2007300391SPBABII

BAB II

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

2.1.

Gambut

Gambut (Peat) merupakan campuran dari fragmen material organik yang berasal

dari tumbuh –tumbuhan yang telah berubah sifatnya secara kimiawi dan

menjadi

fosil.

Material gambut yang berada dibawah permukaan mempunyai daya mampat yang tinggi

dibandingkan dengan material tanah yang umumnya (Mac Farlane, 1958). Sub komisi 6

pada

kongres

Ilmu Tanah

Internasional

Rusia pada

Tahun

1930

telah

merumuskan

pengertian Peat atau gambut sebagai ”Bahan organik tanah dengan kedalaman 0,5 meter

dan

luasnya

Hektar”.

Pengertian

ini

bertahan

cukup

lama

hingga

Anderson

(1964)

pada

tahun 1960

menambah

pengertian

ini

dengan

”jumlah

mineral

maksimun

35%”.

Apabila mineral di antara 35% - 65% maka tanah tersebut disebut Muck (gambul).

Gambut

hanya

mungkin

terbentuk apabila

terdapat

limpahan

biomass

atau

vegetasi pada suatu kawasan yang mengalami hambatan dalam proses dekomposisinya.

Faktor

penghambat utama

tersebut

adalah

genangan

air

sepanjang tahun

atau kondisi

rawa.

Dalam

konteks

yang

demikian, hutan

sebagai

penghasil limpahan

biomass,

khususnya

pada

areal-areal

yang

selalu

tergenang

air

adalah

merupakan kawasan

potensial terbentuknya gambut.

Menurut

(Maltby,

1992) akumulasi

bahan

organik

sebagai

hasil

perombakan

tidak sempurna sisa jaringan tanaman yang mati pada suatu kondisi air yang berlimpah

yang

mengakibatkan kekurangan

oksigen.

Akumulasi

dipacu

oleh

faktor

–

faktor

lingkungan

antara

lain

suhu

rendah,

rendah

dan

pasokan

hara

sedikit.

Pada

saat

proses

perombakan bahan organik berjalan lambat dan sisa tumbuhan terus

menimbun

tahun demi tahun maka terjadilah deposit gambut.

Gambar 2.1 Lahan Gambut.

2.1.1. Sifat dan Jenis tanah Gambut

Tanah

gambut

pada

umumnya berwarna coklat

tua

sampai

kehitaman,

akibat

mengalami

proses

dekomposisi sehingga

muncul

senyawa

–

senyawa

humus yang berwarna gelap. Selain itu gambut juga memiliki sifat menyerap air

yang

tinggi

serta

dapat

menahan

air

–

kali

dari

beratnya,

terlebih

pada

gambut lumut (moss peat) yang belum terdekomposisi dapat menahan air 12 – 15

kali bahkan sampai 20 kali beratnya.

Salah satu sifat tanah gambut yang penting untuk diketahui adalah tanah

gambut

mempunyai sifat

menyusut

(subsidience),

hal

ini

disebabkan

karena

proses dehidrasi

(kehilangan air)

maupun

proses dekomposisi bahan

organik

yang

terus

berjalan

sehingga

ketebalan

gambut akan

terus

menyusut

(Setiadi,

1990).

Selain

itu

tanah

gambut

juga

cenderung bersifat

lebih

asam

apabila

dibandingkan dengan tanah mineral pada kejenuhan basa yang sama.

Komponen

pembentuk tanah

gambut

terdiri

dari

zat

organik

dan

zat

anorganik dalam

jumlah

yang

kecil.

Zat

organik

tersebut terdiri

dari selulosa,

lignin,

bitumen

(wax

dan

resin), humus,

dan

yang

lainnya. Selulosa (C

)

merupakan senyawa

organik

yang

paling

utama

terdapat

pada

tanah:

dimana

komposisi dari

zat

organik

ini

tidak

stabil,

tergantung pada

proses

pembusukannya, misalnya

selulosa

pada

tingkat

pembusukan

dini

(H1-H2)

sebanyak 15-20% tetapi pada tingkat pembusukan lanjut (H9-H10)

mencapai

50-60%.

Unsur

–

unsur

pembentukgambut

sebagian

besar

terdiri

dari

karbon,

hidrogen, nitrogen

dan

unsur

lainnya

seperti

Al,

Si,

Na,

Ca.

Tingkat

pembusukan pada tanah gambut akan menaikkan kadar karbon dan menurunkan

oksigen (Setiadi, 1990). Partikel organik berukuran kurang dari 0,1µm, dimana

sifat spesifik dari partikel koloidal ini sangat tergantung dari mineral pembentuk

iklim dan tingkat dekomposisi tanah.

Tabel 2. 1 Unsur utama Gambut Berdasarkan perbedaan tingkat Humifikasi.

(Sumber. Setiadi, 1990)

2.1.2. Klasifikasi Tanah Gambut

Pengklasifikasian mengenai

tanah

gambut telah

banyak dilakukan tetapi

sampai saat

ini

belum

ditemukan sistem klasifikasi yang berlaku

baku

secara

universal,

karena

banyak

peneliti

yang

mengklasifikasikan tanah

gambut

berdasarkan hal

yang

berbeda

dan

untuk

kepentingan yang

berbeda

pula.

Beberapa klasifikasi yang ada antara lain :

A. Menurut Mac Farlane (1969), berdasarkan kadar serat tanah gambut

dapat digolongkan menjadi :

Fibrous

Peat,

merupakan

tanah

gambut

yan

mempunyai

kandungan serat

sebesar

20%

atau

lebih,

dan

gambut

ini

mempunyai

dua jenis pori yaitu

makropori

(pori diantara

serat) dan mikropori (pori yang ada didalam serat – serat yang

bersangkutan).

Amorphous

Granular

Peat,

merupakan

gambut

yang

mempunyai kandungan serat kurang dari 20% dan

terdiri dari

butiran dengan

ukuran koloidal

(2µ), serta sebagian besar air

porinya terserap di sekeliling permukaan butiran gambut.

Menurut Van

Meene

(1982),

berdasarkan perbedaan

bentuk

dan kondisi geografisnya, tanah gambut dibedakan menjadi :

Topogenous Peat atau Marsh Peat

merupakan gambut

yang

diendapkan dibawah

muka

air

tanah.

Endapan

gambut

ini

dibentuk

oleh

tumbuhan

yang

menyerap

sisa

makanan

yang

terbawa

air

limpahan

sungai

akibat

pasang

surut

sungai

dan

hasil

dekomposisi

tumbuhan

daerah

lembah

antar

pegunungan. Endapan gambut

ini

disebut juga Eutropic Peat

atau

gambut

yang

terbentuk

oleh

tumbuhan

yang

kaya

akan

nutrisi.

Ombrogeneus

Peat, merupakan

gambut

yang diendapkan

diatas

muka

air

tanah.

Endapan

gambut

ini

dibentuk oleh

tumbuhan yang

menyerap zat

makanan

hasil

dekomposisi

material

organik

gambut

itu

sendiri

dan

tergantung pada

daerah

genangan air.

Endapan

gambut

ini

disebut

juga

Oligotropic peat

atau

gambut

yang

terbentuk dari

tumbuhan

yang

kekurangan zat

makanan

atau

kandungan

nutrisinya

rendah.

C. Rigg dan Gessel (1956), membagi gambut menjadi 4 jenis yaitu :

Tanah gambut yang berasal dari lumut.

Tanah gambut berserat.

Tanah gambut yang berasal dari kayu, seperti batang, daun,

dan ranting.

Tanah gambut sedimen yang berasal dari tumbuhan

mikroskopik.

D. Menurut ASTM

D2607-69 (1989), berdasarkan kandungan organik dan

kadar seratnya tanah gambut dibagi menjadi :

Spahagnum Moss Peat, yang memiliki kandungan

serat

minimum sebesar 66,6% dari berat kering.

Hypnum Moss Peat,

yang

memiliki

kandungan serat

minimum sebesar 33,3% dari berat kering.

