Latihan Plaxis 2

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

BAB III METODE ANALISIS PLAXIS

3.1 PROGRAM PLAXIS 3D TUNNEL Aplikasi dalam geoteknik umumnya membutuhkan permodelan struktur tanah untuk kemudian disimulasikan perilaku tanah secara non linear   dan time-dependent. time-dependent. Sebagai tambahan, dikarenakan tanah

adalah

material

berfasa

banyak,

prosedur

tertentu

dibutuhkan dalam mengatasi tekanan air pori (hydrostatic (hydrostatic dan  dan nonhydrostatic). hydrostatic). Walaupun permodelan tanah itu sendiri merupakan salah satu faktor terpenting, namun sejumlah permasalahan dalam geoteknik berhubungan dengan permodelan struktur tanah dan interaksi antara tanah dengan struktur konstruksi.

Prosedur perhitungan dengan metoda elemen hingga adalah sebagai berikut: 1.

Membagi model fisis menjadi sejumlah elemen yang memiliki bentuk geometri tertentu, seperti : segitiga, trapesium atau persegi.

2.

Menentukan titik-titik simpul elemen sebagai titik hubung antar elemen sehingga syarat keseimbangan dan kompatibilitas terpenuhi.

3.

Menentukan fungsi perpindahan dari titik-titik dalam elemen.

4.

Membentuk matriks kekakuan dan beban pada simpul untuk setiap elemen

5.

Menerapkan persamaan keseimbangan untuk tiap-tiap elemen dan menggabungkannya untuk seluruh model.

Muhammad Yazid (15003005)

III-1

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

6.

Melakukan perhitungan terhadap persamaan-persamaan yang telah terbentuk untuk menghasilkan perpindahan dan gaya elemen yang terjadi berdasarkan syarat-syarat batas yang telah ditentukan.

7.

Melakukan perhitungan tegangan yang terjadi di dalam elemen setelah gaya elemen diketahui.

Berikut beberapa kelengkapan yang dimiliki program Plaxis 3D Tunnel : a.

Graphical input of geometry models, yaitu input program berupa

lapisan

tanah,

struktur,

langkah

konstruksi,

pembebanan, dan kondisi batas yang dimasukkan dalam bentuk grafis (CAD), sehingga diharapkan permodelan yang akurat dan medetail dari kondisi sebenarnya di lapangan dapat tercapai. Dari input permodelan geometri ini, finite element mesh dibuat secara otomatis oleh Plaxis. b.  Automatic mesh generation, yaitu pembuatan unstructered  finite element mash secara otomatis. c.

High-order

elements,

dibutuhkan

untuk

yaitu

elemen

memeperoleh

orde

tinggi

keakuratan

yang

distribusi

teganagan tanah dan perkiraan beban runtuh. d.

Beams, yaitu struktur balok yang khusus digunakan sebagai dinding penahan tanah, struktur terowongan dan struktur ramping lainnya. Perilaku struktur tersebut didefinisikan dengan tingkat kelenturan, kekakuan dan ultimate bending moment. Sendi plastis dapat segera terbentuk jika momen mencapai batas ultimate. Struktur diatas dapat digunakan secara bersamaan untuk memperoleh hasil yang diinginkan dalam rekayasa geoteknik.

e.

Interfaces, yaitu elemen sambungan yang diperlukan dalam kalkulasi dimana terjadi interaksi tanah dan struktur. Interface

Muhammad Yazid (15003005)

III-2

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

digunakan untuk mensimulasikan lapisan tipis dimana terjadi geser seperti pada alas fundasi, tiang, geotekstil, dinding penahan tanah dan lain-lain. Nilai koefisien geser dan adhesi antara tanah dan dinding dapat dimasukkan sebagai input dan tidak harus selalu sama dengan koefisien geser dan kohesi tanah. f.  Anchors, yaitu dimodelkan sebagai elemen pegas elastoplastis. Perilaku elemen ini didefinisikan dengan tingkat kekakuan dan gaya yang dapat diterima. Analisis dapat dilakukan untuk angkur prestressed . g.

Geotextile, yaitu elemen yang disimulasikan secara khusus oleh Plaxis sebagai elemen dengan tahanaan tarik. Geotextiles dan  geogrid   umumnya digunakan pada konstruksi perkuatan tanah atau pada struktur penahan tanah. Penggabungan elemen geotextile dan interfaces pada Plaxis dapat mendekati kondisi sebenarnya.

h.

