doi: mkts.v26i2.26516

## Analisis Efek Smear Zone Akibat Pemasangan PVD terhadap Proses Konsolidasi Timbunan dengan Plaxis 2D dan 3D
* Titi Hayati, Roesyanto, Rudi Iskandar
Program Magister Teknik Sipil, Dosen Universitas Sumatera Utara
*) titi26hayati@students.usu.ac.id
Received: 13 November 2019 Revised: 16 Agustus 2020 Accepted: 25 September 2020

## Abstract
The method of preloading and vertical drainage is one of the popular methods used to increase shear strength of soft soil. Initial loading is carried out with the aim of consolidating the soil layer with a large or equal load greater than the load that will be carried by the ground both during and after construction. While vertical drainage can speed up the evaluation process. The development of a vertical drainage system is the use of PVD  (Prefebricate  Vertical  Drain).  PVD  is  installed  to  drain  the  air  that  is  dissipated  in  the  preparation process.  Analysis  to  compare  the  settlement  that  occurred  in  the  Reklamasi  Peti  Kemas  Belawan  Fase  II project with modeling on Plaxis 2D and 3D with and without using the smear zone effect. From the analysis, the settlement that occurred on consolidation process with Plaxis 2D modeling with and without the effect of the smear zone effect was 2,288 meters and 1,922 meters while the 3D Plaxis modeling obtained 2,077 meters for analysis without changing the effect of the smear zone and 1,930 meters for analysis with calculate the effect of the smear zone.
Keywords: Preloading method, PVD, Plaxis, consolidation

## Abstrak
Metode pembebanan awal (preloading) dan drainase vertikal adalah salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan  kekuatan  geser  tanah  lunak.  Pembebanan  awal  dilakukan  dengan  tujuan  mengkonsolidasi lapisan tanah lunak dengan besar pembebanan yang sama atau lebih daripada beban yang akan dipikul oleh tanah  baik  saat  maupun  setelah  konstruksi.  Sedangkan  drainase  vertikal  dapat  mempercepat  proses konsolidasi. Perkembangan drainase  vertikal adalah penggunaan PVD (Prefebricate Vertical Drain). PVD dipasang  untuk  mengalirkan  air  yang  terdisipasi  akibat  proses  konsolidasi.  Analisis  ini  bertujuan  untuk membandingkan  besar  penurunan  yang  terjadi  pada  proyek  reklamasi  peti  kemas  Belawan  fase  II  dengan pemodelan pada Plaxis 2D dan 3D dengan dan tanpa memperhitungkan efek smear zone. Dari hasil analisis diperoleh besar penurunan yang terjadi pada proses konsolidasi dengan pemodelan  Plaxis 2D dengan dan tanpa memperhitungkan efek smear zone adalah 2,288 meter dan 1,922 meter sedangkan dengan pemodelan Plaxis 3D diperoleh besar penurunan 2,077 meter untuk analisis tanpa memperhitungkan efek smear zone dan 1,930 meter untuk analisis dengan memperhitungkan efek smear zone.
Kata kunci: Metode Preloading, PVD, Plaxis, konsolidasi