Reed Sedge Peat, yang memiliki kandungan serat minimum

sebesar 33,3% dan serat – serat selain lumut (Moss).

Peat Hummus yang

memiliki kandungan serat

lebih kecil

dari 33,3% dari berat kering.

Gambut

lainnya yaitu semua bentuk selain klasifikasi

diatas.

E. Menurut ASTM D4427-84 (1989) dan Organic Sediments Research

Center (OSRC) dari The University of South Carolina (A.O. Landva, E.O

Korpijaako, dan

P.E. Pheeney, 1982) berdasarkan kadar abunya

gambut

digolongkan menjadi :

Low Ash Peat yang memiliki kadar abu kurang dari 5% berat kering.

Medium Ash Peat yang memiliki kadar abu 5% - 15% berat kering.

High Ash Peat yang memiliki kadar abu 15% - 25% berat kering.

Selain

menurut

OSRC,

LGS

(Lousiana

Geological

Survey) dan

Jarrett

System

(1982)

juga

mendefinisikan bahwa

suatu

tanah

disebut

sebagai

tanah

gambut bila kandungan abunya kurang atau sebesar 25%. Sedang

menurut Davis (1946)

suatu tanah disebut sebagai tanah

gambut apabila

kandungan abunya sebesar 35% atau kurang . Berdasarkan USSR System

suatu

tanah

disebut

sebagai

tanah

gambut

apabila

kandungan abunya

sebesar 50% atau kurang.

Kelima

sistem

klasifikasi

tanah

gambut

berdasarkan

kandungan

abunya dapat ditunjukkan sebagai berikut :

Tabel 2. 2 Klasifikasi Tanah berdasarkan OSRC System, Jarrett System, Davis,

USSR System dan LGS System.

(Sumber. ASTM, 1983)

G. Klasifikasi tanah yang dibuat oleh Amaryan, dkk.adalah :

Tabel 2. 3 Klasifikasi tanah Gambut menurut Amaryan, dkk.

(

Peat Engineering Hanbook, 1991)

2.1.3. Sejarah Tanah Gambut di Indonesia

Menurut

Anderson

(1964),

orang

pertama

yang

menemukan gambut

daerah tropika adalah Beecari pada tahun 1904, tetapi penemuan itu baru berarti

setelah

dilaporkan oleh

Potonie

dan

Koordes

pada

tahun

1909

mengenai

pentingnya gambut

pedalaman

Sumatera

sebagai

bahan

asal

Batubara.

Penelitian

mengenai

hutan

gambut di

Sumatera Selatan dan

Riau pernah

dilakukan oleh Endert (1920) dan Sewandodo ( 1938).

Sedangkan

penelitian

pertama

yang

dilakukan

mengenai asal

dan

perkembangan

gambut

Indonesia

dilakukan

oleh

Polak

pada

tahun

1930-an

(Diemont,

1986).

Proses

pembentukan gambut

daerah

tropika

seperti

Indonesia terutama dipengaruhi oleh kelebihan kadar air dan kekurangan oksigen

serta pH yang rendah. Sieffermann et al (1987) memberikan pemikiran tambahan

mengenai terjadinya gambut di wilayah tropika yaitu disebabkan oleh

kemampuan faktor organik untuk bereaksi dengan

tanah

mineral dan

desaturasi

basa yang sangat kuat.

Diemont

(1986)

merangkum pemikiran Polak

(1933),

Anderson (1964),

Adriesse (1974) dan

Driessen (1978) tentang pembentukan gambut di

Indonesia

yaitu sebagai berikut :

Permukaan laut berada dalam kondisi stabil 5000 tahun yang lalu.

Beberapa

abad

kemudian

terjadi dengan

cepat

deposisi

sedimen

pantai

yang

menyebabkan terbentuknya

daratan

pantai

yang

luas

dibeberapa

daerah

pantai

timur

Sumatera,

Kalimantan, dan

Irian

Jaya.

Beberapa

daratan tersebut tertutupi oleh komunitas Hutan Mangrove.

Komunitas

Mangrove

itu

membuat

daerah

menjadi

stabil dan

mengakibatkan terjadinya

perluasan

tanah

–tanah

yang

akhirnya

membentuk daerah mangrove dan Lagoon yang mampu mengurangi

kadar

garam

serta

meningkatkan

daerah

air

yang

segar

(Fresh

water)

yang mengakibatkan terjadinya hutan tropika atau danau berair segar.

Danau berair segar

itu secara bertahap menampung bahan organik

yang

dihasilkan oleh

tumbuhan, dan

berkembang

menjadi

hutan gambut

tropika

yang

dipengaruhi oleh

air

tanah

gambut

(Groundwater

peat).

Pembentukan gambut

seperti

ini

disebut

sebagai

gambut

topogen

yaitu

terbentuk berdasarkan kondisi topografi dan geomorphologi.

Diatas

gambut

topogen

tersebut

terbentuklah

hutan

gambut

Ombrotrophic.

2.1.4. Tanah Gambut di Indonesia

Secara

geologis

gambut

terbentuk

pada

lingkungan

pengendapan yang

berbeda-beda yaitu dapat

terjadi pada daerah dataran rendah, dataran tinggi dan

pegunungan,

sedangkan kondisi

pembentukannya terjadi

pada

daerah

beriklim

tropis,

sedang

dan

dingin.

Serta

tumbuhan pembentuk gambut

juga

sangat

bervariasi

setiap

daerah

mulai

dari

tumbuhan tropis

hingga

padang

rumput

atau lumut pada daerah yang tinggi. Karena beragamnya tipe tumbuhan tersebut

maka

sumber

formasi

pembentuk

endapan

gambut

juga

akan

berbeda.

Dengan

demikian, karena bervariasinya kondisi iklim dan tumbuhan sisa di suatu daerah

pembentukan

maka

tipe

gambut

suatu

daerah

akan

berbeda

dengan

daerah

yang lain.

Luas lahan gambut diperkirakan sekitar 384 juta

hektar yang tersebar di

seluruh

negara

dunia.

Diantaranya sekitar

juta

hektar

terdapat

didaerah

tropika,

yaitu 21

juta

hektar di

Asia

Tenggara, 4,5 juta hektar di

Amazone dan

Caribean,

juta

hektar

USA, 1,5 juta

hektar

Afrika dan

juta

hektar

Cina.

Di Asia Tenggara sendiri

lahan

gambut sebagian besar terpusat di

Indonesia dan Malaysia, dan sedikit di beberapa negara lainnya seperti Filipina,

Thailand, Vietnam, dan Papua (Andriesse, 1986).

Sedangkan menurut

Soekardi

dan

Hidayat

(1988)

lahan

gambut

Indonesia

diperkirakan

seluas

18,4

juta

hektar

yang terbagi atas

4,5 juta

pulau Sumatera, 9,3 juta ha di pulau Kalimantan, dan sekitar 4,6 juta ha di pulau

Irian

Jaya,

dan

pulau-pulau lainnya

hanya

menempati

lembah

pedalaman

dengan

luas

yang

sedikit.

Lahan

gambut tersebut tersebar di

pantai

timur

Sumatera, pantai selatan dan barat Kalimantan, pantai selatan Irian, dan sedikit di

Sulawesi, Maluku dan Jawa.

Peta penyebaran lahan gambut di Indonesia dapat dilihat di bawah ini :

Gambar 2.2 Peta penyebaran Gambut di Indonesia.

(Sumber. GEOguide)

2.1.5. Pengujian pada Tanah Gambut

Penyelidikan tanah merupakan suatu upaya memperoleh informasi bawah

tanah

untuk perencanaan pondasi bangunan sipil. Penyelidikan tanah mencakup

antara

lain,

pengeboran

tanah,

pengambilan

contoh

tanah,

pengujian

lapangan,

pengujian

laboratorium dan

observasi air

tanah.

Penyelidikan

tanah

merupakan

bagian

yang penting dalam perencanaan pondasi sehingga

harus dilakukan oleh

personal

yang

terampil

dalam

melakukan eksplorasi

dan

diawasi

oleh

ahli

geoteknik.

