analisis kestabilan lereng
Post on 24-Jun-2015
775 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
(By: Yuyus Brahman et.al, 2009)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kestabilan lereng tanah dinyatakan oleh besaran Faktor Keamanan (factor of
safety), yaitu ratio antara kekauatan geser (shear strength) dengan dorongan geser
(shear stress) dari tanah disepanjang bidang gelincir.
Perkembangan analisis stabilitas lereng dalam rekayasa geoteknik akan
selalu diikuti oleh perkembangan dalam bidang mekanika tanah dan mekanika
batuan secara keseluruhan. Problema stabilitas lereng umumnya terjadi bila
terdapat gangguan pada keseimbangan lereng tersebut yang mungkin diakibatkan
oleh berbagai kegiatan manusia maupun alam.
Permasalahan umum yang sering dijumpai pada stabilitas lereng atau
timbunan adalah kecilnya kestabilan tanah dan daya dukung yang rendah pada
tanah dasarnya. Kekuatan geser suatu tanah tidak mampu memikul suatu kondisi
beban kerja yang berlebihan. Dengan kata lain, keruntuhan suatu lereng sering
diakibatkan oleh meningkatnya tegangan geser suatu massa tanah atau
menurunnya kekuatan geser suatu massa tanah.
Untuk mendapatkan suatu solusi yang optimal dari permasalahan tersebut
diatas, maka dibutuhkan suatu analisis yang andal dari suatu lereng dengan
perbaikan dan perkuatan tanah. Pada umumnya tujuan utama dari suatu analisis
stabilitas lereng adalah untuk dapat memberikan sumbangan terhadap suatu
perencanaan konstruksi yang aman dan ekonomis. Dalam melakukan penelitian,
digunakan analisis metoda slice (irisan), yaitu denganmembagi bagian lereng
kedalam irisan-irisan yang kemudian bisa dilakukan perhitungan terhadap faktor
keamanannya (FS)
1
1.2 Rumusan Masalah
Terjadinya longsor dan gerakan tanah lainnya disebabkan oleh tidak
stabilnya lereng tersebut. Permasalahan yang muncul adalah bagaimana
merekayasa lereng yang stabil dan aman menurut pendekatan geoteknik.
1.3 Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan Faktor
Keamanan suatu tubuh lereng dengan menggunakan pendekatan geoteknik.
Sehingga didapatkan nilai faktor keamanan lereng tersebut dan dapat
menyimpulkan bahwa lereng tersebut termasuk kedalam kelompok lereng stabil
atau lereng tidak stabil.
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sifat Mekanika Tanah
Mekanika tanah adalah salah satu cabang ilmu teknik yang mempelajari
perilaku tanah dan sifatnya yang diakibatkan oleh tegangan dan regangan, yang
disebabkan oleh gaya-gaya yang bekerja (Civil in Action: Pengantar Mekanika
Tanah).
Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregrat (butiran)
mineral-mineral padat yang tidak terikat secara kimia satu sama lain, dimana
diantaranya berupa ruang pori yang terisi gas atau air. Tanah juga dapat
mengandung bahan-bahan sisa atau pelapukan tumbuhan atau hewan. Jenis-jenis
tanah berdasarkan ukuran butirnya adalah sebagai berikut:
Kerikil (Gravel) : > 2.00 mm
Pasir (Sand) : 2.00 – 0.06 mm
Lanau (Silt) : 0.006 – 0.002 mm
Lempung (Clay) : <0.02 mm
Pengelompokan jenis tanah berdasarkan sifat kelekatannya adalah tanah
kohesif, tanah non-kohesif, dan tanah organik. Tanah kohesif adalah tanah yang
mempunyai sifat lekatan antara butir-butirnya, seperti tanah lempung. Tanah non-
kohesif adalah tanah yang tidak mempunyai atau sedikit sekali lekatan antara
butir-butirnya, contohnya pasir. Sedangkan tanah organik adalah tanah yang
sifatnya sangat dipengaruhi oleh bahan-bahan organik.
Tanah dapat berfungsi sebagai mass properties dan material properties.
Selain itu, tanah juga berguna sebagai pendukung fundasi bangunan dan bahan
bangunan itu sendiri, contohnya batubata.