## Pendahuluan
Salah  satu  permasalahan  geoteknik  dalam  bidang konstruksi adalah kuat geser dan daya dukung tanah yang  merupakan  pondasi  dari  suatu  konstruksi. Setiap  konstruksi  direncanakan  sedemikian  rupa sehingga memiliki beban tertentu dan pada elevasi tertentu  yang  terkadang  tidak  dapat  dilayani  oleh kondisi  tanah  eksisting  karena  karakteristik  tanah yang  lunak.  Tanah  lunak  bersifat  komprebilitas
yang  tinggi,  permeabilitas  yang  rendah  dan  daya dukung  yang  rendah  dan  kuat  geser  yang  rendah. Salah  satu  faktor  yang  menyebabkan  tanah  lunak memiliki daya dukung yang rendah adalah tanah ini memiliki  kuat  geser  yang  rendah.  Selain  itu, tingginya  tingkat  komprebilitas  pada  tanah  lunak disebabkan oleh angka pori yang tinggi. Jika tanah tersebut diberi beban, maka air maupun udara yang mengisi pori-pori tanah akan keluar sehingga terjadi pemampatan  tanah  yang  menandakan  adanya
penurunan yang terjadi pada tanah. Kondisi tersebut merupakan kondisi yang tidak baik jika digunakan sebagai  tanah  dasar  untuk  sebuah  konstruksi  di atasnya.  Konstruksi  akan  rusak  karena  adanya penurunan  tanah  yang  berlebihan  dan  tidak seragam.  Hal  ini  lebih  fatal  jika  penurunan  yang terjadi  bersifat  setempat.  Untuk  mengatasi  hal  ini maka  perlu  dilakukan  perbaikan  pada  tanah  lunak yang  akan  digunakan  sebagai  pondasi  suatu konstruksi.
Metode  pembebanan  awal  ( preloading )  dan drainase  vertikal  adalah  salah  satu  metode  yang populer  yang  digunakan  untuk  meningkatkan kekuatan  geser  tanah  lunak.  Pembebanan  awal dilakukan  dengan  tujuan  mengkonsolidasi  lapisan tanah  lunak  dengan  besar  pembebanan  yang  sama atau  lebih  daripada  beban  yang  akan  dipikul  oleh tanah  baik  saat  maupun  setelah  konstruksi. Sedangkan  drainase  vertikal  dapat  mempercepat proses konsolidasi.
Perkembangan  sistem  drainase  vertikal  adalah penggunaan  PVD  ( Prefebricate  Vertical  Drain ). PVD  dipasang  untuk  mengalirkan  air  yang terdisipasi akibat proses konsolidasi. PVD mengalirkan air secara vertikal keatas lalu menuju drainase horizontal. Namun pada saat pemasangan, alat yang digunakan ( mandrel ) dapat merusak tanah di  sekitarnya  sehingga  mempengaruhi  koefisien permeabilitas  horizontal  dari  tanah  sehingga mengurangi  laju  air  yang  masuk  menuju  PVD. Daerah yang rusak akibat pemasangan PVD dengan mandrel disebut smear  zone. Dalam  perencanaan perbaikan tanah dibutuhkan analisis penurunan dan waktu  konsolidasi,  sehingga  dapat  diperkirakan besar  penurunan  yang  harus  dicapai  hingga konsolidasi 90% dan waktu yang dibutuhkan untuk proses  tersebut.  Telah  banyak  analisis  yang dilakukan  untuk  memprediksi  proses  konsolidasi yang  terjadi  pada  timbunan  di  atas  tanah  lunak dengan  metode  preloading  menggunakan  metode elemen hingga.
Ohoimas  &  Hamdan  (2015)  melakukan  analisis konsolidasi  menggunakan  metode preloading dan vertical  drain pada  area  reklamasi.  Hasil  analisis yang didapat adalah metode preloading dan vertical drain mempercepat  proses  konsolidasi  yang seharusnya 178000 hari menjadi 135 hari. Meiwa et al .,  2015  melakukan  analisis  konsolidasi  dengan PVD  untuk  kondisi axisymetric dan  beberapa metode  ekuivalensi plane  strain menggunakan metode  elemen  hingga.  Berdasarkan  pemodelan dan  eksekusi  menggunakan  Plaxis  2D  didapat bahwa  metode  Indraratna  memiliki  hasil  yang paling mendekati axysimetric terutama pada kondisi PVD dengan smear zone dibandingkan metode Hird dan  metode  Chai.  Metode  Hird  cukup  mendekati
analisis axysimetric dibandingkan  hasil  Chai.  Dan pada  pemodelan plane  strain ,  pemodelan  PVD menggunakan smear  zone lebih  mendekati pengukuran di lapangan daripada tanpa smear zone . Apriyanti et  al .,  2016  menyimpulkan  bahwa besarnya mesh tidak mempengaruhi besar penurunan  dan  waktu  konsolidasi  yang  terjadi. Namun smear zone mempengaruhi waktu konsolidasi  tanah  akibat  koefisien  permeabilitas yang mengecil. Hal tersebut dikemukakan berdasarkan analisis yang dilakukan menggunakan Plaxis 2D.
Berikutnya Mulyana et  al .,  2016  menyimpulkan dalam jurnalnya yang berjudul “Pemodelan Vertical Drain dengan Menggunakan Model Elemen Hingga pada Analisis Konsolidasi di Bendungan Marangkayu  Kalimantan  Timur”  bahwa  hasil analisis settlement plate dengan menggunakan PVD 1,0  m  menunjukkan  waktu  untuk  mencapai konsolidasi  95%  adalah  424  hari  dan  besar penurunannya  adalah  -1,36  meter.  Sedangkan analisis  dengan  Plaxis,  penurunan  tanah  sebesar  - 1,224 meter pada hari ke 424.
Lokasi yang ditinjau pada tulisan ini adalah Proyek Reklamasi  Peti  Kemas  Fase  II  di  Belawan. Reklamasi  ini  bertujuan  mengubah  tataguna  lahan yang awalnya merupakan daerah perairan menjadi daerah  daratan  dan  dermaga  dengan  bangunan penunjang  diatasnya.  Karaktristik  tanah  eksisting adalah  tanah  lunak  dan  kadar  air  yang  tinggi. Tujuan  dari  tulisan  ini  adalah  menganalisis pengaruh smear zone terhadap besar penuruan dan waktu  konsolidasi  yang  terjadi  pada  Proyek Reklamsi  Peti  Kemas  Fase  II  menggunakan program Plaxis 2D dan 3D.

## Pembebanan awal (preloading)
Pembebanan  awal  merupakan  proses  kompresi tanah dengan memberikan tekanan vertikal sebelum dilakukan  pembebanan  kostruksi  sebenarnya. Beban preloading adalah beban yang setara dengan beban konstruksi sebenarnya dimana beban tersebut dilakukan  dengan  melakukan  timbunan  sebanding dengan  berat  konstruksi  yang  akan  dilaksanakan. Ada pula yang menentukan tinggi timbunan sesuai dengan nilai penurunan, agar tanah timbunan tidak dibuang  sia-sia  dan  dapat  dijadikan  suatu  pondasi dari suatu konstruksi.

## Prefabricated Vertical Drain (PVD)
Pada  perbaikan  tanah  dengan  pembebanan  awal, masalah yang timbul adalah lamanya proses waktu penurunan. Hal ini sering terjadi pada lapisan tanah yang  cukup  dalam  dan  mempunyai  permeabilitas yang  rendah.  Untuk  mempercepat  konsolidasi  dan
menghemat waktu penurunan timbunan pada tanah lunak,  cara  yang  digunakan  adalah  membuat saluran  vertikal  yang  mempunyai  permeabilitas tinggi,  yaitu  drainase  vertikal.  Menurut  Indraratna et al , (1994) performa timbunan di atas tanah lunak dapat distabilkan dengan saluran drainase vertikal.
Menurut  Bergado et  al ,  (1991)  drainase  vertikal diklasifikasikan  ke  dalam  tiga  tipe  umum: sand drain,  fabric-encased  sand  drains  dan  pre- fabricated  band  drain .  Drainase  vertikal  hanya mempercepat  konsolidasi  primer  saja,  karena pengaliran  air  yang  signifikan  hanya  terjadi  pada saat konsolidasi primer. Kapasitas pengaliran PVD pada  konstruksi  timbunan  di  atas  tanah  lempung dapat  dianalisis  (Chai, et  al. ,  2000).  Konsolidasi sekunder hanya mengalirkan jumlah air yang sangat sedikit  dan  seperti  penurunan  sekunder  tidak dipercepat oleh drainase vertikal.
Selama  tiga  dekade,  berbagai  jenis  drainase vertikal,  termasuk sand  drain,  sand  compaction piles, PVD,  dan gravel  piles telah  dipelajari. Kjellman (1949) memperkenalkan drainase cetakan berbentuk  pita  ( prefabricated  band  shape  drain ) dengan sebuah inti plastik beralur yang dibungkus dengan  selubung  filter  terbuat  dari  kertas  karton untuk  perbaikan  tanah.  Kebanyakan  ukuran drainase  vertikal  adalah  100  mm  lebar  dengan ketebalan  4  mm.  Fungsi  utama  saringan  drainase vertikal  adalah  untuk  memastikan  partikel  halus tidak  lolos  dan  menyumbat  saluran  dalam  inti (Hansbo,1981).

