6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gambaran Umum Obyek Penelitian
2.1.1 Material Geosintetik
Penggunaan material geosintetik pada proyek perbaikan tanah semakin
luas, material geosintetik yang telah teruji kekuatannya menjadi bagian yang
penting dalam menyelesaikan masalah geoteknik yang sering terjadi. Material
geosintetik terdiri dari banyak jenis dan bentuk tergantung dari aplikasi dan
kegunaan dari material tersebut. Salah satu jenis material geosintetik yang
digunakan pada penelitian ini adalah geotekstil. Lingkup penelitian ini yaitu
mencari nilai friksi antara material geotekstil dengan material timbunan dan nilai
friksi antara material timbunan dengan material timbunan (tanpa geotekstil). Hal
ini dikarenakan perbedaan jenis material dan perilaku dari masing-masing
material maka diperkirakan friksi yang terjadi antara geotekstil dengan material
timbunan akan berbeda dengan friksi antara material timbunan dengan material
timbunan.
Pada proyek timbunan, penggunaan geotekstil sebagai lapisan perkuatan
sangat erat hubungannya dengan perilaku gesekan yang terjadi antara geotekstil
dengan material timbunan yang ada diatasnya. Parameter kuat geser sangat
penting dalam hal ini untuk menentukan kekuatan material geotekstil terhadap
gaya geser yang terjadi akibat material timbunan yang berada diatasnya. Besar
7
kekuatan geser antara kedua jenis material tersebut dapat dijadikan parameter
yang cukup penting dalam menghitung stabilitas struktur suatu timbunan dan
proyek geoteknik lainya.
Gambar 2.1 Geotekstil pada proyek timbunan
(Sumber : Internet)
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Geotekstil
Geotekstil adalah suatu material geosintetik yang berbentuk seperti karpet
atau kain. Umumnya material geotekstil terbuat dari bahan polimer polyester
(PET) atau polypropylene (PP). Geotekstil adalah material yang bersifat
permeable (tidak kedap air) dan memiliki fungsi yang bervariasi diantaranya
yaitu sebagai lapisan penyaring (filter), lapisan pemisah (separator), lapisan
perkuatan (reinforcement), lapisan pelindung (protector), dan juga bisa
digunakan dalam perencanaan drainase. Pada aplikasi dilapangan geotekstil telah
banyak digunakan dalam proyek teknik sipil diantaranya yaitu pada proyek jalan,
lapangan terbang, proyek timbunan, waduk, bendungan, dan masih banyak lagi.
8
Geotekstil secara garis besar dibedakan menjadi dua jenis yaitu geotekstil
woven dan geotekstil nonwoven. Perbedaan dari kedua jenis material geotekstil
ini adalah pada cara pembuatannya. Geotekstil woven dibuat dengan cara
dianyam sedangkan geotekstil nonwoven proses pembuatannya tidak dengan cara
dianyam sehingga tekstur dari geotekstil woven terlihat lebih teratur
dibandingkan dengan geotekstil nonwoven.
Gambar 2.2 Geotekstil woven
(Sumber : Internet)
Gambar 2.3 Geotekstil nonwoven
(Sumber : Internet)
Perbedaan jenis, dan bentuk menjadikan tiap-tiap jenis geotekstil
memiliki kelebihan dan kekurangan, sehingga memiliki fungsi dan aplikasi yang
berbeda sesuai dengan kelebihan dan kekurangan yang dimiliki. Umumnya
9
geotekstil woven digunakan sebagai bahan perkuatan tanah dasar, hal ini
dikarenakan tekstur dari geotekstil woven yang teranyam rapi sehingga memiliki
kuat tarik (tensile strength) yang lebih besar dibandingkan dengan geotekstil tipe
nonwoven.