2.1.1. Sifat fisik massa tanah
Sifat fisik massa tanah meliputi tekstur, struktur, kepadatan tanah,
porositas, konsistensi tanah, warna tanah, airtanah, dan temperatur tanah.
3
Sifat fisik tanah tergantung pada jumlah, susunan dan komposisi mineral
dari partikel tanah, macam dan jumlah bahan organik, volume dan bentuk pori,
serta perbandingan air dan udara pada ruang pori. Maka dari itu, sifat fisika, kimia
dan mineralogi partikel tanah tergantung pada ukuran pertikelnya. Semakin kecil
ukuran partikel, maka semakin besar luas permukaannya. Jadi, luas permukaan
fraksi liat > fraksi debu > fraksi pasir.
Tabel 2.1. Klasifikasi Ukuran Partikel
SUMBERSOIL SEPARATES
Kerikil Pasir Debu Liat
USDA > 2 mm 2 mm - 50 µm 50 µm - 2 µm < 2 µm
ISSS > 2 mm 2 mm - 20 µm 20 µm - 2 µm < 2 µm
USPRA > 2 mm 2 mm - 50 µm 50 µm - 5 µm < 5 µm
BSI, MIT,
DIN> 2 mm 2 mm - 60µm 60 µm - 2 µm < 2 µm
2.1.2. Sifat mekanik massa tanah
Sifat mekanik tanah adalah sifat-sifat tanah yang diperoleh dari hasil analisis
laboratorium, dimana pengujian sampelnya dilakukan secara mekanik, yaitu
dengan cara memberikan gaya atau tekanan terhadap sampel tanah tersebut.
Dilihat dari sifat mekaniknya, tanah dapat dibagi menjadi tanah berbutir kasar,
tanah berbutir halus, dan tanah organik, berdasarkan campuran butirnya.
Tanah berbutir kasar adalah pasir, kerikil dan kerakal-berangkal, atau campuran
dari ketiga ukuran butir tanah tersebut. Pasir halus merupakan pengecualian,
karena sifat mekaniknya merupakan sifat transisi antara tanah berbutir kasar
dengan tanah berbutir halus. Tanah berbutir kasar memiliki sifat keteknikan yang
mencolok sebagai berikut:
Sangat baik berfungsi sebagai material penyangga bangunan atau jalan raya,
kecuali pasir lepas. Tanah berbutir kasar umumnya berdaya dukung tinggi
dengan penurunan (settlement) kecil dan berlangsung dalam waktu pendek
setelah pembebanan.
4
Sangat baik sebagai material tanggul, karena berketahanan geser (shear
strength) tinggi, mudah dipadatkan dan tidak mudah mengalami pembekuan.
Sangat baik sebagai material urugan untuk tembok penahan lereng, tembok
alas, dan sebagainya, hanya sedikit saja sebagai penyebab tekanan lateral,
mudah dipadatkan, dan mudah dialiri.
Tidak baik digunakan (tanpa tanah halus) untuk tanggul penahan air, reservoir
(waduk) dan sebagainya, karena berpermeabilitas tinggi.
Sangat peka terhadap penurunan akibat beban bergetar, misalnya dibawah
bangunan pabrik bermesin yang terus berputar.
Sifat mekanik tanah berbutir kasar ditentukan oleh kepadatan, ukuran
butir, dan bentuk butir. Ketahanan geser dan kompresibilitas tanah berbutir kasar
sangat berhubungan erat dengan kepadatan butir-butir penyusunnya, yang
dideskripsikan sebagai lepas (loose), menengah (medium, firm) dan padat
(compact, dense). Ketahanan geser tanah berbutir kasar meningkat sejalan dengan
peningkatan besar butirnya, makin besar butiran penyusun tanah makin tinggi
pula ketahanan gesernya. Tanah berbutir kasar dideskripsikan sebagai :
1. Gradasi baik, bila mengandung ukuran butir dari halus sampai kasar
secara proporsional, pori-pori terisi butir halus
2. Gradasi senjang, bila mengandung fraksi ukuran ukuran butir kasar dan
halus tetapi tidak mengandung ukuran menengah
3. Gradasi buruk, yang terdiri dari satu atau dua ukuran butir saja.
Tanah berbutir halus dikenal juga sebagai tanah kohesif; mengandung
partikel-partikel halus sebagai penyusun utama (ukuran lempung dan koloid).