Tunnels, dalam permodelan terowongan ini Plaxis memiliki pilihan parabolik dan non-parabolik. Beams  dan interfaces dapat dimasukkan kedalam permodelan struktur terowongan dan interaksinya dengan lapisan tanah sekitarnya.

i.

Mohr-Coulomb model, yaitu model non-linear sederhana yang didasari oleh data parameter tanah. Namun tidak semua perilaku non-linear tanah termasuk kedalam model ini. Model Mohr-Coulomb  dapat digunakan untuk menghitung beban ultimate  untuk fondasi lingkaran, tiang pancang dangkal, dan lain-lain. Model ini juga dapat digunakan untuk menghitung angka keamanan dengan menggunakan pendekatan  phi-c reduction.

j.  Advance soil model, yaitu berbagai macam model tanah sebagai tambahan dari model Mohr-Coulomb. Agar dapat menganalisis perilaku pemampatan logaritmik dari tanah lunak Muhammad Yazid (15003005)

III-3

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

terkonsolidasi normal, model Cam-Clay   dapat digunakan. Referensi pada manual yang dapat digunakan adalah Soft Soil Model. Pengembangan versi dari model ini adalah permodelan secondary compression (creep).  Untuk tanah keras, seperti lempung overconsolidated dan pasir, dapat digunakan model hardening soil. Referensi pada manual yang dapat digunakan adalah Material Models Manual. k.

Steady state pore pressure, terdapat dua jenis pendekatan yang digunakan dalam permodelan tekanan pori rembesan tetap. Distribusi tekanan pori kompleks didasari oleh analisis aliran

air

tanah

dua

dimensi.

Sebagai

alternatif

penyederhanaan, distribusi tekanan air pori multi linear yang diturunkan dari permukaan air tanah. l.

Excess pore pressure, dalam Plaxis dibedakan antara tanah teralirkan (drained)  dan tanah takteralirkan (undrained ) didalam

permodelan

pasir

( permeable)

dan

lempung

(impermeable). Kelebihan tekanan air pori diperhitungkan dalam perhitungan Plastis, jika lapisan tanah undrained   diberi pembebanan.

Secara umum tahapan metodologi perhitungan menggunakan Plaxis 3D Tunnel terdiri dari 3 tahap, yaitu : 1.

Tahap input data (input)

2.

Tahap perhitungan (calculation)

3.

Hasil perhitungan (output)

Penjabaran dari ketiga tahap tersebut akan dijelaskan pada sub bab berikut ini.

Muhammad Yazid (15003005)

III-4

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

3.2 PERHITUNGAN DENGAN SOFTWARE PLAXIS 3.2.1 Geometry Modeling Analisis dengan Metode Elemen Hingga dimulai dengan pembuatan model geometri. Pembuatan model geometri meliputi : •

Pemodelan topografi, kontur, penampang, dan geometri

•

Pemodelan stratigrafi tanah

•

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

•

Pemodelan fase konstruksi

•

Pemodelan beban

•

Pemodelan boundary condition

geometry line

beam

beam hinge

interfaces geotextile

fixed end anchor node to tunnel node anchor

boundary condition

beban

Ga m b a r 3 . 1 T o o l b a r u nt u k p e m b ua t a n m o d el ge o me t r i

3.2.2 Material Properties Gambar 3.2  memperlihatkan input material properties untuk tanah dan struktur. Inputnya dilakukan dengan menggunakan pilihan material data sets yang terdiri atas: 1.

Soil and interfaces, pemodelannya dalam pada PLAXIS meliputi : a. Material model, material model digunakan untuk mensimulasikan model

tanah

berdasarkan

karakteristik

regangan-regangan.

Terdapat lima tipe material model, yaitu :

−

Linear elastic, yaitu untuk memodelkan material yang bersifat linear elastic  (hukum Hooke). Input parameter meliputi Modulus Young (E) dan Poisson’s ratio ( ν). Tipe ini biasanya digunakan untuk memodelkan struktur masif seperti  gravity wall.

Muhammad Yazid (15003005)

III-5

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

−

Mohr-Coulomb,  yaitu pemodelan tanah yang paling umum digunakan. Perilakunya mengikuti Mohr-Coulomb  kriteria. Terdapat 5 input parameter, yaitu Modulus Young (E), Poisson’s ratio ( ν), cohesion (c),  friction angle  (f), dan dilatancy angle (y).

−

Hardening soil, yaitu untuk memodelkan perilaku tanah yang memiliki  friction hardening plasticity . Model ini dapat digunakan untuk mensimulasikan

perilaku gravel dan

overconsolidated clay .

