Seminar Thesis - Respon Seismik MSE Wall Dengan Perkuatan Pada Dua Sisi

UNIVERSITAS INDONESIA

RESPON SEISMIK MSE WALL DENGAN PERKUATAN

PADA DUA SISI

SEMINAR

HENDRIAWAN KURNIADI

0906630292

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK


DEPOK 2013


SEISMIC RESPONSES OF DOUBLE SIDED MSE WALL

SEMINAR

HENDRIAWAN KURNIADI

0906630292

CIVIL ENGINEERING DEPARTEMENT

FACULTY OF ENGINEERING

UNIVERSITY OF INDONESIA

DEPOK 2013


RESPON SEISMIK MSE WALL DENGAN PERKUATAN

PADA DUA SISI

SEMINAR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Master Teknik

HENDRIAWAN KURNIADI

0906630292

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK


DEPOK 2013

ii


SEISMIC RESPONSES OF DOUBLE SIDED MSE WALL

SEMINAR

Proposed as one of the requirement to obtain a Master Degree

HENDRIAWAN KURNIADI

0906630292

CIVIL ENGINEERING DEPARTEMENT

FACULTY OF ENGINEERING

UNIVERSITY OF INDONESIA

DEPOK 2013

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Seminar ini adalah hasil karya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar

Nama : Hendriawan Kurniadi

NPM : 0906630292

Tanda Tangan :

Tanggal :

iv

STATEMENT OF AUTHENTICITY

I declare that this seminar of one of my own research,

and all of references either quoted or cited here

have been mentioned properly

Name : Hendriawan Kurniadi

Student ID : 0906630292

Signature :

Date :

v

HALAMAN PENGESAHAN

Seminar ini diajukan oleh:


NPM : 0906630292

Program Studi : Teknik Sipil

Judul Seminar : Respon Seismik MSE Wall dengan Perkuatan pada Dua

Sisi

Telah berhasil dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan diterima

sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar

Master Teknik pada Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik,

Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

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

Penguji :

Penguji :

Penguji :

Ditetapkan di : Depok

Tanggal :

vi

STATEMENT OF LEGITIMATION

This seminar submitted by:


Student ID : 0906630292

Course : Civil Engineering

Title : Seismic Responses of Double Sided MSE Wall

Has been succesfully defended in front of the Council Examiners and was

accepted as part of the requirement necessary to obtain a Master of

Engineering degree in Civil Engineering Program, Faculty of Engineering,

Universitas Indonesia.

BOARD EXAMINERS

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

Examiner 1 :

Examiner 2 :

Examiner 3 :

Defined in : Depok

Date :

vii

KATA PENGANTAR

viii

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini:


NPM : 0906630292

Program Studi : Teknik Sipil

Departemen : Teknik Sipil

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Seminar

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:

RESPON SEISMIK MSE WALL DENGAN PERKUATAN PADA DUA SISI

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

Noneksklusif ini Universitas Indonesia bebas menyimpan, mengalih

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

mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis/pencipta dan pemilih Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal :

Yang menyatakan

ix

STATEMENT OF AGREEMENT OF FINAL REPORT PUBLICATION

FOR ACADEMIC PURPOSES

As a civitas academica of University of Indonesia, the undersigned :


Student ID : 0906630292

Course : Civil Engineering

Departement : Civil Engineering

Faculty : Engineering

Type of work : Seminar

For the sake of science development, hereby agree to provide University of

Indonesia Non-exclusive Royalty Free Right for my scientific work entitled:

SEISMIC RESPONSES OF DOUBLE SIDED MSE WAL

Together with the entire devices (if necessary). With Non-exclusive Royalty Free

Right, Universitas Indonesia has rights to store, convert, manage in the form of

database, keep, and publish my final report as long as list my name as the author

and copyright owner.

I certify that the above statement is true.

Signed at : Depok

Date :

The Declared,

x

ABSTRAK

xi

ABSTRACT

xii

DAFTAR ISI

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

TITLE PAGE ....................................................................................................... ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................... iii

STATEMENT OF AUTHENTICITY ................................................................. iv

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. v

STATEMENT OF LEGITIMATION .................................................................. vi

KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ............................ viii

STATEMENT OF AGREEMENT OF FINAL REPORT PUBLICATION FOR

ACADEMIC PURPOSES .................................................................................... ix

ABSTRAK ........................................................................................................... x

ABSTRACT ......................................................................................................... xi

DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xviii

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

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

1.2. Batasan Penelitian .................................................................................. 4

1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 4

1.4. Manfaat Penelitian ................................................................................. 4

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

2.1. Pendahuluan ........................................................................................... 5

2.2. Penelitian Sebelumnya Terkait Respon Dinamik MSE Wall ................ 5

2.3. Pseudo-static .......................................................................................... 21

2.4. Displacement Based ............................................................................... 25

2.5. Finite Element Analysis ......................................................................... 28

2.6. Penelitian oleh Kencana (2012) ............................................................. 30

2.7. Penelitian oleh Guller et al (2011) ......................................................... 37

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................ 41

3.1 Gambaran Umum Penelitian .................................................................. 41

3.2 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 42

3.3 Permodelan Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi ......................... 43

3.4 Validasi .................................................................................................. 58

3.5 Permodelan Dinding dengan Perkuatan pada Dua Sisi .......................... 59

3.6 Analisa ................................................................................................... 59

3.7 Kesimpulan ............................................................................................ 59

BAB IV HASIL DAN ANALISA ...................................................................... 60

4.1 Validasi .................................................................................................. 60

4.2 Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi dengan Natural Soil ............ 63

4.3 Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi tanpa Natural Soil ............... 73

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 80

xiii

DAFTAR GAMBAR

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

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

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

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

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

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

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

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

Gambar 2.6 Perbandingan Hasil Analisa FLAC dengan Hasil Analisa Berbasis

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Gambar 2.18 Grafik Wall Elevation vs Horizontal Wall Displacement dengan

Variasi pada Kekakuan perkuatan ... ............................................. 38

xiv

Gambar 2.19 Wall Elevation vs Reinforcement Tensile Load dengan Variasi

pada Kekakuan Perkuatan dan Jenis Pembebanan ....................... 39

Gambar 2.20 Wall Elevation vs Horizontal Wall Displacement dengan Variasi

pada Kekakuan Perkuatan dan Jenis Backfill ............................... 40

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 42

Gambar 3.2 Geometri Model Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi pada

Penelitian Guller et al (2011) ... .................................................... 43

Gambar 3.3 Geometri Model Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi

(tanpa natural soil) pada Penelitian Ini ......................................... 44


(dengan natural soil) pada Penelitian Ini ..................................... 44

Gambar 3.5 Concrete Panel Faced Retaining Wall .......................................... 45

Gambar 3.6 Akselerogram dengan Akselerasi Puncak 0,1 g dan Frekuensi

1 Hz .............................................................................................. 49


1 Hz .............................................................................................. 49


1 Hz .............................................................................................. 50


1 Hz .............................................................................................. 50


1 Hz .............................................................................................. 51


1 Hz .............................................................................................. 51


3 Hz .............................................................................................. 52


3 Hz .............................................................................................. 52


3 Hz .............................................................................................. 53


3 Hz .............................................................................................. 53

xv


3 Hz .............................................................................................. 54


3 Hz .............................................................................................. 54


5 Hz .............................................................................................. 55


5 Hz .............................................................................................. 55


5 Hz .............................................................................................. 56


5 Hz .............................................................................................. 56


5 Hz .............................................................................................. 57


5 Hz .............................................................................................. 57


(dengan natural soil) .................................................................... 60