Ketahanan gesernya berasal dari kohesi. Tanah ini termasuk lempung, lempung
lanauan, dan lempung bercampur pasir dengan kerikil. Sifat keteknikan yang
mencolok disajikan dibawah ini:
1. Memiliki shear strength yang rendah
2. Plastis dan mudah dimampatkan
3. Kehilangan sebagian ketahanan gesernya akibat pembahasan
4. Kehilangan sebagian ketahanan gesernya akibat gangguan.
5
5. Mengalami deformasi secara plastis di bawah beban konstan; rayapan pada
umumnya diabaikan bila tergeser lebih kecil dari 50% ketahahan gesernya
tetapi sangat berarti bila tekanan geser melebihi 75% ketahanan gesernya.
6. Kembang-kerut; mengembang bila basah dan mengerut bila kering.
7. Tidak baik sebagai material ruangan karena bertekanan lateral tinggi.
8. Tidak baik juga untuk material urugan tanggul-tanggul karena ketahanan geser
yang rendah dan sulit dikompaksi atau dipadatkan.
9. Sangat kedap air (Partically impeurous)
10. Setiap lempung rawan longsor
Bila pada suatu pekerjaan teknik dijumpai tanah lempung, maka parameter
atau variabel berikut penting ditentukan, seperti bobot satuan isi, nisbih pori,
kadar air, (wet), (e), (), ketahanan geser, konsistensi atau plastisitas (LL, PL,
PI), Kompresibilitas (CC), sensitivitas, dan sifat mengembang.
Berdasarkan ketahanan gesernya, maka tanah kohesif dideskripsi sebagai
sangat lunak (very soft), lunak (soft), menegah (medium), keras (stiff), lebih keras
(very stiff) dan keras sekali (hard). Plastisitas tanah kohesif menggunakan Teori
Goldsmidt, dimana untuk mengukurnya dilakukan uji batas-batas Atterberg, yaitu
LL, PL dan PI : (PI = LL-PL), dimana PI adalah indeks plastisitas, yang
menunjukkan karakter tanah berbutir halus tersebut plastis atau tidak dan kohesif
atau tidak.
Kompresibilitas pori-pori tanah berbutir halus sangat kecil sehingga air
keluar sangat perlahan. Sebaliknya tanah berbutir kasar tak dapat ditekan
incompressible. Tanah demikian dinamakan preconsolidated atau
overconsolidated soils.
Sensivitas tanah kohesif kerap kali kehilangan sebagian ketahanan
gesernya akibat gangguan. Besarnya kehilangan ketahanan akibat seluruh
gangguan itu diukur secara sensitivitas.
Dalam ekspansi dan pengerutan massa lempung dari aneka jenis
menunjukkan perubahan volume, ia mengembang (swelling) bila basah dan
mengkerut (shrinking) bila kering. Maka, kembang kerut massa lempung
6
tergantung musim hujan dan kemarau. Sifat inilah yang dapat merusak bangunan
karena bila mengembang menimbulkan tekanan-tekanan ke berbagai arah.
Tanah Lanau adalah material berukuran lolos saringan, tetapi tidak
bersifat kohesif dan tidak plastis. Sifat mekaniknya serupa dengan pasir halus.,
dimana memiliki karakter seperti berketahanan-geser rendah, berkapilaritas tinggi
(frost action), permeabilitas rendah, dan relatif densitas (kepadatan relatif).
Sedangkan loess adalah sejenis tanah endapan angin, berukuran butir lanau
berbeda dengan sifat lanau biasa yang diendapkan oleh air, dan bersifat endapan
lepas, tenggelam bila jenuh air, dan mampu berupa sebagai tebing tegak.
Tanah Organik adalah aneka jenis tanah yang mengandung sejumlah
material organik sehingga sifat keteknikannya disebut tanah organik. Jumlah
material organik dinyatakan sebagai kandungan organic, yakni nisbah antara berat
material organik dengan berat contoh tanah dalam kondisi kering laboratorium.