Uji

baling-baling lapangan

merupakan

uji

coba

untuk

mendapatkan

kekuatan

geser

tanah

liat

secara

langsung.

Kekuatan geser

yang

didapat

berhubungan dengan kondisi tidak alir (undrained). Alat uji berupa baling-baling

yang ditekan kedalam tanah. Baling-baling yang umum dipakai berbentuk

persegi dengan perbandingan tinggi sebesar dua kali lebar. Baling-baling tersebut

diputar sehingga terjadi gesekan antara tanah berbentuk silinder disela-sela

baling-baling dengan tanah

disekitarnya. Momen puntir

yang dibutuhkan untuk

memutar silinder

tanah

tersebut

diukur

dan

dapat

dicari

kekuatan

geser

tanah

yang dianggap bekerja secara homogen diselimut silinder tanah serta sisi atas dan

bawahnya.

Uji baling-baling

sangat

sesuai

untuk dilakukan

pada tanah

jenis liat

sangat lunak hingga sedang. Pada tanah lunak, uji baling-baling dapat dilakukan

dengan

menekan

baling-baling secara

menerus

pada

beberapa

kedalaman.

Sedangkan

pada

tanah

liat

sedang,

uji

baling-baling harus

dilakukan

dengan

bantuan membuat lubang bor terlebih dahulu kemudian disusul dengan uji

baling-baling.

Uji baling-baling

tidak dapat dilakukan pada tanah liat keras

karena baling-baling tidak dapat ditekan masuk kedalam tanah. Uji baling-baling

juga tidak sesuai untuk pasir.

Untuk

tanah

liat

sangat

lunak

hingga

lunak,

sangat

dianjurkan untuk

menggunakan alat

uji

baling-baling buatan

Swiss

yaitu

SGI

(Swedish

Geotechnical

Institute)

Vane

atau

buatan

Norwegia

yaitu

Geonor

Vane

yang

mana

stang

putar

terlindung dengan

selubung

luar

dan

putaran

torsi

dapat

dilakukan dengan

kecepatan

rendah

yang

standard.

Alat

uji

baling-baling

sederhana dengan stang putar tunggal hanya boleh dipakai pada tanah liat sedang

yang tidak terlalu sensitif terhadap gangguan. Banyak faktor mempengaruhi hasil

uji baling-baling antara

lain

gesekan stang putar dengan selubung, pelat baling-

baling

yang

lebih

tebal

dari

standar

yaitu

lebar

baling-baling, aus

serta

rusaknya plat baling-baling. Alat uji coba sebaiknya dilakukan perawatan berkala

dan dikalibrasi ulang. Kecepatan putar uji coba juga harus dijaga konstan yaitu

0,1 derajat per detik.

Gambar 2. 3 Uji Baling – baling

(Sumber. Peat Engineering Handbook)

Perhitungan kekuatan

geser

untuk

baling-baling persegi adalah sebagai

berikut :

Sfv =

P ?

D2H ?

106

dimana: Sfv = kekuatan geser uji baling-baling (KPa)

torsi atau momen puntir (N.m)

D = lebar baling-baling (cm)

H = tinggi baling-baling (cm)

Perlu

diperhatikan

bahwa

kekuatan

geser

uji

baling-baling (field

vane

shear

strength)

yang

diukur

serta dihitung dengan

formula diatas

belum tentu

merupakan kekuatan geser tidak alir (undrained shear strength) dari tanah yang

diukur.

Banyak

faktor

mempengaruhi

hasil

uji

antara

lain

kecepatan

uji,

pengaruh isotropi

tanah

liat

sendiri,

sejarah

tegangan tanah

dan

lain-lain.

Berdasarkan hasil pengamatan lapangan, Bjerrum (1972) memperkenalkan faktor

koreksi untuk

mendapatkan kekuatan geser tanah tidak alir

dari kekuatan

geser

uji Baling-baling.

Dengan mendapatkan faktor koreksi (m), kekuatan tanah dapat diperoleh

dengan perkalian dibawah ini:

Su = m × Sfv

dimana: Su = kekuatan geser tanah tidak alir (undrained shear strength )

faktor koreksi

Gambar. 2. 4 Grafik Korelasi Uji baling – baling.

(Sumber. Paper HATTI)

2.2

Timbunan pada Lahan Gambut

Permasalahan yang

timbul

bilamana

akan

membangun diatas

lapisan

tanah

gambut

adalah:

terbatasnya

informasi perilaku

dan cara

memperkirakan pemampatan

serta

metode perubahan lapisan

tanah

gambut yang akan dijadikan sebagai

tanah dasar

suatu konstruksi.

Dalam studi

ini

dibahas

studi analisis dan eksperimen penggunaan

material geosintetik dan bambu pada tanah gambut Sumatera.

2.2.1. Kasus – Kasus dalam Timbunan Tanah Gambut

Kasus – kasus yang mungkin timbul pada lahan gambut

adalah :

A. Penurunan Konsolidasi tanah yang cukup lama

B. Perilaku pemampatan tanah gambut yang cenderung berbeda dengan

jenis tanah lainnya.

C. Pemilihan sistem drainasi air tanah.

D. Akibat – akibat yang muncul karena daya dukung tanah yang cukup

rendah.

E. Kesulitan jalannya konstruksi akibat sulitnya bahan baku.

Keruntuhan tanah dasar di bawah timbunan.

2.2.2. Alternatif Penanggulangan pada Tanah Gambut

Beberapa Metode

yang sering digunakan untuk

menanggulangi ataupun

menangani permasalahan pada tanah gambut adalah :

A. Metode perbaikan Permukaan :

•

Trench Method

•

Sand Mat Method

•

Material Placement Method

B. Metode Pengurangan Beban

mengganti material perkuatan dengan:

•

Serbuk Gergaji

•

Potongan – potongan kayu

•

EPS Block

C. Metode Penggantian (Replacement Method) :

•

Penggantian dengan Penggalian

•

Penggantian dengan Timbunan

•

Perpindahan dengan Peledakan

D. Metode Vertical Drain.

E. Konstruksi dengan Corduroy.

Perkuatan dengan Geosintetik

(a).Penggalian dan penggantian

(b). Cerucuk kayu

dengan potongan kayu

(c). Sand Mat Method

(d). Matras bambu

(f)

(e). Penggantian material

(f).Timbunan ulang

(g).Vertical drain

Gambar 2. 5 Alternatif Penanggulangan pada Tanah Gambut

( Sumber. Banlitbang dan Brosur geosintetik)

2.3.

Geosintetik

adalah

suatu

produk

yang

dibentuk

oleh

bahan

polimer

dan

digunakan terkait dengan tanah, batuan dan

rekayasa

geoteknik

lainnya sebagai bagian

dari proyek konstruksi.

2.3.1. Sejarah Geosintetik

Awalnya

perkembangan geosintetik

dari

usaha

perkuatan

tanah

rawa

dengan cara

menambah material

sehingga memperkuat dan

menstabilkan tanah.

Bahan yang dipakai mula-mula adalah batang pohon dan semak – semak. Tanah

lunak

akan

menerima

material

berserat

sampai

terbentuk suatu

massa

yang

mempunyai sifat memadai sesuai kegunaan yang diinginkan.

Namun

diperoleh bahwa perkuatan

material tesebut

tidak

cukup

kuat

akibat dari beban yang dipikul dan kondisi waktu. Kemudian percobaan

terus

dikembangkan secara sistematis

dimana kayu

yang

dipakai mempunyai

bentuk

dan

ukuran

yang

seragam

disusun

seperti

lapisan

matras.

Terus

dikembangkan

samapai

mengisi

bagian

atas

dengan

tanah

lunak,

beberapa dengan

campuran

berpasir bahkan dengan perkerasan blok batu. Namun kekurangan terhadap

waktu dan ikatan tetap ditemukan.

Tahun

1926,

pertama

kali

digunakan produk

pabrik

yang berupa katun

tebal

oleh South

Carolina

Highway

Department. Hingga

tahun

1935

hasil dari

proyek

ditemukan bahwa

jalan

dalam

kondisi

bagus,

patahan/

retakan

dan

keruntuhan berkurang. Dari proyek inilah penggunaan geosintetik dalam separasi

dan perkuatan mulai digunakan.