2.2.2 Aplikasi Geotekstil di Lapangan
Geotekstil memiliki beberapa kegunaan diantaranya yaitu sebagai lapisan
penyaring (filter), lapisan pemisah (separator), lapisan perkuatan (reinforcement)
dan lapisan pelindung (protector). Untuk fungsi sebagai lapisan penyaring,
geotekstil adalah bahan yang bersifat permeable (tembus air). Sehingga air dapat
tembus melalui material geotekstil namun partikel tanah tetap tertahan. Untuk
fungsi sebagai lapisan pemisah, material geotekstil dapat mencegah
tercampurnya lapisan material yang satu dengan yang lainnya sebagai contoh
pada proyek pembangunan jalan diatas tanah dasar lunak misalnya tanah
berlumpur, pada aplikasi ini geotekstil berfungsi sebagai pemisah agar tanah
berlumpur tersebut tidak naik ke sistem perkerasan jalan yang dapat
mengakibatkan rusaknya lapisan perkerasan jalan.
Gambar 2.4 Geotekstil sebagai lapisan pemisah
(Sumber : Internet)
10
Untuk fungsinya sebagai lapisan perkuatan yang biasa digunakan pada
proyek timbunan atau perkuatan lereng. Material geotekstil bekerja
menggunakan metode membrane effect yang hanya mengandalkan tensile
strength (kuat tarik) dari material itu sendiri. Adapun beberapa faktor yang harus
diperhatikan ketika akan menggunakan material geotekstil sebagai lapisan
perkuatan yaitu :
Jenis geotekstil yang akan digunakan
Kondisi lingkungan, perubahan cuaca, dan kondisi asam atau basa
dapat mempengaruhi kekuatan dari geotekstil.
Material timbunan yang akan digunakan
Interaksi antara material timbunan dengan geotekstil
Beberapa aplikasi geotekstil di lapangan berdasarkan fungsinya yaitu :
Sebagai lapisan pemisah :
Sebagai lapis pemisah antara tanah dasar dan lapisan batuan pada
jalan yang beraspal atau pada proyek di lapangan udara.
Sebagai lapis pemisah antara tanah dasar dan lapisan batuan pada
jalan yang tidak beraspal.
Sebagai pemisah antara tanah dasar dengan bebatuan pemberat
(basal) pada jalan rel.
Sebagai lapisan pemisah yang biasa diletakkan di antara geomembran
dan lapisan drainase pada tanah.
11
Sebagai lapisan pemisah yang diletakkan di antara lapisan aspal yang
lama dengan lapisan aspal yang baru.
Sebagai lapisan pemisah yang diletakkan di bawah trotoar.
Sebagai lapisan perkuatan :
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan di atas tanah lunak pada
proyek jalan.
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan di atas tanah lunak pada
proyek lapangan udara.
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan di atas tanah lunak pada
proyek jalan rel kereta api.
Sebagai lapisan perkuatan yang diletakkan diatas tanah lunak pada
proyek lapangan atletik dan olahraga.
Sebagai lapisan perkuatan pada proyek timbunan.
Sebagai lapisan perkuatan pada konstruksi lereng yang curam.
Sebagai lapisan perkuatan pada proyek bendungan.
Sebagai lapisan perkuatan yang berfungsi menahan tanah lunak pada
konstruksi bendungan.
Sebagai lapisan penyaring :
Sebagai lapisan penyaring yang diletakkan di sekitar bebatuan yang
mengelilingi saluran.
Sebagai lapisan penyaring yang diletakkan di bawah batuan pemberat
(ballast) di bawah rel kereta api.
12
Sebagai lapisan penyaring yang diletakkan di dasar tempat
pembuangan sampah akhir yang menyaring air lindi dari TPA
tersebut.
Sebagai lapisan yang fleksibel untuk menahan pasir atau tanah pada
sistem kontrol erosi.
Sebagai lapis pelindung :
Sebagai lapisan pelindung yang melindungi geomembran pada proyek
TPA karena lapisan geomembran adalah lapisan kedap air yang
mampu mencegah terkontaminasinya tanah dari air limbah sampah
namun geomembran adalah lapisan yang rentan dan butuh
perlindungan pada saat geomembran tersebut di pasang dan pada saat
TPA tersebut beroperasi dan geotekstil berperan melindungi lapisan
geomembran tersebut
Sebagai lapisan pelindung yang dapat melindungi tanah dari erosi.
Sebagai lapisan pelindung pada proyek jalan agar lapisan perkerasan
jalan tidak terkontaminasi dengan lapisan tanah lunak dibawahnya
yang dapat merusak sistem perkerasan jalan tersebut.
