4. 8 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang C berdasarkan

simulasi program PLAXIS 8.2......................................................... 75

Gambar 4. 9 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang D berdasarkan

simulasi program PLAXIS 8.2......................................................... 77

Gambar 4. 10 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program

PLAXIS pada tanah pasir dengan perkuatan geosintetik. ................ 80

Gambar 4. 11 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program

PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik. .............. 82

Gambar 4. 12 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program

PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik ............... 84

Gambar 4. 13 Penurunan maksimal pada model tereduksi akibat variasi beban

pada bidang pembebanan A ............................................................. 85

Gambar 4. 14 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi

beban pada bidang pembebanan A .................................................. 86

Gambar 4. 15 Penurunan maksimal pada struktur rel akibat variasi beban pada

bidang pembebanan B ...................................................................... 87

Gambar 4. 16 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi

beban pada bidang pembebanan B ................................................... 87

Gambar 4. 17 Penurunan maksimal pada struktur rel akibat variasi beban pada

bidang pembebanan C ...................................................................... 88

Gambar 4. 18 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi

beban pada bidang pembebanan C ................................................... 89

Gambar 4. 19 Penurunan maksimal pada struktur rel akibat variasi beban pada

bidang pembebanan D ..................................................................... 90

Gambar 4. 20 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi

beban pada bidang pembebanan D .................................................. 90

Page 19: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Data Hasil Uji Pendahuluan

Moisture Content Test

Bulk Density Test

Specific Gravity Test

Grain Size Analysis Test

Atterberg Limit Test Test

Direct Shear Test

Unconfined Compression Strength Test

California Bearing Ratio Test

Standard Proctor Test

Lampiran B Data Hasil Penelitian

Uji Pembebanan

Output Plaxis

Lampiran C Dokumentasi Penelitian

Lampiran D Surat-surat Tugas Akhir

Page 20: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xx

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL

[N] = matriks fungsi interpolasi

{q} = global stiffness matrix

{r} = global nodal displacement vector

{R} = global nodal force vector

{u} = perpindahan suatu node

B = lebar bantalan

b = lebar permukaan balas atas (m)

C = lebar dasar balas atas (m)

c = nilai kohesi tanah (kN/m2)

d = tebal ekivalen

D1 = tebal balas atas (m)

D2 = tebal balas bawah (m)

EA = kekakuan normal (kN/m)

EI = kekakuan lentur (kNm2/m)

Eref = modulus Young

g = jarak bantalan

h = tebal lapisan balas (inch)

Ip = faktor dinamis

K0 = kondisi tekanan awal pada tanah

K1 = lebar permukaan balas bawah (m)

K2 = lebar dasar balas bawah (m)

kx = permeabilitas arah horisontal

ky = permeabilitas arah vertikal

L = panjang pantalan dibawah rel

Ø = sudut geser tanah (°)

OCR = overconsolidation ratio

Pa = tekanan kontak rerata antara bantalan dengan balas (kPa)

pa = tekanan yang didistribusikan oleh bantalan kepada balas (psi)

pc = tekanan pada tanah dasar (psi)

Page 21: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

xxi

pd = gaya dinamis (ton)

POP = pre-overburden pressure

Pr = tekanan rerata di bawah dudukan rel (kPa)

ps = gaya statis (ton)

qu = kuat tekan bebas (kN/m2)

V = kecepatan kereta api

w = berat

Wlok = beban lokomotif

z = kedalaman tanah dasar (m)

sat = berat isi tanah di bawah garis freatik

unsat = berat isi tanah di atas garis freatik

= angka Poisson

= tekanan vertikal pada kedalaman z (kPa)

= sudut gesek internal bahan balas (°)

Page 22: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

PENDAHULUAN

TUGAS AKHIR

PENURUNAN STRUKTUR REL KERETA API DI ATAS TANAH LUNAK

DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

Page 23: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Kegiatan transportasi merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari

keberlangsungan hidup manusia. Dalam kaitannya dengan kehidupan manusia,

transportasi berperan penting dalam aspek-aspek sosial, politik, ekonomi, dan

keamanan. Hal tersebut dapat berfungsi baik jika didukung dengan adanya

keseimbangan antara sarana dan prasarana transportasi.

Salah satu prasarana transportasi yang terus berkembang di Indonesia adalah jalan

rel kereta api atau biasa disebut dengan rel kereta api (UK : Railway Tracks, US :

Railroad Tracks). Rel kereta api merupakan prasarana utama dalam

perkerataapian dan menjadi ciri khas moda transportasi kereta api.

Pada umumnya, teknologi kereta api di Indonesia masih menggunakan teknologi

konvensional. Teknologi ini dikenal dengan Teknologi Dua Rel Sejajar. Dalam

hal ini, struktur rel kereta api dikelompokkan menjadi 2 bagian, meliputi:

1. Bagian atas sebagai lintasan terdiri dari rel, penambat rel, dan bantalan.

2. Bagian bawah sebgai pondasi terdiri atas balas dan tanah dasar.

Sebagian besar konstruksi rel kereta api berada pada tanah dasar yang keras

sampai sedang. Untuk kasus tanah dasar yang lunak jarang sekali terpikirkan.

Meninjau beban dari kereta api yang begitu besar, sulit rasanya struktur rel dapat

bertahan lama jika berada pada tanah lunak. Tanah ini merupakan tanah kohesif

dengan kapasitas daya dukungnya rendah. Di lain hal, kandungan kadar air yang

cukup tinggi juga dapat membahayakan struktur rel di atasnya.

Sebagai engineer kiranya perlu untuk membuat solusi terhadap struktur rel dengan

tanah lunak sebagai tanah dasar (subgrade). Perlu adanya penambahan perkuatan

pada tanah lunak sehingga dapat menopang dengan aman struktur rel kereta api di

atasnya. Salah satu bentuk perkuatan ialah dengan menggunakan geosintetik.

Page 24: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

2

Beberapa bangunan yang berada pada tanah lunak telah memnfaatkan geosintetik

sebagai perkuatan. Geosintetik ini biasanya berbentuk anyaman atau non-anyam.

Adapun hasilnya, bangunan ternyata dapat berdiri kuat dan bertahan lama.

Berangkat dari pemahaman sebelumnya, pemanfaatan geosintetik pada tanah

lunak di bawah struktur rel kereta api sangat menarik untuk diteliti. Penelitian ini

diharapkan dapat sebagai solusi dalam pembangunan konstruksi rel kereta api

yang berada pada tanah lunak.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan-permasalahan yang ada dalam penelitian ini, meliputi :

1. Bagaimana penurunan struktur rel kereta api pada tanah lunak?

2. Bagaimana penurunan struktur rel kereta api di atas tanah lunak dengan

perkuatan perkuatan geosintetik?

3. Bagaimana perbandingan penurunan struktur rel kereta api pada tanah baik

dan pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik, ditinjau menggunakan

program PLAXIS?

1.3 Batasan Masalah

Untuk memfokuskan agar penelitian dapat terarah, maka perlu batasan-

batasan masalah, antara lain :

1. Penelitian berupa permodelan yang dilakukan di laboratorium.

2. Tanah yang digunakan adalah tanah baik (pasir) dan tanah lunak (lempung).

3. Susunan struktur rel kereta api disiapkan dengan model tereduksi (small

size models) dari kondisi aslinya.

4. Geosintetik yang digunakan adalah karung pupuk berbentuk anyaman.

5. Beban berupa beban statis dengan perulangan tertentu dan titik pembebanan

yang bervariasi.

6. Program PLAXIS V.8.2 digunakan untuk validasi model struktur rel kereta

api.

Page 25: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

3

1.4 Tujuan Penelitian

Penelitian yang akan dilakukan ini memiliki beberapa tujuan, antara lain :

1. Membuat model tereduksi dari struktur rel kereta api diatas tanah lunak

tanpa perkuatan dan dengan perkuatan geosintetik.

2. Validasi model tereduksi struktur rel kereta api diatas tanah lunak tanpa

perkuatan dan dengan perkuatan geosintetik menggunakan program

PLAXIS V.8.2.

3. Menganalisis perilaku penurunan struktur rel kereta api di atas tanah lunak

dengan perkuatan geosintetik.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini mempunyai beberapa manfaat, antara lain :

1. Manfaat teoritis

Memperoleh nilai penurunan pada struktur kereta api dengan perkuatan

geosintetik di bawah struktur rel kereta api.

2. Manfaat Praktis

Setelah memperoleh nilai penurunan, maka dapat digunakan untuk

memprediksi keadaan struktur rel pada kondisi asli di lapangan.

Page 26: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

LANDASAN TEORI

TUGAS AKHIR

PENURUNAN STRUKTUR REL KERETA API DI ATAS TANAH LUNAK

DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

Page 27: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

4

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak

Dalam dunia konstruksi, tanah lunak merupakan salah satu permasalahan. Tanah

ini memiliki daya dukung yang rendah sehingga dapat terjadi penurunan jika

terjadi beban yang berlebihan.

Tanah lunak digolongkan dalam tanah kohesif yang identik dengan tanah

lempung. Berikut ini adalah tabel yang menghubungkan nilai N-SPT, konsistensi,

dan kuat tekan bebas (qu) untuk tanah lempung jenuh.

Tabel 2. 1 Hubungan nilai N, konsistensi, dan kuat tekan bebas (qu) untuk tanah lempung jenuh

N-SPT Konsistensi Kuat Tekan Bebas (qu)

(kN/m2) < 2 Sangat Lunak < 25

2 4 Lunak 25 50

4 8 Sedang 50 100

8 15 Kaku 100 -200

15 30 Sangat Kaku 200 400 > 30 Keras > 400

Sumber : Terzaghi dan Peck (1948)

Sasanti (2008) menyatakan bahwa tanah lunak merupakan tanah yang memilki

beberapa syarat, meliputi :

1. Moisture Content 40 %

2. Plasticity Index 20 %

Berdasarkan fungsinya sebagai pondasi, tanah dasar harus mampu menopang

gaya-gaya yang ditimbulkan oleh kereta api. Adapun beberapa gaya tersebut

Page 28: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

5

terdiri atas gaya vertikal, gaya horisontal tegak lurus sumbu sepur, dan gaya

horisontal membujur searah sumbu sepur. Sedangkan sepur sendiri adalah

susunan rel, penambat rel, dan bantalan yang terangkai kokoh dan bersambungan

secara memanjang dan membentuk jalur memanjang.

Gaya vertikal merupakan beban yang paling besar dan berasal dari berat kereta

api. Pada umumnya, gaya vertikal terdiri atas gaya lokomotif dan gaya kereta.

Lokomotif yang sekarang digunakan oleh PT. Kereta Api (Persero) ialah

lokomotif yang yang ditumpu oleh dua bogie. Sedangkan lokomotif yang

digunakan ada dua jenis yakni lokomotif BB (tiap bogie terdiri atas dua gandar)

dan lokomotif CC (tiap bogie terdiri atas tiga gandar) (Utomo, 2010). Sebagai

contoh pada bogie K9 (bogie tipe Bolsterless dengan tahun pembuatan 1997 dan

2001). Jarak antara roda depan dan belakang adalah 2200 mm.

Gambar 2. 1 Bogie K9

2.1.2 Geosintetik

Penurunan tak seragam atau penetrasi dari batuan ballast ke tanah dasar, dapat

mengurangi umur komponen jalan rel maupun kenyamanan penumpang dan

keamanan kereta. Penanganan masalah ini adalah dengan memasang geosintetik

di bawah batuan ballast.

Seperti penggunaannya untuk jalan raya, geosintetik yang digunakan di bawah

jalan rel berfungsi untuk (Rankilor, 1981) :

Page 29: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

6

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

terhadap retak akibat tarik.

4. Memberikan pemisah antara tanah dasar dan sub-ballast, atau sub-ballast

dan ballast, sehingga mencegah pemompaan butiran halus tanah.

5. Memberikan tambahan fasilitas filtrasi, permeabilitas searah bidang

geosintetik.

Gambar 2. 2 Efek Pumping dan Fungsi Separasi (PT. Geoforce Indonesia )

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Struktur Jalan Rel

2.2.1.1. Beban gandar

Beban gandar direncanakan pada satu macam beban gandar 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 sisi dalam diantara dua kepala rel.

Lebar sepur standar yang sering dipakai di Indonesia adalah sebesar 1067 mm.

Page 30: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

7

Gambar 2. 3 Lebar sepur pada rel kereta api (Jalan Rel, 2010)

2.2.1.3. Rel

Rel pada jalan rel mempunyai fungsi sebagai pijakan menggelindingnya roda

kereta api dan untuk meneruskan beban dari roda kereta api kepada bantalan. Rel

ditumpu oleh bantalan-bantalan, sehingga rel merupakan batang yang ditumpu

oleh penumpu-penumpu. Pada sistem tumpuan yang sedemikian, tekanan tegak

lurus dari roda menyebabkan momen lentur pada rel di antara bantalan-bantalan.

Selain itu, gaya arah horisontal yang disebabkan oleh gaya angin, goyangan kereta

api, dan gaya sentrifugal (pada rel sebelah luar) menyebabkan terjadinya momen

lentur arah horisontal.