Berat material organik ditentukan dengan pemanasan contoh tanah, sehingga zat-
zat organik terbakar habis. Material organik berasal dari dekomposisi sisa
tanaman dan hewan. Lapisan-lapisan tanah organik terdiri dari tanaman penutup
(topsoil; loam), lapisan pencucian (leached stratum), dan endapan organik
(organik deposit). Oleh karena itu material organik tersebut tidak perlu digunakan
sebagai material fundasi.
2.2. Faktor Keamanan
Kemantapan (stabilitas) lereng merupakan suatu faktor yang sangat
penting dalam pekerjaan yang berhubungan dengan penggalian dan penimbunan
tanah, batuan dan bahan galian, karena menyangkut persoalan keselamatan
manusia (pekerja), keamanan peralatan serta kelancaran produksi. Keadaan ini
berhubungan dengan terdapat dalam bermacam-macam jenis pekerjaan, misalnya
pada pembuatan jalan, bendungan, penggalian kanal, penggalian untuk konstruksi,
penambangan dan lain-lain.
Sedangkan tanah atau batuan sendiri mempunyai sifat-sifat fisik asli
tertentu, seperti sudut geser dalam (angle of internal friction), gaya kohesi dan
bobot isi yang juga sangat berperan dalam menentukan kekuatan tanah dan yang
7
juga mempengaruhi kemantapan lereng. Oleh karena itu dalam usaha untuk
melakukan analisis kemantapan lereng harus diketahui dengan pasti sistem
tegangan yang bekerja pada tanah atau batuan dan juga sifat-sifat fisik aslinya.
Dengan pengetahuan dan data tersebut kemudian dapat dilakukan analisis
kelakuan tanah atau batuan tersebut jika digali atau “diganggu”. Setelah itu, bisa
ditentukan geometri lereng yang diperbolehkan atau mengaplikasi cara-cara lain
yang dapat membantu lereng tersebut menjadi stabil dan mantap.
Dalam menentukan kestabilan atau kemantapan lereng dikenal istilah
faktor keamanan (safety factor) yang merupakan perbandingan antara gaya-gaya
yang menahan gerakan terhadap gaya-gaya yang menggerakkan tanah tersebut
dianggap stabil, bila dirumuskan sebagai berikut :
Faktor keamanan (F) = gaya penahan
gaya penggerak
Dimana untuk keadaan :
• F > 1,0 : lereng dalam keadaan mantap
• F = 1,0 : lereng dalam keadaan seimbnag, dan siap untuk longsor
• F < 1,0 : lereng tidak mantap
2.2.1. Shear Stress
Kuat geser tanah adalah kemampuan tanah melawan tegangan geser yang
terjadi pada saat terbebani. Keruntuhan geser (Shear failur) tanah terjadi bukan
disebabkan karena hancurnya butir-butir tanah tersebut tetapi karena adanya gerak
relatif antara butir-butir tanah tersebut. Pada peristiwa kelongsoran suatu lereng
berarti telah terjadi pergeseran dalam butir-butir tanah tersebut. Kekuatan geser
yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan oleh :
Pada tanah berbutir halus (kohesif) misalnya lempung kekuatan geser yang
dimiliki tanah disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butir-butir
tanah (c soil).
Pada tanah berbutir kasar (non kohesif), kekuatan geser disebabkan karena
adanya gesekan antara butir-butir tanah sehingga sering disebut sudut gesek
dalam (φ soil).
8
Pada tanah yang merupakan campuran antara tanah halus dan tanah kasar (c
dan φ soil) kekuatan geser disebabkan karena adanya lekatan (karena kohesi)
dan gesekan antara butir-butir tanah (karena φ).
Hubungan antara tegangan total, tegangan efektif dan tekanan air pori adalah
sebagai berikut:
2.2.2. Shear Strength
Tekanan-tekanan yang bekerja pada tanah, dapat disebandingkan dengan
tekanan-tekanan yang bekerja pada suatu bidang. Tekanan yang bekerja pada
suatu bidang mempunyai dua komponen utama. Pertama ialah tekanan yang
bekerja tegaklurus terhadap bidang tekan, dinamakan tekanan normal (normal
stress, σ n). Kedua ialah tekanan yang bekerja sejajar dengan bidang tekan,
dinamakan tekanan geser (shear stress, τ ). Jika hanya tekanan normal saja yang
bekerja, maka tekanan gesernya akan bernilai 0 (nol). Tekanan normal yang
9
demikian dinamakan principal stress. Principal stress terbagi menjadi 3 (tiga)
bagian, yaitu Major Principal Stress (σ 1) sebagai tekanan utama, Intermediate
Principal Stress (σ 2) sebagai tekanan menengah, dan yang terkecil ialah Minor
Principal Stress (σ 3 ).