Gambar 4.2 Grafik Displacement Statik pada Penelitian Ini ........................... 61

Gambar 4.3 Grafik Displacement Statik pada Penelitian Guller et al (2011) ... 61

Gambar 4.4 Grafik Displacement Dinamik pada Penelitian Ini ....................... 62

Gambar 4.5 Grafik Displacement Dinamik pada Penelitian

Guller et al (2011) ......................................................................... 62


(dengan natural soil) ..................................................................... 63

Gambar 4.7 Grafik Am vs base acceleration untuk Frekuensi 1 Hz pada

Berbagai Elevasi Dinding ............................................................. 64





xvi

Gambar 4.10 Grafik Am vs Frekuensi pada elevasi 0,5 m pada

Berbagai Akselerasi Gempa .......................................................... 66











Gambar 4.16 Grafik Elevasi vs Am untuk frekuensi 1 Hz pada

Berbagai Akselerasi Gempa ......................................................... 70






(tanpa natural soil) ........................................................................ 73













xvii













xviii

DAFTAR TABEL

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

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

Tabel 2.3 Detail Kalkulasi analisis FEM ...................................................... 37

1


BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu alternatif dinding penahan tanah selain gravity wall, cantilever

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

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

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

dengan facing yang vertikal atau hampir vertikal. Jenis geosintetik yang

digunakan pada MSEW ini biasanya geogrid, karena geogrid memang mempunyai

fungsi perkuatan, walaupun geotextile juga dapat digunakan.

Gambar 1.1 Potongan Mechanically Stabilized Earth Walls (MSEW)

MSEW modern termasuk sesuatu yang baru. Yang pertama kali

mempelopori penggunaan MSEW adalah seorang engineer Perancis, Henri Vidal,

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

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

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

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

kenyataannya tidak runtuh. Dari kasus tersebut dapat disimpulkan bahwa cara

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

dari sisi ekonomi terjadi pemborosan.

2


Pada umumnya penelitian mengenai perilaku seismik MSEW wall, hanya

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

kehidupan nyata, banyak sekali timbunan yang menggunakan perkuatan pada

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

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

Berdasarkan hal tersebut dirasa perlu untuk dilakukan penelitian tentang perilaku

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

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

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

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

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

dengan akselerasi gempa.

Gambar 1.2 Railway Embankment

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

3


Gambar 1.3 Road Embankment

(TECHNICAL RECOMMENDATIONS FOR HIGHWAYS – CONSTRUCTION OF ROAD

EMBANKMENTS, Department of Transport Republic of South Africa, 1982)

4


1.2 Batasan Penelitian

Batasan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

Perilaku seismik yang menjadi fokus pada penelitian ini adalah faktor

amplifikasi (Am).

Backfill yang digunakan adalah pasir.

Geosintetik yang digunakan berjenis geogrid.

Facing yang digunakan berjenis modular block.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

Mengidentifikasi faktor yang mempengaruhi respon seismik dari MSEW,

dan bagaimana pengaruhnya terdahap MSEW.

Mengetahui perbedaan perilaku seismik dari MSEW dengan perkuatan pada

satu sisi dengan perilaku seismik dari MSEW dengan perkuatan pada dua

sisi.

Faktor-faktor yang dimaksud terkait dengan karakteristik gempa

(frekuensi dan akselerasi gempa).

Perilaku seismik yang menjadi fokus pada penelitian ini adalah faktor

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

ketinggian tertentu pada MSEW, dengan akselerasi gempa.

1.4 Manfaat Penelitian

Dengan diketahuinya perilaku MSE wall dengan perkuatan pada dua sisi

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

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

MSE wall dengan perkuatan pada dua sisi.

5


BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan

Secara umum, dalam menganalisa MSE Wall yang mengalami beban

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

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

Analysis).

2.2 Penelitian Sebelumnya terkait Respon Dinamik MSEW

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

penelitian terkait MSE Wall yang telah dilakukan.

6


Tabel 2.1 Rangkuman Penelitian Terkait Respon Seismik MSEW

Penulis &

Tahun Gambaran Umum Hasil Variabel Bebas Variable Terikat

Bathurst & Cai

1995

Pada penelitian ini dilakukan

pengamatan terhadap stabilitas

dari segmental facing MSE wall

dengan menggunakan metode

pseudo-static.

PAE berbanding lurus dengan kh

PAE berbanding terbalik dengan ψ

PAE berbanding lurus dengan β

αAE berbanding terbalik dengan kh

αAE berbanding terbalik dengan ψ

PAE berbanding lurus dengan kv, untuk kh

< 0,35

FSbsl berbanding lurus dengan kh

FSbsl berbanding lurus dengan β

FSbsl berbanding terbalik dengan kv

m berbanding lurus dengan kh

m berbanding lurus dengan δ

kh

kv

ψ (wall inclination

angle)

β (backslope

angle)

δ (sudut geser

tanah dengan

dinding)

L/H

z/H (normalized

depth)

φ

PAE

αAE (sudut antara

horizontal dengan

bidang

keruntuhan)

FSbsl (FS static

terhadap base

sliding untuk

memberikan FS

dinamis terhadap

base sliding

1,125)

m (lokasi dari

normalized

dynamic moment

arm

FSbot (FS static

terhadap

7


m berbanding lurus dengan ψ

FSbot berbanding lurus dengan kh

FSbot berbanding lurus dengan L/H

FSbot berbanding lurus dengan β

FSbot berbanding terbalik dengan kv

rF berbanding lurus dengan kh

rF berbanding terbalik dengan z/H

Ldyn/Lsta berbanding lurus dengan kh

Ldyn/Lsta berbanding terbalik dengan kv

Ldyn/Lsta berbanding terbalik dengan φ

FSSC (dynamic) / FSSC (static)

berbanding terbalik dengan kh

FSSC (dynamic) / FSSC (static)

berbanding lurus dengan z/H

FSlot (dynamic) / FSlot (static) berbanding

terbalik dengan kh

overturning

untuk

memberikan FS

dinamis terhadap

overturning 1,5)

rF (dynamic

reinforcement

force

amplification

factor)

Ldyn/Lsta (rasio

antara L dinamis

dengan L stasis

agar geosintetik

menyentuh

bidang

keruntuhan)

FSSC (dynamic) /

FSSC (static)

FSlot (dynamic) /

FSlot (static)

8



lurus dengan z/H


lurus dengan kv

Koseki et al

1998

Pada penelitian ini diamati

kestabilan MSE wall & dinding

penahan tanah konvensional

terhadap beban seismik pada

shaking dan tilt table test.

Pada kasus overturning, observed critical

seismic acceleration coefficient

cenderung lebih kecil jika dibandingkan

dengan predicted critical seismic

acceleration coefficient pada dinding

jenis kantilever, gravity, dan leaning.

Pada kasus overturning, observed critical


cenderung lebih besar jika dibandingkan


acceleration coefficient pada MSE wall.

Pada kasus sliding, observed critical


cenderung lebih kecil jika dibandingkan


acceleration coefficient pada semua jenis

dinding.

jenis dinding percepatan

gempa

9


Matsuo et al

1998

Pada penelitian ini diamati respon

MSE Wall terhadap beban seismik

dengan shaking table test.

Panjang perkuatan adalah cara paling

efektif untuk mengurangi deformasi

dinding.

Tinggi dinding tidak terlalu berpengaruh

terhadap deformasi dinding.