Tabel 2. 2 Tipe rel yang digunakan pada jalan rel Kelas Jalan Rel

Tipe Rel

I R.60 / R.54 II R.54 / R.50 III R.54 / R.50 / R.42 IV R.54/ R.50 /R.42 V R.42

(Sumber: Jalan rel, 2010)

Tabel 2. 3 Karakteristik Rel Karakteristik Rel Tipe Rel

Karakteristik

Notasi dan

satuan

R.42

R.50

R.54

R.60

Tinggi rel H (mm) 138,00 153,00 159,00 172,00

Lebar kaki B (mm) 1 10,00 127,00 140,00 150,0

Lebar kepala C (mm) 68,50 65,00 70,00 74.3

Tebal badan D (mm) 13,50 15,00 16,00 16,5

Page 31: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

8

Tabel 1.3(lanjutan)

Karakteristik Rel Tipe Rel

Karakteristik

Notasi

dan

satuan

R.42

R.50

R.54

R.60

Tinggi kaki F (mm) 23,50 30,00 30,20 31,5

Jarak tepi bawah kaki rel ke garis

horizontal dari pusat kelengkungan

badan rel

G (mm)

72,00

76,00

74,97

80,95

Jari-jari kelengkungan badan rel R (mm) 320,00 500,00 508,00 120

Luas penampang A (cm2) 54,26 64,20 69,34 76,86

Berat rel W

(kg/m)

42,59

50,40

54,43

60,34

Momen inersia terhadap sumbu x Ix (cm4) 1.369 1.960 2.346 3.055

Jarak tepi bawah kaki rel ke garis

netral

Yb

(mm)

68,50

71,60

76,20

80,95

Penampang melintang

(Sumber: Jalan rel, 2010) 2.2.1.4. Bantalan

Bantalan jalan rel mempunyai fungsi sebagai berikut:

1. Mendukung rel dan meneruskan beban dari rel ke balas dengan bidang sebaran

beban lebih luas sehingga memperkecil tekanan yang dipikul balas,

2. Mengikat/memegang rel (dengan penambat rel) sehingga gerakan rel arah

horisontal tegak lurus sumbu sepur ataupun arah membujur searah sumbu sepur

dapat ditahan, sehingga jarak antara rel dan kemiringan kedudukan rel dapat

dipertahankan,

3. Memberikan stabilitas kedudukan sepur di dalam balas (lihat uraian tentang

balas), dan

Page 32: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

9

4. Menghindarkan kontak langsung antara rel dengan air tanah.

Dari fungsi tersebut di atas maka bantalan harus kuat menahan beban dan kuat

dalam mengikat penambat rel.

Bantalan dapat terbuat dari kayu, baja, atau beton. Pemilihan jenis bantalan yang

digunakan adalah berdasarkan atas kelas jalan rel menurut peraturan konstruksi

jalan rel yang berlaku. Bantalan kayu digunakan pada jalan rel di Indonesia karena

selain mudah dibentuk juga bahannya mudah didapat. Agar dapat memenuhi

fungsinya, maka bantalan kayu harus cukup keras sehingga mampu menahan

tekanan. Penambat rel yang dipasang pada bantalan harus tidak mudah lepas, dan

tahan lama. Untuk itu maka bahan kayu yang digunakan selain harus kuat

menahan beban yang bekerja padanya, juga harus memenuhi persyaratan sebagai

berikut:

1. Utuh dan padat,

2. Tidak terdapat mata kayu,

3. Tidak mengandung unsur kimia yang tidak baik bagi komponcn \jalan rel yang

terbuat dari logam,

4. Tidak ada lubang bekas ulat atau binatang lainnya,

5. Tidak ada tanda-tanda permulaan terjadi pelapukan dan apabila kayu

diawetkan, pengawetan harus merata dan sempurna.

Sesuai dengan persyaratan bahan kayu dan fungsi bantalan maka tidak semua

jenis kayu dapat digunakan. Bantalan kayu harus dari kayu mutu A, dengan

dengan kelas kuat I atau II dan kelas awet I atau II. Jenis kayu yang biasa

digunakan oleh PT. Kereta Api (persero) untuk bantalan ialah kayu jati dan kayu

besi. Bantalan dengan jenis kayu jati dapat tahan 16 sampai 20 tahun (bahkan ada

yang lebih dari 20 tahun). Kayu besi dapat digunakan karena keras, tapi mudah

pecah dan kadang-kadang terdapat kandungan asam yang tidak baik bagi logam

penambat rel.

Page 33: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

10

2.2.1.5. Balas

Lapisan balas terletak di atas lapisan tanah dasar. Lapisan balas mengalami

tagangan yang besar akibat lalulintas kereta api, sehingga bahan pembentuknya

harus baik dan pilihan. Balas mempunyai fungsi sebagai berikut:

1. Meneruskan dan menyebarkan beban yang diterima bantalan ke tanah dasar,

2. Mencegah/menahan bergesernya bantalan dan rel baik arah membujur maupun

melintang,

3. Meloloskan air sehinga tidak terjadi genangan air di sekitar bantalan dan rel,

4. Mendukung bantalan dengan dukungan yang kenyal.

Gradasi pada ballast atas ditampilkan pada Tabel 2.4, sedangkan gradasi pada

ballast bawah ditampilkan pada Tabel 2.5.

Tabel 2. 4 Gradasi Lapisan Ballast Atas 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

Sumber : Suryo Hapsoro Tri Utomo (2010)

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. 5 Gradasi Lapisan Ballast Bawah 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

Sumber : Suryo Hapsoro Tri Utomo (2010)

Page 34: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

11

Bentuk dan dimensi lapisan balas

Gambar 2. 4 Potongan melintang pada jalan lurus

Tabel 2. 6 Ukuran-ukuran pada lapisan balas Kelas Jalan Rel

I II III IV V

D1 ( cm ) 30 30 30 25 25

B ( cm ) 150 150 140 140 135

C(cm) 235 235 225 215 210

K,(cm) 265-315 265-315 240 -270 240 - 250 240 - 250

D2 ( cm ) 15-50 15-50 15-50 15-35 15-35

E ( cm ) 25 25 22 20 20

K2 ( cm ) 375 375 325 300 300

(Sumber: Jalan rel, 2010)

2.2.1.6. Tanah Dasar

Tanah dasar (subgrade) jalan rel mempunyai fungsi sebagai berikut:

1. Mendukung beban yang diteruskan oleh balas kepada tanah dasar,

2. Meneruskan beban ke lapisan di bawahnya, yaitu badan rel, dan

3. Memberikan landasan yang rata pada kedudukan/ketinggian/elevasi di tempat

balas akan diletakkan.

Tanah dasar jalan rel merupakan lapisan yang terbuat dari bahan geoteknik, yang

dapat merupakan: keadaan asli, bahan yang diperbaiki, dan bahan buatan.

Page 35: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

12

Sesuai dengan fungsinya, dari sudut pandang teknik tanah dasar harus mampu

menopang beban di atasnya dan kuat menahan tegangan yang terjadi padanya.

Beban yang harus ditopang oleh lapisan tanah dasar ialah berat lapisan balas,

sedangkan tegangan yang terjadi padanya ialah tegangan yang terjadi akibat dari

gaya yang diteruskan oleh bantalan kepada balas yang kemudian diteruskan dan

didistribusikan oleh balas kepada lapisan tanah dasar. Menurut Clarke, 1957

(diambil dari lu of Transport Economics, 1980), dengan asumsi bahwa beban

didistribusikan dengan kemiringan 1:1, tekanan vertikal tanah dasar dapat

ditentukan dengan persamaan pendekatan sebagi berikut: = 2 × ×+2. ( +2. ) .............................................................................. (1.1)

dengan:

z = tekanan vertikal pada kedalaman z ( kPa ),

Pa = tekanan kontak rerata antara bantalan dengan balas ( kPa ),

z = kedalaman tanah dasar (dalam hal ini sama dengan tebal lapisan balas,

diukur dari bidang kontak antara bantalan dan balas ( m ),

B = lebar bantalan ( m ),

L = panjang bantalan di bawah rel ( m ).

Tekanan vertikal pada permukaan atas tanah dasar dapat juga dihitung dengan

cara yang disampaikan oleh Schramm (1961), yaitu bahwa tekanan vertikal yang

terjadi ditentukan oleh tekanan rerata di bawah dudukan rel (rail seat), panjang

bantalan, lebar rel, jarak antara bantalan, tebal lapisan balas, dan sudut gesek

internal bahan balas, yang diwujudkan dalam persamaan sebagai berikut: = 1,5{3 + }2 ...................................................................................... (1.2)

dengan :

z = tekanan vertikal pada kedalaman z ( kPa ),

Pr = tekanan rerata di bawah dudukan rel ( rail seat) ( kPa ).

L = panjang bantalan ( m ),

g = jarak bantalan ( m ),

B = lebar bantalan ( m ),

z = tebal lapisan balas ( m ),

° ).

Page 36: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

13

Menurut Schramm (1961) sudut gesek internal pada bahan balas berbutir kasar,

berpermukaan kasar dan kering adalah sekitar 40°. Sedangkan pada bahan balas

yang berbutir halus, berpermukaan halus dan basah adalah sekitar 30°.

Berdasarkan pendekatan yang digunakan oleh AREA (1997), tekanan yang terjadi

pada tanah dasar dapat dihitung dengan persamaan:

pc = 16,8pa/h1,25 .............................................................................................. (1.3)

dengan :

pc = tekanan yang terjadi pada tanah dasar ( psi),

pa = tekanan yang didistribusikan oleh bantalan kepada balas (psi),

h = tebal lapisan balas (inches ).

Dari tiga persamaan tersebut di atas terlihat bahwa perancangan tanah dasar

selalu harus dikaitkan dengan perancangan balas yang merupakan lapisan yang

terletak di atasnya. Bahkan Salem dan Hay, 1966 (dalam Bureau of Transport

Economics, 1980), menyatakan bahwa untuk mendapatkan distribusi tekanan yang

lebih seragam pada tanah dasar yang tidak hanya antara bantalan tetapi juga

sepanjang bantalan, dibutuhkan lapisan balas yang lebih tebal, sehingga mampu

mencegah terjadinya penurunan diferensial (differential settlement) yang

berlebih pada tanah dasarnya dan akan mencegah pula terjadinya cekungan

pada tanah dasar di bawah bantalan.

Sesuai dengan fungsi tanah dasar dan melihat letak/kedudukan serta

distribusi beban oleh lapisan di atasnya (balas), maka tanah dasar harus

mempunyai kuat dukung yang cukup. Menurut ketemuan yang digunakan oleh

PT.Kereta Api (persero), kuat dukung tanah dasar (yang dalam hal ini ialah nilai

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

minimum CBR 8% tersebut ialah tanah dasar setebal minimum 30 cm.

2.2.2 Pembebanan pada struktur rel

Gaya yang ditimbulkan oleh kereta api yang melintas di alas jalan rel harus

ditahan oleh struktur jalan rel. Gaya-gaya dimaksud ialah:

Page 37: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

14

1. Gaya vertikal,

2. Gaya horisontal tegak lurus sumbu sepur, dan

3. Gaya horisontal membujur searah sumbu sepur.

Gaya vertikal akan diterima oleh kedua rel, diteruskan kepada balas melalui

perantaraan bantalan dan oleh balas diteruskan kepada tanah dasar berdasarkan

prinsip penyebaran beban. Selanjutnya beban yang diterima oleh tanah dasar ini

akan diteruskan kepada badan jalan rel juga dengan prinsip penyebaran beban.

Dengan demikian maka tekanan spesifik pada badan jalan rel akan menjadi kecil,

sehingga diharapkan tidak melebihi kuat dukung badan jalan relnya. Untuk itu

maka ketebalan balas secara teknis harus mencukupi. Sedangkan gaya horisontal

terutama akan ditahan oleh balas, karena itu maka peletakan bantalan pada balas

harus sedemikian sehingga balas dapat menahan gaya horisontal yang harus

ditahannya.

2.2.2.1. Gaya vertikal

Gaya vertikal berasal dari berat kereta api dan merupakan beban yang paling besar

yang diterima oleh struktur jalan rel. Gaya vertikal ini dapat menyebabkan

terjadinya defleksi vertical. Besar dan asal beban vertikal diuraikan berikut ini.

a. Gaya lokomotif

Lokomotif yang sekarang digunakan PT. Kereta Api persero ialah

lokomotif yang ditumpu oleh 2 bogie. Berdasarkan atas jumlah gandar (satu

gandar terdiri atas 2 roda) pada masing-masing bogie, secara garis besar

lokomotif yang digunakan dapat dikelompokkan atas 2 jenis, yaitu:

Lokomotif BB yang masing-masing bogie terdiri atas 2 gandar, dan

Lokomotif CC yang masing-masing bogie terdiri atas 3 gandar.

Perhitungan beban gandar (axle load) dan beban roda pada lokomotif dapat

dijelaskan sebagai berikut.

lokomotif BB. Jika beban lokomotif (Wlok) = 56 ton, maka:

Gaya pada bogie (Pb) = Wlok/2 = 56/2 ton = 28 ton

Gaya gandar (Pg) = Pb/2 = 28/2 ton = 14 ton

Page 38: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

15

Gaya roda statis (Ps) = Pg/2 = 14/2 ton = 7 ton.

lokomotif CC. Jika beban lokomotif (Wlok) = 84 ton, maka:

Gaya pada bogie (Pb) = Wlok/2 = 84/2 ton = 42 ton,

Gaya gandar (Pg) = Pb/3 = 42/3 ton = 14 ton,

Gaya roda statis (Ps) = Pg/2 = 14/2 ton = 7 ton.