## Smear zone
Pada  pemasangan  PVD  diasumsikan  bahwa  sifat- sifat  tanah  sekelilingnya  tidak  berubah.  Tapi  pada kenyataannya, pemasangan PVD sedikit mengganggu  tanah,  tergantung  pada  sensifitas tanahnya. PVD dimasukkan ke dalam tanah dengan menggunakan  mandrel  dan  diujungnya  diberikan sepatu. Akibat pemasangan ini, maka lapisan tanah yang  ditusuk mandrel akan  terganggu.  Gangguan yang  terjadi  tersebut  disebut  efek smear .  Efek smear adalah  berkurangnya  nilai  koefisien permeabilitas  tanah  arah  radial  (kr)  akibat  proses peremasan ( remoulding ) selama pemasangan PVD oleh mandrel. Jamiolkowski et  al .,  1983;  Hansbo, 1987 merekomendasikan untuk  suatu  perencanaan diameter smear  zone dapat  diestimasi  (2-3)  kali diameter mandrel . d s = (2-3) d m (1)
dm = √ 4×𝐴𝑚 𝜋 (2)
dimana  d s adalah  diameter smear  zone ,  d m adalah diameter mandrel ,  dan A m adalah  luasan  ukuran mandrel .
Daerah  pengaruh  pemasangan  PVD  (jangkauan kerja  PVD)  yang  disebut  sebagai  diameter ekuivalen  (D e ),  bergantung  kepada  pola  dan  jarak pemasangan PVD. Pada umumnya, PVD dipasang dengan  pola  bujur  sangkar  dan  segitiga,  dimana rumus  yang  berlaku  untuk  mengetahui  daerah pengaruh pemasangan PVD itu adalah:
De = 1,13 S (untuk pola bujur sangkar) (3) De = 1,05 S (untuk pola segitiga) (4)

## Verifikasi vertical drain
Hird,  et  al,  (1992)  mengenalkan  sebuah  teori  satu dimensi  ( one  dimensional )  untuk  elemen  drainase pada  pemodelan  PVD  dalam  menganalisis  proses konsolidasi. Hansbo (1979) telah mengaplikasikan teori  unit  sel  pada  kondisi plane strain dan diusulkan sebagai prodesur yang cocok.
Selanjutnya, Hird, et al, (1995) melakukan analisis pemodelan  dua  dimensi  ( two  dimensional )  untuk drainase  vertikal  pada  analisis finite  element pada timbunan  di  atas  tanah  lunak  dan  menghasilkan nilai  derajat  konsolidasi  yang  lebih  cocok  dengan keadaan  di  lapangan.  Pemodelan  dilakukan  secara axysimetris dan plane strain .
Untuk  dapat  mengimplementasikan vertical drain yang  terpasang  di  lapangan  ke  dalam  program, maka perlu dilakukan verifikasi dimensi PVD untuk simulasi  pemodelan  Plaxis  dalam  kondisi plane strain. Verifikasi  tersebut  akan  menghasilkan koefisien  permeabilitas  tanah  yang  baru  sehingga dapat digunakan pada analisis Plaxis. Menurut Chai et  al., 2001,  metode  sederhana  dalam  pemodelan PVD adalah mengubah nilai permeabilitas vertikal tanah pada area vertical drain sebagai kinerja dari PVD.  Adapun  besar  nilai  permeabilitas  tersebut adalah:
𝑘 𝑣𝑒 = (1 + 2,5 𝑙2 𝜇𝐷𝑒 2 𝑘ℎ 𝑘𝑣 ) 𝑘 𝑣 (5)
dimana 𝑘 𝑣𝑒 adalah koefisien permeabilitas vertical drain, 𝑙 adalah panjang lintasan yang harus dilalui air, 𝑘 ℎ adalah  koefisien  permeabilitas  horizontal tanah, 𝑘 𝑣 adalah  koefisien  permeabilitas  vertikal tanah, 𝜇 adalah Poisson ratio.
Proses  ekuivalen  PVD  dapat  dilakukan  dengan bebarapa cara, yaitu jarak antar vertical drain pada kondisi plane  strain dapat  diubah  (perubahan geometri)  dengan  permeabilitas  yang  dibuat  tetap pada kondisi axisymetry dan plane strain (k ax = k pl ), permeabilitas  pada  kondisi plane  strain dapat diubah,  dengan  geometri  yang  dibuat  sama  dan mengkombinasi perubahan geometri dan permeabilitas. Chai, et al . (1995) telah mengekuivalenkan  koefisien  permeabilitas  tanah
dari  kondisi axisymetry menjadi plane  strain dengan  cara  menyamakan  debit  air  yang  masuk pada  kondisi axisymetry dengan  kondisi plane strain .  Pengekuivalenan  koefisien  permeabilitas dilakukan dengan rumusan sebagai berikut:
2𝐵 2
3 × 𝑘 𝑎𝑥 = 𝑅 2 × 𝑘 𝑝𝑙 [𝑙𝑛 ( 𝑛 𝑠 ) + ( 𝑘 𝑎𝑥 𝑘 𝑠 ) 𝑙𝑛(𝑠) − 3 4 ] (6)
dimana 𝑘 𝑎𝑥 merupakan  permeabilitas  tanah  arah horizontal  kondisi axisymetry, 𝑘 𝑝𝑙 merupakan ermeabilitas  tanah  arah  horizontal  kondisi plane strain, 𝑘 𝑠 merupakan permeabilitas  tanah  pada daerah smear  zone,  B merupakan ½  dari  jarak vertical  drain untuk  kondisi plane  strain,  R merupakan jari-jari ekuivalen kondisi axisymertry,
S= 𝑟𝑠 𝑟𝑤 (7) 𝑛 = 𝑟𝑒 𝑟𝑤 (8)
dimana 𝑟 𝑠 = bs = jari-jari smear zone, 𝑟 𝑒 = be = jari- jari ekuivalen (setelah penampang diubah menjadi bentuk lingkaran), 𝑟 𝑤 = bw = jari-jari vertical drain.
Menurut  Indraratna  dan  Redana  (1997)  besarnya koefisien  permeabilitas  tanah  akibat  efek smear dapat  diekuivalenkan  dengan  rumusan  sebagai berikut:
𝑘 ℎ𝑝 = 𝑘ℎ[𝛼+(𝛽) 𝑘ℎ𝑝 𝑘′ℎ𝑝 +(𝜃)(2𝑙𝑧−𝑧2)] [𝑙𝑛( 𝑛 𝑠 )+( 𝑘ℎ 𝑘′ℎ ) ln(𝑠)−0,75+𝜋(2𝑙𝑧−𝑧2) 𝑘ℎ 𝑞𝑤 ] (9) 𝑘′ℎ𝑝 𝑘ℎ𝑝 = 𝛽 [𝑙𝑛( 𝑛 𝑠 )+( 𝑘ℎ 𝑘′ℎ ) ln(𝑠)−0,75−𝛼]
(10)
𝑘ℎ𝑝
𝑘ℎ = 0,67 [ln(𝑛)−0,75]
(11)
𝛼 = 0.67(𝑛−𝑠)3 𝑛2(𝑛−1) (12)
𝛽 = 2(𝑛−1)(𝑛(𝑛−𝑠−1)+0.33(𝑠2+𝑠+1))
𝑛2(𝑛−1) (13)
𝑛 = 𝑅 𝑟𝑤 (14)
dimana 𝑘 ℎ𝑝 adalah  koefisien  permeabilitas horizontal plane  strain untuk  area  yang  tidak terganggu, 𝑘 ℎ adalah  koefisien  permeabilitas horizontal tanah, 𝑘 ℎ𝑝 adalah koefisien permeabilitas horizontal plane strain untuk area yang terganggu, dan 𝜃 adalah  rata-rata  tekanan  pori  ekses  pada kedalaman dan waktu tertentu.