Jika bidang tersebut merupakan sebuah penampang kubus berdimensi
1x1x1, akan dikenai gaya-gaya (tekanan) seperti tampak pada gambar 2.1.
1. Pada bidang horizontal AB
F1=σ1×luas ( AB×1 )=σ1×1×1=σ1
2. Pada bidang vertikal CD
F1=σ3×luas (CD×1 )=σ3×1×1 tan α=σ3 tan α
3. Pada bidang ED
Σ komponen gaya F1 dan F2 yang bekerja tegaklurus bidang ED = gaya
normal = F,
Fn=F1 cos α+F3 sin α
Fn=σ1 cos α+α3 sin α⋅tan α
Tekanan normal ( σ n ) = Fn / ( 1/cosα )
σ n=σ 1 cosα +σ3 sin α⋅tan α
1 /cos α
σ n=σ1 cos2α+σ3sin2α
σ n=σ1 {(cos2α+1 ) /2}+σ3 {(1−cos2α )/2}
σ n=σ 1+σ1 cos2α
2+
σ3−σ3 cos2α
2
σ n=σ 1+σ 3
2+
σ 1−σ3
2cos2 α
Σ komponen gaya F1 dan F2 yang bekerja sejajar bidang ED,
F s=F1 sin α−F3cos α
F s=σ1 sin α+σ 3 cosα⋅tan σ
Tahanan geser ( τ ) = Fs / ( 1/cos α )
τ=σ1sin α−σ 3cosα⋅tan α
1 /cos α
10
τ=σ1sin α⋅cos α−σ3 sin α⋅cosα
τ=(σ 1−σ3)sin α⋅cos α
τ=(σ 1−σ3)sin 2 α2
τ=(σ1−σ 3)
2sin 2α
Tekanan yang bekerja pada bidang miring dengan sudut α , dapat
diketahui melalui analisis tekanan dengan ketentuan-ketentuan sebagai berikut :
1. Shear stress maksimum adalah pada sin 2α = 1, jadi α = 45° atau α =
135°, sama dengan (σ1−σ3 )/2 .
2. Normal stress maksimum pada cos 2α = 1, jadi α = 0°.
3. Normal stress minimum adalah pada cos 2α = -1, jadi pada α = 90°, dan
bidang sejajar dengan minor principal plane.
4. Shear stress sama panjang pada kedua bidang yang saling tegaklurus.
2.2.3. Bidang Gelincir
Bidang gelincir (failure surface) adalah bidang batas antara massa lereng
yang longsor dengan massa lereng di bawahnya yang tetap diam. Suatu longsor
dapat terjadi karena bidang ini juga merupakan bidang lemah (discontinuities
surface). Yang termasuk dalam bidang lemah adalah:
11
Gambar 2.1 Sketsa Principal Stress terhadap suatu bidang
W = H.b.N = Wcos i = H.b..cos iS = Wsin i = H.b..sin i
F1 = F2 = N /( b/cos i ) =
H.b..cos i / ( b/cos i ) =H..cos 2 i
= S/(b/cos i ) =H.b..sin i/(b/cos i) =
H..sin i.cos i
b
i
F2
F1
l = b / cos i bidang geseran
i
SN
W
W sin i
Wcos i
S = c d + .tan d , = H..sin i cos i ;S = H c = ( c d/ )(sec 2 i./( tan i – tan d ) )
F = S / = c /(.H.sin i.cos i ) + ( tan /tan i )
i
S
gaya geser, S = shear strength
1. Bidang perlapisan
2. Kekar
3. Sesar
Gaya tensile yang bekerja selama pembekuan mengakibatkan terbentuknya
bidang-bidang lemah pada batuan beku. Sedangkan pada batuan sedimen
terbentuk pada saat pembentukanbatuan sedimen itu sendiri.