Pada lokomotif CC terdapat 2 kelompok berat, yaitu: Lokomotif CC-201 dan

CC-203, dengan berat 84 ton, sehingga beban gandarnya 14 ton, dan

Lokomotif CC-202 dengan berat 108 ton atau beban gandar 18 ton.

b. Gaya Kereta (Car, Coach)

Kereta dipakai untuk angkutan penumpang. Kereta mempunyai

karakteristik kenyamanan dan kecepatan yang tinggi. Berat kereta (berisi

penumpang) ialah sekitar 40 ton. Kereta ditumpu oleh 2 bogie (Pb=20 ton),

masing-masing bogie terdiri atas 2 gandar, sehingga Pg = 10 ton, dan Ps = 5

ton.

c. Gaya Gerbong (Wagon)

Gerbong digunakan untuk angkutan barang. Prinsip beban ialah sama dengan

lokomotif dan kereta. Satu gerbong dapat tcrdiri atas 2 gandar (tanpa bogie)

atau 4 gandar (dengan bogie).

d. Faktor dinamis

Akibat dari beban dinamik kendaraan jalan rel, maka timbul faktor dinamik.

Untuk mentransformasi gaya statis ke gaya dinamis digunakan faktor dinamis

sebagai berikut:

Ip = l +0.01 (V/1,609-5)

dengan: Ip : faktor dinamis,

V : kecepatan kereta api ( km/jam ).

Selanjutnya gaya dinamis dapat dihitung sebagai berikut:

Pd = Ps x Ip

dengan: Pd : gaya dinamis (ton ),

Ps : gaya statis (ton),

Ip : faktor dinamis.

Page 39: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

16

2.2.2.2. Gaya horisontal tegak lurus sumbu sepur

Gaya ini disebabkan oleh "snake motion" kereta api, gaya angin yang bekerja

pada kereta api (sisi kanan/kiri) dan gaya sentrifugal sewaktu kereta api melintasi

tikungan.

2.2.2.3. Gaya horisontal membujur searah sumbu sepur

Gaya ini disebabkan oleh gaya akibat pengereman, gesekan antara roda kereta api

dengan kepala rel, gaya akibat kembang susut rel dan gaya berat jika jalan rel

berupa tanjakan/penurunan.

2.2.3 Metode Elemen Hingga

2.2.3.1. Langkah-Langkah dalam Metode Elemen Hingga

Prinsip dasar dari Metode Elemen Hingga adalah diskretisasi yaitu prosedur

dimana problem kompleks yang besar dibagi-bagi 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 2.5). 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, untuk 2D

digunakan elemen segitiga dan segiempat (quadrilateral), sedangkan untuk

3D digunakan tetrahedra dan hexahedra.

Page 40: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

17

Gambar 2. 5 Diskretisasi

2. Pemilihan fungsi aproximasi

Langkah ini digunakan untuk menentukan perpindahan setiap elemen

menggunakan polynomial berderajat n. Semakin tinggi n, semakin tinggi

ketelitiannya. Perpindahan sutu node dituliskan sebagai

{u} = [N] {q}

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}

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

4. Assembling properti elemen ke persamaan global

Persamaan-persamaan eleman pada langkah 3 dikombinasi sehingga

menghasilkan stiffness relation untuk seluruh elemen. Langkah ini dibuat

untuk mendapatkan kompatibilitas displacement setiap node.

Stiffness relation ditulis :

[K] {r} = {R}

Dimana

[K] = global stiffness matriks

{r} = global nodal displacement vector

{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

node

eleme

nodal

Page 41: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

18

sekunder (regangan, tegangan, momen, dan geser), dengan menggunakan

rumus tambahan:

}

2.2.3.2. Model Material dalam Metode Elemen Hingga

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 adalah

Isotropic Elasticity ( ), 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), Jointed Rock (JR).

Model material tanah yang dipakai untuk verifikasi data di antaranya, yaitu model

tanah Isotropic Elasticity ( ) dan Mohr-Coulomb atau Elastic-Plastic

(MC).

Gambar 2. 6 Contoh model-model elastic linear dan elastic plastic

Elastic-Nonlinier

Load

Unload

Elastic-Linier

Load

Unload

Page 42: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

19

Masing-masing modal di atas memiliki parameter tersendiri serta memiliki

kelebihan dan kekurangan. Keakuratan permodelan menggunakan metode elemen

hingga sangat tergantung pada :

1. Keahlian memodelkan

2. Pemahaman terhadap model serta keterbatasannya

3. Pemilihan parameter dan model material tanah

4. Kemampuan menilai hasil komputasi

2.2.4 PLAXIS

PLAXIS adaiah program elemen hingga untuk aplikasi geoteknik dimana

digunakan model-model tanah untuk melakukan simulasi terhadap perilaku dari

tanah. Program PLAXIS dan model-model tanah didalamnya telah dikembangkan

dengan seksama. Walaupun pengujian dan validasi telah banyak dilakukan, tetap

tidak dapat dijamin bahwa program PLAXIS bebas dari kesalahan. Simulasi

permasalahan geoteknik dengan menggunakan metode elemen hingga sendiri

telah secara implisit melibatkan kesalahan pemodelan dan kesalahan numerik

yang tidak dapat dihindarkan. Akurasi dari keadaan sebenarnya yang

diperkirakan sangat bergantung pada keahlian dari pengguna terhadap pemodelan

permasalahan, pemahamanan terhadap model-model tanah serta keterbatasannya,

penentuan parameter-parameter model, dan kemampuan untuk melakukan

interpretasi dari hasil komputasi.

2.2.4.1. Pengaturan Umum (General Setting)

PLAXIS versi 8.2 dapat digunakan untuk melakukan analisis elemen berupa Plain

strain maupun axi-simetry. Model Plain strain digunakan untuk model geometri

dengan penampang melintang kurang lebih seragam dengan kondisi tegangan dan

kondisi pembebanan yang cukup panjang dalam arah tegak lurus terhadap

penampang tersebut. Model axi-simetry digunakan untuk struktur berbentuk

lingkaran dengan penampang radial yang kurang lebih seragam dengan kondisi

pembebanan mengelilingi sumbu aksial.

Page 43: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

20

2.2.4.2. Kontur Geometri (Geometri Contour)

Pembuatan sebuah model elemen hingga dimulai dengan pembuatan geometri dari

model, yang merupakan representasi dari masalah yang akan dianalisis. Sebuah

model geometri terdiri dari titik-titik, garis-garis dan klaster-klaster.

Input dasar dari pembuatan model geometri adalah geometry line.

Geometry line dapat dipilih melalui simbol yang muncul atau melalui

sub menu geometry.

Pelat adalah struktur tipis di tanah dengan kekakuan tertentu. Pada

model geometri pelat tampak sebagai garis vertikal biru. Pelat dapat

dipilih melalui simbol yang muncul atau melalui sub menu geometry.

Geogrid adalah struktur tipis di tanah dengan kekakuan tertentu. Pada

model geometri geogrid tampak sebagai garis horizontal kuning.

Geogrid dapat dipilih melalui simbol yang muncul atau melalui sub

menu geometry.

Model pembebanan pada analisis ini adalah beban titik dalam gaya per

panjang (kN/m).

2.2.4.3. Kondisi Batas (Boundary Conditions)

Kondisi standard fixities yang terdapat pada PLAXIS dapat digunakan

dengan cepat dan mudah untuk berbagai aplikasi praktis yang sering

dijumpai. Secara otomatis, maka di samping kanan dan kiri luasan akan

muncul garis sejajar yang menandakan kemungkinan pergerakan

vertikal saja. Sedangkan untuk bagian bawah, muncul garis sejajar yang

bersilangan yang menandakan bahwa tidak ada pergerakan baik

horizontal maupun vertikal.

Page 44: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

21

2.2.4.4. Set Data Material (Material Data Sets )

Model material pada tanah yang umum digunakan adalah Mohr-

Coulomb karena model ini relatif sederhana dengan material input yang

hampir sama dengan metode keseimbangan batas, selain itu model

material Mohr Coulomb juga paling banyak dikenal. Tipe material

dipilih undrained karena tanah yang dijadikan model adalah tanah yang

memiliki nilai permeabilitas sangat kecil, sehingga dianggap tidak

terjadi aliran air.

2.2.4.5. Pembuatan Jaring-Jaring Elemen (Mesh Generations)

Setelah model geometri sudah ditentukan dan material sudah

dimasukkan ke semua cluster dan struktur, geometri harus dibagi

menjadi finite element dengan tujuan menampilkan perhitungan finite

element. PLAXIS memberikan fasilitas automesh yang dapat dipilih

melalui melalui simbol yang muncul atau melalui sub menu mesh.

2.2.4.6. Kondisi Awal (Initial Conditions)

Setelah model geometri sudah dibuat dan elemen mesh

sudah ditentukan, kondisi awal dari tanah harus ditentukan.

Ada dua pilihan kondisi awal pada PLAXIS, yaitu kondisi

awal dengan tekanan air dan kondisi awal tanpa tekanan air.

Dalam analisis ini muka air tanah dianggap jauh di bawah

dasar model sehingga tekanan air tidak diperhitungkan.

Maka kondisi awal tanpa tekanan air yang kita pilih.

Dengan memilih bagian kanan dari dua pilihan initial

condition.

Icon di samping digunakan untuk menentukan tegangan

awal dari tanah. Setelah kita pilih simbol di samping maka

akan tampil jendela prosedur K0

Page 45: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

22

2.2.4.7. Perhitungan (Calculations)

Pada jendela calculations tipe perhitungan yang dipilih adalah

tipe plastic, karena tujuan dari analisis ini adalah untuk

menghasilkan perpindahan secara elastik-plastik.

Langkah selanjutnya adalah penentuan titik acuan perhitungan.

Dengan memilih simbol select point for curve, kemudian akan

muncul jendela baru berupa geometri setelah itu titik acuan

kita letakkan pada bagian tengah pondasi.

Setelah penentuan titik acuan, pemilihan simbol update akan

menutup jendela pemilihan titik acuan dan akan kembali ke

jendela perhitungan.

Dengan pemilihan simbol calculate maka proses perhitungan

dimulai.

2.2.4.8. Keluaran (Output)

Setelah proses perhitungan, maka simbol calculate otomatis

berganti dengan simbol output. Dengan memilih simbol output,

akan muncul jendela output berupa deformed mesh.

Untuk memunculkan kurva beban-perpindahan, dipilih simbol

curves yang akan memunculkan jendela baru untuk memilih

kurva yang akan ditampilkan.

Page 46: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

METODOLOGI PENELITIAN

TUGAS AKHIR

PENURUNAN STRUKTUR REL KERETA API DI ATAS TANAH LUNAK

DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

Page 47: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

23

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Pendahuluan

Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan penurunan struktur rel dan

subgrade pada tanah lunak tanpa perkuatan geosintetik dibandingkan dengan

perkuatan geosintetik. Pengujian pendahuluan dilakukan terhadap tanah lunak

sebagai subgrade untuk mengetahui nilai parameter tanah subgrade tersebut.

Setelah pengujian pendahuluan dilakukan kemudian model struktur rel dibuat

didalam kotak berukuran 1m x 1m x 0,6m. Model rel dibatasi hanya sepanjang

satu bagian ruas rel diantara sambungan dan telah direduksi dari ukuran aslinya.

Pengujian dilakukan terhadap struktur rel dengan pemberian beban berulang

(repetisi) untuk menggambarkan beban kereta api yang berkali-kali membebani

struktur rel tersebut. Pada saat pengujian dilakukan pengamatan terhadap perilaku

struktur rel yang meliputi besar penurunan struktur rel dan subgrade saat

menerima beban dan kenaikan yang terjadi saat beban itu dihilangkan.

Pengamatan dilakukan sesuai jumlah repetisi beban yang diberikan pada struktur

rel tersebut. Pengamatan lain yang dilakukan adalah mengenai letak/posisi

penurunan yang terjadi.

Pengujian pertama dilakukan terhadap struktur rel diatas tanah pasir sebagai

gambaran perilaku struktur rel diatas subgrade yang kuat. Pengujian kedua

dilakukan terhadap struktur rel diatas tanah lunak tanpa perkuatan .Pengujian

ketiga dilakukan seperti pengujian kedua dengan perbedaan pada perkuatan

struktur rel menggunakan geosintetik. Selanjutnya digunakan program PLAXIS

sebagai analisa pembanding terhadap tiga pengujian model yang telah dilakukan

Program PLAXIS menggunakan nilai parameter tanah secara lengkap sebagai

input datanya, sehingga diperlukan data uji pendahuluan. Dalam program ini

dihitung besarnya penurunan struktur rel dan subgrade akibat repetisi beban dan

Page 48: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

24

letak/posisi penurunan yang terjadi pada struktur rel. Dari percobaan terhadap

kedua model struktur rel dan analisanya dengan program PLAXIS diharapkan

penurunan struktur rel di lapangan akibat menerima beban kereta api yang terus

menerus dapat diketahui.

3.2 Pengumpulan Data

Penelitian ini menggunakan data-data antara lain:

1. Data primer

Data-data yang dikumpulkan terdiri atas data indeks properti tanah,

parameter geser tanah, dan data pengujian utama berupa nilai

penurunan dan kapasitas dukung geosintetik. Untuk mengatahui nilai-

nilai tersebut terlebih dahulu dilakukan pengujian terhadap tanah

subgrade dimana dalam hal ini adalah tanah lunak.

Setelah semua pengujian tersebut dilaksanakan, kemudian selakukan

pengujian untuk mencari nilai penurunan pada struktur rel dan pada

tanah dasar.

2. Data sekunder

Data sekunder meliputi data mengenai ukuran struktur rel, panjang satu

bagian rel, bantalan, jarak antar bantalan, ketebalan balas dan lebar

sepur yang nantinya akan dibuat permodelan. Data ini didapatkan dari

literatur yang ada dan juga dari pengamatan langsung dilapangan.

3.3 Alat dan Bahan

3.3.1 Alat

Alat-alat uji pembebanan yang terdiri dari :

1. Satu unit box uji 3 dimensi

Box uji ini berukuran panjang 100 cm; lebar 100 cm dan tinggi 60 cm.

Gambar berikut ini menunjukkan box uji 3 dimensi.