Getaran sinusiodal menyebabkan

deformasi dinding yang lebih besar dari

pada getaran getaran gempa asli.

Deformasi pada dinding dengan facing

continuous lebih besar jika dibandingkan

dengan deformasi pada dinding dengan

facing discrete.

Kemiringan dinding tidak terlalu

berpengaruh terhadap deformasi dinding.

Respon akselerasi forward lebih tinggi

dari pada respon akselerasi backward.

Tekanan lateral tanah berbanding lurus

dengan kedalaman.

Tekanan lateral tanah berbanding lurus

dengan percepatan gempa.

Kenaikan tekanan lateral tanah karena

panjang perkuatan

tinggi dinding

jenis facing

kemiringan

dinding

jenis getaran

kedalaman

deformasi

dinding

tekanan lateral

tanah

gaya dalam tarik

pada

reinforcement

10


ada gempa lebih signifikan pada bagian

bawah dibandingkan dengan bagian atas.

Gaya dalam tarik pada reinforcement

berbanding lurus dengan kedalaman.

Gaya dalam tarik pada reinforcement

berbanding lurus dengan percepatan

gempa.

Bathurst &

Hatami 1998


analisis mengenai respon dari

MSE wall menggunakan program

FLAC.

Semakin tinggi elevasi, maka semakin

besar pula displacement.

Semakin besar kekakuan perkuatan,

maka semakin kecil displacement.

Seamakin panjang perkuatan, maka

maximum displacement akan semakin

kecil.

Dinding dengan fix base menghasilkan

end of seismic shaking displacement

yang lebih besar dari pada end of seismic

shaking displacement pada dinding

dengan sliding base.

Pada dinding dengan sliding base,

Base condition

(fix/sliding)

panjang perkuatan

kekakuan

perkuatan

jarak boundary

soil damping ratio

displacement

dinding

connection load

11


semakin tinggi elevasi, maka semakin

rendah connection load.

Pada dinding dengan fix base, connection

load terkonsentrasi pada bagian tengah

dinding.

Semakin besar kekakuan perkuatan,

maka beban maksimum yang di

tanggung perkuatan akan semakin besar.

Semakin jauh jarak boundary, maka

horizontal displacement juga akan

semakin besar.

Semakin jauh jarak boundary, maka

connection load juga akan semakin

besar.

Dinding dengan fix base akan

menghasilkan connection load yang lebih

kecil dibandingkan connection load pada

dinding dengan sliding base.

Semakin besar damping value, maka

displacement akan semakin kecil.

Damping ratio berbanding terbalik

12


dengan peak horizontal acceleration.

Helwany et al

2001


analisis perilaku segmental

retaining wall yang mendapatkan

beban seismik dengan FEA.

Permanent displacement hasil

perhitungan dengan Permanent

displacement hasil pengukuran tidak jauh

berbeda.

Terdapat perbedaan pada percepatan

gempa hasil perhitungan dengan

percepatan gempa hasil pengukuran,

karena terdapat noise pada pengukuran

percepatan gempa.

Displacement pada layer atas lebih besar

dibandingkan dengan displacement pada

layer di bawahnya.

Hasil pullout test dengan program

DYNA3D tidak jauh berbeda dengan

hasil pullout test di laboratorium.

posisi (ketinggian)

displacement

percepatan

gempa

Koseki et al

2004


perbandingan antara displacement

(displacement of wall bottom &

tilting angle) hasil pengukuran

dengan hasil perhitungan dengan

metode Newmark pada MSE wall

Sinusoidal excitation → measured ≈

computed

Irregular excitation → measured >

computed

Percepatan gempa

Type getaran

(sinusoidal/tak

beraturan).

Displacement of

wall bottom

Tilting angle

13


dengan full height rigid facing

yang mendapatkan beban seismik

sinusoidal dan tak beraturan.

Displacement berbanding lurus dengan

percepatan gempa

El Emam et al

2004


dilakukan komparasi antara respon

seismik dinding MSE hasil

metode numerik (menggunakan

program FLAC) dengan respon

seismik model dinding MSE yang

diperkecil (menggunakan shaking

table).

Pada model dinding hinged toe, top


berbeda dengan top displacement hasil

perhitungan.

Pada model dinding sliding toe, top


berbeda dengan top displacement hasil

perhitungan.

Pada model dinding sliding toe, toe

displacement hasil pengukuran berbeda

dengan toe displacement hasil

perhitungan.

Bidang keruntuhan hasil metode M-O

tidak jauh berbeda dengan bidang

keruntuhan hasil metode numerik

(FLAC) pada percepatan gempa yang

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

pada percepatan gempa yang tinggi

metode M-O cenderung menghasilkan

failure surface yang lebih kecil

14


dibandingkan kenyataannya.

Ling et al 2005 Pada penelitian ini diamati respon

modular block reinforced soil

retaining wall yang mendapat

beban seismik dengan shaking

table test.

Semakin tinggi, maka horizontal

displacement akan semakin besar.

Residual horizontal displacement pada

first shaking wall 1 dan 2 lebih besar

dibandingkan dengan peak horizontal

displacementnya.


first shaking wall 3 lebih kecil


displacementnya.


second shaking semua wall lebih kecil


displacementnya.

Tegangan lateral tanah tidaklah konsisten

terhadap ketinggian.

Tegangan vertikal tanah agak seragam

pada bagian yang jauh dari dinding,

namun agak acak pada bagian yang dekat

dengan dinding.

Posisi (ketinggian,

jarak dari dinding)

horizontal

displacement

tegangan lateral

tanah

tegangan vertikal

tanah

settlement

15


Settlement pada first shaking kecil dan

dapat diabaikan.

Nouri et al 2007


penyelidikan terdapat efek gaya

pseudostatik vertikal dan

horizontal terhadap MSE wall.

Penelitian difokuskan pada efek

magnitude dan amplifikasi dari

gempa terhadap kestabilan dari

MSE wall dan reinforced slope,

menggunakan Horizontal Slice

Method (HSM).

Semakin besar φ, maka bidang gelincir

akan semakin kecil.

Semakin curam lereng, maka bidang

gelincir akan semakin besar.

Semakin besar kh, maka bidang gelincir

akan semakin besar.

Semakin besar φ, maka panjang

geosintetik yang dibutuhkan akan

semakin pendek.

Semakin besar kh, maka panjang

geosintetik yang dibutuhkan akan

semakin panjang.

Semakin besar φ, maka kekuatan yang

dibutuhkan untuk mempertahankan

kestabilan akan semakin kecil.

Semakin besar kh, kekuatan yang

dibutuhkan untuk mempertahankan

kestabilan akan semakin besar.

φ

β (sudut inklinasi

slope)

kh

Bidang

keruntuhan

16


Siddharthan et

al. 2010


perbandingan displacement yang

terjadi karena beban seismik

antara MSE wall dengan panjang

geosintetik seragam (L = 0,7H),

dengan MSE wall yang panjang

geosintetik bagian atasnya lebih

panjang (L = H).

Geosintetik yang lebih panjang yang

terletak dekat permukaan atas backfill

menyebabkan displacement yang lebih

kecil.


percepatan gempa


tinggi dinding


magnitude gempa

Panjang

geosintetik

(seragam/tidak

seragam),

Percepatan gempa,

tinggi dinding

Lateral

permanent

displacement

Basha &

Basudhar 2010


pengamatan kestabilan dari MSE

wall dengan metode pseudostatic

limit equilibrium. Kestabilan yang

dimaksudkan adalah kestabilan

terhadap pullout, fracture, sliding,

overturning, eccentricity, dan

bearing failure.