−

Soft soil,  merupakan model Cam Clay   yang digunakan untuk memodelkan

perilaku

tanah

lunak

seperti

normally

consolidated clay  dan gambut ( peat).

−

Soft soil creep, yaitu untuk memodelkan perilaku rangkak (creep) dan time dependent pada tanah lunak.

b. Material type, digunakan untuk mensimulasikan interaksi airtanah. Terdapat tiga tipe perilaku, yaitu :

−

Drained behaviour , model ini mensimulasikan kondisi dimana tidak terjadi excess pore pressure. Contohnya pada kasus tanah kering (dry soil) dan full drainage karena permeabilitas yang tinggi (pasir) atau kecepatan pembebanan yang rendah. Option ini dapat juga digunakan untuk mensimulasikan kondisi long term.

−

Undrained

behaviour ,

model

ini

untuk

mensimulasikan

kondisi dimana terjadi excess pore pressure. Contohnya pada kasus no drainage karena permeabilitas yang rendah (clay ) atau kecepatan pembebanan yang tinggi.

−

Non porous behaviour , model ini untuk mensimulasikan kondisi dimana initial pore pressure dan excess pore pressure tidak diperhitungkan. Option ini biasanya digunakan untuk pemodelan struktur beton atau batu.

Muhammad Yazid (15003005)

III-6

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

c. Properties dan parameter, digunakan untuk mendefinisikan berbagai properti dan parameter dari tanah. d. Interfaces, d igunakan untuk mensimulasikan interaksi antara tanah dan struktur. Input meliputi strength dan permeabilitas di interfaces. 2. 3. 4.

beams  geotextiles anchors

a)Lapisan 1

Muhammad Yazid (15003005)

III-7

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

b)Lapisan 2

c)Lapisan 3

Muhammad Yazid (15003005)

III-8

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

d)Lapisan 4 Ga m b a r 3 . 2 T a m p i l a n i n p u t m a t e r i a l p r o p e r t i e s t i a p l a p i s an . a ) l a p i s a n 1 , b ) l a p i s a n 2 , c ) l a p i s a n 3 , d ) l a p i sa n 4

3.2.3 Mesh Generation Mesh  dibentuk secara otomatis oleh PLAXIS. Jumlah mesh/kehalusan dapat ditentukan melalui option  global coarsenes. Semakin halus mesh, perhitungan akan semakin akurat tetapi akan membutuhkan memori yang lebih besar dan waktu yang lebih lama. Gambar 3.3  memperlihatkan tampilan mesh generation.

(a)Coarse 

Muhammad Yazid (15003005)

(b)Ver y Coar se

III-9

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Ga m b a r 3 . 3  Tamp il an mesh Genera t ion

3.2.4 Initial Condition Initial Condition  digunakan untuk memodelkan kondisi initial effective stress dan initial geometry configuration. Initial effective stress ditentukan menggunakan Ko-procedure (lateral coefficient at rest). Untuk memodelkan fase konstruksi, option

deactivating geometry

components  dapat dipilih. Contoh kasus timbunan badan jalan, di mana pada kondisi initial timbunan belum ada, maka model  geometry  timbunan dapat dinonaktifkan dengan option ini.

Ga m b a r 3 . 4 T a m p i l a n i n i t i a l s t r e ss g en e r a t i o n (K   -procedure) 0 

3.2.5 Water Condition Muhammad Yazid (15003005)

III-10

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Water Condition digunakan untuk memodelkan kondisi initial active pore  pressure. Pemodelan dapat dilakukan dengan dua option,  phreatic line dan  ground water flow . Phreatic line digunakan untuk memodelkan kondisi hidrostatis. Sedangkan  ground water flow digunakan untuk memodelkan aliran air. Gambar tampilannya dapat dilihat pada gambar berikut:

Ga m b a r 3 . 5 T a m p i l a n w a t e r p r e ssu r e ge n er a t i o n

3.2.6 Calculation Bagian-bagian yang perlu diperhatikan dalam kalkulasi antara lain: 1.

General Calculation Setting

Muhammad Yazid (15003005)

III-11

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

2.

Calculation Control Parameters

3.

Load Multiplier

4.

Staged Construction

5.

 phi-c Reduction (SF)

Berikut adalah gambar tampilan umum calculation windows:

Ga m b a r 3 . 6 T a m p i l a n u m um ca l c u l a t i o n .