Page 49: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

25

Gambar 3. 1 Satu unit box uji 3 dimensi

Gambar 3. 2 Sketsa tampak atas alat model 3 dimensi (Subekti, 2009)

Page 50: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

26

Gambar 3. 3 Sketsa potongan A-A alat model 3 dimensi (Subekti, 2009)

Gambar 3. 4 Sketsa potongan B-B alat model 3 dimensi (Subekti, 2009)

2. Geosintetik

Model geosintetik yang digunakan dalam penelitian merupakan bahan

yang terbuat dari kain anyam bekas karung pupuk. Pemilihan bahan

didasarkan pada kemiripan sifat dengan salah satu produk geosintetik yaitu

geosintetik yang terbuat dari bahan polymer polypropylene. Gambar

berikut menunjukkan model geosintetik yang digunakan.

Page 51: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

27

Gambar 3. 5 Model geosintetik

Gambar 3. 6 Sketsa penempatan lembar model geosintetik dalam pengujian

3. Dial gauge

Alat ini digunakan untuk mengetahui besarnya deformasi permukaan tanah

pada saat uji pembebanan. Dial gauge yang digunakan berjumlah 10 buah

(kanan dan kiri) dengan ketelitian 0,01 mm (Gambar 3.7).

Gambar 3. 7 Dial gauge

Page 52: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

28

4. Nivo

Alat ini digunakan untuk mengukur permukaan bantalan maupun rel

terhadap tanah agar benar-benar rata secara horizontal.

Gambar 3. 8 Nivo

5. Alat Pembebanan (Slotted Weights)

Alat pembebanan yang digunakan dalam pengujian utama dalam penelitian

ialah berupa 10 unit besi coak yang masing-masing bobotnya sebesar 8

Kg.

Gambar 3. 9 Slotted Weights

6. Alat Pendukung

Satu unit alat pembebanan dan alat pendukung lainnya, seperti palu,

obeng, pemadat tanah, penggaris , tempat air dan tempat pencampur tanah

Page 53: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

29

3.3.2 Bahan

1. Tanah

Tanah yang digunakan sebagai media uji pada penelitian ini merupakan

tanah lunak yang diambil dari daerah Sumberlawang, Kabupaten

Purwodadi, 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

4. Besi Rel

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

masing-masing panjangnya 90 cm.

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 sesuai ukuran yang telah ditentukan.

3.4 Metode Penelitian

3.4.1 Penyiapan Benda Uji

Benda uji terbuat dari lembaran kain anyam ex karung pupuk yang

dianalogikan sebagai geosintetik yang umumya terbuat dari polymer

polypropylene.

Page 54: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

30

Gambar 3. 10 Aplikasi geosintetik untuk jalan rel (Rankilor, 1981)

Benda uji menggunakan ukuran 51 cm x 100 cm, sesuai dengan luasan alas

ballast. Benda uji tersebut akan dipasang di bawah batuan ballast dan tepat di

atas tanah dasar.

3.4.2 Penyiapan Media Tanah

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 penelitian ini rasio yang didapatkan saat kadar air optimum ialah

360 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.

Page 55: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

31

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 ditunjukkan

pada gambar .

Gambar 3. 11 Penjemuran tanah di bawah sinar matahari

Menghancurkan tanah dengan soil crusher (Gambar 3.12).

Gambar 3. 12 Penghancuran tanah dengan soil crusher

Page 56: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

32

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

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

dengan 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

Page 57: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

33

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 5 kg

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

uji, kemudian melakukan pemadatan.

Memasukkan tanah hingga penuh, kemudian dilakukan pemadatan.

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

(Gambar 3.15)

Gambar 3. 16 Pengujian kepadatan tanah dengan alat CBR

Page 58: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

34

3.4.3 Persiapan Peralatan Pengujian

Alat pengujian terdiri dari statif dan alat pembebanan aksial. Cara

pembebanan alat dijelaskan sebagai berikut :

a. Alat uji dibuat dalam bak uji berukuran 100 x 100 x 60 cm.

b. Pembebanan kereta api terhadap badan rel bertumpu pada bogie kereta api.

Tiap bogie pada umumnya terdapat 2 gandar (depan dan belakang) dan

setiap gandar terdapat dua roda (kanan dan kiri). Oleh sebab itu,

pendekatan pembebanan pada model uji ini dapat dilihat pada gambar

3.17.

Gambar 3. 17 Sketsa konstruksi dan pembebanan pada rel kereta api dalam suatu model uji

c. Struktur rel kereta api dibuat dengan skala tereduksi (small size) dari

kondisi aslinya.

Page 59: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

35

Tabel 3. 1 Perbandingan dimensi struktur rel kereta api dalam skala asli dengan skala terduksi pada suatu model uji

No Faktor Skala Asli

Skala Tereduksi

(mm) (mm) 1 Lebar sepur 1200 120

2

Bantalan kayu Panjang 2100 210 Lebar 200 20 Tinggi 140 14

Jarak antar bantalan 600 60

3

Balas Atas Lebar Atas 2800 280*

Lebar Bawah 4200 510* Tebal 390 54*

4

Balas Bawah Lebar Atas 4800 -

Lebar Bawah 6000 - Tebal 150 -

5 Jarak antar roda

2200 220 (depan dan belakang)

d. Balas berupa kerikil / batu pecah yang keras dan tidak mudah pecah, serta

berdiameter antara 28 50 mm. Sedangkan rel kereta api terbuat dari besi

siku. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.18

Gambar 3. 18 Potongan melintang struktur rel kereta api skala tereduksi

e. Beban aksial yang akan diberikan berupa lempengan besi yang dicoak

(Slotted Weights). Beban beserta perlengkapan lainnya dapat dilihat pada

Gambar 3.19 dan Gambar 3.20.

Page 60: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

36

Gambar 3. 19 Set Up Pembebanan pada Media Pasir

Gambar 3. 20 Set Up Pembebanan pada Media Pasir dan Lempung dengan Perkuatan Geosintetik

Page 61: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

37

3.4.4 Pengujian Pembebanan Model

Pengujian pembebanan dilakukan untuk mengetahui penurunan model

sistem rel kereta api skala tereduksi. Pekerjaan yang dilakukan pada tahap

pengujian ini meliputi :

Melakukan pembebanan dengan metode beban tertahan (maintained

load) sesuai ASTM D1143-57T dalam Hardiyatmo (2010).

Metode ini dilakukan secara bertahap. Beban awal yang akan diberikan

adalah 16 kg dan menerus dari ujung ke ujung rel per jarak 22,5 cm.

Setelah bacaan berhenti (stabil), kemudian dilakukan pembacaan

penurunan pada dial., penambahan beban selanjutnya dengan kelipatan

16 kg hingga maksimal 80 kg dapat diterapkan. (Gambar 3.21 dan

gambar 3.22)

Gambar 3. 21 Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api

Gambar 3. 22 Rangkaian tereduksi struktur rel kereta api

Page 62: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

38

3.4.5 Pelaksanaan Pengujian dan Pengambilan Data

Pengambilan data dilakukan dengan membaca dial gauge yang

dipasang merata pada masing-masing sisi rel sebanyak 5 buah.

Pembacaan dilakukan apabila dial gauge sudah tidak mengalami

pergerakan lagi (kondisi stabil).

Data yang diambil berupa bacaan dial gauge

Beban (kg)

Gambar 3. 23 Grafik hubungan besar penurunan pada saat beban ultimit

3.4.6 Pembahasan menggunakan Program PLAXIS.

Membuat model pada software PLAXIS

Menganalisis model yang sudah dibuat dan mencari data hubungan

tegangan-perpindahan model tanah

Membandingkan hasil data output software PLAXIS dengan hasil uji

3.4.7 Menganalisis hasil perbandingan data dari model uji dan software

PLAXIS.

Mengambil kesimpulan dari hasil analisis tersebut.

Penurunan (mm)

Page 63: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

39

3.5 Simulasi Struktur Rel Kereta Api dengan PLAXIS 8.2

3.5.1 Tahapan Memulai Program

Tahapan memulai program pada PLAXIS 8.2 ditandai dengan tampilan

Splash Screen PLAXIS 8.2 Input. Tampilan Splash Screen terdapat pada

Gambar 3.24.

Gambar 3. 24 Splash Screen PLAXIS 8.2

3.5.1 Pengaturan Umum (General Setting)

Langkah-langkah yang akan ditampilkan memakai contoh simulasi

pembebanan struktur rel kereta api pada tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik.

Pada tab project, dimasukkan input sebagai berikut:

Title

Comments ballast,

Model : plane-strain

Elements : 15-Node

Pada tab dimensions, dimasukkan input sebagai berikut:

Units : meter, kN dan day

Geometri dimension : right =1 m; top=1 m

Spacing : 0.025 m

interval : 1

Page 64: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

40

a. Project

b. Dimensions

Gambar 3. 25 General Settings: (a) Project (b) Dimensions

3.5.2 Kontur Geometri (Geometri Contour)

Pada tahap ini, proses yang dilakukan adalah pembuatan luasan model

geometri, pelat rel, pelat box uji, geogrid dan pembebanan pada pelat rel.

Permodelan tersebut dibuat dengan ketentuan sebagai berikut:

a. Model dibuat dengan luasan 1 x 0.6 m dengan anggapan bahwa

bidang geser yang akan dihasilkan oleh pondasi dapat ditampilkan dan

tidak terpotong oleh batas geometri.

Page 65: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

41

b. Pelat diasumsikan sebagai rel kereta api yang menerima beban dari

struktur, juga box uji yang melindungi tanah dari keruntuhan.

c. Geogrid diasumsikan sebagai geosintetik yang menerima beban dari

struktur diatasnya.

d. Beban titik diberikan diatas pelat, dengan satuan gaya per panjang

(kN/m).

e. Digunakan standard fixities.

Gambar 3. 26 Permodelan struktur rel kereta api

3.5.3 Set Data Material (Material Data Sets)

a. Jenis tanah yang digunakan adalah tanah pasir, tanah lunak dan

ballast. Pada ketiga jenis tanah tersebut, berlaku ketentuan sebagai

berikut:

Material model : Mohr-Coulomb.

Material type : undrained.

Data lainnya adalah data parameter tanah yang diisikan sesuai dengan

Tabel 4.1 dan Tabel 4.2. Input data material tanah dapat dilihat pada

gambar 3.27.

Page 66: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

42

b. Jenis pelat yang digunakan adalah rel dan box uji. Parameter input

diberikan sesuai pada data standar untuk pondasi yang kaku (rigid).

Input data untuk pelat dapat dilihat pada Gambar 3.28 berikut ini.

c. Material geosintetik dimodelkan dengan geogrid. Proses pemasukan

data untuk geogrid dapat dilihat pada Gambar 3.29 berikut ini.

a. General

b. Parameters

Gambar 3. 27 Set Data Material Tanah: (a) General (b) Parameters

Page 67: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

43

Gambar 3. 28 Set Data Material Pelat

Gambar 3. 29 Set Data Material Geogrid

3.5.5. Pembuatan Jaring-Jaring Elemen (Mesh Generations)

Gambar tampilan PLAXIS setelah diterapkan automesh pada model

geometri dapat dilihat pada gambar 3.30.

Page 68: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

44

Gambar 3. 30 Jaring-Jaring Elemen

3.5.6. Kondisi Awal (Initial Conditions )

Karena struktur rel terletak jauh diatas permukaan air tanah, maka

perhitungan tidak menyertakan tekanan akibat air tanah. Kondisi awal

tanpa tekanan air yang kita pilih, yaitu pada bagian kanan dari dua pilihan

initial condition.

Berat isi dari air kita tentukan 10 kN/m3 yang merupakan nilai standar.

Tampilan penentuan berat volume dari air dapat dilihat pada Gambar

3.31.

Gambar 3. 31 Penentuan Berat Volume dari Air

Berikutnya menampilkan jendela K0-procedure dengan memilih icon

Generate Initial Stress

Page 69: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

45

Gambar 3. 32 Tampilan K0-procedure

Parameter ini adalah proporsi dari gravitasi yang bekerja. Nilai standar 1.0

ditentukan, dengan maksud bahwa berat tanah total diaktifkan.

Pada kolom pertama adalah nomer cluster, kolom kedua adalah model

material yang digunakan pada cluster, pada kolom ketiga dan keempat

adalah tampilan dari overconsolidation ratio (OCR) dan pre-overburden

pressure (POP). OCR dan POP pada anlisis Mohr-Coulomb tidak ada

karena hanya dapat digunakan pada model material Soft Soil (Creep) dan

Hardening Soil. Kolom kelima adalah nilai dari K0.

Setelah dipilih OK pada prosedur K0 maka tampil jendela baru yang

menampilkan kondisi tekanan awal pada tanah. Gambar tampilan tekanan

awal pada tanah dapat dilihat pada gambar 3.33.

Page 70: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

46

Gambar 3. 33 Tekanan Awal Tanah

Setelah dipilih icon update maka tekanan awal tanah diterapkan dan

jendela kembali ke input.

3.5.7. Perhitungan (Calculations)

Dengan memilih icon calculate maka kita akan masuk ke proses

perhitungan.

Pada jendela calculations tipe perhitungan yang dipilih adalah tipe plastic,

karena tujuan dari analisis ini adalah untuk menghasilkan perpindahan

secara elastik-plastik. Gambar 3.34 menjelaskan tentang fase dan tipe

perhitungan serta parameter perhitungan.

Page 71: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

47

a. Umum

b. Parameter

Gambar 3. 34 Perhitungan : (a) Umum (b) Parameter

Pada jendela parameter kita menggunakan langkah perhitungan

sebanyak 250 sesuai dengan standar PLAXIS. Pembebanan dilakukan

dengan staged construction. Dengan memilih tombol define pada

loading input akan terbuka jendela baru yang bertujuan untuk

mengaktifkan material dan beban yang diberikan. Dengan memilih

Page 72: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

48

pelat rel, akan muncul jendela baru yang berisi plate dan loading.