Semakin dalam, maka SFt akan semakin

kecil.

Semakin dalam, maka SFpo akan semakin

besar.

Semakin besar φ, maka SFt akan semakin

kecil.

Semakin besar kh, maka SFt akan

semakin besar.

Semakin besar Q, maka SFt akan

φ

kh

Surcharge

coefficient (Q)

kedalaman

Factor of Safety

Pullout length

17


semakin besar untuk n > 4.

Semakin besar Q, maka SFt akan

semakin kecil untuk n < 4.

Semakin besar φ, maka SFpo akan

semakin besar.

Semakin besar kh, maka SFpo akan

semakin kecil.

Semakin besar Q, maka SFpo akan

semakin kecil.

Ling et al 2010


pengamatan respon full scale

modular block MSE wall terhadap

beban seismik dengan metode

finite element. Dilakukan juga

validasi terhadap hasil analisa

dengan finite element tersebut.

Terdapat perbedaan horizontal

displacement antara hasil pengukuran

dengan hasil perhitungan terutama pada

bagian atas dinding.

Settlement pada backfill bagian depan

cukup dapat disimulasikan, sedangkan

settlement pada bagian belakang backfill

kurang dapat disimulasikan.

Semakin tinggi, maka residual


waktu

ketinggian

jarak dari facing

horizontal

displacement

residual

displacement

backfill

settlement

tensile force in

reinforcement

18


Residual displacement hasil pengukuran

tidak jauh berbeda dengan residual

displacement hasil perhitungan.

Akselerasi pada backfill dapat

disimulasikan dengan baik.

Tensile force hasil perhitungan

cenderung lebih tinggi dibandingkan

dengan tensile force hasil pengukuran.

Guller et al 2011 Pada penelitian ini dilakukan

analisis mengenai respon dari

MSE wall dengan backfill tanah

lempung menggunakan FEM.

Dilakukan juga perbandingan

respon MSE wall dengan bacfill

tanah lempung dengan respon

MSE wall dengan backfill tanah

granular.

Semakin tinggi, maka horizontal


Horizontal displacement hasil FEM

sangat dekat jika dibandingkan dengan

horizontal displacement hasil

pengukuran.

Maximum geogrid tensile load hasil

FEM sangat dekat jika dibandingkan

dengan maximum geogrid tensile load

hasil pengukuran.

Horizontal displacement berbanding

terbalik dengan kekuatan geogrid.

ketinggian

jenis perkuatan

jenis tanah

percepatan gempa

horizontal

displacement

maximum

geogrid tensile

load

19


Reinforcement bagian bawah

menanggung beban yang lebih besar

dibandingkan dengan reinforcement

bagian atas.

Beban yang ditanggung reinforcement

berbanding lurus dengan kekuatannya.

Wall displacement cenderung lebih kecil

jika menggunakan backfill tanah

lempung jika dibandingkan dengan

displacement jika menggunakan tanah

granular.

Beban yang di tanggung oleh

reinforement cenderung lebih kecil jika

digunakan material backfill tanah

lempung.

Horizontal displacement berbanding

lurus dengan percepatan gempa.

20


Kencana et al

2012


pengamatan terhadap fenomena

amplifikasi dan atenuasi pada

MSE wall.

Am berbanding terbalik dengan amax.

Am berbanding lurus dengan z/H, pada

amax < 0,4g

Am berbanding terbalik dengan z/H, pada

amax > 0,4g

Am berbanding lurus dengan frekuensi.

amax

Lokasi (z/H)

Frekuensi

Am

NB:

PAE = gaya total aktif yang bekerja pada dinding (PA + PE) φ = sudut geser tanah

kh = koefisien gempa vertikal δ = sudut geser tanah dengan dinding

kv = koefisien gempa horizontal L = panjang geosintetik

ψ = wall inclination angle H = tinggi dinding

β = backslope angle z = jarak titik yang ditinjau dari puncak dinding

αAE = sudut antara horizontal dengan bidang keruntuhan Am = faktor amplifikasi

21


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

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

belum ada penelitian yang secara khusus membahas tentang perbandingan antara

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

MSE wall dengan perkuatan pada dua sisi.

2.3 Pseudo-static

Pada pendekatan ini, sesuai namanya yang mengandung kata statik,

beban dinamik gempa dianggap sebagai beban statik, dan tidak memperhatikan

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

pendekatan ini digunakan koefisien gempa untuk merepresentasikan kekuatan

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

merupakan hasil perkalian antara koefisien gempa dengan berat dari massa yang

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

mengalami gaya gempa.

(2.1)

(2.2)

Percepatan gempa merupakan hasil perkalian antara koefisien gempa

dengan percepatan gravitasi (g).

(2.3)

(2.4)

22


Gambar 2.1 Pseudo Static Approach

(modified Ebeling, et al., 2007)

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

tidak terbatas pada:

Mononobe-Okabe (1926, 1929)

Metode Mononobe-Okabe merupakan salah satu cara yang paling sering

digunakan untuk mendapatkan beban seismik aktif.

(2.5)

(2.6)

23


[ {

}

]

(2.7).

[ {

}

]

(2.8).

Pae = seismic active force per unit length of the wall

Ppe = seismic passive force per unit length of the wall

Kae = seismic active earth pressure coefficient

Kpe = seismic passive earth pressure coefficient

γ = unit weight of soil

H = height of the retaining wall

ϕ = soil friction angle

ψ = tan-1

[kh/(1-kv)]

δ = angel of friction between the wall and the soil

β = backfil slope angle

θ = angle of backface of the wall with the vertical

24


Gambar 2.2 Mononobe-Okabe Method

(Munfakh, et. al., 1998)

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

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

Metode Mononobe-Okabe ini dapat menghasilkan gaya yang sangat

besar bahkan cenderung mendekati tak terhingga dalam kasus percepatan gempa

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

jika salah satu atau kedua kondisi berikut terpenuhi:

(2.9)

(2.10)

Kapila and Maini (1692)

Arya and Gupta (1966)

Prkash and Saran (1966)

Madhav and Kameswara Rao (1969)

Ebeling and Morrison (1992)

25


Morrison and Ebeling (1995)

Bathurst & Cai (1995)

Choudhury et al. (2002)

Subba Rao and Choudhury (2005)

Choudhury and Singh (2006)

2.4 Displacement Based

Pada pendekatan displacement based ini, diasumsikan dinding akan

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

tersebut.

Yang termasuk dalam dalam pendekatan displacement based ini antara

lain namun tidak terbatas pada:

Newmark (1965)

Richards and Elms (1979)

Prakash (1981)

Nadim and Whitman (1983)

Sherif and Fang (1984)

Ling and Leshchinsky (1998)

Rathje and Bray (1999)

Koseki et al. (2004)

Choudhury and Nimbalkar (2006)

Siddharthan et al. (2010)

Siddharthan et al telah melakukan penelitian tentang efek panjang

geosintetik yang tidak seragam pada MSE wall yang mendapatkan beban

seismik. Dilakukan pengujian pada dua dinding yang saling membelakangi

dengan menggunakan alat centrifuge. Pada wall 1 dipasang geosintetik

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

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

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

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

dibandingkan dengan dimensi dari prototipe.