## Metode
Dalam penelitian ini, dilakukan analisis menggunakan  Plaxis  2D  dan  3D  dengan  data lapangan  dan  laboratorium  yang  didapatkan  dari pemilik  proyek  Reklamasi  Peti  Kemas  Belawan Fase II. Data diolah menjadi parameter yang sesuai dalam  pemodelan  Plaxis  2D  dan  3D.  Selanjutnya
dilakukan  pemodelan  timbunan  dan  pemasangan PVD serta tahapan konstruksi yang mengimpretasikan  kondisi  di  lapangan  dan dilakukan  analisis  besar  penurunan  dan  waktu konsolidasi  yang  terjadi.  Secara  detail  tahapan penelitian  dijelaskan  dengan  bagan  alir  pada Gambar 1.

## Gambar 1. Tahapan pelaksanaan penelitian

## Hasil dan Pembahasan

## Verifikasi pemodelan vertical drain
PVD  yang  terpasang  pada  Proyek  Reklamasi  Peti Kemas Fase II adalah berukuran 10 x 3,3 cm. PVD dipasang  sepanjang  30  m  dari  permukaan  tanah. Jarak  pemasangannya  adalah  1,3  m  dengan  pola pemasangan  adalah  pola  segitiga.  Perverifikasian pemodelan vertical  drain dilakukan  dengan mengekuivalenkan vertical  drain yang  setempat- setempat  menjadi  menerus  ( plain strain )  untuk Plaxis  2D  dan  ukuran  sebebanrnya  untuk  3D. Pengekuivanenan tersebut dilakukan dengan cara:
1. Diambil  satu  segmen vertical drain yang terpasang di lapangan ukuran 130 x 130 cm 2
𝑑 𝑤 = 2(10 + 0,33) 3,14 = 6,576 𝑐𝑚
𝑟 𝑤 = 6,576 2 = 3,289 𝑐𝑚
Analisis perhitungan penurunan dan waktu konsolidasi menggunakan plaxis 2D dan 3D
Hasil dan
pembahasan
Kesimpulan
- SPT dari BH-4 - Parameter material timbunan
- Spesifikasi PVD
- Instrumen geoteknik : 1. Settelement plate
2. Piezometer Mulai Perumusan masalah Pengumpulan data sekunder Studi literatur Selesai Hasil monitoring settlement plate Hasil Plaxis 2D dan 3D

