## ANALISIS FINITE ELEMENT DEFORMASI RIGID INCLUSION DENGAN DAN TANPA INCLUSION CAPS DI TIMBUNAN BATUBARA
Muhammad Farrel Mahran Arry 1 , Giovanni Pranata 2 , dan Ali Iskandar 3
1 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No.1 Jakarta muhammad.325180147@stu.untar.ac.id
2 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No.1 Jakarta
Giovannip@ft.untar.ac.id
3 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No.1 Jakarta ali.iskandar1999@gmail.com
Masuk: 14-01-2022, revisi: 10-02-2022, diterima untuk diterbitkan: 22-02-2022

## ABSTRACT
The large energy demand for this nation makes business people try the mining business. Not all coal mining sites are located on supportive soil, there are also areas located on soft soil. Soft soil is an infrastructure constraint that should not be underestimated because the deformation caused by soft soil can be fatal to a building structure. To overcome these problems, there are  many soil improvement methods that can be used, one of which is rigid inclusion. This method takes the basic principle of load transfer by being channeled to a load transfer platform which is the hallmark of this method. The addition of inclusion caps  is also one of the modeling options of this method which can increase efficiency  in  rigid  inclusion.  With  this  method,  the  processing  time  will  be  faster  and  more  efficient  and  the  soil deformation that occurs is not large.
Keywords: coal, soft soil, rigid inclusion, load transfer platform, inclusion caps , deformation

## ABSTRAK
Kebutuhan  energi  yang besar  untuk  bangsa  ini  membuat para  pelaku  usaha mencoba  bisnis  pertambangan.  Tidak semua tempat penambangan batubara berada di tanah yang mendukung ada juga di daerah  yang berada pada tanah lunak. Tanah lunak menjadi kendala infrastruktur yang tidak boleh dipandang sebelah mata karena deformasi yang diakibatkan tanah lunak dapat berakibat fatal bagi suatu struktur bangunan. Untuk mengatasi permasalahan tersebut banyak metode perbaikan tanah yang bisa digunakan salah satunya adalah rigid inclusion . Metode ini mengambil prinsip dasar yaitu transfer beban dengan disalurkan ke load transfer platform yang merupakan ciri khas dari metode ini.  Penambahan inclusion  caps juga  merupakan  salah  satu  opsi  pemodelan  dari  metode  ini  dimana  dapat meningkatkan effisiensi di rigid inclusion . Dengan metode ini waktu pengerjaan akan lebih cepat dan efisien serta membuat deformasi tanah yang terjadi tidak besar.
Kata kunci: batubara, tanah lunak, rigid inclusion, load transfer platform, inclusion caps , deformasi.