26


Gambar 2.3 Model MSE Wall yang Diuji dengan Alat Centrifuge

(Siddharthan et al, 2010)

Berdasarkan hasil pengujian centrifuge, digunakan mekanisme

keruntuhan yang terdiri dari 3 block seperti gambar berikut:

Gambar 2.4 Model Tiga Block Lateral Wall Displacement


27


Gambar 2.5 Lateral Displacement yang Terukur Terhadap Waktu


Dalam uji centrifuge ini, diukur displacement dari bagian tengah

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

terlihat kurva permanent component dan kurva cyclic component.

Permanent component adalah displacement dari wall yang menjauh dari

backfill, sedangkan cyclic componet adalah displacement seketika dari wall

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

component. Pada grafik juga dapat terlihat kurva penjumlahan displacement

kedua dinding dimana tidak terlihat cyclic componet yang signifikan pada

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

displacement dari wall terjadi secara proggressif menjauhi backfill dengan

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

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

backfill sangatlah kecil sehingga dapat diabaikan.

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

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

dapat ditarik kesimpulan bahwa penggunaan geosintetik yang lebih panjang

pada bagian atas wall dapat mengurangi displacement akibat beban seismik.

28


2.5 Finite Element Analysis

Bathurst & Hatami (1998)

Bathurst & Hatami melakukan penelitian tentang pengaruh dari

kekakuan perkuatan, panjang perkuatan, dan kondisi batas dari dasar

dinding terhadap respon MSE wall terhadap beban seismik. Analisa

dilakukan dengan menggunakan program FLAC (Fast Lagrangian Analysis

of Continua yang menggunakan metode finite difference.

Dilakukan komparasi antara hasil analisa dari FLAC dengan hasil

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

bahwa hasil dari program FLAC ini valid.

29


Gambar 2.6 Perbandingan Hasil Analisa FLAC dengan Hasil Analisa

Berbasis FEM oleh Ho (1993)

(Bathurst & Hatami, 1998)

Dari grafik di atas dapat terlihat bahwa hasil analisa FLAC dengan

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

30


diambil kesimpulan bahwa program FLAC ini menghasilkan result yang

valid.

2.6 Penelitian oleh Kencana (2012)

Pada penelitian ini dilakukan dynamic centrifuge test dan hasilnya

digabungkan dengan kompilasi penelitian-penelitian sebelumnya tentang

MSE Wall. Dari kompilasi tersebut, dilakukan evaluasi terhadap pengaruh

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

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

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

Gambar 2.7 Grafik Am vs ag untuk Bagian Atas Dinding

(Kencana, 2012)

31


Gambar 2.8 Grafik Am vs ag untuk Bagian Tengah Dinding

(Kencana, 2012)

Gambar 2.9 Grafik Am vs ag untuk Bagian Bawah Dinding

(Kencana, 2012)

32


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

Bawah Dinding

(Kencana, 2012)

Gambar 2.11 Grafik z/H vs Am

(Kencana, 2012)

33


Dari grafik 2.7 hingga 2.10 dapat terlihat bahwa semakin tinggi

akselerasi gempa, maka faktor amplifikasi akan semakin rendah, bahkan

pada akselerasi di atas 0,4 g terjadi atenuasi.

Dari grafik 2.11 dapat terlihat bahwa faktor amplifikasi tidaklah

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

bawah ini juga dapat terlihat bahwa hubungan Am dengan ketinggian

tidaklah linear.

Gambar 2.12 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada

(Kencana, 2012)

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

maka akan semakin besar pula faktor amplifikasi.

34


Gambar 2.13 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada initial Dr

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.13 di atas dapat terlihat bahwa kenaikan initial Dr

akan menyebabkan kenaikan faktor amplifikasi.

Gambar 2.14 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Tult

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.14 di atas dapat terlihat bahwa kenaikan kekuatan

geosintetik akan mengakibatkan turunnya faktor amplifikasi

35


Gambar 2.15 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Sv

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.15 di atas dapat terlihat bahwa penurunan Sv akan

mengakibatkan naiknya faktor amplifikasi.

Gambar 2.16 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Frekuensi

(Kencana, 2012)

36


Gambar 2.17 Grafik Am vs ag dengan Variasi pada Frekuensi

(Kencana, 2012)

Pada gambar 2.16 dan 2.17 di atas dapat terlihat bahwa

peningkatan frekuensi akan mengakibatkan naiknya faktor amplifikasi.

Tabel 2.2 Pengaruh Berbagai Faktor terhadap MSE Wall

(Kencana, 2012)

37


Secara ringkas, berdasarkan penelitian Kencana (2012), pengaruh dari

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

tersebut dapat terlihat bahwa frekuensi dan akselerasi gempa merupakan faktor

yang mempunyai pengaruh yang tinggi terhadap faktor amplifikasi.

2.7 Penelitian oleh Guller et al (2011)

Pada penelitian ini dilakukan analisis mengenai respon dari MSE wall

dengan backfill tanah lempung menggunakan FEM. Dilakukan juga perbandingan

respon MSE wall dengan bacfill tanah lempung dengan respon MSE wall dengan

backfill tanah granular. Variabel terikat yang diamati adalah gaya dalam tarik

maksimum pada perkuatan, dan perpindahan horizontal dinding, sedangkan

vatiabel bebasnya adalah properti backfill, jenis facing, akselerasi puncak,

kekakuan perkuatan.

Tabel 2.3 Detail Kalkulasi analisis FEM

(Guller, 2011)

38


Gambar 2.18 Grafik Wall Elevation vs Horizontal Wall Displacement dengan

Variasi pada Kekakuan perkuatan: a. Concrete panel facing pada akhir konstruksi;

b. Concrete panel facing pada akhir gempa; c. Modular block facing pada akhir

konstruksi; d. Modular block facing pada akhir gempa (Guller et al, 2011)

Dari gambar 2.18 di atas dapat terlihat bahwa semakin kaku perkuatan,

maka displacement dinding akan semakin kecil. Dapat terlihat pula pada dinding

dengan facing concrete panel, perpindahan maksimum pada akhir konstruksi

terjadi pada puncak dinding, namum pada akhir gempa, perpindahan maksimum

pindah ke ujung bawah dinding.

39


Gambar 2.19 Wall Elevation vs Reinforcement Tensile Load dengan Variasi

pada Kekakuan Perkuatan dan Jenis Pembebanan: a. Concrete Panel

Facing; b. Modular Block Facing (Guller et al, 2011)

Dari gambar 2.19 di atas dapat terlihat bahwa semakin rendah posisi

perkuatan, semakin tinggi pula beban yang ditahan oleh perkuatan tersebut.

Terlihat pula bahwa semakin tinggi kekakuann perkuatan, maka beban yang

ditahan oleh perkuatan tersebut juga semakin tinggi.

40


Gambar 2.20 Wall Elevation vs Horizontal Wall Displacement dengan Variasi

pada Kekakuan Perkuatan dan Jenis Backfill: a. Concrete panel facing pada akhir

konstruksi; b. Concrete panel facing pada akhir gempa; c. Modular block facing

pada akhir konstruksi; d. Modular block facing pada akhir gempa (Guller et al, 2011)

Dari gambar 2.20 di atas dapat terlihat bahwa pada dinding dengan

backfill tanah kohesif mempunyai pergerakan horizontal yang lebih kecil

dibandingkan dengan dinding dengan backfill tanah granular. Dapat terlihat pula

bahwa pada dinding dengan backfill tanah kohesif, displacement yang terjadi pada

dinding cenderung tidak berubah jauh dengan adanya perubahan kekakuan

perkuatan pada kasus pembebanan statik.

41


BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Gambaran Umum Penelitian

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

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

permodelan dinding dengan perkuatan pada dua sisi.