Untuk mengaktifkan pondasi dan beban maka pilih keduanya sehingga

muncul check list. Kemudian memasukkan beban dengan cara memilih

tombol change pada point load system A dengan memberikan nilai -

1,905 pada sumbu y untuk kedua sisi. Gambar 3.35 menjelaskan

tentang pengaktifan material dan pemberian beban pada pelat.

Gambar 3. 35 Pengaktifan Material dan Pemberian Beban

Langkah selanjutnya adalah penentuan titik acuan perhitungan. Dengan

memilih simbol select point for curve, kemudian akan muncul jendela

baru berupa geometri. Selanjutnya titik acuan kita letakkan pada bagian

ujung pelat. Gambar penentuan titik acuan dapat dilihat pada gambar

3.36.

Page 73: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

49

Gambar 3. 36 Penentuan Titik Acuan

Setelah penentuan titik acuan, pemilihan simbol update akan menutup jendela

pemilihan titik acuan dan akan kembali ke jendela perhitungan.

Dengan pemilihan simbol calculate maka proses perhitungan dimulai. Proses

perhitungan dapat dilihat pada gambar 3.37.

Gambar 3. 37 Proses Perhitungan

Page 74: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

50

3.5.8. Keluaran (Output)

Setelah proses perhitungan, maka simbol calculate otomatis berganti

dengan simbol output. Dengan memilih simbol output, akan muncul

jendela output berupa deformed mesh. Gambar deformed mesh dapat

dilihat pada gambar 3.38.

Gambar 3. 38 Deformed Mesh

Untuk memunculkan kurva beban-perpindahan, dipilih simbol curves

yang akan memunculkan jendela baru menampilkan kurva. Selanjutnya

dipilih new curves lalu ditentukan lokasi tempat file disimpan. Setelah

pemilihan lokasi dilakukan, muncul pilihan untuk menentukan jenis

kurva. Untuk sumbu y dipilih displacement dan untuk sumbu x dipilih

multiplier, lalu pilih OK untuk menampilkan kurva. Gambar 3.39

menampilkan proses pembuatan kurva.

Page 75: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

51

a. Penentuan jenis kurva

b. Kurva beban-perpindahan

Gambar 3. 39 Proses Pembuatan Kurva : (a) Penentuan Jenis Kurva (b) Kurva beban-perpindahan

Page 76: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

52

3.6 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3. 40 Diagram Alir Penelitian

MULAI

DESK STUDY LIITERATUR

PERSIAPAN ALAT dan BAHAN Kotak Pengujian

Permodelan Struktur Rel Kereta Api Alat Pembebanan (dial gauge, slotted weights, dan plat penyangga)

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

UJI PEMBEBANAN AXIAL (Pada Tanah Lunak)

UJI PEMBEBANAN AXIAL (Dengan geosintetik pada Tanah Lunak)

OLAH DATA

VALIDASI MODEL DENGAN PLAXIS

VERIFIKASI DATA

ANALISIS PERILAKU STRUKTUR REL DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

KESIMPULAN DAN SARAN

SELESAI

Page 77: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

TUGAS AKHIR

PENURUNAN STRUKTUR REL KERETA API DI ATAS TANAH LUNAK

DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

Page 78: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

53

BAB 4

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Model Tereduksi Struktur Rel Kereta Api

4.1.1 Kriteria Perancangan

Parameter-parameter dimensi untuk model struktur rel kereta api yang dibahas

pada bab sebelumnya merupakan model sederhana struktur rel kereta api yang

digunakan pada penelitian ini. Model ini akan diuji didalam kotak uji berukuran

100cm x 100cm x 60cm, dengan variasi kondisi tanah baik (pasir), kondisi tanah

lunak, dan kondisi tanah lunak dengan perkuatan geosintetik. Penelitian ini

mengamati penurunan yang terjadi pada model struktur rel pada tiga variasi

kondisi tersebut.

Pembebanan dilakukan sebanyak tiga kali perulangan pada empat bidang

pembebanan (bidang A hingga bidang D) dan selanjutnya diamati penurunan pada

lima dial (titik 1 hingga titik 5) yang masing-masing titik berjarak 22,5 cm. Sketsa

posisi titik dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4. 1 Sketsa tampak atas posisi bidang pembebanan dan dial gauge.

Tahap selanjutnya adalah melakukan simulasi model struktur rel kereta api

dengan menggunakan program PLAXIS 8.2. Simulasi dengan menggunakan

program ini memerlukan data parameter tanah secara lengkap, sehingga perlu

Page 79: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

54

dilakukan uji pendahuluan terhadap tanah pasir dan tanah lunak yang digunakan

dalam permodelan ini.

4.1.2 Pengujian Pendahuluan

Uji pendahuluan dilakukan untuk mengetahui nilai parameter tanah secara

lengkap baik terhadap tanah pasir maupun terhadap tanah lunak.

4.1.2.1. Hasil uji tanah pasir

Dari pengujian terhadap tanah pasir, didapatkan hasil sebagai berikut:

Tabel 4. 1 Pengujian tanah pasir No Jenis Pengujian Tanah Pasir

1 Moisture content 24,45%

2 Bulk Density 1,806 gram/cm3

3 Spesific Gravity 2,67

4

Grain size

tanah kerikil = 0,00%

tanah pasir = 61,77%

tanah lanau-lempung = 38,23%

5 Atterberg limits Non-plastis

6 Direct Shear

c = 0,123 kg/cm2

7 Unconfined compression -

4.1.2.2. Hasil uji tanah lunak

Dari pengujian terhadap tanah lunak, didapatkan hasil sebagai berikut:

Tabel 4. 2 Pengujian tanah lunak No Parameter Uji Hasil

1 Moisture content 55,14%

2 Bulk Density 1,642 gram/cm3

3 Spesific Gravity 2,65

Page 80: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

55

Tabel 4. 2 (lanjutan) No Parameter Uji Hasil

4

Grain size

tanah kerikil = 0,03%

tanah pasir = 2,82%

tanah lanau-lempung = 97,15%

5

Atterberg limits

batas cair = 78,03%

batas plastis = 38,57%

indeks plastis (PI) = 39,46%

6 Direct Shear

c = 0,199 kg/cm2

8,53°

7 Unconfined compression 14,525 kPa

Berdasarkan hasil pengujian parameter tanah, tanah yang digunakan dalam

penelitian ini merupakan tanah lunak dengan spesifikasi sebagai berikut :

a. Moisture content =

b. Plasticity index = 39,46% (Sesuai, karena > 20%)

c. Unconfined compression = 14,525 kPa (Sesuai, karena < 25 kPa)

4.1.3 Penurunan pada Model Struktur Rel dengan Variasi Kondisi

Subgrade Dibawahnya

Penurunan pada model struktur rel terjadi akibat repetisi beban yang diberikan

terhadap struktur rel tersebut. Pembebanan dilakukan pada 4 bidang, dengan

masing masing bidang menerima lima variasi beban yaitu 16 kg, 32 kg, 48 kg, 64

kg dan 80 kg. Selanjutnya dilakukan repetisi sebanyak tiga kali untuk masing-

masing beban yang diberikan.

Pada saat pembebanan diberikan, jarum dial akan bergerak sesuai dengan

perubahan elevasi yang terjadi pada tiap titik pengamatan tersebut. Jarum tersebut

akan terus bergerak hingga mencapai angka tertentu. Pembacaan dial dilakukan

ketika jarum dial sudah stabil dan tidak mengalami perubahan lagi.

Hasil yang ditampilkan pada grafik penurunan merupakan hasil rata-rata dari

penurunan yang terbaca pada dial sebelah kanan dan dial sebelah kiri struktur rel.

Page 81: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

56

Hasil penurunan masing-masing sisi struktur rel akan ditampilkan secara lengkap

pada Lampiran B.

4.1.3.1. Pembebanan pada bidang A

Hasil pengamatan terhadap penurunan akibat pembebanan pada bidang A

selanjutnya disajikan pada Tabel 4.3 dimana nilai pada tabel tersebut merupakan

hasil bacaan pada dial.

Tabel 4. 3 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade Titik pengamatan

1 (0 cm)

2 (22,5 cm)

3 (45 cm)

4 (67,5 cm)

5 (90 cm)

Tanah lunak -28,45 -12,47 -0,23 1,17 3,32 16 Tanah lunak+geosintetik -19,65 -11,28 -1,05 0,90 1,08 Tanah pasir -14,65 -10,93 -4,78 -0,12 0,58 Tanah lunak -55,08 -22,25 -4,70 4,67 6,95

32 Tanah lunak+geosintetik -45,08 -22,70 -1,85 3,13 4,52 Tanah pasir -42,50 -23,17 -10,63 -2,43 1,47 Tanah lunak -71,42 -29,33 -7,17 5,61 7,97

48 Tanah lunak+geosintetik -58,53 -31,00 -3,32 5,27 9,98 Tanah pasir -60,25 -32,37 -11,22 0,08 2,80 Tanah lunak -76,48 -42,83 -7,75 14,42 12,67

64 Tanah lunak+geosintetik -71,33 -38,20 -4,33 8,73 18,68 Tanah pasir -61,83 -29,75 -12,60 -0,22 2,20 Tanah lunak -108,28 -46,75 -5,30 18,00 39,23

80 Tanah lunak+geosintetik -85,23 -51,53 -1,00 28,02 52,80 Tanah pasir -71,95 -35,45 -17,58 1,00 2,98

Hasil pengamatan pada Tabel 4.3 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar

akibat pembebanan pada bidang A terjadi pada titik pengamatan 1 untuk setiap

jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis

subgrade tanah lunak (1,0828 mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel

disajikan dalam Gambar 4.2.

Page 82: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

57

Gambar 4. 2 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan A.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

an (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

64 Kg

48 Kg

16 Kg

32 Kg

80 Kg

Page 83: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

58

Gambar 4.2 menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada berbagai

kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan A.

Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku

yang bisa diamati tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar terdapat pada titik pengamatan 1.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak,

berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik. Penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade

tanah pasir.

c. Pada titik 4 dan titik 5 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada

kedua titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan

elevasi yang jelas tampak pada jenis subgrade tanah lunak dan tanah lunak

dengan perkuatan geosintetik, sedangkan pada subgrade tanah pasir

peningkatan elevasi yang terjadi relatif kecil.

4.1.3.2. Pembebanan pada bidang B

Hasil pengamatan terhadap penurunan akibat pembebanan pada bidang B

disajikan pada Tabel 4.4 dimana nilai pada tabel tersebut merupakan hasil bacaan

pada dial.

Tabel 4. 4 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm).

Beban (kg) Kondisi Subgrade

Titik pengamatan 1

(0 cm) 2

(22,5 cm) 3

(45 cm) 4

(67,5 cm) 5

(90 cm) Tanah lunak -2,33 -14,62 -13,50 -4,28 3,27

16 Tanah lunak+geosintetik 2,13 -13,37 -11,92 -3,00 1,50

Tanah pasir -2,37 -12,30 -10,10 -5,02 1,43

Tanah lunak -9,13 -29,45 -22,64 -5,58 9,35

32 Tanah lunak+geosintetik -0,75 -26,12 -19,25 -5,25 9,92

Tanah pasir -3,77 -24,77 -20,17 -2,58 3,58

Tanah lunak -9,42 -38,08 -32,58 -7,12 13,63

48 Tanah lunak+geosintetik -7,22 -35,28 -25,25 -8,00 16,63

Tanah pasir -5,50 -34,72 -30,75 -7,47 5,68

Page 84: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

59

Tabel 4.4 (lanjutan)

Beban (kg) Kondisi Subgrade

Titik pengamatan 1

(0 cm) 2

(22,5 cm) 3

(45 cm) 4

(67,5 cm) 5

(90 cm) Tanah lunak -23,08 -61,03 -33,58 -7,25 22,88

64 Tanah lunak+geosintetik -11,63 -46,03 -28,58 -7,67 22,83

Tanah pasir -10,03 -49,28 -42,42 -10,13 9,48

Tanah lunak -23,12 -68,95 -44,00 -9,50 22,77

80 Tanah lunak+geosintetik -15,70 -60,50 -53,42 -19,92 21,58

Tanah pasir -12,78 -59,38 -50,48 -11,08 11,42

Hasil pengamatan pada Tabel 4.4 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar

akibat pembebanan pada bidang B terjadi pada titik pengamatan 2 untuk setiap

jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis

subgrade tanah lunak (0,6895 mm).

Gambar 4.3 menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel akibat variasi

beban yang diberikan pada bidang pembebanan B. Perilaku penurunan yang

terjadi pada tiap variasi beban relatif sama untuk beban 16 kg, 32 kg dan 48 kg.

Sedangkan pada beban 64 kg dan 80kg menunjukkan perilaku penurunan yang

sedikit berbeda. Perilaku yang bisa diamati tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar akibat semua beban terdapat pada titik pengamatan 2.

b. Pada sebagian besar titik pengamatan, penurunan terbesar terjadi pada

struktur diatas subgrade tanah lunak, berikutnya pada struktur diatas

subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik dan penurunan paling

kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah pasir.

c. Pada titik 5 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada titik tersebut

terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi cukup

tampak pada ketiga jenis subgrade.