## 1. PENDAHULUAN
Kalimantan Utara merupakan salah satu daerah di Indonesia yang memiliki batubara yang cukup besar dan sebaran tanah  lunak,  untuk  itu  infrastruktur  pertambangan  yang  dibangun  disana  memiliki  banyak  tantangan  khususnya dibagian fondasi. Dengan kondisi tersebut maka beberapa macam metode perbaikan tanah digunakan guna menunjang infrastruktur yang ada, salah satunya adalah metode rigid inclusion . Dengan  menggunakan  metode tersebut maka dalam pelaksanaannya harus dianalisis secara efektif. Untuk itu tujuan dalam penelitian ini akan dilihat efektifitas dari penggunaan rigid  inclusion dengan  dan  tanpa inclusion  caps untuk  kasus  timbunan batubara dilihat  dari  analisis deformasinya.
Tanah lunak adalah  tanah yang umumnya terdiri  dari tanah  lempung termasuk material fondasi yang sangat jelek karena kadar airnya yang tinggi, permeabilitas rendah dan tanah yang secara visual dapat ditembus dengan ibu jari minimum sedalam ± 25 mm, atau mempunyai kuat geser 40 kPa berdasakan uji geser baling lapangan. Tanah lunak merupakan tanah yang memiliki kadar air > 40%, nilai sudut geser atau Su < 50 kPa dan memiliki indeks plastisitas > 20.  (Badan Standardisasi Nasional, 2019)
Analisis Finite Element Deformasi Rigid Inclusion dengan dan Tanpa Inclusion Caps di Timbunan Batubara
Kalimantan Utara sendiri memiliki sebaran tanah lunak seperti gambar 1 di bawah ini, sebaran tanah lunak tersebut dapat berpotensi menimbulkan kendala dalam pelaksanaan konstruksi karena umumnya memiliki daya dukung yang rendah.
Gambar 1 Peta Sebaran Tanah Lunak Kalimantan Utara (Sumber: Badan Geologi ESDM, 2019)
Metode rigid inclusion pertama kali dikembangkan di Perancis di tahun 1990-an sebagai alternatif dari fondasi tiang dan stone coloums . Pada dasarnya beban akan disalurkan ke tiang fondasi melalui load transfer platform (LTP) yang mana bahan LTP sendiri bisa berupa granular atau bahan pengikat lain seperti gambar 2. Keuntungan dari cara ini adalah stress reduction atau pengurangan tegangan terutama di bagian kepala tiang. (Bohn, 2016)  Berdasarkan prinsip dasarnya rigid inclusion dapat diterapkan di berbagai macam tipe tanah tetapi dalam praktisnya banyak dipakai untuk tanah lunak atau menengah yang biasa sering terjadi kompresibilitas sebagai contoh yaitu tanah liat, tanah gambut, dan tanah lanau. (ASIRI, 2011)
Gambar 2 Komponen-komponen rigid inclusion (Sumber : ASIRI National Project, 2011)
Load  transfer  platform (LTP)  adalah  ciri khas  dari  metode rigid  inclusion . Load  transfer  platform adalah  sebuah lapisan yang letaknya memisahkan antara inclusion caps dengan struktur atasnya. Biasanya Load transfer platform terbuat dari bahan granular yang dipadatkan. Umumnya tebal dari Load transfer platform sendiri berkisaran antara 40 sampai 80 cm dan bertujuan untuk mengurangi momen lentur. Inclusion caps terletak di atas tiang dari rigid inclusion . Berdasarkan ASIRI National Project (2011) inclusion caps hanya menambah efisiensi penampang sebesar 2-10% maka dari itu kebanyakan kasus perbaikan tanah yang menggunakan rigid inclusion tidak menggunakan inclusion caps .
Metode finite element adalah salah satu metode terbaik dalam melakukan Analisis terhadap sebuah permasalahan praktis  dan  merupakan  prosedur  numeris  yang  dapat  dipakai  untuk  menyelsaikan  masalah-masalah  dalam  bidang rekayasa. Dasar dari metode finite element adalah merubah persoalan rumit menjadi hal yang sederhana. Metode Finite
Element awalnya diusulkan dalam literatur oleh Courant pada tahun 1943. Awalnya literatur Courant ini diabaikan, tetapi lambat laun metode ini terus dikembangkan sampai akhirnya metode yang dimanfaatkan untuk analisis metode struktur  (Erhunmwun  and  Ikponmwosa,  2017).  Metode finite  element dalam  aplikasi  geoteknik  diterapkan  untuk mensimulasikan perilaku tanah terhadap suatu beban struktural untuk model kompleks (Abdulnafaa, 2020). Metode finite  element dalam  juga  berfungsi  untuk  mengetahui  analisis  stabilitas  dan  deformasi  pada  bidang  geoteknik. (Wadino  et  al.,  2018).  Maka  dari  ini  didalam  penelitian  ini  akan  dilakukan  analisis  deformasi  yang  terjadi  pada timbunan batubara untuk model rigid inclusion dengan inclusion caps ataupun tidak dengan inclusion caps.

## 2. METODE PENELITIAN

## Sumber data
Sumber  data  berasal  dari  studi  pustaka  buku,  jurnal,  dan  internet  serta  data  yang  didapat  tetapi  tidak  bisa dipublikasikan  karena  bersifat  rahasia.  Adapun  studi  pustaka  buku,  jurnal,  dan  internet  berfungsi  untuk  dapat mengetahui teori-teori yang membantu dalam pekerjaan analisis. Dan untuk parameter data tanah berupa data borlog, data lab, dan data sondir.menggunakan data yang sifatnya rahasia.