Permodelan dinding dengan perkuatan pada satu sisi ini bertujuan untuk

mengkalibrasi model dengan acuan penelitian Kencana (2012) dan Guller et al

(2011). Model dinding dengan perkuatan pada satu sisi dibuat sedemikian rupa

sehingga menghasilkan perilaku yang sama dengan dinding pada penelitian Guller

et al (2011) untuk displacement dan menghasilkan perilaku dengan trend mirip

dengan penelitian Kencana (2012) untuk akselerasi. Pada kasus ini, perilaku

dinding pada penelitian Guller et al (2011) dan Kencana (2012) dianggap sebagai

perilaku dinding yang “benar”, sehingga model dinding dengan perkuatan satu sisi

dibuat sedemikian rupa sehingga menghasilkan perilaku yang mendekati

“kebenaran” tersebut.

Setelah didapatkan model dinding dengan perkuatan pada satu sisi yang

“benar”, penelitian dilanjutkan dengan permodelan dinding dengan perkuatan

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

menggunakan dasar konfigurasi dan spesifikasi yang sama dengan dinding dengan

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

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

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

sama dengan dinding dengan perkuatan hanya pada satu sisi saja.

Perilaku dinding dengan perkuatan pada dua sisi ini akan dibandingkan

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

perbandingan tersebut akan dianalisa, dan diharapkan memberikan gambaran yang

lebih luas mengenai perilaku dinding dengan perkuatan pada dua sisi yang

mendapatkan beban seismik.

42


3.2 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

43


3.3 Permodelan Dinding dengan Perkuatan Pada Satu Sisi

Pada tahapan ini akan dilakukan permodelan dinding dengan perkuatan

pada satu sisi. Yang menjadi variabel bebas adalah frekuensi gempa, dan

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

dari faktor amplifikasi (Am).

Dinding dengan perkuatan satu sisi yang akan dibandingkan dengan

dinding dengan perkuatan pada dua sisi adalah dinding dengan perkuatan satu sisi

tanpa natural soil seperti yang dapat terlihat pada gambar 3.3, dengan alasan

dinding dengan perkuatan pada satu sisi harus semirip mungkin dengan dinding

dengan perkuatan pada dua sisi agar perbedaan perilaku antara dinding dengan

perkuatan pada satu sisi dengan dinding dengan perkuatan pada dua sisi murni

terjadi hanya karena perbedaan satu sisi dengan dua sisi, tanpa ada bias dari

adanya natural soil pada dinding dengan perkuatan pada satu sisi (perlu

diperhatikan bahwa pada dinding dengan perkuatan pada dua sisi sudah pasti tidak

ada natural soil). Sedangkan dinding pada penelitian Guller et al (2011)

merupakan dinding dengan perkuatan pada satu sisi dengan natural soil. Untuk

memfasilitasi validasi dinding dengan perkuatan satu sisi dengan dinding pada

penelitian Guller et al (2011), di buat juga model dinding dengan perkuatan pada

satu sisi dengan natural soil, seperti yang dapat terlihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.2 Geometri Model Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi pada

Penelitian Guller et al (2011) (Guller et al, 2011)

44


Gambar 3.3 Geometri Model Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi (tanpa

natural soil) pada Penelitian Ini

Gambar 3.4 Geometri Model Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi (dengan

natural soil) pada Penelitian Ini

3.3.1 Spesifikasi Dinding

Pada penelitian ini digunakan dinding dengan spesifikasi sama dengan

dinding modular block pada penelitian Guller et al (2011). Dinding yang

digunakan berjenis modular block, dengan tinggi 6 m. Spesifikasi yang dipilih

merupakan spesifikasi yang umum digunakan.

Spesifikasi detail dinding adalah sebagai berikut:

Jenis facing : Modular Block

Material model : Mohr-Coulomb

Ketinggian dinding (H) : 6 m

Tebal panel : 50 cm

Tinggi panel : 25 cm

45


Material : Beton

Berat jenis () : 20 kN/m3

Modulus elastisitas (E) : 30000 kN/m2

Kohesi (c) : 200 kN/m2

Sudut geser (φ) : 35

Sudut dilatansi () : 0

Modulus geser (G) : 13640 kN/m2

Poisson ratio () : 0,1

Rinter : 0,7

Gambar 3.5 Modular Block Faced Retaining Wall

(http://www.allanblock.com/newsletter/images/mn15.jpg)

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

dengan maksud agar bagian bawah dinding dapat mengalami displacement.

46


3.3.2 Spesifikasi Perkuatan

Pada penelitian ini digunakan perkuatan dengan spesifikasi sama dengan

perkuatan geogrid pada penelitian Guller et al (2011). Geogrid merupakan salah

satu jenis geosintetik yang memang umum digunakan sebagai perkuatan tanah.

Spesifikasi detail geogrid adalah sebagai berikut:

Jenis perkuatan : geogrid

Panjang perkuatan (L) : 4,2 m

Spasi vertikal (Sv) : 1 m

Elastic stiffness (EA) : 10000 kN/m

3.3.3 Properti Tanah

Pada penelitian ini terdapat total empat jenis tanah pada model, yaitu

backfill, base soil, natural soil, dan 2 cm soil. Backfill merupakan tanah di

belakang dinding yang dipadatkan, sedangkan tanah di bawah dinding dan backfill

merupakan base soil. Pada bagian bawah dinding, diletakkan tanah setebal 2 cm

untuk mengijinkan bagian bawah dinding mengalami displacement.

Properti tanah untuk backfill, base soil, dan natural soil yang digunakan

pada penelitian ini sama dengan properti backfill pasir, base soil, dan natural soil

pada penelitian Guller et al (2011). Dipilih pasir karena pasir merupakan material

yang disarankan untuk digunakan sebagai timbunan.

Spesifikasi detail backfill adalah sebagai berikut:

Jenis backfill : pasir

Material model : Mohr - Coulomb



Poisson’s ratio () : 0,3





Rinter : 0,7

47


Spesifikasi detail natural soil adalah sebagai berikut:









Rinter : 0,5

Spesifikasi detail base soil adalah sebagai berikut:









Rinter : 0,7

Spesifikasi detail tanah 2 cm adalah sebagai berikut:









Rinter : 0,2

48


3.3.4 Gempa

Untuk gempanya, digunakan gempa yang mirip dengan yang digunakan

pada penelitian Guller et al (2011), hanya saja pada penelitian ini terdapat variasi

akselerasi dan frekuensi yang jauh lebih banyak. Akselerasi dan frekuensi ini

divariasikan karena akselerasi dan frekuensi inilah yang merupakan variabel bebas

yang akan dilihat pengaruhnya terhadap variabel terikat (faktor amplifikasi).

Variasi akselerasi dan frekuensi yang akan digunakan pada penelitian ini adalah

sebagai berikut:

Akselerasi : 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g; 0,5 g; 0,7 g; 0,9 g

Frekuensi : 1 Hz, 3 Hz, 5 Hz

Persamaan gempa yang digunakan adalah sebagai berikut:

√

Dengan α, β, ξ merupakan konstanta, f adalah frekuensi, dan t adalah

waktu. Untuk akselerasi puncak 0,2 g, digunakan nilai α = 5,5; β = 55, dan ξ = 12.