Page 85: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

60

Gambar 4. 3 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan B.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

80 Kg

64 Kg

32 Kg

48 Kg

Page 86: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

61

4.1.3.3. Pembebanan pada bidang C

Hasil pengamatan terhadap penurunan akibat pembebanan pada bidang C

selanjutnya disajikan pada Tabel 4.5 dimana nilai pada tabel tersebut merupakan

hasil bacaan pada dial.

Tabel 4. 5 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm).

Beban (kg) Kondisi Subgrade

Titik pengamatan 1

(0 cm) 2

(22,5 cm) 3

(45 cm) 4

(67,5 cm) 5

(90 cm)

Tanah lunak 5,32 -1,97 -12,88 -16,06 -6,40

16 Tanah lunak+geosintetik 5,58 -0,50 -11,83 -15,75 -5,12

Tanah pasir 1,83 -2,50 -14,57 -12,62 -0,73

Tanah lunak 8,28 -4,90 -23,05 -28,03 -13,22

32 Tanah lunak+geosintetik 13,33 -0,58 -17,33 -26,67 -8,00

Tanah pasir 2,70 -4,77 -23,97 -22,03 -0,80

Tanah lunak 13,83 -8,00 -33,83 -38,25 -15,10

48 Tanah lunak+geosintetik 22,00 -2,58 -24,42 -35,25 -13,33

Tanah pasir 5,82 -8,98 -28,32 -34,62 -2,75

Tanah lunak 21,75 -8,97 -44,13 -56,67 -17,22

64 Tanah lunak+geosintetik 30,12 -5,42 -49,67 -50,92 -19,17

Tanah pasir 9,63 -10,42 -39,62 -42,57 -4,05

Tanah lunak 31,20 -10,45 -53,68 -63,70 -26,28

80 Tanah lunak+geosintetik 37,58 -4,75 -49,25 -59,00 -29,50

Tanah pasir 14,83 -13,50 -52,02 -53,65 -8,78

Hasil pengamatan pada Tabel 4.5 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar

akibat pembebanan pada bidang C terjadi pada titik pengamatan 4 untuk setiap

jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis

subgrade tanah lunak (0,637 mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel

disajikan dalam Gambar 4.4.

Page 87: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

62

Gambar 4. 4 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan C.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

16 Kg

32 Kg

48 Kg

64 Kg

80 Kg

Page 88: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

63

Gambar 4.4 diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada

berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan

C. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku

yang bisa diamati tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar terdapat pada titik pengamatan 4.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak,

berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik. Penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade

tanah pasir.

c. Pada titik 5 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada titik tersebut

terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi jelas tampak

pada ketiga jenis subgrade.

4.1.3.4. Pembebanan pada bidang D

Hasil pengamatan terhadap penurunan akibat pembebanan pada bidang D

selanjutnya disajikan pada Tabel 4.6 dimana nilai pada tabel tersebut merupakan

hasil bacaan pada dial.

Tabel 4. 6 Hasil pengamatan nilai penurunan yang terjadi pada model struktur rel diatas berbagai kondisi subgrade (dalam 0,01 mm).

Beban (kg) Kondisi Subgrade

Titik pengamatan 1

(0 cm) 2

(22,5 cm) 3

(45 cm) 4

(67,5 cm) 5

(90 cm)

Tanah lunak -0,42 -0,12 -2,78 -8,78 -31,42

16 Tanah lunak+geosintetik 2,08 1,50 -2,25 -14,17 -25,50

Tanah pasir 0,42 -0,70 -6,00 -11,00 -24,20

Tanah lunak 10,68 8,00 -1,67 -21,00 -63,92

32 Tanah lunak+geosintetik 3,92 2,67 -1,75 -20,75 -49,33

Tanah pasir 1,00 -5,53 -13,92 -21,98 -36,73

Tanah lunak 23,92 14,70 -0,50 -29,83 -77,00

48 Tanah lunak+geosintetik 11,17 5,83 -5,67 -34,67 -63,83

Tanah pasir 0,78 -4,35 -18,47 -23,43 -43,75

Page 89: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

64

Tabel 4.6 (lanjutan)

Beban (kg) Kondisi Subgrade

Titik pengamatan 1

(0 cm) 2

(22,5 cm) 3

(45 cm) 4

(67,5 cm) 5

(90 cm)

Tanah lunak 22,08 10,45 -7,99 -36,33 -83,67

64 Tanah lunak+geosintetik 21,17 5,98 -13,33 -45,42 -75,08

Tanah pasir 3,53 -4,85 -24,58 -36,17 -52,92

Tanah lunak 23,92 11,87 -9,28 -50,45 -101,25

80 Tanah lunak+geosintetik 21,17 8,83 -10,83 -49,08 -90,92

Tanah pasir 5,75 -7,28 -30,67 -42,42 -56,90

Hasil pengamatan pada Tabel 4.6 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar

akibat pembebanan pada bidang D terjadi pada titik pengamatan 5 untuk setiap

jenis subgrade. Penurunan terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis

subgrade tanah lunak (1,0125 mm).

Gambar diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada berbagai

kondisi subgrade akibat beban 80 kg yang diberikan pada bidang pembebanan D.

Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku

yang bisa diamati tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar terdapat pada titik pengamatan 5.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak,

berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik. Penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade

tanah pasir.

c. Pada titik 1 dan 2 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada kedua

titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi

yang jelas tampak pada jenis subgrade tanah lunak dan tanah lunak dengan

perkuatan geosintetik, sedangkan pada subgrade tanah pasir peningkatan

elevasi yang terjadi relatif kecil.

Page 90: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

65

Gambar 4. 5 Grafik penurunan akibat repetisi beban pada bidang pembebanan D.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

16 Kg

32 Kg

48 Kg

64 Kg

80 Kg

Page 91: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

66

4.2 Validasi Model Tereduksi Struktur Rel Kereta Api dengan

Menggunakan Program PLAXIS.

Program PLAXIS dijalankan sebagai pembanding terhadap pengujian model yang

dilakukan. Perbandingan dilakukan terhadap perilaku yang terjadi pada struktur

rel dan besarnya penurunan yang terjadi antara model tereduksi dengan model

dalam PLAXIS.

4.2.1 Parameter Uji

Besaran parameter yang diberikan pada Input PLAXIS diperoleh dari pengujian

pendahuluan yang dilakukan terhadap material-material yang digunakan dalam

program PLAXIS. Besaran-besaran parameter tersebut disajikan dalam Tabel 4.7

dan Tabel 4.8 berikut.

Tabel 4. 7 Parameter material tanah Parameter Tanah lunak Tanah Pasir Kerikil Satuan

Model Mohr Coulumb Mohr Coulumb Mohr Coulumb - Jenis Undrained Undrained Undrained -

unsat 14 19 20 kN/m3

sat 16 22 22 kN/m3

kx 0,0001 0,01 1 m/hari

ky 0,0001 0,01 1 m/hari

Eref 2500 7500 1500000 kN/m2

0,35 0,3 0,25 -

cref 19,9 12,3 1 kN/m2

Ø 8,43 42 40 ° 0 0 0 °

Tabel 4. 8 Parameter material pelat Parameter Rel Satuan

Jenis material Elastis - EA 1000000 kN/m

EI 21,45 kNm2/m

D 0,011 m w 10 kN/m/m

0 -

Page 92: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

67

4.2.2 Simulasi penurunan struktur rel akibat pembebanan pada program

PLAXIS 8.2.

Simulasi pengujian dilakukan sesuai dengan langkah pada pengujian model, yaitu

dengan memberikan pembebanan pada 4 bidang, dengan masing masing bidang

menerima lima variasi beban yaitu 16 kg, 32 kg, 48 kg, 64kg, dan 80 kg.

Perbedaanya adalah pada program PLAXIS tidak dilakukan repetisi pembebanan,

hanya dilakukan pembebanan satu kali.

Hasil yang ditampilkan pada grafik penurunan merupakan hasil dari tabel

PLAXIS Curve yang kemudian dibuat dalam bentuk grafik.

4.2.2.1. Pembebanan pada bidang A

Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan A memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tidak tercapai. Artinya struktur subgrade

runtuh sebelum langkah pembebanan 80 kg diberikan. Keruntuhan terjadi pada

pembebanan 12,84 kg untuk subgrade pasir, 15,51 kg untuk subgrade tanah lunak

+ geosintetik dan 6,59 kg untuk subgrade tanah lunak.

Program PLAXIS secara otomatis menghentikan perhitungan ketika telah terjadi

keruntuhan, sehingga besar penurunan yang terjadi dihitung hanya sampai

keruntuhan terjadi. Pada permodelan tereduksi, penurunan terus terjadi meskipun

telah terjadi keruntuhan pada struktur subgrade. Sehingga kedua hasil penurunan

tidak bisa dibandingkan secara langsung. Untuk mengatasi hal tersebut kemudian

dilakukan interpolasi secara statistik. Interpolasi dilakukan menggunakan bantuan

program MS Excel dengan fungsi forecast terhadap data output dari program

PLAXIS untuk memperoleh penurunan akibat beban 16 kg, 32 kg, 48 kg, 64 kg

dan 80 kg. Fungsi forecast menggunakan pendekatan secara linear untuk

memperoleh nilai yang dicari, sehingga hal ini sesuai dengan program PLAXIS

yang juga menggunakan metode elemen hingga dengan pendekatan secara linear.

Data yang ditampilkan pada Tabel 4.9 merupakan hasil fungsi forecast terhadap

output dari program PLAXIS.

Page 93: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

68

Tabel 4. 9 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang A (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade Titik pengamatan

1 (0 cm)

2 (22,5 cm)

3 (45 cm)

4 (67,5 cm)

5 (90 cm)

Tanah lunak -21,42 -11,76 -4,02 0,63 3,58

16 Tanah lunak+geosintetik -20,00 -11,69 -3,98 1,89 6,69

Tanah pasir -15,36 -8,81 -3,11 0,33 2,79

Tanah lunak -42,93 -23,54 -8,03 1,30 7,26

32 Tanah lunak+geosintetik -40,54 -23,43 -7,59 4,43 14,35

Tanah pasir -30,81 -17,65 -6,20 0,79 5,86

Tanah lunak -64,44 -35,32 -12,05 1,97 10,93

48 Tanah lunak+geosintetik -61,08 -35,17 -11,20 6,98 22,02

Tanah pasir -46,26 -26,49 -9,29 1,24 8,92

Tanah lunak -85,94 -47,10 -16,06 2,63 14,60

64 Tanah lunak+geosintetik -81,62 -46,90 -14,81 9,52 29,69

Tanah pasir -61,71 -35,32 -12,38 1,69 11,99

Tanah lunak -107,45 -58,88 -20,08 3,30 18,27

80 Tanah lunak+geosintetik -102,16 -58,64 -18,43 12,06 37,35

Tanah pasir -77,16 -44,16 -15,47 2,14 15,05

Tabel 4.9 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada

bidang A terjadi pada titik pengamatan 1 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan

terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (1,0745

mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel disajikan dalam Gambar 4.6.

Page 94: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

69

Gambar 4. 6 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang A berdasarkan

simulasi program PLAXIS 8.2.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

64 Kg

48 Kg

16 Kg

32 Kg

80 Kg

Page 95: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

70

Gambar 4.6 diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada

berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan

A. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku

tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar terdapat pada titik pengamatan 1.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak,

berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik. Penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade

tanah pasir.

c. Pada titik 4 dan titik 5 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada

kedua titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan

elevasi yang jelas tampak pada jenis subgrade tanah lunak dan tanah lunak

dengan perkuatan geosintetik, sedangkan pada subgrade tanah pasir

peningkatan elevasi yang terjadi relatif kecil.

4.2.2.2. Pembebanan pada bidang B

Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan B memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tercapai. Artinya struktur subgrade tidak

runtuh hingga langkah pembebanan 80 kg diberikan.

Program PLAXIS melakukan perhitungan dengan menambah beban secara

bertahap. Akan tetapi beban tidak ditambahkan dengan pola interval tertentu,

sehingga tidak diketahui secara langsung penurunan yang terjadi pada beban 16

kg, 32 kg, 48 kg, 64 kg dan 80 kg. Untuk mengatasi hal tersebut kemudian

dilakukan interpolasi secara statistik. Interpolasi dilakukan menggunakan bantuan

program MS Excel dengan fungsi forecast terhadap data output dari program

PLAXIS untuk memperoleh penurunan akibat beban tersebut. Hasil Tabel 4.10

merupakan hasil fungsi forecast terhadap output dari program PLAXIS.

Page 96: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

71

Tabel 4. 10 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang B (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade Titik pengamatan

1 (0 cm)

2 (22,5 cm)

3 (45 cm)

4 (67,5 cm)

5 (90 cm)

Tanah lunak -6,23 -9,47 -8,87 -4,13 1,10

16 Tanah lunak+geosintetik -6,94 -9,14 -8,32 -4,19 0,52

Tanah pasir -6,14 -8,53 -7,83 -3,88 0,28

Tanah lunak -12,29 -19,09 -17,94 -8,21 2,74

32 Tanah lunak+geosintetik -13,68 -18,43 -16,89 -8,37 1,45

Tanah pasir -12,15 -17,14 -15,78 -7,70 1,05

Tanah lunak -18,34 -28,72 -27,01 -12,29 4,38

48 Tanah lunak+geosintetik -20,42 -27,71 -25,46 -12,55 2,37

Tanah pasir -18,17 -25,76 -23,74 -11,52 1,82

Tanah lunak -24,39 -38,34 -36,08 -16,38 6,01

64 Tanah lunak+geosintetik -27,16 -37,00 -34,02 -16,73 3,29

Tanah pasir -24,18 -34,38 -31,70 -15,35 2,59

Tanah lunak -30,44 -47,97 -45,15 -20,46 7,65

80 Tanah lunak+geosintetik -33,89 -46,29 -42,59 -20,91 4,22

Tanah pasir -30,20 -43,00 -39,65 -19,17 3,35

Tabel 4.10 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada

bidang B terjadi pada titik pengamatan 2 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan

terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (0,4797

mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel disajikan dalam Gambar 4.7.