## Titi Hayati, Roesyanto, Rudi Iskandar

## Tabel 1. Parameter input material tanah eksisting

## Parameter  Lapisan 1  Lapisan 2  Lapisan 3  Lapisan 4  Lapisan 5  Lapisan 6  Lapisan 7  Lapisan 8  Lapisan 9
Jenis tanah Silty clay Clay Silty clay  Silty sand Silt Clay Silty clay Clay Silty clay Tipe Undrained  Undrained  Undrained  drained Undrained  Undrained  Undrained  Undrained  Undrained Tebal lapisan tanah (m) 2 9,8 2,2 2,2 1,2 1,4 11 20 7 𝛾 𝑠𝑎𝑡 (kN/m 3 ) 16 16,2 16,4 16,2 18 18 17,5 19 21 𝛾 𝑑𝑟𝑦 (kN/m 3 ) 6,2 6,4 6,6 6,2 8,2 8,2 7,7 9,2 11,2 c (kN/m 2 ) 18 18 18 4 20 28 25 50 70 Φ ( 0 ) 1 1 2 17 2 1,5 1 1 1 Ψ ( 0 ) - - - - - - - - - E (kN/m 2 ) 1.800 2.100 2.500 7.000 2.100 4.900 4.000 4.500 6.500 K x (m/hari)  0,000864 0,000864  0,000864 0,864 0,000864 0,000864  0,000864  0,000864  0,000864 K y (m/hari)  0,000864 0,000864  0,000864 0,864 0,000864 0,000864  0,000864  0,000864  0,000864 𝜇 0,3 0,3 0,3 0,25 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 2. Menentukan diameter mandrel
dengan Persamaan (2)
𝑑 𝑚 = √ 4𝑥(4𝑥13) 3,14 = 8,139 𝑐𝑚
3. Menentukan  jari-jari  ekuivalen smear  zone , dengan Persamaan (1)
ds = 3 x 8,139 = 24,417 cm rs =12,208cm
4. Menentukan  jari-jari  ekuivalen  zona  pengaruh PVD, menggunakan Persamaan (3)
De = 1,05 x 130 cm = 136,5 cm
Re = 68,25 cm.

## Parameter material dalam pemodelan Plaxis
Hasil  korelasi  material  tanah  eksisting  disajikan dalam Tabel 1.

## Tabel 2. Parameter input tanah timbun dan PVD
Parameter Timbunan PVD Jenis Tanah Pasir Tipe Drained Drained 𝛾 𝑠𝑎𝑡 (kN/m 3 ) 19,5 19,5 𝛾 𝑑𝑟𝑦 (kN/m 3 ) 14,3 14,3 c (kN/m 2 ) 2,27 2,27 Φ ( 0 ) 33,1 33,1 Ψ ( 0 ) 3,1 3,1 E (kN/m 2 ) 10000 10000 K x (m/hari) 8,64 8,64 K y (m/hari) 8,64 8,64 𝜇 0,2 0,2 Selanjutnya parameter tanah timbunan dan material
PVD  dalam  pemodelan  Plaxis  disajikan  dalam Tabel 2.
Akibat  dari  pemasangan  PVD  di  lapangan  yang menggunakan mandrel, maka  terbentuk  daerah yang  terganggu  ( smear  zone )  yang  menyebabkan berkurangnya  nilai  permeabilitan  horizontal  tanah eksisting.  Adapun  nilai  permeabilitas  horizontal tanah  eksisting  akibat smear  zone berdasarkan Persamaan 10 dan 11 disajikan pada Tabel 3.

## Tabel 3. Verifikasi parameter tanah akibat pemasangan vertical drain
Lapisan tanah K hp (m/day) k' hp 1 0,000432 1,246E-04 2 0,000432 1,246E-04 3 0,000432 1,246E-04 4 0,432 1,246E-01 5 0,000432 1,246E-04 6 0,000432 1,246E-04 7 0,000432 1,246E-04 Timbunan 4,32 1,246

## Perhitungan konsolidasi dengan Plaxis 2D
Tanpa efek smear zone
Perhitungan  Plaxis  2D  tanpa  memperhitungkan efek smear  zone dilakukan  dengan  tahapan: (1) Project  properties; pada  tahap  ini  dilakukan pengaturan  jenis  pemodelan  yang  digunakan  yaitu plane  strain dengan  15  titik  nodal.  Lebar penampang  eksisting  adalah  100  meter.  (2) Soil; pada  tahap  ini  pendeklarasian  tanah  eksisting dilakukan sesuai data pengujian tanah di lapangan.
Selanjutnya  adalah  pengaturan  material.  Semua parameter  material  tanah  eksisting,  timbunan  dan material  PVD  dibuat.  (3) Structure; adalah penggambaran  struktur  timbunan  dan  PVD. Penggambaran  struktur  timbunan  dan  PVD disajikan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Pemodelan struktur timbunan dan PVD
Gambar 3. Penurunan pada titik settlement plate sekitar 2,608 meter
(4) Generate  mes;  s etelah  memodelkan  dan mendeklarasikan parameter material yang terdapat dalam konstruksi, selanjutnya dilakukan pembentukan mesh pada  pemodelan  struktur timbunan  dan  PVD.  Berdasarkan  hasil  pemodelan didapat  jumlah  jaringan mesh yang  terbentuk sebanyak  10.954  elemen.  (5) Stage  construction; pada  tahap  ini  dilakukan  proses  eksekusi  atau perhitungan.  Untuk  melakukannya  diperlukan tahapan pekerjaan atau perhitungan yang mengimplementasikan keadaan di lapangan.
Tahapan  pekerjaan  di  lapangan  yang  dimodelkan dalam  tahap stage  construction adalah  (1) penimbunan  tahap-1  setinggi  satu    meter  selama tiga  hari,  (2)  konsolidasi  selama  lima  hari,  (3) penimbunan tahap-2 setinggi satu meter selama tiga hari,  (4)  konsolidasi  selama  lima  hari,  (5) penimbunan tahap-3 setinggi satu meter selama tiga
hari,  (6)  konsolidasi  selama  lima  hari,  (7) penimbunan tahap-4 setinggi dua meter selama lima hari,  (8)  konsolidasi  selama  100  hari,  (9) pemasangan  PVD  selama  10  hari,  (10)  timbunan preloading setinggi  40  cm  selama  dua  hari,  (11) konsolidasi  selama  empat  hari,  (12)  timbunan preloading setinggi  60  cm  selama  tiga  hari.  (13) konsolidasi  selama  empat  hari,  (14)  timbunan preloading 40 cm selama tiga hari, (15) konsolidasi selama 32 hari, (16) timbunan preloading setinggi 3,5 m selama enam hari, (17) konsolidasi selama 45 hari,  (18)  timbunan preloading dua  meter  selama tiga hari, (19) konsolidasi selama 63 hari.
Gambar 4. Besar penurunan sebelum pemasangan settlemen plate 0,32 meter