Durasi gempa 6 sekon untuk semua variasi model. Frekuensi divariasikan 1 Hz, 3

Hz, dan 5 Hz dengan mengganti variable f pada rumus. Akselerasi dari

akselerogram dengan akselerasi puncak 0,2 g dibagi 2 untuk mendapatkan

akselerogram dengan akselerasi puncak 0,1 g dan dikali 1,5 untuk mendapatkan

akselerogram dengan akselerasi puncak 0,3 g, dst untuk mendapatkan

akselerogram 0,5 g; 0,7 g; dan 0,9 g.

49


Gambar 3.6 Akselerogram dengan Akselerasi Puncak 0,1 g dan Frekuensi 1 Hz


50




51




52




53




54




55




56




57




58


3.3.5 Interface dan Kondisi Batas

Pada penelitian ini interface diletakkan di antara modular block, di antara

modular block dengan geogrid dengan ekstensi sepanjang lebar modular block

(0,5 m) ke dalam backfill; di antara base soil dengan backfill, di antara base soil

dengan natural soil; dan di antara backfill dengan natural soil. Di antara

perkuatan dengan backfill tidak diletakkan interface karena berdasarkan penelitian

Kaliakin dan Xi (1992) dan Ling et al (2004) interface di antara perkuatan dan

backfill tidak berpengaruh signifikan terhadap deformasi dinding dan gaya dalam

pada perkuatan.

Kondisi batas yang digunakan pada model adalah horizontal fixity pada

batas kiri dan kanan, sedangkan pada batas bawah digunakan total fixity.

Digunakan juga absorbent boundary pada batas kiri, kanan, dan bawah model.

Absorbent boundary ini berfungsi untuk menghilangkan kenaikan tegangan pada

batas model akibat beban gempa.

3.3.6 Tahapan Konstruksi

Proses konstruksi backfill dilakukan secara bertahap layer per layer.

Masing-masing layer tebalnya 1 m, kecuali layer paling atas dan paling bawah

yang tebalnya 0,5 m. Terdapat 5 layer dengan tebal 1 m, dan 2 layer dengan tebal

0,5 m, total tinggi 6 m sesuai dengan tinggi dinding. Dilakukan juga peresetan

displacement ke nol setelah stage contruction, sehingga displacement dinamik

merupakan displacement yang murni disebabkan oleh gempa, bukan displacement

setelah stage construction ditambah displacement karena gempa.

3.4 Validasi

Pada tahapan ini akan dilakukan perbandingan antara respon seismik

dinding MSE Wall hasil dari tahapan sebelumnya dengan respon seismik dinding

MSE Wall hasil penelitian Kencana (2012) (untuk Am), dan Guller et al (2011)

(untuk displacement). Jika respon dari MSEW dengan perkuatan pada satu sisi

pada peneliaan ini memiliki trend yang sama dengan penelitian Kencana (2012),

dan Guller et al (2011) maka dapat disimpulkan bahwa model ini valid, namun

sebaliknya jika respon dari MSEW pada penelitian ini tidak memiliki trend yang

59


sama dengan penelitian Kencana (2012), dan Guller et al (2011) maka dapat

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

dimaksud adalah displacement horizontal dinding dan faktor amplifikasi (Am).

Jika model valid, maka dilanjutkan ke tahap selanjutnya, yaitu

permodelan dinding dengan perkuatan pada dua sisi. Jika hasilnya tidak valid,

maka dilakukan refinement pada model dinding dengan perkuatan pada satu sisi,

hingga modelnya valid.

3.5 Permodelan Dinding dengan Perkuatan Pada Dua Sisi


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

spesifikasi yang sama dengan dinding dengan perkuatan pada satu sisi, dan juga

mendapatkan getaran seismik dengan karakteristik yang sama. Timbunan tanah

dengan perkuatan pada dua sisi ini lebarnya ... m.

Sama seperti dinding dengan perkuatan pada satu sisi, pada kasus dinding

dengan perkuatan pada dua sini ini juga akan diperhatikan pengaruh perubahan

akselerasi dan frekuensi gempa terhadap faktor amplifikasi (Am).

3.6 Analisa

Pada tahapan ini akan dilakukan perbandingan dari respon seismik MSE

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

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

mempengaruhinya.

3.7 Kesimpulan

Pada tahapan ini akan dipaparkan kesimpulan dari penelitian ini.

60


BAB 4

HASIL DAN ANALISA

4.1 Validasi


pada satu sisi yang mirip dengan dinding pada penelitian Guller et al (2011), dan

dilihat apakah displacement horizontal dari dinding sama trendnya dengan

displacement horizontal dari dinding pada penelitian Guller et al (2011) atau

tidak. Displacement yang menjadi perhatian adalah displacement statik

(displacement setelah stage construction) dan displacement dinamik

(displacement setelah gempa).


natural soil)

61


Gambar 4.2 Grafik Displacement Statik pada Penelitian Ini

Gambar 4.3 Grafik Displacement Statik pada Penelitian Guller et al (2011)

62


Gambar 4.4 Grafik Displacement Dinamik pada Penelitian Ini

Gambar 4.5 Grafik Displacement Dinamik pada Penelitian Guller et al (2011)

63


Dari gambar 4.2 dan gambar 4.3 dapat terlihat bahwa displacement statik

dinding pada penelitian ini cukup mirip dengan displacement statik dinding pada

penelitian Guller et al (2011), hanya berbeda sekitar 1 mm, namun dari gambar

4.4 dan gambar 4.5 terlihat bahwa displacement dinamik dinding pada penelitian

ini berbeda sangat jauh dengan displacement dinamik dinding pada penelitian

Guller et al (2011). Displacement dinamik dinding pada penelitian ini jauh lebih

besar dari displacement dinamik dinding pada penelitian Guller et al (2011).

4.2 Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi dengan Natural Soil

Pada tahap ini dimodelkan dinding dengan perkuatan pada satu sisi

dengan natural soil yang mirip dengan permodelan pada penelitian Guller et al

(2011), hanya saja digunakan variasi akselerasi dan frekuensi gempa yang jauh

lebih banyak. Akan diperhatikan pengaruh dari akselerasi gempa, frekuensi

gempa, dan elevasi titik pengamatan pada faktor amplifikasi (Am).


natural soil)

64


4.2.1 Pengaruh Akselerasi Gempa

Gambar 4.7 Grafik Am vs base acceleration untuk Frekuensi 1 Hz pada Berbagai

Elevasi Dinding


Elevasi Dinding

65



Elevasi Dinding

Secara sekilas dapat terlihat bahwa faktor amplifikasi pada dinding yang

mendapatkan gempa dengan frekuensi 3 Hz mempunyai trend yang berbeda

dengan faktor amplifikasi pada dinding yang mendapatkan gempa dengan

frekuensi 1 Hz dan 5 Hz. Perlu diketahui bahwa 3 Hz mewakili frekuensi yang

dekat dengan frekuensi alami sistem, sedangkan 1 Hz dan 5 Hz mewakili

frekuensi yang jauh dengan frekuensi alami sistem. Dari hal itu dapat terlihat

bahwa jauh dekatnya frekuensi gempa dengan frekuensi alami sistem akan sangat

mempengaruhi respon akselerasi dinding.

Pada dinding yang mendapatkan gempa dengan frekuensi yang jauh dari

frekuensi alami sistem dapat terlihat bahwa tidak terjadi amplifikasi yang

signifikan berapa pun akselerasi gempanya. Hal ini sangatlah masuk akal karena

dengan jauhnya frekuensi gempa dengan frekuensi sistem, maka tidak terjadi

resonansi.