Page 97: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

72

Gambar 4. 7 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang B berdasarkan simulasi program PLAXIS 8.2.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

80 Kg

16 Kg

64 Kg

32 Kg

48 Kg

Page 98: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

73

Gambar 4.7 diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada

berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan

B. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku

tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar akibat semua beban terdapat pada titik pengamatan 2.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak,

berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik dan penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas

subgrade tanah pasir.

c. Pada titik 5 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada titik tersebut

terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi tampak

pada ketiga jenis subgrade.

4.2.2.3. Pembebanan pada bidang C

Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan C memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tercapai. Artinya struktur subgrade tidak

runtuh hingga langkah pembebanan 80 kg diberikan. Hasil penurunan yang terjadi

pada titik C mempunyai besaran yang sama dengan penurunan pada titik B,

dengan perbedaan letak penurunan yang terjadi. Hasil Tabel 4.11 merupakan hasil

fungsi forecast terhadap output dari program PLAXIS.

Tabel 4. 11 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang C (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade Titik pengamatan

1 (0 cm)

2 (22,5 cm)

3 (45 cm)

4 (67,5 cm)

5 (90 cm)

Tanah lunak 1,10 -4,13 -8,87 -9,47 -6,23

16 Tanah lunak+geosintetik 0,52 -4,19 -8,32 -9,14 -6,94

Tanah pasir 0,28 -3,88 -7,83 -8,53 -6,14

Tanah lunak 2,74 -8,21 -17,94 -19,09 -12,29

32 Tanah lunak+geosintetik 1,45 -8,37 -16,89 -18,43 -13,68

Tanah pasir 1,05 -7,70 -15,78 -17,14 -12,15

Page 99: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

74

Tabel 4. 11 (lanjutan)

Beban (kg) Kondisi Subgrade

Titik pengamatan 1

(0 cm) 2

(22,5 cm) 3

(45 cm) 4

(67,5 cm) 5

(90 cm)

Tanah lunak 4,38 -12,29 -27,01 -28,72 -18,34

48 Tanah lunak+geosintetik 2,37 -12,55 -25,46 -27,71 -20,42

Tanah pasir 1,82 -11,52 -23,74 -25,76 -18,17

Tanah lunak 6,01 -16,38 -36,08 -38,34 -24,39

64 Tanah lunak+geosintetik 3,29 -16,73 -34,02 -37,00 -27,16

Tanah pasir 2,59 -15,35 -31,70 -34,38 -24,18

Tanah lunak 7,65 -20,46 -45,15 -47,97 -30,44

80 Tanah lunak+geosintetik 4,22 -20,91 -42,59 -46,29 -33,89

Tanah pasir 3,35 -19,17 -39,65 -43,00 -30,20

Tabel 4.11 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada

bidang B terjadi pada titik pengamatan 4 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan

terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (0,4797

mm).

Gambar 4.8 menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada berbagai

kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan C.

Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku

tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar akibat semua beban terdapat pada titik pengamatan 3.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak,

berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik dan penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas

subgrade tanah pasir.

c. Pada titik 1 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada titik tersebut

terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan elevasi tampak

pada ketiga jenis subgrade.

Page 100: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

75

Gambar 4. 8 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang C berdasarkan

simulasi program PLAXIS 8.2.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

16 Kg

32 Kg

48 Kg

64 Kg

80 Kg

Page 101: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

76

4.2.2.4. Pembebanan pada bidang D

Simulasi yang dilakukan pada bidang pembebanan D memberikan hasil kalkulasi

dimana beban ultimit yang diberikan tidak tercapai. Artinya struktur subgrade

runtuh sebelum langkah pembebanan 80 kg diberikan. Keruntuhan terjadi pada

pembebanan 12,84 kg untuk subgrade pasir, 15,51 kg untuk subgrade tanah lunak

+ geosintetik dan 6,59 kg untuk subgrade tanah lunak. Hasil Tabel 4.12

merupakan hasil fungsi forecast terhadap output dari program PLAXIS.

Tabel 4. 12 Hasil penurunan yang terjadi akibat pembebanan pada bidang D (dalam 0,01 mm).

Beban (kg)

Kondisi Subgrade Titik pengamatan

1 (0 cm)

2 (22,5 cm)

3 (45 cm)

4 (67,5 cm)

5 (90 cm)

Tanah lunak 3,58 0,63 -4,02 -11,76 -21,42 16 Tanah lunak+geosintetik 6,69 1,89 -3,98 -11,69 -20,00 Tanah pasir 2,79 0,33 -3,11 -8,81 -15,36 Tanah lunak 7,26 1,30 -8,03 -23,54 -42,93

32 Tanah lunak+geosintetik 14,35 4,43 -7,59 -23,43 -40,54 Tanah pasir 5,86 0,79 -6,20 -17,65 -30,81 Tanah lunak 10,93 1,97 -12,05 -35,32 -64,44

48 Tanah lunak+geosintetik 22,02 6,98 -11,20 -35,17 -61,08 Tanah pasir 8,92 1,24 -9,29 -26,49 -46,26 Tanah lunak 14,60 2,63 -16,06 -47,10 -85,94

64 Tanah lunak+geosintetik 29,69 9,52 -14,81 -46,90 -81,62 Tanah pasir 11,99 1,69 -12,38 -35,32 -61,71 Tanah lunak 18,27 3,30 -20,08 -58,88 -107,45

80 Tanah lunak+geosintetik 37,35 12,06 -18,43 -58,64 -102,16 Tanah pasir 15,05 2,14 -15,47 -44,16 -77,16

Tabel 4.12 diatas menyatakan bahwa penurunan terbesar akibat pembebanan pada

bidang D terjadi pada titik pengamatan 5 untuk setiap jenis subgrade. Penurunan

terbesar terjadi pada beban 80 kg dengan jenis subgrade tanah lunak (1,0745

mm). Visualisasi perilaku penurunan struktur rel disajikan dalam Gambar 4.9.

Page 102: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

77

Gambar 4. 9 Grafik penurunan akibat pembebanan pada bidang D berdasarkan

simulasi program PLAXIS 8.2.

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

-120-100

-80-60-40-20

0204060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Jarak (cm)

Tanah lunakTanah lunak+geosintetikTanah pasir

16 Kg

32 Kg

48 Kg

64 Kg

80 Kg

Page 103: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

78

Gambar 4.9 diatas menyatakan besarnya penurunan pada struktur rel pada

berbagai kondisi subgrade akibat beban yang diberikan pada bidang pembebanan

D. Perilaku penurunan yang terjadi pada tiap variasi beban relatif sama. Perilaku

tersebut antara lain:

a. Penurunan terbesar terdapat pada titik pengamatan 5.

b. Penurunan terbesar terjadi pada struktur diatas subgrade tanah lunak,

berikutnya pada struktur diatas subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik. Penurunan paling kecil terjadi pada struktur rel diatas subgrade

tanah pasir.

c. Pada titik 1 dan titik 2 terjadi kenaikan pada bacaan dial yang berarti pada

kedua titik tersebut terjadi peningkatan elevasi pada struktur rel. Peningkatan

elevasi yang jelas tampak pada jenis subgrade tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik, sedangkan pada subgrade tanah lunak dan tanah pasir

peningkatan elevasi yang terjadi relatif kecil.

4.2.3 Hubungan Perilaku Penurunan Struktur Rel Uji Pemodelan dengan

Program PLAXIS Versi 8.2.

Melalui pembahasan yang telah dilakukan pada sub bab sebelumnya telah

diketahui bahwa perilaku struktur rel akibat pembebanan berdasarkan uji model

maupun simulasi Program PLAXIS 8.2 menunjukkan perilaku penurunan yang

sama. Namun demikian, nilai penurunan yang terjadi berdasarkan kedua metode

tersebut menunjukkan hasil yang berbeda. Perbedaan tersebut terjadi karena faktor

kelebihan dan kekurangan dari masing-masing metode yang digunakan.

Pengujian model tereduksi memberikan hasil perilaku penurunan yang nyata, akan

tetapi kontrol keseragaman dari parameter tanah, ballast dan rel sangat

mempengaruhi hasil yang muncul. Selain itu faktor kesalahan pembacaan dial

oleh pengamat juga berpengaruh. Simulasi program PLAXIS memberikan hasil

yang cukup mendekati dan memberikan hasil yang baik karena parameter-

parameter yang ada dipastikan seragam. Namun input parameter ini sangat

mempengaruhi hasil yang muncul, sehingga perlu ketelitian dalam pengujian

pendahuluan yang dilakukan untuk mencari nilai parameter ini. Selain itu, dalam

Page 104: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

79

pendekatan secara elemen hingga pasti memberikan nilai galat yang akan

memberikan perbedaan dengan model uji tereduksi. Oleh sebab itu, perlu dicari

hubungan perilaku penurunan yang terjadi dari model uji tereduksi dan

berdasarkan simulasi program PLAXIS. Berikut ini adalah hubungan perilaku

penurunan yang terjadi pada subgrade tanah lunak, tanah lunak dengan perkuatan

geosintetik dan pada tanah pasir akibat beban 80 kg. Tabel perbandingan

selengkapnya akan disajikan pada lampiran.

Tabel 4. 13 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas kondisi subgrade tanah pasir (dalam 0,01 mm).

Bidang Metode Titik pengamatan (cm) pembebanan 0 22,5 45 67,5 90

A Model uji -68,62 -35,45 -17,58 1,00 2,98 program Plaxis V.8.2 -77,16 -44,16 -15,47 2,14 15,05

B Model uji -12,78 -59,38 -50,48 -11,08 11,42

program Plaxis V.8.2 -30,20 -43,00 -39,65 -19,17 3,35

C Model uji 14,83 -13,50 -52,02 -53,65 -8,78

program Plaxis V.8.2 3,35 -19,17 -39,65 -43,00 -30,20

D Model uji 5,75 -7,28 -30,67 -42,42 -56,90

program Plaxis V.8.2 15,05 2,14 -15,47 -44,16 -77,16

Dari data hubungan diatas kemudian dicari selisih penurunan antara metode uji

model dan metode PLAXIS 8.2. Hasil yang muncul menggambarkan nilai selisih

absolut antara dua metode yang digunakan.

Tabel 4. 14 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi subgrade tanah pasir antara model tereduksi dengan program PLAXIS 8.2.

Bidang Titik pengamatan (cm) pembebanan 0 22,5 45 67,5 90

A 8,54 8,71 2,12 1,14 12,07 B 17,41 16,39 10,83 8,09 8,06 C 11,48 5,67 12,36 10,65 21,41 D 9,30 9,42 15,20 1,74 20,26

Gambar 4.10 menunjukkan perbandingan penurunan berdasarkan model tereduksi

dan program PLAXIS pada tanah pasir pada pembebanan 80 kg.

Page 105: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

80

Gambar 4. 10 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program

PLAXIS pada tanah pasir dengan perkuatan geosintetik.

Page 106: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

81

Tabel 4. 15 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas kondisi subgrade tanah lunak dengan perkuatan geosintetik (dalam 0,01 mm).

Bidang Metode Titik Pengamatan (cm) pembebanan 0 22,5 45 67,5 90

A Model uji -85,23 -48,20 -1,00 28,02 52,80 program PLAXIS V.8.2 -102,16 -58,64 -18,43 12,06 37,35

B Model uji -15,70 -60,50 -53,42 -19,92 21,58 program PLAXIS V.8.2 -33,89 -46,29 -42,59 -20,91 4,22

C Model uji 37,58 -4,75 -49,25 -59,00 -29,50 program PLAXIS V.8.2 4,22 -20,91 -42,59 -46,29 -33,89

D Model uji 21,17 8,83 -10,83 -49,08 -90,92 program PLAXIS V.8.2 37,35 12,06 -18,43 -58,64 -102,16

Dari data hubungan diatas kemudian dicari selisih penurunan antara metode uji

model dan metode PLAXIS 8.2. Hasil yang muncul menggambarkan nilai selisih

absolut antara dua metode yang digunakan.

Tabel 4. 16 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi subgrade tanah lunak denan perkuatan geosintetik antara model tereduksi dengan program PLAXIS 8.2.

Bidang titik pengamatan (cm) pembebanan 0 22,5 45 67,5 90

A 16,93 10,44 17,43 15,96 15,45

B 18,19 14,21 10,82 1,00 17,37

C 33,37 16,16 6,66 12,71 4,39

D 16,19 3,23 7,59 9,55 11,25

Gambar 4.11 menunjukkan perbandingan penurunan berdasarkan model tereduksi

dan program PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik pada

pembebanan 80 kg.

Page 107: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

82

Gambar 4. 11 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program

PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik.

Page 108: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

83

Tabel 4. 17 Hubungan besar penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas kondisi subgrade tanah lunak (dalam 0,01 mm).

Bidang Metode Titik Pengamatan (cm) pembebanan 0 22,5 45 67,5 90

A Model uji -108,28 -53,67 -5,30 24,67 44,37 program PLAXIS V.8.2 -107,45 -58,88 -20,08 3,30 18,27

B Model uji -23,12 -68,95 -50,83 -9,50 24,43 program PLAXIS V.8.2 -30,44 -47,97 -45,15 -20,46 7,65

C Model uji 31,20 -10,45 -53,68 -63,70 -26,28 program PLAXIS V.8.2 7,65 -20,46 -45,15 -47,97 -30,44

D Model uji 23,92 11,87 -9,28 -50,45 -101,25 program PLAXIS V.8.2 18,27 3,30 -20,08 -58,88 -107,45

Tabel 4. 18 Selisih penurunan yang terjadi pada model struktur diatas kondisi subgrade tanah lunak antara model tereduksi dengan program PLAXIS 8.2.