## Gambar 5. Grafik hubungan antara penurunan vertikal dan waktu di titik peninjauan
Selanjutnya dilakukan proses perhitungan. Adapun hasil  proses  perhitungan  dengan  Plaxis  2D  tanpa efek smear zone adalah 2,608 meter (Gambar 3). Di lapangan monitoring terhadap penurunan dilakukan tidak  dari  awal  pekerjaan  melainkan  setelah  PVD dipasangan.  Hal  tersebut  dikarenakan settlement plate dipasang  setelah  PVD  dipasang  sehingga untuk  membandingkan  hasil  monitoring  lapangan dan  hasil  analisis  Plaxis  dilakukan  pengurangan penurunan dari awal konstruksi hingga pemasangan PVD  yaitu  0,32  meter  (Gambar  4).  Sehingga didapat  besar  penurunan  yang  terjadi  dari  hasil analisis  Plaxis  2D  tanpa  efek smear  zone adalah 2,288  mter.  Grafik  hubungan  antara  besar penurunan dan waktu disajikan pada Gambar 5.
20 7 2 9,8 11 58 30 55 5 5,2 2,2 2,2 2,4 1,4

## Dengan efek smear zone
Pada  analisis  ini,  tahapan  pemodelan  yang dilakukan hampir sama dengan analisis tanpa efek smear  zone. Hanya  saja  pada  pemodelan  ini,  area smear , digambarkan disisi PVD dengan aturan yang diberikan oleh Indraratna.  Pemodelan daerah yang terganggu disajikan pada Gambar 6.
Gambar 6. Pemodelan smear zone
Gambar 7. Penurunan vertikal yang terjadi di titik peninjauan adalah 2,242 meter
Gambar 8. Penurunan tanah sebelum pemasangan settlement plate adalah 0,32 meter
Penambahan  pemodelan  area  yang  terganggu menyebabkan  penambahan mesh yang  terbentuk. Jumlah mesh yang terbentuk adalah 14.015 elemen. Hasil  perhitungan  penurunan  dengan  Plaxis  2D dengan  memperhitungkan  efek smear  zone
disajikan pada Gambar 7 dan 8. Untuk menentukan besar penurunan yang terjadi, dilakukan pengurangan seperti pada analisis tanpa smear zone. Berdasarkan  Gambar  7  dan  8  dapat  dilihat  bahwa besar penurunan dari analisis Plaxis 2D dengan efek smear  zone adalah  1,922  meter.  Adapun  grafik hubungan  antara  penurunan dan  waktu  dari  Plaxis disajikan pada Gambar 9.

## Gambar 9. Grafik hubungan antara penurunan dan waktu konsolidasi pada titik yang ditinjau

## Perhitungan konsolidasi dengan Plaxis 3D
Tanpa efek smear zone
Perhitungan dilakukan dengan langkah-langkah: (1) Project  properties, pada  tahap  ini,  dilakukan pengaturan pemodelan penuh ( full ) dengan 10 titik nodal.  Lebar  penampang  eksisting  adalah  2,26  m. Direncanakan pemodelan PVD  dua baris. (2) Soil, adalah  proses  pendeklarasian  tanah  eksisting dengan parameter yang telah ditentukan sebelumnya. Pendeklarasian tersebut disajikan pada Gambar  10.  (3)  Penggambaran  struktur,  struktur timbunan  digambarkan  sesuai  tahapan  pekerjaan dengan  kemiringan  1:3.  PVD  digambarkan  sesuai ukuran  sebenarnya  tanpa  verifikasi  seperti  pada kasus 2D. PVD dimodelkan berjarak 1,3 m dengan pola segitiga dan dengan kedalaman 30 m.
Gambar 10. Pendeklarasian tanah eksisting
Hasil  penggambaran  struktur  tersebut  pada  Plaxis 3D  disajikan  pada  Gambar  11.  (4)  Pembentukan mesh, hasil pemebentukan mesh pada pemodelan ini adalah  sebanyak  59.750  elemen.  (5) Stage
construction, tahapan  perhitungan  yang  dilakukan adalah 19 tahapan sesuai dengan tahapan konstruksi yang  dilakukan  di  lapangan.  Tahapan  konstruksi yang  dimodelkan  masih  sama  dengan  analisis sebelumnya. Selanjutnya dilakukan proses perhitungan pada Plaxis 3D. Besar penurunan yang terjadi  pada  semua  tahapan  konstruksi  adalah 2,747 meter (Gambar 12) dan besar penurunan yang terjadi hingga pemasangan settlement plate adalah sebesar 0,67 meter (Gambar 13). Sehingga didapat besar penurunan yang terjadi adalah 2,077 meter.

## Gambar 11. PVD dipasang dengan
susunan segitiga
Gambar 12. Penurunan yang terjadi pada semua tahapan pekerjaan sebesar 2,747 meter
Gambar 13. Penurunan yang terjadi hingga pemasangan settlement plate adalah sebesar 0,67 meter

## Dengan efek smear zone
Poses  analisis  pada  tahap  ini  sama  seperti  analisis sebelumnya  (tanpa  efek smear  zone ).  Hanya  saja pada analisis ini, pemodelan ditambah dengan area terganggu  akibat  pemasangan  PVD.  Pemodelan daerah smear zone dapat dilihat pada Gambar 14.
Adapun  hasil  perhitungan  penurunan  konsolidasi menggunakan Plaxis 3D dengan memperhitungkan efek smear  zone adalah  2,521  meter  pada  semua tahapan konstruksi. Dan besar penurunan (Gambar 15) setelah dikurangkan dengan penurunan hingga pemasangan settlement plate adalah 1,93 meter.
Gambar 14. Pemodelan smear zone
Gambar 15. Penurunan yang terjadi pada pemodelan Plaxis 3D dengan memperhitungkan efek smear zone adalah 2,521 meter.