2.3.2. Sifat dan jenis Geosintetik pada Perkuatan Tanah

Beberapa fungsi

umum dari

geosintetik adalah sebagai Penyaring/ Filter,

Pemisah/

Separator,

Drainasi/

Drainage,

Perkuatan/ Reinforcement,

Pengontrol

Erosi/

Erosion

Control,

Pelindung/ Protection,

Pelapis

kedap/

Sealing,

Pembungkus/ Container.

Klasifikasi Jenis – jenis Geosintetik antara lain:

1. Geotekstil (Woven dan Non Woven)

2. Geogrid.

3. Geonet.

4. Geomembrane.

5. Geosynthetic Clay Liners

6. Geopipes.

7. Geocomposite

8. Geofoam.

Gambar 2.6 Contoh Geosintetik

(Sumber . Brosur Geosintetik)

2.3.3. Aplikasi Geosintetik untuk Perkuatan Tanah

Pengunaan geosintetik telah banyak berkembang, berbagai jenis dan

ragam

dari

geosintetik

telah

dikembangkan, salah

satunya

untuk

pengunaan

perkuatan tanah.

Tipe

geosintetik

yang

umum

digunakan

untuk

perkuatan

tanah

dalam

dilihat pada Gambar 2.8

Geotekstil

woven (teranyam)

non woven (tidak dianyam)

Geosintetik

Geogrid

biaksial (dua arah)

uniaksial (satu arah)

Geocomposite

non woven dengan benang-

benang perkuatan

Gambar 2.7. Bagan tipe geosintetik untuk perkuatan tanah

(a)

(b)

Gambar 2.8 (a) Geosintetik woven dan (b) non woven

(Sumber Koerner, 2005)

(a)

(b)

Gambar 2.9 (a) Biaksial geogrid dan (b) Uniaksial geogrid

(Sumber Koerner, 2005)

2.4.

Bambu

Menurut Siopongco dan Munandar (1987) bambu adalah tanaman yang termasuk

Bamboodiae,

salah

satu

anggota

sub

familia

rumput,

yang

pertumbuhannya

sangat

cepat.

Gambar 2.10 Hutan Bambu

2.4.1. Keunggulan Bambu

Pada masa pertumbuhan, bambu tertentu dapat tumbuh vertikal 5 cm per

jam, atau 120 cm per hari. Bambu dapat dimamfaatkan

dalam banyak hal.

Sebagai komponen bangunan, bambu dapat dijumpai dalam bentuk tiang, balok,

lantai,

dinding atau

sekat,

struktur atap,

serta atap,

pintu

dan

jendela, langit

–

langit tangga, dinding penahan tanah, perancah pada saat pelaksanaan bangunan

berlantai banyak,

tirai

gulung,

peralatan dapur,

penyalur

air

minum,

jembatan

ringan,

bahan

makanan,

bahan

kerajinan tangan,

alat

musik.

Bahkan

ketika

Thomas

Alva

Edison

memerlukan kawat

halus

yang

dapat

dipakai

untuk

menghasilkan cahaya dalam bola lampunya yang pertama, Edison berpaling pada

bambu

sebagai

bahannya.

Waktu

Graham

Bell

mengembangkan kotak

musik

piringan

hitam,

maka bambulah

yang dijadikan

bahan

baku untuk

membuat

jarum kotak musik yang pertama.

Tanaman bambu mempunyai ketahanan yang luar biasa, Rumpun bambu

yang telah dibakar, masih dapat tumbuh lagi, bahkan pada saat Hiroshima

dijatuhi bom atom sampai

rata dengan tanah, bambu

adalah

satu- satunya jenis

tanaman

yang

masih dapat bertahan hidup. Bambu bahkan dapat tumbuh

diladang yang sangat kering seperti kepulauan Nusa

Tenggara atau dilahan yang

banyak disirami air hujan seperti di Parahiyangan (Salim,1994).

2.4.2. Jenis Bambu

Menurut Sharma (1987) didunia tercatat lebih dari 75 genus dan 1250 species

bambu,

sedang

Uchimura

(1980)

menyatakan bahwa

bambu

yang

ada

Asia

Selatan dan Asia Tenggara kira – kira 80% dari keseluruhan bambu yang ada di

dunia. Genus Bambussa mempunyai jumlah spesies paling banyak dan terutama

tersebar di daerah tropis, termasuk di Indonesia.

Adapun

jenis

bambu

yang

akan

bahas terbatas pada

jenis

bambu

yang

banyak terdapat di Indonesia, yang antara lain

A. Bambusa vulgaris Schrad

Beberapa jenis

bambu

yang

mempunyai

nama botani

bambusa

vulgaris Schrad antara lain bambu kuning, bambu tutul, dan bambu

ampel.

Bebrapa nama daerah dari bambu

yang termasuk jenis

ini yaitu:

Hao adulo,

Aur

gading, Bambu

kuring,

Buluh

swanggi,

Bulog

gading,

Haur bahenda dan yang lainnya.

Bambusa vulgaris Schrad

mempunyai

rumpun

tidak

rapat

dan

tidak

teratur,

warna

kulit

kuning,

hijau,

hijau

bertutul cokelat, hijau

bergaris teratur,atau kuning bergaris hijau. Tinggi bambu bervariasi 10-

20 m, dengan diameter 7-13 cm,

dan tebal dinding 6-15mm.

Bambusa

vulgaris

Schrad banyak dipakai untuk

tanaman hias,

peralatan rumah tangga, bahan kerajinan serta bahan kertas.

B. Dendrocalamus asper (Schult.F) Backer ex Heyne

Bambu

dengan nama

botani Dendrocalamus

asper

(Schult.F)

Backer

ex Heyne

Indonesia dikenal

dengan

nama

Bambu

petung. Di

berbagai daerah, bambu yang termasuk jenis

ini di kenal dengan

nama

Buluh petong,

Buluh

swanggi,

Bambu batueng,

Pering betung,

Betong,

Bulo

lotung, Awi bitung, Jajang betung, Pring betung, Pereng petong,

Tiing petung, Au petung, Bulo patung dan Awo petung.

Bambu jenis ini

mempunyai rumpun agak rapat, dapat tumbuh di

dataran rendah sampai

pegunungan dengan

ketinggian 2000

atas

permukaan

air

laut.

Pertumbuhan cukup

baik

khususnya

untuk

daerah

yang tidak

terlalu kering. Warna kulit batang

hijau kekuningan. Batang

dapat mencapai panjang 10-14 m, panjang ruas berkisar antara 40-60 cm,

dengan diameter 6-15 cm, tebal dinding 10-15 mm.

Bambu

betung

banyak dipakai

sebagai bahan

bangunan, perahu,

kursi, saluran air, dinding (Gedeg), dan kerajinan tangan.

C. Gigantochloa atroviolacea Widjaja

Bambu

dengan nama

botani Gigantochola

atroviolacea

Widjaja

lebih

dikenal

dengan

nama

bambu

hitam. Jenis bambu

ini

juga dikenal

dengan nama Awi hideung, Pring wulung, dan Pring ireng.

Bambu

hitam

mempunyai rumpun

jarang, tumbuh

dataran

rendah

sampai

ketinggian

650

diatas

permukaan

air

laut.Warna

kulit

batang hitam, hijau kehitam – hitaman atau ungu tua. Tinggi batang dapat

mencapai 20

m, panjang

ruas 40-60

cm, dengan diameter 6-8

cm, tebal

dinding buluh 6-8 mm.

D. Gigantochloa atter (Hassk) Kurz ex. Munro

Bambu dengan nama botani Gigantochloa atter (Hassk) Kurz ex.

Munro di Indonesia

dikenal dengan nama Bambu Atter, sedang

diberbagai

daerah

lebih

dikenal

dengan

nama

Awi

Ater,

Pring

Jawa,

Pring Legi, Pereng Keles, Tereng Galah, Auloto, dan Tabadiketul.