3.2.7 General Calculation Setting Terdapat beberapa pilihan tipe kalkulasi yang dapat digunakan untuk pemodelan. Tipe kalkulasi tersebut adalah : a.

Plastic, pilihan ini digunakan untuk analisis deformasi elastis-plastis. Analisis ini tidak memperhitungkan pengaruh waktu terhadap perilaku tegangan-regangan. Kalkulasi ini juga dapat digunakan untuk memodelkan perilaku undrained dan drained pada tanah lempung. Kalkulasi ini juga dapat digunakan untuk menghitung besarnya penurunan (settlement) pada akhir konsolidasi, namun tidak dapat digunakan untuk menghitung besarnya time rate

Muhammad Yazid (15003005)

III-12

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

consolidation dan tidak dapat menggambarkan historis pembebanan dan tegangan yang terjadi. b.

Consolidation, pilihan ini digunakan untuk mensimulasikan proses disipasi ekses tekanan air pori pada tanah lempung jenuh sebagai fungsi dari waktu (proses konsolidasi). Dengan tipe ini dapat diketahui besarnya konsolidasi serta kecepatan konsolidasi ( time rate).

c.

Updated Mesh, pilihan ini digunakan untuk memodelkan pengaruh dari large deformation. Dalam beberapa kasus geoteknik, deformasi yang terjadi besar dan sangat mempengaruhi bentuk geometri. Kasus-kasus yang dimodelkan dengan updated mesh ini antara lain :analisis struktur perkuatan tanah, analisis beban saat runtuh pada pondasi offshore ( gravity platfor m) dan studi perilaku tanah lunak.

d.

Dynamic Analysis, pilihan ini digunakan untuk analisis dinamik pada kasus-kasus geoteknik.

Berikut adalah tampilan tab general dalam calculation windows:

Ga m b a r 3 . 7 T a m p i l a n t a b g en e r a l d a l a m c a l c u l a t i o n w i n d o w s

3.2.8 Calculation Control Parameters Calculation control parameters ini digunakan untuk mendefinisikan parameter pengatur dari tahapan perhitungan tertentu serta prosedur Muhammad Yazid (15003005)

III-13

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

penyelesaiannya. Calculation control parameters ini terdapat pada tab  parameters di tampilan calculation. Gambar tab parameters dapat dilihat pada Gambar 3.8 Lembar tab ini memuat parameter-parameter berikut : a. Additional Steps, pilihan ini menyatakan jumlah maksimum dari langkah perhitungan (langkah beban) yang dilakukan dalam tahapan perhitungan tertentu.. b. Reset displacements to zero, pilihan ini dapat digunakan jika perpindahan yang tidak relevan dari langkah-langkah perhitungan sebelumnya akan diabaikan pada awal tahapan perhitungan saat ini, sehingga perhitungan yang baru dimulai dari kondisi perpindahan nol. c. Ignore undrained behaviour , pilihan ini harus digunakan jika diinginkan untuk sementara mengabaikan efek perilaku undrained  dalam situasi dimana dalam set data material yang digunakan diatur ke undrained . d. Delete

intermediate

steps,

pilihan

ini

secara

default  telah

diaktifkan untuk menghemat ruang dalam hard disk. Dengan pilihan ini maka seluruh langkah keluaran dalam tahapan perhitungan ini, kecuali satu langkah yang terakhir, akan dihapus setelah tahapan perhitungan tersebut berhasil diselesaikan. Umumnya langkah keluaran final memuat hasil yang paling relevan dari tahapan perhitungan

tersebut,

sedangkan

umumnya kurang penting.

Muhammad Yazid (15003005)

III-14

langkah-langkah

sebelumnya

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Ga m b a r 3 . 8 T a m p i l a n t a b p a r a m e t e r s d a l a m c a l c ul a t i o n w i n d o w s

3.2.9 Iterative Procedure Control Parameters Prosedur

iterasi,khususnya

pada

prosedur

peningkatan

beban,

dipengaruhi oleh beberapa parameter pengatur. Parameter-parameter ini dapat diatur dalam bagian iterative procedure. PLAXIS memiliki sebuah pilihan untuk menggunakan standard setting untuk parameter-parameter ini, yang umumnya menghasilkan kinerja yang baik dari prosedur iterasi. Pengguna yang tidak terbiasa dengan pengaruh dari parameter pengatur untuk prosedur iterasi disarankan untuk menggunakan standard setting. Dalam beberapa situasi tertentu, mungkin diinginkan atau bahkan diperlukan untuk mengubah pengaturan standar. Dalam kasus ini pengguna harus memilih manual setting dan meng-klik tombol define dalam kotak iterative procedure. Sebuah jendela akan muncul dimana parameter-parameter pengatur ditampilkan dengan nilainya.