## Pembahasan
Rekapitulasi besar penurunan yang terjadi dari hasil analisis  pemodelan  Plaxis  disajikan  pada  Tabel  4. Penurunan yang terjadi pada pemodelan Plaxis 2D dan  3D  adalah  penurunan  total  semua  fase pekerjaan dikurangi penurunan sebelum settlement plate dipasang  yakni  sebelum  pemasangan  PVD. Hal  ini  dilakukan  agar  hasil  analasis  dapat dibandingkan  dengan  data settlement  plate . Berdasarkan  data settlement plate 03  (SP-03), settlement plate dipasang  setelah  penimbunan hingga  elevasi  +3,5  LWS  dilakukan,  sehingga penurunan saat awal timbunan tidak tercatat.
Perbedaan  hasil  perhitungan  2D  dan  3D  baik dengan atau tanpa efek smear zone pada waktu yang sama  terhadap  nilai settlement  plate dapat  dilihat pada Tabel 5. Sedang grafik hubungan antara besar penurunan  dan  waktu  konsolidasi  dari  hasil pemodelan  Plaxis  2D  dan  Plaxis  3D  dengan  dan tanpa  efek smear  zone serta  hasil  lapangan  dari settlement  plate 03  (SP-03)  dapat  dilihat  pada Gambar  16.  Berdasarkan  Tabel  4,  dapat  dilihat bahwa  penurunan  yang  terjadi  pada  pemodelan Plaxis  2D  tanpa  efek smear  zone adalah  2,288  m sedangkan dengan efek smear zone adalah 2,077 m. Besar  penurunan  konsolidasi  pada  pemodelan Plaxis  3D  tanpa  efek smear  zone adlah  2,096  m sedangkan dengan efek smear zone adalah 1,930 m.
Tabel 4. Rekapitulasi hasil perhitungan penurunan tanah Pemodelan Penurunan (meter) Tanpa efek smear zone Dengan efek smear zone Berdasarkan settlement plate 2D 2,288 1,922 1,992 3D 2,077 1,930

## Tabel 5. Perbedaan hasil analisis terhadap hasil di lapangan

## Perbedaan hasil penurunan
Settelement Plate (SP) 2D 3D Tanpa smear zone Dengan smear zone Tanpa smear zone Dengan smear zone 14,86% 3,51% 4,27%  3,11%
Gambar 16. Grafik hubungan penurunan dan waktu konsolidasi
Perbedaan  hasil  pemodelan  Plaxis  2D  terhadap hasil  pengamatan  berdasarkan  Tabel  5  adalah 14,86%  untuk  pemodelan  tanpa  efek smear  zone dan  3,51%  untuk  pemodelan  dengan  efek smear zone. Sedangkan  perbedaan  hasil  penurunan  pada pemodelan Plaxis 3D terhadap hasil pengamatan di lapangan  adalah  4,27%  untuk  pemodelan  tanpa memperhitungkan  efek smear  zone dan  3,11% untuk  pemodelan  dengan  memperhitungkan  efek smear zone. Pemodelan  Plaxis 2D dan 3D dengan memperhitungkan  efek smear  zone memberikan hasil  yang  lebih  mendekati  hasil  pengamatan  di lapangan  dibandingkan  pemodelan  Plaxis  tanpa memperhitungkan  efek smear  zone. Dari  hasil  di atas, pemodelan Plaxis 3D dengan efek smear zone memberikan  perbedaan  hasil  yang  paling  kecil terhadap hasil di lapangan. Waktu konsolidasi yang terjadi  pada  pemodelan  Plaxis  2D  dan  3D  dapat dilihat  pada  Gambar  16.  Berdasarkan  Gambar  16, penurunan  sedalam  satu  m  terjadi  setelah  75  hari pada pemodelan Plaxis 2D tanpa memperhitungkan efek smear zone dan 87 hari dengan memperhitungkan  efek smear  zone. Sedangkan pada pemodelan  Plaxis 3D, penurunan 1 m terjadi setelah 63 hari untuk pemodelan tanpa memperhitungkan  efek smear  zone dan  80  hari dengan  efek smear  zone. Sehingga  dapat disimpulkan  bahwa  pada  kasus  ini,  pemodelan Plaxis  2D  dan  3D  dengan  efek smear  zone membutuhkan  waktu  konsolidasi  yang  lebih  lama daripada  pemodelan  Plaxis  2D  dan  3D  tanpa  efek smear zone.
Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, jumlah elemen  yang  terbentuk  dari  pemodelan  Plaxis  2D tanpa  efek smear  zone 10.954  elemen,  sedangkan pemodelan  Plaxis  2D  dengan  efek smear  zone adalah 14.015 elemen. Pemodelan Plaxis 3D tanpa efek smear  zone tanpa  efek  smear  zone menghasilkan  jumlah  elemen  sebanyak  59.750 elemen  sedangkan  Plaxis  3D  dengan  efek smear zone menghasilkan  63.268  elemen.  Pemodelan Plaxis  2D  dan  3D  dengan  efek smear  zone menghasilkan  jumlah  elemen  yang  lebih  banyak daripada  pemodelan  Plaxis  2D  dan  3D  tanpa  efek smear  zone .  Pemodelan  Plaxis  3D  menghasilkan jumlah elemen yang lebih banyak untuk dieksekusi daripada  pemodelan  Plaxis  2D.  Dalam  kasus  ini, terdapat  perbedaan  yang  dihasilkan  baik  besar penurunan  maupun  waktu  konsolidasi  oleh  Plaxis 2D  dan  3D  seperti  yang  telah  dijelaskan  di  atas. Dalam  prosesnya,  penggunaan  Plaxis  2D  lebih sederhana  dalam  pemodelannya,  dibandingkan pemodelan  Plaxis  3D.  Pemodelan  Plaxis  3D menghasilkan  jumlah  elemen  yang  lebih  banyak sehingga menghabiskan kapasitas memori perangkat lebih banyak dan waktu yang lebih lama dalam proses eksekusinya.
-0,4 -0,2
0
0,2
0,4 0,6 0,8
1 1,2 1,4 1,6 1,8
2 2,2 2,4 2,6 0 50 100 150 200 P en u ru n an ( m) Waktu (hari)
2D tanpa smear zone 2D dengan smear zone 3D tanpa smear zone 3D dengan smear zone SP-03
Linear (3D tanpa smear zone)