Bidang titik pengamatan (cm) pembebanan 0 22,5 45 67,5 90

A 0,83 5,21 14,78 21,37 26,09

B 7,32 20,98 5,69 10,96 16,79

C 23,55 10,01 8,54 15,73 4,16

D 5,64 8,57 10,80 8,43 6,20

Gambar 4.12 menunjukkan perbandingan penurunan berdasarkan model tereduksi

dan program PLAXIS pada tanah lunak pada pembebanan 80 kg.

Page 109: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

84

Gambar 4. 12 Hubungan penurunan berdasarkan model tereduksi dan program

PLAXIS pada tanah lunak dengan perkuatan geosintetik

Page 110: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

85

4.3 Analisis Penurunan Struktur Rel Kereta Api di Atas Tanah

Lunak dengan Perkuatan Geosintetik.

Analisis dilakukan dengan melihat pengaruh geosintetik terhadap penurunan

struktur rel diatas subgrade tanah lunak. Dari pembahasan sebelumya didapatkan

bahwa pemberian geosintetik menyebabkan nilai penurunan struktur rel diatas

tanah lunak menjadi lebih kecil. Selanjutnya perlu dicari persentase pengurangan

penurunan yang terjadi terhadap besar penurunan terkecil yang bisa dicapai

(dalam hal ini adalah subgrade tanah pasir).

4.3.1 Bidang Pembebanan A

Pengujian model tereduksi dengan pembebanan pada bidang A menghasilkan

data seperti yang telah disajikan dalam Tabel 4.3. Data penurunan ini kemudian

dipakai untuk mencari penurunan maksimal yang terjadi untuk tiap beban yang

diberikan. Hasil pengamatan disajikan dalam Gambar 4.33

Gambar 4. 13 Penurunan maksimal pada model tereduksi akibat variasi beban pada bidang pembebanan A

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa pengaplikasian geosintetik mampu

mengurangi penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak.

Besarnya pengurangan adalah sebesar 64% pada beban 16 kg, 79% pada beban 32

kg, 61% pada beban 48 kg, 35% pada beban 64 kg dan 58% pada beban 80kg.

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Page 111: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

86

Rata-rata pengurangan penurunan adalah sebesar 60%. Sedangkan penurunan

berdasarkan simulasi program PLAXIS ditunjukkan pada Gambar 4.34 berupa

grafik penurunan maksimal yang terjadi pada struktur rel. Penurunan yang terjadi

ditampilkan dalam garis linear yang menunjukkan hasil interpolasi linear terhadap

data Output PLAXIS.

Gambar 4. 14 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi beban pada bidang pembebanan A

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa berdasarkan simulasi program PLAXIS,

pengaplikasian geosintetik mampu mengurangi penurunan yang terjadi pada

struktur rel diatas subgrade tanah lunak. Rata-rata pengurangan penurunan adalah

sebesar 19%.

4.3.2 Bidang Pembebanan B

Pengujian model tereduksi dengan pembebanan pada bidang B menghasilkan

data seperti yang telah disajikan dalam Tabel 4.4. Data penurunan ini kemudian

dipakai untuk mencari penurunan maksimal yang terjadi untuk tiap beban yang

diberikan. Hasil pengamatan disajikan dalam Gambar 4.35.

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Page 112: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

87

Gambar 4. 15 Penurunan maksimal pada struktur rel akibat variasi beban pada bidang pembebanan B

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa pengaplikasian geosintetik mampu

mengurangi penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak.

Besarnya pengurangan adalah sebesar 54% pada beban 16 kg, 71% pada beban 32

kg, 83% pada beban 48 kg, 79% pada beban 64 kg dan 88% pada beban 80kg.

Rata-rata pengurangan penurunan adalah sebesar 75%. Sedangkan penurunan

berdasarkan simulasi program PLAXIS ditunjukkan pada Gambar 4.36 berupa

grafik penurunan maksimal yang terjadi pada struktur rel. Penurunan yang terjadi

ditampilkan dalam garis linear yang menunjukkan hasil interpolasi linear terhadap

data Output PLAXIS.

Gambar 4. 16 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi beban pada bidang pembebanan B

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Page 113: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

88

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa pengaplikasian geosintetik mampu

mengurangi penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak.

Rata-rata pengurangan penurunan adalah sebesar 34%.

4.3.3 Bidang pembebanan C

Pengujian model tereduksi dengan pembebanan pada bidang C menghasilkan

data seperti yang telah disajikan dalam Tabel 4.5. Data penurunan ini kemudian

dipakai untuk mencari penurunan maksimal yang terjadi untuk tiap beban yang

diberikan. Hasil pengamatan disajikan dalam Gambar 4.37

Gambar 4. 17 Penurunan maksimal pada struktur rel akibat variasi beban pada bidang pembebanan C

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa pengaplikasian geosintetik mampu

mengurangi penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak.

Besarnya pengurangan adalah sebesar 21% pada beban 16 kg, 34% pada beban 32

kg, 83% pada beban 48 kg, 41% pada beban 64 kg dan 47% pada beban 80kg.

Rata-rata pengurangan penurunan adalah sebesar 45%. Sedangkan penurunan

berdasarkan simulasi program PLAXIS ditunjukkan pada Gambar 4. 38 berupa

grafik penurunan maksimal yang terjadi pada struktur rel. Penurunan yang terjadi

ditampilkan dalam garis linear yang menunjukkan hasil interpolasi linear terhadap

data Output PLAXIS.

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Page 114: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

89

Gambar 4. 18 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi beban pada bidang pembebanan C

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa pengaplikasian geosintetik mampu

mengurangi penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak.

Rata-rata pengurangan penurunan adalah sebesar 34%.

4.3.4 Bidang pembebanan D

Pengujian model tereduksi dengan pembebanan pada bidang D menghasilkan

data seperti yang telah disajikan dalam Tabel 4.6. Data penurunan ini kemudian

dipakai untuk mencari penurunan maksimal yang terjadi untuk tiap beban yang

diberikan. Hasil pengamatan disajikan dalam Gambar 4.39

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Page 115: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

90

Gambar 4. 19 Penurunan maksimal pada struktur rel akibat variasi beban pada bidang pembebanan D

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa pengaplikasian geosintetik mampu

mengurangi penurunan yang terjadi pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak.

Besarnya pengurangan adalah sebesar 82% pada beban 16 kg, 54% pada beban 32

kg, 40% pada beban 48 kg, 28% pada beban 64 kg dan 23% pada beban 80kg.

Rata-rata pengurangan penurunan adalah sebesar 45%. Sedangkan penurunan

berdasarkan simulasi program PLAXIS ditunjukkan pada Gambar 4.40 berupa

grafik penurunan maksimal yang terjadi pada struktur rel. Penurunan yang terjadi

ditampilkan dalam garis linear yang menunjukkan hasil interpolasi linear terhadap

data Output PLAXIS.

Gambar 4. 20 Penurunan maksimal pada simulasi program PLAXIS akibat variasi beban pada bidang pembebanan D

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Penu

runa

n (x

0,0

1 m

m)

Beban (kg)

Tanah lunak

Tanah lunak+geosintetik

Tanah pasir

Page 116: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

91

Dari gambar diatas bisa diamati bahwa berdasarkan simulasi program PLAXIS,

pengaplikasian geosintetik mampu mengurangi penurunan yang terjadi pada

struktur rel diatas subgrade tanah lunak. Rata-rata pengurangan penurunan adalah

sebesar 19%.

Page 117: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

KESIMPULAN DAN SARAN

TUGAS AKHIR

PENURUNAN STRUKTUR REL KERETA API DI ATAS TANAH LUNAK

DENGAN PERKUATAN GEOSINTETIK

Railway Structure Settlement on Geosynthetic Reinforced Soft Soil

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

Page 118: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

92

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisis data dan pembahasan mengenai penurunan model tereduksi

dan penurunan simulasi program PLAXIS pada struktur rel kereta api dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Perilaku penurunan yang ditunjukkan oleh model tereduksi dan oleh

simulasi Program PLAXIS menunjukkan hasil yang sama, sehingga dapat

disimpulkan bahwa pengujian dengan model tereduksi bisa dijadikan

acuan untuk memperkirakan penurunan yang mungkin terjadi pada

struktur rel akibat pembebanan yang sesungguhnya terjadi di lapangan.

a. Hasil pembebanan tepi struktur rel (bidang A dan bidang D)

menunjukkan bahwa telah terjadi keruntuhan pada subgrade.

Sedangkan hasil pembebanan tengah struktur rel (bidang B dan bidang

C) menunjukkan bahwa belum terjadi keruntuhan pada subgrade,

sehingga subgrade masih dalam kondisi elastis selama pembebanan.

b. Pengaplikasian geosintetik mampu mengurangi penurunan yang terjadi

pada struktur rel diatas subgrade tanah lunak.

c. Pada pembebanan tepi struktur rel, geosintetik memberikan

pengurangan penurunan sebesar 60% pada bidang A dan 45% pada

bidang D berdasarkan pengujian model tereduksi. Sedangkan

berdasarkan simulasi program PLAXIS, geosintetik memberikan

pengurangan yang sama untuk bidang pembebanan A dan D yaitu

sebesar 19%.

d. Pada pembebanan tengah struktur rel, geosintetik memberikan

pengurangan penurunan sebesar 75% pada bidang B dan 45% pada

bidang C berdasarkan pengujian model tereduksi. Sedangkan

2.

Page 119: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

93

berdasarkan simulasi program PLAXIS, geosintetik memberikan

pengurangan yang sama untuk bidang pembebanan B dan C yaitu

sebesar 34%.

5.2 Saran

Selama melaksanakan penelitian banyak terdapat hal-hal yang perlu diperhatikan.

Adapun saran-saran untuk memperoleh hasil yang lebih baik pada penelitian

berikutnya adalah sebagai berikut:

1. Perlu dicoba pengujian terhadap model dengan kondisi muka air dangkal.

2. Hasil dari model tereduksi dan simulasi program PLAXIS perlu

diverifikasi lagi dengan pengujian prototype sesuai ukuran dan keadaan

sebenarnya di lapangan.

3. Pengujian parameter tanah perlu dilakukan seteliti mungkin untuk

memperoleh hasil simulasi Program PLAXIS yang lebih mendekati hasil

yang sebenarnya.

4. Penelitian berikutnya sebaiknya dicoba dengan Program PLAXIS 3D

untuk memperoleh hasil perilaku penurunan secara 3 dimensi. Selanjutnya

dapat dibandingkan dengan hasil PLAXIS 2D yang serta dapat diketahui

juga kelemahan dan kelebihan dari setiap program tersebut.

5. Untuk penelitian selanjutnya, perlu ditinjau pengaruh perilaku struktur rel

akibat beban-beban yang lain (beban horisontal tegak lurus sumbu rel dan

beban horisontal tegak lurus sumbu rel).

6. Untuk penelitian selanjutnya, perlu diamati perilaku sambungan struktur

rel akibat beban yang diterima oleh struktur rel tersebut.

Page 120: TUGAS AKHIR ABDUL RAZAQ I0107027 2011 - …... · 2.1.1 Struktur Rel Kereta Api dengan Subgrade Tanah Lunak ... 3.3.2 Bahan

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

commit to user

94

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 1992. Annual Book of ASTM Standards Volume 04.02 Anonim, 2005. Pedoman Penulisan Tugas Akhir. Surakarta : Jurusan

Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. As,ad, S., 2007. Materi Kuliah Rekayasa Pondasi. Surakarta : Jurusan

Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Bismoseno, A., 2006. Studi Perilaku Permodelan Perkuatan Geosintetik

pada Lereng Miring dengan Media Tanah Pasir. Skripsi S1. Surakarta : Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret.

Bowles, J. E., 1984. Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah. McGraw-Hill

Inc., Jakarta : Erlangga. Brinkgrive R.B.J., Dan D. Waterman, 2006, Plaxis, Netherlands : Plaxis b.v. Christina, D.T., 2007. Analisa Perbandingan Perhitungan Efektifitas

Penggunaan Material Bambu dan Material Geosintetik pada Konstruksi Timbunan Tinggi di atas Lahan Gambut dengan Menggunakan Program Plaxis. Skripsi S1. Jakarta : Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Bina Nusantara.

Ellis, E., Hai-Sui Yu, G. McDowell, A. Dawson & N. Thom. 2008.

Advances in Transportation Geotechnics. Proceedings of The 1st International Conference on Transportation Geotechnics, Nottingham UK. London : CRC Press Taylor & Francis Group.

Endrayana, M.R., 2008. Pengaruh Geotekstil Pada Kuat Geser Tanah

Lempung Lunak Dengan Uji Triaksial Terkonsolidasi Tak Terdrainasi. Skripsi S1. Depok : Departemen Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

Fatah, F. A., 2007. Analisis Tegangan-Perpindahan pada Lereng Tegak

dengan Perkuatan Geosintetik pada Tanah Pasir Menggunakan Program Plaxis 8. Skripsi S1. Surakarta : Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret.

Hardiyatmo, C.H., 2006. Teknik Fondasi 1. Edisi Ketiga. Bulaksumur,

Yogyakarta : Gajah Mada University Press. Hardiyatmo, C.H., 2007. Mekanika Tanah 2. Edisi Keempat. Bulaksumur,

Yogyakarta : Gajah Mada University Press.