Bambu

Atter

dapat

tumbuh di

dataran rendah

sampai

dataran

rendah sampai dataran ketinggian 750 m diatas permukaan air laut. Kulit

batang berwarna hijau sampai hijau gelap. Tinggi batang dapat mencapai

22 m, panjang ruas 40-50 cm, diameter 5-10 cm, tebal dinding 8 mm.

E. Gigantochloa verticillata (Wild) Munro

Bambu

dengan nama

botani

Gigantochloa

verticillata

(Wild)

Munro

dikenal dengan

nama

Bambu Andong,

sedang diberbagai daerah

dikenal dengan

nama

Awi

gombong, Awi

surat,

Awi

temen, dan Pring

surat.

Bambu

andong

mempunyai

rumpun

tidak

terlalu

rapat.

Warna

kulit batang hijau kekuningan dengan garis kuning sejajar batang. Tinggi

batang berkisar antara 10 -12 m, panjang ruas 40-60 cm, diameter 8-12

cm, dan tebal dinding sampai 20 mm.

Bambu andong dapat dipakai

untuk bahan bangunan,

chopstick

dan kerajinan tangan.

Gigantochloa apus BI Ex. (Schult.f) Kurz

Bambu dengan nama botani Gigantochloa apus

BI Ex. (Schult.f)

Kurz di Indonesia dikenal dengan nama Bambu Apus atau Bambu Tali,

sedang di berbagai daerah dikenal dengan nama Awi tali, Pring tali, Pring

apus, Pereng tali, Tiing tali, dan Tiing telantan.

Bambu Apus dapat tumbuh di dataran rendah sampai pegunungan

dengan tinggi 1000 m di atas permukaan laut. Tinggi batang 8-11 m, ruas

45 – 65 cm, diameter 5-8 cm, tebal 3-15 mm.

Jenis

bambu

ini

kuat,

liat,

baik untuk

kerajinan anyaman

karena

seratnya

kuat dan lentur. Menurut

Sulthoni (1988) bambu ini tidak

mudah terserang hama bubuk sekalipun tidak diawetkan. Oleh karena itu

bambu jenis ini banyak dipakai sebagai bahan bangunan.

2.4.3.

Sifat Mekanik Bambu

Pemakaian Bambu seringkali didasarkan pada pengalaman nenek

moyang

saja.

Perangkaian batang

–

batang

struktur

bambu

dilakukan

secara

konvensional menggunakan tali atau pasak, sehingga rangkaian itu kurang

kokoh.

Sebagai

akibat

penyusutan bahan,

ikatan

tali/pasak

menjadi

kendor,

sehingga

struktur

akan

mengalami perubahan bentuk

yang

cukup

besar,

dan

kekuatannya pun

merosot.

Oleh

karena

itu

tidak

mengherankan jika

pemakaian

bambu selama ini hanya terbatas pada pemakaian struktur yang ringan saja.

Agar suatu bahan dapat di pakai secara optimum,

maka

sifat mekanik

bahan

itu

harus

dipahami

betul.

Tanpa pemahaman sifat

mekanik,

pemakaian

bahan

dapat

berlebihan, sehingga

dari

segi

ekonomis

akan

boros,

sedang

pemakaian

dengan

ukuran

yang

kecil

dapat

membahayakan pemakainya. Jika

sifat

mekanik dapat

dikuasai,

maka

dapat dipikirkan cara

mengatasi

kelemahannya, serta

memamfaatkan sifat

–

sifat

unggulannya.

Lebih

lanjut

pemakaian bahan

dapat

diusahakan lebih

optimum.

Selain

itu

dapat

juga

dipikirkan kemungkinan diversifikasi produk.

Untuk mengetahui sifat mekanik bambu, Ghavani (1990) melakukan

pengujian

dengan bentuk spesimen seperti terlihat pada gambar 2.11.

Gambar 2. 11. Uji Spesimen Bambu

(

Sumber: Rekayasa Bambu, Morisco. 1999 )

Menurut Morisco

(1999) dan

Ananda (1996), bambu

mempunyai

kekuatan tarik dua kali lebih besar dibandingkan kayu, sedangkan kuat tekannya

10% lebih tinggi dibandingkan dengan kekuatan tarik kayu.

Apabila dibandingkan dengan baja

yang

mempunyai berat

jenis antara

6.0 – 8.0

(Sementara

BJ bambu 0.6 – 0.8), kuat tarik (Tensile Strength) baja

hanya sebesar 2.3 – 3.0 lebih besar dibandingkan dengan kekuatan tarik bambu.

Dengan

demikian

bambu

mempunyai kekuatan

tarik

per

unit

berat

jenisnya

sebesar 3 - 4 kali lebih besar dibandingkan dengan baja (Gambar 2.12)

Gambar 2.12. Diagram Tegangan dan Regangan Bambu dan Baja.

(

Sumber: Morisco, 1999 )

Gambar 2. 13. Pengambilan Spesimen Bambu

(Sumber: Morisco, 1999).

2.4.4.

Aplikasi Bambu Untuk Perkuatan Tanah

Konstruksi

timbunan di

atas

tanah

lunak disebut

reklamasi. Reklamasi

adalah suatu pekerjaan penimbunan tanah (pasir berlanau) dengan skala volume

dan

luasan yang sangat besar pada suatu kawasan atau

lahan

yang relatif

masih

kosong

dan

berair,

misalnya pantai,

daerah rawa

suatu

lokasi

laut,

tengah

sungai yang lebar ataupun di danau.

Oleh karena

itu dilaksanakan pada kawasan tersebut di atas

maka

problem

utama

tersebut

umumnya

berkisar

pada

permasalahan rekayasa

geoteknik,

yaitu

terkendala dengan

kuat

dukung

tanah

yang

rendah

dan

penurunan yang besar akibat konsolidasi maka stabilitas timbunan di atas tanah

tersebut

perlu

perhatikan. Salah

satu

perkuatan

yang

dapat

digunakan

adalah

dengan penggunaan matras dan tiang bambu sebagai soil reinforcement.

Untuk

memilih

metoda

perbaikan tanah

yang

tepat

dan

juga

ekonomis

harus mempertimbangkan juga faktor – faktor lainnya seperti : (Rahardjo (1998)

1. Kualifikasi Pelaksana

Kontraktor.

2. Waktu Pelaksanaan.

3. Pengaruh terhadap lingkungan sekitarnya.

4. Biaya.

Melihat

faktor

atas

maka

penggunaan bambu

yang telah dilaminasi

cukup

baik

untuk

bahan

perbaikan

tanah.

Bambu

memiliki

banyak

sifat

yang

baik

untuk

konstruksi, karena

bambu

kuat,

ulet,

lurus,

ringan

dan

mudah

pengerjaannya. Selain itu bambu mudah didapat dengan harga yang relaif murah.

Bambu

dalam

bentuk

bulat

biasa

dipakai

untuk

konstruksi lainnya

sebagai

perancah (Scafollding) [ASTM (1989), Ananda et al (1996) dan CNBRC (001)].

Selain

keunggulan – keunggulan bambu seperti yang dipaparkan tersebut

diatas,

maka

bambu

dalam

penggunaannya menemui

beberapa

keterbatasan.

Dalam

pemakaian sebagai

bahan

bangunan

(konstruksi),

faktor

yang

sangat

mempengaruhi adalah

sifat

fisik

bambu

yang

membuat sukar

dikerjakan secara

mekanis, variasi dimensi dan ketidakseragaman

panjang ruas [ Bodiq et al

(1982), Fangchun (2000) ].

2.5.1.

Perkuatan Timbunan jalan dengan Bambu

Permasalahan longsoran

timbunan jalan

yang

banyak

terjadi

selama

ini

dapat

ditanggulangi dengan

membuat

sistem

perkuatan

timbunan.

Salah

satu

alternatif

perkuatan

timbunan

adalah

dengan

mengembangkan teknologi

sederhana dengan sistem perkuatan (penulangan) timbunan menggunakan matras

bambu (Corduroy) atau cerucuk bambu.