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  analisis  dan  diskusi  maka  dapat disimpulkan bahwa perhitungan penurunan konsolidasi  menggunakan  pemodelan  Plaxis  2D dan 3D dengan efek smear zone memberikan hasil yang lebih mendekati keadaan di lapangan daripada pemodelan  tanpa  memperhitungkan  efek smear zone. Pemodelan Plaxis 3D dengan efek smear zone menghasilkan  penurunan  yang  lebih  mendekati nilai  di  lapangan.  Waktu  penurunan  konsolidasi yang  terjadi  pada  perhitungan  Plaxis  2D  dan  3D dengan  memperhitungkan  efek smear  zone lebih lama dari pada tanpa memperhitungkan efek smear zone. Pemodelan  Plaxis  2D  menghasilkan  waktu konsolidasi  lebih  lama  daripada  pemodelan  Plaxis 3D. Perhitungan penurunan dan waktu konsolidasi menggunakan  pemodelan  Plaxis  3D  memberikan hasil  yang  lebih  mendekati  kondisi  di  lapangan dibandingkan pemodelan dengan Plaxis 2D.

## Daftar Pustaka
Apriyanti,  K.  D.,  Ikhya,  I.,  &  Hamdhan,  I.  N. (2016).  Analisis  konsolidasi  dengan  prefabricated vertical  drain  untuk  beberapa  soil  model menggunakan metode elemen hingga. RekaRacana: Jurnal Teknil Sipil . 2 (3), 17-28.
Bergado,  D.  T.,  Asakami,  H.,  Alfaro,  M.  C.,  & Balasubramaniam,  A.  S.  (1991).  Smear  effects  of vertical  drains  on  soft  Bangkok  Clay. Journal  of Geotechnical Engineering , 117 (10), 1509-1530.
Chai, J. C., Shen, S. L., Miura, N., & Bergado, D. T.  (2001).  Simple  methode  of  modelling  PVD– improved  subsoil. Journal  of  Geotechnical  and Geoenviromental Engineering , 127 (11),965-972.
Chai, J. C., Miura, N., Sakajo, S., & Bergado, D. T. (1995). Behavior of vertical drain improved subsoil under  embankment  loading. Soil  and  Foundation . 35 (4),49-61.
Chai, J. C., & Miura, N. (2000). Discharge capacity of  prefabricated  verical  drains  confined  in  clay. Geosyntetics International Article , 7 (2),119-135.
Hansbo, S. (1979). Consolidation of clay by band- shapped prefabricated drains. Ground engineering , 12 (5), 16-25.
Hansbo, S. (1981). Consolidation of Fine-Grained Soils  by  Prefabricated  Drains ,  Paper  presented  at Proceedings  10 th International  Conference  on  Soil
Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm.
Hansbo,  S.  (1987). Design  Aspects  of  Vertical Drains  and  Lime  Colomn  Installations. Paper presented  at  Southeast  Asian  Geotechnical Conference.
Hird, C. C., Pyrah, I.C., Russel, D., & Cinicioglu, F. (1995). Modelling of effect of vertical drains in two-dimensional  finite  element  analysis  of embankment  of  soft  ground. Journal  of  Can. Geotech. J , 32, 795-807.
Hird, C. C., Pyrah I. C., & Russel, D. (1992). Finite element  modelling  of  vertical  drains  beneth embankment  of  soft  ground. Geotechnique,  42 (3),
499-511.
Indraratna,  B.,  Balasubramaniam,  A.  S.,  & Ratnayake, P. (1994). Performance of embankment stabilized with vertical drains on soft clay. Journal of Geotechnical Engineering , 120 (2), 257-273.
Indraratna, B., & Redana I. W. (1997). Plane strain modelling of smear effects associates with vertical drains  (technical  notes). Journal  of  Geotechnical and  Geoenvironmental  Engineering , 123 (5),474- 478.
Jamiolkowski,  M.,  Lancellotta,  R.,  &  Wolski,  W. (1983). Precompression  and  Speeding  Up .  Paper presented  at  Proceedings  of  8th  European Conference  on  Soil  Mechanics  and  Foundation, Helsinki, Finland.
Kjellman, W. (1949). Record of the Activities at the Swedish Geotechnical Institude 1944-1948 ., Stockholm: Swedia Geotechnical Institude.
Meiwa,  S.,  Ikhya.,  &  Hamdhan,  I.  N.  (2015). Analisis  konsolidasi  dengan  PVD  untuk  kondisi axisymetric dan beberapa metode ekuivalensi plane strain menggunakan metode elemen hingga. Jurnal Institud Teknologi Nasional Teknik Sipil , 20 (10), 1- 12.
Mulyana,  R.  W.,  Hamdhan,  I.  N.,  &  Bemby,  S. (2016). Pemodelan vertical drain dengan menggunakan  model  elemen  hingga  pada  analisis konsolidasi di Bendungan Marangkayu Kalimantan Timur  (Hal.  1-16). RekaRacana:  Jurnal  Teknil Sipil , 2 (3), 1.
Ohoimas, M. Y., & Hamdhan, I. N. (2015). Analisis konsolidasi dengan menggunakan metode preloading  dan  vertical  drain pada  areal  reklamasi Proyek  Pengembangan  Pelabuhan  Belawan  Tahap II. Jurnal Teknil Sipil , 1 (1), 1-11.