Pada dinding yang mendapatkan gempa dengan frekuensi yang dekat

dengan frekuensi alami sistem terlihat bahwa faktor amplifikasi akan sangat

tergantung dengan akselerasi gempa. Faktor amplifikasi berbanding terbalik

dengan akselerasi gempa, dengan kata lain semakin tinggi akselerasi gempa, maka

faktor amplifikasi akan semakin kecil. Pada akselerasi gempa rendah, terjadi

66


resonansi sebagai akibat dari dekatnya frekuensi gempa dengan frekuensi sistem,

sedangkan pada akselerasi tinggi, terjadi regangan yang tinggi yang

mengakibatkan damping yang tinggi pula, sehingga gempa menjadi teredam.

4.2.2 Pengaruh Frekuensi Gempa

Gambar 4.10 Grafik Am vs Frekuensi pada elevasi 0,5 m pada Berbagai Akselerasi

Gempa

67



Gempa


Gempa

68



Gempa


Gempa

69



Gempa

Dari grafik 4.10 hingga 4.15 dapat terlihat bahwa pada dinding yang

mendapatkan gempa dengan frekuensi 3 Hz terjadi amplifikasi yang lebih besar

dibandingkan dengan dinding yang mendapatkan gempa dengan frekuensi 1 Hz

dan 5 Hz, terutama pada dinding yang mendapatkan gempa dengan akselerasi

rendah (0,1 g; 0,2 g; 0,3 g), sedangkan pada dinding yang mendapatkan gempa

dengan akselerasi tinggi (0,5 g; 0,7 g; 0,9 g), perubahan frekuensi tidak terlalu

mempengaruhi faktor amplifikasi. Pada dinding yang mendapatkan gempa dengan

akselerasi tinggi, dapat terlihat bahwa dengan perubahan frekuensi tidak

menyebabkan perubahan berarti pada faktor amplifikasi. Perlu diketahui bahwa 3

Hz mewakili frekuensi yang dekat dengan frekuensi alami sistem, sedangkan 1 Hz

dan 5 Hz mewakili frekuensi yang jauh dengan frekuensi alami sistem.

Pada akselerasi rendah, terjadi amplifikasi pada dinding yang

medapatkan gempa dengan frekuensi yang deket dengan frekuensi alami sistem,

karena terjadi resonansi, sebaliknya tidak terjadi amplifikasi yang signifikan pada

dinding yang mendapatkan gempa dengan frekuensi yang jauh dari frekuensi

alami dinding, karena tidak terjadi amplifikasi.

70


Pada akselerasi tinggi, tidak terjadi amplifikasi yang signifikan berapa pun

akselerasi gempanya, karena pada akselerasi tinggi terjadi regangan yang besar,

dan damping yang tinggi.

4.2.3 Pengaruh Elevasi Titik Pengamatan

Gambar 4.16 Grafik Elevasi vs Am untuk frekuensi 1 Hz pada Berbagai Akselerasi

Gempa

71



Gempa


Gempa

72


Dari gambar 4.16 hingga 4.18 dapat terlihat bahwa trend grafik untuk

frekuensi 3 Hz berbeda dengan trend grafik untuk frekuensi 1 Hz dan 5 Hz,

sedangkan trend grafik untuk frekuensi 1 Hz dan 5 Hz memiliki trend yang mirip.

Perlu diketahui bahwa 3 Hz mewakili frekuensi yang dekat dengan frekuensi

alami sistem, sedangkan 1 Hz dan 5 Hz mewakili frekuensi yang jauh dengan

frekuensi alami sistem.

Untuk dinding yang mendapatkan gempa dengan frekuensi jauh dengan

frekuensi alaminya, perbedaan elevasi titik pengamatan tidak menyebabkan

adanya perbedaan yang signifikan pada faktor amplifikasi. Faktor amplifikasi

sebagian besar berada di bawah 2, yang menandakan tidak terjadi amplifikasi

yang signifikan, karena pada kasus ini tidak terjadi resonansi.

Untuk dinding yang mendapatkan gempa dengan frekuensi dekat dengan

frekuensi alaminya, perbedaan elevasi mempengaruhi faktor amplifikasi, terutama

pada dinding yang mendapatkan gempa dengan akselerasi rendah (0,1 g; 0,2 g;

0,3 g). Semakin tinggi elevasi titik pengamatan, faktor amplifikasi cenderung

semakin besar. Namun untuk dinding yang mendapat gempa dengan akselerasi

tinggi (0,5 g; 0,7 g; 0,9 g), perubahan elevasi pengamatan tidak mempengaruhi

faktor amplifikasi secara signifikan sehingga perilakunya mirip dengan dinding

yang mendapatkan gempa dengan frekuensi yang jauh dari frekuensi alami sistem.

73


4.3 Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi tanpa Natural Soil

Pada tahap ini dimodelkan dinding dengan perkuatan pada satu sisi tanpa

natural soil yang mirip dengan permodelan pada penelitian Guller et al (2011),

hanya saja digunakan variasi akselerasi dan frekuensi gempa yang jauh lebih

banyak. Akan diperhatikan pengaruh dari akselerasi gempa, frekuensi gempa, dan

elevasi titik pengamatan pada faktor amplifikasi (Am).

Gambar 4.19 Geometri Model Dinding dengan Perkuatan pada Satu Sisi (tanpa

natural soil)

4.3.1 Pengaruh Akselerasi Gempa

Gambar 4.20 Grafik Am vs base acceleration untuk Frekuensi 1 Hz pada berbagai

elevasi dinding

74



elevasi dinding


elevasi dinding

75


4.3.2 Pengaruh Frekuensi Gempa


Gempa


Gempa

76



Gempa


Gempa

77



Gempa


Gempa

78


4.3.3 Pengaruh Elevasi Titik Pengamatan


Gempa


Gempa

79



Gempa

Grafik respon dinding dengan perkuatan pada satu sisi tanpa natural soil

di atas (gambar 4.20 – gambar 4.31) tidak berbeda jauh dengan Grafik respon

dinding dengan perkuatan pada satu sisi dengan natural soil (gambar 4.7 –

gambar 4.18). Dari hal tersebut dapat disimpulkan bahwa ada atau tidak adanya

natural soil, tidak akan mempengaruhi respon akselerasi dinding secara

signifikan.

80


DAFTAR PUSTAKA

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

Age International, 2008.

South Carolina Department of Transportation. SCDOT Geotechnical Design

Manual. Columbia: SCDOT, 2010.

Passe, Paul D. Mechanically Stabilized Earth Wall Inspector’s Handbook.

Tallahasse: Florida Department of Transportation, 2000.

Kencana, Erick Yusuf. Evaluation of Acceleration Amplified Response and

Mobilized Reinforcement Loads within Geosynthetic Reinforced Structures under

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

and Technology, 2012.

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

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

of Science and Technology, 2012.

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

of Reinforced Soil Structures. 2010.

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

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

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

walls using the limit equilibrium Horizontal Slices Method. 2007.

81


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

Modeling of Reinforced Soil Retaining Walls Subjected to Base Acceleration.

2004.

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

Reinforced Soil Retaining walls under Earthquake Loading. 2010.

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

and Cohesive Backfills Under Cyclic Loads. 2011.

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

Reinforced Segmental Retaining Walls. 1995.

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

Conventional-Type Retaining Walls. 1998.

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

Soil Retaining Walls. 1998.

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

Reinforced Soil Retaining Wall. 1998.

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

Segmental Retaining Walls. I: Model Verification. 2001.

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

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

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

Soil Retaining Walls. 2005.

Documents

Seminar Thesis - Respon Seismik MSE Wall Dengan Perkuatan Pada Dua Sisi