Struktur perkuatan tanah dengan material geotekstil membutuhkan
pengetahuan mengenai perilaku gesekan (friction) antara tanah dengan
geotekstil. Parameter kuat geser adalah parameter yang penting dalam
menganalisa interaksi tanah dengan geotekstil.
13
Berdasarkan jenisnya, geotekstil dibagi menjadi beberapa jenis diantaranya yaitu:
Geotekstil woven monofilament
Geotekstil woven multifilament
Geotekstil woven slit-film
Geotekstil nonwoven continuous filament heat bonded
Geotekstil nonwoven continuous filament needle punched
Geotekstil nonwoven staple needle punched
Geotekstil nonwoven resin-bonded
Knitted
Material geotekstil yang digunakan pada penelitian ini adalah material geotekstil
dengan jenis woven slit-film, gotekstil jenis nonwoven continous filament needle
punched dan geotekstil komposit.
Gambar 2.5 Geotekstil woven slit-film
14
Gambar 2.6 Geotekstil nonwoven continous filament needle punched.
Gambar 2.7 Geotekstil komposit
2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan Geotekstil woven
Ada beberapa keuntungan dari material geotekstil woven yaitu:
Bentuknya teratur dan teranyam sehingga memiliki kuat tarik yang
besar dibandingkan geotekstil nonwoven sehingga sangat cocok
sebagai lapis perkuatan
Permeable (tembus air) sehingga bisa digunakan sebagai lapisan
penyaring
15
Adapun beberapa kekurangannya yaitu:
Tidak tahan terhadap sinar matahari, hal ini dikarenakan sinar
matahari mengandung sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan
degradasi yang cepat.
Rentan terhadap tusukan benda tajam
2.2.4 Kelebihan dan kekurangan Geotekstil Nonwoven
Ada beberapa kelebihan geotekstil nonwoven yaitu:
Memiliki permeabilitas yang cukup besar, sehingga cocok untuk
aplikasi pada tanah dasar yang banyak mengandung sisa-sisa
tanaman.
Memiliki sifat properti hidrolis yang lebih bagus sehingga bisa
sekaligus berfungsi sebagai lapisan penyaring yang hanya melarutkan
air tanpa membawa partikel tanah.
Ketahanan terhadap tusukan benda tajam lebih baik dibandingkan
dengan geotekstil woven.
Adapun beberapa kekurangan diantaranya yaitu:
Memiliki nilai kuat tarik yang lebih kecil dibandingkan dengan
geotekstil woven sehingga kurang baik bila digunakan untuk
stabilisasi tanah dasar.
2.2.5 Kelebihan dan kekurangan Geotekstil Komposit
Geotekstil komposit merupakan geotekstil yang dibuat dengan
menggabungkan fungsi geotekstil woven dan nonwoven sehingga memiliki
beberapa kelebihan diantaranya yaitu :
16
Geotekstil komposit memiliki kuat tarik yang besar
Geotekstil komposit memiliki ketahanan terhadap tusukan benda
tajam yang lebih baik
Gotekstil komposit memiliki permeabilitas yang besar
Adapun kekurangan dari geotekstil komposit yaitu:
Karena geotekstil komposit merupakan gabungan dari fungsi
geotekstil woven dan nonwoven maka harga dari geotekstil komposit
lebih mahal dibandingkan geotekstil woven dan nonwoven.
2.2.6 Uji Kuat Geser Langsung
Uji kuat geser langsung merupakan uji kuat geser dalam bentuk yang
paling sederhana untuk suatu susunan uji kuat geser. Alat uji kuat geser langsung
terdiri dari sebuah kotak logam berisi sampel tanah yang akan di uji. Sampel
tanah tersebut dapat berbentuk penampang bujur sangkar atau lingkaran. Gaya
normal pada sampel tanah didapat dengan menaruh beban mati di atas sampel
tanah tersebut. Gaya geser diberikan dengan mendorong sisi kotak sebelah atas
sampai terjadi keruntuhan geser pada tanah.
Gambar 2.8 Kotak Geser alat Direct shear
17
Ada dua macam cara pengujian geser dengan alat kuat geser langsung.
Pertama yaitu dengan cara tegangan geser terkendali (stress-controlled) dimana
penambahan gaya geser dibuat konstan dan diatur. Kedua yaitu dengan cara
regangan terkendali (strain-controlled), dimana kecepatan geser uji yang diatur.