Yang

dimaksud

dengan

penulangan tanah

(Corduroy)

adalah

tanah

timbunan

dibuat

berlapis

bambu

untuk

memperoleh suatu

konstruksi

yang

komposit. Ataupun menggunakan bambu sebagai pondasi dasar

(cerucuk) untuk

memperkuat stabilisasi tanah.

Mempertimbangkan

ketersediaan bambu

sangat

banyak

dan

tidak

sulit

didapat di Indonesia serta jenis bambu ini memiliki kuat tarik yang cukup besar,

maka bambu tali dapat digunakan sebagai bahan lokal untuk penulangan tanah.

Keuntungan dari penggunaan perkuatan dengan Bambu adalah :

1. Ketersediaan bambu yang cukup banyak di Indonesia .

2. Pelaksanaan lapangan sangat mudah dikerjakan .

3. Teknologi sederhana

ini

dengan

menggunakan bahan

lokal sebagai

substitusi produk import sangat dapat diandalkan.

Gambar 2.15. Konstruksi Perkuatan Bambu.

(Sumber : Pusat Penelitian Antar Universitas, Institut Teknologi Bandung)

2.5.

Metode Elemen Hingga / The Finite Element Method

Banyak

program

komputer

yang

menggunakan metode

ini,

sehingga

dalam

menggunakannya perlu

memahami konsep dasar,

struktur,

sistem operasi

program

itu.

Program Plaxis menggunakan konsep metode elemen hingga.

Metode

elemen

hingga

didasari

prinsip

membagi

atau

diskretisasi dari

suatu

kontinum, di mana kontinum tersebut dapat berupa sistem struktur, massa ataupun benda

padat lainnya yang akan dianalisis. Pembagian dalam metode

ini

untuk membagi

suatu

benda menjadi elemen yang lebih kecil, sehingga

mudah untuk dianalisis.

Dengan

adanya

pembagian

tersebut

maka

suatu

sistem

yang

memiliki

derajat

kebebasan tak

terhingga dapat

didekati

menjadi

suatu

sistem

yang

memiliki derajat

kebebasan

berhingga.

Semakin kecil

elemen

yang dibagi

yang

akan

ditinjau,

maka

hasil

analisisnya

akan semakin

akurat.

Dalam

syarat pembagian

menjadi

elemen

kecil

ini

tidak

mengalami putus di suatu tempat.

2.5.1.

Langkah-langkah dalam Metode Elemen Hingga

Langkah – Langkah perumusan dan penerapan dari metode elemen

hingga terdiri atas 8 langkah, yaitu:

Gambar 2.16. (a) Diskritisasi benda dua dimensi

(b) Distribusi u

pada suatu elemen umum e.

(Sumber: Desai, 1979)

Langkah 1. Diskritisasi dan Memilih Konfigurasi Elemen.

Langkah

ini

menyangkut pembagian

benda

menjadi

sejumlah

benda

“kecil” yang sesuai. Yang dinamakan elemen-elemen hingga. Perpotongan antara

sisi

elemen dinamakan simpul atau titik simpul dan permukaan antara

elemen-

elemen disebut garis simpul dan bidang simpul. Seringkali kita perlu

memasukkan titik simpul tambahan di sepanjang garis-garis dan bidang simpul.

(Gambar 2.16 b).

Gambar 2.17. Berbagai jenis elemen (a) Elemen satu-dimensi (b) Elemen

dua-dimensi (c) Elemen tiga-dimensi

(Sumber: Desai, 1979)

Jenis elemen yang akan digunakan tergantung pada karakteristik

rangkaian

kesatuan

dan

idealisasi

yang

kita

pilih

untuk

digunakan. Sebagai

contoh, jika suatu struktur atau suatu benda diidealisasi sebagai suatu garis satu-

dimensi, elemen yang akan kita gunakan adalah suatu elemen “garis” (Gambar

2.17.a). Untuk benda-benda dua-dimensi, kita gunakan segitiga dan segiempat

(Gambar 2.17.b),

sedangkan

untuk

idealisasi tiga-dimensi, dapat dipakai

suatu

prisma segi enam (Hexahedron) dengan kekhususan yang berbeda (Gambar

2.17.c).

Gambar 2.18. Diskritisasi untuk batas tak teratur

(Sumber: Desai, 1979)

Walaupun kita dapat

membagi-bagi benda itu ke dalam beberapa bagian

elemen dengan bentuk yang teratur pada bagian dalam (Gambar 2.18), kita bisa

membentuk provisi khusus jika batas yang ada ternyata tak teratur. Dalam

banyak hal, batas tak teratur dapat didekati dengan sejumlah garis lurus (Gambar

2.18).

Sebaliknya, dalam

banyak

persoalan

lainnya,

mungkin

perlu

memakai

fungsi

matematis

dengan orde

yang

secukupnya

untuk

mendeteksi

batas

yang

ada. Sebagai contoh, jika bentuk batas adalah serupa dengan suatu kurva

parabola,

maka

kita

dapat

memakai suatu

fungsi

kaudratis

orde-dua

untuk

mendekati batas tersebut.

Langkah 2. Memilih Model atau Fungsi Pendekatan.

Dalam langkah ini, dipilih suatu pola atau bentuk untuk distribusi besaran

yang tak diketahui (Gambar 2.18.) yang dapat berupa suatu perpindahan dan atau

tegangan

untuk

persoalan

tegangan-deformasi, maupun

perpindahan

untuk

persoalan gabungan yang menyangkut efek-efek aliran maupun deformasi.

Titik-titik simpul elemen memberikan titik-titik strategis untuk penulisan

fungsi-fungsi

matematis

yang

menggambarkan

bentuk

distribusi

dari

besaran

yang

tak

diketahui pada

wilayah

elemen.

Sejumlah

fungsi

matematis seperti

polinomial

dan

deret

trigonometri dapat

dipakai

untuk

maksud

ini,

terutama

polinomial karena

mereka

memberikan perumusan elemen

hingga

yang

mudah

dan sederhana. Jika kita menyatakan u sebagai besaran yang tak diketahui, maka

fungsi interpolasi dapat dinyatakan sebagai

u = N1 u1 + N2 u2 + N3 u3 + . . . + N

(2.1.)

sini u1,

u3,

adalah

nilai

dari

besaran-besaran yang

tak

diketahui pada

titik-titik simpul

dan

adalah

fungsi-fungsi

interpolasi. Misalnya dalam hal elemen garis dengan dua simpul ujung (Gambar

2.17.a) kita bisa mempunyai u

dan

sebagai besaran yang

tak

diketahui atau

sebagai derajat kebebasan dan

untuk

segitiga

(Gambar

2.17.b) kita

mempunyai

u1, u2, . . . u

sebagai besaran yang tak diketahui atau derajat kebebasan jika kita

berhubungan dengan

suatu

persoalan

deformasi

dengan

dua

perpindahan

pada

setiap simpul.

Derajat kebebasan

dapat

didefinisikan

sebagai

suatu

perpindahan bebas

(tak diketahui) yang dapat terjadi di suatu titik. Sebagai contoh, untuk persoalan

deformasi satu-dimensi dalam suatu kolom (Gambar 2.17.a) hanya ada satu arah

dengan suatu titik bebas bergerak, yaitu dalam arah sumbu tunggal. Jadi sebuah

titik mempunyai satu derajat kebebasan. Untuk persoalan dua-dimensi (Gambar

2.17.b),

jika

deformasi hanya

dapat

terjadi

dalam

bidang

benda

(dan

akibat

lenturan

diabaikan), maka

suatu

titik

hanya

bebas

bergerak

dalam

dua

arah

koordinat yang bebas, jadi di sini suatu titik mempunyai dua derajat kebebasan.

Setelah semua

langkah

metode

elemen-hingga

dilaksanakan,

maka

kita

bisa

menemukan

jawaban

sebagai

nilai

dari

besaran

yang

tak

diketahui

semua

simpul, yaitu u1

, . . .

