(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