Pada uji tegangan terkendali (stress-controlled), tegangan geser diberikan
dengan menambahkan beban mati secara bertahan, dan dengan penambahan
beban mati yang sama besar setiap kali sampai runtuh. Keruntuhan akan terjadi
sepanjang bidang geser. Setelah kita melakukan penambahan beban, maka
pergerakan geser pada shear box bagian atas diukur dengan penambahan arloji
ukur (dial gauge) horizontal. Perubahan tebal sampel (tanah dengan sedemikian
juga merupakan perubahan volume sampel tanah tersebut) selama pengujian
dapat diukur dengan menggunakan sebuah arloji ukur (dial gauge) yang lain
yang mengukur perubahan gerak arah vertikal dari pelat beban.
Pada uji regangan terkendali (strain-controlled), suatu kecepatan gerak
mendatar tertentu dilakukan pada bagian atas dari pergerakan geser horizontal
tersebut dapat diukur dengan bantuan sebuah dial gauge horizontal. Besarnya
gaya hambatan gaya hambatan dari tanah yang bergeser dapat diukur dengan dial
yang berada di tengan proving ring. Kelebihan pengujian dengan cara regangan
terkendali adalah pada pasir padat, tahanan geser puncak (yaitu pada saat tahanan
runtuh) dan tahanan geser maksimum yang lebih kecil (yaitu pada titik setelah
keruntuhan terjadi) dapat diamati dan dicatat, sedangkan pada uji tegangan
terkendali hanya tahanan geser puncak saja yang dapat diamati. Tahanan geser
puncak pada uji tegangan terkendali besarnya hanya dapat diperkirakan saja. Hal
ini disebabkan karena keruntuhan terjadi hanya pada tingkat tegangan geser
18
sekitar puncak antara penambahan beban sebelum runtuh sampai sesudah runtuh.
Namun demikian uji tegangan terkendali lebih menyerupai keadaan
sesungguhnya keruntuhan dilapangan daripada uji regangan terkendali.
Pada penelitian ini, untuk uji kuat geser antara material timbunan dan
geotekstil diletakan ditempat terjadinya gesekan yaitu diantara shear box rangka
atas dan bawah.
Shear box atas
Shear box bawah
Sampel tanah
Geotekstil
Batu porous
Batu porous
Gaya normal
Gaya geser
Gambar 2.9 Posisi Geotekstil
2.2.7 Kuat Geser Tanah
Kuat geser tanah adalah kemampuan dari tanah dalam menahan tegangan
geser yang terjadi pada kondisi tanah tersebut terbebani. Keruntuhan geser tanah
(shear failure) bukan disebabkan karena hancurnya butir-butir tanah tersebut
tetapi karena adanya pergerakan pada butir-butir tanah tersebut. Kekuatan geser
yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan oleh:
Untuk tanah kohesif misalnya pada tanah lempung, kekuatan geser
yang dimiliki tanah tersebut disebebkan adanya daya lekat antar
butiran tanah tersebut yang dinamakan kohesi ( c ).
19
Untuk tanah non kohesif misalnya pada pasir, maka kekuatan geser
tanah tersebut disebabkan adanya gesekan antara butiran-butiran pasir
yang besar nilainya dinyatakan dalam sudut gesek (υ).
Pada tanah yang merupakan campuran tanah halus dan kasar,
kekuatan tanah disebabkan adanya kohesi (c) dan adanya gesekan
antara butiran tanah (υ).
2.2.8 Interaksi antara Geotekstil dengan Material Timbunan
Interaksi antara material geotekstil dengan material timbunan tidak
terlepas dari perilaku interface yang terjadi antara kedua material tersebut.