Tetapi dalam mengawali

tindakan untuk

memperoleh

jawaban,

kita

telah

mengasumsikan secara

teoritis

atau

terlebih

dahulu bahwa bentuk atau pola yang kita harapkan akan memenuhi

syarat,

hukum dan prinsip persoalan yang ada.

Jawaban

yang

diperoleh akan dinyatakan dalam

besaran

yang

tak

diketahui hanya di titik-titik simpul. Ini adalah salah satu hasil proses diskritisasi.

Gambar

2.19.

menunjukkan bahwa

jawaban

akhir

adalah

suatu

kombinasi

jawaban

setiap

elemen

yang

dihubungkan

menjadi

satu

pada

batas-batas

yang

sekutu

(bersama). Selanjutnya

hal

ini

dilukiskan

dengan

memberi

sketsa

suatu

penampang lintang di sepanjang A-A. Dapat dilihat bahwa jawaban yang dihitung

tidak

perlu

sama

seperti

jawaban

kontinu

yang

digambarkan dengan

kurva

bergaris

tebal.

Jelaslah,

kita

ingin

mendiskritisasi sedemikian

rupa

sehingga

jawaban

hasil

perhitungan akan

sedekat

mungkin

pada

jawaban

eksak,

yaitu

kesalahan minimum.

Gambar 2.19 Pendekatan potongan-potongan kecil jawaban pada elemen

(a) Rakitan (b) Elemen-elemen yang bersebelahan

Desai, 1979)

Langkah

Menentukan

Hubungan

Regangan

(Gradien)-

Perpindahan (yang tak Diketahui) dan Tegangan-Regangan.

Untuk

maju ke

langkah berikutnya, yang

mempergunakan suatu

prinsip

(katakanlah, prinsip

energi

potensial

minimum)

untuk

penurunan

persamaan-

persamaan

elemen,

kita

harus

menentukan

besaran-besaran yang

tepat

yang

muncul dalam prinsip

tersebut. Untuk persoalan tegangan-deformasi, salah satu

dari besaran semacam ini adalah regangan (atau gradien) perpindahan. Misalnya,

dalam

hal

deformasi

yang

hanya

terjadi

dalam satu

arah y

(Gambar 2.17.a),

diasumsikan bahwa regangan €

yang bernilai kecil dinyatakan oleh :

€

(2.2.)

sini

adalah

deformasi

dalam

arah

y. Untuk

hal aliran

fluida

dalam

satu

arah,

hubungan semacam ini

adalah

gradien

dari

tinggi

tekan

fluida

(Gambar 2.19.b):

(2.3.)

di sini f adalah tinggi tekan

fluida atau potensial dan g

adalah gradien

dari f, yaitu laju perubahan f terhadap koordinat x.

Gambar 2.20. Persoalan-persoalan yang di idealisasi menjadi satu-dimensi.

(a)Tegangan-deformasi satu-dimensi.

(b) Aliran satu-dimensi.

(Sumber: Desai, 1979)

Selain regangan atau gradien, kita

juga

harus

menentukan suatu besaran

tambahan,

tegangan

atau

kecepatan; umumnya

hal

ini

dilakukan dengan

menyatakan hubungannya dengan regangan. Hubungan semacam ini adalah

suatu hukum konstitutif dan menyatakan tanggapan atau pengaruh (perpindahan,

regangan) dalam suatu sistem karena bekerjanya suatu penyebab (gaya). Hukum

tegangan-regangan adalah salah satu bagian

yang paling penting

dalam analisis

elemen-hingga. Kecuali

kalau

ditentukan

untuk

mencerminkan

secara

tepat

perilaku dari bahan atau sistem, maka hasil-hasil dari analisis dapat mempunyai

arti

yang

sangat

kecil.

Sebagai

suatu

contoh

yang

sederhana, tinjauan hukum

Hooke, yang mendefinisikan hubungan tegangan terhadap regangan dalam suatu

benda pejal:

€

(2.4.a)

Di sini

tegangan

dalam

arah

vertikal

dan

modulus

elastisitas

Young.

Jika

kita

mensubstitusi €

dari

Persamaan

(2.3)

dalam

Persamaan

(2.4a), kita akan memperoleh pernyataan untuk tegangan yang dinyatakan dalam

suku-suku perpindahan sebagai

(2.4.b)

Salah satu

dari

hukum

kontitutif

yang

linear

sederhana

adalah

hukum

Darcy untuk aliran fluida melalui media berpori:

(2.4.c)

di sini k

koefisien permeabilitas, v

kecepatan, dan g

gradien.

Langkah 4. Menurunkan Persamaan-persamaan Elemen.

Dengan memakai hukum atau prinsip yang tersedia, kita akan

memperoleh persamaan-persamaan

yang mengatur perilaku elemen. Persamaan-

persamaan

ini

dinyatakan

dalam

bentuk

yang

umum,

sehingga

dapat

dipakai

untuk semua elemen dalam benda yang didiskritisasi.

Ada sejumlah cara yang berbeda yang mungkin dipakai untuk

menurunkan persamaan-persamaan elemen. Dua cara yang paling umum dipakai

adalah metode energi dan metode residu.

Dari

kedua

metode

itu

akan

menghasilkan

persamaan-persamaan

yang

menggambarkan perilaku suatu elemen, yang umumnya dinyatakan sebagai

[k] {q} = {Q}

(2.5)

Di sini [k] = matriks sifat elemen, {q} = vektor besaran yang tak

diketahui di simpul-simpul elemen, dan {Q} = vektor parameter pemaksa simpul

elemen.

Persamaan (2.5)

dinyatakan dalam

pengertian yang

umum;

untuk

persoalan yang khusus mengenai analisis tegangan, [k] = matriks kekakuan, {q}

vektor perpindahan simpul dan {Q} = vektor gaya simpul.

Langkah

Perakitan

Persamaan

Elemen

untuk

Mendapatkan

Persamaan Global

atau

Persamaan

Rakitan

dan

Mengenal

Syarat

Batas.

Tujuan

akhir

adalah

memperoleh

persamaan-persamaan untuk

benda

secara keseluruhan

yang akan menentukan kira-kira perilaku keseluruhan benda

atau struktur. Kenyataannya, penggunaan cara-cara

variasi atau

residu

memang

bersangkut paut dengan benda keseluruhan; adalah untuk tujuan penyederhanaan

bahwa kita

meninjau tata cara dalam Langkah 4

seolah diterapkan pada suatu

elemen tunggal.

Sekali

persamaan-persamaan elemen,

Persamaan

(2.5),

ditetapkan untuk

suatu

elemen

umum,

maka

kita

akan

soap

menghasilkan Persamaan

secara

berulang-ulang untuk

elemen-elemen

lainya

dengan

berkali-kali

memakai

Persamaan

(2.5).

Kemudian

kita

menjumlahkannya untuk

mendapatkan

persamaan-persamaan global.

Proses

perakitan

ini

didasarkan

pada

hukum

kecocokan

atau

kekontinuan. Hal

ini

memerlukan

bahwa

benda

harus

tetap

kontinu

yang

artinya

bahwa,

titik-titik

yang bersebelahan

harus tetap

bersebelahan

satu

sama

lain

setelah

diberikan

beban

(Gambar

2.20.).

Dengan

kata

lain,

perpindahan dua

titik

yang

berbatasan

atau

yang

berurutan

harus

mempunyai nilai-nilai identik (Gambar 2.20.a).

Tergantung

pada

jenis dan sifat

persoalan,

kita

dapat saja

memaksakan

syarat-syarat kekontinuan yang

lebih

berat.

Misalnya,

untuk

deformasi

yang

terjadi

dalam

suatu

bidang

datar, maka

mungkin

cukup memaksakan

kekontinuan dari

perpindahan saja.

Sebaliknya,

untuk

persoalan-persoalan

pelenturan, sifat-sifat fisis benda yang mengalami deformasi karena beban selain

memerlukan kekontinuan dari perpindahan,

juga

kita

harus

memastikan bahwa

kemiringan atau turunan pertama dari perpindahan juga kontinu atau cocok pada

simpul-simpul yang berbatasan (Gambar 2.19.b). Seringkali hal ini menjadi perlu

untuk memenuhi kecocokan dari lengkungan-lengkungan atau turunan kedua.