## Metode analisis data
Analisis yang dilakukan dengan bantuan program elemen hingga untuk pemodelan yang dilakukan analisis adalah konsolidasi pada timbunan, timbunan dengan rigid inclusion tanpa inclusion caps , timbunan dengan rigid inclusion dengan inclusion caps , dan , timbunan dengan rigid inclusion dengan inclusion caps LTP sebesar 1 m. Untuk kasus pemodelan rigid inclusion tanpa inclusion caps dan inclusion dengan inclusion caps dilakukan juga analisis factor keamanannya untuk melihat seberapa aman dari model yang dibuat.

## Diagram alir
Adapun diagram alir penelitian seperti gambar 3 berikut ini:
Gambar 3 Diagram alir penelitian
Analisis Finite Element Deformasi Rigid Inclusion dengan dan Tanpa Inclusion Caps di Timbunan Batubara

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pemodelan
Tabel 1 & tabel 2 menunjukan data tanah sementara untuk tabel 3 menunjukan pembebanan timbunan batubara yang dimodelkan pada aplikasi finite element 3D:
Tabel 1 Parameter Material Soft Soil Model Material Soft Soil Penamaan Tipe Tanah γ (kN/m 3 ) e 0 C c C s φ' (°) c' (kN/m 2 ) PEAT Organic 11 5 4 0,8 30 2 AC Clay 15,5 1,6 0,6 0,12 28 3 TC1 Clay 15,5 1,5 0,55 0,11 24 10
Tabel 2 Parameter Material Mohr-Coulomb Model Material Mohr-Coulomb Penamaan Tipe Tanah γ (kN/m 3 ) e 0 E (kN/m 3 ) ν φ' (°) c' (kN/m 2 ) FILL Sand 18 0,53 4 0,3 32 1 TC2 Clay 18 1 0,6 0,35 24 50
Tabel 3 Parameter Material Timbunan Batubara

## Parameter Batubara
( linear elastic ) γ (kN/m 3 ) 10 E (kN/m 2 ) 8000 φ ' (°) 40 c' (kPa) 1 ν 0,3
Untuk pemodelan rigid inclusion dapat dilihat pada gambar 4, tinggi timbunan batubara yang dimodelkan adalah 7,5 m dengan tebal LTP 2 m. tiang dalam perbaikan rigid inclusion mengacu pada ASIRI 2011 yaitu sepanjang tanah lunak dan memiliki N-SPT kecil yang mana pada kasus ini dari kedalaman 2 m s/d 24 m Ukuran tiang yang dipakai adalah spun pile diameter 0,5 m dan memiliki jarak antar tiang 2,5 m mengacu pada JGJ 79-2002 Chapter 9.2 section 9.2.2 yaitu lima kali ukuran dari diameter tiangnya. Pemodelan tiang sendiri dimodelkan sebagai embedded beam dengan parameter yang dibutuhkan adalah mutu beton yaitu 35 MPa, daya dukung ujung tiang (Fmaks) sebesar 210 kN,  daya  dukung  selimut  tiang    minimum  21,01  kN/m  dan  daya  dukung  selimut  maksimum  46,57 kN/m . Model inclusion caps dibuat menggunakan plate pada aplikasi finite element dengan mutu dan poisson’s ratio yang sama seperti beton. Ukuran inclusion caps yang dipakai adalah 1x1 m dengan tebal 0,35 m nilai itu didapat dari referensi- referensi data yang di dapat.
Gambar 4 Dimensi ukuran model rigid inclusion

## Hasil Analisis Tanpa Rigid inclusion
Berdasarkan hasil perhitungan settlement dengan perhitungan aplikasi finite element pada gambar 5 timbunan batubara tanpa perbaikan tanah menunjukkan bahwa terjadi penurunan yang cukup besar pada tanah lunak yang menjadi area timbunan batubara. Penurunan yang terjadi sebesar 1,394 m dari hasil analisis konsolidasi dengan waktu penurunan 29,56 hari. Berikut adalah gambar hasil penurunan tanah di timbunan batubara:

## Gambar 5 Deformasi Tanah di daerah timbunan batubara

## Hasil Analisis Dengan Rigid inclusion
Setelah melakukan analisis pada timbunan batubara tanpa perbaikan tanah rigid inclusion maka dilakukan pemodelan lanjut dengan perbaikan tanah pada kondisi tanpa dan dengan inclusion caps kemudian yang menggunakan inclusion caps dilakukan analisis tambahan dengan memperkecil LTP menjadi 1 m berikut adalah hasil analisis yang dilakukan menggunakan metode finite element :
Analisis Finite Element Deformasi Rigid Inclusion dengan dan Tanpa Inclusion Caps di Timbunan Batubara

## Gambar 6 Grafik perbedaan analisis deformasi penurunan timbunan batubara
Tabel 4 Perbedaan hasil deformasi keseluruhan model Pemodelan Deformasi Settlement (m) Timbunan 1,3944 Rigid inclusion tanpa inclusion caps 0,09975 Rigid inclusion dengan inclusion caps 0,09733 Inclusion caps dengan LTP 1 m 0,09339
Berdasarkan grafik pada gambar 6 dan hasil analisis tabel 4 dapat dilihat bahwa hasil deformasi penurunan yang terjadi setelah menambahkan perbaikan tanah rigid inclusion berkurang. Untuk model tanpa inclusion caps terdapat efisiensi pengurangan penurunan 92,8443% sementara dengan inclusion caps deformasi tanah lunak yang terjadi berkurang sebesar 93,0179%.  Dari kedua model mengacu pada ASIRI 2011 terlihat bahwa ada  efisiensi 2,2461% yaitu  dari 0,09975 m menjadi 0,09733 m pada deformasi yang terjadi.
Pemodelan selanjutnya yang di analisis adalah pemodelan inclusion caps dengan LTP yang diperkecil menjadi 1 m. berdasarkan hasil yang didapat terdapat penurunan 0,09339 m. Hasil tersebut lebih kecil dari ukuran LTP 2 m dan jika di cek dari punching effect- nya tidak terbentuk. Model terakhir yang dilakukan adalah ketika ada timbunan batubara lagi  berjarak  50  m  dari  timbunan  yang  dianalisa  pada  kasus  ini,  model  ini  bertujuan  untuk  melihat  bagaimana deformasi yang terjadi ketika ada dua timbunan batubara bersebelahan. Berikut hasil dari pemodelan ini dibuat dalam bentuk grafik pada gambar 7 dan menggunakan bantuan aplikasi finite element 2D dikarenakan ukurannya yang besar:
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 60 80
100 120 140 160 180 D ep th (m ) Jarak (m)

## Analisis Settlement
Settlement dengan Inclusion Caps Settlement tanpa Inclusion caps

## Gambar 7 Grafik perbedaan analisis deformasi penurunan timbunan batubara

## Analisis Safety Factor
Faktor keamanan  berfungsi untuk melihat apakah model perbaikan tanah yang dibuat memiliki design yang aman. Pemodelan safety factor dilakukan juga di aplikasi finite element 3D seperti pada gambar 8 dan 9 dengan peninjauan di kedua model yaitu tanpa inclusion caps dan juga dengan inclusion caps yang menggunakan LTP 2 m. Tabel 2 merupakan hasil analisis safety factor berdasarkan iterasi dari aplikasi finite element 3D:
Tabel 2 Hasil Safety Factor Pemodelan Faktor Keamanan Rigid inclusion tanpa inclusion caps 6,393 Rigid inclusion dengan inclusion caps 9,796
Gambar 8 Hasil analisis safety factor tanpa Inclusion caps
Analisis Finite Element Deformasi Rigid Inclusion dengan dan Tanpa Inclusion Caps di Timbunan Batubara
Gambar 9 Hasil analisis safety factor dengan Inclusion caps