Parameter kuat geser interface adalah parameter yang penting dalam melakukan
analisa timbunan yang diperkuat oleh lapisan geotekstil. Korelasi antara
tegangan geser (τ) dengan tegangan normal (σ) pada percobaan kuat geser antara
material timbunan dengan geotekstil yaitu dengan menggunakan kriteria
keruntuhan Mohr-Coloumb yang dijelaskan dengan grafik dibawah ini:
Tegangan Normal
Gambar 2.10 Grafik Kriteria Keruntuhan Mohr-Coloumb
Tegan
gan
Gese
r
φ
C
τ
σ
σ3 σ1
20
Hubungan linear antara tegangan normal dengan tegangan geser dinyatakan
dalam persamaan sebagai berikut :
τ = c + σ tan υ (2.1)
dimana : τ = tegangan geser (kg/cm2)
c = kohesi (kg/cm2)
σ = tegangan tekan (kg/cm2)
υ = sudut geser (o)
Tegangan geser menyatakan besar tahanan maksimum suatu material
terhadap gaya geser yang diberikan dimana material tersebut berada dalam
kondisi dibebani dengan berat tertentu. Pada tes kuat geser langsung, tegangan
geser didapat dengan cara membagi besar gaya geser maksimum dengan luas
penampang sampel. Untuk tegangan normal, besar nilai tegangan normal dicari
dengan cara membagi besar beban yang diberikan pada sampel dengan luas
penampang sampel.
Tegangan Geser (𝜏) =Gaya Geser
Luas Penampang
Tegangan Normal σ = Gaya Normal (Beban)
Luas Penampang
Setelah nilai tegangan normal dan tegangan geser didapat, kemudian
membuat grafik hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser. Untuk
material tanah, grafik yang dihasilkan akan memiliki nilai kohesi yang lebih
21
besar dibandingkan material pasir atau agregat kasar. Setelah grafik hubungan
antara tegangan normal dan tegangan geser dibuat, maka dapat ditarik garis linier
yang merupakan hasil kombinasi antara tegangan normal dan tegangan geser.
Setelah itu didapat persamaan dan dari persamaan tersebut dapat dicari parameter
kohesi (c) dan sudut geser (υ).
Garis keruntuhan (failure envelope) adalah garis lurus yang menunjukan
hubungan linear antara tegangan normal dan tegangan geser. Pengertian dari
garis keruntuhan tersebut ialah bila suatu masa tanah mengalami tegangan
normal dan tegangan geser yang besarnya tegangan-tegangan tersebut berada
dibawah garis keruntuhan, maka keruntuhan geser tidak akan terjadi. Namun bila
suatu masa tanah mengalami tegangan normal dan tegangan geser yang besarnya
tegangan-tegangan tersebut tepat berada pada garis keruntuhan, maka keruntuhan
geser akan terjadi pada bidang tersebut. Kombinasi tegangan normal dengan
tegangan geser tidak mungkin terjadi di luar garis keruntuhan, karena keruntuhan
geser sudah pasti terjadi sebelumnya.
Aplikasi dari parameter kuat geser banyak kegunaanya, parameter kuat
geser seperti kohesi (c) dan sudut geser (υ) umunya digunakan untuk mendesain
struktur seperti dinding penahan tanah, pada analisa stabilitas lereng, pada
analisa stabilitas tanah seperti daya dukung tanah, dan salah satunya yaitu pada
saat mendesain dengan program plaxis. Program plaxis adalah salah satu
program elemen hingga yang memperhitungkan pengaruh variasi nilai parameter
kuat geser interface. Salah satunya yaitu pada program plaxis dengan metoda
phi-c reduction yang dapat digunakan untuk menghitung faktor keamanan
22
dengan mereduksi parameter kohesi (c) dan sudut geser (υ) secara berturut-turut
sampai keruntuhan pada struktur tanah terjadi.
Parameter interface adalah suatu parameter yang menyatakan bahwa
adanya gesekan antara dua buah permukaan struktur yang mengalami kontak
satu sama lain dan besar gesekan yang terjadi dinyatakan dalam kuat geser
dengan (c) dan (υ) sebagai faktor yang mempengaruhi besar kekuatan geser
tersebut.
2.2.9 Kekuatan Antarmuka (Rinter)
Rinter adalah suatu parameter didefinisikan sebagai suatu faktor reduksi
kekuatan pada elemen interface (elemen antarmuka), Rinter adalah faktor reduksi
kekuatan tanah akibat adanya gesekan antara tanah dengan material lain. Faktor
ini menghubungkan kekuatan interface (adhesi dan friksi) dengan kekuatan tanah
(sudut geser dan kohesi). Pada program plaxis, Rinter tidak dimasukkan langsung
sebagai suatu sifat elemen interface, tetapi didefinisikan bersama dengan
parameter kuat geser tanah dalam kumpulan data material untuk tanah dan
interface. Pada program plaxis, pemodelan elastis-plastis digunakan untuk
mendeskripsikan perilaku interface pada pemodelan interaksi tanah dan struktur.