Akhirnya,

kita

memperoleh persamaan

rakitan

yang

dinyatakan dalam

notasi matriks sebagai :

[K] {r} = {R}

(2.6)

Di sini [K] = matriks sifat rakitan, {r} = vektor rakitan dari simpul yang

tak diketahui dan {Q} = vektor rakitan dari parameter pemaksa simpul.

Untuk

persoalan

tegangan-deformasi, besaran-besaran

tersebut

masing-

masing adalah

matriks kekakuan rakitan,

vektor perpindahan simpul dan

vektor

beban simpul.

Gambar 2.21. Kecocokan antar elemen.

(a) Kecocokan untuk persoalan dalam bidang datar.

(b) Kecocokan untuk persoalan jenis-pelenturan.

(Sumber: Desai, 1979)

Syarat-syarat Batas

Syarat

batas

adalah batasan

atau penyangga

fisis (Gambar

2.21.b)

yang

harus ada

sehingga suatu

struktur

atau

benda

dapat

berdiri

sendiri

dalam

ruang.

Syarat-syarat ini

umumnya

diperinci

dan

dinyatakan

sebagai

nilai-nilai

yang

diketahui

dari

besaran-besarn yang

tak

diketahui

pada

suatu

bagian

permukaan atau batas S1

dan

atau

gradien atau

turunan dari

besaran

yang

tak

diketahui

pada

Gambar

2.22.a

menggambarkan suatu

balok.

Dalam

kasus

balok yang disangga secara sederhana, batas S1 adalah dua

titik ujung di

mana

perpindahan diberikan.

Batasan semacam

ini seringkali dinamakan syarat batas

balok, dipaksakan atau geometris.

Pada

tumpuan-timpuan sederhana dari

balok,

momen

lentur

adalah

nol;

yaitu

turunan

kedua

dari perpindahan

menghilang.

Batasan semacam

ini

seringkali dinamakan syarat batas alamiah.

Gambar 2.23.b menunjukkan

suatu silinder di mana fluida atau

temperatur mengalir. Pada batas S1, temperatur atau tinggi tekan fluida diketahui;

hal ini adalah syarat batas pokok. Ujung kanan kedap terhadap air, atau diisolasi

terhadap kalor;

selanjutnya

syarat batas diperincikan sebagai

fluks

fluida atau

kalor

yang

sebanding dengan

turunan

pertaman

dari

tinggi

tekan

fluida

atau

temperatur. Syarat batas ini adalah syarat batas almiah.

Gambar 2.22. Syarat batas atau batasan

(a) Benda tanpa batasan

(b) Benda dengan batasan

(Sumber: Desai, 1979)

Gambar 2.23. Contoh syarat batas.

(a) Balok dengan syarat-syarat batas.

(b) Aliran pipa dengan syarat-syarat batas.

(Sumber: Desai, 1979)

Untuk

mengambarkan syarat-syarat

batas

dalam

pendekatan

elemen-

hingga,

benda

dinyatakan oleh

Persamaan 2.6,

dan

biasanya

perlu

mengubah

persamaan

ini hanya untuk syarat-syarat

batas geometris.

Persamaan

rakitan

akhir yang telah dimodifikasi dinyatakan dengan menambahkan garis di sebelah

atas sebagai berikut:

[K] {r} =

{R}

(2.7)

Langkah

Memecahkan

Besaran-besaran

Primer

yang

tak

Diketahui

Persamaan

(2.8)

adalah

sekumpulan

persamaan

aljabar

simultan

linier

(atau tak linear), yang dapat dituliskan dalam bentuk baku dan umum sebagai

r1 +

. . . + K1

r1 +

. . . + K2

R2..

(2.8)

r1 +

. . . + K

Persamaan-persamaan ini

dapat

dipecahkan

dengan

memakai

metode

eliminasi

Gauss

atau

metode

iterasi

yang sudah

dikenal.

akhir

langkah

ini,

kita telah memecahkan besaran-besaran yang tak diketahui (perpindahan) r1

, r

. . . r

. Besaran-besaran ini dinamakan besaran-besaran primer yang tak

diketahui,

karena

mereka

muncul

sebagai

besaran-besaran pertama

yang dicari

dalam Persamaan dasar (2.8). Pemberian

nama primer akan berubah

tergantung

pada besaran yang tak diketahui yang muncul dalam Persamaan (2.8). Misalnya,

jika persoalan dirumuskan dengan memakai tegangan sebagai besaran yang

tak

diketahui, maka tegangan tersebut dinamakan besaran primer.

Langkah

Memecahkan

Besaran-besaran

Penurunan

atau

Sekunder.

Seringkali

besaran-besaran

tambahan

atau

sekunder

harus

dihitung dari

besaran-besaran

primer.

Dalam

hal

persoalan

tegangan-deformasi, besaran-

besaran semacam ini dapat berupa regangan, tegangan, momen dan

gaya geser,

untuk

persoalan

aliran

besaran-besaran itu

dapat

berupa

kecepatan

dan

debit.

Adalah

relatif

langsung

untuk

mencari

besaran-besaran

sekunder

jika

besaran-

besaran primer diketahui, karena kita dapat memakai

hubungan antara regangan

dengan perpindahan dan hubungan antara tegangan dengan regangan yang sudah

ditentukan dalama langkah 3.

Langkah 8. Interpretasi Hasil-hasil.

Tujuan akhir dan penting adalah mengurangi hasil-hasil penggunaan cara

elemen-hingga menjadi

suatu

bentuk

yang

siap

dipakai

dalam

analisis

dan

perancangan.

Umumnya

hasil-hasil diperoleh dalam bentuk keluaran

yang

dicetak dari

komputer.

Kemudian kita

memilih

potongan-potongan

yang

kritis

dari benda

dan

memplotkan

nilai-nilai perpindahan

dan

tegangan

sepanjang

benda atau kita dapat

membuat tabal dari hasil-hasil tersebut. Seringkali sangat

menguntungkan

dan tidak membuang waktu dengan menggunakan

‘routine’

yang tersedia dan memerintahkan komputer untuk memplot atau mentabulasikan

hasil-hasilnya.

2.6.

Program Plaxis

Dalam menganalisis timbunan pada kasus di Perkebunan Kelapa Sawit –

Rantau - Sumatera Utara digunakan program Plaxis 7.11 yang sudah dilengkapi

dengan kemampuan untuk melakukan permodelan elemen hingga.

2.6.1

Sejarah Program Plaxis

Program Plaxis

pertama kali

dikembangkan oleh

Departemen Pekerjaan

Umum

dan

Pengendalian Air

negara

Belanda

pada tahun

1987.

Pada

awal

pembuatannya

elemen

hingga,

yang

merupakan

dasar

dari

program

ini,

masih

harus ditentukan atau dimodelkan secara

manual.

Tujuan

utama pengembangan

program Plaxis pada waktu itu adalah untuk dapat menggunakan metode elemen

hingga agar lebih mudah dalam pengaplikasiannya untuk analisis tanggul sungai

pada tanah lunak. Di sini dapat ditentukan tingkat ‘kehalusan’ elemen tersebut, di

mana semakin halus elemen yang dipakai maka hasil perhitungan akan semakin

akurat.

Penggunaan Program

Plaxis

dikhususkan

sebagai

alat

bantu

untuk

memudahkan pekerjaan

yang

dikerjakan

oleh

Insinyur

Geoteknik

dalam

mengerjakan perhitungan

manual

menggunakan metode

elemen

hingga

yang

cukup rumit serta membutuhkan waktu yang cukup lama dalam pengerjaannya.

Program

Plaxis

mempunyai

banyak

kemampuan

menganalisa seperti:

kestabilan

konstruksi, faktor

keamanan, deformasi, analisa

konstruksi. Yang

digunakan dalam

aplikasi

konstruksi timbunan, dinding

penahan

tanah

dan

terowongan.