## 2. KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka didapat beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Tebal Load Transfer Platform pada perbaikan tanah Rigid inclusion yang dipakai dalam peneltian ini adalah 2 m.
2. Berdasarkan hasil analitis terhadap timbunan batubara di tanah lunak Kalimantan Utara, terlihat bahwa terdapat deformasi settlement yang cukup besar di area timbunan batubara sebesar 1,394 m dengan waktu konsolidasi 29,56 hari.
3. Dari  hasil  analisis  yang  dilakukan  metode  perbaikan  tanah rigid  inclusion tanpa inclusion  caps mampu mengurangi deformasi yang terjadi pada tanah lunak di daerah  timbunan batubara sebesar 92,8443% sementara dengan inclusion caps deformasi tanah lunak yang terjadi berkurang sebesar 93,0179%.
4. Berdasarkan  hasil  analisis  deformasi  penggunaan inclusion  caps membuat  penurunan  berkurang  sebesar 2,2461% yaitu dari 0,09975 m menjadi 0,09733 m.
5. Hasil analisis deformasi penggunaan inclusion caps dengan LTP 1 m membuat penurunannya menjadi 0,09339 m.
6. Safety factor yang dicapai dari pemodelan rigid inclusion tanpa inclusion caps adalah 6,393 sebesar sementara dengan inclusion caps  safety factor yang dicapai adalah 9,796
7. Berdasarkan seluruh hasil Analisa yang telah dilakukan dapat dikatakan bahwa yang lebih cocok digunakan pada timbunan  batubara di  tanah  lunak  Kalimantan utara  adalah rigid  inclusion tanpa inclusion  caps karena  dari deformasi sudah aman dan dengan menambahkan inclusion caps perbedaan dari penurunan yang dihasilkan pada timbunan batubara ini tidak signifikan.

## Saran
1. Pemodelan tanpa inclusion caps dapat dicoba juga dengan memperkecil load transfer platform-nya untuk dapat dibandingkan apakah deformasi yang terjadi dengan pemodelan dengan inclusion caps LTP 1 m.
2. Melakukan analisis safety factor untuk pemodelan dengan inclusion caps LTP 1 m agar dapat diketahui seberapa amannya pemodelan yang dilakukan.
3. Meshing  model  dapat  dilakukan  dengan  distribusi  elemen  yang  lebih  kecil  sehingga  hasil  deformasi  yang dihasilkan bisa lebih presisi.

## DAFTAR PUSTAKA
ASIRI. (2011). Recommendation for the Deisgn, Construction and Control of Rigid inclusion Ground Improvements. France: IREX. Bohn, C. (2016). Serviceability and Safety in The Design of Rigid inclusions and Combined Pile-Raft Foundations. Paris: HAL.
Abdulnafaa,  Muhamd  D.  “ Comparison  of  Results  of  Pre-Consolidation  of  Soft  Soil  Using  Analytical  and  Finite Element  Software .” IOP  Conference  Series:  Materials  Science  and  Engineering ,  vol.  737,  no.  1,  2020, doi:10.1088/1757-899X/737/1/012098.
Badan Standardisasi Nasional. “Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung Dan Non Gedung.” Sni 1726:2019 , no. 8, 2019, p. 254.
Erhunmwun, I. D., and U. B. Ikponmwosa. “ Review on Finite Element Method .” Journal of Applied Sciences and Environmental Management , vol. 21, no. 5, 2017, p. 999, doi:10.4314/jasem.v21i5.30. Wadino, Frando. “Analisis Deformasi Dinding Basement Pada Salah Satu Proyek Di Sudirman Menggunakan Metode Back  Analysis  Dari  Hasil  Monitoring.” JMTS:  Jurnal  Mitra  Teknik  Sipil ,  vol.  1,  no.  1,  2018,  p.  251, doi:10.24912/jmts.v1i1.2264.
Analisis Finite Element Deformasi Rigid Inclusion dengan dan Tanpa Inclusion Caps di Timbunan Batubara