Kriteria dari coloumb digunakan untuk membedakan antara perilaku elastis
dimana perpindahan yang kecil dapat terjadi pada elemen interface dan perilaku
plastis dimana perpindahan permanen dapat terjadi.
Agar interface tetap elastis maka tegangan geser (τ) harus memenuhi
syarat sebagai berikut:
τ < σn . tan φi + ci (2.2)
23
dan untuk perilaku plastis maka tegangan geser (τ) harus :
τ = σn . tan φi + ci (2.3)
dimana φI dan ci adalah sudut geser dan kohesi (adhesi) dari interface. Sifat
kekuatan dari interface selalu berhubungan dengan sifat-sifat kekuatan dari
lapisan tanah. Setiap kumpulan data material tanah memiliki faktor reduksi
kekuatan interface (R inter ). Sifat-sifat dari interface akan dihitung berdasarkan
sifat-sifat kumpulan data tanah uang bersangkutan serta faktor reduksi kekuatan
dengan menerapkan aturan-aturan berikut:
ci = R inter + ctanah (2.4)
tan φi = Rinter . tan φtanah ≤ tan φtanah (2.5)
ψi = 0o untuk Rinter < 1, selain itu ψi = ψtanah (2.6)
ψ = sudut dilatansi
Selain kriteria tegangan geser dari coloumb, kriteria batas tegangan tarik seperti
dijelaskan diatas juga berlaku pada interface (jika tidak di nonaktifkan):
σn = σt,i = Rinter + σt tanah (2.7)
kekuatan dari antar muka dapat diatur dengan menggunakan pilihan-pilihan
sebagai berikut :
Kaku
Pilihan ini digunakan jika suatu interface tidak mempengaruhi kekuatan
dari tanah disekitarnya. Contohnya interface yang diperpanjang di
24
sekitar sudut suatu obyek struktural, interface tersebut tidak ditujukan
untuk interaksi tanah-struktur dan seharusnya tidak mereduksi kekuatan.
Interface seperti ini harus diatur pada kondisi kaku (yaitu dengan nilai
Rinter = 1). Sebagai hasilnya sifat-sifat dari interface, termasuk sudut
dilatansi ψi akan menjadi sama dengan sifat-sifat dari kumpulan data
material, kecuali untuk nilai angka poisson vi.
Manual
Apabila kekuatan dari interface diatur ke manual, maka nilai Rinter dapat
dimasukkan secara manual. Umumnya pada interaksi tanah-struktur yang
sesungguhnya. Interface lebih lemah dan lebih fleksibel dibandingkan
dengan lapisan tanah yang bersangkutan, yang berarti bahwa nilai Rinter
yang sesuai untuk kasus interaksi antara berbagai jenis tanah dengan
struktur dapat ditemukan dalam berbagai literatur. Jika tidak tersedia
informasi apapun, dapat diambil asumsi Rinter sebesar 2/3. Nilai Rinter
yang lebih besar dari 1 umumnya tidak digunakan.
Gambar 2.11 Kotak dialog untuk memasukan parameter interface
25
Saat interface bersifat elastis, maka baik gelinciran (gerakan relative sejajar
dengan interface) maupun celah (perpindahan relatif pada arah tegak lurus
terhadap interface) dapat terjadi.
Besarnya perpindahan-perpindahan tersebut adalah:
Celah elastis = 𝜎
𝐾𝑁=
𝜎×𝑡𝑖
𝐸𝑜𝑒𝑑 ,𝑖 (2.8)
Gelinciran elastis = 𝜏
𝐾𝑆=
𝜏×𝑡𝑖
𝐺𝑖 (2.9)
dimana Gi adalah modulus geser dari interface dan Eoed,i adalah modulus
kompresi satu dimensi dari interface dan ti adalah ketebalan virtual (virtual
thickness) dari interface, yang dihasilkan pada proses pembuatan interface dalam
model geometri.