Pada bidan gelincir kita akan menemukan dua gaya yang bekerja, yaitu
gaya geser (shear stress) dan shear strength.
12
2.2.4. Metoda Slice
Banyak metoda untuk menentukan faktor keamanan suatu lereng seperti
metoda Taylor, Janbu, Fenellius atau Bishop.
Berikut adalah penentuan Faktor Keamanan suatu lereng berdasarkan
Metoda Slice (Bishop)
13
14
BAB III
METODA PENELITIAN
Pada penelitian ini digunakan metoda slice untuk menentukan Faktor
Keamanan suatu lereng. Rumus dasar Faktor Keamanan (Safety Factor, F) lereng
(material tanah) yang diperkenalkan oleh Fellenius dan kemudian dikembangkan
(Lambe & Whitman, 1969;Parcher & Means, 1974) adalah :
Ada beberapa langkah yang perlu dilalui :
Langkah pertama adalah membuat sketsa lereng berdasarkan data penampang
lereng,
Dibuat sayatan-sayatan vertikal sampai batas bidang gelincir.
Langkah berikutnya adalah membuat tabel untuk mempermudah perhitungan.
15
BAB IV
PEMBAHASAN
Berikut ini adalah contoh penentuan faktor keamanan suatu lereng dengan
menggunakan metoda slice (Bishop)
Data uji laboratorium yang tersedia sebagai berikut :
Sudut geser dalam (Ø) : 270
Kohesi (c) : 18,722 kN/m2
Bobot satuan isi tanah (γwet) : 2.13 gr/cm3 = 20.89 kN/m3
Muka airtanah sangat dalam
Penampang Lereng :Σ
No
Slice
L
(m)
x
(m)
H
(m)Luas α Wt W Sin α W Cos α
1 7.5 7.5 7.3 27.375 0 571.86 0 571.86
2 7 7 8.7 56 8 1169.84 163.78 1158.14
3 7 7 10 65.45 15 1367.25 314.47 1312.56
4 6.7 6.6 11 69.3 19 1447.68 477.73 1360.82
5 6.6 6.5 10.3 69.225 22 1446.11 535.06 1344.89
6 6.3 6.2 9.7 62 28 1295.18 608.73 1139.76
16
7 6.1 6 9 56.1 34 1171.93 656.28 972.70
8 6.2 6 8.4 52.2 36 1090.46 643.37 883.27
9 6.8 6.3 7.2 49.14 40 1026.54 656.98 790.43
10 7.7 6.8 0 24.48 45 511.39 357.97 357.97
Σ 67.9 4414.38 9892.39
L = 67.9
cL = 67.9 x 18.722 kN/m2 = 1271.22
tan Ø = tan (27) = 0.51
Fs = 1271.22 + (0.51 x 9892.39) = 1.43
4414.38
Dari contoh hasil perhitungan diatas, didapat FS = 1.43, yang berarti lereng relatif
stabil (longsor jarang terjadi).
BAB V
17
KESIMPULAN
Kemantapan (stabilitas) lereng merupakan suatu faktor yang sangat
penting dalam pekerjaan yang berhubungan dengan penggalian dan penimbunan
tanah, batuan dan bahan galian, karena menyangkut persoalan keselamatan
manusia (pekerja), keamanan peralatan serta kelancaran produksi. Dalam
perhitungan faktor keamanan lereng, banyak faktor yang diperhatikan diantaranya
tidak terlepas dari pengenalan sifat mekanika tanah dan batuan.
Dalam menentukan kestabilan atau kemantapan lereng dikenal istilah
faktor keamanan (safety factor) yang merupakan perbandingan antara gaya-gaya
yang menahan gerakan terhadap gaya-gaya yang menggerakkan tanah tersebut
dianggap stabil, bila dirumuskan sebagai berikut :
Faktor keamanan (F) = gaya penahan(shear strength)gaya penggerak (shear stress)
18
Dimana untuk keadaan :
• F > 1,0 : lereng dalam keadaan mantap
• F = 1,0 : lereng dalam keadaan seimbnag, dan siap untuk longsor
• F < 1,0 : lereng tidak mantap
19
top related