3.2.10 Loading Input Kotak Loading Input digunakan untuk menentukan jenis pembebanan yang akan digunakan dalam suatu tahapan perhitungan tertentu. Hanya satu jenis pembebanan saja yang dapat diaktifkan untuk tiap tahapan perhitungan.

3.2.11 Load Multipllier Muhammad Yazid (15003005)

III-15

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Load multiplier digunakan sebagai pengaktif atau pengali terhadap input-input yang telah kita definisikan saat input program. Load Multiplier meliputi : a. Mdisp

: untuk mengaktifkan  prescribed displacement (non zero

displ.) b. McontrA

: untuk mengatifkan contraction pada tunnel lining

c. McontrB

: untuk mengatifkan contraction pada tunnel lining

d. MloadA

: untuk mengatifkan traction load atau point load 

e. MloadB

: untuk mengatifkan traction load atau point load 

f. Mweight

: untuk mengatifkan gravity loading (berat sendiri tanah-

gH ) g. Maccel

: untuk mengatifkan pseudo static forces yang dinyatakan

dalam acceleration

Ga m b a r 3 . 9 L o a d m ul t i p l i e r

3.2.12 Staged Construction Muhammad Yazid (15003005)

III-16

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Digunakan untuk mensimulasikan konstruksi bertahap. Dalam kalkulasi ini kita dapat mengaktifkan/mematikan model geometri atau model struktur, mengganti  properties material, atau merubah distribusi tekanan air. Contoh untuk analisis ini adalah konstruksi timbunan dan galian bertahap.

a) Sebelum di gali 

a) Sesudah d igal i  Gambar 3.10 St aged Const ruct ion gali an

3.2.13 Phi-c Reduction (SF) Muhammad Yazid (15003005)

III-17

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Digunakan untuk meghitung besarnya angka keamanan (SF). SF dihitung dengan membagi kuat geser aktual dengan kuat geser minimal yang dibutuhkan pada kondisi seimbang (SF =1). SF  =

c + σ  ⋅ tan φ  cr  + σ  ⋅ tan φ r 

dimana cr dan φr adalah parameter kuat geser terkurangi (reduced shear strength). Pengurangan parameter dilakukan secara bertahap sampai mencapai kondisi keruntuhan.

3.2.14 Output Perhitungan Plaxis Output dari perhitungan pada PLAXIS antara lain: a. Kalkulasi angka keamanan (kurva ∑MSF vs displacement) b. Deformasi yang terjadi pada permodelan jaringan elemen hingga c. Tegangan yang terjadi pada permodelan jaringan elemen hingga

Gambar 3.11 Output 2D

3.2.15 Angka Keamanan Plaxis Muhammad Yazid (15003005)

III-18

Tugas Akhir Studi Stabilitas Pelabuhan Tanjung Priok Jakarta

Angka keamanan yang dihitung dalam program PLAXIS disajikan dalam bentuk kurva ∑MSF vs displacement  yang terdapat pada modul load displacement curves untuk titik-titik referensi yang telah dimasukkan pada input data.

Untuk menghitung angka keamanan, digunakan modul load advencement number-of-steps  dengan memasukkan increment MSF. Pada kalkulasi, nilai c dan φ   akan dikurangi sesuai increment yang dimasukkan. Selama kalkulasi berlangsung kekuatan tanah adalah: tan φ r 

=

tan φ 

∑ M 

 

dan

SF 

c r 

=

c

∑ M 

SF 

Pada kondisi runtuh, angka keamanan sama dengan ∑MSF, hasil kalkulasi tersebut hanya terpenuhi bila tercapai kondisi steady-state. Kondisi steady-state ditunjukkan oleh kurva ∑MSF vs displacement  dimana tercapai keseimbangan antara gaya yang meruntuhkan dan daya tahan kuat geser tanah pada lereng tersebut.

Nilai-nilai ∑MSF lain sebelum tercapai kondisi tersebut tidak memiliki arti fisik yang berarti. Nilai-nilai tersebut hanya digunakan dalam proses numerik. Total displacement yang didapat akibat kalkulasi  phi-c reduction  juga tidak memiliki arti fisik. Increment displacement  hanya menunjukkan mekanisme yang paling kritis.

Muhammad Yazid (15003005)

III-19